DE3839889A1 - Stroemungsmittelverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fluidum- oder Strömungsmittel­ verdichter, insbesondere einen Verdichter zum Verdichten z.B. eines Kühlmittelgases in einem Kühl(mittel)kreislauf.

Es sind verschiedene Verdichter, wie Kolbenverdichter, Kreiselverdichter und dgl., bekannt. Bei diesen bisherigen Verdichtern sind jedoch eine Antriebseinheit, wie Kurbel­ welle zum Übertragen der Drehkraft auf den Verdichterab­ schnitt, und ein Verdichterabschnitt kompliziert ausgebil­ det, d.h. sie bestehen aus zahlreichen Bauteilen. Für erhöhte Verdichtungsleistung muß ein bisheriger Verdichter zudem mit einem Rückschlagventil an seiner Lieferseite ver­ sehen sein. Der Druckunterschied zwischen Einlaß- und Aus­ laßseite des Rückschlagventils ist jedoch so groß, daß Gas aus dem Ventil austreten (heraussickern) kann, wodurch sich die Verdichtungsleistung verschlechtert. Zur Lösung dieses Problems muß eine hohe Maß- und Montagegenauigkeit für die einzelnen Teile oder Bauelemente eingehalten wer­ den, was eine Erhöhung der Fertigungskosten bedeutet.

In der US-PS 24 01 189 ist eine Schnecken- oder Schrauben­ pumpe beschrieben, bei der ein spindel- bzw. säulen­ förmiger Drehkörper, der in seinem Außenumfang eine schraubenförmige oder wendelförmige Nut aufweist, in eine Hülse eingesetzt ist. In diese Nut ist ein Wendel-Flügel­ steg (spiral blade) verschiebbar eingesetzt. Bei der Drehung des Drehkörpers wird ein zwischen zwei benach­ barten Windungen des Flügelsteges im Raum zwischen der Außenfläche des Drehkörpers und der Innenfläche der Hülse (des Zylinders) dicht eingeschlossenes Strömungsmittel vom einen Ende der Hülse zum anderen transportiert.

Diese Schraubenpumpe kann zwar das Strömungsmittel fördern, nicht aber verdichten. Zum dichten Einschließen des Strö­ mungsmittels muß die Außenfläche des Flügelstegs ständig mit der Innenfläche der Hülse in Berührung stehen. Bei der Drehung des Drehkörpers verformt sich jedoch der Flügelsteg selbst in der Nut, so daß er nicht gleichmäßig oder zügig in der Nut gleiten kann. Es ist daher schwierig, die Außenfläche des Flügelstegs in Gleitberührung mit der Innenfläche der Hülse zu halten, und das Strömungsmittel kann daher nicht zufriedenstellend eingeschlossen gehalten werden. Folglich vermag die Schraubenpumpe dieser Ausge­ staltung keine Verdichtungswirkung zu gewährleisten.

Im Hinblick auf diese Gegebenheiten liegt damit der Er­ findung die Aufgabe zugrunde, einen Strömungsmittelver­ dichter zu schaffen, der bei Gewährleistung einer wirk­ samen Strömungsmittelverdichtung einen vergleichsweise einfachen Aufbau aufweist und einfach anzufertigen und zusammenzusetzen ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Strömungsmittel-Verdichter, umfassend einen Zylinder mit einem ansaugseitigen Ende und einem auslaßseitigen Ende, einen im Zylinder ange­ ordneten, sich exzentrisch dazu in seiner Axialrichtung erstreckenden und relativ zum Zylinder drehbaren, spindel­ oder säulenförmigen Drehkörper, der mit seinem einen Teil mit der Innenumfangsfläche des Zylinders in Berührung steht und in dessen Außenumfangs- oder Mantelfläche eine schrauben- oder wendelförmige Nut eingestochen ist, einen in diese Nut verschiebbar eingesetzten oder eingepaßten, schrauben­ bzw. wendelförmigen Flügelsteg (blade), dessen Außenum­ fangsfläche in inniger Berührung mit der Innenumfangs­ fläche des Zylinders steht und der einen Raum zwischen der Zylinder-Innenunfangsfläche und der Drehkörper-Mantel­ fläche in mehrere Arbeits-Kammern unterteilt, und eine An­ triebseinheit zum Drehen des Zylinders und des Drehkörpers relativ zueinander zwecks Einführung eines Strömungsmittels vom ansaugseitigen Ende des Zylinders aus in diesen und zum Fördern dieses Strömungsmittels zum auslaßseitigen Ende des Zylinders durch die mehreren Arbeits-Kammern hin­ durch, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Nut schraubenförmig eine Steigung (pitches) aufweist, die mit zunehmendem Abstand vom ansaugseitigen Ende des Zylinders allmählich oder fortlaufend kleiner wird, und die Nut so ausgebildet ist, daß ihre sich von ihrer Sohle zu ihrer Öffnung erstreckende Tiefenrichtung unter einem vorbe­ stimmten Winkel in bezug auf eine senkrecht zur Achse des Drehkörpers liegende Richtung zum auslaßseitigen Ende des Zylinders hin schräggestellt oder geneigt ist, der schraubenförmige Flügelsteg so in die Nut eingesetzt oder eingepaßt ist, daß er in Tiefenrichtung (der Nut) verschiebbar ist, und die Arbeits-Kammern sich mit zu­ nehmendem Abstand vom ansaugseitigen Ende des Zylinders aus allmählich oder fortlaufend verkleinernde Aufnahme­ vermögen oder Volumina aufweisen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 5D einen Strömungsmittelverdichter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Verdichter gemäß der Erfindung zur Darstellung seines Gesamtaufbaus,

Fig. 2 eine im Teilschnitt gehaltene Seitenansicht des Verdichtungsteils des Verdichters,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teil­ schnittdarstellung von Teilen einer Wendelnut und eines schraubenförmigen Flügelstegs, und

Fig. 5A bis 5D Darstellungen der bei einem Kühlmittelgas stattfindenden Verdichtungsvorgänge; sowie

Fig. 6 eine Fig. 4 ähnelnde Darstellung einer abge­ wandelten Ausbildung von Wendelnut und Flügel­ steg,

Fig. 7 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung einer Ab­ wandlung des Verdichtungsteils,

Fig. 8 eine graphische Darstellung des Verdichtungszu­ stands des Arbeitsströmungsmittels bei Verwendung des Verdichtungsteils nach Fig. 7 und

Fig. 9 eine Schnittansicht eines Strömungsmittelver­ dichters gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei welcher die Erfindung auf einen Verdichter zum Verdichten eines Kühlmittels in einem Kühlmittelkreislauf (refrigerant cycle) angewandt ist.

Der Verdichter umfaßt ein geschlossenes Gehäuse 10, einen Elektromotorteil 12 und einen Verdichtungsteil 14, wobei die Teile 12 und 14 innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet sind. Der Motorteil 12 umfaßt einen im wesentlichen ring­ förmigen, an der Innenfläche des Gehäuses 10 befestigten Stator 16 und einen innerhalb des Stators angeordneten ringförmigen Rotor 18.

Der Verdichtungsteil umfaßt einen Zylinder 20, an dessen Außenfläche der Rotor 18 koaxial angebracht ist. Die bei­ den Enden des Zylinders 20 sind mittels im Gehäuse 10 an­ geordneter Lager 21 und 22 gelagert und durch diese abge­ dichtet. Insbesondere ist das rechte Ende des Zylinders 20, d.h. das ansaugseitige Ende, drehbar auf die Umfangs­ fläche 21 a des Lagers 21 aufgesetzt bzw. aufgepaßt. Das linke Ende des Zylinders 20, d.h. das auslaßseitige Ende, ist drehbar auf die Umfangsfläche 22 a des Lagers 22 aufge­ setzt. Der Zylinder 20 und der an ihm befestigte Rotor 18 sind daher durch die Lager 21 und 22 koaxial zum Stator 16 gelagert.

Eine säulenförmige Dreh-Spindel (rotating rod) 24 mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der Innendurch­ messer des Zylinders 20, ist in letzteren axial dazu eingesetzt. Die Mittelachse A der Spindel 24 ist mit einem Abstand e außermittig zur Mittelachse B des Zy­ linders 20 angeordnet. Ein Teil der Außenumfangs- oder Mantelfläche der Spindel 24 steht in Berührung mit der Innenumfangsfläche des Zylinders 20. Die rechten und linken Endabschnitte der Spindel 24 sind drehbar in Lagerbohrungen 21 b bzw. 22 b eingesetzt, die in den Lagern 21 bzw. 22 ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet sind und mit einem Abstand e exzentrisch oder außermittig zur Mittelachse B des Zylinders 20 liegen. Bei dieser Anordnung ist die Spindel 24 durch die Lager 21 und 22 in einer vorbestimmten Stellung bzw. Lage gegenüber dem Zylinder 20 drehbar gelagert.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist am rechten Endabschnitt der Spindel 24 in deren Außenfläche eine Eingreif-Nut 26 aus­ gebildet. Ein von der Innenumfangsfläche des Zylinders 20 abstehender Mitnehmer-Stift 28 ist in die Nut 26, in Radialrichtung des Zylinders beweglich, eingesetzt. Wenn der Elektromotorteil 12 aktiviert wird, um den Zylinder 20 zusammen mit dem Rotor 18 in Drehung zu versetzen, wird die Dreh(antriebs)kraft des Zylinders über den Stift 28 auf die Spindel 24 übertragen, so daß die Spindel 24 im Zylinder 20 in Drehung versetzt wird, wäh­ rend ihre Mantelfläche teilweise mit der Innenumfangs­ fläche des Zylinders in Berührung steht.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist in die Mantelfläche der Spin­ del 24 eine zwischen deren beiden Enden verlaufende schrauben- oder wendelförmige (spiral) Nut 30 einge­ stochen. Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, verkleinert sich die Steigung (pitches) der Windungen oder Gänge der Nut 30 mit zunehmender Entfernung vom rechten Ende des Zylinders 20, d.h. von der Ansaugseite des Zylinders 20 aus, fortlaufend. Gemäß Fig. 4 ist die Nut 30 so ausgebildet, daß ihre Tiefenrichtung D, die von der Sohle der Nut zu deren Öffnung verläuft, in bezug auf eine senkrecht zur Mittelachse der Dreh-Spindel 24 liegen­ de Richtung unter einem vorbestimmten Winkel α zur Auslaß­ seite des Zylinders 20 hin schräggestellt oder geneigt ist. In die Nut 30 ist ein auch als Schraubengang zu be­ zeichnender, schraubenförmiger Flügelsteg (blade) 32 ein­ gesetzt, dessen Dicke nahezu der Breite der Nut 30 ent­ spricht. Die Teile des Flügelstegs 32 können sich dabei in der Nut 30 in deren Tiefenrichtung D geradlinig ver­ schieben. Jeder Abschnitt des Flügelstegs 32 ist daher unter einem Winkel α zu der senkrecht zur Mittelachse der Spindel 24 liegenden Richtung geneigt, während der Außen­ umfang des Flügelstegs 32 zur Auslaßseite des Zylinders 20 hin gerichtet ist. Die Außenumfangsfläche des Flügel­ stegs 32 gleitet auf der Innenumfangsfläche des Zylinders 20 in inniger Berührung mit dieser Fläche. Der Flügelsteg 32 besteht aus einem elastischen Werkstoff, wie Teflon (eingetr. Warenzeichen), und kann unter Ausnutzung seiner Elastizität in die Nut 30 eingesetzt sein.

Ein Zwischenraum zwischen der Innenumfangsfläche des Zy­ linders 20 und der Mantelfläche der Spindel 24 ist durch den Flügelsteg 32 in eine Anzahl von Arbeits-Kammern oder -Räumen 34 unterteilt. Jede Kammer 34 ist dabei zwischen zwei benachbarten Gängen des Flügelstegs 32 festgelegt und liegt gemäß Fig. 3 im wesentlichen in Form eines Kreiszweiecks (crescent) vor, das längs des Flügelstegs 32 von einem Berührungsabschnitt zwischen der Spindel 24 und der Innenfläche des Zylinders 20 zum nächsten Be­ rührungsabschnitt verläuft. Die Aufnahmevermögen oder Volumina der Arbeits-Kammern 34 verkleinern sich fort­ schreitend mit dem Abstand von der Ansaugseite des Zy­ linders 20 aus.

Gemäß den Fig. 1 und 2 wird das Lager 21 von einer sich in Axialrichtung des Zylinders 20 erstreckenden Ansaug­ bohrung 36 durchsetzt, deren eines Ende in das ansaug­ seitige Ende des Zylinders 20 mündet, während ihr anderes Ende an eine Ansaugleitung 38 des Kühlmittelkreislaufs angeschlossen ist. Im Lager 22 ist eine in Axialrichtung des Zylinders 20 verlaufende Austrag- oder Auslaßbohrung 40 ausgebildet, deren eines Ende in die Auslaßseite des Zylinders 20 mündet, während ihr anderes Ende in den Innenraum des Gehäuses 10 mündet. Im unteren Bereich des Gehäuses 10 ist Schmieröl 41 enthalten.

In Fig. 1 ist mit 46 eine mit dem Inneren des Gehäuses 10 kommunizierende Auslaßleitung bezeichnet.

Im folgenden ist die Arbeitsweise des vorstehend beschrie­ benen Verdichters erläutert.

Wenn der Elektromotorteil 12 aktiviert (an Spannung ge­ legt) wird, dreht sich der Rotor 18, so daß sich der Zy­ linder 20 mit ihm mitdreht. Gleichzeitig wird die Dreh- Spindel 24 in Drehung versetzt, wobei ein Teil ihrer Mantelfläche in Berührung mit der Innenumfangsfläche des Zylinders 20 steht. Diese Relativdrehbewegungen von Spin­ del 24 und Zylinder 20 werden durch eine Übertragungs­ einrichtung aus dem Stift 28 und der Eingreif-Nut 26 ge­ währleistet. Außerdem dreht sich auch der Flügelsteg 32 mit der Spindel 24 mit.

Da der Flügelsteg 32 dabei in der Weise umläuft, daß seine Umfangsfläche mit der Innenfläche des Zylinders 20 in Gleitberührung steht, wird jeder Teil des Flügelstegs 32 bei seiner Annäherung an jeden Berührungsabschnitt zwi­ schen der Außenfläche der Spindel 24 und der Innenfläche des Zylinders 20 in die Nut 30 eingedrückt, während dieser Teil bei seiner Wegbewegung vom Berührungsabschnitt aus der Nut austritt. Wenn der Verdichtungsteil 14 betätigt ist, wird über die Ansaugleitung 38 und die Ansaugbohrung 36 Kühlmittelgas in den Zylinder 20 eingesaugt. Dieses Gas wird in der am ansaugseitigen Ende befindlichen Ar­ beits-Kammern 34 eingeschlossen. Während der Drehung der Spindel 24 wird das Gas gemäß den Fig. 5A bis 5D fort­ laufend zur Arbeits-Kammer 34 an der Auslaßseite über­ führt, während es im Raum zwischen zwei benachbarten Gängen des Flügelstegs 32 eingeschlossen bleibt. Da die Volumina (Aufnahmevermögen) der Arbeits-Kammern 34 mit zunehmender Entfernung von der Ansaugseite (des Zylinders 20) fortlaufend kleiner werden, wird das Kühlmittelgas bei seiner Förderung (zur Auslaßseite) fortlaufend ver­ dichtet. Das verdichtete Kühlmittelgas wird über die im Lager 22 ausgebildete Auslaßbohrung 40 in das Gehäuse 10 ausgetragen und dann über die Auslaßleitung 46 in den Kühlmittelkreislauf zurückgeführt.

Gemäß Fig. 4 wirkt während des beschriebenen Ver­ dichtungsvorgangs ein Seitendruck Δ P auf die hochdruck­ seitige Fläche 32 a des Flügelstegs 32, d.h. die der Auslaßseite des Zylinders 20 zugewandte Seitenfläche. Dabei befindet sich insbesondere jede Windung bzw. jeder Gang des Flügelstegs 32 zwischen zwei benachbarten Ar­ beits-Kammern 34 a und 34 b. Der in der Arbeits-Kammer 34 b herrschende Druck ist dabei größer als der Druck in der Kammer 34 a. Aus diesem Grund wirkt der Wirkdruck zwischen den Arbeits-Kammern 34 a und 34 b als Seitendruck Δ P auf die hochdruckseitige Fläche 32 a des Flügelstegs 32.

Gemäß Fig. 6 sei angenommen, daß die wendelförmige Nut 30 so ausgebildet ist, daß ihre Tiefenrichtung senk­ recht zur Mittelachse der Dreh-Spindel 24 verläuft, und daß sich der Flügelsteg 32 in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse der Spindel 24 (geradlinig) hin und her bewegen kann. In diesem Fall wirkt der Seitendruck Δ P während des Verdichtungsvorgangs auf die hochdruckseitige Fläche 32 a des Flügelstegs 32. Aufgrund des Seitendrucks Δ P werden am Flügelsteg 32 zwei Kräfte erzeugt. Da der Flügelsteg 32 während des Verdichtungsvorgangs umläuft, wird er mit einer Zentrifugal- oder Fliehkraft P und einer der Fliehkraft entsprechenden Gegenwirkkraft P vom Zylinder 20 beaufschlagt. Da sich zudem der Flügel­ steg 32 in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse der Spindel 24 erstreckt, koinzidieren die Einwirk- oder Beaufschlagungsrichtungen der Fliehkraft und der Gegen­ wirkkraft P mit der Erstreckungsrichtung des Flügel­ stegs. Infolgedessen wirkt auf den Flügelsteg 32 kein durch die Fliehkraft und die Gegenwirkkraft hervorgerufenes Kräftepaar, sondern nur das durch den Seitendruck Δ P hervorgerufene Kräftepaar ein. Aus diesem Grund empfängt der Flügelsteg 32 gemäß Fig. 6 lokale Seitendrücke F 1 und F 2 von der Spindel 24 aufgrund des Kräftepaars, so daß er einen örtlichen Abrieb erleidet. Bei einem solchen Abrieb oder Verschleiß des Flügelstegs 32 entsteht zwi­ schen diesem und der Nut 30 ein Zwischenraum oder Spalt, aus dem das Arbeitsströmungsmittel heraussickern kann, wodurch der Wirkungsgrad des Verdichters herabgesetzt wird. Wenn der Verdichtungsvorgang mit einem Verschleiß­ zeigenden Flügelsteg 32 durchgeführt wird, muß der An­ saugdruck des Strömungsmittels hoch eingestellt sein, um den durch dieses Heraussickern hervorgerufenen Druck­ verlust auszugleichen.

Bei der beschriebenen Ausführungsform liegen dagegen die Nut 30 und der in diese eingesetzte Flügelsteg 32 unter einem Neigungswinkel α gegenüber der senkrecht zur Mittelachse der Spindel 24 verlaufenden Richtung. Aus diesem Grund wirkt das durch die Fliehkraft und Gegenwirkkraft P hervorgerufene Kräftepaar auf den Flügelsteg 32 ein. Der Außenumfangsabschnitt des Flügel­ stegs 32 ist dabei zur Hochdruckseite hin, d.h. zur Aus­ laßseite des Zylinders 20 hin geneigt. Das Kräftepaar aufgrund der Fliehkraft und der Gegenwirkkraft P hebt dabei das durch den Seitendruck Δ P hervorgerufene Kräfte­ paar auf. Demzufolge wirkt kein lokaler bzw. örtlicher Seitendruck auf den Flügelsteg 32, vielmehr wird die Seitenfläche des Flügelstegs, welche der Wand- bzw. Flankenfläche 30 a der Nut 30 gegenüberliegt, mit einem gleichmäßigen Seitendruck F beaufschlagt.

Durch die beschriebene Ausgestaltung kann örtlicher Ver­ schleiß des Flügelstegs verhindert werden.

Ein optimaler Neigungswinkel α ist ein solcher, bei dem das durch den Seitendruck Δ P erzeugte Kräftepaar und das durch Flieh- und Gegenwirkkraft P erzeugte Kräftepaar ausgeglichen sind. Dieser optimale Neigungswinkel wird nach der unten stehenden Gleichung berechnet.

Wenn nämlich das durch den Seitendruck Δ P erzeugte Kräftepaar zu Δ P · l ²/2 und das von Flieh- und Gegenwirkkraft P herrührende Kräftepaar zu d · sin α · P · w vorausgesetzt werden, ergibt sich:

( Δ P · l²)/2 = α · sin α · Δ Pe · w

Hieraus ergibt sich:

sin α = ( Δ P · l²)/(2 · Δ Pe · w · d)

daher gilt:

In obigen Gleichungen bedeuten: l = Vorstandshöhe des Flügelstegs, d = Höhe des Flügelstegs und w = Breite des Flügelstegs.

Auch wenn der Flügelsteg 32 unter einem vom optimalen Neigungswinkel verschiedenen Winkel geneigt oder schräg­ gestellt ist, kann der von der Spindel her auf den Flügel­ steg 32 einwirkende Seitendruck F pro Flächeneinheit im Vergleich zu dem Fall verringert sein, in welchem der Flügelsteg senkrecht zur Mittelachse der Spindel 24 verläuft. Der Neigungswinkel α des Flügelstegs 32 ist daher nicht auf den angegebenen optimalen Neigungswinkel beschränkt.

Bei dem beschriebenen Verdichter verkleinert sich die Steigung der in der Dreh-Spindel 24 ausgebildeten Nut 30 mit zunehmender Entfernung von der Ansaugseite des Zy­ linders 20 aus fortlaufend. Dies bedeutet, daß sich die Fassungsvermögen oder Volumina der durch den Flügelsteg 32 unterteilten Arbeits-Kammern 34 zur Auslaßseite hin allmählich oder fortlaufend verkleinern. Das Kühlmittel­ gas kann daher während seiner Förderung von der Ansaug­ seite zur Lieferseite des Zylinders 20 verdichtet werden. Da weiterhin das Kühlmittelgas überführt bzw. gefördert und verdichtet wird, während es in den Arbeits-Kammern 34 eingeschlossen ist, kann das Gas auch dann wirksam ver­ dichtet werden, wenn an der Auslaßseite des Verdichters kein Auslaßventil vorgesehen ist.

Da hierbei keine Notwendigkeit für ein Auslaßventil be­ steht, kann die Zahl der Bauteile unter Vereinfachung des Aufbaus des Verdichters verkleinert sein. Da weiter­ hin der Rotor 18 des Elektromotorteils 12 vom Zylinder 20 des Verdichtungsteils 14 getragen bzw. durch diesen ge­ lagert wird, brauchen keine zusätzliche Dreh-Welle und keine zusätzlichen Lager für die Lagerung des Rotors vorgesehen zu sein. Die Zahl der Bauteile kann daher unter weiterer Vereinfachung des Verdichteraufbaus weiter verkleinert sein.

Die Nut 30 und der Flügelsteg 32 sind unter einem vorbe­ stimmten Winkel α gegenüber der senkrecht zur Mittelachse der Dreh-Spindel 24 liegenden Richtung geneigt. Hierdurch wird ein örtlicher Verschleiß des Flügelstegs 32 ver­ mieden. Infolgedessen wird ein Austritt oder Heraussickern des Arbeitsströmungsmittels verhindert, so daß dieses Strömungsmittel wirksam bzw. mit hohem Wirkungsgrad verdichtet werden kann. Außerdem ist dabei auch die Be­ triebslebensdauer des Flügelstegs 32 verlängert.

Der Zylinder 20 und die Dreh-Spindel 24 stehen in gegen­ seitiger Berührung, während sie gleichsinnig umlaufen. Aus diesem Grund ist der Verschleiß zwischen Zylinder 20 und Spindel 24 gering, und diese Elemente können unter Verminderung von Schwingung und Geräuschentwicklung gleichmäßig bzw. ruckfrei umlaufen.

Die Förderleistung des Verdichters hängt von der ersten (oder anfänglichen) Steigungshöhe des Flügelstegs 32 ab, d.h. vom Volumen der Arbeits-Kammern 34 am ansaug­ seitigen Ende des Zylinders 20. Bei der beschriebenen Ausführungsform verkleinert sich die Steigung des Flügel­ stegs 32 fortschreitend mit zunehmendem Abstand von der Ansaugseite des Zylinders 20. Wenn die Zahl der Windungen bzw. Gänge des Flügelstegs 32 festgelegt ist, kann die erste Steigungshöhe des Flügelstegs und damit die Förder­ leistung des Verdichters gemäß dieser Ausführungsform größer sein als das Volumen (bzw. die Förderleistung) eines Verdichters, dessen Flügelsteg über die Gesamtlänge seiner Spindel hinweg eine gleichbleibende Steigung aufweist. Mit anderen Worten: mit der Erfindung kann ein Hochleistungsverdichter realisiert werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform kann gemäß Fig. 7 eine Druckentlastungs-Leitung 42 in der Dreh-Spindel 24 ausgebildet sein. Das eine Ende der Leitung 42 ist dabei zur mittleren Arbeits-Kammer zwischen Ansaug- und Auslaß­ ende des Zylinders 20 hin offen, während das andere Ende der Leitung 42 über eine im Lager 22 ausgebildete Auslaß­ strecke oder -leitung 43 mit dem Gehäuse 10 kommuniziert. Das Auslaßende der Leitung 43 ist durch ein Rückschlag­ ventil 44 verschlossen, welches öffnet, wenn der in den Leitungen 42 und 43 herrschende Druck eine vorbestimmte Größe erreicht, d.h. wenn der Druck in der Arbeits-Kammer 34, welcher mit der Leitung 42 kommuniziert, die vorbe­ stimmte Größe erreicht.

Auch wenn bei der beschriebenen Anordnung der Ansaugdruck des Verdichters z.B. unmittelbar nach dem Anfahren desselben sehr hoch ist, kann das Strömungsmittel über die Druckent­ lastungs-Leitung 42, die Auslaßleitung 43 und das Rück­ schlagventil 44 in das Gehäuse 10 entlassen werden, bevor das Strömungsmittel in den Arbeits-Kammern 34 auf einen abnormal hohen Druck verdichtet wird.

Fig. 8 veranschaulicht Verdichtungskennlinien des Ver­ dichters mit dem oben beschriebenen Aufbau. Beispielsweise sei angenommen, daß ein Verdichter so ausgebildet ist, daß er im Normalbetriebszustand die durch eine Linie 56 bezeichnete Verdichtungskennlinie aufweist. Wenn der An­ saugdruck dabei höher ist als ein Vorgabe- oder Soll-Druck, nimmt der Liefer- oder Austragdruck des Verdichters, wie durch eine Linie 57 angedeutet, einen abnormal hohen Wert an. Wenn andererseits das Rückschlagventil 44 zum Öffnen bei einem Druck von z.B. 20 bar (Absolutdruck) oder höher ausgelegt ist, steigt der Druck des Arbeitsströmungs­ mittels auf die durch eine Linie 58 angegebene Weise an. Infolgedessen kann im Gegensatz zu einer Konstruktion ohne Druckentlastungs-Leitung 42, Auslaßleitung 43 und Rückschlagventil 44 ein abnormaler Druckanstieg verhindert werden. Außerdem ist durch Einstellung des Öffnungsdrucks des Rückschlagventils 44 die durch eine Linie 59 bezeich­ nete Druckkennlinie erzielbar. Beim vorstehend beschrie­ benen Verdichter kann eine Beschädigung desselben durch einen abnormal hohen Druck erfolgreich verhindert werden, wodurch auch die Betriebszuverlässigkeit des Verdichters verbessert wird.

Fig. 9 veranschaulicht einen Strömungsmittelverdichter gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Bei dieser Ausführungsform sind der Elektromotorteil 12 und der Verdichtungsteil 14 waagerecht im Gehäuse 10 an­ geordnet. Im Mittelbereich des Gehäuses 10 ist ein Lager 21 vorgesehen, durch welches der Innenraum des Gehäuses 10 luftdicht in zwei Kammern oder Räume für die Teile 12 und 14 unterteilt ist. Im Lager 21 ist eine waagerechte Dreh-Welle 48 drehbar gelagert. Der Rotor 18 des Motorteils 12 ist koaxial am rechten Endabschnitt der Welle 48 befestigt und innerhalb des Stators 16 an­ geordnet.

Das eine Ende einer Dreh-Spindel 24 ist koaxial mit dem linken Ende der Welle 48 verbunden. Das linke Ende der Spindel 24 ist drehbar in einem Lager 22 gelagert, das an der Innenfläche des Gehäuses 10 angebracht ist. Die Spindel 24 ist auf dieselbe Weise wie bei der ersten Aus­ führungsform in ihrer Außenumfangsfläche mit einer schraubenförmigen oder wendelförmigen Nut versehen, deren Steigungshöhe mit zunehmendem Abstand vom rechten Ende der Spindel fortlaufend kleiner wird. In diese Nut ist ein schraubenförmiger Flügelsteg 32 eingesetzt. Die Nut und der Flügelsteg 32 sind unter einem vorbestimmten Winkel α zum linken Ende der Spindel, d.h. zur Auslaß­ seite, hin in bezug auf eine senkrecht zur Achse der Dreh-Spindel 24 stehende Richtung geneigt. Der Zylinder 20 verläuft an der Außenfläche der Spindel 24 parallel zu dieser. Die beiden Enden des Zylinders 20 sind jeweils in bzw. auf den Lagern 21 und 22 drehbar gelagert. Die Mittelachse B des Zylinders 20 ist gegenüber der Mittel­ achse A der Spindel 24 um einen Abstand e außermittig versetzt.

Eine im Lager 21 ausgebildete Ansaugbohrung 36 mündet in das rechte Ende des Zylinders 20, d.h. in das ansaug­ seitige Ende. Das andere Ende der Ansaugbohrung 36 kommuniziert mit der Ansaugleitung 38 über die Kammer, in welcher der Elektromotorteil 12 im Gehäuse 10 unter­ gebracht ist. Bei dieser Ausführungsform ist eine Aus­ laßbohrung 40 im auslaßseitigen Endabschnitt des Zylinders 20 ausgebildet, wobei der Innenraum des Zylinders 20 über die Auslaßbohrung 40 und das Innere des Gehäuses 10 mit einer Auslaßleitung 46 in Verbindung steht.

Ebenso wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform, kann bei der eben beschriebenen zweiten Ausführungsform der Verdichter das Gas wirksam bzw. mit hohem Wirkungsgrad verdichten, wobei ein örtlicher Verschleiß des Flügel­ stegs vermieden wird.

Die Erfindung ist keineswegs auf die vorstehend beschrie­ benen speziellen Ausführungsformen beschränkt, sondern verschiedenen Abwandlungen und Änderungen zugänglich. Beispielsweise ist der erfindungsgemäße Strömungsmittel­ verdichter nicht auf die Verwendung in einem Kühlmittel­ kreislauf beschränkt, sondern auch für andere Geräte ein­ setzbar. Außerdem ist der Verdichter auch nicht auf die Art beschränkt, bei welcher der Elektromotorteil und der Verdichtungsteil im geschlossenen Gehäuse angeordnet sind; vielmehr ist die Erfindung auch auf einen sogenannten offenen Verdichter anwendbar, bei welchem Rohrleitungen unmittelbar mit einer Ansaugbohrung bzw. einer Liefer­ oder Auslaßbohrung verbunden sind.

Claims (12)

1. Strömungsmittel-Verdichter, umfassend
einen Zylinder (20) mit einem ansaugseitigen Ende und einem auslaßseitigen Ende,
einen im Zylinder angeordneten, sich exzentrisch dazu in seiner Axialrichtung erstreckenden und relativ zum Zylinder drehbaren, spindel- oder säulenförmigen Dreh­ körper (24), der mit seinem einen Teil mit der Innen­ umfangsfläche des Zylinders in Berührung steht und in dessen Außenumfangs- oder Mantelfläche eine schrauben­ oder wendelförmige Nut (30) eingestochen ist,
einen in diese Nut verschiebbar eingesetzten oder ein­ gepaßten, schrauben- bzw. wendelförmigen Flügelsteg (blade) (32), dessen Außenumfangsfläche in inniger Berührung mit der Innenumfangsfläche des Zylinders steht und der einen Raum zwischen der Zylinder-Innen­ umfangsfläche und der Drehkörper-Mantelfläche in mehrere Arbeits-Kammern (34) unterteilt, und
eine Antriebseinheit zum Drehen des Zylinders und des Drehkörpers relativ zueinander zwecks Einführung eines Strömungsmittels vom ansaugseitigen Ende des Zylinders aus in diesen und zum Fördern dieses Strömungsmittels zum auslaßseitigen Ende des Zylinders durch die mehreren Arbeits-Kammern hindurch, dadurch gekennzeichnet,
daß die schraubenförmige Nut (30) eine Steigung (pitches) aufweist, die mit zunehmendem Abstand vom ansaug­ seitigen Ende des Zylinders (20) allmählich oder fort­ laufend kleiner wird, und die Nut so ausgebildet ist,
daß ihre sich von ihrer Sohle zu ihrer Öffnung er­ streckende Tiefenrichtung unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf eine senkrecht zur Achse des Drehkörpers (24) liegende Richtung zum auslaßseitigen Ende des Zylinders hin schräggestellt oder geneigt ist,
der schraubenförmige Flügelsteg (32) so in die Nut eingesetzt oder eingepaßt ist, daß er in Tiefenrichtung (der Nut) verschiebbar ist, und
die Arbeitskammern (34) sich mit zunehmendem Abstand vom ansaugseitigen Ende des Zylinders (20) aus all­ mählich oder fortlaufend verkleinernde Aufnahmever­ mögen oder Volumina aufweisen.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel des Flügelstegs (32) so festgelegt ist, daß ein durch eine Druckdifferenz oder einen Wirk­ druck zwischen zwei benachbarten Arbeits-Kammern (34) hervorgerufenes und auf den Flügelsteg einwirkendes Kräftepaar (couple of forces) ein Kräftepaar ausgleicht oder aufhebt, das durch eine bei der Relativdrehung zwischen dem Drehkörper (24) und dem Zylinder (20) auf den Flügelsteg einwirkende Zentrifugal- bzw. Fliehkraft hervorgerufen wird.

3. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit einen Elektromotorteil (12) zum Drehen des Zylinders (20) und eine Übertragungseinrich­ tung zum Übertragen einer Dreh(antriebs)kraft des Zylinders auf den Drehkörper (24) und zum Drehen des letzteren verblockt oder synchron mit dem Zylinder auf­ weist.

4. Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotorteil (12) einen an der Außenumfangs­ fläche des Zylinders (20) befestigten Rotor (18) und einen an der Außenseite des Rotors angeordneten Stator (16) umfaßt.

5. Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung eine in der Mantelfläche des Drehkörpers (24) ausgebildete Eingreif-Nut (26) und einen von der Innenfläche des Zylinders (20) ab­ stehenden, in die Eingreif-Nut eingeführten und in Radialrichtung des Zylinders verschiebbaren Vorsprung (Stift) (28) umfaßt.

6. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit eine koaxial am Drehkörper (24) befestigte Dreh-Welle (48) und einen Elektromotorteil (12) zum Drehen der Welle aufweist.

7. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Lager (21) zur drehbaren Lagerung des an­ saugseitigen Endes des Zylinders (20) und ein zweites Lager (22) zum drehbaren Lagern des auslaßseitigen Endes des Zylinders vorgesehen sind und daß der Dreh­ körper (24) zwei Endabschnitte aufweist, die jeweils durch erstes bzw. zweites Lager drehbar gelagert sind.

8. Verdichter nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein geschlossenes Gehäuse (19 bzw. 10) zur Aufnahme des Zylinders (20), des ersten und des zweiten Lagers (21, 22) sowie der Antriebseinheit, eine Ansaugbohrung (36), die am einen Ende mit dem Inneren des ansaugseitigen Endes des Zylinders und am anderen Ende mit der Außen­ seite des geschlossenen Gehäuses kommuniziert, und eine Austrag- oder Auslaßbohrung (40), deren eines Ende mit dem Inneren des auslaßseitigen Endes des Zylinders und deren anderes Ende mit dem Inneren des geschlossenen Gehäuses kommuniziert.

9. Verdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßbohrung (40) im zweiten Lager (22) ausgebildet ist.

10. Verdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßbohrung (40) im Zylinder (20) ausgebildet ist.

11. Verdichter nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Druckentlastungseinrichtung zum Ablassen des Strömungs­ mittels in den Arbeits-Kammern (34), wenn der Strömungs­ mitteldruck in den Arbeits-Kammern eine vorbestimmte Größe übersteigt.

12. Verdichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastungseinrichtung eine im Drehkörper (24) ausgebildete und mit einer der Arbeits-Kammern (34) kommunizierende Druckentlastungs-Strecke oder -Leitung (42), eine im ersten oder im zweiten Lager (21 bzw. 22) ausgebildete Auslaßstrecke oder -leitung (43), deren eines Ende mit der Druckentlastungs-Leitung kommuni­ ziert, während ihr anderes Ende zur Außenseite hin offen ist, und ein das andere Ende der Auslaßleitung verschließendes Ventil (44), das öffnet, wenn der Strömungsmitteldruck in der einen Arbeits-Kammer die vorbestimmte Größe erreicht, umfaßt.