DE3922436C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 23 97 139 ist ein Rotationskolbenverdichter dieser Bauart bekannt, bei dem ein Motor für die notwendige Drehantriebskraft axial an die Welle eines Drehkörpers anflanschbar ist. Diese Antriebsanordnung erfordert einen großen Raumbedarf.

Aus der CH-PS 3 10 324 ist eine Drehkolbenpumpe bekannt, bei der ein aus Stator und Rotor bestehender Elektromotor in einem Gehäuse um einen drehbaren Zylinder und einem in den Zylinder angeordneten drehbaren Rotor herum angeordnet ist. Der drehbare Zylinder ist im Gehäuse drehbar gelagert, während der exzentrisch im drehbaren Zylinder laufende Rotor in separaten Lagerschildern drehbar gelagert ist. Diese Art der Lagerung führt zu Problemen bei der Ausfluchtung der Lager und verkompliziert die Fertigung und die Montage der Drehkolbenpumpe. Zudem muß das Gehäuse große Außenabmessungen aufweisen, da es neben den Pumpenteilen Rotor und Stator des elektrischen Antriebs aufnehmen muß.

Im Hinblick auf die oben geschilderten Gegebenheiten liegt damit der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rotationskolbenverdichter vorzuschlagen, der mit einem einfachen und kompakten Aufbau eine wirksame Verdichtung gewährleistet und dessen Antrieb einen geringen Raumbedarf aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verdichter durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Rotationskolbenverdichters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Drehkörpers,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Flügelstegs,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5A bis 5D Längsschnittansichten zur Veranschaulichung der Phasen eines Verdichtungsvorgangs für ein Kälte- oder Kühlmittelgas,

Fig. 6A bis 6D Querschnittansichten, welche die betreffenden Relativstellungen von Zylinder und Drehkörper in den jeweiligen Phasen des Verdichtungsvorgangs zeigen, und

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Rotationskolbenverdichters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Erfindung auf einen Rotationskolbenverdichter zum Verdichten eines Kälte- oder Kühlmittelgases in einem Kühlkreislauf angewandt ist.

Der Rotationskolbenverdichter umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 10, einen im Gehäuse vorgesehenen Verdichtungsabschnitt 12 und einen Elektromotor 14 als Antriebseinrichtung für den Verdichtungsabschnitt. Der Elektromotor 14 umfaßt seinerseits einen an der Außenumfangsfläche des Gehäuses 10 befestigten, ringförmigen Stator 16 und einen innerhalb des Stators 16 im Gehäuse 10 angeordneten, ringförmigen Rotor 18. Der Rotor 18 ist im Gehäuse 10 koaxial dazu angeordnet, und seine Außenumfangsfläche ist der Innenumfangsfläche des Gehäuses 10 mit einem bestimmten Abstand dazwischen zugewandt. Da hierbei ein Luftspalt mit dem Abstand zur Wand des Gehäuses 10 zwischen dem Stator 16 und dem Rotor 18 vorliegt, wird für den Elektromotor zweckmäßig ein Gleichstrommotor verwendet.

Der Verdichtungsabschnitt 12 weist einen im Gehäuse 10 angeordneten Zylinder 20 auf, an dessen Mantelfläche der Rotor 18 koaxial dazu befestigt ist. Die beiden Enden des Zylinders 20 sind durch an den Enden des Gehäuses 10 befestigte Lager 21 und 22 drehbar gelagert und luftdicht verschlossen. Der rechte Endabschnitt bzw. die Saugseite des Zylinders 20 ist dabei drehbar auf die Umfangsfläche 21a des Lagers 21 aufgesetzt, während der linke Endabschnitt bzw. die Lieferseite des Zylinders 20 drehbar auf eine Umfangsfläche 22a des Lagers 22 aufgesetzt ist. Der Zylinder 20 und der an diesem befestigte Rotor 18 sind somit mittels der Lager 21 und 22 koaxial zu Stator 16 und Gehäuse 10 gelagert.

An den beiden Enden des Gehäuses 10 sind Stirnplatten 19a und 19b befestigt, so daß die beiden Enden des Gehäuses durch diese Stirnplatten und die Lager luftdicht verschlossen sind.

Im Zylinder 20 ist ein zylindrischer Drehkörper 24, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Zylinders, in Axialrichtung des Zylinders 20 verlaufend angeordnet. Der Drehkörper 24 ist mit seiner Zentralachse A um eine Strecke e außermittig zur Zentralachse B des Zylinders 20 angeordnet, wobei ein Teil des Drehkörpers 24 mit der Innenumfangsfläche des Zylinders 20 in Berührung steht. Der rechte Endabschnitt des Drehkörpers 24 ist in eine im Lager 21 ausgebildete Lagerbohrung 21b drehbar eingesetzt, während sein linker Endabschnitt in eine Lagerbohrung 22b des Lagers 22 drehbar eingesetzt ist. Diese Lagerbohrungen 21b und 22b sind koaxial zueinander ausgebildet und um die Strecke e gegenüber der Zentralachse des Zylinders 20 außermittig versetzt. Der Drehkörper 24 ist somit durch die Lager 21 und 22 in einer bestimmten Stellung gegenüber dem Zylinder 20 drehbar gelagert.

Gemäß Fig. 1 ist am rechten Ende des Drehkörpers 24 in dessen Mantelfläche eine Eingreifnut 26 ausgebildet, in welche ein von der Innenfläche des Zylinders 20 abstehender Mitnehmerstift 28, in Radialrichtung des Zylinders beweglich, eingreift. Wenn der Elektromotor 12 zum Drehen des Rotors 18 zusammen mit dem Zylinder 20 aktiviert ist, wird daher die Drehantriebskraft des Zylinders 20 über den Stift 28 auf den Drehkörper 24 übertragen. Infolgedessen dreht sich der Drehkörper 24 im Zylinder 20, wobei ein Teil desselben in Berührung mit der Innenumfangsfläche des Zylinders steht.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist in die Mantelfläche des Drehkörpers 24 eine zwischen dessen beiden Enden verlaufende schraubenförmige Nut 30 eingestochen. Gemäß Fig. 2 verkleinert sich die Steigung der Nut 30 mit zunehmender Entfernung vom rechten Ende zum linken Ende des Zylinders 20, d. h. von der Saugseite zur Lieferseite des Zylinders, allmählich. In die Nut 30 ist ein in Fig. 3 dargestellter schraubenförmiger Flügelsteg 32 eingesetzt, dessen Dicke nahezu der Breite der Nut 30 entspricht, wobei jeder Teil des Flügelstegs 32 in Radialrichtung des Drehkörpers 24 verschiebbar in der Nut 30 geführt ist. Die Außenumfangsfläche des Flügelstegs 32 gleitet auf der Innenumfangsfläche des Zylinders 20 unter Aufrechterhaltung einer innigen Berührung damit. Der Flügelsteg 32 besteht aus einem elastischen Werkstoff, wie Teflon (eingetragenes Warenzeichen) bzw. Polytetrafluorethylen und ist unter Ausnützung der Elastizität dieses Werkstoffs in die Nut 30 eingesetzt.

Der Raum zwischen der Innenumfangsfläche des Zylinders 20 und der Mantelfläche des Drehkörpers 24 ist durch den Flügelsteg 32 in mehrere Arbeitskammern 34 unterteilt. Jede Arbeitskammer 34 ist durch zwei benachbarte Windungen des Flügelstegs 32 festgelegt und besitzt im wesentlichen die Form eines Kreiszweiecks, das sich längs des Flügelstegs von einer Berührungsstelle zwischen dem Drehkörper 24 und der Innenumfangsfläche des Zylinders 20 zur nächsten Berührungsstelle erstreckt. Die Volumina der Arbeitskammern 34 sind mit zunehmender Entfernung von der Saugseite zur Lieferseite des Zylinders 20 allmählich bzw. fortlaufend kleiner.

Gemäß Fig. 1 wird das Lager 21 von einer parallel zur Achse des Zylinders 20 verlaufenden Saugbohrung 36 durchsetzt, deren eines Ende zum Endabschnitt der Saugseite des Zylinders 20 hin offen ist, während an ihr anderes Ende eine Saugleitung 38 des Kühlkreislaufs angeschlossen ist. Im Lager 22 ist eine längs der Achse des Zylinders 20 verlaufende Auslaß- oder Lieferbohrung 40 ausgebildet, deren eines Ende zum Endabschnitt der Lieferseite des Zylinders 20 offen ist, während ihr anderes Ende in eine im Lager 22 ausgebildete Kammer 37 einmündet. Mit dieser Kammer 37 ist eine Auslaß- bzw. Lieferleitung 42 des Kühlkreislaufs verbunden, wobei die Lieferleitung in der Stirnplatte 19b des Gehäuses 10 festgelegt ist.

Gemäß Fig. 1 ist in die Bohrung 21b des Lagers 21 eine Kugel 44 eingesetzt, die mit dem rechten Ende des Drehkörpers 24 in Berührung steht und als Schub- oder Drucklager dient.

Im folgenden ist die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Verdichters erläutert.

Wenn der Elektromotor 12 aktiviert ist, rotiert der Rotor 18 unter Mitdrehung des Zylinders 20. Dabei wird auch der Drehkörper 24 in Drehung versetzt, wobei ein Teil seiner Mantelfläche mit der Innenumfangsfläche des Zylinders 20 in Berührung steht. Diese Drehbewegungen von Drehkörper 24 und Zylinder 20 werden durch den Stift 28 und die Eingreifnut 26 aufrechterhalten. Weiterhin dreht sich auch der Flügelsteg 32 mit dem Drehkörper 24 mit.

Bei seiner Drehung steht der Flügelsteg 32 mit seiner Außenumfangsfläche in Berührung mit der Innenumfangsfläche des Zylinders 20. Jeder Teil des Flügelstegs 32 wird dabei bei seiner Annäherung an die betreffende Berührungsstelle zwischen Mantelfläche des Drehkörpers 24 und Innenumfangsfläche des Zylinders 20 fortlaufend in die Wendel-Nut 30 hineingedrückt, um sich bei der Entfernung von der Berührungsstelle in der Nut 30 hochzubewegen. Bei betätigtem Verdichtungsabschnitt 12 wird über die Saugleitung 38 und die Saugbohrung 36 ein Kälte- bzw. Kühlmittelgas in den Zylinder 20 eingesaugt und zunächst in der der Saugseite des Zylinders 20 am nächsten gelegenen Arbeitskammer 34 eingeschlossen. Gemäß den Fig. 5A bis 5D und 6A bis 6D wird bei der Drehung des Drehkörpers 24 das zwischen zwei benachbarten Windungen des Flügelstegs 32 eingeschlossene Gas zu den nachfolgenden Arbeitskammern 34 überführt und zur Lieferseite hin gefördert. Da sich die Volumina der Arbeitskammern 34 mit zunehmender Entfernung von der Saugseite zur Lieferseite des Zylinders 20 allmählich verkleinern, wird das Kühlmittelgas bei seiner Überführung zum Lieferende fortlaufend verdichtet. Das verdichtete Gas strömt über die Lieferbohrung 40 im Lager 22 in die Kammer 37 ein und wird dann über die Lieferleitung 42 zum Kühlkreislauf zurückgeführt.

Beim beschriebenen Verdichter ist die im Drehkörper 24 ausgebildete Nut 30 so geformt, daß sich ihre Steigungshöhe mit zunehmendem Abstand von der Saugseite zur Lieferseite des Zylinders 20 allmählich verkleinert. Die Volumina der durch den Flügelsteg 32 unterteilten Arbeitskammern 34 verkleinern sich damit allmählich mit zunehmender Entfernung von der Saugseite. Infolgedessen kann das Kühlmittelgas bei seiner Überführung von der Saugseite zur Lieferseite des Zylinders 20 verdichtet werden. Da das Kühlmittelgas unter Einschluß in der jeweiligen Arbeitskammer 34 gefördert und verdichtet wird, gewährleistet die beschriebene Ausführungsform eine gute Verdichtungsleistung, auch wenn an der Lieferseite des Verdichters kein Auslaßventil vorgesehen ist.

Da hierbei keine Notwendigkeit für ein Auslaßventil besteht, kann der Verdichter einen vereinfachten Aufbau und eine verkleinerte Teilezahl aufweisen. Da weiterhin der Rotor 18 des Elektromotors 14 vom Zylinder 20 des Verdichtungsabschnitts 12 getragen wird, ist es nicht nötig, eine Drehwelle und Lager ausschließlich für die Lagerung des Rotors vorzusehen. Dies ermöglicht eine weitere Vereinfachung des Aufbaus des Verdichters und eine Verkleinerung der Teilezahl.

Der Zylinder 20 und der Drehkörper 24 stehen bei gleichsinniger Drehung teilweise (längs einer Linie) in Berührung miteinander. Die Reibung zwischen diesen beiden Bauelementen ist daher so gering, daß diese Teile ruhig und mit weniger Schwingung und Geräuschentwicklung rotieren können.

Die Förderleistung eines solchen Verdichters bestimmt sich durch die erste Windung bzw. Steigung des Flügelstegs 32, d. h. durch das Volumen der Arbeitskammer (34), welche dem saugseitigen Ende des Zylinders 20 am nächsten liegt. Bei der beschriebenen Ausführungsform nimmt die Steigung oder Steigungshöhe des Flügelstegs 32 mit zunehmendem Abstand von der Saugseite zur Lieferseite des Zylinders 20 allmählich ab. Wenn die Windungszahl des Flügelstegs 32 festgelegt ist, können daher die erste Steigungshöhe des Flügelstegs und damit die Förderleistung des Verdichters gemäß dieser Ausführungsform größer sein als bei einem Verdichter, dessen Flügelsteg über die Gesamtlänge seines Drehkörpers hinweg eine gleichmäßige Steigungshöhe aufweist. Mit anderen Worten: es kann damit ein Verdichter einer hohen Verdichtungsleistung realisiert werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die die beiden Enden des Zylinders 20 lagernden Lager 21 und 22 an gegenüberliegenden Enden des zylindrischen Gehäuses 10 angebraucht bzw. in dieses eingesetzt. Beim Einbau der Lager 21 und 22 in das Gehäuse 10 können somit ihre Achsen genau miteinander ausgefluchtet werden. Auch wenn dabei die Fertigungsgenauigkeit beispielsweise der Innenumfangsfläche des Gehäuses 10 in derselben Größenordnung wie bei einem herkömmlichen Verdichter liegt, können infolgedessen beide Lager 21 und 22 mit hoher Genauigkeit miteinander ausgefluchtet werden.

Der Stator 16 des Elektromotors 14 befindet sich an der Außenseite des Gehäuses 10, so daß dieses nur eine solche Größe aufzuweisen braucht, daß es den Rotor 18 und den Zylinder 20 in seinem Inneren aufzunehmen vermag. Infolgedessen kann der erfindungsgemäße Verdichter mit kleineren Abmessungen ausgeführt sein als Verdichter mit einem geschlossenen Gehäuse, welches den Elektromotor 14 und den gesamten Verdichtungsabschnitt 12 aufnimmt, und es ist auch möglich, den Verdichter mit einer sogenannten Bechermotorkonstruktion auszuführen.

Da weiterhin Lager 21 und 22 an den gegenüberliegenden Seiten von Elektromotor 14 und Verdichtungsabschnitt 12 angeordnet sind, heben die im Betrieb auf die Lager einwirkenden Kräfte einander auf. Infolgedessen ist die Belastung der Lager 21 und 22 gering, so daß kleinere Lager eingesetzt werden können. Demzufolge kann die Größe des Verdichters weiter verringert werden.

Gemäß Fig. 7 kann das Gehäuse 10 alternativ durch Tiefziehen geformt sein und am einen Ende einen sphärischen geschlossenen Abschnitt aufweisen. In diesem Fall ist jedoch der zwischen den Lagern 21 und 22 liegende Abschnitt des Gehäuses zylindrisch ausgebildet, um eine einfache Ausfluchtung der Lager 21 und 22 zu ermöglichen.

Claims (3)

1. Rotationskolbenverdichter
mit einem Gehäuse (10),
mit einem drehbar und koaxial in einem zylindrischen Abschnitt des Gehäuses (10) angeordneten, eine Saug- und eine Auslaß- oder Lieferseite aufweisenden Zylinder (20),
mit einem im Zylinder (20) angeordneten zylindrischen Drehkörper (24), der außermittig zum Zylinder (20) in dessen Axialrichtung verläuft und relativ zum Zylinder (20) drehbar ist, wobei ein Teil des Drehkörpers (24) in Berührung mit der Innenumfangsfläche des Zylinders (20) steht und wobei der Drehkörper (24) eine in seine Mantelfläche eingestochene schraubenförmige Nut (20) aufweist, deren Steigungen sich mit zunehmender Entfernung von der Saugseite des Zylinders (20) allmählich verkleinern, mit in die Enden des zylindrischen Gehäuseabschnittes eingesetzten Lagern (21, 22) zum drehbaren Lagern der gegenüberliegenden Enden des Zylinders (20) und des Drehkörpers (24),
mit einem im wesentlichen in Radialrichtung des Zylinders verschiebbar in die Nut (30) eingesetzten schraubenförmigen Flügelsteg (32), der mit einer Außenfläche in inniger Berührung mit der Innenumfangsfläche des Zylinders (20) steht und einen Raum zwischen der Innenumfangsfläche des Zylinders (20) und der Mantelfläche des Drehkörpers (24) in eine Anzahl von Arbeitskammern (34) unterteilt, deren Volumina sich mit zunehmender Entfernung von der Saugseite des Zylinders allmählich verkleinern, sowie mit einer Antriebseinheit zum Drehen des Zylinders (20) und des Drehkörpers (24) zwecks fortlaufender Förderung eines über die Saugseite des Zylinders (20) in diesen eingeleiteten Arbeitsmediums zur Lieferseite des Zylinders (20) durch die Arbeitskammern (34) hindurch, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit einen an der Umfangsfläche des zylindrischen Abschnitts des Gehäuses (10) befestigten Stator (16) und einen innerhalb des Gehäuses angeordneten und am Zylinder (20) befestigten Rotor (18) eines Elektromotors (14) aufweist, und daß zwischen dem Zylinder (20) und dem Drehkörper (24) eine Mitnahmeeinrichtung (26, 28) angeordnet ist.

2. Rotationskolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (18) ringförmig ausgebildet, koaxial an der Mantelfläche des Zylinders (20) befestigt und mit einem vorbestimmten Abstand von der Innenumfangsfläche des Gehäuses (10) getrennt ist.

3. Rotationskolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Lager (21 bzw. 22) jeweils eine Außenumfangsfläche (21a bzw. 22a), auf welche das betreffende Ende des Zylinders (20) drehbar (unter drehbarer Lagerung) aufgesetzt ist, und je eine gegenüber der Zentralachse des Zylinders (20) außermittig versetzte Lagerbohrung (21b bzw. 22b), in welche das betreffende Ende des Drehkörpers (24) drehbar eingesetzt ist, aufweisen.