DE4020764A1 - Hermetically sealed rotary compressor - has axial gap for lubrication oil between piston and cylinder wall - Google Patents
Hermetically sealed rotary compressor - has axial gap for lubrication oil between piston and cylinder wallInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen hermetisch abgeschlossenen Kompressor mit umlaufendem Rotationskolben, der ein hermetisch abgeschlossenes Gehäuse aufweist, das mit dem Kondensationsdruck des Kältesystems, der durch ein Abzugsrohr an das Gehäuse übertragen wird, beaufschlagt wird und einen Zylinderblock aufnimmt, in dessen innerer zylindrischer Kammer der Rotations kolben umläuft, der am exzentrischen Abschnitt einer ihn tragenden Kurbel welle befestigt ist, wobei die zylindrische Kammer an ihrem axialen Ende von Begrenzungswänden abgeschlossen wird und im Inneren - durch den Rotations kolben ebenso wie durch eine Dichtleiste - in eine Ansaugkammer, deren Innen druck deutlich geringer als der Gehäuseinnendruck ist, und in eine Kompressionskammer, deren Innendruck während des größten Abschnitts des Kompressionszyklusses deutlich kleiner als der Gehäuseinnendruck ist, aufge teilt wird, sowie mit einem axialen Spalt zum Durchlaß von Schmieröl zwischen den Begrenzungswänden der zylindrischen Kammer und den gegenüber liegenden Seiten-Ringflächen des Rotationskolbens.The invention relates to a hermetically sealed compressor with rotating rotary piston, which is a hermetically sealed housing has that with the condensation pressure of the refrigeration system by a Exhaust pipe is transferred to the housing, is applied and a Cylinder block accommodates, in its inner cylindrical chamber of rotation piston rotates, the eccentric section of a crank carrying it shaft is attached, the cylindrical chamber at its axial end of Boundary walls is completed and inside - through the rotation piston as well as through a sealing strip - into a suction chamber, the inside of which pressure is significantly lower than the housing internal pressure, and in a Compression chamber, the internal pressure of which during the largest section of the Compression cycle is significantly smaller than the housing pressure is divided, as well as with an axial gap for the passage of lubricating oil between the boundary walls of the cylindrical chamber and the opposite lying side ring surfaces of the rotary piston.
Solche Geräte, die mit einem hohen Innendruck arbeiten, werden üblicherweise für kleine Kältemaschinen und Klimaanlagen eingesetzt.Such devices that work with a high internal pressure are usually used for small chillers and air conditioners.
Unter einem hermetisch abgeschlossenen Rotationskolbenkompressor mit hohem Innendruck soll im folgenden stets ein solcher verstanden werden, dessen Gehäuse dem Kondensationsdruck des Systems, in dem er benutzt wird, ausgesetzt ist.Under a hermetically sealed rotary piston compressor high internal pressure should always be understood in the following, the housing of which is the condensation pressure of the system in which it is used, is exposed.
Bei hermetisch abgeschlossenen Rotationskolbenkompressoren mit hohem Innen druck im Gehäuse tritt das Phänomen auf, daß Schmieröl in das Innere des Zylinders, und zwar in die Ansaug- wie auch in die Ausstoßkammer, gelangen kann.For hermetically sealed rotary piston compressors with a high interior pressure in the housing occurs the phenomenon that lubricating oil inside the Cylinder, namely in the suction as well as in the discharge chamber can.
Das am Boden des Gehäuses vorliegende und unter dem hohen Gasdruck innerhalb des Gehäuses stehende Öl wird über eine Öl-Pumpeinrichtung angehoben, bis es die Kurbelwelle erreicht, von der das Öl dann längs Ölnuten soweit geführt wird, bis es schließlich zum Drehkolben gelangt und dort radial über Randspalte, die zwischen den ringförmigen Seitenflächen des Drehkolbens und den zugewandten Lagerflächen ausgebildet werden, bis zum Eintritt in die inneren Kammern des Zylinders weitergeführt wird.The one at the bottom of the housing and under the high gas pressure Oil standing inside the housing is pumped through an oil pump raised until it reaches the crankshaft, from which the oil then runs along oil grooves until it finally reaches the rotary lobe and there radially via marginal gaps between the annular side surfaces of the rotary lobe and the facing storage areas are formed until entry into the inner chambers of the cylinder is continued.
Dieses Eindringen von Öl, das sich auf hoher Temperatur befindet, in den
Zylinder hat auf die Funktion und das ordnungsgemäße Arbeiten des
Kompressors die nachfolgend angeführten Auswirkungen:
Durch das Eindringen des Öls hoher Temperatur in die Ansaugkammer wird
auch das ankommende, angesaugte Gas erwärmt, wodurch dessen spezifisches
Volumen abnimmt, was zu einer Abnahme der Füllkapazität der Ansaugkammer
führt. Denn die Gasmasse, welche die Ansaugkammer im Zylinder füllt, wird
durch die Zunahme des spezifischen Gasvolumens verkleinert. Neben diesem
Nachteil ist auch noch zu erwähnen, daß das Ölvolumen selbst, das in die
Ansaugkammer eindringt, einen Raumbedarf hat bzw. einen Raum ausfüllt, der
ansonsten mit Gas ausgefüllt werden könnte; dieser Effekt ist jedoch im
Vergleich zum bereits genannten Aufheizeffekt von ziemlich sekundärer
Bedeutung.This penetration of oil at high temperature into the cylinder has the following effects on the function and correct operation of the compressor:
As a result of the high-temperature oil entering the suction chamber, the incoming suction gas is also heated, whereby its specific volume decreases, which leads to a decrease in the filling capacity of the suction chamber. Because the gas mass that fills the suction chamber in the cylinder is reduced by the increase in the specific gas volume. In addition to this disadvantage, it should also be mentioned that the volume of oil itself, which penetrates into the suction chamber, requires a space or fills a space that could otherwise be filled with gas; however, this effect is of rather secondary importance compared to the heating effect already mentioned.
Das erwähnte Problem führt zu einer Abnahme der Kompressor-Pumpkapazität als Ergebnis des Eindringens von Schmieröl in den Zylinder.The problem mentioned leads to a decrease in the compressor pumping capacity as a result of the ingress of lubricating oil into the cylinder.
Auch wird beim Eindringen von Öl in die Kompressionskammer des Zylinders über einen großen Abschnitt der Kompressionsperiode hinweg erreicht, daß das Öl, das sich auf höherer Temperatur als das Gas während der Kompression befindet, auch dieses Gas aufheizt und dadurch eine Vergrößerung dessen spezifischen Volumens herbeiführt, was letztlich zu einem Ansteigen der für die Kompression des Gases nötigen Arbeit und damit schließlich zu einem Anwachsen des Energieverbrauchs des Kompressors führt. Dabei gilt, daß der Kompressionsdruck schneller anwächst, wenn der Ölverlust in das Innere der Kompressionskammer zunimmt.Also, when oil enters the compression chamber of the cylinder over a large portion of the compression period achieved that Oil that is at a higher temperature than the gas during compression is located, this gas also heats up and thereby enlarges it specific volume, which ultimately leads to an increase in for the compression of the gas necessary work and ultimately one Increases the energy consumption of the compressor leads. It applies that the Compression pressure increases faster when the oil loss inside the Compression chamber increases.
Wenn diese Effekte gemeinsam auftreten, führt dies zu einem ganz erheblichen Abfall der volumetrischen und energetischen Wirksamkeit des Kompressors.When these effects occur together, it leads to a whole considerable decrease in the volumetric and energetic effectiveness of the Compressor.
Andererseits bringt das Vorhandensein eines Schmierölflusses auch zwei vorteil hafte Folgen, die für die Funktionsfähigkeit des Kompressors ganz grund sätzlich sind. Die erste und die naheliegenste besteht in der Schmierung der dabei involvierten beweglichen Teile, und die zweite liegt in der Abdichtung aller Spalte zwischen den beweglichen Teilen, wodurch ein direkter Gasverlust aus dem Inneren des Zylinders in das Innere des Gehäuses vermieden wird: denn falls ein solcher Gasverlust auftritt, kann dies sogar noch nachteiliger für den Kompressor im Hinblick auf einen Kapazitätsabfall sein als im Falle der Gasüberhitzung durch das Öl.On the other hand, the existence of a flow of lubricating oil also has two advantages there are serious consequences for the functionality of the compressor are additional. The first and the most obvious is the lubrication of the involved moving parts, and the second lies in the seal all gaps between the moving parts, causing direct gas loss from the inside of the cylinder into the inside of the housing is avoided: because if such gas loss occurs, it can be even more disadvantageous for the compressor in terms of a drop in capacity than in the case of the Gas overheating from the oil.
Die genannte Eigenschaft des Öls zum Abdichten von Spalten zwischen den beweglichen Teilen wirkt sich auch auf das Auftreten innerer Leckverluste im Zylinder (von der Kompressionskammer an die Ansaugkammer, die sich auf geringem Druck befindet) und auf die Leckverluste von der Kompressions kammer an das Gehäuseinnere aus.The specified property of the oil to seal gaps between the moving parts also affects the occurrence of internal leakage losses in the Cylinder (from the compression chamber to the intake chamber, which is located on low pressure) and on the leakage from the compression chamber to the inside of the housing.
In dem speziellen Fall des radialen Eindringens von Öl in den Zylinder über die Endflächen des Drehkolbens verhindert das Schmieröl, daß ein Gasverlust aus der Kompressionskammer an die Innenteile der Kurbelwelle und von dort in das Innere des Gehäuses auftreten kann.In the special case of radial penetration of oil into the cylinder through the End faces of the rotary lobe prevent the lubricating oil from losing gas the compression chamber to the inner parts of the crankshaft and from there into the Interior of the housing can occur.
Deshalb muß die Ölmenge, die in den Zylinder gelangt, unbedingt auf einem optimalen Niveau gehalten werden, d. h. auf einem minimalen Niveau, das ausreicht, um ein Abdichten der Gasverluste zu bewirken, das aber gleichzeitig sicherstellt, daß nur ein minimales Aufheizen des Gases im Inneres des Zylinders erfolgt. Therefore, the amount of oil that gets into the cylinder must be on one optimal level is maintained, d. H. at a minimal level that sufficient to seal the gas losses, but at the same time ensures that there is only minimal heating of the gas inside the Cylinder takes place.
Ein wohlbekannter Weg, um die in den Zylinder über die Spalte an den End flächen des Drehkolbens fließende Ölmenge zu kontrollieren, besteht darin, solche Spalte bis zu einer Minimalgröße zu verkleinern, bei der die Reib verluste zwischen den Endflächen des Drehkolbens und den entsprechenden Abdeckflächen der Lager noch keine solche Größe erreichen, daß hierdurch die Vorteile völlig verschwinden, die sich aufgrund der Verringerung des Ölflusses durch diese Spalte ergeben.A well known way to end up in the cylinder over the column Checking the flow of oil on the surfaces of the rotary lobe consists in to reduce such gaps to a minimum size at which the friction losses between the end faces of the rotary piston and the corresponding ones Cover surfaces of the camps do not yet reach such a size that the Benefits completely disappear due to the decrease in oil flow result from this column.
Abgesehen von der Möglichkeit, die Randspalte am Drehkolben in einer Weise zu verkleinern, die zu einer vorteilhaften Abnahme der Schmierölmenge führt, die in den Zylinder gelangt, zeigt sich, daß die hinsichtlich des energetischen Wirkungsgrades des Kompressors erzielte Verbesserung infolge der größeren Reibkräfte als Ergebnis einer kleineren oder größeren Verringerung der Randspalte stets kleiner ist als die, die allein durch eine Verringerung des Ölstroms erreicht werden könnte.Apart from the possibility of the marginal gaps on the rotary lobe in a way to reduce, which leads to an advantageous decrease in the amount of lubricating oil, that gets into the cylinder shows that the energetic Efficiency of the compressor achieved improvement due to the larger Frictional forces as a result of a smaller or larger reduction in Marginal column is always smaller than that, which is achieved only by reducing the Oil flow could be achieved.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hermetisch abgeschlossenen Rotationskolbenkompressor der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß der Ölfluß in das Innere des Zylinders im Vergleich zu bisher bekannten Lösungen deutlich verringert wird, ohne daß es dabei zu einem merklichen Anstieg an Reibung zwischen den beweglichen Kompressorteilen, insbesondere zwischen den Seitenflächen des Drehkolbens und den Lagerabdeck flächen sowie zwischen dem Drehkolben und dem exzentrischen Abschnitt der Kurbelwelle, kommt.Proceeding from this, the invention has for its object a hermetic completed rotary piston compressor of the type mentioned above improve that the oil flow into the interior of the cylinder compared to previously known solutions is significantly reduced without it becoming a noticeable increase in friction between the moving compressor parts, especially between the side surfaces of the rotary piston and the bearing cover surfaces as well as between the rotary lobe and the eccentric section of the Crankshaft, coming.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Rotationskolbenkompressor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Drehkolben so ausgebildet ist, daß das Verhältnis seines Außendurchmessers zu seinem Innendurchmesser einen Wert in einem Bereich von angenähert 1,23 bis angenähert 2,22 aufweist, derart, daß eine Verlängerung des radialen Ölstromweges durch die einander gegenüberliegenden axialen Endspalten am Drehkolben sowie zur Ansaug- und Kompressionskammer erreicht wird. Diese Verlängerung des Strömungsweges in den genannten Spalten führt gegenüber bekannten Konstruktionen zu einem Absenken des Ölstroms in die Ausstoß- und Ansaugkammer um mindestens 10%, ohne daß ein relevantes Anwachsen der Reibkräfte zwischen den bewegten Teilen eintritt.According to the invention, this object is achieved in a rotary piston compressor type mentioned in that the rotary piston is designed so that the ratio of its outside diameter to its inside diameter has a value in a range from approximately 1.23 to approximately 2.22, such that an extension of the radial oil flow path through each other opposite axial end gaps on the rotary lobe and for intake and Compression chamber is reached. This extension of the flow path in the mentioned columns leads to a compared to known constructions Lowering the oil flow into the discharge and suction chamber by at least 10%, without a relevant increase in the frictional forces between the moving Sharing occurs.
Aus der Gleichung, die den radialen Ölstrom durch die Spalte an den Dreh kolbenendflächen beschreibt (viskoser Strom zwischen parallelen Scheiben), läßt sich ableiten, daß der Strom von der Spaltgröße (δR) und von der Dicke der Drehkolbenwand abhängt oder, noch genauer, von dem VerhältnisFrom the equation that the radial oil flow through the column to the rotation piston end faces (viscous flow between parallel disks), it can be deduced that the current depends on the gap size (δR) and the thickness depends on the rotary lobe wall or, more precisely, on the ratio
Die Dimensionen bekannter Drehkolben bei auf dem Markt befindlichen Kompressoren weisen einen Wert für das Verhältnis äußerer Durchmesser (⌀ ext)/Innendurchmesser (⌀ int) zwischen 1,40 und 1,55 auf und definieren damit Drehkolben dünner bzw. kleiner Wandungen.The dimensions of known rotary lobes in those on the market Compressors have a value for the ratio of the outer diameter (⌀ ext) / inner diameter (⌀ int) between 1.40 and 1.55 and define thus rotary lobes with thin or small walls.
Hier schafft die Erfindung Abhilfe, indem sie auf Drehkolben mit dicker Wand abstellt, nämlich solche, bei denen das genannte Verhältnis gleich oder größer einem Wert von ungefähr 1,63 ist.The invention remedies this problem by acting on rotary pistons with thick walls turns off, namely those in which the said ratio is equal or greater is a value of approximately 1.63.
Es sei noch einmal erwähnt, daß der Verlauf der Kurve, die den Ölstrom in das Innere des Zylinders darstellt, sich proportional auf die Kompressor-Effizienz auswirkt, wie dies schon erläutert wurde, d. h. je größer der Wert des Verhältnisses ln(⌀ ext/ ⌀ int)-1 ist, desto größer ist auch der Ölstrom in das Innere des Zylinders und desto schlechter ist der volumetrische und der energetische Wirkungsgrad des Kompressors. Überraschenderweise gelingt es durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, das Eindringen von Öl in den Zylinder um wenigstens 10% zu reduzieren, wenn also (anders als beim üblicherweise benutzten Bereich) die Drehkolbendurchmesser derart dimensioniert werden, daß für das Verhältnis (⌀ ext/ ⌀ int) ein Wert von 1,63 eingesetzt wird. Dabei kann der Drehkolben so dimensioniert werden, daß der Wert für dieses Verhältnis (⌀ ext/ ⌀ int) angenähert 1,63 oder gar größer als dieser ist. Es ist ferner wichtig, darauf hinzuweisen, daß Durchmesser verhältnisse von 1,63 bis hinauf zu nahezu 2,22 so gut wie perfekt bei den üblicherweise zur Herstellung von Drehkolbenkompressoren eingesetzten Herstellungsprozessen erreichbar sind und sich darüberhinaus hierbei weder eine Beeinträchtigung, noch ein Nachteil im Hinblick auf die Wirksamkeit des Kompressors einstellt, wenn die Abmessungen des Drehkolbens in diesen Bereichen liegen.It should be mentioned again that the course of the curve, which represents the oil flow into the interior of the cylinder, has a proportional effect on the compressor efficiency, as has already been explained, ie the greater the value of the ratio ln (⌀ ext / ⌀ int) -1 , the greater the oil flow into the interior of the cylinder and the worse the volumetric and energetic efficiency of the compressor. Surprisingly, the measures according to the invention make it possible to reduce the penetration of oil into the cylinder by at least 10%, if (in contrast to the area normally used) the rotary lobe diameters are dimensioned such that the ratio (⌀ ext / ⌀ int) is one Value of 1.63 is used. The rotary lobe can be dimensioned so that the value for this ratio (⌀ ext / ⌀ int) is approximately 1.63 or even greater than this. It is also important to point out that diameter ratios from 1.63 up to almost 2.22 are almost perfectly achievable in the manufacturing processes commonly used for the manufacture of rotary piston compressors, and moreover there is neither an impairment nor a disadvantage with regard to this adjusts to the effectiveness of the compressor if the dimensions of the rotary piston are in these areas.
Was die Frage des Anwachsens der Reibverluste zwischen den seitlichen Dreh kolbenflächen und den Seitenwandungen der zylindrischen Kammer infolge eines Anwachsens der Kontaktfläche betrifft, so zeigt sich, daß die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen zu keinem merklichen Anstieg der Reibungsverluste führt, da zusammen mit der Vergrößerung der Kontaktfläche eine Erniedrigung der Winkelgeschwindigkeit des Kolbens um dessen eigene Achse eintritt, was diese möglicherweise erhöhten Reibungsverluste kompensiert. Abgesehen davon sind solche Reibungsverluste von einer Größen ordnung, die wenigstens um eine Potenz geringer ist als die Verluste, die durch das erhitzte Öl ausgelöst werden. Deshalb können solche Verluste, die so gut wie nicht feststellbar sind, ohne weiteres vernachlässigt werden.As for the question of the increase in friction losses between the lateral rotation piston surfaces and the side walls of the cylindrical chamber as a result of an increase in the contact area, it turns out that the application of the measures according to the invention to no noticeable increase in Loss of friction leads together with the enlargement of the contact area a decrease in the angular velocity of the piston by its own Axis occurs, which may increase frictional losses compensated. Apart from that, such friction losses are of one size order that is at least one power lower than the losses caused by the heated oil will be triggered. That is why such losses can be so good as can not be ascertained, can be easily neglected.
Weitere (indirekte) vorteilhafte Auswirkungen bezüglich des energetischen Wirkungsgrades des Kompressors lassen sich erreichen, wenn das erfindungs gemäß geforderte große Verhältnis zwischen äußerem und innerem Durch messer des Kolbens durch Verkleinerung des Kolben- Innendurchmessers ereicht wird. Als solche Vorteile sind hierzu zu nennen:Further (indirect) advantageous effects regarding the energetic Efficiency of the compressor can be achieved if the fiction according to required large ratio between outer and inner through diameter of the piston is achieved by reducing the inside diameter of the piston becomes. The following are some of the advantages:
- - mit der Verkleinerung des Kolben-Innendurchmessers kann gleichzeitig auch der Durchmesser des exzentrischen Abschnitts der Kurbelwelle reduziert und hierdurch entsprechend eine Verkleinerung des erheblichen Verlustes aufgrund viskosen Widerstands zwischen den Kolbenkontaktflächen und dem exzentrischen Wellenabschnitt erreicht werden;- with the reduction of the piston inner diameter at the same time the diameter of the eccentric portion of the crankshaft is reduced and a corresponding reduction in the considerable loss due to this viscous resistance between the piston contact surfaces and the eccentric shaft section can be reached;
- - üblicherweise kann bei einer Verkleinerung des Durchmessers des exzentrischen Wellenabschnitts auch der Durchmesser des kleineres Wellen schaft-Abschnitts der Kurbelwelle ebenfalls reduziert werden, ja es kann, abhängig von den gegebenen Umständen, möglicherweise sogar auf das Sekundärlager völlig verzichtet werden, indem nur ein Stütz- bzw. Axiallager vorgesehen wird, was den Reibverlust deutlich verkleinert;- Usually can with a reduction in the diameter of the eccentric shaft section also the diameter of the smaller shaft shaft section of the crankshaft can also be reduced, yes it can, depending on the circumstances, possibly even on that Secondary bearings can be completely dispensed with by using only one support or axial bearing is provided, which significantly reduces the friction loss;
- - infolge der Verkleinerung des Durchmessers des exzentrischen Abschnitts und der entsprechenden Verkleinerung der Kontaktfläche zwischen dem exzentrischen Abschnitt und dem Kolben wird die Kolben-Winkel geschwindigkeit um die eigene Drehachse erniedrigt, was in ganz erheblichem Maße einen der wichtigsten Reibungsverluste des Kompressors absenkt, nämlich den Reibungsverlust zwischen dem Oberteil der Dichtleiste und dem Außendurchmesser des Kolbens.- due to the reduction in the diameter of the eccentric section and the corresponding reduction in the contact area between the eccentric section and the piston becomes the piston angle speed decreased around its own axis of rotation, which in considerable Measures one of the most important friction losses of the compressor, namely the loss of friction between the upper part of the sealing strip and the Outside diameter of the piston.
Hieraus läßt sich ableiten, daß der erfindungsgemäß eingesetzte vergrößerte Wert des Verhältnisses von Außen- und Innendurchmesser des Drehkolbens ganz besonders bevorzugt über eine Verkleinerung des Innendurchmessers des Dreh kolbens (anstatt über eine Vergrößerung des Drehkolben-Außendurchmessers) erreicht wird.From this it can be deduced that the enlarged used according to the invention Value of the ratio of outer and inner diameter of the rotary lobe entirely particularly preferably by reducing the inside diameter of the turning piston (instead of increasing the outer diameter of the rotary lobe) is achieved.
Zur Realisierung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Werte für das Verhältnis Außendurchmesser zu Innendurchmesser des Drehkolbens werden ganz besonders bevorzugt der Innendurchmesser des Drehkolbens und der Außendurchmesser des exzentrischen Abschnitts der Kurbelwelle weit kleiner als bei bisher bekannten Kompressoren ausgebildet.To implement the values proposed according to the invention for the Ratio outside diameter to inside diameter of the rotary lobe the inner diameter of the rotary piston and the Outer diameter of the eccentric section of the crankshaft is much smaller than in previously known compressors.
Vorteilhafterweise wird zumindest die axiale Endwand der zylindrischen Kammer, die dem Körper der Kurbelwelle zugewandt ist, von einer Platte eines entsprechenden, am Zylinderblock befestigten Lagers gebildet bzw. festgelegt.At least the axial end wall of the cylindrical is advantageously Chamber facing the body of the crankshaft from a plate a corresponding bearing attached to the cylinder block is formed or fixed.
Eine weiter bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht auch darin, daß das dem Zylinderblock zugekehrte Ende der Kurbelwelle vom exzentrischen Abschnitt kleineren Durchmessers gebildet wird, wobei die dem zugehörigen Ende der Kurbelwelle benachbarte axiale Abschlußwand der zylindrischen Kammer aus einer Platte besteht, die an der benachbarten Fläche des zylindrischen Blockes befestigt ist. Hierdurch wird eine besonders einfach aufgebaute und rasch montierbare Gesamtanordnung erreicht.A further preferred embodiment of the invention is also that the end of the crankshaft facing the cylinder block from the eccentric Section of smaller diameter is formed, the associated End of the crankshaft adjacent axial end wall of the cylindrical Chamber consists of a plate attached to the adjacent surface of the cylindrical block is attached. This makes it particularly easy assembled and quickly assembled overall arrangement achieved.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kompressors besteht darin, daß die Kurbelwelle neben ihrem exzentrischen Abschnitt auch noch einen umlaufenden Ringflansch aufweist, der in einer entsprechenden Vertiefung in der Endfläche der Lagerplatte aufgenommen ist. Die Vertiefung ist dabei vorteilhafterweise so ausgebildet, daß das Auftreten eines relativ großen Spaltes zwischen dem umlaufenden Ringflansch und der benachbarten Seitenwand erreichbar ist.Another preferred embodiment of the compressor according to the invention is that the crankshaft in addition to its eccentric section still has a circumferential ring flange in a corresponding Indentation is received in the end face of the bearing plate. The deepening is advantageously designed so that the occurrence of a relative large gap between the circumferential ring flange and the neighboring one Sidewall is accessible.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im Prinzip beispiels halber noch näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on the drawing in principle example for the sake of clarification. Show it:
Fig. 1a einen Teil-Längsschnitt eines Kompressors mit umlaufendem Rotations kolben gemäß der Erfindung; Figure 1a is a partial longitudinal section of a compressor with a rotating piston according to the invention.
Fig. 1b einen Querschnitt längs Linie B-B aus Fig. 1a; FIG. 1b a cross section along line BB of Fig. 1a;
Fig. 2 eine Diagrammdarstellung des Verlaufs des erzeugten Kompressions drucks in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Rotationskolbens; Figure 2 is a diagram showing the course of the generated compression pressure as a function of the angle of rotation of the rotary piston.
Fig. 3 eine repräsentative Darstellung der Abhängigkeit des radialen Ölflusses über die Drehkolbenflächen vom Verhältnis Außendurchmeser/Innendurchmesser des Drehkolbens als Relativgröße für die Dicke der Kolbenringwand; Figure 3 is a representative plot of the dependence of the radial oil flow through the rotary piston areas on the ratio of outer diameter / inner diameter of the rotating piston as the relative size for the thickness of the piston ring wall.
Fig. 4a eine Seitenansicht der Baueinheit Kurbelwelle/Drehkolben (letzterer geschnitten) gemäß dem Stand der Technik; FIG. 4a is a side view of the assembly crankshaft / rotary piston (the latter cut) according to the prior art;
Fig. 4b eine Seitenansicht der Baueinheit Kurbelwelle/Drehkolben (letzterer geschnitten) gemäß der Erfindung; FIG. 4b is a side view of the assembly crankshaft / rotary piston (the latter cut) according to the invention;
Fig. 4c eine ähnliche Darstellung wie die aus Fig. 4b, jedoch nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 4c is a similar representation as that of Fig. 4b, but according to another embodiment of the invention, and
Fig. 5 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung der Baueinheit aus Fig. 4c im Einbauzustand innerhalb des Lagers und des Zylinderblocks. Fig. 5 is an enlarged partial sectional view of the assembly of Fig. 4c in the installed state within the bearing and the cylinder block.
Die Fig. 1a und Fig. 1b zeigen einen Kompressor mit einem Gehäuse 1, das ein Ansaugrohr 2 und ein Abgaberohr 3 haltert, sowie einen Zylinderblock 4 aufnimmt, in dessen Innerem eine zylindrische Kammer ausgebildet wird. Diese nimmt einen Drehkolben 5 auf, der auf einer Kurbelwelle 6 befestigt ist, die ihrerseits von einem aus einem Stator 7 und einem Rotor 8 bestehenden Elektromotor angetrieben wird. Hierbei handelt es sich um einen Kompressor mit einem hohen Innendruck im Gehäuse, in dessen Inneres sich das einlaß seitige Ende des Abgaberohres 3 öffnet. FIG. 1a and FIG. 1b show a compressor having a housing 1 which supports a suction pipe 2 and a discharge pipe 3, and accommodates a cylinder block 4, is formed a cylindrical chamber in the interior. This receives a rotary piston 5 , which is attached to a crankshaft 6 , which in turn is driven by an electric motor consisting of a stator 7 and a rotor 8 . This is a compressor with a high internal pressure in the housing, in the interior of which the inlet-side end of the discharge pipe 3 opens.
Die Kurbelwelle 6 wird von einem Hauptlager 10 und einem Sekundärlager 20 gelagert, deren jedes eine Halteplatte bzw. einen Halteflansch 10a bzw. 20a aufweist, die bzw. der jeweils an einer der axialen Endflächen des Zylinder blocks 4 zur Ausbildung der zyIindrischen Wände der Kammer befestigt ist, in deren Innerem sich der Drehkolben 5 bewegt.The crankshaft 6 is supported by a main bearing 10 and a secondary bearing 20 , each of which has a holding plate or a holding flange 10 a or 20 a, each of which on one of the axial end faces of the cylinder block 4 to form the cylindrical walls of the Chamber is attached, inside which the rotary piston 5 moves.
Beim dargestellten Beispiel ist neben der Außenfläche des Sekundärlagers 20 eine Auslaß-Schalldämmkammer 13 vorgesehen, um das innerhalb des Zylinders komprimierte Gas aufzunehmen, wobei die Platte 20a des Sekundärlagers (oder, falls ein solches nicht existiert, die Wand des Zylinderblocks 4) mit einer Auslaßöffnung 22 versehen ist, deren auslaßseitiges Ende einen ring förmigen Ventilsitz für ein bekanntes Ventil, bevorzugt ein Blatt- bzw. Zungen ventil 30, ausbildet, das innerhalb der Auslaß-Schalldämmkammer 13 angeordnet ist.In the example shown, an outlet sound insulation chamber 13 is provided next to the outer surface of the secondary bearing 20 to receive the gas compressed within the cylinder, the plate 20 a of the secondary bearing (or, if such does not exist, the wall of the cylinder block 4 ) with a Outlet opening 22 is provided, the outlet end of which forms an annular valve seat for a known valve, preferably a leaf or tongue valve 30 , which is arranged within the outlet sound insulation chamber 13 .
Zu dem in den Fig. 1a und 1b dargestellten grundsätzlichen Aufbau eines solchen Kompressors gehört auch noch, daß die Hauptlagerplatte 10a mit einem radialen Kanal 11 versehen ist, dessen unteres Ende in den Schmier ölvorrat OL am Boden des Gehäuses 1 eintaucht und dessen oberes Ende zu einer Ölpumpe oder einer anderen Pumpeinrichtung hin geöffnet ist, wobei der Radialkanal 11 auch um die Kurbelwelle 6 herumgeführt ist und in Strömungs verbindung mit länglichen, auf der Oberfläche längs der Kurbelwelle 6 angebrachten Nuten 14 steht, um das Schmieröl an das Lager und an die axialen Randspalte zwischen den Seitenflächen des Drehkolbens 5 und der jeweils zugewendeten Abschlußwand der zylindrischen Kammer Drehkolbens 5 zu liefern.To the basic structure of such a compressor shown in Figs. 1a and 1b also includes that the main bearing plate 10 a is provided with a radial channel 11 , the lower end of which is immersed in the lubricating oil reservoir OL at the bottom of the housing 1 and the upper end thereof is open to an oil pump or other pumping device, the radial channel 11 is also guided around the crankshaft 6 and is in flow connection with elongated grooves 14 provided on the surface along the crankshaft 6 in order to bring the lubricating oil to the bearing and to the to provide axial marginal gaps between the side surfaces of the rotary piston 5 and the respectively facing end wall of the cylindrical chamber rotary piston 5 .
Wie in Fig. 1b dargestellt, weist der Zylinderblock 4 Fenster 4a für einen Ausgleich des Innendrucks im Gehäuse sowie für den Durchtritt von Schmieröl auf. Ferner ist eine Vertiefung bzw. ein Schlitz vorgesehen, in dem eine Dicht leiste 9 aufgenommen ist, die zusammen mit der zylindrischen Umfangsfläche des Drehkolbens 5 die zylindrische Kammer in eine Ansaugkammer und eine Ausstoßkammer aufteilt, wobei die erstere durch einen im Zylinderblock ausgebildeten Kanal 4b gespeist und in Verbindung mit dem inneren Ende des Ansaugrohres gehalten wird.As shown in Fig. 1b, the cylinder block 4 window 4 a for a compensation of the internal pressure in the housing and for the passage of lubricating oil. Furthermore, a recess or a slot is provided in which a sealing strip 9 is received, which, together with the cylindrical peripheral surface of the rotary piston 5, divides the cylindrical chamber into a suction chamber and an exhaust chamber, the former being formed by a channel 4 b formed in the cylinder block fed and held in connection with the inner end of the suction pipe.
Fig. 2 illustriert den Verlauf des erzeugten Kompressionsdrucks bei einem Drehkolbenkompressor in Abhängigkeit vom Rotationswinkel des Drehkolbens. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Kompressionsdruck schneller ansteigt im Falle eines größeren Ölstromes in die Kompressionskammer (Qo′ - gestrichelter Verlauf) als bei einem kleineren Ölverlust in die Kammer (Qo - durchgezogener Verlauf). Fig. 2 illustrates the course of the compression pressure generated in a rotary compressor according to the rotation angle of the rotary piston. From Fig. 3 it can be seen that the compression pressure increases faster in the case of a larger oil flow into the compression chamber (Qo '- dashed curve) than with a smaller oil loss in the chamber (Qo - solid curve).
In Fig. 3 ist der Verlauf des Graphs des Wertes (ln(⌀ ext/⌀ int))-1 über dem Verhältnis von Außendurchmesser/Innendurchmesser (⌀ ext/⌀ int) des Dreh kolbens dargestellt. Aus Fig. 3 kann ersehen werden, daß bis zu einem Wert von ⌀ ext/⌀ int = 1,63 die Steigung der Kurve (ln(⌀ ext/⌀ int)-1 ziemlich ausgeprägt, aber nach Erreichen des Wertes 1,6 zunehmend flacher wird. In Fig. 3 ist (gestrichelt) der übliche Bereich herkömmlicher Kompressoren und daneben (verdickt) ab etwa dem Wert 1,6 der erfindungsgemäße Bereich angegeben.In Fig. 3 the course of the graph of the value (ln (⌀ ext / ⌀ int)) -1 is shown over the ratio of the outer diameter / inner diameter (⌀ ext / ⌀ int) of the rotary piston. From Fig. 3 it can be seen that up to a value of ⌀ ext / ⌀ int = 1.63 the slope of the curve (ln (⌀ ext / ⌀ int) -1 is quite pronounced, but increasing after reaching the value 1.6 is flat. In Fig. 3 is (dashed) the usual range of conventional compressors and deviated (thickened) from about 1.6 given the value of the range of the invention.
Fig. 4a zeigt eine übliche Konstruktion einer Kurbelwelle 6 mit einem exzentrischen Abschnitt 6a, mit dem Trieb für den Drehkolben 5 und mit einem Endabschnitt 6b zur Lagerung innerhalb des Sekundärlagers 20. Üblicher weise werden diese beiden spezifischen Kurbelwellenabschnitte mit demselben Durchmesser ausgeführt, den auch der Rest des Kurbelwellenkörpers aufweist. Bei der Lösung nach dem Stand der Technik, die in Fig. 4a dargestellt ist und der Anordnung in Fig. 1 b im Grundaufbau entspricht, weist der Drehkolben 5 eine Ringwanddicke mit einem Verhältnis von Drehkolben-Außendurchmesser zu Drehkolbeninnendurchmesser (⌀ ext./⌀ int.) kleiner als 1,60 auf, wodurch der Radialweg des Öls, der von den Pfeilen in Fig. 1b dargestellt wird, so kurz wird, daß eine nachteilig große Menge an Schmieröl in den Zylinder eindringen kann. Fig. 4a shows a typical construction of a crank shaft 6 having an eccentric portion 6a, with the drive for the rotary pistons 5 and 6 with an end portion b for storage within the secondary bearing 20. These two specific crankshaft sections are usually designed with the same diameter as the rest of the crankshaft body. In the solution according to the prior art, which is shown in Fig. 4a and corresponds to the arrangement in Fig. 1b in the basic structure, the rotary piston 5 has an annular wall thickness with a ratio of the outer diameter of the rotary piston to the inner diameter of the rotary piston (⌀ ext./⌀ int .) less than 1.60, whereby the radial path of the oil, which is represented by the arrows in Fig. 1b, is so short that a disadvantageously large amount of lubricating oil can penetrate into the cylinder.
Fig. 4b zeigt eine Kurbelwelle 60 mit einem exzentrischen Abschnitt 60a, der einen Drehkolben 50 mit einer Ringwanddicke antreibt, die einem Verhältnis ⌀ ext./⌀ int. größer als 1,63 entspricht. Dieses Verhältnis, das innerhalb der Grenzen liegt, die für die vorliegende Erfindung gelten, wird praktisch dadurch erreicht, daß der Innendurchmesser des Drehkolbens 50 und entsprechend der Durchmesser des exzentrischen Abschnitts 60a der Kurbelwelle 60 verkleinert wird. Bei einer solchen Durchmesserverkleinerung des exzentrischen Abschnitts 60a der Kurbelwelle 60 läßt sich auch deren Endabschnitt 60b relativ zum Rest des Wellenkörpers kleiner ausführen, wie dies Fig. 4b zeigt. FIG. 4b shows a crankshaft 60 having an eccentric portion 60 a which drives a rotary piston 50 with an annular wall thickness corresponding to a ratio ⌀ int ext./⌀. Greater than 1.63. This ratio, which is within the limits that apply to the present invention, is practically achieved in that the inner diameter of the rotary piston 50 and correspondingly the diameter of the eccentric section 60 a of the crankshaft 60 is reduced. With such a reduction in diameter of the eccentric section 60 a of the crankshaft 60 , its end section 60 b can also be made smaller relative to the rest of the shaft body, as shown in FIG. 4b.
Zu den zusätzlichen Vorteilen, die sich aus den erwähnten Durchmesser verkleinerungen der Abschnitte 60a und 60b der Kurbelwelle 60 erreichen lassen, wird noch einmal auf die weiter oben schon angegebenen Vorteile verwiesen.Regarding the additional advantages that can be achieved from the mentioned reduction in diameter of the sections 60 a and 60 b of the crankshaft 60 , reference is made once again to the advantages already given above.
Fig. 4c zeigt eine andere mögliche Ausführungsform für die Kurbelwelle 600, bei der als Folge der großen Ringdicke der Drehkolbenwand 500 ein exzentrischer Abschnitt 600a mit relativ kleinem Durchmesser, also mit relativ starker Durchmesserverkleinerung gegenüber dem Durchmesser der restlichen Kurbelwelle vorgesehen werden kann, wobei der Endabschnitt der Kurbelwelle (= kleinerer Wellenabschnitt desselben) und entsprechend auch das Sekundärlager 20 gleichermaßen in Wegfall kommen. In diesem Fall kann die entsprechende axiale Endwand der Zylinderkammer durch eine einfache Schließ platte gebildet werden, die an der benachbarten Fläche des Zylinderblockes befestigt werden kann. Fig. 4c shows another possible embodiment for the crankshaft 600, in which as a result of the large ring thickness of the rotary piston wall 500, an eccentric portion 600 a may be of relatively small diameter, that is provided with relatively strong reduction in diameter compared to the diameter of the remaining crankshaft, said End section of the crankshaft (= smaller shaft section of the same) and, accordingly, the secondary bearing 20 likewise come to an end. In this case, the corresponding axial end wall of the cylinder chamber can be formed by a simple closing plate that can be attached to the adjacent surface of the cylinder block.
Im Falle der in Fig 4c gezeigten Konstruktion ist ein axialer Anschlag 601 in Form eines Ringflansches vorgesehen, der am Wellenkörper der Kurbelwelle 600 ausgebildet ist. Er ist (Fig. 5) direkt neben dem exzentrischen Abschnitt 600a derart angeordnet, daß er in einer entsprechenden Vertiefung 10b auf der Endfläche der Platte 10a des Hauptlagers 10 aufgenommen werden kann, um eine Begrenzung für die axialen Auslenkungen der Kurbelwelle 600 in Richtung auf den Motor hin auszubilden, die dadurch ausgelöst werden, daß dessen magnetische Rotorkräfte auf die Kurbelwelle einwirken. Die Vertiefung 10b wirkt dabei als Axiallager für den Anschlag 601 und ermöglicht gleichzeitig durch geeignete Wahl ihrer Tiefe die Ausbildung eines relativ großen Spaltes zwischen dem axialen Anschlag 601 und der benachbarten Seitenwand des Dreh kolbens 500.In the case of the construction shown in FIG. 4 c, an axial stop 601 in the form of an annular flange is provided, which is formed on the shaft body of the crankshaft 600 . It is ( Fig. 5) right next to the eccentric section 600 a arranged such that it can be received in a corresponding recess 10 b on the end face of the plate 10 a of the main bearing 10 to limit the axial deflections of the crankshaft 600 in Form direction towards the engine, which are triggered by the fact that its magnetic rotor forces act on the crankshaft. The recess 10 b acts as an axial bearing for the stop 601 and, at the same time, by suitable choice of its depth enables the formation of a relatively large gap between the axial stop 601 and the adjacent side wall of the rotary piston 500 .
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