DE4091978C2 - Spiralverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, bei dem in einem unteren Bereich eines geschlossenen Behälters ein Spiral­ verdichtermechanismus angeordnet ist, bestehend aus einer um­ laufenden Spiralwand, die auf einer ein Teil einer umlaufenden Spirale bildenden Stützscheibe angeordnet ist und mit einer ortsfesten Spiralwand in Eingriff steht, die auf einer ein Teil einer ortsfesten Spirale bildenden Stützscheibe ausgebildet ist, um Arbeitskammern zwischen den beiden Spiralen zu begren­ zen, einer Auslaßöffnung in einem zentralen Bereich der orts­ festen Spiralwand, einer Ansaugkammer außerhalb der ortsfesten Spiralwand, einem Oldhamring zur Verhinderung der Verdrehung der umlaufenden Spirale, der zwischen die umlaufende Spirale und ein Lagergehäuse eingreift, mit einem in einem oberen Be­ reich des geschlossenen Behälters angeordneten Antriebsmotor, einer mit dem Antriebsmotor drehfest gekuppelten Antriebswelle, einem über dem Spiralverdichtermechanismus angeordneten Ölvor­ rat, einem Hauptlager, das die Antriebswelle abstützt und in dem Lagergehäuse angeordnet ist, einem Kurbellager, das die An­ triebswelle und die umlaufende Spirale miteinander kuppelt, um der umlaufenden Spirale eine Umlaufbewegung zu erteilen, einem Zuführkanal mit einem Drosselkanal, der einen Teil des minde­ stens einem der Lager zugeführten Schmieröls nacheinander einer Gegendruckkammer, die auf der von den Arbeitskammern abgekehr­ ten Seite der umlaufenden Spirale angeordnet ist, und den Arbeitskammern zuführt.

Ein derartiger Spiralverdichter, der zum Verdichten eines Kältemittels dient und in einer Klimaanlage oder einem Kühl­ schrank eingesetzt werden kann, ist in der EP 0 322 894 A2 offenbart. Im Betrieb eines solchen Spiralverdichters kommt das zu verdichtende Fluid mit dem Schmieröl in Berührung, und es tritt eine Vermischung ein, was aber zu Störungen führen kann.

Aus der US-PS 20 38 138 ist bereits ein Verdichter be­ kannt, bei dem eine Abscheidung des Schmieröls von dem verdich­ teten Fluid vorgesehen ist. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Ölvorrat und dem Antriebsmotor eine Abschirmplatte angeordnet. Das verdichtete Fluid wird nach oben gegen diese Abschirmplatte gelenkt, und in einer darunter befindlichen Sammelkammer wird das abgeschiedene Schmieröl aufgefangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsge­ mäßen Spiralverdichter dahingehend weiterzubilden, daß das von dem verdichteten Fluid mitgeführte Schmieröl weitgehend abge­ schieden wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch angegeben.

Durch die Kombination einer Abschirmplatte mit einer die Gasströmung lenkenden Auslaßführung wird eine besonders wir­ kungsvolle Abscheidung des von dem verdichteten Fluid mitge­ führten Schmieröls bewirkt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch einen Spiralverdich­ ter,

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Hauptbestandteile des Verdichters, und

Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung von Nebenteilen des Verdichters.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein geschlossener Behälter aus Eisen bezeichnet, dessen Innenraum durch einen ein Lagergehäuse bildenden Auf­ baurahmen 5 in eine Motorkammer 6 an der Oberseite und eine Sammelkammer 46 an der Unterseite unterteilt ist. Eine statio­ näre Spirale 15, die zur Begrenzung einer Verdichterkammer mit einer umlaufenden Spirale 18 in Eingriff gehalten ist, ist mit dem Aufbaurahmen 5 fest verbolzt, der seinerseits eine An­ triebswelle 4 trägt.

Die Motorkammer 6 steht unter Hochdruckatmosphäre und ent­ hält in ihrem oberen Bereich einen Motor 3, der von einer Gleichstromquelle drehzahlveränderlich steuerbar ist, und sie enthält in ihrem unteren Bereich einen Verdichterabschnitt. Der Aufbaurahmen 5, der die mit einem Rotor 3a des Motors 3 dreh­ fest gekuppelte Antriebswelle 4 abstützt, besteht aus eutekti­ schem Graphitgußeisen, das gute Gleit- und Schweißeigenschaften hat. Eine an der äußeren Umfangsfläche des Aufbaurahmens 5 an­ geordnete vorspringende Rippe 79a liegt an den inneren Wandflä­ chen der Endflächen des oberen und des unteren Gehäuses 1a, 1b an, so daß die vorspringende Rippe 79a, das obere geschlossene Gehäuse 1a und das untere geschlossene Gehäuse 1b mit einer einzigen Schweißnaht 79b miteinander dicht verschweißt sind.

Die Antriebswelle 4 ist durch ein oberes Lager 11, das in einem oberen Bereich des Aufbaurahmens 5 angeordnet ist, durch ein Hauptlager 12, das in einem mittleren Bereich desselben an­ geordnet ist, und durch ein Schublager 13 abgestützt, das an der oberen Endfläche desselben angeordnet ist und mehrere schmale Radialnuten 7 aufweist. Eine am unteren Ende der An­ triebswelle 4 angeordnete und gegen deren Hauptachse versetzte Kurbelwelle 14 steht mit einem rotierenden Lager 18b eines ro­ tierenden Nabenbereichs 18e in Eingriff, der an der rotierenden Spirale 18 ausgebildet ist.

Die stationäre Spirale 15 ist aus einer Aluminiumlegierung mit hohem Siliziumanteil hergestellt, deren Wärmeausdehnungsko­ effizient zwischen Reinaluminium und eutektischem Graphitgußei­ sen liegt. Die stationäre Spirale 15 umfaßt eine stationäre Spiralwindung 15a mit Spiralform und eine Endplatte 15b. Eine Auslaßöffnung 16 die zum Anfangspunkt der stationären Spiralwindung 15a offen ist, ist im Zentrum der Endplatte 15b angeordnet, um mit einem Aus­ laßkanal 80 in Verbindung zu stehen, der zu der Motorkammer 6 offen ist, und eine Ansaugkammer 17 ist um den Außenumfang der stationären Spiralwindung 15a herum angeordnet.

Auf der der umlaufenden Spirale gegenüberliegenden Seite der Endplatte 15b ist ein Rückschlagventil 50 angeordnet, um die Auslaßöffnung 16 zu bedecken. Wie dies in den Fig. 7 bis 10 näher gezeigt ist, umfaßt das Rückschlagventil 50 einen Ventil­ körper 50b, der aus einem scheibenartigen Stahlblech gebildet ist, das an mehreren Stellen längs seines Außenumfangs mit Aus­ schnitten versehen ist, ein Ventilgehäuse 99 mit einer Rückschlagventilöffnung 50a und eine Feder, die zwischen dem Ventilkörper 50b und dem Ventilgehäuse 99 angeordnet ist.

Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, sind eine spi­ ralförmige Spiralwindung 18a, die mit der stationären Spiral­ wand 15a in Eingriff gehalten ist, um eine Verdichterkammer zu begrenzen, und die umlaufende Spirale 18, die aus einer Alu­ miniumlegierung hergestellt ist und deren rotierender Nabenbe­ reich 18e mit der Kurbelwelle 14 der Antriebswelle 4 in Ein­ griff gehalten ist, beide so angeordnet, daß sie von der sta­ tionären Spirale 15 und dem Aufbaurahmen 5 umgeben sind. Die Oberflächen einer Stützscheibe 18c und der umlaufenden Spiralwindung 18a sind gehärtet, beispielsweise durch elektro­ lytisches Aufbringen von porösem Nickel.

Der Ausstoßkanal 80 umfaßt eine Ausstoßkammer 2, die von der Endplatte 15b und von einem Ausstoßdeckel 2a begrenzt ist, der in einer das Rückschlagventil 50 verdeckenden Weise an der Endplatte 15b befestigt ist, einen in der stationären Spirale 15 angeordneten Gaskanal 80b, einen in dem Aufbaurahmen 5 angeordneten Gaskanal 80a und eine Auslaßkammer 2b, die von dem Aufbaurahmen 5 und von einer Ausstoßführung 81 begrenzt ist, die in einer das Hauptlager 12 umgebenden Beziehung am Aufbaurahmen 5 befestigt ist. Der Gaskanal 80a und der Gas­ kanal 80b sind jeweils paarweise an symmetrischen Orten ange­ ordnet.

In der Oberseite der Ausstoßführung 81 sind, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, mehrere Löcher 81a unter gleichen Abstän­ den und in symmetrischer Anordnung gebohrt.

Die Sammelkammer 46, die mit der Verdampferseite eines Kühlkreislaufs in Verbindung steht, wird durch das untere ge­ schlossene Gehäuse 1b, die stationäre Spirale 15 und den Auf­ baurahmen 5 begrenzt. Eine mit der Sammelkammer 46 in Verbin­ dung stehende Saugleitung 47 ist an der Seitenfläche des unte­ ren geschlossenen Gehäuses 1b angeordnet, und Saugöffnungen 43 sind in die stationäre Spirale 15 an zwei Stellen gebohrt, die zu dem der Saugleitung 47 gegenüberliegenden Ort und zu dem Ort derselben jeweils ungefähr um 90° versetzt sind.

Ein Niederdruck-Ölvorrat 46a am Boden der Sammelkammer 46 und jede der Saugöffnungen 43 stehen miteinander in Verbindung durch eine in den Ausstoßdeckel 2a gebohrte Ölansaugöffnung 9a und durch eine in die stationäre Spirale 15 gebohrte Ölan­ saugöffnung 9b mit kleinem Durchmesser. Diese Ölansaugöffnun­ gen (9a, 9b) sind so eingestellt, daß das in dem Niederdruck- Ölvorrat 46a enthaltene flüssige Kühlmittel und das Schmieröl unter der Wirkung eines negativen Druckes angesaugt werden kön­ nen, der auf das die Saugöffnung 43 durchströmende gasförmige Kühlmittel ausgeübt wird.

Ein Schublager 20 in Form einer ebenen Platte, dessen Drehbewegung durch einen geschlitzten parallelen Stift 19 begrenzt ist, der an dem Aufbaurahmen 5 befestigt ist, und die demzu­ folge nur in axialer Richtung beweglich ist, ist zwischen der Stützscheibe 18c und dem Aufbaurahmen 5 angeordnet.

In eine ringförmige Dich­ tungsnut der umlaufenden Spirale 18 ist ein flexibler Dichtring 94 (Fig. 2) eingesetzt. Der Dichtring 94 dient zur Abdichtung zwischen dem die Antriebswelle 4 abstüt­ zenden Hauptlager 12 und einer Gegendruckkammer 39 für die um­ laufende Spirale 18, wobei die Gegendruckkammer 39 von der um­ laufenden Spirale 18, dem Aufbaurahmen 5 und das Schublager 20 begrenzt ist.

Ein (nachfolgend als Oldhamring bezeichnetes) Bauteil 24 zur Verhinderung einer Verdrehung der umlaufenden Spirale 18 um ihre Achse ist innerhalb des Schublagers 20 angeordnet und be­ steht aus einer leichten Legierung oder einem faserverstärkten Verbundmaterial, das für eine Sinter- oder Einspritztechnik ge­ eignet ist. Der Oldhamring 24 hat zwei parallele Paßfedern, die auf beiden Seiten eines ebenen Rings und in orthogonaler Bezie­ hung angeordnet sind. Die Paßfedern an der Oberseite greifen verschiebbar in Keilnuten 71 des Aufbaurahmens 5 ein, und die Paßfedern an der Unterseite greifen verschiebbar in Keilnuten 71a ein, die in der Stützscheibe 18c ausgebildet sind.

An einem äußeren Umfangsbereich einer Oberwand des oberen geschlossenen Behälters 1a ist ein Ausstoßrohr 31 befestigt, und im Zentrum ist eine Glasanschlußklemme 88 zur Verbindung mit einer Rotorstromquelle, wie z. B. ein Gleichrichter, befe­ stigt.

Ein an dem oberen geschlossenen Behälter 1a befestigter Ölabscheider 87 trennt die Seite des Ausstoßrohres 31 und der Glasanschlußklemme 88 von der Seite des Motors 3. Der Rotor 3a des Motors 3, der durch einen abgestuften Bereich der Antriebs­ welle 4 positioniert ist, ist zusammen mit einem oberen Aus­ gleichsgewicht 75 mit der Antriebswelle 4 drehfest verschraubt oder verkeilt. Das obere Ausgleichsgewicht 75 ist scheibenför­ mig, und sein Außendurchmesser ist größer als derjenige des Rotors 3a, um eine Zentrifugalabscheidung des Schmieröls in dem ausgestoßenen Kühlmittelgas zu bewirken.

Zwischen der Ausstoßführung 81 und einem am unteren Ende des Rotors 3a befestigten unteren Ausgleichsgewicht 76 ist eine Abschirmplatte 86 angeordnet, die nahe dem unteren Ausgleichs­ gewicht 76 an dem Aufbaurahmen 5 befestigt ist.

Ein in einem unteren Bereich der Motorkammer 6 angeordne­ ter Ausstoßkammer-Ölvorrat 34 steht mit einem oberen Bereich der Motorkammer 6 über einen Kühlkanal 35 in Verbindung, der gebildet ist durch Ausschneiden eines Teils des Stators 3b des Motors 3 längs des Außenumfangs desselben.

Der Ausstoßkammer-Ölvorrat 34 steht ferner über eine in dem Aufbaurahmen 5 ausgebildete Ölbohrung 38a mit einer Öl­ kammer 78a zwischen dem Hauptlager 12 und dem rotierenden Lager 18b in Verbindung.

In den Oberflächen eines gleitenden Wellenbereichs 4a der Antriebswelle 4 und der Kurbelwelle 14 ist eine schraubenlini­ enförmige Ölnut 41a bzw. 41b in einer solchen Richtung ausge­ fräst, daß das Schmieröl in der Ölkammer 78a unter der Schraubenpumpenwirkung sowohl zu einer von dem rotierenden Lager 18b und der Kurbelwelle 14 begrenzten Ölkammer als auch zu der Seite des Motors 3 zugeführt wird, wenn sich die Antriebswelle 4 vorwärts dreht, wobei das obere Ende der Ölnut 41a bis an das Schublager 13 heranreicht.

Claims (1)

1. Spiralverdichter, bei dem in einem unteren Bereich eines geschlossenen Behälters ein Spiralverdichtermechanismus angeordnet ist, bestehend aus einer umlaufenden Spiralwand, die auf einer ein Teil einer umlaufenden Spirale bildenden Stützscheibe angeordnet ist und mit einer ortsfesten Spiralwand in Eingriff steht, die auf einer ein Teil einer ortsfesten Spirale bildenden Stützscheibe ausgebildet ist, um Arbeitskammern zwischen den beiden Spiralen zu begrenzen, einer Auslaßöffnung in einem zentralen Bereich der ortsfesten Spiralwand, einer Ansaugkammer außer­ halb der ortsfesten Spiralwand, einem Oldhamring zur Verhinderung der Verdrehung der umlaufenden Spirale, der zwischen die umlaufende Spirale und ein Lagerge­ häuse eingreift, mit einem in einem oberen Bereich des geschlossenen Behälters angeordneten Antriebsmotor, einer mit dem Antriebsmotor drehfest gekuppelten An­ triebswelle, einem über dem Spiralverdichtermechanismus angeordneten Ölvorrat, einem Hauptlager, das die Antriebswelle abstützt und in dem Lagergehäuse ange­ ordnet ist, einem Kurbellager, das die Antriebswelle und die umlaufende Spirale miteinander kuppelt, um der umlaufenden Spirale eine Umlaufbewegung zu erteilen, einem Zuführkanal mit einem Drosselkanal, der einen Teil des mindestens einem der Lager zugeführten Schmieröls nacheinander einer Gegendruckkammer, die auf der von den Arbeitskammern abgekehrten Seite der umlaufenden Spirale angeord­ net ist, und den Arbeitskammern zuführt, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Ölvorrat (34) und dem Antriebsmotor (3) angeordnete Abschirmplatte (86), auf die das aus der zentralen Auslaßöffnung (16) ausgestoßene Gas auftrifft, nachdem das Gas ein Rückschlagventil (50), eine erste Auslaßkammer (2), in der ortsfesten Spi­ rale (15) angeordnete Gaskanäle (80b) und in dem Lagergehäuse (5) angeordnete Gaskanäle (80a), eine durch das Lagergehäuse (5) und eine Auslaßführung (81) gebildete zweite Auslaßkammer (2b) und an der Oberseite der Auslaßführung (81) angeordnete, der Abschirmplatte (86) gegenüberliegende Löcher (81a) nacheinan­ der durchströmt hat.