DE4134939C2 - Spiralverdichter - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 39 32 495 A1 ist ein Spiralverdichter dieser
Art bekannt, der als Verdichter für gasförmige Strömungsmedien in einem geschlossenen
Kreislaufsystem, wie z. B. in einer Kälte- oder Klimaanlage, eingesetzt werden
kann. Die Schmierung der beiden zusammenwirkenden Spiralwände des ersten und
des zweiten Spiralelementes erfolgt in einem solchen geschlossenen Kreislauf üblicherweise
durch ein Schmiermittel, das mit dem zu verdichtenden gasförmigen Strömungsmedium
mischbar ist und mit diesem teilweise innerhalb des geschlossenen Systems
zirkuliert. Aufgrund der Drehbewegung der Spiralelemente wird das zu verdichtende
Strömungsmedium in der Umgebung der Spiralelemente verwirbelt. So bildet
sich aufgrund der Umlaufbewegung der Spiralelemente nach einer Anlaufzeit ein
zentrifugales Flußfeld in der Peripherie der Spiralelemente und abhängig von deren
Drehrichtung aus. Aufgrund des zentrifugalen Flußfeldes scheidet sich das mit
dem zu vedichtenden Strömungsmedium mischbare Schmiermittel ab und sammelt
sich in einem in dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich des Gehäuses vorgesehenen
Schmiermittelsumpf an. Ferner wird das zur Lagerung der Antriebswelle des
ersten Spiralelementes notwendige erste Lager und das zur Lagerung des Wellenstumpfes
des zweiten Spiralelementes notwendige zweite Lager mit Schmiermittel
über vorgesehene Schmiermittelkanäle versorgt, welche mit einem in dem unter Auslaßdruck
stehenden Bereich des Gehäuses vorgesehenen Schmiermittelreservoir strömungsverbunden
sind. Nach Schmierung des ersten und zweiten Lagers gelangt
auch dieses Schmiermittel in den in dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich vorgesehenen
Schmiermittelsumpf.
Bei dem bekannten Spiralverdichter können sich verschiedene Nachteile ergeben. Da
sich aufgrund des zentrifugalen Flußfeldes das Schmiermittel von dem zu verdichtenden
Strömungsmedium abscheidet, steht kaum Schmiermittel zur Schmierung der in
den Endplatten zusammenwirkenden Spiralwände der Spiralelemente zur Verfügung.
Einerseits hat dies einen hohen Verschleiß der Spiralwände der Spiralelemente zur
Folge, andererseits tritt eine erhöhte Leckage zwischen den einzelnen von den Spiralwänden
gebildeten Kammern auf, so daß das zu verdichtende Strömungsmedium
aus diesen entweicht, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Spiralverdichters verringert
wird.
Aus der DE 33 41 637 A1 ist ein Spiralverdichter mit nur einem umlaufenden und
feststehenden Spiralelement bekannt. Zur Schmierung der äußeren Enden der Endplatten
ist in der Endplatte des umlaufenden Spiralelementes ein Schmiermittelkanal
vorgesehen. Dieser Schmiermittelkanal ist mit einem in dem unter Auslaßdruck stehenden
Bereich vorgesehenen Schmiermittelsumpf über einen in der Antriebswelle
des umlaufenden Spiralelementes vorgesehenen weiteren Schmiermittelkanal strömungsverbunden.
Aufgrund des auf den Schmiermittelsumpf wirkenden Auslaßdruckes
gelangt Schmiermittel in den in der Endplatte vorgesehenen Schmiermittelkanal,
wodurch eine Schmierung der äußeren Enden der Endplatte erfolgt. Von hier aus gelangt
dann das Schmiermittel in eine Gegendruckkammer. Die Gegendruckkammer ist
sehr groß ausgeführt, so daß auf die gesamte Fläche des umlaufenden Spiralelementes,
insbesondere auf die Endplatte des umlaufenden Spiralelementes, eine Kraft ausgeübt
werden kann, um die Spiralwände der Spiralelemente fest aufeinanderzu zu drücken.
Aus der Gegendruckkammer gelangt über sehr feine Bohrungen bzw. Schmiermittelkanäle
Schmiermittel aus der Gegendruckkammer in eine durch die Spiralwände
gebildete (Kompressions-)Kammer.
Aus der DE 33 44 015 A1 ist eine Spiral- bzw. Ringkolbenpumpe bekannt, bei der
zur Vermeidung von Lagerschäden ein Schmiermittelfluß realisiert ist. Die Spiral- bzw.
Ringkolbenpumpe weist einen an einer Kolbenwelle gelagerten Verdrängungskörper
auf. Die Kurbelwelle und der Verdrängungskörper sind notwendigerweise mit Hilfe
von mehreren Lagern gelagert. Ein Schmiermittelfluß ist nun dadurch realisiert, daß
die Kurbelwelle einen Zulaufkanal und einen Rücklaufkanal aufweist, die entsprechende
Schmiermittelreservoire miteinander verbinden. An der Kurbelwelle ist ein in
ein Schmiermittelreservoir periodisch eintauchendes, gebogenes Schöpfrohr angeordnet,
welches Schmiermittel in den Zulaufkanal der Kurbelwelle fördert, in dem es
bei Rotation der Kurbelwelle periodisch in das Schmiermittelreservoir eintaucht.
Hierbei wird von der Überlegung ausgegangen, daß der beim Eintauchen durch das
in Umlaufrichtung ausgerichtete Schöpfrohr im Schöpfrohr wirkende Staudruck größer
sein muß als der durch die Fliehkraft bedingte Druck, wenn das Schöpfrohr mit
Abstand zur Kurbelwellenmitte in den Zulaufkanal hineinragt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter der in Rede
stehenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden, daß ein konstanter und kontrollierbarer
Schmiermittelfluß zu den Spiralwänden der Spiralelemente gewährleistet
und der Gesamtwirkungsgrad des Spiralverdichters erhöht ist.
Diese Aufgabe ist bei dem Spiralverdichter mit den Oberbegriffsmerkmalen des Patentanspruchs
1 dadurch gelöst, daß mindestens eine der Endplatten der Spiralelemente
mindestens einen Schmiermittelkanal mit einer in eine abwechselnd offene und geschlossene radial äußere Arbeitskammer führenden
Auslaßöffnung aufweist, und daß der Schmiermittelkanal mit einer an dem entsprechenden
Spiralelement angeordneten Aufnahmeleitung verbunden ist, die in den
Schmiermittelsumpf eintaucht. Dadurch, daß nun der unter Ansaugdruck stehende
Schmiermittelsumpf mit der von den Spiralwänden der Spiralelemente gebildeten Arbeitskammer
strömungsverbunden ist und ein Schmiermittelfluß über den in einer der
Endplatten vorgesehenen Schmiermittelkanal in die an dem entsprechenden Spiralelement
angeordnete Aufnahmeleitung gewährleistet ist, gelangt das Schmiermittel in
die von den Spiralwänden gebildete Arbeitskammer und schmiert von hier ausgehend
die mit den entsprechenden Endplatten zusammenwirkenden Spiralwände. Da die
Aufnahmeleitung an dem Spiralelement angeordnet ist, dreht sich diese mit dem Spiralelement,
wobei sie dann Schmiermittel aus dem unter Ansaugdruck stehenden
Schmiermittelsumpf aufnimmt. In Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit
der Aufnahmeleitung innerhalb des Schmiermittelsumpfes entsteht ein Druckgefälle,
so daß Schmiermittel vom Schmiermittelsumpf in die Aufnahmeleitung und somit über
den Schmiermittelkanal in die Arbeitskammer gedrückt wird.
Die zuvor genannte Aufgabe wird alternativ bei einem Spiralverdichter mit den Oberbegriffsmerkmalen
des Patentanspruches 3 dadurch gelöst, daß mindestens eine der
Endplatten der Spiralelemente mindestens einen Schmiermittelkanal mit einer Einlaßöffnung
und einer in eine abwechselnd offene und geschlossene radial äußere Arbeitskammer führenden Auslaßöffnung aufweist, und daß
die Einlaßöffnung mit jeweils einer das Schmiermittel nach Schmierung des ersten
bzw. zweiten Lagers aufnehmenden Sammelkammer verbunden ist, wobei die Sammelkammer
durch ein zwischen der ersten Endplatte und dem mittleren Rahmenbereich
bzw. zwischen der zweiten Endplatte und einem Lagergehäuse des zweiten
Lagers angeordnetes kreisringförmiges Dichtungselement begrenzt wird. Da bei dieser
Lösung nach Schmierung des ersten bzw. zweiten Lagers das Schmiermittel in
eine Sammelkammer gelangt, die durch ein zwischen der Endplatte und dem mittleren
Rahmenbereich bzw. zwischen der zweiten Endplatte und einem Lagergehäuse des
zweiten Lagers angeordnetes kreisringförmiges Dichtungselement begrenzt wird und
diese Sammelkammer über den in der entsprechenden Endplatte vorgesehenen
Schmiermittelkanal mit der durch die Spiralwände gebildeten ersten Kammer strömungsverbunden
ist, ist wiederum ein Schmiermittelfluß zu den Spiralwänden gewährleistet.
Von Vorteil ist hierbei auch, daß eine Ansammlung von Schmiermittel in
dem unter Ansaugdruck stehenden Schmiermittelsumpf vermieden und das Schmiermittel
nach Schmierung des ersten bzw. zweiten Lagers direkt zu den Spiralwänden
der Spiralelemente geleitet wird.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung
in vorteilhafter Weise ausgestalten und weiterzubilden. Dazu ist auf die
nachfolgende Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der
Zeichnung zu verweisen.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 im Schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei gemeinsam drehenden
Spiralelementen,
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein geschlossenes Kreislaufsystem,
z. B. eine Kälte- oder Klimaanlage mit einem erfindungsgemäßen Spiralverdichter,
Fig. 3 in einer vergrößerten Darstellung teilweise den Gegenstand aus Fig. 1,
Fig. 4 in einer vergrößerten Darstellung, geschnitten, ein erstes weiteres
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters,
Fig. 5 in einer vergrößerten Darstellung, geschnitten, ein zweites weiteres
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters,
Fig. 6 in einer vergrößerten Darstellung, geschnitten, ein drittes weiteres
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters,
Fig. 6a eine bevorzugte Ausführungsform der Aufnahmeleitung,
Fig. 6b ein zweites Ausführungsbeispiel einer Aufnahmeleitung,
Fig. 6c ein anderes Ausführungsbeispiel einer Aufnahmeleitung,
Fig. 7 in einer vergrößerten Darstellung, geschnitten, ein viertes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters,
Fig. 8 in einer vergrößerten Darstellung, geschnitten, ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters,
Fig. 9 in einer vergrößerten Darstellung, geschnitten, ein sechstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters,
Fig. 10 den Gegenstand aus Fig. 5 im Schnitt entlang der Linie 10-10 mit
der bevorzugten Anordnung der Auslaßöffnungen des Schmiermittelkanals
gestrichelt hervorgehoben,
Fig. 11 den Gegenstand aus Fig. 4 im Schnitt entlang der Linie 11-11 mit
der bevorzugten Anordnung der Auslaßöffnungen des Schmiermittelkanals
gestrichelt hervorgehoben,
Fig. 12 in einer vergrößerten Darstellung, geschnitten, ein siebentes weiteres
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters.
In Fig. 1 ist allgemein eine Ausführungsform eines Spiralverdichters 20 dargestellt.
Dieser weist ein luftdicht
abgeschlossenes Gehäuse 22, mit einem oberen Bereich 24, einem unteren Bereich
26, und einem mittigen äußeren Gehäusebereich 27, wobei sich der mittige äußere
Gehäusebereich 27 zwischen dem oberen Bereich 24 und dem unteren Bereich
26 erstreckt, und einen dazwischenliegenden mittigen Rahmenbereich 28 auf,
wobei der mittige Rahmenbereich 28 innerhalb des mittigen äußeren Gehäusebereichs
27 angeordnet ist. Das äußere Gehäuse 27 ist im allgemeinen ein zylindrischer
Körper. Der mittige Rahmenbereich 28 weist im allgemeinen einen zylindrischen
oder ringförmigen äußeren Bereich 30 und einen mittleren Bereich 32
auf, wobei sich der mittlere Bereich 32 über den Querschnitt des Spiralverdichters
20 erstreckt. Der kreisringförmige äußere Bereich 30 des mittigen Rahmenbereichs
28 ist größenmäßig auf das äußere Gehäuse 27 abgestimmt, so daß der
mittige Rahmenbereich 28 dichtend am äußeren Gehäuse 27 angebracht ist. Dies
kann durch eine Preßpassung, durch eine Schweißverbindung, sowie durch andere
geeignete Mittel erreicht werden.
Ein im wesentlichen zylindrisches oberes Lagergehäuse 34 ist als integraler
Bestandteil des mittigen Rahmenbereichs 28 ausgebildet. Das Lagergehäuse 34
ist im wesentlichen koaxial zu der Achse des zylindrischen äußeren Gehäusebereichs
30 angeordnet. Axial durch das obere Lagergehäuse 34 hindurch erstreckt
sich ein Durchgang 36 für eine Antriebswelle 84. Ein oberes Hauptlager 38 ist
radial innerhalb des Durchgangs 36 angeordnet. Das obere Hauptlager 38 ist
vorzugsweise als Dreh- oder Radiallager ausgeführt und aus gesinteter Bronze
oder ähnlichem Material gefertigt. Das obere Hauptlager 38 kann ebenso als
Kugel- oder Rollenlager ausgeführt sein.
Innerhalb des oberen Bereichs 24 und des mittigen äußeren Gehäusebereichs 27
des luftdicht abgeschlossenen Gehäuses 22 ist ein Motor 40 angeordnet. Der
Motor 40 ist vorzugsweise als Ein-Phasen- oder als Drei-Phasen-Elektromotor
mit einem allseitig einen Rotor 44 umgebenden Stator 42 ausgeführt. Zwischen
dem Stator 42 und dem Rotor 44 ist ein kreisringförmiger Raum, sowohl zur ungehinderten
Drehung des Rotors 44 innerhalb des Stators 42, als auch zum ungehinderten
Durchfluß von Schmier- und Kältemittel ausgebildet. Der Stator 42
kann innerhalb des mittigen äußeren Gehäusebereichs 27 durch eine Preßpassung,
durch eine Vielzahl von Bolzen oder Schrauben (nicht dargestellt), durch
Schweißverbindungen an geeigneten Montageflächen des Stators 42 und des mittigen
äußeren Gehäusebereichs 27 (nicht dargestellt), oder durch andere geeignete
Mittel angeordnet sein.
Der Spiralverdichter 20 weist im oberen Bereich 24 des Gehäuses eine Ausstoßöffnung
50 und im unteren Bereich 26 des Gehäuses eine Ansaugöffnung 52 auf.
Durch die Ansaugöffnung 52 gelangt das unter geringem Druck stehende Strömungsmedium
in den Spiralverdichter 20 und verläßt diesen, nachdem es auf einen
höheren Druck verdichtet worden ist, durch die Ausstoßöffnung 50. Der Spiralverdichter
20 kann somit an einen geschlossenen Kreislauf, z. B. an eine Kälte-
oder Klimaanlage, angeschlossen werden.
Ein derart geschlossener Kreislauf ist allgemein schematisch in Fig. 2 dargestellt.
Dieser umfaßt eine zwischen der Ausstoßöffnung 50 und einem Verflüssiger
60 angeordnete Auslaßleitung 54. Der Verflüssiger 60 dient zur Wärmeentnahme
aus der Kälteanlage und zum Verflüssigen des Kältemittels. Eine Leitung 62 verbindet
den Verflüssiger 60 mit einem Ausdehnungsventil 64. Das Ausdehnungsventil
64 könnte thermisch oder elektrisch auf das Signal eines in den Figuren
nicht gezeigten Reglers hin betätigbar sein. Eine weitere Leitung 66 verbindet
das Ausdehnungsventil 64 mit einem Verdampfer 68. Zum Zwecke der Wärmeaufnahme
wird über die Leitung 66 das ausgedehnte bzw. entspannte Kältemittel vom Ausdehnungsventil
64 zum Verdampfer 68 geleitet. Schließlich leitet eine Ansaugleitung
70 das verdampfte Kältemittel vom Verdampfer 68 zum Spiralverdichter
20, in dem das Kältemittel verdichtet wird. Von dort aus gelangt das Kältemittel
entsprechend vorangegangener Beschreibung wieder in die Kälteanlage.
Der prinzipielle Aufbau und die grundsätzliche Funktion der in Rede stehenden
Kälteanlage mit einem erfindungsgemäßen Spiralverdichter 20 sind aus dem Stand
der Technik bekannt, so daß hier auf eine detaillierte Beschreibung der Bauteile
einer solchen Kälteanlage verzichtet werden kann. Ebenso könnte eine
solche Kälteanlage bzw. eine solche Klimaanlage auch mehrere erfindungsgemäße
Spiralverdichter 20 enthalten. Dabei könnten die Spiralverdichter im strömungstechnischen
Sinne parallel oder in Serie geschaltet sein. Auch der Verflüssiger
und der Verdampfer
könnten mehrfach vorhanden sein, was hier nicht näher erörtert werden
muß.
Nach der zuvor erfolgten Beschreibung der allgemeinen Konstruktion des Spiralverdichters
20 werden im folgenden die erfindungsgemäßen Merkmale genauer
erörtert. Fig. 1, aber insbesondere Fig. 3, zeigen gemeinsam eine Anordnung
zweier Spiralelemente, nämlich ein erstes Spiralelement 76 und ein zweites
Spiralelement 78. Das erste Spiralelement 76 weist eine abstehende erste
evolventenkurvenähnlich verlaufende Spiralwand 80 auf, wobei die
Spiralwand 80 integraler Bestandteil einer im wesentlichen ebenen
Endplatte 82 ist. Die Endplatte 82 weist eine im wesentlichen mittig angeordnete
erste Antriebswelle 84 auf, wobei die erste Antriebswelle 84 der
Spiralwand 80 entgegengesetzt angeordnet ist. Durch eine sich mittig
durch die Antriebswelle 84 hindurch erstreckende mittige Bohrung ist ein Auslaßkanal
86 gebildet. Der Auslaßkanal 86 ist mit einer Auslaßöffnung 88 strömungsverbunden,
wobei die Auslaßöffnung 88 im allgemeinen als eine in der
Endplatte 82 mittige Bohrung ausgeführt ist. Die Antriebswelle 84 weist einen
sich zur freien, gelagerten Drehbewegung durch das obere Hauptlager 38
hindurch erstreckenden Bereich 90 mit erweitertem Durchmesser und einen sich
axial durch den Rotor 44 hindurch erstreckenden Bereich 92 mit verringertem
Durchmesser auf. Der Bereich 92 ist mit dem Rotor 44 fest verbunden. Diese
Verbindung ist entweder in Form einer Preßpassung oder durch Keile und dazugehörende
Keilnuten oder andere geeignete Mittel ausgebildet.
Das zweite oder indirekt angetriebene Spiralelement 78 weist eine zweite indirekt
angetriebene Spiralwand 100 auf, wobei diese so angeordnet
ist, daß sie durch Verschachtelung mit der ersten Spiralwand 80 im
Eingriff steht. Das zweite Spiralelement 78 weist zudem eine im wesentlichen
ebene zweite Endplatte 102 auf. Die zweite Spiralwand 100 verläuft
im allgemeinen evolventenkurvenähnlich und ist abragend an der zweiten Endplatte
102 angeordnet. Diesem entgegengesetzt ist an der Endplatte 102 ein
Wellenstumpf 104 angeordnet. Die Bezeichnung des indirekt angetriebenen
Spiralelementes 78 als das zweite Spiralelement und des direkt angetriebenen
Spiralelementes 76 als das erste Spiralelement ist willkürlich und beliebig
austauschbar.
Ein kreisringförmiges Lager 110 ist innerhalb einer kreisringförmigen Wandung,
bezeichnet als Lagergehäuse 112, angeordnet, wobei das kreisringförmige
Lager 110 z. B. ein einfaches Gleitlager aus gesinteter Bronze oder
ein Roll- oder Kugellager sein kann. Das Lagergehäuse 112 ist integraler Bestandteil
des unteren Bereichhs 26 des luftdicht abgeschlossenen Gehäuses und
dient zur Lagerung des zweiten Spiralelements 78.
Die erste Endplatte 82 weist zwei Fortsätze 120 auf, wobei die Fortsätze 120
parallel zu den Spiralwänden 80 der ersten Endplatte 82 verlaufen. Die
Fortsätze 120 sind sich gegenüberliegend radial an den äußeren Enden der ersten
Endplatte 82 angeordnet und weisen eine größere Länge als die Höhe der evolventenkurvenähnlich
verlaufenden Spiralwände 80 oder 100 zuzüglich
der Dicke der zweiten Endplatte 102 auf. Die Fortsätze 120 sind an einer
kreisringförmigen Druckplatte 150 befestigt. Die Druckplatte 150 ist im allgemeinen
tassenförmig und weist einen kreisringförmigen, am äußeren Ende der
Druckplatte 150 radial umlaufenden Randbereich 152 auf. Der radial äußere
Bereich 152 weist für jeden Fortsatz 120 eine Vertiefung 154 auf. Der Fortsatz
120 kann in der Vertiefung 154 mit geeigneten Mitteln, z. B. durch eine
Schweißverbindung oder durch eine Preßpassung befestigt sein. Parallel zu dem
Randbereich 152 der Druckplatte 150 und nach unten mit Abstand dazu angeordnet
ist ein ebener, flacher Zentralbereich 156 vorgesehen. Der Zentralbereich
156 umfaßt vorzugsweise einen als Aufnahmeschulter 158 ausgeführten, geringfügig
nach unten abgesetzten zweiten Bereich und eine Wirkfläche 160. Eine
durch die axiale Mitte des ebenen Zentralbereichs 156 führende Bohrung bildet
einen mittigen Durchgang 162. Der mittige Durchgang 162 hat einen solchen
Innendurchmesser, daß die Druckplatte 150 ungehindert um das Lagergehäuse 112
drehen kann.
Zwischen der Wirkfläche 160 der Druckplatte 150 und der indirekt angetriebenen
Endplatte 102 ist eine Druckfeder 170 angeordnet. Die Druckfeder 170 dient
der Druckbeaufschlagung dahingehend, daß sie die Endplatten 82 und 102 aufeinander
zu drückt. Die Druckfeder 170 übt von der der Spiralwand abgewandten
Seite des zweiten Spiralelementes 78 auf die indirekt angetriebener
Endplatte 102 eine Kraft aus und drückt dabei die Spiralwand 100 des
indirekt angetriebenen Spiralelements 78 in Kontakt mit der direkt angetriebenen
Endplatte 82. Ebenso überträgt die Druckfeder 170 eine mit gleichem Betrage
entgegengerichtete Kraft über die Druckplatte 150, die Fortsätze 120 und die
direkt angetriebene Endplatte 82 und drückt die Spiralwand 80 des
direkt angetriebenen Spiralelements 76 in Kontakt mit der Endplatte 102. In
dem hier bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zur Aufnahme eines Endes der
Druckfeder 170 um die indirekt angetriebene Endplatte 102 eine kreisringförmige
Nut 114 ausgebildet. So überträgt die Druckfeder 170 auch eine Drehkraft.
In dieser Ausführungsform bilden somit die Fortsätze 120, die Druckplatte
150 und die Feder 170 zusammen Antriebsmittel für das zweite Spiralelement
78, so daß eine zusammenwirkende Drehung des ersten Spiralelementes
76 und des zweiten Spiralelementes 78 verursacht wird.
Ein kreisförmiges Drucklager 176 ist an der oberen Schulter 178 eines unteren
Lagergehäuses 112 angeordnet, wobei das Drucklager 176 die Eigengewichte der
ersten und zweiten Spiralelemente 76 und 78, sowie das Eigengewicht der Antriebswelle
84 und des Rotors 44 aufnimmt.
Obwohl die Achse des Spiralverdichters
20 im allgemeinen vertikal ausgerichtet ist, kann ein Spiralverdichter
20 auch in einer nicht vertikalen Anordnung in Betrieb genommen werden.
Es ist aber wünschenswert, eine vertikale oder nahezu vertikale Anordnung
(z. B. innerhalb eines Winkels von 45°) beizubehalten, so daß die Eigengewichte
des Rotors 44 und der Spiralelemente 76 und 78 von dem Drucklager
176 aufgenommen werden.
Schließlich ist ein Schmiermittelreservoir 180 für die Ansammlung von Schmiermittel
im mittleren Bereich 32 des mittigen Rahmenbereiches 28 vorgesehen.
Das im Schmiermittelreservoir 180 vorhandene Schmiermittel kann über eine im
oberen Lagergehäuse 34 vorhandene Bohrung 182 zum oberen Hauptlager 38 gelangen.
Das untere Lager 110 wird ebenfalls geschmiert. Hierfür ist eine Bohrung
184 im äußeren Bereich 30 des mittigen Rahmenbereichs 28 angeordnet.
Zwischen dieser Bohrung 184 und einem Kanal 188, wobei der Kanal 188 in dem
unteren Lagergehäuse 112 angeordnet ist, ist eine Schmiermittelzuführleitung
186 angeordnet, so daß nun das untere Lagergehäuse 112 mit dem Schmiermittelreservoir
180 strömungsverbunden ist. Das obere Hauptlager 38 und das untere
Lager 110 sind in bezug auf ihre Lagergehäuse 34 und 112 größenmäßig so dimensioniert,
daß der Schmiermittelfluß in den unter Ansaugdruck stehenden
Bereich des luftdicht abgeschlossenen Gehäuses mengenmäßig kontrollierbar ist.
Der unter Ansaugdruck stehende Bereich des luftdicht abgeschlossenen Gehäuses
wird vom unteren Bereich 26 des Gehäuses und dem äußeren Bereich 30 des mittigen
Rahmenbereichs 28 umgrenzt.
Ein Schmiermittelkanal 200 erstreckt sich radial von innen nach außen in der
zweiten Endplatte 102. Der Schmiermittelkanal 200 ist über eine Auslaßöffnung
202 mit der Arbeitskammer 204 strömungsverbunden, wobei die Arbeitskammer 204
von den äußeren Enden 206 und 208 der Spiralwände 80 und 100 gebildet
wird. Es muß nicht erwähnt werden, daß die Arbeitskammer 204 in einem Verdichtungsvorgang
eine Druckkammer ist. Die Arbeitskammer 204 kann, wenn sie während
der Spiralverdichter in Betrieb ist und zu dem unter Ansaugdruck stehenden
Bereich offen ist, auch als Ansaugkammer bezeichnet werden. Es ist ersichtlich,
daß die Bezeichnung hier beliebig austauschbar ist.
Der Druck des Schmiermittels im Schmiermittelkanal 200 ist leicht größer als
der Ansaugdruck. Somit ist es offensichtlich, daß ein Schmiermittelfluß in
die Arbeitskammer 204 nur stattfinden kann, wenn der Druck in der Arbeitskammer
so groß oder nur leicht größer als der Ansaugdruck ist. Damit nun ein Schmiermittelfluß
in die Arbeitskammer 204 gewährleistet ist, wenn die
Arbeitskammer 204 zu dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich hin offen ist, wobei
der unter Ansaugdruck stehende Bereich von dem unteren Bereich 26 des Gehäuses
und dem äußeren Bereich 30 umgrenzt wird, muß die Auslaßöffnung 202 in der
ersten Endplatte 82 in der Nähe der äußeren Enden 206 oder 208 der
Spiralwände 80 oder 100 angeordnet sein.
Aufgrund einer geringen Druckdifferenz zwischen
dem Schmiermittelkanal 200 und dem Druck des Strömungsmediums findet ein Schmiermittelfluß
in die Arbeitskammer statt, wenn diese offen ist.
Deshalb muß die Auslaßöffnung 202 so angeordnet sein, daß ein Schmiermittelfluß
in die Arbeitskammer gewährleistet ist, bevor in dieser ein wesentlich
größerer Druck entsteht, welcher dann größer wäre als der Druck des Schmiermittels,
so daß kein Schmiermittelfluß stattfinden würde. Die bevorzugten Anordnungen
der Auslaßöffnung 202 ist in Fig. 10 und 11 näher dargestellt und wird
später noch erörtert.
Eine Einlaßöffnung 216 ist am radial inneren Ende des Schmiermittelkanals 200
angeordnet. Hierdurch kann der Schmiermittelkanal 200 Schmiermittel aus der
Sammelkammer 217, wobei die Sammelkammer 217 zwischen der zweiten Endplatte
102 und dem Drucklager 176 angeordnet ist, aufnehmen. Das Drucklager 176 weist
Mittel für den Transport von Schmiermittel vom Lager 110 zur Einlaßöffnung
216 auf. An einer anderen Einlaßöffnung des Schmiermittelkanals ist eine Aufnahmeleitung
220 angeordnet, wobei die Aufnahmeleitung 220 eine Einlaßöffnung
232 aufweist und in bezug auf die Einlaßöffnung 216 radial etwas weiter außen
an der zweiten Endplatte 102 angeordndet ist. Der Einlaßbereich 232 der Aufnahmeleitung
220 erstreckt sich in den Sumpf 222, wobei sich der Sumpf 222
in dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich des Spiralverdichters 20 befindet.
Die Einlaßöffnung 216 und die Einlaßöffnung 232 werden hier willkürlich als
eine erste und eine zweite Einlaßöffnung für den Schmiermittelkanal 200 bezeichnet.
Ein Stopfen 218 ist in dem radial äußeren Ende des Schmiermittelkanals 200
angeordnet. Der Stopfen 218 dichtet den Schmiermittelkanal 200 am radial
äußeren Ende ab, da der Schmiermittelkanal 200 als eine in die zweite Endplatte
102 ausgeführte Bohrung ist. Möglicherweise kann man auf den Stopfen
218 verzichten, wenn z. B. der Schmiermittelkanal 200 vollständig innerhalb
der zweiten Endplatte 102 liegt.
Es ist
auch möglich, drei, vier oder mehr Schmiermittelkanäle 200 in einer Endplatte
anzuordnen, wobei diese dann nicht unbedingt radial entgegengesetzt oder mit
gleichem Abstand radial versetzt sind, sondern auch winkelig versetzt sein
können. Weiterhin ist es auch möglich, einen einzigen Schmiermittelkanal 200 in
einer Endplatte anzuordnen, was manchmal erforderlich sein kann, um das dynamische
Gleichgewicht des Spiralelementes, in welchem der Schmiermittelkanal
200 angeordnet ist, zu verbessern. Bei den in Figuren dargestellten Ausführungsformen
eines Spiralverdichters sind jeweils zwei Schmiermittelkanäle 200
beispielhaft dargestellt.
Die Fig. 10 und 11 zeigen, geschnitten, die Spiralelemente 76 und 78 der Ausführungsbeispiele
in Fig. 4 und 5. In den Fig. 10 und 11 sind die Bereiche
D1 und D2 der Endplatten, in welchen die Auslaßöffnungen 202 bevorzugt angeordnet
sind, gestrichelt hervorgehoben. Fig. 10 zeigt, daß der Bereich D1 an
das äußere Ende 206 der Spiralwand 80 und der Bereich D2 an das
äußere Ende 208 der entgegengesetzten Spiralwand 100 angrenzt. Dies
gilt für das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel. Fig. 11 zeigt, geschnitten,
das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Spiralverdichters.
Hier grenzt der Bereich D1 an das äußere Ende 208 der
Spiralwand 100 und der Bereich D2 an das äußere Ende 206 der Spiralwand
80 an. Die in den Fig. 10 und 11 dargestellten Bereiche D1 und D2 sind
hier nur beispielhaft dargestellt. Bei einer größeren oder geringeren Anzahl
von Auslaßöffnungen 202 für den Schmiermittelkanal 200 sind auch andere Anordnungen
durchaus denkbar.
Es ist offensichtlich, daß die Auslaßöffnungen 202 vorzugusweise in der Nähe
einer Spiralwand angeordnet ist, um so den Schmiermittelfluß in die
Arbeitskammer 204 vor deren Schließen zu maximieren. So wird die Auslaßöffnung
202 bevorzugt, so nahe wie möglich an den äußeren Enden der Spiralwände
80 oder 100 angeordnet, um so einen maximalen Schmiermittelfluß zu erzielen.
Je weiter entfernt die Auslaßöffnung 202 von den äußeren Enden 206 und 208
der Spiralwände oder auch von den Spiralwänden 80 und 100
radial entfernt ist, desto größer ist das Zeitintervall, in welchem die Auslaßöffnung
202 dem verdichteten Strömungsmedium innerhalb der Arbeitskammer
204 während eines Arbeitsabschnittes eines Verdichtungszyklusses ausgesetzt
ist. Es kann somit ein Druck entstehen, welcher größer ist als der im Schmiermittelkanal
200 vorhandene geringe Druck. Hierdurch kann es zu einer Flußumkehr
kommen, so daß das verdichtete Strömungsmedium von der Arbeitskammer 204
in den Schmiermittelkanal 200 gelangt. Es ist daher verständlich, daß es das
Ziel sein muß, das Zeitintervall, in welchem die Auslaßöffnung 202 dem verdichteten
Strömungsmedium innerhalb der Arbeitskammer 204 ausgesetzt ist, zu
minimieren, um eine Flußumkehr zu verhindern.
In den Fig. 4, 5, 6, 7 und 8 sind andere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen
Spiralverdichters dargestellt. Die Fig. 4 bis 8 zeigen einen erfindungsgemäßen
Spiralverdichter ohne die zur Verbindung des ersten Spiralelementes
76 mit dem zweiten Spiralelement 78 notwendigen Antriebsmittel.
Auch andere Mittel können geeignet sein, um eine zusammenwirkende Drehbewegung
zwischen dem ersten Spiralelement 76 und dem zweiten Spiralelement 78
hervorzurufen. Hierfür können an den Spiralelementen Fortsätze und Antriebskeile
angeordnet sein, welche dann einen Ring oder eine Oldham-Kupplung zwischen
den Endplatten bilden, wobei aber auch eine andere Ausführungsform
eines Spiralelementes denkbar wäre. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind
die möglichen verschiedenen, teilweise obenerwähnten Antriebsmittel für die
Spiralelemente eines Spiralverdichters 20 in den Zeichnungen nicht dargestellt.
Die Fig. 4 und 8 zeigen eine Prallfläche 233-1 bzw. 233-5, wobei die Prallfläche
233-1 das sich innerhalb des Sumpfes 222-1 befindende Schmiermittel "kontrolliert".
Die Prallfläche 233-1 verhindert oder minimiert ein durch die Bewegungen
der Aufnahmeleitungen 220-1 unerwünschtes Schäumen oder Spritzen des
Schmiermittels. Ebenso wird die Umlaufgeschwindigkeit des Schmiermittels, hervorgerufen
durch das zentrifugale Flußfeld, durch die Anordnung einer Prallfläche
233-1 reduziert. Dies wiederum erhöht die Relativgeschwindigkeit der
Einlaßöffnung 232-1 der Aufnahmeleitung 220-1 in bezug auf das Schmiermittel.
Dadurch vergrößert sich der in die Einlaßöffnung 232-1 strömende Schmiermittelfluß.
Die Prallfläche 233 ist bevorzugt als eine kreisringförmige Scheibe
oder Platte ausgeführt, wobei sich die Prallfläche 233 bis zum unteren Lagergehäuse
112 erstreckt und mit Abstand zum unteren luftdicht abgeschlossenen
Gehäuse 26 angeordnet ist, so daß sich eine Beruhigung des
durch die Aufnahmeleitung 220 aufgewühlte Schmiermittelsumpfes 222 ausbilden kann. Die Prallfläche
ist in einem bestimmten Abstand zum unteren luftdicht abgeschlossenen Gehäuse
26 an diesem mittels Schweißverbindungen angeordnet.
Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters.
Die Endplatte 82-2 des ersten Spiralelementes 76 weist hier einen
sich radial erstreckenden Schmiermittelkanal 200-2 auf. Der Schmiermittelkanal
200-2 ist über eine Auslaßöffnung 202-2 mit der Arbeitskammer 204-2, wobei
die Arbeitskammer 204-2 von den Spiralwänden 80-2 und 100-2 gebildet
wird, strömungsverbunden. Wie bereits erwähnt, wird die Arbeitskammer 204-2
durch die Bewegung der äußeren Enden 206-2 und 208-2 der ersten und zweiten
Spiralwände 80-2 und 100-2 gebildet. Da das erste Spiralelement 76-2
und das zweite Spiralelement 78-2 um parallele, aber nicht aufeinander abgestimmte
Achsen rotieren, ist die Arbeitskammer 204 abwechselnd offen und geschlossen
und saugt das Strömungsmedium an, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als
Verdichter eingesetzt wird. Der mittige Rahmenbereich 30-2 weist in der Außenfläche
eine Nut 212-2 auf, worin eine kreisringförmige Dichtung 210-2 angeordnet
ist. Bevorzugt wird die Dichtung 210-2 durch eine kreisringförmige Feder
214-2 in Kontakt mit der ersten Endplatte 82-2 gedrückt. Die kreisringförmige
Druckfeder 214-2 wirkt mit der kreisringförmigen Dichtung 210-2 zusammen und
verhindert das Austreten von Schmiermittel aus der Sammelkammer 217-2. Die
Sammelkammer 217-2 wird radial durch die Dichtung 210-2, die Endplatte 82-2
und den mittigen Rahmenbereich 32-2 umgrenzt. Folglich fließt das in der Sammelkammer
217-2 angesammelte Schmiermittel zu einer ersten Einlaßöffnung 216-2
und dann in den Schmiermittelkanal 200-2, so daß ein Schmiermittelfluß über die
erste Einlaßöffnung 216-2 in den Schmiermittelkanal 200 bis zur Auslaßöffnung
202-2 gewährleistet ist.
Im Betrieb, wenn die Spiralelemente 76-2 und 78-2 rotieren, fließt Schmiermittel
in die Bohrung 182-2 und schmiert das obere Hauptlager 38-22. Das in
die Bohrung 182-2 fließende Schmiermittel steht unter einem Auslaßdruck, obwohl
es auf einen geringeren Druck gedrosselt werden kann. Nachdem das obere
Hauptlager 382 geschmiert wurde, wird das Schmiermittel in der oberen Sammelkammer
217-2 angesammelt, wobei es einen leicht größeren Druck als den Ansaugdruck
aufweist. Das Schmiermittel fließt dann in die erste Einlaßöffnung
216-2, durch den ersten Schmiermittelkanal 200-2 und verläßt diesen durch die
Auslaßöffnung 202-2, bevor es in die Arbeitskammer 204-2 eintritt.
Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters.
In dieser Ausführungsform ist ein Schmiermittelkanal 200-3 von dem
äußeren peripheren Ende der Endplatte 82-3 radial in das erste Spiralelement
76-3 gebohrt. Der Strömungskanal 200-3 ist mit einer Auslaßöffnung 202-3 strömungsverbunden.
An dem ersten Spiralelement 76-3 ist eine Aufnahmeleitung 220-3
angeordnet. Die Aufnahmeleitung 220-3 erstreckt sich von der ersten Endplatte
82-3 in den Sumpf 222-3. Im Sumpf 222-3 sammelt sich das Schmiermittel an.
Einerseits strömt dieses nach Schmierung der Lagerelemente des Spiralverdichters
20 in den Sumpf, andererseits wird es von dem unter Ansaugdruck
stehendem, angesaugtem Strömungsmedium abgeschieden. Die Rotation der
Spiralelemente 76-3 und 78-3 erzeugt im Betrieb des Spiralverdichters ein zentrifugales
Flußfeld in dem unter Ansaugdruck stehenden Strömungsmedium, so
daß aufgrund der Zentrifugalkraft das Schmiermittel abgeschieden werden kann.
Die Aufnahmeleitung 220-3 weist an ihren untersten Enden eine Einlaßöffnung
232-3 auf, wobei die Einlaßöffnungen 232-3 so ausgerichtet sind, daß das im
Sumpf 222-3 angesammelte Schmiermittel in die Einlaßöffnungen 232-3 aufgrund
der Rotation der Aufnahmeleitungen 220-3 gedrückt wird. Die Aufnahmeleitung
220-3 weist erforderliche Krümmungen auf, so daß die Einlaßöffnung 232-3 im
wesentlichen mit dem gleichen Radius um die Achse des ersten Förderelementes
76-3 rotiert, wie auch die Auslaßöffnung 202-3. Hierdurch entsteht in der
Aufnahmeleitung 220-3 aufgrund der Zentrifugalkraft ein "Pumpeffekt", so daß
Schmiermittel in die Aufnahmeleitung 220-3 gedrückt wird und durch den Schmiermittelkanal
200-3 über die Auslaßöffnung 202-3 in die Arbeitskammer 204-3 gelangt.
Die Fig. 6A, 6B und 6C zeigen die unterschiedlichen Ausführungsformen
der Einlaßöffnung 232-3 im Endbereich 234-3 einer Aufnahmeleitung 220-3. Die
Drehrichtung der Aufnahmeleitung ist hier mit Hilfe von Pfeilen angezeigt.
Die Fig. 6A zeigt einen Einlaßbereich 234-3A, wobei der Einlaßbereich 234-3A
ein senkrechtes Endstück mit einer Öffnung 232-3A aufweist. Fig. 6B zeigt eine
Ausführungsform eines Einlaßbereiches 234-3B, wobei der Einlaßbereich 234-3B
ein angewinkeltes Endstück einer Einlaßöffnung 232-3B aufweist. Fig. 6C zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Einlaßbereichs 234-3C mit einer in bezug
auf den Durchmesser der Aufnahmeleitung vergrößerten Einlaßöffnung 232-3C,
so daß durch die Rotation der Aufnahmeleitung 220-3C nun ein größerer Bereich
aufgewühlt werden kann und somit ein gleichbleibender Schmiermittelfluß sichergestellt
wird. In jeder Ausführungsform ist die Einlaßöffnung 232-3 so angeordnet,
daß das Schmiermittel in die Aufnahmeleitung 220-3A, 220-3B oder
220-3C gedrückt wird.
Aufgrund der Relativgeschwindigkeit der Aufnahmeleitung 220-3 entwickelt sich
ein Druckgefälle, welches auf das Schmiermittel wirkt. Aufgrund der Zentrifugalkraft
entsteht ein zusätzlicher "Pumpeffekt", welcher den Schmiermittelfluß
verstärkt, wenn die Auslaßöffnung 202-3 und der Einlaßbereich 234-3,
wie oben beschrieben, je nach Ausführungsform des Spiralverdichters angeordnet
und ausgebildet sind.
Im Betrieb des in Fig. 6 dargestellten Spiralverdichters rotieren die Aufnahmeleitungen
220-3 um die Achsen des ersten Spiralelementes 76-3, wobei
sich die Aufnahmeleitung 220-3 bis in den Sumpf 222-3 erstrecken. Aufgrund
der relativen Geschwindigkeit der Aufnahmeleitungen in bezug auf das im Sumpf
222-3 vorhandene Schmiermittel entsteht ein Druckgefälle, wodurch das Schmiermittel
in die Einlaßöffnung 232-3 gedrückt wird. Hierdurch ist ein Schmiermittelfluß
durch die Aufnahmeleitung 220-3 durch den Schmiermittelkanal 200-3,
über die Auslaßöffnung 202-3 in die Arbeitskammer 204-3 gewährleistet.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters.
Die Endplatte 102-4 des zweiten Spiralelementes 78-4 weist einen
Schmiermittelkanal 200-4 auf. Die Arbeitskammer 204-4 ist über eine Auslaßöffnung
202-4 mit dem Schmiermittelkanal 200-4 strömungsverbunden. Wie
die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters
offenbart, ist auch hier der Schmiermittelkanal 200-4 vom äußeren
Ende der Endplatte des zweiten Spiralelementes 78-4 als eine radial nach
innen führende Bohrung ausgeführt. Ein Stopfen 218-4 dichtet den Schmiermittelkanal
218-4 am äußeren Ende ab. Eine Einlaßöffnung 216-4 ist am radial
inneren Ende des Schmiermittelkanals 200-4 angeordnet, so daß der Schmiermittelkanal
200-4 mit der Sammelkammer 217-4 strömungsverbunden ist, wobei
die Sammelkammer 217-4 durch das Drucklager 176-4, durch das untere Lagergehäuse
112-4 und das zweite Spiralelement 78-4 umgrenzt wird. Im Betrieb des
erfindungsgemäßen Spiralverdichters wird dem unteren Lager 110-4 Schmiermittel
aus dem Schmiermittelreservoir 180-4 zugeführt. Das Schmiermittel gelangt
vom Schmiermittelreservoir 180-4 durch eine Bohrung 184-4 über eine
Schmiermittelleitung 186-4 und einen Kanal 188-4 zum unteren Lager 110-4.
Nach Schmierung des unteren Lagers 110-4 gelangt das Schmiermittel in eine
bereits erwähnte Sammelkammer 217-4 und über eine Einlaßöffnung 216-4 in den
Schmiermittelkanal 200-4. Von dort ist der Schmiermittelfluß über eine Auslaßöffnung
202-4 in eine Arbeitskammer 204-4 gewährleistet.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spiralverdichters.
Die Endplatte 102-5 des zweiten Spiralelementes 78-5 weist einen
Schmiermittelkanal 200-5 auf. Die Arbeitskammer 204-5 ist über den Strömungskanal
200-5, über eine Aufnahmeleitung 220-5 mit dem Sumpf 222-5 im unteren
Gehäusebereich 26-5 strömungsverbunden. Das im Sumpf 222-5 angesammelte
Schmiermittel gelangt über eine Einlaßöffnung 232-5 in die Aufnahmeleitung 220-5,
wobei die Einlaßöffnung 232-5, wie in Fig. 6 beschrieben, so ausgebildet ist,
daß ein Druckgefälle und aufgrund der Zentrifugalkraft ein "Pumpeffekt" entsteht. Im Betrieb rotiert die Aufnahmeleitung 220-5 mit dem zweiten Spiralelement
78-5 und drückt das Fluid durch die Einlaßöffnung 232-5
durch die Aufnahmeleitung 220-5 und den Schmiermittelkanal 200-5 in eine
Arbeitskammer 204-5.
Bei dem in Fig. 9 gezeigten
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters 20 ist
ein Schmiermittelkanal 200 in dem ersten Spiralelement 76 angeordnet. Der
Schmiermittelkanal 200 ist mit einer Arbeitskammer 204 über eine Auslaßöffnung
202 strömungsverbunden. Der Schmiermittelkanal 200 ist über eine erste
Einlaßöffnung mit einer Schmiermittelzuführleitung 280 strömungsverbunden,
wobei sich die Schmiermittelzuführleitung 280 bis zu einer
Druckplatte 150 erstreckt. Die Druckplatte 150 weist einen Schmiermittelkanal
270 und eine Aufnahmeleitung 220 auf, so daß die Schmiermittelzuführleitung
280 mit der Aufnahmeleitung 220 strömungsverbunden ist. Der
Schmiermittelkanal 200 ist dadurch auch über die Schmiermittelzuführleitung
280, den Schmiermittelkanal 270 und die Aufnahmeleitung 220 mit dem
Sumpf 222 strömungsverbunden. Diese Ausführungsform eines Spiralverdichters
20 weist eine kreisringförmige Dichtung 210 auf, wobei die kreisringförmige Abdichtung
210 in einer kreisringförmigen Nut 212 angeordnet ist und mit einer
Druckfeder 214 zusammenwirkt. Durch die kreisringförmige Dichtung 210 wird
eine Sammelkammer abgegrenzt, von der das angesammelte Schmiermittel über eine
zweite Einlaßöffnung 216 in den Schmiermittelkanal 200 gelangt. Im Betrieb
dieser Ausführungsform eines Spiralverdichters 20 gelangt nun Schmiermittel
in die Arbeitskammer 204 einerseits vom Sumpf 222 über die Aufnahmeleitung 220,
andererseits von der Sammelkammer über die Einlaßöffnung 216.
Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Spiralverdichters. In dieser
Ausführungsform sind die Mittel zur Abstützung des sich drehenden zweiten
Spiralelementes 78 vertauscht. Das untere Lagergehäuse 112 und der zweite
Wellenstumpf 104 sind funktional vertauscht worden. Das untere Lagergehäuse
weist nun einen kleineren Durchmesser als der Wellenstumpf 104 des zweiten
Spiralelementes auf, wobei der Wellenstumpf 104 eine zylindrische Form aufweist.
Wie auch in der bevorzugten Ausführungsform ist ein Lager 110 zur Lagerung
des Wellenstumpfes 104 vorgesehen.
Der
Wellenstumpf 104 weist einen Schmiermittelkanal 200 und eine Aufnahmeleitung
220 auf, wobei die Aufnahmeleitung 220 am Wellenstumpf 104 angeordnet ist und
sich bis in den Sumpf 222 erstreckt. Hier ähnelt die Ausführungsform der in
Fig. 8 dargestellten Ausführungsform. Die in Fig. 12 dargestellte Ausführungsform
kommt häufiger bei Spiralverdichtern mit geringeren Kapazitäten zum Einsatz.
Anhand der Fig. 1 bis 3 kann nun der Betrieb eines beispielhaft dargestellten
Spiralverdichters 20 beschrieben werden. Im Betrieb ist der Motor 40 des Spiralverdichters
20 mit einer elektrischen Energiequelle verbunden (nicht dargestellt),
so daß der Rotor 44 durch den Motor 40 in eine Drehbewegung versetzt
wird. Der Rotor 44 treibt eine Antriebwelle 84 und somit die Endplatte
82 an. Die Fortsätze 120 und die Druckplatte 150 werden dadurch ebenfalls in
eine Drehbewegung versetzt, welche über eine unter Spannung stehende Druckfeder
170 auf das zweite Spiralelement 78 übertragen wird. Weil die Achse
des ersten Förderelements 76 zu der Achse des zweiten Spiralelementes 78 zwar
parallel, aber nicht koaxial zu dieser ausgerichtet ist, kommt es zu einer relativen
Umlaufbewegung zwischen der direkt angetriebenen Spiralwand 80 und der
indirekt angetriebenen Spiralwand 100. Hierdurch bilden sich eine
Vielzahl von Kammern, wobei eine Arbeitskammer von den äußeren Enden 206 und
208 der Spiralwände gebildet wird. Aufgrund der Umlaufbewegung ist
diese Arbeitskammer abwechselnd offen und geschlossen und bildet im offenen
Zustand eine "Ansaugkammer". In Abhängigkeit von der relativen Umlaufbewegung
der Spiralwände 80 und 100 bewegen sich die Kammern vom radial
äußeren Ende der Spiralwände zum radial inneren Ende der
Spiralwände und verringern dabei ihr Volumen, so daß sie das Strömungsmedium verdichten.
Das in die Arbeitskammer "angesaugte" Strömungsmedium wird also, während
sich die Kammer vom radial äußeren Ende zum radial inneren Ende der
Spiralwände 80 und 100 bewegt, verdichtet.
Das von den Spiralwänden 80 und 100 verdichtete Strömungsmedium entweicht
über eine Auslaßöffnung 88 in einen Auslaßkanal 86. Durch den Auslaßkanal
86 gelangt das Strömungsmedium in den unter Auslaßdruck stehenden Bereich
des luftdicht abgeschlossenen Gehäuses 22, wobei der unter Auslaßdruck
stehende Bereich im oberen Bereich 24 des Gehäuses abgegrenzt ist. Die Schmierung
der Lager 38 und 110, sowie der anderen Komponenten des Spiralverdichters
20 ist über das sich im Schmiermittelreservoir 180 befindende Schmiermittel
gewährleistet. Das sich im Schmiermittelreservoir 180 befindende Schmiermittel
steht unter einem hohen Druck, so daß es durch die Bohrung 182 hindurchgedrückt
wird und das obere Hauptlager 38 schmiert. Nach Schmierung des oberen
Hauptlagers 38 gelangt das Schmiermittel in den unter Ansaugdruck stehenden
Bereich. Das untere Hauptlager 110 wird ebenfalls geschmiert. Hierhin gelangt
das Schmiermittel durch eine Bohrung 184, über eine Schmiermittelzuführleitung
186 und einen Kanal 188. Nach Schmierung des unteren Hauptlagers 110
gelangt das Schmiermittel in eine Sammelkammer 217 und fließt von dort über
eine zweite Einlaßöffnung 216 in einen Schmiermittelkanal 200. Nach Schmierung
des oberen Hauptlagers 38 sammelt sich das Schmiermittel in einem Sumpf
222 an. Die Ansammlung von Schmiermittel im Sumpf 222 wird dadurch vergrößert,
daß Schmiermittel vom in den Spiralverdichter eintretenden Strömungsmedium
abgeschieden wird und dann in den Sumpf 222 gelangt. Am zweiten Spiralelement
78 ist eine Aufnahmeleitung 220 angeordnet. Durch die Drehbewegung der Aufnahmeleitung
220 wird das im Sumpf 222 angesammelte Schmiermittel in die Einlaßöffnung
232 der Aufnahmeleitung 220 gedrückt. Hierdurch gelangt das Schmiermittel
über die Aufnahmeleitung 220 in den Schmiermittelkanal 200 und von
dort in die Arbeitskammer 204.
Durch
die Aufnahmeleitung 220 wird eine größere Ansammlung von Schmiermittel im Sumpf
222 verhindert. Hierbei ist es nicht wichtig, ob das im Sumpf 222 sich
angesammelte Strömungsmedium reines Schmiermittel oder ein verflüssigtes
Strömungsmedium ist, welches später verdichtet wird. Die verschiedenen Ausführungsformen
des Schmiermittelkanals 200 sorgen für eine gleichbleibende
Schmierung der Spiralwände 80 und 100, ohne daß ein unangemessener
Kraftaufwand zum Pumpen von Schmiermittel notwendig wäre. Ein zusätzlicher
Vorteil ist es, daß durch die Schmierung der Spiralwände die Abdichtung
der Arbeitskammern verbessert wird.
Durch die erwünschte Schmierung
wird unnötiger Verschleiß in den Spiralwänden verhindert und eine
gleichmäßige Schmierung aller sich bewegender Teile gewährleistet, so daß
der Verschleiß und der Wartungsaufwand eines solchen Spiralverdichters 20 verringert
wird.
Claims (10)
1. Spiralverdichter, insbesondere zur Verdichtung eines Kältemittels, mit einem ersten
und einem zweiten Spiralelement (76, 78), die in einem unter Ansaugdruck stehenden
Bereich eines Gehäuses (22) angeordnet sind, einer Einrichtung zur Kopplung der
Drehbewegung des ersten und zweiten Spiralelements (76, 78) und einem in dem
unter Ansaugdruck stehenden Bereich des Gehäuses (22) angeordneten Schmiermittelsumpf
(222), wobei das erste Spiralelement (76) eine erste Endplatte (82) mit einer
daran angeordneten ersten Spiralwand (80) aufweist, das zweite Spiralelement (78)
eine zweite Endplatte (102) mit einer daran angeordneten zweiten Spiralwand (100)
aufweist, und die Spiralwände (80, 100) derart zusammenwirken, daß Arbeitskammern
gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Endplatten (82
oder 102) der Spiralelemente (76 oder 78) mindestens einen Schmiermittelkanal (200)
mit einer in eine abwechselnd offene und geschlossene radial äußere Arbeitskammer
(204) führenden Auslaßöffnung (202) aufweist, und daß der Schmiermittelkanal (200)
mit einer an dem entsprechenden Spiralelement (76 oder 78) angeordneten Aufnahmeleitung
(220) verbunden ist, die in den Schmiermittelsumpf (222) eintaucht.
2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem luftdicht
abgeschlossenen Gehäuse (22) des Spiralverdichters (20) ein mittlerer Rahmenbereich
(28) zur Trennung des unter Ansaugdruck stehenden Bereichs (26) von dem
unter Auslaßdruck stehenden Bereich (24) vorgesehen ist.
3. Spiralverdichter, insbesondere zur Verdichtung eines Kältemittels, mit einem ein
Gehäuse (22) in einen unter Ansaugdruck stehenden unteren Bereich (26) und einen
unter Auslaßdruck stehenden oberen Bereich (24) unterteilenden mittleren Rahmenbereich
(28), einem ersten und einem zweiten Spiralelement (76, 78), die in dem unter
Ansaugdruck stehenden Bereich (26) angeordnet sind und einer Einrichtung zur
Kopplung der Drehbewegung des ersten und zweiten Spiralelementes (76, 78), wobei
das erste Spiralelement (76) eine erste Endplatte (82) mit einer daran angeordneten
ersten Spiralwand (80) und eine Antriebswelle (84) aufweist, das zweite Spiralelement
(78) eine zweite Endplatte (102) mit einer daran angeordneten zweiten Spiralwand
(100) und einen Wellenstumpf (104) aufweist und wobei die Spiralwände (80,
100) derart zusammenwirken, daß Arbeitskammern (204) gebildet werden, mit einem
ersten Lager (38) zur Lagerung der Antriebswelle (84) und einem zweiten Lager
(110) zur Lagerung des Wellenstumpfes (104) und mit einem in dem unter Auslaßdruck
stehenden oberen Bereich (24) vorgesehenen Schmiermittelreservoir (180),
welches über Schmiermittelkanäle (182, 186, 188) mit dem ersten und zweiten Lager
(38, 110) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der
Endplatten (82 oder 102) der Spiralelemente (76 oder 78) mindestens einen Schmiermittelkanal
(200) mit einer Einlaßöffnung (216) und einer in eine abwechselnd offene
und geschlossene radial äußere Arbeitskammer (204) führenden Auslaßöffnung (202)
aufweist, und daß die Einlaßöffnung (216) mit jeweils einer das Schmiermittel nach
Schmierung des ersten bzw. zweiten Lagers (38 bzw. 110) aufnehmenden Sammelkammer
(217) verbunden ist, wobei die Sammelkammer (217) durch ein zwischen der
ersten Endplatte (82) und dem mittleren Rahmenbereich (28) bzw. zwischen der
zweiten Endplatte (102) und einem Lagergehäuse (112) des zweiten Lagers (110)
angeordnetes kreisringförmiges Dichtungselement (210 bzw. 176) begrenzt wird.
4. Spiralverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in einer der
Endplatten (82 oder 102) angeordnete Schmiermittelkanal (200) mit einer an dem
entsprechenden Spiralelement (76 oder 78) angeordneten Aufnahmeleitung (220)
verbunden ist, die in einen in dem unter Ansaugdruck stehenden unteren Bereich
(26) des Gehäuses (22) angeordneten Schmiermittelsumpf (222) eintaucht.
5. Spiralverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schmiermittelsumpf
(222) eine kreisringförmige Scheibe oder Platte (233) zur Reduzierung
der durch die in den Schmiermittelsumpf (222) eintauchende Aufnahmeleitung (220)
hervorgerufenen Umlaufgeschwindigkeit des Schmiermittels vorgesehen ist.
6. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Aufnahmeleitung (220) L-förmig ist.
7. Spiralverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Spiralelement (76) zusätzlich eine Druckplatte (150) aufweist,
die die Endplatte (102) des zweiten Spiralelements (78) federnd abstützt, wobei sich
die Druckplatte (150) bis zu einem Lagergehäuse (112) für den Wellenstumpf (104)
des zweiten Spiralelementes (78) erstreckt.
8. Spiralverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeleitung
(220) des ersten Spiralelementes (76) an der Druckplatte (150) befestigt ist.
9. Spiralverdichter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte
(150) zusätzlich einen Schmiermittelkanal (270) aufweist und die Aufnahmeleitung
(220) mit diesem Schmiermittelkanal (270) verbunden ist.
10. Spiralverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste
Spiralelement (76) zusätzlich eine Schmiermittelzuführleitung (280) aufweist,
welche den in
der ersten Endplatte (82) angeordneten Schmiermittelkanal (200) mit dem in der
Druckplatte (150) angeordneten Schmiermittelkanal (270) verbindet.
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