DE4134964C2 - Spiralverdichter - Google Patents

Description

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

Aus der DE 39 32 495 A1 ist bereits ein Spiralverdichter dieser Art bekannt, bei dem die Schmierung der zusammenwirkenden Spiralwände durch ein mit dem gasförmigen Strömungsmedium mischbares Schmiermittel gewährleistet wird. Hierbei zirkuliert das Schmiermittel ganz oder teilweise in dem geschlossenen Kreislauf einer Kälte- oder Klimaanlage, in welcher ein solcher Spiralverdichter eingesetzt ist. Im Betrieb des bekannten Spiralverdichters wird in der Umgebung der umlaufenden Spiralelemente das Strömungsmedium durch die Spiralelemente "gefächert". Nach einer gewissen Zeit der Rotation der Spiralelemente entwickelt sich an diese angrenzend ein "wirbelndes" zentrifugales Flußfeld, welches sich im äußeren Bereich der Spiralelemente nach der Drehrichtung der Spiralelemente ausrichtet. Aufgrund des zentrifugalen Flußfeldes wird nun das mit dem Strömungsmedium mischbare Schmiermittel vom gasförmigen Strömungsmedium abgeschieden. Dieses sammelt sich in dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich, in dem die Spiralelemente rotieren. Weiterhin werden die die Spiralelemente abstützenden Lagerelemente des Spiralverdichters mit Schmiermittel versorgt, welches aus einem sich in dem unter Auslaßdruck stehenden Bereich des Spiralverdichters vorgesehenen Schmiermittelsumpf über in Teilen des Gehäuses vorgesehene Schmiermittelkanäle den Lagerelementen zugeführt wird. Nach der Schmierung der Lagerelemente mit Schmiermittel sammelt sich dieses Schmiermittel in dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich des Gehäuses des Spiralverdichters an.

Der bekannte Spiralverdichter weist verschiedene Nachteile auf. So ist ein kontrollierbarer und gleichbleibender Schmiermittelfluß durch die Spiralwände der Spiralelemente nicht gewährleistet, denn die Spiralwände der Spiralelemente werden nur dann geschmiert, wenn auch Schmiermittel von dem gasförmigen Strömungsmedium mitgerissen wird. Da durch eine nicht optimale Schmierung der zusammenwirkenden Spiralwände der Spiralelemente nicht nur der Verschleiß der Spiralwände erhöht ist, sondern auch eine durch nicht vorhandenes Schmiermittel geförderte Leckage zwischen den Spiralwänden auftreten und daher das Strömungsmedium aus den durch die Spiralwände gebildeten Kammern entweichen kann, nimmt der Gesamtwirkungsgrad des Spiralverdichters ab. Weiterhin nimmt der Energiebedarf des Spiralverdichters aufgrund des ausgebildeten zentrifugalen Flußfeldes zu, wenn sich sowohl die Spiralelemente als auch das Strömungsmedium "bewegen" und das in dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich des Gehäuses angesammelte Schmiermittel durch die Spiralelemente ebenfalls "verwirbelt" wird, so daß hierdurch der Gesamtwirkungsgrad des Spiralverdichters ebenfalls abnimmt.

Aus der DE 33 41 637 A1 ist ein Spiralverdichter mit einem feststehenden und einem umlaufenden Spiralelement bekannt. In dem unter Auslaßdruck stehenden Bereich des Gehäuses ist ein Schmiermittelsumpf vorgesehen, aus welchem Schmiermittel zu den Außenflächen der Endplatte des umlaufenden Spiralelementes gefördert wird. Hierzu weist die Endplatte des umlaufenden Spiralelementes einen ersten Schmiermittelkanal auf, welcher mit einem in der Antriebswelle des umlaufenden Spiralelementes vorgesehenen zweiten Schmiermittelkanal strömungsverbunden ist. Das im Schmiermittelsumpf angesammelte Schmiermittel steigt vom Boden des Gehäuses in den zweiten Schmiermittelkanal, welcher als exzentrische vertikale Bohrung ausgeführt ist, aufgrund des hohen Auslaßdruckes nach oben und schmiert die äußeren Enden der Endplatte des umlaufenden Spiralelementes. Von hier aus gelangt das Schmiermittel dann in eine Gegendruckkammer, die auf der der Spiralwand des umlaufenden Spiralelementes gegenüberliegenden Seite der Endplatte ausgebildet ist. Durch den in der Gegendruckkammer existierenden Druck wird die Endplatte des umlaufenden Spiralelementes und damit die Spiralwand des umlaufenden Spiralelementes auf die Endplatte des feststehenden Spiralelementes zu gedrückt. Weiterhin sind in der Endplatte des umlaufenden Spiralelementes feine Durchgangsbohrungen vorgesehen, so daß das sich in der Gegendruckkammer befindende Schmiermittel durch diese feinen Bohrungen in entsprechende, durch die Spiralwände gebildete Kammern gelangen kann.

Aus der DE 36 27 579 A1 ist ebenfalls ein Spiralverdichter mit einem umlaufenden und einem feststehenden Spiralelement bekannt. In dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich des Gehäuses ist ein Schmiermittelsumpf vorgesehen. Zur Schmierung der für die Lagerung der Antriebswelle und die Lagerung des umlaufenden Spiralelementes notwendigen Lager ist ein Schmiermittelfluß realisiert. Hierzu weist die Antriebswelle einen Schmiermittelkanal auf, durch den das Schmiermittel aus dem Schmmiermittelsumpf bis zu den lagern gefördert wird. Zur Förderung des Schmiermittels ist an dem in den Schmiermittelsumpf eintauchenden Ende der Antriebswelle eine erste Pumpe und nahe dem anderen Ende der Antriebswelle eine zweite Pumpe vorgesehen. Nach der Schmierung der Lager gelangt das Schmiermittel wieder in den im unteren Bereich des Gehäuses vorgesehenen Schmiermittelsumpf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten und weiterzubilden, daß ein kontrollierbarer, wirkungsvoller und gleichbleibender Schmiermittelfluß gewährleistet und der Gesamtwirkungsgrad des Spiralverdichters erhöht ist.

Die zuvor genannte Aufgabe wird bei dem Spiralverdichter der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des neuen Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Spiralverdichters werden die Nachteile beim Stand der Technik vermieden. Einerseits ist nun ein gleichbleibender Schmiermittelfluß aus dem in den unter Ansaugdruck stehenden Bereich des Gehäuses vorgesehenen Schmiermittelsumpf zu den Spiralwänden der Spiralelemente gewährleistet, da über den in der zweiten Endplatte des zweiten Spiralelementes ausgebildeten ersten Schmiermittelkanal über den im Wellenstumpf vorgesehenen zweiten Schmiermittelkanal und über die im Wellenstumpf vorgesehene Pumpe die zwischen den Spiralwänden gebildete radial äußere Arbeitskammer mit dem Schmiermittelsumpf strömungsverbunden ist. Andererseits ist der Gesamtwirkungsgrad des Spiralverdichters dadurch erhöht, daß der in dem unter Ansaugdruck stehende Bereich des Gehäuses vorgesehene Schmiermittelsumpf durch wenigstens eine Prallfläche, welche in dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich des Gehäuses angeordnet ist, vor den Effekten der Rotation der ersten und zweiten Spiralelemente abgeschirmt ist. Hierdurch wird nun eine Verwirbelung des angesammelten Schmiermittels verhindert, so daß nicht nur der Energiebedarf des Spiralverdichters zur Drehung der Spiralelemente vermindert ist, sondern insbesondere durch die Abschirmung des Schmiermittelsumpfes auch ein konstanter Schmiermittelfluß gewährleistet ist.

Da die Lagerelemente des Spiralverdichters ebenfalls geschmiert werden müssen, muß ein zusätzlicher Schmiermittelfluß vom Schmiermittelkanal des Wellen­ stumpfes zu den Lagerelementen gewährleistet sein. Aus diesem Grunde ist im Wellenstumpf des zweiten Spiralelementes ein Schmiermittelzuführkanal ange­ ordnet, wodurch ein bestimmter Schmiermittelfluß zu den den Wellenstumpf des zweiten Spiralelementes abstützenden Lagerelementen ermöglicht wird.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten 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 einen erfindungsgemäßen Spiralverdichter mit zwei gemein­ sam drehenden Spiralelementen,

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung einen geschlossenen Kreislauf, wie 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 teilweise den Gegenstand aus Fig. 1 in einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 5 in einer vergrößerten Darstellung teilweise den Gegenstand aus Fig. 1 in einer weiteren Ausführungsform.

Der in Fig. 1 gezeigte Spiralverdichter 20 weist ein luftdicht abgeschlossenes Gehäuse 22 auf. In der bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse 22 des Spiralverdichters 20 einen oberen Bereich 24, einen unteren Bereich 26 und einen mittigen äuße­ ren Gehäusebereich 27 auf, an welchem ein dazwischenliegender mittiger Rahmen­ bereich 28 angeordnet ist. Der mittige Rahmenbereich 28 weist im allgemeinen einen zylindrischen oder kreisringförmigen äußeren Bereich 30 und einen mittle­ ren Bereich 32 auf, wobei der mittlere Bereich 32 sich über die Querschnitts­ fläche des Spiralverdichters 20 erstreckt. Der kreisringförmige äußere Bereich 30 des mittigen Rahmenbereichs 28 ist größenmäßig auf den mittigen äußeren Gehäusebereich 27 abgestimmt und an diesem abdichtend angeordnet. Dies kann durch eine Preßpassung, durch eine Schweißverbindung oder durch andere geeig­ nete 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 Gehäuse­ bereichs 30 angeordnet. Axial durch das obere Lagergehäuse 34 hindurch er­ streckt 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 gesinterter 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 umgebenen Stator 42 ausgeführt. Zwischen dem Stator 42 und dem Rotor 44 ist ein kreisringförmiger Raum sowohl zur un­ gehinderten Drehung des Rotors 44 innerhalb des Stators 42, als auch zum unge­ hinderten 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 Schweiß­ verbindungen an geeigneten Montageflächen des Stators 42 und des mittigen äuße­ ren Gehäusebereichs 27 (nicht dargestellt), oder durch andere geeignete Mit­ tel angeordnet sein.

Im oberen Bereich 24 des luftdicht abgeschlossenen Gehäuses 22 ist eine Ausstoß­ öffnung 50 zum Auslassen des unter hohem Druck stehenden Strömungsmediums aus dem Spiralverdichter 20 ausgebildet. Im unteren Bereich 26 des luftdicht ab­ geschlossenen Gehäuses 22 ist, zur Aufnahme von unter niedrigem Druck stehendem Strömungsmedium, in dem Spiralverdichter 20 eine Ansaugöffnung 52 ausgebildet. Damit ist der Anschluß des Spiralverdichters 20 an ein mit Strömungsmedium arbeitendes System möglich.

Vorzugsweise läßt sich der erfindungsgemäße Spiralverdichter 20 in einer Kälte- oder Klimaanlage einsetzen. In Fig. 2 ist eine Kälteanlage der in Rede stehen­ den Art gezeigt. Sie umfaßt eine zwischen der Ausstoßöffnung 50 und einem Ver­ flüssiger 60 angeordnete Auslaßleitung 54. Der Verflüssiger 60 dient zur Wär­ meentnahme 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 Leitung 66 das ausgedehnte bzw. entspannte Kältemit­ tel vom Ausdehnungsventil 64 zum Verdampfer 68 geleitet. Schließlich leitet eine Ansaugleitung 70 das verdampfte Kältemittel vom Verdampfer 68 zum Spi­ ralverdichter 20, in dem das Kältemittel verdichtet wird. Von dort aus gelangt das Kältemittel entsprechend vorangegangener Beschreibung wieder in die Kälte­ anlage.

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 erfindungs­ gemäße Spiralverdichter enthalten. Dabei könnten die Spiralverdichter im strö­ mungstechnischen Sinne parallel oder in Serie geschaltet sein. Auch der Ver­ flüssiger und der Verdampfer könnten mehrfach vorhanden sein, was hier nicht erörtert werden muß.

Nach der zuvor erfolgten Beschreibung der allgemeinen Konstruktion des Spiral­ verdichters 20 werden im folgenden die erfindungsgemäßen Merkmale genauer er­ örtert. Die Fig. 1 und 3 zeigen gemeinsam eine Anordnung zweier Spiralelemente in einem erfindungsgemäßen Spiralverdichter 20. Hierbei ist das direkt ange­ triebene Spiralelement willkürlich als das erste Spiralelement 76 und das indirekt angetriebene Spiralelement willkürlich als das zweite Spiralelement 78 bezeichnet. Das erste Spiralelement 76 weist eine abstehende, evolventen­ kurvenähnlich verlaufende erste Spiralwand 80 auf, welche ein inte­ graler Bestandteil einer im allgemeinen ebenen Endplatte 82 ist. Die End­ platte 82 weist eine in die der Spiralwand 80 entgegengesetzte Rich­ tung abragende Antriebswelle 84 auf. Durch eine sich mittig durch die An­ triebswelle 84 hindurch erstreckende mittige Bohrung ist ein Auslaßkanal 86 gebildet. Der Auslaßkanal 86 ist mit einer durch eine im wesentlichen mittige Bohrung durch die Endplatte 82 hindurch gebildete Auslaßöffnung 88 strömungs­ verbunden. Die Antriebswelle 84 weist einen sich zur freien, gelagerten Dreh­ bewegung axial durch das obere Hauptlager 38 hindurch erstreckenden Bereich 90 mit erweitertem Durchmesser und einen sich axial durch den Rotor 44 hin­ durch 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 dazugehörige Keilnuten oder durch an­ dere geeignete Mittel ausgebildet.

Das zweite oder indirekt angetriebene Spiralelement 78 weist eine zweite oder indirekt angetriebene Spiralwand 100 auf und ist so angeordnet, daß die zweite Spiralwand 100 durch Verschachtelung mit der ersten Spiralwand 80 im Eingriff steht. Das zweite Spiralelement 78 weist zu­ sätzlich eine im wesentlichen ebene zweite oder indirekt angetriebene End­ platte 102 auf. An der Endplatte 102 ist eine abstehende, indirekt angetriebene, im allgemeinen evolventenkurvenähnlich verlaufende Spiralwand 100 angeordnet. Ein zweiter, indirekt angetriebener Wellenstumpf 104 ist an der indirekt angetriebenen Endplatte 102 entgegengesetzt zur indirekt angetriebenen Spiralwand 100 angeordnet.

Ein Abstützelement 46 ist am mittigen äußeren Gehäusebereich 27 zwischen dem mittigen Rahmenbereich 28 und dem Bodenbereich 26 zur Lagerung des zweiten Spiralelementes 78 angeordnet. Ein kreisringförmiges Lager 110, welches ein Gleitlager aus gesinterter Bronze oder ein Rollen- oder Kugellager sein kann, ist innerhalb einer ein Lagergehäuse 112 bildenden kreisringförmigen Wandung angeordnet. Das Lagergehäuse 112 ist bevorzugt als integraler Bestandteil des Abstützelementes 46 zur drehbaren Lagerung des zweiten Spiralelementes 78 aus­ geführt. Im Abstützelement 46 sind Öffnungen 48 zur Ermöglichung eines Strö­ mungsflusses durch das Abstützelement 46 vorgesehen.

Der indirekt angetriebene Wellenstumpf 104 ist bevorzugt kreisringförmig und im Inneren hohl ausgeführt, so daß der Wellenstumpf 104 einen zylindrischen Schmiermittelkanal 120 aufweist. Der Schmiermittelkanal 120 ist durch eine zylindrische äußere Wand 122, durch eine ebene obere Fläche 124 und durch das untere Ende 126 des Wellenstumpfes 104 umgrenzt. In der bevorzugten Ausfüh­ rungsform ist der Schmiermittelkanal 120 zylindrisch ausgeführt. Es ist aber auch vorstellbar, daß Aussparungen (nicht dargestellt) oder andere Ausführungs­ formen angewendet werden, so daß das Schmiermittel innerhalb des Schmiermit­ telkanals 120 besser kontrolliert werden kann.

Eine Schmiermittelpumpe 130 ist an dem unteren Ende 126 des indirekt angetrie­ benen Wellenstumpfes 104 angeordnet. Vorzugsweise ist die Schmiermittelpumpe 130 als Zentrifugalpumpe ausgeführt, wobei die Zentrifugalpumpe eine innere angewinkelte Wand 132 aufweist, wodurch eine zentrifugale Kraft auf das durch die Einlaßöffnung 134 eintretende Schmiermittel übertragen wird. Hierdurch wird ein konstanter Schmiermittelfluß in den Schmiermittelkanal 120, während des Betriebes des Spiralverdichters 20, sichergestellt.

Ein Schmiermittelsumpf 140 dient als Schmiermittelreservoir und wird durch den unteren Teil des äußeren Gehäusebereichs 27 und den Bodenbereich 26 des luftdicht abge­ schlossenen Gehäuses 22 begrenzt. Der Bodenbereich ist vorzugsweise, wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, kuppelförmig ausgeführt. Hierdurch erhält der Bodenbereich eine zusätzliche Festigkeit, um dem Druck innerhalb des luftdicht abgeschlossenen Gehäuses 22 zu widerstehen. Zusätzlich hat der kuppelförmig ausgeführte Bodenbereich den Vorteil, daß ein Absetzen von Fremdstoffen, welche sich im Strömungsmedium befinden können, im äußeren Bereich des Sumpfes 140, also nicht in der Mitte des Sumpfes 140 und damit entfernt von der Schmiermit­ telpumpe 130, ermöglicht wird. Hierdurch reduziert sich die Wahrscheinlich­ keit, daß Fremdstoffe mit Hilfe der Schmiermittelpumpe 130 in den Schmiermit­ telkanal 120 gelangen.

Prallmittel für den Sumpf 140 stellen sicher, daß das Schmiermittel im Sumpf bewegungslos ist, so daß ein Aufschäumen des Schmiermittels minimiert und das Absetzen von Fremdstoffen im Sumpf 140 verbessert wird. In der bevorzug­ ten Ausführungsform wirkt das Abstützelement 46 zusätzlich als Prallfläche für das sich im Sumpf 140 befindende Schmiermittel. Separate Prallflächen können vorgesehen werden, welche in gleicher Weise geeignet sind. Das Abstütz­ element 46 muß daher nicht unbedingt die Funktion einer Prallfläche für das sich im Sumpf 140 angesammelte Schmiermittel erfüllen.

In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Schmiermittelzuführkanal 150 im indirekt angetriebenen Wellenstumpf 104 angeordnet, so daß ein Schmiermittel­ fluß vom Schmiermittelkanal 120 durch den Schmiermittelzuführkanal 150 zum Lager 110 gewährleistet ist. Der Schmiermittelkanal 150 ist größenmäßig so dimensioniert, daß der Schmiermittelfluß zum Lager 110 kontrollierbar ist und eine entsprechende Schmierung des Lagers 110 in bezug auf dessen Größe und Material im Spiralverdichter 20 sichergestellt ist. Wie aus den Zeich­ nungen zu entnehmen ist, ist der Schmiermittelzuführkanal 150 etwa in der Mitte zwischen der oberen Fläche 124 und dem unteren Ende 126 des Schmier­ mittelkanals 120 angeordnet, so daß ein dosierter Schmiermittelfluß zum Lager 110 gewährleistet ist.

Die obere Schulterfläche 170 des Lagergehäuses 112 dient als kreisringförmiges Drucklager und nimmt die Eigengewichte des ersten und zweiten Spiralelementes 76 und 78, das Eigengewicht der Antriebswelle 84, sowie das Eigengewicht des Rotors 44 auf. Es ist sinnvoll, eine senkrechte oder nahezu senkrechte Lage (z. B. innerhalb eines Winkels von 45°) aufrechtzuerhalten, so daß die Masse des Rotors 44 und die Massen der Spiralelemente 76 und 78 das zweite Spiral­ element 78 gegen das Drucklager 170 drücken. Schließlich ist im mittleren Be­ reich 32 des mittigen Rahmenbereichs 28 ein Schmiermittelreservoir 180 vor­ gesehen. Hierdurch wird das obere Hauptlager 38 durch eine obere Bohrung 182 im oberen Lagergehäuse 34 mit Schmiermittel versorgt. Das obere Hauptlager 38 ist größenmäßig in bezug auf die Antriebswelle 84 so dimensioniert, daß der Schmiermittelfluß in den Sumpf 140 mengenmäßig kontrollierbar ist. Ein Schmiermittelkanal 200 erstreckt sich radial nach außen in der zweiten End­ platte 102. Der Schmiermittelkanal 200 ist mit dem Schmiermittelkanal 120 nahe der oberen Fläche 124 strömungsverbunden. Eine Auslaßöffnung 202 er­ möglicht einen Schmiermittelfluß vom Schmiermittelkanal 200 in die durch die äußeren Enden 206 und 208 der Spiralwände 80 und 100 gebildete Arbeitskammer 204. Es muß erwähnt werden, daß die Arbeitskammer 204 in einem Verdich­ tungsprozeß eine Druckkammer ist. Die Kammer 204 ist auch eine Ansaug­ kammer, wenn sie zu dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich hin während einer bestimmten Phase im Betrieb des Spiralverdichters 20 geöffnet ist, so daß die Bezeichnungen der Arbeitskammer 204 austauschbar sind.

Ein Stopfen 218 ist an dem radial äußeren Ende des Schmiermittelkanals 200 angeordnet. Der Stopfen 218 ist notwendig, weil der Schmiermittelkanal 200 vorzugsweise als in der zweiten Endplatte 102 angeordnete Bohrung ausgeführt ist. So können andere Mittel den in der zweiten Endplatte 102 angeordneten Stopfen 218 überflüssig machen. So könnte z. B. der Schmiermittelkanal 200 vollständig innerhalb der zweiten Endplatte 102 angeordnet sein.

In der zweiten Endplatte 102 sind zwei radial entgegengesetzte Schmiermit­ telkanäle 200 beispielhaft dargestellt. Es ist durchaus möglich, nur einen, oder auch drei, vier oder mehr Schmiermittelkanäle 200 in der zweiten Endplatte 102 anzuordnen. Die Schmiermittelkanäle 200 müssen nicht unbedingt radial entgegengesetzt oder mit gleichem Abstand radial versetzt sein.

Das Ausführungsbeispiel mit zwei Schmiermittelkanälen, wie in jeder Aus­ führungsform dargestellt, ist somit nur beispielhaft und dient zum besseren Verständnis der Beschreibung.

Wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, weist der Spiralverdichter 20 das erste Spiralelement 76 und das zweite Spiralelement 78 verbindende Antriebs­ mittel auf. Die Antriebsmittel bestehen aus zwei radial entgegengesetzt an­ geordneten Fortsätzen 220, welche an der Endplatte 82 angeordnet sind, und aus zwei radial entgegengesetzt angeordneten, indirekt angetriebenen keil­ förmigen Stutzen (nicht dargestellt). Die Fortsätze 220 und die Stutzen sind jeweils um 90° versetzt um die Achsen der Spiralelemente angeordnet. Da die Fortsätze 220 und die keilförmigen Stutzen im Gleitkontakt mit Antriebs­ schlitzen 228 stehen, entsteht so eine Antriebskupplung 230, so daß eine zu­ sammenwirkende Drehbewegung der Spiralelemente 76 und 78 verursacht wird.

Möglich ist auch die Anwendung von verschiedenen Elementen, wie z. B. Antriebs­ elementen oder Wellen, welche an den zu betrachtenden Endplatten befestigt sind und miteinander in Eingriff stehen. Es sind auch verschiedene andere ge­ eignete Antriebsmittel denkbar, welche den Betrieb eines Spiralverdichters 20 gewährleisten, so daß hier keine weitere Diskussion über mögliche, verschiedene Antriebsmittel für einen Spiralverdichter 20 notwendig erscheint. In den Fig. 4 und 5 sind die zwischen den Spiralelementen 76 und 78 anzuordnenden Antriebs­ mittel durch gestrichelte Pfeile D dargestellt.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spiralver­ dichters 20-1 dargestellt. Der Spiralverdichter 20-1 weist hier eine Verdränger­ pumpe 130-1 auf, anstatt der in der bevorzugten Ausführungsform angeordneten Zentrifugalpumpe 130. Eine Verdrängerpumpe 130-1 gewährleistet einen konstan­ ten Schmiermittelfluß innerhalb des Spiralverdichters 20-1, auch wenn dieser das Strömungsmedium nur mit relativ geringer Rotationsgeschwindigkeit ver­ dichtet. Durch den Einsatz einer Verdrängerpumpe 130-1 ist demnach über einen großen Rotationsgeschwindigkeitsbereich ein konstanter Schmiermittelfluß ge­ währleistet. Die Verdrängerpumpe 130-1 weist eine Aufnahmeleitung 240-1 auf, wobei sich die Aufnahmeleitung 240-1 bis in den Sumpf 140-1 erstreckt, um so einen Schmiermittelfluß in die Verdrängerpumpe 130-1 sicherzustellen. Die Ver­ drängerpumpe 130-1 kann vorzugsweise eine Zahnradpumpe sein, aber auch andere Ausführungsformen einer Verdrängerpumpe 130-1, welche zur Anordnung am unteren Ende des Wellenstumpfes 104 geeignet erscheinen, sind vorstellbar. Zahnrad­ pumpen oder andere geeignete Pumpen 130-1 sind aus dem Stand der Technik be­ kannt, so daß eine weitere Erörterung hier nicht notwendig ist.

Wie Fig. 5 zeigt ist innerhalb des Spiralverdichters wieder eine Verdränger­ pumpe 130-2 angeordnet, wie sie auch schon in Fig. 4 dargestellt ist. In dieser dargestellten Ausführungsform ist eine Bodenfläche 49-2 für das Lagergehäuse angeordnet, wobei die Bodenfläche 49-2 im wesentlichen das untere Ende 126-2 des indirekt angetriebenen Wellenstumpfes 104-2 abschließt. Eine Druckdich­ tung 250-2 ist zwischen der Bodenfläche 49-2 des Lagergehäuses und der Auf­ nahmeleitung 240-2 angeordnet, so daß aus der Druckausgleichskammer 252-2 kein Strömungsmedium austreten kann. Die Druckausgleichskammer 252-2 ist zwischen dem unteren Ende 126-2 des indirekt angetriebenen Wellenstumpfes 104-2 und dem unteren Lagergehäuse 112-2 angeordnet. Die Druckdichtung 250-2 dichtet die in der Bodenfläche 49-2 des Lagergehäuses angeordnete Öffnung für die Aufnahmeleitung 240-2 ab, so daß die Aufnahmeleitung 240-2 sich in den Sumpf 140-2 erstrecken und aus diesem Schmiermittel entnehmen kann. In der zweiten Endplatte 102-2 ist ein Druckableitungskanal 254-2 angeordnet. Durch diesen gelangt verdichtetes Strömungsmedium aus einer der durch die Spiralwände 80-2 und 100-2 gebildeten Druckkammern durch einen Kanal 256-2 im unteren Lagergehäuse 112-2 in die Druckausgleichskammer 252-2. Das zu einem hohen Druck verdichtete Strömungsmedium übt nun eine Kraft auf den indirekt an­ getriebenen Wellenstumpf 104-2 aus, so daß letztendlich eine Druckkraft auf das erste Spiralelement 76-2 wirkt.

Die Arbeitsweise eines Spiralverdichters 20 der zuvor beschriebenen Ausfüh­ rungsformen ist im wesentlichen ähnlich mit der Arbeitsweise der bevorzugten Ausführungsform, welche nachfolgend beschrieben wird, so daß für die anderen Ausführungsformen keine eigenständige Beschreibung notwendig ist.

Anhand der Fig. 1 und 3 kann die Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Spiral­ verdichters 20 beschrieben werden. Im Betrieb ist ein Motor 40 des Spiralver­ dichters 20 an eine geeignete Energiequelle (nicht dargestellt) angeschlossen und verursacht eine Rotation des Rotors 44. Der Rotor 44 treibt eine Antriebs­ welle 84 an, welche wiederum eine Endplatte 82 direkt antreibt. Die Antriebs­ mittel D verursachen eine zusammenwirkende Drehbewegung des ersten Spiral­ elements 76 mit dem zweiten Spiralelement 78. Da die Achsen des ersten Spiralelementes 76 und des zweiten Spiralelementes 78 nicht aufeinander abge­ stimmt sind, kommt es zu einer relativen Umlaufbewegung zwischen der direkt angetriebenen Spiralwand 80 und der indirekt angetriebenen Spiralwand 100. Die Spiralwände 80 und 100 bilden eine Vielzahl von Kammern, wobei eine Arbeitskammer von den äußeren Enden 206 und 208 der Spiralwände 80 und 100 gebildet wird. Diese radial äußere Arbeitskammer ist zu dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich hin abwechselnd offen und geschlossen. Bei der Bewegung der Kammern zu dem radial inneren Ende der Spiralwände 80 und 100 verringern diese ihr Volumen, so daß das Strömungsmedium, nachdem es in die Arbeitskammer gelangt ist, zu immer höherem Druck verdichtet wird, je weiter sich diese Kammer zu dem radial inneren Ende der Spiralwände 80 und 100 hin bewegt.

Das verdichtete Strömungsmedium gelangt dann von den Spiralwänden 80 und 100 durch eine Auslaßöffnung 88 in einen Auslaßkanal 86. Durch diesen ge­ langt das Strömungsmedium in den unter Auslaßdruck stehenden Bereich des luft­ dicht abgeschlossenen Gehäuses 22, welcher im oberen Bereich 24 des Gehäuses angeordnet ist.

Das vom Strömungsmedium getrennte Schmiermittel sammelt sich im Sumpf 140 zu­ sammen mit dem für das obere Hauptlager 38 vorgesehene Schmiermittel an. Das im Sumpf 140 angesammelte Schmiermittel wird von einer Pumpe 130 in den Schmier­ mittelkanal 120 gedrückt. Eine Zentrifugalpumpe 130 hält einen gesteuerten (kon­ stanten) Schmiermittelfluß in den Schmiermittelkanal 120 so lange aufrecht, wie der Spiralverdichter 20 im Betrieb ist.

Die Schmierung des unteren Hauptlagers 110 beginnt erst nachdem der Spiral­ verdichter 20 den Betrieb aufgenommen hat. Hierzu muß der Schmiermittelspie­ gel im Schmiermittelkanal 120 den Schmiermittelzuführkanal 150 erreichen, so daß ein Schmiermittelfluß zum Lager 110 stattfinden kann.

Die Schmiermittelpumpe 130 hält den Schmiermittelspiegel im Sumpf 140 auf einer ge­ wünschten Höhe, so daß eine unerwünschte Ansammlung eines Fluids im Sumpf 140 verhindert wird. Bei dem Fluid kann es sich um reines Schmiermittel oder verflüssigtes Strömungsmedium oder ein anderes Medium handeln. Aufgrund der unterschiedlichen Schmiermittelkanäle 200 ist eine gleichbleibende Schmierung der Spiralwände 80 und 100 gewährleistet, ohne daß ein übermäßiger Ener­ giebedarf zum Pumpen des Schmiermittels nötig ist. Ein bestimmter, gleichblei­ bender Schmiermittelfluß verbessert ebenso das Abdichten der einzelnen Kammern des Spiralverdichters, so daß ein zusätzlicher Leistungsvorteil entsteht. Die Anordnung einer konstanten, bestimmten Schmierung verhindert unnötigen Verschleiß in bzw. an den Spiralwänden und eine gleichbleibende Schmierung reduziert nicht nur unnötigen Verschleiß, son­ dern verringert den Instandhaltungsaufwand eines Spiralverdichters 20, so daß der erfindungsgemäße Spiralverdichter 20 sowohl eine höhere Zuverlässigkeit als auch einen höheren Wirkungsgrad aufweist.

Claims (12)

1. Spiralverdichter, insbesondere zur Verdichtung eines Kältemittels, wobei ein Gehäuse (22) einen unter Ansaugdruck stehenden Bereich mit einem Schmiermittelsumpf (140) aufweist, mit einem ersten und einem zweiten Förderelement (76, 78), die in dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich angeordnet sind und mit einer Einrichtung zur Kopplung der Drehbewegung des ersten und des 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, wobei 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 gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Endplatte (102) des zweiten Spiralelements (78) mindestens einen ersten Schmiermittelkanal (200) mit einer in eine abwechselnd offene und geschlossene radial äußere Arbeitskammer (204) führenden Auslaßöffnung aufweist, daß der erste Schmiermittelkanal (200) über einen im Wellenstumpf (104) vorgesehenen zweiten Schmiermittelkanal (120) mit dem Schmiermittelsumpf (140) strömungsverbunden ist, daß eine Prallfläche zur Abschirmung des Schmiermittelsumpfes (140) vor den Effekten der Rotation des ersten und zweiten Spiralelements (76, 78) in dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich vorgesehen ist und daß zur Gewährleistung eines Schmiermittelflusses vom Schmiermittelsumpf (140) zum zweiten Schmiermittelkanal (120) eine Pumpe (130) im Wellenstumpf (104) an­ geordnet ist.

2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (22) ein Abstützelement (46) zur Lagerung des Wellenstumpfes (104) des zweiten Spiralelementes (78) vorgesehen ist und daß das Abstützelement (46) die Prallfläche gegenüber dem ersten und zweiten Spiralelement (76, 78) bildet, so daß das Schmiermittel in dem Schmiermittelsumpf (140) bewegungslos ist.

3. Spiralverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Abstützelement (46) zusätzlich ein Lagergehäuse (112) für ein Lager (110) zur drehbaren Lagerung des zweiten Spiralelementes (78) angeordnet ist.

4. Spiralverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenstumpf (104) des zweiten Förderelementes (78) zusätzlich einen Schmiermittelzuführkanal (150) aufweist, so daß der zweite Schmiermittelkanal (120) mit dem Lager (110) durch den Schmiermittelkanal (150) strömungsverbunden ist und ein Schmiermittelfluß zum Lager (110) gewährleistet ist.

5. Spiralverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (22) ein Bereich im Schmiermittelsumpf (140) zum Absetzen von Fremdstoffen vom Schmiermittel vorgesehen ist, wobei der Bereich entfernt von der Pumpe (130) angeordnet ist.

6. Spiralverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenbereich (26) des Gehäuses (22) kuppelförmig ausgebildet ist und den Bereich zum Absetzen von Fremdstoffen vom Schmiermittel aufweist.

7. Spiralverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe als Zentrifugalpumpe (130) ausgebildet ist.

8. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe als Verdrängerpumpe (130-1) ausgebildet ist.

9. Spiralverdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine Aufnahmeleitung (240) aufweist, die sich in den Schmiermittelsumpf (140) erstreckt.

10. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützelement (46) eine Bodenfläche (49) für das Lagergehäuse (112) aufweist, wobei die Bodenfläche (49) im wesentlichen das untere Ende (126) des Wellenstumpfes (104) umschließt.

11. Spiralverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützelement (46) eine Druckdichtung (250) aufweist, die zwischen der Bodenfläche (49) des Lagergehäuses (112) und der Aufnahmeleitung (240) angeordnet ist, und daß das Abstützelement (46) und der Wellenstumpf (104) eine Druckausgleichskammer (252) umgrenzen.

12. Spiralverdichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Endplatte (102) des zweiten Spiralelementes (78) zusätzlich einen eine Arbeitskammer mit der Druckausgleichskammer (252) verbindenden Druckableitungskanal (254) aufweist, wodurch eine Kraft auf das zweite Spiralelement (78) ausgeübt wird.