DE4202797A1 - Fluidverdichter - Google Patents
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein einen Strömungsmittel- oder
Fluidverdichter, insbesondere einen Fluidverdichter
zum Verdichten eines Kältemittels in einem Kühlkreislauf.
Es ist bereits ein Fluidverdichter zum Verdichten z. B.
eines Kältemittels in einem Kühlkreislauf bekannt. Dieser
Fluidverdichter weist im Vergleich zu einem Hubkolben- oder
Kreisel(kolben)verdichter o. dgl. eine kleinere Zahl
von Bauteilen und einen einfacheren Antriebsmechanismus
auf. Zudem entfällt bei diesem Fluidverdichter ein
Rückschlagventil, und sein(e) Verdichtungsleistung oder
-wirkungsgrad ist verbessert.
Bei einem derartigen Verdichter ist ein Drehkörper oder
Kolben bzw. eine Walze exzentrisch in einem an beiden
Enden offenen Zylinder angeordnet. Die beiden
Endabschnitte der Walze (piston) sind in einem Hauptlager
oder ansaugseitigen Lager und einem Nebenlager oder
austragseitigen Lager gelagert. Die Walze liegt dabei
exzentrisch bzw. außermittig zum Zylinder.
Haupt- und Nebenlager sind in die jeweiligen
Endabschnitte des Zylinders so eingesetzt, daß sie die
Öffnungen an beiden Zylinderenden luftdicht verschließen.
In die Außenumfangs- oder Mantelfläche der Walze ist eine
schrauben- bzw. wendelförmige Nut eingestochen, in
welche, längs dieser verlaufend, ein Flügelsteg (blade)
so eingesetzt ist, daß er frei aus der Nut vorzustehen
und in diese einzutreten vermag.
Der Innenraum des Zylinders ist durch den Flügelsteg in
eine Anzahl von Arbeitskammern unterteilt, deren Volumina
sich von der Ansaugseite des Zylinders zu dessen
Austragseite hin allmählich oder fortlaufend verkleinern.
An der Außenumfangswand des Zylinders ist eine
Motoreinheit vorgesehen. Wenn die Motoreinheit betätigt
ist und der Zylinder in Drehung versetzt wird, werden
Zylinder und Walze über einen zwischen sie eingefügten
Drehmomentübertragungsmechanismus relativ zueinander und
synchron miteinander in Dreh- bzw. Umlaufbewegung
versetzt.
Hierbei wird über ein an ein abgedichtetes bzw.
gekapseltes Gehäuse angeschlossenes Saugrohr Kaltmittelgas eines
niedrigen Drucks in dieses Gehäuse eingeleitet. Das
Kältemittelgas wird bei seiner Förderung von der
ansaugseitigen Arbeitskammer am einen Zylinderende zur
Arbeitskammer am austragseitigen Ende fortlaufend
verdichtet. Wenn das Kältemittelgas am austragseitigen
Ende ausgetragen oder entlassen wird, besitzt es einen
hohen Druck einer gegebenen Größe. Das Hochdruckgas wird
über ein an den Zylinder angeschlossenes Austragrohr einem
Kondensor bzw. Kühlapparat zugespeist. Letzterer befindet
sich außerhalb des Verdichters und stellt einen Bauteil
des Kühlkreislaufs dar.
Eine Abwandlung dieses Verdichters ist beispielsweise in
der ungeprüften JP-Patentanmeldung 2-19 684 beschrieben.
Bei diesem (bisherigen) Verdichter sind in der
Mantelfläche der Walze zwei Wendel-Nuten ausgebildet, die
von einem in Axialrichtung mittleren Teil der Walze zu
beiden Enden derselben hin symmetrisch geformt sind. In
die jeweiligen Wendel-Nuten sind wendelförmige
Flügelstege eingesetzt.
Ein Kältemittelgas niedrigen Drucks wird beispielsweise
an einem axialen Mittelteil des Zylinders angesaugt. Das
Gas wird sodann in zwei Richtungen geführt, d. h. in
Richtung der beiden Endabschnitte des Zylinders, und es
wird dabei verdichtet und sodann an den beiden
Endabschnitten des Zylinders ausgetragen. Beim oben
beschriebenen Verdichter mit einer in der Walze
ausgebildeten Wendel-Nut wird den gleitenden Teilen des
Verdichters Schmieröl zugeführt. Die gleitenden Teile
umfassen die jeweiligen Gleitflächen, die durch die
Seitenwände bzw. Flanken der Wendel-Nut und die
Seitenflächen des Flügelstegs, durch Hauptlager, Zylinder
und Walze bzw. durch Nebenlager, Zylinder und Walze
festgelegt sind.
Der beschriebene Verdichter mit zwei Wendel-Nuten und
zwei Flügelstegen weist selbstverständlich ebenfalls
(relativ zueinander) gleitende Teile auf. Infolgedessen
ist eine Ölzuführeinheit zum Zuspeisen von Schmieröl zu
den gleitenden Teilen erforderlich.
Für einen derartigen Verdichter ist jedoch bisher noch
keine optimale Ölzuführ- oder -Speiseeinrichtung
entwickelt worden. Aus diesem Grund ist die beim
Verdichter mit einer Wendel-Nut in der Walze vorgesehene
Ölzuführeinheit auch für den Verdichter mit zwei Nuten
und Flügelstegen übernommen worden.
Während dabei die gleitenden Teile des einen
Verdichterteils (z. B. die Gleitflächen zwischen der einen
Wendel-Nut und dem betreffenden Flügelsteg) ausreichend
mit Öl versorgt werden, trifft dies für die gleitenden
Teile des anderen Verdichterteils nicht zu. Die hiervon
herrührende mangelhafte Abdichteigenschaft hat eine
Herabsetzung der Verdichtungsleistung oder eine Erhöhung
der Eingangsleistung zur Folge.
Die Erfindung wurde nun im Hinblick auf die oben
geschilderten Gegebenheiten entwickelt. Aufgabe der
Erfindung ist die Schaffung eines Fluidverdichters mit
zwei Wendel-Nuten und zwei Flügelstegen, bei dem die
jeweiligen gleitenden Teile sicher mit Öl versorgt werden
und eine reibungsarme Bewegung bzw. Verschiebung
(smoothness) der gleitenden Teile über einen langen
Zeitraum hinweg gewährleistet ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Fluidverdichter,
umfassend ein Gehäuse mit einem Öl(vorrats)behälter,
einen im Gehäuse angeordneten Zylinder, einen im Zylinder
exzentrisch oder außermittig angeordneten zylindrischen
Drehkörper, der so gelagert ist, daß ein Teil (der
Mantelfläche) desselben an der Innenumfangsfläche des
Zylinders anliegt, und der in seiner Mantelfläche erste
und zweite schrauben- oder wendelförmige Nuten aufweist,
die sich vom Mittelteil des Drehkörpers in
entgegengesetzten Richtungen zu den jeweiligen Enden
desselben erstrecken, in die ersten und zweiten
Wendel-Nuten eingesetzte erste bzw. zweite schrauben- oder
wendelförmige Flügelstege, die mit ihren
Außenumfangsflächen an der Innenumfangsfläche des
Zylinders anliegen und den durch die Innenumfangsfläche
des Zylinders und den Drehkörper festgelegten Raum unter
Bildung von ersten und zweiten Verdichterteilen in
mehrere Arbeitskammern unterteilen, wobei die ersten und
zweiten Flügelstege in Radialrichtung des Drehkörpers
frei aus den ersten bzw. zweiten Wendel-Nuten vorzustehen
und in diese einzutreten vermögen, eine Antriebseinheit
zum Drehen und Umlaufenlassen von Zylinder und Drehkörper
relativ zueinander, eine im Drehkörper ausgebildete erste
Kältemittelleitung, die in einem Bereich zwischen erstem
und zweitem Verdichterteil und (an) einem axialen
Endabschnitt des Drehkörpers mündet, sowie eine
Ölversorgungs- oder -zuführeinheit mit ersten und zweiten
Ölzuführbohrungen, die jeweils an erstem bzw. zweitem
Verdichterteil münden, um über die ersten und zweiten
Ölzuführleitungen Öl aus dem Ölbehälter den ersten und
zweiten Verdichterteilen zuzuführen.
Bei dieser Ausgestaltung kann die Ölversorgungseinheit
den (relativ zueinander) gleitenden Teilen eine
ausreichende Ölmenge zuspeisen, so daß eine reibungsarme
Bewegung oder Verschiebung der gleitenden Teile über
einen langen Zeitraum hinweg gewährleistet ist.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch einen
Fluidverdichter gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung,
Fig. 2 eine Darstellung eines Drehkörpers (einer Walze)
bei der ersten Ausführungsform,
Fig. 3 einen lotrechten Schnitt durch ein Hauptlager,
Fig. 4 eine Stirnseitenansicht einer Stirnfläche des
Hauptlagers,
Fig. 5 eine schematische Darstellung zur
Veranschaulichung der Tiefe einer Ölnut,
Fig. 6 einen lotrechten Schnitt durch einen
Fluidverdichter gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7 eine Darstellung eines hauptlagerseitigen
Endabschnitts eines Drehkörpers bei der zweiten
Ausführungsform,
Fig. 8 einen lotrechten Schnitt durch einen
Fluidverdichter gemäß einer dritten
Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 9 einen lotrechten Schnitt durch einen
Fluidverdichter gemäß einer vierten
Ausführungsform der Erfindung.
Die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen der
Erfindung beziehen sich auf einen (auch einfach als
"Verdichter" bezeichneten) Fluidverdichter zur Verwendung
z. B. in einem Kühlkreislauf.
Fig. 1 veranschaulicht einen Verdichter 1a gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung. Ein
Verdichterkörper 1 weist ein geschlossenes bzw.
gekapseltes Gehäuse 2 und einen in diesem angeordneten
Verdichtermechanismus 3 auf. Der Verdichtermechanismus 3
umfaßt seinerseits einen an beiden axialen Endabschnitten
offenen Zylinder 4 und eine (einen) exzentrisch in den
Zylinder 4 eingesetzte(n) Walze bzw. Drehkörper 5.
Die beiden Endabschnitte der Walze 5 sind in
Lagerbohrungen 6a und 7a eines Hauptlagers 6 bzw. eines
Nebenlagers 7 eingesetzt, so daß die Walze 5 dadurch
drehbar gelagert ist. Die Lagerbohrungen 6a und 7a sind
exzentrisch bzw. außermittig relativ zu den
Außenumfangsflächen von Hauptlager 6 und Nebenlager 7
geformt.
Insbesondere sind an den beiden axialen Endabschnitten
der Walze 5 ein Hauptwellenteil und ein Nebenwellenteil
angeformt, die vergleichsweise dünner sind als der
restliche Teil der Walze 5. Der Hauptwellenteil 5a ist in
das Hauptlager 6 eingesetzt, während der Nebenwellenteil
5b in das Nebenlager 7 eingesetzt ist.
Hauptlager 6 und Nebenlager 7 sind in Öffnungen bzw.
Bohrungen in beiden Endabschnitten des Zylinders 4 so
eingesetzt, daß ihre Außenumfangs- bzw. Mantelflächen mit
der Innenumfangsfläche des Zylinders 4 in Berührung
stehen und dabei die beiden Öffnungen des Zylinders 4
luftdicht verschließen. Hauptlager 6 und Nebenlager 7
sind an der Innenwand des gekapselten Gehäuses 2
befestigt.
Gemäß Fig. 2 sind in der Mantelfläche der Walze 5 erste
und zweite wendel- oder schraubenförmige Nuten 8a und 8b
ausgebildet. Die Wendel-Nuten 8a und 8b verlaufen jeweils
von einem axialen Mittelteil der Walze 5 in Richtung auf
deren beide Endabschnitte, wobei die Nuten 8a und 8b
zueinander symmetrisch geformt sind.
Die Breite der jeweiligen ersten und zweiten Wendel-Nuten
8a bzw. 8b ist konstant. Die Tiefenrichtung jeder Nut 8a,
8b stimmt mit der Radialrichtung des Kolbens überein. Die
Nuten 8a und 8b sind jedoch in entgegengesetzten
Richtungen gewendelt.
Die Steigungen der Wendel-Nuten 8a und 8b verkleinern
sich fortlaufend vom axialen Mittelabschnitt der Walze 5
in Richtung auf die beiden (jeweiligen) Endabschnitte
derselben. Außerdem sind die Phasen der ersten und
zweiten Wendel-Nuten 8a bzw. 8b um 180° gegeneinander
versetzt.
Gemäß Fig. 1 sind erste und zweite wendel- bzw.
schraubenförmige Flügelstege 9a bzw. 9b im Zylinder 4
bzw. in der Walze 5 angeordnet. Die Flügelstege 9a und 9b
bestehen beispielsweise aus einem Harz, wie Teflon
(eingetragenes Warenzeichen), einer geeigneten
Elastizität. Die Flügelstege 9a und 9b sind so in die
Nuten 8a bzw. 8b eingesetzt, daß sie frei aus den Nuten
8a und 8b vorzustehen und in diese einzutreten vermögen.
Dies bedeutet, daß die Flügelstege 9a und 9b entsprechend
wendelförmig in die Walze 5 eingesetzt sind. Die
Außenumfangsflächen der Flügelstege 9a und 9b liegen an
der Innenumfangsfläche des Zylinders 4 an.
Der Innenraum des Zylinders 4 ist durch die Flügelstege
9a und 9b in eine Anzahl von mondförmigen
(kreiszweieckförmigen) Arbeitskammern 10A und 10B
unterteilt, die längs der Achse der Walze 5
(aufeinanderfolgend) angeordnet sind. Die Volumina der
Arbeitskammer 10A und 10B verkleinern sich fortlaufend
vom axialen Mittelabschnitt der Walze in Richtung auf
deren beide Enden.
Gemäß den Fig. 1 und 2 ist in der Walze 5 ein Ansaugkanal
bzw. eine Ansaugleitung 11 ausgebildet, der bzw. die an
einer Stirnfläche 31 des Wellenteils 5a mündet. Die
Ansaugleitung 11 verläuft von der Stirnfläche 31 längs
der Achse der Walze 5 zum axialen Mittelbereich
derselben, und sie knickt im axialen Mittelbereich in
Radialrichtung ab, so daß sie an der Mantelfläche der
Walze 5 mündet.
An die eine Seitenfläche des gekapselten Gehäuses 2 ist
ein Ansaugrohr 12 angeschlossen, das mit einer externen
Vorrichtung oder einem Verdampfer (nicht dargestellt)
kommuniziert. Die offene End- oder Stirnseite des
Ansaugrohrs 12 kommuniziert mit der Lagerbohrung 6a des
Hauptlagers 6 und auch mit der Ansaugleitung 11 über die
Innenseite der Lagerbohrung 6a.
Weiterhin sind an die beiden axialen Endabschnitte des
gekapselten Gehäuses 2 (d. h. die beiden Endabschnitte im
oberen Teil von Fig. 1) erste und zweite Auslaßrohre 13a
bzw. 13b angeschlossen. Die ersten und zweiten
Auslaßrohre 13a bzw. 13b sind an der Außenseite des
gekapselten Gehäuses 2 miteinander verbunden bzw.
zusammengeführt, wobei sie mit dem erwähnten Kondensor
oder Kühlapparat in Verbindung stehen.
Im Hauptlager 6 ist eine erste Austragsleitung 14a
ausgebildet, die an der Stirnfläche 32 des Hauptlagers 6
mündet, welche der einen Arbeitskammer 10A zugewandt
ist. Die erste Austragsleitung 14a verläuft von der
Stirnfläche 32 längs der Achse des Hauptlagers 6 und ist
im Mittelbereich in Radialrichtung des Hauptlagers 6
abgebogen, so daß sie an der Umfangs- bzw. Mantelfläche
eines Flanschteils des Hauptlagers 6 mündet. Der
Flanschteil des Hauptlagers 6 ist mit dem gekapselten
Gehäuse 2 gekoppelt.
Im Nebenlager 7 ist eine zweite Austragsleitung 14b
ausgebildet, die an der Stirnfläche 33 des Nebenlagers 7
mündet, welche der einen Arbeitskammer 10B₁, zugewandt
ist. Die zweite Austragsleitung 14b verläuft von der
Stirnfläche 33 längs der Achse des Nebenlagers 7 und ist
im Mittelbereich in Radialrichtung des Nebenlagers 7
abgebogen, so daß sie an der Mantelfläche eines
Flanschteils des Nebenlagers 7 mündet. Der Flanschteil
des Nebenlagers 7 ist mit dem gekapselten Gehäuse 2
gekoppelt.
Die endseitigen Arbeitskammern 10A₁, und 10B₁, unter den
Arbeitskammern 10A und 10B stehen mit den ersten und
zweiten Auslaßrohren 13a bzw. 13b über die ersten bzw.
zweiten Austragsleitungen 14a bzw. 14b und dem Innenraum
des Gehäuses 2 in Verbindung.
Im Bodenbereich des gekapselten Gehäuses 2 ist ein
Öl(vorrats)behälter 15 zur Aufnahme von Schmieröl 34
vorgesehen. In das im Ölbehälter 15 befindliche Öl 34
taucht ein unterer Endabschnitt eines Saugrohrs 16 ein,
das geradlinig zum Ölbehälter 15 verläuft.
Ein oberer Endabschnitt des Saugrohrs 16 ist in das
Nebenlager 7 eingesetzt und steht mit der
Walzen-Lagerbohrung 7a des Nebenlagers 7 in Verbindung.
Andererseits ist im Kolben 5 eine Ölzuführbohrung 17
ausgebildet, die von einer Stirnfläche 35 des Wellenteils 5b
längs der Achse der Walze 5 in Richtung auf das
Hauptlager 6 verläuft. Ein Endabschnitt der
Ölzuführbohrung 17 mündet an der Sohle der ersten
Wendel-Nut 8a, während ein mittlerer Abschnitt der
Ölzuführbohrung 17 an der Sohle der zweiten Wendel-Nut 8b
mündet.
Eine Ölzuführ- oder -versorgungsleitung 18 wird durch das
Saugrohr 16, die Ölzuführbohrung 17 und den Raum (d. h.
Teil der Lagerbohrung 7a) zwischen Saugrohr 16 und
Bohrung 17 gebildet. Der Raum zwischen dem Saugrohr 16
und der Ölzuführbohrung 17 ist durch diejenige
Innenumfangsfläche des Nebenlagers 7, welche die
Lagerbohrung 7a bildet, und die Stirnfläche 35 des
Wellenteils 5a festgelegt. Das Öl 34 wird aus dem
Ölbehälter 15 durch eine noch näher zu beschreibende
Verdichtungswirkung hochgesaugt.
An der Außenumfangswand des
Zylinders 4 ist ein Rotor 19 befestigt. Außerhalb des
Rotors 19 ist mit einem Luftspalt dazu ein Stator 20
angeordnet. Letzterer ist am gekapselten Gehäuse 2
befestigt. Rotor 19 und Stator 20 bilden eine
Motoreinheit 21.
Im Inneren des Zylinders 4 ist ein nicht dargestellter
Drehmomentübertragungsmechanismus vorgesehen, der an
jeweils einem Ende von Zylinder 4 und Walze 5 angebracht
ist und die Walze 5 mit dem Zylinder 4 koppelt. Der
Drehmomentübertragungsmechanismus und die Motoreinheit 21
bilden einen Antriebsmechanismus 22, welcher den Zylinder
4 und die Walze 5 relativ zueinander und synchron
miteinander in Dreh- bzw. Umlaufbewegung versetzt.
Die Drehung, d. h. die Umlaufbewegung der Walze 5 wird
durch den Drehmomentübertragungsmechanismus begrenzt, der
seinerseits beispielsweise aus einer Kombination aus
einem Eingreifstift und einer Eingreifnut besteht.
Wenn die Motoreinheit 21 im Verdichter 1a aktiviert wird,
wird der Zylinder 4 in Drehung versetzt. Der Zylinder 4
und die Walze 5 laufen dabei relativ zueinander und
synchron zueinander aufgrund der Wirkung des
Drehmomentübertragungsmechanismus um. Dabei wird ein zu
verdichtendes, niedrigen Druck besitzendes Kältemittelgas
über das Ansaugrohr 12 in die Ansaugleitung 11
eingesaugt.
Das Kältemittelgas wird zu der im axialen Mittelbereich
des Zylinders 4 liegenden Arbeitskammer 10C geführt,
wobei es von der Öffnung bzw. Mündung der Ansaugleitung
11 in die Arbeitskammern 10A und 10B einströmt. Weiterhin
strömt das Kältemittelgas in zwei Richtungen, wobei es
bei der Drehung bzw. Umlaufbewegung der Walze 5
sequentiell in Richtung auf die beiden endseitigen
Arbeitskammern 10A₁, und 10B₁, des Zylinders 4 gefördert
wird.
Da die Steigung der Arbeitskammern 10A und 10B in
Richtung auf die Enden des Zylinders 4 allmählich bzw.
fortlaufend abnimmt, wird das Gas bei dieser Förderung
verdichtet. Wenn das Kältemittelgas die ersten und
zweiten Austragsleitungen 14a bzw. 14b erreicht, ist sein
Druck auf einen gegebenen Wert erhöht worden.
Das Kältemittelgas wird zunächst über die ersten und
zweiten Austragsleitungen 14a bzw. 14b in den Innenraum
des gekapselten Gehäuses 2 ausgetragen und dann über
erstes und zweites Auslaßrohr 13a bzw. 13b abgeführt. Das
über die beiden Auslaßrohre 13a und 13b abgeführte Gas
wird dem Kondensor bzw. Kühlapparat zugespeist.
Der Zylinder 4 umfaßt somit insbesondere einen ersten
Verdichterteil A und einen zweiten Verdichterteil B. Das
über die Ansaugleitung 11 zur mittleren Arbeitskammer 10C
zugespeiste Kältemittelgas wird auf ersten und zweiten
Verdichterteil A und B aufgeteilt und durch diese
Verdichterteile verdichtet.
Andererseits wird aufgrund der Verdichtungsoperation der
Verdichterteile A und B das Schmieröl 34 aus dem
Ölbehälter 15 über das Saugrohr 16 hochgesaugt und durch
die Ölzuführleitung 18 den ersten und zweiten
Wendel-Nuten 8a bzw. 8b zugespeist. Dabei wird jeweils
praktisch die gleiche Menge an Öl 34 von den Sohlen der
Nuten 8a und 8b her in diese eingeführt.
Das Öl 34 wird dabei den (relativ zueinander) gleitenden
Teilen der Verdichterteile A und B zugespeist, z. B. den
Berührungsbereichen zwischen den Flanken der ersten und
zweiten Wendel-Nuten 8a bzw. 8b und den Seitenflächen der
ersten und zweiten Flügelstege 9a bzw. 9b. Dabei wird den
betreffenden gleitenden Teilen jeweils eine ausreichende
Menge an Öl 34 zugespeist, so daß eine reibungsarme
Bewegung oder Verschiebung der gleitenden Teile über
einen langen Zeitraum hinweg gewährleistet ist.
Da die Phasen der Wendel-Nuten 8a und 8b um 180°
zueinander versetzt sind, sind auch die Phasen der
Sinuskurven der Lastdrehmomente und der Austragimpulse in
beiden Richtungen um 180° zueinander versetzt: Aufgrund
dieses Phasenversatzes können Lastdrehmoment und
Austragimpuls des Gesamtverdichters herabgesetzt werden.
Genauer gesagt: auch wenn, wie bei der beschriebenen
Ausführungsform, die paarigen (paarweise symmetrischen)
Wendel-Nuten 8a und 8b in der Walze 5 ausgebildet sind,
ist der auf die Walze 5 einwirkende Druck in bestimmten
Fällen nicht ausgeglichen. In solchen Fällen wirkt eine
(axiale) Schubkraft auf die Walze 5 ein.
Unter dem Einfluß dieser Schubkraft wird die Stirnfläche
der Walze 5 in Gleitberührung mit der Stirnfläche des
Hauptlagers 6 (oder des Nebenlagers 7) gebracht, wobei an
den in gegenseitiger Berührung stehenden Stirnflächen
Reibungsverlust auftritt. Infolgedessen ist eine höhere
Eingangsleistung nötig. Daher ist es erforderlich, unter
vorheriger Berücksichtigung der Schubkraft die Walze 5
und die Lager 6 bzw. 7 in reibungsarme Berührung
miteinander zu bringen.
Die Fig. 3 bis 5 veranschaulichen wirksame Möglichkeiten
zur Lösung dieses Problems. Insbesondere ist dabei die
Stirnfläche 32 bzw. die Schubfläche des Hauptlagers 6 mit
einer Anzahl von radial geneigten bzw. schräggestellten
spiraligen Ölnuten 30 versehen.
Die Tiefe H jeder Nut 30 kann sehr klein sein. Auch wenn
die Tiefe H der Ölnut 30 klein ist, bildet das den
betreffenden gleitenden Teilen zugespeiste Öl 34 eine
Ölschicht, die eine ausreichende Lastaufnahmekapazität
besitzt.
Da die Ölnuten 30 als Ganzes eine Spiralform besitzen,
wird das Öl 34 an der Stirnfläche 32 des Hauptlagers 6
bei der Drehung bzw. Umlaufbewegung der Walze 5 von der
Außenumfangsseite in Richtung auf das Zentrum gefördert.
Mit anderen Worten: An der Stirnfläche 32 des Hauptlagers
6 entsteht kontinuierlich eine Ölschicht. Auch wenn dabei
die Stirnfläche 31 des Hauptwellenteils 5a unter dem
Einfluß der Schubkraft in Gleitberührung mit der
Stirnfläche 32 des Hauptlagers 6 gelangt, verhindert die
ständig zwischen den Stirnflächen 31 und 32 gebildete
Ölschicht einen Reibungsverlust.
Obgleich vorstehend die Ölnuten 30 als im Hauptlager 6
ausgebildet beschrieben sind, können sie z. B. auch im
Nebenlager vorgesehen sein.
Wie vorstehend beschrieben, ist beim Fluidverdichter 1a
gemäß der ersten Ausführungsform die Ölzufuhrleitung 18
so ausgebildet, daß sie im Mittelbereich verzweigt ist.
Auf diese Weise kann Schmieröl sicher den beiden
Verdichterteilen A und B sowie den betreffenden
gleitenden Teilen zugespeist werden, so daß reibungsarme
Bewegung oder Verschiebung der gleitenden Teile über
einen langen Zeitraum hinweg gewährleistet ist.
Bei der ersten Ausführungsform ist die Ölzuführleitung 18
vorgesehen; dabei wird das Öl 34 nur an dem am einen Ende
des Zylinders 4 vorgesehenen Nebenlager 7 hochgesaugt.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung
beschränkt, vielmehr kann ein Fluidverdichter 41 auch den
in Fig. 6 gezeigten Aufbau besitzen.
Fig. 6 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform der
Erfindung, bei welcher den Teilen der ersten
Ausführungsform entsprechende Teile mit den gleichen
Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr
im einzelnen erläutert sind.
Beim Fluidverdichter 41 gemäß der zweiten Ausführungsform
(Fig. 6) sind Saugrohre 16a und 16b jeweils mit
Hauptlager 6 bzw. Nebenlager 7 verbunden. Das Saugrohr
16a ist mit dem Hauptlager 6 verbunden. Es kommuniziert
mit einer Ölführungsbohrung 42a, die mit einer Abbiegung
in das Hauptlager 6 verläuft. Die Ölführungsbohrung 42a
mündet an der Innenumfangsfläche des Hauptlagers 6.
Gemäß Fig. 7 ist eine Ausnehmung 43 zum Einführen von Öl in
der Umfangs- bzw. Mantelfläche des Hauptwellenteils 5a
der Walze 5 ausgebildet. Die Ausnehmung 43 verläuft
ringförmig um den Umfang des Hauptwellenteils 5a herum.
Die Mündung der Ölführungsbohrung 42a ist der Ausnehmung
43 zugewandt.
Ein Endabschnitt einer ersten Ölzuführbohrung 44a mündet
an der Ausnehmung 43. Diese erste Ölzuführbohrung 44a
verläuft zunächst parallel zur Achse der Walze 5 und ist
dann im Mittelbereich in Radialrichtung der Walze 5
abgebogen, so daß sie an der Sohle der ersten Wendel-Nut
8a mündet. Eine erste Ölzuführleitung 18A wird durch das
Saugrohr 16a, die Ölführungsbohrung 42a, die Ausnehmung
43 und die erste Ölzuführbohrung 44a gebildet.
Das Saugrohr 16 ist in eine zweite Ölführungsbohrung 42b
des Nebenlagers 7 eingesetzt. Das Saugrohr 16b
kommuniziert mit dem Raum der Lagerbohrung 7a und auch
mit einer zweiten, in der Walze 5 ausgebildeten
Ölzuführbohrung 44b, die sich ihrerseits längs der Achse
der Walze 5 erstreckt und im Mittelbereich in
Radialrichtung der Walze 5 abbiegt, um an der Sohle der
zweiten Wendel-Nut 8b zu münden. Eine zweite
Ölzuführleitung 18B wird durch das Saugrohr 16b, die
zweite Ölführungsbohrung 42b, die Lagerbohrung 7a und die
zweite Ölzuführbohrung 44b gebildet.
Bei diesem Fluidverdichter 41 werden Zylinder 4 und Walze
5 relativ zueinander und synchron miteinander in Dreh- bzw.
Umlaufbewegung versetzt. Bei der Dreh- und
Umlaufbewegung von Zylinder 4 und Walze 5 wird das im
Behälter 15 befindliche Öl 34 jeweils über erste und
zweite Ölzuführleitung 18A bzw. 18B hochgesaugt.
Dabei wird jeweils praktisch die gleiche Menge an Öl 34
zu den Ölzuführleitungen 18A und 18B geleitet. Das Öl 34
strömt an den Sohlen der ersten und zweiten Wendel-Nuten
8a bzw. 8b aus; auf diese Weise werden die gleitenden
Teile der Verdichterteile A und B unmittelbar mit Öl
versorgt.
Fig. 8 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform der
Erfindung. Dabei sind die auch bei den vorher
beschriebenen Ausführungsformen vorhandenen Bauteile mit
den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und
nicht mehr im einzelnen beschrieben.
Beim Fluidverdichter 51 gemäß der dritten Ausführungsform
sind erste und zweite Ölzuführleitungen 52A und 52B
entsprechend erstem bzw. zweitem Verdichterteiler A bzw.
B ausgebildet. Die ersten und zweiten Ölzuführleitungen
52A und 52B sind symmetrisch an der Seite des Hauptlagers
6 und des Nebenlagers 7 geformt. Außerdem weisen die
Ölzuführleitungen 52A und 52B jeweils erste bzw. zweite
Ölführungsbohrungen 53a bzw. 53b auf. Jede
Ölzuführleitung 52A, 52B wird jeweils durch das Saugrohr
16a bzw. 16b, die Ölführungsbohrung 53a bzw. 53b und die
Ölzuführbohrung 54a bzw. 54b gebildet.
Die ersten und zweiten Ölzuführbohrungen 54a bzw. 54b
sind in der Walze 5 ausgebildet und verlaufen längs deren
Achse. Die beiden Endabschnitte jeder Ölzuführbohrung 54a
und 54b sind abgebogen oder abgeknickt und in
Radialrichtung 5 der Walze verlängert. Die Endabschnitte
der Ölzuführbohrungen 54a und 54b münden an den
Außenumfangsflächen der Wellenteile 5a bzw. 5b sowie an
den Sohlen der Wendel-Nuten 8a bzw. 8b.
Erste und zweite Austragsbohrungen 55a bzw. 55b münden an
beiden axialen Endabschnitten des Zylinders 4. Die
Austragsbohrungen 55a und 55b kommunizieren dabei mit den
endseitigen Arbeitskammern 10A₁, bzw. 10B₁. Weiterhin ist
ein (einziges) Austrag- bzw. Auslaßrohr 13 an das Gehäuse
2 angeschlossen. Das durch die Arbeitskammern 10A₁, und
10B1 verdichtete und geförderte Kältemittelgas wird über
die Austragsbohrungen 55a bzw. 55b, die unmittelbar im
Zylinder 4 geformt sind, in das Innere des Gehäuses 2
entlassen. Aus dem Gehäuse 2 wird das Gas über das
Auslaßrohr 13 aus dem Gehäuse 2 abgeführt.
Der Fluidverdichter 51 umfaßt ferner erste und zweite
Öl-Zwangszuführ- oder -förderpumpen 56 bzw. 57, die in
das Hauptlager 6 bzw. das Nebenlager 7 eingebaut sind und
sich auf die Mitte zu längs der ersten und zweiten
Ölzuführleitungen 18A bzw. 18B befinden, d. h. zwischen
den Ölführungsbohrungen 53a und 53b und den
Ölzuführbohrungen 54a und 54b.
Die Öl-Zwangsförderpumpen 56 und 57 saugen das Öl 34 aus
dem Ölbehälter 15 hoch und liefern es zwangsweise zu den
Sohlen der ersten und zweiten Wendel-Nuten 8a und 8b. Bei
diesem Fluidverdichter ist oder wird eine Ölversorgung
ohne Beeinflussung durch Druckschwankung gewährleistet.
Fig. 9 veranschaulicht eine vierte Ausführungsform der
Erfindung, bei der den vorher beschriebenen Teilen
entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie
vorher bezeichnet und nicht mehr im einzelnen erläutert
sind.
Ein in Fig. 9 dargestellter Fluidverdichter 61 ist ein
sogenannter Niederdruckverdichter, der ebenfalls mit
ersten und zweiten Ölzuführleitungen 62A bzw. 62B
versehen ist. Bei diesem Verdichter 61 verkleinern sich
die Steigungen der ersten und zweiten Wendel-Nuten 8a und
8b von beiden Enden der Walze 5 her in Richtung auf deren
Mittelteil, und zwar im Gegensatz zu den vorher
beschriebenen Ausführungsformen des Fluidverdichters. In
die Wendel-Nuten 8a und 8b sind wendelförmige Flügelstege
9a bzw. 9b eingesetzt.
Im Hauptlager 6 und im Nebenlager 7 sind eine erste bzw.
zweite Ansaugleitung 63a bzw. 63b ausgebildet, während in
der Walze 5 eine Austragsleitung 64 vorgesehen ist.
Kühlmittelgas wird über die Ansaugleitungen 63a und 63b
in die endseitigen Arbeitskammern 10A1 und 10B1 an der
Walze 5 eingesaugt. Das Gas wird während seiner Förderung
verdichtet und im Mittelteil der Walze 5 über die
Austragsleitung 64 ausgetragen.
Beim Fluidverdichter 61 ist daher der Druck im Mittelteil
der Walze 5 hoch, während er an den beiden Walzenenden
niedrig ist.
Die ersten und zweiten Ölzuführleitungen 62A und 62B sind
erstem bzw. zweitem Verdichterteil A bzw. B entsprechend
angeordnet. Die Ölzuführleitungen 62A und 62B sind durch
Saugrohre 16a, 16b, Ölführungsbohrungen 53a, 53b sowie
erste und zweite Ölzuführbohrungen 64a bzw. 64b gebildet.
Die in der Walze 5 ausgebildeten ersten und zweiten
Ölzuführbohrungen 64a bzw. 64b verlaufen (zunächst)
parallel zur Achse der Walze 5 und sind an den jeweiligen
Endabschnitten in Radialrichtung der Walze 5 abgebogen,
so daß sie an den Mantelflächen der Wellenteile 5a bzw.
5b der Walze 5 münden.
Der Verdichter 61 enthält ferner Öl-Zwangsförderpumpen 56
und 57, die in den Grenz- oder Übergangsbereichen
zwischen den Ölführungsbohrungen 53a bzw. 53b und den
Ölzuführbohrungen 64a bzw. 64b angeordnet sind. Die
Pumpen 56 und 57 saugen das Öl 34 aus dem Ölbehälter 15
zwangsweise in erste und zweite Ölzuführleitung 62A bzw.
62B hoch. Das in diese Leitungen 62A und 62B eingeführte
Öl 34 strömt an der Mantelfläche der Walze 5 aus. Das Öl
34 wird gegen den Druck des Kühlmittelgases, ohne die
Wendel-Nuten 8a und 8b zu passieren, unmittelbar den
Arbeitskammern 10 zugespeist.
Da der Fluidverdichter 61 die Öl-Zwangsförderpumpen 56
und 57 aufweist, kann das Öl 34 unabhängig von der
Förderrichtung des Kühlmittelgases sicher den
Verdichterteilen A und B zugespeist werden.
Gemäß Fig. 9 erreicht das Öl 34 die Berührungsteile
zwischen Zylinder 4 und Walze 5, wobei es von der
Mantelfläche der Walze 5 aus zu diesen Berührungsteilen
strömt. Das Öl 34 tritt aus den Berührungsteilen oder
-flächen zwischen Zylinder 4 und Walze 5 aus und verteilt
sich im Zylinder 4, um dabei den gleitenden Teilen
zugespeist zu werden. Die Berührungsteile oder -flächen
bewirken dabei die Verhinderung einer übermäßigen
Ölzuspeisung.
Der erfindungsgemäße Fluidverdichter ist nicht nur auf
einen Kühlkreislauf anwendbar, vielmehr kann er auch auf
andere Verdichterarten zum Verdichten von Fluiden oder
Strömungsmitteln übertragen werden.
Claims (17)
1. Fluidverdichter, umfassend:
- - ein Gehäuse (2) mit einem Öl(vorrats)behälter (15),
- - einen im Gehäuse (2) angeordneten Zylinder (4),
- - einen im Zylinder (4) exzentrisch oder außermittig angeordneten zylindrischen Drehkörper (5), der so gelagert ist, daß ein Teil (der Mantelfläche) desselben an der Innenumfangsfläche des Zylinders (4) anliegt, und der in seiner Mantelfläche erste und zweite schrauben- oder wendelförmige Nuten (8a, 8b) aufweist, die sich vom Mittelteil des Drehkörpers (5) in entgegengesetzten Richtungen zu den jeweiligen Enden desselben erstrecken,
- - in die ersten und zweiten Wendel-Nuten (8a, 8b) eingesetzte erste bzw. zweite schrauben- oder wendelförmige Flügelstege (9a, 9b), die mit ihren Außenumfangsflächen an der Innenumfangsfläche des Zylinders (4) anliegen und den durch die Innenumfangsfläche des Zylinders (4) und den Drehkörper (5) festgelegten Raum unter Bildung von ersten und zweiten Verdichterteilen (A, B) in mehrere Arbeitskammern (10A, 10B) unterteilen, wobei die ersten und zweiten Flügelstege (9a, 9b) in Radialrichtung des Drehkörpers (5) frei aus den ersten bzw. zweiten Wendel-Nuten (8a, 8b) vorzustehen und in diese einzutreten vermögen,
- - eine Antriebseinheit (21) zum Drehen und Umlaufenlassen von Zylinder (4) und Drehkörper (5) relativ zueinander,
- - eine im Drehkörper (5) ausgebildete erste Kältemittelleitung, die in einem Bereich zwischen erstem und zweitem Verdichterteil (A, B) und (an) einem axialen Endabschnitt des Drehkörpers (5) mündet, sowie
- - eine Ölversorgungs- oder -zuführeinheit mit ersten und zweiten Ölzuführbohrungen (17a, 17b), die jeweils an erstem bzw. zweitem Verdichterteil (A, B) münden, um über die ersten und zweiten Ölzuführleitungen (17a, 17b) Öl (34) aus dem Ölbehälter (15) den ersten und zweiten Verdichterteilen (A, B) zuzuführen.
2. Fluidverdichter nach Anspruch 1, weiter umfassend:
- - ein Hauptlager (6) zum Lagern des jeweils einen axialen Endabschnitts des Zylinders (4) und des Drehkörpers (5),
- - ein Nebenlager (7) zum Lagern des jeweils anderen axialen Endabschnitts des Zylinders (4) und des Drehkörpers (5),
- - ein mit der ersten Kältemittelleitung kommunizierendes erstes Kältemittelrohr (12),
- - mindestens ein zweites Kältemittelrohr (13a, 13b), das in den Innenraum des Gehäuses (2) mündet, und
- - mindestens eine zweite Kältemittelleitung, über welche erster und zweiter Verdichterteil (A, B) mit dem Innenraum des Gehäuses (2) kommunizieren.
3. Fluidverdichter nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ölzuführeinheit eine einzige
Ölzuführleitungseinheit (18) ist, welche die erste und
die zweite Ölzuführbohrung (17a, 17b) sowie eine
Ölzuführleitung (17) zum Verbinden der ersten und
zweiten Ölzuführbohrungen (17a, 17b) und zum Führen
des Öls (34) aus dem Ölbehälter (15) zu den
Ölzuführbohrungen (17a, 17b) umfaßt.
4. Fluidverdichter nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Nebenlager (7) eine
Lagerbohrung (7a) aufweist, in welche ein Endabschnitt
des Drehkörpers (5) eingesetzt ist, die
Ölzuführleitung (17) im Drehkörper (5) längs dessen
Achse verläuft und mit einem Ölversorgungs- oder
-zuführraum (37) kommuniziert, der (zum Teil) durch
die Lagerbohrung (7a) festgelegt ist, mit dem
Nebenlager (7) ein Saugrohr (16) zum Hochsaugen des
Öls (34) und zum Führen desselben zur Lagerbohrung (7a)
verbunden ist und die Ölzuführleitungseinheit (18) das
Saugrohr (16), den Ölzuführraum (37), die
Ölzuführleitung (17) sowie die ersten und zweiten
Ölzuführbohrungen (17a, 17b) umfaßt.
5. Fluidverdichter nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Bereiche
zwischen einer Stirnfläche (32) des Hauptlagers (6)
und einer Stirnfläche (36) des Drehkörpers (5) und den
Bereichen zwischen einer Stirnfläche (33) des
Nebenlagers (7) und einer Stirnfläche (38) des
Drehkörpers (5) spiralig verlaufende Ölnuten (30)
ausgebildet sind.
6. Fluidverdichter nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steigungen der beiden
Wendel-Nuten (8a, 8b) und der beiden wendelförmigen
Flügelstege (9a, 9b) sich vom Mittelteil des
Drehkörpers (5) aus zu dessen Endabschnitten hin
allmählich oder fortlaufend verkleinern und daß die
erste Kältemittelleitung eine Ansaugleitung (11), die
zweite Kältemittelleitung eine Austragsleitung (14a,
14b), das erste Kältemittelrohr ein Ansaugrohr (12)
und das zweite Kältemittelrohr ein Auslaßrohr sind.
7. Fluidverdichter nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steigungen der beiden
Wendel-Nuten (8a, 8b) und der beiden wendelförmigen
Flügelstege (9a, 9b) sich von den beiden (jeweiligen)
Endabschnitten des Drehkörpers (5) aus zu dessen
Mittelteil hin allmählich oder fortlaufend
verkleinern, daß die erste Kältemittelleitung eine
Austragsleitung (64), die zweite Kältemittelleitung
eine Ansaugleitung (63a, 63b), das erste
Kältemittelrohr ein Auslaßrohr und das zweite
Kältemittelrohr ein Ansaugrohr sind und daß ferner
eine Öl-Zwangsförderpumpe (56, 57) für
Zwangsölförderung oder -zuführung vorgesehen ist.
8. Fluidverdichter nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ölzuführeinheit erste und
zweite Ölzuführleitungseinheiten (18A, 18B) mit
jeweiligen ersten und zweiten Ölzuführbohrungen (17a,
17b) umfaßt, die jeweils das Öl (34) den betreffenden
Wendel-Nuten (8a, 8b) zuspeisen.
9. Fluidverdichter nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Ölzuführleitungseinheit
(18A) ein mit dem Hauptlager (6) verbundenes erstes
Öl-Saugrohr (16a), eine im Hauptlager (6) ausgebildete
erste Ölführungsbohrung (42a) und eine im Drehkörper
(5) ausgebildete und mit der ersten Ölzuführbohrung
(17a) kommunizierende erste Ölzuführleitung (44a)
umfaßt.
10. Fluidverdichter nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Nebenlager (7) eine
Lagerbohrung (7a) aufweist, in welche ein
Endabschnitt des Drehkörpers (5) eingesetzt ist, im
Drehkörper (5) eine sich längs dessen Achse
erstreckende zweite Ölzuführleitung (44b) vorgesehen
ist, die mit einem (zum Teil) durch die Lagerbohrung
(7a) gebildeten Ölzuführraum (37) kommuniziert, ein
zweites Saugrohr (16b) zum Hochsaugen des Öls (34)
und Leiten desselben zur Lagerbohrung (7a) mit dem
Nebenlager (7) verbunden ist und die zweite
Ölzuführleitungseinheit (18B) das Saugrohr (16b), den
Ölzuführraum (37), die zweite Ölzuführleitung (44b)
und die zweite Ölzuführbohrung (17b) umfaßt.
11. Fluidverdichter nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Bereiche
zwischen einer Stirnfläche (32) des Hauptlagers (6)
und einer Stirnfläche (36) des Drehkörpers (5) und
den Bereichen zwischen einer Stirnfläche (33) des
Nebenlagers (7) und einer Stirnfläche (38) des
Drehkörpers (5) spiralig verlaufende Ölnuten (30)
ausgebildet sind.
12. Fluidverdichter nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite
Ölzuführleitungseinheit (52B) ein mit dem Nebenlager
(7) verbundenes zweites Öl-Saugrohr (16b), eine im
Nebenlager (7) ausgebildete Ölführungsbohrung (53b)
und eine im Drehkörper (5) ausgebildete und mit der
zweiten Ölzuführbohrung (17b) kommunizierende zweite
Ölzuführleitung (54b) umfaßt.
13. Fluidverdichter nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens das Hauptlager (6)
und/oder der Drehkörper (5) eine Ausnehmung (43) zum
Einführen von Öl (34) aufweist.
14. Fluidverdichter nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steigungen der beiden
Wendel-Nuten (8a, 8b) und der beiden wendelförmigen
Flügelstege (9a, 9b) sich vom Mittelteil des
Drehkörpers (5) aus zu dessen Endabschnitten hin
allmählich oder fortlaufend verkleinern und daß die
erste Kältemittelleitung eine Ansaugleitung (11), die
zweite Kältemittelleitung eine Austragsbohrung, das
erste Kältemittelrohr ein Ansaugrohr (12) und das zweite
Kältemittelrohr ein Auslaßrohr (13) sind.
15. Fluidverdichter nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten
Ölzuführleitungseinheiten Öl-Zwangsförderpumpen (56,
57) für Zwangsölförderung aufweisen.
16. Fluidverdichter nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite
Ölzuführleitungseinheit (52B) ein mit dem Nebenlager
(7) verbundenes zweites Öl-Saugrohr (16b), eine im
Nebenlager (7) geformte Ölführungsbohrung (53b) sowie
eine im Drehkörper (5) ausgebildete und mit der
zweiten Ölzuführbohrung (17b) kommunizierende zweite
Ölzuführleitung (54b) umfaßt.
17. Fluidverdichter nach Anspruch 24, dadurch
gekennzeichnet, daß die Phasen der beiden Flügelstege
(9a, 9b) zueinander um 180° versetzt sind.
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