DE4338771C2 - Spiralkompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiralkompressor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der EP 0 475 538 A1 ist ein gattungsbildender Spiralkompressor bekannt. Dieser Spiralkompressor verfügt über zwei Spiralelemente, zwischen denen eine Kompressorkammer ausgebildet wird. Das umlaufende Spiralelement wird von einer Antriebswelle angetrieben, die mit einer Gegenmasse versehen ist. Der Antrieb der Gegenmasse erfolgt über einen exzentrisch angeordneten Zapfen, der mit Gleitflächen versehen ist und mittels dieses Zapfens mit der Gegenmasse in Eingriff ist, wobei ein gewisses Spiel in Richtung der Gleitflächen vorhanden ist, um eine gewisse Beweglichkeit der Gegenmasse relativ zur Antriebswelle zuzulassen. Die Gegenmasse ist dort mit der Antriebsbuchse fest verbunden und Antriebsbuchse sowie Gegenmasse liegen an einem Bund der Antriebswelle an.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Spiralkompressor mit einer relativ zur Antriebswelle beweglichen Gegenmasse zu schaffen, der sich einerseits kompakt bauen läßt und andererseits dennoch eine hohe Betriebsdauer erreicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4.

Die Gegenmasse hat eine zylindrische Einsenkung zur Aufnahme des Bundes der Antriebswelle, wobei ein Spielraum zwischen dem radialen Innenumfang der Einsenkung und dem radialen Außenumfang des Bundes der Antriebswelle aufrechterhalten wird. Dadurch haben die Antriebswelle und die Gegenmasse die Möglichkeit, relativ zur Gleitführung des exzentrische Zapfens der Antriebswelle eine Verschiebe- oder Gleitbewegung auszuführen.

Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Spiralkompressors deutlich.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Spiralkompressors gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 3 den Schnitt nach der Linie 7-7 in der Fig. 2;

Fig. 4 eine zu Fig. 2 gleichartige Darstellung einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 5 den Schnitt nach der Linie 9-9 in der Fig. 4.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 soll der erfindungsgemäße Spiralkompressor erläutert werden.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt der Spiralkompressor ein vorderes Gehäuseteil 30, ein hinters Gehäuseteil 10, ein allgemein mit der Bezugszahl 2 bezeichnetes stationäres Spiralelement, das an seinen einander entgegengesetzten Enden oder Stirnseiten dicht mit dem vorderen sowie hinteren Gehäuseteil verbunden ist, und ein bewegbares oder umlaufendes, allgemein mit der Bezugszahl 4 bezeichnetes Spiralelement.

Das stationäre Spiralelement 2 besitzt eine Stirnplatte 21, einen einstückig mit der Stirnplatte ausgebildeten Außenmantel 22 für den Kompressor und ein in axialer Richtung einwärts von der Stirnplatte vorragendes Evolventenelement 23.

Das umlaufende Spiralelement 4 besitzt eine Stirnplatte 41 und ein Evolventenelement oder Spiralteil 42, das einstückig mit der Stirnplatte ausgebildet ist und von dieser in axialer Richtung einwärts vorsteht. Die Spiral- oder Evolventenelemente 23 und 42 der beiden Spiralelemente sind unter einer winkeligen Versetzung ineinandergepaßt, so daß mehrere Linienberührungen zwischen ihren Evolventenflächen gebildet werden, um abgedichtete Kompressions- oder Arbeitskammern zu schaffen, die durch die Flankenflächen der Spiralteile 23, 42 und die Stirnplatten 21, 41 der stationären und umlaufenden Spiralelemente 2, 4 begrenzt sind.

Im vorderen Gehäuseteil 30 ist mittels einer Wellendichtung 31 und eines Radial-Kugellagers 32 eine Antriebswelle 33 drehbar um ihre eigene Achse gelagert, welche in Fig. 2 durch "0" angegeben ist. Die Antriebswelle 33 trägt einen zylindrischen Kurbelzapfen 34, der von ihrer inneren Stirn- oder Endfläche einwärts vorsteht und dessen axiale Mitte exzentrisch relativ zur axialen Mitte der Antriebswelle 33 liegt. Eine zylindrische Antriebsbuchse 36, deren axiale Mitte gegenüber den beiden axialen Mitten der Antriebswelle 33 und des Kurbelzapfens 34 versetzt ist, ist exzentrisch über den Kurbelzapfen 34 gesetzt und durch einen Schnappring festgehalten. Auch ist eine Gegenmasse 35 mittels ihres Lochs 35a über den Kurbelzapfen 34 zwischen der Antriebswelle 33 und der Antriebsbuchse 36 gesetzt. Wie in der einschlägigen Technik bekannt ist, arbeitet die Antriebsbuchse 36 mit einem Antispinmechanismus 37 zusammen, um das umlaufende Spiralelement 4 über ein Lager 38 so zu halten, daß das Spiralelement eine Umlaufbewegung ausführen kann, während es an einer Drehung um seine eigene Achse gehindert ist.

Gemäß Fig. 1 ist das vordere Gehäuseteil 30 mit einem Kältemitteleinlaß 8 ausgestattet, der mit einem äußeren (nicht dargestellten) Kältemittelkreislauf verbunden ist. Ferner ist im vorderen Gehäuseteil 30 ein Kältemitteldurchlaß 9 vorhanden, der in direkter Verbindung mit dem vom Außenmantel 22 umgrenzten Innenraum des ortsfesten Spiralelements 2 ist. Die Stirnplatte 21 des ortsfesten Spiralelements 2 besitzt in ihrem Zentrum eine Ausstoßöffnung 11, die mit der Fluidtasche 39 zu verbinden ist, wenn diese zum Zentrum der Spiralelemente hin bewegt wird. Das hintere Gehäuseteil 10 besitzt eine Förder- und Ausstoßkammer 13, die durch ein Wandelement des hinteren Gehäuseteils begrenzt und mit der Ausstoßöffnung 11 über ein Rückschlagventil 12 zu verbinden ist. Die Förderkammer 13 ist mit dem (nicht dargestellten) äußeren Kältemittelkreislauf verbunden.

Wenn die Antriebswelle 33 von einem Motor über eine (nicht dargestellte) Elektromagnetkupplung angetrieben wird, wird der Kurbelzapfen 34 um die axiale Mitte "0" der Antriebswelle gedreht. Die Antriebsbuchse 36, die mit dem Kurbelzapfen 34 bewegbar ist, wirkt mit dem Antispinmechanismus 37 zusammen, um das umlaufende Spiralelement 4 zu einer Umlaufbewegung ohne ein Drehen um dessen eigene Achse zu bringen. Vom Kältemittelkreislauf über den Einlaß 8 und den Durchlaß 9 zugeführtes Kältemittelgas wird in eine Arbeitskammer 39 eingebracht. Wenn das umlaufende Spiralelement 4 in seinem Umlauf fortfährt, vermindert die Arbeitskammer 39 ihr Volumen, während sie sich zum Zentrum der Spiralelemente hin bewegt. Das dann am Zentrum komprimierte Kältemittelgas wird in die Förderkammer 13 durch die Ausstoßöffnung 11 hindurch unter Öffnen des Rückschlagventils 12 ausgestoßen.

Durch das Vorhandensein des Zwischenraumes zwischen der zylindrischen Einsenkung 35b in der Gegenmasse 35 und einem Bund 33a an dem Antriebswellenende ermöglicht diese Erfindung für die Gegenmasse 35 und die Antriebsbuchse 36 ein Drehen um den Kurbelzapfen 34, wobei jegliche ungenaue Relativlage zwischen dem stationären sowie dem umlaufenden Spiralelement 2 sowie 4 ausgeglichen oder kompensiert wird und folglich ein fluiddichter Abschluß zwischen den Evolventenelementen oder Spiralteilen 23 und 42 während des Betriebs des Kompressors gewährleistet ist.

Darüber hinaus können der Kraftstoß, das Drehmoment oder andere Rotationskräfte, die auf die Gegenmasse 35 und die Antriebsbuchse 36 durch die Antriebswelle 33 oder umgekehrt während eines Startens oder Stoppens des Kompressors aufgebracht werden, über eine erheblich große Berührungsfläche zwischen den Außenumfängen der zylindrischen Einsenkung 35b und dem Bund 33a des Antriebswellenendes verteilt werden.

Folglich macht dieser Spiralkompressor die betriebssichere Übertragung der Antriebskraft des Motors von der Antriebswelle 33 auf die Gegenmasse 35 und die Antriebsbuchse 36 während eines Startens und Stoppens des Kompressors möglich. Das trägt in erheblichem Maß zur Steigerung in der Lebensdauer des Kompressors bei.

Gemäß Fig. 2 und 3 ragt ein Kurbelzapfen 61 von einer Fläche des Bundes 33a der Antriebswelle 33 vor. Der Kurbelzapfen 61 ist relativ zur axialen Mitte "0" der Antriebswelle 33 exzentrisch angeordnet, während die axiale Mitte des Kurbelzapfens 61 mit der axialen Mitte "Q" der Antriebsbuchse 62 fluchtet. Der Kurbelzapfen 61 ist durch Abarbeiten (z. B. Hobeln) eines zylindrischen Vorsprungs am inneren Antriebswellenende ausgebildet und besitzt zwei Gleitflächen 61b. Diese Gleitflächen 61b sind zu einer imaginärem Ebene parallel, die die Achse "Q" der Antriebsbuchse 62 einschließt. Diese imaginäre Ebene ist mit Bezug zu einer zweiten Ebene geneigt, welche sowohl die Achse "Q" der Antriebsbuchse 62 als auch die Achse "0" der Antriebswelle 33 enthält.

In der Antriebsbuchse 62 ist eine Führungsbohrung 62a ausgebildet, in die der Kurbelzapfen 61 eingesetzt wird. In gleichartiger Weise enthält die Gegenmasse 63 eine Führungsbohrung 63a, in die der Kurbelzapfen 61 ebenfalls eingesetzt wird. Nach dem Einsetzen des Kurbelzapfens 61 in die beiden Bohrungen 62a und 63a wird auf das vorragende Ende des Kurbelzapfens 61 ein Schnappring 64 gesetzt. Zufolge dieser Anordnung ist die Antriebsbuchse 62 linear und verschiebbar am Kurbelzapfen 61 montiert. Die Antriebsbuchse 62 gleitet längs der durch eine Linie "S" angegebenen Richtung (s. Fig. 3).

Eine Verbindung zwischen der Antriebsbuchse 62 und der Gegenmasse 63 wird durch Eingreifen eines an der Gegenmasse 63 ausgebildeten Vorsprungs 63c in eine in der Antriebsbuchse 62 ausgebildete Einsenkung 62b erreicht. Die Einsenkung 62b und der Vorsprung 63c haben eine kreisförmige Gestalt mit dem Zentrum "Q". Eine zylindrische Vertiefung oder Einsenkung 63b ist an der zum Vorsprung 63c entgegengesetzten Fläche der Gegenmasse 63 ausgestaltet. Die zylindrische Einsenkung 63b läßt zu, die lineare Bewegung der Gegenmasse 63 mit der Gleitbewegung der Antriebsbuchse 62 in Übereinstimmung zu bringen.

Eine Drehung der Antriebswelle 33 wird über den Kurbelzapfen 61 auf die Antriebsbuchse 62 übertragen. Die übertragene Bewegung wird in eine Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralelements 4 mit Hilfe des Antispinmechanismus 37 umgewandelt.

Der Antriebsbuchse 62 wird eine Gleitbewegung relativ zur Gleitführung des Kurbelzapfens 61 längs der Verschieberichtung "S" über eine vorbestimmte Strecke ermöglicht. Ferner läßt der Freiraum zwischen der Innenwand der zylindrischen Einsenkung 63b und dem Bund 33a der Antriebswelle zu, daß sowohl die Gegenmasse 63 als auch die Antriebsbuchse 62 eine begrenzte lineare Gleitbewegung relativ zum Kurbelzapfen 61 ausführen können. Das schafft eine Kompensation für jegliche kleine Relativverlagerung, die zwischen dem stationären und dem umlaufenden Spiralelement 23 und 42 auftreten kann.

Die Einsenkung 62b und der Vorsprung 63c erstrecken sich rechtwinklig zur Verschieberichtung "S" der Antriebsbuchse 62, wobei kein Spalt zwischen der Antriebsbuchse 62 und der Gegenmasse 63 vorhanden ist. Demzufolge wird jedes exzentrische Moment, das durch die Antriebsbuchse 62 vom umlaufenden Spiralelement 4 auf die Gegenmasse 63 übertragen wird, effektiv eliminiert.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 haben die Einsenkung 62c und der Vorsprung 63d eine rechteckige Querschnittsgestalt und keine kreisförmige Gestalt. Diese Teile 62c und 63d entsprechen jeweils der Einsenkung 62b sowie dem Vorsprung 63c bei der vorherigen Ausführungsform und erfüllen gleichartige Funktionen.

In jeder Gleitfläche 61b des Kurbelzapfens 61 sind ferner zwei Ölnuten 61a, die einander kreuzen können, ausgebildet. Eine jede der Ölnuten 61a erstreckt sich vom freien Kopfteil des Kurbelzapfens 61 zu dem dem Bund 33a nahegelegenen Teil. Deshalb ermöglicht jede Nut 61a, daß Schmieröl im Kompressor zwischen die Gleitflächen des Kurbelzapfens 61 und die Antriebsbuchse 62 zugeführt wird.

Durch Anordnung der Ölnuten an den Gleitflächen des Kurbelzapfens 61 wird die Lebensdauer des Spiralkompressors verbessert.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 bis 5 stimmt der erste Freiraum zwischen den Führungsbohrungen 62a sowie 63a und dem Kurbelzapfen 61 im wesentlichen mit dem zweiten Freiraum zwischen dem Bund 33a der Antriebswelle 33 und der zylindrischen Einsenkung 63b überein. In Übereinstimmung mit dem ersten und zweiten Freiraum wird der Gleit- oder Schiebebereich der Antriebsbuchse 62 und der Gegenmasse 63 beschränkt. Anstelle einer derartigen Spielraumauslegung kann der erste Freiraum in seiner Abmessung von derjenigen des zweiten Freiraumes abweichen. Das würde zulassen, daß der Verschiebebereich durch entweder den ersten oder den zweiten Freiraum zu begrenzen ist.

Claims (4)

1. Spiralkompressor mit einem Gehäuse (10, 22, 30), mit dem ein stationäres Spiralelement (2) fest verbunden ist, das mit einem umlaufenden Spiralelement (4) so zusammenarbeitet, daß zwischen diesen eine Kompressionskammer (39) ausgebildet wird, mit einer auf einem exzentrischen Kurbelzapfen (61) einer Antriebswelle (33) angeordneten Antriebsbuchse (62), die das umlaufende Spiralelement (4) antreibt, mit einer eine vom umlaufenden Spiralelement (4) ausgeübten Zentrifugalkraft ausgleichenden Gegenmasse (63), die mit der Antriebsbuchse (62) gekoppelt und an einem Bund (33a) der Antriebswelle (33) angeordnet ist, wobei der exzentrische Kurbelzapfen (61) mit Gleitflächen (61b) versehen ist, die mit einer in einer Bohrung (63a) der Antriebsbuchse (62) angeordneten Gleitführung in Eingriff sind, so daß die Antriebsbuchse (62) und die Gegenmasse (63) in Bezug zur Antriebswelle (33) radial verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenmasse (63) auf der Seite des Bundes (33a) der Antriebswelle (33) mit einer Einsenkung (63b) versehen ist, in der der Bund (33a) der Antriebswelle (33) mit einem radialen Spiel aufgenommen wird.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Antriebsbuchse (62) mit der Gegenmasse (63) an der Antriebsbuchse (62) oder an der Gegenmasse (63) ein Vorsprung (63c, 63d) ausgebildet ist, der in eine am jeweils anderen Teil ausgebildete Einsenkung (62b, 62c) eingreift.

3. Spiralkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (63c) und die Einsenkung (62b) kreiszylindrisch ausgebildet sind.

4. Spiralkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (63d) und die Einsenkung (62c) rechteckig ausgebildet sind.