DE69002216T2

DE69002216T2 - Spiralmaschine mit Gegendrehrichtungsschutz.

Info

Publication number: DE69002216T2
Application number: DE90310855T
Authority: DE
Inventors: Earl Burnell Muir
Original assignee: Copeland Corp LLC
Current assignee: Copeland LP
Priority date: 1989-10-10
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2010-10-05
Also published as: ES2038581T3; EP0422829B1; JPH03141884A; ES2038581T1; US4998864A; DE69002216D1; EP0422829A1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Spiralkompressoren und insbesondere auf Spiralkompressoren mit einer Richtungskupplung zum Verhindern des Rückwärtsdrehens des umlaufenden Spiralbauteils.
Spiralmaschinen werden immer häufiger eingesetzt als Kompressoren sowohl für Kühlanlagen als auch für Klimaanlagen, in erster Linie wegen ihres außerordentlich hohen Wirkungsgrades. Diese Maschinen weisen im allgemeinen zwei ineinandergreifende Spiralwindungen auf, von denen die eine veranlaßt wird, relativ zu der anderen umzulaufen, so daß eine bewegte Kammer entsteht oder mehrere bewegte Kammern entstehen, deren Größe fortlaufend abnimmt, wenn sie sich von einem außen liegenden Ansaugkanal zu einem zentral liegenden Ausgangskanal bewegen. Ein Elektromotor ist vorgesehen, der das umlaufende Spiralbauteil über eine geeignete Antriebswelle antreibt. Weil Spiralkompressoren abhängig sind von einer Abdichtung, die zwischen gegenüberliegenden Flankenflächen der Windungen gebildet wird, um aufeinanderfolgende Kompressionskammern zu definieren, sind Ansaug- und Auslaßventile im allgemeinen entbehrlich. Werden derartige Kompressoren aber stillgesetzt, entweder absichtlich, weil der Bedarf befriedigt ist, oder unbeabsichtigt infolge einer Unterbrechung des Antriebs, zeigt sich eine starke Tendenz dahingehend, daß von den druckbeaufschlagten Kammern und/oder dem Rückstrom von Druckgas aus der Auslaßkammer, eine entgegengesetzte Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralbauteils und der zugeordneten Antriebswelle hervorgerufen wird. Diese Rückwärtsbewegung ruft häufig unangenehme Geräusche oder störendes Rattern hervor. Außerdem ist es bei Maschinen, die mit einem Einphasenmotor arbeiten, möglich, daß der Kompressor in Rückwärtsrichtung zu laufen beginnt, sofern ein vorübergehender Stromausfall auftritt. Dieser Rückwärtslauf kann zur Überhitzung des Kompressors und/oder zu sonstigen Schäden an dem Gerät führen.
Außerdem kann es unter Umständen, wenn etwa ein Kondensatorgebläse blockiert ist, vorkommen, daß der Auslaßdruck so stark ansteigt, daß er den Antriebsmotor abwürgt und ihn rückwärts drehen läßt. Wenn die umlaufende Spirale in Rückwärtsrichtung läuft, nimmt der Auslaßdruck bis auf einen Punkt ab, an dem der Motor diese Druckhöhe wieder überwindet und das Spiralbauteil in "Vorwarts"-Richtung dreht. Jedoch wächst nun der Auslaßdruck bis zu einem Punkt, an dem der Zyklus sich wiederholt. Ein derartiges Pendeln kann auch zu einer Beschädigung des Kompressors und/oder des zugehörigen Geräts führen.
US-A-3 799 692 beschreibt ein Klinkenwerk zum Verhindern der Rückwärtsdrehung der Welle eines Kompressors. Die Welle des Kompressors liegt horizontal, und das Sperrklinkenrad ist allein am Wellenende angebracht. Nachdem ein besonderer Abschnitt der Welle für die Anbringung des Sperrklinkenrades erforderlich ist, kann keine kompakte Bauweise erzielt werden.
Gemäß der Erfindung ist ein Kältekompressor vorgesehen, umfassend:
eine Kompressoranordnung, eine Motoranordnung, eine mit der genannten Kompressoranordnung gekoppelte Wellenanordnung, ein Lagergehäuse für die Drehlagerung der genannten Weilenanordnung und eine Richtungskupplungsanordnung zum Verhindern der Drehung der genannten Wellenanordnung in der einen Richtung, während die Drehung der Wellenanordnung in der anderen Richtung ermöglicht wird, wodurch die Drehung der genannten Kompressoranordnung in der genannten einen Richtung verhindert werden kann,
dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Kompressor um einen Spiralkompressor handelt, daß die genannte Motoranordnung einen Rotor und einen Stator umfaßt, wobei der genannte Rotor mit der genannten Wellenanordnung fest verbunden ist, um die genannte Kompressoranordnung in Betrieb zu setzen, und daß die genannte Richtungskupplungsanordnung innerhalb des genannten Lagergehäuses angeordnet ist und zwischen der genannten Wellenanordnung und dem genannten Lagergehäuse arbeitet.
Durch Koppeln einer Richtungskupplung mit der Antriebswelle wird die Bewegung des umlaufenden Spiralbauteils in entgegengesetzter Richtung und dadurch das störende Geräusch vermieden, das bei Stillsetzung des Kompressors hervorgerufen wird. Die Richtungskupplung verhindert außerdem eine Beschädigung des Motors und/oder des Kompressors, die durch das Umkehren eines Einphasenmotors hervorgerufen wird, und verhindert außerdem das zyklische Umkehren, das von einem blockierten oder schadhaften Kondensatorgebläse herrührt. In der letztgenannten Situation kann der Motor noch blockiert sein, aber die Richtungskupplung verhindert sein Rückwärtsdrehen bis zu dem Zeitpunkt, in dem der thermische Motorschutzschalter auslöst und dadurch eine mögliche Beschädigung des Motors verhindert.
Bei einer Ausführungsform ist die Richtungskupplung angeordnet innerhalb einer Vertiefung in dem unteren Lagergehäuse axial neben den Laufflächen. Bei einer anderen Ausführungsform dient die Richtungskupplung dem zweifachen Zweck, außerdem noch das radiale Auflager für die rotierende Antriebswelle zu bilden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und den Patentansprüchen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen.
Fig.1 ist ein Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kältekompressor vom Typ eines Spiralkompressors mit einer Richtungskupplung.
Fig.2 ist ein Teilschnitt durch die untere Lageranordnung des in Fig.1 gezeichneten Kompressors in größerem Maßstab.
Fig.3 ist ein Teilschnitt durch die in Fig.2 gezeichnete Richtungskupplung längs der Linie 3-3 in Fig.2.
Fig.4 ist eine mit Fig.2 vergleichbare Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung.
In den Zeichnungen, und zwar insbesondere in Fig.1, ist ein erfindungsgemäßer Kältekompressor 10 vom Typ Spiralkompressor dargestellt. Der Kompressor 10 besitzt einen Außenmantel oder ein Gehäuse 14, in dessen unterem Teil ein Elektromotor 16 mit einem Stator 20 und einem Rotor 22 angeordnet ist. Der Motor 16 treibt eine im oberen Teil des Gehäuses 14 untergebrachte Kompressoranordnung 24 über eine dazwischenliegende Antriebswelle 26, an deren unterem Ende der Rotor 22 befestigt ist. Die Kompressoranordnung 24 umfaßt danach ein oberes, feststehendes Spiralbauteil 28 und ein unteres Spiralbauteil 30, das von der Antriebswelle 26 relativ zu dem feststehenden Spiralbauteil 28 in Umlauf gebracht wird. Die Antriebswelle 26 ist innerhalb des Gehäuses 14 drehbeweglich angeordnet mit Hilfe einer oberen bzw. unteren Lageranordnung 32 bzw. 34, die jeweils an dem Gehäuse 14 befestigt sind. Der Kompressor 10 ist ausführlich beschrieben in US-A-4 998 864, Anmeldetag 22. August 1986, mit der Bezeichnung "Spiralmaschine mit axial nachgiebigem Aufbau", abgetreten an den Zessionar der vorliegenden Anmeldung; auf die Offenbarung in dieser Patentschrift wird ausdrücklich Bezug genommen.
Die untere Lageranordnung 34 umfaßt ein Mittelteil 36 mit einer hindurchführenden langgestreckten Bohrung 38, die das untere Ende der Antriebswelle 26 aufnehmen soll. Der obere Abschnitt der Bohrung 38 ist so ausgebildet, daß er eine geeignete Lagerfläche zum Lagern des unteren Endes der Welle 26 bietet. Der untere Abschnitt der Bohrung 38 hat einen größeren Durchmesser, und in ihn ist eine geeignete Richtungskupplung 42 eingepaßt, die das untere Ende der Welle 26 umgibt. Die Kupplungsanordnung 42 ist vorzugsweise mit Preßsitz in dem erweiterten Abschnitt der Bohrung 38 angeordnet, so daß sie eine Drehung zwischen Kupplung und Bohrung verhindern kann. Zwei an dem Ende 48 der Welle 26 anliegende Axialdruckplatten 44, 46 sind in der Bohrung 38 vorgesehen und werden mittels eines Sprengringes 50 gehalten.
Wie am deutlichsten in den Figuren 2 und 3 zu erkennen ist, umfaßt die Kupplungsanordnung 42 ein Außengehäuse 52, in welchem eine Mehrzahl über den Umfang verteilter Lagernadeln 54 in Hohlräumen 56 in einem Käfig 58 drehbar angeordnet sind. Die Hohlräume sind untereinander praktisch gleich und erstrecken sich über die Gesamtlänge der Nadeln 54 und weisen jeweils eine Rückwand 60 auf, die sich in Umfangsrichtung von einem Ende her, an dem dieses in die Innenseite des Gehäuses 52 übergeht und maximalen radialen Abstand von der Drehachse der Welle 26 hat, zu einem kleinsten radialen Abstand von dieser verjüngt. An der Stelle maximalen radialen Abstands ist der Abstand zwischen Welle 26 und Gehäuse 52 gleich dem Durchmesser oder wenig größer als der Durchmesser der Nadeln 54. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß das voraussetzt, daß die Kupplung 43 keine Lagerungsfunktion ausübt. Nach Bedarf und bei Anwendungen, bei denen die Kupplung 42 auch eine Lagerungsfunktion ausübt, wie hierunter beschrieben, hat die Nadel 54 einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich diesem maximalen radialen Abstand ist, so daß sie die Welle 26 drehbar abzustützen vermag. In jedem Hohlraum befindet sich außerdem eine Druckfederanordnung 62, die die Nadel 54 in Richtung auf das radial engere Ende jedes Hohlraums 56 drückt. Wie Fig.3 zeigt, bewirkt die Drehung der Welle 26 im Uhrzeigersinn eine Bewegung der Nadel 54 gegen die Feder 62 und in einen Bereich des Hohlraums 56 hinein, in welchem die Nadel 54 sich unter der Wirkung der Welle 26 frei drehen kann. Sollte sich jedoch die Drehrichtung der Welle 26 umkehren, läßt die Wirkung der Druckausübungseinrichtung 62 und der Welle 26 die Nadel 54 in einen engeren Bereich des Hohlraums 56 laufen und dadurch einen Klemmeffekt zwischen der Wand 60 und der Außenseite der Welle 26 entstehen, wodurch deren Rückwärtsdrehung verhindert wird. Auf diese Weise wird die Welle 26 wirksam an einer Drehung in entgegengesetzter Richtung gehindert, wodurch verhindert wird, daß das umlaufende Spiralbauteil 30 sich rückwärts dreht. Bei einer derzeit bevorzugten Ausführungsform hat sich gezeigt, daß eine Kupplungsanordnung Torrington Modell RC-162110-FS befriedigende Ergebnisse liefert.
Während die obenbeschriebene Ausführung getrennte Radialdrucklager für die Aufnahme der Welle 26 verkörpert, kann die Richtungskupplungsanordnung so ausgebildet werden, daß sie sowohl die Tragfunktion ausübt als auch das Rückwärtsdrehen der Welle verhindert. Eine solche Ausführung ist in Fig.4 dargestellt, nach welcher ein unteres Lagergehäuse 64 mit einer längsausgedehnten Mittelbohrung 66 versehen ist, in welche die Lagerungs/ Kupplungs-Anordnung 68 mit Preßsitz eingesetzt ist. Die Lagerungs/Kupplungs-Anordnung 68 nimmt die Welle 70 auf und stützt sie drehbar gegen radial gerichtete Schubbelastungen ab. Axialdruckkräfte werden aufgenommen von Drucklagern 72, 74, die, so wie oben beschrieben, festgehalten werden durch einen Sprengring 76. Die Lagerungs/Kupplungs-Anordnung 68 ist nach Aufbau und Wirkungsweise vergleichbar mit der Kupplungsanordnung 42, abgesehen davon, wie zu erwarten, daß sie so gewählt ist, daß sowohl die Kräfte, die von der Rückwärtsdrehung herrühren, als auch die Kräfte, die von der von der Welle 70 ausgeübten Lauflagerbelastung herrühren, verarbeitet werden.
Aus dem Gesagten ergibt sich, daß beide Ausführungsformen eine wirksame Einrichtung darstellen, mit der das durch die Rückwärtsdrehung verursachte unangenehme Geräusch und der mögliche Schaden am Kompressor, verhindert werden können. Die Verwendung einer Richtungskupplung der oben beschriebenen Art, macht außerdem den Einbau von kostspieligen Saug- und/oder Auslaufventilanordnungen für die Einschränkung oder Vermeidung des Rückstroms von Druckgas entbehrlich, das Probleme der Rückwärtsbewegung herbeiführen kann, und welche Ventilanordnung außerdem den Gasdurchfluß durch den Kompressor beeinträchtigt und damit möglicherweise dessen Wirkungsgrad herabsetzt.

Claims

1. Kaltekompressor, umfassend:

eine Kompressoranordnung (24),

eine Motoranordnung (16),

eine mit der genannten Kompressoranordnung gekoppelte Wellenanordnung (26, 70),

ein Lagergehäuse (34, 36, 64) für die Drehlagerung der genannten Wellenanordnung, und

eine Richtungskupplungsanordnung (42, 68) zum Verhindern der Drehung der genannten Wellenanordnung in der einen Richtung, während die Drehung der Wellenanordnung in der anderen Richtung ermöglicht wird, wodurch die Drehung der genannten Kompressoranordnung in der genannten einen Richtung verhindert werden kann,

dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Kompressor um einen Spiralkompressor handelt,

daß die genannte Motoranordnung (16) einen Rotor (22) und einen Stator (20) umfaßt, wobei der genannte Rotor mit der genannten Wellenanordnung (26, 70) fest verbunden ist, um die genannte Kompressoranordnung (24) in Betrieb zu setzen, und

daß die genannte Richtungskupplungsanordnung innerhalb des genannten Lagergehäuses (34, 36, 64) angeordnet ist und zwischen der genannten Wellenanordnung (26, 70) und dem genannten Lagergehäuse arbeitet.

2. Kältekompressor nach Anspruch 1, worin die genannte Kupplungsanordnung (42, 68) um die genannte Wellenanordnung (26, 70) herum angeordnet ist.

3. Kältekompressor nach Anspruch 2, worin die genannte Kupplungseinrichtung (68) eine Lagerung aufweist, die die genannte Wellenanordnung (70) innerhalb des genannten Lagerungsgehäuses (64) drehbar trägt.

4. Kältekompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die genannte Kupplungsanordnung (42, 68) mit Preßsitz innerhalb des genannten Lagerungsgehäuses (34, 36, 64) angebracht ist.

5. Kältekompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Außenmantel (14), welche genannte Kompressoranordnung (24) in einem oberen Teil des genannten Mantels angeordnet ist und ein erstes und ein zweites Spiralbauteil (28, 30) umfaßt, die ineinandergreifen und relativ zueinander eine Umlaufbewegung derart ausführen können, daß sich bewegende Fluidtaschen von veränderlichem Volumen gebildet werden, und welche genannte Motoranordnung (16) innerhalb des genannten Mantels unterhalb der genannten Kompressoranordnung angeordnet ist, welcher Kompressor außerdem obere und untere Lagergehäuse (32, 34, 36, 64) für die Drehlagerung der genannten Wellenanordnung aufweist, wobei die genannte Richtungskupplungsanordnung (42, 68) in dem genannten oberen oder dem genannten unteren Lagergehäuse angeordnet ist.

6. Kältekompressor nach Anspruch 5, worin die genannte Kupplungsanordnung (42, 68) in dem genannten unteren Lagergehäuse (34, 36, 64) angeordnet ist.

7. Kältekompressor nach Anspruch 6, außerdem eine Schmiermittelwanne mit einem Schmiermittelvorrat in dem unteren Teil des genannten Mantels (14) umfassend, wobei das genannte untere Lagergehäuse (34, 36, 64) sich in der genannten Wanne befindet.