EP2961985B1

EP2961985B1 - Kältemittelverdichteranlage

Info

Publication number: EP2961985B1
Application number: EP14703805.3A
Authority: EP
Inventors: Holger Barth; Jens Moch
Original assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2021-05-05
Anticipated expiration: 2034-02-05
Also published as: CN105074210A; RU2637608C2; WO2014131587A1; EP2961985A1; RU2015140918A; DE102013203268A1; US20150361972A1; BR112015020228A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Kältemittelverdichteranlage umfassend mindestens eine Niederdruckstufe und mindestens eine Hochdruckstufe, einen ausgehend von einem Sauganschluss für das Kältemittel zu der Niederdruckstufe führenden Saugkanal, einen von der Niederdruckstufe zu der Hochdruckstufe führenden Zwischendruckkanal, einen mit der Hochdruckstufe verbundenen Hochdruckanschluss.
Derartige Kältemittelverdichteranlagen sind aus der GB 1,174,370 A , der US 2,606,430 A und der EP 1 956 319 A1 bekannt.
Aus dem Dokument KR 2012 0031138 ist eine zweistufige Verdichtervorrichtung bekannt, bei welcher jede Stufe einen eigenen Ölabscheider hat, dessen Öl in die jeweilige Stufe zurückgeführt wird.
Das Dokument EP 1 170 558 offenbart eine Verdichtervorrichtung mit parallel betriebenen Verdichtern, wobei in den ersten das Öl aus dem Ölabscheider der Ansaugleitung zugeführt wird.
Bei diesen hat sich das Problem ergeben, dass in der Niederdruckstufe, insbesondere bei Ventilen derselben, Schäden auftreten, da zumindest in einzelnen Betriebszuständen nicht ausreichend Schmiermittel zur Verfügung steht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kältemittelverdichteranlage der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, dass stets eine ausreichende Schmiermittelversorgung für die Niederdruckstufe gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird bei einer Kältemittelverdichteranlage der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein mit dem Zwischendruck im Zwischendruckkanal beaufschlagtes Schmiermittelbad vorgesehen ist, dass eine Schmiermittelzufuhreinrichtung Schmiermittel aus dem Schmiermittelreservoir entnimmt und dem zur Niederdruckstufe strömenden angesaugten Kältemittel zuführt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass mit der erfindungsgemäßen Schmiermittelzufuhreinrichtung die Möglichkeit besteht, das Druckgefälle zwischen dem Zwischendruck und dem Saugdruck der Kältemittelverdichteranlage auszunutzen und somit Schmiermittel aus dem Schmiermittelreservoir dem angesaugten Kältemittel der Niederdruckstufe zuzuführen und dadurch für eine ausreichende Schmierung, insbesondere von Ventilen der Niederdruckstufe zu sorgen.
Grundsätzlich wäre die Zufuhr von Schmiermittel an beliebigen Stellen denkbar, solange die Zufuhr zu dem angesaugten Kältemittel erfolgt.
Um jedoch das Schmiermittel möglichst günstig der Niederdruckstufe zuzuführen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Schmiermittelzufuhreinrichtung das Schmiermittel einem im Anlagengehäuse verlaufenden Ansaugpfad der Niederdruckstufe, insbesondere einem Saugkanal und/oder einer Saugkammer der Niederdruckstufe, zuführt, so dass die Zufuhr des Schmiermittels ohne außerhalb des Anlagengehäuse vorzusehende Komponenten realisiert werden kann.
Insbesondere liegen auch der Saugkanal oder die Saugkammer in dem Anlagengehäuse.
Um dabei die Menge des dem angesaugten Kältemittel zugeführten Schmiermittels nicht zu groß werden zu lassen, sondern stets in sinnvollen Grenzen zu halten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Schmiermittelzufuhreinrichtung eine Dosiereinheit umfasst, welche eine Schmiermittelmenge betriebszustandsabhängig dosiert, so dass mit der Dosiereinheit die Möglichkeit besteht, die Schmiermittelmenge betriebszustandsabhängig anzupassen.
Beispielsweise ist vorgesehen, verschiedene Betriebszustände und /oder Betriebszustandsbereiche zu definieren und mit der Dosiereinheit je nach Betriebszustand und/oder Betriebszustandsbereich die Schmiermittelmenge zu dosieren.
Hinsichtlich der Dosierung in den einzelnen Betriebszuständen ist es günstig, wenn bei einem Verdichterstillstand die Zufuhr von Schmiermittel durch die Dosiereinheit gestoppt wird, um somit eine Ansammlung von Schmiermittel im Ansaugpfad zu vermeiden.
Ferner ist es von Vorteil, wenn bei oder ab einem Verdichterstillstand die Dosiereinheit einen Druckausgleich zwischen dem Ausgangspfad und dem Schmiermittelbad über die Schmiermittelzufuhreinrichtung verhindert.
Dadurch ist es möglich, durch die im Ansaugpfad aufrechterhaltene Druckdifferenz sich in diesem sammelndes Schmiermittel über Leckagepfade, beispielsweise im Bereich der jeweiligen Druckstufen, in das Schmiermittelbad zurückzuführen und somit bei einem Neustart der Kältemittelverdichteranlage Ölschläge, insbesondere im Bereich der Arbeitsventile, zu vermeiden.
Die von Betriebszuständen abhängige Dosierung könnte über eine hierzu vorgesehene separate Steuerung erfolgen.
Eine andere vorteilhaftere Lösung sieht vor, dass die Dosiereinheit verdichterleistungsgesteuert ist, so dass die Möglichkeit besteht, durch die Verdichterleistung die Betriebszustände zu erfassen und die Schmiermittelmenge entsprechend der Verdichterleistung zu dosieren.
Grundsätzlich könnte dabei die Dosiereinheit in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein.
Beispielsweise könnte die Dosiereinheit in unterschiedlichster Art und Weise abhängig von der Verdichterleistung gesteuert werden.
Beispielsweise bestünde die Möglichkeit, die Verdichterleistung durch eine Steuerung eines Antriebsmotors für die Kältemittelverdichteranlage zu steuern und entsprechend der Steuerung des Antriebsmotors mit dieser Steuerung auch die Dosiereinheit elektronisch zu steuern.
Eine besonders einfache Lösung sieht jedoch vor, dass die Dosiereinheit durch eine Verdichterwelle gesteuert ist und entsprechend der Drehzahl der Verdichterwelle die Schmiermittelmenge dosiert.
Hinsichtlich der Ausbildung der Dosiereinheit selbst wurden keine näheren Angaben gemacht.
So könnte beispielsweise die Dosiereinheit als Schieber oder Ventil ausgebildet sein.
Eine besonders einfache Lösung sieht vor, dass die Dosiereinheit als Dosierpumpe ausgebildet ist.
Mit einer derartigen Dosierpumpe besteht in einfacher Art und Weise die Möglichkeit, eine leistungsabhängige Dosierung vorzunehmen.
Insbesondere ist die Dosierpumpe vorzugsweise so ausgebildet, dass sie ein drehzahlabhängiges Fördervolumen aufweist.
Besonders einfach ist dies realisierbar, wenn die Dosierpumpe durch die Verdichterwelle gesteuert, insbesondere angetrieben ist.
Hinsichtlich der Dosierpumpe selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Dosierpumpe eine Zahnradpumpe ist.
Hinsichtlich des dem angesaugten Kältemittel zugeführten Schmiermittelmassenstroms ist vorzugsweise vorgesehen, diesen nicht allzu groß werden zu lassen, da ansonsten die Verdichterleistung und/oder die Standfestigkeit der Kältemittelverdichteranlage beeinträchtigt wird, da beispielsweise eine Ölverpressung in den Arbeitsräumen zu einer erhöhten Antriebsbelastung führt.
Aus diesem Grund ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein dem angesaugten Kältemittel zugeführter Schmiermittelmassenstrom maximal 5% des von der Niederdruckstufe angesaugten Gesamtmassenstroms aus Kältemittel und Schmiermittel beträgt.
Hinsichtlich der Anordnung der Dosiereinheit wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Kältemittelverdichteranlage ein Anlagegehäuse aufweist, an welchem die Dosiereinheit angeordnet ist.
Vorzugsweise ist dabei die Dosiereinheit in einem Deckel des Anlagegehäuses angeordnet, da sie sich dabei in einfacher Weise in das Anlagegehäuse einbauen lässt, wobei insbesondere die Dosiereinheit in den Deckel integriert ist.
Um die Schmiermittelzufuhreinrichtung möglichst einfach und geschützt ausbilden zu können, ist an dem Anlagengehäuse, vorzugsweise an dem Deckel, insbesondere in dem Anlagengehäuse, vorzugsweise in dem Deckel, ein von der Dosiereinheit zu dem Schmiermittelreservoir führender Förderkanal vorgesehen, durch welchen die Möglichkeit besteht, das Schmiermittel von dem Schmiermittelreservoir zur Dosiereinheit zu fördern.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn an dem Anlagengehäuse, insbesondere in dem Anlagengehäuse, ein von der Dosiereinheit zum Ansaugpfad führender Förderkanal für das Schmiermittel vorgesehen ist, so dass dadurch eine einfache Herstellung und Montage möglich ist.
Der Förderkanal kann dabei ausschließlich im Anlagengehäuse, beispielsweise in einem Deckel desselben, verlaufen.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Förderkanal teilweise im Anlagengehäuse und teilweise in einer Verdichterkomponente, beispielsweise in einer Verdichterwelle verläuft.
In letztgenanntem Fall kann vorzugsweise mittels des Förderkanals auch noch eine gezielte Schmierung von Lagern für die Verdichterwelle erfolgen.
Insbesondere ist es zum Zuführen des Schmiermittels zu dem angesaugten Kältemittelstrom günstig, wenn dem Ansaugpfad eine Düse für das diesem zuzuführende Schmiermittel zugeordnet ist.
Hinsichtlich der Art der Verdichtung des Kältemittels in der Kältemittelverdichteranlage wurden im Zusammenhang mit den bisherigen Ausführungsbeispielen keine weiteren Angaben gemacht.
So wäre es prinzipiell denkbar, jede Art von Verdichter, beispielsweise Scroll-Verdichter oder Schrauben-Verdichter vorzusehen.
Die erfindungsgemäße Lösung weist jedoch besondere Vorteile auf, wenn der Kältemittelverdichter einen Hub-Kolbenverdichter umfasst, da ein Hub-Kolbenverdichter Ansaugventile aufweist, die besonders verschleißempfindlich sind.
Ferner hat es sich bei der Ausbildung einer Niederdruckstufe und einer Hochdruckstufe als vorteilhaft erwiesen, wenn der Kolbenverdichter zur Bildung der Niederdruckstufe eine erste Zylinderbank und zur Bildung der Hochdruckstufe eine zweite Zylinderbank umfasst, so dass sowohl die Niederdruckstufe als auch die Hochdruckstufe einfach dadurch getrennt werden können, dass sie durch verschiedene Zylinderbänke eines Verdichters gebildet werden.
Ferner sind hinsichtlich der Anordnung des Schmiermittelreservoirs keine näheren Angaben gemacht worden.
Beispielsweise könnte das Schmiermittelreservoir ein externes Reservoir sein.
Eine besonders einfache Lösung sieht jedoch vor, dass das Schmiermittelreservoir in einem Antriebsraum des Anlagengehäuses angeordnet ist, wobei in dem Antriebsraum der Antrieb für die Niederdruckstufe und die Hochdruckstufe angeordnet ist.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Schmiermittelreservoir bodenseitig des Antriebsraums angeordnet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kältemittelverdichteranlage;
Fig. 2: eine Ansicht der Kältemittelverdichteranlage in Richtung des Pfeils A in Fig. 1;
Fig. 3: einen Schnitt längs Linie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4: einen Schnitt längs Linie 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5: einen Schnitt längs Linie 5-5 in Fig. 2;
Fig. 6: einen Schnitt längs Linie 6-6 in Fig. 2;
Fig. 7: einen Schnitt längs Linie 7-7 in Fig. 6 mit ausschnittsweiser Darstellung des Zylinderkopfes, der Ventilplatte und der Zylinderbüchsen einer Zylinderbank;
Fig. 8: eine vergrößerte Darstellung des Schnitts in Fig. 6 im Bereich der Ventilplatte und des Ansaugventils;
Fig. 9: eine Draufsicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 3;
Fig. 10: einen Schnitt längs Linie 10-10 in Fig. 9;
Fig. 11: eine Ansicht entsprechend Fig. 9 mit Draufsicht auf eine Dosierpumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 12: einen Längsschnitt ähnlich Fig. 3 durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kältemittelverdichteranlage und;
Fig. 13: einen Schnitt ähnlich Fig. 10 durch das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kältemittelverdichteranlage.

Ein Ausführungsbeispiel einer in Fig. 1 und 2 dargestellten Kältemittelverdichteranlage 10 umfasst ein als Ganzes mit 12 bezeichnetes Anlagengehäuse, welches sich in einer Längsrichtung 14 erstreckt.
Das Anlagengehäuse 12 umfasst dabei einen zentralen Gehäusekörper 16, welcher sich ebenfalls in der Längsrichtung 14 erstreckt und an einer ersten Stirnseite einen ersten stirnseitigen Deckel 22 sowie an einer zweiten Stirnseite einen zweiten stirnseitigen Deckel 24 trägt, welcher beispielsweise noch auf seiner dem zentralen Gehäusekörper 16 abgewandten Seite noch mit einer Flanschfläche 26 zur Montage eines Umrichters versehen ist.
Der zentrale Gehäusekörper 16 umfasst, wie in Fig. 3 dargestellt, einen Antriebsgehäuseabschnitt 32 eines Kolbenverdichters 40, welcher einen Antriebsraum 34 umschließt, wobei der Antriebsraum 34 sich zwischen dem ersten stirnseitigen Deckel 22 und einer Zwischenwand 36 des zentralen Gehäusekörpers 16 erstreckt, die zwischen dem Antriebsgehäuseabschnitt 32 und einem Motorgehäuseabschnitt 42 des zentralen Gehäusekörpers 16 liegt.
Der Motorgehäuseabschnitt 42 zur Aufnahme eines Elektromotors 50 umfasst einen Motorraum 44, der seinerseits wiederum zwischen der Zwischenwand 36 und dem zweiten stirnseitigen Deckel 24 liegt, wobei sich der Motorraum 44 auch noch von dem Motorgehäuseabschnitt 42 in den zweiten stirnseitigen Deckel 24 hineinerstreckt.
In dem Motorraum 44 sitzt der als Ganzes mit 50 bezeichnete Elektromotor, welcher einen im Motorraum 44 angeordneten Stator 52 sowie einen vom Stator 52 umschlossenen Rotor 54 umfasst, wobei der Rotor 54 um eine Drehachse 56 drehbar ist.
Hierzu sitzt der Rotor 54 auf einer als Ganzes mit 60 bezeichneten Verdichterwelle des Kolbenverdichters 40, welche mit einem sich im Motorraum 44 erstreckenden Rotorträgerabschnitt 62 den Rotor 54 trägt und diesen um die Drehachse 56 drehbar lagert. Die Verdichterwelle 60 erstreckt sich aber auch noch in den Antriebsraum 34 hinein und weist einen den Antriebsraum 34 durchsetzenden Antriebsabschnitt 64 auf, der mehrere Exzenter 66 trägt.
Die Verdichterwelle 60 ist ihrerseits in dem Anlagengehäuse 12 in einer an der Zwischenwand 36 vorgesehenen Lageraufnahme 72 und in einer an dem ersten stirnseitigen Deckel 22 vorgesehenen Lageraufnahme 74 gelagert, so dass der Antriebsabschnitt 64 mit den Exzentern 66 zwischen den Lageraufnahmen 72 und 74 liegt, während sich der Rotorträgerabschnitt 62 ausgehend von der Lageraufnahme 72 mit einem freien Ende im Motorraum 44 erstreckt.
Wie in Fig. 3 dargestellt, dient der Antriebsabschnitt 64 der Verdichterwelle 60 mit seinen Exzentern 66 zum Antrieb mehrerer Zylinder 82 des Kolbenverdichters 40, die beispielsweise in Form zweier Zylinderbänke 84 und 86 in dem Antriebsgehäuseabschnitt 32 angeordnet sind, wobei jeder der Zylinder 82 einen Zylinderraum 92 aufweist, in welchem ein Kolben 94 in einer Hubrichtung 96 bewegbar ist, wobei beispielsweise jeder Zylinderraum 92 von einer in dem Antriebsabschnitt sitzenden Zylinderbüchse 98 umschlossen ist.
Jeder Kolben 94 wird seinerseits durch ein Pleuel 102 angetrieben, das einerseits gelenkig am Kolben 94 gelagert ist und andererseits einen der Exzenter 66 umschließt.
Die Zylinderräume 92 jeder der Zylinderbänke 84 und 86 sind durch eine Ventilplatte 104 bzw. 106 abgeschlossen, wobei die jeweilige Ventilplatte 104 bzw. 106 auf ihrer der jeweiligen Zylinderbüchse 98 abgewandten Seite einen Zylinderkopf 112 bzw. 114 trägt.
Der Zylinderkopf 112 ist der ersten Zylinderbank 84 zugeordnet ist und der Zylinderkopf 114 ist der zweiten Zylinderbank 86 zugeordnet.
Beispielsweise übergreifen jede der Ventilplatten 104, 106 und jeder der Zylinderköpfe 112 und 114 sämtliche Zylinderräume 92 der Zylinder 82 der jeweiligen Zylinderbank 84 bzw. 86.
Bei der erfindungsgemäßen Kältemittelverdichteranlage 10 ist, wie in Fig. 1 und 5 dargestellt, beispielsweise ein Saugabsperrventil 122 vorgesehen, welches seinerseits mit einem Sauganschluss 124 versehen ist, und welches beispielsweise an dem ersten stirnseitigen Deckel 22 montiert ist und anzusaugendes Kältemittel einem in dem ersten stirnseitigen Deckel 22 und dem Antriebsgehäuseabschnitt 32 vorgesehenen Saugkanal 126 zuführt, welcher sich von dem Saugabsperrventil 122 bis zu der ersten Zylinderbank 84 erstreckt, wobei der Saugkanal 126 einen Durchbruch 128 im Antriebsgehäuseabschnitt 32 durchsetzt, der mit einem Durchbruch 132 in der Ventilplatte 104 fluchtet, so dass das angesaugte Kältemittel aus dem Antriebsgehäuseabschnitt 32 austreten, die Ventilplatte 104 durchsetzen und in eine Saugkammer 134 des Zylinderkopfs 112 eintreten kann, wie in den Fig. 3, 6 und 7 dargestellt.
Insbesondere bilden der Saugkanal 126 und die Saugkammer 134 einen im Anlagengehäuse 12 vorgesehenen Ansaugpfad 130 für das angesaugte Kältemittel.
Anstelle des Saugabsperrventils 122 kann aber auch ein einfacher Saugleitungsanschluss, sei es durch eine Verschraubung oder eine Fügeverbindung vorgesehen sein.
Die Saugkammer 134 liegt auf einer dem Zylinderraum 92 abgewandten Seite der jeweiligen Ventilplatte 104, 106 und über in der jeweiligen Ventilplatte 104, 106 angeordneten Saugöffnungen 136 für alle Zylinder 82 der jeweiligen Zylinderbank 84, 86, wobei auf einer dem Zylinderraum 92 zugewandten Seite jeder Saugöffnung 136 ein Arbeitsventil oder Saugventil 138 zugeordnet ist, welches beispielsweise an der Ventilplatte 104 angeordnet ist und welches eine Sauglamelle oder Ventilzunge 140 umfasst, die in der in Fig. 7 und 8 durchgezogen gezeichneten, geschlossenen und an der Ventilplatte 104 anliegenden Stellung die Saugöffnung 136 verschließt und in einer in Fig. 7 und 8 gestrichelt gezeichneten offenen Stellung die Saugöffnung 136 freigibt, so dass durch diese Kältemittel in den Zylinderraum 92 angesaugt werden kann.
Zur Festlegung der Bewegbarkeit der Ventilzunge 140 dient einerseits in deren geschlossener Stellung die Ventilplatte 104 und andererseits ist beispielsweise in einem Zylinderbüchsenkragen 144 der Zylinderbüchse 98 eine Führungsausnehmung 142 vorgesehen, in welche die jeweilige Ventilzunge 140 mit einer Zungenspitze 146 eingreift, so dass die Zungenspitze 146 in der Führungsausnehmung 142 bei ihren Bewegungen zwischen ihrer geschlossenen und ihrer offenen Stellung geführt ist.
Zur Festlegung der maximal geöffneten Stellung der Ventilzunge 140 ist die Führungsausnehmung 142 mit einer insbesondere in Fig. 8 dargestellten Anschlagfläche 148 versehen, welche die maximal geöffnete Stellung, das heißt die maximal von der Ventilplatte 104 entfernte Stellung, der Ventilzunge 140 festlegt, so dass die Führungsausnehmung 142 mit der Anschlagfläche 148 einen Hubfänger bildet.
In dem jeweiligen Zylinderkopf, in Fig. 7 und 8 dem Zylinderkopf 112, ist der Saugkammer 134 gegenüberliegend noch eine Druckkammer 152 zugeordnet, welche ebenfalls in dem Zylinderkopf 112 eingeformt ist, wobei in der Drucckammer 152 eine Reihe von beispielsweise auf der Ventilplatte 104 sitzenden Auslassventilen 154 angeordnet ist, die ebenfalls in der Lage sind, Auslassöffnungen freizugeben, so dass verdichtetes Kältemittel aus dem Zylinderraum 92 in die Druckkammer 152 eintreten kann.
In gleicher Weise wie die Zylinder 82 der Zylinderbank 84 mit der Ventilplatte 104 und 106 sind auch die Zylinder 82 der Zylinderbank 86 ausgebildet, wobei insbesondere auch die Ventilplatte 106 und der Zylinderkopf 114 entsprechend ausgebildet sind.
Wie insbesondere in Fig. 4 und 5 dargestellt, arbeitet die Kältemittelverdichteranlage mit den beiden Zylinderbänken 84 und 86 als zweistufiger Verdichter, das heißt, dass von den eine Niederdruckstufe 156 bildenden Zylindern 82 der ersten Zylinderbank 84 bei Saugdruck PS angesaugtes Kältemittel zunächst auf einen Zwischendruck PZ verdichtet wird, dann in den Motorraum 44 einströmt, den Motorraum 44 durchströmt und von diesem in einen Zwischendruckkanal 162 des Antriebsgehäuseabschnitts 32 eintritt, so dass das auf Zwischendruck PZ befindliche Kältemittel in die Saugkammer 134 des Zylinderkopfes 114 der Zylinderbank 86 eintreten kann und von den eine Hochdruckstufe 158 bildenden Zylindern 82 der zweiten Zylinderbank 86 letztlich auf Hochdruck PH verdichtet wird, wobei das unter Hochdruck PH stehende Kältemittel dann aus dem Hochdruckanschluss 164 austreten kann.
Um Beschädigungen der Saugventile 138 zu vermeiden, die sich beispielsweise darin äußern, dass die Ventilzungen 140, insbesondere im Bereich ihrer Zungenspitzen 146, im Laufe der Zeit Ausbrüche zeigen, die durch Anschlagen der Ventilzungen 140 und/oder der Zungenspitze 146 an der Ventilplatte 104 und/oder den Anschlagflächen 148 zumindest zum Teil entstehen, ist eine als Ganzes mit 170 bezeichnete Schmiermittelzufuhreinrichtung vorgesehen, welche aus einem sich über einen Bodenbereich 172 des Antriebsraums 34 bildenden Schmiermittelbad 174 mittels eines beispielsweise im ersten stirnseitigen Deckel 22 vorgesehenen ersten Förderkanals 176 sowie eines diesem vorgeschalteten Filters 178 Schmiermittel entnimmt und dieses über den Förderkanal 176 einer Dosiereinheit 180 zuführt (Fig. 3 und 9 bis 11).
Von der Dosiereinheit 180 wird das Schmiermittel über einen in Fig. 6 sowie Fig. 9 bis 11 dargestellten und im ersten stirnseitigen Deckel 22 vorgesehenen zweiten Förderkanal 182 und ein noch in diesem angeordnetes Filter 184 einer in den Saugkanal 126 hinein gerichteten Düse 186 zuführt, mit welcher das Schmiermittel in den von angesaugtem Kältemittel durchströmten Saugkanal 126 eingespritzt werden kann, so dass das in den Saugkanal 126 eingespritzte Schmiermittel von dem angesaugten Kältemittel mitgenommen und zumindest zu den Saugventilen 138 zur Schmierung derselben zugeführt wird.
Die Druckdifferenz zur Förderung des Schmiermittels durch die Schmiermittelzufuhreinrichtung 170 ist bereits dadurch vorhanden, dass in dem Antriebsraum 34 ein dem Zwischendruck PZ entsprechender Druck vorhanden ist, der höher ist als der Saugdruck PS, so dass diese Druckdifferenz bereits zur Förderung des Schmiermittels von dem Schmiermittelbad 174 zu der Düse 186 ausreichend ist.
Die Dosiereinheit 180 muss somit nicht notwendigerweise eine Druckdifferenz erzeugen, sondern dient primär dazu, eine Dosierung des Schmiermittels in Abhängigkeit von einer Leistung der Kältemittelverdichteranlage, im einfachsten Fall abhängig von einer Drehzahl der Verdichterwelle 60, zu erreichen.
Dieses zugeführte Schmiermittel bildet insbesondere im Bereich der Ventilplatte 104 und der Anschlagflächen 148 der Führungsausnehmungen 142 eine Schmiermittelauflage, durch welche ein Anschlagen der Ventilzungen 140 und der Zungenspitzen 146 der Ventilzungen 140 an der Ventilplatte 104 und/oder an den Anschlagflächen 148 gedämpft wird, um somit Ausbrüche im Bereich der Zungenspitzen 146 und/oder der Ventilzungen 140 zu vermeiden.
Die Dosiereinheit 180 könnte, um diese möglichst einfach zu gestalten, ein mengensteuerndes Ventil sein.
Insbesondere ist die Dosiereinheit 180 als Dosierpumpe 190 mit einem drehzahlabhängigen, insbesondere drehzahlproportionalen Fördervolumen ausgebildet, die mit der Verdichterwelle 60 gekoppelt ist und somit synchron mit der Verdichterwelle 60 angetrieben wird, um die Dosierung des über die Düse 148 in den Saugkanal 126 eingespritzten Schmiermittels proportional zur Drehzahl der Verdichterwelle 60 zu gestalten.
Wie in Fig. 11 dargestellt, ist die Dosierpumpe 190 als Zahnradpumpe ausgebildet, welche einen innenverzahnten Außenkörper 192 und einen entsprechenden außenverzahnten Innenkörper 194 aufweist, der einerseits um eine Achse 196 eines Exzenterzapfens 198 drehbar ist, wobei der Exzenterzapfen seinerseits exzentrisch zur Drehachse 56 der Verdichterwelle 60 angeordnet ist und an die Verdichterwelle 60 angeformt ist, so dass ein Antrieb des Innenkörpers 194 der Zahnradpumpe 190 unmittelbar durch die Verdichterwelle 60 erfolgt.
Dabei sind der Außenkörper 192 und der Innenkörper 194 so relativ zueinander ausgebildet, dass sich durch das exzentrische Umlaufen des Exzenterzapfens 198 zwischen dem Außenkörper 192 und dem Innenkörper 194 Freiräume 202 bilden, die durch die Exzenterbewegung des Exzenterzapfens 198 um die Drehachse 56 der Verdichterwelle 60 umlaufend bewegt werden, so dass durch eine Einlasstasche 204 durch den Förderkanal 176 zugeführtes Schmiermittel in die sich bildenden Freiräume 202 eintritt und durch die Bewegung der Freiräume 202 um die Drehachse 56 zu einer Auslasstasche 206 gefördert wird, welche mit dem Förderkanal 182 verbunden ist, so dass durch diesen das Schmiermittel der in den Saugkanal 126 hinein gerichteten Düse 186 zugeführt werden kann.
Die Zahnradpumpe 190 ist dabei so aufgebaut, dass diese bei sich nicht mehr um die Drehachse 56 herum bewegendem Exzenterzapfen 198 und somit stillstehendem Innenkörper 194 eine Schmiermittelförderung durch die Schmiermittelzufuhreinrichtung 170 blockiert und somit bei stillstehender Verdichterwelle 60 eine Zufuhr von Schmiermittel zu dem Saugkanal 126 blockiert.
Dies hat den Vorteil, dass bei einem Stillstand des Antriebs der Verdichterwelle 60 und somit auch bei einem Stillstand der Kolben 94 kein Schmiermittel mehr von dem Schmiermittelbad 174 in den Saugkanal 126 einströmen kann, da die Dosierpumpe 190 dies verhindert.
Ferner blockiert die Dosierpumpe 190 aber auch einen Abbau des Drucks im Saugkanal 126 bei stillstehender Verdichterwelle 60 und somit stillstehendem Innenkörper 194, so dass noch im Saugkanal 126 vorhandenes Schmiermittel über andere Pfade, beispielsweise Leckagen im Bereich der Kolben 94 der Zylinderbänke 84, 86 zum Schmiermittelbad 174 zurückfließt.
Dies hat außerdem den Vorteil, dass damit die Möglichkeit besteht, bei einem Stillstand der erfindungsgemäßen Kältemittelverdichteranlage eine Überflutung des Saugkanals 126 mit Schmiermittel zu verhindern und außerdem auch den Druck im Saugkanal 126 aufrechtzuerhalten, um das Schmiermittel im Saugkanal 126 über Leckagen, beispielsweise im Bereich der Zylinderbänke 84, 86 dem Schmiermittelbad 104 wieder zuzuführen und somit bei einem Neuanlaufen der Kältemittelverdichteranlage Ölschläge zu vermeiden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung ist die Schmiermittelzufuhreinrichtung 170 in den ersten stirnseitigen Deckel 22 integriert, so dass insbesondere der Förderkanal 176 und der Förderkanal 182 mit der Düse 184 in dem ersten stirnseitigen Deckel 22 liegen und vorzugsweise auch die Filter 178 und 184 ebenfalls in dem ersten stirnseitigen Deckel 22 sitzen.
Darüber hinaus umfasst vorteilhafterweise der erste Deckel 22 auch eine Aufnahme 212 für den Außenkörper 192 der Dosierpumpe 190, wobei in diese Aufnahme 212 auch die Einlasstasche 204 sowie die Auslasstasche 206 stirnseitig, insbesondere zwischen der Lageraufnahme 74 und der Aufnahme 212 einmünden.
In die Aufnahme 212 lässt sich der Außenkörper 192 drehfest einsetzen und in diesem sitzt dann der Innenkörper 194, welcher auf dem Exzenterzapfen 198 in der beschriebenen Art und Weise um die Achse 196 drehbar gelagert ist und somit mit dem Exzenterzapfen 198 um die Drehachse 56 umläuft.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kältemittelverdichteranlage, dargestellt in den Fig. 12 und 13 sind diejenigen Merkmale, die mit dem des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diesbezüglich auch vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.
Insbesondere ist in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel in dem Antriebsraum 34 das Schmiermittelbad 174 vorgesehen, aus welchem die Schmiermittelzufuhreinrichtung 170' Schmiermittel entnimmt und zwar ebenfalls durch den in dem ersten stirnseitigen Deckel 22 vorgesehenen Förderkanal 176.
Ferner ist ebenfalls in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel in dem ersten stirnseitigen Deckel 22 die Dosiereinheit 180, gebildet durch die Dosierpumpe 190, vorgesehen und in gleicher Weise wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ausgebildet.
Allerdings fördert die Dosierpumpe 190 das Schmiermittel nicht in einen weiter im ersten stirnseitigen Deckel 22 verlaufenden Förderkanal, sondern in einen vorzugsweise koaxial zur Drehachse 56 in der Verdichterwelle 60' verlaufenden Verdichterwellenkanal 222, wobei von dem Verdichterwellenkanal 222 im Bereich der Lageraufnahme 72' in der Zwischenwand 36' ein Querkanal 224 zu einer in der Lageraufnahme 72 vorgesehenen um die Verdichterwelle 60' umlaufenden Aufnahmenut 226 führt, von welcher wiederum ein Förderkanal 228 in der Zwischenwand 36' und im Antriebsgehäuseabschnitt 32' bis zu einer Düse 232 verläuft, welche in den Saugkanal 126' im Antriebsgehäuseabschnitt 32' mündet.
Ferner ist der Verdichterwellenkanal 222 mit weiteren Querkanälen versehen, wobei beispielsweise ein Querkanal 242 zur Schmierung eines Gleitlagers 244 zwischen der Verdichterwelle 60' und der Lageraufnahme 74 dient, Querkanäle 246 zur Schmierung von Gleitlagern 248 zwischen den Exzentern 66 und den Pleueln 102 dienen und Querkanäle 252 zur Schmierung von Gleitlagern 254 zwischen der Verdichterwelle 60' und der Lageraufnahme 72' dienen.
Damit dient die erfindungsgemäße Schmiermittelzufuhreinrichtung 170' nicht nur dazu, dem Saugkanal 126' Schmiermittel zuzuführen, um die im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Effekte im Bereich der Saugventile 138 zu erreichen, sondern auch dazu, Lager 244, 248, 254 im Bereich der Verdichterwelle 60' mit Schmiermittel zu versorgen.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden, abgesehen von der Schmierung der verschiedenen Gleitlager, dieselben Vorteile erreicht, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben.

Claims

Kältemittelverdichteranlage umfassend
mindestens eine Niederdruckstufe (156) und mindestens eine Hochruckstufe (158), einen ausgehend von einem Sauganschluss (124) für das Kältemittel zu der Niederdruckstufe (156) führenden Saugkanal (126), einen von der Niederdruckstufe (156) zu der Hochdruckstufe (158) führenden Zwischendruckkanal (162), einen mit der Hochdruckstufe (158) verbundenen Hochdruckanschluss (164),
wobei ein mit dem Zwischendruck (PZ) im Zwischendruckkanal (162) beaufschlagtes Schmiermittelbad (174) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmiermittelzufuhreinrichtung (170) Schmiermittel aus dem ein Schmiermittelreservoir (174) darstellenden Schmiermittelbad entnimmt und dem zur Niederdruckstufe (156) in einem Ansaugpfad (130) strömenden angesaugten Kältemittel zuführt.
Kältemittelverdichteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelzufuhreinrichtung (170) das Schmiermittel einem in einem im Anlagengehäuse (12) verlaufenden Ansaugpfad (130) der Niederdruckstufe (156) zuführt.
Kältemittelverdichteranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (180) durch eine Verdichterwelle (60) gesteuert ist.
Kältemittelverdichteranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (180) als Dosierpumpe (190) ausgebildet ist.
Kältemittelverdichteranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpe (190) ein drehzahlabhängiges Fördervolumen aufweist.
Kältemittelverdichteranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem angesaugten Kältemittel zugeführter Schmiermittelmassenstrom maximal 5% des von der Niederstufe (156) angesaugten Gesamtmassenstroms von Kältemittel mit Schmiermittel beträgt.
Kältemittelverdichteranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittelverdichteranlage ein Anlagengehäuse (12) aufweist, an welchem die Dosiereinheit (180) angeordnet ist.
Kältemittelverdichteranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (180) an einem Deckel (22) des Anlagengehäuses (12) angeordnet ist.
Kältemittelverdichteranlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (180) in den Deckel (22) integriert ist.
Kältemittelverdichteranlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Anlagengehäuse (12) ein von der Dosiereinheit (180) zu dem Schmiermittelbad (174) führender Förderkanal (176) vorgesehen ist.
Kältemittelverdichteranlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Anlagengehäuse (12) ein von der Dosiereinheit (180) zum Ansaugpfad (130) führender Förderkanal (182, 228) für Schmiermittel vorgesehen ist.
Kältemittelverdichteranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ansaugpfad (130) eine Düse (184, 232) für das diesem zuzuführende Schmiermittel zugeordnet ist.
Kältemittelverdichteranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittelverdichteranlage (10) einen Kolbenverdichter (40) umfasst.
Kältemittelverdichteranlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenverdichter (40) zur Bildung der Niederdruckstufe (156) eine erste Zylinderbank (84) und zur Bildung der Hochdruckstufe (158) eine zweite Zylinderbank (86) umfasst.
Kältemittelverdichteranlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittelbad (174) in einem Antriebsraum (34) des Anlagengehäuses (12) angeordnet ist und dass insbesondere das Schmiermittelreservoir (174) bodenseitig des Antriebsraums (34) angeordnet ist.