EP3563059B1

EP3563059B1 - Schmiermittelaufnahme für einen kältemittelkompressor und kältemittelkompressor

Info

Publication number: EP3563059B1
Application number: EP17818587.2A
Authority: EP
Inventors: Daniel TREICHL; Günther ZIPPL; Peter SCHÖLLAUF
Original assignee: Secop GmbH
Current assignee: Secop GmbH
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: CN109923309B; WO2018122180A1; CN109923309A; EP3563059A1; US20190368481A1; AT15828U1; WO2018122180A8; CN116696719A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schmiermittelaufnahme gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Außerdem betrifft die Erfindung einen Kältemittelkompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

STAND DER TECHNIK

Bei Kältemittelkompressoren ist die Sicherstellung einer ausreichenden Schmierung sämtlicher beweglicher Bauteile von besonderer Bedeutung. Zu diesem Zweck kann es vorgesehen sein, dass Schmiermittel, welches sich in einem einen Bodenbereich des Kompressorgehäuses bedeckenden Schmiermittelsumpf sammelt, über die Kurbelwelle in Richtung des Zylinders gefördert wird.
Dazu ist oftmals eine hülsenförmige Schmiermittelaufnahme vorgesehen, welche drehfest mit der Kurbelwelle verbunden und koaxial mit dieser angeordnet ist und mit einem Endabschnitt in den Schmiermittelsumpf hinein ragt. Schmiermittel, welches durch eine Eintrittsöffnung aus dem Schmiermittelsumpf in einen Aufnahmeabschnitt der Schmiermittelaufnahme eingedrungen ist, wird aufgrund der Rotation der Schmiermittelaufnahme - welche durch Rotation der Kurbelwelle hervorgerufen wird - in eine Paraboloidform gezwungen, wobei sich das Paraboloid entlang der Innenwand der Schmiermittelaufnahme und entlang der Innenwand der Kurbelwelle ausbildet.
Eine maximale Steighöhe, auf die das sich im Aufnahmeabschnitt der Schmiermittelaufnahme befindende Schmiermittel auf diese Weise angehoben werden kann, wird naturgemäß im Bereich des lichten Innendurchmessers der Kurbelwelle erreicht und hängt vom Quadrat der Rotationsgeschwindigkeit der Schmiermittelaufnahme sowie vom Quadrat des lichten Innenradius der Kurbelwelle bzw. der Schmiermittelaufnahme ab.
Bei entsprechender Wahl der Fertigungsparameter (beispielsweise lichter Innenradius der Kurbelwelle, Höhe der Austrittsbohrungen) und Prozessparameter (beispielsweise Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle, Viskosität des Schmiermittels) ist es somit möglich, das Schmiermittel vom Boden des Kompressorgehäuses mittels der Schmiermittelaufnahme über die Kurbelwelle des Kompressors zu den Auflagestellen des Hauptlagers der Kurbelwelle, dem Kurbelzapfen und der Pleuelstange des Kältemittelkompressors zu fördern.
Ein Kompressor mit einer derartigen Schmiermittelaufnahme ist etwa aus WO 2009/092147 A1 bekannt.
Üblicherweise kommt es bei dem Einsatz solcher Vorrichtungen jedoch zur Ausbildung von Gasblasen innerhalb der Schmiermittelaufnahme und/oder im Bereich der Eintrittsöffnung und/oder innerhalb des gesamten Schmiermittelfördersystems (also im Bereich zwischen Schmiermittelsumpf und den zu schmierenden Bauteilen, in welchem sich Schmiermittel befindet), welche Gasblasen für das zeitweise Aussetzen des Schmiersystems verantwortlich sind. Weiters können diese Gasblasen zu Schwankungen der vertikalen Position des unteren Scheitelpunktes des Paraboloids führen. Wenn dieser Scheitelpunkt in den Bereich der Eintrittsöffnung absinkt, kann dies zur Unterbrechung des Schmiermittelfördersystems und somit zum Zusammenbrechen der Paraboloidform des Schmiermittels innerhalb der Schmiermittelaufnahme bzw. der Kurbelwelle führen.
Durch die Störung des Schmiermittelfördersystems kommt es zu Schwankungen in der Ölförderung aus dem Kurbelzapfen. Im Extremfall, welcher in einem Aussetzen der Ölförderung zu sehen ist, laufen alle bewegten Teile ohne Schmierung, wodurch der Kompressor innerhalb kürzester Zeit ausfällt.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schmiermittelaufnahme - und in weiterer Folge auch einen Kältemittelkompressor mit einer erfindungsgemäßen Schmiermittelaufnahme - vorzusehen, wobei ein dauerhafter Verschluss der Eintrittsöffnung durch Bildung von Gasblasen im Bereich der Schmiermittelaufnahme bzw. Eintrittsöffnung vermieden werden kann.
Weiters soll sichergestellt werden, dass Gasblasen, wenn sie einmal entstanden sind, innerhalb kürzester Zeit abreißen und somit keinen längerfristigen Verschluss der Schmiermittelaufnahme herbeiführen können.
Zudem soll die erfindungsgemäße Schmiermittelaufnahme auf besonders einfache und kostengünstige Weise herstellbar und einfach im Aufbau sein.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird bei einer erfindungsgemäßen Schmiermittelaufnahme zur vertikalen Förderung von Schmiermittel mittels einer Kurbelwelle eines Kältemittelkompressors, die Schmiermittelaufnahme umfassend zumindest einen rotationssymmetrischen, hülsenförmigen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme von Schmiermittel, wobei die Längsachse des Aufnahmeabschnittes koaxial mit einer Längsachse der Kurbelwelle des Kältemittelkompressors anordenbar ist, einen an den Aufnahmeabschnitt anschließenden Befestigungsabschnitt, um die Schmiermittelaufnahme an der Kurbelwelle zu befestigen, sowie umfassend zumindest einen an den Aufnahmeabschnitt anschließenden Endbereich, welcher den Aufnahmeabschnitt bis auf eine Eintrittsöffnung verschließt, wobei die Eintrittsöffnung den Eintritt von Schmiermittel aus einem Schmiermittelsumpf des Kältemittelkompressors in den Aufnahmeabschnitt der zumindest abschnittsweise in den Schmiermittelsumpf ragenden Schmiermittelaufnahme ermöglicht, wobei die Eintrittsöffnung die Längsachse umschließend in dem Endbereich angeordnet ist, gelöst, indem die Eintrittsöffnung in Richtung der Längsachse betrachtet entweder eine kreisrunde Umfangsform aufweist und ein Mittelpunkt der Eintrittsöffnung von der Längsachse versetzt ist, oder indem die Eintrittsöffnung in Richtung der Längsachse betrachtet eine nicht-kreisrunde Umfangsform aufweist.
Konkret soll eine Projektion, nämlich eine Orthogonalprojektion, des Endbereiches entlang der Längsachse des Aufnahmeabschnittes bezüglich Rotation um den Schnittpunkt der Längsachse des Aufnahmeabschnittes mit dem Endbereich aufgrund der Eintrittsöffnung asymmetrisch ausgebildet sein, da durch eine solche asymmetrische Ausbildung der dauerhafte Verschluss der Eintrittsöffnung durch Bildung von Gasblasen im Bereich der Schmiermittelaufnahme bzw. Eintrittsöffnung vermieden werden kann. Zwar kann es grundsätzlich nach wie vor dazu kommen, dass die Eintrittsöffnung der Schmiermittelaufnahme kurzzeitig durch eine Gasblase verschlossen wird, allerdings führt die erfindungsgemäße Schmiermittelaufnahme dazu, dass etwaige Gasblasen aufgrund einer inhomogenen Verteilung der Zentripetalkräfte, welche auf die aus der Schmiermittelaufnahme ausgetretene und die Eintrittsöffnung verschließende Gasblase wirken, instabil sind und sich umgehend von der Eintrittsöffnung lösen. Die Eintrittsöffnung wird in einem solchen Fall bereits nach kürzester Zeit, etwa nach maximal 2 Sekunden, wieder freigegeben, sodass ein dauerhafter Verschluss verhindert werden kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Eintrittsöffnung die Längsachse umschließend in dem Endbereich angeordnet ist. Die notwendige Asymmetrie der Orthogonalprojektion des Endbereiches in Bezug auf Rotationen um den Schnittpunkt zwischen der Längsachse des Aufnahmeabschnittes und dem Endbereich ist durch nicht-kreisrunde Ausbildung der Umfangsform der Eintrittsöffnung oder durch entsprechenden Versatz eines Mittelpunkts einer kreisrunden Eintrittsöffnung von der Längsachse erreicht werden.
Dabei kann der Endbereich der Schmiermittelaufnahme entweder eben ausgebildet sein - in diesem Fall liegt auch der Umfang der Eintrittsöffnung in einer Ebene; oder aber der Endbereich der Schmiermittelaufnahme ist als gekrümmte Fläche ausgebildet, sodass der Umfang der im Endbereich angeordneten Eintrittsöffnung eine dreidimensionale Kurve beschreibt. In letzterem Fall weist die Eintrittsöffnung in Richtung der Längsachse betrachtet eine kreisrunde oder nicht-kreisrunde Umfangsform auf.
Auch aus fertigungstechnischer Sicht ergeben sich Vorteile, wenn die Eintrittsöffnung ihren Ursprung im Rotationszentrum des Endbereiches der Schmiermittelaufnahme hat. Die notwendige Form einer solchen, den Schnittpunkt zwischen der Längsachse des Aufnahmeabschnittes und dem Endbereich einschließenden Eintrittsöffnung, welche Form zur geforderten Asymmetrie der besagten Projektion des Endbereiches führt, kann in diesem Fall auf einfache Weise durch Nachbearbeitung der Kontur der Eintrittsöffnung verliehen werden. Ausgehend von einer kreisrunden, zentral angeordneten Bohrung kann dadurch eine Eintrittsöffnung mit einer Umfangsform geschaffen werden, welche die Bedingung der geforderten Asymmetrie zu erfüllen im Stande ist.
Zudem führt eine die Längsachse umschließend in dem Endbereich angeordnete Eintrittsöffnung zu einem noch schnelleren Abreißen einer die Eintrittsöffnung verschließenden Gasblase. Anders als bei Schmiermittelaufnahmen mit Eintrittsöffnungen, die radial außenliegend - also die Längsachse nicht umschließend - angeordnet sind, können Gasblasen, die sich innerhalb der erfindungsgemäßen Schmiermittelaufnahme ausgebildet haben, die Eintrittsöffnung nämlich schneller erreichen. Dies ist damit zu erklärten, dass Schmiermittel, welches durch die Eintrittsöffnung aus dem Schmiermittelsumpf in den Aufnahmeabschnitt der Schmiermittelaufnahme eingedrungen ist, aufgrund der Rotation der Schmiermittelaufnahme - welche durch Rotation der Kurbelwelle hervorgerufen wird - zunächst in eine Paraboloidform gezwungen wird, wobei sich das Paraboloid entlang der Innenwand der Schmiermittelaufnahme ausbildet. Während der Rotation der Schmiermittelaufnahme in einem Betriebszustand eines Kompressors, an dessen Kurbelwelle die Schmiermittelaufnahme angebracht ist, führt ein Ausgaseffekt innerhalb der Schmiermittelaufnahme zu einer Änderung der Geometrie des Paraboloids. Dies führt dazu, dass ein Scheitelpunkt des Paraboloids, welcher Scheitelpunkt im Bereich der Längsachse des Aufnahmeabschnittes ausgebildet ist, immer weiter in Richtung des Endbereiches der Schmiermittelaufnahme absinkt. Erst, wenn der Scheitelpunkt des Paraboloids die Eintrittsöffnung erreicht, kann ein Teil des Paraboloids - nämlich die Gasblase - aus der Schmiermittelaufnahme entweichen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Form der Eintrittsöffnung reißt die Gasblase nach kürzester Zeit - üblicherweise nach wenigen Zehntelsekunden - von der Eintrittsöffnung ab. Wenn aber die Eintrittsöffnung nicht die Längsachse umschließend sondern in einem radialen äußeren Randbereich des Endbereiches angeordnet ist, kann die Gasblase - wenn überhaupt - erst viel später aus der Schmiermittelaufnahme entweichen. In einem solchen Fall könnte es innerhalb der Schmiermittelaufnahme zu einem Zusammenbruch des Paraboloids bzw. zu einer kritischen Abnahme der Förderleistung von Schmiermittel kommen.
Grundsätzlich können verschiedenst geformte und angeordnete Eintrittsöffnungen der Orthogonalprojektion des Endbereiches die geforderte Asymmetrie in Bezug auf Rotation um den Schnittpunkt der Längsachse des Aufnahmeabschnittes mit dem Endbereich der Schmiermittelaufnahme - also um den Mittelpunkt der Projektion - verleihen. Beispielsweise könnte die besagte Asymmetrie durch eine elliptische oder kreisrunde Eintrittsöffnung erreicht werden, wobei der Mittelpunkt einer kreisrunden Eintrittsöffnung nicht mit dem Schnittpunkt der Längsachse des Aufnahmeabschnittes mit dem Endbereich der Schmiermittelaufnahme zusammen fallen darf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Eintrittsöffnung in Richtung der Längsachse betrachtet eine elliptische Umfangsform aufweist.
Auch können Eintrittsöffnungen mit einer im Wesentlichen elliptischen Umfangsform vorteilhaft sein, wobei die Umfangsform einer solchen Eintrittsöffnung zwar keine mathematisch perfekte Ellipse beschreibt, aber dennoch einen ähnlichen Anschein erweckt.
Auf besonders einfache und kostensparende Weise kann die erforderliche Asymmetrie der Eintrittsöffnung bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schmiermittelaufnahme erreicht werden, indem die Eintrittsöffnung die Form eines Langlochs aufweist. Der Mittelpunkt des Langlochs kann dabei entweder mit dem Schnittpunkt der Längsachse des Aufnahmeabschnittes mit dem Endbereich der Schmiermittelaufnahme zusammen fallen, oder von diesem versetzt sein. In beiden Fällen wird die geforderte Asymmetrie erreicht, da die Projektion des Endbereiches entlang der Längsachse des Aufnahmeabschnittes bezüglich Rotation um den Schnittpunkt der Längsachse des Aufnahmeabschnittes mit dem Endbereich aufgrund des Langlochs asymmetrisch ist. FIG. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schmiermittelaufnahme mit einem Langloch, dessen Mittelpunkt nicht mit dem genannten Schnittpunkt zusammen fällt.
Dabei hat sich herausgestellt, dass die Realisierung der erfindungsgemäßen Eintrittsöffnung als Langloch besonders vorteilhaft hinsichtlich des Eintritts von Schmiermittel aus dem Schmiermittelsumpf in den Aufnahmeabschnitt bzw. hinsichtlich der Vermeidung dauerhafter Verschlüsse der Eintrittsöffnung durch Gasblasen anzusehen ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Schmiermittelaufnahme kann ein fluiddynamisch optimales Einschaufeln von Schmiermittel aus dem Schmiermittelsumpf in den Aufnahmeabschnitt der Schmiermittelaufnahme erreicht werden, indem das Langloch beidseitig halbkreisförmig begrenzt ist und die Längsseite des Langlochs größer als der Radius der halbkreisförmigen Begrenzungen ist.
Um die Fertigung eines solchen Langloches zu erleichtern, ist es bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Schmiermittelaufnahme vorgesehen, dass die Länge der Längsseite des Langlochs zwischen dem einfachen und dem doppelten Wert des Radius der halbkreisförmigen Begrenzungen liegt.
Dabei bezeichnen die Längsseiten jene Seiten des Langlochs, welche gerade und parallel zueinander verlaufen. Die Gesamtlänge des Langlochs setzt sich zudem aus der Länge der Längsseite plus zwei Radien der halbkreisförmigen Begrenzungen zusammen.
Da die Größe und Form der Eintrittsöffnung von Einfluss auf das sich im Aufnahmeabschnitt der Schmiermittelaufnahme bei Rotation ausbildende Paraboloid ist, müssen diese Parameter mit Bedacht gewählt werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Schmiermittelaufnahme herausgestellt, wenn die Größe der Eintrittsöffnung zwischen 5 und 30 Prozent, vorzugsweise zwischen 10 und 25 Prozent, besonders bevorzugt zwischen 15 und 20 Prozent der lichten Querschnittsfläche des Aufnahmeabschnittes beträgt. Dadurch kann sich innerhalb des Aufnahmeabschnittes eine besonders vorteilhafte Paraboloidform ausbilden.
Um das sich im Aufnahmeabschnitt der Schmiermittelaufnahme befindliche Schmiermittel unter Ausnutzung der Rotation der Kurbelwelle im Inneren derselben in Richtung Zylinder fördern zu können, darf das sich ausbildende Rotations-Paraboloid an den inneren Mantelflächen der Schmiermittelaufnahme und der Kurbelwelle möglichst nicht gestört werden.
Um einen möglichst ununterbrochenen Übergang zwischen dem Aufnahmeabschnitt der Schmiermittelaufnahme und der Kurbelwelle zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Schmiermittelaufnahme einen an den Aufnahmeabschnitt anschließenden Befestigungsabschnitt (16) aufweist, um die Schmiermittelaufnahme an der Kurbelwelle zu befestigen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann mittels dieses Befestigungsabschnittes eine Befestigung der Schmiermittelaufnahme an einem mit der Kurbelwelle drehfest verbundenem Rotor erzielt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schmiermittelaufnahme zumindest einen Schmiermittelmitnehmer für Schmiermittel auf, um die Ausbildung des Schmiermittel-Paraboloids innerhalb der Schmiermittelaufnahme zu begünstigen.
Der Schmiermittelmitnehmer kann dabei durch eine in dem Aufnahmeabschnitt angeordnete starre Struktur, etwa ein verwundenes Blechelement, ausgebildet sein.
Eine Aufgabe der Erfindung wird auch in einem Kältemittelkompressor mit einem hermetisch kapselbaren Kompressorgehäuse, einer in einem Gehäuseinneren des Kompressorgehäuses angeordneten elektrischen Antriebseinheit, umfassend einen Rotor und einen Stator, einer mit dem Rotor drehfest verbundenen Kurbelwelle, sowie mit einer in dem Gehäuseinneren angeordneten Kolben-Zylinder-Einheit, welche einen beweglich in einem Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit gelagerten Kolben umfasst, welcher zur Verdichtung von Kältemittel von der Kurbelwelle antreibbar ist, gelöst, indem der Kältemittelkompressor eine erfindungsgemäße Schmiermittelaufnahme aufweist, um Schmiermittel aus einem in einem Bodenbereich des Kompressorgehäuses ausgebildeten Schmiermittelsumpf über die Kurbelwelle zur Kolben-Zylinder-Einheit zu fördern, wobei die Schmiermittelaufnahme drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist.
Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Schmiermittelaufnahme in einem hermetisch kapselbaren Kältemittelkompressor - insbesondere durch die asymmetrische Ausbildung des Endbereiches der Schmiermittelaufnahme in Bezug auf Rotationen der Projektion des Endbereiches um den Schnittpunkt zwischen der Längsachse des Aufnahmeabschnittes und dem Endbereich - kann eine im Vergleich zu herkömmlichen, also symmetrischen, Schmiermittelaufnahmen verbesserte Schmierung aller zur Schmierung vorgesehenen Komponenten des Kältemittelkompressors sichergestellt werden, da der dauerhafte Verschluss der Eintrittsöffnung durch Bildung von Gasblasen im Bereich der Schmiermittelaufnahme bzw. Eintrittsöffnung vermieden und der Einfluss von Schwankungen des unteren Scheitelpunktes des Paraboloids auf das gesamte Schmiermittelfördersystem reduziert werden kann.
Aufgrund des bei betriebsmäßiger Verwendung der Schmiermittelaufnahme ständigen Schmiermittelflusses aus dem Aufnahmeabschnitt in die Kurbelwelle und aus der Kurbelwelle über Austrittsöffnungen zu den zu schmierenden Bauteilen des Kältemittelverdichters muss ein ständiger Nachschub von Schmiermittel in den Aufnahmeabschnitt der Schmiermittelaufnahme sichergestellt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkompressors ist es zu diesem Behufe vorgesehen, dass der Endbereich der Schmiermittelaufnahme zumindest abschnittsweise in den Schmiermittelsumpf ragt, sodass die Eintrittsöffnung innerhalb des Schmiermittelsumpfes angeordnet ist, um ein Eintreten von Schmiermittel aus dem Schmiermittelsumpf in den Aufnahmeabschnitt der Schmiermittelaufnahme zu ermöglichen.
Um die Ausbildung der Paraboloidform des Schmiermittels in dem Aufnahmeabschnitt zu begünstigen, ist es bei einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkompressors vorgesehen, dass die Schmiermittelaufnahme mittels des Befestigungsabschnittes an einem von der Kolben-Zylinder-Einheit abgewandten Endabschnitt der Kurbelwelle und/oder an dem Rotor befestigt ist.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass ein Innendurchmesser des Aufnahmeabschnittes der Schmiermittelaufnahme mit einem lichten Innendurchmesser der Kurbelwelle übereinstimmt und dass der Befestigungsabschnitt der Schmiermittelaufnahme außen auf den Endabschnitt der Kurbelwelle aufgeschoben ist, sodass ein kontinuierlicher Übergang zwischen dem Aufnahmeabschnitt der Schmiermittelaufnahme und der Kurbelwelle sichergestellt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.
Dabei zeigt:

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Schmiermittelaufnahme
Fig. 2: die Schmiermittelaufnahme aus Fig. 1 entlang ihrer Längsachse betrachtet
Fig. 3: einen erfindungsgemäßen Kältemittelkompressor mit einer erfindungsgemäßen Schmiermittelaufnahme
Fig. 4: die erfindungsgemäße Schmiermittelaufnahme mit einem sich in einem Betriebszustand des Kältemittelkompressors in der Schmiermittelaufnahme ausbildenden Schmiermittel-Paraboloid

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Schmiermittelaufnahme 1. Die Schmiermittelaufnahme 1 ist aus mehreren hülsenförmigen Abschnitten mit jeweils konstantem Durchmesser aufgebaut, wobei die Übergänge zwischen diesen Abschnitten konstanten Durchmessers in der gezeigten Ausführungsvariante kontinuierlich verlaufen, aber ohne Beeinträchtigung der Allgemeinheit auch diskret, also etwa stufenförmig verlaufend, ausgebildet sein können.
Die Schmiermittelaufnahme 1 umfasst einen Befestigungsabschnitt 16 zur Befestigung der Schmiermittelaufnahme 1 an einer Kurbelwelle 2 oder an einem Rotor 11 eines Kältemittelkompressors 3 (siehe Fig. 3), sowie einen an den Befestigungsabschnitt 16 anschließenden, einen im Vergleich mit dem Befestigungsabschnitt 16 verminderten Durchmesser aufweisenden Aufnahmeabschnitt 4, welcher der Aufnahme von Schmiermittel dient.
Dieser Aufnahmeabschnitt 4 weist selbst wiederum eine zylindrische Mantelfläche auf und ist durch einen Endbereich 5 der Schmiermittelaufnahme 1 an seiner Unterseite - also an einer von dem Befestigungsabschnitt 16 abgewandten Seite - verschlossen.
Aus dem Obengesagten ergibt sich insgesamt ein hülsenförmiger Aufbau der Schmiermittelaufnahme 1, welche nach oben hin offen und nach unten hin bis auf eine Eintrittsöffnung 6 für Schmiermittel durch den Endbereich 5 abgeschlossen ist. Sowohl der Befestigungsabschnitt 16 als auch der Aufnahmeabschnitt 4 ist jeweils rotationssymmetrisch bezüglich Rotation um eine Längsachse 8 des Aufnahmeabschnittes 4.
Die Eintrittsöffnung 6 stellt im Betriebszustand der Schmiermittelaufnahme 1, in welchem die Schmiermittelaufnahme 1 koaxial mit der Kurbelwelle 2 angeordnet und drehfest mit der Kurbelwelle 2 verbunden ist, eine fluidische Verbindung zwischen einem Gehäuseinneren des Kältemittelkompressors 3 und dem Aufnahmeabschnitt 4 her.
Fig. 2 zeigt die Schmiermittelaufnahme 1 aus Fig. 1 als zweidimensionale Projektion entlang der Längsachse 8 des Aufnahmeabschnittes 4. Insbesondere die Anordnung und Form der in dem Endbereich 5 angeordneten Eintrittsöffnung 6 ist aus Fig. 2 gut ersichtlich.
Die Form der Eintrittsöffnung 6, welche im konkreten Ausführungsbeispiel als Langloch ausgebildet ist, führt dazu, dass eine Projektion 18 des Endbereiches 5 entlang der Längsachse 8 nicht mehr symmetrisch unter Rotationen um einen Schnittpunkt 19 der Längsachse 8 mit dem Endbereich 5 ist. Nur die Rotation der Projektion 18 um den Schnittpunkt 19 um einen Winkel von 360° bildet die Projektion 18 des Endbereiches 5 wieder auf sich selbst ab, sodass die Bedingung für Rotationssymmetrie, wonach zweidimensionale Objekte rotationssymmetrisch sind, wenn eine Drehung um jeden beliebigen Winkel um einen Punkt das Objekt auf sich selbst abbildet, genau nicht erfüllt ist.
Eben diese durch die Eintrittsöffnung 6 bedingte Asymmetrie des Endbereiches 5 der Schmiermittelaufnahme 1 führt dazu, dass sich im Betriebszustand der Schmiermittelaufnahme 1 - in welchem Betriebszustand die Schmiermittelaufnahme 1 drehfest mit der Kurbelwelle 2 des Kältemittelkompressors 3 verbunden und derart koaxial mit der Kurbelwelle 2 angeordnet ist, dass zumindest der Endbereich 5 abschnittsweise in einen Schmiermittelsumpf 7 des Kältemittelkompressors 3 ragt (siehe Fig. 3) - keine den Schmiermittelfluss unterbrechenden Gasblasen im Bereich der Schmiermittelaufnahme 1, insbesondere im Bereich der Eintrittsöffnung 6, ausbilden und eine kontinuierliche Schmiermittelversorgung aller zur Schmierung vorgesehenen Bauteile des Kältemittelkompressors 3 sichergestellt werden kann.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Kältemittelkompressors 3, welcher in einem Kompressorgehäuse 9 eine Antriebseinheit 10, eine Kolben-Zylinder-Einheit 13 sowie eine die Antriebseinheit 10 mit der Kolben-Zylinder-Einheit 13 verbindende Kurbelwelle 2 umfasst, wobei die erfindungsgemäße Schmiermittelaufnahme 1 derart koaxial und drehfest mit der Kurbelwelle 2 verbunden ist, dass die Schmiermittelaufnahme 1 zumindest abschnittsweise in den Schmiermittelsumpf 7, welcher sich in einem Bodenbereich 17 des Kompressorgehäuses 9 ausbildet, ragt.
Die Kurbelwelle 2 ist mit dem in der gezeigten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Kältemittelkompressors 3 einen Stator 12 der Antriebseinheit 10 umgebenden Rotor 11 drehfest verbunden und wird durch die Antriebseinheit 10 in Rotation versetzt. Diese rotatorische Bewegung der Kurbelwelle 2 führt einerseits dazu, dass ein Kolben 14 der Kolben-Zylinder-Einheit 13 periodisch zwischen zwei Totpunkten eines Zylinders 15 hin und her bewegt wird, um Kältemittel aus dem Gehäuseinneren anzusaugen, zu verdichten und wieder auszuschieben; andererseits versetzt die rotierende Kurbelwelle 2 auch die Schmiermittelaufnahme 1 in eine Drehbewegung, welche dazu führt, dass das durch die Eintrittsöffnung 6 in den Aufnahmeabschnitt 4 gelangte Schmiermittel die Form eines Paraboloids 20 annimmt.
Bei entsprechender Wahl der Fertigungsparameter der Schmiermittelaufnahme 1 (insbesondere des Innendurchmessers des Aufnahmeabschnittes 4) und der Prozessparameter des Betriebszustandes des erfindungsgemäßen Kältemittelkompressors 3 (insbesondere der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2) erreicht das Schmiermittel in dem Aufnahmeabschnitt 4 durch die Form des Paraboloids 20 eine Steighöhe, welche eine Überleitung von Schmiermittel aus der Schmiermittelaufnahme 1 in die Kurbelwelle 2 ermöglicht.
Zur weiteren Förderung des Schmiermittels kann die Kurbelwelle 2 entweder zumindest abschnittsweise als Hohlzylinder gefertigt sein, in welchem Fall Schmiermittel über Öffnungen in der Mantelfläche des Hohlzylinders aus der Kurbelwelle 2 austreten und zu den zur Schmierung vorgesehenen Bauteilen des Kältemittelkompressors 3 gelangen kann; in einem solchen Fall muss die maximale Steighöhe zumindest bis zu einer ersten Öffnung in der Mantelfläche reichen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Kurbelwelle 2 als Vollzylinder auszuführen und diesen mit einer exzentrischen, und in der Regel schräg nach oben verlaufenden Bohrung 21 zu versehen, mittels welcher Bohrung 21 die weitere Förderung des Schmiermittels erzielt wird. In dem Fall einer schräg verlaufenden Bohrung 21 reicht mitunter bereits eine geringere maximale Steighöhe des Schmiermittels aus, da diese lediglich eine Überleitung von Schmiermittel in die Bohrung 21 ermöglichen und nicht die gesamte Strecke bis zu der ersten Öffnung überbrücken muss. Innerhalb der Schräg verlaufenden Bohrung 21 der Kurbelwelle 2 wird das Schmiermittel gegen eine Wandung der Bohrung 21 gedrückt und dadurch bis zu der ersten Öffnung in der Mantelfläche der Kurbelwelle 2 gefördert.
Fig. 4 zeigt die mit einer Kurbelwelle 2 verbundene erfindungsgemäße Schmiermittelaufnahme 1 in dem Kältemittelkompressor 3 zu unterschiedlichen Zeitpunkten t, t+1, t+2 und t+3 eines Betriebszustandes des Kältemittelkompressors 3. Im Zeitschritt t ist das Paraboloid 20 ohne Gasblasen zu sehen. Sobald der Ausgaseffekt innerhalb der Schmiermittelaufnahme 1 einsetzt, verändert sich die Form des Paraboloids. Ein Scheitelpunkt 22 des Paraboloids 20 sinkt dabei immer weiter in Richtung des Endbereiches 5 der Schmiermittelaufnahme 1 ab, wie die Entwicklung des Paraboloids 20 von dem Zeitpunkt t über den Zeitpunkt t+1 bis zum Zeitpunkt t+2 zeigt. Schließlich kann ein Teil des Paraboloids - nämlich der die Gasblase enthaltende Teil - die Schmiermittelaufnahme 2 über die Eintrittsöffnung 6 verlassen, sobald der Scheitelpunkt 22 des Paraboloids 20 den Endbereich 5 erreicht. Dies wird dadurch sichergestellt, dass die Eintrittsöffnung 6 die Längsachse 8 umschließend in dem Endbereich 5 angeordnet ist. Während die Gasblase die Schmiermittelaufnahme 1 durch die Eintrittsöffnung 6 verlässt, verschließt sie diese und verhindert dadurch, dass Schmiermittel aus dem Schmiermittelsumpf 7 in die Schmiermittelaufnahme 1 gelangen kann. Dadurch, dass die Eintrittsöffnung 6 in Richtung der Längsachse betrachtet entweder eine kreisrunde Umfangsform aufweist und ein Mittelpunkt der Eintrittsöffnung von der Längsachse 8 versetzt ist, oder dass die Eintrittsöffnung 6 in Richtung der Längsachse betrachtet eine nicht-kreisrunde Umfangsform aufweist, wird jedoch gewährleistet, dass die Gasblase instabil wird und nach kürzester Zeit von der Schmiermittelaufnahme 1 bzw. von der Eintrittsöffnung 6 abreißt und diese wieder freigibt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Schmiermittelaufnahme
2: Kurbelwelle
3: Kältemittelkompressor
4: Aufnahmeabschnitt
5: Endbereich
6: Eintrittsöffnung
7: Schmiermittelsumpf
8: Längsachse
9: Kompressorgehäuse
10: Antriebseinheit
11: Rotor
12: Stator
13: Kolben-Zylinder-Einheit
14: Kolben
15: Zylinder
16: Befestigungsabschnitt
17: Bodenbereich
18: Projektion des Endbereiches
19: Schnittpunkt Längsachse-Endbereich
20: Paraboloid
21: Bohrung der Kurbelwelle
22: Scheitelpunkt des Paraboloids

Claims

Schmiermittelaufnahme (1) zur vertikalen Förderung von Schmiermittel mittels einer Kurbelwelle (2) eines Kältemittelkompressors (3), die Schmiermittelaufnahme (1) umfassend
- zumindest einen rotationssymmetrischen, hülsenförmigen Aufnahmeabschnitt (4) zur Aufnahme von Schmiermittel, wobei die Längsachse (8) des Aufnahmeabschnittes (4) koaxial mit einer Längsachse der Kurbelwelle (2) des Kältemittelkompressor (3) anordenbar ist,

- einen an den Aufnahmeabschnitt (4) anschließenden Befestigungsabschnitt (16) aufweist, um die Schmiermittelaufnahme (1) an der Kurbelwelle (2) zu befestigen, sowie

- zumindest einen an den Aufnahmeabschnitt (4) anschließenden Endbereich (5), welcher den Aufnahmeabschnitt (4) bis auf eine Eintrittsöffnung (6) verschließt, wobei die Eintrittsöffnung (6) den Eintritt von Schmiermittel aus einem Schmiermittelsumpf (7) des Kältemittelkompressors (3) in den Aufnahmeabschnitt (4) der zumindest abschnittsweise in den Schmiermittelsumpf (7) ragenden Schmiermittelaufnahme (1) ermöglicht, wobei die Eintrittsöffnung (6) die Längsachse (8) umschließend in dem Endbereich (5) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (6) in Richtung der Längsachse betrachtet entweder eine kreisrunde Umfangsform aufweist und ein Mittelpunkt der Eintrittsöffnung von der Längsachse (8) versetzt ist, oder dass die Eintrittsöffnung (6) in Richtung der Längsachse betrachtet eine nicht-kreisrunde Umfangsform aufweist.
Schmiermittelaufnahme (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (6) in Richtung der Längsachse betrachtet die Form einer Ellipse aufweist.
Schmiermittelaufnahme (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (6) die Form eines Langlochs aufweist.
Schmiermittelaufnahme (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Langloch beidseitig halbkreisförmig begrenzt ist und die Längsseite des Langlochs größer als der Radius der halbkreisförmigen Begrenzungen ist.
Schmiermittelaufnahme (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Längsseite des Langlochs zwischen dem einfachen und dem doppelten Wert des Radius der halbkreisförmigen Begrenzungen liegt.
Schmiermittelaufnahme (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Eintrittsöffnung (6) zwischen 5 und 30 Prozent, vorzugsweise zwischen 10 und 25 Prozent, besonders bevorzugt zwischen 15 und 20 Prozent der lichten Querschnittsfläche des Aufnahmeabschnittes (4) beträgt.
System umfassend eine Kurbelwelle (2) eines Kältemittelkompressors (3) und eine Schmiermittelaufnahme (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schmiermittelaufnahme (1) koaxial mit der Kurbelwelle (2) angeordnet und drehfest mit der Kurbelwelle (2) verbunden ist.
Kältemittelkompressor (3) mit
- einem hermetisch kapselbaren Kompressorgehäuse (9),

- einer in einem Gehäuseinneren des Kompressorgehäuses (9) angeordneten elektrischen Antriebseinheit (10), umfassend einen Rotor (11) und einen Stator (12),

- einer mit dem Rotor (11) drehfest verbundenen Kurbelwelle (2), sowie mit

- einer in dem Gehäuseinneren angeordneten Kolben-Zylinder-Einheit (13), welche einen beweglich in einem Zylinder (15) der Kolben-Zylinder-Einheit (13) gelagerten Kolben (14) umfasst, welcher zur Verdichtung von Kältemittel von der Kurbelwelle (2) antreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkompressor (3) eine Schmiermittelaufnahme (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist, um Schmiermittel aus einem in einem Bodenbereich (17) des Kompressorgehäuses (9) ausgebildeten Schmiermittelsumpf (7) über die Kurbelwelle (2) zur Kolben-Zylinder-Einheit (13) zu fördern, wobei die Schmiermittelaufnahme (1) drehfest mit der Kurbelwelle (2) verbunden ist.
Kältemittelkompressor (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich (5) der Schmiermittelaufnahme (1) zumindest abschnittsweise in den Schmiermittelsumpf (7) ragt, sodass die Eintrittsöffnung (6) innerhalb des Schmiermittelsumpfes (7) angeordnet ist, um ein Eintreten von Schmiermittel aus dem Schmiermittelsumpf (7) in den Aufnahmeabschnitt (4) der Schmiermittelaufnahme (1) zu ermöglichen.
Kältemittelkompressor (3) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, sofern von Anspruch 7 abhängig, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelaufnahme (1) mittels des Befestigungsabschnittes (16) an einem von der Kolben-Zylinder-Einheit (13) abgewandten Endabschnitt der Kurbelwelle (2) und/oder an dem Rotor (11) befestigt ist.