Schraubenverdichter
Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter umfassend ein Verdichterschraubengehäuse, zwei Schraubenläufer mit im Verdichterschraubengehäuse angeordneten, ineinandergreifenden Schraubenkörpern und mit beiderseits der Schraubenkörper angeordneten Wellenabschnitten, durch welche die Schraubenläufer in beiderseitig des Verdichterschraubengehäuses angeordneten Lagergehäusen gelagert sind.
Derartige Schraubenverdichter sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei diesen besteht das Problem, druckseitig einen möglichst dichten Abschluß zwischen den Schraubenkörpern und dem Verdichterschraubengehäuse zu schaffen, um Druckverluste zu verhindern.
Dieses Problem wird bei einem Schraubenverdichter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein sich an ein druckseitiges Ende des jeweiligen Schraubenkörpers anschließendes und bis zu einem Lagerabschnitt erstreckendes Zwischenstück des Wellenabschnitts im Bereich einer auslaßseitigen Abschlußwand des Verdichterschraubengehäuses gegenüber einer das Zwischenstück umgebenden Innenfläche eines in der Abschlußwand vorgesehenen Durchbruchs abgedichtet ist.
Der Vorteil der erfϊndungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß durch die Abdichtung zwischen dem Zwischenstück und der Innenfläche des Durchbruchs der zwischen diesen bestehende Spalt nicht von einer parasitären Strömung von zu verdichtendem Arbeitsmedium durchsetzt werden kann - welche von dem Volumenbereich mit verdichtetem Arbeitsmedium zu einem
dem Auslaß gegenüberliegenden Volumenbereich nahe der auslaßseitigen Abschlußwand des Verdichtergehäuses führen würde - und somit keinen Bypass eröffnet, der einen Verlust von dem verdichteten Arbeitsmedium zur Folge hat, welches aus dem Auslaß austreten soll.
Prinzipiell wäre es möglich, die Abdichtung in dem Spalt zwischen dem Zwischenstück und der Innenfläche des Durchbruchs durch einen Ölfilm aufrechtzuerhalten.
Eine besonders zweckmäßige Lösung sieht jedoch vor, daß zwischen dem Zwischenstück und der Innenfläche eine radiale Bewegungen des Zwischenstücks relativ zur Innenfläche zulassende Abdichtung angeordnet ist.
Diese Lösung hat den Vorteil, daß im Gegensatz zu einer Abdichtung mit Öl, die einen im wesentlichen gleichmäßigen Spalt erfordert, der außerdem möglichst klein sein sollte, die Abdichtung eine radiale Bewegung des Zwischenstücks relativ zur Innenfläche zuläßt und trotzdem noch für eine ausreichende Dichtigkeit sorgt, so daß die erfindungsgemäße Lösung in üblichen Schrauben- verdichterlösungen einsetzbar ist, bei denen eine radiale Bewegung des Zwischenstücks relativ zur Innenfläche zulässig ist, die dadurch auftritt, daß die Schraubenkörper einseitig wirkenden Kräften ausgesetzt sind.
Die Abdichtung könnte dabei in Richtung der Rotationsachse in jedem Teilbereich des Zwischenstücks und der Innenfläche vorgesehen sein. Eine besonders günstige Lösung sieht dabei vor, daß die Abdichtung im wesentlichen nahe eines dem jeweiligen Schraubenkörper zugewandten Randes des Durchbruchs, vorzugsweise in einem dem Schraubenkörper zugewandten
Randbereich des Durchbruchs, angeordnet ist. Damit wird von vornherein das in dem Spalt zwischen dem Zwischenstück und der Innenfläche bis zur Abdichtung bestehende Volumen möglichst klein gehalten.
Vorzugsweise liegt die Abdichtung in einem sich an den dem jeweiligen Schraubenkörper zugewandten Rand des Durchbruchs anschließenden Drittel des Durchbruchs.
Hinsichtlich der Art der Realisierung der Abdichtung wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht eine besonders vorteilhafte Lösung vor, daß die Abdichtung einen Dichtring umfaßt, welcher in einfacher Weise die Möglichkeit eröffnet, zwischen dem Zwischenstück und der Innenfläche abzudichten.
Ein derartiger Dichtring könnte beispielsweise aus elastischem Material sein, so daß radiale Bewegungen des Zwischenstücks relativ zur Innenfläche zu unterschiedlich starken Pressungen des Dichtrings führen würden.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, daß die Dichtung einen in einer Nut sitzenden und gegenüber dieser radial beweglichen Dichtring umfaßt. Damit besteht die Möglichkeit, die radialen Bewegungen des Zwischenstücks relativ zur Innenfläche durch eine Relativverschiebung des Dichtrings gegenüber der Nut zu realisieren.
Besonders günstig ist es dabei, wenn die Nut in dem Zwischenstück angeordnet ist.
Dabei sieht eine besonders günstige Lösung vor, daß die Nut nahe dem druckseitigen Ende des jeweiligen Schraubenkörpers in dem Zwischenstück angeordnet ist.
Günstigerweise beträgt der Abstand der Nut von einer Stirnfläche des jeweiligen Schraubenkörpers maximal das Fünffache, noch besser maximal das Dreifache, einer Breite der Nut in Richtung der jeweiligen Rotationsachse.
Eine weitere zweckmäßige Lösung ist so gestaltet, daß das Zwischenstück im Anschluß an das druckseitige Ende des jeweiligen Schraubenkörpers eine dem Rand des Durchbruchs gegenüberliegende Eintiefung aufweist.
Eine derartige Eintiefung hat den Vorteil, daß damit bei radialer Bewegung des Zwischenstücks gegenüber der Innenfläche des Durchbruchs eine Berührung zwischen dem Zwischenstück und dem Rand des Durchbruchs vermieden werden kann.
Besonders günstig ist es dabei, wenn die Nut im wesentlichen auf die Eihtiefung folgend angeordnet ist.
Vorzugsweise besteht dabei ein Abstand zwischen der Nut und einer Stirnfläche des jeweiligen Schraubenkörpers, welcher maximal dem Dreifachen der Erstreckung der Eintiefung in Richtung der Rotationsachse entspricht, wobei vorzugsweise die Eintiefung eine Erstreckung in Richtung der Rotationsachse aufweist, die ungefähr einer Breite der Nut entspricht.
Noch besser liegt der Abstand der Nut von der Stirnfläche in der Größenordnung einer doppelten Erstreckung der Eintiefung in Richtung der jeweiligen Rotationsachse.
Vorzugsweise ist, um eine sichere Führung des Dichtrings zu erreichen, zwischen der Eintiefung und der Nut ein Ringwulst vorgesehen.
Dieser Ringwulst hat zweckmäßigerweise maximal eine Erstreckung in Richtung der Rotationsachse, welche ungefähr einer Erstreckung der Eintiefung in Richtung der Rotationsachse entspricht.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, in Richtung der Rotationsachse mehrere Dichtringe aufeinanderfolgend anzuordnen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schraubenverdichters längs Linie 1-1 in Fig. 2;
Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt längs Linie 3-3 in Fig. 1;
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A in Fig. 3;
Fig. 5 > eine Frontansicht eines Dichtrings und
Fig. 6 einen Schnitt längs Linie 6-6 in Fig. 5.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schraubenverdichters, dargestellt in Fig. 1, umfaßt ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Außengehäuse, welches aus einem Mittelabschnitt 12, einem motorseitigen Endabschnitt 14 und einem auf der dem motorseitigen Endabschnitt 14 gegenüberliegenden Seite des Mittelabschnitts 12 liegenden Seite angeordneten druckseitigen Endabschnitt 16 aufgebaut ist.
Vorzugsweise sind der Mittelabschnitt 12 und der motorseitige Endabschnitt durch zwei Flansche 18 bzw. 20 miteinander verbunden und der Mittelabschnitt 12 mit dem druckseitigen Endabschnitt 16 durch Flansche 22 bzw. 24.
In dem Außengehäuse 10 ist ein als Ganzes mit 30 bezeichneter Antriebsmotor vorgesehen, welcher beispielsweise als Elektromotor ausgebildet ist und einen Stator 32 sowie einen Rotor 34 umfaßt. Der Stator 32 ist dabei vorzugsweise fest in dem Außengehäuse 10, insbesondere einem dem motorseitigen Endabschnitt zugewandten Motorbereich 36 des Mittelabschnitts 12 fixiert.
Ferner ist innerhalb des Mittelabschnitts 12 des Außengehäuses 10 ein als Ganzes mit 40 bezeichnetes Verdichterschraubengehäuse vorgesehen, welches, wie in Fig. 2 dargestellt, zwei Läuferbohrungen 42 und 44 aufweist, die ineinander übergehen, sowie eine Schieberbohrung 46, für beispielsweise einen zeichnerisch in Fig. 1 nicht erkennbaren Regelschieber.
Die Läuferbohrungen 42 und 44 dienen zur Aufnahme zweier für einen Schraubenverdichter üblicher Schraubenläufer 48 bzw. 50, wobei die Schraubenläufer 48 und 50 in Fig. 2 lediglich gestrichelt angedeutet sind.
Die beiden Schraubenläufer 48 bzw. 50 rotieren um ihre jeweilige Rotationsachsen 52 bzw. 54 und sind beiderseits ihres jeweiligen Schraubenkörpers 56 um ihre Rotationsachsen 52 bzw. 54 drehbar gelagert.
Hierzu schließt sich an das Verdichterschraubengehäuse 40 auf einer dem Antriebsmotor 30 zugewandten Seite ein Lagergehäuse 60 an, welches erste Lageraufnahmen 62 für erste Drehlager 64 der beiden Schraubenläufer 48, 50 aufweist, wobei die Schraubenläufer 48, 50 von saugseitigen Enden 65 der Schraubenkörper 56 ausgehende Wellenabschnitte 66 aufweisen, auf welchen die Drehlager 64 sitzen. Einer dieser Wellenabschnitte 66 ist koaxial zu einer Antriebswelle 38 des Antriebsmotors 30 angeordnet und mit dieser verbunden.
Ferner sind die Schraubenläufer 48, 50 auf ihrer dem Lagergehäuse 60 gegenüberliegenden Seite in einem zweiten Lagergehäuse 70 mit zweiten Lageraufnahmen 72 ebenfalls mittels zweiter Drehlager 74 drehbar gelagert, wobei hierzu die Schraubenläufer ebenfalls von druckseitigen Enden 75 der Schraubenkörper 56 abstehende Wellenabschnitte 76 aufweisen.
Somit erstreckt sich das Verdichterschraubengehäuse 40 zwischen dem ersten Lagergehäuse 60 und dem zweiten Lagergehäuse 70 über die gesamte Länge der Schraubenkörper 56 in Richtung von deren Rotorachsen 52 bzw. 54 und umschließt die Schraubenläufer 48 bzw. 50 im Bereich ihrer Schraubenkörper 56, so daß ein Dichtspalt S zwischen den Schraubenkörper 56 und den Läuferbohrungen 42 und 44 verbleibt, der zur Abdichtung möglichst gering ausgebildet ist.
Alle die Bereiche des Verdichterschraubengehäuses 40, in denen eine Wand 80 des Verdichterschraubengehäuses 40 unter Bildung des Spalts S zu den Schraubenkörpern 56 verläuft, bilden einen Verdichtungsabschnitt 82 des Verdichterschraubengehäuses 40 an den sich einlaßseitig, und zwar auf einer dem Antriebsmotor 30 zugewandten Seite ein Einlaßabschnitt 84 anschließt, welcher einen Einlaß 86 für zu verdichtendes Arbeitsmedium bildet, und aus- laßseitig, und zwar auf einer dem Einlaß 86 im wesentlichen diagonal gegenüberliegenden Seite, ein Auslaßabschnitt 88 anschließt, welcher einen Auslaß 90 bildet, aus dem das verdichtete Arbeitsmedium austritt.
Wie in Fig. 3 dargestellt, erfolgt insbesondere eine druckseitige Abdichtung des Volumenbereichs mit verdichtetem Arbeitsmedium gegenüber auf niedrigerem Druck liegenden Volumenbereichen durch einen geringen Spalt 95 zwischen Stirnflächen 92 der Schraubenkörper 56 und einer Oberfläche 94 einer Abschlußwand 96 des Verdichterschraubengehäuses 40.
Die Abschlußwand 96 ist dabei mit Durchbrüchen 98 versehen, welche die Wellenabschnitte 76 durchsetzen, die schließlich mit Lagerabschnitten 100 in den zweiten Drehlagern 74 gelagert sind, wobei die Wellenabschnitte 76 jeweils mit dem Lagerabschnitt 100 das zweite Drehlager 74 durchsetzen und sich zwischen dem Lagerabschnitt 100 und dem druckseitigen Ende 75 des jeweiligen Schraubenkörpers 56 ein Zwischenstück 102 des jeweiligen Wellenabschnitts 76 erstreckt, das erforderlich ist, um das zweite Drehlager in ausreichend großem Abstand von der Abschlußwand 96 ausreichend stabil in dem zweiten Lagergehäuse 70 lagern zu können.
Das Zwischenstück 102 hat im wesentlichen eine zylindrische Mantelfläche 104, die in geringem Abstand von einer Innenfläche 106 des jeweiligen Durchbruchs 98 in der Abschlußwand 96 verläuft.
Erfϊndungsgemäß erfolgt nun im Bereich des Zwischenstücks 102 und des dieses aufnehmenden Durchbruchs 98 eine Abdichtung eines sich zwischen der Innenfläche 106 und der Mantelfläche 104 ergebenden Spalts 110, um zu verhindern, daß sich in diesem Spalt 110 ein parasitärer Strom von verdichtetem Arbeitsmedium zu unter geringerem Druck stehenden Volumenbereichen, insbesondere dem Auslaß 90 gegenüberliegenden, nahe der Abschlußwand 96 liegenden Volumenbereichen, einstellt.
Aus diesem Grund ist bei der erfindungsgemäßen Lösung eine als Ganzes mit 120 bezeichnete Abdichtung vorgesehen, welche ein Eindringen von zu verdichtendem Medium in den Spalt 110 und insbesondere ein Vordringen desselben in Richtung der zweiten Drehlager 74 verhindern soll.
Wie vergrößert in Fig. 4 dargestellt, ist das Zwischenstück 102 nahe der Stirnfläche 92 mit einer umlaufenden Nut 122 versehen, welche einen Nutgrund 124 und sich von diesem erhebende Nutwände 126 und 128 aufweist und in welche ein Dichtring 130 mit Spiel in radialer Richtung zur Rotationsachse 54 eingesetzt ist, wobei der Dichtring 130 mit einer Außenumfangsfläche 132 an der Innenfläche 106 des Durchbruchs 98 anliegt, und außerdem sich mit seinen beiden einander gegenüberliegenden Stirnflächen 134 und 136 in die Nut 122 zwischen Nutwände 126 und 128 der Nut 122 hinein erstreckt und dabei durch den Druck im Bereich des Auslasses 90 mit der Stirnfläche 136 an der Nutwand 128 angelegt ist, jedoch eine Innenfläche 138 mit einem Durchmesser aufweist, der größer ist als ein Durchmesser des Nutgrunds 124, so daß der Dichtring 130 in radialer Richtung zur Rotationsachse 54 gegenüber der Nut 122 bewegbar ist.
Vorzugsweise ist dabei, wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, der Dichtring 130 als im Querschnitt rechteckförmiger Ring ausgebildet, der die Außenumfangsfläche 132 auf seiner Außenseite bildet und die Stirnflächen 134 und 136 als zueinander parallele, jedoch in Richtung seiner Achse 142 versetzte Flächen, wobei vorzugsweise die Nutwände 126 und 128 in senkrecht zur Achse 142 und auch zur Rotationsachse 54 verlaufenden Ebenen liegen.
Ferner ist der Dichtring 130 mit einem Schlitz 144 versehen, welcher eine radiale Dehnung des Dichtrings 130 bezogen auf die Achse 142 zuläßt.
Der Dichtring 130 ist dabei vorzugsweise aus Gußeisen oder Teflon gefüllt mit einem festig keitssteigernden insbesondere druckfestigkeitssteigernden Stoff hergestellt.
Um zu verhindern, daß das Zwischenstück 102 insbesondere in einem sich unmittelbar an die Stirnfläche 92 des jeweiligen Schraubenkörpers 56 anschließenden Bereich aufgrund von Bewegungen radial zur Rotationsachse 54 mit einem Rand 146 des Durchbruchs 98 in Berührung kommt, ist vorzugsweise der Rand 146 des Durchbruchs 98 mit einer Schrägfläche 148 versehen, welche gegenüber der jeweiligen Rotationsachse 54 in Form einer Kegelfläche verläuft.
Ferner ist das Zwischenstück 102 in unmittelbarem Anschluß an die Stirnfläche 92 mit einer ringförmig verlaufenden Eintiefung 150 versehen, deren Grundfläche 152 einen geringeren Durchmesser als die Zylindermantelfläche 104 aufweist.
Um möglichst nahe der Oberfläche 94 der Abschlußwand 96 abzudichten, liegt die Nut 122 so nahe an der Eintiefung 150, daß zwischen der Eintiefung 150 und der Nut 122 noch ein Ringwulst 154 stehen bleibt, dessen Mantelfläche 156 einen Durchmesser aufweist, der ungefähr dem der zylindrischen Mantelfläche 104 des Zwischenstücks 102 entspricht, vorzugsweise mit dieser identisch ist.
Der Ringwulst 154 hat dabei in Richtung der Rotationsachse 54 eine Ausdehnung, welche maximal der Ausdehnung der Eintiefung 150 in Richtung der Rotationsachse 54 entspricht und ebenfalls maximal einer Breite der Nut 122 in Richtung der Rotationsachse 54.
Vorzugsweise ist dabei die Nut 122 von der Stirnfläche 92 des Schraubenkörpers 56 in einem Abstand angeordnet, der maximal der fünffachen Breite der Nut 122 in Richtung der Rotationsachse 54 entspricht.