DE3345073C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweie nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine solche Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise ist aus der DE-OS 31 09 301 bekannt. Neben der Stirnplatte des umlaufenden Spiralelements dieser Rotationskolbenmaschine ist ein freier Raum ausgebildet, der mit der an der Unter­ seite des umlaufenden Spiralelements angeordneten Zwischen­ druckkammer verbunden ist. Zum Kühlen der Lager und der Gleitteile der Maschine dient ein über Leitungen in der Kurbelwelle aufgrund einer Druckdifferenz zwischen einem Zwischendruck und einem Hochdruck zugeführtes Schmiermittel in Form von Öl, das in die Gegendruckkammer und von dort in die Arbeitskammern gelangt, wo es von dem zu komprimieren­ den Gas mitgerissen wird. Das Öl gelangt über die Arbeits­ kammern und die Gegendruckkammer in den freien Raum, der von der Umfangsfläche der Stirnplatte des umlaufenden Spiral­ elements und der gegenüberliegenden Wand eines zur Maschine gehörenden Rahmenteils gebildet wird. Aufgrund der Umlauf­ bewegung hat dieser freie Raum ein Minimum und ein auf der gegenüberliegenden Seite befindliches Maximum. In dem Raum mit minimalem Volumen stellt sich ein Druckanstieg des Öls ähnlich dem keilförmigen Schmierdruck bei einem Gleitlager ein, für dessen Ausgleich zusätzliche Antriebsleistung erforderlich ist. Dem könnte durch Vergrößerung des freien Raums entgegengewirkt werden. Dies würde jedoch eine Durch­ messervergrößerung der Maschine und außerdem eine Massen­ zunahme bedeuten.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die Rotationskolbenmaschine der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Druckanstieg in dem für die Bewegung des umlaufenden Spiralelements erforderlichen freien Raum zwischen Stirnplatte und Rahmen bei kleinst­ möglicher Baugröße vermieden wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der Rotationskolbenma­ schine der gattungsgemäßen Art mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst.

Durch die bei der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine vorgesehene Ringnut in der Bodenfläche des Rahmens angren­ zend an den freien Raum, durch die radialen Nuten in der Bodenfläche sowie durch die in der Stirnplatte des umlau­ fenden Spiralelements ausgebildete Verbindungsleitung zwischen dem freien Raum und einer der einen Zwischendruck aufweisenden Arbeitskammern ist die Abführung von Schmier­ mittel aus dem freien Raum jederzeit gewährleistet, so daß auch unter extrem ungünstigen Bedingungen ein Schmiermittel­ druckanstieg unterbunden wird, so daß keine zusätzliche Leistung aufgebracht werden muß. Dadurch kann für eine vor­ gegebene Leistung der kleinstmögliche Gehäusedurchmesser gewählt werden, wodurch Masse und Herstellungsaufwand der Rotationskolbenmaschine auf einem Minimum gehalten werden können.

Anhand von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise im Axialschnitt,

Fig. 2 schematisch in der Draufsicht den freien Raum zwischen dem umlaufenden Spiralelement und der Rahmenwand,

Fig. 3 in einer Teilansicht eine Draufsicht auf den mit Nuten versehenen Rahmen und

Fig. 4 den Schnitt X-X von Fig. 3.

Die in Fig. 1 gezeigte Rotationskolbenmaschine in Spiral­ bauweise ist ein Spiralkompressor, der in einem zylindri­ schen Gehäuse 4 angeordnet ist, das abdichtend von einem Deckel 26 und einem Boden verschlossen ist. Im oberen Abschnitt des Behälters 4 ist ein stationäres Spiral­ element 2 mit einer scheibenförmigen Stirnplatte 2 a und einer davon abstehenden Spiralwand 2 b angeordnet. An einem behälterfesten Rahmen 3 sitzt ein umlaufendes Spiralelement 1 mit einer scheibenförmigen Stirnplatte 1 a und einer davon nach oben abstehenden Spiralwand 1 b. Die Spiralwand 1 a des umlaufenden Spiralelements und die Spiralwand 2 a des stationären Spiralelements 2 greifen unter Bildung von Arbeitskammern 9 ineinander, die aus­ gehend von einer Ansaugöffnung 21 ihr Volumen zum zentralen Teil hin verringern, wo in der Mitte der Stirn­ platte 2 a des stationären Spiralelements 2 eine Förder­ öffnung 10 vorgesehen ist. Zwischen der Rückseite des umlaufenden Spiralelements 1 und dem Rahmen 3 ist eine Gegendruckkammer 17 ausgebildet, in der ein Oldhamkeil 5 und ein Oldhamring 6 in Gleiteingriff miteinander ange­ ordnet sind. Mit dem umlaufenden Spiralelement 1 steht über ein Gleitlager 8 ein Kurbelabschnitt 7 a einer Kurbel­ welle 7 in Eingriff. Die Kurbelwelle 7 ist in einem oberen Gleitlager 13 und in einem unteren Gleitlager 14 gelagert. An der Kurbelwelle 7 sitzt unterhalb des Kurbelabschnitts 7 a ein Ausgleichsgewicht 12, während im Bereich des gegen­ überliegenden Endes ein Rotor 15 eines Elektromotors ange­ bracht ist, dessen Stator 16 am Rahmen 3 mit Bolzen 27 gehalten ist. Die Förderöffnung 10 mündet in einem von dem Deckel 26 des Behälters 4 begrenzten Hchdruckraum 11, der über einen Kanal 32 im stationären Spiralelement 2 und im Rahmen 3 mit dem unterhalb des Rahmens 3 befind­ lichen Raum verbunden ist, in dem der Motor angeordnet ist.

In der Stirnplatte 1 a des umlaufenden Spiralelements ist eine Bohrung 18 vorgesehen, die eine Verbindung zwischen den Arbeitskammern 9, in denen ein Zwischendruck herrscht, und der Gegendruckkammer 17 herstellt.

Durch die Kurbelwelle 7 erstreckt sich eine Ölleitung 19, die über einen Stutzen 28 in einen Ölsumpf 35 amBoden des Behälters 4 und in der Stirnfläche des Kurbelab­ schnitts 7 a mündet. Die Schmierung der Gleitlager 13 und 14 erfolgt durch einen von der Ölleitung 19 abzweigenden Stichkanal 19 a sowie durch eine weitere, in der Kurbelwelle 7 ausgebildete Ölleitung 20 über einen Stichkanal 20 a.

Ein sich durch die Wand des Behälters 4 in eine seitliche Bohrung 30 im stationären Spiralelement 2 erstreckendes Ansaugrohr 23, das an einer Schweißnaht 4 a an der Behälterwand abdichtend befestigt ist, verbindet die Ansaugöffnung 21 mit der Niederdruckseite eines Ver­ dampfers 40 eines Kältekreislaufs, der über Expansions­ ventil 41, einenKondensator 42 und eine Leitung 31 mit einem sich abdichtend durch die Wand des Behälters 4 er­ streckenden Rohr 36 verbunden ist, das in den Hochdruck­ raum im Behälter 4 zwischen dem Motor und dem Rahmen 3 mündet.

Das umlaufende Spiralelement 1 sitzt mit seiner scheiben­ förmigen Stirnplatte 1 a in einer Aussparung mit einem Boden 34 und einer Umfangswand 33. Die scheibenförmige Stirn­ platte 1 a hat eine Umfangswand 51. Zwischen der Umfangs­ wand 51 und der Umfangswand 33 des Rahmens 3 ist ein freier Raum 50 vorhanden, der die Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralelements 1 angetrieben von dem Kurbel­ zapfen 7 a ermöglicht, wobei eine Drehung des umlaufenden Spiralelements 1 um seine eigene Achse durch den Oldham­ keil 5 und den Oldhamring 6 unterbunden wird.

In Betrieb des Spiralkompressors wird der Dampf eines Kältemittels vom Verdampfer 40 über das Rohr 23 und die Ansaugöffnung 21 angesaugt, in den Arbeitskammern 9 ver­ dichtet und durch die zentrale Förderöffnung 10 in den Hochdruckraum 11 abgeführt, von wo aus das komprimierte Kältemittel über den Kanal 32 in den Motorraum des Spiral­ kompressors gelangt und von dort über das Rohr 36 und die Leitung 31 in den Kondensator 42 geführt wird. Das ver­ flüssigte Kältemittel wird dann im Expansionsventil 41 entspannt und im Verdampfer 40 verdampft. Bei diesem Verdichtungsvorgang wird das umlaufende Spiralelement 1 durch den durch die Bohrung 18 in der Gegendruckkammer 17 herrschenden Zwischendruck nach oben gegen das stationäre Spiralelement 2 gedrückt. Dabei wird zwischen dem Boden 34 der Aussparung im Rahmen 3 und der Unterseite 51 der scheibenförmigen Stirnplatte 1 a des umlaufenden Spiral­ elements 1 ein kleiner Spalt gebildet. Dadurch kann Schmiermittel aus der Gegendruckkammer 17 in den freien Raum 50 gelangen.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ändert der freie Raum 50 seine Form zwischen der inneren Wand 33 des Rahmens 3 und der äußeren Umfangsfläche 53 der Stirnplatte 1 a des umlaufenden Spiralelements 1. Das Zentrum 53 der Stirn­ platte 1 a des umlaufenden Spiralelements 1, das eine Um­ laufbewegung in Richtung des Pfeils von Fig. 2 ausführt, läuft um das Zentrum 54 des Rahmens 3 um. Wenn sich die Stirnplatte 1 a in die in Fig. 2 gezeigte rechte Stellung bewegt, hat der freie Raum 50 eine minimale Größe in der Nähe eines Punktes 55 und eine maximale Größe in der Nähe eines Punktes 56, der dem Punkt 55 diametral gegenüber­ liegt. Bei der Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralelements 1 wird der freie Raum 50 an einer dem Punkt 55 nachgeordne­ ten Stelle 57 in Richtung der Umlaufbewegung allmählich kleiner und an einer dem Punkt 55 vorgeordneten Stelle 58 größer. Wenn sich in dem freien Raum 50 Öl befindet, steigt dessen Druck an der Stelle 57 an, was durch den Pfeil 60 des in Fig. 2 eingezeichneten Druckprofils veranschaulicht ist. Diesem Druck muß durch zusätzliche Antriebsleistung entgegengewirkt werden.

Zur Vermeidung eines solchen Druckanstiegs muß nun für eine möglichst schnelle Abführung des Öls aus dem freien Raum 50 im Bereich des Punktes 55 in einen Raum mit größerem Volumen Sorge getragen werden. Dafür ist, wie aus Fig. 3 und 4 zu ersehen ist, in der Bodenfläche 34 des Rahmens 3 eine Ringnut 70 ausgebildet, die an den freien Raum 50 angrenzt. Die Ringnut 70 ist über eine Vielzahl von radialen Nuten 100, die in der Bodenfläche 34 des Rahmens 3 ausgebildet sind, mit der Gegendruckkammer 17 verbunden. Ferner ist in der Stirnplatte 1 a des umlaufenden Spiralelements 1 eine Verbindungsleitung 206 vorgesehen, die den freien Raum 50 mit einer der einen Zwischendruck aufweisenden Arbeitskammern 230 verbindet.

Aufgrund dieser Anordnung ist eine sichere Abführung des Öls aus dem freien Raum 50 im Bereich der größten Ver­ engung entsprechend dem Punkt 55 von Fig. 2 sowohl über die Nuten 100 in die Gegendruckkammer 17 als auch über die Verbindungsleitung 206 zu den einen Zwischendruck auf­ weisenden Arbeitskammern 230 gewährleistet. Der Aufbau eines leistungsmindernden Druckprofils, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wird dadurch in allen Betriebszuständen unter­ bunden, wobei die für die Schmierung erforderliche Öl­ zirkulation aufrechterhalten bleibt.

Claims (1)

1. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit einem stationären Spiralelement und einem umlaufenden Spiral­ element, von denen jedes eine scheibenförmige Stirnplatte und eine davon abstehende Spiralwand aufweist, wobei die Spiralwände unter Bildung von Arbeitskammern mit ver­ änderlichem Volumen ineinandergreifen und Einrichtungen vorgesehen sind, die eine Bewegung des umlaufenden Spiralelements bezüglich des stationären Spiralelements zulassen, ohne daß sich ersteres um seine eigene Achse drehen kann, mit einer Öffnung im Mittelabschnitt und einer Öffnung an der äußeren Umfangsfläche des stationären Spiralelements zum Zu- und Abführen eines Gases in die und aus den Arbeitskammern, mit einer Gegendruckkammer, die von der Rückseite des umlaufenden Spiralelements und einem Rahmen begrenzt wird und über wenigstens eine Bohrung in seiner Stirnplatte mit einer der einen Zwischen­ druck aufweisenden Arbeitskammern in Verbindung steht, und mit einem zwischen einer äußeren Umfangsfläche der Stirnplatte des umlaufenden Spiralelements und einer inneren Wand des Rahmens gebildeten freien Raum, ge­ kennzeichnet durch eine Ringnut (70), die in einer Bodenfläche (34) des Rahmens (3) ausgebildet ist und an den freien Raum (50) angrenzt, durch eine Vielzahl von radialen Nuten (100), die in der Bodenfläche (34) des Rahmens (3) ausgebildet sind und die Ringnut (70) mit der Gegendruckkammer (17) verbinden, und durch eine in der Stirnplatte (1 a) des umlaufenden Spiral­ elements (1) ausgebildete Verbindungsleitung (206), die den freien Raum (50) mit einer der einen Zwischen­ druck aufweisenden Arbeitskammern (230) verbindet.