DE3347509A1

DE3347509A1 - Maschine, insbesondere nach dem schneckenprinzip arbeitende fluid-foerdervorrichtung

Info

Publication number: DE3347509A1
Application number: DE19833347509
Authority: DE
Inventors: Arthur Lee La Cross Wis. Butterworth; James Carl La Crescent Minn. Tischer; Robert Eugen Genoa Wis. Utter
Original assignee: Trane Co
Current assignee: Trane Co
Priority date: 1982-12-27
Filing date: 1983-12-27
Publication date: 1984-06-28
Also published as: CA1202914A; GB2132275A; JPS59131795A; DE3347509C2; FR2538501B1; GB8333750D0; FR2538501A1; US4488855A; JPH0350913B2; GB2132275B

Description

DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INl}. MANfRED BUNIN^

PAI(N t ANWAL Il

5.

Beschreibung :

"Maschine, insbesondere nach dem Schneckenprinzip arbeitende Fluid-Fördervorrichtung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine, insbesondere nach dem Schneckenprinzip arbeitende Fluid-Fördervorrichtung, mit mindestens einem Lager für eine Welle o.dgl. und einer Ölschmiervorrichtung für dieses Lager.

Es ist bekannt (US-PS 4 065 279), das Öl in das Lager hineinfließen zu lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ölschmierung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das öl versprüht und in Form von Nebel mittels Ventilatorelemente durch das (die) Lager bewegt wird.

Auf diese Weise wird erreicht, daß das (die) Lager optimal geschmiert wird (werden).

V/eitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt einer nach dem Schneckenprinzip arbeitenden Fluid-Fördervorrichtung;

Fig. 2 einen Teil derselben in vergrößertem Maßstab; Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1;

Fig. 4 eine Ansicht eines Rahmens, der in der Vorrichtung von Fig. 1 angeordnet ist von oben;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Rahmens und

-Z-

»MV· ·

DIPL.-INQ. DIETbR JANDER DR.-INQ. MANFRED BONINQ PAT(NTANWALIi

6.

Fig. 6 eine Ansicht des Rahmens von unten.

In Fig. 1 ist mit 10 eine nach dem Schneckenprinzip arbeitende Fördervorrichtung bezeichnet. Es handelt sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Kompressor für Kühlmittel. Die Erfindung ist jedoch auch bei einer Pumpe oder einer Vorrichtung zum Expandieren eines gasförmigen Fluids anwendbar. Der Kompressor 4Ό weist ein Gehäuse 11 auf. Ein Rahmen 12 aus gegossenem Aluminium trägt zusammen mit einem Ring 13 die Teile im Innern des Gehäuses. Der Ring 13 erstreckt sich bis zu einem Flansch 14, der auf der Innenseite des Unterteils des Gehäuses 11 angeschweißt ist. Auf diesem Flansch 14 ruht der Ring 13·

Ein Elektromotor 15 sitzt auf der Unterseite des Ringes 13 und des Rahmens 12. Er besteht aus einem Stator 16 und einem Rotor 17. Der Stator 16 ist an dem Ring 13 und dem Rahmen 12 mittels Bolzen 18 befestigt, die in Löcher 19 eingeschraubt sind. Letztere ragen von der Unterseite des Rahmens 12 in diesen hinein. Der Rotor 17 sitzt im Preßsitz auf einer Antriebswelle 20, die den Kompressor 10 in Längsrichtung durchläuft. Die Welle 20 und der Rotor 17 werden in dem Rahmen 12 und dem Stator 16 von einem unteren Hauptlager 25 und einem oberen Hauptlager 26 gehalten. Beide Lager 25 und 26 sind Konuslager; sie weisen konische Rollen 25a und 26a auf.

Am oberen Ende der Welle 20 sitzt eine Platte 27. In dieser befindet sich im Abstand von der Mittelachse und parallel zu dieser ein Stift 28. Dieser verbindet die Platte 27 mit einem Schwingglied 29. Letzteres vollführt kleine Rotationen relativ zu dem Stift 28 und ist derart gelagert, daß es sich frei um den Stift 28 mit nur wenigen Verschwenkungsgraden drehen kann.. Eine der Funktionen des Schwinggliedes 29 ist die Umwandlung der Drehbewegung der Welle 20 und der Platte 27 in eine Orbitalbewegung. Das Schwingglied 29 weist ein Zapfenlager 30 auf, in dem

DIPL.-INQ. DIETfcR JANDER DR.INQ. MAN fRFD BON INQ PA Tf NT AN WAL 7 t

-JOH / 0 U vj

ein Antriebszapfen 31 sitzt, welcher auf der Unterseite einer Schneckenplatte 32 sitzt. Bei einer Drehung der Welle 20 und der Platte 27 nimmt das Schwingglied 29 die Platte 32 derart mit, daß diese einen Orbitalweg vollführt, der einen Radius hat, der gleich der Differenz zwischen dem Zentrum des Zapfens 31 und der Achse der Welle 20 ist. Das Prinzip, nach dem Sehneckenmaschinen arbeiten, ist bekannt, s. z.B. das US-Patent 40 65 279.

Die Axialkraft der Platte 32 wird auf der Unterseite derselben von einem Axiallager 33 aufgefangen, das aus einem Ring besteht, welcher radiale Nuten auf seiner Oberseite aufweist. Dadurch wird eine einwandfreie Schmiermitte!verteilung auf seiner Oberfläche erzielt. Das Lager 33 sitzt in einer oberen Lippe des Rahmens 12.

Die Platte 32 wird in Orbitalbewegungen gebracht und steht in einem festen Winkelverhältnis zu der stationären Schneckenplatte 35. Zu diesem Zwecke sind sogenannte Oldham-Kupplungen 34 vorgesehen. Die Platten 32 und 35 besitzen Wände 40 an den Seiten, die einander zugewandt sind. Diese berühren sich derart, daß Taschen gebildet v/erden, die sich bewegen, wenn sich die Platte 32 bewegt. Dann verändert sich in den Taschen der Druck und das Volumen, während, das Fluid radial nach innen zum Zentrum der Platten wandert. Das Fluid, welches in den Kompressor 10 durch eine Leitung 41 eintritt, strömt zwischen dem Rotor und dem Stator 16 hindurch, ruft dort eine Kühlung hervor, wird durch die Orbitalben^egung der Platte 32 komprimiert und verläßt das Gehäuse 11 durch einen Ausgang 42, der in Verbindung mit dem Zentrum der stationären Platte 35 steht.

Das Gehäuse 11 bildet unten ein Ölreservoir 43. Am unteren Ende der Welle 20 sitzt eine Ölpumpe 44 konischer Form derart, daß bei Drehung der Welle 20 eine Zentrifugalkraft ausgeübt wird,

BAD ORIGINAL

DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BON INO O O H /DUC?

PAfENTANWALTE

welche das Öl innerhalb einer Bohrung 45 der Welle 20 nach oben treibt. Das Öl fließt dann über den Rand eines RohrStückes 46, das in der Platte 27 sitzt.

Die Fig. 2 zeigt im einzelnen die Verteilung des Öls, das aus dem Rohrstück 46 austritt. Ein Teller 47 sitzt an der Unterseite des Schwinggliedes 29. Dieser Teller ist so dimensioniert, daß er die Oberseite der Platte 27 frei hält, wenn er mit dem Schwingglied 29 rotiert. Der Teller 47 ist kreisförmig und besitzt eine Öffnung, die das Rohrstück 46 umgibt. Die Öffnung ist also exzentrisch zum Mittelpunkt des Tellers 47. Das Öl, das aus dem Rohrstück 46 austritt, wird durch die Zentrifugalkraft nach außen geschleudert. Eine bogenförmige Prallwand 48 befindet sich in dem vorspringenden Teil des Tellers 47 unmittelbar unter dem Lager 30, so daß die Prallwand einen Teil des Öls auffängt. Dieses Öl wird nach oben gelenkt und strömt in das offene Ende des Lagers 30. öl, welches nicht von der Prallwand 48 aufgefangen wird, fließt hinter diese und sammelt sich dort an einer Stelle des Tellers 47, die am weitesten entfernt von der Längsachse der Welle 20 ist. Dieses Öl fließt schräg durch einen Durchgang 49 nach oben, der sich in dem Schwingglied 29 befindet, und tritt unmittelbar neben dem Axiallager 33 aus, so daß dieses auf diese Weise geschmiert werden kann. Außerdem strömt das Öl, das durch das Lager 30 fließt, auf der Oberseite des Schwinggliedes 29 aus diesem heraus und wird dann von dem sich drehenden Schwingglied 29 radial nach außen geschleudert. Die Rotationsbewegung des Schwinggliedes 29 und der Platte 27 ist groß genug, um zu bewirken, daß Öl, das von der Unterseite der Platte 32 abtropft, und Öl, das durch das Lager 30 hindurchgeflossen ist, sich in Form eines Nebels verteilt.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen die Form des Rahmens 12. Die Platte 27 und das Schwingglied 29 drehen sich in einer Kammer 50, die durch den oberen Teil des Rahmens 12 gebildet wird. Durch die Rotation des Schwinggliedes 29 und der Platte 27 werden Öl-

copy "■-"■

PlPL ..INQ. DItTER JANDER DR. INt;. MAN F RE D BON I NQ ^JsJH I vJ U O PAI(NI ANWAlTl

-y-«J.

tropfen durch Öffnungen 55 geschleudert, die sich in dem Rahmen 12 befinden und mit der Kammer 50 in Verbindung stehen.

Die konischen Rollager haben die Tendenz, den Schmiermitteldurchfluß zu behindern, wenn Öl den Enden der Rollenelemente zugeführt wird, die radial weiter von der Längsachse der Welle entfernt sind als die anderen Enden der Rollenelemente. Es ist insofern notwendig, Öl derartig dem konischen Rollenlager 26 zuzuführen, daß dieses dem Ende zugeleitet wird, das der Kammer 56 benachbart ist, welche zwischen dem Umfang der Welle 20 und der Innenwand des R.ahmens 12 definiert wird. Das Schmiermittel in Form von Öltröpfchen, die in dem Kühlmittel-Fluid in dem Raum zwischen dem Gehäuse 11 und dem Rahmen 12 dispergiert sind, erreicht das untere Ende des konischen Lagers 26 durch Öffnungen im Rahmen 12 und über die Kammer ^6. Das Kühlmittel-Fluid, welches eingedrungene Öltröpfchen enthält, zirkuliert durch das obere Wellenlager 26 als Folge der Druckdifferenz über dem Lager 26, die durch die Rotation des Schwinggliedes 29 verursacht wird. Die Rotationsbewegung des Schwinggliedes 29 in der Kammer 50 erzeugt einen Ventilatoreffekt und drückt Kühlmittel-Fluid durch die Öffnungen 55. Der geringere Druck in der Kammer 50 zieht das Kühlmittel-Fluid und die Öltröpfchen aus der Kammer 56 durch das Lager 26. Ein Teil des Öls, das durch das Lager 26 zirkuliert, wird erneut aus der Kammer 50 durch die Öffnungen 55 herausgeschleudert, um dann abermals durch die Lager 25 und 26 zu zirkulieren. Der Rahmen 12 besitzt Wände 58, die einerseits zur Verstärkung des Rahmens 12 dienen und andererseits einen Raum definieren, durch den die Öltröpfchen, die in den Kühlmitte!dampf eingedrungen sind, zirkulieren können.

Der untere Teil des Rahmens 12 definiert eine Rotorkammer 59, in dem sich das obere Ende des Rotors 17 und das untere Hauptlager 25 befinden. Mehrere Öffnungen 60 befinden sich in dem waagerechten Teil des Rahmens 12, über die die Kammer 59 mit dem angrenzenden Volumen in Verbindung steht. Die konischen Rollen

COPMv -V₁
BAD ORIGINAL

DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANFRED BON INQ PATENTANWÄLTE

O O H / ö U vj

25a werden von einem gleichen Mechanismus mit Öl versorgt vie er im Zusammenhang mit den konischen Rollen 26a beschrieben v/orden ist. Das obere Ende des Rotors 17 besitzt mehrere radial verlaufende Tabe 61, die zusammen mit dem Rotor 17 um die Längsachse der Welle 20 rotieren, wenn der Motor 15 mit Energie beaufschlagt wird. Die Tabe 61 wirken ebenfalls als Ventilator und erzeugen eine Druckdifferenz über dem Hauptlager 25, so daß Kühlmitte 1-Fluid mit eingebauten Öltröpfchen durch das Lager transportiert wird, so daß dieses geschmiert wird. Das Kühlmittel-Fluid wird durch die Öffnungen 60 aus der Rotorkammer 59 aufgrund der Bewegung der Tabe 61 herausgedrückt, so daß ein etwas geringerer Druck in der Rotorkammer 59 als in der Kammer 56 erzeugt wird. Diese Druckdifferenz zieht Öltröpfchen, die im Kühlmittel-Fluid sind, durch das Lager 25, so daß eine adäquate Schmierung dieses Lagers sichergestellt ist.

Beide Hauptlager 25 und 26 sind so orientiert, daß das Öl in Form von Nebel, der sich in dem Kühlmitteldampf befindet, durch die Lager durch die Zentrifugalkräfte gepumpt wird, die erzeugt werden, wenn sich die konischen Rollen 25a und 26a drehen.

Einige der Öltröpfchen, die die Kammer 50 durch die Öffnungen 55 verlassen, werden nicht durch die Öffnungen 57 gezogen und führen nicht zu einer Schmierung der Lager 25 und 26. Dieses Öl sammelt sich an der Außenseite des Rahmens 12 und der Innenwand des Gehäuses 11. Es fließt durch mehrere nicht dargestellte Öffnungen in dem Ring 13 in das Reservoir 43.

Die Rotoren einiger handelsüblicher Motoren besitzen keine Tabe 61. Aber auch ein Rotor ohne solche Tabe erzeugt einen Ventilatoreffekt. Selbst eine kleine Druckdifferenz bewirkt, daß ein Teil der öltröpfchen, die in die Kammer 56 eintreten, sich am Boden der Kammer niederschlagen und durch das Lager 25 aufgrund der Gavitation hindurchgezogen wird.

'BAD ORIGINAL

DIPL-INQ. DIETER JANDER DR.-I NQ. MAN I RE [) BON INQ OO4 /5(JSj

DR.-I NQ. MAN I RE [) BON INQ Patentanwalt e

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeugen die Tabe 61 und das Schwingglied 29 Druckdifferenzen über den Lagern 25 und 26. Bs können jedoch auch andere Maßnahmen zur Urzeugung einer Druckdifferenz angewandt werden. .So kann beispielsweise die Platte 27 derart verändert werden, daß sie lippenförmig ist, oder derart, daß sie Flügel aufweist, um auf diese Weise einen größeren Ventilatoreffekt zu erzeugeny'mittels des Schwinggliedes 29.

Das Schmiersystem gemäß der Erfindung kann natürlich auch bei anderen Typen von Lagern für die Antriebswelle verwendet werden, z.B. Kugel- oder Rollenlager.

Die große Bohrung in der Welle 20 verhindert eine Verstopfung des Zuflusses.

Durch die Erfindung wird eine einwandfreie Schmierung aller Lager, nämlich des Axiallagers 33 für das Schwingglied, der Zapfenlager 28 und 30 und der Wellenlager 25 und 26 erzielt. Da diese Lager unterschiedliche Schmierungen benötigen und räumlich getrennt voneinander sind, ist die Schmierung anders als in der erfindungsgemäßen Art und Weise schlecht zu lösen: So benötigen Rollenlager nur eine sehr geringe Schmierung; bei zu starker Schmierung erfahren sie eine allzu große Abnutzung. Ein Axiallager hingegen (s. das Lager 33) benötigt eine hohe Schmierung. Hinzu kommt, daß bei schräg angeordneten Lagern mit konischen Rollen (s. die Lager 25 und 26) das öl nur dann durch diese Lager gefördert wird, wenn es an demjenigen Ende eingeführt wird, das der Welle näher liegt, denn dann treibt die Zentrifugalkraft das Öl durch das Lager. Liegt das Einführende unten, versagen alle Oleinführmethoden bis auf die erfindungsgemäße .

Bemerkenswert ist bei der Erfindung, daß keine oder praktisch keine Aufteilung der Ölströme erfolgt. Es ist vielmehr so, daß

DIPL-INQ. DIETER JANDER DR₁-INCMANFREDBDNINc; O O 4 / b U O PATENTANWÄLTE

das Öl zunächst das Lager 30 und das Lager 33 versorgt und anschließend erst zerstäubt wird, um die Lager 25 und 26 zu beaufschlagen. Es handelt sich also bei der erfindungsgemäßen Schmiermethode um eine sehr wirkungsvolle und den verschiedenen Gegebenlieiten angepaßte Schmierung. Ein Teil des Öls durchläuft, bevor es in das Reservoir 43 zurückfällt, zunächst die beiden Hauptlager 25 und 26.

DJ: SM

Claims

Ansprüche

Maschine, insbesondere nach dem Schneckenprinzip arbeitende Fluid-Fördervorrichtung, mit mindestens einem Lager für eine Welle o.dgl. und einer Öl-Schmiervorrichtung für dieses Lager, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl versprüht und in Form von Nebel mittels Ventilatorelemente (27,29;61) durch das (die) Lager (25,26) bewegt v/ird.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dfi:3 diesseits und jenseits des Lagers (25,26) Räume (50,56,59) sind, in denen sich der ölnebel ausbreiten kann.
3· Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ventilatorelemente (27,29J61) in dem einen Raum (50;59) befinden.

Postscheckkonto Berlin West Konto 1743 84-100

Berliner Bank AG., Konto 01 10921 900

DIPL.-INO· DIETER JANDER DR.-INQ. MAN FRED BÖNINQ

PATENTANWÄLTE
4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilatorelemente (27,29;61) einen Saugeffekt auf den Nebel ausüben.
5- Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölnebel ganz oder zum Teil im Kreislauf geführt wird, wobei ein eventueller anderer Teil des Öls in ein Öl-Reservoir (43) zurücktropft.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl durch die sich mit der Welle (20) mitdrehenden Teile (27,29) versprüht wird.
7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rahmen (12) vorgesehen ist, der das (die) Lager (25,26) trägt und mindestens einen der Räume (50,56,59) bildet.
8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennze ichne t, daß der Rahmen (12) Öffnungen (55,57,60) aufweist, über die die Räume in Verbindung miteinander stehen.
9· Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölnebel von dem Fluid durchsetzt ist bzw. transportiert wird.
10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e -

k ennz e i chn e t, daß die Ventilatorelemente (27,29;61) durch die ohnedies vorhandenen Teile (27,29) gebildet werden und/oder an solchen (17) sitzen.
11. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (12) von einem weiteren Raum umgeben ist, mit dem bzw. über den die anderen Räume über die Öffnungen (55,57,60) miteinander in Verbindung stehen.

DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR. I NQ. M AN FRE D BUN I NO O OH / O U ö

PATENTANWÄLTE
12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der ölnebel nach seiner Entstehung zunächst in den weiteren Raum gefördert wird.
13· Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwingglied (29), welches die Drehbewegungen der Welle (20) in eine Orbitalbewegung einer Schneckenplatte (32) umformt und dessen Umfang unterschiedliche Abstände von seinem Drehzentrum besitzt, ein Ventilatorelement bildet.
14. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotor (17) eines Elektromotors (16,17) ein Ventilatorelement bildet.
15. Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichn e t, daß der Rotor (17) mit VorSprüngen, insbesondere Taben (61) versehen ist, die vorzugsweise auf seiner Oberseite sitzen.
16. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch zwei Wellenlager (25,26) und einen Raum (56), der beiden Lagern (25,26) benachbart ist.
17. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (20) eine einzige, sie weitgehend ausfüllende Bohrung (45) für den Öltransport aufweist.
18. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl durch ein Axiallager (33) für die bewegbare Schneckenplatte (32) und durch ein Zapfenlager (31) zwischen Schwingglied (29) und bewegbarer Schneckenplatte (32) strömt.

BADORiQINAL.

DIPL.-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MAN FRED BÜNINQ ^ v^ *+ / ^J U \J

PATfNTANWALTE

4 -
19. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlager (25,26) konische Rollen (25a,26a) aufweisen, deren größere Enden vorzugsweise einen größeren Abstand von der Drehachse der Welle (20) aufweisen als deren kleinere Enden und deren kleinere Enden einan- ■ der zugewandt sind, und daß der Ölnebel, bevor er die Lager (25,26) beaufschlagt, in die zwischen den Lagern (25,26) befindliche Kammer (56) geleitet wird.
20. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (12) einen mittleren engeren Teil, der den mittleren Raum (56) umgibt, und zwei größere äußere Teile bildet, von denen der eine das Schwingglied (29) und der andere das obere Ende des Rotors (17) aufnimmt, und daß sich die beiden Wellenlager (25,26) etwa im Bereich zwischen diesen Teilen befinden.
21. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sich unterhalb des Schwinggliedes (29) ein an diesem befestigter Teller (47) mit einer Prallwand (48) befindet, daß die Prallwand (48) das auf den Teller (47) fließende Öl teilweise in das Zapfenlager (30) umlenkt und teilweise weiterfließen läßt, so daß es sich hinter der Prallwand (48) sammeln und durch einen schrägen Kanal (49) nach oben zu dem Axiallager (33) strömen kann.
22. Maschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl, \\^relches die beiden Lager (30,33) zu versorgen hat, von dem Schwingglied (29) und einer zwischen Welle (20) und Schwingglied (29) befindlichen Platte (27) zerstäubt wird.

OOPY"