DE3506375A1 - Schneckenkompressor - Google Patents

Description

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Beschreibung : "Schneckenkompressor"

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneckenkompressor zur Kompression eines Fluids, bestehend aus zwei Platten, die mit ineinandergreifenden Evolventen-Wänden versehen sind, welche Taschen bilden, aus Antriebselementen mit einer Antriebswelle, die die eine Platte über eine Exzenterverbindung in eine Orbitalbewegung relativ zu der anderen Platte versetzen kann, bei der das in den Taschen befindliche Fluid komprimiert wird, und aus einem Raum, in dem die Antriebselemente vorzugsweise abgedichtet untergebracht sind.

Bei bekannten Kompressoren dieser Art befindet sich ein Durchgang für das abfließende, komprimierte Fluid in der stationären Platte (US-PSn 4 365 941 und 4 389 171, japanische Offenlegungsschrift 57-70984). Hierbei sind die Herstellungskosten hoch (japanische Offenlegungsschrift 57-70984, US-PS 4 365 941), bzw. es liegt ein störender Wärmeübergang zwischen dem kalten Fluid auf der Ansaugseite und dem heißen, abströmenden, komprimierten Fluid vor (US-PS 4 389 171).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs erwähnten Kompressor derart auszubilden, daß die Herstellungskosten reduziert sind und der erwähnte Wärmeübergang vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich im Bereich des Zentrums der Evolventen-Wand der beweglichen Platte ein diese durchdringender Durchgang befindet, durch den das komprimierte Fluid in den Raum abfließen kann.

Die Herstellung des Durchganges durch die bewegliche Platte ist sehr einfach und billig realisierbar. Andererseits wird das abströmende Gas derart geführt, daß ein Wärmeübergang von ihm zum Sauggas gar nicht möglich ist.

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Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß sich in dem Druckraum ein Öl-Reservoir befindet, daß Öl zum äußeren Ende der Evolventen-Wände gefördert werden kann, daß das Öl zusammen mit dem Fluid durch den Durchgang transportiert wird und daß wenigstens ein beachtlicher Teil des Öls zu einem oder mehreren Lagern gelangt.

Die erfindungsgemäße Konzeption macht also eine neue und vorteilhafte Schmiermittelführung möglich. Es wird auf diese Weise primär erreicht, daß die Dichtung und die Reibung zwischen den Evolventen-Wänden verbessert wird. Bevor das Öl zu den Lagern geführt wird, muß es natürlich von dem Fluid getrennt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schneckenkompressors,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1 und Fig. 3 den oberen Teil der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Mit 10 ist ein Schneckenkompressor bezeichnet. Dieser besteht aus einem oberen Gehäuseteil 11, das dicht mit einem unteren Gehäuseteil 12 verbunden ist. An letzterem sitzt ein Flansch, der den unteren Rand des Gehäuseteils 11 umgreift und mit diesem verschweißt ist. In dem Flansch 13$ gehalten durch das obere Gehäuseteil 11, sitzt ein Tragrahmen 14. Ein O-Ring 15 befindet sich zwischen dem unteren Rand des oberen Gehäuseteils 11 und dem Rand des Tragrahmens 14 und dient als Dichtung. In gleicher Weise ist der erste Tragrahmen 14 mit einem zweiten Tragrahmen verbunden, wobei die Verbindung mittels eines O-Ringes 17 abgedichtet ist.

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Der erste Rahmen 14 und der zweite Rahmen 16 tragen eine stationäre Schneckenplatte 18. Diese befindet sich innerhalb des oberen Gehäuseteils 11. Figur 2 zeigt vier Bolzen 19» die die stationäre Schneckenplatte 18 mit dem zweiten Tragrahmen 16 verbinden. Eine Druckdichtung 20 sitzt auf einem Dichtring 20a, der seinerseits auf dem zweiten Tragrahmen 16 ruht, wobei sich auf der Druckdichtung 20 eine Schneckenplatte 21, die Orbitalbewegungen ausführen kann, abstützt. Durch diese Druckdichtung wird das Volumen innerhalb der Gehäuseteile 11 und 12 in einen oberen Teil und einen unteren Teil geteilt. Die Unterseite der beweglichen Schneckenplatte 21, die über den Dichtring 20 übersteht, ist dem Druck innerhalb des oberen Gehäuseteils ausgesetzt. Der Teil der Oberfläche, der innerhalb des Dichtringes 20 liegt, ist dem Druck in dem unteren Gehäuseteil ausgesetzt. Das Verhältnis des Bereiches, der von der Druckdichtung 20 eingeschlossen wird, zu dem Bereich, der außerhalb derselben liegt, bestimmt den axialen Druck, der auf der beweglichen Schneckenplatte 21 lastet, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird.

Unmittelbar unter der beweglichen Schneckenplatte 21 befindet sich eine Kurbel 22, die an der Oberseite einer Antriebswelle 23 sitzt. Die Antriebswelle wird von einem Elektromotor angetrieben, der aus einem Rotor 24 und einem Stator 25 besteht. In dem unteren Gehäuseteil 12 befindet sich ein dritter Tragrahmen 26, der den Motor unten abfängt. Das untere Ende der Antriebswelle 23 sitzt in einem Lager 27, das sich in dem dritten Tragrahmen 26 befindet. Das obere Ende der Antriebswelle 23 und damit die Kurbel 22 werden gehalten und zentriert durch ein Rollenlager 28, das sich in dem zweiten Tragrahmen 16 befindet. In der Kurbel 22 befindet sich exzentrisch relativ zu der Längsachse der Welle 23 ein Lager 29 für einen Zapfen 35, der auf der Unterseite der beweglichen Schneckenplatte 21 sitzt.

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Eine Drehung des Rotors 24 und der Welle 23 bewirkt, daß die Achse des Zapfens 35 eine Kreisbewegung um die Längsachse der Antriebswelle 23 beschreibt. Diese Rotationsbewegung wird in eine Orbitalbewegung der beweglichen Platte 21 umgewandelt, da der Zapfen 35 sich in dem Lager 29 dreht. Das Winkelverhältnis zwischen der beweglichen Schneckenplatte 21 und der stationären Schneckenplatte 18 wird durch eine Oldham-Kupplung üblicher Bauart aufrechterhalten, die Gleitblöcke 51,einen Kupplungsring 52 und Schlitze 53 in der beweglichen Schneckenplatte 21 aufweist. Nur zwei Gleitblöcke 51 sind in den Figuren dargestellt. Jedoch sind üblicherweise zwei weitere Gleitblöcke vorgesehen, die auf einer Linie liegen, die senkrecht angeordnet ist zu der Linie zwischen den Gleitblöcken 51» die dargestellt sind. Die Gleitblöcke, die nicht zu sehen sind, sitzen auch an dem Kupplungsring 52, jedoch auf der anderen Seite desselben. Sie gleiten innerhalb von Schlitzen (nicht dargestellt), die in dem zweiten Trägerrahmen 16 angeordnet sind.

An der beweglichen Schneckenplatte 21 sitzt ein Evolventen-Element 30, das sich zur gegenüberliegenden Fläche der stationären Platte 18 hin erstreckt. Ein ähnliches Evolventen-Element 31 sitzt an der stationären Platte 18 und erstreckt sich zu der gegenüberliegenden Fläche der beweglichen Schneckenplatte 21 hin. Die sich berührenden Oberflächen der Elemente 30 und 31 definieren Fluid-Taschen 33a, 33b und 33c, s. Fig. 2. Die Orbitalbewegung der Platten 18 und 21 relativ zueinander bewirkt, daß die Fluid-Taschen 33 sich um die Achse der Elemente 30 und 31 bewegen, und zwar zum Zentrum der Evolventen hin. Dabei werden sie kleiner, was dazu führt, daß das Fluid, das sich in den Taschen befindet, komprimiert wird.

Das Fluid, welches von dem Kompressor 10 komprimiert werden soll, tritt in das Gehäuse 11,12 durch eine Saugleitung 34 ein. Das angesaugte Fluid umgibt die stationäre Schneckenplatte und steht

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über mehrere Saugkanäle 35, die sich in einem Druckring 43 befinden, in Verbindung mit dem Bereich, der die äußeren Enden der Evolventen-Elemente 30 und 31 umgibt. Das angesaugte Fluid sammelt sich in den Taschen 33, die sich bilden, wenn die Flächen der Evolventen-Elemente 30 und 31 in Kontakt miteinander treten. Wenn das komprimierte Fluid das Zentrum der Elemente 30,31 erreicht, also in die Tasche 33c gelangt, fließt es durch eine Abflußleitung 36 im Zentrum des Zapfens 35 ab. Die Leitung 36 verbindet die Tasche 33c mit einer Kammer 37 innerhalb der Kurbel 22.

Der obere Teil des Volumens innerhalb des Gehäuseteils 11 befindet sich also unter Saugdruck, während das untere Volumen innerhalb des Gehäuseteils 12 unter Kompressionsdruck steht. Dieser Druck wirkt auf die untere Fläche der beweglichen Schneckenplatte 21 über einen Bereich, der durch den Radius des Druckringes 20 bestimmt ist. Je größer der Radius des Druckringes 20 ist, um so größer ist der Axialdruck auf die bewegliche Schneckenplatte 21, der diese gegen die stationäre SchiBckenplatte 18 drückt. Der axiale Druck, der erforderlich ist, um eine adäquate Dichtung der Scheitel der Evolventen-Elemente 30 und 31 im Zusammenwirken mit den Platten 18 und 21 zu erhalten, ist leicht bestimmbar, indem man den Radius der Druckdichtung 20 auswählt, da die Saug- und Kompressionsdrucke, die auf zwei Bereiche der Schnekkenplatte 21 wirken, durch die Konstruktion der Teile, insbesondere durch die Größe der Druckdichtung 20 bestimmt sind.

Die Führung des komprimierten Fluids durch den Zapfen 35 in der Kurbel 22 ist vorteilhafter als die Führung des komprimierten Fluids durch eine Leitung in der stationären Schneckenplatte, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Indem das komprimierte Fluid durch die Leitung 36 strömt, wird eine Wärmeübertragung zwischen dem angesaugten Fluid und dem heißen, komprimierten Abfluß-Fluid vermieden. Bei den bisher bekannten Konstruktionen, bei denen das komprimierte Fluid durch die stationäre Schneckenplatte 18 geführt wird, ist ein Rohr vorgesehen,

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das von einer Mündung in der stationären Platte zu einer Öffnung in dem Gehäuse führt. In diesem Rohr findet eine Wärmeübertragung zwischen dem heißen, komprimierten Fluid und dem angesaugten Fluid statt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird dieser Nachteil vermieden.

Der Weg des komprimierten Fluids im Anschluß an die bewegliche Schneckenplatte 21 ist in Fig. 3 durch die weißen Pfeile dargestellt. Nachdem das Fluid die Öffnung 38 durchflossen hat, fließt es durch einen Ringspalt zwischen dem Rotor 24 und dem Stator und kühlt dabei den Motor. Das komprimierte Fluid strömt dann durch Ausflußöffnungen 40, die sich in dem dritten Trägerrahmen 26 befinden. So gelangt es in eine Kammer 41. Dann fließt es durch eine Abflußleitung 42 nach draußen.

Der untere Teil des Gehäuseteils 12 weist ein Öl-Reservoir 45 auf. Von diesem wird Öl durch eine Leitung 46, die mittels angeschraubter Fittings 48 mit dem ersten Tragrahmen 14 und mit der stationären Schneckenplatte 18 verbunden ist, geführt. Das in dem Reservoir 45 befindliche Öl unterliegt dem Druck auf der Kompressionsseite, während die Enden der Leitung 49 dem Saugdruck unterliegen. Diese Druckdifferenz treibt Öl durch die Leitung Die Bohrung in der Leitung 46 ist relativ klein, so daß der Ölstrom entsprechend reduziert ist. Er kann durch die Wahl des Durchmessers der Bohrung auf ein bestimmtes Maß gebracht werden. Das durch die Leitung 49 gepreßte Öl wird auf die Gleitfläche eines Drucklagers 50 verteilt, das zwischen einem Druckring 43 und der Oberseite der beweglichen Schneckenplatte 21 angeordnet ist. Die Relativbewegung der beweglichen Schneckenplatte 21 gegenüber dem Drucklager 50 bewirkt, daß Öl um das Lager herum verteilt wird. Der Fluß des Saugfluides durch die Leitungen 35 nimmt überschüssiges Öl in die Taschen 33 mit. Das mit dem Fluid vermischte Öl wird auf diese Weise durch den Kompressionszyklus transportiert, aus der Tasche 33c ausgetrieben und über die Ab-

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flußleitung 36 in die Kammer 37 transportiert. Die Zentrifugalkraft, die aus der Drehung der Kurbel 22 resultiert, wirkt auf das Öl in der Kammer 37, so daß es an der Kammerwand hochfließt und das Lager 29 schmiert. Die Drehbewegung der Kammer 37 bewirkt also eine Trennung des Schmiermittels von dem komprimierten Fluid. Die schwarzen Pfeile in Fig. 3 zeigen den Ölstrom.

Das Öl fließt durch das Lager 29 und wird dann radial nach außen zur Druckdichtung 20 geworfen, so daß die Unterseite der beweglichen Schneckenplatte 21 mit einem Ölfilm bedeckt wird. Dieser Ölfilm verbessert die Dichtwirkung der Druckdichtung 20. Außerdem wird auf diese Weise die Reibung zwischen der Dichtung und der Unterseite der beweglichen Schneckenplatte 21 reduziert. Dann strömt das Öl durch das Rollenlager 28 nach unten und tropft schließlich in das Reservoir 45 durch den Ringschlitz 39 hindurch.

Das Öl, das sich in dem Saugfluid befindet, verbessert weiterhin die Dichtung zwischen den Evolventen-Elementen 30 und 31 und an den Scheiteln derselben, so daß an den Scheiteln keine zusätzlichen Dichtungen erforderlich sind. Der Ölfilm an den Gleitflächen der Evolventen reduziert ferner die Reibung, was zu einem höheren Wirkungsgrad des Kompressors 10 führt. Ein weiterer Vorteil des Abflusses des komprimierten Fluids durch die bewegliche Schneckenplatte hindurch besteht somit darin, daß das mitgeführte Öl ohne weiteres von dem komprimierten Fluid getrennt werden kann.

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Claims (17)

Ansprüche :

1. Schneckenkompressor zur Kompression eines Fluids, bestehend aus zwei Platten, die mit ineinandergreifenden Evolventen-Wänden versehen sind, welche Taschen bilden, aus Antriebselementen mit einer Antriebswelle, die die eine Platte über eine Exzenterverbindung in eine Orbitalbewegung relativ zu der anderen Platte versetzen kann, bei der das in den Taschen befindliche Fluid komprimiert wird, und aus einem Raum, in dem die Antriebselemente vorzugsweise abgedichtet untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Bereich des Zentrums (33c) der Evolventen-Wand (30) der beweglichen*Platte (21) ein diese durchdringender Durchgang (36) befindet, durch den das komprimierte Fluid in den Raum (41) abfließen kann.

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PATENTANWÄLTE

2. Schneckenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum auch die Platten (18,21) untergebracht sind und daß der Raum in einen Saugraum und einen Druckraum (41) unterteilt ist.

3. Schneckenkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugraum und der Druckraum durch einen Trägerrahmen (14,16) voneinander getrennt sind, der die Platten (18,21) trägt und am Gehäuse (11,12) dicht befestigt ist.

4. Schneckenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß an der beweglichen Platte

(21) ein Antriebszapfen (35) sitzt, durch den vorzugsweise axial der Durchgang (36) hindurchgeht.

5. Schneckenkompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Antriebswelle eine Kurbel (22) mit einer Kammer (37) und einer Bohrung (38) in der Wand der Kammer (37) sitzt, durch die das komprimierte Fluid abfließen kann.

6. Schneckenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Platte (21) von der Kurbel

(22) angetrieben wird.

7. Schneckenkompressor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Platte (21) in dem Trägerrahmen (14,16) über eine druckdichte Lagerung gelagert ist.

8. Schneckenkompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einströmleitung (34) in den Saugraum und eine Abflußleitung (42) in den Druckraum (41) mündet.

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9. Schneckenkompressor nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (37) neben dem Zapfen (35), insbesondere unterhalb des Zapfens (35), angeordnet ist.

10. Schneckenkompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Druckraum (41) ein Öl-Reservoir (45) befindet, daß Öl zum äußeren Ende der Evolventen-Wände (30,31) gefördert werden kann, daß das Öl zusammen mit dem Fluid durch den Durchgang (36) transportiert wird und daß wenigstens ein beachtlicher Teil des Öls zu einem oder mehreren Lagern (29,20a,28) gelangt.

11. Schneckenkompressor nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebszapfen (35) in einem Lager (29) der Kurbel (22) gelagert ist.

12. Schneckenkompressor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl an der Wand der Kammer (37) aufgrund der Zentrifugalkraft hochfließt.

13· Schneckenkompressor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl anschließend durch das Lager (29) des Zapfens (35) fließt und dann radial nach außen geschleudert wird.

14. Schneckenkompressor nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Öl auf die bewegliche Platte (21) trifft, dann durch ein Lager (28) für die Antriebswelle fließt und schließlich zum Öl-Reservoir zurückfließt.

15. Schneckenkompres|k>r nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl die Dichtung (20a) zwischen beweglicher Platte (21) und Trägerrahmen (14,16) trifft, und zwar vorzugsweise bevor es das Lager (28) für die Antriebswelle durchfließt.

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16. Schneckenkompressor nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbel (22) einen ersten Abschnitt aufweist, der sich an die Antriebswelle anschließt, die Kammer (37) enthält und vorzugsweise einen etwas größeren Außendurchmesser besitzt als die Antriebswelle, und daß sich an diesen Abschnitt ein zweiter Abschnitt anschließt, dessen Außendurchmesser größer als der des ersten Abschnittes ist, der innen den Zapfen (35) aufnimmt und außen in dem Trägerrahmen (14,16) gelagert ist.

17. Schneckenkompressor nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl aufgrund der Differenz der Drucke in den beiden Räumen vom Reservoir (45) durch eine Leitung (46) zu den äußeren Enden der Evolventen-Wände (30,31) gefördert wird.