DE3529929C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralkompressor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem solchen, aus den Fig. 10 bis 13 der nicht vor­ veröffentlichten DE-OS 34 45 321 bekannten Spiralkompressor ist zwischen einer Gegendruckkammer, die zwischen dem umlaufenden Spiralelement und dem Rahmen ausgebildet und mit einer unter Zwischendruck stehenden Arbeitskammer verbunden ist, und einer ansaugseitigen Arbeitskammer im stationären Spiralelement ein Ventil vorgesehen, das auf einer Stirnseite vom Förderdruck über die Förderkammer und auf der anderen Stirnseite von einer Feder und dem Zwischendruck beaufschlagt ist. Das Ventil ist über eine Bohrung mit dem in die ansaugseitige Arbeitskammer führen­ den Kanal verbunden, wenn der Förderdruck niedriger ist als die Summe aus Zwischendruck und Vorspannkraft der Feder.

Bei dem bekannten Spiralkompressor besteht die Gefahr, daß dann, wenn die Zwischendruckkammer mit der ansaugseitigen Arbeitskammer verbunden ist und der Druck nur zeitweise absinkt, die Kraft, die das umlaufende Spiralelement gegen das stationäre Spiralelement drückt, stark verringert wird, so daß sich an den Stirnseiten der Spiralwände, mit denen sie mit den Stirnplatten der Spiralelemente in Kontakt stehen, ein Spalt bildet, durch den verdichtetes Gas entweicht, wodurch der Kompressionswirkungsgrad ver­ schlechtert wird. Außerdem wird bei dem bekannten Spiral­ kompressor der Druck in der Zwischendruckkammer in die ansaugseitige Arbeitskammer freigegeben, während sich der Zwischendruck in der Zwischendruckkammer ausbildet, wo­ durch das Ansprechen auf diesen Druck sehr langsam erfolgt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, den gattungsgemäßen Spiralkompressor so auszubilden, daß ein an den Förderdruck angepaßter axialer Anpreßdruck zwischen dem umlaufenden und dem stationären Spiralelement gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei dem Spiralkompressor der gattungs­ gemäßen Art mit den im kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst, die in den Unteransprüchen 2 und 3 vorteilhaft weitergebildet sind.

Mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten Spiralkompressor wird die Zwischenkammer abhängig vom jeweiligen Förderdruck mit einer ansaugseitigen Arbeitskammer oder mit einer näher an der Förderseite liegenden Arbeitskammer verbunden, so daß immer eine ausreichende Kraft vorhanden ist, die die Stirnseite der Spiralwände des umlaufenden Spiralelements gegen die Stirnplatte des stationären Spiralelements drückt. Da das Ventil die Verbindung von der Zwischen­ druckkammer zu der Arbeitskammer näher an der Förderseite oder näher an der Ansaugseite jeweils von der anderen Seite her umschaltet, kann die Zwischendruckkammer schnell mit dem Druck der jeweiligen Arbeitskammer beaufschlagt werden, so daß ein schnelles Ansprechen auf Förderdruckänderungen im Hinblick auf die erforderliche Abdichtung und das dadurch erreich­ bare Kompressionsverhältnis gewährleistet ist.

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

Fig. 1 einen Spiralkompressor im Axialschnitt,

Fig. 2 in einer Einzelheit des Kompressors im Axialschnitt das Ventil in einer zweiten Stellung,

Fig. 3 perspektivisch den Ventilkörper des Ventils von Fig. 2 und

Fig. 4 in einer Ansicht wie Fig. 2 das Ventil in einer ersten Stellung.

Der in Fig. 1 gezeigte Spiralkompressor besteht aus einem luftdicht abgeschlossenen Behälter 1, in dessen oberem Teil sich ein Kompressorabschnitt 2 und in dessen unterem Teil sich ein Motorabschnitt 3 befindet. Der Kompressorabschnitt 2 besteht aus einem umlaufenden Spiralelement 6 und einem stationären Spiralelement 7. Das umlaufende Spiralelement 6 hat eine Stirnplatte 6 a, von der senkrecht eine Spiralwand 6 b absteht. Das stationäre Spiralelement 7 ist an einem gehäusefesten Rahmen 5 festgelegt und besteht aus einer Stirnplatte 7 a, von der vertikal eine Spiralwand 7 b absteht. Die Spiralwände 6 b und 7 b der beiden Spiralelemente 6, 7 greifen unter Bildung von Arbeitskammern 13 ineinander. Die Stirnplatte 6 a hat auf ihrer der Spiralwand 6 b gegen­ überliegenden Seite eine Nabe 6 c, in die ein Kurbelzapfen 4 b einer Kurbelwelle 4 eingreift, die sich durch den Motor­ abschnitt 3 in einen unten im Gehäuse 1 befindlichen Öl­ sumpf 9 erstreckt, so daß in einem in der Kurbelwelle 4 an­ geordneten Ölkanal 4 a Öl zu den nicht gezeigten Lagern für deren Schmierung gefördert werden kann.

In der Stirnplatte 6 a des umlaufenden Spiralelements 6 ist eine Bohrung 10 ausgebildet, die in eine Arbeitskammer 13 mündet, in der ein zwischen Ansaugdruck und Förderdruck liegender Zwischendruck herrscht. Die Bohrung 10 mündet in eine Zwischendruckkammer 8.

Wenn die Kurbelwelle 4 in Drehung versetzt wird, führt das umlaufende Spiralelement 6 durch Eingriff des Kurbelzapfens 4 b in die Nabe 6 c eine Umlaufbewegung aus, ohne sich um seine eigene Achse zu drehen. Dabei wird durch ein sich durch das Gehäuse 1 abdichtend erstreckendes Ansaugrohr 11 ein zu komprimierendes Gas angesaugt und in den Arbeits­ kammern 13 verdichtet, deren Volumen zur Mitte hin ab­ nimmt. Das verdichtete Gas tritt durch die zentrale Aus­ laßöffnung 7 c in der Stirnplatte 7 a des stationären Spiral­ elements 7 in eine Förderkammer 14 zwischen dem stationären Spiralelement 7 und dem Oberteil des Gehäuses 1 aus. Das verdichtete Gas gelangt über einen Kanal 7 d an der äußeren Umfangswand des stationären Spiralelements 7 und einen Kanal 5 a an der äußeren Umfangsfläche des Rahmens 5 in den Raum des Motorabschnitts 3, wo es durch äußere Umfangs­ kanäle 3 a und 3 b strömen kann, und wird aus dem Gehäuse 1 durch den Förderstutzen 12 abgeführt.

Das umlaufende Spiralelement 6 wird durch den Zwischendruck gegen das stationäre Spiralelement 7 gedrückt, wodurch die Abdichtung der Stirnflächen der Spiralwände 6 b und 7 b mit den gegenüberliegenden Stirnplatten 7 a bzw. 6 a erfolgt.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist zwischen der Zwischen­ druckkammer 8 und dem stationären Spiralelement 7 ein Rohr 118 angeordnet. Wie aus Fig. 2 und 4 zu ersehen ist, ver­ bindet das sich durch die Förderkammer 14 erstreckende Rohr 118 die Zwischendruckkammer 8 mit einer Ventilkammer 114 in der Stirnplatte 7 a des stationären Spiralelements 7. Die Ventilkammer 114 ist auf einer Stirnseite über einen Kanal 119 mit einer ansaugseitigen Arbeitskammer 13 a ver­ bunden. Die gegenüberliegende Stirnseite wird von einem Anschlagring 117 gebildet, durch den über einen Kanal 112 eine Verbindung mit der Förderkammer 14 besteht. Über einen weiteren Kanal 120 ist die Ventilkammer 114 mit einer näher an der zur Förderkammer 14 führenden zentralen Auslaßöffnung 7 c (Fig. 1) verbunden.

Die Ventilkammer 114 ist zylindrisch ausgebildet. In ihr ist gleitend verschiebbar ein Ventil 113 angeordnet, das einen Ventilkörper 115 hat, der in Fig. 3 gezeigt ist. Der Ventilkörper 115 hat auf seiner einen Stirnseite eine vom Förderdruck beaufschlagte Fläche 115 a und auf seiner anderen Stirnseite eine mit dem Zwischendruck beaufschlagte Fläche 115 b. In der Umfangsfläche zwischen den beiden Stirnseiten ist eine Ringnut 115 d vorgesehen. Die Ringnut 115 d ist über eine Ventilbohrung 115 e mit der Fläche 115 b verbunden. Von der Fläche 115 b erstreckt sich ein Sitzteil 115 c aus, das so gestaltet ist, daß es die in die Ventilkammer 114 stirnseitig mündende Öffnung des Kanals 119 verschließen kann. Das Sitzteil 115 c ist von einer Feder 116 umgeben, die sich an der einen Stirnseite der Ventilkammer 114 und an der Fläche 115 b des Ventilkörpers 115 abstützt. Die Feder 116 spannt den Ventilkörper 115 in Richtung des Anschlagrings 117 vor.

Wenn der Ventilkörper 115 des Ventils 113 sich in der in Fig. 2 gezeigten Stellung befindet, in der das Sitzteil 115 d den Kanal 119 abschließt, ist die Zwischendruckkammer 8 über das Rohr 118, die Ventilbohrung 115 e, Ringnut 115 d und den weiteren Kanal 120 mit der näher an der Auslaß­ öffnung 7 c liegenden Arbeitskammer 13 b verbunden. Wenn der Ventilkörper 115 des Ventils 113 in die in Fig. 4 gezeigte Stellung verschoben ist, steht die Zwischendruckkammer 8 über das Rohr 118 und über den Kanal 119 mit der ansaug­ seitigen Arbeitskammer 13 a in Verbindung, da der Ventil­ körper 115 den weiteren Kanal 120 abschließt.

Da die Drücke in dem Kompressor normalerweise beim Anlauf des Kompressors ausgeglichen sind, ist der Ventilkörper 115 des Ventils 113 in die Position durch die Feder 116 ver­ schoben, in der er den Anschlagring 117 berührt, was in Fig. 4 gezeigt ist. In diesem Zustand ist das Rohr 118 mit der ersten Öffnung 119 verbunden. Das heißt, daß die Zwischendruckkammer 8 beim Anlauf des Kompressors mit der ansaugseitigen Arbeitskammer 13 a verbunden ist.

Nach dem Anlauf des Kompressors, wenn der Förderdruck einen bestimmten Wert übersteigt, wird der an der einen Fläche 115 a des Ventilkörpers 115 anliegende Förderdruck größer als die Federkraft der Feder 116, so daß der Ventil­ körper 115 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung verschoben wird. Der Kanal 119 ist dann durch das Sitzteil 115 c ge­ schlossen. Gleichzeitig ist das Rohr 118 mit dem weiteren Kanal 120 über die Ringnut 115 d und die Ventilbohrung 115 e verbunden. Das heißt, daß, wenn der Förderdruck einen bestimmten Wert übersteigt, die Zwischendruckkammer 8 mit der auf einem höheren Druck befindlichen, näher an der Auslaßöffnung 7 c liegenden Arbeitskammer 13 b verbunden ist.

Wenn der Förderdruck unter einem bestimmten Wert liegt, wird, wie oben beschrieben, der Zwischendruck bei einem relativ niedrigen Wert aufrechterhalten. Wenn der Förder­ druck einen bestimmten Wert übersteigt, wird der Zwischen­ druck auf einem relativ hohen Wert gehalten. Die Tat­ sache, daß der Zwischendruck auf einem relativ niedrigen Wert gehalten wird, wenn der Förderdruck niedrig ist, bedeutet, daß der Ölversorgungsdruck, also die Druck­ differenz zwischen dem Förderdruck und dem Zwischendruck, beibehalten werden kann, so daß der Betriebsbereich be­ zogen auf die Ölversorgung breit gehalten ist. Wenn der Zwischendruck auf einem relativ niedrigen Wert gehalten ist, ist die Andrückkraft des umlaufenden Spiralelements 6 klein. In diesem Fall ist jedoch auch der Förderdruck niedrig, so daß die Andrückkraft klein sein darf.

Claims (3)

1. Spiralkompressor mit einem einen Ansaugstutzen (11) und einen Förderstutzen (12) aufweisenden Gehäuse (1), in welchem übereinander ein Ölsumpf (9), ein Motorabschnitt (3), ein gehäusefester Rahmen (5) und ein Kompressorab­ schnitt (2) angeordnet sind, mit einer von dem Motorab­ schnitt (3) angetriebenen Welle (4), die am Rahmen (5) und am Kompressorabschnitt (2) gelagert, mit einem Ende in den Ölsumpf (9) eintauchend angeordnet, am anderen Ende mit einem Kurbelzapfen (4 b) versehen und von einem zu den Lagern führenden Ölkanal (4 a) durchsetzt ist, mit einem den Kompressorabschnitt (2) bildenden umlaufenden Spiral­ element (6) und einem stationären Spiralelement (7), von denen jedes aus einer Stirnplatte (6 a, 7 a) und einer davon abstehenden Spiralwand (6 b, 7 b) besteht und deren Spiralwände (6 b, 7 b) unter Bildung von Arbeits­ kammern (13, 13 a, 13 b) ineinandergreifen, mit einer Nabe (6 c) an der Stirnplatte (6 a) des umlaufenden Spiral­ elements (6) für den Eingriff mit dem Kurbelzapfen (4 b) und mit einer Einrichtung zur Sicherung des umlaufenden Spiralelements (6) gegen Drehung um seine eigene Achse, mit einer in eine Förderkammer (14) mündenden, in der Stirnplatte (7 a) des stationären Spiralelements (7) mittig angeordneten Auslaßöffnung (7 c) und mit einem in der Stirnplatte (7 a) des stationären Spiralelements (7) in einer Ventilkammer (114) angeordneten Ventil (113), das auf einer Stirnseite (115 a) vom Förderdruck beaufschlagt (112) und entgegen dem Förderdruck vorgespannt (116) ist, und das einen Kanal (118, 119) steuert, der eine zwischen Rahmen (5) und Stirnplatte (6 a) des umlaufenden Spiral­ elements (6) vorgesehene Zwischendruckkammer (8), in die eine durch die Stirnplatte (6 a) des umlaufenden Spiralelements (6) in eine unter Zwischendruck befind­ liche Arbeitskammer (13) gehende Bohrung (10) mündet, und eine ansaugseitige Arbeitskammer (13 a) verbindet, gekennzeichnet durch einen sich durch die Stinrplatte (7 a) des stationären Spiralelements (7) erstreckenden weiteren Kanal (120), der die Ventilkammer (114) mit einer Arbeitskammer (13 b) verbindet, die näher an der Auslaßöffnung (7 c) als die ansaugseitige Arbeits­ kammer (13 a) liegt, wobei das Ventil (113) zwischen einer ersten Stellung, in der die Zwischendruckkammer (8) mit der ansaugseitigen Arbeitskammer (13 a) verbunden und die Verbindung zwischen der Zwischendruckkammer (8) und der näher an der Auslaßöffnung (7 c) liegenden Arbeitskammer (13 b) unterbrochen ist, und einer zweiten Stellung umschaltbar ist, in der die Verbindung zwischen der Zwischendruckkammer (8) und dem Kanal (119) zur ansaug­ seitigen Arbeitskammer (13 a) unterbrochen und die Zwischendruckkammer (8) mit der näher an der Auslaß­ öffnung (7 c) liegenden Arbeitskammer (13 b) über den weiteren Kanal (120) verbunden ist.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilkammer (114) über ein Rohr (118) mit der Zwischendruckkammer (8) verbunden ist.

3. Spiralkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ventilkammer (114) zylindrisch ausgebildet ist und das darin gleitend ver­ schiebbare Ventil (113) einen Ventilkörper (115) mit einer den Förderdruck aufnehmenden Fläche (115 a) auf einer Stirnseite, eine den Zwischendruck aufnehmende Fläche (115 b) auf der anderen Stirnseite, eine Ringnut (115 d), die in der Umfangsfläche zwischen den beiden Stirnseiten so ausgebildet ist, daß sie in der zweiten Stellung des Ventils (113) mit dem weiteren Kanal (120) fluchtet, eine Ventilbohrung (115 e) für die Verbindung der Ringnut (115 d) und der Zwischendruckkammer (8) über das Rohr (118), ein Sitzteil (115 c), das von der den Zwischendruck aufnehmen­ den Fläche (115 b) vorsteht, um den zur ansaugseitigen Arbeitskammer (13 a) führenden Kanal (119) zu öffnen und zu schließen, und eine Feder (116) für die Einstellung der Vorspannung aufweist, die zwischen der den Zwischen­ druck aufnehmenden Fläche (115 b) und der einen Stirnwand der Ventilkammer (114) angeordnet ist, so daß, wenn die Druckdifferenz zwischen den beiden Druck aufnehmenden Flächen (115 a, 115 b) größer ist als die Vorspannkraft der Feder (116), der Ventilkörper (115) die zweite Stellung (Fig. 2) einnimmt, und, wenn die Druckdifferenz kleiner ist als die Vorspannkraft der Feder (116) der Ventilkörper (115) in die erste Stellung verschoben ist (Fig. 4).