DE4016693A1 - Spiralscheiben-stroemungsmittelpumpe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe, wie sie z.B. für Klimaanlagen, Kühlanlagen o.ä. benutzt wird.

Eine Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe nach dem Stand der Technik hat im allgemeinen ein dicht abgeschlossenes Gehäuse, in dem sich ein Elektromotor befindet, der aus einem auf einer Antriebswelle befestigten Rotor und einem Stator besteht, der um den Rotor herum angeordnet ist, sowie aus einer Kurbelwelle, die exzentrisch mit der Antriebswelle des Elektromotors verbunden ist, ferner ein im Gehäuse befestigtes stationäres Spiralscheibenglied und ein bewegliches, im Eingriff mit dem stationären Spiralscheibenglied befindliches und mit der Kurbelwelle in Verbindung stehendes, bewegliches Spiralscheibenglied.

Die exzentrische Bewegung der Kurbelwelle entsteht dann, wenn die Antriebswelle des Elektromotors sich dreht und das im Eingriff mit dem stationären Spiralscheibenglied befindliche bewegliche Spiralscheibenglied verdreht, so daß ein Kühlmittelstrom fortlaufend in einer Druckkammer auf der Saugseite, in einer zwischenliegenden Druckkammer und einer Ausflußdruckkammer zusammengepreßt wird, die jeweils zwischen den beiden Spiralscheibengliedern gebildet werden.

Bei einer solchen Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe der bekannten Art wird das Drehmoment des Elektromotors jedoch über die Kurbelwelle auf das bewegliche Spiralscheibenglied übertragen, um dieses in Drehung zu versetzen, so daß nicht nur dessen Aufbau notwendigerweise kompliziert ist, sondern daß auch ein erhebliches Biegemoment und andere Faktoren, die auf die Kurbelwelle einwirken, mechanische Verluste bewirken und auf diese Weise einen guten Wirkungsgrad verhindern.

Die übliche Konstruktion, bei der einerseits ein Elektromotor vorhanden ist, der einen Rotor aufweist, sowie einen um den Rotor herum angeordneten Stator, und bei dem andererseits das bewegliche Spiralscheibenglied durch die Antriebswelle über die Kurbelwelle in Drehung versetzt wird, erhöht unausweichlich das Baumaß in Axialrichtung und führt zu einer raumaufwendigen Vorrichtung.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht mithin darin, eine Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe dahingehend zu verbessern, daß sowohl die Antriebswelle des Elektromotors als auch die Kurbelwelle, die bisher benötigt wurden, wegfallen, um auf diese Weise mechanische Verluste zu vermeiden und den mechanischen Wirkungsgrad zu erhöhen und es zu ermöglichen, daß das Baumaß der Vorrichtung in axialer Richtung wesentlich vermindert wird, um eine kompakte und leichtgewichtige Vorrichtung mit weniger Teilen zu erreichen und auf diese Weise gleichzeitig die Herstellungskosten zu vermindern.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Spiralscheiben-Strömungsmitelpumpe mit einem dicht abgeschlossenen Gehäuse, in dem ein am Gehäuse befestigtes, stationäres Spiralscheibenglied vorhanden ist, sowie ein bewegliches Spiralscheibenglied, das im Eingriff mit dem stationären Spiralscheibenglied und durch einen Elektromotor drehbar antreibbar ist, wobei der Elektromotor ein Linearmotor ist, der aus beweglichen Seitenmagneten und stationären Seitenspulen besteht; die beweglichen Seitenmagneten stehen dabei den zugeordneten stationären Seitenspulen in axialer Richtung der Vorrichtung gegenüber und die beweglichen Seitenmagneten sind auf dem beweglichen Spiralscheibenglied und die stationären Seitenspulen sind am Gehäuse befestigt.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, anhand derer die Vorteile und weitere Merkmale der Erfindung noch klarer hervortreten werden.

Fig. 1 bis 6 stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, wobei

Fig. 1 ein senkrechter Schnitt durch eine Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe ist;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1, die die Anordnung der Spulen zeigt;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht längs der Linie III-III in Fig. 1, die eine Anordnung der Magneten zeigt;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 6, die den Elektromotor zeigt;

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht der Magnete; und

Fig. 6 ist eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI in Fig. 4, die eine Spule zeigt;

Fig. 7 bis 10 stellen ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, wobei

Fig. 7 eine senkrechte Schnittansicht einer Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe ist;

Fig. 8 ist eine Schnittansicht längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7;

Fig. 9 ist eine Schnittansicht längs der Linie IX-IX in Fig. 7; und

Fig. 10 ist eine Schnittansicht längs der Linie X-X in Fig. 7, die eine Vorrichtung zum Verhindern einer ungesteuerten Drehbewegung zeigt, und

Fig. 11 ist eine teilweise geschnittene Ansicht einer Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Bezugsziffer 1 in Fig. 1 bezeichnet eine Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe; die Bezugsziffern 2 a und 2 b bezeichnen jeweils ein oberes Gehäuseteil und ein unteres Gehäuseteil, wobei diese beiden Gehäuseteile 2 a, 2 b etwa mit Hilfe einer Schweißung so verbunden sind, daß ein hermetisch abgedichteter Raum zwischen ihnen entsteht.

An der Innenseite des unteren Gehäuseteils 2 b ist durch eine Schweißung ein scheibenförmiges, stationäres Glied 3 befestigt und über den gesamten Boden des Gehäuseteils 2 b erstreckt sich ein Ölbehälter 4. Ein stationäres Spiralscheibenteil 5, das so ausgebildet ist, daß es sich der Form der unteren und der oberen Gehäusehälfte 2 a, 2 b anpaßt, ist auf der Oberseite des stationären Teiles 3 befestigt, und zwar mit Hilfe von Schrauben 6, die längs seines Umfanges mit einem gewissen Abstand voneinander nebeneinander angeordnet sind. Zwischen dem stationären Teil 3 und dem stationären Spiralscheibenglied 5 ist ein bewegliches Spiralscheibenglied 7 mit einer beweglichen Spirale 7 a angeordnet, die ihrerseits mit der stationären Spirale 5 a im Eingriff ist.

Mit Hilfe eines Lagers 9 ist in der Mitte des stationären Teiles 3 eine ortsfeste Welle 10 gelagert. Diese Welle 10 ist mit einer Vertiefung 11 versehen, welche in bezug auf die Mittellinie O ₁ der ortsfesten Welle 10 um den Abstand 1 exzentrisch ist, um auf diese Weise eine drehbare Welle 12 drehbar zu lagern, die sich von der Rückseite (d.h. von der unteren Seite gemäß Fig. 1) des beweglichen Spiralscheibengliedes aus erstreckt und dementsprechend um denselben Abstand 1 exzentrisch ist; die Lagerung der drehbaren Welle 12 erfolgt mit Hilfe eines metallischen Lagers 13 so, daß das bewegliche Spiralscheibenglied 7 mit seiner Spirale 7 a drehbar angetrieben werden kann, wobei die Spirale 7 a im Eingriff mit der stationären Spirale 5 a ist. Der untere Gehäuseteil 2 b ist mit einem Saugrohr versehen, das sich durch die seitliche Gehäusewand hindurcherstreckt und durch dieses Saugrohr 15 hindurch, und über eine Saugöffnung 16, die in dem stationären Spiralscheibenglied 5 ausgebildet ist, kann ein Kühlmittelstrom in die Pumpe 1 hineingeführt werden. Dieser Kühlmittelstrom wird danach in der auf der Saugseite liegenden Druckkammer 17, in einer dazwischenliegenden Druckkammer 18 und in einer Ausstoßdruckkammer 19 zusammengedrückt, die alle zwischen den beiden Spiralen 5 a und 7 a ausgebildet sind, und er fließt dann durch eine in der stationären Spiralscheibe 5 ausgebildete Ausflußöffnung 20, eine Ausflußkammer 21 und letztlich aus dem Ausflußrohr 22 heraus, das sich durch die Wand des oberen Gehäuseteils 2 a hindurcherstreckt. Die Bezugsziffer 10 A bezeichnet ein Ausgleichsgewicht, das Bestandteil der ortsfesten Welle 10 ist, um eine Dreh-Unwucht auszugleichen, die möglicherweise dann entsteht, wenn das bewegliche Spiralscheibenglied 7 sich dreht. Die Bezugsziffern 10 a und 25 a bezeichnen jeweils Ölbohrungen.

Die Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe 1 umfaßt ferner eine Vorrichtung 24 zum Verhindern einer ungesteuerten Drehbewegung des beweglichen Spiralscheibengliedes 7. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel umfaßt die Vorrichtung 24 drei Stifte 25, die gemäß den Fig. 2 und 3 in gleichmäßigen Abständen so angeordnet sind, daß ein durchmesser-vergrößerter Abschnitt 25 A jedes Stiftes drehbar in eine entsprechend durchmesser-vergrößerte Öffnung 26 eingesetzt werden kann, die ihrerseits in dem scheibenförmigen stationären Glied 3 vorgesehen ist, während ein durchmesser-verringerter Abschnitt 25 b jedes Stiftes 25 drehbar in eine entsprechend durchmesser-verringerte Öffnung 27 eingesetzt werden kann, die in dem beweglichen Spiralscheibenglied 7 vorgesehen ist, um auf diese Weise das bewegliche Spiralscheibenglied 7 vor einer unkontrollierten Drehbewegung zu bewahren.

Die Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe 1 enthält ferner einen Elektromotor 30, der dazu dient, das bewegliche Spiralscheibenglied 7 drehend anzutreiben. Der Elektromotor 30 weist sechs Sätze von Linearmotoren auf, von denen jeder auf der Primärseite, d.h. auf der stationären Seite, aus einer Spule 31 besteht, sowie aus einem Magneten 32 auf der Sekundär-, d.h. auf der beweglichen Seite. Die Spule 31 und der Magnet 32 jedes Satzes haben im wesentlichen dieselbe rechteckige Form mit einer vorbestimmten Breite, wie dies in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, und die Spulen 31 sind auf der Oberseite des stationären Teiles 3 vorgesehen, während die Magnete 32 an der Unterseite des beweglichen Spiralscheibengliedes 7 vorgesehen sind; dabei stehen jede Spule 31 und jeder Magnet 32 jedes Satzes einander in axialer Richtung der Pumpe selbst gegenüber.

Gemäß den Fig. 4 und 5 weist jeder Magnet 32 eine Vielzahl von quadratischen, säulenförmigen Magnetteilen 33 auf, die parallel voneinander in bestimmten Abständen angeordnet sind und durch die Stützplatte 34 getragen werden. Diese Magnetteile 33 sind so magnetisiert, daß ihre Polaritäten (N-Pol und S-Pol) sich längs der Seitenfläche der Spule 31 abwechseln.

Die Spule 31 ist auf der zum Magneten 32 hin gewandten Seite so ausgebildet, daß sich in einem Paket aufeinandergeschichteter Stahlbleche 35 Schlitze 35 a befinden, zwischen denen sich Pole 35 b erstrecken, die mit den Magnetteilen 33 zusammenwirken; in den Schlitzen 35 a befindet sich gemäß den Fig. 4 und 6 eine Zick-Zack-Windung 36. Eine Bestromung der Spule, z.B. in der durch die Pfeile in Fig. 6 angezeigten Richtung, magnetisiert die vorstehenden Pole 35 b abwechselnd als Nord- und Südpole. Die Pole 35 b und die benachbarten Magnetteile 33 jedes Magneten 32, die dieselbe Polarität haben, stoßen einander als Folge davon ab, während die Pole 35 b und die benachbarten Magnetteile 33, die verschiedene Polaritäten haben, einander anziehen, wodurch der Magnet 32 linear in eine Richtung gedrückt wird, wie sie durch den Pfeil A in Fig. 4 dargestellt ist.

Aus den Fig. 2 und 3 geht hervor, daß diese Sätze von Spulen 31 und Magneten 32 in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind und die Magnetpole jedes Satzes sind in tangentialer Richtung angeordnet. Es sollte klar sein, daß jedes Paar einander diagonal gegenüberliegender Spulen in derselben Phase betrieben wird, d.h. daß jedes Paar einander gegenüberliegender Linearmotoren einer Phase entspricht und daß die jeweiligen Phasen eine Sternverbindung bilden. Auf diese Weise ist die Antriebsart ähnlich wie die bei einem Dreiphasen-Elektromotor.

Jede Spule 31 ist in einer Ausnehmung 41 angeordnet, die in der Oberseite des stationären Gliedes 3 angeordnet ist, während jeder Magnet 32 in einem Ausschnitt 42 aufgenommen ist, der an der Unterseite (Rückseite) des beweglichen Spiralscheibengliedes 7 ausgebildet ist, so daß auf diese Weise jedes Paar der wechselseitig zusammenwirkenden Spule 31 und Magnet 32 einander gegenüberliegen.

Bei einer solchen Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe 1 kann das bewegliche Spiralscheibenglied 7 direkt angetrieben werden, um zusammen mit den Magneten 32 zu laufen; diese Drehbewegung wird durch den Dreiphasen-Wechselstrom genau gesteuert, der zu den jeweiligen Spulen 31 fließt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die bewegliche Spiralscheibe direkt und nicht von einem Elektromotor über eine Kurbelwelle exzentrisch angetrieben, so daß mechanische Verluste vermindert und der Wirkungsgrad verbessert werden kann. Der Elektromotor umfaßt ferner Linearmotoren und die Spulen auf der Primärseite liegen den Magneten auf der Sekundärseite gegenüber. Diese Merkmale machen sowohl die Antriebswelle als auch die Kurbelwelle überflüssig, die üblicherweise für die bekannte Pumpe eine wesentliche Rolle gespielt haben; auf diese Weise ist es möglich, daß die Axialerstreckung der Pumpe wesentlich vermindert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, eine kompakte und leichtgewichtige Vorrichtung mit weniger Teilen zu bekommen, deren Aufbau zu vereinfachen und auf diese Weise die Herstellungskosten zu vermindern.

Es wird nun ein anderes Ausführungsbeispiel beschrieben.

Bei der Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe 44 nach diesem Ausführungsbeispiel, wie es in den Fig. 7 bis 9 dargestellt ist, sind die beweglichen Seitenmagnete 32 der jeweiligen Linearmotoren an der Unterseite des beweglichen Spiralscheibengliedes 7 angeordnet, während die stationären Seitenspulen 31 an dem stationären Glied 3 vorgesehen sind; die Vorrichtung 24 zum Verhindern der ungesteuerten Drehbewegung des beweglichen Spiralscheibengliedes 7 ist in Form eines Kulissenantriebes vorhanden.

Im einzelnen ist die Vorrichtung 24 gemäß Fig. 7 so angeordnet, daß das stationäre Glied 3 mittig mit einem Vorsprung 3 a versehen ist, der sich nach unten erstreckt und in dem mit Hilfe eines metallischen Lagers 45 die ortsfeste Welle 10 gelagert und gehalten ist. Eine exzentrische, die ortsfeste Welle 10 durchdringende Öffnung 11 nimmt die drehbare Welle 12 auf, die in dieser Öffnung mit Hilfe von metallischen Lagern 13 gelagert ist. Der Vorsprung 3 a ist in seinem inneren, unteren Ende mit einer ersten Führungsnut 3 b versehen, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist; in dieser Führungsnut ist lose ein bewegliches Teil 46 aufgenommen, das seinerseits so ausgebildet ist, daß es innerhalb der Führungsnut 3 b in einer Richtung (angezeigt durch den Pfeil X) gleitend beweglich ist, und zwar in einer Ebene, die parallel liegt zum beweblichen Spiralscheibenglied 7.

Das bewegliche Teil 46 ist mit einer zweiten Führungsnut 47 versehen, die sich quer zur ersten Führungsnut 3 b erstreckt; in der zweiten Führungsnut 47 ist ein Eingriffsabschnitt 12 A lose aufgenommen, der am unteren Ende der drehbaren Welle 12 ausgebildet ist, so daß der Eingriffsabschnitt 12 A sich gleitend in der Führungsnut 47 in einer Richtung Y bewegen kann, die quer zu der Richtung der ersten Führungsnut 3 b liegt.

Auf diese Weise ist es, wie beim vorangegangenen Ausführungsbeispiel, möglich, die bewegliche Spiralscheibe, die sich exzentrisch bewegt, an einer unkontrollierten Drehbewegung zu hindern und dabei dieselbe Wirkung wie beim vorangegangenen Ausführungsbeispiel zu erzielen.

Obwohl bei den oben beschriebenen beiden Ausführungsbeispielen die beweglichen Seitenmagneten 32 der Linearmotoren an der unteren (d.h. der hinteren) Seite des beweglichen Spiralscheibengliedes 7 und die stationären Seitenspulen 31 an der oberen Seite des stationären Gliedes 3 angeordnet sind, ist es ebenso möglich, die beweglichen Seitenmagneten 32 an der oberen Seite des beweglichen Spiralscheibengliedes 7 anzuordnen und die stationären Seitenspulen 31 an der unteren Seite des stationären Spiralscheibengliedes 5, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist, wobei derselbe Effekt erzielt wird, wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, und zwar insofern, als daß die Magnete und die Spulen in axialer Richtung der Pumpe einander gegenüber angeordnet sind. Bei dem zuletzt erwähnten Ausführungsbeispiel ziehen die Spulen und die Magneten einander in axialer Richtung an und vergrößern dabei einen abgeschlossenen Zustand in den Druckkammern, die zwischen den beiden Spiralscheiben gebildet sind, und vermindern auf diese Weise einen Widerstand, der in Druckrichtung entsteht, so daß auf diese Weise die Haltbarkeit verlängert wird.

Obwohl der Linearmotor in der Form eines Dreiphasen-Linearmotors beschrieben worden ist, ist die Zahl der Phasen nicht kritisch und die Zahl der Linearmotoren pro Phase kann drei oder mehr betragen.

Claims (1)

1. Spiralscheiben-Strömungsmittelpumpe mit einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse, in dem sich ein am Gehause befestigtes, stationären Spiralscheibenglied befindet und ferner ein bewegliches Spiralscheibenglied, das im Eingriff mit dem stationären Spiralscheibenglied drehbar ist, sowie ein Elektromotor, der dazu benutzt wird, das bewegliche Spiralscheibenglied anzutreiben, dadurch gekennzeichnet,
   daß der Elektromotor ein Linearmotor ist, der aus beweglichen Seitenmagneten und stationären Seitenspulen besteht;
   daß die beweglichen Seitenmagneten den stationären Seitenspulen in axialer Richtung der Pumpe gegenüberstehen; und
   daß die beweglichen Seitenmagneten an dem beweglichen Spiralscheibenglied und die stationären Seitenspulen am Gehäuse befestigt sind.