[0001] Die Erfindung betrifft einen Rotationskompressor nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches
1.
[0002] Bei Rotationskompressoren nach der Bauart von Vielzellenverdichtern,. Rotationskolbenverdichtern
oder dergl. Konstruktion läuft innerhalb eines Gehäuses,'exzentrisch gelagert, ein
Läufer bzw. Rotor; von diesem erstrecken sich Flügel oder Schieber, welche im Zusammenspiel
mit der Innenwand des Gehäuses Saug- und Druckkammern bilden. Beim Verdichten von
Luft ist wie bei herkömmlichen Kolbenverdichtern auch dafür Sorge zu tragen, daß ausreichende
Kühlung als auch Schmierung der beweglichen Teile als auch der thermischer Belastung
ausgesetzten Bauteile erreicht wird. So sind Rotationskompressoren bekannt, bei welchen
während der Verdichtung Öl in die Arbeitskammern eingespritzt wird; dieses Öl dient
gleichzeitig zur Schmierung und zur Kühlung. Der Nachteil derartiger Kompressoren
ist jedoch darin zu sehen, daß das verdichtete Luft- Öl-Gemisch nach dem Austritt
aus dem Kompressor einer besonderen Behandlung unterzogen werden muß, d.h., das Öl
muß wiederum aus der Druckluft entfernt werden. Im allgemeinen wird für diese Zwecke
ein gesonderter Separator verwendet, von welchem das abgeschiedene Öl wieder in den
Ölkreislauf zurückgeführt wird.
[0003] Neben der mehr oder minder großen Öldurchflutung derartiger Kompressoren existiert
das Problem nicht ausreichender und/oder ungleichförmiger Abdichtung als auch Schmierung
der Stirnflächen des Rotors, die sich gegenüber Seitenwänden des Rotorgehäuses drehen.
[0004] Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Rotationskompressor
der in Rede stehenden Art so auszubilden, daß dieser mit sogenannter Mangelschmierung
arbeiten kann, d.h. es soll nur mit einer solch minimalen Menge von Schmieröl gearbeitet
werden, daß diese auch in der geförderten Druckluft vorhanden sein darf. Hierbei soll
etwa ein Vergleich mit dem maximalen Ölverbrauch derzeitger Hubkolben-Kompressoren
möglich sein. Trotz Mangelschmierung soll es möglich sein, den thermischen Problemen
als auch den Dichtungsproblemen gerecht zu werden, insbesondere soll einwandfreie
Abdichtung der Stirnflächen des Rotors gegenüber den zugeordneten Seitenwänden des
Rotorgehäuses möglich sein.
[0005] Die Lösung dieser Aufgabe besteht aus den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruches
1.
[0006] Die vorzugsweise aus einem Sintermetall, so Sinterstahl bestehenden Seitenplatten
des Kompressors besitzen eine zweifache Funktion, sie dienen zur Einspeisung von Öl
in die Arbeitskammern des Kompressors, vorzugsweise in die Saugkammern desselben,
gleichzeitig dienen sie zur seitlichen Abdichtung der Stirnflächen des Rotors. Die
seitliche Anpressung der Seitenplatten geschieht in selbsttätig regelnder Weise, d.h.,daß
die seitlichen Anpresskräfte dann am größten sind, wenn der Kompressor die höchsten
Arbeitsdrücke liefert. Das seitliche Anpressen der Seitenplatten wird hierbei bevorzugt
in demjenigen Bereich der Arbeitskammern vorgenommen, wo die stärksten Reaktionskräfte
erforderlich sind; dies ist im Bereich der Druckkammern des Rotors, also im Bereich
des Druckluftauslaßes, während im Bereich der Saugseite, am Lufteinlaß des Kompressors,
keine vergleichbar großen Anpresskräfte benötigt werden. Das zur Innenkühlung des
Rotors verwendete Öl wird gleichzeitig zur sogenannten Mangelschmierung verwendet,
wobei das Öl mit minimalen Mengen die im Einbauzustand mit Öl getränkten Seitenplatten
passieren kann. Die Minimal-Einspeisung mit Schmieröl ist ebenfalls genau bestimmbar,
da die Seitenplatten mittels Kunststoffbeschichtung etc. in denjenigen Bereich gegenüber
dem Durchtritt von Öl gesperrt werden können, wo die Einspeisung des Öls nicht erwünscht
ist. Dies ist vorzugsweise im Bereich der Druckkammern des Rotors. Durch die seitliche
Abdichtung mit Hilfe der Seitenplatten ist immer ein guter Kontakt gegenüber den Stirnflächen
des Rotors gewährleistet, auch in der Leerlaufphase, da hierbei unter Pressung eingesetzte
Dichtelemente das Andrücken gegenüber dem Rotor sicherstellen, dies allerdings mit
geringeren Anpresskräften. Durch einfache bauliche Mittel ist es möglich, die vom
Kompressor erzeugte Druckluft dazu zu verwenden, die Anrpesskräfte gegenüber den Seitenplatten,
d.h. an den Außenflächen derselben, hervorzurufen.
[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren Patentansprüchen.
[0008] Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf
die beigefügte Zeichnung erläutert.
Figur 1 ist eine Schnittansicht des Rotationskompressors/I-I in Fig. 2;
Figur 2 ist eine Schnittansicht des 'Rotationskompressors von II-II in Fig. 1, wobei
als vergrößerte Teilansicht der Abdichtungsbereich am Außenumfang einer der Seitenplatten
wiedergegeben ist.
[0009] In Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist ein Rotationskompressor der Bauart Vielzellenverdichter
dargestellt; der Rotationskompressor weist in einem Gehäuse 1 einen mit einer Antriebswelle
3 verbundenen Rotor 5 auf, welcher in an sich bekannter Weise rotationsunsymmetrisch
bezüglich des Innenraums des Gehäuses gelagert ist. In Schlitzen 7 des Rotors 5 sind
Schieber 9 geführt, welche in an sich bekannter Weise an der Innenwand des Gehäuses
1 unter Abdichtung gleiten, derart, daß zwischen den einzelnen Schiebern 9 Kammern
gebildet sind, deren Volumen sich infolge der exzentrischen Lagerung des Rotors bei
dessen Drehung verändern. In das Gehäuse 1 mündet ein Lufteinlaß 11, durch welchen
Luft in die in diesem Bereich sich bildenden Saugkammern 13 eingeleitet wird. Am gemäß
Darstellung oberen Bereich des Gehäuses 1 ist ein Druckluftauslaß 13 vorgesehen, welcher
über ein Rückschlagventil 15 mit einem Sammelkanal 17 und von diesem ab- - zweigenden
Kanälen 19 in Verbindung steht. Die Kanäle 19 münden gemäß Darstellung in Fig. 1 und
2 in den Bereich höchster Verdichtung zwischen dem Rotor und der Gehäuseinnenwand,
d.h. in den Bereich der sich dort im Volumen verkleinernden Druckkammer 21.
[0010] Des weiteren sind im Gehäuse 1 des Rotationskompressors Kammern 23 zur Aufnahme eines
Kühlmittels, vorzugsweise von Wasser, vorgesehen. Die Kammern 23 sind innerhalb eines
geschlossenen Kühlmittelkreises angeordnet und dienen vorzugsweise im Bereich der
Luftverdichtung zur Kühlung des Gehäuses und somit auch zur Kühlung der Druckluft.
Außer der vorgenannten Kühlung, welche als Außenkühlung bezeichnet werden kann, ist
der Rotationskompressor auch mit einer Innenkühlung ausgestattet. Zu diesem Zweck
ist der Rotor 5 mit in Längsrichtung desselben sich erstreckenden Bohrungen 25 versehen,
welche vorzugsweise den gleichen Winkelabstand zueinander besitzen und an ihren Enden
geschlossen sind. Die Bohrungen 25 stehen über radial sich erstreckende Kanäle 27
mit einer zentral in der Antriebswelle 3 vorgesehenen Bohrung 29 in Verbindung. In
die Bohrung 29 bzw. den Bohrungsabschnitt 31 mündet eine (nicht dargestellte) Zuleitung
für Öl, wobei die Zuleitung an den Kühlölkreislauf des Motors des Kraftfahrzeuges
angeschlossen ist. Bei stationärer Ver
- wendung wird entsprechend der Kühlkreislauf des für die Arbeitszwecke vorgesehenen
Motors verwendet. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
zwischen der Bohrung 29 und dem Bohrungsabschnitt 31 ein Dichtelement 33 vorgesehen,
welches die Aufgabe besitzt, die Ölzuführung so zu leiten, daß das Öl zunächst in
die in Fig. 2
.rechts befindlichen Kanäle 27 und im weiteren Kreislauf/die weiteren Kanäle und Bohrungen
gelangt. Natürlich kann auch hier jede andere Art der Kanalführung und Bohrungsanordnung
für die sogenannte Innenkühlung verwendet werden. Das in vorgenannter Weise zugeleitete
Öl dient auch Schmierzwecken, d.h. es werden die beiden Lager 35 und 37 des Kompressors
geschmiert, wobei hierzu geeignete Bohrungen vorbestimmten Durchmessers vorgesehen
sind (Fig. 2). Des weiteren dient das Öl zur Schmierung der Schieber 9 gegenüber der
Innenwand des Gehäuses 1 als auch gegenüber Seitenplatten 39 von nachfolgend beschriebener
Konstruktion und Wirkungsweise.
[0011] Gemäß Fig. 2 ist der Rotor 5 mit den Schiebern 9 seitlich durch Seitenplatten 39
begrenzt, welche im wesentlichen gleiche radiale Erstreckung wie der Rotor besitzen,
also an der Innenseite ausschließlich gegenüber dem Rotor geführt sind. Die Seitenplatten
39 sind stationär gehalten, d.h. sie drehen sich nicht mit dem Rotor, wobei zu diesem
Zweck z.B. Stifte 41 vorgesehen sind, die sich axial gerichtet vom Gehäuse 1 in die
Außenwand der Seitenplatten erstrecken. Somit sind die Seitenplatten 39 in Axialrichtung
verschieblich, d.h. sie können in Richtung des Rotors 5 gedrückt werden. Das Andrücken
der Seitenplatten geschieht mit Hilfe von Druckluft; hierzu sind vom Sammelkanal 17
(Fig..2) Kanäle 43 abgezweigt, welche in seitliche Kammern 45 münden. Die Kammern
45 sind durch Dichtungsringe 47 begrenzt, welche eine vorgegebene Fläche im Bereich
der Druckkammern 21 des Rotationskompressors abdecken, da die Seitenplatten 39 in
diesem Bereich infolge der existierenden höheren Druckkräfte der Druckluft stärker
an den Rotor anzupressen sind. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist,
wie gestrichelt dargestellt, die Kammer 45 etwa nierenförmig ausgebildet und liegt
radial etwas innerhalb des Bereichs der Drucklufterzeugung und Ableitung über die
Kanäle 19. Dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend können andere Konturen für
die Kammern 45 vorgesehen sein; desgleichen ist es auch möglich, mehrere Kammern an
genau bestimmter Position vorzusehen. Es ist auch möglich, die Kammern in den Bereich
der äußeren Seitenwand der Seitenplatten zu verlegen und Mittel vorzusehen, um die
Seitenplatten positionsver- änderlich zu führen, d.h. die Seitenplatten können in
Umfangsrichtung leicht verdreht und in dieser Position wiederum fixiert werden, so
durch Stifte. In diesem Fall wandert natürlich die Kontur der Kammern 45 mit, so daß
der Bereich der Anpressung variiert werden kann.
[0012] Die Seitenplatten sind gemäß Darstellung in Fig. 2 an ihrem Innenumfang durch Nutringe
oder dergl. geeignete Dichtungen 49 gegenüber der Antriebswelle 3 abgedichtet, während
am Außenumfang ein trapezförmiger Dichtring 51 und zusätzlich ein O-Ring 53 vorgesehen
ist, wie sich dies aus der Ausschnittvergrößerung in Fig. 2 ergibt. Die in Fig. 2
bzw. im vergrößerten Ausschnitt dargestellte Art der Abdichtung erweist sich bei den
hohen Arbeitsdrücken als vorteilhaft; es können aber auch andere,dem jeweiligen Zweck
angepaßte Dichtelemente verwendet werden, welche sicherstellen, daß ein seitliches
Entweichen der Druckluft aus den Druckkammern zwischen den Schiebern verhindert wird.
Die verwendeten Dichtelemente besitzen zusätzlich die Aufgabe, in der sogenannten
Leerlaufphase die Seitenplatten an den Rotor anzudrücken, also dann, wenn Druckluft
nicht oder noch nicht zur Verfügung steht. Außer den dargestellten Dichtungsringen
welche zu diesem Zweck mit einer gewissen Pressung eingesetzt sind, können auch Federelemente
beliebiger Formgebung und materiellen Zusammensetzung benutzt werden.
[0013] Es ist vorstehend ausgeführt, daß die Schieber 9 in den Schlitzen 7 geführt sind.
Die Schieber 9 sind geringfügig kürzer als der axialen Abmessung des Rotors 5 entspricht,
was bedeutet, daß die Seitenplatten bei Anpressung nur den Rotor 5 berühren, nicht
jedoch die Stirnseiten der Schieber 9. Somit ist das einwandfreie Arbeiten der Schieber
9 gewährleistet.Die Seitenplatten liegen auch nicht auf der gesamten Fläche des Rotors
5 an, sondern nur auf der sogenannten Dichtungskontur. Diese Dichtungskontur ist eine
Dichtfläche, weiche, wie vorstehend ausgeführt, nicht der Gesamtfläche an den Stirnseiten
des Rotors entspricht, sondern kleiner ist als diese. So liegen die Stirnseiten der
Bohrungen 25 (Fig. 2) in Flächenabschnitten, welche geringfügig tiefer liegen als
die Stirnflächen des Rotors 5. In Fig. 2 ist dieser Höhenunterschied mit d wiedergegeben.
Diese Flächen werden natürlich von den Seitenplatten nicht berührt, genausowenig wie
die Stirnflächen der Schieber 9. Die Berührung zwischen den Seitenplatten und dem
Rotor besteht beispielsweise in der Schnittdarstellung gemäß unterer Bildhälfte von
Fig. 2 im Bereich B, welchem am Rotor 5 der Flächenbereich radial außerhalb der Enden
der Bohrungen 25 entspricht.
[0014] Die Seitenplatten 39 als auch die Schieber 9 sind vorzugsweise aus einem Sintermaterial,
so aus Sinterstahl hergestellt. Sinterstahl bietet die Möglichkeit der Beimengung
von Graphit, MoS
2 oder anderen Stoffen zur Verbesserung der Gleit- und Notlaufeigenschaften. Außerdem
haben Sinterstähle Porenräume bis zu 20% des Volumens, weshalb es möglich ist, sowohl
die Schieber 9 als auch die Seitenplatten mit öl zu tränken. Dieses Öl diffundiert
bei Erwärmung durch Reibung und bei den Schiebern außerdem infolge der Zentrifugalkraft
in Richtung der Gleitflächen. Bei den Schiebern ist hierdurch eine zusätzliche Schmierung
in der kritischen Einlaufphase gegeben. Der Sinterstahl hat außerdem sehr große Wärmeleitfähigkeit
und eine dem Läufer bzw. Schieber entsprechende Wärmedehnung. Dadurch ist es möglich,
den axialen Spalt zwischen den Schiebern und den Seitenplatten sehr gering zu halten
und damit die Leckageverluste ebenfalls zu minimieren.
[0015] Wie vorstehend beschrieben ist, sind auch die Porenräume der Seitenplatten mit Öl
getränkt. Die Nachversorgung, der Seitenplatten mit Öl erfolgt aus dem spaltförmigen
Raum 55, welcher zwischen den Seitenplatten und den Lagerdeckeln 57 vorgesehen ist.
Der Raum 55 erstreckt sich entlang der gesamten Stirnfläche des Rotors 5, wobei er
im Bereich der Druckkammern, also im Hochdruckbereich des Rotors, durch die Kammer
45 unterbrochen ist. Der Raum 55 setzt sich demnach, auch infolge der bestehenden
Konturierung der Dichtfläche des Rotors,aus mehreren miteinander in Verbindung stehenden
Einzelräumen zusammen, welche mit dem Öl aus dem Ölkreislauf versorgt werden. Fig.
2 läßt ein Dosierbohrunlierkennen, welche den für die vorbeschriebene Innenkühlung
erforderlichen Strömungsdurchsatz festlegt, d.h. diejenige Ölmenge, welche innerhalb
des bestehenden Kanalsystems strömen muß, um ausreichende Abführung der Wärme herbeizuführen.
Für die Nachversorgung der Seitenplatten mit Öl reicht normalerweise diejenige ölmenge
aus, welche aus den Lagern 35 und 37 in Richtung der Zwischenräumezwischen Lagerdeckel
und Seitenplatten entweicht. Die Nachversorgung der Seitenplatten mit Öl ist erforderlich,
da Öl aus den ölgetränkten Seitenplatten mit minimalem Mengenanteil in Richtung der
Platteninnenseite, d.h. in Richtung der Arbeitskammern des Kompressors entweicht.
Es handelt sich hierbei um eine sogenannte Mangelschmierung, welche sicherstellt,'daß
die Schieber mit erforderlicher Schmierung an der Innenseite des Gehäuses laufen.
Außerdem existiert hierbei ausreichende Schmierung zwischen den stationären Seitenplatten
und den anliegenden Dichtkonturen des Rotors 5. Das Nachspeisen der Seitenplatten
mit Öl geschieht nach einer bevorzugten Ausführungsform gezielt, d.h. die Seitenplatten
werden einer bestimmten Behandlung unterzogen, um sicherzustellen, daß das Austreten
des öls in Richtung der Arbeitskammern des Kompressors vorzugsweise nur im Bereich
der Saugkammern, nicht jedoch im Bereich der Druckkammer 21, geschieht. Die Seitenplatten
können, um den gesteuerten Austritt von Öl zu erreichen, vor ihrem Einbau mit Kunststoff
beschichtet werden, z.B. mit Teflon, wobei diese Beschichtung, Eindampfung und dergl.
vorzugsweise in denjenigen Flächenbereichen stattfindet, welche nach dem Einbau ihre
Position nach den Druckräumen bzw. dem Druckluftauslaß des Kompressors zugeordnet
sind. Die Beschichtung.kann sowohl auf der Innenseite der Seitenplatten als auch an
ihrer Außenseite vorgenommen werden; durch diese gezielte, auf einen bestimmten Flächenbereich
festgelegte Beschichtung wird erreicht, daß die Pore9der mit Öl zu tränkenden Seitenplatte%in
diesem Bereich verschlossen werden und demnach kein öl abgeben. Das Öl, welches sowohl
zur Innenkühlung als auch zur Schmierung verwendet wird, strömt, wie vorstehend beschrieben,
in dem hierfür vorgesehenen Ölkreislauf des Kompressors, welcher an den Ölkreislauf
des Kraftfahrzeuges oder dergl. angeschlossen sein kann. Über die in Fig. 1 dargestellte
Bohrung 61, welche in nicht dargestellter Weise mit dem Ölkreislauf im Inneren des
Kompressors verwunden ist, wird das Ableiten des Öls vorgenommen. Das Ableiten des
Kühlwassers der Außenkühlung geschieht im dargestellten Ausführungsbeispiel über den
Auslaß 63 (Fig. 2), welcher mit den Kammern 23 des Gehäuses in Verbindung steht. Für
die Außenkühlung kann natürlich auch in gleicher Weise wie für die Innenkühlung Öl
verwendet werden.
1. Rotationskompressor, mit einem in einem Gehäuse exzentrisch zum Gehäuseinneren
gelagerten Rotor mit Schiebern oder dergl. Dichtelementen, welche bei Drehung des
Rotors gegenüber der Gehäuseinnenwand im Volumen sich veränderte Arbeitskammern zum
Ansaugen und Verdichten gasförmigerMedien, vorzugsweise von Luft, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden
Stirnflächen des Rotors (5) abdichtende Seitenplatten (39) anliegen, welche pneumatisch
an die Dichtkontur der Rotorstirnflächen andrückbar sind.
2. Rotationskompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den vom Rotor
abgewandten Rückseiten der beiden Seitenplatten (39) Kammern (45) gebildet sind, welche
an eine Druckluftquelle angeschlossen sind.
3. Rotationskompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (45)
in der den Seitenplatten stirnseitig zugewandten Gehäuseinnenwand vorgesehen sind
und sich im wesentlichen im Bereich der Druckkammern (21) des Rotationskompressors
erstrecken, und daß die Seitenplatten (39) drehfest gegenüber dem Gehäuse, jedoch
axial verschieblich, geführt sind.
4. Rotationskompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammern (45) mit Hilfe von Kanälen (43) an den die erzeugte Druckluft des
Kompressors führenden Sammelkanal (17) angeschlossen sind.
5. Rotationskompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Seitenplatten (39) aus einem Sintermaterial , vorzugsweise Sinterstahl,bestehen
und mit Öl getränkt sind, derart, daß das öl zur Erzielung einer Mangelschmierung
durch die Seitenplatten hi-ndurch diffundierend in die Arbeitskammern des Rotationskompressors
einzutreten vermag.und hierbei zur Schmierung der Schieber (9) als auch der seitlichen
Dichtkontur des Rotors beiträgt.
6. Rotationskompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Teilflächen der
Seitenplatten mit einem Kunststoff, so vorzugsweise mit Teflon oder dergl. imprägniert
sind, um einen flächenmäßig gezielten Austritt des Öls in Richtung der Arbeitskammern
des Rotationskompressors zu erzielen.
7. Rotationskompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß an den vom Rotor (5) abgewandten Flächen der Seitenplatten Räume (55) bestehen,
welche mit Öl zum Zwecke der nachversorgenden Einspeisung in die Seitenplatten (39)
gefüllt sind.
8. Rotationskompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume (55)
an einen zur Innenkühlung des Rotors dienenden Ölkreislauf angeschlossen und durch
diesen nachgespeist sind.
9. Rotationskompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (9)
aus einem Sintermaterial, vorzugsweise aus Sinterstahl, bestehen und in Axialrichtung
geringfügig kürzer sind, als der Axialerstreckung des Rotors entspricht, derart, daß
die Seitenplatten(39) unter Abdichtung ausschließlich an der an den Stirnflächen des
Rotors bestehenden Dichtkontur anliegen.
10. Rotationskompressor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Innenkühlung des Rotors (5) in Längsrichtung des Rotors zwischen den Schiebern
sich erstreckende Bohrungen (25) vorgesehen sind, welche über radiale Bohrungen mit
dem ölkreislauf des Kompressors verbunden sind, und daß die in den Rotorstirnflächen
befindlichen, geschlossenen Bohrungsenden der Bohrungen (25) in Flächenbereichen der
Rotorstirnflächen liegen, welche geringfügig tiefer angeordnet sind als die unmittelbar
an den Seitenplatten anliegende Dichtkontur des Rotors.