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Dokumentenidentifikation DE69407880T2 30.04.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0632201
Titel Ölzufuhrsystem für einem Spiralverdichter
Anmelder Copeland Corp., Sidney, Ohio, US
Erfinder Fain, Gary Kent, Sidney, Ohio 45365, US
Vertreter Rechts- und Patentanwälte Lorenz Seidler Gossel, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69407880
Vertragsstaaten DE, FR
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 26.04.1994
EP-Aktenzeichen 943029801
EP-Offenlegungsdatum 04.01.1995
EP date of grant 14.01.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.04.1998
IPC-Hauptklasse F04C 29/02
IPC-Nebenklasse F04C 18/02   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Spiralaggregate. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Schmiermittelpumpsystem für Spiralverdichter, welches einen Schmutzfänger, eine Ölpumpe und ein Ölsieb umfaßt.

Spiralaggregate für die Verdichtung oder Ausdehnung von Fluiden bestehen normalerweise aus zwei nach oben ragenden ineinandergreifenden evolventenförmigen Spiralwickeln bzw. Spiralen, die um die jeweiligen Achsen herum gebildet werden. Jede solche Spirale ist an einer Endplatte befestigt und besitzt eine Spitze, die in Kontakt oder fast in Kontakt mit der Endplatte der jeweils anderen Spirale angeordnet ist. Jede Spirale besitzt des weiteren Flankenflächen, die in beweglichem Kontakt oder fast in Kontakt an die Flankenflächen der jewells anderen Spirale angrenzen, um eine Vielzahl von beweglichen Kammern zu bilden. Je nach der relativen Umlaufbewegung der Spiralen bewegen sich die Kammern von den radial äußeren Enden der Spiralen zu den radial inneren Enden der Spiralen, um dadurch eine Verdichtung des Fluids zu bewirken, oder von den radial inneren Enden der Spiralen zu den radial äußeren Enden der Spiralen, um dadurch eine Ausdehnung des Fluids zu bewirken. Zur Ausbildung der Kammern werden die Spiralen durch einen Antriebsmechanismus in eine relative Umlaufbewegung versetzt. Es kann jede der beiden Spiralen umlaufen, oder beide können sich exzentrisch zueinander drehen.

Gemäß der Konstruktion mit einer nichtumlaufenden Spirale besitzt ein typisches Spiralaggregat eine umlaufende Spirale, die mit der nichtumlaufenden Spirale in Eingriff steht, ein Drucklager, welches die auf die umlaufende Spirale wirkenden axialen Kräfte aufnimmt, und ein Schmiermittelzufuhrsystem, welches die verschiedenen beweglichen Teile des Aggregats einschließlich des Drucklagers schmiert. Demzufolge besteht auf dem Gebiet der Spiralaggregate ständig ein Bedarf an verbesserten Schmiertechniken und Schmiersystemen für die Spiralaggregate.

Herkömmlicherweise arbeiten Spiralverdichter mit einer großen Bohrung, die in dem unteren Abschnitt der Kurbelwelle angeordnet ist und als primäre Schmiermittelpumpe wirkt. Diese große Bohrung oder Hauptpumpe steht in Verbindung mit einer kleineren Bohrung, die sich vom Außenumfang der Hauptpumpe nach oben durch das obere Ende der Kurbelwelle erstreckt, um Schmiermittel zu all den verschiedenen Teilen des Verdichters zu fördern, die geschmiert werden müssen. Der untere Abschnitt der Kurbelwelle und somit die große Bohrung befindet sich in einem Schmiermittelsumpf im unteren Teil des Verdichtergehäuses, um für eine ständige Zufuhr von Schmiermittel zu der Hauptpumpe zu sorgen.

Wenn die Hauptpumpe Schmiermittel von dem Sumpf abzieht, enthält dieses Schmiermittel oft eine Ansammlung von Kleinteilchen wie zum Beispiel Schmutz, Metallspäne und andere Arten von Verunreinigungen. Die Hauptpumpe wird dann nicht nur das Schmiermittel durch den Verdichter pumpen, sondern dieses Schmiermittel enthält dann auch die darin schwebenden Schmutzteilchen oder Verunreinigungen. Es können Siebe und Filter vorgesehen werden in dem Bemühen, das umgepumpte Öl zu reinigen, aber diese Siebe und Filter sind nur in der Lage, die größeren Stücke (> 0,13 mm bzw. 0,005 Zoll Durchmesser) von Schmutzteilchen oder Verunreinigungen zu entfernen. Die kleineren Teilchen, insbesondere die sehr feinen Teilchen (> 0,03 mm bzw. 0,001 Zoll Durchmesser) können mit dem Schmiermittel durch die Lager und Druckflächen des Spiralverdichters umlaufen, was zu einem Verschleiß zwischen den verschiedenen Bauteilen führt.

In den Patent Abstracts of Japan, Bd. 12, Nr. 52 (M-668) vom 17. Februar 1979 und in der JP-A-62 199 991 (Hitachi Ltd.) vom 3. September 1987 wird ein Kreiskolbenverdichter offenbart, bei dem das untere Ende einer drehbaren Welle in ein Kältemaschinenöl ragt, um das Öl über eine Bohrung in der Welle durch den Verdichter zu pumpen. Um die Menge der durch die Bohrung gepumpten Verunreinigungen zu verringern, ist das untere Ende der Welle mit einem Filtereinsatz versehen. Durch Verringern der Menge von Verunreinigungen, die durch die Bohrung gelangen können, wird der Verschleiß des Verdichters herabgesetzt.

Die WO-A-86/00369 offenbart ein Spiralaggregat gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Bei diesem Aggregat werden die Verunreinigungen in einer Zentrifuge konzentriert. Wenn das Aggregat abgeschaltet wird, werden die konzentrierten Verunreinigungen wieder mit dem Schmiermittel gemischt.

Es wäre wünschenswert, eine Vorrichtung zur Reinigung von Schmiermittel bereitzustellen, die in der Lage ist, praktisch alle in dem Schmieröl schwebenden Schmutzteilchen und Verunreinigungen zu entfernen. Auf diese Weise könnte das Schmiersystem dann sauberes Schmiermittel durch einen Spiralverdichter fördern und die Lebensdauer des Verdichters beträchtlich erhöhen, indem es den Verschleiß herabsetzt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Spiralaggregat bereitgestellt, welches folgendes umfaßt:

ein erstes Spiralelement mit einer ersten Spiraischaufel auf einer Seite;

ein zweites Spiralelement mit einer zweiten Spiralschaufel, die in Eingriff mit der ersten Spiralschaufel angeordnet ist, so daß durch die Schaufeln bewegliche Taschen mit veränderlichem Volumen gebildet werden, wenn das erste Spiralelement in bezug auf das zweite Spiralelement umläuft;

eine Antriebseinrichtung, die die Spiralelemente zueinander in Umlauf versetzt; und

eine Ölzufuhreinrichtung, die Schmieröl von einem Sumpf zu den beweglichen Teilen des Spiralaggregats fördert;

dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat des weiteren folgendes umfaßt:

eine Einrichtung, welche Verunreinigungen aus dem Schmieröl entfernt und während des Betriebs des Aggregats die entfernten Verunreinigungen in einer Kammer sammelt, wobei die Einrichtung durch die Ölzufuhreinrichtung angetrieben wird und eine Vorrichtung umfaßt, welche einen ringförmigen Wirbel in dem zugeführten Schmieröl bildet, so daß in dem ringförmigen Wirbel in dem Schmieröl befindliche Verunreinigungen nach außen gerichtete Beschleunigungskräfte erfahren, die die Verunreinigungen aus dem Wirbel heraustreiben und zu der Kammer befördern; und

eine Einrichtung, die verhindert, daß die entfernten Verunreinigungen aus der Kammer entweichen und wieder in den Sumpf gelangen.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines verbesserten Schmiermittelreinigungssystems beschrieben, die mit Hilfe eines ringförmigen Wirbels schwebende Schmutzteilchen einfängt. Die in diesem ringförmigen Wirbel eingefangenen Schmutzteilchen erfahren nach außen gerichtete Beschleunigungskräfte und bewegen sich aus dem Wirbel heraus nach unten in Richtung zu einem Schmutzfängerbereich. Die Kräfte der Schwerkraft bewegen die Schmutztelichen dann durch eine Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen, wo sie in eine Schmutzauffangkammer fallen. Die Kammer enthält einen ringförmigen Magneten, der die metallischen Verunreinigungen festhält, und besitzt ein ausreichend großes Volumen, um alle Verunreinigungen festzuhalten, denen der Verdichter während seiner gesamten Betriebsdauer normalerweise ausgesetzt ist.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und Zeichnungen offensichtlich.

In den Zeichnungen, die die beste derzeit in Betracht gezogene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, zeigen:

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht durch einen hermetischen Spiralverdichter, der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert;

Fig. 2 eine vergrößerte vertikale Querschnittsansicht des Bereiches am unteren Ende des Verdichters von Fig. 1, der die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert;

Fig. 3 eine Unteransicht des Schmutzfängers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Schmutzfänger gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Seitenrißansicht des Schmutzfängers gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die den Weg der Schmutzteilchen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Die vorliegende Erfindung eignet sich zwar zum Einbau in viele verschiedene Arten von Spiralaggregaten, zu Beispielzwekken wird sie hier aber als in einen Spiralverdichter eingebaut beschrieben. Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, ist in Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines Spiralverdichters 10 dargestellt, der das Schmiersystem gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Allgemein ausgedrückt umfaßt der Verdichter 10 ein im allgemeinen zylindrisches hermetisches Gehäuse 12, an dessen oberem Ende eine Kappe 14 angeschweißt ist. Die Kappe 14 ist mit einem Kühlmittelauslaß 16 versehen, der wahlweise das übliche Auslaßventil aufweist (nicht dargestellt). Andere an dem zylindrischen Gehäuse 12 befestigte Elemente umfassen eine quer verlaufende Trennwand 18, die an ihrem Umfang an demselben Punkt angeschweißt ist, an dem die Kappe 14 an dem Gehäuse 12 angeschweißt ist, ein unteres Lagergehäuse 20, das an dem Gehäuse 12 an einer Vielzahl von Stellen nach im Stand der Technik wohlbekannten Verfahren befestigt ist, und einen Sauggaseinlaß 22.

Das untere Lagergehäuse 20 plaziert und lagert in dem Gehäuse 12 ein Hauptlagergehäuse 24, einen Motorständer 26, ein unteres Lager 28 und ein nichtumlaufendes Spiralelement 30. Eine Kurbelwelle 32 mit einem exzentrischen Kurbelzapfen 34 an ihrem oberen Ende ist drehbar in dem unteren Lager 28 in dem unteren Lagergehäuse 20 und in einem oberen Lager 36 in dem Hauptlagergehäuse 24 gelagert. Die Kurbelwelle 32 besitzt an ihrem unteren Ende die übliche konzentrische Ölpumpbohrung 38 mit relativ großem Durchmesser, die mit einer Bohrung 40 mit kleinerem Durchmesser in Verbindung steht, die sich von dort nach oben zum oberen Ende der Kurbelwelle 32 erstreckt. Der untere Abschnitt des zylindrischen Gehäuses 12 ist in der üblichen Weise mit Schmieröl gefüllt, und die Pumpe der Bohrung 38 am unteren Ende der Kurbelwelle 32 ist die Hauptpumpe, die in Verbindung mit der Bohrung 40 bewirkt, daß Schmiermittel zu all den verschiedenen Abschnitten des Verdichters gepumpt wird, die in der nachfolgend beschriebenen Weise geschmiert werden müssen.

Die Kurbelwelle 32 wird in Drehung versetzt durch einen Elektromotor mit einem Motorständer 26, durch den Motorwindungen 42 verlaufen, und einem Motorrotor 44, der auf die Kurbelwelle 32 aufgepreßt ist und ein unteres Gegengewicht 46 und ein oberes Gegengewicht 48 aufweist.

Das Hauptlagergehäuse 24 umfaßt einen Lagerkäfig 50 und ein oberes Lagergehäuse 52. Der Lagerkäfig 50 besitzt einen im allgemeinen zylindrisch geformten Mittelteil 54, in dem das obere Ende der Kurbelwelle 32 über das Lager 36 drehbar gelagert ist. Ein nach oben ragender ringfrmiger Vorsprung 56 ist auf dem Lagerkäfig 50 im Bereich des äußeren Umfangs des Mittelteils 54 vorgesehen und umfaßt eine genau bearbeitete radial nach außen weisende Oberfläche 58, eine genau bearbeitete radial nach innen weisende Oberfläche 59 und eine nach oben weisende Paßfläche 60. Eine Vielzahl von radial am Umfang beabstandeten Tragarmen 62 erstreckt sich von dem Mittelteil 54 im allgemeinen radial nach außen und umfaßt axial verlaufende Abschnitte, die in das untere Lagergehäuse 20 eingreifen und auf diesem aufliegen können. Am äußeren Ende des axial verlaufenden Abschnitts jedes der Tragarme 62 ist eine Stufe 64 vorgesehen, die in das untere Lagergehäue 20 eingreift. Die Stufe 64 ist so ausgelegt, daß sie mit einer entsprechenden Ausnehmung an dem angrenzenden Teil des unteren Lagergehäuses 20 zusammengreift, um den radial positionierten Lagerkäfig 50 in bezug auf das untere Lagergehäuse 20 zu unterstützen.

Das obere Lagergehäuse 52 des Hauptlagergehäuses 24 ist im allgemeinen becherförmig mit einem oberen ringförmigen Führungsringabschnitt 66, der einstückig damit ausgebildet ist, einer ringförmigen axialen Drucklagerfläche 68, die unter dem Ringabschnitt 66 angeordnet ist, und einer zweiten ringförmigen Traglagerfläche 70, die unter der axialen Drucklagerfläche 68 und diese radial außen umgebend angeordnet ist. Die axiale Drucklagerfläche 68 dient zur axial beweglichen Lagerung eines umlaufenden Spiralelements 72, und die Traglagerfläche 70 bietet einer Oldham-Kupplung 74 Halt. Das untere Ende des oberen Lagergehäuses 52 umfaßt eine ringförmige Ausnehmung, die radial nach innen und axial nach unten weisende Flächen 76 bzw. 78 aufweist, die so ausgelegt sind, daß sie mit den Flächen 58 bzw. 60 des Lagerkäfigs 50 zusammengreifen, um dazu beizutragen, den Lagerkäfig 50 und das obere Lagergehäuse 52 axial und radial zueinander zu positionieren. Außerdem ist ein Hohlraum 80 so ausgelegt, daß er die Drehbewegung des oberen Gegengewichts 48 aufnimmt, das am oberen Ende der Kurbelwelle 32 befestigt ist. Durch das Vorhandensein dieses Hohlraums kann das Gegengewicht 48 näher an dem umlaufenden Spiralelement 72 positioniert werden, so daß dessen Größe insgesamt reduziert werden kann.

Der ringförmige, einstückig ausgebildete Führungsring 66 ist um einen radial nach außen ragenden Flanschabschnitt 84 des nichtumlaufenden Spiralelements 30 herum angeordnet und umfaßt eine radial nach innen weisende Fläche 86, die an eine radial nach außen weisende Fläche 88 des Flanschabschnitts 84 anstoßen kann, um das nichtumlaufende Spiralelement 30 radial und axial zu positionieren.

Das nichtumlaufende Spiralelement 30 besitzt einen mittig angeordneten Auslaßkanal 94, der mit einer nach oben offenen Ausnehmung 96 in Verbindung steht, die über eine Öffnung 98 in der Trennwand 18 mit einer Auslaßdrosselkammer 100 in Fluidverbindung steht, die von der Kappe 14 und der Trennwand 18 begrenzt wird. Das nichtumlaufende Spiralelement 30 besitzt des weiteren in seiner Oberseite eine ringförmige Ausnehmung 102 mit parallelen koaxialen Seitenwänden, in denen dicht schließend im Sinne einer relativen axialen Bewegung eine ringförmige Gleitflächendichtung 104 angeordnet ist, die dazu dient, die Unterseite der Ausnehmung 102 gegen das unter Ansaug- und Auslaßdruck stehende Gas zu isolieren, so daß sie mit Hilfe eines Kanals (nicht dargestellt) mit einer Quelle von mittlerem Fluiddruck in Fluidverbindung gebracht werden kann. Das nichtumlaufende Spiralelement 30 ist somit gegen das umlaufende Spiralelement 72 axial vorgespannt durch die Kräfte, die durch den Auslaßdruck erzeugt werden, der auf den Mittelteil des nichtumlaufenden Spiralelements 30 wirkt, und jenen, die durch den auf die Unterseite der Ausnehmung 102 wirkenden mittleren Fluiddruck erzeugt werden. Diese Axialdruckvorspannung sowie verschiedene andere Techniken zur Abstützung des Spiralelements 30 für eine begrenzte axiale Bewegung sind wesentlich ausführlicher offenbart in US-A- 4,877,382.

Die relative Drehung der Spiralelemente wird vorzugsweise durch die übliche Oldham-Kupplung 74 verhindert, die in der obengenannten US-A-4,877,382 offenbart ist, jedoch kann an deren Stelle auch eine alternative Kupplung verwendet werden.

Der Verdichter ist vorzugsweise ein "saugseitiger" Verdichter, bei dem über den Gaseinlaß 22 eintretendes Sauggas zum Teil in das Gehäuse 12 entweichen und zur Kühlung des Motors beitragen kann. Solange eine angemessene Strömung des rückströmenden Sauggases herrscht, wird der Motor innerhalb der gewünschten Temperaturgrenzen bleiben. Wenn diese Strömung jedoch beachtlich abfällt, wird die nachlassende Kühlung schließlich dazu führen, daß ein Temperaturfühler ein Signal an die Steuerungsvorrichtung absetzt und das Aggregat abschaltet.

Der bisher weitgehend beschriebene Spiralverdichter ist nun entweder im Stand der Technik bekannt oder Gegenstand weiterer anhängiger Patentanmeldungen der Anmelderin. Die baulichen Einzelheiten, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung beinhalten, sind jene, die ein einzigartiges Schmiermittelpumpsystem betreffen, das allgemein bei 200 gekennzeichnet ist. Das Schmiermittelpumpsystem 200 umfaßt in der üblichen Weise die Pumpe am Boden der Kurbelwelle 32 in Form der konzentrischen Bohrung 38, die als Hauptpumpe wirkt, die in Verbindung mit der Bohrung 40 bewirkt, daß Schmiermittel zu all den verschiedenen Teilen des Verdichters gepumpt wird, die geschmiert werden müssen. Außerdem umfaßt das Schmiermittelpumpsystem 200, wie am besten in Fig. 2 gezeigt, des weiteren ein System 201 zum Abscheiden von Schmutz und Verunreinigungen, das aus einem Ölflügelrad oder einer Ölschleuder 202, einem Einlaßgehäuse 204 und einem Magneten 206 besteht.

Wie oben beschrieben, ist in dem unteren Lagergehäuse 20 das untere Lager 28 untergebracht, in dem die Kurbelwelle 32 drehbar gelagert ist. Das untere Lager 28 ist in einer im allgemeinen vertikalen Bohrung 210 angeordnet, die in dem unteren Lagergehäuse 20 angeordnet ist. Direkt unter der Bohrung 210 wirken das Lagergehäuse 20, die Kurbelwelle 32 und das Einlaßgehäuse 204 zusammen, um ein System 201 zur Abscheidung von Schmutz und Verunreinigungen zu bilden. Das Einlaßgehäuse 204 ist vorzugsweise ein Spritzgußteil aus Kunststoff, das in dem unteren Lagergehäuse 20 direkt unter der Bohrung 210 positioniert ist. Ein sich verjüngender Sprengring 222 ist in einer sich verjüngenden Sprengringnut 224 angeordnet, um das Einlaßgehäuse 204 in Position zu halten. Das Einlaßgehäuse 204 besitzt eine mittig angeordnete Öffnung 226, die sich durch das Gehäuse erstreckt, um Schmiermittel zu dem Einlaß der konzentrischen Bohrung 38, der Hauptpumpe für den Verdichter 10, zu fördern. Die Unterseite des Einlaßgehäuses 204 besitzt eine Vielzahl von Schaufeln 228, die tragflächenartig ausgebildet sind. Die Schaufeln 228 verhindern, daß sich am Boden ein unerwünschter Wirbel bildet, der die Druckhöhe der Hauptpumpe reduzieren würde.

Das Flügelrad 202 ist in der Bohrung 38 durch ein Preßpaßteil oder eine andere im Stand der Technik bekannte Einrichtung in einer Position etwas oberhalb von der mittig angeordneten Öffnung 226 in dem Einlaßgehäuse 204 befestigt. Das Flügelrad 202 ist also etwas über dem Boden des Öleinlasses zu der Kurbelwelle 32 positioniert. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt dieser Abstand ungefähr 2 bis 3 mm. Dieser Abstand des Flügelrades 202 läßt die untere Einlaßkante 230 des Flügelrades 202 offen, so daß sie nicht in der Lage ist, einen radialen Druckgradienten entlang ihrer Unterkante 230 abzustützen. Es entsteht eine starke Rückströmung, wie durch die Pfeile in Fig. 6 dargestellt, die einen ringförmigen Wirbel entlang des unteren Innendurchmessers der Kurbelwelle 32 erzeugt. Dieser rotierende Wirbel würde aufgrund der Abtrennung des Stromes unterhalb der Öffnung 226 bis zu einem gewissen Grad ohne das Flügelrad 202 entstehen, aber das zusätzlich vorgesehene Flügelrad 202 trägt zur Ausbildung und Stärke des Wirbels bei. Das untere Ende der Kurbelwelle 32, das die konzentrische Bohrung 38 enthält, ist bei 232 verjüngt, was zu einem gerundeten Abschnitt 234 führt, der dann in die Bohrung 38 mündet. Das verjüngte, gerundete Wellenende verringert die Abnahme des Drucks im Tragfilm während der Aufwärtsbewegung der Kurbelwelle 32 beim Anfahren.

In diesem starken Wirbel rotierende Schmutzteilchen und Verunreinigungen erfahren nach außen gerichtete Beschleunigungskräfte und bewegen sich aus dem Wirbel heraus nach unten und in einen Einlaßbereich 240, der zwischen der Kurbelwelle 32 und dem Einlaßgehäuse 204 gebildet wird. Die abgeschiedenen Schmutzteilchen und Verunreinigungen werden dann durch die Zentrifugalkraft in den Scherbereich 242 zwischen der Unterseite der rotierenden Kurbelwelle 32 und der Oberseite des feststehenden Einlaßgehäuses 204 gezogen. Das Flügelrad 202 überträgt etwas von dem rotierenden Wirbel auf das Schmiermittel, und das zwischen der Kurbelwelle 32 und dem Einlaßgehäuse 204 befindliche Schmiermittel wird im Vergleich zur Kurbelwelle 32 mit verminderter Geschwindigkeit rotieren. Durch die Zentrifugalkraft werden die abgeschiedenen Schmutzteilchen und Verunreinigungen nach außen zu der Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen 244 bewegt, die von dem Einlaßgehäuse 204 und einer im unteren Lagergehäuse 20 ausgebildeten ringförmigen Wand 246 gebildet werden. Die ringförmige Wand 246 bildet die Außenseite der Vielzahl von Öffnungen 244, während eine Vielzahl von trichterförmigen Unterschneidungen 248, die in der Außenseite des Einlaßgehäuses 204 ausgebildet sind, für eine vollständige Ausbildung der Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen 244 sorgen. Die Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen 244 leitet diese Schmutzteilchen und Verunreinigungen zu einer Auffangkammer 250, die zwischen dem unteren Lagergehäuse 20 und dem Einlaßgehäuse 204 ausgebildet ist. Die Schmutzteilchen und Verunreinigungen bewegen sich aufgrund der Schwerkraft durch die trichterförmigen Öffnungen 244. Diese Bewegung wird auch durch winzigkleine Wirbel unterstützt, die sich in jeder der Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen 244 bilden.

Sobald die Schmutzteilchen und Verunreinigungen in die Auffangkammer 250 gelangen, werden sie sowohl durch die winzigkleinen Wirbel in den Öffnungen 244 als auch durch die Vibration des Verdichters 10 zerstreut. Magnetische Teilchen wie Gußeisen werden sich an den Magneten 206 heften, der in der Auffangkammer 250 angeordnet ist. Das Volumen der Kammer 250 ist so bemessen, daß sie die normale Menge Schmutz und Verunreinigungen aufnehmen kann, die während der normalen Betriebsdauer des Verdichters 10 auftritt.

Nachdem sich die Schmutzteilchen und Verunreinigungen nun in der Auffangkammer 250 befinden, muß unbedingt verhindert werden, daß diese dort angesammelten Schmutzteilchen und Verunreinigungen beim plötzlichen Ausdampfen der Flüssigkeit beim Start unter flüssigen bzw. Auftaubedingungen "ausgetragen" werden. Die trichterformigen Öffnungen 244 enden in einer Bohrung 252 mit relativ kleinem Durchmesser, die am schmalen Ende des Trichters vorzugsweise einen Durchmesser von ungefähr 0,9 mm (0,035 Zoll) besitzt. Diese Bohrung 252 mit kleinem Durchmesser beschränkt das "Austragen" der Schmutzteilchen und Verunreinigungen. Außerdem entsteht durch das "Verdampfen" des Drosselvolumens in einer durch die Kurbelwelle 32 und das untere Lagergehäuse 20 gebildeten Kammer 254 ein Gegendruck, der den Druck in der Auffangkammer 250 allmählich abfallen läßt, so daß er das in der Auffangkammer 250 befindliche Material weniger beeinträchtigt.

Die Anlage 201 zur Abscheidung von Schmutz und Verunreinigungen ist ein Trägheitsabscheider. Dieser ist in der Lage, sehr feine Teilchen (< 0,025 mm bzw. 0,001 Zoll) aus dem Schmiermittel abzuscheiden. Die Anlage 201 kann Feinsand abfangen, den ein Sieb oder Filter nach dem Stand der Technik nicht abfangen kann. Es versteht sich, daß die Abscheideanlage 201 im ersten Durchgang nicht alle Schmutzteilchen und Verunreinigungen abfangen kann, aber in fortlaufenden Durchgängen durch den Verdichter 10 schließlich das Schmiermittel reinigen wird. Außerdem wird der Ölstrom in der Nähe der Mittellinie der Kurbelwelle 32 durch den Wirbel nicht beeinträchtigt, so daß fortlaufende Durchgänge durch das Schmiermittel erforderlich sind. Um zur Reinigung des Schmiermittels beizutragen, ist ein feinmaschiges Schmiermittelsieb 260 in der Bohrung 38 der Kurbelwelle 32 angebracht, um die gr:ßeren Schmutzteilchen abzufangen. Das Sieb 260 ist vorzugsweise ein feines 150 mesh-Sieb, das Teilchen mit einem Durchmesser von mehr als 0,1 mm (0,004 Zoll) aufhalten kann. Das Sieb 260 ist in geometrischer Hinsicht mit einer großen Anzahl von spitz zulaufenden Falten konstruiert, damit die Fläche des Siebes 260 möglichst groß wird und so der Druckverlust in der Strömung herabgesetzt wird. Durch diese Konstruktion des Siebes 260 wird der Schmutz auch leichter eingefangen. Da sich das Sieb 260 mit der Kurbelwelle 32 dreht, bewegt sich der Schmutz zum äußeren Teil der Falte und sammelt sich in diesem Bereich an.

Das Sieb 260 ist in der Lage, die größeren Teilchen abzufangen, aber nicht die feineren Teilchen. Das Sieb 260 dient also dazu, die Menge der in Umlauf befindlichen Schmutzteilchen möglichst gering zu halten, während die Anlage 201 zur Abscheidung von Schmutz und Verunreinigungen bewirkt, daß alle Arten von Schmutz beseitigt werden.

Das Pumpsystem beginnt zu arbeiten, wenn sich das Schmiermittel am Boden des Gehäuses 12 befindet. Wenn sich die Kurbelwelle 32 dreht, beginnt die konzentrische Bohrung 38, Schmiermittel vom Boden des Gehäuses 12 über die Bohrung 38 durch die Bohrung 40, durch den Verdichter 10 und durch verschiedene Öffnungen (nicht dargestellt) wieder zurück zum Boden des Gehäuses 12 zu pumpen. Das Schmiermittel verläßt den Boden des Gehäuses 12 und bewegt sich durch die Vielzahl von Schaufeln 228 des Einlaßgehäuses 204. Das Schmiermittel bewegt sich dann weiter nach oben und durch die Öffnung 226 in dem Einlaßgehäuse 204. Ein Teil des Schmiermittels strömt durch die Bohrung 38 weiter nach oben, während ein zweiter Teil von dem durch das Flügelrad 202 erzeugten starken Wirbel erfaßt wird. Das in dem durch das Flügelrad 202 erzeugten starken Wirbel erfaßte Öl durchläuft das oben beschriebene Verfahren zur Reinigung des Schmiermittels.

In der obigen ausführlichen Beschreibung wurde zwar die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, doch versteht es sich, daß an der vorliegenden Erfindung Modifikationen, Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der beigefügten Ansprüche zu verlassen.


Anspruch[de]

1. Spiralaggregat (10), umfassend:

ein erstes Spiralelement (72) mit einer ersten Spiralschaufel auf einer Seite;

ein zweites Spiralelement (30) mit einer zweiten Spiralschaufel, die in Eingriff mit der ersten Spiralschaufel angeordnet ist, so daß durch die Schaufeln bewegliche Taschen mit veränderlichem Volumen gebildet werden, wenn das erste Spiralelement (72) in bezug auf das zweite Spiralelement (30) umläuft;

eine Antriebseinrichtung (26, 44), die die Spiralelemente (30, 72) zueinander in Umlauf versetzt; und

eine Ölzufuhreinrichtung (38, 40, 200), die Schmieröl von einem Sumpf zu den beweglichen Teilen des Spiralaggregats fördert;

dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat des weiteren folgendes umfaßt:

eine Einrichtung (201), welche Verunreinigungen aus dem Schmieröl entfernt und während des Betriebs des Aggregats die entfernten Verunreinigungen in einer Kammer (250) sammelt, wobei die Einrichtung (201) durch die Ölzufuhreinrichtung angetrieben wird und eine Vorrichtung (201) umfaßt, welche einen ringförmigen Wirbel in dem Schmieröl bildet, so daß in dem ringförmigen Wirbel in dem Schmieröl befindliche Verunreinigungen nach außen gerichtete Beschleunigungskräfte erfahren, die die Verunreinigungen aus dem Wirbel heraustreiben und zu der Kammer (250) befördern; und

eine Einrichtung, die verhindert, daß die entfernten Verunreinigungen aus der Kammer (250) entweichen und wieder in den Sumpf gelangen.

2. Spiralaggregat nach Anspruch 1, des weiteren umfassend einen Magneten (206), der in der Kammer (250) angeordnet ist.

3. Spiralaggregat nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Ölzufuhreinrichtung eine Welle (32) umfaßt, die sich in dem Sumpf dreht, wobei die Welle eine axial verlaufende Bohrung (38) aufweist, die als primäre Ölpumpe für die Ölzufuhre inrichtung dient.

4. Spiralaggregat nach Anspruch 3, bei dem die Welle (32) eine zu der Antriebseinrichtung (26, 44) gehörige Antriebswelle ist.

5. Spiralaggregat nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem die Vorrichtung (201) zur Bildung eines Wirbels einen gestuften Strömungsweg zwischen dem Sumpf und der axial verlaufenden Bohrung (38) in der Welle umfaßt, wobei der gestufte Strömungsweg den Wirbel verursacht.

6. Spiralaggregat nach Anspruch 5, bei dem der gestufte Strömungsweg durch die Einrichtung zur Verhinderung des Entweichens der Verunreinigungen aus der Kammer gebildet wird.

7. Spiralaggregat nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, des weiteren umfassend ein Flügelrad (202), das in der axial verlaufenden Bohrung (38) angeordnet ist, wobei das Flügelrad so an der Welle befestigt ist, daß es sich mit dieser dreht und zur Bildung des ringförmigen Wirbels beitragen kann.

8. Spiralaggregat nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Welle (32) und die Einrichtung zur Verhinderung des Entweichens der Verunreinigungen aus der Kammer einen ringförmigen Weg zwischen dem ringförmigen Wirbel und der Kammer (250) bildet.

9. Spiralaggregat nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zur Verhinderung des Entweichens der Verunreinigungen aus der Kammer ein ringförmiges Element (204) mit einem Einlaßende und einem Auslaßende umfaßt, wobei das ringförmige Element an einem Gehäuse des Spiralaggregats befestigt ist und mit dem Gehäuse des Spiralaggregats, welches die Kammer (250) aufweist, in Verbindung steht.

10. Spiralaggregat nach Anspruch 9, des weiteren umfassend einen Magneten (206), der in der Kammer (250) angeordnet ist.

11. Spiralaggregat nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, bei dem das Einlaßende eine Vielzahl von tragflächenartigen Schaufeln (228) aufweist.

12. Splralaggregat nach Anspruch 11, bei dem die Vielzahl von Schaufeln (228) das sich zwischen dem Einlaßende und dem Auslaßende des ringformigen Elements (204) bewegende Schmiermittel In einen negativen Wirbel versetzen.

13. Spiralaggregat nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem das ringförmige Element (204) und das Spiralaggregat eine Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen (244) bilden, wobei die Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen einen Weg für die Verunreinigungen zwischen der Einrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen und der Kammer (250) bilden.

14. Spiralaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen ein Sieb (260) umfaßt.

15. Spiralaggregat nach Anspruch 1, bei dem:

die Antriebseinrichtung eine Antriebswelle (32) umfaßt, welche ein in das Schmieröl in dem Sumpf ragendes erstes Ende besitzt und eine axiale Bohrung (38) aufweist, die von dem ersten Ende ausgeht, wobei die Antriebswelle drehbar in einem unteren Lagergehäuse (20) gelagert ist;

die Ölzufuhreinrichtung eine primäre Ölpumpe besitzt, die durch die axiale Bohrung (38) gebildet wird;

die Vorrichtung (201) zur Bildung eines Wirbels einen Schmutzfänger (204) umfaßt, der fest an dem unteren Lagergehäuse (20) befestigt ist und einen Schmiermittelströmungsweg zwischen dem Sumpf und der axialen Bohrung (38) begrenzt, wobei der Strömungsweg ein Einlaßende und ein Auslaßende aufweist und an dem Auslaßende gestuft ist, um den Wirbel in einem Abschnitt des von dem Sumpf zu der axialen Bohrung gepumpten Schmiermittels zu bilden, wobei der Wirbel bewirkt, daß Verunreinigungen aus dem Schmiermittel abgeschieden werden, und der Schmutzfänger (204) und das untere Lagergehäuse (20) die Kammer begrenzen; und

die Einrichtung zur Verhinderung des Entweichens der Verunreinigungen aus der Kammer einen ringförmigen Kanal für die abgeschiedenen Verunreinigungen umfaßt, der von dem Schmutzfänger (204) und der Antriebswelle (32) gebildet wird, wobei der ringförmige Kanal zwischen dem Wirbel und der Kammer verläuft.

16. Spiralaggregat nach Anspruch 15, des weiteren umfassend einen Magneten (206), der in dem von dem Schmutzfänger (204) und dem unteren Lagergehäuse (20) gebildeten Hohlraum angeordnet ist.

17. Spiralaggregat nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, des weiteren umfassend ein Flügelrad (202), das in der axialen Bohrung (38) angeordnet ist, wobei das Flügelrad so an der Antriebswelle (32) befestigt ist, daß es sich mit dieser dreht und zur Bildung des ringförmigen Wirbels beitragen kann.

18. Spiralaggregat nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem der Schmutzfänger (204) eine Vielzahl von tragflächenartigen Schaufeln (228) umfaßt, die am Einlaßende des Schmiermittelströmungsweges angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Schaufeln das zwischen dem Sumpf und der axialen Bohrung umgepumpte Schmiermittel in einen negativen Wirbel versetzen kann.

19. Spiralaggregat nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem der Schmutzfänger (204) aus Kunststoff besteht.

20. Spiralaggregat nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem der Schmutzfänger (204) und das untere Lagergehäuse (20) des weiteren eine Vielzahl von trichterförmigen Öffnungen besitzen, die zwischen dem ringförmigen Kanal und dem Hohlraum angeordnet sind.

21. Spiralaggregat nach einem der Ansprüche 15 bis 20, des weiteren umfassend ein Sieb (260), das in dem Schmiermittelströmungsweg angeordnet ist.

22. Spiralaggregat nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zur Verhinderung des Entweichens der Verunreinigungen aus der Kammer eine Einrichtung zum Festhalten einer bestimmten Menge an Verunreinigungen umfaßt, die mit der Einrichtung (201) zum Entfernen von Verunreinigungen in Verbindung steht, wobei die Einrichtung zum Festhalten einer bestimmten Menge an Verunreinigungen ein ringf:&sup4;rmiges Element (204) mit einem Einlaßende und einem Auslaßende umfaßt, wobei das ringförmige Element an einem Gehäuse (20) des Spiralaggregats (10) befestigt ist und mit dem Gehäuse des Spiralaggregats in Verbindung steht, welches die Kammer zum Sammeln der Verunreinigungen aufweist.







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