DE2457319A1

DE2457319A1 - Mit einem fluiden druckmittel arbeitende maschine mit tangentialabdichtung

Info

Publication number: DE2457319A1
Application number: DE19742457319
Authority: DE
Inventors: Clifford H Allen
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1973-12-05
Filing date: 1974-12-04
Publication date: 1975-06-12
Also published as: AU7572374A; BR7410023A; DE2457319B2; IT1026801B; FR2253917B1; FR2253917A1; CA1031307A; SU847942A3; ES432604A1; DE2457319C3; GB1479911A; JPS5442448B2; JPS5086706A; US3865515A

Description

Cleveland, Ohio 44114 /V.St.A.

Unser Zeichen: T I687

Mit einem fluiden Druckmittel arbeitende Maschine mit Tangentialabdichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Gleitflügelkompressoren mit Tangentialdichtung und betrifft insbesondere einen Kompressor, der einen frei schwingenden Zylinder aufweist, der gegen den Rotor längs einer Tangentiallinie zwischen den Hochdruck- und Niederdruckkammern des Kompressors anliegt» wobei eine Dichtungskraft durch die Drucke in den Kammern ausgebildet wird und wobei Abscheidevorrichtungen vorgesehen sind, die Flüssigkeit von den komprimierten Gasen abscheiden und wobei Entspannungs- oder Überdruckeinrichtungen vorgesehen sind, die ein Blockieren des Rotors durch eine Flüssigkeit verhindern.

Der volumetrische Wirkungsgrad von Gleitflügelkompressoren hängt von einem dichten Spiel zwischen den inneren Bestandteilen ab, wodurch minimale Leckagen zwischen den Hochdruck- und Niederdruckkammern erzeugt werden. Ein insbesondere

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kritischer Leckageweg verläuft über die Kontaktlinie zwischen dem Rotor und dem Zylinder, die üblicherweise als Tangentiallinie bezeichnet wird. Da diese Linie eine direkte Sperre zwischen dem Förderdruck und dem Ansaugdruck des Kompressors ist, führt eine Leckage über diese Linie hinweg zu einem Verlust an Kompressionsarbeit, die auf das Leckagevolumen eingewirkt hat. Trotz der großen Mühen, die man sich bei dem Zusammenbau der bekannten Kompressoren gemacht hat, damit das Spiel an der Tangentiallinie so dicht wie möglich bei Null liegt, wird dieses Spiel im Betrieb durch Betriebsfaktoren immer größer, wie beispielsweise durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen, durch Drucke, die auf den Rotor und auf den Zylinder einwirken und die Neigung·haben, diese auseinander zutreiben und durch hydrodynamische Schmierölkräfte und ferner durch einen Verschleiß und durch ein Spiel in den Lagern.

Einer der Nachteile der Verwendung von Tangentialdichtungen zur Beherrschung der Leckage an der Tangentiallinie besteht in der Notwendigkeit, daß diese Dichtungen den Dichtungskontakt mit der Oberfläche des Rotors aufrechterhalten müssen, während gleichzeitig ermöglicht werden muß, daß die Flügel mit ihren unbehinderten Bewegungsmöglichkeiten über die Tangentiallinie hinweggehen können. Eine derartige Dichtung ist •sehr schwierig zu gestalten und aufzubauen und ermüdet leicht und es können sich mechanische Störungen mit der Flügelbewegung ergeben.

In der US-PS 3 729 277 ist ein Gleitflügelkompressor mit Tangentialdichtung beschrieben, durch den viele der Nachteile der bisher bekannten Kompressoren ausgeschaltet werden. Bei diesem Kompressor war der Bauteil, der die zylindrische Kompressionskammer umgibt, schwenkbar gelagert, so daß beim Zusammenbau dieser Bauteil in einen Tangentialdichtungslinienkontakt mit dem Rotor verschwenkt werden konnte, wonach dieser Bauteil in dieser Dichtungslage verriegelt wurde. Bei diesem

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Aufbau werden der Rotor und der Zylinder zusammen mit einer hinteren Lagerplatte auf einer Prontplatte des Kompressors zusammengebaut und diese zusammengesetzte Baugruppe wurde dann an der Endplatte mittels Schraubenbolzen befestigt, wot durch es nicht möglich war, eine positive Ausfluchtung der Rotorwellenlager zu erzielen, und ferner ist es bei diesem bekannten Kompressor nicht möglich, Flüssigkeit abzugeben, die sich in den Kompressionskainmern während Stillstandspausen sammelt, wobei diese Flüssigkeit die Neigung hat, den Rotor insbesondere beim schnellen Andrehen zu blockieren. Ein Verschleiß an der anfangs erzeugten tangentialen Kontaktlinie zwischen dem Rotor und dem Zylinder konnte nicht automatisch aufgeholt werden und ferner ist die Dichtungskräft oder Dichtungsbelastung nicht abhängig von den Drucken in den Druckkammern. Eine Verschwenkung des Zylinders an den Zapfen, .die sich in die Stirnseiten des Zylinders hineinerstrecken, erfordern eine genaue Zentrierung der Bohrungen für diese Zapfen.

Durch die Erfindung werden die oben erwähnten Nachteile der bekannten Maschinen dadurch ausgeschaltet, daß die hintere Lagerplatte für den Rotor an der vorderen Lagerplatte geführt ist, um eine genaue Ausfluehtung der hinteren und vorderen Wellenlager zu erhalten. Weiterhin wird, der Zylinder an seinem äußeren Umfang in der Mitte zwischen seinen Stirnseiten schwenkbar gelagert, wodurch es möglich ist, daß' sich der Zylinder um seinen Schwenkpunkt während des Betriebes des Kompressors derart verschwenkt, daß die Tangentialdichtungslasf oder Tangentialdichtungskraft durch die Drucke in den Hochdruckkammern des Kompressors gesteuert werden. Ferner ist eine rückziehbare Endplatte für den Rotor und den Zylinder vorgesehen, mittels der aus den Kompressorkammern Flüssigkeit abgegeben werden kann, um ein Blockieren beim Andrehen zu verhindern. Ferner sind Abscheideeinrichtungen oder Docht- · Vorrichtungen vorgesehen, mit denen Schmiermittel abgetrennt werden kann, welches vom komprimierten Kühlmittel auf dem

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Weg zur Auslaßöffnung mitgeführt werden kann. Das abgetrennte Schmiermittel wird in einem Sumpf gesammelt, der im Boden des Kompressorgehäuses vorgesehen ist, und dieses Schmiermittel wird zurück zu den Lagern und den Flügelschlitzen geführt, um die Lager und die Flügel zu schmieren.

Das Schwenklager für den Zylinder ist ein Schuh, der von dem Gehäuse getragen wird. Eine ebenfalls von dem Gehäuse getragene Feder beaufschlagt den Zylinder derart, daß er sich um seinen Schwenkpunkt in Kontakt mit dem Rotor herumbewegt, um eine minimale Last an der Tangentialdichtung aufrechtzuerhalten. Diese Tangentialdichtung wird zusätzlich durch die Drucke in den Kompressionskammern beaufschlagt. Durch diese Ausbildung wird die bisher erforderliche genaue Einstellung von Schwenkzapfen verhindert und es wird ein Hängebleiben des sich verschwenkenden Zylinders ausgeschaltet.

Den Zylinder umgibt im Abstand g^on diesem ein kappenförmiges Gehäuse, welches auf der Vorderplatte des Kompressors geführt ist, und dieser Zylinder weist in der Oberseite unmittelbar vor der Tangentialkontaktlinie mit dem Rotor öffnungen auf, durch die das komprimierte Kühlmittel in eine Kammer zwischen dem Zylinder und dem Gehäuse abgegeben wird, wobei diese Kammer von faserförmigen Streifen begrenzt wird. Das Kühlmittel geht durch diese Streifen hindurch und gelangt zu einem Auslaß in der Endplatte des Kompressors. Irgendwelches Schmiermittel, welches von dem komprimierten Kühlmittel mitgeführt wird, wird aus dem Kühlmittel durch das faserförmige Streifenmaterial abgeschieden und sammelt sich und tropft nach unten in einen Sumpf im Boden des Gehäuses. Ein Kanal im Endkopf führt das gesammelte Schmiermittel vom Sumpf zu den Lagerwellen und zur Mitte des Rotors, damit die Lager und die Flügel geschmiert werden können.

Die Erfindung wird speziell in ihrer Anwendung auf einen Gleitflügelkompressor für ein Kühlmittel beschrieben, der insbesondere für Air-Condition-Systeme geeignet ist. Es sei jedoch

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bemerkt, daß die Grundgedanken der Erfindung bei allen Pumpen" oder Kompressoren mit Tangentialdichtung angewendet werden können und daß der Rotor, anstatt Gleitflügel zu tragen, auch Rollen oder ähnliche Pingerglieder tragen kann, die am Zylinder gleiten und die getrennte Kammern zwischen dem exzentrischen äußeren Umfang des Rotors und dem inneren Umfang des Zylinders bilden. Der hier verwendete Begriff "Gleitflügelkompressor" soll Pumpen, Motoren und Kompressoren umfassen, die einen exzentrisch angeordneten Rotor aufweisen und eine diese umgebende Kammer, wobei Finger vorgesehen sind, die sich vom Rotor aus erstrecken und die an der Kammer gleiten und wobei der Rotor eine Tangentialdichtung mit der Kammer zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite aufweist.

Es ist ein Ziel der Erfindung, den volumetrischen Wirkungsgrad von Rotationspumpen, Rotationsmotoren und Kompressoren mit Tangentialdichtung dadurch zu verbessern, daß ein frei schwingendes Rotorgehäuse vorgesehen ist, welches die Tangentialdichtung aufrechterhält.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Gas- oder Dampfkompressor zu schaffen, der selbst Flüssigkeit abscheidet.

Ferner ist es Ziel der Erfindung, einen Dampf- oder Gaskompressor zu schaffen, der Flüssigkeit von dem komprimierten Gas oder Dampf abscheidet, wobei diese Flüssigkeit dann verwendet wird, um die Kompressorbauteile zu schmieren.

Weiterhin ist es Ziel der Erfindung, einen Gleitflügelkompressor zu schaffen, der einen frei schwingenden, den Rotor umgebenden Zylinder aufweist, welcher die Flügel führt und der eine Tangentialdichtung zwischen der Hochdruck- und Niederdruckseite des Kompressors bildet, wobei eine Dichtungsbelastung durch die Drucke in den Kompressorkammern ausgebildet wird.

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Es ist auch ein Ziel der Erfindung, einen Gleitflügelkompressor zu schaffen₃ der einen Gehäusezylinder aufweist, welcher an einem Schuh schwenkbar gelagert ist und welcher zur Tangentialkontaktdichtungslinie mit dem Rotor hin verschwenkt wird und zwar unter dem Einfluß von Drucken in den Kompressorkammerri zwischen dem Rotor und dem Zylinder.

Ein weiteres Ziel ist es, einen Gleitflügelkompressor zu schaffen, der einen Rotor aufweist, der an festen Mittellagern gelagert ist und einen Zylinder, der den Rotor exzentrisch umgibt, wobei ferner ein Gehäuse vorgesehen ist, welches den Zylinder im Abstand umgibt, wobei ferner ein Schwenkschuh von dem Gehäuse getragen wird, welcher, es ermöglicht, daß der Zylinder verschwenkt werden kann, um eine Tangentialkontaktdichtungslinie mit dem Rotor zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Kompressors auszubilden und aufrechtzuerhalten.

Es ist auch noch Ziel der Erfindung, einen' Kühlmittelkompressor für Air-Condition-Systeme zu schaffen, der eine vordere Endplatte aufweist, ein kappenförmiges Gehäuse, welches ein Lager trägt und an der Endplatte geführt ist, einen mit Gleitflügel versehenen Rotor, der an einer Welle montiert ist, die in Lagern gelagert ist, welche von der Endplatte und dem Gehäuse getragen sind, wobei ferner ein Zylinder in dem Gehäuse vorgesehen ist, der den Rotor umgibt und der die Rotorflügel führt, und wobei ein Schwenkschuh vom Gehäuse getragen wird, der mit dem Umfang des Zylinders zusammenarbeitet, wobei ferner eine Feder vorgesehen ist, die den Zylinder um dieser Schwenkschuh herum in einen Dichtungskontakt mit dem Rotor verschwenkt, wobei ferner eine federbelastete Endplatte in dem Gehäuse vorgesehen ist, die gegen eine Stirnseite des Zylinders gedrückt ist und die von der Stirnseite abgehoben werden kann und wobei Einrichtungen zwischen dem Gehäuse und dem Zylinder vorgesehen sind, mit denen Schmiermittel von dem Kühlmittel getrennt wird, welches durch den Rotor und die Flügel komprimiert wird.

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Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Umlaufverdichters oder Kompressors mit Schiebern,

Fig. 2 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie III-III der Fig. 2,

Fig. ¹J eine Schnitt ansicht, genommen längs der Linie IV-IV der Fig. 2,

Fig. 5 eine Teildraufsicht, genommen längs der Linie V-V der Fig. 6,

Fig. 6 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie VI-VI der Fig. 5,

Fig. 7 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie VII-VII der Fig. 3,

Fig. 8 eine schematische Ansicht ähnlich der Fig. 3, in der. die Kräfte dargestellt sind, mittels denen der Zylinder in eine Tangentialabdichtungsstellung mit dem Rotor hineingeschwenkt wird,

Fig. 9 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3, bei der jedoch die inneren Teile fortgelassen sind, so daß die Rückwandung des kappenförmigen Gehäuses dargestellt ist und

Fig.10 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie X-X der Fig. 1.

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Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, weist der Kompressor 10 eine vordere Lagerplatte 11 und ein kappenförmiges Gehäuse 12 auf, welches eine zylindrische Mündung 13 hat, die auf einem zylindrischen Führungsabschnitt 14 der vorderen Lagerplatte 11 sitzt und sich an einer Schulter 15 der Lagerplatte 11 abstützt. Eine O-Ringdichtung 16 ist zwischen der Mündung 13, dem Führungszapfen 14 und der Endfläche 15 vorgesehen. Das kappenförmige Gehäuse 12 weist mit Innengewinde versehene Augen 17 auf, die sich in die Platte 11 hineinerstrecken und ferner sind Schraubenbolzen'18 vorgesehen, deren Köpfe gegen die äußere Oberfläche der Platte 11 anliegen und die in diese Augen eingeschraubt sind, um die Endplatte 11 und das napfförmige Gehäuse 12 in abgedichteter Weise miteinander zu verbinden. Die Endplatte 11 weist, wie die Fig. 1, 2 und k zeigen, eine Einlaßöffnung 19 und eine Auslaßöffnung 20 auf. Ein Entspannungsventil 21 ist mit der öffnung 20 verbunden und dient zum Entspannen eines Überdruckes, der das vom Kompressor gespeiste System beschädigen könnte. Die Endplatte weist Schenkel 22 und Augen 22a auf, mit denen der Kompressor in einer Kühlanlage montiert werden kann, beispielsweise in einem Air-Condition-System eines Kraftfahrzeuges.

Wie in Fig. 2 gezeigt, weist eine Nabe 23 in der Mitte der Endplatte 11 eine zylindrische Bohrung 2k auf, die eine verbreiterte Einsenkung 25 am inneren Ende hat. Diese Einsenkung nimmt ein Kugellager 26 auf, welches gegen die Schulter 27 zwischen der Einsenkung 25 und der Bohrung 2k mittels eines Sprengringes 28 gehalten wird.

Eine Wellendichtung 29 ist in der Bohrung 2k montiert und weist einen an der Welle montierten, federbelasteten Ringabschnitt 29a auf und einen in der Nabe montierten festen Ringabschnitt 29b, der in der Bohrung 2k durch einen Sprengring 30 gehalten wird.

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Eine Rotorwelle 31- erstreckt sich durch die Nabe 23 der Endplatte 11 hindurch und in eine zylindrische Nabe 32 hinein, die sich vom hinteren Ende 33 des kappenförmigen Gehäuses 12 aus zur Endplatte 11 hin erstreckt. Ein Rollen- oder Nadellager 34 trägt dieses Ende der Welle 31 in der Nabe 32 des Gehäuses 12. .

Die Welle 31 weist Halterungsringe 35 auf, die sich von Nuten in der Welle aus erstrecken und die gegen beide Stirnflächen des inneren Laufringes des Kugellagers 26 anliegen, wodurch die Welle gegen eine axiale Verschiebung relativ zu den Naben 23 und 32 festgehalten wird.

Die Welle 31 ist drehbar in Lagern gelagert, die in der Endplatte 11 und im Gehäuse 12 vorgesehen sind, wobei die Welle genau an der Endplatte geführt ist, so daß eine genaue Ausfluchtung der Lager erfolgt und aufrechterhalten wird.

Der Rotor 36 des Kompressors 10 ist auf der Rotorwelle 31 derart montiert, daß er sich mit dieser dreht. Der Rotor 36 weist vier radiale Schlitze 37 auf, die im gleichen Abstand um den Umfang herum angeordnet sind und die sich von Taschen 38 im Umfang des Rotors aus nach innen erstrecken, wie es in Fig· 3 gezeigt ist. Diese Schlitze haben eine derartige Tiefe, daß sie die Höhe der Flügel 39 aufnehmen können, die gleitbar in den Schlitzen montiert sind, wenn die Schuhe 40 an den Enden der Flügel in die Taschen zurückgezogen sind. Zwei Paare Stifte ¹Il und 42 erstrecken sich durch Bohrungen in der Welle und den inneren Abschnitt des Rotors in die Schlitze 37 hinein und nehmen Schraubenfedern 43 auf, die um diese herum angeordnet sind und die auf die inneren Enden der Flügel 39 einwirken, um diese vom Boden der Schlitze aus nach außen zu drücken. Ein Paar Stifte 41 mit den Federn 43 wirkt auf, ein Paar diametral gegenüberliegende Flügel 37, während das andere Paar Stifte 42. und deren Federn 43, die gegenüber den Stiften 4l versetzt sind, gegen das andere Paar diametral gegenüberliegender Flügel 37 einwirkt.

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Wie die Pig. 2 und 3 zeigen, ist ein Zylinder 44 ist im Gehäuse 12 gelagert und umgibt den Rotor 36. Dieser Zylinder weist eine innere Umfangswandung 45 auf, die exzentrisch zum Umfang 46 des Rotors 36 angeordnet ist und von diesem einen Abstand hat mit Ausnahme einer einzelnen Kontaktlinie 47 an der Tangentialstelle zwischen dem Zylinder und dem Rotor,wodurch eine sogenannte Tangentialdichtung zwischen der Niederdruck- und der Hochdruckseite des Kompressors gebildet wird. Die Flügel 39 erstrecken sich aus dem Rotor heraus und zwar derart, daß ihre Gleitenden 40 gegen die Innenwandung 45 des Zylinders 44 anliegen und den Raum zwischen der Wand 45 des Zylinders 44 und dem Umfang 46 des Rotors 36 in Kammern unterteilen, die ein Kühlmittel vom Einlaß aufnehmen und ein komprimiertes Kühlmittel der Auslaßöffnung 20 zuführen, wie es noch beschrieben werden soll.

Der Zylinder 44 ist schwenkbar im Gehäuse 12 an einem Schuh 48 gelagert, welcher von einer Rippe 49 des Gehäuses 12 getragen wird, die sich vom Umfang des Gehäuses aus in Umfangsrichtung im Abstand stromauf von der Tangentialdichtungslinie 47 nach innen erstreckt. Der Schuh 48 weist eine Nase 48a auf, die in einer Nut oder in einer Aussparung 50 einer Schwenkplatte 51 sitzt, die an einen flachen Umfangsabschnitt 52 des Zylinders 44 mittels einer Schraube 53 angeschraubt ist. Die Rippe 49, die den Schuh 48 trägt und die Aussparung 50» die die Nase 48a des Schuhes aufnimmt, müssen innerhalb relativ weiter Grenzen an einer Stelle des Umfanges des Zylinders angeordnet sein, an der das durch die Drucke im Zylinder erzeugte Kräftepaar die Neigung hat, den Zylinder in einer derartigen Richtung zu verschwenken, dass ein Spielraum an der Tangentiallinie zwischen dem Zylinder und dem Rotor 36 ausgeschaltet wird. Bei der Herstellung sind jedoch Toleranzen bezüglich der Anordnung der Schwenkstelle nicht kritisch.

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Ein aus einer dünnen Metallplatte bestehendes Zungenventil 54.1St unter der Platte 51 durch die Verschraubung 53 eingespannt, wie es Fig. 3 zeigt, und die Platte 51 ist von der flachen Oberfläche 52 des Zylinders 54 an dem freien oder nichtfestgeschraubten Ende nach außen gebogen, so daß das Zungenventil 54 von seinem Sitz an der flachen Stelle 52 nach außen verbogen werden kann.

Der Zylinder 44 weist eine Reihe Auslaßöffnungen 55 auf, die sich durch diesen Zylinder hindurch unter dem freien Ende des Zungenvetils 54 erstrecken und stromauf oder vor der Tangentialdichtungslinie 47 des Zylinders 44 mit dem Rotor 36 angeordnet sind. Das komprimierte Kühlmittel wird durch diese öffnungen 55 abgegeben und hebt das Zungenventil 54 ab und strömt in eine Kammer 56a, die von dem Hauptringraum 56 zwischen dem Gehäuse 12 und dem Zylinder 44 durch aus Pasern bestehende Seitenstreifen 57 abgetrennt ist, welche sich von der Endplatte 11 zur Rückwandung 33 des Gehäuses 12 erstrecken. Die inneren Enden dieser Streifen 57 sitzen in Nuten 58 und die äußeren Enden dieser Streifen sitzen zwischen Rippen 59 am inneren Umfang des Gehäuses 12, wie es in Fig. dargestellt ist. Das hintere Ende dieser Kammer 56a wird durch einen dritten aus einem Fasermaterial bestehenden Streifen 60 abgegrenzt, der, wie Fig. 2 zeigt, den Spalt zwischen der Rückseite 33 des Gehäuses 12 und einer Endplatte 61 überspannt, die gegen d.ie Stirnseite des Zylinders 44 anliegt und mit dem Zylinder und der Endplatte 11 die Arbeitskammer des Kompressors bildet. Die Platte 61 sitzt drehbar auf der Nabe 32 der Endwand 33 des Gehäuses 12 und eine O-Ringdichtung 62 dichtet den inneren Umfang der Platte gegenüber der· Nabe ab, nimmt jedoch ein Verschwenken und Gleiten der Platte auf der Nabe auf.

Wie die Fig. 9 und 10 zeigen, ist die Platte 6l mittels Federn gegen das Ende des Zylinders 44 gepreßt und zwar sind mehrere Schraubenfedern 63 vorgesehen, die in Taschen sitzen,

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welche durch Rippen 74 gebildet werden, die sich von der Endwand 33 des Gehäuses 12 aus erstrecken. Der Streifen 60 ist über eine dieser Rippen 64 hinweg gebogen, wie es Fig. 9 zeigt und seine Endschenkel sitzen zwischen gegenüberliegenden Rippen 65. Der Streifen 60 ist ausreichend elastisch, so daß die Platte 6l vom Zylinder 44 fortkippen oder gleiten kann, um ihre Entlastungs- oder Entspannungsfunktion durchzuführen, die noch beschrieben werden soll.

Um das öffnen des Zungenvetils 54 durch das aus den Öffnungen 55 austretende komprimierte Kühlmittel zu erleichtern, weist das Zungenventil 5^> wie es die Fig. 5 und 6 zeigen, einen ü-förmigen Schlitz 66 auf, der eine Zunge 67 begrenzt, die unter der Wulst liegt, welche die Nut 50 in der Schwenkplatte 51 ausbildet, die ihrerseits die Nase 48a des Schuhes 48 aufnimmt. Auf diese Weise kann sich das freie Ende des Zungenventils 54 verbiegen, ohne störend von dem wulstförmigen Teil der darüberliegenden Platte beeinflußt zu werden.

Das komprimierte Kühlmittel in der Kammer 56a strömt durch die Streifen 57 und 60 in die Hauptkammer 56, und in dieser Kammer wirkt dieses Kühlmittel mit den Federn 63 zur Anlage der Platte 61 gegen den' Zylinder 44 zusammen. Die Streifen bestehen aus einem fasrigen Material, welches das Schmiermittel, das in dem komprimierten Kühlmittel enthalten ist, koalesziert oder abscheidet. Derartige Materialien sind optisch opaque, synthetische Fasern und sind im Handel als aus Nylon bestehender synthetischer Filz bekannt, wie beispielsweise "Dacron" u. dgl. Dieser Filz ist porös und wird durch das Schmiermittel benetzt und wirkt als Entfeuchter. Das Material muß Temperaturen in der Größenordnung von 204⁰C widerstehen können.

Um zu verhindern, daß eine Flüssigkeit, wie beispielsweise öl, in dem System einen Flüssigkeitskeil ausbildet, der die Neigung hat, die Tangentialdichtung 47 zu öffnen, weist der Zylinder

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mehrere Ablaßöffnungen 55a stromab von den Öffnungen 55 und kurz vor der Tangentialdichtungslinie auf, wie es die Fig. 3» 5 und 8 zeigen. Diese Ablaßöffnungen führen öl, welches sich an der Tangentiallinie ansammelt, in die Kammer 56a.

Das in der Kammer' 56 vorhandene komprimierte, sehmiermittelfreie Kühlmittel strömt zum Auslaß 20 in der Endplatte 11 und wird von dort aus abgegeben.

Das abgeschiedene öl tropft von den fasrigen Streifen 57 und 60 zum Boden des Gehäuses 12, wo es, wie Fig. 2 zeigt, in einem Becken oder Sumpf P gesammelt wird, der dem Druck des komprimierten Kühlmittels in der Kammer 56 ausgesetzt ist. Die Endplatte weist einen gebohrten Kanal 68 auf, der den Sumpf P mit der Nabe 23 hinter dem Dichtungsring 29b verbindet, so daß das vom Druck in der Kammer 56 beaufschlagte öl aus dem Sumpf in die Nabe strömt, um die Wellendichtung 29 und das Lager 26 zu schmieren. Vom Lager 26 strömt das unter Druck stehende öl durch die Flügelschlitze 37 des Rotors, um die Flügel 39 und die Zylinderwand k5 zu ölen. Ferner strömt das öl zur Nabe 32, um das hintere Lager J>H zu schmieren. Auf diese Weise wird das öl in die Kammern zwischen dem Rotor und Zylinder zurückgeführt und die sich bewegenden Teile des Kompressors werden ausreichend mit dem öl geschmiert, ,das aus dem komprimierten Kühlmittel abgetrennt und dem Kühlmittel, welches komprimiert wird, wieder zugeführt wird.

Falls die Kompressorkammern zwischen dem Rotor und dem Zylinder mit öl überflutet werden und zwar während Stillstandsperioden des Kompressors, wird ein Blockierendes Rotors während eines schnellen Andrehens durch dieses öl verhindert,. da die Flüssigkeit in den Kompressorkammern zwischen dem Rotor und der Zylinderwandung in dem Augenblick, in den sie durch die Flügel 39 gepumpt wird, die Platte 6l von der Stirnseite des Zylinders abhebt, wodurch die Flüssigkeit in den Sumpf P

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ausfließen kann. Die Pederbelastung der Platte 60 ist derart eingestellt, daß die Platte bei Drucken in den Kompressionskammern abgehoben wird, die unterhalb des. Druckes liegen, bei dem die Flügel oder andere Teile des Kompressors beschädigt oder zerstört werden können.

Um eine minimale Dichtungskraft an der Tangentialdichtungslinie 47 aufrechtzuerhalten, ist eine Unterstützungsfeder 69 vorgesehen, die in den Fig. 3 und 7 dargestellt ist und mit der der Zylinder 44 um die Schwenknase 48a derart verschwenkt wird, daß eine minimale Last an der Tangentialdichtungslinie 47 auftritt. Die Feder 69 hat die Form eines Fingers oder eines Blattes und sitzt in einer Aussparung 70 in der Außenseite des Zylinders 44 und stützt sich gegen eine Rippe 71 des Gehäuses 12 ab. Wie Fig. 7 zeigt, erstreckt sich die Feder 69 von der Endplatte 6l zur Mündung 13 des Gehäuses 12. Die Feder ist im Abstand stromab von der Tangentialdichtungslinie 47 angeordnet und da sich die Schwenknase 49 stromauf von dieser Tangentialdichtungslinie 47 befindet, verschwenkt die Feder den Zylinder 44 in Anlage gegen den Rotor 36 an der Tangentiallinie 47.

Wie. Fig. 4 zeigt, tritt das zu komprimierende Kühlmittel in den Einlaß 19 ein und im Betrieb des Kompressors wird ein Saugstoppventil 72 in der Einlaßöffnung von seinem Sitz 73 abgehoben, damit das Kühlmittel durch ein Sieb 74 hindurch in eine Einlaßöffnung 75 an der Innenseite der Endplatte 11 strömen kann. Diese Eintrittsöffnung 75 speist die sich ausdehnenden Kammern C, und C„ zwischen dem Rotor 36 und dem Zylinder 44 und dadurch wird das Kühlmittel in die Saugseite des Kompressors hineingesaugt. Das Ventil 72 öffnet sich nicht, wenn nicht der Druck in den Kammern C₁ und C₂ geringer ist als der Druck des Kühlmittels, welches dem Kompressor zugeführt wird. Dadurch kann sich das Ventil schließen, damit ein negativer Druck in den sich ausdehnenden Kammern C, und C„ aufrechterhalten werden kann.

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Das Kühlmittel wird dann in den sich zusammenziehenden Kammern C-, und C₁^ komprimiert und wird durch die öffnungen

55 abgegeben, wobei das Zungenventil 5¹* abgehoben wird. Das Kühlmittel tritt in die fasrigen Streifen ein, die die Kammer 56a begrenzen. Wie bereits dargelegt, wird das komprimierte Kühlmittel dann von seinem öl befreit, wennes durch die faserförmigen Streifen 57 und 60 hindurch in die Hauptkammer

56 gelangt und das Kühlmittel wird, dann durch die öffnung 20 in der Endplatte 11 abgegeben.

Wie Fig.-8 zeigt, wirken die Drucke, die durch Pfeile in den sich zusammenziehenden Kammern C, und C^ dargestellt sind, auf den Zylinder 44 ein und bewirken, daß dieser um die Schwenknase 48a in der Richtung verschwenkt wird, die durch den Pfeil A dargestellt ist. Dieses Verschwenken des Zylinders 44 drückt diesen gegen den Rotor 36 an der Tangentialdichtungslinie 47 und dadurch wird die Dichtungslast oder Dichtungskraft erhöht, wenn die Drucke in den Kammern C, und C₁. zunehmen. Da die Unterstützungsfeder 69 lediglich eine sehr geringe Dichtungslast an der Tangentialdichtungslinie 47 aufrechterhält und da der Druck, der von dem arbeitenden Kompressor erzeugt wird, diese Last, wie es erforderlich ist, erhöht, um eine Abdichtung zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite des Kompressors aufrechtzuerhalten, wird die Betriebsreibung des "Kompressors auf ein Minimum herabgesetzt, ohne dadurch die Dichtungswirkung zu verringern.

Durch die Erfindung wird eine mit Druckmitteln arbeitende UmIaufmaschine mit einer Tangeritialdichtung, wie beispielsweise eine Pumpe, ein Motor oder ein Kompressor, geschaffen und diese Maschine entwickelt im Betrieb ihren eigenen Tangentialdichtungsdruck und führt selbst die Flüssigkeit ab, die bei einem schnellen Andrehen zu einer Verriegelung führen könnte und ferner werden Flüssigkeiten aus einem komprimierten

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Dampf oder Gas abgeführt und die Lager oder andere Teile der Maschine werden durch diese abgetrennte Flüssigkeit geschmiert, Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Gleitflügelkompressor, mit dem ein Kühlmittel für ein Kraftfahrzeug-Air-Condition-System komprimiert wird, wobei dieser Kompressor einen frei verschwenkbaren exzentrischen Zylinder aufweist, der die Flügel führt und der gegen den die Gleitflügel tragenden Rotor an einer Tangentiallinie angepreßt ist und zwar durch den Druck des Kühlmittels, welches komprimiert wird.

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Claims

- 17 Pateritansprüche

Mit einem fluiden Druckmittel arbeitende Maschine mit Tangentialdichtung, die ein Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß aufweist und einen Rotor, der drehbar in dem Gehäuse gelagert ist und Einrichtungen, die sich vom Rotor aus erstrecken und auf das Druckmittel zwischen dem Einlaß und dem Auslaß einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bauteil (44) in dem Gehäuse vorgesehen ist, der exzentrisch den Rotor (36) umgibt und der die Einrichtungen (39) führt, die sich vom Rotor (36) aus erstrecken und der gegen den Rotor durch Drucke zwischen dem Rotor (36) und dem Bauteil (44) gedrückt ist, damit der Einlaß und der Auslaß längs einer Tangentiallinie (47) zwischen dem Bauteil (44) und dem Rotor (36) getrennt ist.

Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor von festen Lagern (34, 26) getragen ist, daß der Bauteil (44)', der Rotor (36) und die Einrichtungen (39), die sich von dem Rotor forterstreckeh, sich ausdehnende und zusammenziehende Kammern (C-, C„, C,, C^) um den Rotor herum begrenzen, daß die Tangentiallinie zwischen den sich ausdehnenden und zusammenziehenden Kammern mit minimalem Volumen liegt, daß ein Schwenklager (48) für den Bauteil (44) vorgesehen ist, welches die Bewegung des Bauteils, ansprechend auf die Drucke in den sich zusammenziehenden Kammern aufnimmt, damit der Dichtungsdruck zwischen dem Rotor und dem diesen umgebenden Bauteil an der Tangentialkontaktlinie zwischen diesen erhöht wird.

3· Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil ein Zylinder (44) ist, der deVi Rotor umgibt, daß die Einrichtungen, die sich vom Rotor aus erstrecken, Teile (39) sind, die vom Rotor getragen werden und die auf der inneren. Wand (45) des Zylinders gleiten und die den Raum

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zwischen dem Rotor und dem Zylinder in sich ausdehnende Aufnahmekammern (C-, CL) und sich zusammenziehende Druckkammern (C,, Cu) unterteilen, daß eine Einlaßöffnung (19) im Gehäuse ein fluides Medium den sich ausdehnenden Kammern zuführt, daß die Schwenklagerung des Zylinders im Gehäuse relativ zu dem sich zusammenziehenden Kammern derart angeordnet ist, daß die Drucke in diesen Kammern den Zylinder in eine Dichtungsanlage gegen den Rotor längs der Tangentiallinie verschwenken, welche ihrerseits die sich ausdehnenden und die sich zusammenziehenden Kammern trennt, daß der Zylinder eine Auslaßöffnung (55) unmittelbar stromauf von der Tangentialkontaktlinie mit dem Rotor aufweist, durch die das fluide Medium in das Gehäuse um den Zylinder herum abgegeben wird und daß das Gehäuse eine Auslaßöffnung (20) aufweist, die das fluide Medium weiterleitet.

4. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenklager für den Bauteil einen Schuh (48) aufweist, der mit dem äußeren Umfang des Bauteiles zusammenarbeitet.

5. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entspannungsventil (61) vorgesehen ist, um Flüssigkeit aus den Kammern zwischen dem Rotor und dem Bauteil, der den Rotor umgibt, abzulassen und zwar in dem Fall, in dem übermäßige Drucke in diesen Kammern ausgebildet werden.

6. Maschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Entspannungsventil eine Platte (61) aufweist, die durch Federn (63) gegen ein Ende des Bauteils, der den Rotor umgibt, angepreßt wird.

7. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Lager, die den Rotor tragen, von einer Endplatte (11) und einem kappenförmigen Gehäuse (12), welches auf die Endplatte (11) aufgesetzt ist, getragen wird, wobei das Gehäuse mit der Endplatte zusammen eine ringförmige Kammer (56) bildet,

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die den Bauteil umgibt und in die komprimierte Flüssigkeit aus dem Bauteil heraus abgegeben wird.

8.. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus faserförmigem Material bestehende Streifen (57,' 60) in der Ringkammer (56) zwischen dem Bauteil (44) und dem Gehäuse (12) vorgesehen sind, die öl von dem komprimierten Medium abscheiden, welches in die Kammer (56) gelangt.

9. Maschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Zungenventil (54) am Zylinder, welches die Strömung eines fluiden Mediums aus den Druckkammern in das Gehäuse steuert und daß eine Schutzplatte über dem Zungenventil liegt und mit einem vom Gehäuse getragenen Schuh zur Bildung eines Schwenkpunktes für den Zylinder zusammenarbeitet.

10. Maschine nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Unterstützungsfeder (69), die auf den Bauteil,, der den Rotor umgibt, einwirkt, damit· der Bauteil um die Schwenklagerung herum verschwenkt wird, um einen minimalen Druck an der Tangentiallinie zwischen dem Rotor und dem Bauteil aufrechtzuerhalten.

11. Maschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Teile, die vom Rotor getragen werden und die an der inneren Wand des Zylinders gleiten, Gleitflügel sind.

12. Maschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Ringkammer (56) zwischen dem Gehäuse und dem Zylinder, in der Streifen (57, 60) aus faserförmigem Material eine Kammer (56a) abteilen, welche ein fluides Medium aus der Auslaßöffnung des Zylinders aufnimmt, wobei diese Streifen wirksam sind, um Flüssigkeit, die mit dem"komprimierten fluiden · Medium mitgeführt wird, abzutrennen.

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13. Maschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Ablaßbohrungen (56a), die durch den Zylinder unmittelbar- neben der stromauf gelegenen Seite der Tangentialkontaktlinie mit dem Rotor führen, damit Flüssigkeit aus den sich zusammenziehenden Kammern abgeführt werden kann.

14. Mit fluiden Druckmitteln arbeitende Maschine mit Tangentialdichtung mit einer Endplatte, die einen Einlaß, einen Auslaß und eine Lagernabe aufweist und mit einem kappenförmigen Gehäuse, welches auf der Endplatte sitzt und eine lagertragende Nabe hat, die mit der Nabe der Endplatte fluchtet und mit Lagern in den Naben der Endplatte und des Gehäuses und ferner mit einer Welle, die drehbar in diesen Lagern gelagert ist und an der ein flügeltragender Rotor zwischen den Lagern montiert ist und mit einem Zylinder in dem Gehäuse, der den Rotor exzentrisch umgibt und dessen eine Stirnseite gegen die Endplatte anliegt und mit einer Platte, die gleitbar auf der Nabe des Gehäuses geführt ist und mittels Pederdruck gegen die andere Stirnseite des Zylinders angedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwenkschuh (48) von dem Gehäuse getragen wird und mit dem äußeren Umfang des Zylinders zusammenarbeitet und Schwenkbewegungen des Zylinders im Gehäuse aufnimmt, die dieser ansprechend auf Drucke durchführt, die zwischen dem Rotor und dem Zylinder entwickelt werden, um den Zylinder gegen den Rotor längs einer Tangential· linie (47) zu drücken, daß der Zylinder Öffnungen (55) aufweist, die den Innenraum des Zylinders stromauf von der Tangentialkontaktlinie mit dem Rotor mit dem Auslaß verbinden, daß aus faserförmigen Materialien bestehende Elemente (57, 60) im Strom des fluiden Mediums zwischen den Öffnungen im Zylinder und dem Auslaß (20) angeordnet sind, damit öl von dem fluiden Medium abgetrennt werden kann, daß das Gehäuse einen ölsumpf am Boden aufweist, der das von dem fluiden Medium abgetrennte öl aufnimmt, daß ein Kanal (68) in der Endplatte

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vorgesehen ist, der öl aus dem Sumpf zu den Lagern, Flügeln und in das Innere des Zylinders zurückführt, daß die Platte (61) so ausgebildet ist, daß sie sich vom Zylinder abhebt, um die Räume zwischen dem Rotor und dem Zylinder zum Sumpf hin zu entlasten, damit aus diesen Räumen öl abgeführt werden kann. . ·

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