DE19620482C2 - Spiralkompressor mit einer Schrägfläche an einem Spiralteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralkompressor gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1, insbesondere einen Spiralkom­ pressor für eine Kraftfahrzeugklimaanlage.

Ein bekannter Spiralkompressor besitzt ein Gehäuse, ein sta­ tionäres Spiralelement und ein bewegliches Spiralelement. Das stationäre Spiralelement umfaßt einen Basisplattenteil und einen stationären Spiralteil, der senkrecht von dem Basis­ plattenteil absteht. Das bewegliche Spiralelement umfaßt ebenfalls einen Basisplattenteil und einen beweglichen Spiralteil, der von dem Basisplattenteil senkrecht absteht, um im Zusammenwirken mit dem Spiralteil des stationären Spiralelements zwischen dem stationären und dem beweglichen Spiralelement eine Kompressionskammer zu bilden. Das bewegli­ che Spiralelement ist derart angeordnet, daß es sich nicht um seine eigene Achse drehen kann, sondern auf einer Umlaufbahn rund um die Kompressorachse umläuft, derart, daß die Kompres­ sionskammer von einem peripheren Bereich zu einem zentralen Bereich der Spiralelemente verlagert wird, wobei sich das Volumen der Kompressionskammer reduziert, während das beweg­ liche Spiralelement bezüglich des stationären Spiralelements eine Umlaufbewegung ausführt.

In Fig. 11 der beigefügten Zeichnungen ist ein bekannter Spiralkompressor bzw. -verdichter gezeigt. Dieser Kompressor umfaßt ein stationäres Spiralelement 80 und ein bewegliches Spiralelement 90. Das bewegliche Spiralelement 90 umfaßt einen Basisplattenteil 91 und einen davon senkrecht abstehenden beweglichen Spiralteil 92. Die Stirnfläche 92a des beweglichen Spiralteils 92 verläuft senkrecht zu dem be­ weglichen Spiralteil 92. Das stationäre Spiralelement 80 be­ sitzt ebenfalls einen Basisplattenteil 81 und einen davon senkrecht abstehenden stationären Spiralteil 82, dessen Stirnfläche 82a senkrecht zu dem stationären Spiralteil 82 verläuft.

Das bewegliche Spiralelement 90 hat die Tendenz zum Kippen um einen kleinen Winkel θ bezüglich der Achse O des Kompressors, wenn es auf einer Bahn um die Achse O des Kompressors um­ läuft, und zwar aufgrund der Reaktionskraft des in der Kom­ pressionskammer komprimierten Mediums und anderer im Betrieb des Kompressors auftretender Parameter. Infolge des Kippens berührt die äußere Kante des beweglichen Spiralteils 92 zwi­ schen der Stirnfläche 92a und der äußeren Mantelfläche 92b des Spiralteils 92 den Basisplattenteil 81 des stationären Spiralelements 80. Die Umlaufbewegung des beweglichen Spiralelements 90 umfaßt Bewegungskomponenten in Richtung der äußeren Mantelfläche 92b (nach oben in den in den Zeichnungen eingezeichneten Richtung U) und in entgegengesetzter Rich­ tung, d. h. in Richtung auf die innere Oberfläche 92c (nach unten in der Richtung D). Wenn sich das bewegliche Spiral­ element 90 nach unten in der Richtung D bewegt, dann kann die Stirnfläche 92a in Gleitkontakt mit dem Basisplattenteil 81 des stationären Spiralelements 80 gelangen, und es ergeben sich im wesentlichen keine Probleme. Wenn sich jedoch das be­ wegliche Spiralelement 90 nach oben in der Richtung U bewegt, dann gelangt die Außenkante des beweglichen Spiralteils 92 in einen kantenförmigen Kontakt mit dem Basisplattenteil 81 des stationären Spiralteils 80, so daß sich das Problem ergibt, daß der Basisplattenteil 81 des stationären Spiralelements 80 zerkratzt wird bzw. einem Verschleiß unterliegt. Ein ähnli­ ches Problem tritt auf, wenn der stationäre Spiralteil 82 mit einer Kante in Kontakt mit dem Basisplattenteil 91 des beweg­ lichen Spiralelements 90 gelangt.

Die JP 5-240174 A offenbart einen Spiralkompres­ sor, mit dem das oben angesprochene Problem gelöst werden soll. Der erste Lösungsansatz besteht gemäß den Lehren der zitierten Druckschrift darin, den Kompressor so zu konstruie­ ren, daß die Stirnfläche des beweglichen Spiralteils von der Innenfläche desselben bis zur Mantelfläche bezüglich einer zur Achse des Kompressors senkrechten Ebene durchgehend abge­ schrägt ist. Der zweite Lösungsansatz gemäß der zitierten Druckschrift besteht darin, den Kompressor so zu konstruie­ ren, daß der bewegliche Spiralteil vollständig ballig ausge­ bildet ist.

Gemäß dem genannten Stande der Technik wird der Steigungs­ winkel der Stirnfläche des beweglichen Spiralteils durch den zwischen der Stirnfläche des beweglichen Spiralteils und der Bodenfläche des stationären Spiralteils eingeschlossenen Winkel (Tangens θ) definiert, wobei dieser Winkel sich zum Außendurchmesser des beweglichen Spiralteils hin öffnet. Dieser Abschrägungswinkel der Stirnfläche des beweglichen Spiralteils fällt jedoch nicht notwendigerweise mit dem Win­ kel zusammen, um den der bewegliche Spiralteil tatsächlich kippen kann, und zwar wegen weiterer Parameter und Toleran­ zen. Wenn daher der Abschrägungswinkel mit dem Kippwinkel zusammenfällt, gelangt die abgeschrägte Stirnfläche des be­ weglichen Spiralteils in Oberflächenkontakt mit der Boden­ fläche des stationären Spiralelements und der gewünschte Effekt kann realisiert werden; wenn jedoch der Abschrägungs­ winkel nicht mit dem Kippwinkel zusammenfällt, kann der ge­ wünschte Effekt nicht realisiert werden. Wenn beispielsweise der Abschrägungswinkel kleiner ist als der Kippwinkel, dann gelangt die spitzwinklige Kante der abgeschrägten Stirnfläche des beweglichen Spiralteils an der Mantelfläche unter Druck in Kontakt mit der Bodenfläche des stationären Spiralele­ ments, so daß diese zerkratzt bzw. verschlissen wird. Wenn der Abschrägungswinkel dagegen größer ist als der Kippwinkel, dann gelangt die stumpfwinklige Kante der abgeschrägten Stirnfläche des beweglichen Spiralteils im Bereich der Innen­ fläche desselben ebenfalls unter Druck in Kontakt mit der Bodenfläche des stationären Spiralelements, und dieses wird beschädigt. Die entsprechenden Probleme ergeben sich dann, wenn an dem stationären Spiralteil eine abgeschrägte Stirn­ fläche vorgesehen ist.

Der zweite Lösungsvorschlag gemäß dem Stande der Technik macht eine maschinelle Bearbeitung zum Erzeugen einer bal­ ligen Kontur der Stirnfläche des beweglichen Spiralteils erforderlich, wobei diese Bearbeitung zur Erzielung einer balligen Kontur schwierig ist und die Fertigungskosten er­ höht.

Die JP 1-267380 A offenbart einen Spiralver­ dichter mit einem abgeschrägten beweglichen Spiralteil. Gemäß diesem Stand der Technik ist die Stirnfläche des beweglichen Spiralteils nach beiden Seiten abgeschrägt, d. h. die Ab­ schrägung erfolgt an der einen Kante des beweglichen Spiralteils zwischen der flachen Stirnfläche und der äußeren Mantelfläche und an der anderen Kante des beweglichen Spiralteils zwischen der flachen Stirnfläche und der inneren Wandfläche, und zwar auf der gesamten Länge des Umfangs des Spiralteils. Diese Ausgestaltung kann ebenfalls dazu dienen, die oben angesprochenen Probleme zu lösen.

Aus der DE 36 00 184 C2 ist ein Spiralkompressor mit beid­ seitiger Abschrägung der Stirnseiten beider Spiralteile bekannt. Die in einem Winkel von etwa 45° zu den Stirnseiten verlaufenden Abschrägungen wirken mit herstellungsbedingten Abstufungen zwischen den Seitenwänden der Spiralteile und den Basisplattenteilen zusammen, um die Abdichtwirkung zu ver­ bessern.

Der bewegliche Spiralteil kippt üblicherweise nur nach einer Seite, so daß nur ein Teil der Stirnfläche des beweglichen Spiralteils in Kontakt mit dem stationären Basisplattenteil gelangt. Außerdem muß die Stirnfläche des beweglichen Spiral­ teils mit dem stationären Basisplattenteil derart zusammen­ wirken, daß sich für die Kompressionskammer eine Dichtungs­ funktion ergibt. Wenn daher die Stirnfläche des beweglichen Spiralteils nach beiden Seiten abgeschrägt ist, wird die Dichtungsfunktion verschlechtert, und die Leistung des Kom­ pressors kann abnehmen. Außerdem wird bei sämtlichen Vor­ schlägen gemäß dem Stande der Technik das Abschrägen in Um­ fangsrichtung über die volle Länge des beweglichen Spiral­ teils durchgeführt, was zur Folge hat, daß die Fertigungs­ kosten zunehmen und die Leistung des Kompressors abnehmen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben angespro­ chenen Probleme zu lösen und einen Spiralkompressor zu schaf­ fen, der so aufgebaut ist, daß eine Beschädigung des statio­ nären oder des beweglichen Basisplattenteils vermieden wird, und der mit denkbar geringen zusätzlichen Fertigungskosten und mit einem denkbar geringen Verlust an Motorleistung ge­ fertigt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird durch einen gattungsgemäßen Kom­ pressor gelöst, der gemäß der Erfindung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 aufweist.

Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der maximal zulässige Kipp­ winkel des beweglichen Spiralelements auf der Basis des Außendurchmessers des beweglichen Spiralteils, des Spalts zwischen der Stirnfläche des beweglichen Spiralteils und der Bodenfläche des stationären Basisplattenteils und weitere Parameter, wie z. B. den Toleranzen anderer Elemente, berech­ net werden kann. Das Abschrägen kann im Zuge der maschinellen Bearbeitung des beweglichen Spiralteils durchgeführt werden; der bewegliche Spiralteil wird nämlich zunächst als Rohling in Form eines Gußteils oder eines geschmiedeten Teils herge­ stellt und dann mit Hilfe eines Schneidwerkzeugs bearbeitet, um die äußere, in Umfangsrichtung verlaufende Oberfläche des beweglichen Spiralteils in die gewünschte Form zu bringen, wobei das Abschrägen im Zuge dieses Schrittes der maschinel­ len Bearbeitung durchgeführt werden kann.

Beispielsweise umfaßt der Spiralteil des beweglichen Spiral­ elements sowohl die Schrägfläche als auch eine ebene Stirn­ fläche, wobei der Abschrägungswinkel der Schrägfläche derart bestimmt wird, daß er in einem Bereich, der größer ist als der zulässige maximale Kippwinkel des beweglichen Spiralele­ ments, einen minimalen Wert hat. Außerdem ist der Winkel zwi­ schen der Schrägfläche und der ebenen Stirnfläche ein stumpfer Winkel, der so dicht wie möglich bei 180° liegt.

Wenn also das bewegliche Spiralelement in gekipptem Zustand umläuft, gelangt der Spiralteil des beweglichen Spiralele­ ments in Gleitkontakt mit dem Basisplattenteil des stationä­ ren Spiralelements, und zwar selbst dann, wenn sich das be­ wegliche Spiralelement in Richtung auf die äußere Mantel­ fläche des Spiralteils des beweglichen Spiralelements bewegt, oder selbst dann, wenn sich das bewegliche Spiralelement in Richtung auf die innere Wandfläche des Spiralteils des beweg­ lichen Spiralelements bewegt, da ja der Winkel zwischen der vorzugsweise als Schrägfläche ausgebildeten Übergangsfläche und der flachen Stirnfläche ein stumpfer Winkel ist, der so nahe wie möglich bei 180° liegt. Der Spiralteil des stationä­ ren Spiralelements kann ebenfalls die Schrägfläche bzw. Über­ gangsfläche aufweisen, wobei in diesem Fall die Übergangs­ fläche des Spiralteils des stationären Spiralelements in Gleitkontakt mit dem Basisplattenteil des beweglichen Spiral­ elements gelangen kann.

Da das bewegliche Spiralelement in der Weise kippt, daß der äußere Endbereich der Stirnfläche des beweglichen Spiralele­ ments sich der Bodenfläche des stationären Spiralelements nähert, wenn das bewegliche Spiralelement umläuft, ist es er­ forderlich und ausreichend, die Übergangs- bzw. Schrägfläche nur im Bereich der äußeren Mantelfläche vorzusehen. Da der Kompressor gemäß vorliegender Erfindung die Schrägfläche nur an der dafür erforderlichen und auch ausreichenden Seite auf­ weist, ist die maschinelle Bearbeitung des Spiralteils mit der Schrägfläche im Vergleich zu dem weiter oben erwähnten Fall vereinfacht, bei dem auf beiden Seiten des beweglichen Spiralteils jeweils eine Schrägfläche vorgesehen ist und bei dem die Schrägfläche längs der vollen Länge des bewegli­ chen Spiralteils vorgesehen ist. Da das Abschrägen weiterhin nicht angrenzend an die innere Oberfläche durchgeführt wird, wird auf geeignete Weise die Dichtungsfunktion für die Kom­ pressionskammer sichergestellt.

Vorzugsweise umfaßt der Spiralteil des beweglichen Spiralele­ ments die Übergangs- bzw. Schrägfläche. Außerdem ist dabei am Spiralteil des stationären Spiralelements vorzugsweise keine derartige Schrägfläche vorgesehen.

Vorzugsweise umfaßt das stationäre Spiralelement eine kreis­ runde, in Umfangsrichtung äußere Wand, die einen Teil des Ge­ häuses bildet.

Vorzugsweise umfaßt der Spiralteil ferner einen in Umfangs­ richtung inneren Teil, der an den in Umfangsrichtung äußeren Teil angrenzt, wobei der in Umfangsrichtung innere Teil eine innere Fläche, eine äußere Fläche bzw. eine Mantelfläche und eine flache bzw. ebene Stirnfläche umfaßt, die in einer Ebene mit der flachen Stirnfläche des in Umfangsrichtung äußeren Teils verläuft, wobei die flache Stirnfläche des in Umfangs­ richtung inneren Teils eine Nut und ein in dieser Nut ange­ ordnetes Dichtungselement aufweist, welches eine axiale Höhe bzw. Dicke hat, die größer ist als die Tiefe der Nut, wobei die Schrägfläche nur in dem Bereich des Spiralteils vorgese­ hen ist, in dem keine Nut ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der in Umfangsrichtung äußere Teil des Spiralteils längs des Umfangs auf etwa einem Halbkreis ausgebildet.

In diesem Fall ist auf der Außenseite des in Umfangsrichtung äußeren Teils des Spiralteils, der sich etwa über einen Halb­ kreis erstreckt, keine Kompressionskammer vorgesehen. Die Kompressionskammer ist vielmehr auf der Innenseite des in Um­ fangsrichtung äußeren Teils des Spiralteils vorgesehen, der sich etwa über einen Halbkreis erstreckt, wobei der Druck des komprimierten Mediums in dieser Phase der Kompression jedoch noch niedrig ist. Folglich kann in dem in Umfangsrichtung äußeren Teil des Spiralteils auf ein Dichtungselement ver­ zichtet werden, um dadurch die Fertigungskosten zu reduzie­ ren.

Die oben erwähnte JP 5-240174 A offenbart ebenfalls eine im Spiralteil vorgesehene Dichtung. Diese Dichtung ist jedoch als schwimmende Dichtung ausgebildet. Dies bedeutet, daß das Dichtungselement eine Höhe hat, die geringer ist als die Tiefe der zugeordneten Nut, so daß es sich aufgrund des auf seiner Rückseite herrschenden Drucks über die Stirnfläche des Spiralteils hinaus bewegen muß. Gemäß der vorliegenden Erfin­ dung steht das Dichtungselement dagegen ständig über die flache Stirnfläche des Spiralteils vor, so daß der Spiralteil nicht in direktem Kontakt mit dem stationären oder bewegli­ chen Basisplattenteil des Gegenelements steht, und zwar selbst dann, wenn der bewegliche Spiralteil bei seiner Um­ laufbewegung kippt. Auf diese Weise wird die Schrägfläche nur in dem Bereich des Spiralteils vorgesehen, in dem keine Nut vorgesehen ist, um den vorstehend beschriebenen Effekt zu er­ reichen, und das nur im übrigen Teil des Spiralteils angeord­ nete Dichtungselement kann die Dichtungsfunktion sicherstel­ len, während gleichzeitig eine Verringerung der Fertigungs­ kosten erreicht und das Auftreten von Beschädigungen bzw. Verschleißerscheinungen vermieden wird.

Vorzugsweise besitzt der Basisplattenteil des beweglichen Spiralelements eine kreisrunde äußere Gestalt, während die Gestalt des in Umfangsrichtung äußeren Teils des Spiralteils, welcher mit der Schrägfläche versehen ist, eine teilweise kreisrunde äußere Gestalt besitzt, die im wesentlichen der kreisrunden äußeren Gestalt des Basisplattenteils entspricht, wobei die Schrägfläche durch gleichzeitige maschinelle Bear­ beitung des Basisplattenteils und des Spiralteils des beweg­ lichen Spiralelements erhalten, wird.

Diese Ausgestaltung gestattet einen kompakten Aufbau des Kom­ pressors durch Reduzierung der Wandstärke der äußeren Wand des Basisplattenteils und des Spiralteils. Da jedoch der Basisplattenteil zylindrisch ist und kein radialer Vorsprung des Basisplattenteils des beweglichen Spiralelements vorhan­ den ist, kann die axiale Bewegung dieses Spiralelements kaum so beeinflußt werden, daß es die Tendenz hat, mehr und mehr zu kippen. Die vorstehend beschriebenen Vorteile und Auswir­ kungen der Erfindung sind insofern vorteilhaft, als die Kipp­ bewegung des beweglichen Spiralelements in der beschriebenen Weise abläuft.

Vorzugsweise ist die Schrägfläche mit der flachen Stirnfläche über einen abgerundeten Bereich verbunden. Durch die Reali­ sierung dieses Merkmals ist es möglich zu verhindern, daß der bewegliche Spiralteil den stationären Plattenteil beschädigt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nach­ stehend anhand von Zeichnungen in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Spiralkompres­ sor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das bewegliche Spiral­ element des Kompressors gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das stationäre Spiral­ element des Kompressors gemäß Fig. 1;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch das bewegliche Spiralelement eines erfindungsgemäßen Kom­ pressors zur Erläuterung der maschinellen Bearbeitung desselben;

Fig. 5 einen vergrößerten Teilquerschnitt des in Um­ fangsrichtung äußeren Teils des beweglichen Spiralelements;

Fig. 6 einen vergrößerten Teilquerschnitt des in Um­ fangsrichtung äußeren Teils des beweglichen Spiralelements und des daran angrenzenden stationären Basisplattenteils bei gekipptem beweglichen Spiralelement;

Fig. 7 einen vergrößerten Querschnitt des in Um­ fangsrichtung inneren Teils des beweglichen Spiralelements mit dem daran angrenzenden stationären Basisplattenteil, wobei das be­ wegliche Spiralelement in einer gekippten Position dargestellt ist;

Fig. 8 einen vergrößerten Teilquerschnitt des in Um­ fangsrichtung äußeren Teils des beweglichen Spiralelements eines Spiralkompressors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 9 einen vergrößerten Teilquerschnitt des in Um­ fangsrichtung äußeren Teils des beweglichen Spiralelements bei insgesamt abgerundeter Ab­ schrägung;

Fig. 10 einen vergrößerten Teilquerschnitt des in Um­ fangsrichtung äußeren Teils des beweglichen Spiralelements gemäß Fig. 8; und

Fig. 11 einen Längsschnitt des beweglichen und des stationären Spiralelements eines bekannten Spiralkompressors.

Im einzelnen zeigen Fig. 1 bis 7 einen Spiralverdichter gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt der Kompressor ein stationäres Spiralelement 2 und ein bewegliches Spiralelement 4, welches mit dem stationären Spiralelement 2 in Eingriff bringbar ist, um zwischen diesen beiden Spiralelementen 2, 4 eine Kompres­ sionskammer zu bilden. Das stationäre Spiralelement 2 umfaßt einen scheibenförmigen stationären Basisplattenteil 21 und einen damit einstückig ausgebildeten Mantelteil 22, welcher einen zentralen Teil eines Kompressorgehäuses bildet, sowie einen stationären Spiralteil 23, der von dem Basisplattenteil 21 senkrecht nach vorn, d. h. in Richtung auf das antriebs­ seitige Ende des Kompressors und in Fig. 1 nach links ab­ steht. Der Spiralteil 23 ist auf der Basis einer Evolventen­ kurve oder dergleichen ausgebildet. Das bewegliche Spiralele­ ment 4 umfaßt einen scheibenförmigen beweglichen Basisplat­ tenteil 41, einen Spiralteil 42, der von dem Basisplattenteil 41 senkrecht nach hinten absteht und auf der Basis einer Evolventenkurve oder dergleichen ausgebildet ist, sowie einen Nabenteil 43, der an der Vorderseite des Basisplattenteils 41 ausgebildet ist.

Das bewegliche Spiralelement 4 wird in der nachstehend be­ schriebenen Weise hergestellt. Es wird ein Rohling aus einer Aluminiumlegierung gegossen und dann maschinell bearbeitet, um die gewünschte Form für den Nabenteil 43 und die spiral­ förmige Wand des Spiralteils 42 zu erzeugen, der senkrecht von dem Basisplattenteil 41 absteht, wie dies in Fig. 2 und 4 gezeigt ist. Der Spiralteil 42 besitzt somit eine äußere Man­ telfläche 42a, eine flache Stirnfläche 42c und eine innere Wandfläche 42e.

Das Schneidwerkzeug der Werkzeugmaschine wird dann in Rich­ tung des in Fig. 4 eingezeichneten Pfeils A bewegt, um gleichzeitig eine maschinelle bzw. spanabhebende Bearbeitung der Umfangsfläche des Basisplattenteils 41 und der Mantel­ fläche 42a des in Umfangsrichtung äußeren Teils des Spiralteils 42 durchzuführen, wobei sich die Mantelfläche von ihrem äußeren Ende etwa über einen Halbkreis erstreckt. Aus diesem Grunde wird der in Umfangsrichtung äußere Teil des Spiralteils 42 allmählich dünner, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, und die äußere Mantelfläche 42a des in Umfangsrichtung äußeren Teils fällt mit der äußeren Umfangsfläche des Basis­ plattenteils 41 zusammen.

Das Schneidwerkzeug der Werkzeugmaschine wird dann in Rich­ tung des Pfeils B in Fig. 4 bewegt, um die äußere bzw. hin­ tere Kante des in Umfangsrichtung äußeren Teils des Spiral­ elements 42 zu bearbeiten und dabei zwischen der ebenen Stirnfläche 42c und der äußeren Mantelfläche 42a eine Schräg­ fläche 42b herzustellen. Die Schrägfläche 42b erstreckt sich dabei nur längs des in Umfangsrichtung äußeren Teils des Spiralteils 42, welcher zuvor dünner gemacht wurde. In die ebene Stirnfläche 42c des in Umfangsrichtung äußeren Teils des Spiralteils 42 wird dann eine Nut 42d eingeschnitten bzw. eingearbeitet, welche sich über den in Umfangsrichtung äuße­ ren Teil des Spiralelements 42 erstreckt, jedoch nur in dem Bereich, in dem die Wandstärke bei der Bearbeitung nicht so stark reduziert wurde. In der Nut 42d ist ein flaches Dich­ tungselement 44 aus PTFE angeordnet, dessen Höhe bzw. Dicke größer ist als die Tiefe der Nut 42d.

Der Neigungswinkel ϕ der Schrägfläche 42b bezüglich der ebe­ nen Stirnfläche 42c wird in der nachstehend beschriebenen Weise bestimmt. Zunächst wird ein zulässiger Kippwinkel θ - siehe Fig. 6 und 7 - des beweglichen Spiralteils 4 bezüglich der Achse des Kompressors bzw. des stationären Spiralteils 2 berechnet, und zwar auf der Basis des Außendurchmessers des beweglichen Spiralteils 42, des Spalts zwischen der Stirn­ fläche 42c des beweglichen Spiralteils 42 und der Bodenfläche des stationären Basisplattenteils 21 sowie weiterer Parame­ ter, wie z. B. den Toleranzen der anderen Elemente. Der Win­ kel ϕ der Abschrägung wird dann so bestimmt, daß er größer ist als der zulässige Kippwinkel θ, jedoch in diesem Bereich so klein wie möglich. Bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel beträgt der zulässige Kippwinkel θ 2 bis 3°, während für den Abschrägungswinkel ϕ ein Winkel im Bereich von 5 bis 30° gewählt wird. Die Schrägfläche 42b und die ebene Stirn­ fläche 42c definieren somit einen stumpfen Winkel in der Nähe von 180°.

Der stationäre Spiralteil 2 wird ebenfalls aus einem gegosse­ nen Rohling aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Bei dem stationären Spiralelement 2 steht der stationäre Spiralteil 23 senkrecht von dem stationären Basisplattenteil 21 ab, und besitzt zwischen seinen in Umfangsrichtung verlaufenden Ober­ flächen eine ebene Stirnfläche 23a. Die Stirnfläche 23a ver­ läuft senkrecht zu dem stationären Basisplattenteil 21. Die ebene Stirnfläche 23a des stationären Spiralteils 23 ist mit einer ihrer Spiralform folgenden Nut 23b versehen, in der ein flaches Dichtungselement 24 angeordnet ist, dessen Höhe bzw. Dicke größer ist als die Tiefe der Nut 23b. Die in Umfangs­ richtung verlaufende äußere Mantelfläche des stationären Spiralelements 2 bildet einen Teil der Kompressionskammer 1, in der der Druck niedrig ist, wobei in diesem Teil die Nut und das Dichtungselement zur Reduzierung der Fertigungskosten weggelassen sind.

Nachstehend sollen die übrigen Elemente des Kompressors kurz beschrieben werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt der Kom­ pressor ein vorderes Gehäuse 30, welches am Mantelteil 22 des stationären Spiralelements mittels Befestigungseinrichtungen befestigt ist. In dem vorderen Gehäuse 30 ist mittels einer Wellendichtung 31 und eines Hauptlagers 32 eine Antriebswelle drehbar gelagert. Ein gleitverschieblicher Antriebszapfen 34 erstreckt sich über den größeren Teil des Endbereichs der Antriebswelle 33. Ein Gegengewicht 35 und eine Antriebsbuchse 36 sind auf den Antriebszapfen 34 aufgepaßt, und der Naben­ teil 43 des beweglichen Spiralelements 4 wird von der An­ triebsbuchse 36 über ein Lager 37 abgestützt.

Zwischen dem vorderen Gehäuse 30 und dem beweglichen Basis­ plattenteil 41 ist ein beweglicher Ring 51 angeordnet, der mehrere in axialer Richtung verlaufende Zapfen 51a aufweist, die eine Drehung des Rings 51 um seine eigene Achse verhin­ dern. Die Zapfen 51a stehen in Eingriff mit Regulieraus­ sparungen 30a im vorderen Gehäuse und mit Regulieraus­ sparungen 41a im beweglichen Basisplattenteil 41, die mit geeigneten Auskleidungen versehen sind, so daß radiale Kräfte, die von der Antriebswelle 33 und dem beweglichen Basisplattenteil 41 ausgeübt werden, abgestützt werden, wäh­ rend eine Drehung des beweglichen Spiralelements 2 um seine eigene Achse verhindert wird. Ein Bereich des beweglichen Ringes 51, in dem keine Zapfen 51a zum Verhindern einer Dre­ hung vorgesehen sind, stützt sich an dem vorderen Gehäuse 30 und dem beweglichen Basisplattenteil 41 ab, um axiale Kräfte aufzunehmen, die von dem beweglichen Basisplattenteil 41 aus­ geübt werden.

Das vordere Gehäuse 30 besitzt einen Einlaß (nicht gezeigt), der mit einem Kältemittelkreislauf verbunden ist und mit der Kompressionskammer 1 während der Ansaugphase über Öffnungen in dem beweglichen Ring 51 verbunden ist. Der Kompressor um­ faßt ferner ein hinteres Gehäuse 38, welches am Mantel 22 des stationären Spiralteils 2 mittels Befestigungseinrichtungen befestigt ist, wobei das hintere Gehäuse 38 eine Auslaßkammer 39 aufweist. Die Auslaßkammer 39 steht mit der Kompressions­ kammer 1 über eine Auslaßöffnung 3 in der Mitte des stationä­ ren Basisplattenteils 21, über ein Auslaßventil 39a und über einen zugeordneten Fänger 39b in Verbindung und außerdem über einen Auslaß (nicht gezeigt) mit dem externen Kältemittel­ kreislauf.

Bei dem betrachteten Spiralkompressor bzw. -verdichter wird die Antriebswelle 33 über eine elektrische Kupplung vom Motor eines Kraftfahrzeugs zu einer Drehbewegung antrieben. Folglich wird auch der gleitverschiebliche Antriebszapfen 34 an­ getrieben, so daß die Buchse 36 eine Umlaufbewegung des be­ weglichen Spiralteils 4 mit einem gewissen Umlaufradius her­ beiführt, und zwar im Zusammenwirken mit dem Ring 51 sowie dessen eine Drehbewegung verhindernden Zapfen 51a, die mit den Regulieraussparungen 30a und 41a zusammenwirken. Bei die­ ser Umlaufbewegung wird das Volumen der Kompressionskammer 1, die durch den stationären Basisplattenteil 21, das stationäre Spiralelement 23 und den beweglichen Basisplattenteil 41 sowie das bewegliche Spiralelement 42 definiert ist, verringert, wäh­ rend die Kompressionskammer gleichzeitig in Richtung auf den zentralen Bereich des Spiralkompressors verlagert wird. Das gasförmige Kältemittel wird daher während der Ansaugphase vom Einlaß in die Kompressionskammer 1 gesaugt und dort aufgrund der Verlagerung und der damit verbundenen Volumenänderung der Kompressionskammer 1 verdichtet und schließlich über die Aus­ laßöffnung 3 und das Auslaßventil 39a in die Auslaßkammer 39 ausgestoßen.

Während des Betriebes des Spiralkompressors hat das bewegli­ che Spiralelement 4 bei seiner Umlaufbewegung aufgrund der Reaktionskräfte des komprimierten Mediums in der Kompres­ sionskammer und aufgrund anderer Parameter die Tendenz, be­ züglich der Achse O des Kompressors um einen kleinen Winkel θ zu kippen, wie dies in Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Diese Ten­ denz läßt sich bei einem Kompressor der betrachteten Art nicht vermeiden, da der bewegliche Basisplattenteil in Form einer runden scheibenförmigen Platte ausgebildet ist und da der in Umfangsrichtung verlaufende äußere Teil des Spiralteils 42 derart ausgebildet ist, daß er etwa auf einem Winkel von 180° mit der Form des beweglichen Basisplatten­ teils 41 zusammenfällt, um auf diese Weise die Größe des Kompressors bzw. dessen Durchmesser zu verringern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung berührt der bewegliche Spiralteil 42 in dieser Situation den stationären Basis­ plattenteil 21 unter einem stumpfen Winkel in der Nähe von 180° und kann mit dem Basisplattenteil 21 in Gleitkontakt gelangen, so daß der bewegliche Spiralteil 42 selbst dann an dem Basisplattenteil 41 des stationären Spiralelements keinen merklichen Abrieb verursacht, wenn sich der bewegliche Spiralteil 42 in Richtung der äußeren Mantelfläche 42a (in der in der Zeichnung angegebenen Richtung U) und in Richtung auf die innere Mantelfläche 42e (d. h. nach unten in der ein­ gezeichneten Richtung D) bewegt. Außerdem steht bei dem in Umfangsrichtung verlaufenden inneren Teil des beweglichen Spiralteils 42 das vorstehende Dichtungselement 44 in Gleit­ kontakt mit dem stationären Basisplattenteil 21, so daß der bewegliche Spiralteil 42 keinen deutlichen Abrieb am Basis­ plattenteil 41 des stationären Spiralelements 4 verursacht.

Weiterhin verläuft die ebene Stirnfläche 23a des stationären Spiralteils 23 senkrecht zu diesem, wobei jedoch das vorste­ hende Dichtungselement 24 in der Nut 23b der ebenen Stirn­ fläche 23a angeordnet ist. Daher bewirkt der bewegliche Spiralteil selbst dann keinen merklichen Abrieb am Basisplat­ tenteil des stationären Spiralelements 4, wenn der bewegliche Spiralteil 42 in einem gekippten Zustand umläuft.

Weiterhin ist bei dem betrachteten Spiralkompressor die Schrägfläche 42b lediglich an dem in Umfangsrichtung äußeren Teil des beweglichen Spiralteils 42 vorgesehen, in dem die äußere Mantelfläche 42a maschinell bearbeitet ist, d. h. in dem Bereich des Spiralteils, in dem sich keine Nut und kein Dichtungselement befinden. Daher können die Dichtungselemente 44 und 24 bei dem betrachteten Spiralkompressor eine stabile Dichtwirkung ausüben, während die Produktionskosten aufgrund des Verzichts auf Dichtungen in einem speziellen Teil des Spiralteils reduziert werden können.

Wie vorstehend detailliert beschrieben wurde, ist der Spiral­ kompressor gemäß vorliegender Erfindung so aufgebaut, daß jeglicher Abrieb an dem stationären oder dem beweglichen Basisplattenteil vermieden wird, wobei der Kompressor dennoch mit sehr geringer Erhöhung der Herstellungskosten gefertigt werden kann und, falls überhaupt, nur einen sehr geringen Verlust an zugeführter Motorleistung mit sich bringt. Der er­ findungsgemäße Spiralkompressor ist also nicht teuer und kann dennoch mit einem hohen Wirkungsgrad der Kompression und hoher Lebensdauer hergestellt werden.

In Fig. 8 und 10 ist ein Spiralkompressor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieser Kompressor umfaßt entsprechende Elemente wie der Kom­ pressor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, mit dem Unter­ schied, daß die Schrägfläche 42b des beweglichen Spiralteils 42 über einen abgerundeten Flächenteil 42z mit der ebenen Stirnfläche 42c verbunden ist, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Der abgerundete Oberflächenteil 42z wird nach der Fer­ tigstellung der Schrägfläche 42b und der ebenen Stirnfläche 42c mittels einer Bürste oder mittels Sandpapier hergestellt.

Da bei dem Spiralkompressor gemäß dem zweiten Ausführungsbei­ spiel die Schrägfläche 42b mit der ebenen Stirnfläche 42c über einen abgerundeten Oberflächenbereich 42z verbunden ist, kann der bewegliche Spiralteil 42 mit dem stationären Basis­ plattenteil 41 im Bereich des abgerundeten Oberflächenteils 42z in Gleitkontakt stehen, wobei der Oberflächen-Kontakt­ druck so weit reduziert wird, daß der bewegliche Spiralteil 42 keinen merklichen Abrieb am Basisplattenteil 41 des stationären Spiralelements 4 hervorruft.

Fig. 9 zeigt, daß im Bereich der äußeren Mantelfläche 42a und im Bereich der ebenen Stirnfläche 42c des beweglichen Spiralteils 42 eine abgerundete Übergangsfläche 42y vorgese­ hen ist. Bei dieser Konstruktion ist die Höhe d des Übergangs im wesentlichen identisch mit dem Radius R der abgerundeten Verbindungsfläche 42y. Bei dem Kompressor gemäß Fig. 10 ist es jedoch möglich sicherzustellen, daß der Radius R der abge­ rundeten Verbindungsfläche 42y wesentlich größer ist als die radiale Höhe d des Übergangsbereichs. Daher wird der Ober­ flächen-Kontaktdruck so reduziert, daß der bewegliche Spiralteil 42 keinen merklichen Abrieb an dem Basis­ plattenteil 41 des stationären Spiralelements 4 erzeugt.

Claims (7)

1. Spiralkompressor mit einem eine erste Achse aufweisen­ den Gehäuse, mit einem stationären Spiralelement, wel­ ches einen Basisplattenteil und einen davon senkrecht abstehenden Spiralteil aufweist, mit einem beweglichen Spiralelement mit einem Basisplattenteil und einem da­ von senkrecht abstehenden Spiralteil zum Zusammenwir­ ken mit dem Spiralteil des stationären Spiralelements zur Bildung einer Kompressionskammer zwischen dem sta­ tionären und dem beweglichen Spiralelement, wobei das bewegliche Spiralelement eine parallel zu der ersten Achse verlaufende zweite Achse aufweist und derart an­ geordnet ist, daß es bezüglich der ersten Achse umlau­ fen, sich jedoch nicht um die zweite Achse drehen kann, und wobei mindestens eines der Spiralteile des stationären und des beweglichen Spiralelements eine Innenfläche und eine äußere Mantelfläche sowie eine an die Innenfläche angrenzende, zu der ersten Achse senk­ rechte ebene Stirnfläche aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nur der in Umfangsrichtung äußere Teil mindestens eines der Spiralteile (42) eine zwischen dieser ebenen Stirnfläche (42c) und der äußeren Man­ telfläche (42a) verlaufende Verbindungsfläche (42b) aufweist, die radial nach außen bezüglich der ebenen Stirnfläche (42c) unter einem Winkel (ϕ) verläuft, der größer ist als ein zulässiger Kippwinkel (θ) des be­ weglichen Spiralelements (4) bezüglich der ersten Achse (O).

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsfläche (42b) nur an dem beweglichen Spiralelement (4) vorgesehen und als Schrägfläche aus­ gebildet ist.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das stationäre Spiralelement (2) eine runde, in Umfangsrichtung verlaufende äußere Wand (22) aufweist, die einen Teil des Gehäuses bildet.

4. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Spiralteile (23, 42) einen in Umfangsrichtung verlaufenden inneren Teil aufweist, der angrenzend an den in Umfangsrichtung verlaufenden äußeren Teil vorgesehen ist, daß der in Umfangsrich­ tung verlaufende innere Teil eine Innenfläche (42e), eine äußere Mantelfläche (42a) und eine ebene Stirn­ fläche (42c) aufweist, die in einer Ebene mit der ebe­ nen Stirnfläche des in Umfangsrichtung verlaufenden äußeren Teils liegt, daß in der ebenen Stirnfläche (42c) des in Umfangsrichtung verlaufenden inneren Teils eine Nut vorgesehen ist, daß in der Nut ein Dichtungselement (44) angeordnet ist, dessen Dicke in axialer Richtung größer ist als die Tiefe der Nut, und daß die Verbindungsfläche (42b) nur in dem Bereich des Spiralteils vorgesehen ist, in dem keine Nut vorgese­ hen ist.

5. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in Umfangsrichtung verlaufende äußere Teil des Spiralteils sich etwa über einen Halbkreis erstreckt.

6. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisplattenteil (41) des beweglichen Spiral­ elements (4) eine kreisrunde äußere Form aufweist und daß der in Umfangsrichtung äußere Teil des Spiralteils eine abgeschrägte Fläche aufweist, die im Querschnitt teilweise eine kreisbogenförmige Gestalt besitzt, die im wesentlichen der kreisförmigen äußeren Gestalt des Basisplattenteils (41) entspricht und die durch gleichzeitige maschinelle Bearbeitung des Basisplat­ tenteils (41) und des Spiralteils (42) erhalten wird.

7. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsfläche als eine Schrägfläche (42b) ausgebildet ist, die mit der ebenen Stirnflächen (42c) über einen abgerundeten Oberflächenbereich (42z) ver­ bunden ist.