DE19953153A1

DE19953153A1 - Spiralfluidkompressor

Info

Publication number: DE19953153A1
Application number: DE19953153A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Ootake
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: DE19953153B4; FR2785647A1; FR2785647B1; JP2000145678A; US6196815B1

Abstract

Bei einem Spiralfluidgerät, bei dem ein Klappenventil (7) so vorgesehen ist, daß es einer Fluid ausgebenden Auslaßöffnung (6) gegenüberliegt, weist das Klappenventil (7) einen Überbrückungsabschnitt (7c) auf, der zwischen einem Tragabschnitt (7a) und einem Schließabschnitt (7b) angeordnet ist und einen schmalen Teil schmaler als der Trag- und der Schließabschnitt (7a, 7b) aufweist. Der Tragabschnitt (7a) ist an dem Gerät befestigt. Der Schließabschnitt (7b) ist der Auslaßöffnung (6) zugewandt. Ein Spiralübertragungsmechanismus (4, 5) ist mit der Auslaßöffnung (6) verbunden und überträgt das Fluid zu der Auslaßöffnung (6), wo das Fluid durch die Auslaßöffnung (6) ausgegeben wird.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen umlaufenden Fluidverdrän ger und insbesondere auf einen Spiralfluidverdränger wie ein Spiralkompressor zur Benutzung in einer Klimaanlage in einem Ei senbahnwagen, einem Kraftfahrzeug, einem Haus und ähnlichem.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 1, ein bei der Anmelderin vor handener Kompressor wird beschrieben. Auf die Weise, die jetzt beschrieben wird, weist der Spiralkompressor eine Antriebswelle oder eine Kurbelwelle 1, ein Gegengewicht 2, eine exzentrische Buchse 3, ein bewegbares Spiralteil 4 und ein festes Spiralteil 5 auf. Die Kurbelwelle 1 weist einen vergrößerten Spindelab schnitt 10 auf, an dem ein Kurbelzapfen 110 exzentrisch verbun den ist. Die Drehung der Kurbelwelle 1 um ihre eigene Achse 99 (in Fig. 1 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt) be wirkt den Umlauf des Kurbelzapfens 110 um die Achse 99 der Kur belwelle 1. Der Kurbelzapfen 110 ist in eine Kurbelzapfenaufnah me 30 eingepaßt, die in der exzentrischen Buchse 3 gebildet ist. Der Umlauf des Kurbelzapfens 110 bewirkt den Umlauf des exzen trischen Buchse 3.

Das bewegbare Spiralteil 4 weist eine Seitenplatte 41, eine Spi ral- oder Involutenwicklung 40, die auf einer Seite der Seiten platte 41 gebildet ist, und einen ringförmigen Vorsprung 42, der auf der anderen Seite gebildet ist, auf. Die Spiral- oder Invo lutenwicklung 40 wird im folgenden Spiralelement genannt. Die exzentrische Buchse 3 ist mit dem Vorsprung 42 über ein Nadella ger 230 gekoppelt, so daß sie glatt in dem Vorsprung 42 drehbar ist.

Bei dem oben erwähnten Aufbau führen die exzentrische Buchse 3 und das damit gekoppelte bewegbare Spiralteil 4 einen Umlauf in bezug auf die Kurbelwelle 1 aus.

Zum Unterdrücken der Drehung des bewegbaren Spiralteiles 4 ist ein Rotationsverhinderungsmechanismus 210 vorgesehen. Der Rota tionsverhinderungsmechanismus 210 weist ein Paar von ringförmi gen Laufbahnen 211 und eine Kugel 212 auf. Durch den Rotations verhinderungsmechanismus 210 wird dem bewegbaren Spiralteil 4 ermöglicht, allein den Umlauf auszuführen.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 2 zusammen mit Fig. 1, das be wegbare Spiralteil 4 weist wie oben beschrieben das Spiralele ment 40 auf. Entsprechend ist das feste Spiralteil 5 mit einem Spiralelement 50 mit einer Form ähnlich zu der des Spiralelemen tes 40 versehen. Das bewegbare Spiralteil 4 und das feste Spi ralteil 5 sind exzentrisch zueinander um einen vorbestimmten Ab stand angeordnet, wobei die Spiralelemente 40 und 50 gegen ein ander um einen Winkel von 180° verschoben sind. Mit diesem Auf bau wird eine Mehrzahl von geschlossenen Räumen G zwischen den Spiralelementen 40 und 50 abgegrenzt, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Ein innerer bzw. ein äußerer der geschlossenen Räume G sind kleiner bzw. größer im Volumen.

Daher wird ein in die geschlossenen Räume G durch eine Ansau göffnung (nicht gezeigt) angesaugte Fluid radial nach innen übertragen, wobei es allmählich in ein komprimiertes Fluid kom primiert wird. Schließlich wird das komprimierte Fluid zu einer Auslaßöffnung 6 geführt. Die Auslaßöffnung 6 ist mit einer Aus laßkammer 8 durch ein Auslaßventil 7 verbunden. Die Auslaßkammer 8 wird auf einem hohen Druck gehalten, und das Auslaßventil 7 ist normalerweise unter dem hohen Druck in der Auslaßkammer 8 geschlossen. Wenn das komprimierte Fluid die Auslaßöffnung 6 er reicht, wird das Auslaßventil 7 unter einem erhöhten Druck in der Auslaßöffnung 6 so geöffnet, daß das komprimierte Fluid in die Auslaßkammer 8 ausgegeben wird.

Somit wird eine Reihe von oben erwähnten Tätigkeiten ausgeführt, wenn Fluid durch den Spiralkompressor komprimiert wird. Die oben erwähnten Komponenten sind in einem Gehäuse 9 und einem Vorder gehäuse 100 eingeschlossen, so daß sie geschützt sind. Eine Kom bination des bewegbaren und des festen Spiralteiles 4 und 5 wird als Spiralübertragungsmechanismus bezeichnet.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist das Auslaßventil 7 an einer Sockelendwand 501 des festen Spiralteiles 5 zusammen mit einem Rückhalter 80 unter Benutzung einer Schraube 801 angebracht, die in die Sockelendwand 501 durch ein Befestigungsloch 70 ge schraubt ist.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 3A bis 3D, der Aufbau des Auslaßventiles 7 wird beschrieben.

Wie in Fig. 3A gezeigt ist, weist das Auslaßventil 7 einen fe sten Abschnitt 7a, der auf der festen Spirale 5 gelagert ist und ein Befestigungsloch 70 aufweist, einen Schließabschnitt 7b, der die Auslaßöffnung 6 schließt, und einen Überbrückungsabschnitt 7c, der mit dem festen Abschnitt 7a und dem Schließabschnitt 7b verbunden ist, auf. Ein äußerer Umriß des Auslaßventiles 7 wird durch einen ersten Bogen 700a des festen Abschnittes 7a, einen zweiten Bogen 700b des Schließabschnittes 7b und ein Paar von geraden Linien 700c des Überbrückungsabschnittes 7c definiert. Das Auslaßventil ist ein Klappenventil mit einer elastischen Platte. Insbesondere weist das Auslaßventil 7 einen vorstehenden Aufbau auf, bei dem der feste Abschnitt 7a fest auf dem festen Spiralteil 5 gelagert ist und der Schließabschnitt 7b in Kontakt mit einer Umfangskante der Auslaßöffnung 6 zum Schließen der Auslaßöffnung 6 gebracht ist.

Der erste Bogen 700a des festen Abschnittes 7a erstreckt sich entlang eines Kreises eines ersten Durchmessers, während der zweite Bogen 700b des Schließabschnittes 7b sich entlang eines Kreises eines zweiten Durchmessers erstreckt. Bei dem Auslaßven til 7 von Fig. 3A ist der zweite Durchmesser größer als der er ste Durchmesser bestimmt. Es ist zu verstehen, daß ein Durchmes ser der Auslaßöffnung 6 kleiner als der zweite Durchmesser sein muß. Mit diesem Aufbau erweitert sich der Überbrückungsabschnitt 7c von dem festen Abschnitt 7a zu dem Schließabschnitt 7b. Ent gegengesetzt zu dem oben erwähnten Träger gleichförmiger Festig keit erhöht sich die Biegespannung von dem Schließabschnitt 7b zu dem festen Abschnitt 7a, so daß es schwierig ist, das Auslaß ventil 7 abzubiegen. Weiterhin ist die Spannung zu dem Schließ abschnitt 7b kleiner, was in mangelnde Effektivität resultiert.

Der feste Abschnitt 7a, der mit dem schmalsten Teil des Über brückungsabschnittes 7c verbunden ist, kann einer Spannungskon zentration unterliegen, wenn die Last von dem komprimierten Fluid in der Auslaßöffnung 6 angelegt wird. Daher wird die Le bensdauer des Auslaßventiles 7 unausweichlich verkürzt.

In Fig. 3B ist der zweite Durchmesser kleiner als der erste Durchmesser bestimmt. Bei diesem Aufbau verjüngt sich der Über brückungsabschnitt 7c, der den festen Abschnitt 7a und den Schließabschnitt 7b verbindet, allmählich zu dem Schließab schnitt 7b. Der erste Bogen 700a des festen Abschnittes 7a und der zweite Bogen 700b des Schließabschnittes 7b sind jedoch ein fach durch die geraden Linien 700c des Überbrückungsabschnittes 7c verbunden. Der Durchmesser der Auslaßöffnung 6 muß kleiner als der zweite Durchmesser sein, der kleiner als der erste Durchmesser ist.

In Fig. 3c ist der zweite Durchmesser gleich dem ersten Durch messer bestimmt. Auch in diesem Fall ist die Ventilöffnungskraft größer als die des Trägers gleichförmiger Festigkeit; der oben erwähnt wurde.

In Fig. 3D ist der zweite Durchmesser größer als der erste Durchmesser bestimmt, wie in Fig. 3A. Der erste Bogen 700a des festen Abschnittes 7a und der zweite Bogen 700b des Schließab schnittes 7b sind durch die parallelen geraden Linien 700c des Überbrückungsabschnittes 7c verbunden. Selbst in diesem Fall ist die Ventilöffnungskraft größer als die des oben erwähnten Trä gers gleichförmiger Festigkeit, wie bei dem in Fig. 3C gezeig ten Aufbau. Zusätzlich kann eine Spannungskonzentration mögli cherweise an einem Abschnitt auftreten, der durch eine gestri chelte Linie in Fig. 3D zwischen dem ersten Bogen 700a und den geraden Linien 700c bezeichnet ist.

Bei jedem der Auslaßventile von Fig. 3A bis 3D sind der erste Bogen 700a des festen Abschnittes 7a und der zweite Bogen 700b des Schließabschnittes 7b einfach miteinander durch die geraden Linien 700c des Überbrückungsabschnittes 7c verbunden.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 4A und 4B, eine Beschreibung wird in Hinblick des technischen Hintergrundes zum Erörtern des Steifigkeitsproblemes gegeben.

Zuerst wird eine Überlegung über einen vorstehenden Träger mit einer rechteckigen Platte gemacht, der in Fig. 4A gezeigt ist. Die rechteckige Platte wird hier im folgenden ein Parallelträger genannt.

Der Parallelträger weist einen rechteckigen Schnitt auf. Der Parallelträger weist ein Ende als ein festes Ende auf, daß auf einer Wandgelagert ist, und das andere Ende als ein freies En de. Das freie Ende wird einer konzentrierten Last unterworfen.

Die Biegung y und der Biegungswinkel i des Parallelträgers wer den wie folgt berechnet:
Biegungskurve:

d²y/dx² = -M/EI = Px/EI
dy/dx = P/EI (x²+C_l)
wenn x = 1, y = 0
wenn x = 1, dy/dx = 0
⇒ i = dy/dx = P/2EI.(x²-l²),
y = P/6EI.(x³-31²x+2l³)
aus I = bh³/12,
y = 2P/bEh³.(x3-3l²x+2l³)
i_max = i_x=0 = -Pl²/2EI = -6Pl²/Eh³,
y_max = y_x=0 = Pl³/3EI = 4P/bE.(l/h) 3 (1)

Wobei P eine Last, M ein Biegemoment, E den Youngschen Modulus und I ein Trägheitsmoment der Fläche darstellt.

In Fig. 4B weist ein vorstehender Träger eines Trägers gleich förmiger Festigkeit einen rechteckigen Querschnitt konstanter Höhe H auf. Der vorstehende Träger wird im folgenden Dreiecks träger genannt. Der Dreiecksträger weist ein Ende als ein festes Ende auf, das auf einer Wand gelagert ist, und das andere Ende als ein freies Ende, das einer konzentrierten Last unterworfen ist.

Die Biegung y und der Biegungswinkel i des Dreiecksträgers wer den wie folgt berechnet:
Biegespannung:

σ = My/I = M/Z = konstant,

Biegungskrüinmung:

d²y/dx² = -M/EI = -σ/Ey = 1/y.(Konstante)
M = -Px, Z = bh²/6
a = M/Z = 6Px/bh² = konstant,

wobei Z einen Schnittmodulus darstellt.

Wie oben erwähnt wurde ist die Höhe h des Schnittes konstant.

h = h₀ = konstant
dann
b = b₀/l.x, b₀ = 6Pl/σh₀ ²
d²y/dx² = -M/EI = Pl/EI₀ = konstant
⇒ i = dy/dx = PI/EI₀.(x-l),
y = PI/2EI.(l-x)²
aus I_0x = 1,
y = PI/2EI.(l-x)2 = 6PI/bEh3.(l-x)²
i_max = i_x=0 -Pl²/EI₀ = -12Pl²/bEh³,
y_max = y_x=0 = Pl³/2EI₀ = 6P/b₀E.(l/h)³ (2)

Ein Vergleich wird zwischen den Biegungen gemacht, die durch die Gleichungen (1) und (2) für den Parallelträger und den Dreieck sträger gegeben sind.

y_max = y_x=0 = Pl³/3EI = 4P/bE.(l/h)³ (1)

y_max = y_x=0 = Pl³/2EI₀ = 6P/b₀E.(l/h)³ (2)

Das Verhältnis wird wie folgt berechnet:

Wenn b = b₀, dann y_t = 1,5y_p. Somit ist die Biegung des Dreieck strägers 1,5 mal so groß wie die des Parallelträgers. Das heißt, der Dreiecksträger ist leicht abzubiegen.

Eine Überlegung wird in Hinblick auf den Zustand zum Erzielen der Beziehung y_t < Y_p gegeben.

Y_t-Y_p = (3b/2b₀)Y_p-Y_p = 3b-2b₀ <0
⇒ 1,5b < b₀
wenn b = 10 mm, dann b₀ <15 mm.

Wenn somit der Wert von b₀ innerhalb eines Bereiches gewählt wird, der durch 1,5b < b₀ gegeben ist, ist die Biegung des Drei ecksträgers größer als die des Parallelträgers.

Wie aus dem Vorangehenden zu verstehen ist, ist die Biegung des Parallelträgers kleiner als die des Dreiecksträgers, wenn die beiden Träger eine konstante Höhe h aufweisen und der gleichen Last unterworfen sind und in der Länge einander gleich sind. So mit wird der Parallelträger schwieriger unter der Last gebogen und verwendet unnötig viel Material im Vergleich mit dem Drei ecksträger. Genauer, gemäß der Theorie des Trägers gleichförmi ger Festigkeit ist es möglich, einen Ventilaufbau vorzusehen mit Spannung und Biegung in geeigneten Niveaus, um die Lebensdauer des Ventiles zu verlängern. Bei dem vorhandenen Spiralkompressor weist das Auslaßventil solch einen Aufbau auf, daß der erste und der zweite Bogen des festen Abschnittes und des Schließabschnit tes einfach durch die geraden Linien des Überbrückungsabschnit tes verbunden sind.

Insbesondere wird keine Überlegung über die Steifigkeit des Aus laßventiles in bezug auf den Druck des durch das Auslaßventil ausgegebenen Fluids gemacht. Der feste Abschnitt und der Schließabschnitt sind einfach durch den Überbrückungsabschnitt verbunden, der zum Anpassen an die Formen des festen Abschnittes und des Fließabschnittes ausgelegt ist. Die Biegung des Ventiles und die Spannung werden nicht ausreichend berücksichtigt. Daher weist das Auslaßventil eine hohe Steifigkeit auf, so daß die Ventilöffnungskraft unausweichlich ansteigt. Dieses resultiert in einer Zunahme eines Leistungsverbrauches und einer Abnahme der Lebensdauer des Ventiles.

Aus den oben erwähnten Formeln über die Theorie des Trägers gleichförmiger Festigkeit ist zu verstehen, daß die Biegung des Parallelträgers, der durch parallele gerade Linien definiert ist, kleiner als die des Dreiecksträgers ist, der durch geneigte gerade Linien definiert ist und die konstante Höhe h aufweist, falls die beiden Träger der gleichen Last unterworfen sind und in der Länge einander gleich sind. Daher ist der Parallelträger schwierig unter der Last zu biegen und benutzt unnötig viel Ma terial im Vergleich mit dem Dreiecksträger. Insbesondere ist es gemäß der Theorie des Trägers gleichförmiger Festigkeit möglich, einen Ventilaufbau mit der Spannung und der Biegung auf geeigne ten Niveaus vorzusehen und die Lebensdauer des Ventiles zu ver längern.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 5A und 5B, des Betrieb des Auslaßventiles 7 wird beschrieben. Zuerst wird Bezug genommen auf Fig. 5A, der Spiralkompressor führt eine Drehung bei nied riger Drehzahl aus. In jedem Zyklus der Drehung niedriger Dreh zahl ist das Auslaßventil 7 vor der Ausgabe geschlossen, während der Ausgabe geöffnet und nach der Ausgabe geschlossen, wie in der Figur dargestellt ist. Somit wird das Auslaßventil 7 wieder holt geschlossen und geöffnet.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 5B, der Spiralkompressor führt Drehung hoher Drehzahl aus. In diesem Fall wird, bevor das Aus laßventil 7 an dem Ende eines ersten Zyklus geschlossen ist, der Auslaß eines nächsten Zyklus gestartet, wie in der Figur darge stellt ist. Daher wird das Auslaßventil nicht geschlossen, so bald der erste Zyklus gestartet ist, und es wird wiederholt in nerhalb eines Bereiches bewegt, der durch gepunktete Linien in Fig. 5B gezeigt ist.

Das Auslaßventil 7 ist wesentlich zum Vermeiden des Rückflusses des Fluids, obwohl es in Hinblick auf die Effektivität des Kom pressors bevorzugt wird, daß das Auslaßventil 7 nicht vorgesehen ist. Der Betrieb des Auslaßventiles 7 während der Drehung hoher Drehzahl, wie in Fig. 5B dargestellt ist, wird bevorzugt, da die Ventilöffnungskraft verringert ist und der Leistungsver brauch des Kompressors gespart wird. Somit ist die Wirksamkeit des Kompressors verbessert.

Das oben erwähnte vorhandene Auslaßventil ist jedoch ohne Be rücksichtigung mechanischer Eigenschaften entworfen, und es ist schwierig abzubiegen wegen der hohen Steifigkeit. Daher ist das Auslaßventil schwierig zu öffnen. Somit ist der Kompressor mit dem vorhandenen Auslaßventil nachteilhaft, da der Leistungsver brauch des Kompressors unausweichlich groß ist.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Spiralfluidgerät vorzusehen, das die Ventilöffnungskraft zum Öffnen eines Auslaß ventiles verringern kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Spiralfluidgerät, das eine Auslaßöffnung zum Ausgeben eines Fluids aufweist. Ein Spi ralübertragungsmechanismus ist mit der Auslaßöffnung zum Über tragen des Fluids zu der Auslaßöffnung zum Ausgeben des Fluids durch die Auslaßöffnung verbunden. Ein Klappenventil weist einen an dem Gerät befestigten Tragabschnitt, einen der Auslaßöffnung zugewandten Schließabschnitt und einen Überbrückungsabschnitt zwischen dem Tragabschnitt und dem Schließabschnitt auf. Der Überbrückungsabschnitt weist einen schmalen Teil schmaler als der Tragabschnitt und der Schließabschnitt auf.

Durch dieses Gerät wird die Steifigkeit des Überbrückungsab schnittes verringert, so daß der Leistungsverbrauch des Fluidge rätes ohne drastische Abnahme der Spannung gespart wird.

Durch dieses Gerät wird eine geeignete Biegespannung des Venti les so erzielt, daß die Lebensdauer des Ventiles verlängert wird.

Bei diesem Gerät wird auch bei niedriger Drehzahl der Leistungs verbrauch des Fluidgerätes verringert.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an hand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines vorhandenen Spi ralkompressors;

Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht von Spiral elementen eines bewegbaren Spiralteiles, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind;

Fig. 3A bis 3D verschiedene Konfigurationen eines Auslaß ventiles des vorhandenen Spiralkompres sors;

Fig. 4A und 4B Ansichten zum Beschreiben der Biegung von Trägern;

Fig. 5A und 5B Ansichten zum Beschreiben des Betriebes des vorhandenen Spiralkompressors während Drehung niedriger Drehzahl bzw. Drehung hoher Drehzahl; und

Fig. 6A bis 6D verschiedene Konfigurationen eines Auslaß ventiles eines Spiralkompressors gemäß ei ner Ausführungsform dieser Erfindung.

Die Beschreibung wird nun für eine Ausführungsform dieser Erfin dung unter Bezugnahme auf die Zeichnung gegeben.

Ein Spiralkompressor gemäß einer Ausführungsform dieser Erfin dung ist im wesentlichen ähnlich in dem Aufbau des in Fig. 1 dargestellten Spiralkompressors. Daher ist die folgende Be schreibung hauptsächlich auf das in Fig. 6A bis 6D gezeigte Auslaßventil 7 gerichtet.

Wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, ist das Aus laßventil 7 an einer Sockelendwand 501 eines festen Spiralteiles 5 zusammen mit einem Rückhalter 80 unter Benutzung einer Schrau be 801 befestigt, die in die Sockelendwand 501 durch ein Befe stigungsloch 70 des Auslaßventiles 7 geschraubt ist.

Zuerst wird auf Fig. 6A Bezug genommen, das Auslaßventil 7 weist einen festen Abschnitt 7a mit dem Befestigungsloch 70 auf und ist an der Endwand 501 wie oben beschrieben befestigt. Ein Schließabschnitt 7b wird in Kontakt mit einer Umfangskante einer Auslaßöffnung 6 zum Schließen der Auslaßöffnung 6 gebracht. Ein Überbrückungsabschnitt 7c verbindet den festen Abschnitt 7a und den Schließabschnitt 7b.

Das Auslaßventil 7 weist einen äußeren Umriß auf, der eine Kom bination eines ersten Bogens 700a des festen Abschnittes 7a, ei nes zweiten Bogens 700b des Schließabschnittes 7b und eines Paa res von Verbindungslinien 700c, von denen jede einen geraden Teil 700c1 und einen gekrümmten Teil 700c2 aufweist, ist. Der gekrümmte Teil 700c2 dient zum Unterdrücken einer Spannungskon zentration, die an eine Verbindung zwischen dem geraden Teil 700c1 und dem zweiten Bogen 700b angelegt ist. Dem gekrümmten Teil 700c2 kann eine weite Verschiedenheit von Formen gegeben werden.

Alternativ kann die Verbindungslinie 700c eine gekrümmte Linie sein, die glatt den ersten und den zweiten Bogen 700a und 700b ohne Vorsehen des geraden Teiles 700c1 verbindet, wie später in Zusammenhang mit Fig. 6B bis 6D beschrieben wird. Bevorzugt ist jede der Verbindungslinien 700c eine sanfte Kurve ohne star ke Änderungen.

Zum Verringern des Leistungsverbrauches ist ein Abstand E zwi schen dem zweiten Bogen 700b und der Auslaßöffnung 6 soweit mi nimiert, daß der Rückfluß des Kühlmittels verhindert werden kann, wenn der Kompressor gestoppt ist. In diesem Fall ist die Kontaktfläche zwischen dem Auslaßventil 7 und einer Ventilsitzo berfläche 601 um die Auslaßöffnung 6 so verringert, daß der Kon taktwiderstand dazwischen verringert ist. Daher ist die Ventil öffnungskraft verringert. Wenn allgemein Öl an der Ventilsitz oberfläche 601 anhaftet, macht es die anhaftende Kraft des Öles schwierig, das Auslaßventil 7 zu öffnen. Mit dem oben erwähnten Aufbau dieser Erfindung übt das Anhaften des Öles keinen wesent lichen Einfluß aus. Daher kann das Ventil 7 leicht geöffnet wer den, d. h. die Ventilöffnungskraft ist deutlich verringert.

Das Ventil in Fig. 6A wendet auch die Theorie des Trägers gleichförmiger Festigkeit an. Somit ist die Breite des Ventiles 7 allmählich zum Verringern der Öffnungslast verringert, solange die Höhe h konstant ist.

Zum Verringern der Last weist jede der Verbindungslinien 700c den geraden Teil 700c1 und den gekrümmten Teil 700c2 auf, der glatt den geraden Teil 700c1 und den Schließabschnitt 700b ver bindet, zum Erzielen einer gleichförmigen Verteilung der Biege spannung von dem festen Abschnitt 7a zu dem Schließabschnitt 7b.

In Fig. 6A fällt eine Spitze eines virtuellen Dreiecksträgers, der durch die geraden Linien 700c1 gebildet ist, d. h. ein Schnittpunkt zwischen den geraden Linien 700c1 zusammen mit der Mitte der Auslaßöffnung 6, wobei angenommen wird, daß der Aus laßdruck auf die Mitte der Auslaßöffnung 6 ausgeübt wird. Alter nativ kann in Abhängigkeit der Form und der Festigkeit des Schließabschnittes 7b der Schnittpunkt an einer Position etwas entfernt von der Mitte der Auslaßöffnung 6 angeordnet werden.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 6B, der zweite Durchmesser ist größer als der erste Durchmesser bestimmt. Jede der Verbindungs linien 700c, die den ersten und den zweiten Bogen 700a und 700b verbinden, ist eine sanfte Kurve, die allmählich von einer sanft geneigten geraden Linie abweicht. Aus der Theorie des oben be schriebenen Trägers ist zu verstehen, daß das in der Figur dar gestellte Auslaßventil 7 leicht gebogen wird, wenn die Last von dem Kühlmittel in der Auslaßöffnung 6 angelegt wird. Somit kann die Ventilöffnungskraft verringert werden. Zusätzlich nimmt die Kurve allmählich so ab, daß die Spannungskonzentration unter drückt wird, und das Auslaßventil 7 wird daran gehindert, mit einer starken Spannung beaufschlagt zu werden.

Während sich jede der Verbindungslinien 700c einem gepunkteten Abschnitt nahe dem Träger gleichförmiger Festigkeiten nähert, kann das Auslaßventil 7 leichter gebogen werden und die Span nungsverteilung ist gleichförmig. Somit wird ein wirksamer und wirtschaftlicher Ventilaufbau erhalten.

In jeder der Fig. 6C und 6D weist das Auslaßventil 7 einen Abschnitt auf, der ein größeres Flächenträgheitsmoment an einer Position näher zu dem festen Abschnitt 7a zeigt. Bei solch einem Ventil wird die Ventilöffnungskraft in bezug auf die Last ver ringert. In Hinblick auf jede der Verbindungslinien 700c dient die allmählich abnehmende Krümmung zum Verringern der Ventilöff nungskraft im Vergleich mit der geraden Linie.

Wie in Fig. 6B stellt der gepunktete Abschnitt einen Neigungs winkel des Trägers gleichförmiger Festigkeit dar. Daher können die Verbindungslinien 700c entlang des Neigungswinkels in Abhän gigkeit der Gebrauchsweise gebildet werden.

In jedem der Auslaßventile 7 von Fig. 6B bis 6D können auch die Verbindungslinien 700c so gebildet werden, daß sie sich dem Abschnitt gepunkteter Linie so nahe wie möglich so nähern, daß sie genauer mit der Theorie des Trägers gleichförmiger Festig keit übereinstimmen. In diesem Fall kann die Ventilöffnungskraft verringert werden. Der Träger gleichförmiger Festigkeit kann die übermäßige Spannung so abbauen, daß der Betrag des Materiales und das Gewicht des Ventiles verringert werden, wobei die geeig nete Festigkeit aufrechterhalten bleibt.

In den dargestellten Beispielen wird die Beziehung zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser erörtert. Alter nativ können der erste und der zweite Durchmesser effektiv in bezug auf den Durchmesser der Auslaßöffnung 6 ausgelegt werden. Wenn zum Beispiel der Durchmesser der Auslaßöffnung 6 groß ist, wird das Beispiel in Fig. 6A angewendet, und der Gradient des geraden Teiles 700c1 wird so bestimmt, daß die Steifigkeit ver ringert wird. Der Gradient des geraden Teiles 700c1 kann durch Zunahme oder Abnahme des ersten Durchmessers eingestellt werden. Bei jedem der Auslaßventile 7 von Fig. 6A bis 6D ist zu ver stehen, daß der Überbrückungsabschnitt 7c einen schmalen Teil schmaler als der Trag- und der Schließabschnitt 7a und 7b auf weist. Mit anderen Worten, der Überbrückungsabschnitt weist eine Breite auf, die allmählich von jedem des Trag- und des Schließ abschnittes 7a und 7b abnimmt.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 5A und 5B, der Betrieb des Auslaßventiles 7 wird beschrieben.

Das Auslaßventil 7 ist an der Sockelendwand 501 des festen Spi ralteiles 5 zusammen mit dem Rückhalter 80 durch die Benutzung der Schraube 801 angebracht. Wenn der Kompressor die Drehung niederer Drehzahl ausführt, wird das Auslaßventil 7 wiederholt geöffnet und geschlossen, wie in Fig. 5A dargestellt ist. Wenn die Drehzahl erhöht wird, wird das Ventil in der in Fig. 5B dargestellten Weise betätigt. Bei der Drehung hoher Drehzahl wird der Auslaß oder die Ausgabe des nächsten Zyklus gestartet, bevor das Ventil an dem Endeides ersten Zyklus geschlossen ist, wie in der Figur dargestellt ist. Somit wird bei der Drehung ho her Drehzahl des Ventils in einem Bereich bewegt, der durch die gepunkteten Linien der Figur gezeigt ist.

Bei dieser Erfindung ist die Steifigkeit des Ventiles so verrin gert, daß der Betriebszustand, der in Fig. 5A dargestellt ist, in den Betriebszustand umgeschaltet wird, der in Fig. 5B darge stellt ist, und zwar bei niedriger Drehzahl als im Vergleich mit dem vorhandenen Ventil. Daher ist die Ventilöffnungskraft zum Öffnen des Auslaßventiles 7 verringert.

Ein Vergleich zwischen dem vorhandenen Ventil und dieser Erfin dung wird in Tabelle 1 gegeben. Das vorhandene Ventil wird wie derholt geschlossen, wie in Fig. 5A dargestellt ist, wenn die Drehzahl des Spiralkompressors 2000 Upm oder weniger ist. Bei dieser Erfindung wird das Ventil in den in Fig. 5B dargestell ten Betriebszustand versetzt, wenn die Drehzahl 2000 Upm er reicht.

Tabelle 1

Aus Tabelle 1 ist zu verstehen, daß das Auslaßventil 7 dieser Erfindung leicht in bezug auf die Variation der Drehzahl des Kompressors geöffnet werden kann. Daher wird die Ventilöffnungs kraft verringert zum Sparen bei dem Leistungsverbrauch des Kom pressors.

Das Auslaßventil ist wesentlich zum Vermeiden des Rückflusses des Fluids, obwohl es in Hinblick auf die Wirksamkeit des Kom pressors bevorzugt wird, daß das Auslaßventil 7 nicht vorgesehen wird. Wenn das Obige in Betracht gezogen wird, modifiziert die Erfindung den Aufbau des Ventiles.

Mit dem oben erwähnten Aufbau kann die Ventilöffnungskraft ver ringert werden. Weiterhin ist gemäß der Theorie des Trägers gleichförmiger Festigkeit die Verteilung der Biegespannung all gemein gleichförmig, und unwirtschaftliche Benutzung des Materi ales wird verhindert. Somit wird eine richtige und wirksame Form erzielt. Die Ventilöffnungskraft wird durch Verringern der Stei figkeit des Ventiles ohne drastische Abnahme der Spannung ver ringert. Als Resultat kann der Leistungsverbrauch des Spiral fluidgerätes wie der Spiralkompressor gespart werden. Weiter ist es möglich, den Ventilaufbau zu erzielen, bei dem Materialmüdig keit, die aus der Wiederholung des Anlegens der Last resultiert, verhindert wird, indem die Last gleichförmig ohne Spannungskon zentration an einem speziellen Teil verteilt wird. Somit wird die Lebensdauer des Ventiles verlängert. Genauer, der sich von dem festen Abschnitt des Ventiles erstreckende gerade Teil ist so gebildet, daß die Biegespannung gleichförmig oder im wesent lichen gleichförmig ist. Daher wird die Steifigkeit minimiert, und die Verteilung der Spannung ist im wesentlichen gleichför mig. Somit kann unnötiges Material gespart werden. Der Unter schied im Durchmesser zwischen dem Schließabschnitt des Ventiles und der Auslaßöffnung wird minimiert zum Verringern des Kontakt widerstandes. Dieses trägt zur Verringerung der Ventilöffnungs kraft bei.

Während die Erfindung somit in Zusammenhang mit einigen Ausfüh rungsformen davon beschrieben worden ist, ist es für den Fach mann leicht vorstellbar, diese Erfindung auf verschiedene andere Weisen in die Praxis umzusetzen. Obwohl die Beschreibung in Hin blick auf den Kompressor als Beispiel gegeben wurde, ist es für den Fachmann leicht verständlich, daß sie auch auf verschiedene Fluidgeräte anwendbar ist, die ein Fluid benutzen. Obwohl das Ventil einen Aufbau entlang der Theorie des Trägers gleichförmi ger Stärke aufweist, braucht der Neigungswinkel nicht genau gleich b₀/2l zu sein, wenn es nur eine Annäherung ist.

Claims

1. Spiralfluidgerät mit:
einer Auslaßöffnung (6) zum Ausgeben eines Fluids;
einem mit der Auslaßöffnung (6) verbundenen Spiralübertragungs mechanismus (4, 5) zum Übertragen des Fluids zu der Auslaßöff nung (6) zum Ausgeben des Fluids durch die Auslaßöffnung (6); und
einem Klappenventil (7) mit einem an dem Gerät befestigten Tra gabschnitt (7a), einem der Auslaßöffnung (6) zugewandten Schließabschnitt (7b) und einem Überbrückungsabschnitt (7c) zwischen dem Tragabschnitt (7a) und dem Schließabschnitt (7b), wobei der Überbrückungsabschnitt (7c) einen schmalen Teil schmaler als der Trag- und der Schließabschnitt (7a, 7b) auf weist.

2. Spiralfluidgerät nach Anspruch 1, bei dem der Überbrückungsabschnitt (7c) eine Breite aufweist, die sich sowohl von dem Trag- als auch Schließabschnitt (7a, 7b) zum Bilden des schmalen Teiles verringert.

3. Spiralfluidgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Über brückungsabschnitt (7c) durch ein Paar von Konturlinien defi niert ist, die die äußeren Konturen des Trag- und Schließab schnittes (7a, 7b) verbinden, wobei die Konturlinien zum sich Annähern gekrümmt sind.

4. Spiralfluidgerät nach Anspruch 3, bei dem jede der Konturlinien nur eine gekrümmte Linie (700c2) aufweist.

5. Spiralfluidgerät nach Anspruch 3, bei dem die Konturlinien eine Kombination einer gekrümmten Li nie (700c2) und einer geraden Linie (700c1), die glatt die ge krümmte Linie (700c2) verbindet, aufweist.

6. Spiralfluidgerät nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die gekrümmte Linie (700c2) glatt gekrümmt ist.

7. Spiralfluidgerät nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die gekrümmte Linie (700c2) glatt mit den äußeren Um rissen des Schließabschnittes (7b) verbunden ist und die gerade Linie (700c1) glatt mit dem Tragabschnitt (7a) verbunden ist.

8. Spiralfluidgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem die Umrißlinie so bestimmt ist, daß Biegespannungen an dem Schließ- und Tragabschnitt (7b, 7a) einander gleich oder ungefähr gleich sind.

9. Spiralfluidgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Schließabschnitt (7b) eine Größe aufweist, die ähn lich zu der der Auslaßöffnung (6) ist.

10. Spiralfluidgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Spiralübertragungsmechanismus (4, 5) aufweist:
ein festes Spiralteil (5) und
ein bewegbares Spiralteil (4), das mit dem festen Spiralteil (5) verbunden ist zum Abgrenzen eines Raumes (G) zwischen dem festen und dem bewegbaren Spiralteil (4, 5), wobei das bewegba re Spiralteil (4) so angetrieben wird, daß Fluid radial nach innen durch den Raum (G) übertragen wird, daß es in ein kompri miertes Fluid komprimiert wird, das durch die Auslaßöffnung (6) ausgegeben wird.