DE3109301C2

DE3109301C2 - Rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE3109301C2
Application number: DE3109301A
Authority: DE
Inventors: Masato Ikegawa; Masao Ibaraki Shiibayashi; Kenji Tojo
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-03-12
Filing date: 1981-03-11
Publication date: 1986-04-30
Also published as: DE3109301A1; JPS56126691A; US4396364A; JPS6360230B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spiralfluidvorrichtung, bei der von mehreren eine Kurbelwelle lagernden Lagern das einem umlaufenden Spiralglied am nächsten liegende Lager in einer Ebene angeordnet ist, die sich durch den Angriffspunkt einer Kraft erstreckt, die zwischen dem umlaufenden Spiralglied und der Kurbelwelle übertragen wird und im rechten Winkel zur Mittelachse der Kurbelwelle verläuft, wodurch das auf die Lager ausgeübte Lastmoment auf ein Mindestmaß gebracht wird.

Description

dadurch gekennzeichnet,

— daß die axiale Mitte des dem Spiralglied (6) am nächsten gelegenen Lagers (15) in einer Ebene normal zur Kurbelwellenachse durch den Angriffspuiikt (F) liegt und

— daß die Radialkrrft (Fi), -'ie vom Spiralglied (6) über das Lager (I⁷) auf die Kurbelwelle (14) wirkt, durch den Angnffsp- -akt (F)geht.

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Rotationskolbenmaschine zeigt die US-PS 38 74 827. Dabei sind die Lager so angeordnet daß die von dem umlaufenden Spiralglied ausgeübte Querkraft außerhalb des die Kurbelwelle lagernden Lagers auftritt. Dadurch entsteht ein Biegemoment, das sich ungünstig in Hinsicht auf die Lebensdauer der Maschine auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Rotationskolbenmaschine dahingehend zu verbessern, daß die Betriebsdauer der Maschine bzw. der Weller.lager verlängert und der Lagerabstand voneinander verkleinert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird durch Vermeidung eines Biegemoments an der Kurbelwelle eine längere Lebensdauer der Maschine erzielt, insbesondere wird das zweite Lager weniger stark beansprucht. Außerdem kann auch durch Verkürzung der Maschine eine kleinere Bauhöhe erreicht werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Maschine anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen waagerechten Schnitt der Rotationskolbenmaschine mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt 11-11 in Fig. 1;

Fie.3 einen senkrechten Schnitt der Maschine mit

einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig.4 einen senkrechten Schnitt der Maschine mit einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 1 ist ein waagerechter Schnitt der ersten Ausführungsform der Rotationskolbenmaschine nach der Erfindung, während F i g. 2 ein senkrechter Schnitt 11-11 in F i g. 1 ist

Eine Rotationskolbenmaschine enthält ein fertstehendes Spiralglied und ein umlaufendes Spiralglied, die ein Paar bilden und folgendes aufweisen: Miteinander in Eingriff stehende Hüllglieder, eine Einrichtung zum Hindern des umlaufenden Spiralglieds am Drehen um seine eigene Achse, eine Kurbelwelle zum Übertragen der drehenden Kraft auf das umlaufende Spiralglied, damit sich dieses in einer Umlaufbewegung bewegt, und zum Abnehmen der drehenden Kraft vom umlaufenden Spiralglied, mehrere Lager zum drehbaren Lagern der Kurbelwelle und einen Rahmen zum Tragen der Lager.

Das feststehende Spiralglied 3 enthält eine Endplatte 1 mit einem zylindrischen Teil la an ihrem äußeren Umfang und einem spiralförmigen Hüllglied 2, das als evoiventenförmige oder ähnliche Kurve aufrechtstehend an der Endplatte 1 angeordnet ist. Die Endplatte 1 ist mit einer Hochdruckfluidöffnung 7 im Mittelteil und einer Niederdruckfluidöffnung 8 im zylindrischen Teil la versehen. Die Hochdruckfluidöffnung 7 dient als Auslaßöffnung für unter hohem Druck stehendes Gas, wenn die Maschine als Kompressor arbeitel, als Einlaßöffnung für unter hohem Druck und hoher Temperatur stehendes Arbeitsgas, wenn die Maschine als Expansionsvorrichtung arbeitet, und als Auslaßöffnung für Flüssigkeit, wenn die Maschine als hydraulische Pumpe arbeitet.

Die Niederdruckfluidöffnung 8 dient als Einlaßöffnung für Gas, wenn die Maschine als Kompressor arbeitet, als Auslaßöffnung für expandiertes Gas, wenn die Maschine ais Expansionsvorrichtung arbeitet, und als Einlaßöffnung für Flüssigkeit, wenn die Maschine als hydraulische Pumpe arbeitet.

Das umlaufende Spiralglied 6 enthält eine scheibenförmige Endplatte 4 und ein darauf aufrecht angeordnetes Hüllglied 5, dessen Form derjenigen des Hüllglieds 1 ähnlich ist. Ein Zapfen 9 ist entgegengesetzt zur Seitenfläche, an welcher das Hüllglied 5 angeordnet, an einer Seitenfläche oder Rückseite der Endplatte 4 befestigt.

Ein Rahmen 10 ist durch nicht gezeigte Schrauben mit dem zylindrischen Teil la des feststehenden Spiralglieds 3 verbunden und hat einen Raum zur Aufnahme des umlaufenden Spiralglieds 6.

Eine Einrichtung 11 hindert das umlaufende Spiralglied 6 am Drehen um seine eigene Achse und enthält einen Ring 12 sowie zwei Sätze von Keilen 13. Ein Satz von Keilen 13 ist am Rahmen 10 befestigt, während der andere Satz von Keilen 13 an der Rückseite der Endplatte 4 des umlaufenden Spiralglieds 6 befestigt ist und sich in einer Richtung erstreckt, die den einen Satz von Keilen 13 im rechten Winkel kreuzt. Ein Ring 12 ist mit Keilnuten versehen zum Eingreifen der beiden Sätze von Keilen 13.

Eine Kurbelwelle 14 ist durch zwei am Rahmen 10 befestigte Lager 15 und 16 drehbar gelagert und hat einen Drehpunkt, der mit der Mitte Oi des feststehenden Spiralglieds 3 zusammenfällt. Die Kurbelwelle 14 hat an ihrem einen Endteil ein Loch, das in einer Nabe der Kurbelwelle 14 ausgebildet ist und eine Mitte aufweist, die mit der Mitte Om des umlaufenden Spiralglieds 6 zusammenfällt und um einen Abstand /gegenüber der Drehmitte Os der Kurbelwelle 14 versetzt ist. Durch ein Lager 17 ist in das Loch ein Zapfen 9 einge-

Das dem umlaufenden Spiralgüed 6 am nächsten gelegene Lager 15 ist ein Gleitlager, das sich in einer Ebene befindet, die sich durch den Angriffspunkt F einer drehenden Kraft erstreckt, die von der Kurbelwelle 14 auf das umlaufende Spiralglied 6 oder umgekehrt übertragen wird und sich senkrecht zur Achse der Kurbeiwelle 14 erstreckt.

Zwischen dem Rahmen 10 und der Kurbelweile 14 befindet sich eine mechanische Dichtung 18, die das Austreten von Gas durch einen Teil des Rahmens 10 verhindert, durch den sich die Kurbelwelle 14 erstreckt

Zwei kleine Öffnungen 19 mit Drosselfunktion sind in der Endplatte 4 des umlaufenden Spiralglieds 6 ausgebildet und ermöglichen den Durchtritt von Gas zur Rückseite der Endplatte 4 bei einem Kompressionsoder Expansionshub, um auf das umlaufende Spiralglied 6 eine axiale Vorspannkraft auszuüben. Eine Einrichtung zum Vorsehen einer axialen Vorspannkraft kann eine Feder und eine Kombination aus Gasdruck und einer Feder enthalten.

Im Betrieb bewegt sich die Mitte Om des umlaufenden Spiralglieds 6 in einer Umlaufbewegung im Uhrzeigersinn von F i g. 1 um die Mitte Os des feststehenden Spiralglieds 3. Bei dieser Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralglieds 6 werden die Volumina von abgeschiedenen Räumen Va und Vb, gebildet zwischen den beiden Endplatten 1 und 4 und den beiden Hüllgliedern 2 und 5 sowie angeordnet in der Nähe der Endpunkte der Hüllglieder 2 bzw. 5, allmählich verringert, wenn sie sich zur Mitte der beiden Spiralglieder 3 und 6 bewegen.

Umgekehrt bewegt sich die Mitte Om des umlaufenden Spiralglieds 6 in einer Umlaufbewegung im Gegenuhrzeigersinn von F i g. 1 um die Mitte Os des feststehenden Spiralgiieds 3. Bei dieser Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralglieds 6 werden die Volumina von geschlossenen Räumen Vc und Vd, gebildet zwischen den beiden Endplatten 1 und 4 und den beiden Hüllgliedern 2 und 5 sowie angeordnet in der Mitte der beiden Spiralglieder 3 bzw. 6, allmählich vergrößert, wenn sie sich zu den jeweiligen abschließenden Enden der Hüllglieder 2 und 5 bewegen.

Die Maschine arbeitet als Kompressor, wenn die Kurbelwelle 14 derart angetrieben wird, daß sie das umlaufende Spiralglied 6 in einer Umlaufbewegung im Uhrzeigersinn von Fig. 1 bewegt, wobei die Hochdruck fluidöffnung 7 in der Mitte des feststehenden Spiralglieds 3 und die Niederdruckfluidöffnung 8 im zylindrischen Teil la als Einlaßöffnung bzw. Auslaßöffnung dienen. Durch Formen der Hüllglieder 2 und 5 derart, daß die geschlossenen Räume Va und Vb mit der Niederdruckfluidöffnung 8 verbunden werden, sobald sie gebildet sind, kann die Maschine als hydraulische Pumpe arbeiten.

In ähnlicher Weise kann die Maschine als Expansionsvorrichtung dadurch verwendet werden, daß unter hoher Temperatur und hohem Druck stehendes Gas durch die Hochdruckfluidöffnung 7 in der Mitte des feststehenden Spiralglieds 3 geleitet wird.

F i g. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung in einem senkrechten Schnitt, in dem der Zapfen 9, der eines der Glieder zum Übertragen der drehenden Kraft zwischen dem umlaufenden Spiralglied 6 und der Kurbelwelle 14 ist, an einem Endteil der Kurbelwelle befestigt ist, wobei in einer Nabe des umlaufenden Spi ralglieds 6 ein Loch ausgebildet ist. Das Lager 15 ist ein Kugellager, wobei aber auch ein Wälzlager verwendet werden kann. Weitere Teile der zweiten Ausführungsform gleichen den entsprechenden Teilen der ersten Ausführungsform von F i g. 1 und 2. Die zweite Ausführungsform arbeitet in derselben Weise wie die erste Ausführungsform, so daß sich ihre Beschreibung erübrigt.

F i g. 4 ist ein senkrechter Schnitt der dritten Ausführungsform und zeigt einen Spiralkompressor der hermetischen Bauart. Die Kurbelwelle 14 ist mit einem Rotor 2OR eines Motors 20 verbunden, dessen Stator 20S an der Innenwand eines verschlossenen Gehäuses 21 befestigt ist Eine Saugleitung 22 ist mit der Niederdruckfluidöffnung 18 verbunden, während eine Auslaßleitung 23 mit dem Gehäuse 21 verbunden ist Das feststehende Spiralglied 3 und der Rahmen 10 sind jeweils mit wenigstens einem Ausschnitt 24 am Außenumfang an Stellen versehen, an denen die Ausschnitte 24 des Spiralglieds 3 und des Rahmens 10 miteinander fluchten und ein Hindurchströmen des Gases durch die Ausschnitte 24 zum Motor 20 gestatten.Die Kurbelwelle 14 ist mit einer Bohrung 25 versehen, ck ?ich axial hierzu vom oberen zum unteren Ende erstreckt, an dem die Mitte der Bohrung 25 mit der Drehmitte der Kurbelwelle 14 zusammenfällt. Die Bohrung 25 ist am oberen Ende gegenüber der Drehmitte der Kurbelwelle 14 exzentrisch, so daß dieser Mechanismus bei einer Drehung der Kurbelwelle 14 als Pumpe arbeitet und Öl vom Boden des Gehäuses 21 zu den gleitenden Teilen und Lagern liefert. Weitere Teile gleichen den entsprechenden Teilen der ersten Ausführungsform von F i g. 1 und 2.

Bei Betätigung des Motors 20 bewegt sich das umlaufende Spiralglied 6 in einer Umlaufbewegung, wobei Gas (Kühlmittel, Luft usw.) durch Saugwirkung durch die Saugleitung 22 und die Niederdruckfluidöffnung 8 in den Kompressor gezogen wird. Das Gas wird verdichtet und in das Gehäuse 21 durch die Hochdruckfluidöffnung 7 entleert, von wo aus es durch die Ausschnitte 24 zu einer im Gehäuse 21 auf der Seite des Motors 20 befindlichen Kammer strömt. Von dieser Kammer aus wird das Gas durch die Auslaßleitung 23 entleert. Wenn die Maschine ein Kühlmittel im gasförmigen Zustand verdichten soll, wird das durch die Auslaßleitung 23 strömende Gas einem Kondensator zugeführt.

Von der Zeit, bei der das verdichtete Gas durch die Hochdruckfluidöffnung 7 entleert wirü, bis zu der Zeit, bei der es in die Auslaßleitung 23 strömt, wird das im verdichteten Gas mitgenommene öl hiervon durch Schwerkraft entfernt, wenn das Gas seine Strömungsrichtung ändert, und trifft auf die Wände auf. Prallbleche, Tröpfchenabscheider usw. können im Gehäuse 21 als Einrichtung zum zwangsläufigen Entfernen des Öls aus dem verdichteten Gas angeordnet sein.

Per Kraftangriffspunkt F und der Stützpunkt R des Lagers 15_befinden sich in derselben Ebene, wobei der Abstand TR den Wert Null hat, so daß die auf das Lager 15 ausgeübte Kraft verringert werden kann. Diese Beziehung kann durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:

RS

FR = 0

Λ A₁ = F₁.

Somit nimmt das Lager 15 lediglich eine auf den Kraftangriffspunkt Fausgeübte Kraft F\ auf. Dies führt

zu einer verlängerten Lebensdauer des Lagers 15, wobei die Inspektion und Wartung in längeren Intervallen ausgeführt werden können.

Der Abstand 77? hat einen Wert Null, so daß auf die Kurbelwelle 14 kein Biegemoment ausgeübt wird. Dies beseitigt eine auf das Lager 16 ausgeübte Belastung, das lediglich eine Kraft aufnehmen muß, die groß genug ist, um die Kurbelwelle 14 in ihrer Lage zu halten.

Wie vorstehend ausgeführt, besteht die Funktion des Lagers 16 lediglich im Halten des Endes der Kurbelwel-Ie 14. Dies ermöglicht eine Verringerung des Abstands FS vom Kraftangriffspunkt F wodurch die axiale Länge verringert wird.

Dadurch, daß auf die Kurbelwelle 14 kein Biegemoment ausgeübt wird, kippt sie während ihrer Drehung nicht, wodurch die Geräuschentwicklung auf ein Mindestmaß gebracht wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

20

25

30

35

40

50

55

60

65

Claims

Patentanspruch:
Rotationskolbenmaschine

— mit zwei Spiralgliedern, von denen jedes eine Endplatte und ein spiralförmiges, auf der Endplatte aufrecht angeordnetes Hüllglied aufweist,

— wobei die beiden Spiralglieder mit ineinandergreifenden Hüligliedern einander überlagert sind und ein Spiralglied sich in einer Umlaufbewegung bewegt, jedoch an einer Drehung um seine eigene Achse gehindert ist,

— bei der die Radialkraft vom umlaufenden Spiralglied auf die Kurbeiwelle über ein Lager übertragen wird,

— bei der die Kurbelwelle durch mehrere Lager gelagert ist und

— bei der sich der Lagerbereich des Lagers zwischen dem Spiralglied und der Kurbelwelle und der Lagerbereich des dem Spiralglied am nächsten gelegenen Kurbelwellenlagers axial überschneiden,