DE3438049A1

DE3438049A1 - Stroemungsmaschine in spiralbauweise

Info

Publication number: DE3438049A1
Application number: DE19843438049
Authority: DE
Inventors: Sumihisa Niihari Ibaraki Kotani; Akira Shimizu Murayama; Masao Shimizu Shiibayashi; Kazutaka Shimizu Suefuji; Kenji Niihari Ibaraki Tojo
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-10-18
Filing date: 1984-10-17
Publication date: 1985-05-02
Also published as: KR850003940A; JPH051399B2; KR880001334B1; JPS6085285A; US4579512A; DE3438049C2

Description

Strömungsmaschine in Spiralbauweise

Die Erfindung betrifft eine ölgeschmierte Strömungsmaschine in Spiralbauweise, die für den Einsatz als Kühlmittelkompressor für eine Klimaanlage oder einen Kühlschrank sowie als,„Kompxß!.SÄOX- für Luft einsetzbar ist. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Strömungsmaschine in Spiralbauweise, bei welcher ein vorher festgelegtes Spiel absichtlich zwischen den Seitenflächen der Spiralwände eines stationären Spiralelements und eines Umlaufspiralelements ausgebildet ist.

Eine Strömungsmaschine in Spiralbauweise, die als Kompressor dient, hat ein stationäres Spiralelement und ein Umlaufspiralelement, von denen jedes eine Stirnplatte und eine Spiralwand bzw. Hüllwand aufweist, die längs einer Evolventenkurve oder längs einer Kurve ausgebildet ist, die eine Evolventenkurve simuliert, wobei jede Spiralwand senkrecht von einer Seite ihrer Stirnplatte vorsteht. Die Spiralelemente sind zusammen in einem Gehäuse so angeordnet, daß ihre Spiralwände ineinandergreifen, In einem zentralen Abschnitt und einem Umfangsabschnitt der Stirnplatte des stationären Spiralelements sind eine Ansaugöffnung und eine Abgabeöffnung ausgebildet, die mit einem Ansaugrohr bzw. einem Abgaberohr in Verbindung stehen, die an das Gehäuse angeschlossen sind.

Zwischen dem Umlaufspiralelement und dem Rahmen der Maschine oder dem stationären Spiralelement ist ein Oldham^-Ring angeordnet, der verhindert, daß das Umlaufspiralelement sich um seine eigene Achse dreht. Das Umlaufspiralelement wird von einer mit ihm im Eingriff stehenden Hauptwelle so angetrieben, daß es eine Orbitalbewegung bezüglich des stationären Spiralelements aus^ führt, ohne sich um seine eigene Achse zu drehen, wodurch

die Volumina der geschlossenen Kammern, die zwischen den Spiralwänden der beiden Spiralelemente ausgebildet sind, fortschreitend abnehmen, wodurch ein Gas, das in diesen Kammern eingeschlossen ist, k'omprimiert und das komprimierte Gas aus der Abgabeöffnung abgeführt wird. Ein solcher Spiralkompressor ist in der US-PS 4082484 beschrieben.

Um den Verschleiß oder den Abrieb der seitlichen Oberflächen der Spiralwand auf ein Minimum zu reduzieren, ist es erwünscht, daß ein kleines Spiel zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen der Spiralwände der beiden Spiralelemente aufrechterhalten wird, d.h. daß die gegenüberliegenden Seitenflächen der Spiralwände der beiden Spiralelemente nicht direkt in Kontakt während des Betriebs des Kompressors miteinander stehen.

Wenn die Spiralelemente in Übereinstimmung mit der theoretischen Konstruktion genau bearbeitet sind, führt das Umfangsspiralelement eine ideale Umlaufbewegung auf einem Kreis mit einem Radius aus, der dem theoretischen Radius entspricht, ohne daß irgendeine vertikale Oszillation auftritt, so daß eine unerwünschte axiale Verschiebung des Umlaufspiralelements, die sich aus einer Neigung des Umlaufspiralements, was noch erläutert wird, ergeben könnte, in vorteilhafter Weise vermieden wird.

Tatsächlich haben jedoch die verschiedenen Phasen der Spiralelemente unterschiedliche Größen im radialen Spiel zwischen den Spiralwänden der beiden Spiralelemente aufgrund der Toleranzen bei der spanabhebenden Bearbeitung der Spiralelemente.

Wenn der Spiralkompressor arbeitet, wird durch den Druck des in Kompression befindlichen Gases in den Kompressionskammern zwischen dem stationären Spiralelement und dem UmlaufSpiralelement eine Kraft erzeugt. Diese Kraft ist in eine axiale Kraftkomponente, welche dazu

neigt, das Umlaufspiralelement vom stationären Spiralelement nach unten zu trennen, und eine radiale Komponente zerlegbar, die dem Antriebsdrehmoment widersteht, das von der Hauptwelle ausgeübt wird. Andererseits wird auf den Exzenterschaftabschnitt der treibenden Hauptwelle eine Gegenkraft ausgeübt, welche die radiale Kraftkomponente ausgleicht, so daß sie in der Richtung entgegengesetzt zu der genannten radialen Komponente wirkt. Schließlich erzeugt ein Zwischengasdruck, der sich in einer Gegendruckkammer einstellt, welche hinter dem Umlaufspiralelement ausgebildet ist, eine Kraft, die auf die Rückseite des Umlaufspiralelements wirkt. Als Folge wird ein Drehmoment erzeugt, und zwar aufgrund der Ungleichheit zwischen dem Angriffspunkt der ge-

T5 nannten radialen Komponente und dem Angriffspunkt der genannten Gegenkraft.

Während des Betriebs des Spiralkompressors wirkt dieses Drehmoment so, daß eine Neigung des Umlaufspiralelements herbeigeführt wird, was einen wechselseitigen Kontakt zwischen den Spiralwänden der beiden Spiralelemente ergibt, was zu einem schnellen Verschleiß der Spiralwände oder schlimmstenfalls zu einer Zerstörung der Spiralwände der Spiralelemente führt.

Um die unerwünschte Neigung des Umlaufspiralelements auszuschließen, ist es aus der JP-OS 110887 bekannt, · das axiale Spiel am äußeren Umfang der Stirnplatte des Umlaufspiralelements so festzulegen, daß jeder örtliche Kontakt zwischen der Stirnfläche des Exzenterwellenabschnitts der treibenden Hauptwelle und dem Umlauflager, welches den Exzenterschaftabschnitt aufnimmt, vermieden wird. . Es wird somit das radiale Spiel am Umfangsabschnitt der Stirnplatte des Umlauf spiralelements be-? züglich des Außendurchmessers der Stirnplatte des Umlaufspiralelements, des Spiels in dem Umlauflager und der Länge des Umlauflagers eingestellt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine Strömungsmaschine in Spiralbauweise zu schaffen, bei welcher die Größe des radialen Spiels zwischen den Spiralwänden des Umlaufspiralelements und des stationären Spiralelements so gewählt ist, daß ein gegenseitiger Kontakt der Spiralwände der beiden Spiralelemente vermieden wird, während die notwendige Versetzung der treibenden Hauptwelle beibehalten wird, auch wenn das UmlaufSpiralelement während des Betriebs der Strömungsmaschine geneigt ist. Dabei soll die Neigung des Umlaufspiralelements begrenzt sein, um das radiale Spiel zwischen den Spiralwänden der beiden Spiralelemente aufrechtzuerhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das rückseitige Spiel S, am Umfangsabschnitt der Stirnplatte des Umlaufspiralelements so gewählt wird, daß es folgender Bedingung genügt;

Δ s₂)D_m/h_m

oder J, <4ε· D /h
η mm

wobei Δε der Betrag der Versetzung der Hauptwelle, A S₁, Δ S. die radiale Genauigkeit der Spiralwände der Spiralelemente, D der Außendurchmesser des Umlaufspiralelements und h die Höhe der Spiralwand sind.

Bei einer speziellen Ausführurigsform der Strömungsmaschine in Spiralbauweise ist das rückseitige Spiel <$, so festgelegt, daß es so klein ist wie das Lagerspiel, so daß der dimensionslose Wert α, * des rückseitigen Spiels folgender Bedingung genügt:

£_h*% 1f0 χ 10~³

wobei σ, * ist gleich o\_ /D .
h hm

Erfindungsgemäß wird somit die Größe des rückseitigen Spiels ά bezüglich der Faktoren, wie der Höhe h der Spiralwand, dem Außendurchmesser D der Stirnplatte usw. so gewählt, daß ein Spielraum zwischen den gegenüberliegenden seitlichen Oberflächen der Spiralwände der beiden Spiralelemente aufrechterhalten wird, wodurch ein unerwünschter gegenseitiger Kontakt zwischen den Spiralwänden der beiden Spiralelemente vermieden wird, ohne daß irgendeine Erhöhung der Versetzung der treibenden Hauptwelle erforderlich ist, wodurch man eine höhere Leistung und Betriebssicherheit der Strömungsmaschine in Spiralbauweise erhält.

Dadurch, daß der Betrag der Axialverschiebung des Umlauf-Spiralelements durch die Einschränkung des rückseitigen Spiels in der Strömungsmaschine in Spiralbauweise begrenzt wird, ist es möglich, die Neigung des Umlaufspiralelements bezüglich der horizontalen Ebene zu unterdrücken und so den Betrag der radialen Verschiebung des Umlaufspiralelements zu begrenzen, wodurch ein radiales Spiel zwischen den Spiralwänden der beiden Spiralelemente beibehalten wird. Als Folge wird ein unerwünschter gegenseitiger Kontakt zwischen den Spiralwänden der beiden Spiralelemente vermieden, was die Schwierigkeiten, wie das Abbrechen der Spiralelemente,ausschließt, wie es bei den bekannten Strömungsmaschinen in Spiralbauweise häufig vorkommt, so daß die Lebensdauer und Betriebssicherheit der Maschine verbessert sind.

Die auf ein Minimum reduzierte Neigung der Stirnplatte des Umlaufspiralelements schließt zusätzlich jeden nicht gleichförmigen oder örtlichen Kontakt und einen daraus resultierenden Reibungskraftverlust im Umlauflager aus, so daß Schwierigkeiten, wie ein Fressen ,in diesem Lager beseitigt sind, was wiederum die Lebensdauer verbessert und den Energieverbrauch verringert.

Da der radiale Kontakt zwischen den Spiralwänden der beiden Spiralelemente ausgeschlossen werden kann, ohne den Betrag der Versetzung der treibenden Hauptwelle zu erhöhen, ist es möglich, jede Steigerung im axialen Spiel zwischen den beiden Spiralelementen zu vermeiden. Als Folge wird die innere Leckage an Fluid in der Maschine auf ein Minimum reduziert, was eine höhere Leistung der Maschine durch Steigerung des Ansaugmengenstroms und des volumetrischen Wirkungsgrads gewährleistet.

Anhand von Zeichnungen werden der Stand der Technik (Fig. 1 bis 8) und Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert, wobei durch die in den Fig_t 3 bis 8 gezeigten Beziehungen zwischen dem radialen Spiel der Spiralwände der beiden Spiralelemente und dem Betrag der Versetzung der treibenden Hauptwelle das Verständnis der erfindungsgemäßen Ausführungen erleichtert werden sollen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Vertikal schnitt durch einen bekannten ab^- gedichteten Spiralkompressor für die Anwendung der Erfindung,.

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kompressor von

Fig. 1, aus welchem das Ineinandergreifen der Spiralwände der beiden Spiralelemente ersichtlich ist,

Fig. 3 im Längsschnitt die Lagebeziehung zwischen dem Umlaufspiralelement und dem Rahmen des Kom

pressors,

Fig. 4 eine Veranschaulichung des Spiels zwischen den Spiralwänden der Spiralemente,

Fig. 5 in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Radialspiel zwischen den Spiralwänden der beiden

Spiralelemente und dem Betrag der Versetzung der treibenden Hauptwelle sowie der Genauig-

keit der Spiralwandkontur,

Fig. 6 in einem Längsschnitt die Änderung des Spiels zwischen den Spiralwänden der beiden Spiralelemente,

Fig. 7 und 8 das radiale Spiel S (cfrm) zwischen den Spiralwänden,

Fig. 9 im Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine in Spiralbauweise das Radialspiel zwischen den Spiralwänden der beiden Spiralelemente,

Fig. 10 im Längsschnitt die Lagebeziehung zwischen dem stationären Spiralelement und dem Umlaufspiralelement,

Fig. 11 in einem Längsschnitt das Umlaufspiralelement,

Fig. 12 im Längsschnitt das stationäre Spiralelement und den Rahmen,

Fig. 13 im Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Umlaufspiralelements,

Fig. 14 in einem Diagramm die Beziehung,zwischen dem dimensionslosen rückseitigen Spiel und dem

volumetrisehen Wirkungsgrad,

Fig. 15 im Längsschnitt eine andere Lagebeziehung

zwischen dem stationären Spiralelement und dem Rahmen,

Fig. 16 eine Draufsicht auf den Rahmen,

Fig. 17 in einer Ansicht wie Fig. 15 eine anders gestaltete Ausführungsform,

Fig. 18 ein Diagramm entsprechend Fig. 5 und

Fig. 19, 20 und 21 im Längsschnitt verschiedene Ausführungsbeispiele von stationären Spiralelementen .

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte abdichtend abgeschlossene Spiralkompressor 1 hat einen vertikal langgestreckten Aufbau mit einem Kompressorabschnitt an seinem oberen Abschnitt, einem Motorabschnitt in seinem unteren Abschnitt und einem abdichtend abgeschlossenen Gehäuse 11 für die Aufnahme des Kompressorabschnitts und des Motorabschnitts. Der Kompressorabschnitt weist ein stationäres Spiralelement 2 und ein Umlaufspiralelement 3 , die zusammen die Kompressorelemente bilden, ein Element 4 zur Verhinderung, daß sich das Umlaufspiralelement 3 um seine eigene Achse dreht, und eine Hauptwelle auf, die einen exzentrischen oder Kurbelwellenabschnitt 5¹ hat, der mit dem Umlaufspiralelement 3 in Eingriff steht. Die Hauptwelle 5 wird von drei Lagern gehalten, nämlich einem Umlauflager 6, das an dem Umlaufspiralelement 3 befestigt ist und das Ende des Kurbelwellenabschnitts 5¹ der Hauptwelle 5 aufnimmt, einem Hauptlager 7 und einem Hilfslager 8, das unter dem Hauptlager 7 angeordnet ist. Das Hauptlager 7 und das Hilfslager 8 sind an einem Rahmen 9 festgelegt.

Der im unteren Abschnitt des abdichtend abgeschlossenen Gehäuses 11 angeordnete Motorabschnitt hat einen Elektromotor 10 mit einem Stator, der an der Wand des Gehäuses 11 befestigt ist, und einen Rotor, dessen Welle den unteren Endabschnitt der Hauptwelle 6 bildet.

Der in Fig. 1 gezeigte abdichtend abgeschlossene Spiralkompressor hat eine Hochdruckkammer, wobei der Raum in dem abdichtend abgeschlossenen Gehäuse 11 unter hohem Druck gehalten wird, d.h. dem Förderdruck des Kompressors. Die Spiralwände der Spiralelemente sind ent-

sprechend Evolventenkurven oder Kurven, die Evolventenkurven ähnlich sind, ausgebildet. Die in den Figuren vorgesehenen Pfeile zeigen die Strömungsrichtungen des Gases im Kompressor.

Die Wirkungsweise eines solchen abdichtend abgeschlossenen Kompressors 1 wird unter Bezugnahme auf den Strom eines zu komprimierenden Kältemittelgases erläutert. Die Strömung des Schmieröls wird nicht erläutert. Das Kältemittelgas mit niedriger Temperatur und geringem Druck

TO wird durch eine Ansaugöffnung 12 in der Stirnplatte 22' des stationären Spiralelements 2 angesaugt und in eine Ansaugkammer 13 eingeführt, die in dem stationären Spiralelement 2 ausgebildet ist. Das Gas wird dann in geschlossene Kammern 14, 15 eingeführt, die zwischen den Spiralwänden 2¹, 3¹ der beiden Spiralelemente 2, ausgebildet sind (Fig_t 2). Aufgrund einer umlaufenden Bewegung des UmlaufSpiralelements 3 bezüglich des stationären Spiralelements 2, ohne daß sich ersteres um seine eigene Achse dreht, werden die Kammern 14 und 15 abgetrennt und allmählich zur Mitte der Spiralelemente bewegt, wobei ihre Volumina fortlaufend abnehmen. Als Folge steigt der Druck in dem Kältemittelgas, das durch die Abgabeöffnung 16 abgeführt wird, welches in der Mitte des stationären Spiralelements ausgebildet ist.

Das auf diese Weise auf einen hohen Druck und eine hohe Temperatur komprimierte Kältemittelgas wird in einen Raum 19 um den Elektromotor 10 herum über einen Raum 17, der in dem oberen Abschnitt des abdichtend abgeschlossenen Gehäuses 11 ausgebildet ist, und durch einen Kanal 18 eingeführt, der zwischen der Wand des abdichtend abgeschlossenen Gehäuses 11 und dem stationären Spiralelement 2 und dem Rahmen 9 ausgebildet ist. Das Gas wird dann nach außen mit einem hohem Förderdruck P, durch ein Abgaberohr 20 abgeführt.

Der Druck des in den geschlossenen Kompressionskammern

komprimierten Gases, die zwischen den beiden Spiralelementen 2 und 3 ausgebildet sind, erzeugt eine axiale Schubkraft, die das Umlaufspiralelement 3 vom stationären Spiralelement 2 nach unten weg drücken möchte. Andererseits stellt sich zwischen dem Ansaugdruck (Niederdruck) und dem Förderdruck ein Zwischendruck P in einer Gegen-

druckkammer 21 ein, die zwischen der Rückseite des Umlaufspiralelements 3 und dem Rahmen 9 ausgebildet ist, wodurch eine Kraft erzeugt wird, die der Kraft entgegenwirkt, welche das Umlaufspiralelement von dem stationären Spiralelement wegdrückt. Wie in der US-PS 43 65 941 beschrieben ist, wird dieser Zwischendruck von den geschlossenen Kompressionskammern, die sich auf ihrem Mittelweg zwischen der Ansaugstellung und der Förderstellung bewegen, durch feine öffnungen 22, 23 (Fig.. 2) in der Stirnplatte 22 des Umlaufspiralelements 3 in die Gegendruckkammer 21 eingeführt.

Zur Erläuterung der Ausführungsformen ab Fig. 9 wird im folgenden anhand der Fig. 3 bis 8 die Beziehung zwischen dem radialen Spiel zwischen den Spiralwänden der beiden Spiralelemente und dem Betrag der Versetzung der Hauptwelle sowie die aus dieser Beziehung resultierenden Probleme erläutert.

Fig. 3 und 4 zeigen die Abschnitte des Spiralkompressors 1, bei denen eine interne Leckage des in Kompression in der Kompressionskammer 15 befindlichen Fluids auftritt, sowie die Strömungsrichtungen des Leckfluids. Die interne Leckage des Fluids erfolgt im allgemeinen an zwei Abschnitten, nämlich über das axiale Spiel σ zwischen den

et

axialen Stirnflächen der Spiralwände 2', 3' und den gegenüberliegenden Flächen der Stirnplatten und durch die radialen Spiele σ zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen der Spiralwände 2', 3' .

Die radialen Spielräume sind in Fig. 3 mit or1, or 2 und

or3 sowie in Fig. 4 mit or1, στ2, στ3 und <3r4 bezeichnet. Diese radialen Spielräume (Jr 1 bis or4 ergeben sich, wenn das Umlaufspiralelement 3 eine ideale Umlaufbewegung ausführt. In diesem idealen Zustand führt das Umlauf- spiralelement 3 eine Orbitalbewegung parallel zum stationären Spiralelement aus. Eine unerwünschte Neigung des Umlaufspiralelements 3, die, wie später erläutert, eine axiale Verschiebung des Umlaufspiralelements 3 herbeiführen würde, liegt nicht vor.

Wenn die Spiralelemente 2 und 3 in Übereinstimmung mit der theoretischen Konstruktion präzise grob- und feinbearbeitet sind, führt das Umlaufspiralelement 3 die ideale Umlaufbewegung auf einem Kreis mit einem Radius £th aus ι

Damit jedoch Toleranzen, wie sie bei der Bearbeitung auftreten, ausgeglichen werden können, muß in der Praxis der Betrag der Exzentrizität des Kurbelwellenabschnitts 5¹ der Hauptwelle 5, d.h, der tatsächliche Radius des Kreises, auf dem sich das Umlaufspiralelement 3 bewegt, so gewählt werden, daß er den Wert £ hat, der um einen Betrag kleiner ist als der theoretische Radius £th, wobei dieser Betrag gleich dem Betrag Δε der Versetzung der Hauptwelle ist.

Die Werte Δε , 6 th und £ genügen folgender Bedingung: Ai = £ th - £ ^,. (1)

wobei Δ £ der Betrag der Versetzung der Hauptwelle,£ th der theoretische Radius der UmIaufbewegung und ε die Exzentrizität des Kurbelwellenabschnitts 5* (tatsächlicher Radius der UmIaufbewegung) sind.

Bei dem fertiggestellten Kompressor haben die unterschiedlichen Phasen der Spiralwände unterschiedliche

radiale Spielräume J aufgrund der Toleranz bei der spanabhebenden Bearbeitung der Seitenflächen der Spiralwände 2 ' , 3 ' .

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für die Änderung des radialen Spiels <y bezogen auf die Phasen bzw. Abschnitte der Spiralwände 2", 3" der Spiralelemente 2,,3. Auf der Abszisse ist dabei der Spiralwandwinkel λ aufgetragen, der in diesem Fall der Evolventenwinkel einer Evolvente ist.

Der obere schraffierte Bereich in Fig. 5 zeigt die Seitenfläche, d.h. die innere Seitenfläche der Spiralwand des stationären Spiralelements 2, während der untere schraffierte Bereich die Seitenfläche der Spiralwand 3' des UmlaufSpiralelements 3 darstellt, beispielsweise die äußere Seitenfläche der Spiralwand 3¹, die der Innenfläche der Spiralwand 2' gegenüberliegt.

₁ steht für den Genauigkeitsgrad, d.h. den Betrag der radialen Toleranz der maschinellen Bearbeitung der seitlichen Fläche der Spiralwand 2' des stationären Spiralelements 2, während Δ S₂ den Präzisionsgrad darstellt, d.h. den Betrag der radialen Toleranz der maschinellen Bearbeitung der Seitenfläche der Spiralwand 3' des Um^ laufspiralelements 3. Die Achsen O₁, 0_ veranschaulichen die theoretische Präzision der seitlichen Oberflächen der jeweiligen Spiralwände der Spiralelemente. Das radiale Spiel zwischen den Seitenflächen der Spiralwände, die mit den Genauigkeiten A S₁ und Δ S, maschinell bearbeitet sind, ist das radiale Spiel σ zwischen den beiden Spiralwänden 2¹ und 3¹, wie es sich ergibt, wenn das Umlaufspiralelement 3 eine ideale Umlaufbewegung ausführt. Aus Fig. 5 ist zu ersehen, daß das radiale Spiel S zwischen den beiden Spiralwänden 2' und 3', wenn das Umlaufspiralelement 3 eine ideale Umlaufbewegung

ausführt/ insgesamt durch folgende Gleichung angegeben werden kann:

S_r =Δε +As₁ +As₂ ,. (2)

Das sich ändernde Spiel ist durch cfr5, or6 und cfr7 in Fig. 5 veranschaulicht.

Der Druck des in den Kompressionskammern 15 zwischen den beiden Spiralelementen 2 und 3 eingeschlossenen und komprimierten Gases erzeugt, wie erwähnt, eine Axialkraft, die hauptsächlich in eine axiale Kraftkomponente Pa, welche das Umlaufspiralelement 3 nach unten von dem stationären Spiralelement 2 wegbewegen möchte, und eine radiale Kraftkomponente Ft zerlegbar ist, welche in einer Richtung entgegengesetzt zum Drehmoment der Hauptwelle 5 wirkt. Gleichzeitig wirkt eine treibende Kraft R, welche die radiale Komponente Ft ausgleicht, auf den Kurbelwellenabschnitt 5' in der zur Kraftkomponente Ft entgegengesetzten Richtung.

Der in der Gegendruckkammer 21 wirkende Zwischendruck Pm erzeugt eine Gegendruckkraft Fb, die auf die Rückseite der Stirnplatte 22 des UmlaufSpiralelements 3 wirkt.

Da der Angriffspunkt der radialen Kraftkomponente Ft sich im Abstand vom Angriffspunkt der treibenden Kraft R befindet, wirkt auf das Umlauf spiralelement 3 ein Drehmoment Mo ein, das durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt werden kann;

M_o = Ft · l_s (3)

wobei Ji der Abstand zwischen dem Angriffspunkt der radialen Kraftkomponente Ft und dem Angriffspunkt der treibenden Kraft R ist.

Dieses Drehmoment M besteht unabhängig davon, ob sich der Kompressor im Betrieb im Übergangszustand oder im stationären Zustand befindet und versucht, das Umlaufspiralelement 3 um einen bestimmten Winkel θ zu

neigen.

Wenn, wie in Fig. 6 gezeigt, das Umlaufspiralelement 3 aus der mit gestrichelten Linien gezeigten Lage in die mit ausgezogenen Linien gezeigte Lage für die radiale Verschiebung Δr _f d.h. um einen Neigungswinkel Q , geneigt wird, nähert sich das Ende der Spiralwand 3¹ des Umlaufspiralelements 3 der Spiralwand 2¹ des stationären Spiralelements 2. Wenn der Neigungswinkel

θ größer wird, kommt die Spiralwand 3¹ des Umlaufspiralelements 3 in Kontakt mit der Spiralwand 2' des stationären Spiralelements 2. Fig. 6 zeigt das Umlaufspiralelement 3 geneigt in einem Winkel θ .. derart, daß das Ende der Spiralwand 3' in unerwünschter Weise mit der Spiralwand 2^f des stationären Spiralelements 2 in Kontakt kommt. Als Folge der Neigung des Umlaufspirale elements 3 bei dem Neigungswinkel θ .. wird die Stirnplatte 22 des Umlaufspiralelements 3 axial um einen Abstand W verschoben, wenn das Spiralelement 3¹ mit der Spiralwand 2' des stationären Spiralelements 2, wie erwähnt, in Kontakt kommt.

In Fig, 7 ist das Umlaufspiralelement 3 so dargestellt, daß es mit einem größeren Winkel θ ₂ als dem Winkel θ geneigt ist, also θ -< θ ~/ ^so äaß äie Rückseite der . Stirnplatte 22 des Umlaufspiralelements 3 in die Nähe eines Sitzabschnittes a¹ am Rahmen 9 gelangt und schließlich, wie in Fig. 8 gezeigt, in den Sitz gelangt, während die Spiralwände 2¹, 3¹ der beiden Spiralelemente stärker miteinander in Eingriff gelangen, ei ₁, S „ in Fig. 6 und S _ in Fig. 7 zeigen die jeweiligen axialen Spiele zwischen' den axialen Stirnflächen der Spiralwände und den gegenüberliegenden Flächen der Stirnplatten, wenn

das Umlaufspiralelement 3 geneigt ist. Dieses Verhalten des Umlaufspiralelements 3 wird im stationären Betriebszustand des Spiralkompressors beobachtet, zu dem der Betrieb im Hochdruckbereich gehört, bei welchem das Ver-r hältnis-Tf des Förderdrucks Pd zum Ansaugdruck Ps höher wird, beispielsweise bis zu einem Ausmaß im Bereich von 5 bis 10.

Fig. 8 zeigt einen Zustand, der unmittelbar nach dem Anlauf des Spiralkompressors 1 beobachtet wird, oder wenn der Kompressor in einem Zustand arbeitet, der mit "Rückflüssigkeit" oder "Flüssigkeitskompression¹¹ bezeichnet wird, in welchem das Kältemittel in der flüssigen Phase in die Ansaugkammer 13 angesaugt wird.

In dem in Fig. 8 gezeigten Zustand ist die Stirnplatte 22 des Umlaufspiralelements 3 um einen Winkel θ _ geneigt und axial verschoben, um ein rückseitiges Spiel <£ zwischen der Rückseite der Stirnplatte 22 und dem gegenüberliegenden Rahmen 9 vollständig zu beseitigen. In diesem Zustand wird die axiale Verschiebung W_m des UmfangsabSchnitts der Stirnplatte 22 gleich dem rückseitigen Spiel C^. In diesem in Fig. 8 gezeigten Zustand ist der Kontakt zwischen den Spiralwänden 2¹ und 3¹ der beiden Spirälelemente 2 und 3 am stärksten.

Die Radialverschiebungen Δ r .. und Ax ₂ der Spiralwände 2' und 3" aufgrund der Neigung der Umlaufspirälelemente 3, wie dies in Fig. 7 und 8 gezeigt ist, lassen sich durch folgende Gleichungen wiedergeben:

= h · θ
m ml

*'W^Dm ⁽⁴⁾

*^rm2^=hm*

(5)

wobei h_m die Höhe der Spiralwand und D der Außendurchmesser der Stirnplatte 22 des UmlaufSpiralelements 3 sind.

Wenn der Spiralkompressor 1 arbeitet, kann das radiale Spiel or zwischen den Spiralwänden 2' und 3' durch die vorstehende Gleichung (2) nicht abgeschätzt werden.

Wenn der Spiralkompressor arbeitet, muß das radiale Spiel (minimales Spiel) Sr zwischen den Spiralwänden 2¹ und 3" unter Berücksichtigung des Betrags der radialen Verschiebung Ar der Spiralwände 2¹ und 3¹ bestimmt werden. Das minimale radiale Spiel cfr kann

j m

angenähert durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:

(6)

wobeiAr der Betrag der radialen Verschiebung der Spiralwände 2' und 3' aufgrund der Neigung des Umlaufspiralelements 3 ist.

Bei den in den Fig. 7 und 8 gezeigten Zuständen genügt der Wert für das radiale Spiel or in Gleichung (6) der folgenden Bedingung:

= 0 (7)

Wenn der Kontakt zwischen den Spiralwänden stärker wird, gilt für diesen Zustand:

Es sei hier angenommen, daß der Betrag Λε der Versetzung der Hauptwelle 40 μΐη, des rückseitigen Spiels a, etwa 100 μπι, der Äußendürchmesser D der Stirnplatte 100 mm und die Höhe der Spiralwand h 40 mm beträgt. In diesem

Pall wird eine Verschiebung^ r _ von etwa 40 μΐη nach Gleichung (5) berechnet. Wenn die Spiralwände für den Idealzustand endbearbeitet sind, so daß sie der Bedingung As₁ f^S« = 0 genügen, berechnet sich der Wert or_m nach Gleichung (6) zu 0.

Unter Berücksichtigung der Toleranzen A S- und Δ S ist es recht plausibel, daß der Bedingung von cf 4 0 (ό < 0) genügt wird.

Nimmt man an, daß in Gleichung (6) der Zustand σ > 0 und daß der Betrag Λ ε der Versetzung der Hauptwelle von 40 μπι auf 80 μΐη erhöht wird, um einen gegenseitigen Kontakt zwischen den Spiralwänden 2' und 3' zu vermeiden, nimmt das radiale Spiel zwischen den beiden Spiralwänden 2¹ und 3¹ selbst zu.' Solch ein erhöhtes radiales Spiel bildet jedoch keine Maßnahme zur Be^ seitigung der Leistungsreduzierung des Kompressors aufgrund der internen Fluidleckage.

Wenn die Spiralwände 2' und 3¹ der beiden Spiralelemente 2 und 3 in dauerndem Kontakt miteinander während des Betriebs des Kompressors gehalten werden, wie dies in den Fig. 6 bis 8 gezeigt ist, nimmt der mechanische Reibungsverlust zu, was eine größere Antriebskraft für den Antrieb des Kompressors 1 erfordert. Zusätzlich führt die axiale Verschiebung des Orbitalspiralements 3 zu einer Steigerung der axialen Spielräume zwischen den Stirn^ flächen der Spiralwände 2' und 3' der beiden Spiralelemente und den gegenüberliegenden Stirnplatten, Obwohl diese Steigerung des axialen Spiels gering ist, erhöht sich in nachteiliger Weise die interne Fluidleckage und verringert den volumetrisehen Wirkungsgrad, wodurch das Ansaugvermögen des Kompressors nachteilig beeinflußt wird,.

In dem in Fig. 8 gezeigten Zustand, in dem das Umlaufspiralelement 3 stark geneigt ist, wodurch die Spirale

wände 2' und 3' der beiden Spiralelemente unter hohem Druck einander berühren, besteht die Gefahr, daß die Spiralwände 2¹ und 3' aufgrund einer übermäßigen mechanischen Beanspruchung' brechen, was die Betriebssicherheit des Kompressors beeinträchtigt.

Die Neigung des UmlaufSpiralelements 3 führt auch noch zu einem anderen Problem. Wenn nämlich das Umlaufspiralelement 3,wie in Fig. 7 und 8 gezeigt,geneigt ist, kommen der exzentrische Kurbelwellenabschnitt 5' und das Umlauflager 6 in einen ungleichmäßigen Kontakt, was zu einem erhöhten Reibungsverlust der Kraft führt. Das Ausmaß des ungleichförmigen Kontakts wird proportional

zum Neigungswinkel θ gesteigert und führt oft zu einem Fressen des Kurbelwellenabschnitts 5^f im Umlauflager 6.

Anhand der Fig. 9 bis 21 werden nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert.

Bei der in Fig. 9 und 10 gezeigten Grundausführung ist die Stirnplatte 22 des UmlaufSpiralelements 3 um einen Winkel θ . geneigt und in Axialrichtung voll verschoben, wodurch das rückseitige Spiel S, negiert wird. Weiterhin ist gezeigt, daß die radialen Spielräume zwischen den beiden Spiralwänden 2* und 3¹ durch J₁₀ = cC-i-f^ 0 wiedergegeben werden, d . :und σ _g geben die axialen Spielräume zwischen den axialen Stirnflächen der Spiralwände und den gegenüberliegenden Flächen der Stirnplatten an.

Fig. 10 zeigt eine praktischere Ausgestaltung von Fig. In diesem Fall wird das rückseitige Spiel σ, am äußeren Umfangsabschnitt der Stirnplatte 22 des Umlaufspiralelements 3 so bestimmt, daß es der Bedingung der folgenden Gleichung (10) genügt, wobei das radiale Spiel σ zwischen den Spiralwänden 2¹ und 3¹ der beiden Spiralelemente 2 und 3 der Bedingung der folgenden Gleichung (9) genügt;

_ 22 -

(9)

(10)

wobei Λ E der Betrag der Versetzung der Hauptwelle (= εth - E ),A S die radiale Genauigkeit der Spiralwand 2¹ des stationären Spiralelements 2, A S„ die radiale Genauigkeit der Spiralwand 3' des UmlaufSpiralelements 3, D der Außendurchmesser der Stirnplatte 22 des Umlaufspiralelements 3 und h die Höhe der Spiralwand sind.

Wenn dem durch die folgende Gleichung (11) angegebenen Zustand in Verbindung mit der Genauigkeit der Spiral-? wände 2¹ und 3¹ des stationären bzw. Umlaufspiralelements 2, 3 genügt wird, lassen sich die Gleichungen (9) und (10) als folgende Gleichungen (12) und (13) schreiben:

As₁ =As₂ = ο (11)

Bei der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform läßt sich deshalb der Neigungswinkel θ . der Stirnplatte 22 des Umlauf spiralelements 3 folgendermaßen wiedergeben:.

^öm4 ί

In Fig. 10 sind ^₁₂' & ₁₃ und <$ .. die radialen Spielräume zwischen den beiden Spiralwänden 2¹ und 3¹, wenn die Stirnplatte 22 des Umlaufspiralelements 3 in Kontakt mit dem Sitzabschnitt 9¹ des Rahmens 9 infolge der Neigung des Umlaufspiralements kommt.

Der Vorteil der Erfindung wird unter Verwendung von

praktischen Zahlenwerten für einen Vergleich mit dem Stand der Technik erläutert. Es sei hier angenommen, daß der Betrag άε der Versetzung der Hauptwelle 40 μη und daß der rückseitige Spielraum cf, 60 μπι ist, um die Bedingung ^ 0 zu verwirklichen.

In diesem Fall wird der Wert für Ar aus der Gleichung

(5) wie folgt berechnet:

Ar_m = 4Ox 0,06/100 = 0,024

Somit wird der Betrag der radialen Verschiebung der Spiralwand 3' des Umlauf spiralelements 3 zu 24 μπα berechnet.

Setzt man diesen Wert für ^r in Gleichung (12) ein, ergibt sich unter der Bedingung, daß 6 > 0 ist, folgender Wert:

or = 40 μπι - 24 μια = "16 μπι.

Demzufolge bleiben in diesem Fall die radialen Spielräume S .. _ und S ₁. zwischen den beiden Spiralelementen trotz der Neigung des Umlaufspiralelements 3 bestehen. Gleichzeitig bleibt ein Spiel 24 zwischen dem Kurbelwellenabschnitt 5¹ der Hauptwelle 5 und dem Umlauflager 6, wodurch ein ungleichmäßiger Kontakt dazwischen trotz der Neigung des Umlaufspiralelements 3 mit einem Neigungswinkel θ . zu verhindern. Dieses Spiel 24 hält einen Schmierölfilm, der stark genug ist, um die von der Antriebskraft R ausgeübte Last aufzunehmen.

Die Ausführungsformen der Fig. 11 bis 13 sind so ausgelegt, daß die Spiralwand 3' des Umlaufspiralelements 3 unterschiedliche Höhen h hat. Das UmlaufSpiralelement 3 von Fig. 13 hat eine Höhe h ', die zweimal so groß wie die Spiralwandhöhe h des Umlaufspiralelements 3 von Fig.

ist. Um einen gegenseitigen Kontakt der Seitenflächen der Spiralwände 2¹ und 3' in einem Kompressor zu vermeiden, der das Umlaufspiralelement 3 von Fig. 13 verwendet, wird das rückseitige Spiel 6, wie folgt bestimmt: Der Außendurchmesser D , die Stärke t des Spiralwand

m m

3' und die Tiefe Hf nach unten bis zum Sitzabschnitt 9' des Rahmens 9 sind, wie in Fig. 12 und 13 gezeigt, vorgegeben. Die Berechnung erfolgt auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform von Fig. 10. Weiterhin wird bei dieser'Berechnung die Annahme verwendet, daß As₁ =As = 0 im Hinblick auf die radiale Genauigkeit der Spiralwände 2¹ und 3" der beiden Spiralelemente. Es ergeben sich folgende Werte:

Δε = 40

μπι

D= 100 mm

h ' = 2 χ 40 = 80 mm
m...

Aus der Beziehung von o,</^£*D /h ergibt sich deshalb

η mm

folgendes Resultat:

< 0,04 χ 100/80

Daraus läßt sich ableiten, daß folgender Bedingung zu genügen ist;

ö"k < O₇ 05 mm

Man sieht, daß der gegenseitige Kontakt zwischen den beiden Spiralwänden dadurch vermieden werden kann, daß das rückseitige Spiel el so gewählt wird, daß es kleiner als 50 μπι ist.

Nimmt man hier an, daß das rückseitige Spiel ο 40 μΐη ist und daß die Stärke H der Stirnplatte 22 10 mm beträgt, berechnet sich die Tiefe Hf des Rahmens 9 zu 10,04 mm.

Aus diesen Berechnungsergebnissen, die in Verbindung mit den Ausführungsformen der Fig. 9 und 13 erläutert wurden, ergibt sich, daß es erforderlich ist, daß das rückseitige Spiel ei kleiner als die Spiralwandhöhe h gemacht werden muß, wenn die Spiralwandhöhe h zunimmt. Insbesondere

wird das rückseitige Spiel 6. so festgelegt, daß es so klein ist wie das Lagerspiel.

Ein dimensionsloser Wert o* des rückseitigen Spiel o, läßt sich folgendermaßen definieren;

V ^=cih^/Dm ⁽¹⁵⁾

Erfindungsgemäß genügt somit der dimensionslose Wert oC * des rückseitigen Spiel S vorzugsweise der folgenden Bedingung:

cT_h* ^ 1,0 χ 10"³ (16)

Für die in Fig. 10 gezeigte Ausführungsform läßt sich ein dimensionsloser Wert σ, * von 0,6 χ 10 berechnen,

-3 für die Ausführungsform von Fig. 13 von 0,4 χ 10

Im folgenden wird erläutert, wie die Leistung des Kompressors von dem dimensionslosen Wert cf * des rück ^- seitigen Spiel cf, beeinflußt wird. Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß eine Steigerung des rückseitigen Spiels cL eine Erhöhung des Betrags Ar der radialen Verschiebung der Spiralwand 3 * des Umlauf spiralelements 3 ergibt, was eine Tendenz zu einem unerwünschten gegenseitigen Kontakt zwischen den Seitenflächen der Spiralwände 2' und 3' der Spiralelemente 2 und 3 gibt. Um einen solchen Kontakt zu vermeiden, ist es erforderlich, den Betrag Λ £ der Versetzung der Hauptwelle nach Gleichung (1) proportional zur Größe des rückseitigen Spiels cf, zu vergrößern.

Fig. 14 zeigt, wie die Leistung des Kompressors durch den dimensionslosen Wert 6* des rückseitigen Spiels auf der Basis von praktischen Größenwerten beeinflußt wird, wie sie vorher in Verbindung mit der Ausführung von Fig. 2 benutzt wurden.

Wenn der Wert σ * der Bedingung von cC*>1,0 χ 10 genügt, verringert sich der volumetrische Wirkungsgrad sehr stark aufgrund einer Erhöhung der internen Leckage. Man bevorzugt deshalb, daß der Bedingung ti * Ο,Ο χ soweit wie möglich genügt wird.

Die erfindungsgemäße Strömungsmaschine in Spiralbau^ weise eignet sich für den Einsatz als Luftkompressor, als Kompressor für eine Klimaanlage und ähnliche Maschinen. Wenn diese Maschine als Kompressor für eine Klimaanlage benutzt wird, der eine vergleichsweise große interne Fluidleckage hat, wird vom Standpunkt der Praxis bevorzugt, den dimensionsIosen Wert σ * weiterhin

r —3

zu verringern, um der Bedingung ο.*£ 0,6 χ 10 zu genügen.

Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform, in welcher eine ringförmige Aussparung 25 im Umfang des am Rahmen vorgesehenen Sitzabschnitts 9¹ so ausgebildet ist, daß die Aussparung 25 als ein Sumpf für Schmieröl wirkt. Da bei dieser Ausführungsform das rückseitige Spiel cC als ein Lagerspiel dient, ist es möglich, die Gleitabschnitte am Sitzabschnitt 9¹ des Rahmens 9 mit der gegenüberliegenden Rückseite der Stirnplatte 22 des Umlaufspiralelements 3 durch Zuführen von Schmieröl durch die ringförmige Aussparung 25 zwangsweise zu schmieren.

Der Rahmen 9 hat dabei eine Oberseite 9'¹^dIe mit der 30

Stirnplatte 22' des stationären Spiralelements 2 in Kontakt steht. Das rückseitige Spiel ό". dieser Ausführungs-

form wird so bestimmt, daß es der Bedingung genügt: Sh = Hf · - Hs (17)

wobei Hf¹ die Tiefe von der Oberseite nach unten zum Sitzabschnitt des Rahmens und Hs die Stärke des Umfangsabschnitts der Stirnplatte des Umlaufspiralelements sind.

Bei der Ausführungsform der Fig. 16 und 17 hat der Rahmen 9 eine Vielzahl von sektorförmigen Sitzabschnitten 9¹, im vorliegenden Fall sechs Sitzabschnitte, die auf einem Kreis so angeordnet sind, daß sie unabhängig von der Verschiebung des Umlaufspiralelements 3 von diesem überlagert sind.

Die ringförmige Aussparung 25 ist an der Außenseite des Sitzabschnitts 9¹¹ ausgebildet. Die ringförmige Aussparung 25 steht mit der Gegendruckkammer 21 durch eine Vielzahl von radialen Nuten 26 in Verbindung. Diese radialen Nuten 26 bilden Kanäle für das Schmieröl, welches von der Aussparung 25 der Gegendruckkammer 21 und umgekehrt zugeführt wird, um die Bewegung des Schmieröls zu erleichtern.

Für die Aufnahme von Bolzen zur Befestigung des stationären Spiralements 2 sind Bolzenlöcher 27 vorgesehen .

Die Ausführungsform von Fig. 18 entspricht der von Fig. 5 und zeigt die Änderung des radialen Spiels 6 zwischen den Spiralwänden 2' und 3' der Spiralelemente 2 und 3 bei der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine in Spiralbauweise.

In dieser Figur ist /\S ' die scheinbare radiale Genauig-r keit des Umlaufspiralelements 3. Die Achse O ' stellt

die scheinbare theoretische Genauigkeit der Seitenfläche der Spiralwand des Umlaufspiralelements unter Berücksichtigung der radialen Verschiebung ^ der Spiralwand 3' (Abstand zwischen den Achsen 0_ und 0 ') als Ergebnis der axialen Verschiebung W dar. Die Werte des radialen Spiels 6^_n sind durch ^"_r1O ^{f 1}^rH ^und ^r 12 ^an9^e9^et)en·

Bei der Ausführungsform der Fig. 19 bis 21 ist auf der Oberfläche der Spiralwände 2¹ des stationären Spiralelements 2 eine weiche Schicht 28 ausgebildet- Man sieht, daß die radialen Spielräume cf„..., und cf ... zwischen den Spiralwänden 2¹ und 3' trotz der weichen Schicht bzw. Affinitätsschicht 28 auf jeder der Spiralwände 2' und 3¹ verbleiben.

Bei der Ausführungsform von Fig. 20 kommt die Seitenfläche der Spiralwand 3¹ des Umlaufsspiralelements 3 mit der weichen Schicht 28 in Kontakt. Bei dieser Ausfführungsform berühren die Basisabschnitte der Spiralwände 2' und 3' der Spiralelemente 2 und 3, die gewöhnlich aus einem Hartmetall hergestellt werden, einander nicht, obwohl die weiche Schicht 28 so geschliffen ist, das Aussparungen 28', 28'*, wie dies in Fig. 21 gezeigt ist, infolge des Gleitkontakts durch die Spiralwand 3' des Umlaufspiralelements 3 verbleiben. Dadurch kann verhindert werden, daß die Basismetalle der beiden Spiralwände miteinander in Kontakt kommen, auch wenn die weiche Schicht 28 abgeschliffen ist.

Bei den Ausführungsformen der Spiralwände 2' und 3¹ gemäß Fig. 19 bis 21 oder bei einer anderen Anordnung, bei welcher die weiche Affinitätsschicht 28 auf der gesamten Fläche der Stirnplatte 22 ausgebildet ist, sind die Erfordernisse für das radiale Spiel cf gemäß der Erfindung auf die Basismetalle angewendet, welche die Spiralelemente 2, 3 und die Spiralwände 2", 3¹ bilden.

Die weiche Schicht bei diesen Ausführungsformen ist eine Schicht aus einem Harzmaterial, das sich leicht abnutzt, wie beispielsweise ein Fluorharz. Die weiche Schicht kann eine Lubrit-Schicht sein, die durch eine Lubrit-Behandlung ausgebildet wird, oder eine Sulfidschicht. Die weiche Schicht hat in der praktischen Anwendung vorzugsweise eine Stärke zwischen 50 und 200 μπι.

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Claims

ν. föner ebbinghaus finck PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORN-EYS MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95 HITACHI, LTD. DEAC-32279.2 17. Oktober 1984 Fi/ba Strömungsmaschine in Spiralbauweise Patentansprüche

1. Strömungsmaschine in Spiralbauweise mit einem stationären Spiralelement und einem Umlaufspiralelement, von denen jedes eine scheibenförmige Stirnplatte und eine Spiralwand aufweist, die axial von einer Seite der Stirnplatte vorsteht, wobei das Umlaufspiralelement zwischen der Stirnplatte des stationären Spiralelements und einem Rahmen der Maschine so angeordnet ist, daß die Spiralwände der Spiralelemente so ineinandergreifen, daß dazwischen geschlossene Kompressionskammern gebildet werden, zwischen der anderen Seite der Stirnplatte des Umlaufspiralelements und der gegenüberliegenden Oberfläche des Rahmens ein rückwärtiges Spiel verbleibt, die Stirnplatte des stationären Spiralelements eine Ansaugöffnung und eine Abgabeöffnung aufweist, die in einem Umfangsabschnitt und in einem zentralen Abschnitt ausgebildet sind, und das Umlaufspiralelement so antreibbar ist, daß es eine Orbitalbewegung bezüglich des stationären Spiralelements ausführt, ohne sich um seine eigene Achse zu drehen, so daß die Kompressionskammern fortschreitend zu der

Mitte der Spiraleleraente bewegt werden, während ihre Volumina abnehmen, wodurch ein Fluid durch die Ansaugöffnung angesaugt, komprimiert und als komprimiertes Fluid durch die Abgabeöffnung abgeführt wird, dadurch gekennze ichnet, daß ein radiales Spiel (d ) zwischen den Spiralwänden (2',3') der beiden Spiralelemente (2, 3) einer der folgenden Bedingungen genügt:

rm ti c _ ι _ 2 m

wobeiΔ£ der Betrag der Versetzung der Hauptwelle As₁ die radiale Genauigkeit der Spiralwand (2¹)

des stationären Spiralelements (2),Δ S die radiale Genauigkeit der Spiralwand (3¹) des Umlaufspiralelements (3), Ar die radiale Verschiebung der Spiralwand (3¹) aufgrund der Neigung des Umlauf-Spiralelements (3) ist und zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen der Spiralwände (2¹, 3¹) der beiden Spiralelemente (2, 3) ein Spielraum beibehalten ist, um einen wechselseitigen Kontakt auch dann zu vermeiden, wenn das Umlaufspiralelement (3) bezüglich des stationären Spiralelements (2) geneigt ist.

2. Strömungsmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung des radialen Spiels σ , das einer der beiden genannten Bedingungen genügt, der rückseitige Spielraum σ, am Umfangsabschnitt der Stirnplatte (22) des Umlaufspiralelements (3) so festgelegt ist, daß er einer der beiden folgenden Bedingungen genügt:

As₁ ±As₂)D_m/h

wobei D der Außendurchmesser der Stirnplatte (22) des Umlaufspiralelements (3) und h die Höhe der Spiralwand (3¹) sind.

3. Strömungsmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dimensionslose Wert σ, * des rückseitigen Spielraums am Umfangsabschnitt der Stirnplatte (22) des Umlaufspiralelements (3) folgender Bedingung genügt:

C^₁* 1 1,0 χ 10~³

wobei σ, * ist gleich <i/D , d, der rückseitige Spielraum und D der Außendurchmesser d< m

des Umlaufspiralelements (3) sind.

raum und D der Außendurchmesser der Stirnplatte (22) m

4. Strömungsmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dimensionslose Wert σ. * der Bedingung / < 0,6 χ 10"³.genügt.