DE3521943A1

DE3521943A1 - Spiralfluessigkeitsmaschine und verfahren zur herstellung der darin verwendeten spiralelemente

Info

Publication number: DE3521943A1
Application number: DE19853521943
Authority: DE
Inventors: Shoji Fukami; Takahisa Hirano; Takuyuki Ito; Yasuharu Nagoya Aichi Maruiwa; Masatoshi Nishikasugai Aichi Mukai; Tetsuo Nagoya Aichi Ono; Tamio Nishikasugai Aichi Sugimoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1984-06-18
Filing date: 1985-06-14
Publication date: 1986-01-02
Also published as: SG45189G; AU592756B2; US4666380A; GB2161218B; AU4364385A; CA1278783C; FR2566060A1; FR2566060B1; GB8515186D0; GB2161218A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spiralflüssigkeitsmaschine, die als Kompressor, Expander, als elektrischer Motor u. del, verwendet werden kann und ein Verfahren zur Formgebung der in der Maschine eingesetzten Spiralelemente.

Die Figur 19 und Figur 20 (wobei die letztere einen Schnitt entlang der Linie XX - XX der ersteren zeigt) zeigen eine Ausführungsform eines Spiralelements in einem herkömmlichen Spiralkorapressor. Dort greifen die Spiralkörper 01, 02 ineinander, wobei ihre Spiralen 0 1 , 02a in ihrer Phase um 180° voneinander abweichen und sich deren Kopfenden 01c, 02c mit den Innenflächen Old, 02d der Seitenplatten 01b, 02b berühren. Infolgedessen wird sich im Falle der · wälzenden Bewegung der Spiralkörper das Flüssigkeitsvolumen der dichten Kammern 03, Ok, die von dem Paar Spiralkörper eingeschlossen sind, allmählich verkleinern, wenn diese auf ihre Mitte zu bewegt werden, um ein Gas in den Kammern 03, O^ zu komprimieren und dann durch eine Auslaßöffnung 05 im Mittelteil der Maschine ausströmen zu lassen.

Die Techniken zur Herstellung der Spiralelemente 01, 02 können in zwei Methoden klassifiziert werden. Die eine besteht darin, die ^eitenplatten und die Spirralen getrennt zu fabrizieren und dann diese beiden miteinander zu kombinieren.

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copy ;

Das andere Verfahren sieht vor, die Seitenplatten und die Spiralen gleichzeitig und aus einem Stück zu formen. Im Fall des erstgenannten Verfahrens ist die Technik, die Spiralen an den Seitenplatten zu befestigen, wenig zuverlässig und die Arbeitsgenauigkeit zudem unbefriedigend. Somit müssen die Sei tenp.1 atten und die Spiralen, nachdem sie miteinander verbunden sind, an allen Flächen, die hinterher die Gegenspirale berühren, geschlichtet werden. Aus diesem Grunde wurde das Verfahren, in dem die Spiralelemente 01, 02 aus einem Stück gleichzeitig geformt werden, eingeführt . >

Die herkömmliche Maschine dieser Art aber wendet eine Anordnung an, die das Gas in den abgedichteten Kammern 03, OU hermetisch zurückhält, weswegen die Winkel, wie vergrößert in Figur 2 1 dargestellt., an den Ecken an der Basis der Spiralen 01a, 02a nicht abgerundet werden können und deswegen rechte Winkel sind. Infolgedessen konzentriert sich die Belastung an diesen Ecken,und die Basen der Spiralen Ola, 02a weisen abhängig von deren Höhe und den Druckbedingungen eine mangelhafte Bruchfestigkeit auf. Des weiteren führt die wiederholte Beaufschlagung einer Anlagekraft auf die Spiralen 01a,02a und/oder ein Gasdruck in den dichten Kammern 03, Ok zum Auftreten von Rissen und Brüchen. Dementsprechend arbeitet auch dieser Maschinentyp nicht zuverlässig.

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Der Gasdruck In den Kammern 03» Ok wird größer, wenn diese sich der Mitte der Spiralen nähern. Die Steifheit der Spiralen 01a, 02a nimmt aber zu deren Inneren hin ab, d. h, ist in deren Mitte kleiner als an deren Pandbereichen. Dementsprechend treten in den meisten Fällen Risse und Brüche an der Basis am inneren Ende (am Ende in der Mitte eines Sp1ralkörpers) .leder Spirale 01a, 02a auf, wie dies mit den Pfeilen in Figur 23 angedeutet ist.

Wenn ein Versuch unternommen wird, die Winkel A_ der Ecken an den Basen der Spiralen 01a, 02a zu den Innenflächen 01d, 02d der Seitenplatten Oib, 02b unter der Vorraussetzung abzurunden, daß das Gas in den Kammern hermetisch gehalten wird, kann eine Beschaffenheit nach Figur 22 erzielt werden.

Wenn wie in Figur 22 der Winkel an der Basis A der Spirale Ola zu der Innenfläche 01* der Seitenplatte 01b abgerundet wird, müssen zudem die entsprechenden Spiralen 0ia,02a der Spiralelemente 0 1,02 an ihren Kopfteilen B_ abgerundet werden, um zu vermeiden, daß der Winkel A den Kopfteil der Spirale 02a der Gegenspirale 02 berührt.

Kurzgesagt ist es nötig, den Winkel A₂ an den Ecken der Spiralen 01a, 02a zu den Seitenplatten Olb, 02b

-M-

beider Spiralelemente 01, 02 sowie die Kopfteile R_ der Spiralen 01a, 02a zu derselben Form abzurunden. Dies zu erreichen bedeutete, einen extremen Arbeitsaufwand betreiben zu müssen und die Kosten für die
Herstellung würden merklich steigen. Aus diesem

Grunde ist diese Konstruktion nie über das Stadium
der Entwicklung hinausgelangt und nie produziert
worden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spiralflüssigkeitsmaschine und ein Verfahren zur Herstellung der darin verwendeten Spiralelemente anzugeben, bei denen die Winkel an den Ecken der Innenenden der Spiralen zu den Innenflächen der Seiten-

platten im Wälzzentrum der Spiralelemente vor Rissen und Brüchen gesichert sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Maschine der eingangs erwähnten Art gelöst, die aus einem Paar ineinander geschachtelter Spiralelemente besteht, von denen
jedes eine Seitenplatte und eine davon senkrecht
abstehende Spirale aufweist, bei der auf eine Wälzbewegung der Spiralelemente in Bezug aufeinander
hin Flüssigkeitsvolumina in abgedichteten Kammern,

die von den beiden Spiralelementen begrenzt werden, verändert werden, so daß sich der Flüssigkeitsdruck in den Kammern ändert, um ein Gas daraus strömen zu

lassen, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß ihre Ausbildung die Konzentration von Belastungen an den Ecken der Innenenden der Basen der Spiralen der Spiralelemente zu den Innenseiten der Seitenplatten verhindert, daß die Spiralelemente, die durch Blasen auf Abrundungen, die einen Krümmungsradius P an den Ecken der Innenenden der Spiralen zu den Innenflächen der Seitenplatten aufweisen, mittels Feststoffteilchen aufbereitet werden, die alle einen kleineren Durchmesser als den genannten Radius f haben, und daß die nicht mit Feststoffteilchen beblasenen Bereiche der Seitenplatten und Spiralen mechanisch geschlichtet sind.

Das Verfahren zur Herstellung der Spiralelemente umfaßt die folgenden Schritte:

1 ) Vorf<rrau.ng jeder Ecke an der Basis des Innenendes der Spirale zu der Innenfläche der Seitenplatte des Spiralelements, so daß eine kom

plette Abrundung mit einem relativ großen Krümmungsradius entsteht, der eine ausreichende Dauerfestigkeit gewährleistet, unter Anwendung eines Fräsers und

2) Bearbeitung einer Abrundung in jeder Ecke mit einem relativ'kleinen Krümmungsradius, die das

/fO - is -

Kopfende der Gegenspirale nicht berührt, mit einem Präser.

Die erfindungsgemäße Maschine hat die folgendes Eigenschaften:

1) Da sich die Belastungen nicht an den Ecken des Innenendes der Spiralbasis zu der Innenseite der Seitenplatte des Spiralelements konzentrieren, treten dort keine Risse oder Brüche auf. Die Spiralelementesind beide wie in herkömmlichen Anordnungen ineinander verschachtelt, so daß ihre Wirkungsweise die gleiche ist wie in herkömmlichen

Maschinen.

2)' Die Abrundung mit dem Krümmungsradius γ ist an jeder Ecke des Innenendes der Spiralbasis zu der Innenseite der Seitenplatte vorgesehen und ist mit einer bleibenden Eigenspannung durch das Aufblasen von Feststoffteilchen vernehen, so daß die Dauerfestigkeit an diesen Abrundungen ca. 65 $ gegenüber den konventionellen Aufbauten zusätzlich zur größeren Oberflächenhärte erhöht wird. Auch dieses Merkmal trägt dazu bei. Risse und Brüche an den besagten Ecken zu vermeiden. Des weiteren wird verhindert, daß Flüssigkeit aus den abgerundeten Kammern lecken kann, da die Teile der Spiralele-

XX

mente, die sich berühren, wie die der konventionellen Spiralelemente geschlichtet sind, d. h. die Leistung der Maschine verschlechtert sich nicht durch die genannten Maßnahmen.

3) Die relativ große Abrundung an einer Stelle, an

der sich die Belastungen konzentrieren, d. h. an

■ der Ecke der Spiralbasis zu der Innenseite der

j ' Seitenplatte, kann zunächst vorgeformt werden, was

j 10 für die Dauerfestigkeit der Spirale ausreicht,

während die andere Abrundung auf einfache Art und Weise durch Anwendung eines entsprechenden Schlichtfräsers erzeugt werden kann. Die Fertigungszeit wird also trotz der aufwendigeren Ausbildung nicht verlängert b2*w. die Produktion kann

sogar erhöht werden.

Nach der Vorformung kann eine Abrundung von jeder Ecke so auegebildet werden, daß sie einen relativ kleinen Krümmungsradius aufweist, so daß das Kopfende der Spirale desGegenspiralelements nicht be

rührt wird. Auf diese 1\^Teise verhindert die erfindungsgemäße Maschine, daß Flüssigkeit aus den abgedichteten Kammern austreten kann.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher

erläutert. Hierbei zeigen:

- JBT -

Figur 1 und 2 eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei Figur 1 eine Teilansicht zeigt, die das Innenende der Spirale eines Spiralelemants veranschaulicht , und Figur 2 einen Schnitt entlang der

Linie II-II in Figur 1 zeigt,

Figur 3 und k eine zweite Ausführungsform der Er-

findung, wobei Figur 3 eine Teilan sieht zeigt, die das Innenende der

Spirale eines Spiralelements veranschaulicht, und Figur k einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Figur 3 zeigt,

Figur 5 bis 7 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei Figur 5 eine Teilansicht zeigt, die das Innenende der Spirale eines Spiralelemants veranschaulicht, Figur 6 einen Schnitt

entlang der Linie VI-VI in Figur 5 zeigt und Figur 7 einen Schnitt darstellt, der den Zustand des Spiral-• paares nach Figur 5 zeigt, wenn beide

' ineinandergreifen,

Figur 8 und 9 eine vierte Ausführungsform der Erfindung, wobei Figur 8 eine perspektivische Ansicht der Spirale des Spiralelements und Figur 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX in Figur 8

zeigt,

Figur 10 und 11 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, wobei Figur 10 eine perspek-

JO tivische Ansicht des Välzzentrums der

Spirale und Figur 11 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI in Figur zeigt,

Figur 12 und 13 eine sechste Ausführungsform der

Erfindung, wobei Figur12 eine perspektivische Ansicht des Wälzzentrums der Spirale und Figur 13 einen Schnitt entlang der Linie XIII-XIII in Figur 12 zeigt,

Figur I^ ein Diagramm zum Vergleich der Dnuerfestigkeit der Spiralelemente in der erfindungsgemäßen und in einer herkömmlichen Maschine,

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Figur 15 bis 18 eine siebente Ausführungsform der Erfindung, wobei Figur 15 eine perspektivische Ansicht des Wälzzentrums der Spirale nach dem Schlichten, Figur 16 einen Schnitt entlang der

Linie XVI-XVI in Figur 15. Figur 17 eine perspektivische Ansicht des Wälzζentrums der Spirale nach der Rohformgebung, und Figur 18 einen Schnitt entlang der Linie XVIII-XVIÜ

in Figur 17 zeigt,

Figur 19 bis 21 ein herkömmliches Spiralelement,

wobei Figur 19 einen Schnitt ent-. lang der Linie XIX-XIX in Figur 20,

Figur 20 einen Schnitt entlang der Linie XX-XX in Figur 19 und Figur eine vergrößerte Ansicht eines Winkels an der Ecke der Spiralbasis zu der Innenfläche der Seitenplatte

zeigt.

Figur 22 einen Schnitt, der den Zustand der

Spirale mit den abgerundeten Win-.

kein A zeigt, wenn sie mit der Ge

genspirale mit abgerundeten Enden B in Eingriff steht,

-11-

γι -

Fig. 23 eine perspektivische Ansicht des Innenendes

der Spirale eines herkömmlichen Spiralelementes,

Fig. 24 einen Schnitt, der ein Paar von im Eingriff stehenden Innenenden eines Paares von Spiral

elementen zeigt, von denen eines in Fig. 1 dargestellt ist, und

Fig. 25 eine Draufsicht auf eine Spirale, die in der japanischen Patentanmeldung 1 11658/1984

vorgeschlagen worden ist.

Zunächst wird die erste Ausführungsform anhand der Fig.lund Fig. 2 beschrieben. Das Spiralelement 11 besteht aus einer Spirale 11a und einer Seitenplatte 11b, wobei die erstere mit der Platte aus einem Stück durch Gießen, Schmieden oder Spritzgießen an deren Innenseite lld vorgeformt ist. Die Berührungsflächen, die sich von den Punkten a und b nach außen hin erstrecken, sind mechanisch geschlichtet und stellen die Flächen dar, an denen die Spiralen eines Spiralelementenpaares miteinander in Berührung kommen. Der Abschnitt zwischen diesen Punkten a und b am Innenende (am Encle nahe des Wälzzentrums der Spirale) der Spirale 11a

pe hingegen ist nicht geschlichtet und eine Abrundung an der Ecke an der Basis der Spirale 11a zu der Innenseite lld der Seitenplatte 11b, d.h. eine bereits im Rohmaterial der Spiralen geformte Abrundung, wird so belassen.

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J* -

Auf diese V/eise wird die Rundung R mit dem Radius P nur an der Ecke an dem Innenende der Spirale 11a zu der Innenfl.äche lld der Seitenplatte 11b ausgebildet.

Infolgedessen wird eine Konzentration von Belastunpen an diesen Ecken vermieden und das Auftreten von Rissen und Brüchen verhindert.

Wie oben beschrieben, wird die Rundung R mit dem Radius ρ nur am Innenende der Spirale geformt, jedoch nicht an den Basisteilen Ap und den Kopfteilen B₂ der Spiralen, wie in Fig. 22 gezeigt. Somit wird die oben genannte Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, durch eine äußerst einfache Maßnahme bei der Herstellung gelöst. Die genannten Punkte a und b des Innenteils (des Endteils am Wälzzentrum der Spirale) können willkürlich auf einer "als Evolvente dienenden Kurve, die vom Parameters abhängt" liegen, wie beispielsweise aus der japanischen Patentanmeldung 111658/1984 hervorgeht.

Diese Theorie wird nachfolgend aus dieser Patentanmeldung zitiert, wobei auf die als Fig. 1 in jener Anmeldung enthaltenen vorliegenden Fig. 25 Bezug genommen wird. Dort ist ein stationäres Spiralelement 701 mit der Außenkurve 711 und der Innenkurve 712 gezeigt. Es ist zu erkennen, daß'die Außenkurve 711 eine Evoiuente mit dem Startpunkt A und dem Basiskreis mit Radius b ist und daß der gekrümmte Kurvenabschnitt E-F der Innen-

kurve 712 Teil einer um (rr~f/b) in bezug auf die Außenkurve 711 verschobenen Evolventen ist. Weiterhin ist zu erkennen, daß ein gekrümmter Kurvenabschnitt E-I Teil eines Bogens ist, der denselben Radius Rc wie ein Schlichtfräser hat, und daß ein Abschnitt I-G ein Bogen mit Mittelpunkt 0, und Radius Ry ist. Eine Verbindungskurve 713, die am Teil eines Bogens mit Radius r ist, verbindet stetig die Außenkurve 711 mit der Innenkurve 712. Ein Punkt B ist der Grenzpunkt zwischen der Außenkurve 711 und der Verbindungskurve 713, wo diese Kurven beide dieselbe Tangente besitzen. Sie ist Teil einer EvoHyent^n im Bereich außerhalb des Punktes B (auf der Seite von Punkt C), während sie zu einem Bogen wird im Bereich des Punktes B (auf der Seite des Punktes G).

Punkt A ist der Startpunkt der Außenkurye 711, Punkt C ist ein willkürlich gewählter Punkt in einem Bereich, der genügend weit außerhalb auf der Außenkurve 711 liegt, und Punkt F ist ein willkürlich gewählter Punkt in einem Bereich genügend weit außerhalb auf der Innenkurve 712. Punkt G ist ein Schnittpunkt des Bogens mit Radius R₇ in der Innenkurve 712 und der Verbindunp;R-kurve 713. Dieser Punkt kann beliebig auf einem Bo^en mit dem Radius r im Bereich D-B liegen.

Diese dimensionalen Beziehungen gelten ebenfalls für das bewegbare Spiralelement.

Die Radien R₇ und r sind durch die Gleichungen

R₇ = ^ + bß + d

r = bß + d gegeben, wobei

γ der Radius der Wälzbewegung ist

ϊ> der Radius eines Basiskreises,

für d gilt:

b²-(<?/2 + bß)² d = ^}

2(e/2 + bß) und

ein Parameter ist, der die Randbedingung für die Wahl einer Evoüyaiten repräsentiert,

Es ist zu erkennen, daß sich eine Gerade durch den Ursprung 0, die in bezug auf die X-Achse um den Winkel β geneigt ist, und die Gerade EOp sowie die Verlängerung der Geraden BO-, senkrecht schneiden und daß die Geradenabschnitt E0'₂ und BO₁ parallel verlaufen.

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Entsprechend diesem beschriebenen Aufbau des Spiralelementes berührt Punkt F auf der Evolventen, der willkürlich gewählt ausreichend weit außerhalb auf der Innenkurve des stationären Spiralelements 701 liefet, den entsprechenden Punkt auf der Evolventen der Außenkurve auf einem Abschnitt des bewegbaren Spiralelements (nicht dargestellt), wobei sich der Berührungspunkt allmählich radial nach innen hin verlagert, wenn sich das bewegbare Spiralelement mit einer Wälzbewegung bewegt. Der Berührungspunkt verlagert sich zum Punkt E auf der Innenkurve 712 des stationären Spiralelements 701, wobei er den entsprechenden Punkt auf der Außenkurve des sich bewegenden Spiralelements berührt (dengleichen Punkt wie Punkt B auf dem stationären Spiralelement).

Wenn die Wälzbewegung des Spiralelements weiter andauert, werden die beiden Elemente nun mit einer Lücke Δ C, die zwischen dem gekrümmten Abschnitt E-D-G auf der Kurve und dem Abschnitt E-I-G der Kurve 772 begrenzt ist, bewegt.

Daher wird der Kontakt zwischen den beiden Spiralelementen an deren FUhrungsenden solange bestehen, bis der Punkt E (in Kontakt mit Punkt B des komplementären Spiralelements) erreicht ist, weswegen eine kleine Lücke Λ C zwischen den beiden Elementen besteht.

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Dies bedeutet, daß in dem Abschnitt der als Evolventen dienenden Kurve zwischen den Punkten E und B, die vom Parameteryß abhängen, der Aufbau so gestaltet wird, daß zwischen den Spiralelementen ein kleiner Zwischenraum vorhanden ist.

Die Punkte a und b (in Fig. 1) in jedem erfindungsgemäßen Spiralelement liegen an geeigneten Stellen innerhalb der genannten Abschnitte zwischen den Punkten E und B und die Abschnitte, die außerhalb der Punkte a und b (auf der Seite der Evolventen) des Spiralelements verlaufen, weisen dieselben rechtwinkligen Ecken A.. wie in Fig. 21 auf. Dieser Aufbau erlaubt eine geeignete Anlage beider Spiralelemente aneinander und erzielt eine gute Wirkungsweise.

Da die beiden Elemente zwischen den Punkten a und b nicht miteinander in Kontakt stehen, können die geeigneten Rundungen an den Spiralbasen geformt werden. Da die Abschnitte, in denen sich die Spiralen einander berühren, geschlichtet sind wie in den konventionellen Elementen, ist die Leistungsfähigkeit in beiden Fällen diegleiche. Natürlich können die Ecken der Spiralschultern durch mechanische Bearbeitung abgerundet werden, wie dies in Fig. J. und 2 gezeigt ist.

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Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten dadurch, daß die Rundung R die Form einer Aus-, sparung hat, die an der Ecke der Innenseite der Basis der Spirale lla zur Innenseite lld der Seitenplatte lib ausgeformt ist und so belassen werden kann. Alternativ dazu kann die Aussparung durch mechanisches Bearbeiten der Ecke zu einer Aussparung geformt werden.

In der ersten Ausführungsform steht die AbrundunK R, wie in Fig. 24 (Schnitt zur Darstellung der beiden Spiralen im Abschnitt zwischen den Punkten a und b, wenn diese im Eingriff stehen) gezeigt, in Kontakt mit dem Kopfende der Gegenspirale (die strichpunktiert angedeutet ist), da die Spirale eine rechtwinklige Kante und eine genügend große Wandstärke aufweist. Daher und aufgrund der Ausbildung der Rundung R an den Ecken, ist es nötig, die Wandstärke der Spiralen beider Spiralelemente gemäß dem geformten R zu reduzieren, obwohl daraus eine leichte Schwächung der Festigkeit resultiert. 20

In Fig. 24 ist die Spirale 12a und die Seitenplatte 12b des Gegenspiralelements 12 bezeichnet.

Mit Blick auf solche Situationen sind die Rundungen R ge zwischen den Punkten a und b in direkter Nähe zu der Basis des Innenendes der Spiralen beider Spiralelemente ausgebildet. Auch die entsprechenden Kopfenden der Spiralen beider Elemente sind abgerundet und werden ent-

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weder so belassen oder abgeschrägt, so daß sie sich mit den Rundungen R an den Spiralbasen nicht berühren können.

Die dritte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Fig. 5 bis 7 erläutert. Dort ist ein Spiralkörper 11, eine Spirale 11a und eine Seitenplatte 11b bezeichnet. Rundungen R mit den Radien γ, ^-. sind an der Basis und dem Kopfende der Spirale nur in dem Bereich zwischen den Punkten a und b am Innenende der Spirale lla ausgebildet. wo die Spiralelemente nicht miteinander in Eingriff kommen. Am Kopfende der Spirale kann auch eine Abschrägung vorgenommen werden. Die Größen der Rundung R und der Abschrägung sind so ausgewählt, daß sich beide Spiralen dort nicht berühren, wenn die Wälzbewegung ausgeführt wird. Die Gegenspirale ist ähnlich gestaltet. Bei dieser Vorgehensweise berühren sich die Spiralen lla, 12a im Bereich zwischen den Punkten a und b in Fig. 5, wie Fig. 7 im Schnitt zeigt.

In diesem Fall ist die Rundung R mit Radius O an der Ecke der Spirale zu der Seitenplatte ohne Reduktion der Wandstärke des Innenendes der Spirale ausgebildet, mit dem Ergebnis, daß die Festigkeit der Spirale um einen Betrag verbessert werden kann, der einem Wert entspricht, welcher aufgrund der Rundung R erzielt wird. Da die Abschnitte, in denen die Spiralelemente miteinander in Berührung stehen, dieselben sind wie in herkömmlichen Spiralen, ist auch die Leistungsfähigkeit dieselbe wie die der bekannten Elemente.

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Die erste Ausführungsform nach Fig. 2 sieht, wie beschrieben, vor, eine große Abrundung R an der Basis des Innenendes der Spirale des Spiralelements auszubilden. Um nun diese große Abrundung R an der Basis der Spiralmitte mit dem Ziel, ein nach dem Ausströmen verbleibendes Flüssigkeitsvolumen zu verkleinern, zu formen, wäre es denkbar, l) die Wandstärke der Spirale um einen Betrag zu reduzieren, der mit der Rundung R korrespondiert und 2) das Kopfende der Spirale abzuschrägen, damit es nicht mit der Rundung R an der Spiralbasis in Berührung kommt. Konzept (1) fordert Einbußen hinsichtlich der Festigkeit und Konzept (2) wird die Herstellungskosten erhöhen, und zwar aufgrund der Verwendung eines Fräsers mit Sonderform.

Aus diesen Gründen wird die Wandstärke der Spirale um einen Betrag reduziert, der der Hälfte des ursprünglichen' R entspricht, um zu vermeiden, daß dip Rundung R am Innenende der Spiralbasis die Gegenspirale berührt.

Ausführungsform 4 wird näher anhand der Fig. 8 und 9 beschrieben. Dort ist ein Spiralkörper 11 und die Spirale lla dieses Spiralkörpers 11 bezeichnet. An Stellen hoher Belastungen, d.h. an der Basis des Innenendes der Spirale lla, ist eine Abrundung R ausgebildet, die der Abrundung R der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2 gleicht.

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Die Wandstärke der Spirale wird um einen Betrag reduziert, der der Hälfte der Abrundung R entspricht. Weiterhin ist die Seitenplatte lib des Spiralkörpers dargestellt.

Dieser Aufbau gestattet es, die Wandstärkenreduktion an der Spirale zu verringern und vermeidet Belastunpskonzentration an der Spiralbasis.

Da die Wandstärke der Spirale um einen Betrag gleich der Hälfte von R mit dem Ziel reduziert wird, die Rundung R an der Basis des Innenendes der Spirale die Gegenspirale nicht berühren zu lassen, kann die Wandstärkenverminderung der Spirale minimiert werden. Dadurch ist es möglich, die Spirale mit einem geringeren Verlust an Festigkeit herzustellen.

Ausführungsform 5 wird anhand der Fig. 10 und 11 erläutert. Ein mit einer Spirale lla und einer Seitenplatte 11b ausgestattetes Spiralelement ist aus einem Stück durch Gießen, Schmieden oder Spritzgießen geformt. In diesem Fall wird am Innenende der Spirale lla. d.h. an der Ecke der Spirale lla zu der Seitenplatte lib in einem Bereich zwischen den Punkten a und b, an denen die Spirale zuerst die Gegenspirale berührt, eine Rundung R mit einem Krümmungsradius σ ausgebildet. Danach wird auf die Rundung R des noch aus ungeschlichtetem Material bestehenden Spiralelements eine Mischung aus Feststoffteilchen geblasen, die durch Mischen der Feststoffteilchen

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wie Stahlkügelchen, Glasperlen oder Schmirgelkörnchen mit einer Flüssigkeit aufbereitet ist, wobei der Krümmungsradius der Teilchen γ oder kleiner ist. Die nicht mit den Teilchen beblasenen Teile der Spirale und dip ganze Seitenplatte werden dann durch mechanische Bearbeitung geschlichtet. Die Blasbehandlung kann auch nach der mechanischen Bearbeitung erfolgen.

Gemäß Fig. 12 und 13 ist in Ausführungsform 6 eine Aussparung in der Seitenplatte an der Basis des Innenendes der Spirale 11a vorgesehen, die schon bei der Formgebung des Spiraleiements aus einem Stück ausgebildet wird, wobei eine Kundung Ro mit einem Krümmungsradius ^ an der Ecke der Spirale 11a zu der Seitenplatte 11b geformt ist.

Gemäß dieser Ausführungsform ist die Rundung mit dem Krümmungsradius ο an der Ecke des Innenendes der Spirale zu der Seitenplatte vorgesehen und diese Rundung ist · mit einer verbleibenden Eigenspannung aufgrund der Blasbehandlung mit den Festteilchen versehen. Weiterhin wird die Dauerfestigkeit an der Rundung mit dem Ansteiren der Oberflächenhärte erhöht. Fig. 14 zeipit das Verhältnis der Dauerfestigkeit des Spiralelements PS gemäß der Erfindung zu der eines konventionellen Rpiralelement.s CS. Die gezeigten Ergebnisse werden unter den folgenden Bedingungen erhalten:

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1. die Spiralelemente sind Rohlinge aus einer Aluminiumlegierung, 2. die Testapparatur ist eine Schenk-Testmaschine für ebene Biegung, 3. die Geschwindigkeit im Test ist 1800 U/min und k. die Umgebungstemperatur ist die normale Raumtemperatur.

Den Ergebnissen zur Folge ist die Dauerfestigkeit an der obengenannten Rundung, die in dieser Ausführungsform ausgebildet ist, um etwa 65% gegenüber konventionellen Spiralelementen verbessert und am Innenende der Spirale ist dem Auftreten von Rissen und Brüchen entgegengewirkt.

Die Ausführungsform 7 wird anhand der Zeichnungen· beschrieben. Wie in Fig. 17 und 18 gezeigt, wird die vollständige Abrundung mit einem relativ großen Krümmungsradius R,, der groß genug ist, um eine Spirale 11a mit ausreichender Dauerfestigkeit zu ergeben, an einer Ecke am Innenende der Spiralbasis zu der Innenfläche der Seitenplatte 11b des Spiralelements 11 unter Anwendung eines Stirnfräsers ausgebildet. Danach wird, wie in der Fig. 15 und 16 dargestellt, eine relativ kleine Abrundung mit einem Krümmungsradius Rp, die das Kopfende der Gegenspirale nicht berührt, unter Anwendung des Stirnfräsers an der Ecke der Spiralbasis zu der Innenfläche lld der Seitenplatte 11b innerhalb der Umfangsbereiche M und N außerhalb der Punkte a und b der Spirale 11a des Spiralelements 11 geformt. Die genannten Bereiche M und N

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sind Abschnitte, die sich mit der Spirale der Gegenspirale berühren. In einem Bereich L zwischen den Punkten a und b wird ein Bereich der Innenfläche lld der Seitenplatte lib, der von der Seitenfläche der Spirale 11a versetzt ist, mit dem Stirnfräser bearbeitet, wobei die besagte Rundung mit dem Radius R-, erhalten bleibt.

Diese Arbeiten können ausgeführt werden, indem ein Stirnfräser benutzt wird, der an seinem Kopfende einen Radius ^Rl ^au^^wei^s'^t' sowie zum Schlichten ein zweiter Stirnfräser verwendet wird, dessen Kopfende einen Radius Rp besitzt.

Vorzugsweise ist der Radius R, zehnmal (oder mehr) größer als Rp. An den außerhalb der Belastungszonen gelegenen Ecken der Basisteile, d.h. außerhalb den Bereichen des'Innenendes der Spirale 11a des Spiralelements 11 und der Innenfläche lld der Seitenplatte 11b, kann der Aufbau mit rechten V(lnkeln in herkömmlicher Weise ausgestattet sein oder die relativ kleine Rundung mit dem Krümmungsradius R„ kann direkt mit Hilfe des Stirnfräsers ausgebildet werden, so daß die gesagten Ecken sich nicht mit dem Kopfende do" Gegenspirale berühren. Wenn die Seitenplatte des Spiralelements mit einer verschleißfesten Bodenplatte versehen ist, sollte das Kopfende des Stirnfräsers zum Schlichten einen solchen Krümmungsradius R„ aufweisen, daß er den Krümmungsradius am Ende der Bodenplatte-nicht beeinträchtigt.

- 24 Zusammenfassung

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Claims

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. W. MEISSNER (1980) DIPL-ING. P. E. MEISSNER DIPL-ING. H.-J. PRESTING Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentami -Professional Representatives before the European Patent Office Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen HERBERTSTR. 22,1000 BERLIN 33 M/W/Go, 60-1124 MITSUBISHI JOKOGYO K.K. 5-1, Marunouchi 2-chome, Chiycüa-ku Tokyo / Japan Spiralflüssigkeitsmaschine und Verfahren zur H der darin verwendeten Spiralelemente Patentansprüche:

1. Spiralflüssigkeitsmaschine mit einem Paar von inein andergreifenden Spiralelementen, von denen jedes aus einer Seitenplatte und einer von deren Innenfläche senkrecht abstehenden Spirale besteht, bei der auf

c eine Wälzbewegung der Spiralelemente in bezug aufeinander hin ein FlUssigkeitsvolumen in abgedichteten Kammern, die von den beiden Spiralelementen begrenzt werden, verändert wird, sr daß sich dadurch der Flüs sigkeitsdruck in diesen Kammern ändert, um ein Gas daraus ausströmen zu lassen,

dadurch gekennzeichnet, daß ihr Aufbau eine Belastungs- konzentrs,tion an jeder Ecke des Innenendes der Basis der Spirale (lla) des Spiralelements (ll) zur Innenfläche (lld) der Seitenplatte (lib) verhindert.

TELEFAX: TELETEX: TELEGRAMM TELEFON: BANKKONTO- POSTSCHECKKONTO 030/891 78 50 TELEX: INVENTION 030/891 60 37 BERLINER BANK AQ. P MEISSNER, BLN-W 3080 52 BERLIN 030/891 30 26 BERLIN 31 40047 37-103 inven d 3R957ieOOO

• 2 *

2. Spiralxlüaoisliclts^acchine nach Anspruch 1, dadurch Gekennzeichnet, daß eine Abrundun^ nur au Joden Innenenda dor Dacis der Spirale (iia) dco Spiralelosanta (11) au3gebildet iat, ua die Belastungskonzentration an Jodor 2cka dea genannten Bereichs der Basis der Spirale (lla) dea Spiralelescnta (11) zur Innoniläche (lld) der Seitenplatte (Hb) zu verhindern.

3. SpiralflüsaigkeitGsaochine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 Rundungen (λ) cn den 3aaen der Innenonden der Spiralen (lla,12a) üeider SpiralelccantQ (11,12) und Rundungen (R) odor Abschrägunssn _an ^_Θη Xopiandon der Jeweils l:orroopon-

15, diarondon Spiralen au^G⁰^^^²^ sind, so daß zio berührungsfrai salt den Rundungen an den Spiraibasen sind.

4. Spiralilüsnlskcitsaadchins nach Anspruch.1, dadurch gekonazaichsot, da3 Rundungen (R) cn den Baaen dor Innonenden nur an den Spiralen (lla,12a) beider Spiralaiosonta (11,12) ausgebildet sind und daß die Wandstärke Jeder Spirale (lla,12a) ua einen Betrag reduziert 1st, dar etwa der Haiitö der Rundung ge (R) an J odor SoIt ο der Spiral«» entspricht, a eine 3erühruns dieser Spirale alt der Gegensplrals zu vermelden.

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5. Spiralflüasigkeitocaechine nifc einea Paar vca inoinandor^reifenden Spiralelenenten, von denen Jodea aua einer Seitenplatte und einor von deren Innenfläche senkrecht abstehenden Spirale beateht, bei der 4uf eines '^älzbotfegung dor Spiralolcscsite in bozus aufeinander hin ein Flüssigkoitovolumen in absGdichtoten ICas=iom, die von den beiden SpiralolG^enton begrenzt werden, verändert wird, ao da.0 sich dadurch der Fltlaaigkpit3drucli in diccen licaaem ändert, ua ein Gaa daraus auootröacn zu laoeen, dadurch sokennseichnet, daß die Spiraleiocc-ata (II, 12) an Rundungen, dia einen Krüscunsaradiua ρ ausweisen und an den Eckcnan deren Inncnendsn dor Basen der Spiralen (11a_f12a) zur Innenfläche der Seitenplatten (lib,ISb) auagebildet aind, einer Diasbehandlung ait Feststoffteilchen, dia einen Durchsooßor

kleiner als don Radiua ο aufweican, uatorsos^n worden und die aicht der Biacbehandlunj untorworfonen Twila der Spiralen (11a, 12a) und Seitenplatten (Hb, 12b) 2Q aechanisch geschlichtet sind,

6. Verfahren sur Haratollung von Spiralelecsnton in einor Spiralflüaaiglteitsaaochins ait eines Paar diooer iaainandargreifenden Spiralolccsntcn, von dcaoa ^tsdoa aus siaor Seitenplatte und ai^ar von deren Innonflüclia aonkrocht abetohonden Spiralo boi dar auf aiaa iiaizbewogung der Spiralolesonts in oesug aufeinander hin ein Flüsoigkeitevolusan in

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abgedichteten Kammern, die von den beiden Spiraleleaentsn begrenzt werden, verändert wird, zo daß sich dadurch der Flüssigkeitsdruck in dioaen Xaacsm ändert, ua οin Gas daraus ausströmen zu lacecn, goc kennzeichnet durch die folgenden Verfahrenaschritte:

1. Vorformling Joder Ecke an der Baaio doo ZsnenendQS der Spirale (lla) zu der Inncnxläclio (lld) der Seitenplatte (lib) dea Spiraleierxntca (11), ua

,Q eino vollständige Rundung mit einen relativ groCsn .Krücsungoradiua zu bilden, d^r olno hlaroichonda Daueriestigitait der Spirale gewährioiatot, untar Anwendung eines Fräsers.

2. Bearbeitung einer Abrundung in Jodor 2c2:o alt

einen relativ kleinen. Krünaaungoracliua, 30 daß sie herülaruns°*^rei Qi* ^⁰³ *^opitoll der Spirale (12a) dos Gogonoptiraloleaentes (12) Lat, 2Q -4nwondung eines Träaera.

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