DE3614614A1

DE3614614A1 - Stoemungsmaschine der spiralbauart

Info

Publication number: DE3614614A1
Application number: DE19863614614
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Inaba; Norihide Tokio/Tokyo Kobayashi; Toshiyuki Nakamura; Yasuyuki Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-05-16
Filing date: 1986-04-30
Publication date: 1986-11-20
Anticipated expiration: 2006-05-01
Also published as: KR910001552B1; US4740143A; US4824343A; KR860009238A; DE3614614C2

Description

Dr.-Ing. Roland Liesegang J b I 4 b 1 4 Patentanwalt

European Patent Attorney

Sckellstrasse D-8000 München

Telefon (089) 4482496

- 4 - Telefax (089) 4480433

Telex 5214382 palid

Strömungsmaschine der Spiralbauart

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine der Spiralbauart mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Feineinstellung eines Spaltes in einer solchen Strömungsmaschine zur Anwendung als Verdichter, ζ. B. als Luftverdichter, Kältemittelkompressor, Pumpe, eine Expansionsmaschine usw.

W Das Grundprinzip einer Strömungsmaschine der Spiralbauart ist lange bekannt, und ebenso wurde dessen Anwendung in Maschinen wie Kompressoren, Pumpen, Expansionsmaschinen und dgl. geprüft.

Fig. 29 zeigt in vier Darstellungen Grundaufbau und Funktionsweise einer Strömungsmaschine der Spiralbauart. In Fig. 29 bezeichnen Bezugszahl 1 ein stationäres Spiralglied, Bezugszahl 2 ein oszillierbares Spiralglied, Bezugszahl la einen Auslaß, Buchstabe P eine Kompressionskammer, Buchstabe O die Mitte des stationären Spiralgliedes und Buchstabe O¹ die Mitte des oszillierbaren Spiralgliedes Das stationäre und oszillierbare Spiralglied 1,2 haben jeweils eine Spiralplatte 101,201 auf einer damit einstückigen Grundplatte. Die Spiralplatten 101, 201 haben gleiche Form, jedoch umgekehrte Windungsrichtung. Die Spiralplatten 101,201 des stationären und oszillierbaren Spiralgliedes 1,2 sind gemäß

36146H

Fig. 29 so zueinander gebracht, daß die Seitenflächen der Spiralplatten miteinander am Punkt B in Kontakt stehen. Die Form der Spiralplatten 101,201 wird von einer Evolventenkurve oder der Kombination anderer geeigneter Kurven bestimmt.

Es sei nun der Betrieb der Strömungsmaschine der Spiralbauart als Kompressor beschrieben.

In Fig. 29 ist das stationäre Spiralglied 1 im Raum festgehalten, und dem oszillierbaren Spiralglied ist bezüglich dem stationären Spiralglied eine oszillierende, rotationsfreie Bewegung eingeprägt, so daß das oszillierende Spiralglied seine Drehlage im Raum nicht verändert. Fig. 29 zeigt Zustände des stationären und oszillierenden Spiralgliedes in Winkelstellungen von 0°, 90°, 180° und 270°. Wenn sich das oszillierbare Spiralglied 2 bewegt, wandert der Kontaktpunkt B zur Mitte, wodurch in einer sichelförmigen Kompressionskammer P, welche zwischen der Spiralplatte 101 des stationären Spiralgliedes und der Spiralplatte 201 des oszillierbaren Spiralgliedes gebildet ist, eingeschlossenes Gas kontinuierlich verdichtet und schließlich über den Auslaß la ausgestoßen wird. In diesem Fall ist der Abstand zwischen den Mitten O und O' konstant gehalten (Fig. 29), nämlich bei OO¹ = Z/2 - t, wobei der Abstand zwischen den Spiralplatten 101,201 Z und die Stärke der Spiralplatten t betragen.

Der Abstand Z entspricht der Steigganghöhe zwischen den Spiralplatten 101,201. Wenn gemäß Fig. 29 das oszillierbare Spiralglied 2 in entgegengesetzter Richtung bewegt wird, arbeitet die Maschine als Expansionsmaschine.

Es sei nun eine konkrete Konstruktion einer nach

36Ί46Η

dem erläuterten Prinzip arbeitenden Strömungsmaschine anhand der Fig. 30 beschrieben. Fig. 30 zeigt eine herkömmliche Strömungsmaschine der Spiralbauart in der Anwendung als Kompressor. In Fig. 30 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 29 gleiche oder entsprechende Bauteile. Bezugszahlen 102 und bezeichnen die Grundplatten der stationären und oszillierbaren Spiralglieder 1,2, Buchstabe A bezeichnet axiale Spiele zwischen den Endflächen 101a der Spiralplatte 101 und der Bodenfläche 202a der Grundplatte 202 sowie der Endfläche 201a der Spiralplatte 201 und der Bodenfläche 102a der Grundplatte 102.

Das oszillierbare Spiralglied 2 ist mit dem stationären Spiralglied 1 so kombiniert, daß eine Oberfläche der Grundplatte 202, die der die Spiralplatte aufweisenden Bodenfläche abgewandt ist, von einem Rahmen 4 unterstützt ist. Das stationäre Spiralglied ist mit dem Rahmen 4 fest verbunden.

Wird eine Hauptwelle 3 in Pfeilrichtung gedreht, so beginnt das darin eingreifende Spiralglied 2 seinen Betrieb.. Das oszillierbare Spiralglied 2 wird dabei mittels einer Drehung verhindernden Vorrichtung, die in der Figur nicht gezeigt ist, in eine rotationsfreie Umlaufbewegung um die Wellenmitte versetzt. Als Folge davon wird das zu verdichtende Fluid über einen Einlaß Ib angesaugt, gemäß dem oben anhand der Fig. 29 erläuterten Grundprinzip verdichtet und über den Auslaß la abgegeben.

Bei der beschriebenen Strömungsmaschine ist die Leckmenge des über die Spiele A in radialer Richtung der Spiralplatten leckenden Fluids relativ groß verglichen mit dem in die Kompressionskammer gesaugten

36H614

Fluid, weil die Weglängen, über welche Lecken auftreten kann, den Längen der abgewickelten Spiralplatten entsprechen. Dieses Lecken beeinflußt folglich wesentlich den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine in nachteiliger Weise.

Um eine Abdichtung in radialer Richtung der Spiralplatten zu schaffen, wurde erwogen, die genannten Spiele zu minimieren (JP-OS 46081/1980). Dabei wird Lecken des zu verdichtenden Fluids durch Einbringen von Öl zusammen mit dem zu verdichtenden Fluid über den Einlaß Ib verhindert, weil ein Ölfilm in den winzigen Spielen A gebildet wird. Um solche winzigen Spiele gleichförmig zu machen, müssen die Abmessungen des stationären und des oszillierbaren Spiralgliedes 1,2, des Rahmens 4 und andere Bauteile sehr genau stimmen. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Bearbeitung und bei der Montage. Zum Beispiel ist in einigen Fällen eine Auswahl bei der Zusammenpassung der Bauteile während der Montage erforderlich.

Im Betrieb der Maschine werden der Auslaß la und die umgebenden Bereiche durch das verdichtete Fluid mit der Folge aufgeheizt, daß bei einer thermischen Ausdehnung über die winzigen Spiele A hinaus lokal unerwünschtes Erhitzen auftritt. Um dies zu vermeiden, muß erwogen werden, die Spiele A auf ein die thermische Ausdehnung übersteigendes Maß hinaufzusetzen.

Dies ergibt jedoch nicht die zur Bildung eines wirksamen dichtenden Ölfilms erforderlichen Spielabmessungen mit dem Ergebnis, daß die Dichtungswirkung verschlechtert und die Leckmenge vergrößert werden.

Neben einer solchen berührungsf"aien Abdichtmethode wurde noch vorgeschlagen, ein Lecken des Fluids

36146U

auf andere Weise zu verhindern. Es wurde eine Nut in die äußere Endfläche der Spiralplatte 101 oder längs der Spirale eingebracht und ein Dichtmaterial in die Nut eingesetzt, um eine berührende Dichtung zu schaffen. Eine derartige Dichtmethode wurde 1905 in US-PS 801182 und in jüngerer Zeit in JP-OS 117304/1976 vorgeschlagen.

Die Dichtvorrichtung gemäß der JP-OS 117304/1976 sei anhand der Fig. 31 bis 34 beschrieben.

Fig. 31 ist ein vergrößerter Teilschnitt, der das Spiel A und dessen Umgebung zwischen der Bodenfläche 102a des stationären Spiralgliedes 1 und der äußeren Endfläche 201a der Spiralplatte 201 des oszillierbaren Spiralgliedes 2 darstellt. Eine im Querschnitt rechteckige Nut ist in der Endfläche 201a der Spiralplatte 201 eingearbeitet, die sich längs der Spiralplatte zur Endfläche hin offen erstreckt. Eine Dichtleiste 51 entsprechender Gestalt wie die Nut 5 ist in diese eingesetzt. Die Abmessungen der Nut 5 und der Dichtleiste 51 sind so gewählt, daß ein erster Spalt 501 zwischen der ersten Seitenwand 5b der Nut 5 und der ersten Seitenwand 51b der Dichtleiste 51 in Längsrichtung der Spiralplatte, sowie ein zweiter Spalt 502 zwischen dem Grund 5d der Nut 5 und der Unterseite 51d der Dichtleiste 51 gebildet sind. Demgemäß wird von der hochdruckseitigen Kompressionskammer P_H zur niederdruckseitigen Kom-

pressionskammer P₁. strömendes Gas über die ersten

Li

und zweiten Spalte 501,502 in Pfeilrichtung F geleitet, um eine Kraft in Pfeilrichtung F auszuüben. Die Oberseite 51a der Dichtleiste wird gegen die Bodenfläche 102a der Grundplatte gedrückt, während die zweite Seitenwand 51c der Dichtleiste 51 gegen die zweite Seitenwand 5c der Nut 5 gedruckt wird,

36H6U

um Lecken selbst dann zu vermeiden, wenn ein Spiel A zwischen der Endfläche 201a der Spiralplatte 201 und der Bodenfläche 102a der Grundplatte herrscht.

Wenngleich eine solche Dichtmethode wirkungsvoll ein Lecken des Gases in Richtung längs der Spiralplatte mindert, kann das Gas leicht in Längsrichtung der Stirnplatte über die ersten und zweiten Spalten 501,502 zwischen den hochdruckseitigen und niederdruckseitigen Kompressionskammern P„ und P^ lecken,

die durch den Kontaktpunkt B zwischen den Spiralplatten 101,201 unterteilt sind.

Dieser Nachteil der oben beschriebenen Methode sei im einzelnen anhand der Fig. 32 und 33 erläutert. Fig. 32 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht, welche den Bereich des Kontaktpunktes B zwischen den Spiralplatten 101,201 zeigt, und Fig. 33 ist eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht. 20

Fig. 32 zeigt, daß das Gas zur niederdruckseitigen Kompressionskammer P₁. zur stromabwärtigen Seite der hochdruckseitigen Kompressionskammer P„ über

die ersten und zweiten Spalte 501,502 in Pfeilrichtung leckt. Obgleich die Dichtung in radialer Richtung der Spiralplatten wirksam ist, tritt ein Lecken des Gases in Längsrichtung der Spiralplatten unvermeidlich auf, weil die ersten und zweiten Spalte 501,502 zwischen der Nut 5 und der Dichtleiste 51 bestehen; somit ist eine Verminderung des "ompressions- bzw. Leistungswirkungsgrades unvermeidlich. Insbesondere erhöht eine Streuung der Abmessungen der ersten und zweiten Spalte 501,502 das Lecken des Gases über die Spalte 501,502 sowie in radialer Richtung der Spiralplatten aufgrund einer Verringerung der Fähigkeit der Dichtleiste 51, Toleranzabweichungen

36H614 - ίο -

zu folgen. Ferner sind eine Minderung des Gleitvermögens sowie Verschleiß der Oberseite 51a der Dichtleiste 51 nicht vernachlässigbar, weil die Oberseite 51a während der Gleitbewegung gegen die Bodenfläche 102a gedrückt wird.

Es wurde ein Vorschlag zur Verminderung des Leckens in Längsrichtung der Spiralplatte in JP-GM 180182/1982 gemacht. Wie nämlich Fig. 34 zeigt, wird dort die Breite D der Dichtleiste 51 im wesentlichen gleich der Breite D¹ der Nut 5 und die stärke H der Dichtleiste 51 größer als die Tiefe H¹ der Nut 5 ausgebildet. Es ist jedoch schwierig, die Abmessungen H und H' zu kontrollieren. Wird H - H'> A, dann wird das Axialspiel des Spiralgliedes groß, so daß die Leckmenge des Gases in radialer Richtung der Spiralglieder ansteigt. Wird H - H'< A, wird das Spiel A zu klein, so daß keine weiche Umlaufbewegung erzielt werden kann.

Wenn somit bei der herkömmlichen Strömungsmaschine der Spiralbauart mit berührungsloser Dichtung ein winziges Spiel in axialer Richtung geschaffen werden soll, besteht die Schwierigkeit, die erforderte hohe Maßgenauigkeit der Spiralglieder einzuhalten. Soll das Spiel verkleinert werden, so besteht die Schwierigkeit, daß aufgrund der thermischen Ausdehnung im Betrieb die Endflächen der Spiralplatten in Kontakt mit den Grundflächen der Spiralglieder kommen, so daß ein übermäßiges Erhitzen bzw. "Verbrennen" die Folge ist. Ist das Spiel zum Vermeiden dieser Erscheinung vergrößert, so wird der Wirkungsgrad der Strömungsmaschine vermindert. Es bestehen somit gegensätzliche Forderungen.

Bei der herkömmlichen Strömungsmaschine der Spiral-

3 6_Ί &6 J 4

bauart mit Berührungsdichtung bestehen die Schwierigkeiten der Leistungsminderung aufgrund des Leckens von Gas über das Spiel und Verschleissen der Dichtleiste, wenn ein erster und/oder zweiter Spalt zwischen den Dichtleisten und der Nut gebildet ist, so daß die Dichtleiste durch den Gasdruck angepreßt wird. Wenn die Dichtleiste spielfrei in die Nut eingesetzt ist, müssen höhere Anforderungen im Hinblick auf die Maßgenauigkeit als bei berührungsfreier Dichtung erfüllt werden.

A Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Peineinstellung des Spiels in einer Strömungsmaschine der Spiralbauart gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu schaffen, die einfach aufgebaut und leicht zu montieren ist, Toleranzabweichung der Abmessungen und Verformung aufgrund von Erwärmung im Betrieb zuläßt und schließlich Lecken von Gas wirksam verhindert.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

JD 25 Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Ausführung der Strömungsmaschine

der Spiralbauart gemäß der Erfindung; Fig. 2 einen auseinandergezogenen Teilschnitt durch wesentliche Teile der Strömungsmaschine nach Fig. 1; Fig. 3a bis 3c und Fig. 4 bis 6 Darstellungen

wesentlicher Bauteile einschließlich einer exzentrischen Hülse sowie der Wirkungsweisen dieser Bauteile gemäß der Erfirclang;

ORK3INAL INSPECTED

36U6H

Fig. 7 eine perspektivische auseinandergezogene Darstellung eines oszillierbaren Spiralgliedes gemäß der Erfindung;

Fig. 8 bis 13 Axialschnittdarstellungen zur Erläuterung der Montage wesentlicher Teile der Strömungsmaschine nach der Erfindung;

Fig. 14 einen Teilschnitt durch eine andere Ausführung gemäß der Erfindung;

Fig. 15 einen Teilschnitt durch die Ausführung gemäß Fig. 14 in montiertem Zustand;

Fig. 16a und 16b Diagramme, welche charakteristische Kurven einer herkömmlichen Strömungs

maschine der Spiralbauart zeigen;

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht eines

oszillierbaren Spiralgliedes gemäß der Erfindung;

Fig. 18 ein Diagramm mit für die Erfindung

charakteristischen Kurven; Darstellungen anderer Ausführungen der Erfindung;

einen Teilquerschnitt einer weiteren Ausführung der Erfindung;

28a und 28b Teilschnittdarstellungen, anhand derer das Kräftegleichgewicht der Feineinstellkonstruktion gemäß der Erfindung erläutert ist;

Fig. 29 eine Darstellung des Grundprinzips

einer Strömungsmaschine der Spiralbauart;

Fig. 30 einen Axialschnitt durch die wesentlichen Teile einer herkömmlichen Strömungsmaschine der Spiralbauart und

Fig. 31 bis 34 Teilschnitte durch die herkömmliche

Strömungsmaschine.

Fig.	18	bis 26
Fig.	19
Fig.	27	und 2
Fig.	28a

Eine erste Ausführung der Erfindung ist nun anhand der Fig. 1 bis 15 beschrieben. Fig. 1 zeigt eine konstruktive Ausführung eines Kompressors der Spiralbauart, der in einem vollständig geschlossenen Kältemittelkompressor verwendet ist.

In Fig. 1 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in den Fig. 29 bis 34 gleiche oder entsprechende Bauteile. Das stationäre Spiralglied 1 hat eine äußere ümfangswand 103, in welcher der Einlaß Ib ausgebildet ist. Mehrere Kompressionskammern P sind mittels der Grundplatten 102,202 und der Spiralplatten 101,201 gebildet. Die Kammer mit dem höchsten Druck unter diesen Kompressionskammern P ist im mittleren Bereich des stationären und des oszillierbaren Spiralgliedes 1,2 ausgebildet und steht mit dem Auslaß la in Verbindung.

Die Nut 5, die zur Führung dient, ist in der Endfläche 101a bzw. 201a der Spiralplatte 101 bzw. 201 in Längsrichtung der Spiralform ausgebildet, wobei jedoch Endgebiete im innersten und äußersten Abschnitt der Spiralplatten nutenfrei belassen sind. In jeder Nut 5 ist ein Feineinstellelement eingepaßt. Das Element 6 ist mit Preßsitz in die Nut 5 eingepaßt, so daß das Element 6 von der Nut geführt und beide Seitenflächen des Elementes 6 in Kontakt mit den Innenwänden der Nut 5 über die gesamte Länge der Nut 5 stehen.

Bezugszahl 3 bezeichnet eine Hauptwelle, und Bezugszahl 301 bezeichnet eine exzentrische Hülse, welche eine Kraft auf das oszillierbare Spiralglied 2 ausübt, so daß die Seitenwände der Spiralplatten 101, 201 stets miteinander in Kontakt ^n einem Punkt B auch dann gehalten sind, wenn die Spiralplatten 101, 201 Verschleiß aufweisen. Bezugszahl 40 bezeichnet

36Ί46Η

einen oberen Rahmen mit im wesentlichen gleicher Umfangs-Konfiguration wie das stationäre Spiralglied und gleichem größten Außendurchmesser, und Bezugszahl 41 bezeichnet einen unteren Rahmen mit im wesentliehen gleicher ümfangsgestalt wie das stationäre Spiralglied 1 und größerem Außendurchmesser als der größte Außendurchmesser des oberen Rahmens 40. Es bezeichnen ferner Bezugszahlen 401 eine Oldham-Kupplung, Bezugszahl 402 ein oberes Axiallager, das den Druck der Kompressionskammer P und das Gewicht des oszillierbaren Spiralgliedes 2 aufnimmt, Bezugszahl 411 ein ringförmiges unteres Axiallager, das das Gewicht der Hauptwelle 3 und eine durch andere Bauelemente ausgeübte Axialkraft aufnimmt, Bezugszahl 403 ein oberes Hauptlager aus einem Werkstoff wie einem Lagermetall, dessen oberer Teil eine Radialkraft der Hauptwelle aufnimmt, und Bezugszahl 412 ein unteres Hauptlager aus einem Werkstoff wie einem Lagermetall, dessen Zwischenstück eine Radialkraft der Hauptwelle 3 aufnimmt.

In der Mitte der Rückseite 202b der Grundplatte des oszillierbaren Spiralgliedes 2 ist damit einstückig eine Welle 203 angeformt. Die Achse der Welle 203 steht senkrecht zur Rückseite 202b und ist bezüglich der Achse der Hauptwelle 3 exzentrisch. Im oberen Endbereich der Hauptwelle 3 ist eine exzentrische Ausnehmung 3a achsparallel zur Achse (Drehachse) der Hauptwelle 3 ausgebildet. In der exzentrischen Ausnehmung 3a ist eine exzentrische Hülse 301 drehbar aufgenommen. Die exzentrische Hülse 301 hat ein exzentrisches Loch 301a, das exzentrisch zum äußeren Umfang der Hülse 301 ist, und die Achse des exzentrischen Loches 301a verläuft parallel zur Achse der Hauptwelle 3. Die von der Rückseite 202b der Grundplatte 202 wegragende Welle

36U6U

ist drehbar in der exzentrischen Ausnehmung 301a aufgenommen.

Die Hauptwelle 3 wird von dem oberen Hauptlager im oberen Rahmen 40 unterstützt, während das untere Axiallager 411 und das untere Hauptlager 412 im unteren Rahmen 41 aufgenommen sind. Der obere Rahmen 40 und der untere Rahmen 41 sind durch einen in eine Ringnut eingreifenden Ringvorsprung zusammengepaßt, so daß das obere Hauptlager 403 koaxial mit dem unteren Hauptlager 412 ist. Das obere Hauptlager 403 und das obere Axiallager 402 haben die gleiche axiale Mitte, und die Achse des oberen Hauptlagers 403 steht senkrecht zur Lagerfläche 402a des oberen Axiallagers 402. Demgemäß ist die Achse des Hauptlagers 3 auf die Achse des oberen Axiallagers 402 ausgerichtet und senkrecht zur Lagerfläche 402a des oberen Axiallagers 402 gehalten. Da ferner die Rückseite 202b der Grundplatte 202 des oszillierbaren Spiralgliedes 2 von der Lagerfläche 402a des oberen Axiallagers 402 unterstützt ist, wird die Grundplatte 202 des oszillierbaren Spiralgliedes 2 senkrecht zur Hauptwelle 3 gehalten.

Die Oldham-Kupplung 401 dient dazu, eine Rotation des oszillierbaren Spiralgliedes 2 zu verhindern, und läßt nur eine rotationsfreie Umlaufbewegung des Spiralgliedes 2 um die Achse der Hauptwelle 3 zu. Die Oldham-Kupplung 401 ist zwischen der Grundplatte 202 des oszillierbaren Spiralgliedes 2 und dem oberen Rahmen 40 angeordnet.

Nachdem die oben erwähnten Bauteile wie oben beschrieben zusammengebaut sind, wird je ein Peinein-Stellelement 6 in jede Nut 5 des stationären und des oszillierbaren Spiralgliedes 1,2 eingepaßt,

36U6H

so daß es aus der entsprechenden Nut vorsteht. Dann werden der obere Rahmen 40, der untere Rahmen und das stationäre Spiralglied 1 miteinander durch Schraubbolzen 42 verbunden, welche durch den äußeren ümfangswandabschnitt 103 des stationären Spiralgliedes 1 und durch den oberen Rahmen 40 hindurchgesteckt sind und lediglich mit dem unteren Rahmen mit ihren Gewindeabschnitten 42a an den freien Enden verschraubt sind. Fig. 2 zeigt im einzelnen, wie die Befestigung durchgeführt wird.

Das stationäre Spiralglied 1 ist fest mit dem oberen Rahmen 40 verbunden, wobei die untere Stirnfläche 103a des äußeren ümfangsabschnittes 103 in Kontakt mit der Passfläche 40a steht, die an der Oberseite des äußeren ümfangsabschnittes des unteren Rahmens ausgebildet ist. Die Passfläche 40a des oberen Rahmens 40 steht parallel zur Lagerfläche 402a des oberen Axiallagers 402, und die Rückseite 202b der Grundplatte 202, die Ober- oder Bodenfläche 202a, welche dazu entgegengesetzt am oszillierbaren Spiralglied 2 ausgebildet ist, sowie die Endfläche 201a der Spiralplatte 201 sind zueinander parallel ausgebildet. Ferner ist die Unterseite 103a des äußeren ümfangswandabschnittes des stationären Spiralgliedes 1 in derselben Ebene wie die Endfläche 101a der Spiralplatte 101 ausgebildet, und die Endfläche 101a steht parallel zur Ober- oder Bodenfläche 102a der Grundplatte 102. Demgemäß sind die Endfläche 101a der Spiralplatte des stationären Spiralgliedes 1 und die Bodenfläche 202a der Grundplatte des oszillierbaren Spiralgliedes 2 zueinander parallel, und die Endfläche 201a der Spiralplatte des oszillierbaren Spiralgliedes 2 und die Bodenfläche 102a der Grundplatte des stationären Spiralgliedes 1 sind zueinander parallel. Demgemäß wird jedes

36H6U

Feineinstellelement 6 von der Bodenfläche 102a des stationären Spiralgliedes 1 oder der Bodenfläche 202a der Grundplatte des oszillierbaren Spiralgliedes 2 gleichförmig in die entsprechende Nut 5 gedruckt. 5

Wenn das stationäre Spiralglied 1 mit dem unteren Rahmen 41 mittels der Schraubbolzen 42 bei zwischen dem stationären Spiralglied 1 und dem unteren Rahmen 41 eingefügtem Rahmen 40 verbunden wird, werden gleichförmige winzige Spiele bzw. Spalte A zwischen den Endflächen 101a der Spiralplatte des stationären Spiralgliedes 1 und der Bodenfläche 202a der Grundplatte des oszillierbaren Spiralgliedes 2 sowie zwischen den Endflächen 201a der Spiralplatte des oszillierbaren Spiralgliedes 2 und der Bodenfläche 102a der Grundplatte des stationären Spiralgliedes ausgebildet. Das Maß, um welches die Elemente 6 auskragen, wird von den Spielen A bestimmt, wenn die Elemente 6 in die Nuten 5 eingedrückt sind.

Demgemäß bleibt kein wesentlicher Raum zwischen den Endflächen 101a,201a der Spiralplatten und den Bodenflächen 202a,102a aufgrund der aus den Nuten 5 auskragenden Elemente 6.

in Fig. 1 wird ein Motor zum Antrieb der Hauptwelle durch Aufschrumpfen des Rotors 70 des Motors auf die Hauptwelle 3 unterstützt. Der Stator 71 des Motors ist mit dem unteren Rahmen 41 beispielsweise mittels Bolzen so verbunden, daß ein zweckmäßiger Luftspalt zwischen dem Rotor 70 und dem Stator durch Einstellen der Abstände geschaffen ist. So ist eine Anordnung 8 aus dem stationären Spiralglied 1, dem oszillierbaren Spiralglied 2, dem oberen Rahmen 40, dem unteren Rahmen 41, der Hauptwelle 3, dem Rotor 70, dem Stat«"·: 71 usw. in einem Gehäuse 9 als dicht abgeschlossenem Behälter

36U614

untergebracht. Das Gehäuse 9 ist in drei Teile unterteilt, nämlich in einen oberen Deckel 901, ein zylindrisches Zwischenteil 902 und einen Bodendeckel 903. Die Anordnung 8 ist durch Schrumpfverbinden, Punktschweissen oder eine andere geeignete Verbindungsweise des Zwischenteiles 902 mit dem äußeren Umfang des unteren Rahmens 41 verbunden. Der obere Deckel 901 und der Bodendeckel 903 sind auf die Enden des zylindrischen Zwischenteiles so gepaßt, daß sie die äußeren ümfangsabschnitte des zylindrischen Zwischenteiles 902 abdecken, wobei der Passteil jeweils durch Schweissen abgedichtet ist.

Bezugszahl 904 bezeichnet ein Einlaßrohr, das mit der äußeren Umfangswand des zylindrischen Zwischenteils durch Schweissen verbunden ist und sich in den Innenraum 9a des Gehäuses 9 öffnet. Bezugszahl 905 bezeichnet ein Auslaßrohr, welches durch den mittleren Abschnitt des oberen Deckels 901 hinausgeführt und damit luftdicht verbunden ist und so verlängert ist, daß es mit dem Auslaß la des stationären Spiralgliedes 1 kommuniziert. Bezugszahl bezeichnet einen geschlossenen Anschluß, welcher an den oberen Deckel 901 angeschweisst und elektrisch mit dem Stator 71 über einen Leitungsdraht (nicht gezeigt) verbunden ist, und Bezugszahl 907 bezeichnet im Bodenabschnitt des Gehäuses aufgenommenes Schmieröl. Das untere Ende der Hauptwelle 3 taucht in das Schmieröl 907 ein. Der Verbindungsabschnitt des Auslaßrohres 905 und der Auslaß la sind beispielsweise mittels eines O-Ringes abgedichtet. Die Hauptwelle 3 weist eine exzentrische Ölförderbohrung 3b auf, die vom unteren Ende der Hauptwelle zur exzentrischen Ausnehmung 3a im oberen Endabschnitt führt, so daß Öl zu den Lagerstellen gefördert werden kann.

ti

Es wird nun der Betrieb des Spiralkompressors mit dem oben beschriebenen Aufbau beschrieben.

Bei Betätigung des Stators 71 über den Anschluß 906 wird ein Drehmoment im Rotor 70 erzeugt, der die Hauptwelle 3 antreibt. Das Drehmoment der Hauptwelle 3 wird auf die Welle 203 des oszillierbaren Spiralgliedes 2 über die exzentrische Hülse 301 in der exzentrischen Ausnehmung 3a der Hauptwelle 3 übertragen, wodurch dem oszillierbaren Spiralglied 2 eine Umlaufbewegung um die Achse der Hauptwelle 3 ohne Drehung dank der Führung durch die Oldham-Kupplung 401 eingeprägt wird; somit wird die anhand der Fig. 29 beschriebene Verdichtung in der Kompressionskammer P erzeugt.

Während der Verdichtung in der Kompressionskammer P kragen die in die Nuten 5 eingepaßten Elemente 6 gleichförmig von den Endflächen 101a_f202a gegen die Bodenflächen 202a_f102a der Grundplatten aus, so daß keine Spiele A zwischen ihnen gebildet werden. Demgemäß tritt kein merkliches Lecken des verdichteten Kältemittelgases über Spiele A in radialer Richtung der Spiralplatten, d. h. in Richtung von der hochdrückseitigen Kompressionskammer zur niederdruckseitigen Kompressionskammer auf. Das Zusammenwirken der Seitenwände der Spiralplatten 101,201 erzeugt eine Rotation der exzentrischen Hülse 301 um die Welle 203 des oszillierbaren Spiralgliedes 2 aufgrund einer Zentrifugalkraft, welche durch die exzentrische Umlaufbewegung des Spiralgliedes 2 und die 3röße der Exzentrizität des oszillierbaren Spiralgliedes 2 bezüglich der Achse der Hauptwelle 3 erzeugt wird, wodurch die Seitenwand der Spiralplatte 101 und die Seitenwand der Spiralplatte 201 miteinander am Punkt B in Kontakt gebracht ».erden. Als Ergebnis

INSPECTED

kann ein Lecken verdichteten Kältemittelgases von der hochdruckseitigen Kompressionskammer zur niederdruckseitigen Kompressionskammer, d. h. in radialer Richtung der Spiralplatten 101,201, verhindert werden. Somit wird ein Lecken von Kältemittelgas während der Verdichtung nahezu vermieden, so daß eine hochwirksame Verdichtung erzielt werden kann.

An nächster Stelle sei die Strömung des Kältemittelgases erläutert. Das aus dem Verdampfer (nicht gezeigt) eingespeiste Kältemittelgas wird in den Raum 9a im Gehäuse 9 über das Einlaßrohr 904 eingelassen, um die Bauteile der Anordnung 8, wie den Rotor 70, den Stator 71 usw. zu kühlen. Das Kältemittelgas wird auch durch den Einlaßkanal am äußeren ümfangsabschnitt des unteren Rahmens 41 gelassen und durch den Einlaß Ib in die Kompressionskammer P eingeführt. Das Kältemittelgas wird dann in der Kompressionskammer P auf einen hohen Druck verdichtet und aus dem Gehäuse 9 nach Passieren des Auslasses la über das Auslaßrohr 905 in einen Kondensator (nicht gezeigt) ausgelassen.

Das Schmiersystem des Spiralkompressors gemäß der Erfindung ist wie folgt konstruiert. Das Schmieröl 907 im Boden des Gehäuses 9 wird über die exzentrische Ölförderbohrung 3b aufgrund der zentrifugalen Pumpenwirkung gefördert, welche durch Drehung der Hauptwelle 3 erzeugt wird. Das Schmieröl 907 wird zur exzentrischen Hülse 301 über die exzentrische Ausnehmung 3a gefördert. Das Schmieröl schmiert auch das obere Axiallager 402, das untere Axiallager 411, das obere Hauptlager 403, das untere Hauptlager 412 und die Oldham-Kupplung 401 über Ölbohrungen und Ölnuten (beide nicht gezeigt) in der Hauptwelle

36H6H

und der exzentrischen Hülse 301. Nach Schmierung dieser Teile wird eine Teilmenge des Schmieröls in die Kompressionskammer P zusammen mit dem Kältemittelgas eingesaugt, um ein Abdichten und Schmieren der Verdichterelemente zu bewirken. Das Schmieröl in der Kompressionskammer P wird aus dem Auslaßrohr 905 ausgelassen und über das Einlaßrohr 904 nach Passieren des Kondensators und des Verdampfers (nicht gezeigt) wieder in das Gehäuse 9 zurückgeführt. Die verbleibende Ölmenge, d. h. der größere Teil des Schmieröls, wird zum Boden des Gehäuses über Ölrücklaufbohrungen 40b,41a zurückgeführt, die im oberen Rahmen 40 und im unteren Rahmen ausgebildet sind.

Fig. 3 zeigt im einzelnen den Aufbau der exzentrischen Hülse 301, welche in die exzentrische Ausnehmung 3a der Hauptwelle 3 einzustecken ist, wobei Fig. 3a eine Draufsicht, Fig. 3b ein Axialschnitt und Fig. 3c eine Unteransicht sind.

Bezugszahl 301b bezeichnet eine äußere ümfangsflache der exzentrischen Hülse 301, Symbol O₀ bezeichnet

BO

die Mitte der Hülse, Bezugszahl 301a bezeichnet eine innere ümfangsflache der exzentrischen Hülse, und Symbol O_n. bezeichnet die Mitte der Hülse. Die Mitte O₀. wird durch die Mittenabweichung £, bezüglich der Mitte O_ bestimmt.

BO

Die exzentrische Hülse 301 hat an ihrer inneren Ümfangsflache 301a eine Ölnut 301c, welche sich vertikal erstreckt, so daß ihr unteres Ende zur unteren Stirnfläche der exzentrischen Hülse 301 ragt, zum oberen Ende jedoch geschlossen ist, d. h.

das obere Ende der Ölnut 301c erreicht nicht die obere Stirnfläche der exzentrischen Hülse 301. Eine Ölbohrung 301d ist in der exzentrischen Hülse

so ausgebildet, daß sie die Ölnut 301c mit der äußeren Umfangswand 301b der Hülse verbindet. In der äußeren Umfangswand 301b ist ein Schlitz 301e ausgebildet, so daß das äußere Ende in radialer Richtung der Ölbohrung 301d sich in den Schlitz 301e öffnet. Bezugszahl 301f bezeichnet eine Vertiefung zum Verhindern der Drehung, welche in der unteren Stirnfläche eines dickwandigen Abschnittes der exzentrischen Hülse 301 ausgebildet ist. Die exzentrische Hülse 301 besteht aus einem Lagerwerkstoff, wie einer Aluminiumlegierung oder einer Pb-Cu-Zn-Legierung.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen des Zusammenbaus der exzentrischen Hülse 301 mit der Hauptwelle 3.

Gemäß Fig. 4 ist ein im wesentlichen zylindrischer, in Draufsicht C-förmiger Federstift 32 in ein Stiftloch 31 eingesetzt, das im Boden der exzentrischen Ausnehmung 3a der Hauptwelle 3 ausgebildet ist. Darauf wird die exzentrische Hülse 301 in die exzentrische Ausnehmung 3a eingesetzt, so daß die eine Drehung verhinderende Vertiefung 301f mit dem Federstift 32 zusammenwirkt. Ist der Federstift in das Loch 301f eingesetzt und steht die untere Stirnfläche der exzentrischen Hülse 301 in Kontakt mit dem Boden der exzentrischen Ausnehmung 3a, wird ein Schnappring 33 in eine Nut 34 in der inneren Umfangsfläche der exzentrischen Ausnehmung 3a eingerastet. Der Schnappring 33 ist von einem dünnen Federdraht, wie einer Klaviersaite, in C-Form gebogen.

Fig. 5 zeigt eine Ansicht, wobei die exzentrische Hülse 301 in die exzentrische Ausnehmung 3a der Hauptwelle 3 eingesetzt ist.

INSPECTED

36H6H

In Fig. 5 bezeichnet ein Symbol O_g die axiale Mitte, d. h. die Drehmitte, der Hauptwelle 3. Der Federstift 32 befindet sich in einer solchen Position, daß die Mitte O_D des äußeren Kreisumfangs der exzentrischen Hülse 301 in einer solchen Position angeordnet ist, in welcher eine die axiale Mitte O_ der Hauptwelle 3 und die Mitte O_ß. der inneren Umfangswand 301a der exzentrischen Hülse verbindende Gerade eine die Mitte O_D. und der Mitte O_D„ der

aX du

äußeren Umfangswand 301b der exzentrischen Hülse 301 verbindende Gerade orthogonal schneidet. Das die Drehung verhindernde Loch 301f ist größer als der Durchmesser des Federstiftes 32, so daß die Hülse 301 sich in ümfangsrichtung ein wenig verlagern kann. Ferner ist der Schlitz 301e mit einer vorbestimmten Länge in Umfangsrichtung ausgebildet, so daß die Ölbohrung 301d stets mit der Ölbohrung 3c im Abschnitt großen Durchmessers der Hauptwelle 3 radial kommuniziert. Die Ölbohrung 3c kommuniziert ihrerseits mit einer axialen Ölnut 3d im äußeren Umfang des Abschnittes großen Durchmessers der Hauptwelle 3.

Die Welle 203 des oszillierbaren Spiralgliedes ist in die exzentrische Hülse 301 so eingepaßt, daß ihrer äußerer Umfang gleitend bezüglich der Innenwand 301a der exzentrischen Hülse beweglich ist, wodurch die Mitte O_D. der inneren Umfangswand 301a der exzentrischen Hülse mit der Mitte der oszillierenden Bewegung, d. h. dem Schwerpunkt des oszillierbaren Spiralgliedes 2, zusammenfällt. Wenn demgemäß die Hauptwelle 3 in Pfeilrichtung W gedreht wird, wirkt eine Zentrifugalkraft in Pfeilrichtung G längs einer Geraden, welche die Drehmitte O_ der Hauptwelle und lie Mitte O₀. der

O Dl

inneren Umfangswand 301a der exzentrischen Hülse verbindet, wodurch ein Moment auf die exzentrische

36H6U

Hülse 301 in Richtung des Pfeiles M um die Mitte O_n der äußeren ümfangswand 301b der exzentrischen Hülse erzeugt wird. Wenn demgemäß ein Spiel zwischen den Spiralplatten 101,201 besteht, wird die exzentrische Hülse 301 in Pfeilrichtung M um die Mitte O₀ der äußeren ümfangswand 901b der ex-

BO

zentrischen Hülse verdreht, um eine Bewegung des oszillierbaren Spiralgliedes 2 zu verursachen, bis die beiden Spiralplatten 101,201 miteinander in Kontakt sind.

Die Bewegung der Mitte der exzentrischen Hülse wird nun anhand der Fig. 6 beschrieben. Die exzentrische Hülse 1 wird in Richtung des Pfeiles M um die Mitte O_ß der äußeren Ümfangswand 301b der exzentrischen Hülse gedreht. Die Mitte O_D. der

Bl

inneren ümfangswand 301a der exzentrischen Hülse wird zu einem Punkt O ,,verlagert, wo die Spiralplatten 101,201 in Kontakt miteinander sind. Dabei wird der Radius der Umlaufbewegung des oszillierbaren Spiralgliedes 2 von O₀O_n. = R zu O_eO_D., = R¹

O Oi O Dl

geändert. Wenn der Radius der Umlaufbewegung aufgrund einer zulässigen Toleranz bei der Bearbeitung kleiner als R wird, wird die exzentrische Hülse in Richtung entgegengesetzt zum Pfeil M verdreht. Eine solche Drehung der exzentrischen Hülse findet selbst dann statt, wenn eine Flüssigkeits-Rückstauerscheinung oder Eindringen von Fremdstoffen in den Raum zwischen den Spiralplatten 101,201 auftritt.

Somit ermöglicht die exzentrische Hülse 301 eine Streuung bei der Bearbeitung, leichtes Montieren und erhöhte Verdichtung, indem sie ein Lecken von verdichtetem Kältemittelgas in Richtung radial zu den Spiralplatten 102,201 während des Verdichtens verhindert. Ferner wirkt die exzentrische Hülse

im Betrieb einem Flüssigkeitsrückstau und dem Eindringen von Fremdstoffen entgegen, um so die Zuverlässigkeit des Kompressors zu erhöhen.

An nächster Stelle sei nun im einzelnen und konkret eine bevorzugte Ausführung der Erfindung beschrieben.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht unmittelbar vor der Montage des Elementes 6, welches unter Kraftaufwendung in eine Nut 5 in der End- oder Stirnfläche 201a der Spiralplatte 201 des oszillierbaren Spiralgliedes 2 in Längsrichtung der Spiralplatte einzudrücken ist.

Die Nut 5 hat eine Öffnung in ihrer Endfläche 201a der Spiralplatte 201 in Längsrichtung der Spiralplatte mit Ausnahme des innersten Abschnittes 201b und des äußersten Abschnittes 201c der Endfläche 201a. Das streifenartige Element 6 wird unter Kraftanwendung in die Öffnung der Nut 5 in vertikaler Richtung so eingedrückt, daß es die Nut 5 ausfüllt. Es ist besonders zu betonen, daß das Element 6 in die Nut 5 der Spiralplatte des stationären Spiralgliedes 1 ebenfalls einzusetzen ist. Die folgende Beschreibung bezieht sich nur auf das oszillierbare Spiralglied 2.

Fig. 8 zeigt eine Teilschnittansicht der genuteten Spiralplatte 201 und des in die Nut 5 einzubringenden Elementes 6. Gemäß Fig. 8 sind die Nut 5 und das Element 6 mit rechteckigem Querschnitt ausgeführt. Die Breite D des Elementes 6 ist gleich oder geringfügig größer als die Breite D¹ der Nut, und die Stärke H des Elementes ist gleich oder kleiner als die Tiefe H' der Nut. Wenn D>D¹ ist, sollte das Element 6 aus einem elastischen oder plastisch

3 6 26

in Breitenrichtung verformbaren Werkstoff bestehen. Ein bevorzugter Werkstoff für das Element 6 ist ein Polyäthylen-Tetrafluorid (PTFE), welches sowohl einige Elastizität und selbstschmierende Eigenschaften aufweist. Ferner ist günstig, ein weiches und plastisch verformbares Metall, wie Blei, Lötzinn oder einen Mischwerkstoff, wie ein Gemisch aus PTFE und Gummi, zu verwenden.

Fig. 9 zeigt einen Teilschnitt in einem Zustand, in welchem das Element 6 in die Nut 5 eingesetzt ist. Das Element 6 ist unter Kraftanwendung in die Nut in elastisch (plastisch) verformtem Zustand eingesetzt, wobei beide Seitenwände 6b,6c des EIementes 6 in Kontakt mit den Innen- und Außenwänden 5b,5c der Nut 5 stehen und wobei der obere Abschnitt des Elementes 6 aus der Endfläche 201a der Spiralplatte auskragt. Somit verbleibt bei in die Nut eingedrücktem Element 6 ein Luftspalt 501 zwischen der Unterseite 6d des Elementes 6 und dem Grund 5d der Nut 5. Die Abmessung des Luftspaltes 501 in axialer Richtung der Hauptwelle beträgt δ .

Fig. 10 zeigt eine Teilschnittdarstellung, wobei das oszillierbare Spiralglied 2 mit dem stationären Spiralglied 1 montiert dargestellt ist, wie dies anhand der Fig. 2 beschrieben ist.

Wenn das stationäre und das oszillierbare Spiralglied miteinander montiert sind, wird das aus der Endfläche 201a der Spiralplatte auskragende Element nach unten in die Nut durch die Bodenfläche 102a des stationären Spiralgliedes 1 eingedrückt, wie der Pfeil anzeigt. Die Abwärtsbewegung des Elementes wird in einer Position gestoppt, bei der das Spiel A, wie es anhand der Fig. 1 beschrieben ist, zwischen

ORIGINAL INSPECTED

36U6H

— Ol

der Endfläche 201a der Spiralplatte und der Bodenfläche 102a der Grundplatte erreicht ist. Dann besteht natürlich eine Beziehung δ'< δ _f wobei δ¹ die Abmessung in axialer Richtung des Luftspaltes und δ die Abmessung des Luftspaltes 501 in einem Zustand sind, bevor eine nach unten gerichtete Kraft auf das Element 6 einwirkt. Die Abmessung δ· ist so bemessen, daß der Luftspalt als Austrittsabschnitt wirken kann, so daß eine Abmessungsveränderung des Spieles A aufgrund thermischer Ausdehnung aufgenommen werden kann. Eine solche Abmessungsveränderung wird hervorgerufen, wenn der mittlere Abschnitt der Spiralglieder im Betrieb des Kompressors auf hohe Temperaturen kommt. Dann verlängert sich ein Abschnitt jeder Spiralplatte nahe der Mitte der Spiralglieder axial aufgrund thermischer Ausdehnung, wodurch das Spiel A örtlich verkleinert wird. Dann wird eine Abwärtsbewegung örtlich auf das Element 6 durch die Bodenfläche der Grundplatte mit der Folge ausgeübt, daß das Element 6 weiter in die Nut 5 hineingedrückt wird.

Wenn das Element 6 axial elastisch belastet wird, wirkt auf die Bodenfläche 102a der Grundplatte eine Rückführkraft des Elementes 6 im Zustand gemäß Fig. 10, so daß die Grundplatte 102 in Richtung des Pfeiles in Fig. 11 zurückgeführt wird, um ein vorbestimmtes Spiel A¹ zwischen der Oberseite 6a des Elementes 6 und der Bodenfläche 102a der Grundplatte aufrechtzuerhalten.

Ein Verfahren zum Einstellen des Spieles A¹ sei anhand der Fig. 12 beschrieben. Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 werden die Bolzen 42 entfernt und das stationäre Spiralglied vom oharen Rahmen 40 getrennt. Dann wird ein dünnwandiger Ring 10 gleich-

36H6H

förmiger Dicke A¹ auf die Passfläche 40a des oberen Rahmens 40 aufgelegt, und das stationäre Spiralglied wird auf den dünnwandigen Ring 10 gebracht, worauf das stationäre Spiralglied 1 und der obere Rahmen durch die Bolzen 42 verbunden werden. Somit ist ein gleichförmiges Spiel A¹ zwischen der Oberseite 6a des Elementes 6 des oszillierbaren Spiralgliedes und der Bodenfläche 102a der Grundplatte des stationären Spiralgliedes 1 eingestellt. Es muß nicht besonders erwähnt werden, daß das Spiel A¹ auch zwischen der Oberseite 6a des Elementes 6 des stationären Spiralgliedes 1 und der Bodenfläche 202a der Grundplatte des oszillierbaren Spiralgliedes 2 gebildet ist.

Fig. 13 zeigt eine andere Methode zum Einstellen des Spieles A¹. Das Element 6 ragt ursprünglich aus jeder Nut 5 in der Endfläche 101a oder 201a um eine Länge heraus, die größer als das vorbestimmte Spiel A ist. Darauf wird der obere Rahmen 40 auf einen Tisch 12 mit starrer Oberfläche 12a aufgesetzt, wobei die Unterseite 40b des Rahmens 40 in Kontakt mit der Oberfläche 12a des Tisches ist. Dann wird ein dünnwandiger Ring 10 gleichförmiger Stärke A¹ und gleichen Innen- und Außendurchmessers wie das obere Axiallager 402 auf die Lagerfläche 402a des oberen Axiallagers 402 aufgelegt, welches an der Oberseite des oberen Rahmens 40 befestigt ist. Auf dem dünnwandigen Ring 10 wird das oszillierbare Spiralglied 2 so montiert, daß der dünnwandige Ring 10 zwischen der Rückseite 202b der Grundplatte des oszillierbaren Spiralgliedes 2 und dem Axiallager 402 zwischengefügt ist. Darauf wird das stationäre Spiralglied 1 mit dem oszillierbaren Spiralglied 2 zum Zusammenwirken ihrer Spiralplatten 101,201 montiert. Dann wird die obere Fläche 102b des

36H6U

stationären Spiralgliedes 1 mittels eines Preßarmes 13 in Richtung senkrecht zur Oberfläche 12a des Tisches 12 gedrückt. Als Ergebnis werden die Elemente 6 des stationären und des oszillierbaren Spiralgliedes 1,2 unter Pressung durch die Bodenflächen 202a bzw. 102a, welche den jeweiligen Elementen 6 gegenüberstehen, in die entsprechenden Nuten 5 eingedrückt. Die Eindrückbewegung der Elemente 6 wird solange fortgesetzt, bis eine Abmessung A" der Auskragung der Elemente 6 über die Nuten 5 hinaus erzielt ist, welche sich aus der Subtraktion der Stärke A¹ des Ringes 10 von einem vorbestimmten Spiel A ergibt. Darauf wird die Anordnung demontiert, um den dünnwandigen Ring 10 zu entfernen, und wieder wie anhand der Fig. 2 zusammengebaut. Es herrschen dann gleichförmige Spiele A¹ zwischen der Oberseite 6a jedes Elementes 6 und den Ober- bzw. Bodenflächen 102a bzw. 202a.

Somit sorgt eine Feineinstellvorrichtung aus der Kombination der Nut 5 in der Endfläche jeder Spiralplatte der Spiralglieder und eines in die Nut eingesetzten Elementes 6 für einen im wesentlichen spielfreien Zustand zwischen den Endflächen der Spiralplatten und den Bodenflächen der ihnen gegenüberstehenden Grundplatten oder minimale Spiele zwischen ihnen, um bei der Bearbeitung entstehende zulässige Toleranzabweichungen aufzunehmen. Demgemäß kann ein Lecken von Kältemittelgas in radialer Richtung der Spiralplatten beim Verdichten unterdrückt werden. Es herrschen ferner Spiele zwischen den Seitenflächen 6b,6c des Elementes 6 und den Innenwänden 5b,5c der Nut 5, welche ein Lecken des Kältemittelgases über diese Bereiche verhüten.

Da das Element 6 unter Pressung in der Nut 5 sitzt,

36H6H

wird keine wesentliche Schubkraft des Elementes auf die Bodenfläche der Grundplatte ausgeübt. Demgemäß findet ein Verschleiß der Oberseite 6a des Elementes 6 bei Normalbetrieb des Kompressors nicht statt. Ferner bedeutet die Tatsache, daß keine· Schubkraft auf die Bodenfläche der Grundplatte ausgeübt wird, daß kein Reibwiderstand vorhanden ist. Demgemäß kann eine sanfte Bewegung der exzentrischen Hülse 301 erhalten werden. Die oszillierende Bewegung der exzentrischen Hülse 301 verursacht nämlich eine weiche Verlagerung der axialen Mitte des oszillierbaren Spiralgliedes 2, das in die Hülse eingepaßt ist, bezüglich der axialen Mitte der Hauptwelle 3. Die oszillierende Bewegung resultiert aus der Zentrifugalkraft des oszillierbaren Spiralgliedes 2 selbst.

Wenn jedoch eine übermäßig große Kraft auf die Endflächen 101a,201a der Spiralplatten des stationären und des oszillierbaren Spiralgliedes 1,2 einwirkt, wird ein Reibungswiderstand und eine sehr große Kraft auf das obere Axiallager 402 ausgeübt, welches das oszillierbare Spiralglied 2 stützt. Als Folge davon behindert der Reibungswiderstand, der in den Gleitkontaktstellen erzeugt ist, das oszillierbare Spiralglied 2 an einer Bewegung in einer solchen Richtung, daß die Seitenwand der Spiralplatte des oszillierbaren Spiralgliedes 2 gegen die Seitenwand der Spiralplatte 101 des stationären Spiralgliedes 1 aufgrund der oszillierenden Bewegung der exzentrischen Hülse 301 gedrängt wird. Demgemäß ergeben sich die Nachteile, daß die Bewegung des oszillierbaren Spiralgliedes 2 behindert wird, daß die Berührung zwischen den Spiralplatten nicht gewährleistet ist und schließlich das Kältemittelgas in diesem Bereich zunimmt, so daß eine Leistungs-

minderung veranlaßt wird. Wenn die Last weiter
erhöht wird, kann ein Ausbrennen des oberen Axiallagers 402 die Folge sein.

Bei der oben beschriebenen Ausführung nimmt das obere Axiallager 402 nicht eine beträchtliche Last auf, weil keine große Schubkraft von den Endflächen 6a des Elementes 6 auf die Bodenflächen 102a,202a
übertragen werden. Demgemäß kann eine weiche Bewegung der exzentrischen Hülse 301 und gute Dichtwirkung zwischen den Spiralplatten 101,201 erhalten werden. Ferner kann eine durch die Bodenflächen auf die Elemente 6 ausgeübte Schubkraft aufgrund der Verminderung der Spiele A in Folge der Differenz der thermischen Ausdehnung der Spiralplatten in der Mitte der Spiralglieder während der Verdichtung durch die Bewegung der Elemente in den Nuten 5
aufgenommen werden, wodurch die Schwierigkeit des "Brennens" ausgemerzt werden kann.

Wird das Element 6 aus einem Werkstoff hergestellt, der plastisch verformbar ist, wie Blei, Lötzinn und dgl., kann eine andere Methode zum Ausnutzen einer Werkstoffeigenschaft zum Erzeugen eines Volumen-Stroms angewendet werden. Ein Beispiel dieser Methode wird nun anhand der Fig. 14 und 15 beschrieben.

Fig. 14 zeigt einen Querschnitt durch die genutete Spiralplatte und das Element 6 vor der Montage.

Bei dieser Ausführung besteht das Element 6 aus einem leicht plastisch verformbaren Werkstoff,
wie Blei oder Lötzinn, und hat Kreisquerschnitt mit einem Durchmesser D. Die Nut 5 zur Aufnahme des Elementes 6 hat eine Weite Dl und eine Tiefe Hl, worin Dl :>D und Hl < D ist. Wegen Dl>_D läßt sich das Element bei der Montage leicht in die
Führungsnut 5 einführen.

36U6H

Fig. 15 zeigt den montierten Zustand. Das in die Führungsnut mit einer Vorgehensweise gemäß den Fig. 12 oder 13 eingepaßte Element 6 wird durch die Bodenfläche 102a in Richtung des Pfeiles F plastisch verformt. Hierbei tritt ein Volumenstrom aufgrund der plastischen Verformung in die Räume 51 an den vier Ecken ein, welche durch das Element 6, die Führungsnuten 5 und die Bodenfläche 102a der Grundplatte begrenzt sind; somit ist eine plastische Verformung des Elementes 6 einfach. Als Ergebnis ist das Element 6 so verformt, daß es vier ebene Seitenflächen 6a,6b,6c,6d aufweist, die in Berührungskontakt mit der entsprechenden Bodenfläche 102a, den beiden Seitenwänden 5b,5c und dem Grund 5d der Führungsnut stehen, wobei ein korrektes Spiel A zwischen der Endfläche 201a und der Bodenfläche 102a verbleibt.

Somit kann durch Anwenden des oben beschriebenen Mittels eine Abdichtung zwischen der Endfläche der Spiralplatte und der Bodenfläche der Grundplatte in axialer Richtung erzielt werden, und eine übermäßige Kraft in Axialrichtung aufgrund plastischer Verformung des Elementes 6, Verschleiß usw. können vermieden werden.

Wie anhand dieser Ausführung beschrieben, wird das Element unter Kraftaufwendung in die Nut in der Endfläche der Spiralplatte jedes Spiralgliedes eingedrückt und dabei seine Fähigkeit zur plastischen Verformung derart ausgenützt, daß das Axialspiel zwischen der Endfläche und der Bodenfläche der Grundplatte fein eingestellt werden kann. Demgemäß können Toleranzabweichungen bei der Bearbeitung des stationären und des oszillierbaren Spiralgliedes aufgenommen und eine feine Einstellung verwirklicht

werden, um ein passendes, minimales Spiel zu schaffen. Selbst wenn das Element in Kontakt mit der Grundplatte aufgrund thermischer Ausdehnung kommt, tragen eine weitere plastische Verformung oder Verschleiß des Elementes zu einem stabilen Betrieb der Maschine bei. Es kann also eine feine Einstellung für eine Strömungsmaschine der Spiralbauart mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden.

Sind bei einer Strömungsmaschine der Spiralbauart die Elemente 6 exakt in die Nuten 5 eingepaßt, so kann bei Langzeitbetrieb eine Schwierigkeit dadurch entstehen, daß ein örtlicher Abschnitt des Elementes 6 abnorm verschleißt oder das Element in die Nut 5 fällt.

Die Erfinder haben den Druck im Luftspalt 501 gemäß Fig. 10 und in der Kompressionskammer P im Betrieb der Maschine gemessen und Resultate gemäß Fig. 16 erhalten.

In Fig. 16 zeigt eine Kurve Pl die Druckänderung im Luftspalt 501 ab einem Zeitpunkt A bis zu einem Zeitpunkt B, während die Kurve P2 die Druckänderung in der Kompressionskammer während einer Zeitdauer entsprechend der Kurve Pl darstellt, wobei δ ρ den Druckunterschied zwischen Pl und P2 bezeichnet. Wenngleich das Ergebnis nach Fig. 16 je nach den Betriebsbedingungen und der Auswahl der Zeitpunkte unterschiedlich ausfällt, tritt ein Fall auf, in welchem der Druck Pl im Luftspalt 501 grö£ - als der Druck P2 in der Kompressionskammer P ist, und zwar um AP gemäß Fig. 16a. In diesem Fall ragt das Element 6 zu sehr aus der Nut 5 hervor, so daß ein Verschleiß des Elementes 6 aufgrund relativer Reibbewegung zu der Grundplatte xO2 bzw. 202 auftritt. Wenn andererseits Pl um ΔΡ kleiner als P2 ist, ist das Element 6 zu tief in die Nut 5 ver-

OfUGINAL INSPECTED

36U6H

senkt. Angesichts dieser Tatsache hatten die Erfinder die Idee, eine Verbindung zwischen der Kompressionskammer P und dem Luftspalt 501 zum Ausgleichen des Druckes herzustellen.
5

Fig. 17 zeigt ein Beispiel für den Druckausgleich durch Bilden eines Verbindungskanals. In Fig. 17 sind zwischen dem Element 6 und der Nut 5 ein erweitertes Spiel A im Anfangsbereich und ein erweitertes Spiel B im Endbereich zwischen Element 6 und Nutende vorgesehen. Als Ergebnis wird der Druckunterschied Δ ρ zwischen Pl und P2 gemäß dem Diagramm nach Fig. 18 klein.

In weiterer Ausgestaltung dieser Idee wird der Luftspalt 501 mit der Kompressionskammer P an Punkten längs der Längsrichtung der Spiralplatte dadurch verbunden, daß mehrere Aussparungen 610 im Element gemäß den Fig. 19 und 20 vorgesehen werden, die zu einer Verminderung der Druckdifferenz δ Ρ und damit zu einem weiteren Druckausgleich gemäß Fig. führen. Ein Langzeitbetrieb der Spiralmaschine mit den Merkmalen von Fig. 19 und 20 führte nicht zu Verschleiß oder Herausfallen des Elementes 6.

Die druckausgleichenden Aussparungen können auch in der Nut 5 ausgebildet sein. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 21 und 22 gezeigt, wobei mehrere druckausgleichende Schlitze 510 in der Nut 5 an Stellen entlang der Längsrichtung der Spiralplatte angeordnet sind.

Die Fig. 23 bis 25 zeigen eine weitere Ausführung. Das Element 6 ist hier in mehrere, in Längsrichtung hintereinander angeordnete Stücke unterteilt, wobei jeweils ein Spalt 611 zwischen zwei benacharten

36H6U

Elementen 6 ausgebildet ist. Mit einer derartigen Konstruktion kann ein kurzes Element 6 geschaffen werden, was die Verarbeitung und Handhabung verbessert,

Fig. 26 zeigt abgewandelte Ausführungen aus einer Kombination der Elemente 6 und der Nut 5 mit dem Ziel einer stabilen Passung zwischen dem Element und der Nut wie auch einer Hinderung des Elementes an einer Bewegung in der Nut. Wie in Fig. 26a gezeigt ist, ist die Nut im Querschnitt keilförmig ausgebildet, so daß das Element 6 nicht über ein vorbestimmtes Ausmaß hinein in die Nut eintauchen kann. Gemäß Fig. 26b ist die Nut 5 umgekehrt keilförmig zu Fig. 26a ausgebildet, so daß ein Verschleiß durch Gleitbewegung zwischen dem Element 6 und der Grundplatte 102 durch zu weites Auskragen des Elementes 6 verhindert werden kann. Gemäß Fig. 26c sind auf beiden Wandflächen der Nut 5 Vorsprünge vorgesehen, um das Element 6 physisch zu fixieren.

Wenn also ein Luftspalt zwischen dem Element und dem Grund der Nut vorgesehen ist und dieser Luftspalt mit der Kompressionskammer kommuniziert, läßt sich der Druck zwischen dem Luftspalt und der Kompressionskammer ausgleichen. Demgemäß kann eine Bewegung des Elementes in axialer Richtung aufgrund einer Druckänderung in der Kompressionskammer vorgebeugt werden. Mit einer solchen Konstruktion wird keine wesentliche Axialkraft auf die Elemente erzeugt, und es entsteht kaum Reibungswiderstand u.. 1 Verschleiß zwischen den Elementen und den Grundplatten. Ferner ist einem Hereinfallen der Elemente zum Grund der Nuten vorgebeugt. Somit wird also eine verlässliche Feineinstellung für eine Maschine der Spiralbauart erreicht, die stabilen und leckfreien

36U6H

- 36 Betrieb ohne Lecken von Kältemittelgas sicherstellt.

Fig. 27 zeigt eine Modifikation des Elementes 6 und der Führungsnut 5, die eine Erleichterung beim Einsetzen des Elementes 6 in die Nut 5 während der Montage und ein Unterdrücken der Erzeugung von Graten in den Seitenwänden des Elementes 6 zur Folge hat. Die Führungsnut 5 ist dabei mit angeschrägten Seitenwänden 5b,5c gestaltet, so daß die Weite D2 im Öffnungsquerschnitt der Nut größer als die Weite Dl am Grund 5d der Nut ist. Mit anderen Worten läßt sich das Element 6 in die Führungsnut 5 aufgrund der Beziehung Dl < D < D2 leichter einsetzen, wobei D die Weite des Elementes 6 ist.

Fig. 28a zeigt das in die Nut 5 eingepaßte Element des Aufbaus gemäß Fig. 27. Beide Seitenwände des unteren Teils des Elementes 6 sind durch die verjungten Seitenwände 5b,5c der Nut 5 deformiert.

Für das Element 6 wird vorteilhaft ein elastischer Werkstoff, wie Polyäthylen-Tetrafluorid, verwendet. Das Kräftegleichgewicht zwischen dem Element 6 und der Nut 5 läßt sich gemäß Fig. 28b wie folgt angegeben:

F = 2Psin θ cos θ + 2R cos θ = 2PCOS θ (sin θ + ucos θ )

worin θ ein Schrägungswinkel der beiden Seitenflächen 5b,5c der Nut 5, P die Kompressionsbeanspruchung des unter Kraftaufwand in die Nut 5 eingesetzten Elementes 6, F die auf das Element 6 in axialer Richtung ausgeübte Eindrückkraft, R die Reibkraft zwischen dem Element und der Seitefläche 5c der Nut 5 entgegen der Eindrückkraft F und μ der Reibkoeffizient des Elementes 6 ist.

36H6U

Wenn in diesen Gleichungen der linke Ausdruck größer als der rechte Ausdruck wird, gerät das Element 6 auf den Grund der Nut. Demgemäß wird der Winkel θ so bestimmt, daß die linke Seite der Gleichung kleiner oder gleich der rechten Seite wird. Wenn die linke Seite kleiner als die rechte Seite wird, ist ein Auswandern des Elementes 6 aus der Nut zu erwarten. In diesem Fall wird jedoch das Element in Kontakt mit der jeweiligen Bodenfläche 101a oder 201a gebracht, wodurch eine verstärkte Dichtwirkung geschaffen werden kann.

Somit wird die Führungsnut im Querschnitt mit umgekehrter Trapezgestalt ausgebildet. Dabei kann eine Bewegung des Elementes in axialer Richtung aufgrund einer Druckänderung in den Kompressionskammern vermieden werden, und das Element 6 kann auch nicht in Richtung gegen den Grund der Nut in dieser versinken.

Claims

Dr,lng. Roland Liesegang LCa-Tal. Attorney 36H6H Sckellstrasse 1 D-8000 München Telefon (089) 4482496 Telefax (089) 4480433 Telex 5214382 palid MITSUBISHI DENKI KABÜSHIKI KAISHA Tokyo, Japan P 148 33 Strömungsmaschine der Spiralbauart Patentansprüche

1. Strömungsmaschine der Spiralbauart mit einem stationären und einem oszillierbaren Spiralglied (1,2) die je eine Grundplatte (102,202) und eine Spiralplatte (101,201) haben, welche von der Oberfläche der zugehörigen Grundplatte wegstehen und so zusammenwirken, daß mehrere Kompressionskammern (P) durch die Oberflächen der Grundplatten und die Spiralplatten gebildet sind und in den Kammern enthaltenes Fluid gefördert wird, indem es durch den Umlauf des oszillierbaren Spiralgliedes (2) verdichtet oder entspannt wird, gekennzeichnet durch ein erstes Feineinstellelement (6) gleicher Spiralform wie die Spiralplatte (101) d<_ ^ stationären Spiralgliedes (1), ein zweites Feineinstellelement (6) gleicher Spiralform wie die Spiralplatte (201) des oszillierbaren Spiralgliedes (2), eine erste Führungsnut (5), die gleiche Spiralform wie das erste Feineinstelleleinent (6) hat und in der äußeren Endfläche (101a) der Spiralplatte

(101) des stationären Spiralgliedes (1) ausgebildet

36H6U

ist; eine zweite Führungsnut (5), welche die gleiche Spiralform wie das zweite Feineinstellelement (6) hat und in der äußeren Endfläche (201a) der Spiralplatte (201) des oszillierbaren Spiralgliedes (2) ausgebildet ist, wobei das erste und das zweite Feineinstellelement (6,6) jeweils in der ersten und der zweiten Nut (5,5) aufgenommen sind, so daß Spiele (A) zwischen den Endflächen (101a,201a) der Spiralplatten und der Bodenflächen (102a,202a) der Grundplatten (2,202), welche den jeweiligen Spiralplatten zugewandt sind, fein eingestellt sind.

2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Feineinstellelemente (6,6) aus einem Werkstoff mit hoher plastischer Verformbarkeit wie Blei, Lötzinn oder dgl. bestehen und daß die Führungsnuten (5) eine derartige Form haben, daß sie einen durch plastische Verformung der Feineinstellelemente verursachten Volumenstrom ermöglichen.

3. Strömungsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feineinstell- elemente (6,6) vor ihrem Einsetzen in die Führungsnuten (5,5) kreisförmigen Querschnitt haben.

4. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Einstellen der Eindringtiefe der Feineinstellelemente (6,6) in die Führungsnuten (5,5) vorgesehen sind, wodurch die Spiele (A) zwischen den Endflächen der Feineinstellelemente und den Bodenflächen (102a,202a) der Grundplatten (102,202) der stationären und oszillierbaren Spiralglieder (1,2) fein eingestellt

36H6H

- 3 werden.

5. Strömungsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Feineinstellelement (6,6) und dem Grund der zugehörigen Führungsnut (5,5) ein Luftspalt (501) vorhanden ist, der mit den Kompressionskammern (P) kommuniziert.

6. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnuten (5,5) angeschrägte Seiten (5b) haben, wobei die Breite der Nutenöffnung größer als diejenige des Nutengrundes ist, so daß die Eindringtiefe der Feineinstellelemente in die Nuten fein einstellbar ist.

7. Strömungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feineinstell- elemente (6,6) aus einem elastischen Werkstoff bestehen und rechteckigen Querschnitt haben.

8. Strömungsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Feineinstellelemente (6,6) größer als die Breite des Nutengrundes (5,5) und kleiner als die Breite der Nutenöffnung ist.