DE3738686C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralkompressor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem solchen, aus der US-PS 43 96 364 bekannten Spi­ ralkompressor hat der die Eigenrotation des umlaufenden Spiralelements unterbindende Mechanismus die Form eines Ringkörpers, in welchem zwei diametral gegenüberliegende, um 90°versetzte Nutenpaare für den Verschiebeeingriff von Keilen seitens des Lagergehäuses und seitens des umlaufen­ den Spiralelements vorgesehen sind. Für das Anpressen des umlaufenden Spiralelements gegen das stationäre Spiral­ element sind vorspannende Einrichtungen vorgesehen.

Bei dem bekannten Spiralkompressor herrscht auf der radial innenliegenden Seite des Ringkörpers in der Gegendruckkam­ mer Zwischendruck und auf der radial außenliegenden Seite Ansaugdruck. Da zwischen den Keilen des Lagergehäuses und des umlaufenden Spiralelements sowie den entsprechenden Nuten im Ringkörper eine Relativverschiebung stattfindet, die ein Spiel dazwischen voraussetzt, strömt Gas über diese Zwischenräume aus der Gegendruckkammer in den Ansaugbe­ reich, was den Wirkungsgrad des Spiralkompressors beein­ trächtigt. Außerdem ist die radiale Erstreckung des bekann­ ten Spiralkompressors relativ groß.

Aus der DE-36 01 674 A1 ist ferner ein Spiralkompressor bekannt, bei dem zwischen dem umlaufenden Spiralelement und dem Lagergehäuse ein ringförmiges Dichtungselement vor­ gesehen ist, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durch­ messer des die Eigenrotation unterbindenden Mechanismus. Das ringförmige Dichtungselement trennt dabei einen radial innenliegenden Ansaugdruckbereich von einem radial außen­ liegenden Zwischendruckbereich der Gegendruckkammer.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, den gattungsgemäßen Spiralkompressor so auszubilden, daß bei radial möglichst kleiner und einfacher Bauweise eine wirksame Abdichtung zwischen der Ansaugseite und der Gegendruckkammer gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst, die im Anspruch 2 vorteilhaft weitergebildet sind.

Dadurch, daß der erfindungsgemäße Ringkörper in seinem radial außenliegenden Bereich frei von sich radial erstrec­ kenden Nuten ist, der Ringkörper also durchgehend ausgebil­ det ist, und dadurch, daß in seinem dem Lagergehäuse zu­ geordneten Bereich eine Ringdichtung vorgesehen ist, wird eine wirksame Abdichtung der Gegendruckkammer bezüglich des radial außenliegenden Raums mit Ansaugdruck gewährleistet. Durch den Zwischendruck in der Gegendruckkammer wird das umlaufende Spiralelement in Richtung des stationären Spi­ ralelements gedrückt, wodurch die Stirnseiten der Spiral­ wände in Positionen gebracht werden, in denen nur minimale Leckgasströme vorliegen. Der Zwischendruck drückt dabei das ringförmige Dichtungselement gegen das Lagergehäuse, wäh­ rend der Ringkörper gleichzeitig durch den Gegendruck gegen das umlaufende Spiralelement gedrückt wird und so mit seiner der Stirnplatte des umlaufenden Spiralelements zugewandten Stirnfläche nahezu leckdicht anliegt.

Da der die Eigenrotation unterbindende Mechanismus somit die Funktion einer Dichtung hat, ist es nicht erforderlich, daß eine Wandfläche des Lagergehäuses längs des Außenum­ fangs des Mechanismus für ein abdichtendes Trennen der Ansaugkammer von dem Außenumfang der die Kurbelwelle auf­ nehmenden Kammer entsprechend ausgebildet ist. Deshalb umlaufenden Spiralelements und der Außendurchmesser des Lagergehäuses nicht mehr größer als der Durchmesser des die Rotation unterbindenden Mechanismus sein. Insgesamt kann somit der Spiralkompressor mit reduzierten radialen Ab­ messungen gebaut werden.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 im Axialschnitt einen Spiralkompressor mit einer ersten Ausführungsform eines die Rotation unter­ bindenen Mechanismus,

Fig. 2 den die Rotation unterbindenen Mechanismus von Fig. 1 in seinen wesentlichen Teilen im Axial­ schnitt,

Fig. 3 den Schnitt III-III von Fig. 2,

Fig. 4 in einer Einzelheit von Fig. 2 die an dem die Drehung unterbindenden Mechanismus angreifenden Kräfte,

Fig. 5 in einer Ansicht wie Fig. 2 eine zweite Ausfüh­ rungsform eines die Rotation unterbindenden Mecha­ nismus,

Fig. 6 den Schnitt VI-VI von Fig. 5,

Fig. 7 im Längsschnitt eine dritte Ausführungsform eines die Rotation unterbindenden Mechanismus und

Fig. 8 eine Draufsicht auf den Mechanismus von Fig. 7.

Der in Fig. 1 gezeigte Spiralkompressor hat einen Behälter 1 mit einem Kompressorabschnitt, der von einem stationären Spiralelement 2 und einem umlaufenden Spiralelement 3 gebildet wird, die miteinander in Eingriff stehen, sowie mit einem Antriebsabschnitt, der von einer Kombination aus einem Oldham-Ring 4, welcher als die Rotation unterbinden­ der Mechanismus dient, einem Lagergehäuse 5, einer Kurbel­ welle 6 und Lagern 7, 8 gebildet wird. Außerhalb des Behäl­ ters 1 ist eine Kupplung 9 mit der Kurbelwelle 6 verbunden.

Das stationäre Spiralelement 2 hat eine scheibenförmige Stirnplatte 2a und eine axial davon abstehende Spiralwand 2b. Die Spiralwand 2b hat die Form einer Evolventenkurve oder einer ähnlichen Kurve. Ihre Stirnplatte 2a hat in ihrer Mitte eine Förderöffnung 10. Zwischen dem Außenumfang des stationären Spiralelements 2 und der gegenüberliegenden Innenwand des Behälters 1 ist ein Ansaugraum 11 ausgebil­ det. Das umlaufende Spiralelement 3 hat eine scheibenförmi­ ge Stirnplatte 3a, eine von ihr axial abstehende Spiralwand 3b, welche die gleiche Form wie die Spiralwand 2b des stationären Spiralelements 2 hat, und einen Nabenabschnitt 3c an der der Spiralwand 3b gegenüberliegenden Seite der Stirnplatte 3a.

Das Lager 7 ist in dem zentralen Abschnitt des Lagergehäu­ ses 5 angeordnet, während das Lager 8 im zentralen Ab­ schnitt einer Stirnplatte 12 des Gehäuses 1 vorgesehen ist.

Die Lager 7 und 8 lagern die Kurbelwelle 6. An dem einen Ende der Kurbelwelle 6 ist ein exzentrischer Kurbelzapfen 6a ausgebildet, der in den Nabenabschnitt 3c eingreift, wodurch das umlaufende Spiralelement 3 bei einer Rotation der Kurbelwelle 6 eine Umlaufbewegung ausführen kann. In dem Behälter 1 wird von der der Spiralwand 3b gegenüber­ liegenden Rückseite der Stirnplatte 3a des umlaufenden Spiralelements 3 ein Raum für die Aufnahme des Lagers 7 und eines Ausgleichgewichts 13 gebildet. Dieser Raum bildet eine Gegendruckkammer 14, die bezüglich des Ausaugraums 11 durch den die Rotation unterbindenden Mechanismus 4 abge­ dichtet ist, welcher einen Dichtungsabschnitt aufweist, der in dem Spalt zwischen der Rückseite der Stirnplatte 3a des umlaufenden Spiralelements 3 und der der Rückseite zuge­ wandten Seite des Lagergehäuses 5 sitzt.

Die Stirnplatte 3a des umlaufenden Spiralelements 3 hat eine kleine Durchgangsbohrung 16 für eine Verbindung zwi­ schen der Gegendruckkammer 14 und einem Abschnitt einer Kompressionskammer 15. Dadurch wird die Höhe des Drucks in der Gegendruckkammer 14 auf einem Zwischendruck zwischen dem Förderdruck und dem Ansaugdruck gehalten, wodurch das umlaufende Spiralelement 3 gegen das stationäre Spiral­ element 2 gedrückt und die Kompressionskammer 15 dicht geschlossen wird. Der Behälter 1 hat eine Förderkammer 17, die auf der Abgabeseite der Förderöffnung 10 des stationä­ ren Spiralelements 2 ausgebildet ist. Die Förderkammer 17 steht ihrerseits mit einem Förderrohr 18 in Verbindung, das mit dem Behälter 1 verbunden ist. Mit dem Behälter 1 ist weiterhin ein Ansaugrohr 19 verbunden, das in Verbindung mit dem Ansaugraum 11 steht.

Bei dem so gebauten Spiralkompressor bewegt sich, wenn der Kurbelzapfen 6a um seine exzentrische Achse aufgrund der Rotation der Kurbelwelle 6 in Drehung versetzt wird, wo­ durch das umlaufende Spiralelement 3 umläuft, die Kompres­ sionskammer 15 allmählich zur Mitte hin, wodurch ihr Volu­ men verringert wird. Dadurch wird ein gasförmiges Kälte­ mittel, das mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur durch das Ansaugrohr 19 in den Ansaugraum 11 angesaugt wird, verdichtet. Das verdichtete gasförmige Kältemittel mit hohem Druck und hoher Temperatur wird durch die zen­ trale Förderöffnung 10 in die Förderkammer 17 und dann nach außen über das Förderrohr 18 abgeführt.

Das Lagergehäuse 5 ist mit Keilen 5a versehen, die, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, diametral angeordnet sind. Die Keile 5a sind jeweils gleitend verschiebbar in zwei Aus­ nehmungen 4a eingepaßt, die in einem scheibenförmigen Ringkörper 4A ausgebildet sind, welches einen Teil des die Drehung unterbindenden Mechanismus 4 bildet. Der scheiben­ förmige Ringkörper 4A hat ebenfalls zwei Ausnehmungen 4b, die jeweils um 90° zu den Ausnehmungen 4a versetzt angeord­ net sind. Die Ausnehmungen 4b nehmen Keile 3d auf, die diametral an der der Spiralwand 3b gegenüberliegenden Rückseite der Stirnplatte 3a des umlaufenden Spiralelements 3 ausgebildet sind. Der die Rotation unterbindende Mecha­ nismus 4 kann sich, wenn er in dieser Weise gebaut ist, horizotal bewegen, während sich das umlaufende Spiralele­ ment 3 und die Keile 3d vertikal bewegen können, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Das umlaufende Spiralelement 3 kann sich so in einer vorgegebenen Ebene frei bewegen, nicht jedoch um seine Achse drehen. Wenn sich also die Kurbelwel­ le 6 mit dem Kurbelzapfen 6a, der in einem Lager sitzt, dreht, bewegt sich das umlaufende Spiralelement 3 orbital, ohne sich um seine eigene Achse zu drehen.

Der die Rotation unterbindende Mechanismus 4 hat eine Oberfläche, die in Kontakt mit der Rückseite der Stirn­ platte 3a des umlaufenden Spiralelements 3 gehalten ist, um als Dichtungsfläche 4c zu dienen. Die andere Fläche des die Rotation unterbindenden Mechanismus 4 hat eine ringförmige Nut 4f (Fig. 4), in welche ein ringförmiges Dichtungsele­ ment 4d eingepaßt ist. Das Dichtungselement 4d, das aus einem elastischen Material hergestellt ist, wird in Kontakt mit der entsprechenden Fläche des Lagergehäuses 5 gehalten, wodurch eine Abdichtung für Gas geschaffen wird.

Fig. 4 veranschaulicht die Dichtungswirkung des die Rota­ tion unterbindenden Mechanismus 4. Eine Fläche des schei­ benförmigen Ringkörpers 4A des die Rotation unterbindenden Mechanismus 4 ist bei 4e sich verjüngend ausgebildet. Eine Stirnfläche des scheibenförmigen Ringkörpers 4A bildet einen ebenen Sitzabschnitt 4c. In der dem Sitzabschnitt 4c gegenüberliegenden Stirnfläche ist die ringförmige Nut 4f ausgebildet. In die Nut 4f ist das Dichtungselement 4d eingepaßt, das im Querschnitt eine rechteckige Form und in der Draufsicht eine Ringform hat.

Die Höhe des Drucks, der auf die Fläche mit dem Radius r₁ wirkt, ist gleich der des Gegendrucks Pb in der Gegendruck­ kammer 14 des umlaufenden Spiralelements 3. Innerhalb eines Radius r₂ und eines Radius r₃ wirkt jedoch ein Ansaugdruck Ps auf die Oberseite des scheibenförmigen Ringkörpers 4A des die Rotation unterbindenden Mechanismus 4, während der Gegendruck Pb in der Ansicht von Fig. 4 an seiner Unter­ seite wirkt. Dementsprechend wird der scheibenförmige Ringkörper 4A in der Ansicht von Fig. 4 nach oben gedrückt, wodurch der Sitzabschnitt 4c abdichtend gegen die Rückseite des umlaufenden Spiralelements 3 gedrückt wird. Gleichzei­ tig wird das Dichtungselement 4d in der Ansicht von Fig. 4 nach unten gedrückt, und zwar aufgrund des Drucks Pb in der Nut 4f, so daß die Unterseite des Dichtungselements 4d abdichtend gegen die Oberseite des Lagergehäuses 5 in Fig. 4 gepreßt wird. Dadurch wird im Bereich des Ringkörpers 4A eine gasdichte Trennung des Bereichs mit dem Gegendruck Pb und des Bereichs mit dem Ansaugdruck Ps hergestellt, so daß eine Leckage von Gas bzw. Dampf verhindert wird.

Bei der in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform des die Rotation unterbindenden Mechanismus sind ein sich diametral erstreckender Keil 23d an der Rückseite des umlaufenden Spiralelements 3 und in dem scheibenförmigen Ringkörper 14A eine Ausnehmung 14b für die Aufnahme des Keils 23d ausge­ bildet.

Der Keil 23d hat eine Breite, die gleich der äußeren Breite des Nabenabschnitts 3c des umlaufenden Spiralelements 3 oder breiter ist. Somit ist kein Bauteil vorhanden, das die Bewegung des Nabenabschnitts 3c beeinträchtigt. Dadurch ist es möglich, den Durchmesser des scheibenförmigen Ringkör­ pers 14A und den der Stirnplatten 2a, 3a zu verringern. Zusätzlich kann die Kontaktfläche zwischen dem Keil 23d und der Ausnehmung 14b vergrößert und somit die Größe des Drucks pro Flächeneinheit verringert werden, was neben einer effektiven Abdichtung eine lange Lebensdauer ergibt.

Bei der in Fig. 7 und 8 gezeigten Ausführungsform sind an dem scheibenförmigen Ringkörper 24A des die Rotation unter­ bindenden Mechanismus auf seinen beiden Stirnflächen ring­ förmige Dichtungselemente 34d vorgesehen.

Claims (2)

1. Spiralkompressor mit einem Behälter, in welchem

• - ein stationäres Spiralelement (2) und ein umlaufendes Spiralelement (3) angeordnet sind, von denen jedes eine Stirnplatte (2a, 3a) und eine axial davon abstehende Spiralwand (2b, 3b) aufweist, deren Spiralwände (2b, 3b) unter Bildung von Kompressionskammern (15) ineinan­ dergreifen und die umfangsseitig mit einem Ansaugraum (11) verbunden sind, wobei in der Stirnplatte (2a) des stationären Spiralelements (2) eine zentrale Förderöffnung (10) ausgebildet ist und in der Stirnplatte (3a) des umlaufenden Spiralelements (3) wenigstens eine durch sie hindurchgehende, einen Zwischendruckbereich der Kompressionskammern (15) mit einer Gegendruckkammer (14) verbindende Öffnung (16) vorgesehen ist,
• - ein Lagergehäuse (5) festgelegt ist, in welchem eine ange­ triebene Kurbelwelle (6) gelagert ist, die über ihren Kur­ belzapfen (6a) gegendruckkammerseitig mit dem umlaufenden Spiralelement (3) gekoppelt ist, und
• - eine die Eigenrotation des umlaufenden Spiralelements unter­ bindene Einrichtung (4) in Form eines Ringkörpers (4A; 24A) vorgesehen ist, in dessen Stirnflächen jeweils zwei diametral gegenüberliegende zueinander rechtwinklig versetzte Ausnehmungen (4b, 4a; 14b, 14a; 24d, 24a) für die Aufnahme von zwei Keilen (3d, 23d) an der gegen­ druckkammerseitigen Fläche der Stirnplatte (3a) des umlaufenden Spiralelements (3) bzw. von zwei Keilen (5a) an dem Lagergehäuse (5) ausgebildet sind und der außenseitig mit dem Ansaugdruck und innenseitig mit dem Zwischendruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (4b, 4a; 14b, 14a; 24d, 24a) radial innerhalb des als Scheibe ausgebildeten Ringkörpers (4A; 24A) vorgesehen sind und daß wenigstens in der dem Lagergehäuse (5) zugewandten Stirnfläche des Ringkörpers (4A, 24A) eine durchgehende Nut (4f) ausge­ spart ist, in die ein ringförmiges Dichtungselement (4d; 34d) für eine Abdichtung gegenüber dem Lagergehäuse (5) eingesetzt ist.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch eine in der der Stirnplatte (3a) des umlaufenden Spiralelements (3) zugewandten Stirnfläche des Ringkörpers (24A) ausgesparte durchgehende Nut, in die ein ringförmiges Dichtungselement (34d) für eine Abdichtung gegenüber der Stirnplatte (3a) des umlaufenden Spiralelements (3) eingesetzt ist.