DE3888147T2

DE3888147T2 - Spiralverdichter.

Info

Publication number: DE3888147T2
Application number: DE3888147T
Authority: DE
Inventors: Katuharu Fujio
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2008-12-29
Also published as: DE3888147D1; KR890010424A; EP0322894B1; KR950008694B1; US4958993A; EP0322894A2; EP0322894A3; CA1329183C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND DAMIT VERBUNDENER STAND DER TECHNIK

1. GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Spiralverdichter zur Verwendung in einer Klimaanlage, einer Kühlvorrichtung oder dergleichen.

2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Ein Spiralverdichter ist als der Kompressor mit minimaler Vibration und niedrigem Rauschen bekannt. Der Spiralverdichter hat mehrere bekannte Eigenschaften. Zum Beispiel ist eine Ansaugkammer außerhalb eines Körpers des Kompressors bzw. Verdichters angeordnet, und eine Ausgabeöffnung ist in der Mitte der Spirale angeordnet. Weiterhin wird ein Verdichtungsverhältnis konstant gehalten, und eine Flußrichtung des Verdichtungsfluids ist gleichmäßig gegen die Ausgabeöffnung gerichtet. Dementsprechend ist eine Änderung des Drehmoments und eine Pulsation der abgegebenen Menge vergleichsweise gering, und es ist auch die Vibration minimiert. Weiterhin ist der Ausgaberaum klein, und ein Auslaßventil, das bisher für die hin- und herlaufenden Verdichter bzw. Hubkolbenverdichter oder die Rotationsverdichter erforderlich war, um das Fluid zu komprimieren bzw. zu verdichten, ist nicht erforderlich. Dementsprechend wird der Spiralverdichter leise betrieben. Aufgrund dieser exzellenten Eigenschaften ist die Entwicklung für die praktische Verwendung von Spiralverdichtern auf vielen technischen Gebieten durchgeführt worden.
Da jedoch viele gedichtete Teile und Bereiche in einer Kompressions- bzw. Verdichtungskammer vorhanden sind, ist die Leckrate des verdichteten Fluids groß. Bei einem Spiralverdichter mit kleiner Versetzung, wie z. B. derjenige einer Klimaanlage zur Verwendung im häuslichen Bereich, ist eine sehr hohe Präzision der Abmessungen des Spiralteils erforderlich, um die Öffnungen zu minimieren, durch welche verdichtetes Fluid aus der Verdichtungskammer heraus leckt. Eine Abweichung in der Genauigkeit der Größe, die durch die komplizierten Formen der Teile bewirkt wird, ruft den unerwünschten Zustand hervor, daß eine Verdichtungseffizienz niedriger als diejenige des Hubkolbenverdichters oder des Rotationsverdichters, insbesondere bei niedriger Laufgeschwindigkeit, ist, und weiterhin steigt der Preis des Spiralverdichters. Weiterhin sollten Kosten anderer Teile als des Spiralteils verringert werden.
Um die Dichteigenschaft zu verbessern, ist ein Verdichter offenbart worden, bei dem von einem Öldichteffekt unter Verwendung eines Schmieröls Gebrauch gemacht wird, um das Lecken des verdichteten Gases zu verhindern. Bei einem in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Sho 57-8386 gezeigten Verdichter ist der Druck des Schmieröls an dem Boden einer Ausgabekammer verringert, so daß das Schmieröl von dort in die Verdichtungskammer fließt, die in dem verdichtenden Zustand ist. Dadurch kann die Präzision in der Größe des Spiralteils etwas verringert werden, und weiterhin ist die Verdichtungseigenschaft verbessert.
Fig. 21 ist eine Schnittansicht, die den konventionellen Spiralverdichter zeigt, wie er in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Sho 55-142902 oder dem US-Patent Nr. 3 994 633 usw. gezeigt ist, und Fig. 22 ist eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 21. Dieser Verdichter ist dazu entworfen, ein Springen des umlaufenden Spiralgliedes bei hoher Laufgeschwindigkeit zu verringern, und dadurch Vibrations- und Geräuscheigenschaften zu verbessern. In der Figur ist das umlaufende Spiralglied 1001 mit einem Antriebsstift 1007a einer Antriebswelle 1007 verbunden. Eine Endplatte 1001a des umlaufenden Spiralgliedes 1001 wird zischen einer Endplatte 1002a, eines festen Spiralgliedes 1002 und einem Rahmen 1008 mit kleinen dazwischen ausgebildeten Öffnungen gehalten. Ein Springen des umlaufenden Spiralgliedes 1001 wird dadurch auch zu dem Zeitpunkt verhindert, wenn die Verdichtungslast oder die Trägheit der sich bewegenden Glieder sich ändert, d. h., in der Zeit des Startens, Stoppens und des Hochgeschwindigkeitsbetriebes des Verdichters. Unter mittlerem Druck stehendes Fluid, welches in dem Verdichtungszustand ist, wird auf eine rückseitige Oberfläche des umlaufenden Spiralgliedes 1001 gelassen und bewirkt dadurch einen Druck auf das umlaufene Spiralglied 1001 gegen das feste Spiralglied 1002. Daher sind Zwischenräume zwischen dem umlaufenden Spiralglied 1001 und dem festen Spiralglied 1002 in einer axialen Richtung des Verdichters minimiert, wodurch die Verdichtungskammer dicht schließt. Als ein Ergebnis ist die Verdichtungseffizienz verbessert, und unnormale Geräusche, die durch Kollision jeweiliger Teile miteinander bewirkt werden, und eine Abnahme der Haltbarkeit werden in beträchtlichem Umfang verhindert.
Im allgemeinen läuft das umlaufende Spiralglied 1001 in Übereinstimmung mit kooperierenden Wirkungen eines Kurbelmachanismus bzw. einer Kurbelschwinge einer Antriebswelle und eines rotationsverhindernden Mechanismusses um, um eine Winkelbewegung des umlaufenden Spiralglieds relativ zu dem festen Spiralglied zu verhindern. Bei solch einer umlaufenden Bewegung wirkt die in dem umlaufenden Spiralglied erzeugte Zentrifugalkraft auf ein Lager der Antriebswelle, mit der das umlaufende Spiralglied in Eingriff zu bringen ist, und es ist ein vorbestimmtes Gegengewicht auf der Antriebswelle erforderlich. Dadurch werden die Antriebsteile dynamisch ausbalanciert, so daß eine Vibration auf eine Antriebswelle verringert ist.
Bei einem solchen Spiralverdichter, bei dem ein Verdichtungsteil nur an einer Seite der Antriebswelle angeordnet ist, laufen rotationsverhindernde Teile des umlaufenden Spiralgliedes zusammen mit dem umlaufenden Spiralglied hin und her. Als ein Ergebnis bewegt sich der Mittelpunkt der Schwerkraft der umlaufenden Teile (des umlaufenden Spiralglieds und der rotationsverhindernden Teile) gemäß dem Rotationswinkel der Antriebswelle, und daher kann eine perfekte dynamische Abgleichung bzw. Ausbalancierung der Antriebsteile nicht erreicht werden. Dementsprechend verbleibt ein ungelöstes Problem, wie die rotationsverhindernden Teile im Gewicht verringert werden können.
Insbesondere wird bei dem Verdichter, welcher die Verdichtungseffizienz verbessert, indem er selbst mit hoher Geschwindigkeit läuft bzw. angetrieben wird, das umlaufende Spiralglied von einem Material mit leichtem spezifischen Gewicht, wie z. B. eine Aluminiumlegierung, verwendet, um die auf das Lager der Drehwelle, welche mit dem umlaufenden Spiralglied in Eingriff zu bringen ist, ausgeübte Last zu verringern. Dementsprechend ist es bekannt, daß das Verringern des Gewichtes der rotationsverhindernden Teile eine der wichtigsten Maßnahmen ist, um das Geräusch des Spiralverdichters zu verringern.
Fig. 23 ist eine Schnittansicht, die einen anderen konventionellen Spiralverdichter zeigt, der in dem US-Patent Nr. 3 924 977 veröffentlicht ist, und die Fig. 24 und 25 sind jeweils eine Draufsicht und eine Schnittansicht des Verbindungsgliedes 3090 in Fig. 23. Diese Figuren werden gezeigt, um den konventionellen rotationsverhindernden Mechanismus des umlaufenden Spiralgliedes zu zeigen. In den Fig. 24 und 25 sind Keilnuten 3096, 3097, 3098 und 3099 in jeweiligen Oberflächen eines Ringes 3091 ausgebildet. Die Achsen der Keilnuten auf den Vorder- und Rückflächen kreuzen einander an dem Mittelpunkt des Ringes 3091. In den jeweiligen Keil- bzw. Federnuten sind das umlaufende Spiralglied 3020 und eine an einem Gehäuse 3048 angebrachte Feder 3100 miteinander mit einem kleinen Zwischenraum in Eingriff gebracht, wodurch sie einen rotationsverhindernden Mechanismus ausbilden.
Die Fig. 26 und 27 sind perspektivische Ansichten, die einen anderen konventionellen Ring 4061 zeigen, der in dem japanischen geprüften veröffentlichten Gebrauchsmuster Sho 61-21756 gezeigt sind. In Fig. 26 sind zwei Paare von Federn auf beiden Oberflächen des Ringes 4061 ausgebildet, um dadurch mit Federnuten, die in dem umlaufenden Spiralglied ausgebildet sind, in Eingriff zu sein, usw . . Fig. 27 zeigt einen weiteren anderen Ring, der vier gegenüberliegend angebrachte Federnuten hat. Fig. 28 ist eine Draufsicht, die einen weiteren anderen Ring zeigt, der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung SHO 53-34107 offenbart ist. Vier Federn, die den Federn 4059 in Fig. 26 entsprechen, sind drehbar auf dem Ring gehalten. Daher konnte eine Verringerung des Gewichts der rotationsverhindernden Teile und eine Verbesserung der Verschleißbeständigkeit der Federn erreicht werden.
Das Lastdrehmoment, welches auf die parallel angeordneten Federn der rotationsverhindernden Teile einwirkt, wird durch Umlaufen einer Trägheit des umlaufenden Spiralgliedes und einer Reibungskraft hervorgerufen, die auf das Lager wirkt, durch welches die Antriebswelle und das umlaufende Spiralglied miteinander in Eingriff gebracht werden. Dementsprechend wird ein außerordentlich großes Drehmoment auf die parallel angeordneten Federn der rotationsverhindernden Teile ausgewirkt, wenn die Last bei einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Verdichters oder einem Betrieb mit Überlast groß ist. Dementsprechend ist für die rotationsverhindernden Teile eine genügende Steifigkeit erforderlich, um dem Drehmoment widerstehen zu können. Um die rotationsverhindernden Teile im Gewicht zu verringern, ist jedoch eine Vorrichtung zum Verringern des Grades der Überlast unvermeidbar.
In den Fig. 21 und 22 steigt, da das Verdichtungsverhältnis des Spiralverdichters konstant ist, der Druck in der Verdichtungskammer zu dem Zeitpunkt abnorm stark an, wenn z. B. eine Fluidverdichtung durch Einleiten oder Einspritzen von Schmieröl in die Verdichtungskammer bewirkt wird. Zu dieser Zeit kann eine Endplatte des umlaufenden Spiralgliedes 1001 sich in der Axialrichtung nur innerhalb kleiner Zwischenräume zwischen ihm selbst, dem festen Spiralglied 1002 und dem Rahmen 1008 bewegen. Dementsprechend ist es unmöglich, den Druck in der Verdichtungskammer zu reduzieren. Als ein Ergebnis tritt ein Ansteigen der Verdichtungslast, eine Beschädigung der Teile und eine Abnahme der Haltbarkeit in dem Verdichter auf. Weiterhin tritt ein Springen des umlaufenden Spiralgliedes zu dem Zeitpunkt der Flüssigverdichtung auf, was zu anormaler Vibration und anormalem Geräusch führt.
Fig. 30 ist eine Schnittansicht, die einen anderen konventionellen Spiralverdichter zeigt, der in dem US-Patent Nr. 3 600 114 veröffentlicht ist. Dieser Verdichter ist derartig aufgebaut, daß er Druck eines Kompressions- bzw. Verdichtungsfluids und einer Federeinrichtung verwendet, um die obengenannten Probleme bei einer Flüssigverdichtung zu überwinden. In der Figur ist ein festes Spiralglied 2001e gleitfähig in der Axialrichtung angebracht. Mittels eines Rückdrucks in einer Rückdruckkammer 2015, in die ein Ausgabedruck eingelassen wird, und einer Springkraft einer Blattfeder 2023 wird das feste Spiralglied 2001e auf das umlaufende Spiralglied 2001d gedrückt. Axiale Zwischenräume zwischen dem umlaufenden Spiralglied 2001d und dem festen Spiralglied 2001e werden im wesentlichen null, wodurch die Verdichtungskammer radial geschlossen wird und eine Verdichtungseffizienz verbessert wird. Wenn der Druck in der Verdichtungskammer aufgrund der Flüssigverdichtung usw. abnorm ansteigt, bewegt sich das feste Spiralglied 2001e in axialer Richtung weg von dem umlaufenden Spiralglied 2001d. Der Druck in der Verdichtungskammer wird dadurch verringert und die Last wird verringert. Bei dem Kompressor, bei dem das feste Spiralglied 2001e immer mit einer konstanten Druckkraft auf das umlaufende Spiralglied 2001d gedrückt wird, wird es jedoch notwendig, das Spiralglied durch eine beträchtlich größere Kraft als die optimale Druckkraft für einen gleichförmigen Betriebszustand zu drücken. Dies ist deshalb erforderlich, um den Zustand sicher zu verhindern, daß beide Spiralglieder voneinander in der axialen Richtung durch den Druck des Verdichtungsfluids auseinandergebracht werden, der gemäß dem Betriebszustand des Verdichters variiert, und auch den Zustand zu verhindern, daß das feste Spiralglied 2001e sich während der Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralgliedes 2001d dreht. Als ein Ergebnis einer so großen Druckkraft führt die Reibung zwischen beiden Spiralgliedern zu einer beträchtlichen Abnutzung von ihnen, und dadurch ist die Haltbarkeit niedrig und der Leistungsverlust groß. Wenn die auf das feste Spiralglied 2001e angewandte Druckkraft derartig ausgewählt wird, daß sie bei dem Gleichgewichtszustand optimal ist, werden das Entfernen bzw. Abheben und das In-Berührung-Kommen zwischen beiden Spiralgliedern 2001d und 2001e und das Verdrehen des festen Spiralgliedes 2001e zu jedem Zeitpunkt wiederholt, wenn der Druck in der Verdichtungskammer über den vorbestimmten Wert geändert wird. Zu diesem Zeitpunkt tritt eine große Vibration und ein großes Geräusch auf, und die Haltbarkeit der Kontaktflächen beider Spiralglieder ist verringert.
Das US-Patent Nr. 3 817 664 zeigt einen anderen Aufbau zur Verhinderung einer Überlast, bei dem das umlaufende Spiralglied sich senkrecht zu einer Hauptantriebswelle bewegt. Dieser Aufbau hat jedoch einige Nachteile. Zum Beispiel ist der Aufbau kompliziert und die Kosten sind hoch. Weiterhin ist es schwierig, die Vibrations- und Geräuscheigenschaften zu verbessern, und ein Extraraum für einen Überlastverringerungsmechanismus ist notwendig, was zu einer unerwünschten Vergrößerung der Größe des Verdichters führt.
Bei den in den Fig. 28 und 29 gezeigten rotationsverhindernden Teilen sind viele Teile erforderlich und dadurch sind hohe Kosten unvermeidbar und weiterhin ist eine Reduzierung des Gewichtes der rotationsverhindernden Teile schwierig.
In den Fig. 24 bis 27 ist jeder Ring derartig aufgebaut, daß er mit den parallel gegenüberliegenden Federn oder den Federnuten kombiniert ist, um dadurch ein Rückschlagen auf das umlaufende Spiralglied in der Umlaufrichtung und ein Lecken von verdichtetem Gas zu verringern. Dementsprechend ist es notwendig, die Parallelität der bleibenden Teile und die Breiten der Federnuten und Federn präzise auszuarbeiten. Dementsprechend muß ein Ausschneiden der Federnuten und der Seite der parallel gegenüberliegenden Federn auf jeder Oberfläche des Ringes durchgeführt werden und dadurch wird viel Zeit erforderlich, um Vorrichtungen, insbesondere Spannvorrichtungen, an dem Werkstück zu befestigen und von dem Werkstück zu entfernen und das Werkstück zu schneiden. Dementsprechend ist eine Massenproduktion solcher Ringe nicht leicht.
Weiterhin neigt beim Herstellen einer Vorform vor dem Ausschneiden durch ein Massenproduktionsverfahren, wie z. B. Stanzen oder Sintern, der Ring dazu, sich aufgrund seines bekannten Aufbaus mit Unebenheiten auf beiden Oberflächen zu verbiegen oder zu verformen. Um die Verbiegung oder Verformung zu verhindern, ist die Größe und Dicke der ursprünglichen Metallscheibe begrenzt. Dementsprechend besteht für eine Verringerung des Gewichtes des Rings usw. eine Grenze. Darüberhinaus steigen die hohen Kosten des Materials und der Bearbeitung mit der Anzahl der Bearbeitungsschritte an.
Daher kann kein konventioneller Spiralverdichter alle gewünschten Merkmale aufweisen, das sind, niedrige Kosten, exzellente Eigenschaften bezüglich Vibration und Geräusch, eine kompakte Größe und ein geringeres Gewicht der rotationsverhindernden Teile und der überlastverhindernden Mittel mit im wesentlichen effektiver Eigenschaft.

AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Spiralverdichter zu schaffen, der die Vibration und das Geräusch zu jedem Zeitpunkt verringern kann und eine exzellente Haltbarkeit hat.
Um die obengenannte Aufgabe zu erreichen, sind die Merkmale des Anspruchs 1 oder Anspruchs 14 vorgesehen.
Der Oberbegriff von Anspruch 1 und 14 weist Merkmale auf, die bereits aus dem US-Patent Nr. 3 994 633 bekannt sind.
In einem Spiralverdichter gemäß der Erfindung können Vibration und Geräusch zu jedem Zeitpunkt verringert werden und eine Verdichtungseffizienz und Haltbarkeit der gleitenden Oberflächen sind verbessert. Darüberhinaus wird eine Überlast des Verdichters schnell beseitigt, und die Größe des Verdichters ist weiter verringert. Das umlaufende Spiralglied ist in axialer Richtung innerhalb eines durch die Differenz des Zwischenraums zwischen der Abstützeinrichtung und dem ersten Spiralglied und der Dicke des entsprechenden Teils des umlaufenden Spiralglieds gegebenem Abstands beweglich. Da das umlaufende Spiralglied nicht in axialer Richtung befestigt bzw. fixiert ist, kann ein Ölfilm zur Schmierung des umlaufenden Spiralgliedes ausgebildet werden. Dementsprechend wird eine Reibung zwischen dem umlaufenden Spiralglied und dem ersten Spiralglied sehr klein gehalten, ohne die Effizienz der Verdichtung bei dem Normalbetrieb zu verringern. Wenn extrem hoher Druck auftritt und das umlaufende Spiralglied sich von dem ersten Spiralglied entfernt, berührt es nach einer durch den obengenannten Abstand gegebenen Bewegung die Abstützeinrichtung. Dadurch stoppt die Abstützeinrichtung die Bewegung des umlaufenden Spiralgliedes und ist als ein Schutz gegen eine Beschädigung des umlaufenden Spiralgliedes vorgesehen.
Gemäß dem Merkmal von Anspruch 1 wird die Abstützeinrichtung in axialer Richtung beweglich gehalten und von der stationären Struktur unter Spannung gesetzt. Die Abstützeinrichtung wird gegen die umlaufende Einrichtung vorteilhafterweise gemäß Anspruch 3 durch Druck von unter Druck gesetztem Fluid und gemäß Anspruch 6 durch elastische Kraft unter Spannung gesetzt.
Während die neuen Merkmale der Erfindung insbesondere in den beiliegenden Ansprüchen fortgesetzt werden, wird die Erfindung sowohl in ihrem Aufbau als auch in ihrem Inhalt besser verstanden, zusammen mit ihren Zielen und Merkmalen, aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die einen Spiralverdichter einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die größere Teile eines in Fig. 1 gezeigten Spiralverdichters zeigt.
Fig. 3 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die nur ein Gegenlager 20 und es umgebende Teile aus Fig. 1 zeigt.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Oldham-Ring 24 aus Fig. 1 zeigt.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die überwiegend den Zustand zeigt, daß ein Oldham-Ring 24 mit einem Gegenlager 20 gleitfähig im Eingriff ist.
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 5.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in Fig. 1.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht, die einen Teil von Fig. 7 zeigt.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in Fig. 8.
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Rückschlagventil 58 in Fig. 1 zeigt.
Fig. 11 und 12 sind Schnittansichten, die eine Zusammenwirkung einer Wicklung 18a der umlaufenden Spirale und einer Wicklung 15a der festen Spirale zeigt.
Fig. 13 und 14 sind Zeichnungen, die Eigenschaften eines Drucks des Kühlgases gegen den Drehwinkel einer Drehwendel 4 zeigen (Fig. 1).
Fig. 15 ist eine Schnittansicht, die einen Spiralverdichter einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht die ein Reed-Ventil 186 usw. in Fig. 15 zeigt.
Fig. 17 ist eine Schnittansicht, die einen Spiralverdichter einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 18 ist eine perspektivische Ansicht, die größere Teile eines in Fig. 17 gezeigten Spiralverdichters zeigt.
Fig. 19 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die nur ein Gegenlager 20 und es umgebende Teile in Fig. 1 zeigt.
Fig. 20 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Ring 82 in Fig. 17 zeigt.
Fig. 20a ist eine Schnittansicht, die eine andere Ausführungsform mit einem Gegenlager 220 und es umgebenden Teilen zeigt.
Fig. 21 ist die Schnittansicht, die einen konventionellen Spiralverdichter zeigt.
Fig. 22 ist die vergrößerte Teilansicht von Fig. 21.
Fig. 23 ist die Schnittansicht, die einen anderen konventionellen Spiralverdichter zeigt.
Fig. 24 ist eine Draufsicht, die das Kupplungsglied 3090 in Fig. 23 zeigt.
Fig. 25 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XXV-XXV in Fig. 24.
Fig. 26 ist eine perspektivische Ansicht, die einen anderen konventionellen Ring zeigt.
Fig. 27 ist die perspektivische Ansicht, die einen weiteren konventionellen Ring zeigt.
Fig. 28 ist eine Draufsicht, die einen weiteren konventionellen Ring zeigt.
Fig. 29 ist eine perspektivische Ansicht des Ringes in Fig. 28.
Fig. 30 ist die Schnittansicht, die einen anderen konventionellen Spiralverdichter zeigt.
Dabei sind einige oder alle der Figuren schematische Darstellungen zum Zwecke der Illustration und zeigen nicht notwendigerweise die tatsächlichen relativen Abmessungen oder Anordnungen der gezeigten Elemente.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gezeigt.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die einen Spiralverdichter einer ersten Ausführungsform zeigt. In der Figur steht ein Innenraum eines aus Stahl hergestellten Gehäuses 1 in Verbindung mit einer Abflußkammer 2 und ist mit einem Hochdruckgas, wie z. B. einem Kühlmittel, gefüllt. Ein Motor 3 ist in der Oberseite des Gehäuses 1 vorgesehen, und ein Verdichtungsteil ist in der unteren Seite davon vorgesehen. Ein Rotor 3a des Motors 3 ist auf einer Antriebswelle 4 befestigt, und der Innenraum des Gehäuses 1 wird durch einen Hauptrahmen 5 des Verdichtungsteils in eine Motorkammer 6 und die Ausgabekammer 2 unterteilt. Eine Aluminiumlegierung mit sehr guter Wärmeleitfähigkeit wird als Material des Hauptrahmens 5 zum Zwecke der Gewichtsverringerung und Wärmeabstrahlung an einem Lagerteil verwendet. Ein zum Anschweißen oder Verschweißen geeignetes Zwischenstück 8 ist auf eine Außenfläche des Hauptrahmens 5 geschrumpft. Eine Außenfläche des Zwischenstückes 8 berührt eine Innenfläche des Gehäuses 1 und das Zwischenstück 8 und das Gehäuse 1 sind teilweise miteinander verschweißt. Beide äußeren Endflächen des Stator 3b des Motors 3 werden durch den Hauptrahmen 5 und einen Unterrahmen 9, der in das Gehäuse 1 eingelegt ist, gehalten. Eine Antriebswelle 4 wird durch ein oberseitiges Lager 10, das in dem Unterrahmen 9 befestigt ist, ein unterseitiges Lager 11, das an einem oberen Endteil des Hauptrahmens 5 ausgebildet ist, ein Hauptlager 12, das an dem Mittelpunkt des Hauptrahmens 5 befestigt ist, und ein Gegen-Kugellager 13, das zwischen einer oberen Endfläche des Hauptrahmens 5 und einer unteren Endfläche des Rotors 3a des Motors 3 befestigt ist, drehbar gehalten. Ein Exzenterlager 14 ist an einem unteren Endteil der Antriebswelle auf ein Weise vorgesehen, daß eine Achse des Exzenterlagers 14 exzentrisch gegen diejenige der Antriebswelle 4 angeordnet ist. Ein festes Spiralglied 15, das aus einer Aluminiumlegierung gemacht ist, ist an einem unteren Ende des Hauptrahmens 5 befestigt. Das feste Spiralglied 15 weist eine spiralförmige feste Spiralwicklung 15a und eine Endplatte 15b auf. An dem Mittelpunkt der Endplatte 15b, d. h. an dem Wicklungsstartpunkt der festen Spiralwicklung 15a, ist eine Ausgabeöffnung 16 derartig ausgebildet, daß sie mit der Ausgabekammer 2 in Verbindung steht. Eine andere Kammer 17 ist außerhalb der festen Spiralwicklung 15a ausgebildet. Ein umlaufendes Spiralglied 18 weist eine spiralförmige umlaufende Spiralwicklung 18a, eine umlaufende Welle 18b und eine Platte 18c mit der Form einer Scheibe bzw. runden Scheibe auf. Die Wicklung 18a der umlaufenden Spirale ist mit der Wicklung 15a der festen Spirale derartig im Eingriff, daß dadurch zwischen ihnen eine Verdichtungskammer mit sich bewegenden Fluidräumen variablen Volumens ausgebildet wird. Die umlaufende Welle 18b wird durch das Exzenterlager 14 der Antriebswelle 4 gehalten und ist derartig angeordnet, daß sie sich auf der scheibenförmigen Platte 18c aufrichtet. Das aus einer Aluminiumlegierung gefertigte umlaufende Spiralglied 18 wird von dem festen Spiralglied 15, dem Hauptrahmen 5 und der Antriebswelle 4 umgeben. Ein aus einem hochfesten Stahl hergestelltes kurzes Rohr 4b ist auf einer Außenfläche des Exzenterlagers 14 aufgeschrumpft. Die Oberflächen der scheibenförmigen Platte 18c sind gehärtet.
Die Bewegung eines Gegenlagers 20 wird durch ein Paar von unterteilten Splinten 19 beschränkt, die an dem Hauptrahmen 5 nur in der axialen Richtung befestigt sind. Ein Abstandshalter 21 ist zwischen dem Gegenlager 20 und der Endplatte 15b des festen Spiralgliedes 15 vorgesehen, und die Länge des Abstandshalters 21 in der axialen Richtung ist etwa zwischen 0,015 bis 0,020 mm größer als die Dicke der scheibenförmigen Platte 18c in der axialen Richtung, um zu ermöglichen, einen Ölfilm zum Dichten der Oberflächen der scheibenförmigen Platte 18 auszubilden. Ein Zwischenraum 36, der zwischen einem Bodenteil des kurzen Rohres 4b der Antriebswelle 4 und der umlaufenden Welle 18b des umlaufenden Spiralgliedes ausgebildet ist, und ein Raum 37, der um die scheibenförmige Platte 18c herum ausgebildet ist, stehen miteinander durch einen Öldurchtritt 38a, der in der scheibenförmigen Platte 18c ausgebildet ist, in Verbindung.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die größere Teile des in Fig. 1 gezeigten Spiralverdichters zeigt, und Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die den Hauptrahmen 5 usw. von Fig. 1 zeigt. Fig. 6 ist eine Draufsicht auf Fig. 5. In diesen Figuren ist das Gegenlager 20 aus einer gesinterten Legierung gefertigt, die leicht durch einen Spreizkasten oder Abschlagkasten usw. gefertigt werden kann. Ein Führungsloch 99 ist präzise in dem Gegenlager 20 ausgebildet, um ein Paar von sich parallel gegenüberliegenden geraden Teilen 20a und ein Paar von bogenförmigen Teilen 20b aufzuweisen. In dem Mittelpunkt des geraden Teils 20a ist eine konkave Aussparung 98 (Fig. 6) ausgebildet. Ein Unterteilungsteil 19a (Fig. 6) des Splintes 19 ist in die gleiche Richtung ausgerichtet wie dasjenige des anderen, und seine Richtung verläuft parallel mit dem geraden Teil 20a.
Ein rotationsverhinderndes Teil (auf das im folgenden als ein Oldham-Ring Bezug genommen wird) 24 ist aus einer leichten Legierung oder einem faserverstärkten Kunstharz gefertigt, die geeignet sind zum Sintern oder Spritzgießen und inhärent eine ölimprägnierende Eigenschaft haben. Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die den Oldham-Ring 24 zeigt. Um das Gewicht zu verringern, weist der Oldham-Ring 24 dünne bogenförmige Teile 24a und ein Paar von Federteilen 24b auf. Jede obere Fläche der bogenförmigen Teile 24a liegt parallel mit jeder unteren Fläche davon. Und zwei Federteile 24b sind auf der gleichen Oberfläche miteinander parallel ausgerichtet. Die Dicke beider bogenförmiger Teile 24a ist ein wenig geringer als diejenige des Gegenlagers 20 (Fig. 5). Eine radial äußere Oberfläche des Oldham-Rings 24 wird durch ein Paar von geraden Teilen 24h und ein Paar von bogenförmigen Teilen 24i ausgebildet, die an die geraden Teile 24h anschließen. In Fig. 6 kann jedes der geraden Teile 24h auf jeder der geraden Teile 24a mit einem kleinen Zwischenraum dazwischen gleiten. Eine Seitenwand 24c jedes der Federteile 24b ist derartig angeordnet, daß sie einen rechten Winkel zu jedem der geraden Teile 20a an jedem Mittelpunkt der geraden Teile 20a einhält. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ist je eins der Federteile 20b in je eins eines Paares von Federlöchern 71 eingefügt, die in der scheibenförmigen Platte 18c des umlaufenden Spiralgliedes 18 ausgebildet sind, und es ist gleitfähig im Eingriff mit ihm. Die Ausbildung eines Innenumfangs des bogenförmigen Teils 24a (Fig. 4) ist ähnlich zu derjenigen eines Außenumfangs. In Fig. 4 kann ein Paar von flachen Hohlräumen 24d, die neben jedem der Federteile 24b ausgebildet sind, als Durchgänge von Schmieröl dienen. Ein Paar von sehr flachen Hohlräumen 24e dienen auch als Durchtritte von Schmieröl. Vier bogenförmige flache Nuten 24g dienen dazu, das Schmieröl zu speichern.
Wie in den Fig. 1 und 3 im Detail gezeigt, ist zwischen dem Hauptrahmen 5 und dem Gegenlager 20 ein Zwischenraum 27 von etwa 0,05 mm. Ein kreisförmiges Loch 28, das zu dem Zwischenraum 27 hin geöffnet ist, ist in dem Hauptrahmen 5 auf eine Weise ausgebildet, daß es oberhalb des ganzen Gegenlagers 20 angeordnet ist, und ein Paar von Gummidichtringen 70 ist zwischen dem Hauptrahmen 5 und dem Gegenlager 20 derartig vorgesehen, daß das Loch 28 dazwischen liegt.
In Fig. 1 stehen ein oberer Teil der Motorkammer 6 und die Ausgabekammer 2 miteinander durch ein überbrückendes Ausgaberohr 29 in Verbindung, welches an eine Seitenwand des Gehäuses 1 angeschlossen ist. Eine mit der Motorkammer 6 in Verbindung stehende Öffnung 72 des überbrückenden Ausgaberohrs 29 liegt neben einem oberen Spulenendteil 30 des Stators 3b. Die Öffnung 72 und ein Ausgaberohr 31 stehen miteinander durch ein Durchtrittsloch 32, das in dem Unterrahmen 9 ausgebildet ist, und eine gestanzte Platte 33, die eine Menge kleiner Löcher hat und zwischen einem Oberteil des Gehäuses 1 und dem Unterrahmen 9 angeordnet ist, in Verbindung.
Ein Ölbecken 34, das in einem unteren Teil der Motorkammer 6 vorgesehen ist, steht mit dem oberen Teil der Motorkammer 6 durch einen Kühldurchgang 35 in Verbindung, der durch Ausschneiden eines Teils einer äußeren Umfangsoberfläche des Stators 3b ausgebildet ist. Das Ölbecken 34 steht auch mit dem kreisförmigen Loch 28 durch einen Öldurchtritt 38b, der in dem Hauptrahmen 5 ausgebildet ist, in Verbindung. Weiterhin steht das Ölbecken 34 mit einer Rückdruckkammer 39, die an dem umlaufenden Spiralglied 18 ausgebildet ist, über kleine um das Hauptlager 12 herumliegende Öffnungen in Verbindung. Die Rückdruckkammer 39 steht mit dem Raum 38 in dem exzentrischen kurzen Rohr 4b durch eine in dem exzentrischen kurzen Rohr 4b ausgebildeten Ölnut 40a in Verbindung.
Der Öldurchtritt 38b steht auch mit einer spiralförmigen Ölnut 41, die an einer äußeren Umfangsfläche des unteren Teils 4a der Antriebswelle 4 ausgebildet ist, in Verbindung. Der untere Teil 4a liegt dem unterseitigen Lager 11 gegenüber, und die Ölnut 41 erstreckt sich in einen Zwischenteil des unteren Teils 4a. Der Aufbau der spiralförmigen Ölnut 41 ist derartig bestimmt, daß während der Vorwärtsrotation eine Pumpwirkung unter Verwendung der Viskosität des Schmieröls erzeugt wird.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII von Fig. 1, und Fig. 8 ist eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 7. In dem festen Spiralglied 15 (Fig. 7) stehen-beide Enden der Ansaugkammer 17 mit einem bogenförmigen Ansaugdurchtritt 42 in Verbindung. Ein zylindrisches Ansaugloch 43 ist in dem festen Spiralglied 15 über dem Ansaugdurchtritt 42 ausgebildet. Eine Achse des Ansauglochs 43 und eine Endwand 15d (Fig. 8), die an der festen Spiralwicklung 15a ausgebildet ist, stehen in rechtem Winkel zueinander. Die Endwand 15d ist eine kreisförmige Ebene, und das Ansaugloch 43 ist dadurch begrenzt. Fig. 9 ist eine Schnittansicht der Kante IX-IX von Fig. 8. Wie in Fig. 9 gezeigt, liegt der Mittelpunkt des Ansauglochs 43 von einer Bodenfläche 15c (nämlich einer oberen Oberfläche (Fig. 1) des festen Spiralgliedes 15) entfernt, und eine Öffnungsbreite W des Ansauglochs 43 ist ein wenig kleiner als ein Durchmesser des Ansauglochs 43. In Fig. 1 steht ein Ansaugloch 43 mit einem Ansaugrohr 47 eines Speichers 46 in Verbindung. In Fig. 8 ist ein kreisförmiges Rückschlagventil 50 aus dünnem Stahl in das Ansaugloch 43 eingefügt und beweglich von einem Endteil 47a des Ansaugrohres 47 (nämlich dem Zustand in Fig. 8) gegenüber der Endwand 15d (nämlich dem Zustand in Fig. 7) gehalten. Ein Durchmesser des Rückschlagventils 50 ist größer als sowohl ein Innendurchmesser des Ansaugrohrs 47, eine Länge L zwischen dem Endteil 47a und der Endwand 15d und der Öffnungsbreite W. Auf dem Rückschlagventil 50 ist Polytetrafluoroethylen oder Gummi, das ölabweisend und elastisch ist, aufgetragen.
In Fig. 1 und Fig. 7 stehen zweite Verdichtungskammern 51a und 51b, die mit weder der Ansaugkammer 17 noch der Ausgabekammer 2 in Verbindung sind, mit dem Raum 37 durch enge Einlaßlöcher 52a und 52b, eine Eingabenut 54, einen Eingabedurchgang 55 und einen Öldurchtritt 38c in Verbindung. Die Eingabelöcher 52a und 52b sind in der Endplatte 15b ausgebildet, und die Eingabenut 54 und der Eingabedurchgang 55 sind zwischen der Endplatte 15b und einer aus Kunstharz hergestellten adiabatischen Abdeckung 53 ausgebildet. Der Öldurchgang 38c ist in der Endplatte 15b ausgebildet. In dem Eingabedurchgang 58 sind ein Stahlrückschlagventil 58 und eine Spulenfeder 59 vorgesehen. Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die das Stahlrückschlagventil 58 mit einem Paar von Abschnitteilen bzw. durchtrennten Teilen 57 an einem Umfang zeigt.
Die Spulenfeder 59 (Fig. 1) drückt das Rückschlagventil 58 immer nach oben, wobei ein unteres Ende durch die adiabatische Abdeckung 53 gehalten wird. Der Öldurchtritt 38c steht mit dem Raum 37 zu dem Zeitpunkt, wenn das umlaufende Spiralglied 18 in eine in Fig. 11 gezeigte Stellung umläuft, in Verbindung. Dieser Zustand bedeutet, daß ein Beinahe-Endzustand des Volumen-Verringerungs-Schritts der dritten Verdichtungskammern 60a und 60c (Fig. 12), die mit der Ausgabeöffnung 16 in Verbindung zu bringen sind, erreicht ist. Außerhalb des obengenannten Zeitpunkts ist eine obere Öffnung des Öldurchgangs 38c durch die scheibenförmige Platte 18c (Fig. 1) des umlaufenden Spiralgliedes 18 geschlossen
Fig. 13 ist ein Diagramm, das eine Eigenschaft des Druckes des Kühlmittels gegen den Drehwinkel der Antriebswelle 4 während des Schrittes des Ansaugens, des Verdichtungsschrittes und eines Ausgabeschrittes zeigt. Eine feste Kurve 62 zeigt eine Änderung des Druckes, während der Verdichter mit normalem Druck getrieben wird, und eine gepunktete Kurve 63 zeigt eine Änderung des Druckes, während ein anormaler Druck in dem Verdichter erzeugt wird.
Fig. 14 ist auch ein Diagramm, welches der Fig. 13 ähnlich ist. Eine durchgezogene Kurve 64 zeigt eine Änderung des Druckes in den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b bei Öffnungspositionen jeweils der Eingabelöcher 52a und 52b. Eine gepunktete Kurve 65 zeigt eine Änderung des Drucks in ersten Verdichtungskammern 61a und 61b (Fig. 7), die mit der Ansaugkammer 17 bei vorbestimmten Positionen in Verbindung stehen. Eine gestrichpunktete Linie 66 zeigt eine Änderung des Druckes in den dritten Verdichtungskammern 60a und 60b, die mit der Ausgabekammer 2 bei vorbestimmten Positionen in Verbindung stehen. Eine gestrichpunktete Kurve 67 zeigt eine Änderung des Druckes bei vorbestimmten Positionen zwischen den ersten Verdichtungskammern 61a und 61b und den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b. Eine doppeltgepunktete Linie 68 zeigt eine Änderung des Druckes in der Rückdruckkammer 39.
Als nächstes wird der Betrieb des oben beschriebenen Spiralverdichters beschrieben. Wenn in Fig. 1 die Antriebswelle 4 durch den Motor 3 gedreht wird, ist das umlaufende Spiralglied 18 im Begriff, über einen Kurbelmechanismus oder eine Kurbelschwinge der Antriebswelle 4 um eine Achse zu rotieren. Da aber jeweils eines der Federteile 24b mit jeweils einem der Federlöcher 71 des umlaufenden Spiralgliedes 18 in Verbindung steht, und auch jeweils eines der geraden Teile 24h (Fig. 4) mit einem jeweiligen der geraden Teile 20a (Fig. 6) des Gegenlagers im Eingriff ist, wird eine Rotation des umlaufenden Spiralgliedes 18 um seine Achse verhindert, und es wird nur ein Umlaufen um eine Achse der Antriebswelle 4 zugelassen. Durch die Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralgliedes 18 werden die Volumen der jeweiligen Verdichtungskammern, die zwischen dem umlaufenden Spiralglied 18 und dem festen Spiralglied 15 ausgebildet sind, geändert, und dadurch wird ein Ansaugen und Verdichten des Kühlgases durchgeführt. Das Kühlgas bzw. Kühlmittelgas, das Schmieröl enthält, wird von einer anderen Vorrichtung im Kühlkreislauf, die an den Verdichter angeschlossen ist, zu dem Speicher 46 eingegeben. Dieses Kühlmittelgas wird durch das Ansaugrohr 47, das Ansaugloch 43 und den Ansaugdurchgang 42 in dieser Reihenfolge in die Ansaugkammer 17 eingelassen und in die ersten Verdichtungskammern 61a und 61b geführt, welche zwischen dem umlaufenden Spiralglied 18 und dem festen Spiralglied 15 ausgebildet sind. Weiterhin wird das Kühlmittelgas zu den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b und den dritten Verdichtungskammern 60a und 60b in dieser Reihenfolge geführt, und das Kühlmittelgas wird dadurch mehr und mehr verdichtet. Schließlich wird das Kühlmittelgas durch die Ausgabeöffnung 16 zu der Ausgabekammer 2 befördert.
Auf einer früheren Stufe nach dem Start des Verdichters von dem Gleichgewichtszustand des Druckes in dem Verdichter erfährt das umlaufende Spiralglied 18 eine Schubkraft in eine entgegengesetzte Richtung (nach oben in Fig. 1) zu der Ausgabeöffnung 16 hin durch Druck von unter Druck gesetztem Kühlmittelgas in der Verdichtungskammer. Da jedoch ein Rückdruck, der dazu verwendet wird, das umlaufende Spiralglied 18 nach unten zu drücken, noch nicht erzeugt worden ist, bewegt sich das umlaufende Spiralglied 18 in Fig. 1 nach oben, weg von dem festen Spiralglied 15 und wird durch das Gegenlager 20 gestützt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Zwischenraum von etwa 0,015 bis 0,020 mm zwischen beiden Spiralgliedern 15 und 18 in der axialen Richtung ausgebildet. Eine gewisse Menge des Kühlmittelgases fließt durch die Öffnung in eine anliegende Niederdruckseite der Verdichtungskammer, wodurch zeitweise der Druck in der Verdichtungskammer verringert wird. Die Verdichtungslast an einer früheren Stufe beim Starten wird daher verringert.
Eine anfängliche Abstützkraft, durch die das umlaufende Spiralglied 18 auf dem Gegenlager 20 getragen bzw. abgestützt wird, wird durch die elastische Kraft des Dichtringes 70 und einer Hilfskraft einer Federeinrichtung (nicht gezeigt, aber sie ist z. B. ähnlich derjenigen der Blattfeder 2023 in Fig. 30) gegeben.
Wenn in der Verdichtungskammer eine Flüssigverdichtung auftritt, was zu einem anormalen zeitweiligen Anstieg des Druckes führt, wird die auf das umlaufende Spiralglied 18 wirkende Schubkraft größer als die Druckkraft, die auf eine rückseitige (obere) Oberfläche des umlaufenden Spiralgliedes 18 wirkt. Als ein Ergebnis bewegt sich das umlaufende Spiralglied 18 in der axialen Richtung (in Fig. 1 nach oben), und dadurch wird die scheibenförmige Platte 18c von der Endplatte 18b des festen Spiralgliedes 15 abgehoben und durch das Gegenlager 20 gehalten bzw. abgefangen. Gleichzeitig wird eine Dichtwirkung der Verdichtungskammer unterbrochen, was zu einer Reduzierung des Drucks in der Verdichtungskammer und der Verdichtungslast führt.
Ausgegebenes Kühlmittelgas, das Schmieröl enthält, kehrt über das überbrückende Ausgaberohr 29 zu der Motorkammer 6 zurück. Gleichzeitig stößt das Kühlmittelgas gegen eine Seitenwand des oberen Spulenendteils 30 und kommt mit einer Oberfläche der Spulenwicklungen in Berührung. Eine gewisse Menge des Schmieröls wird dadurch von dem Kühlmittelgas getrennt. Daraufhin gelangt das Kühlmittelgas durch das Durchtrittsloch 32 und die kleinen Löcher der gestanzten Platte 33. Zu dem Zeitpunkt, indem es durch das Durchgangsloch 32 gelangt, wird die Flußrichtung geändert, und zu dem Zeitpunkt, wo es durch das gestanzte Metall 33 gelangt, wird weiter Schmieröl von dem Kühlmittelgas durch die Trägheit des Schmieröls und Hängenbleiben an dem gestanzten Metall 33 abgetrennt. Das Kühlmittelgas wird schließlich über das Ausgaberohr 31 zu dem externen Kühlmittelkreislauf abgegeben. Eine gewisse Menge des Schmieröls, die von dem abgegebenen Kühlmittelgas abgetrennt ist, dient dazu, eine Lageroberfläche des oberseitigen Lagers 10 zu schmieren. Danach gelangt das Schmieröl durch den Kühldurchgang 35 zusammen mit dem anderen Schmieröl und kühlt den Motor 3. Schließlich wird das Schmieröl in dem Ölbecken 34 in der Ausgabekammer gesammelt.
Eine gewisse Menge des Schmieröls, die in dem Ölbecken 34 gespeichert ist, wird durch eine Schraubenpumpwirkung der spiralförmigen Ölnut 41 in das Gegen-Kugellager 13 eingegeben. Durch einen Dichteffekt des sehr dünnen Ölfilms, welcher auf der Oberfläche des unteren Teils 4a der Antriebswelle 4 durch das dadurch gelangende Schmieröl ausgebildet wird, wird das Ausgabe-Kühlmittelgas in der Motorkammer 6 gasdicht von einem Raum oberhalb des Hauptlagers 12 getrennt.
Schmieröl, das gelöstes Ausgabe-Kühlmittelgas enthält, tritt durch kleine Öffnungen des Hauptlagers 12 hindurch, wodurch sich sein Druck auf einen Druck reduziert, der zwischen dem Ansaugdruck und dem Ausgabedruck liegt. Daraufhin fließt das Schmieröl mittleren Druckes in die Rückdruckkammer 39. In Fig. 5 läuft der Oldham-Ring 24 innerhalb des Führungsloches 99 des Gegenlagers 20 hin und her, und dadurch werden Volumen eines Paares von Zwischenräumen 77a und 77b, die zwischen dem Oldham-Ring 24 und dem Gegenlager 20 ausgebildet sind, wiederholt geändert. Das heißt, diese Zwischenräume 77a und 77b dienen als Pumpkammern. Weiterhin dienen die Hohlräume 24e (Fig. 4) als Ansaugdurchgänge und die Hohlräume 24d (Fig. 4) als Ausgabedurchgänge. Daher dient der Oldham-Ring 24 (Fig. 4) als Pumpstrecke. Schmieröl in der Rückdruckkammer 39 wird durch die obengenannte Pumpstrecke zirkuliert, wodurch die Gleitflächen um den Oldham-Ring 24 geschmiert werden. Andererseits fließt Schmieröl durch die Ölnut 40a, den Raum 36 und den Öldurchgang 38a in den Zwischenraum 37, wobei sein Druck sich in dieser Reihenfolge graduell verringert.
Weiterhin gelangt das Schmieröl in dieser Reihenfolge durch den Öldurchgang 38c, welcher zyklisch geöffnet wird, die Eingabenut 54 und die Eingabelöcher 52a und 52b, wobei gleichzeitig jede gleitende Oberfläche geschmiert wird, und erreicht schließlich die zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b.
Da das Ölbecken 34 auch mit dem kreisförmigen Loch 24 und dem Zwischenraum 27 (Fig. 3) in Verbindung steht, wird das Gegenlager 20 derartig gedrückt, daß es ein oberes Ende des Abstandshalters 21 (Fig. 1) durch den darauf eingegebenen Rückdruck drückt. Die scheibenförmige Platte 18c des umlaufenden Spiralgliedes 18 gleitet glatt bzw. gleichförmig mit kleinen Zwischenräumen, die zwischen dem Gegenlager 20 und der Endplatte 15b des festen Spiralgliedes 15 ausgebildet sind. Auch werden Zwischenräume zwischen der Wicklung Isa der festen Spirale und der scheibenförmigen Klappe 18c und Zwischenräume zwischen der Wicklung 18a der umlaufenden Spirale und der Endplatte 15b klein gehalten, wodurch ein Auslecken von Kühlmittelgas von oder zu der danebenliegenden Verdichtungskammer verhindert wird.
An jeweiligen Öffnungen der Eingabelöcher 52a und 52b in den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b wird der Druck, wie durch die durchgezogenen Kurve 64 in Fig. 14 gezeigt, geändert. Der unmittelbare Wert dieses Druckes kann größer sein, als der Druck (der durch die doppeltgepunktete Kurve 68 gezeigt ist) in der Rückdruckkammer 39, der entsprechend dem Druck in der Ausgabekammer 2 geändert wird, aber ein Mittelwert ist niedriger als der letztgenannte. Dementsprechend fließt in Fig. 1 Schmieröl intermittierend von der Rückdruckkammer 39 in die zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b. Auch wenn der unmittelbare Wert (die Kurve 64) des Druckes in der zweiten Verdichtungskammer 51a und 51b größer als der Druck (die Kurve 68) in der Rückdruckkammer 39 unter normalem Betriebszustand ist, wird der unmittelbare Druck durch schmale Eingabelöcher 52a und 52b verringert. Der unmittelbare Rückfluß zu der Eingabenut 54 wird dadurch verringert, und ein Druck in der Eingabenut 54 kann nicht größer werden als der Druck (die Kurve 68) in der Rückdruckkammer 39.
In den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b eingegebenes Schmieröl vermischt sich mit Schmieröl, welches zusammen mit angesaugtem Kühlmittel und Gas in die Verdichtungskammer geflossen ist und bildet einen Ölfilm, um kleine Zwischenräume zwischen beiden Spiralgliedern 15 und 18 zu dichten, wodurch ein Auslecken von Kühlmittelgas verhindert wird. Während der Ölfilm ausgebildet wird, wird Schmieröl in die Ausgabekammer 2 wiederum zusammen mit dem verdichteten Kühlmittelgas abgegeben.
Wie vorher erwähnt, wird auf einer früheren Stufe nach dem Starten des Verdichters das umlaufende Spiralglied 18 durch die elastische Kraft des Dichtrings 70 oder die Federwirkung über das Gegenlager 20 getragen bzw. abgestützt. Weiterhin empfängt das umlaufende Spiralglied 18 eine Druckkraft mittleren Druckes durch Schmieröl, welches zu der Rückdruckkammer 39 in dem Gleichgewichtslaufzustand eingegeben wird, und dadurch wird die scheibenförmige Platte 18c auf die Endplatte 18b gedrückt, wobei der Ölfilm dazwischen ausgebildet ist. Der Raum 37 wird daher gasdicht von der Ansaugkammer 17 getrennt. Das Schmieröl in der Rückdruckkammer 39 tritt auch in Zwischenräume (etwa 0,015 bis 0,020 mm) zwischen den gleitenden Oberflächen des Gegenlagers 20 und der scheibenförmigen Platte 18c ein, wodurch die Zwischenräume abgedichtet werden.
Wie in Fig. 13 und 14 gezeigt, ist in einer kurzen Zeit nach dem Kaltstart der Druck in der Ausgabekammer 2 größer als der Druck in der zweiten Verdichtungskammer 51a und 51b. Inzwischen beginnt das unter Verdichtung stehende Kühlmittelgas, von der zweiten Verdichtungskammer 51a und 51b durch den Eingabedurchgang 55 zurück in die Rückdruckkammer 39 zu fließen. Das Rückschlagventil 58 stoppt jedoch den Rückfluß in den Raum 37. Wenn der Druck in der Ausgabekammer 2 graduell ansteigt, wird Schmieröl in dem Ölbecken 34 zu der Rückdruckkammer 39 durch einen differentiellen Druck zwischen ihnen geschickt. Wenn der Druck in der Ausgabekammer 2 weiter ansteigt, wird Schmieröl in dem Raum 37 gegen die Einwirkung bzw. die Kraft der Spulenfeder 39 durch die Eingabelöcher 52a und 52b in die zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b eingegeben.
Wenn der Druck des angesaugten Kühlmittelgases direkt nach dem Kaltstart sehr hoch ist, wird der Druck in der Verdichtungskammer durch ein konstantes Verdichtungsverhältnis erhöht, was zu einem extrem hohen Druck führt. Weiterhin wird der Druck in der Verdichtungskammer im Fall einer Flüssig- Verdichtung extrem hoch. In den obengenannten Zuständen hebt das umlaufende Spiralglied 18 von dem festen Spiralglied 15 ab und wird durch das Gegenlager 20 gehalten bzw. abgefangen. Das von dem Rückdruck unter Spannung gesetzte Gegenlager 20 kann jedoch nicht eine Schubkraft abfangen, die von einem anormal hohen Druck in der Verdichtungskammer erzeugt wird und auf das umlaufende Spiralglied wirkt. Dementsprechend bewegt sich das umlaufende Spiralglied 18 nach oben (Fig. 1), so daß der Zwischenraum 27 (Fig. 3) verringert wird und die zwischen beiden Spiralgliedern 15 und 18 liegenden Zwischenräume in der axialen Richtung vergrößert werden.
Auch wenn das Gegenlager 20 in der axialen Richtung zurückgedrückt wird, so daß es mit dem Hauptrahmen 5 in Berührung kommt, wird eine Hin- und Herbewegung des Oldham- Rings 24 in gleichmäßiger und glatter Weise beibehalten. Dementsprechend wird der Druck in der Verdichtungskammer durch eine große Anzahl von Lecks des Kühlmittelgases schnell verringert, was zu einer unmittelbaren Verdichtungslastverringerung führt. Danach kehrt das Gegenlager 20 unmittelbar in seine reguläre Position zurück. Daher ist der Druck in der Rückdruckkammer 39 nicht so stark verringert, und ein stabiler Betriebszustand wird beibehalten.
Wenn eine fremde Substanz in die Zwischenräume in der axialen Richtung zwischen dem umlaufenden Spiralglied 18 und dem festen Spiralglied 15 eingebracht wird, wird das Gegenlager 18 auf die gleiche Weise, wie oben erwähnt, nach hinten gedrückt, wodurch die fremde Substanz entfernt wird.
Wenn eine unmittelbare Flüssigverdichtung bei der früheren Stufe von dem Kaltstart oder dem Gleichgewichtsbetriebszustand auftritt, steigt der Druck in der Verdichtungskammer anormal an, wie durch die gepunktete Kurve 63 (Fig. 13) gezeigt, was zu einer Verringerung der Überverdichtung führt. Da aber das Volumen des Hochdruckraumes, welcher durch die Ausgabekammer und den nachfolgenden Raum gebildet wird, hinreichend groß ist, ist der Druckanstieg in der Ausgabekammer sehr gering.
Auch wenn der Druck in der Eingabenut 54, die mit den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b in Verbindung steht, durch die Flüssigverdichtung sehr hoch ansteigt, ist der Druck in dem Raum 37 aufgrund der begrenzenden Wirkung des schmalen Öldurchgangs 38c und die Regelung des Rückschlagventils 58 nicht betroffen. Als ein Ergebnis wird der Druck in der Rückdruckkammer 39 konstant gehalten, und ein Rückdruck, der dahingehend wirkt, daß er eine Rückseite des Gegenlagers 20 drückt, wird konstant gehalten. Daher bewegt sich durch die exzessive Schubkraft, die auf das umlaufende Spiralglied 18 beim Zeitpunkt der Flüssigverdichtung wirkt, das Gegenlager 20 rückwärts (in Fig. 1 nach oben), und dadurch wird der Druck in der Verdichtungskammer verringert, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb bei normalem Zustand ermöglicht wird. Da das Gegenlager 20 sich in der Mitte der Flüssigverdichtung nach hinten bewegt, wird der Druck in der Verdichtungskammer, wie durch die strichpunktierte Linie 63a (Fig. 13) gezeigt, verringert.
Nach dem Anhalten des Verdichters empfängt das umlaufende Spiralglied 18 einen umgekehrten Umlaufdrehimpuls durch den Druck in dem Verdichter. Dadurch läuft das umlaufende Spiralglied 18 in der umgekehrten Richtung um, und ein Ausgabe-Kühlmittelgas fließt zurück in die Ansaugkammer 17. Aufgrund des Rückflusses des Ausgabe-Kühlmittelgases bewegt sich das Rückschlagventil 50 von einer Position in Fig. 7 zu einer Position in Fig. 8. Bei der Position in Fig. 8 wird, da der auf das Rückschlagventil 50 aufgetragene Polytetrafluoräthylen-Film in gewünschtem Umfang den Endteil 47a des Ansaugrohres 47 abdichtet, ein Rückfluß des Ausgabe-Kühlmittelgases dort eingedämmt. Ein rückwärtiges Umlaufen des umlaufenden Spiralgliedes 18 wird dadurch gestoppt, und ein Raum von dem Ansaugdurchgang 42 zu der Ausgabeöffnung 16 wird mit dem Kühlmittelgas des Ausgabedrucks gefüllt.
Obwohl der Druck in der Eingabenut 54 und einer unteren Seite des Eingabedurchgangs 55 zu dem Rückschlagventil 58 den Ausgabedruck annimmt, wird der Druck in einem Raum von dem Raum 37 zu der Rückdruckkammer 39 für eine Weile auf einem mittleren Druck gehalten. Danach nimmt der Druck in dem Raum von dem Raum 37 zu der Rückdruckkammer 39 graduell den Ausgabedruck an, indem eine kleine Menge Schmieröl von dem Ölbecken 34 hineinfließt. Wenn der Verdichter gestoppt wird, läuft das umlaufende Spiralglied 18 in der entgegengesetzten Richtung um und stoppt bei einer Stellung, wo die dritten Verdichtungskammern 60a und 60b vergrößert sind. Zu diesem Zeitpunkt ist die Öffnung des Öldurchgangs 38c am oberen Ende durch die scheibenförmige Platte 18c geschlossen, und dadurch wird eine Verbindung zwischen dem Raum und dem Öldurchgang 38c unterbrochen.
Da das Rückschlagventil 58 durch Einwirken einer Kraft der Spulenfeder 39 nach dem Stoppen des Verdichters auch den Eingabedurchgang 55 abdichtet, wird ein Einfließen des Schmieröls von dem Raum 37 zu der Verdichtungskammer verhindert.
Wenn der Verdichter betrieben wird, ist der Raum oberhalb des Hauptlagers 12 mit dem Ölbecken 34 in Verbindung, und ein Raum unterhalb des Hauptlagers 12 steht mit der Rückdruckkammer 39 mittleren Drucks in Verbindung. Dementsprechend wird ein differentieller Druck zwischen beiden Räumen auf beiden Seiten des Hauptlagers 12 erzeugt, und die Antriebswelle 4, an der der Rotor 3a des Motors 3 befestigt ist, wird dahingehend mit Druck beaufschlagt, daß er sich zu dem umlaufenden Spiralglied 18 hin bewegt. Diese einwirkende bzw. Druck bewirkende Kraft wird von dem Hauptrahmen 5 über das Gegenkugellager 13 empfangen. Daher wird eine Inklination bzw. eine Schrägstellung der Antriebswelle 4 innerhalb des oberseitigen Lagers 10 und des Hauptlagers 12, die durch ein Ungleichgewicht der Antriebswelle 4 oder eine Verdichtungslast bewirkt wird, verhindert, wodurch ein unerwünschter ungleichmäßiger Lagerzustand beider Lager 10 und 12 verhindert wird.
Der Hauptrahmen 5 aus der Aluminiumlegierung weitet sich aufgrund eines Temperaturanstiegs im Betriebszustand des Verdichters, und dadurch dehnt sich das Zwischenstück aus Stahl aus, um ein wenig eine Innenfläche des Gehäuses 1 mit einer äußeren Umfangsfläche zu berühren. Dadurch wird eine Gasdichtheit zwischen dem Ölbecken 34 und der Ausgabekammer 2 verbessert, und eine Befestigung zwischen dem Hauptrahmen 5 und dem Gehäuse 1 wird gefestigt, um dadurch die Steifheit zu verbessern.
In der oben genannten Ausführungsform kann Schmieröl in dem Ölbecken 34 gemäß der Betriebsbedingung des Verdichters in die ersten Verdichtungskammern 61a und 61b eingegeben werden.
Auch kann ein Ausgabe-Kühlmittelgas in der Motorkammer 6 oder ein unter mittlerem Druck stehendes Kühlmittelgas, welches in den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b usw. erzeugt wird, in dem Zwischenraum 27 oder dem kreisförmigen Loch 28 entsprechend dem Grad der Überlast oder dem Bereich auf dem Gegenlager 20, auf dem ein Rückdruck ausgeübt wird, angewandt werden.
Als nächstes werden die strukturellen Merkmale der oben erwähnten Ausführungsform noch weiter im Detail beschrieben. Wie oben erwähnt, läuft ein umlaufendes Spiralglied 18 ohne irgendeine direkte Druckwirkung durch das Gegenlager 20 während des normalen Betriebszustandes um, und variable Zwischenräume zwischen beiden Spiralgliedern 18 und 15 in axialer Richtung werden klein gehalten, wodurch ein Lecken der Verdichtung, eine Reibung und ein Springen bzw. Springschläge des umlaufenden Spiralgliedes 18 minimiert wird bzw. werden. Dadurch wird eine Verbesserung der Verdichtungseffizienz oder Verringerung der Vibration des Geräusches erreicht. Andererseits werden zum Zeitpunkt der Überlast die Zwischenräume zwischen beiden Spiralgliedern 18 und 15 in der axialen Richtung vergrößert, und verdichtetes Fluid in der Verdichtungskammer fließt durch die Öffnungen zu der Niederdruckseite. Dadurch wird ein Druck in der Verdichtungskammer verringert um die Verdichtungslast, eine Vibration und ein Geräusch, das durch eine Überverdichtung und einen Verdichtungsverlust erzeugt wird, zu verringern, und um weiterhin die Haltbarkeit der Gleitflächen zu verbessern.
Obwohl die Ausgabeöffnung 16 in dem festen Spiralglied 15 in der vorgenannten Ausführungsform ausgebildet wird, kann sie in dem umlaufenden Spiralglied 18 ausgebildet sein, um einen ähnlichen Effekt zu erreichen, wie er in dem US-Patent 4 552 518 gezeigt ist.
Obwohl die oben genannte Ausführungsform einen solchen Aufbau verwendet, daß die Zwischenräume zwischen beiden Spiralgliedern 18 und 15 in der axialen Richtung der Verdichterkammer durch die Bewegung des umlaufenden Spiralgliedes 18 nach hinten in der axialen Richtung vergrößert sind, kann ein ähnlicher Aufbau dadurch realisiert werden, daß die Zwischenräume durch die Bewegung des festen Spiralgliedes 18 nach hinten bzw. rückwärts vergrößert werden.
Da in der oben genannten Ausführungsform nur das umlaufende Spiralglied 18 in der axialen Richtung beweglich ist, ist die Anzahl der beweglichen Teile verringert, wodurch die Erzeugung einer Quelle von Vibration und Geräusch verringert ist. Da weiterhin das umlaufende Spiralglied 18, das leichter als das feste Spiralglied 15 ist, sich derartig bewegt, daß eine Überlast verringert wird, ist die Reaktionswirkung zum Verringern der Überlast aufgrund der vergleichsweise kleinen Trägheit des umlaufenden Spiralgliedes 18 schnell. Die Verringerung der Überlast wird dementsprechend effizient erreicht.
Wenn weiterhin Druck in der Verdichtungskammer im normalen Zustand ist, läuft das umlaufende Spiralglied 18, welches mit kleinen Zwischenräumen zwischen das feste Spiralglied 15 und das Gegenlager 20 gelegt ist, ohne eine durch die Verdichtung des Kühlmittelgases bewirkte Schrägstellung oder Neigung gegen die Antriebswelle 4 und eine durch ein Springen in axialer Richtung und den unausgeglichenen Lagerzustand bewirkte Kollision mit gleitfähigen Flächen gleichmäßig bzw. glatt um. Dadurch werden kleine Zwischenräume in der axialen Richtung der Verdichtungskammer gesichert, um ein Lecken von verdichtetem Kühlmittelgas zu verhindern. Dementsprechend hat der Verdichter eine hohe und stabile Verdichtungseffizienz und eine geringe Vibration und ein geringes Rauschen sowie eine ausgezeichnete Haltbarkeit. Weiterhin läuft eine Menge des flüssigen Kühlmittelgases von dem Kühlmittelkreislauf bei einer frühen Stufe vom Kaltstart zu der Verdichtungskammer zurück, und der Druck in der Verdichtungskammer steigt bei dem Verdichtungsschritt durch Flüssigverdichtung anormal an, und eine Schubkraft, die auf das umlaufende Spiralglied 18 dahingehend wirkt, daß es dahingehend gedrückt wird, daß es von dem festen Spiralglied 15 abhebt, nimmt zeitweilig einen außerordentlich hohen Wert an. Genau zu diesem Zeitpunkt werden, da das Gegenlager sich nach hinten (zu der Motorkammer 6 hin) bewegt, wobei das umlaufende Spiralglied 18 von ihm gehalten wird, die Zwischenräume zwischen dem umlaufenden Spiralglied 18 und dem festen Spiralglied 15 in der axialen Richtung vergrößert, wodurch eine Dichtung beider Spiralglieder 18 und 15 unterbrochen wird. Als ein Ergebnis wird der Druck in der Verdichtungskammer unmittelbar verringert, wodurch die Verdichtungslast verringert und die Haltbarkeit verbessert wird.
Auch wenn keine Flüssigverdichtung auftritt, wird der Druck in der Verdichtungskammer beim Starten des Verdichters aufgrund der Tatsache, daß der Ansaugdruck vergleichsweise hoch ist und das Verdichtungsverhältnis konstant ist, sehr viel höher als derjenige beim stabilen Betriebszustand. Durch Optimieren der gewöhnlichen drückenden Kraft des Gegenlagers 20 wird die Last beim Starten des Verdichters verringert.
In der oben genannten Ausführungsform wird der Druck in der Rückdruckkammer 39 zu einem mittleren Druck, das umlaufende Spiralglied 18 wird immer durch einen zusätzlichen bzw. hilfsweisen Rückdruck zu der Verdichtungskammer hin gedrückt bzw. geschoben. Entsprechend ist die von dem Rückdruck auf das Gegenlager 20 einwirkende Druckkraft verringert, und dadurch wird die Beweglichkeit des Gegenlagers 20 außerordentlich gut. Als ein Ergebnis davon bewegt sich das umlaufende Spiralglied 18, wenn der Druck in der Verdichtungskammer aufgrund der Flüssigverdichtung usw. anormal ansteigt, schnell von dem festen Spiralglied 15 weg zurück zusammen mit dem Gegenlager 20. Der Druck in der Verdichtungskammer bei einem anormalen Verdichtungszustand wird dadurch schnell verringert. Darüber hinaus trägt die Verkleinerung des Gegenlagers 20 zu derjenigen des Verdichters bei.
Da das Gegenlager 20 durch eine elastische Kraft von dem Dichtring 70 oder der Federeinrichtung vorgespannt (vorbelastet) ist, ist die Rücksetzbewegung des Gegenlagers durch die auf das umlaufende Spiralglied einwirkende Schubkraft bei einem frühen Zustand vom Starten des Verdichters, bei dem der Druck in der Verdichtungskammer zeitweise ansteigt und der Druck in der Rückdruckkammer 39 gering ist, gering. Die Zwischenräume zwischen dem festen Spiralglied 15 und dem umlaufenden Spiralglied 18 werden dadurch innerhalb eines vorbestimmten gewünschten Wertes beibehalten. Daher wird ein zu großer Zwischenraum, der zu einem Versagen der Verdichtung führt, verhindert, und der Zwischenraum 27 (Fig. 3) oberhalb des Gegenlagers 20 ist groß genug, um dem Gegenlager 20 eine hinreichende Bewegung zu ermöglichen, wodurch eine Überlast bei der Flüssigverdichtung verringert werden kann.
Der oben genannte vorbelastete Aufbau unter Verwendung einer elastischen Kraft des Dichtrings 70 aus Gummi trägt dazu bei, die Kosten der Einrichtung zum Verringern der Verdichtungslast zu reduzieren.
Da weiterhin das Rückschlagventil 58 vorgesehen ist, das nur einen Fluß von dem Raum 37 zu den zweiten Verdichtungskammern 51a und 51b zuläßt, wird ein Rückfluß von unter anormalem Hochdruck stehenden Kühlmittelgas von den zweiten Kompressionskammern 51a und 51b auch in dem Zustand verhindert, bei dem die auf das umlaufende Spiralglied 18 einwirkende Schubkraft durch einen in der Verdichtungskammer bei einer solch frühen Stufe vom Kaltstart anormal hohen Druck ansteigt, bei der der Druck des angesaugten Kühlmittelgases vergleichsweise hoch ist oder bei dem Zeitpunkt, bei dem die Flüssigverdichtung auftritt. Dementsprechend steigt der Druck in der Rückdruckkammer 39, der auf das umlaufende Spiralglied 18 als ein Rückdruck einwirkt, nicht an. Als ein Ergebnis hebt das umlaufende Spiralglied 18 von dem festen Spiralglied 15 ab, wodurch die Zwischenräume zwischen beiden Spiralgliedern 18 und 15 in der axialen Richtung vergrößert werden und der Druck in der Verdichtungskammer unmittelbar verringert wird. Dementsprechend wird eine Verringerung der Überlast schnell durchgeführt. Weiterhin trägt eine Verringerung der Last bei einer frühen Stufe vom Start an zu einer geringen Vibration und einem geringen Rauschen in dieser Stufe bei. Weiterhin wird die Haltbarkeit der Gleitflächen verbessert, und ein Leistungsverlust wird verringert.
Wenn der Druck in der Verdichtungskammer plötzlich anormal ansteigt, wird die auf das umlaufende Spiralglied 18 einwirkende Schubkraft größer als die auf die Hinterseite des umlaufenden Spiralgliedes 18 einwirkende Schubkraft. Dementsprechend bewegt sich das umlaufende Spiralglied in der axialen Richtung, und die scheibenförmige Platte 18c hebt von der Endplatte 15b des festen Spiralgliedes 15 ab, wobei die Rückdruckkammer 39 und die Ansaugkammer 17 zueinander gasdicht gehalten werden, so daß ein Abdichten beider Spiralglieder 18 und 15 in der axialen Richtung unterbrochen wird. Dadurch wird der Druck bei der Verdichtung verringert, und eine Verdichtungslast wird reduziert. Dementsprechend wird eine Beschädigung des Verdichters oder ein Abnutzen der Gleitflächen verhindert, wodurch die Haltbarkeit des Verdichters verbessert wird.
Wenn der Druck in der Verdichtungskammer trotz des Unterbrechens der Dichtung nicht verringert wird, bewegt sich das Gegenlager 20 rückwärts gegen die einwirkende Kraft des Schmieröls, um den Zwischenraum 27 (Fig. 3) mit der daraufliegenden scheibenförmigen Platte 18c zu verringern. Dadurch bewegt sich das umlaufende Spiralglied 18 weiter weg von der Endplatte 15b des festen Spiralgliedes 15, um die Zwischenräume zwischen beiden Spiralgliedern 18 und 15 in der Axialrichtung zu vergrößern. Als ein Ergebnis wird der Druck in der Verdichtungskammer schnell verringert, wodurch die Kompressionslast verringert wird und eine Beschädigung des Verdichters und ein Abnutzen der Gleitflächen verhindert wird. Auch wird die Haltbarkeit des Verdichters verbessert. Wenn ein großer fremder Gegenstand in den Zwischenraum zwischen beiden Spiralgliedern 18 und 15 gelangt, bewegt sich das umlaufende Spiralglied 18 auf die gleiche Weise wie oben beschrieben rückwärts. Die fremden Gegenstände werden dann zusammen mit dem Fluß des verdichteten Kühlmittelgases entfernt. Als ein Ergebnis wird eine anormale Abnutzung beider Spiralglieder 18 und 15 verhindert, wodurch ein Lecken des Kühlmittelgases und eine Verringerung der Verdichtungseffizienz verhindert wird.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist der Oldham-Ring 24 von einem derartig einfachen Aufbau, daß eine Unebenheit auf einer Oberfläche ausgebildet ist. Dementsprechend wird der Oldham- Ring 24 durch das geeignetste Herstellungsverfahren unter den verschiedenen Verfahren hergestellt, und eine Verformung des bogenförmigen Teils 24a ist gering. Weiterhin ist es leicht, die Federteile 24b genau zu schneiden, und es ist möglich, das Gewicht durch eine dünnere Ausbildung zu verringern.
Da ein Zwischenraum eines Paares von geraden Teilen 24h oder eines Paares von geraden Teilen 20a hinreichend groß ist und der Aufbau einfach ist, werden die Genauigkeit und die Steifigkeit der Schneidwerkzeuge oder Stanzvorrichtungen der Metallformvorrichtung verbessert, wodurch es erleichtert wird, die geraden Teile zu schneiden oder zu formen. Als ein Ergebnis ist die Genauigkeit der geraden Teile hoch, und die Bearbeitungskosten sind verringert. Dementsprechend werden Zwischenräume zwischen dem Gegenlager 20 und dem Oldham-Ring 24 verringert. Weiterhin wird die Trägheitsänderung zu dem Zeitpunkt, wenn der Oldham-Ring 24 seine Bewegungsrichtung ändert, verringert, und ein freies Spiel des Oldham-Rings 24, das auf den Zwischenräumen zwischen dem Gegenlager 20 und dem Oldham-Ring 24 beruht, wird auch minimiert. Die auf das Gegenlager 20, das in der Axialrichtung beweglich ist, einwirkende Vibration wird dadurch verringert. Da die scheibenförmige Platte 18c zwischen der Endplatte 15b des festen Spiralgliedes 15 und dem Gegenlager 20 mit kleinen Zwischenräumen gehalten wird, tritt eine Schrägstellung des umlaufenden Spiralgliedes 18 gegen die Antriebswelle 4 oder ein Springen des umlaufenden Spiralgliedes 18 in der axialen Richtung bei einer normalen Änderung der Verdichtungslast oder bei einer Beschleunigung, Verringerung der Geschwindigkeit oder einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb nicht auf, wodurch ein ruhiger Betrieb mit minimaler Vibration bewirkt wird.
Wenn das umlaufende Spiralglied 18 sich rückwärts bewegt, wird der Umfangsbereich der scheibenförmigen Platten 18c durch das Gegenlager 20 abgestützt. Dementsprechend wird eine Schrägstellung der scheibenförmigen Platte 18c minimiert, und eine Nichtübereinstimmung der Achsen des umlaufenden Spiralgliedes 18 und des Lagers 14 wird verhindert. Die Haltbarkeit des Lagers 14 wird dadurch verbessert.
Der Oldham-Ring 24 läuft hin und her, um der Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralgliedes 18 zu folgen, und dadurch wird eine Position eines Mittelpunktes der Schwerkraft des umlaufenden Spiralgliedes 18 geändert. Da aber der Oldham-Ring 24 dieser Ausführungsform leichtgewichtig ist, wird eine Änderung des Mittelpunktes der Schwerkraft gering und ein Ungleichgewicht der Antriebsvorrichtung reduziert. Eine Vibration des Verdichters ist dadurch auch bei einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb gering.
Bereiche der geraden Teile 24h (Fig. 4) und 20a (Fig. 6) sind hinreichend groß, um die Last zu verringern, und ein freies Spiel des Oldham-Rings 24 wird minimal gehalten. Dementsprechend tritt keine kleine Rotation des umlaufenden Spiralgliedes 18 auf, wodurch die Änderung der Zwischenräume zwischen beiden Spiralgliedern 18 und 15 in der Umfangsrichtung beseitigt wird und ein Lecken des verdichteten Kühlmittelgases verringert wird. Da die geraden Teile 24h und 20a hinreichend lang sind, so daß die jeweiligen Zwischenräume 77a und 77b, in denen Schmierölmengen wiederholt unter Druck gesetzt werden, nicht miteinander in Verbindung stehen. Dementsprechend wird bei einem Niedergeschwindigkeitsbetrieb eine Ölzuführ hinreichend durchgeführt.
Das Gegenlager 20 von der Form einer flachen Platte dient sowohl als rotationsverhindernde Einrichtung als auch als Einrichtung zum Verringern der Überlast innerhalb des kleinen dafür benutzten Zwischenraums in der Axialrichtung.
Da die konkave Aussparung 98 (Fig. 6) als ein Ölbecken für Schmieröl dient, werden die Gleitflächen des Gegenlagers 20 und des Oldham-Rings 24 hinreichend geschmiert. Eine Reibung und Abnutzung werden dadurch minimiert, und ein Leistungsverlust und eine Vibration werden verringert. Da weiterhin die konkave Aussparung 58 als eine Dämpfeinrichtung dient, wird ein mechanisches Geräusch, das auf den Gleitflächen des Gegenlagers 20 und des Oldham-Rings 24 erzeugt wird, reduziert.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 15 ist eine Schnittansicht, die einen Spiralverdichter der zweiten Ausführungsform zeigt. Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines festen Spiralgliedes 115 und eines Reed-Ventils 186 zeigt, das in Fig. 15 darauf angeordnet ist. In Fig. 15 sind die zwei aus Stahl hergestellten Kammergehäuse 101a und 101b mit einer ringförmigen Aufschweißraupe oder Aufschweißmaterial 181 verschweißt, wodurch sie hermetisch miteinander verbunden sind. Ein Umfangsteil einer Zwischenplatte 180 ist auch mit der Aufschweißraupe 181 zusammen mit den Gehäusen 101a und 101b verschweißt. Die Zwischenplatte 180 ist aus einem weichen Stahl hergestellt, und ein Hauptrahmen 105 ist darauf befestigt. Ein durch die Gehäuse 101a und 101b umgebener Raum wird durch die Zwischenplatte 180 in eine Ausgabekammer 102 einer oberen Seite und eine Antriebskammer 106 einer unteren Seite (Niederdruckseite) unterteilt.
Ein Motor 103 wird durch den Hauptrahmen 105 gehalten und durch eine Leistungsversorgung (nicht gezeigt), die mit einem (nicht gezeigten) Inverter gespeist wird, angetrieben. Eine Umlaufwelle 118b eines umlaufenden Spiralgliedes 108 ist in ein exzentrisches Loch 136 eingefügt, das in einem oberen Ende einer Antriebswelle 104 ausgebildet ist, die durch den Motor 103 gedreht wird. Ein Oldham-Ring 124, der dazu dient, eine Rotation des umlaufenden Spiralgliedes 118 zu verhindern, ist mit einem Loch 120a des Gegenlagers 120 und einem Loch 171 des umlaufenden Spiralgliedes 118 im Eingriff. Das Gegenlager 120 ist durch eine begrenzende Wirkung eines Splints (nicht gezeigt) nur in der axialen Richtung beweglich. Das feste Spiralglied 115, das mit dem umlaufenden Spiralglied 118 im Eingriff ist, ist durch Bolzen an der Zwischenplatte 180 befestigt, und eine Ausgabeöffnung 116 ist in einer Endplatte 115b des festen Spiralgliedes 115 ausgebildet. Eine Schmiersteuerungs-Ventileinheit 182 vom Blattventiltyp ist auf einer oberen Oberfläche der Endplatte 115b befestigt.
Das Gegenlager 120 wird immer derartig unter Druck gesetzt, daß es durch die elastische Kraft des Gummidichtrings 170 auf das umlaufende Spiralglied 118 drückt, und es wird durch eine Berührung mit der Zwischenplatte 180 in einer Aufwärtsbewegung (in Fig. 15) beschränkt. An der obersten Position des Gegenlagers 120 werden Zwischenräume zwischen dem Gegenlager 120 und dem umlaufenden Spiralglied 118 als sehr klein ausgewählt (etwa 0,020 mm), so daß das umlaufende Spiralglied 118 gegen das feste Spiralglied 115 gedrückt wird und darauf glatt umläuft.
Ein Bodenteil der Ausgabekammer 102 dient als ein Ölbecken 134, und ein schirmartig gestanztes Metall 133 mit einer Menge kleiner Löcher ist an dem Gehäuse 101a befestigt. Zwischen dem Gehäuse 101a und dem gestanzten Metall 133 ist ein Kunstharzfilter 183 aus feinem Draht gestopft bzw. eingelegt. Die Ausgabekammer 102 steht mit der Antriebskammer 106 durch ein Ausgaberohr 131, das auf einer oberen Oberfläche des Gehäuses 101a vorgesehen, einen externen Kühlmittelkreislauf (nicht gezeigt) und ein Ansaugrohr 147, das neben dem Gehäuse 101b vorgesehen ist, in dieser Reihenfolge in Verbindung. Ein unteres Teil der Antriebskammer 106 dient als ein Ölbecken 184. Die Schmiersteuerventileinheit 182 weist das Reed-Ventil 186 aus dünnem Stahl und eine Abdeckung 187 auf. Die Abdeckung 187 ist an der Endplatte 115b zusammen mit der Abdeckung 187 befestigt. Ein abgrenzender Durchgang wird gebildet durch einen Ventilraum 188 zwischen der Abdeckung 187 und der Endplatte 115b, ein Durchgangsloch 189 des Reed-Ventils 186 und einen sehr engen Eingabedurchgang 152, der in der Endplatte 155b ausgebildet ist. Zweite Verdichtungskammern 151a und 151b, die weder mit der Ausgabekammer 102 noch mit Ansaugkammer 117 in Verbindung stehen, werden mit dem Ölbecken 134 durch einen ersten Ölzuführungsdurchgang in Verbindung gesetzt, der den oben erwähnten begrenzenden Durchgang enthält. Das umlaufende Spiralglied 118 weist eine scheibenförmige Platte 118c und eine Wicklung 118a der umlaufenden Spirale auf, wobei die Wicklung auf der scheibenförmigen Platte 118c ausgebildet ist. Die scheibenförmige Platte ist zwischen das feste Spiralglied 115 und das Gegenlager 120 gelegt. Ein Rückdruckkammer 139 ist in der scheibenförmigen Platte 118c, dem Gegenlager 120 und der Antriebswelle 104 ausgebildet. Ein Ölzuführungsdurchgang, der von dem Weg des ersten Zuführungsdurchgangs abzweigt, wird durch einen Ventilraum 188, ein U-förmiges Durchgangsloch 189a (Fig. 16) des Reed-Ventils 186, einen Öldurchgang 138a, der in der Endplatte 115b ausgebildet ist, einen sehr engen Öldurchgang 138b, der in der Zwischenplatte 180 ausgebildet ist, einen Öldurchgang 138c, der in dem Hauptrahmen 105 ausgebildet ist, einen Zwischenraum 127, der zwischen dem Gegenlager 120 und dem Hauptlager 105 ausgebildet ist und durch den Dichtring 170 rundherum getragen und abgedichtet wird, und einen Öldurchgang 138d, der in dem Gegenlager 120 ausgebildet ist, gebildet. Die Rückdruckkammer 139 ist auf diese Weise mit dem ersten Ölzuführungsdurchgang in Verbindung gesetzt.
Ein begrenzender Durchgang wird durch eine Öffnung an einem Hauptlager 112, eine Öffnung an einem Exzenterlager 114, ein Ölloch 190, das exzentrisch bzw. außermittig in der Antriebswelle 104 ausgebildet ist, ein laterales Loch 191, eine Ölnut 193 zwischen einem niederseitigen Lager 192, das in einem unteren Teil des Hauptrahmens 105 und dem Hauptlager 112 ausgebildet ist, und einen Zwischenraum auf dem unterseitigen Lager 192 gebildet. Die Rückdruckkammer 139 steht mit der Antriebskammer 106 durch einen ersten Schmierdurchgang in Verbindung, der den oben genannten begrenzenden Durchgang enthält.
Die Rückdruckkammer 139 und die Ansaugkammer 117 stehen miteinander durch einen zweiten Schmierdurchgang in Verbindung, der durch einen Zwischenraum zwischen dem Gegenlager 120 und der scheibenförmigen Platte 118c und Zwischenräumen auf dem Oldham-Ring 124 gebildet wird.
Als nächstes wird der Betrieb des Spiralverdichters der zweiten Ausführungsform beschrieben. Wenn die Antriebswelle 104 durch den Motor 103 gedreht wird, läuft das umlaufende Spiralglied 118 um eine Achse der Antriebswelle 104 um. Angesaugtes Kühlmittelgas fließt durch das Ansaugrohr 147 von dem Kühlkreislauf, der an den Verdichter angeschlossen ist, in die Antriebskammer 106. Bei der Antriebskammer 106 wird eine gewisse Menge von Schmieröl, das in dem Kühlmittelgas enthalten ist, von dem Kühlmittelgas getrennt, und anschließend wird das Kühlmittelgas durch einen Ansaugdurchgang 194 in die Ansaugkammer 117 gesaugt. Zwischen dem umlaufenden Spiralglied 118 und dem festen Spiralglied 115 sind erste, zweite und dritte Verdichtungskammern auf die gleiche Weise wie in Fig. 7 gezeigt ausgebildet. Durch eine Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralgliedes 118 wird das Kühlmittelgas in die erste Verdichtungskammer befördert (nicht gezeigt). Weiterhin wird das Kühlmittelgas in dieser Reihenfolge zu den zweiten Verdichtungskammern 151a und 151b und den dritten Verdichtungskammern (nicht gezeigt) befördert, und das Kühlmittelgas wird dadurch mehr und mehr verdichtet. Schließlich wird das Kühlmittelgas durch die Ausgabeöffnung 116 in die Ausgabekammer 102 ausgegeben.
Zu dem Zeitpunkt, wo es durch das gestanzte Metall 133 und den Filter 183 gelangt, wird eine gewisse Menge von Schmieröl, die in dem Kühlmittelgas enthalten ist, von dem Kühlmittelgas durch das Gewicht des Schmieröls und Haftenbleiben an dem gestanzten Metall 133 oder dem Filter 183 getrennt, und das abgetrennte Schmieröl wird in dem Ölbecken gesammelt. Das restliche Schmieröl wird zusammen mit dem ausgegebenen Kühlmittelgas durch ein Ausgaberohr 131 an den externen Kühlmittelzyklus abgegeben und kehrt zusammen mit dem angesaugten Kühlmittelgas durch ein Ansaugrohr 147 zu dem Verdichter zurück.
Für eine kurze Weile nach dem Kaltstart des Verdichters ist der Druck in der Ausgabekammer 102 niedriger als der Druck in den zweiten Verdichtungskammern 151a und 151b. Dementsprechend wird Schmieröl in dem Ölbecken 134 nicht in den ersten Zuführungsdurchgang eingegeben. Weiterhin wird ein Rückfluß von unter Verdichtung stehendem Kühlmittelgas von den zweiten Verdichtungskammer 151a und 151b zu dem Ölbecken 134 durch die Wirkung des Reed-Ventils 186 verhindert, und ein Einfließen in den Zwischenraum 127 und die Rückdruckkammer 139 wird auch verhindert. Jede Gleitfläche wird nur durch darauf verbleibendes Schmieröl geschmiert.
Da der Druck in der Rückdruckkammer 139 und dem Zwischenraum 127 bei einer frühen Stufe nach dem Start des Verdichters niedrig ist, bewegt sich das Gegenlager 120 ein wenig rückwärts (in Fig. 15 nach unten), um dadurch die Verdichtungslast bei dieser Stufe zu verringern.
Nach einer kurzen Zeitdauer nach dem Kaltstart des Verdichters wird der Druck in der Ausgabekammer 102 größer als derjenige in den zweiten Verdichtungskammern 151a und 151b, und Schmieröl in dem Ölbecken 134 fließt in den ersten Ölzuführungsdurchgang, indem das Reed-Ventil 186 angehoben wird. Auf dem Weg von dem ersten Ölzuführungsdurchgang wird der Druck des Schmieröls graduell verringert, und das Schmieröl wird durch differentiellen Druck in die zweiten Verdichtungskammern 151a und 151b eingegeben. Weiterhin wird der Druck des Schmieröls beim Durchtreten durch den Öldurchgang 138a, 138b und 138c in dieser Reihenfolge graduell verringert. Dadurch ist der Druck des Schmieröls schließlich auf einen mittleren Druck des Ausgabedrucks und Ansaugdrucks eingestellt, und das Schmieröl mittleren Drucks wird durch differentiellen Druck in einen Zwischenraum 127 und die Rückdruckkammer 139 eingegeben.
Das Schmieröl, welches durch den differentiellen Druck in die zweiten Verdichtungskammern 151a und 151b eingegeben wird, vermischt sich mit dem Schmieröl, welches zusammen mit angesaugtem Kühlmittelgas in die Verdichtungskammer geflossen ist, und bildet einen Ölfilm, um kleine Zwischenräume zwischen beiden Spiralgliedern 115 und 118 abzudichten, wodurch ein Lecken des Kühlmittelgases verhindert wird. Während der Ausbildung des Ölfilms wird das Schmieröl zusammen mit dem verdichteten Kühlmittelgas in die Ausgabekammer 102 abgegeben.
Das Schmieröl mittleren Drucks, welches in den Zwischenraum 127 und den Rückdruckabschnitt 139 eingegeben worden ist, bewirkt einen Rückdruck, um das umlaufende Spiralglied 118 in Fig. 15 nach oben zu drücken, wodurch die nach unten auf das umlaufende Spiralglied 118 wirkende Schubkraft verringert wird, wobei das umlaufende Spiralglied durch den Druck in der Verdichtungskammer dazu neigt, von dem festen Spiralglied 115 abzuheben. Folglich ist eine durch das umlaufende Spiralglied 118 auf das Gegenlager 120 wirkende Schubkraft verringert, und das Gegenlager 120 wird derartig gedrückt, daß es die Zwischenplatte 180 berührt. Das umlaufende Spiralglied 118 ist zwischen das feste Spiralglied 115 und das Gegenlager 120 mit kleinen Zwischenräumen gelegt, wodurch eine glatte Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralgliedes 118 ermöglicht wird. Da der Rückdruck in der Rückdruckkammer 139 derartig eingestellt ist, daß es dem umlaufenden Spiralglied 118 nicht ermöglicht wird, von dem Gegenlager 120 abzuheben, sind die Rückdruckkammer 139 und die Ansaugkammer 117 gasdicht voneinander getrennt. Der Druck des Schmieröls wird verringert, indem es durch sehr schmale Zwischenräume zwischen dem umlaufenden Spiralglied 118 und dem Gegenlager 120 hindurchtritt. Weiterhin schmiert das Schmieröl Gleitflächen auf dem Oldham-Ring 124 und wird mit dem angesaugten Kühlmittelgas gemischt. Daraufhin gelangt das Schmieröl durch den ersten Schmierdurchgang, einen Zwischenraum zwischen der umlaufenden Welle 118b und dem Exzenterlager 114, einen Raum 136, das Ölloch 190 und das laterale Loch 191 in dieser Reihenfolge, wodurch ein Ölzuführungsdurchgang gebildet wird. Das Schmieröl wird dadurch zu der Ölnut 193 befördert. Auch fließt Schmieröl durch einen Zwischenraum an dem Hauptlager 112 in die Ölnut 193. Weiterhin fließt das Schmieröl in der Ölnut 193 durch kleine Zwischenräume auf dem unterseitigen Lager 193 in die Betriebskammer 106. Während es durch diese Zwischenräume gelangt, wird der Druck des Schmieröls schließlich auf einen niedrigen Druck reduziert. Eine gewisse Menge des Schmieröls in der Betriebskammer 106 vermischt sich mit dem angesaugten Kühlmittelgas und fließt wieder in die Verdichtungskammer. Das andere Schmieröl wird in dem Ölbecken 184 gesammelt. Schmieröl in dem Ölbecken 184 wird durch Strahlung bzw. Strahlungsabgabe über das Gehäuse 101b gekühlt. Wenn der Ölpegel des Schmieröls in dem Ölbecken 184 größer wird als die vorbestimmte Höhe, spritzt ein Rotor 103a des Motors 103 das Schmieröl in die Antriebskammer 106. Das Schmieröl wird dadurch mit dem angesaugten Kühlmittelgas gemischt, und das Schmieröl enthaltende Kühlmittelgas fließt wieder in die Verdichtungskammer. Schließlich wird das Schmieröl in dem Kühlmittel in dem Ölbecken 184 gesammelt.
Wenn bei einer Vorstufe nach dem Kaltstart oder während des Gleichbewichtsbetriebszustandes eine plötzliche Flüssigverdichtung auftritt, steigt der Druck in den zweiten Verdichtungskammern 151a und 151b anormal stark an. Genau zu der Zeit wird aufgrund der Wirkung des Reed-Ventils 186 als ein Rückschlagventil ein Rückfluß von verdichtetem Kühlmittelgas von den Verdichtungskammern 151a und 151b zu dem Ölbecken 134 verhindert. Auch wird ein Rückfluß zu dem Zwischenraum 127 oder der Öldruckkammer 139 verhindert, und der Rückdruck steigt nicht an. Dem Gegenlager 120 wird es dementsprechend ermöglicht, sich rückwärts zu bewegen, wodurch ein anormaler kontinuierlicher Druckanstieg verhindert wird.
Nach dem Anhalten des Verdichters wird der Ansaugdurchgang 194 durch ein Rückschlagventil (nicht gezeigt), das darin vorgesehen ist, geschlossen. Ein Druck in einem Weg von der Ausgabekammer 102 zu der Ansaugkammer 117 gleicht sich einem Druck in der Ausgabekammer 102 an, indem er mit ihm über Zwischenräume zwischen beiden Spiralgliedern 115 und 118 in Verbindung tritt, und eine am oberen Ende vorgesehene Öffnung eines Öldurchgangs 185 wird durch das Reed-Ventil 186 geschlossen. Das Schmieröl in dem Ölbecken 134 wird direkt nach dem Anhalten des Verdichters nicht in den zweiten Verdichtungskammern 151a und 151b und die Rückdruckkammer 139 eingegeben, und das Schmieröl in der Rückdruckkammer 139 kehrt graduell durch den ersten Ölzuführungsdurchgang zu der Antriebskammer 106 zurück, bis ein diffentieller Druck unterhalb des vorbestimmten Wertes verringert ist.
Obwohl in der oben genannten Ausführungsform der Druck des Schmieröls in dem Ölbecken 134 auf einen mittleren Druck reduziert wird, um Schmieröl mittleren Drucks in den Zwischenraum 127 und Rückdruckkammer 139 einzugeben, ist eine Verringerung des Drucks des Schmieröls nicht notwendig, wenn ein anderer Aufbau des Gegenlagers und der Rückdruckkammer verwendet wird.
Als nächstes wird ein dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 17 ist ein Schnittansicht, die einen Spiralverdichter der dritten Ausführungsform zeigt, der ähnlich der ersten Ausführungsform ist. Teile, die der ersten Ausführungsform entsprechen, werden durch gleiche Bezugszeichen und Benennungen bezeichnet, und die in der ersten Ausführungsform auf diese abgegebene Beschreibung kann ähnlich angewandt werden. Fig. 18 ist ein perspektivische Ansicht, die größere Teile des in Fig. 17 gezeigt Spiralverdichters zeigt, und Fig. 19 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die Umfangsabschnitte des Gegenlagers 20 zeigt. Fig. 20 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Ring 82 zeigt.
In Fig. 17 wird ein bewegendes Gegenlager 20 durch ein Paar von Trennkeilen 19, die an dem Hauptrahmen 5 befestigt sind, auf lediglich die axiale Richtung beschränkt. Ein Abstandhalter 21 ist zwischen dem Gegenlager 20 und der Endplatte 15b des festen Spiralgliedes 15 vorgesehen, und die Länge des Abstandhalters 21 in axialer Richtung ist über 0,015 bis 0,020 mm größer als die Dicke in axialer Richtung der scheibenförmigen Platte 18c, um eine Ausbildung eines Ölfilms zum Dichten der Oberflächen der scheibenförmige Platte 18 zu ermöglichen.
Wie in den Fig. 17 und 19 gezeigt ist ein Zwischenraum 27 von etwa 0,05 mm zwischen dem Hauptrahmen 5 und dem Gegenlager 20 vorgesehen. Das kreisförmige Loch 28, das zu dem Zwischenraum 27 hin geöffnet ist, ist in dem Hauptrahmen 5 ausgebildet, und der Gummidichtring 70 ist zwischen dem Hauptrahmen 5 und dem Gegenlager 20 vorgesehen.
Wie in Fig. 19 gezeigt ist eine ringförmige Nut 81 auf dem am weitesten außen bzw. umfänglich liegenden Teil der scheibenförmigen Platte 18c des umlaufenden Spiralgliedes 18 ausgebildet. Ein Ring 82, der aus einer elastischen gesinterten Legierung hergestellt ist, ist mit kleinen Zwischenräumen in der ringförmigen Nut 81 eingebaut. Die maximale Länge dieser Zwischenräume in der axialen Richtung des umlaufenden Spiralgliedes 18 ist größer als 0,025 mm, so daß ein Ölfilm gebildet werden kann. Wie in Fig. 20 gezeigt hat ein Ring 82 einen durchgeschnittenen Bereich, der sich im freien Zustand öffnet. Ein Paar von sich gegenüberliegenden Schnittenden 82a ist in einer bezüglich der radialen Richtung schrägen Richtung ausgebildet. Ein Zwischenraum zwischen den sich gegenüberliegenden Schnittenden 82a ist derartig festgelegt, daß eine äußere umfängliche Fläche des Rings 82 eine Außenumfangsfläche der ringförmigen Nut 81 mit kleinen Zwischenräumen durch die elastische Kraft des Ringes zu dem Zeitpunkt dichtschließt, wenn der Ring 82 in der Nut 81 eingebaut ist. Sowohl die Breite der ringförmigen Nut 81 als auch des Ringes 82 sind über den ganzen Umfang derselben nicht gleichförmig, so daß der Ring 82 nicht innerhalb der ringförmigen Nut 81 rotieren kann.
Als nächstes wird der Betrieb des oben beschriebenen Spiralverdichters der dritten Ausführungsform beschrieben. Wie bereits mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben empfängt bei einer frühen Stufe nach dem Start des Verdichters vom Gleichgewichtszustand des Drucks in dem Verdichter das umlaufende Spiralglied 18 ein durch den Druck von in der Verdichtungskammer unter Druck gesetztem Kühlmittelgas eine Schubkraft in eine der Ausgabeöffnung 16 entgegengesetzte Richtung (in Fig. 17 nach oben). Da der Rückdruck, der dazu verwendet wird, das umlaufende Spiralglied 18 nach unten zu drücken, jedoch bis jetzt noch nicht erzeugt worden ist, bewegt sich das umlaufende Spiralglied 18 nach oben weg von dem festen Spiralglied 15 und wird durch das Gegenlager 20 abgestützt. Zu diesem Zeitpunkt werden Zwischenräume von etwa 0,015 bis 0,020 mm zwischen beiden Spiralgliedern 15 und 18 in der axialen Richtung ausgebildet. Eine gewisse Menge des Kühlmittelgases fließt in eine danebenliegende Niederdruckseite der Verdichtungskammer durch diese Löcher, wodurch der Druck in der Verdichtungskammer zeitweise verringert wird. Dadurch wird die Verdichtungslast bei der frühen Stufe vom Starten verringert.
Eine anfängliche Abstützkraft, durch die das umlaufende Spiralglied 18 von dem Gegenlager 20 abgestützt wird, wird durch eine elastische Kraft des Dichtrings 70 und eine Hilfsfedereinrichtung (nicht gezeigt, z. B. die Blattfeder 2023 in Fig. 30) gegeben.
Der Ring 82 läuft um, um dem umlaufenden Spiralglied 18 zu folgen, und befördert Schmieröl auf eine Kontaktfläche des Gegenlagers 20 mit der scheibenförmigen Platte 18c, wodurch Schmieröl um die ringförmige Nut 81 herum gesammelt wird. Die Zwischenräume zwischen der ringförmigen Nut 81 und dem Ring 82 und die Zwischenräume zwischen dem Ring 82 und dem Gegenlager 20 werden durch das gesammelte Schmieröl abgedichtet. Ein wesentlicher Zwischenraum zwischen der Gleitfläche der Endplatte 15b und Gleitfläche der Platte 18c mit der Form einer Scheibe oder runden Scheibe wird aufgrund der Tatsache, daß ein Ölfilm zwischen der scheibenförmigen Platte 18c und dem Gegenlager 20 gebildet wird, klein gemacht. Eine Inklination bzw. Schrägstellung und ein Springen des umlaufenden Spiralgliedes 18 werden durch den Ölfilm, der als ein Schockabsorbierer wirkt, verhindert, wodurch Vibration und Geräusch verringert werden. Dementsprechend fließen Schmieröl und darin gelöstes Kühlmittelgas nicht von der Rückdruckkammer 39 in die Ansaugkammer 17. Wenn danach ein Druck in der Rückdruckkammer 39 auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform hoch wird, wird die scheibenförmige Platte 18c dahingehend unter Druck gesetzt, daß sie die Endplatte 15b des festen Spiralgliedes 15 durch den Rückdruck drückt bzw. schiebt, und dadurch werden Zwischenräume zwischen den Spiralgliedern 15 und 18 in axialer Richtung minimiert, um die Kompressionskammer gasdicht zu schließen. Ein angesaugtes Kühlmittelgas wird dadurch effizient verdichtet, und ein stabiler Betriebszustand wird aufrechterhalten.
Wenn eine Flüssigverdichtung in der Kompressionskammer auftritt und zu einem anormalen zeitweiligen Anstieg des Druckes führt, wird eine auf das umlaufende Spiralglied 18 wirkende Kraft größer als eine schiebende Kraft, die auf eine rückseitige Fläche des umlaufenden Spiralgliedes 18 wirkt. Als ein Ergebnis bewegt sich das umlaufende Spiralglied 18 in axialer Richtung (in Fig. 17 nach oben), und dadurch hebt die scheibenförmige Platte 18c von der Endplatte 15b des festen Spiralgliedes 15 ab und wird durch das Gegenlager 20 abgefangen bzw. gehalten. Zur gleichen Zeit wird eine Dichtung der Verdichtungskammer unterbrochen, wodurch der Druck in der Verdichtungskammer und die Verdichtungslast verringert werden.
Bei einer frühen Stufe nach dem Starten des Verdichters wird das umlaufende Spiralglied 18 durch die elastische Kraft des Dichtrings 70 oder die Federeinrichtung über das Gegenlager 20 abgestützt. Weiterhin empfängt das umlaufende Spiralglied 18 eine schiebende Kraft mittleren Drucks durch Schmieröl, welches in die Rückdruckkammer 39 beim Gleichgewichtsbetriebszustand eingegeben wird, und dadurch wird die scheibenförmige Platte 18c auf die Endplatte 15b mit dem dazwischen gebildeten Ölfilm gedrückt. Der Raum 37 wird dadurch gasdicht von der Ansaugkammer 17 getrennt. Das Schmieröl in der Rückdruckkammer 39 tritt auch in Zwischenräume (etwa 0,015 bis 0,020 mm) zwischen Gleitflächen des Gegenlagers 20 und der scheibenförmige Platte 18c ein, und dieses Schmieröl wird an beiden Seiten (Innen- und Außenumfangsseiten) des Rings 82 durch dessen sammelnde Wirkung gesammelt, wodurch die kleinen Zwischenräume zwischen dem Ring 82 und der Nut 81 und die Zwischenräume (etwa 0,015 bis 0,020 mm) zwischen der scheibenförmigen Platte 18c und dem Gegenlager 20 abgedichtet werden.
Durch die Umlaufbewegung desselben neigt der Ring 82 dazu, in der ringförmigen Nut 82 zu rotieren. Aufgrund des Aufbaus des Rings 82 und der Nut 81, die derartig sind, daß eine gewisse Breite der Nut 81 kleiner als diejenige des Rings 81 ist, und daß die Außenumfangsfläche des Rings 81 diejenige der Nut 82 eng berührt, wird eine Bewegung des Rings sowohl in radialer als auch in umfänglicher Richtung der Nut 81 verhindert. Dementsprechend werden eine Abnutzung der Kontaktflächen des Rings 82 und der Nut 81 und ein durch den Kontakt des Rings 82 mit der Nut 81 bewirktes mechanisches Geräusch verhindert, und ein Ölfilm, der die Zwischenräume zwischen dem Ring 82 und der Nut 81 dichtet, wird stabil ausgebildet. Dementsprechend wird der Verdichter stabil und leise betrieben. Da weiterhin die Schnittenden 82a des Rings 82 in der Nut in Kontakt miteinander sind, wird ein Lecken des Schmieröls durch den durchgeschnittenen Bereich, der zu einer Verringerung der Verdichtungseffizienz führt, verhindert.
Da der Betrieb der anderen Teile ähnlich derjenigen der ersten Ausführungsform ist, werden Details nicht weiter beschrieben.
Obwohl es dem Gegenlager 20 ermöglicht wird, sich bis zu 0,05 mm rückwärts zu bewegen, um dadurch die Zwischenräume zwischen dem umlaufenden Spiralglied 18 und dem festen Spiralglied 15 zu vergrößern, ist eine solche große Bewegung nicht immer notwendig. Die notwendige Rückwärtsbewegung des Gegenlagers 20 wird entsprechend dem Grad der Überlast bestimmt. Insbesondere bei einem Verdichter mit einer so kleinen Versetzung, daß ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb nicht erforderlich ist, ist es ausreichend, den Zwischenraum zwischen den beiden Spiralgliedern 18 und 15 in axialer Richtung auf etwa 0,020 mm vergrößern, um dadurch den Überlastdruck in der Kompressionskammer auch zu dem Zeitpunkt einer anormalen Flüssigverdichtung unmittelbar zu verringern. Entsprechend der Verdichtungslast des Verdichters wird es ermöglicht, den Zwischenraum 27 zwischen dem Gegenlager und dem Hauptrahmen 5 und die auf das Gegenlager 20 ausgeübte elastische Kraft zu beseitigen.
Fig. 20a ist eine vergrößerte Teilschnittansicht ähnlich derjenigen von Fig. 19 und zeigt eine weitere Ausführungsform bezüglich des Gegenlagers 220 und der es umgebenden Teile. Das Gegenlager 220 ist an einem Hauptrahmen durch eine Schraube 201 befestigt. Nach diesem Aufbau tritt keine kleine Bewegung des Gegenlagers 220 in der Umfangsrichtung auf. Dadurch wird eine Bewegung des Oldham-Rings 24 und des umlaufenden Spiralgliedes 18 in der Umfangsrichtung verringert, und eine Vibration und ein Geräusch, die von im Eingriff befindlichen Teilen zwischen dem umlaufenden Spiralglied 18 und dem Oldham-Ring 24 erzeugt werden, sind minimiert. Auch kann das Gegenlager 220 integral mit Hauptrahmen 205 ausgebildet werden.
In den oben genannten drei Ausführungsformen kann der Spiralverdichter ähnlich angewandt werden, um nicht nur Kühlmittelgas, sondern auch andere Gase, wie z. B. Sauerstoff, Stickstoff oder Helium, zu verdichten.

Claims

1. Spiralverdichter, der folgende Elemente aufweist:

eine stationäre Struktur (1, 5);

ein erstes Spiralglied (15), das durch die stationäre Struktur (1, 5) gehalten wird;

ein zweites Spiralglied (18), welches von der stationären Struktur (1, 5) auf eine Weise gehalten wird, daß es in der Lage ist, eine Umlaufbewegung durchzuführen, und mit dem ersten Spiralglied (15) eingreift, um Verdichtungskammern (51a, 51b etc.) zu bilden;

eine Antriebseinrichtung (3, 4) die von der stationären Struktur (1, 5) gehalten wird und eine Umlaufbewegung macht, um das zweite Spiralglied (18) anzutreiben; und

eine rotationsverhindernde Einrichtung (24), die mit dem zweiten Spiralglied (18) in Kontakt ist um zu verhindern, daß das zweite Spiralglied (18) rotiert;

dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstützeinrichtung (20) vorgesehen ist, um Schubkraft des zweiten Spiralgliedes (18) gegen das erste Spiralglied (15) abzustützen,

daß die Abstützeinrichtung (20) von der stationären Struktur (1, 5) unter Spannung gesetzt ist und innerhalb eines vorbestimmten Hubs in einer axialen Richtung der Spiralglieder (15, 18) beweglich gehalten ist, wobei der kleinste Zwischenraum zwischen der Abstützeinrichtung (20) und dem ersten Spiralglied (15) größer gehalten ist als die Dicke des Teils des zweiten Spiralgliedes (18), das dazwischengesetzt ist, und

daß die rotationsverhindernde Einrichtung (24) von der Abstützeinrichtung (20) beweglich gehalten ist.

2. Ein Spiralverdichter nach Anspruch 1, wobei das erste Spiralglied an der stationären Struktur (1, 5) fixiert ist.

3. Ein Spiralverdichter nach Anspruch 2, wobei die Abstützeinrichtung durch Anwendung von Druck aus verdichtetem Fluid immer derart unter Druck gesetzt ist, daß sie sich gegen das zweite Spiralglied bewegt.

4. Ein Spiralverdichter nach Anspruch 3, wobei eine Rückdruckkammer (39) auf einer scheibenförmigen Platte (18c) des zweiten Spiralgliedes ausgebildet ist und die Rückdruckkammer mit einer Abflußkammer (2) in Verbindung ist.

5. Ein Spiralverdichter nach Anspruch 3, wobei eine Rückdruckkammer (39) auf einer scheibenförmigen Platte (18c) des zweiten Spiralgliedes ausgebildet ist und die Rückdruckkammer mit den Verdichtungskammern (51a, 51b) in Verbindung ist.

6. Ein Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei die Abstützeinrichtung durch elastische Kraft vorgespannt ist.

7. Ein Spiralverdichter nach Anspruch 5, der weiterhin aufweist:

ein Rückflußventil (58), welches auf dem Weg von der Rückdruckkammer zu den Verdichtungskammern vorgesehen ist und Fluid nur erlaubt, von der Rückdruckkammer zu den Verdichtungskammern zu fließen.

8. Ein Spiralverdichter nach Anspruch 3, wobei das zweite Spiralglied eine ringförmige Nut (81) und einen darin angebrachten Ring (82) aufweist, wobei ein Zwischenraum zwischen der ringförmigen Nut und dem Ring in axialer Richtung größer ist als der maximale Zwischenraum zwischen dem zweiten Spiralglied und der Abstützeinrichtung.

9. Ein Spiralverdichter nach Anspruch 8, wobei die Breiten der ringförmigen Nut und des Ringes nicht gleichmäßig über ihren ganzen Umfang sind.

10. Ein Spiralverdichter nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Ring eine Elastizität hat, um sich radial nach außen zu öffnen, und ein Außenumfang von ihm eine Außenumfangsfläche der Nut berührt.

11. Ein Spiralverdichter nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Ring einen abgeschnittenen Teil aufweist, wobei ein Paar von gegenüberliegenden Schnittenden in der ringförmigen Nut in Kontakt miteinander ist.

12. Ein Spiralverdichter nach Anspruch 3, wobei die rotationsverhindernde Einrichtung ringförmig ist und zwischen einer scheibenförmigen Platte (18c) des zweiten Spiralgliedes und der Abstützeinrichtung angebracht ist, wobei die rotationsverhindernde Einrichtung aufweist:

ein Paar von Vorsprüngen zum gleitfähigen Eingreifen mit einem Paar von Löchern, die in der scheibenförmigen Platte ausgebildet sind, und

ein Paar von sich parallel gegenüberliegenden geraden Teilen zum gleitfähigen Eingreifen mit einem Paar von sich parallel gegenüberliegenden geraden Teilen, die in der Abstützeinrichtung ausgebildet sind.

13. Ein Spiralverdichter nach Anspruch 3, wobei die rotationsverhindernde Einrichtung durch Hin- und Herlaufen in der Abstützeinrichtung eine Pumpwirkung besitzt.

14. Ein Spiralverdichter, der folgende Elemente aufweist:

eine stationäre Struktur (1, 5);

ein erstes Spiralglied (15), das von der stationären Struktur (1, 5) gehalten wird;

ein zweites Spiralglied (18), welches von der stationären Struktur (1, 5) derart gehalten wird, daß es in der Lage ist, eine Umlaufbewegung durchzuführen und mit dem ersten Spiralglied (15) eingreift, um Verdichtungskammern (51a, 51b etc.) auszubilden;

eine Antriebseinrichtung (3, 4), die von der stationären Struktur (1, 5) gehalten wird und eine Umlaufbewegung durchführt, um das zweite Spiralglied (18) anzutreiben; und

eine rotationsverhindernde Einrichtung (24), die mit dem zweiten Spiralglied (18) eingreift um zu verhindern, daß das zweite Spiralglied (18) eine Rotation durchführt, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Abstützeinrichtung (220) vorgesehen ist, um eine Schubkraft des zweiten Spiralgliedes (18) gegen das erste Spiralglied (15) abzustützen,

daß die Abstützeinrichtung (220) an der stationären Struktur (1, 5) befestigt ist, wobei der kleinste Zwischenraum zwischen der Abstützeinrichtung (220) und dem ersten Spiralglied (15) größer gehalten ist als die Dicke des Teils des zweiten Spiralgliedes (18), das dazwischengestellt ist, und

daß die rotationsverhindernde Einrichtung (24) von der Abstützeinrichtung (220) beweglich gehalten ist.