DE4136541A1 - Spiralverdichter mit optimierter kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1, sowie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6. Zusätzlich betrifft die Erfindung eine Kälteanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13 und ein Verfahren zur Verbesserung der Schwankungsstabilität eines Spiralverdichters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14 und dem Oberbegriff des Anspruchs 15.

Die Erfindung betrifft im allgemeinen einen Spiralverdichter mit einer An­ triebskupplung zur Verursachung einer zusammenwirkenden Rotation zweier För­ derelemente, wobei die Antriebskupplung zwischen den Förderelementen angeord­ net ist und optimiert wurde, um die Schwankungsstabilität eines Spiralver­ dichters während der Rotation der Förderelemente zu verbessern. Spiralver­ dichter der zuvor genannten Art weisen im allgemeinen zwei abstehende, evol­ ventenkurvenähnlich, spiralförmig verlaufende, miteinander im Eingriff stehende Begrenzungselemente auf, wobei die Begrenzungselemente um zwei ver­ schiedene entsprechende Achsen angeordnet sind. Jedes entsprechende, evol­ ventenkurvenähnlich verlaufende Begrenzungselement ist auf einer Endplatte angeordnet. Die vorderen Enden der Begrenzungselemente stehen in Kontakt oder zumindest nahezu in Kontakt mit der Endplatte des jeweils anderen Förderele­ mentes. Die Begrenzungselemente weisen jeweils eine Flankenfläche auf, die im Bewegungsablauf miteinander ein Linienkontakt und beim Stillstand der Förder­ elemente einen Ruhekontakt bilden. Die Begrenzungselemente bilden im Betrieb der Vorrichtung eine Mehrzahl sich bewegender Kammern. In Abhängigkeit von der relativen Umlaufbewegung der Begrenzungselemente bewegen sich die Kammern vom radial äußeren Ende der Begrenzungselemente zum radial inneren Ende der Begrenzungselemente und verdichten dabei das Strömungsmedium. Ebenso könnten sich die Kammern vom radial inneren Ende zum radial äußeren Ende der Begren­ zungselemente bewegen, wodurch das Strömungsmedium expandiert bzw. gefördert wird. Zur Bildung der Kammern werden die Begrenzungselemente durch eine An­ triebseinrichtung in eine einander umlaufende Bewegung verbracht. Die Förder­ elemente bzw. Begrenzungselemente drehen sich dabei nicht um ihre Achsen. Der grundsätzliche Aufbau und das Funktionsprinzip solcher Spiralverdichter sind bereits in zahlreichen Patentschriften beschrieben, so daß hier lediglich beispielhaft auf die US-PS 8 01 182 verwiesen wird.

Es wurden auch sporadische Versuche zur Entwicklung von Spiralverdichtern der in Rede stehenden Art mit zwei gemeinsam drehenden Förderelementen unternom­ men. Bei solchen Spiralverdichtern drehen beide Förderelemente gleichzeitig, jedoch um voneinander abweichende, parallele Achsen und erzeugen somit die erforderliche Umlaufbewegung zwischen den Begrenzungselementen. Im Ergebnis hat es bis heute keinen zuverlässig arbeitenden Spiralverdichter der in Rede stehenden Art mit zwei bewegbaren Förderelementen gegeben.

Im allgemeinen wird in einem Spiralverdichter der in Rede stehenden Art eine Anzahl von Drehlagern benötigt. Hierdurch verringert sich die Zuverlässig­ keit und der Wirkungsgrad einer solchen Vorrichtung. Zusätzlich wird im all­ gemeinen bei einem Verdichter der in Rede stehenden Art ein Drucklager be­ nötigt, welches auf jede der Endplatten einwirkt, um eine axiale Abtrennung der Förderelemente zu verhindern. Hierdurch nimmt im wesentlichen der Kraft­ bedarf der Vorrichtung genauso zu, wie die Zuverlässigkeit einer solchen Vor­ richtung sich im wesentlichen verringert.

Ein zusätzliches Problem muß gelöst werden, welches bei einem Spiralverdich­ ter der in Rede stehenden Art auftritt. Je nach dem, ob eine Verdichtung oder Expansion des Strömungsmediums erfolgt, entstehen Kräfte als Ergebnis des in den durch die Begrenzungselemente gebildeten Kammern eingeschlossenen Strö­ mungsmediums. Diese Kräfte weisen insbesondere zwei Kraftkomponenten auf. Der durch das Strömungsmedium hervorgerufene Druck wirkt auf die Endplatten der Förderelemente, wodurch eine Kraftkomponente in axialer Richtung entsteht und zur Abtrennung der Förderelemente führen kann. Zusätzlich wirkt der durch das Strömungsmedium hervorgerufene Druck auf die Begrenzungselemente selber, so daß eine radiale Kraftkomponente entsteht, welche ebenfalls zur Abtrennung führen kann. Weiterhin verändern sich die Abtrennungskräfte zyklisch passend zu dem zu verdichtenden Strömungsmedium, während die Förderelemente des Spi­ ralverdichters rotieren. Diese zyklische Veränderung ist eine Funktion zweier Faktoren. Der erste Faktor ist die augenblickliche Lage jeder einzelnen Druckkammer während jeder einzelnen Umdrehung, wobei die Druckkammern durch die Begrenzungselemente gebildet werden. Die Lage der Kammer ist eine Funk­ tion der winkeligen und radialen Anordnung der Mitte der Kammer in bezug auf die Mitte des Spiralverdichters für einen bestimmten Drehwinkel. Der zweite Faktor ist der momentane Druck des verdichteten Strömungsmediums, welcher sich in bezug auf die augenblickliche Lage der Druckkammer verändert. Der Druck des sich in der Druckkammer befindenden Strömungsmediums nimmt vom ra­ dial inneren Ende zum radial äußeren Ende der Begrenzungselemente ab.

Diese beiden Faktoren zusammen erzeugen ein Moment. Entscheidend ist hierbei die augenblickliche Lage, d. h. Mitte einer Druckkammer und der augenblick­ liche Druck des Strömungsmediums, also die in dieser augenblicklichen Lage auftretenden Kräfte. Als Ergebnis dieser Kräfte wirkt ein Kippmoment auf die Förderelemente, welches der sich ergebende Effekt der Momente ist, welche von jeder einzelnen Druckkammer erzeugt werden. Das Kippmoment drückt senkrecht auf die Rotationsachsen der Förderelemente und verursacht hierdurch ein Kip­ pen der Förderelemente. Bei verschiedenen Drehwinkelpositionen, während der Rotation der Förderelemente, ist die Größe des Kippmomentes deutlicher ausge­ prägt. Das tatsächliche Kippen kann in einigen Drehwinkelpositionen auftre­ ten, wohingegen es bei anderen Drehwinkelpositionen durch andere auf die För­ derelemente hinreichend wirkende Kräfte verhindert werden kann. Tatsächliches Kippen kann durch das Schaukeln oder Schwanken eines Förderelementes während der Rotation beobachtet werden.

Im allgemeinen versucht man dieses Problem durch die Einrichtung einer Axial­ kraft zu beseitigen, wobei die Axialkraft dann die Endplatten der Förderele­ mente aufeinander zu drückt. Um den durch das Strömungsmedium verursachten Abtrennkräften entgegenzuwirken, werden relativ größere Lager angeordnet. Die die Endplatten der Förderelemente zusammendrückenden Axialkräfte werden im allgemeinen mechanisch von solchen Mitteln wie Drucklagern oder Federn indu­ ziert, aber auch durch den auf die entgegengesetzte Seite einer Endplatte aufgebrachten Druck des Strömungsmediums.

Früher versuchte man bei einem Spiralverdichter der in Rede stehenden Art den Schwankungseffekt durch die einfache Erhöhung der auf die Endplatte wirkenden Axialkraft entgegenzuwirken bis die Kippmomente überwunden wurden. Hierfür waren eine große Anzahl von Lagern vorgesehen, welche die Wellen der Förder­ elemente drehbar lagerten und abstützten, um eine Versetzung der Wellen, wel­ che während des Kippens auftritt, zu verhindern. Hierfür versuchte man auch die bei der Herstellung auftretenden Toleranzen der einzelnen Komponenten zu verringern. Durch all diese Lösungen nimmt die Größe und Anzahl der Komponen­ ten eines Spiralverdichters genauso zu, wie die Anschaffungs- und Betriebsko­ sten. Natürlich hat dies auch eine Abnahme der erwarteten Lebensdauer eines Spiralverdichters der in Rede stehenden Art zur Folge.

Durch die beschriebenen Lösungsansätze wird die Wirksamkeit eines Spiralver­ dichters unerwünschterweise beeinträchtigt. Weil die Axialkraft in jedem be­ stimmten Betriebszustand konstant bleibt, ist die Axialkraft relativ hoch, wenn die Abtrennungseffekte des Kippmomentes gering sind. Dies ist im allge­ meinen häufig während eines Umlaufzyklusses der Fall. Somit wirken unnötig hohe Kräfte auf die vorderen Enden der Begrenzungselemente bei vielen Dreh­ winkelpositionen in einem Umlaufzyklus. Hieraus resultieren unnötige Rei­ bungsverluste und Abnutzung genauso wie ein übermäßiger Kraftbedarf und eine Minderung des Gesamtwirkungsgrades eines Spiralverdichters.

Zusätzlich kann ein Kippen der Förderelemente bei einigen Drehwinkelpositio­ nen während des Betriebs eines Spiralverdichters auftreten, wenn die axiale Kraftbelastung relativ hoch ist. Wenn ein Schwanken der Förderelemente auf­ tritt, können sich die vorderen Enden der Begrenzungselemente vorübergehend von der entgegengesetzt angeordneten Endplatte trennen. Dies erlaubt dem Strömungsmedium von einer Kammer mit hohem Druck in eine Kammer mit geringe­ rem Druck zu strömen. Hierdurch muß das Strömungsmedium noch einmal verdich­ tet werden, was wiederum eine Verringerung des Gesamtwirkungsgrades des Spi­ ralverdichters zur Folge hat.

Ein Spiralverdichter der in Rede stehenden Art weist eine Kupplung zur Ver­ kupplung und zur Verursachung einer zusammenwirkenden Drehbewegung der För­ derelemente auf. Durch die Funktion einer Kupplung in dem Spiralverdichter wird ein zusätzliches Moment erzeugt. Dieses Moment ist abhängig von der Ro­ tation der Kupplungsmasse, welche um einen Punkt zwischen den Achsen der För­ derelemente rotiert. Wenn der Rotationsmittelpunkt der Kupplung nicht mit dem Rotationsmittelpunkt der Förderelemente übereinstimmt, kann ein Schwanken der Förderelemente durch die Kupplung induziert werden. Das Schwanken der Förder­ elemente ist von einem Moment abhängig, welches dadurch erzeugt wird, daß die Kupplungsmasse gegenüber den Achsen der Förderelemente versetzt angeordnet ist. Der durch die Kupplung hervorgerufene Schwankungseffekt kann in manchen Fällen deutlicher ausgeprägt sein, wenn der Schwerpunkt der Kupplungsmasse nicht mit dem physischen Mittelpunkt der Kupplung übereinstimmt, so daß die Versetzung der Kupplungsmasse zunimmt.

Im allgemeinen sind die Lösungen, welche für die Schwankungseffekte der Kupp­ lung angewandt werden, identisch mit den Lösungen, welche für die Förderele­ mente angewandt werden, und es können demnach die gleichen Ergebnisse beob­ achtet werden.

Darum liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter mit einem höchstmöglichen Wirkungsgrad mit einem sehr geringen Energiebedarf und darum mit nur geringen energieverbrauchenden und gering aufwendigen Antriebs­ mitteln zu schaffen.

Zusätzlich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter zu schaffen, bei welchem das sich ergebende Kippmoment der Förderelemente in einem Spiralverdichter durch die geeignete Anordnung einer Antriebskupplung verringert und abgeschwächt wird.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter zu schaffen, welcher einfach herzustellen ist und im Betrieb eine hohe Zuverläs­ sigkeit aufweist.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter zu schaffen, welcher im Betrieb relativ zuverlässig und unempfindlich gegen Beschädigung ist.

Letztlich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter zu schaffen, welcher für die Massenproduktion geeignet und relativ billig herzustellen ist.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Kupplungsmittel zur Verkupplung des ersten und zweiten Förderelementes ein Dämpfungsmoment erzeu­ gen, und daß die Kupplungsmittel zusätzlich ein Dämpfungsmoment zur Verbesse­ rung der Schwankungsstabilität des Spiralverdichters erzeugen.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist zusätzlich dadurch gelöst, daß die Kupp­ lungsmittel zur Verkupplung des ersten und zweiten Förderelementes ein Dämp­ fungsmoment erzeugen, und daß die Kupplungsmittel zusätzlich einen Schwer­ punkt zur Erzeugung eines Dämpfungsmomentes zur Verbesserung der Schwankungs­ stabilität des Spiralverdichters aufweisen, und daß der Schwerpunkt auf einer Linie in einem Winkel phi₃ zu der Bezugslinie phi₀ angeordnet ist.

Letztendlich ist die zuvor gezeigte Aufgabe zusätzlich durch den Kennzeich­ nungsteil des Anspruches 14 und des Anspruchs 15 gelöst.

Die Lehre der Erfindung ist ein Verfahren und sind Mittel zur Verbesserung der Rotationsstabilität von wenigstens einem Förderelement oder beiden För­ derelementen in einem Spiralverdichter mit zwei zusammenwirkenden, sich dre­ henden Förderelementen. Jedes Förderelement weist eine Endplatte und daran angeordnet ein Begrenzungselement auf. Das Begrenzungselement hat einen evol­ ventenkurvenähnlich verlaufenden Bereich und steht durch Verschachtelung mit dem Begrenzungselement des anderen Förderelements in Eingriff. Die Förderele­ mente rotieren jeweils umeinander parallele Achsen.

Zur Lehre der Erfindung gehört vorzugsweise eine Kupplung, welche ein oder beide Förderelemente in dem Spiralverdichter verkuppelt und vorzugsweise als eine Oldham-Antriebskupplung zur Sicherstellung einer zusammenwirkenden Dreh­ bewegung der Förderelemente ausgeführt ist. Es ist offensichtlich, daß die Form der Kupplung verändert werden kann. Die Kupplung weist eine Masse auf, so daß der Schwerpunkt der Kupplung festgelegt und definiert ist. Der Schwer­ punkt ist so angeordnet, daß die Masse der Kupplung ein Moment entgegenge­ setzt zum Kippmoment in den Drehwinkelpositionen der Förderelemente erzeugt, in welchen ein Kippen sehr häufig auftritt.

Das durch die Kupplung erzeugte Moment soll hier als Dämpfungsmoment bezeich­ net werden. In anderen Ausführungsformen kann die Kupplung eine zusätzliche Masse aufweisen, welche so an der Kupplung angeordnet ist, daß zusätzlich die Anordnung des Schwerpunktes der Kupplung verändert wird. Durch die Erzeugung eines Momentes entgegengesetzt zu dem Kippmoment der Förderelemente wird die Schwankungsstabilität der Förderelemente während der Rotation verbessert. In bezug auf das Verfahren zur Verbesserung der Schwankungsstabilität eines Spi­ ralverdichters muß erwähnt werden, daß die Größe des augenblicklichen Mo­ ments, hier Kippmoment genannt, welches sich aus den auf das Förderelement wirkenden Kräften des Strömungsmediums ergibt, für jeden radialen Punkt oder Position während der Rotation des Förderelementes festgelegt ist. Hierdurch kann das maximale Kippmoment, welches auf das Förderelement wirkt, und die Position des Drehwinkels, bei welchem das maximale Kippmoment wirkt, festge­ stellt werden. Das augenblickliche Moment, welches durch die Kupplung erzeugt wird, kann als Dämpfungsmoment bezeichnet werden und kann als Funktion der Kupplungsmasse und der relativen Lage des Schwerpunktes der Kupplung bestimmt werden. Es ist nötig, die Kupplung nun in einer solchen winkeligen Position anzuordnen, so daß das maximale festgelegte Kippmoment, also das für die För­ derelemente als maximal bestimmte Kippmoment, hinreichend gedämpft oder ver­ ringert wird. Die Kupplung wird dann in einer vorbestimmten winkeligen Posi­ tion angeordnet, um das Schwanken der Förderelemente zu verringern.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist auf die nachfolgende Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im all­ gemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 im Schnitt einen erfindungsgemäßen Spiralverdichter mit zwei ge­ meinsamen drehenden Förderelementen,

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung einen geschlossenen Kreislauf, wie z. B. eine Kälte- oder Klimaanlage mit einem erfindungsgemäßen Spiralverdichter,

Fig. 3 den Gegenstand aus Fig. 1 im Schnitt entlang der Linie 3-3,

Fig. 3A ausschnittweise eine vergrößerte Darstellung des Gegenstandes von Fig. 3,

Fig. 4 den Effekt des auf die Förderelemente eines Spiralverdichters wir­ kenden Kippmomentes,

Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung des Kippmomentes und der axialen Kon­ taktkraft, welche während des Betriebs eines Spiralverdichters auf die Förderelemente wirken,

Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung des Kippmomentes im Zusammenhang mit verschiedenen Dämpfungsmomenten, welche während des Betriebs ei­ nes Spiralverdichters auf die Förderelemente wirken,

Fig. 7 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 3.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zum Verdichten bzw. Fördern eines Strömungsmediums handelt es sich um einen Spiralverdichter 20 der Schnecken­ bauart. In der hier bevorzugten Ausführungsform weist der Spiralverdichter 20 ein luftdicht abgeschlossenes Gehäuse 22 auf. Der Gegenstand der Erfindung kann nicht nur an einem Spiralverdichter 20 der Schneckenbauart, sondern auch an einem anderen Verdichter verwirklicht werden. Für den Fachmann durch­ schnittlichen Könnens ist es offensichtlich, daß die Merkmale des Gegenstan­ des der Erfindung sich sowohl in einem Verdichter, als auch in einer Expan­ sionsvorrichtung, in einer Pumpe, oder in einem Verdichter ohne luftdicht abgeschlossenes Gehäuse verwirklichen lassen.

In der bevorzugten Ausführungsform weist der Spiralverdichter 20 ein luft­ dicht abgeschlossenes Gehäuse 22 mit einem oberen Bereich 24, einem unteren Bereich 26 und einem mittigen äußeren Gehäuse 27 auf. Das mittige äußere Ge­ häuse 27 ist zwischen dem oberen Bereich 24 und dem unteren Bereich 26 an­ geordnet, wobei am mittigen äußeren Gehäuse 27 ein dazwischenliegender, mit­ tiger Rahmenbereich 28 angeordnet ist. Das äußere Gehäuse 27 ist im allge­ meinen ein zylindrischer Körper. Der mittige Rahmenbereich 28 weist im all­ gemeinen einen zylindrischen oder kreisringförmigen äußeren Bereich 30 und einen mittleren Bereich 32 auf, welcher sich über den Querschnitt des Spi­ ralverdichters 20 erstreckt. Der kreisringförmige äußere Bereich 30 des mit­ tigen Rahmenbereichs 28 ist größenmäßig auf das äußere Gehäuse 27 abgestimmt und kann mit diesem durch eine Preßpassung, durch eine Schweißverbindung oder durch andere geeignete Mittel abdichtend verbunden werden.

Ein im wesentlichen zylindrisches oberes Lagergehäuse 34 ist als integraler Bestandteil des mittigen Rahmenbereichs 28 ausgebildet. Das Lagergehäuse 34 ist im wesentlichen koaxial zu der Achse des kreisringförmigen äußeren Be­ reichs 30 angeordnet. Axial durch das obere Lagergehäuse 34 hindurch er­ streckt sich ein Durchgang 36 für eine Antriebswelle 84. Ein oberes Hauptla­ ger 38 ist radial innerhalb des Durchgangs 36 angeordnet. Das obere Hauptla­ ger 38 ist vorzugsweise als Drehlager ausgeführt und aus gesinterte Bronze oder ähnlichem Material gefertigt. Das obere Hauptlager 38 kann ebenso als Kugel- oder Rollenlager ausgeführt sein, so daß es auch bei Rotation belastet werden kann.

Innerhalb des oberen Bereichs 24 und des mittigen äußeren Gehäusebereichs 27 des luftdicht abgeschlossenen Gehäuses 22 ist ein Motor 40 angeordnet. Der Motor 40 ist vorzugsweise als Ein-Phasen- oder als Drei-Phasen-Elektromotor mit einem allseitig einen Rotor 44 umgebenden Stator 42 ausgeführt. Zwischen dem Stator 42 und dem Rotor 44 ist ein kreisringförmiger Raum sowohl zu unge­ hinderten Drehung des Rotors 44 innerhalb des Stators 42, als auch für einen ungehinderten Schmiermittel- oder Kältemittelfluß ausgebildet.

Für einen Fachmann durchschnittlichen Könnens ist es offensichtlich, daß der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenso andere Motoren und verschiedene ent­ sprechende Befestigungsmittel für den jeweiligen Motor vorgesehen sein kön­ nen. Z. B. kann der Stator 42 innerhalb des äußeren Gehäuses 27 durch eine Preßpassung angeordnet sein. Andere Möglichkeiten zur Sicherung des Motors 40 innerhalb des luftdicht abgeschlossenen Gehäuses 22 sind eine Mehrzahl von Bolzen oder Kopfschrauben (nicht dargestellt), für welche dann geeignete Durchgänge in den Platten des Stators 42 und mit Innengewinde versehene Boh­ rungen im mittigen Rahmenbereich 28 vorgesehen sind.

Im Spiralverdichter 20 ist ein erstes direkt angetriebenes und ein zweites indirekt angetriebenes Förderelement 76, 78 angeordnet, wobei jedes Förder­ element 76, 78 ein abstehendes evolventenkurvenähnlich verlaufendes Begren­ zungselement aufweist und die Begrenzungselemente durch Verschachtelung mit­ einander im Eingriff stehen. Das erste Förderelement 76 weist ein abstehen­ des, erstes evolventenkurvenartig verlaufendes Begrenzungselement 80 auf, welches integraler Bestandteil einer im allgemeinen ebenen Endplatte 82 ist. An der Endplatte 82 ist entgegengesetzt zum abstehenden, evolventenkurvenähn­ lich verlaufenden Begrenzungselement 80 eine Antriebswelle 84 angeordnet. Durch eine sich mittig durch die Antriebswelle 84 hindurch erstreckende mit­ tige Bohrung ist ein Auslaßkanal 86 gebildet. Der Auslaßkanal 86 ist mit ei­ ner durch eine im wesentlichen mittige Bohrung durch die Endplatte 82 hin­ durchgebildete Auslaßöffnung 88 strömungsverbunden. Die Antriebswelle 84 weist einen sich zur freien, gelagerten Drehbewegung axial durch das obere Hauptlager 38 hindurcherstreckenden Bereich 90 mit erweitertem Durchmesser und einen sich axial durch den Rotor 44 hindurch erstreckenden Bereich 92 mit verringertem Durchmesser auf. Der Bereich 92 ist mit dem Rotor 44 fest verbunden. Diese Verbindung des Rotors 44 mit dem Rotorbereich 92 der An­ triebswelle 84 ist entweder in Form einer Preßpassung oder durch Keile und dazugehörende Keilnuten ausgebildet.

Das zweite, indirekt angetriebene Förderelement 78 weist ein zweites, indi­ rekt angetriebenes Begrenzungselement 100 auf, wobei das indirekt angetrie­ bene Begrenzungselement 100 durch Verschachtelung mit dem direkt angetriebe­ nen Begrenzungselement 80 in Eingriff steht. Das indirekt angetriebene Be­ grenzungselement 100 steht von der indirekt angetriebenen Endplatte 102 ab und verläuft evolventenkurvenähnlich. Zwei geradlinige, keilförmige Stut­ zen 103 stehen von der indirekt angetriebenen Endplatte 102 ab (vgl. Fig. 3). Die keilförmigen Stutzen 103 sind außerhalb des indirekt angetriebenen Be­ grenzungselementes 100 radial gegenüberliegend angeordnet. Ein indirekt ange­ triebener Wellenstumpf 104 ist an der Endplatte 102 entgegengesetzt zum Be­ grenzungselement 100 angeordnet.

Die Bezeichnung des Förderelementes 76 als das erste Förderelement und des indirekt angetriebenen Förderelementes 78 als das zweite Förderelement ist willkürlich gewählt und dient zum besseren Verständnis der Beschreibung. Die­ ses hat keine beschränkende Wirkung in bezug auf den Gegenstand der Erfin­ dung. Es ist somit durchaus möglich, das indirekt angetriebene Förderele­ ment 78 als das erste Förderelement und das direkt angetriebene Förderele­ ment 76 als das zweite Förderelement zu bezeichnen.

Ein kreisringförmiges Lager 110 ist innerhalb ein Lagergehäuse 112 bildenden kreisringförmigen Wandung angeordnet. Dieses kann ein Gleitlager, hergestellt aus gesinterter Bronze oder ähnlichem Material, oder ein Rollen- oder Kugel­ lager sein. Die Wandung ist integraler Bestandteil des unteren Bereichs 26 des luftdicht abgeschlossenen Gehäuses 22 und dient zur drehbaren Lagerung des zweiten indirekt angetriebenen Förderelementes 78.

In der bevorzugten Ausführungsform weist die Endplatte 82 zwei radial gegen­ überliegende Fortsätze 120 auf, welche sich parallel zum ersten Begrenzungs­ element 80 erstrecken. Die Fortsätze 120 erstrecken sich von Positionen nahe der äußeren Peripherie der Endplatte 82 aus und weisen Endbereiche 122 auf. Die Fortsätze 120 sind so in Positionen angeordnet, so daß diese im allge­ meinen mit einem radialen Abstand von 90° von den Positionen der keilförmi­ gen Stutzen 103 angeordnet sind, wenn die Begrenzungselemente 80, 100 durch Verschachtelung miteinander in Eingriff stehen.

Bevorzugt werden die Fortsätze 120 auf einer Linie EE angeordnet, so daß die­ se Linie die Mittellinie oder die Rotationsachse des ersten Förderelemen­ tes 76 schneidet. Somit sind die Fortsätze im wesentlichen radial um einen Winkel von 180° gegeneinander versetzt angeordnet. So sind auch die keilför­ migen Stutzen 103 auf einer Linie KK angeordnet, wobei die Linie KK die Mit­ tellinie oder die Rotationsachse des zweiten indirekt angetriebenen Förder­ elementes 78 schneidet. Somit sind also auch die keilförmigen Stutzen 103 im wesentlichen durch einen Winkel von 180° radial gegeneinander versetzt ange­ ordnet.

Eine Kupplung in Form eines Ringes 130 kommt an der indirekt angetriebenen Endplatte 102 des zweiten Förderelementes 78 zur Anlage und steht mit dieser in einem gleitenden Eingriff. Der Ring 130 ist kreisringförmig und erstreckt sich radial außerhalb der Begrenzungselemente 80, 100, wobei er diese nicht berührt. Zusätzlich weist der Ring 130 vier geradlinige Antriebsschlitze 132a, 132b, 132c und 132d auf, welche innerhalb des Kupplungsringes 130 in einem radial gleichbleibenden Abstand angeordnet sind. Die Antriebsschlitze sind somit in einem radialen Abstand mit einem Winkel von ungefähr 90° über den kreisringförmigen Körper des Ringes 130 verteilt. Es sind somit zwei Paar ent­ gegengesetzt angeordnete Antriebsschlitze 132 vorhanden, mit den Antriebs­ schlitzen 132a und 132c als dem ersten Paar und den Antriebsschlitzen 132b und 132d als dem zweiten Paar. Wie besonders Fig. 3 zeigt, weist der Ring 130 vier im allgemeinen geradlinige verbreiterte Bereiche auf, durch welche sich die Antriebsschlitze 132 erstrecken. Die Antriebsschlitze 132 können durch eine geeignete Dimensionierung ihrer Größe an die Fortsätze und keilförmigen Stut­ zen angepaßt werden, so daß ein gleitender Eingriff hergestellt wird.

Die tatsächliche Gestalt des Ringes 130 wird ziemlich von dem herzustellen­ den gewünschten Dämpfungsmoment abhängen, so daß das entsprechende Dämpfungs­ moment vom Kupplungsring 130 erzeugt wird. Vorzugsweise ist der Ring aus Stahl, Aluminium oder einem ähnlichen Material hergestellt. Entscheidend ist, daß der Ring 130 im Stande ist die Drehkraft der erforderlichen Rotation zwi­ schen den Förderelementen 76, 78 zu übertragen. Es ist offensichtlich, daß der Ring 130 so ausgestaltet sein kann, daß dieser mehr oder weniger Masse in den verschiedenen Bereichen seines Ringraumes aufweist. Es ist auch möglich eine oder mehrere zusätzliche Massen m_a 140 mechanisch oder mit anderen Mit­ teln am Ring 130 anzuordnen. Wichtig ist, daß ein geeignetes Dämpfungsmoment, welches weiter unten beschrieben ist, erzeugt wird. Z. B. ist es möglich, den Ring 130 mit einer konstanten radialen Dicke so auszugestalten, daß das Mas­ senzentrum m_c des Kupplungsringes 130, also der Schwerpunkt cg, zentral bzw. mittig in der Kupplung 130 angeordnet ist. Natürlich ist es auch möglich, den Ring 130 mit verschiedenen radialen Dicken oder verschiedenen Höhen (in axia­ ler Richtung gemessen) auszugestalten, so daß die Masse ungleich über die Kupplung 130 verteilt ist. Dies hat zur Folge, daß das Massenzentrum m_c des Kupplungsringes 130, also der Schwerpunkt cg, exzentrisch angeordnet ist.

Für einen Fachmann durchschnittlichen Könnens ist es offensichtlich, daß meh­ rere verschiedene Ausführungsformen der Kupplungsmittel, gebildet aus den Fortsätzen 120, den keilförmigen Stutzen 103 und dem Ring 130, möglich sind. Z. B. können die Kupplungsmittel eine andere Kombination von Stutzen, Fort­ sätzen und Schlitzen aufweisen, so daß hier andere Anordnungen möglich sind. So ist es durchaus möglich, daß der Ring 130 mit daran befestigten Fortsät­ zen 120 und Stutzen 103 versehen ist und die zur Verkupplung notwendigen Schlitze in den Endplatten der Förderelemente ausgebildet sind. Für einen Fachmann durchschnittlichen Könnens ist also offensichtlich, daß funktional äquivalente Kupplungsmittel eine zusammenwirkende Drehbewegung der Förderele­ mente sicherstellen. So können auch Kupplungsmittel angewendet werden, welche einen zu ersetzbaren Schwerpunkt zur Erzeugung eines Dämpfungsmomentes im Spiralverdichter 20 aufweisen.

In Fig. 2 ist ein Spiralverdichter 20 dargestellt, wobei der Spiralverdich­ ter 20 eine Auslaßöffnung 50 und eine Ansaugöffnung 52 aufweist und in einem geschlossenen Kreislauf z. B. einer Kälte- oder Klimaanlage angeordnet ist. Für den Fachmann durchschnittlichen Könnens ist es offensichtlich, daß der Spiralverdichter 20 auch in anderen Kreislaufsystemen eingesetzt werden kann und jeder Einsatz des Spiralverdichters 20 in einer Kälte- oder Klimaanlage nur beispielhaft aufgeführt ist.

In Fig. 2 ist eine Kälteanlage mit einem erfindungsgemäßen Spiralverdichter 20 dargestellt. Sie umfaßt eine zwischen der Ausstoßöffnung 50 und einem Verflüs­ siger 60 angeordnete Auslaßleitung 54. Der Verflüssiger 60 dient zur Wärme­ entnahme aus der Kälteanlage und zum Verflüssigen des Kältemittels. Eine Lei­ tung 62 verbindet den Verflüssiger 60 mit einem Ausdehnungsventil 64. Das Ausdehnungsventil 64 könnte thermisch oder elektrisch auf das Signal eines in den Figuren nicht gezeigten Reglers hin betätigbar sein. Eine weitere Lei­ tung 66 verbindet das Ausdehnungsventil 64 mit einem Verdampfer 68. Zum Zwecke der Wärmeaufnahme wird über Leitung 66 das ausgedehnte bzw. entspannte Kältemittel vom Ausdehnungsventil 64 zum Verdampfer 68 geleitet. Schließlich leitet eine Ansaugleitung 70 das verdampfte Kältemittel vom Verdampfer 68 zum Spiralverdichter 20, in dem das Kältemittel verdichtet wird. Von dort aus ge­ langt das Kältemittel entsprechend vorangegangener Beschreibung wieder in die Kälteanlage.

Der prinzipielle Aufbau und die grundsätzliche Funktion der in Rede stehen­ den Kälteanlage mit einem erfindungsgemäßen Spiralverdichter 20 sind aus dem Stand der Technik bekannt, so daß hier auf eine detaillierte Beschreibung der Bauteile einer solchen Kälteanlage verzichtet werden kann. Ebenso könnte eine solche Kälteanlage bzw. eine Klimaanlage auch mehrere Spiralverdichter 20 enthalten. Dabei könnten die Verdichter im strömungstechnischen Sinne paral­ lel oder in Serie geschaltet sein. Auch könnten eine Vielzahl von Verflüssi­ gern 60, Verdampfern 68 oder anderen Komponenten und Einheiten, wie Kühler und Ventilatoren vorhanden sein, was hier nicht näher erörtert werden muß.

Fig. 3 und 3A zeigen im Schnitt den Gegenstand nach Fig. 1, so daß die Lehre der Erfindung noch übersichtlicher dargestellt ist. Eine Bezugslinie phi₀ ist durch die Achse D des Förderelementes 76 und die Achse I des indirekt an­ getriebenen Förderelementes 78 definiert. Wenn diese Achsen festliegen, so ist auch die Bezugslinie phi₀ in bezug auf den Spiralverdichter 20 festge­ legt. Die Linie phi₀ kann also als Bezugslinie phi₀ bezeichnet werden, weil die winkelige Anordnung der Komponenten des Spiralverdichters auf diese zu­ rückbezogen werden kann bzw. wird. Die Bezugslinie phi₀ stellt also den Punkt des Drehwinkels 0° dar. Das ist der Punkt, an welchem die äußeren Enden der entsprechenden Begrenzungselemente 80, 100 den ersten Kontakt mit dem jeweils anderen Begrenzungselement aufweisen, um die erste oder äußere Kammer zu schließen.

Die Bezugslinie phi₀ schneidet sich mit der Mittellinie C, welche koaxial zu der Achse D des ersten Förderelementes 76 und der Achse I des zweiten Förder­ elementes 78 und in der Mitte zwischen diesen angeordnet ist. Dies ist in Fig. 4 anschaulicher dargestellt, wo O den Versetzungsabstand zwischen der Achse D und der Achse I bezeichnet. Die Mittellinie C ist in einem Abstand 1/2 O von diesen Achsen angeordnet.

Fig. 3 zeigt, daß der Schwerpunkt cg der Kupplung 130 auf einer Linie winke­ lig zu der Bezugslinie phi₀, nämlich auf einer Linie im Winkel phi₃ zu der Bezugslinie phi₀, angeordnet ist um ein Dämpfungsmoment zu erzeugen. Somit weist der Kupplungsring 130, wenn dieser gleitend mit den Fortsätzen 120 und den keilförmigen Stutzen 103 im Eingriff steht, Mittel zu Verbesserung der Schwankungsstabilität der Förderelemente auf. Ergänzend für die Beschreibung muß erwähnt werden, daß die Linie EE, auf welcher die Fortsätze 120 angeord­ net sind, einen Winkel phi₁ beim Kupplungsring 130 zu der Bezugslinie phi₀ aufweist. Die Linie KK, auf welcher die keilförmigen Stutzen 103 angeordnet sind, weist einen Winkel phi₂ zu der Bezugslinie phi₀ auf.

Wenn der Schwerpunkt cg des Kupplungsringes 130 mit dem physischen Mittel­ punkt der Kupplung 130 übereinstimmt, ist der Schwerpunkt cg in einem Abstand r von der Mittellinie C angeordnet. Der Schwerpunkt cg des Kupplungsrin­ ges 130 ist auf einer Linie in einem Winkel phi₃ zu der Bezugslinie phi₀ an­ geordnet. Dies ist deutlicher in Fig. 3A dargestellt, welche einen vergrößer­ ten Ausschnitt des mittleren Bereichs der Fig. 3 zeigt. Für einen Fachmann durchschnittlichen Könnens ist es offensichtlich, daß der Winkel phi und der Abstand r die Anordnung des Schwerpunktes cg definieren, wenn der Spiralver­ dichter die in Fig. 3 beschriebene Position aufweist. Wenn der Spiralverdich­ ter im Betrieb ist, also die Förderelemente rotieren, wechselt natürlich auch die tatsächliche Lage des Schwerpunktes cg. Der Schwerpunkt cg kann einen kardioidischem Weg oder einem anderen krummlinigen Weg folgen. Dies hängt primär von der tatsächlichen Ausführungsform der Kupplungsmittel ab.

Bei Betrachtung der Fig. 4 wird der Effekt, welcher durch die durch das Strö­ mungsmedium verursachten Kräfte innerhalb der Begrenzungselemente 80, 100 innerhalb eines Spiralverdichters 20 hervorgerufen wird, näher verdeutlicht. Die Figur veranschaulicht eine übertriebene Darstellung der Effekte, welche durch die auftretenden Kräfte verursacht werden. Es ist nicht beabsichtigt, daß die dargestellten Kraftkomponenten die tatsächliche zahlenmäßige Größe der bestehenden Kräfte anzeigen, sondern nur die Richtung in welcher die Kräfte wirken. Die Begrenzungselemente, die Fortsätze 120, die Kupplung 130 und die keilförmigen Stutzen 103 sind nicht dargestellt. So ist eine anschauliche­ re Darstellung der entstehenden Kräfte und deren Wirkungsrichtungen, welche an jedem Förderelement entstehen, gewährleistet.

Fig. 4 zeigt im Schnitt einen Spiralverdichter 20 in einer bestimmten winkeli­ gen Drehposition, bei welcher fünf Kammern C₁ bis C₅ existieren, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Jede dieser Kammern erzeugt eine axiale Abtrennkraft a und eine radiale Abtrennkraft s. So erzeugt z. B. die Kammer C₁ den Kraftvek­ tor a₁ als axiale Abtrennkraft, welche auf die Endplatte 82 drückt. Hierdurch kann sich die direkt angetriebene Endplatte 82 von der indirekt angetriebenen Endplatte 102 entfernen. Zusätzlich wirkt eine Kraft, dargestellt als Kraftvek­ tor s₁, als radiale Abtrennkraft. Diese drückt gegen das Begrenzungselement 80, so daß dies zu einer Abtrennung vom zweiten Begrenzungselement 100 führt. Bei­ de Kraftvektoren a₁ und s₁ führen dazu, daß ein Schwenken oder Kippen des ersten Förderelementes 76 senkrecht zu den Rotationsachsen der Förderelemente erzeugt wird. Die gesamte axiale Abtrennkraft a ist gleich der Summe der Vektoren a₁ plus a₂ plus a₃ plus a₄ plus a₅. Die gesamte radiale Abtrennkraft s ist somit gleich der Summe der Vektoren s₁ plus s₂ plus s₃ plus s₄ plus s₅. Es ist der Effekt der Abtrennkräfte, daß eine Kraft s erzeugt wird, welche gegenüber der Rotationsachse des ersten Förderelementes 76 versetzt ist. Dies beruht auf der Tatsache, daß die durch das Strömungsmedium entstehenden Kräfte und die Lage und Größe der Kammern sich verändern. Im Ergebnis wird ein augenblickliches Kippmoment m_t erzeugt. Das Moment m_t wirkt auf das Förderelement 76 und erzeugt ein Kippen oder Schwanken, welches durch den Winkel δ_d dargestellt ist. Weil die Kammern in der gleichen radialen und winkeligen Lage angeordnet und die durch das Strömungsmedium hervorgerufenen Kräfte die gleichen sind, die Achsen der Förderelemente 76 und 78 aber gegeneinander versetzt sind, wirken die Kräf­ te in jeder Kammer so, daß ein Kippmoment m_t für jedes Förderelement 76 und 78 erzeugt wird. Die in den Kammern C₁ bis C₅ entstehenden Kräfte erzeugen ein Kip­ pen oder Schwanken des Förderelements 78, wie dies durch den Winkel δ_i darge­ stellt ist. Der Winkel δ_i kann sich vom Winkel δ_d, welcher durch das Förderele­ ment 76 erzeugt wird, unterscheiden. Dies ist abhängig von den Unterschieden in der Anzahl, in der Ausführungsform, und in der Größe der Lager, welche die Wellen der entsprechenden Förderelemente drehbar lagern, und anderen durch die Endplatten hervorgerufenen Zwängen. Die Begrenzungselemente 80 und 100 trennen sich im allgemeinen ab, wenn sich der Winkel δ_i vom Winkel δ_d unterscheidet.

Die Berechnung muß für jede winkelige Lage eines Umlaufzyklusses der Förderele­ mente 76 und 78 wiederholt werden. Wie Fig. 4 zeigt, wirkt eine axiale Bela­ stungskraft auf die Achse D wobei diese Kraft durch axiale Belastungsmittel er­ zeugt wird. Diese Kraft muß hinreichend groß sein um die axiale Abtrennkraft a zu übertreffen, damit zusätzlich eine Kontaktkraft an den vorderen Enden der Begrenzungselemente entsteht, welche hinreichend groß sein muß um ein Kippen der Endplatte 82 in jeder gegebenen Drehwinkelposition zu verhindern. Wo die Kraft a die axiale Belastungskraft, welche auf die Achse D wirkt, übertrifft, wird ein Kippen auftreten, welches abhängig von dem Kippmoment m_t ist. Ebenso kann ein Kippen auftreten, wenn die Kraft a geringer ist als die axiale Bela­ stungskraft. Dies kann auftreten, wenn die axiale Belastungskraft unzureichend groß ist, um die Abtrennkraft a zu übertreffen, und kein gleiches entgegenwir­ kendes Moment erzeugt.

Fig. 5 zeigt eine Analyse der augenblicklichen Momente, welche auf eins der För­ derelemente 76 oder 78, während der Rotation der Förderelemente, ohne eine er­ findungsgemäße Kupplung 130 einwirken. Die Drehwinkelposition bezieht sich auf eine winkelige Position der entsprechenden Förderelemente, gemessen in bezug auf die Linie phi₀. Zwischen 0° und 360° (ein Umlaufzyklus) wurde das Kippmoment und die Kontaktkraft der Begrenzungselemente gemessen. An den horizontalen Li­ nien des Diagramms sind die Größe der Kräfte oder Momente ablesbar, während die vertikalen Linien des Diagramms die gemessenen Momente bei jeder winkeligen Drehposition offenbaren. Die beispielhafte Kurve verdeutlicht das augenblickli­ che reine Moment bei jeder Drehwinkelposition. Die Kurve verläuft für den Um­ laufzyklus eines Förderelementes grob sinusförmig.

Fig. 6 zeigt die augenblicklichen Momente, welche auf eins der Förderelemente 76 oder 78 während der Rotation der Förderelemente wirken. Hierbei wurde der Schwer­ punkt cg der Kupplung 130 auf einer Linie in verschiedenen Winkeln phi₃ zur Bezugslinie phi₀ angeordnet. Beispielhaft aufgeführt sind hier die Winkel phi₃ = 0°, phi₃ = 30° und phi₃ = 330°, wobei der Abstand r immer konstant ist. Es ist ersichtlich, daß der Graph, welcher die augenblicklichen Momente für phi₃ = 330° darstellt, das höchste maximale Moment überhaupt aufweist. Der Graph, welcher die augenblicklichen Momente für den Winkel phi₃ = 0° darstellt, weist ein wesentlich geringeres maximales Moment auf. Bei einem Winkel von phi₃ = 30° wird das geringste maximale Moment in dem hier dargestellten Spiralverdichter erzeugt. Es ist offensichtlich, daß die dargestellten Graphen nur beispielhaft aufgeführt sind. Es ist durchaus möglich den Schwerpunkt cg der Kupplungsmittel auf einer Linie mit unterschiedlichen Winkeln phi₃ zur Bezugslinie phi₀ anzu­ ordnen. Dies kann für jeden Spiralverdichter 20 anders sein. Das tatsächliche Schwanken, welches bei einem Spiralverdichter 20 beobachtet wird, hängt von dem tatsächlichen Kippmoment bei der entsprechenden winkeligen Position ab. Hier­ bei ist das Verhältnis des Kippmomentes zum gültigen entgegenwirkenden Moment (Dämpfungsmoment) zur Verhinderung des Schwankens entscheidend.

Das Verfahren zur Reduzierung des reinen Kippmomentes bei einem Spiralverdich­ ter durch Erzeugung eines Dämpfungsmomentes mit der Kupplung 130 weist die fol­ genden Schritte auf:

• - Das augenblickliche Kippmoment, welches auf das erste Förderelement wirkt, wird für jede winkelige Position bestimmt;
• - das maximale Kippmoment wird zusammen mit der Drehwinkelposition, bei welcher es wirkt, oder mit den Drehwinkelpositionen bestimmt;
• - ein Dämpfungsmoment, welches zur Dämpfung des ersten maximalen Kippmomentes benötigt wird, wird basierend auf der Masse der Kupplung 130 bestimmt.
  Hierbei ist die radiale und winkelige Anordnung, besonders der Winkel phi₃ der Linie auf der der Schwerpunkt cg des Kupplungsringes 130 liegt, von ent­ scheidender Bedeutung, um das gewünschte Dämpfungsmoment zu erzeugen;
• - Verkupplung des ersten und zweiten Förderelementes mit einer Kupplung, wobei der Schwerpunkt cg auf einer Linie in einem Winkel phi₃ zur Bezugslinie phi₀ angeordnet ist. Die Fortsätze 120 werden hierbei auf einer Linie EE, wobei die Linie EE einen Winkel phi₁ zur Bezugslinie phi₀ aufweist, und die keil­ förmigen Stutzen 103 auf einer Linie KK, wobei die Linie KK einen Winkel phi₂ zur Bezugslinie phi₀ aufweist, angeordnet. Bevorzugt wird das maximale Kipp­ moment, zusammen mit einer Reihe von entsprechenden Drehwinkelpositionen, an welchen das maximale Kippmoment wirkt, auch für das zweite Förderelement be­ stimmt. Dies geschieht nach dem gleichen Verfahren, so daß das gewünschte Dämpfungsmoment ebenso erzeugt werden kann.

Wie bereits erwähnt und in Fig. 7 dargestellt, können eine oder mehrere zusätz­ liche Massen m_a 140 an der Kupplung 130 angeordnet sein. Diese zusätzlichen Mas­ sen m_a 140 können mechanisch, durch eine Schweißverbindung oder durch Klebver­ bindung an der Kupplung 130 befestigt sein. Denkbar wäre auch, daß zusätzliche Massen m_a 140 integrale Bestandteile der Kupplung 130 sind, was durch eine ent­ sprechende Fertigung und Herstellung der Kupplung 130 erreicht werden kann. Durch die Masse m_a wird der Schwerpunkt cg von der axialen Mittellinie der Kupp­ lung 130 verlagert und verändert das Dämpfungsmoment, welches durch die Kupp­ lung 130 erzeugt wird. Die Festlegung der winkeligen Anordnung und die Menge der Masse m_a wird durch die Feststellung des Kippmomentes und der Drehwinkel­ position dieses Kippmomentes vollendet, damit dieses dann abgeschwächt bzw. überbrückt werden kann. Die Masse m_a wird nun auf einer Linie in einer winke­ ligen Position, nämlich mit dem Winkel phi₄ zur Bezugslinie phi₀, an der Kupp­ lung 130 und mit einem Abstand b von der Mittellinie C angeordnet, so daß das gewünschte Dämpfungsmoment erzeugt wird.

Für einen Fachmann durchschnittlichen Könnens ist es offensichtlich, daß die Verbesserung der Schwankungsstabilität eines Spiralverdichters 20 durch die op­ timale Anordnung einer Kupplung 130, um ein Dämpfungsmoment zu erzeugen, eine wesentliche Verbesserung des Standes der Technik darstellt. Für den Spiralver­ dichter 20 werden keine zusätzlichen Komponenten benötigt und die Anschaffungs- und Betriebskosten werden hierdurch minimiert. Zusätzlich reduziert das durch die Kupplung erzeugte Dämpfungsmoment die erforderliche axiale Belastungskraft. Hierdurch werden die Reibungsverluste zwischen den vorderen Enden der Begren­ zungselemente 80 und 100 und den Endplatten 82 und 102 verringert. Somit ver­ ringert sich ebenso der Energieverbrauch eines Spiralverdichters 20 mit einer bestimmten Kapazität, so daß kleinere und leichtere Motoren 40 verwendet werden können. Es ist ersichtlich, daß aus den voranstehend genannten Gründen die Lehre der Erfindung eine wesentliche Verbesserung darstellt, wodurch die Herstel­ lungskosten verringert und der Gesamtwirkungsgrad eines Spiralverdichters ver­ bessert wird. Natürlich, obwohl die Lehre der Erfindung hier beispielhaft für einen Spiralverdichter 20 offenbart wird, kann dieser Spiralverdichter 20 auch in einer Kälteanlage angewendet werden. Unzweifelhaft kann die Lehre der Er­ findung nicht nur bei einem Spiralverdichter 20, sondern auch bei Pumpen, Ex­ pansionsvorrichtungen, Strömungsmaschinen oder ähnlichen Maschinen angewendet werden. Entscheidend ist die Verbesserung der Wirksamkeit und die Verringerung der Unkosten.

Für einen Fachmann durchschnittlichen Könnens ist es offensichtlich, daß Verän­ derungen und andere Ausführungsformen der Erfindung im Rahmen der folgenden Pa­ tentansprüche offenbart sind.

Claims (17)

1. Spiralverdichter, mit einem ersten und zweiten Förderelement (76, 78) und mit Mitteln zu Rotation des ersten Förderelementes (76), wobei das erste För­ derelement (76) eine erste Endplatte (82), eine Antriebswelle (84) und ein erstes Begrenzungselement (80) mit einem ersten abstehendem evolventenkurven­ ähnlich verlaufendem Bereich aufweist, wobei das Begrenzungselement (80) und die Antriebswelle (84) an der ersten Endplatte (82) angeordnet sind, und wo­ bei das erste Förderelement (76) zusätzlich ein erstes Moment aufweist, und wobei das zweite Förderelement (78) eine zweite Endplatte (102) und ein zwei­ tes Begrenzungselement (100) mit einem zweiten abstehenden evolventenkurven­ ähnlich verlaufenden Bereich aufweist, wobei das Begrenzungselement (100) an der zweiten Endplatte (102) angeordnet ist, und wobei das zweite Förderele­ ment (78) zusätzlich ein zweites Moment aufweist und der zweite evolventen­ kurvenähnlich verlaufende Bereich mit dem ersten evolventenkurvenähnlich ver­ laufenden Bereich zusammenwirkt und eine Bezugslinie phi₀ definiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmittel zur Verkupplung des ersten und zwei­ ten Förderelementes (76, 78) ein Dämpfungsmoment erzeugen, und daß die Kupp­ lungsmittel zusätzlich ein Dämpfungsmoment zur Verbesserung der Schwankungs­ stabilität des Spiralverdichters (20) erzeugen.

2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupp­ lungsmittel zusätzlich einen Schwerpunkt (cg) aufweisen, und daß der Schwer­ punkt (cg) auf einer Linie in einem Winkel phi₃ zu der Bezugslinie phi₀ an­ geordnet ist.

3. Spiralverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwer­ punkt (cg) der Kupplungsmittel radial in einem Abstand r zur Mittellinie C des Spiralverdichters (20) angeordnet ist.

4. Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zusätzlich eine ein Moment erzeugende Masse m_a (140) aufweist, und daß die Masse m_a (140) an der Kupplung angeordnet ist.

5. Spiralverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse m_a (140) auf einer Linie in einem Winkel phi₄ zur Bezugslinie phi₀ angeordnet ist.

6. Spiralverdichter, mit einem luftdicht abgeschlossenem Gehäuse (22), wobei das Gehäuse einen unter Ansaugdruck stehenden Bereich zur Aufnahme des unter Ansaugdruck stehenden Strömungsmediums aufweist, mit einem ersten und einem zweiten Förderelement (76, 78), wobei die Förderelemente (76, 78) in dem un­ ter Ansaugdruck stehenden Bereich angeordnet sind, wobei das erste Förderele­ ment (76) eine erste Endplatte (82) mit einer äußeren Peripherie, ein erstes Begrenzungselement (80) mit einem ersten abstehenden evolventenkurvenähnlich verlaufenden Bereich und eine Antriebswelle (84) mit einer ersten Rotations­ achse D aufweist, wobei das Begrenzungselement (80) und die Antriebswelle (84) an der ersten Endplatte (82) angeordnet sind, und wobei das zweite Förderele­ ment (78) eine zweite Endplatte (102), ein zweites Begrenzungselement (100) mit einem zweiten abstehenden evolventenkurvenähnlich verlaufenden Bereich und einen indirekt angetriebenen Wellenstumpf (104) mit einer zweiten Rota­ tionsachse I aufweist, wobei das Begrenzungselement (100) und der Wellen­ stumpf (104) an der zweiten Endplatte (102) angeordnet sind, wobei das zweite Begrenzungselement (100) zusätzlich mit dem ersten Begrenzungselement (80) eine Bezugslinie phi₀ definiert, wobei die zweite Rotationsachse I zur ersten Rotationsachse D um den Abstand O versetzt ist, wobei das zweite Förderele­ ment (78) zusätzlich mit dem ersten Förderelement (76) zusammenwirkt und ei­ ne Bezugslinie phi₀ und eine Mittellinie C definiert, und die Mittelli­ nie C zwischen der ersten Achse D und der zweiten Achse I im gleichen Ab­ stand zu diesen zusätzlich parallel verläuft, und mit Mitteln zur drehbaren Lagerung des indirekt angetriebenen Wellenstumpfes (104) in dem unter Ansaug­ druck stehenden Bereich des luftdicht abgeschlossenen Gehäuses (22), und mit Mitteln zur Rotation der ersten Antriebswelle (84), dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmittel zur Verkupplung des ersten und zweiten Förderelemen­ tes (76, 78) ein Dämpfungsmoment erzeugen, und daß die Kupplungsmittel zu­ sätzlich einen Schwerpunkt (cg) zur Erzeugung eines Dämpfungsmomentes zur Verbesserung der Schwankungsstabilität des Spiralverdichters (20) aufweisen, und daß der Schwerpunkt (cg) auf einer Linie in einem Winkel phi₃ zu der Be­ zugslinie phi₀ angeordnet ist.

7. Spiralverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwer­ punkt (cg) der Kupplungsmittel radial in einem Abstand r zur Mittellinie C angeordnet ist.

8. Spiralverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupp­ lung zusätzlich eine ein Moment erzeugende Masse m_a (140) aufweist, und daß die Masse m_a (140) an der Kupplung angeordnet ist.

9. Spiralverdichter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mas­ se m_a (140) auf einer Linie in einem Winkel phi₄ zu der Bezugslinie phi₀ angeordnet ist.

10. Spiralverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mas­ se m_a (140) in einem Abstand b von der Mittellinie C angeordnet ist.

11. Spiralverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die das Moment erzeugende Masse m_a (140) mechanisch an der Kupplung angeordnet ist.

12. Spiralverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die das Moment erzeugende Masse integraler Bestandteil der Kupplung ist.

13. Kälteanlage zur Zirkulation eines Kältemittels in einem geschlossenen Kältemittelkreislauf mit einem Verflüssiger (60) zur Verflüssigung des Kälte­ mittels, einem Ausdehnungsventil (64) zur Aufnahme des Verflüssigers (60) her strömenden flüssigen Kältemittels und zum Ausdehnen des Kältemittels, einem Verdampfer (68) zur Aufnahme des vom Ausdehnungsventil (64) her strömenden Kältemittels und zum Verdampfen des Kältemittels und einem Verdichter zur Aufnahme des vom Verdampfer (68) her strömenden Kältemittels und zum Verdich­ ten des Kältemittels, und zur Abgabe des verdichteten Kältemittels an den Verflüssiger (60), wobei der Verdichter vorzugsweise ein Spiralverdichter ist, mit einem luftdicht abgeschlossenem Gehäuse (22), wobei das Gehäuse ei­ nen unter Ansaugdruck stehenden Bereich zur Aufnahme des unter Ansaugdruck stehenden Strömungsmediums aufweist, mit einem ersten und einem zweiten För­ derelement (76, 78), wobei die Förderelemente (76, 78) in dem unter Ansaug­ druck stehendem Bereich angeordnet sind, wobei das erste Förderelement (76) eine erste Endplatte (82) mit einer äußeren Peripherie, ein erstes Begren­ zungselement (80) mit einem ersten abstehenden evolventenkurvenähnlich ver­ laufenden Bereich und eine Antriebswelle (84) mit einer ersten Rotations­ achse D aufweist, wobei das Begrenzungselement (80) und die Antriebswel­ le (84) an der ersten Endplatte (82) angeordnet sind, und wobei das zweite Förderelement (78) eine zweite Endplatte (102), ein zweites Begrenzungsele­ ment (100) mit einem zweiten abstehenden evolventenkurvenähnlich verlaufen­ den Bereich und einen indirekt angetriebenen Wellenstumpf (104) mit einer zweiten Rotationsachse I aufweist, wobei das Begrenzungselement (100) und der Wellenstumpf (104) an der zweiten Endplatte (102) angeordnet sind, wobei die zweite Rotationsachse I zur ersten Rotationsachse D um den Abstand O versetzt ist, wobei das zweite Förderelement (78) zusätzlich mit dem ersten Förderelement (76) zusammenwirkt und eine Bezugslinie phi₀ und eine Mittel­ linie C definiert, und die Mittellinie C zwischen der ersten Achse D und der zweiten Achse I im gleichen Abstand zu diesen zusätzlich parallel ver­ läuft, und mit Mitteln zur drehbaren Lagerung des indirekt angetriebenen Wel­ lenstumpfes (104) in dem unter Ansaugdruck stehenden Bereich des luftdicht abgeschlossenen Gehäuses (22), und mit Mitteln zur Rotation der ersten An­ triebswelle (84), dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmittel zur Ver­ kupplung des ersten und zweiten Förderelementes (76, 78) ein Dämpfungsmoment erzeugen, und daß die Kupplungsmittel zusätzlich einen Schwerpunkt (cg) zur Erzeugung eines Dämpfungsmomentes zur Verbesserung der Schwankungsstabilität des Spiralverdichters (20) aufweisen, und daß der Schwerpunkt (cg) auf einer Linie in einem Winkel phi₃ zu der Bezugslinie phi₀ angeordnet ist.

14. Verfahren zur Verbesserung der Schwankungsstabilität eines Spiralverdich­ ters (20), mit einem ersten und zweiten Förderelement (76, 78), wobei das zweite Förderelement (78) durch Verschachtelung mit dem ersten Förderele­ ment (76) im Eingriff steht, und wobei das erste Förderelement (76) ein er­ stes Kippmoment und das zweite Förderelement (78) ein zweites Kippmoment auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Kippmoment be­ stimmt wird, daß das miteinander im Eingriff stehende erste und zweite För­ derelement (76, 78) mit einer Kupplung versehen wird und daß die Kupplung einen Schwerpunkt (cg) aufweist und der Schwerpunkt (cg) zur Erzeugung eines Dämpfungsmomentes angeordnet ist.

15. Verfahren zur Verbesserung der Schwankungsstabilität eines Spiralverdich­ ters (22), mit einem ersten und zweiten Förderelement (76, 78), wobei das er­ ste Förderelement (76) eine erste Achse D zur Rotation durch einen Umlauf mit winkligen Positionen, und ein erstes evolventenkurvenähnlich verlaufendes Be­ grenzungselement (80) aufweist, wobei das zweite Förderelement (78) eine zweite Achse I zur Rotation durch einen Umlauf mit winkligen Positionen und ein zweites evolventenkurvenähnlich verlaufendes Begrenzungselement (100) aufweist, wobei das zweite Begrenzungselement (100) mit dem ersten Begren­ zungselement (80) durch Verschachtelung miteinander im Eingriff steht, und das erste Förderelement (76) ein erstes Kippmoment und das zweite Förderele­ ment (78) ein zweites Kippmoment erzeugen, durch die folgenden Schritte ge­ kennzeichnet:

• - Bestimmung einer Bezugslinie phi₀, an welcher das erste und zweite Begren­ zungselement (80, 100) eine erste Kammer (C₁) bilden;
• - Bestimmung des augenblicklichen Kippmomentes, welches auf das erste Förder­ element (76) in jeder winkeligen Position wirkt;
• - Bestimmung des ersten maximalen Kippmomentes für das erste Förderele­ ment (76) von den augenblicklichen Kippmomenten, welche auf das erste För­ derelement (76) wirken, und Bestimmung der winkeligen Position, bei welcher das erste maximale Kippmoment wirkt;
• - Bestimmung des Winkels phi₃ zu der Bezugslinie phi₀, zu der dann auf einer Linie im Winkel phi₃ die Masse m_c zur Erzeugung eines Dämpfungsmomentes zur Abschwächung des ersten maximalen Kippmomentes angeordnet werden kann; und
• - Verkupplung des ersten und zweiten Förderelementes (76, 78) mit ein Dämp­ fungsmoment erzeugenden Kupplungsmitteln, und daß die Kupplungsmittel eine Masse m_c im Schwerpunkt (cg), angeordnet auf einer Linie in einem Winkel phi₃ zu der Bezugslinie phi₀, aufweisen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, durch folgende zusätzlichen Schritte gekenn­ zeichnet:

• - Bestimmung des augenblicklichen Kippmomentes, welches auf das zweite För­ derelement (78) in jeder winkeligen Position wirkt;
• - Bestimmung des zweiten maximalen Kippmomentes für das zweite Förderele­ ment (78) von den augenblicklichen Kippmomenten, welche auf das zweite För­ derelement (78) wirken, und Bestimmung der winkeligen Position, bei welcher das zweite maximale Kippmoment wirkt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Verbesserung der Schwankungsstabilität eines Spiralverdichters (20) zusätz­ lich den Schritt der Bestimmung eines Winkels phi₄ zu der Bezugslinie phi₀ aufweist, zu der dann auf einer Linie im Winkel phi₄ eine Masse m_a (140) zur Erzeugung eines Dämpfungsmomentes zur Abschwächung des ersten und zweiten maximalen Kippmomentes angeordnet werden kann.