DE4136541C2 - Spiralverdichter mit optimierter Kupplung - Google Patents
Spiralverdichter mit optimierter KupplungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter mit einer An
triebskupplung zur Verursachung einer zusammenwirkenden Rotation zweier Spiral
elemente, wobei die Antriebskupplung zwischen den Spiralelementen angeord
net ist und optimiert wurde, um die Schwankungsstabilität eines Spiralver
dichters während der Rotation der Spiralelemente zu verbessern. Ein Spiralver
dichter der eingangs genannten Art ist bereits aus der DE-A-39 32 495 bekannt und weist zwei abstehende, evol
ventenkurvenähnlich, spiralförmig verlaufende, miteinander im Eingriff
stehende Spiralwände auf, wobei die Spiralwände um zwei ver
schiedene entsprechende Achsen angeordnet sind. Jede entsprechende, evol
ventenkurvenähnlich verlaufende Spiralwand ist auf einer Endplatte
angeordnet. Die vorderen Enden der Spiralwände stehen in Kontakt oder
zumindest nahezu in Kontakt mit der Endplatte des jeweils anderen Spiralele
mentes. Die Spiralwände weisen jeweils eine Flankenfläche auf, die im
Bewegungsablauf miteinander ein Linienkontakt und beim Stillstand der Spiral
elemente einen Ruhekontakt bilden. Die Spiralwände bilden im Betrieb
der Vorrichtung eine Mehrzahl sich bewegender Kammern. In Abhängigkeit von
der relativen Umlaufbewegung der Spiralwände bewegen sich die Kammern
vom radial äußeren Ende der Spiralwände zum radial inneren Ende der
Spiralwände und verdichten dabei das Strömungsmedium. Ebenso könnten
sich die Kammern vom radial inneren Ende zum radial äußeren Ende der
Spiralwände bewegen, wodurch das Strömungsmedium expandiert bzw. gefördert
wird. Zur Bildung der Kammern werden die Spiralwände durch eine An
triebseinrichtung in eine einander umlaufende Bewegung verbracht. Die Spiral
elemente bzw. Spiralwände drehen sich dabei nicht um ihre Achsen.
Bei dem aus der gattungsbildenden DE-A-39 32 459 bekannten Spiralverdichter
ist das Kupplungselement zur Verursachung einer zusammenwirkenden Drehbewegung
des ersten und zuweiten Spiralelementes als Kupplungsring ausgeführt. Durch
diesen Kupplungsring, eine sogenannte Oldham-Kupplung, sind die rotierenden Spi
ralelemente wirksam miteinander verbunden. Hierzu weist das erste Spiralelement
zwei Fortsätze und das zweite Spiralelement zwei keilförmige Stutzen auf, die in ent
sprechenden Ausnehmungen des als Kupplungsring ausgeführten Kupplungselementes
gleitend eingreifen. Bei der Rotation der Spiralelemente rotiert auch das als
Kupplungsring ausgeführte Kupplungselement mit der gleichen Drehzahl wie die Spi
ralelemente, wobei der geometrische Mittelpunkt des symmetrisch ausgebildeten
Kupplungsringes auf einer Kreisbahn rotiert, deren Durchmesser der Exzentrizität der
beiden Drehachsen der Spiralelemente entspricht, da die Spiralelemente Drehachsen
aufweisen, die gegeneinander versetzt sind.
Aus der US-A-4,753,582 ist ein Spiralverdichter mit einem angetriebenen ersten
Spiralelement und einem zweiten indirekt angetriebenen Spiralelement bekannt. Zur
Übertragung der Rotation des ersten Spiralelementes auf das zweite Spiralelement ist
eine Oldham-Kupplung vorgesehen. Der Achsabstand der rotierenden Spiralelemente
ist einstellbar. Zur Einstellung dieses Achsabstandes ist eine Steuervorrichtung
vorgesehen, wodurch die Abstände der Spiralwände der einzelnen Spiralelemente
zueinander eingestellt werden können. Das zweite Spiralelement ist innerhalb einer
Vorrichtung drehbar gelagert, wobei die Vorrichtung selber wiederum drehbar gelagert
ist. Durch eine Drehung der Vorrichtung kann der Achsabstand des zweiten Spi
ralelementes gegenüber dem ersten Spiralelement entsprechend eingestellt werden.
Aus der US-A-4,178,143 ist eine Fluidpumpe mit zwei drehbaren Spiralelementen
bekannt. Die beiden Spiralelemente rotieren jeweils um ihre eigene Achse, wobei die
Achsen gegeneinander versetzt sind. Zur Übertragung der Drehbewegung des ersten
Spiralelementes auf das zweite Spiralelement ist wiederum eine Oldham-Kupplung
vorgesehen.
Es wurden auch sporadische Versuche zur Entwicklung von Spiralverdichtern der
in Rede stehenden Art mit zwei gemeinsam drehenden Spiralelementen unternom
men. Bei solchen Spiralverdichtern drehen beide Spiralelemente gleichzeitig,
jedoch um voneinander abweichende, parallele Achsen und erzeugen somit die
erforderliche Umlaufbewegung zwischen den Spiralwänden. Im Ergebnis
hat es bis heute keinen zuverlässig arbeitenden Spiralverdichter der in Rede
stehenden Art mit zwei bewegbaren Spiralelementen 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 Spiralelemente 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 Spiralwände gebildeten Kammern eingeschlossenen Strö
mungsmediums. Diese Kräfte weisen insbesondere zwei Kraftkomponenten auf. Der
durch das Strömungsmedium hervorgerufene Druck wirkt auf die Endplatten der
Spiralelemente, wodurch eine Kraftkomponente in axialer Richtung entsteht und
zur Abtrennung der Spiralelemente führen kann. Zusätzlich wirkt der durch
das Strömungsmedium hervorgerufene Druck auf die Spiralwände 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 Spiralelemente 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 Spiralwände 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 Spiralwände 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
Spiralelemente, welches der sich ergebende Effekt der Momente ist, welche von
jeder einzelnen Druckkammer erzeugt werden. Das Kippmoment drückt senkrecht
auf die Rotationsachsen der Spiralelemente und verursacht hierdurch ein Kip
pen der Spiralelemente. Bei verschiedenen Drehwinkelpositionen, während der
Rotation der Spiralelemente, 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
Spiralelemente hinreichend wirkende Kräfte verhindert werden kann. Tatsächliches
Kippen kann durch das Schaukeln oder Schwanken eines Spiralelementes 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 Spiralele
mente aufeinander zu drückt. Um den durch das Strömungsmedium verursachten
Abtrennkräften entgegenzuwirken, werden relativ größere Lager angeordnet. Die
die Endplatten der Spiralelemente 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 Spiral
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 Spiralwände 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 Spiralelemente bei einigen Drehwinkelpositio
nen während des Betriebs eines Spiralverdichters auftreten, wenn die axiale
Kraftbelastung relativ hoch ist. Wenn ein Schwanken der Spiralelemente auf
tritt, können sich die vorderen Enden der Spiralwände 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 Spiral
elemente 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
Spiralelemente rotiert. Wenn der Rotationsmittelpunkt der Kupplung nicht mit dem
Rotationsmittelpunkt der Spiralelemente übereinstimmt, kann ein Schwanken der
Spiralelemente durch die Kupplung induziert werden. Das Schwanken der Spiral
elemente ist von einem Moment abhängig, welches dadurch erzeugt wird, daß die
Kupplungsmasse gegenüber den Achsen der Spiralelemente 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 Spiralele
mente angewandt werden, und es können demnach die gleichen Ergebnisse beob
achtet werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter der in Rede
stehenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden, daß ein Schwanken und
Kippen der Spiralelemente verhindert, der Gesamtwirkungsgrad des Spiralverdichters
erhöht und insbesondere das auf das erste und zweite Spiralelement wirkende erste
und zweite maximale Kippmoment verringert sind.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kupplungselement bzw.
die Kupplungselemente relativ zu den Spiralelementen so positioniert ist bzw. sind,
daß der Schwerpunkt des Kupplungselementes bzw. der gemeinsame Schwerpunkt
der Kupplungselemente so liegt, daß im Betrieb des Spiralverdichters zur Verringerung
mindestens eines der auf die Spiralelemente wirkenden maximalen Kippmomente
ein diesem maximalen Kippmoment entgegenwirkendes Dämpfungsmoment erzeugt
wird.
Zur Lehre der Erfindung gehört eine Kupplung, welche ein oder
beide Spiralelemente in dem Spiralverdichter verkuppelt und vorzugsweise als
eine Oldham-Antriebskupplung zur Sicherstellung einer zusammenwirkenden Dreh
bewegung der Spiralelemente 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 Spiralelemente 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 Spiralelemente wird die
Schwankungsstabilität der Spiralelemente 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 Spiralelement
wirkenden Kräften des Strömungsmediums ergibt, für jeden radialen Punkt oder
Position während der Rotation des Spiralelementes festgelegt ist. Hierdurch
kann das maximale Kippmoment, welches auf das Spiralelement 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
Spiralelemente 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 Spiralelemente 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 Spiralelementen,
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 Spiralelemente 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 Spiralelemente wirken,
Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung des Kippmomentes im Zusammenhang mit
verschiedenen Dämpfungsmomenten, welche während des Betriebs ei
nes Spiralverdichters auf die Spiralelemente 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.
In der hier bevorzugten Ausführungsform weist der Spiralverdichter 20
ein luftdicht abgeschlossenes Gehäuse 22 auf.
Es ist 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 gesinterter 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 zur unge
hinderten Drehung des Rotors 44 innerhalb des Stators 42, als auch für einen
ungehinderten Schmiermittel- oder Kältemittelfluß ausgebildet.
Es ist offensichtlich, daß bei 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 Spiralelement 76, 78 angeordnet, wobei jedes Spiral
element 76, 78 eine abstehende evolventenkurvenähnlich verlaufende
Spiralwand aufweist und die Spiralwände durch Verschachtelung mit
einander im Eingriff stehen. Das erste Spiralelement 76 weist eine abstehen
de, erste evolventenkurvenartig verlaufende Spiralwand 80 auf,
welche integraler Bestandteil einer im allgemeinen ebenen Endplatte 82 ist.
An der Endplatte 82 ist entgegengesetzt zur abstehenden, evolventenkurvenähn
lich verlaufenden Spiralwand 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 Spiralelement 78 weist eine zweite, indi
rekt angetriebene Spiralwandelement 100 auf, wobei die indirekt angetrie
bene Spiralwand 100 durch Verschachtelung mit der direkt angetriebe
nen Spiralwand 80 in Eingriff steht. Die indirekt angetriebene
Spiralwand 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 der indirekt angetriebenen
Spiralwand 100 radial gegenüberliegend angeordnet. Ein indirekt ange
triebener Wellenstumpf 104 ist an der Endplatte 102 entgegengesetzt zur
Spiralwand 100 angeordnet.
Die Bezeichnung des Spiralelementes 76 als das erste Spiralelement und des
indirekt angetriebenen Spiralelementes 78 als das zweite Spiralelement 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 Spiralele
ment 78 als das erste Spiralelement und das direkt angetriebene Spiralele
ment 76 als das zweite Spiralelement zu bezeichnen.
Ein kreisringförmiges Lager 110 ist innerhalb einer 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 Spiralelementes 78.
In der bevorzugten Ausführungsform weist die Endplatte 82 zwei radial gegen
überliegende Fortsätze 120 auf, welche sich parallel zur ersten Spiralwand
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, daß diese im allge
meinen mit einem radialen Abstand von 90° von den Positionen der keilförmi
gen Stutzen 103 angeordnet sind, wenn die Spiralwände 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 Spiralelemen
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 Spiral
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 Spiralelementes 78 zur Anlage und steht mit dieser
in einem gleitenden Eingriff. Der Ring 130 ist kreisringförmig und erstreckt
sich radial außerhalb der Spiralwände 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 Spiralelementen 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 ma 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 mc 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 mc des
Kupplungsringes 130, also der Schwerpunkt cg, exzentrisch angeordnet ist.
Es 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 Spiralelemente ausgebildet sind.
Es ist also offensichtlich, daß funktional
äquivalente Kupplungsmittel eine zusammenwirkende Drehbewegung der Spiralele
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.
Es ist 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 Spiralelementes 76 und die Achse I des indirekt an
getriebenen Spiralelementes 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 Spiralwände 80, 100 den ersten Kontakt mit der jeweils
anderen Spiralwand 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 Spiralelementes 76 und der Achse I des zweiten Spiral
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 Spiralelemente 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.
Es 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 Spiralelemente rotieren, wechselt natürlich auch
die tatsächliche Lage des Schwerpunktes cg. Der Schwerpunkt cg kann einem
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 Spiralwände 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 Spiralwände, 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 Spiralelement 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 die Spiralwand 80,
so daß dies zu einer Abtrennung von der zweiten Spiralwand 100 führt. Bei
de Kraftvektoren a1 und s1 führen dazu, daß ein Schwenken oder Kippen des ersten
Spiralelementes 76 senkrecht zu den Rotationsachsen der Spiralelemente 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 Spiralelementes 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 mt erzeugt. Das Moment mt wirkt auf das Spiralelement 76 und erzeugt
ein Kippen oder Schwanken, welches durch den Winkel δd 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 Spiralelemente 76 und 78 aber gegeneinander versetzt sind, wirken die Kräf
te in jeder Kammer so, daß ein Kippmoment mt für jedes Spiralelement 76 und 78
erzeugt wird. Die in den Kammern C1 bis C5 entstehenden Kräfte erzeugen ein Kip
pen oder Schwanken des Spiralelements 78, wie dies durch den Winkel δi darge
stellt ist. Der Winkel δi kann sich vom Winkel δd, welcher durch das Spiralele
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 Spiralelemente drehbar lagern, und anderen durch die
Endplatten hervorgerufenen Zwängen. Die Spiralwände 80 und 100 trennen
sich im allgemeinen ab, wenn sich der Winkel δi vom Winkel δd unterscheidet.
Die Berechnung muß für jede winkelige Lage eines Umlaufzyklusses der Spiralele
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 mt 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 eines der
Spiralelemente 76 oder 78, während der Rotation der Spiralelemente, ohne eine er
findungsgemäße Kupplung 130 einwirken. Die Drehwinkelposition bezieht sich auf
eine winkelige Position der entsprechenden Spiralelemente, gemessen in bezug
auf die Linie phi0. Zwischen 0° und 360° (ein Umlaufzyklus) wurde das Kippmoment
und die Kontaktkraft der Spiralwände 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 Spiralelementes grob sinusförmig.
Fig. 6 zeigt die augenblicklichen Momente, welche auf eine der Spiralelemente 76
oder 78 während der Rotation der Spiralelemente 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 Spiralelement 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 Spiralelementes 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 Spiralelement 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 ma 140 an der Kupplung 130 angeordnet sein. Diese zusätzlichen Mas
sen ma 140 können mechanisch, durch eine Schweißverbindung oder durch Klebver
bindung an der Kupplung 130 befestigt sein. Denkbar wäre auch, daß zusätzliche
Massen ma 140 integrale Bestandteile der Kupplung 130 sind, was durch eine ent
sprechende Fertigung und Herstellung der Kupplung 130 erreicht werden kann.
Durch die Masse ma 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 ma wird durch die Feststellung des Kippmomentes und der Drehwinkel
position dieses Kippmomentes vollendet, damit dieses dann abgeschwächt bzw.
überbrückt werden kann. Die Masse ma 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.
Es ist 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
Spiralwände 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.
Claims (5)
1. Spiralverdichter (20), insbesondere zur Verdichtung eines Kältemittels, mit einem
drehbaren ersten und einem drehbaren zweiten Spiralelement (76, 78), mindestens einem
Motor (40) zum Antrieb des ersten Spiralelementes (76) und mindestens einem
Kupplungselement (130) zur Verursachung einer zusammenwirkenden Drehbewegung
des ersten und zweiten Spiralelementes (76, 78), wobei das erste Spiralelement
(76) eine erste Endplatte (82), eine an der ersten Endplatte (82) angeordnete erste
Spiralwand (80) und eine Antriebswelle (84) aufweist, das zweite Spiralelement (78)
eine zweite Endplatte (102) und eine an der zweiten Endplatte (102) angeordnete
zweite Spiralwand (100) aufweist, wobei die erste Spiralwand (80) mit der zweiten
Spiralwand (100) zusammenwirkt und Arbeitskammern bildet, wobei im Betrieb des
Spiralverdichters (20) das erste Spiralelement (76) einem ersten durch den Verdichtungsdruck
bewirkten Kippmoment und das zweite Spiralelement (78) einem zweiten
durch den Verdichtungsdruck bewirkten Kippmoment ausgesetzt sind, wobei das auf
das erste Spiralelement (76) wirkende erste Kippmoment in Abhängigkeit der Rotati
onsstellung des ersten Spiralelementes (76) und das auf das zweite Spiralelement (78)
wirkende zweite Kippmoment in Abhängigkeit der Rotationsstellung des zweiten
Spiralelementes (78) variieren und ein erstes maximales und ein zweites maximales
Kippmoment existieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement (130)
bzw. die Kupplungselemente relativ zu den Spiralelementen (76, 78) so positioniert
ist bzw. sind, daß der Schwerpunkt (cg) des Kupplungselementes (130) bzw. der ge
meinsamen Schwerpunkt der Kupplungselemente so liegt, daß im Betrieb des Spiral
verdichters (20) zur Verringerung mindestens eines der auf die Spiralelemente (76, 78)
wirkenden maximalen Kippmomente ein diesem maximalen Kippmoment entgegen
wirkendes Dämpfungsmoment erzeugt wird.
2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kupplungs
element zusätzlich eine ein Moment erzeugende Masse ma (140)
angeordnet ist.
3. Spiralverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse ma
(140) in einem Abstand b von der in der Mitte zwischen den Drehachsen (D, I) der
Spiralelemente (76, 78) liegenden Mittellinie C angeordnet ist.
4. Spiralverdichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das
Moment erzeugende Masse ma (140) mechanisch mit dem Kupplungselement verbunden ist.
5. Spiralverdichter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das
Moment erzeugende Masse einstückig mit dem Kupplungselement ausgebildet ist.
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