DE4215513C2 - Spiralverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter zum Fördern und/oder Verdichten von Fluiden, insbesondere Kompressoren, Pumpen oder Gebläse für Kühlsysteme oder Klimaanlagen.

In Fig. 7 ist eine bekannte Vorrichtung zum Fördern und/oder Verdichten von Fluiden - teilweise geschnit­ ten - dargestellt, und in Fig. 8 ist in Schritten ih­ re Funktionsweise gezeigt. In der Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine feststehende Spirale mit ei­ nem in der Fig. 8 dargestellten Spiralteil 1a. Mit dem Bezugszeichen 2 ist eine bewegliche Spirale mit einem ebenfalls in der Fig. 8 gezeigten Spiralteil 2a bestimmt. Weiter ist ein stabiler lünettenförmiger Kompressionsraum 3 vorhanden, der durch die Spi­ ralteile 1a und 2a gebildet wird. An den Kompressionsraum 3 schließt sich eine Auslaßöff­ nung 4 an, durch die das komprimierte Fluid entwei­ chen kann. An den Endteilen der Spiralteile 1a und 2a sind Dichtelemente 5 positioniert, die den Kompres­ sionsraum 3 abdichten. Weiterhin sind eine Antriebs­ welle 6 und ein Antriebswellenlager 7 zur Aufnahme der Antriebswelle 6 für die drehbare Spirale 2 vor­ handen. Das Antriebswellenlager 7 ist in einem zylin­ drischen Teil 2c, der aus einer Grundplatte 2b der beweglichen Spirale 2 herausragt, befestigt.

Weiterhin ist eine Kurbelwelle 8 exzentrisch mit der Antriebswelle 6 verbunden und ein Ausgleichsgewicht 9 zum Ausgleich der Zentrifugalkraft der Spirale, ein Kurbelwellenlager 10, ein Motor 11, eine Antriebswel­ le 12 für den Antrieb der Kurbelwelle 8, ein Gehäuse 13 zur Befestigung der Spirale 1, des Kurbelwellen­ lagers 10, des Motors 11 vorhanden. Ein Oldhams-Ring 14 bringt die drehbare Spirale 2 und das Gehäuse 13 in der Richtung in Eingriff, in der der Oldhams-Ring 14 sie im rechten Winkel kreuzt, um eine Drehung der bewegbaren Spirale um ihre eigene Achse zu verhin­ dern.

Nachfolgend soll die Funktionsweise der Vorrichtung beschrieben werden.

Wenn die Kurbelwelle, die mit der Antriebswelle 12 des Motors 11 und exzentrisch mit der Antriebswelle 6 verbunden ist, angetrieben wird, dreht sich die be­ wegliche Spirale 2 ohne Rotation um ihre eigene Achse durch den Oldhams-Ring 14. Dadurch werden die Spiral­ teile 1a und 2a der feststehenden Spirale 1 und der bewegbaren Spirale 2 miteinander exzentrisch in Ein­ griff gebracht und formen dabei einen Kompressions­ raum 3.

Wie in Fig. 8 gezeigt, bewegt sich, wenn sich die be­ wegbare Spirale 2 von 0° bis 360° in der Richtung dreht, die die Pfeile in der Figur angeben, der Kom­ pressionsraum 3 von der Peripherie der Vorrichtung zu dessen Zentrum und komprimiert dabei das Fluid.

Die japanische Patentanmeldung Kokoku Heisei 1-35195 betrifft einen solchen Spiralkompressor.

Bei dieser bekannten Vorrichtung zum Fördern oder Verdichten, wie sie oben bereits beschrieben wurde, ist das Spi­ ralwellenlager 7 am zylindrischen Teil 2c auf der Grundplatte 2b der bewegbaren Spirale 2 oder in der Grundplatte 2b befestigt. Wenn sich der Schwerpunkt der bewegbaren Spirale 2 auf dem Spiralteil 2a befin­ det, oszilliert die bewegbare Spirale 2 um das Spi­ ralwellenantriebslager 7 in der Richtung, die der Pfeil angibt, zwischen den zwei Positionen, die durch die gestrichelten Linien gezeigt werden.

Die JP 2-277985 und die JP 2-277988 offenbaren Spi­ ralverdichter mit einem umlaufenden Spiralelement, an dem ein zur Seite des feststehenden Spiralelements gerichteter Ansatz mit einer mittigen Lagerbohrung für die Aufnahme einer Welle vorhanden ist.

Auch die US 4,466,784 offenbart einen Spiralverdich­ ter mit einem umlaufenden Spiralelement, an den eine Welle seitlich versetzt angeordnet ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Spiralverdichter zum Fördern und/oder Verdichten von Fluiden mit einem hohen Kompressionswirkungsgrad zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt: eine feststehende Spirale, die einen Spiralteil hat; eine dreh- bzw. bewegbare Spirale, die einen Spi­ ralteil hat und einen Ansatz auf der zur feststehen­ den Spiralseite gerichteten Seite mit einer Lagerboh­ rung in ihrem Zentrum, der Spiralteil der bewegbaren Spirale ist seitlich mit dem Spiralteil der festste­ henden Spirale in Eingriff gebracht, und ohne Rotati­ on um die eigene Achse wird mindestens ein Kompressi­ onsraum gebildet, eine Antriebswelle für die drehbare Spirale ist exzentrisch mit einer Antriebswelle eines Motors verbunden, die Antriebswelle ist in die Lager­ bohrung der bewegbaren Spirale eingesetzt und zur La­ gerung der Antriebswelle mindestens ein Spiralwellen­ lager in der Lagerbohrung vorhanden; und außerdem ei­ ne Auslaßöffnung am Zentrum der feststehenden Spirale für den Auslaß des Fluides vorhanden.

Weiter ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Auslaßraum, der mit der Auslaßöffnung verbunden ist, durch die Reduzierung der Höhe des Ansatzes auf der beweglichen Spirale, so daß diese niedriger als der Spiralteil der beweglichen Spirale ist, vorhanden. Das Volumen des Auslaßraumes ist so gewählt, daß es gleich oder nur wenig kleiner als das Volumen des Kompressionsraumes ist, um eine Reexpansion im Aus­ laßraum zu verhindern und einen hohen Kompressions­ wirkungsgrad der Vorrichtung zu sichern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer beweg­ baren Spirale der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine seitliche Schnittdarstellung der dreh­ baren Spirale nach Fig. 2;

Fig. 4 eine Teilansicht einer seitlichen Schnitt­ darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 5 eine Teilschnittdarstellung in Seitenan­ sicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 6 eine Teilschnittdarstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 7 eine seitliche Schnittdarstellung einer bekannten Vorrichtung;

Fig. 8 in Schritten die Funktion der Vorrichtung nach Fig. 7 in Schnittdarstellung, und

Fig. 9 eine geschnittene Seitenansicht zur Dar­ stellung der oszillierenden Bewegung der bewegbaren Spirale der Vorrichtung nach Fig. 7.

Nachfolgend sollen die Ausführungsformen der Erfin­ dung mit Hilfe der Zeichnungen erläutert werden. Die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung zum Fördern oder Verdichten ist in den Fig. 1 bis 3 gezeigt. In Fig. 1 sind gleiche Teile mit glei­ chen Bezugszeichen wie in Fig. 7 bezeichnet.

In den Fig. 1, 2 und 3 bezeichnet das Bezugszei­ chen 2d einen Ansatz in der Mitte der bewegbaren Spi­ rale 2, und 2e eine Lagerbohrung, die in den Ansatz 2d so gebohrt ist, daß der Schwerpunkt der bewegbaren Spirale 2 im Ansatz 2d liegt, und eine Antriebswelle 6 in die Lagerbohrung 2e einsetzbar ist. Die Bezugs­ zeichen 7a und 7b benennen Antriebswellenlager, die der obere und untere Teil der Antriebswelle 6 in der Lagerbohrung 2e lagern. Zwischen die Spiralantriebs­ wellenlager 7a und 7b ist ein Abstandhalter 15 einge­ setzt. In Fig. 2 sind die Achse 6a der Antriebswelle 6 und die Achse 8a der Kurbelwelle eingezeichnet.

Aus Fig. 3 geht hervor, daß der Ansatz 2d so geformt ist, daß die Höhe l₁ niedriger als die Höhe l₂ des Spiralteiles 2a ist, dadurch einen Entladungsraum 2f zuläßt, der auf dem Oberteil des Ansatzes 2d ausge­ bildet ist und in Verbindung mit der Auslaßöffnung 4 steht.

Nachfolgend wird die Funktion der Vorrichtung be­ schrieben.

Ein Motor wird unter der Bedingung eingeschaltet, daß die Antriebswelle 6 exzentrisch ungedämpft mittels der Kurbelwelle 8 mit einer Antriebswelle 12 verbun­ den ist. Die bewegliche Spirale 2 ist dabei drehbar angetrieben, ohne dabei um ihre eigene Achse zu os­ zillieren. Zur Verhinderung der Oszillation der be­ weglichen Spirale 2 um ihre eigene Achse können meh­ rere Kugellager anstelle des Oldhams-Ringes verwendet werden.

Dann greift der Spiralteil 2a der bewegten Spirale 2 exzentrisch in den Spiralteil 1a der feststehenden Spirale 1 ein, so daß mindestens ein Kompressionsraum 3 gebildet wird. Der Kompressionsraum 3, der an der Außenseite der Vorrichtung ausgebildet ist, bewegt sich zum Zentrum des Spiralteiles 1a und 2a, wenn sich die bewegliche Spirale 2 dreht, und das Fluid wird komprimiert. Gleichzeitig greift die durch die Drehbewegung hervorgerufene Zentrifugalkraft die be­ wegliche Spirale 2 in Richtung ihres Radius an. Die Zentrifugalkraft wirkt auf die Wellenlager 7a und 7b als Moment.

Die bewegliche Spirale 2 ist mit einem Ansatz 2d ver­ sehen, die eine Lagerbohrung 2e in ihrem Zentrum hat. Die Höhe l₁ des Ansatzes 2d ist so ausgebildet, daß sie niedriger als die Höhe l₂ des Spiralteiles 2a ist und so ein Auslaßraum 2f ausgebildet ist. Die Wellen­ lager 7a und 7b sind in der Lagerbohrung 2e des An­ satzes 2d befestigt, und der Schwerpunkt der bewegba­ ren Spirale 2 ist in der Nähe des Zentrums der An­ triebswelle positioniert, so daß das durch den Kraft­ vektor, der durch die Zentrifugalkraft und die Axial­ kraft gebildet wird, wirkende Auflagemoment reduziert wird. Daraus resultiert, daß die oszillierende Bewe­ gung über die Wellenlager 7, wie in Fig. 9 gezeigt ist, begrenzt wird.

Das im Kompressionsraum 3 komprimierte Fluid gelangt durch die Auslaßöffnung 4 ohne erneute Expansion und durch einen Entladungsraum auf der Oberseite des An­ satzes 2d, um eine hohe Effektivität der Vorrichtung zu erreichen.

Eine weitere Reduzierung des Volumens des Auslaßrau­ mes 2f bewirkt ein Ansteigen der Effektivität der Kompression der Vorrichtung.

Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Fig. 4 dargestellt. In dieser Vorrichtung ist nur ein Wellenlager 7c in die Lager­ bohrung 2e der bewegbaren Spirale 2 in der Nähe des Schwerpunktes der bewegbaren Spirale 2 eingesetzt. Das Spiralwellenlager 7c kann ein einfaches Rillenku­ gellager oder ein Doppelrillenkugellager sein.

In der Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Fördern oder Ver­ dichten dargestellt. In dieser Vorrichtung werden Spiralwellenlager 7d und 7e mit verschiedenen Größen verwendet. Die in den Fig. 1 und 4 dargestellten Vorrichtungen stützen die Axialkraft mit Spiralwel­ lenlagern 7a, 7b oder 7c eines Typs ab. Andererseits kann mit den in Fig. 5 dargestellten Wellenlagern 7d und 7e mit unterschiedlicher Größe die Axialkraft aufgenommen und auf den Abstandhalter 15, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, verzichtet werden.

Eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 6 dargestellt. Diese Vorrich­ tung besitzt ein kleines Axiallager auf der Oberseite der Lagerbohrung 2e aus Fig. 1, die verwendet wird, wenn der Gegendruck auf das komprimierte Fluid rela­ tiv groß ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, wie be­ reits oben beschrieben, ein Ansatz mittig in der bewegbaren Spirale und ein oszillierendes Lager im Ansatz positioniert, um die oszillierende Bewegung der bewegbaren Spirale zu begrenzen. Daraus resul­ tiert, daß der durch den Aufprall der Spiralteile hervorgerufene Lärm eliminiert, die Lebensdauer der Vorrichtung verlängert und die Antriebskraft für die Drehung der bewegbaren Spirale 2 reduziert werden kann.

Zusätzlich besitzt die Vorrichtung einen Auslaßraum an der Oberseite des Ansatzes, der eine Erhöhung der Kompressionseffektivität der Vorrichtung bewirkt.

Claims (1)

1. Spiralverdichter bestehend aus:
einer feststehenden Spirale (1) mit einem Spi­ ralteil (1a);
einer orbitierenden Spirale (2) mit einem Spi­ ralteil (2a) und einem Ansatz (2d), der zur Sei­ te der feststehenden Spirale (1) hin gerichtet ist und eine mittige Lagerbohrung (2e) für die Aufnahme einer Welle (6) aufweist, wobei der Spiralteil (2a) der orbitierenden Spirale (2) gleitend mit dem Spiralteil (1a) der feststehen­ den Spirale (1) in Eingriff bringbar ist, um we­ nigstens einen Kompressionsraum (3) zu bilden;
einer Antriebswelle (6) für die orbitierende Spirale (2), die mit einer Antriebswelle (12) eines Motors (11) exzentrisch verbunden ist, wo­ bei die Antriebswelle (6) von der Lagerbohrung (2e) der orbitierenden Spirale (2) mittels eines Lagers (7) aufgenommen ist;
einer in der feststehenden Spirale (1) mittig ausgeformten Auslaßöffnung (4) für den Auslaß des Fluids, das in dem Kompressionsraum (3) kom­ primiert wurde, und
einem mit der Auslaßöffnung in Verbindung ste­ henden Auslaßraum (2f),
dadurch gekennzeichnet, daß
der Auslaßraum (2f) durch eine in dem Ansatz (2d) in der der Auslaßöffnung (4) zugewandten Stirnfläche ausgeformten Vertiefung gebildet wird und das Volumen des Auslaßraumes (2f) so ausgebildet ist, daß es gleich oder leicht klei­ ner als das Endvolumen des Kompressionsraums (3) ist, wodurch zur Erzielung eines hohen Wirkungs­ grades das Fluid, ohne wieder zu expandieren, durch den Auslaßraum (2f) ausgelassen wird.