DE4234055A1 - Spiralenkompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralenkompressor.

DE 41 30 393 A1 beschreibt einen Spiralenkompressor mit einer Spiralelementanordnung, die ein erstes festste­ hendes und ein zweites relativ dazu bewegliches Spiral­ element aufweist, das im Betrieb eine orbitierende Be­ wegung in Bezug zum ersten Spiralelement ausführt. Die Spiralelemente stehen an bestimmten, sich im Verlauf der Bewegung verschiebenden Punkte miteinander in Be­ rührung und schließen damit Gastaschen ein, die sich im Verlauf der Bewegung in Richtung eines Mittelpunkts der Spiralelementanordnung bewegen und dabei ihr Volumen verkleinern. Im Bereich des Mittelpunkts ist ein Druckausgang vorgesehen, bei dem unter Druck stehendes Gas aus der Spiralelementanordnung austreten kann.

Aus EP 0 133 891 A1 ist ein weiterer Spiralenkompressor bekannt, der zwei Spiralelementanordnungen aufweist. Zwischen diesen beiden Spiralelementanordnungen ist ein Elektromotor angeordnet. Durch diese Anordnung können axiale Kräfte der beiden Spiralelementanordnungen aus­ geglichen werden. Derartige Spiralenkompressoren haben jedoch den Nachteil, daß sie relativ viel Platz in An­ spruch nehmen und im Verhältnis zu ihrer Leistung ein hohes Gewicht aufweisen. Bei Standardmotoren ist außer­ dem die Drehzahl und damit das Verdrängungsvermögen des Kompressors begrenzt. Die vom Elektromotor als Wärme abgegebene Verlustleistung kann zu einer Erwärmung des zu komprimierenden Mediums führen, was in vielen Fällen unerwünscht ist.

Ferner ist aus DE 33 32 292 A1 ein Spiralenkompressor bekannt, der übt eine Riemenscheibe von einem Keilrie­ men, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, angetrieben wird. Kompressoren dieser Art erfordern eine kompli­ zierte Lagerdurchführung der Welle von der Riemenschei­ be zum beweglichen Spiralelement, die nur schwer abzu­ dichten ist. Derartige Kompressoren werden vielfach in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen verwendet, bei denen der Spiralenkompressor das Kältemittel komprimieren soll. Aufgrund der Dichtigkeitsprobleme treten hier in der Regel Kältemittelverluste auf, die aus Umwelt­ schutzgründen vermieden werden sollten. Außerdem ver­ ursacht das Nachfüllen des Kältemittels unerwünschte Kosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kom­ pressor anzugeben, der einfach hergestellt werden kann und bei einem großen Verdrängungsvolumen eine geringe Größe und ein geringes Gewicht aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Spiralenkompressor angegeben mit einer Spiralelementanordnung, die zwei periodisch relativ zueinander bewegbare Spiralelemente aufweist, und mit einem von einem unter Druck stehenden Fluid angetriebenen Fluidmotor, der mit der Spiralele­ mentanordnung eine geschlossene Einheit bildet.

Hierdurch wird erreicht, daß der Kompressor in sich geschlossen ist, also keine beweglichen Teile von außen nach innen geführt werden müssen, die eine komplizierte Abdichtung erfordern. Eine zusätzliche Wärmebelastung, wie sie etwa durch einen Elektromotor auftreten würde, wird beträchtlich vermindert. Das Fluid kann vielmehr noch dazu verwendet werden, entstehende Wärme relativ schnell und problemlos abzutransportieren. Es müssen lediglich zwei Anschlußsätze bereitgestellt werden, nämlich ein Anschlußsatz für die Zu- und Abfuhr des unter Druck stehenden Antriebsfluids und ein Anschluß­ satz zur Zu- und Abfuhr des zu komprimierenden Gases bzw. eines zu komprimierenden Fluids. Ein derartiger Kompressor kann vorteilhafterweise für Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Viele Kraftfahrzeuge haben bereits eine hydraulische oder pneumatische An­ lage, etwa zur Bremskraftverstärkung oder zur Lenk­ kraftunterstützung, so daß das unter Druck stehende Fluid in den meisten Fällen bereits zur Verfügung steht. In der Regel wird zur Erzeugung der Relativbewe­ gung ein Spiralelement bewegt, während das andere fest­ steht. Dies ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit. Es können auch beide bewegt werden. Zur Vereinfachung der nachfolgenden Erläuterungen bezieht sich daher die Eigenschaft "beweglich" eines Spiralelements auf ein Koordinatensystem, in dem das andere Spiralelement festgelegt ist. Dieses Koordinatensystem kann, muß aber nicht, gehäusefest sein.

Mit Vorteil schwimmt mindestens das bewegliche Spiral­ element auf dem Fluid. Hierzu reicht es aus, daß zwi­ schen dem Spiralelement und benachbarten Teilen ein dünner Film aus diesem Fluid gebildet ist. Das Fluid ermöglicht dann eine annähernd reibungslose Bewegung des Spiralelements. Die Antriebsleistung kann dann fast vollständig zur Erzeugung des gewünschten Druckes ver­ wendet werden. Darüber hinaus kann das Fluid auch einen Druck auf das Spiralelement ausüben, der zur einer ver­ besserten Dichtigkeit der Spiralelementanordnung führt. Mit Hilfe dieses Drucks können Gegendrücke, die beim Komprimieren des Gases in der Spiralelementanordnung entstehen, beispielsweise in Axialrichtung, kompensiert werden.

Vorteilhafterweise weist das Fluid schmierende Eigen­ schaften aus und schmiert die Spiralelementanordnung. Zusätzliche Schmierstoffe müssen dann nicht zugeführt werden. Die Reinhaltung-des zu komprimierenden Gases, beispielsweise eines Kältemittels, wird dadurch erheb­ lich vereinfacht. Der Kompressor kann eine lange Lebensdauer haben.

Vorteilhafterweise ist der Fluidmotor als Hydraulikmo­ tor ausgebildet. Hiermit lassen sich die notwendigen Kräfte für den Antrieb der Spiralelementanordnung rela­ tiv leicht aufbringen. Hydraulikmotoren können relativ schnell laufen und damit entsprechend viele Pump- oder Kompressionsperioden pro Zeiteinheit durchführen. Damit werden die gewünschten großen Verdrängungsvolumina er­ möglicht.

Mit Vorteil ist der Motor durch eine flexible Wand von der Spiralelementanordnung getrennt. Hierdurch läßt sich verhindern, daß sich das Druckfluid, beispielswei­ se Hydraulikflüssigkeit, mit dem zu komprimierenden Fluid, beispielsweise einem Kältemittel, vermischt. Die Flexibilität der Wand erlaubt hierbei eine Bewegung des beweglichen Spiralelements, so daß trotz dieser Abdich­ tung die Funktion des Spiralenkompressors gewährleistet bleibt.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die flexible Wand balgartig ausgebildet ist und die Spiralelementanord­ nung ringförmig umgibt, wobei sie Grundplatten der bei­ den Spiralelemente miteinander verbindet. Hierdurch werden die Beanspruchungen der Wand, die sich durch die Bewegungen des beweglichen Spiralelements ergeben, re­ lativ klein gehalten.

Wenn die Wand in Umfangsrichtung steif genug ausgebil­ det ist, kann sie sogar dazu dienen, das bewegliche Spiralelement am Verdrehen zu hindern.

Vorteilhafterweise ist der Fluidmotor als Rotationsmo­ tor ausgebildet, bei dem mindestens ein mit einem Spi­ ralelement verbundener Teil im Betrieb eine orbitieren­ de Bewegung durchführt. Bei der orbitierenden Bewegung werden die beiden Spiralelemente nicht gegeneinander verdreht. Vielmehr beschreiben alle Punkte des bewegli­ chen Spiralelements in einem Koordinatensystem, das durch das andere Spiralelement festgelegt ist, peri­ odisch einen Umlauf. Dieser Umlauf ist in der Regel kreisförmig ausgebildet. Dies ist jedoch für die vor­ liegende Erfindung nicht Voraussetzung. Die Bewegungs­ bahnen der Punkte des beweglichen Spiralelements können vielmehr auch von der Kreisbahn abweichen, beispiels­ weise eine Ellipsenform aufweisen oder einer Bahn fol­ gen, die durch eine einer Kreisbahn überlagerte peri­ odisch sich ändernde Funktion bestimmt ist. Die orbi­ tierende Bewegung, die im einfachsten Fall durch einen exzentrisch gelagerten Zapfen erzeugt wird, kann auf einfache Art und Weise in die Bewegung umgesetzt wer­ den, die das bewegliche Spiralelement in Bezug zum feststehenden Spiralelement durchführt. Hierdurch wird erreicht, daß nur eine einzelne Kurbelverbindung zwi­ schen dem Motor und dem beweglichen Spiralelement vor­ handen sein muß. Die Lagerung von Motor und Spiralele­ mentanordnung kann vereinheitlicht werden. Die Lager können leicht aufeinander abgestimmt und aneinander angepaßt werden.

Bevorzugterweise ist eine Drehverhinderungseinrichtung vorgesehen, die ein Verdrehen des Spiralelements gegen­ über dem festen Spiralelement verhindert und die durch mehrere in je einem Loch angeordnete Zapfen gebildet, bei der die Löcher so groß sind, daß sie eine der Bewe­ gung des beweglichen Spiralelements entsprechende Bewe­ gung des Zapfens zulassen, wobei der Zapfen an einem Spiralelement oder einem damit fest verbundenen Teil und das Loch im anderen Spiralelement oder einem damit fest verbundenen Teil angeordnet ist. Die Zapfen können also in den Löchern orbitieren, und zwar entsprechend der Bewegung des beweglichen Spiralelements. Bei dieser Bewegung liegen sie an der Wand des Loches an. Da meh­ rere Löcher-Zapfen-Kombinationen vorgesehen sind, ent­ stehen hierdurch Hebel, die ein Gegenmoment aufbringen, das die Rotation des beweglichen Spiralelements verhin­ dert.

Bevorzugterweise ist der Fluidmotor als Zahnradmotor mit einem in einem Zahnring exzentrisch angeordneten Zahnrad ausgebildet. Ein derartiger Motor kann aus we­ nigen Teilen aufgebaut sein. Verglichen mit der Lei­ stung anderer Motoren, etwa von Elektromotoren, läßt sich seine Größe und sein Gewicht relativ klein halten. Ein derartiger Zahnradmotor erlaubt gleichzeitig hohe Drehzahlen, wodurch das gewünschte Fördervolumen des Kompressors erreicht wird.

Vorteilhafterweise ist der Fluidmotor als Gerotormotor ausgebildet. In diesem Fall sind Zahnrad und Zahnring mit versetzt zueinander angeordneten Mittelpunkten drehbar in einem Gehäuse gelagert. Die Lage der Mittel­ punkte im Gehäuse ändert sich nicht. Die Antriebssteue­ rung des Motors kann durch feste Kanäle im Gehäuse er­ folgen, so daß der Aufbau des Motors relativ einfach wird.

Hierbei ist bevorzugt, daß das Zahnrad einen exzen­ trisch angeordneten Zapfen aufweist, der mit dem beweg­ lichen Spiralelement in Wirkverbindung steht. Der ex­ zentrische Zapfen erzeugt die orbitierende Bewegung. Es muß nun lediglich dafür gesorgt werden, daß sich dieser Zapfen in dem mitorbitierenden Spiralelement drehen kann und das Spiralelement nur orbitiert und sich nicht dreht. Man kann hiermit eine Kurbel aus nur zwei Ma­ schinenelementen aufbauen, nämlich aus dem Zahnrad und aus dem Spiralelement.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist der Zahnring einen exzentrisch angeordneten Zapfen auf, der mit dem beweglichen Spiralelement in Wirkverbindung steht. In diesem Fall wird erreicht, daß radiale Kräfte vom orbitierenden Spiralelement, die durch den Zapfen auf den Zahnring überführt werden, vom äußeren Lager des Zahnrings aufgenommen werden können. Dies ist das Lager, mit dem der Zahnring im Gehäuse drehbar gelagert ist. Dieses Lager kann relativ groß ausgebildet werden. Es kann entsprechend auch relativ große Kräfte aufneh­ men, ohne daß die Lebensdauer des Kompressors deswegen verkürzt wird.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Fluidmotor als Orbitmotor ausgebildet, in dem im Betrieb das Zahnrad in Bezug zum Zahnring eine orbi­ tierende Bewegung ausführt und mit dem beweglichen Spi­ ralelement in Wirkverbindung steht. Zur Erzeugung der orbitierenden Bewegung des Spiralelements kann nun di­ rekt die orbitierende Bewegung des Zahnrades bezie­ hungsweise des Zahnrings verwendet werden. Weitere Tei­ le, wie exzentrisch angeordnete Zapfen, sind im Prinzip nicht erforderlich. Die orbitierende Bewegung eines derartigen Orbitmotors muß sich nicht auf eine reine Kreisbahn beschränken. Sie muß lediglich eine Umlaufbe­ wegung beinhalten, die an die Form der Spiralelemente angepaßt ist.

Bevorzugterweise sind zur Steuerung des Motors in Um­ fangsrichtung abwechselnd Pumpenkanäle und Tankkanäle vorgesehen. Ferner sind Schlitze vorgesehen, die eine Fluidverbindung in einen Bereich zwischen dem Zahnrad und dem Zahnring haben, wobei die Schlitze bei der Re­ lativbewegung von Zahnrad und Zahnring abwechselnd in Fluidverbindung mit den Pumpen- und den Tankkanälen kommen. Die Pumpen- und die Tankkanäle stehen hierbei in Verbindung mit dem Pumpen- bzw. dem Tankanschluß, so daß die zwischen dem Zahnring und dem Zahnrad gebilde­ ten Drucktaschen, die über die Schlitze mit den Pumpen­ kanälen verbunden sind, mit unter Druck stehendem Fluid versorgt werden. Diese Drucktaschen vergrößern ihr Vo­ lumen. Hierbei verkleinern sich auf der anderen Seite Drucktaschen, die das hierbei herausgedrückte Fluid über die Tankkanäle in den Tank ablassen können. Eine derartige Schlitzsteuerung läßt sich relativ einfach realisieren.

Dies ist besonders einfach, wenn die Schlitze in der Grundplatte des beweglichen Spiralelements angeordnet sind. Durch die orbitierende Bewegung des beweglichen Spiralelements läßt sich erreichen, daß zeitrichtig die einzelnen Drucktaschen mit den Pumpenkanälen oder mit den Tankkanälen in Verbindung gebracht werden.

Besonders bevorzugt ist hierbei, daß der Zahnring in einem Gehäuse drehbar gelagert ist. Hierdurch ist es möglich, das Zahnrad nur orbitieren zu lassen. Die Ro­ tationsbewegung wird vom Zahnring aufgenommen. Da für das Lager des Zahnrings wesentlich mehr Platz zur Ver­ fügung steht als für ein Rotationslager auf einem Zap­ fen zwischen dem Zahnrad und dem Spiralelement, läßt sich das Lager größer dimensionieren. Es kann also grö­ ßere Kräfte aufnehmen, wodurch die Lebensdauer erhöht wird.

Hierbei läßt sich das Spiralelement vorteilhafterweise einstückig mit dem Zahnrad ausbilden. Dies vereinfacht den Aufbau des Kompressors. Im Grunde genommen sind nur noch vier Teile erforderlich, nämlich zwei Spiralele­ mente, von denen eines das Zahnrad enthält, ein Zahn­ ring und das Gehäuse.

Bei dieser Ausgestaltung läßt sich die Schlitzsteuerung einfach dadurch realisieren, daß die Schlitze im Zahn­ ring jeweils zwischen zwei nach innen ragenden Zähnen angeordnet sind. Wenn sich nun der Zahnring dreht, kom­ men immer die entsprechenden Schlitze mit den Pumpenka­ nälen bzw. den Tankkanälen in Verbindung. Da ein Schlitz mehr als Pumpenkanäle bzw. Tankkanäle vorgese­ hen ist, ergibt sich automatisch die richtige Vertei­ lung der Schlitze auf die Pumpen- bzw. die Tankkanäle.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Fluidmotor zwischen zwei Spiralelementanordnungen an­ geordnet. Auf diese Weise können sich axiale Kräfte der beiden Spiralelementanordnungen ausgleichen. Die ent­ sprechenden Lagerungen sind damit druckentlastet. Sie müssen im wesentlichen nur noch radiale Kräfte aufneh­ men.

Vorteilhafterweise sind die beweglichen Spiralelemente beider Spiralelementanordnungen vom gleichen Maschinen­ teil des Motors angetrieben. Auch diese Ausgestaltung vereinfacht den Aufbau des Kompressors.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die beiden beweg­ lichen Spiralelemente in Gegenphasen zueinander arbei­ ten. Auf diese Weise können auch radiale Kräfte teil­ weise ausgeglichen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführung eines Spiralenkompres­ sors mit einem Gerotormotor,

Fig. 2 einen Schnitt II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Spiralen­ kompressors mit einem Gerotormotor,

Fig. 4 einen Schnitt IV-IV nach Fig. 3,

Fig. 5 einen Spiralenkompressor mit einem Orbitmo­ tor,

Fig. 6 einen Schnitt VI-VI nach Fig. 5,

Fig. 7 eine weitere Ausgestaltung eines Spiralenkom­ pressors mit einem Orbitmotor,

Fig. 8 einen Schnitt VIII-VIII nach Fig. 7 und

Fig. 9 einen Spiralenkompressor mit zwei Spiralele­ mentanordnungen.

Ein Spiralenkompressor 1 weist eine aus einem bewegli­ chen Spiralelement 2 und einem in einem Gehäuse 16 feststehenden Spiralelement 3 bestehende Spiralelement­ anordnung auf. Das Spiralelement 2 kann relativ zum Spiralelement 3 orbitieren, also eine periodische Um­ laufbewegung ausführen, ohne sich jedoch gegenüber dem Spiralelement 3 zu drehen. Hierzu ist eine Drehverhin­ derungseinrichtung im Gehäuse 16 vorgesehen, die drei Löcher 21 im Gehäuse 16 und drei Zapfen 22 am bewegli­ chen Spiralelement 2 umfaßt. In jedes Loch 21 ragt ein Zapfen 22 hinein. Das Loch 21 ist so groß, daß der Zap­ fen 22 darin eine der Bewegung des Spiralelements 2 entsprechende orbitierende Bewegung ausführen kann. Da aber mindestens zwei Löcher 21 vorgesehen sind, kann sich das Spiralelement 2 gegenüber dem Gehäuse nicht verdrehen.

Das Spiralelement 2 wird durch einen Gerotormotor ange­ trieben, der einen über ein Lager 7 im Gehäuse 16 dreh­ bar gelagerten Zahnring 4 und ein auf einem Lagerzapfen 6 im Gehäuse 16 drehbar gelagertes Zahnrad 5 aufweist. Zahnring 4 und Zahnrad 5 sind exzentrisch zueinander angeordnet, d. h. die durch den Mittelpunkt des Lager­ zapfens 6 gebildete Drehachse 18 des Zahnrads 5 stimmt nicht mit der durch den Mittelpunkt des Lagers 7 gebil­ deten Drehachse des Zahnringes 4 überein.

Zwischen dem Zahnring 4 und dem Zahnrad 5 sind in be­ kannter Art und Weise Drucktaschen ausgebildet. Einige Drucktaschen stehen mit einem Eingangsraum 8 in Verbin­ dung, andere Drucktaschen mit einem Ausgangsraum 9. Dem Eingangsraum 8 wird unter Druck stehendes Fluid von einem Pumpenanschluß 10 zugeführt. Der Ausgangsraum 9 steht mit einem Tankanschluß 11 in Verbindung, so daß Fluid, das bei einer Drehung von Zahnring 4 und Zahnrad 5 in den Drucktaschen vom Eingangsraum 8 in den Aus­ gangsraum 9 transportiert wird, wieder zum Tank abflie­ ßen kann. Zahnring 4 und Zahnrad 5 rotieren gemeinsam, allerdings mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.

Auf dem Zahnrad 5 ist exzentrisch ein Exzenterzapfen 14 angeordnet, d. h. dessen Achse 19 beschreibt bei einer Drehung des Zahnrades 5 eine Kreisbewegung um die Achse 18 des Zahnrades 5. Der Exzenterzapfen 14 ist mit Hilfe eines Drehlagers 15 im Spiralelement 2 gelagert. Bei einer Drehung des Zahnrades 5 wird daher die orbitie­ rende Bewegung des Exzenterzapfens 14 auf das Spiral­ element 2 übertragen, und das Spiralelement 2 orbitiert im festen Spiralelement 3. Dabei bilden sich zwischen dem beweglichen Spiralelement 2 und dem festen Spiral­ element 3 Gastaschen, die sich zunehmend verkleinern, so daß über einen Sauganschluß 12 angesaugtes Gas schließlich an einem Druckanschluß 13 mit erhöhtem Druck abgegeben werden kann. Zwischen Grundplatten 23, 24 der Spiralelemente 2, 3, von denen die Grundplatte 24 des festen Spiralelements 3 fest mit dem Gehäuse 16 verbunden ist, ist eine flexible Wand 25 in Form eines Balgs angeordnet. Diese verhindert, daß sich Hydraulik­ flüssigkeit und komprimiertes Gas mischen. Mit Hilfe der Wand läßt sich, wenn sie in Umfangsrichtung steif genug ist, die Rotation verhindern. Auf jeden Fall läßt die Wand 25 die orbitierende Bewegung des beweglichen Spiralelements 2 zu.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausgestaltung ei­ nes Spiralenkompressors 1′ mit einem Gerotormotor. Hierbei sind gleiche Teile mit gleichen und entspre­ chende Teile gestrichenen Bezugszeichen versehen. Die Fluidsteuerung für den Gerotormotor ist aus Gründen der Übersicht, nicht mehr gezeigt. Sie wird jedoch als be­ kannt vorausgesetzt. Auch die flexible Wand 25 und die Drehverhinderungseinrichtung 21, 22 sind in den folgen­ den Figuren weggelassen. Sie können aber auch bei die­ sen Ausgestaltungen verwendet werden.

Während in der Ausgestaltung nach den Fig. 1 und 2 der Zahnring 4 exzentrisch im Gehäuse gelagert war, während das Zahnrad 5 auf dem Lagerzapfen 6 zentrisch zum Ge­ häuse, d. h. zentrisch zum festen Spiralelement 3 ange­ ordnet war, ist in der Ausgestaltung nach den Fig. 3 und 4 das Zahnrad 5′ exzentrisch gelagert, während der Zahnring 4′ im wesentlichen zentrisch im Gehäuse 16′ gelagert ist, d. h. seine Mittelachse 18′ hat einen vor­ bestimmten Abstand von der Mittelachse 20′ des Zahnra­ des, das auf einem entsprechend versetzten Lagerzapfen 6′ drehbar gelagert ist.

Diesmal trägt der Zahnring 4′ einen Exzenterzapfen 17, der über ein Lager 15′ mit dem beweglichen Spiralele­ ment 2 in Verbindung steht. Wenn sich nun der Zahnring 4′ unter der Wirkung des unter Druck stehenden Fluids dreht, beschreibt der Exzenterzapfen 17 eine orbitie­ rende Bewegung um die Achse 18′ des Zahnringes 4′, so daß auch das bewegliche Spiralelement 2 eine entspre­ chende Umlaufbewegung ausführt.

Um ein weiteres Lager einzusparen, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 anstelle des Gerotormotors ein Orbitmotor verwendet. Hierbei sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und entspre­ chende Teile mit um 100 erhöhten Bezugszeichen verse­ hen.

Der Zahnring 104 ist nun stationär, d. h. er dreht sich in Bezug zum festen Spiralelement 3 nicht mehr. Dafür rotiert und orbitiert das Zahnrad 105 im Zahnring 104, wie dies von einem Orbitmotor bekannt ist. Zu diesem Zweck ist das Zahnrad 105 exzentrisch im Zahnring 104 gelagert. Das Zahnrad 105 hat einen Zahn weniger als der Zahnring 104. Ein Antriebszapfen 114 ist mittig auf dem Zahnrad 105 vorgesehen. Er steht über ein Lager 15 mit dem beweglichen Spiralelement 2 in Verbindung. Das Lager 15 läßt eine Drehung zwischen dem Antriebszapfen 114 und dem beweglichen Spiralelement 2 zu. Wenn nun das Zahnrad 105 im Zahnring 104 und damit im Gehäuse 116 orbitiert, wird diese orbitierende Bewegung auf das bewegliche Spiralelement 2 übertragen. Eine Drehung des Spiralelements 2 wird durch nicht dargestellte Drehver­ hinderungseinrichtungen (siehe oben) verhindert.

Zahnring 104 und Zahnrad 105 sind so aufeinander abge­ stimmt, daß die orbitierende Bewegung des Zahnrades 105 genau der gewünschten orbitierenden Bewegung des beweg­ lichen Spiralelements 2 entspricht.

Im Gehäuse 116 ist ein Pumpenkanal 26 vorgesehen, der mit dem Tankanschluß 110 in Verbindung steht. Ferner ist ein Tankkanal 27 vorgesehen, der mit dem Tankan­ schluß 111 in Verbindung steht. In der Grundplatte 123 des beweglichen Spiralelements 2 sind Schlitze 28 vor­ gesehen. Diese Schlitze sind, obwohl sie nicht der Schnittansicht entsprechen, zusätzlich in die Fig. 6 eingezeichnet. Wenn nun das bewegliche Spiralelement 2 eine orbitierende Bewegung durchführt, kommen diese Schlitze 28 abwechselnd mit den Pumpenkanälen 26 und den Tankkanälen 27 in Verbindung. Es gelangt damit ent­ weder unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit in die Drucktaschen, die sich zwischen Zahnring 104 und Zahn­ rad 105 bilden, die sich aufgrund der Relativbewegung zwischen Zahnring 104 und Zahnrad 105 gerade vergrößern oder es entsteht eine Verbindung zum Tankanschluß 111 bei den Drucktaschen, die sich gerade verkleinern. Etwa die Hälfte der Schlitze 28 steht mit den Pumpenkanälen 26 in Verbindung, während der verbleibende Teil mit den Tankkanälen 27 in Verbindung steht. Die Anzahl der Pum­ penkanäle 26 bzw. der Tankkanäle 27 entspricht der Zäh­ nezahl des Zahnrades 105. Die Zahl der Schlitze 28 ist um eins größer. Damit ergibt sich die zeitrichtige Ver­ bindung der einzelnen Druckkammern praktisch automa­ tisch.

Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Ausgestaltung, bei der gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5 und 6 und entsprechende Teile mit entsprechend gestrichenen Bezugszeichen versehen sind.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Zahnring 104′ drehbar im Gehäuse 116′ gelagert. Bei Beibehaltung der Relativbewegung zwischen dem Zahnring 104′ und dem Zahnrad läßt sich nun erreichen, daß das Zahnrad 105′ nur noch orbitiert, während der Rotationsanteil der Relativbewegung zwischen Zahnring 104′ und Zahnrad 105′ vom Zahnring 104′ übernommen wird, der sich in einem Lager 107 im Gehäuse 116′ frei drehen kann. Da das La­ ger 107 wesentlich größer dimensioniert werden kann als das Lager 15, können hier auch größere Kräfte aufgenom­ men werden, so daß sich die Lebensdauer des Spiralen­ kompressors 4 beträchtlich verlängern läßt.

Da sich nun die Bewegung des Zahnrades 105′ auf eine rein orbitierende Bewegung oder eine umlaufende Bewe­ gung beschränkt, kann man das bewegliche Spiralelement 2′ und Zahnrad 105′ einstückig ausbilden. Der Aufbau des Spiralenkompressors 101′ wird dadurch sehr einfach. Das bewegliche Spiralelement 2′ kann in einer Endfläche des Zahnrades 105′ ausgebildet sein.

Zur Bewegungssteuerung des Motors 104′, 105′ sind auch hier wieder Pumpenkanäle 26′ und Tankkanäle 27′ vorge­ sehen, die mit einem Pumpenanschluß 110 bzw. einem Tankanschluß 111 in Verbindung stehen. Im Zahnring 104′ sind Schlitze 28′ ausgebildet, die zwischen zwei nach innen ragenden Zähnen 29 des Zahnrings 104 in den Zwi­ schenraum zwischen Zahnring 104′ und Zahnrad 105′ mün­ den. Durch die Drehung des Zahnrings 104′ kommen nun diese Zwischenräume abwechselnd in Verbindung mit Pum­ penkanälen 26′ und mit Tankkanälen 27′, wodurch sich eine zeitrichtige Steuerung ergibt.

In allen Fällen werden vorteilhafterweise Hydraulikmo­ toren verwendet. Wenn die Hydraulikflüssigkeit, wie das üblicherweise der Fall ist, Schmiereigenschaften be­ sitzt, kann sie gleichzeitig zum Schmieren der entspre­ chenden Lagerstellen 7 und 15 verwendet werden. Gleich­ zeitig kann die Hydraulikflüssigkeit dazu verwendet werden, einen Flüssigkeitsfilm zwischen dem beweglichen Spiralelement 2 und dem Gehäuse bzw. dem Zahnrad zu bilden, so daß auch hier eine nahezu reibungsfreie Be­ wegung erreicht wird. Wenn dieser Flüssigkeitsfilm un­ ter einem gewissen Druck gehalten wird, können axiale Kräfte, die beim Komprimieren des Gases zwischen dem beweglichen und dem festen Spiralelement 2, 3 entste­ hen, zumindest teilweise kompensiert werden. Dies ver­ bessert die Dichtigkeit zwischen dem beweglichen und dem festen Spiralelement 2, 3 und damit den Wirkungs­ grad des Spiralenkompressors. Diese Dichtigkeit kann weiterhin dadurch erzielt werden, daß das Druckfluid von der dem beweglichen Spiralelement 2 abgewandten Seite den Drucktaschen zwischen dem Zahnring 4 und dem Zahnrad 5 zugeführt wird und Zahnring 4 und Zahnrad 5 entsprechend von dieser Seite her mit einem gewissen Druck belasten. Auch dieser Druck kann dann zur Kompen­ sierung axialer Kräfte verwendet werden.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der zwei bewegliche Spiralelemente 202, 202′ vorgesehen sind. Die zugehörigen festen Spiralelemente sind aus Gründen der Übersicht weggelassen. Die Ausgestaltung nach Fig. 9 entspricht im übrigen im wesentlichen der nach den Fig. 7 und 8, so daß hier um 100 gegenüber den Bezugs­ zeichen in Fig. 7 und 8 erhöhte Bezugszeichen für ent­ sprechende Teile verwendet werden. Das Zahnrad 205′ ist einstückig mit den Spiralelementen 202, 202′ ausgebil­ det. Das Zahnrad 205′ ist exzentrisch im Zahnring 204′ gelagert, der wiederum über ein Lager 207 drehbar im Gehäuse 216′ gelagert ist. Die Relativbewegung zwischen Zahnring 204′ und Zahnrad 205′, die aus einer orbitie­ renden und einer rotierenden Bewegung zusammengesetzt ist, kann nun aufgelöst werden, in eine rein orbitie­ rende Bewegung des Zahnrades 205′, während die Rota­ tionsbewegung ausschließlich vom Zahnring 204′ übernom­ men wird.

Da die axialen Drücke, die beim Komprimieren von Gasen oder anderen Fluiden zwischen den Spiralelementen ent­ stehen, nun von beiden Seiten gleichförmig wirken, he­ ben sie sich gegenseitig auf. Das Lager 207 muß dann nur noch radiale Kräfte aufnehmen können. Wenn die bei­ den Spiralelemente 202, 202′ so angeordnet werden, daß sie gegenphasig arbeiten, können auch die radialen Kräfte teilweise kompensiert werden.

Claims (22)

1. Spiralenkompressor mit einer Spiralelementanord­ nung, die zwei periodisch relativ zueinander beweg­ bare Spiralelemente (2, 2′, 202, 202′; 3) aufweist, und mit einem von einem unter Druck stehenden Fluid angetriebenen Fluidmotor (4, 5; 4′; 5′; 104, 105; 104′, 105′; 204′, 205′), der mit der Spiralele­ mentanordnung (2, 2′, 202, 202′; 3) eine ge­ schlossene Einheit bildet.

2. Spiralenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens das bewegliche Spiralele­ ment (2) auf dem Fluid schwimmt.

3. Spiralenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid schmierende Eigen­ schaften aufweist und die Spiralelementanordnung (2, 2′, 202, 202′; 3) schmiert.

4. Spiralenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidmotor (4, 5; 4′; 5′; 104, 105; 104′, 105′; 204′, 205′) als Hydraulikmotor ausgebildet ist.

5. Spiralenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (4, 5) durch eine flexible Wand (25) von der Spiralele­ mentanordnung (2, 3) getrennt ist.

6. Spiralenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die flexible Wand (25) balgartig aus­ gebildet ist und die Spiralelementanordnung (2, 3) ringförmig umgibt, wobei sie Grundplatten (23, 24) der beiden Spiralelemente (2, 3) miteinander ver­ bindet.

7. Spiralenkompressor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Wand (25) in Um­ fangsrichtung so steif ist, daß sie ein Verdrehen der beiden Spiralelemente (2, 3) relativ zueinander verhindert.

8. Spiralenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidmotor (4, 5; 4′; 5′; 104, 105; 104′, 105′; 204′, 205′) als Rotationsmotor ausgebildet ist, bei dem mindestens ein mit einem Spiralelement (2) verbundener Teil (14, 17, 114, 105′) im Betrieb eine orbitierende Bewegung durchführt.

9. Spiralenkompressor nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Drehverhinderungseinrichtung vorgesehen ist, die ein Verdrehen des Spiral­ elements (2) gegenüber dem festen Spiralelement (3) verhindert und die durch mehrere in je einem Loch (21) angeordnete Zapfen (22) gebildet ist, bei der die Löcher (21) so groß sind, daß sie eine der Be­ wegung des beweglichen Spiralelements (2) entspre­ chende Bewegung des Zapfens (22) zulassen, wobei der Zapfen (22) an einem Spiralelement (2) oder einem damit fest verbundenen Teil und das Loch im anderen Spiralelement (3) oder einem damit fest verbundenen Teil (16) angeordnet ist.

10. Spiralenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidmotor (4, 5; 4′; 5′; 104, 105; 104′, 105′; 204′, 205′) als Zahnradmotor mit einem in einem Zahnkranzring (4, 4′, 104, 104′, 204′) exzentrisch angeordneten Zahn­ ringrad (5, 5′, 105, 105′, 205′) ausgebildet ist.

11. Spiralenkompressor nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Fluidmotor als Gerotormotor (4, 5; 4′, 5′) ausgebildet ist.

12. Spiralenkompressor nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zahnrad (5) einen exzentrisch angeordneten Zapfen (14) aufweist, der mit dem be­ weglichen Spiralelement (2) in Wirkverbindung steht.

13. Spiralenkompressor nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zahnring (4′) einen ex­ zentrisch angeordneten Zapfen (17) aufweist, der mit dem beweglichen Spiralelement (2) in Wirkver­ bindung steht.

14. Spiralenkompressor nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Fluidmotor als Orbitmotor (104, 105; 104′, 105′, 204′, 205′) ausgebildet ist, in dem im Betrieb das Zahnrad (105, 105′, 205′) in Bezug zum Zahnring (104, 104′, 204′) eine orbitie­ rende Bewegung ausführt und mit dem beweglichen Spiralelement (2, 2′, 202, 202′) in Wirkverbindung steht.

15. Spiralenkompressor nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Steuerung des Motors in Um­ fangsrichtung abwechselnd Pumpenkanäle (26, 26′) und Tankkanäle (27, 27′) vorgesehen sind, daß Schlitze (28, 28′) vorgesehen sind, die eine Fluid­ verbindung in einen Bereich zwischen dem Zahnrad (105, 105′) und dem Zahnring (104, 104′) haben, und daß die Schlitze (28, 28′) bei der Relativbewegung von Zahnrad (105, 105′) und Zahnring (104, 104′) abwechselnd in Fluidverbindung mit den Pumpen- (26, 26′) und den Tankkanälen (27, 27′) kommen.

16. Spiralenkompressor nach Anspruch 14 oder 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schlitze (28) in der Grundplatte (123) des beweglichen Spiralelements (2) angeordnet sind.

17. Spiralenkompressor nach Anspruch 14 oder 15, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zahnring (104′, 204′) in einem Gehäuse (116′, 216′) drehbar gelagert ist.

18. Spiralenkompressor nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Spiralelement (2′, 202, 202′) einstückig mit dem Zahnrad (105′, 205′) ausgebildet ist.

19. Spiralenkompressor nach Anspruch 17 oder 18, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schlitze (28′) im Zahnring (104′) jeweils zwischen zwei nach innen ragenden Zähnen angeordnet sind.

20. Spiralenkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidmotor (204′, 205′) zwischen zwei Spiralelementanordnungen (202, 202′) angeordnet ist.

21. Spiralenkompressor nach Anspruch 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beweglichen Spiralelemente (202, 202′) beider Spiralelementanordnungen vom gleichen Maschinenteil (205′) des Motors (204′, 205′) angetrieben sind.

22. Spiralenkompressor nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden beweglichen Spiralele­ mente in Gegenphase zueinander arbeiten.