DE4234055C2 - Spiralkompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralkompressor mit einer Spiralelementanordnung, die zwei periodisch auf einer Umlaufbahn ohne gegenseitiges Verdrehen relativ zueinander bewegbar Spiralelemente aufweist, und mit einem Antriebsmotor, der mit der Spiralelementanordnung eine geschlossene Einheit bildet.

Ein derartiger Spiralkompressor ist aus DE 38 38 382 A1 bekannt. Hierbei erfolgt der Antrieb durch eine Vielzahl von expandierenden und kontrahierenden Betätigungsorganen, beispielsweise durch piezoelektrische Motoren, die von einer Speiseschaltung mit Wechselspannung versorgt werden. Die Kontaktpunkte zwischen den Betätigungsorganen und dem umlaufenden Spiralelement werden durch Ausdehnungs- und Zusammenziehungsbewegungen der Betätigungsorgane fortlaufend bewegt.

DE 41 30 393 A1 beschreibt einen Spiralkompressor mit einer Spiralelementanordnung, die ein erstes festste­ hendes und ein zweites relativ dazu bewegliches Spiral­ element aufweist, das im Betrieb eine Umlaufbewegung 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 Spiralkompressor 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 Spiralkompressoren 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 Spiralkompressor bekannt, der über 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 Spiralkompressor 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.

Diese Aufgabe wird bei einem Spiralkompressor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Antriebsmotor als von einem unter Druck stehenden Fluid angetriebener Zahnradmotor mit einem in einem innenverzahnten Zahnring exzentrisch angeordneten Zahnrad, das weniger Zähne als der Zahnring aufweist ausgebildet ist, wobei mindestens ein mit einem Spiralelement verbundener Teil des Zahnradmotors im Betrieb die Umlaufbewegung durchführt.

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. Ein Zahnradmotor kann aus wenigen Teilen aufgebaut sein. Verglichen mit der Leistung 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. Bei der Umlaufbewegung werden die beiden Spiralelemente nicht gegeneinander verdreht. Vielmehr beschreiben alle Puunkte des beweglichen Spiralelements in einem Koordinatensystem, das durch das andere Spiralelement festgelegt ist, periodisch einen Umlauf. Dieser Umlauf ist in der Regel kreisförmig ausgebildet. Dies ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht Voraussetzung. Die Bewegungsbahnen der Punkte des beweglichen Spiralelements können vielmehr auch von der Kreisbahn abweichen, beispielsweise eine Ellipsenform aufweisen oder einer Bahn folgen, die durch eine einer Kreisbahn überlagerte periodisch sich ändernde Funktion bestimmt ist. Die Umlaufbewegung, die im einfachsten Fall durch einen exzentrisch gelagerten Zapfen erzeugt wird, kann auf einfache Art und Weise in die Bewegung umgesetzt werden, die das bewegliche Spiralelement in Bezug zum feststehenden Spiralelement durchführt. Hierdurch wird erreicht, daß nur eine einzelne Kurbelverbindung zwischen dem Motor und dem beweglichen Spiralelement vorhanden sein muß. Die Lagerung von Motor und Spiralelementanordnung kann vereinheitlicht werden. Die Lager können leicht aufeinander abgestimmt und aneinander angepaßt werden.

Vorteilhafterweise ist der Fluidmotor als Gerotormotor ausgebildet, bei dem Zahnrad und Zahnring mit versetzt zueinander angeordneten festen Mittelpunkten drehbar in einem Gehäuse gelagert sind. Die Lage der Mittelpunkte im Gehäuse ändert sich nicht. Die Antriebssteuerung des Motors kann durch feste Kanäle im Gehäuse erfolgen, so daß der Aufbau des Motors relativ einfach wird. Ein Gerotormotor an sich ist aus DE 31 34 668 A1 bekannt.

Hierbei ist bevorzugt, daß das Zahnrad einen exzentrisch angeordneten Zapfen aufweist, der mit dem beweglichen Spiralelement in Wirkverbindung steht. Der exzentrische Zapfen erzeugt die Umlaufbewegung. Es muß nun lediglich dafür gesorgt werden, daß sich dieser Zapfen in dem mitumlaufenden Spiralelement drehen kann und das Spiralelement nur umläuft und sich nicht dreht. Man kann hiermit eine Kurbel aus nur zwei Maschinenelementen 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 umlaufenden 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 aufnehmen, 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 Umlaufbewegung ausführt und mit dem beweglichen Spiralelement in Wirkverbindung steht. Zur Erzeugung der Umlaufbewegung des Spiralelements kann nun direkt die Umlaufbewegung des Zahnrades beziehungsweise des Zahnrings verwendet werden. Weitere Teile, wie exzentrisch angeordnete Zapfen, sind im Prinzip nicht erforderlich. Die Umlaufbewegung eines derartigen Orbitmotors muß sich nicht auf eine reine Kreisbahn beschränken. Sie muß lediglich eine Umlaufbewegung beinhalten, die an die Form der Spiralelemente angepaßt ist. Ein Orbitmotor an sich ist aus DE 32 49 829 C2 bekannt.

Bevorzugterweise sind zur Steuerung des Zahnradmotors in Umfangsrichtung 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 Relativbewegung 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 gebildeten Drucktaschen, die über die Schlitze mit den Pumpenkanälen verbunden sind, mit unter Druck stehendem Fluid versorgt werden. Diese Drucktaschen vergrößern ihr Volumen. 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 Umlaufbewegung 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 umlaufen zu lassen. Die Rotationsbewegung wird vom Zahnring aufgenommen. Da für das Lager des Zahnrings wesentlich mehr Platz zur Verfügung steht als für ein Rotationslager auf einem Zapfen zwischen dem Zahnrad und dem Spiralelement, läßt sich das Lager größer dimensionieren. Es kann also größere 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 Spiralelemente, von denen eines das Zahnrad enthält, ein Zahnring und das Gehäuse.

Bei dieser Ausgestaltung läßt sich die Schlitzsteuerung einfach dadurch relalisieren, daß die Schlitze im Zahnring jeweils zwischen zwei nach innen ragenden Zähnen angeordnet sind. Wenn sich nun der Zahnring dreht, kommen immer die entsprechenden Schlitze mit den Pumpenkanälen bzw. den Tankkanälen in Verbindung. Da ein Schlitz mehr als Pumpenkanäle bzw. Tankkanäle vorgesehen ist, ergibt sich automatisch die richtige Verteilung der Schlitze auf die Pumpen- bzw. die Tankkanäle.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Fluidmotor zwischen zwei Spiralelementanordnungen angeordnet. Auf diese Weise können sich axiale Kräfte der beiden Spiralelementanordnungen ausgleichen. Die entsprechenden Lagerungen sind damit druckentlastet. Sie müssen im wesentlichen nur noch radiale Kräfte aufnehmen.

Vorteilhafterweise sind die beweglichen Spiralelemente beider Spiralelementanordnungen vom gleichen Maschinenteil des Zahnradmotors angetrieben. Auch diese Ausgestaltung vereinfacht den Aufbau des Kompressors.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die beiden beweglichen Spiralelemente in Gegenphasen zueinander arbeiten. Auf diese Weise können auch radiale Kräfte teilweise ausgeglichen 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 ist, 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.

Mit Vorteil schwimmt mindestens das bewegliche Spiralelement auf dem Fluid. Hierzu reicht es aus, daß zwischen 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 verwendet werden. Darüber hinaus kann das Fluid auch einen Druck auf das Spiralelement ausüben, der zu einer verbesserten 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 Eigenschaften auf und schmiert die Spiralelementanordnung. Zusätzliche Schmierstoffe müssen dann nicht zugeführt werden. Die Reinhaltung des zu komprimierenden Gases, beispielsweise eines Kältemittels, wird dadurch erheblich vereinfacht. Der Kompressor kann eine lange Lebensdauer haben.

Vorteilhafterweise ist der Zahnradmotor als Hydraulikmotor ausgebildet. Hiermit lassen sich die notwendigen Kräfte für den Antrieb der Spiralelementanordnung relativ leicht aufbringen. Hydraulikmotoren können relativ schnell laufen und damit entsprechend viele Pump- oder Kompressionsperioden pro Zeiteinheit durchführen. Damit werden die gewünschten großen Verdrängungsvolumina ermöglicht.

Mit Vorteil ist der Zahnradmotor durch eine flexible Wand von der Spiralelementanordnung getrennt. Hierdurch läßt sich verhindern, daß sich das Druckfluid, beispielsweise 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 Abdichtung die Funktion des Spiralkompressors gewährleistet bleibt.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die flexible Wand balgartig ausgebildet ist und die Spiralelementanordnung ringförmig umgibt, wobei sie Grundplatten der beiden Spiralelemente miteinander verbindet. Hierdurch werden die Beanspruchungen der Wand, die sich durch die Bewegungen des beweglichen Spiralelements ergeben, relativ klein gehalten.

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

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

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

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

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

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

Fig. 5 einen Spiralkompressor mit einem Orbitmo­ tor,

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

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

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

Fig. 9 einen Spiralkompressor mit zwei Spiralele­ mentanordnungen.

Ein Spiralkompressor 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 Umlaufbewegungen 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 Umlaufbewegung des Exzenterzapfens 14 auf das Spiral­ element 2 übertragen, und das Spiralelement 2 läuft im festen Spiralelement 3 um. 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 Umlaufbewegung des beweglichen Spiralelements 2 zu.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausgestaltung ei­ nes Spiralkompressors 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 Umlaufbewegung 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 kreist 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 kreist, wird diese Umlaufbewegung 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 Umlaufbewegung des Zahnrades 105 genau der gewünschten Umlaufbewegung 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 Umlaufbewegung 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 umläuft, 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 umlaufende Bewe­ gung beschränkt, kann man das bewegliche Spiralelement 2′ und Zahnrad 105′ einstückig ausbilden. Der Aufbau des Spiralkompressors 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 Spiralkompressors. 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 belastet. 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 kreisenden und einer rotierenden Bewegung zusammengesetzt ist, kann nun aufgelöst werden, in eine reine Umlaufbewegung 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 (20)

1. Spiralenkompressor mit einer Spiralelementanordnung, die zwei periodisch auf einer Umlaufbahn ohne gegenseitiges Verdrehen relativ zueinander bewegbare Spiralelemente (2, 2′, 202, 202′; 3) aufweist, und mit einem Antriebsmotor (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, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (4, 5; 4′, 5′; 104, 105; 104′, 105′; 204′, 205′) als von einem unter Druck stehenden Fluid angetriebener Zahnradmotor mit einem in einem innenverzahnten Zahnring (4, 4′, 104, 104′, 204′) exzentrisch angeordneten Zahnrad (5, 5′, 105, 105′, 205′), das weniger Zähne als der Zahnring aufweist, ausgebildet ist, wobei mindestens ein mit einem Spiralelement (2) verbundener Teil (14, 17, 114, 105′) des Zahnradmotors im Betrieb die Umlaufbewegung durchführt.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zahnradmotor als Gerotormotor (4, 5; 4′, 5′) ausgebildet ist, bei dem Zahnrad (5, 5′) und Zahnring (4, 4′) mit versetzt zueinander angeordneten festen Mittelpunkten drehbar in einem Gehäuse gelagert sind.

3. Spiralkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (5) einen exzentrisch angeordneten Zapfen (14) aufweist, der mit einem beweglichen Spiralelement (2) in Wirkverbindung steht.

4. Spiralkompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnring (4′) einen exzentrisch angeordneten Zapfen (17) aufweist, der mit einem beweglichen Spiralelement (2) in Wirkverbindung steht.

5. Spiralkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnradmotor 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′) die Umlaufbewegung ausführt und mit einem beweglichen Spiralelement (2, 2′, 202, 202′) in Wirkverbindung steht.

6. Spiralkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Zahnradmotors in Umfangsrichtung abwechselnd Pumpenkanäle (26, 26′) und Tankkanäle (27, 27′) vorgesehen sind, daß Schlitze (28, 28′) vorgesehen sind, die eine Fluidverbindung 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.

7. Spiralkompressor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (28) in der Grundplatte (123) des beweglichen Spiralelements (2) angeordnet sind.

8. Spiralkompressor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnring (104′, 204′) in einem Gehäuse (116′, 216′) drehbar gelagert ist.

9. Spiralkompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiralelement (2′, 202, 202′) einstückig mit dem Zahnrad (105′, 205′) ausgebildet ist.

10. Spiralkompressor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (28′) im Zahnring (104′) jeweils zwischen zwei nach innen ragenden Zähnen angeordnet sind.

11. Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnradmotor (204′, 205′) zwischen zwei Spiralelementanordnungen (202, 202′) angeordnet ist, die jeweils aus einem beweglichen und einem feststehenden Spiralelement bestehen.

12. Spiralkompressor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Spiralelemente (202, 202′) beider Spiralelementanordnungen vom gleichen Maschinenteil (205′) des Zahnradmotors (204′, 205′) angetrieben sind.

13. Spiralkompressor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden beweglichen Spiralelemente in Gegenphase zueinander arbeiten.

14. Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehverhinderungseinrichtung vorgesehen ist, die ein Verdrehen des Spiralelements (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 Bewegung des beweglichen Spiralelements (2) entsprechende 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.

15. Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das bewegliche Spiralelement (2) auf dem Fluid schwimmt.

16. Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid schmierende Eigenschaften aufweist und die Spiralelementanordnung (2, 2′, 202, 202′, 3) schmiert.

17. Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnradmotor (4, 5; 4′; 5′; 104, 105; 104′, 105′; 204′, 205′) als Hydraulikmotor ausgebildet ist.

18. Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnradmotor (4, 5) durch einen flexible Wand (25) von der Spiralelementanordnung (2, 3) getrennt ist.

19. Spiralkompressor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Wand (25) balgartig ausgebildet ist und die Spiralelementanordnung (2, 3) ringförmig umgibt, wobei sie Grundplatten (23, 24) der Spiralelemente (2, 3) miteinander verbindet.

20. Spiralkompressor nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Wand (25) in Umfangsrichtung so steif ist, daß sie ein Verdrehen der Spiralelemente (2, 3) relativ zueinander verhindert.