DE4330609A1

DE4330609A1 - Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise

Info

Publication number: DE4330609A1
Application number: DE4330609A
Authority: DE
Inventors: Kenji Tojo; Hideyuki Ueda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JPH06137286A; KR0125462B1; US5425626A; JP2910457B2; DE4330609C2; KR940007375A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise, die als Kompressor, Vakuumpumpe, Expan sionsmaschine oder dergleichen eingesetzt werden kann.

Bei den bekannten Rotationskolbenmaschinen in Spiralbau weise hat die Spiralwand die Form einer Evolvente, die auf einem Kreis basiert, der einen konstanten Durchmesser hat, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, und die durch span abhebende Bearbeitung hergestellt wird (JP-A-57-73803).

Die Bauelemente der Rotationskolbenmaschine in Spiralbau weise sind ein stationäres Spiralelement und ein umlau fendes Spiralelement, von denen jedes ein gleichgeformtes Spiralelement in Form einer Evolvente hat, die auf dem gleichen Kreis mit konstantem Durchmesser basiert, eine Ansaugöffnung, die in dem stationären Spiralelement an der Außenseite des umlaufenden Spiralelements vorgesehen ist, eine Förderöffnung, die in dem stationären Spiral element an seinem Mittelteil angeordnet ist, einen eine Drehung des umlaufenden Spiralelements verhindernden Mechanismus, der dafür sorgt, daß das umlaufende Spiral element eine Umlaufbewegung bezüglich des stationären Spiralelements ausführt, und einen Antriebsmechanismus für das umlaufende Spiralelement.

Bei einer Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise, wie sie aus der JP-A-60-252102 bekannt ist, ändert sich die Dicke der Spiralwand von ihrer Ausgangsseite bis zu ihrer Endseite hin kontinuierlich.

Bei der bekannten Rotationskolbenmaschine in Spiralbau weise, bei welcher die Spiralwand eines jeden Spiral elements von einer Evolventenkurve gebildet wird, die auf einem Kreis mit konstantem Radius basiert, ist die Frei heit zur Festlegung der Spiralform der Wand begrenzt, wenn ein Radius eines Basiskreises, ein Evolventenwinkel, eine Dicke und eine Höhe für die Spiralwand bestimmt sind und dadurch ein Hubvolumen (das ist ein Volumen zu dem Zeitpunkt, zu dem ein durch ein Außenteil der Spiralwand bewirkter Einschluß abgeschlossen ist) und ein durch die Auslegung vorgegebenes bzw. "eingebautes" Volumenverhält nis (inneres Volumenverhältnis) festgelegt sind. Dadurch ergeben sich die nachstehend beschriebenen Probleme.

Im Falle eines Kompressors für eine Kältemaschine, bei deren Betriebsbedingungen das Verhältnis (Druckverhält nis) zwischen dem Ansaugdruck und dem Förderdruck hoch ist, muß das "eingebaute" Volumenverhältnis hoch sein. Um ein hohes "eingebautes" Volumenverhältnis zu gewährlei sten, muß der Windungswinkel größer sein, was zu einer Steigerung der Außengröße des Kompressors führt. Wenn der Windungswinkel vergrößert wird, während die Außengröße und die Höhe des Spiralkörpers auf vorgegebenen Werten gehalten werden, nimmt die Dicke der Wand des Spiral körpers ab. Demzufolge wird die Festigkeit verringert oder das Hubvolumen reduziert.

Insgesamt wird die Druckdifferenz zwischen den Arbeits kammern zu dem zentralen Teil hin höher, wo das Fluid komprimiert und der Fluiddruck erhöht werden. Bei der herkömmlichen Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise der vorstehend beschriebenen Art ist die Wanddicke des Spiralkörpers gleichförmig. Um die Verringerung der Festigkeit zu kompensieren, ist es deshalb erforderlich, die Höhe der Wanddicke des Spiralkörpers gleichförmig zu verringern oder die Wanddicke des Spiralkörpers gleich förmig zu steigern. Dadurch treten Probleme auf, nämlich daß ein Teil unnötig dick oder ein Radius unnötig groß wird.

Bei der Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach der JP-A-60-252102 ändert sich die Dicke der Spiralwand von ihrer Ausgangsseite zu ihrer Endseite, wobei jedoch eine Phase oder andere Bedingungen nicht berücksichtigt werden, so daß das stationäre Spiralelement und das umlaufende Spiralelement unterschiedliche Kurven haben. Es ist deshalb erforderlich, die spanabhebende Fertigung des umlaufenden Spiralelements und des stationären Spi ralelements mit unterschiedlichen Maschinenprogrammen zu fahren. Ein weiteres Problem besteht darin, daß ein Kontaktpunkt zwischen einer Außenlinie der Spiralwand des umlaufenden Spiralelements und einer Innenlinie der Spiralwand des stationären Spiralelements sich an einer Stelle außerhalb einer tangentialen Linie bezüglich des Basiskreises befindet und daß deshalb ein vollständiger Dichtungspunkt nicht immer erreicht wird. Problematisch ist schließlich noch, daß sich die Nutbreite des Spiral körpers ändert, was von dem Windungswinkel abhängt. Es ist deshalb erforderlich, bei der spanabhebenden Ferti gung des Spiralkörpers mittels eines Stirnfräsers die Bearbeitung der Innenfläche und der Außenfläche des Spiralkörpers gesondert vorzunehmen und eine Vielzahl von spanabhebenden Bearbeitungsschritten durchzuführen, um die Bodenfläche der Nut zu erzeugen, was von der Änderung der Breite der Nut abhängt. Sonst könnte der Spiralkörper nicht präzise spanabhebend gefertigt werden. Somit wird die Anzahl der maschinellen Bearbeitungsschritte erhöht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, die Probleme der herkömmlichen Rotations kolbenmaschine in Spiralbauweise auszuschließen und eine solche Maschine bereitzustellen, bei der die Auslegungs freiheit bezüglich des zugehörigen Volumenverhältnisses, des Hubvolumens, der Wandstärke des Spiralkörpers usw. vergrößert ist und die Maschine für die jeweiligen Ein sätze eine optimale Form hat.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Rotationskolbenma schine in Spiralbauweise mit zwei Spiralelementen, von denen jedes einen auf einer Grundplatte ausgebildeten Spiralkörper aufweist und die so angeordnet sind, daß ihre Spiralkörper zur Bildung eines abgeschlossenen Raums zwischen sich ineinandergreifen, wobei das eine Spiral element so angeordnet ist, daß es eine Umlaufbewegung bezüglich des anderen Spiralelements ausführt, um den eingeschlossenen Raum nacheinander zu vergrößern oder zu verringern, um ein in dem Raum eingeschlossenes Fluid expandieren zu lassen oder zu komprimieren, dadurch gelöst, daß der Spiralkörper eine Form hat, die von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, der sich entsprechend einem Evolventen winkel ändert, und daß eine Außenlinie und eine Innenli nie des Spiralkörpers bezüglich des Evolventenwinkels Phasendifferenzen aufweisen.

Bei der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise kann der Spiralkörper eine Form haben, die von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, welcher sich entsprechend einem Evolventenwinkel ändert, wobei die Formen der Spiralkörper der ineinandergreifenden Spiralelemente teilweise oder gänzlich in der gleichen Form ausgebildet sind.

Erfindungsgemäß kann der Spiralkörper der Rotationskol benmaschine in Spiralbauweise eine Form haben, die von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis ba siert, der einen Radius hat, der sich entsprechend einem Evolventenwinkel ändert, wobei eine Außenform und eine Innenform des Spiralkörpers so ausgebildet sind, daß sie den folgenden Beziehungen genügen:

a₀ = f(λ), a_i = f(λ-π),

wobei a₀ der Radius des Basiskreises der Evolvente, welche die Außenform des Spiralkörpers bildet, a_i der Radius des Basiskreises der Evolvente, welche die Innen form des Spiralkörpers bildet und λ der Evolventenwinkel sind.

Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung kann der Spiralkörper der Rotationskolbenmaschine in Spiralbau weise eine Form haben, die von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, der sich entsprechend einem Evolventenwinkel ändert, wobei der Spiralkörper so ausgebildet ist, daß er den folgenden Beziehungen genügt, wenn angenommen wird, daß a der Radius eines Basiskreises der Evolvente, welche die Form des Spiralkörpers bildet und λ ein Evolventenwinkel ist und die Evolvente durch eine x-Koordinate und eine y-Koordinate ausgedrückt wird:

Radius des Basiskreises
a=f(λ)=as+Δaλ

Form der Außenlinie des Spiralkörpers
x_mo=f(λ) cosλ+{f(λ)λ+1/2(t₀+Δaπλ)}sinλ,
y_mo=f(λ) sinλ-{f(λ)λ+1/2(t₀+Δaπλ)}cosλ, und

Form der Innenlinie des Spiralkörpers
x_mi=f(λ-π) cosλ+{f(λ-π)λ-1/2(t₀+Δaπ(λ-π))}sinλ,
y_mi=f(λ-π) sinλ-{f(λ-π)λ-1/2(t₀+Δaπ(λ-π))}cosλ.

Bei einer vierten Ausführungsform der Rotationskolbenma schine in Spiralbauweise hat der Spiralkörper eine Form, die von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, der sich entspre chend einem Evolventenwinkel ändert, wobei der Spiralkör per so ausgebildet ist, daß er der nachfolgenden Bezie hung genügt, wenn angenommen wird, daß eine Außenlinie des Spiralkörpers und eine Innenlinie des Spiralkörpers einen gleichen Basiskreisradius a = f (Ap) und einen Evolventenwinkel in einem Punkt P auf der Außenlinie λ_p und einen Evolventenwinkel eines Punktes Q auf der Innen linie λ_g hat:

λ_g = λ_p + π.

Bei einer fünften Ausführungsform der Rotationskolbenma schine in Spiralbauweise hat der Spiralkörper eine Form, die von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, der sich entspre chend einem Evolventenwinkel ändert, und beiden Spiral elementen gemeinsam zuzuordnende Linien, die eine Viel zahl von Kontaktpunkten und den Basiskreis verbinden.

Bei der sechsten Ausführungsform einer Rotationskolbenma schine in Spiralbauweise hat jedes der beiden Spiral elemente einen Spiralkörper, der auf einer Basisplatte ausgebildet ist, wobei die Spiralelemente so angeordnet sind, daß ihre Spiralkörper zur Bildung eines abgeschlos senen Raums zwischen sich ineinandergreifen, und wobei eines der Spiralelemente so angeordnet ist, daß es eine Umlaufbewegung bezüglich des anderen Spiralelements ausübt, um nacheinander den geschlossenen Raum zu erwei tern oder zu verringern, damit ein in dem Raum einge schlossenes Fluid expandieren kann oder komprimiert wird. Dabei ist der Spiralkörper so ausgebildet, daß sich die Nutbreite zwischen dem Spiralkörper entsprechend einem Evolventenwinkel ändert und die Formen der Spiralkörper der ineinandergreifenden Spiralelemente gleich ausgebil det sind.

Bei einer siebten Ausführungsform der Rotationskolbenma schine in Spiralbauweise ist der Spiralkörper so ausge bildet, daß ein Teil der Form so ausgebildet ist, daß sich die Nutbreite zwischen den Spiralkörpern und die Dicke des Spiralkörpers entsprechend einem Evolventenwin kel ändert, während der restliche Teil der Form so ausge bildet ist, daß er eine konstante Nutbreite und eine konstante Dicke bezüglich des Evolventenwinkels hat, wobei die Formen der Spiralkörper beider Spiralelemente gleich ausgebildet sind.

Bei einer achten Ausführungsform der Rotationskolbenma schine in Spiralbauweise ist der Spiralkörper so ausge bildet, daß ein Teil der Form des Spiralkörpers von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, der sich entsprechend einem Evolventen winkel ändert, während der restliche Teil der Form des Spiralkörpers von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis basiert, der einen konstanten Radius hat, wobei die Formen der Spiralkörper der beiden Spiral elemente im wesentlichen gleich ausgebildet sind.

Bei einer neunten Ausführungsform der Rotationskolben maschine in Spiralbauweise bestehen die innenseitige Form und die außenseitige Form des Spiralkörpers aus einer Evolvente, die auf Kreisen basiert, die jeweils unter schiedliche Radien bei dem gleichen Evolventenwinkel haben. Dabei ist der Spiralkörper so ausgebildet, daß er den folgenden Beziehungen entspricht:

a₀ = f (λ),
a_i = f (λ-π),

wobei a₀ der Radius des Basiskreises der Evolvente ist, welche die außenseitige Form des Spiralkörpers bildet, a_i der Radius des Basiskreises der Evolvente ist, welche die innenseitige Form des Spiralkörpers bildet, und λ der Evolventenwinkel ist.

Der Spiralkörper der erfindungsgemäßen Rotationskolbenma schine in Spiralbauweise kann so ausgebildet sein, daß er der folgenden Beziehung genügt:

wobei a der Radius des Basiskreises der Evolvente, λ der Evolventenwinkel und f′ (λ) ein Differential des Radius des Basiskreises bezüglich des Evolventenwinkels ist und dieses Differential f′ (λ) des Radius a des Basiskreises bezüglich des Evolventenwinkels λ über der Erstreckung von der Ausgangsseite zur Endseite des Spiralkörpers oder über einem Teil der Erstreckung der Beziehung

f′ (λ) < 0

oder der Beziehung

f′ (λ) < 0

genügt.

Wie vorstehend beschrieben, hat die Rotationskolbenma schine in Spiralbauweise gemäß der Erfindung zwei Spiral elemente, von denen jedes einen Spiralkörper hat, der auf einer Basisplatte ausgebildet ist, und die so angeordnet sind, daß ihre Spiralkörper zu Bildung eines abgeschlos senen Raums zwischen sich ineinandergreifen. Eines der Spiralelemente ist so angeordnet, daß es eine Umlaufbewe gung bezüglich des anderen Spiralelements ausführt, um nacheinander den eingeschlossenen Raum zu vergrößern oder zu verringern, um ein in dem Raum eingeschlossenes Fluid expandieren zu lassen oder zu komprimieren. Diese Maschi ne ist so gebaut, daß der Spiralkörper eine Form hat, die von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, welcher sich entsprechend einem Evolventenwinkel ändert, wodurch eine Außenlinie und eine Innenlinie des Spiralkörpers bezüglich des Evolventenwinkels Phasendifferenzen haben. Ein solcher Spiralkörper hat eine Form, die von der Evolvente gebil det wird, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, der sich entsprechend dem Evolventenwinkel ändert. Eine außenseitige Form und eine innenseitige Form des Spiralkörpers sind so ausgebildet, daß sie den nachste henden Beziehungen genügen:

a₀ = f(λ), a_i = (λ-π),

wobei a₀ der Radius des Basiskreises der Evolvente ist, welche die außenseitige Form des Spiralkörpers bildet, a_i der Radius des Basiskreises der Evolvente ist, welches die innenseitige Form des Spiralkörpers bildet, und λ der Evolventenwinkel ist.

Der Spiralkörper hat eine Form, die von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, der sich entsprechend einem Evolventenwinkel ändert, wobei der Spiralkörper so ausgebildet ist, daß er den nachstehenden Beziehungen genügt, wobei angenommen ist, daß a ein Radius eines Basiskreises der Evolvente ist, der die Form des Spiralkörpers vorgibt, λ ein Evol ventenwinkel ist und die Evolvente durch die x-Koordinate und die y-Koordinate ausgedrückt wird:

Radius des Basiskreises
a=f(λ)=as+Δaλ

Der genannte Spiralkörper hat eine Form, die von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, der sich entsprechend einem Evolventen winkel ändert, wobei der Spiralkörper so ausgebildet ist, daß er der folgenden Beziehung genügt, wobei angenommen ist, daß eine Außenlinie des Spiralkörpers und eine Innenlinie des Spiralkörpers einen gemeinsamen Radius für den Basiskreis a = f (Ap) und einen Evolventenwinkel an einem Punkt P an der Außenlinie λ_p sowie einen Evolven tenwinkel an einem Punkt Q an der Innenlinie λ_g haben:

λ_g=λ_p+π.

Der erwähnte Spiralkörper hat ferner eine Form, die von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis ba siert, der einen Radius hat, der sich entsprechend einem Evolventenwinkel ändert, wobei Linien, die eine Vielzahl von Kontaktpunkten und den Basiskreis verbinden, beiden Spiralelementen gemeinsam sind. Die innenseitige Form und die außenseitige Form des Spiralkörpers bestehen aus einer Evolvente, die auf Kreisen basieren, welche unter schiedliche Radien jeweils bei dem gleichen Evolventen winkel haben. Der Spiralkörper ist so ausgebildet, daß er den folgenden Beziehungen genügt:

a₀=f(λ),
a_i=f(λ-π),
wobei a₀ der Radius des Basiskreises einer Evolvente ist, der die außenseitige Form des Spiralkörpers bildet, a_i der Radius des Basiskreises der Evolvente ist, welche die innenseitige Form des Spiralkörpers bildet und λ der Evolventenwinkel ist.

Aufgrund der vorhandenen Phasendifferenz können auch dann, wenn der Spiralkörper von Evolventen gebildet wird, die auf Kreisen basieren, welche Radien haben, die sich entsprechend dem Evolventenwinkel ändern, das umlaufende Spiralelement und das stationäre Spiralelement in einer Vielzahl von Kontaktpunkten in Berührung stehen. Sie können so angeordnet sein, daß die Linien, welche den Basiskreis und die Kontaktpunkte verbinden, beiden Spi ralelementen gemeinsam sind, so daß die Spiralkörper Dichtungspunkte an Stellen senkrecht zu den entsprechen den Seitenflächen haben.

Erfindungsgemäß ist die Form des Spiralkörpers durch eine Evolvente vorgegeben, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, der sich entsprechend einem Evolventen winkel ändert, wobei die Formen der Spiralkörper der ineinandergreifenden Spiralelemente über einem Teil von ihnen oder über die ganze Erstreckung die gleiche Form haben. Dadurch können die Spiralkörper des umlaufenden Spiralelements und des stationären Spiralelements mit dem gleichen Maschinenbearbeitungsprogramm gefertigt werden, was eine gute Produktivität ergibt.

Wenn der Spiralkörper so ausgebildet ist, daß er der folgenden Beziehung genügt:

wobei a der Radius des Basiskreises der Evolvente, λ der Evolventenwinkel und f′ (λ) das Differential des Radius des Basiskreises bezogen auf den Evolventenwinkel sind, genügt das Differential f′ (λ) des Radius a des Basis kreises bezüglich des Evolventenwinkels λ über die ganze Erstreckung von der Ausgangsseite zur Endseite des Spi ralkörpers oder über einen Teil davon der Beziehung:

f′ (λ) < 0.

Wenn also der Evolventenwinkel λ vergrößert wird, so daß die Position zur Außenseite des Spiralkörpers verschoben wird, nimmt die Dicke des Spiralkörpers ab. Wenn deshalb das eingeschlossene Volumen der äußersten Kammer der Vielzahl von Arbeitskammern, die zwischen den Spiralkör pern gebildet sind, auf ein gleiches Volumen eingestellt ist, können die Außendurchmesser beider Spiralelemente verglichen mit dem herkömmlichen Aufbau verringert wer den, bei welchem Spiralkörper vorhanden sind, die eine Evolvente haben, die auf einem Kreis basiert, der einen konstanten Radius hat. Wenn andererseits der Außendurch messer auf das gleiche Maß festgelegt wird, kann die Windungszahl des Spiralkörpers verglichen mit dem her kömmlichen Aufbau vergrößert werden, bei welchem der Spiralkörper eine Evolvente hat, die auf einem Basiskreis basiert, der einen konstanten Radius hat. In diesem Fall wird die Dicke des Spiralkörpers zu dem Außenumfang hin verringert, so daß die Volumenänderungsgeschwindigkeit bezogen auf den Evolventenwinkel λ verringert werden kann. Dadurch kann die Maschine so angepaßt werden, daß sie für einen glatteren Betrieb eingesetzt werden kann. Die Dicke des Spiralkörpers an seinem Mittelteil, wo die Druckdifferenz zwischen benachbarten Arbeitskammern auf den Spiralkörper wirkt, kann gesteigert werden, so daß die Festigkeit des Spiralkörpers gesteigert und die Leckstrommenge verringert werden können. Es ist nicht erforderlich, die Dicke an dem Umfangsabschnitt vergli chen mit dem zentralen Abschnitt zu vergrößern. Deshalb kann das Gewicht des umlaufenden Spiralelements und des stationären Spiralelements verringert werden.

Der Spiralkörper kann auch so gebaut sein, daß, wenn der Spiralkörper der Beziehung genügt:

wobei a der Radius des Basiskreises der Evolvente, λ der Evolventenwinkel und f′ (λ) das Differential des Radius des Basiskreises bezüglich des Evolventenwinkels sind, und wobei das Differential f′ (λ) des Radius a des Basis kreises bezüglich des Evolventenwinkels λ über die ganze Erstreckung der Ausgangsseite zur Endseite des Spiralkör pers oder über einen Teil davon der Beziehung

f′ (λ) < 0

genügt.

Dadurch wird die Dicke des Spiralkörpers größer, wenn sich der Spiralkörper zu der Außenseite erstreckt. Wenn deshalb die Anzahl der Windungen des Spiralkörpers kon stant gehalten wird, wird das Verhältnis (das eingebaute Volumenverhältnis) des eingeschlossenen Volumens des äußersten Teils bezogen auf das eingeschlossene Volumen der innersten Kammer verglichen mit dem herkömmlichen Aufbau gesteigert, bei welchem die Evolvente auf einem Kreis basiert, der einen konstanten Radius hat. Dieser Aufbau eignet sich für einen Einsatz, wo mit einem höhe ren Druckverhältnis gearbeitet wird.

Der erwähnte Spiralkörper ist so ausgebildet, daß die Nutbreite zwischen den Spiralkörpern und die Dicke des Spiralkörpers sich entsprechend einem Evolventenwinkel ändert, wobei die Formen der Spiralkörper der ineinander greifenden Spiralelemente gleich ausgebildet sind oder ein Teil der Form des Spiralkörpers von einer Evolvente gebildet wird, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, der sich entsprechend einem Evolventenwinkel des Spiralkörpers ändert, während der restliche Teil der Form des Spiralkörpers von einer Evolvente gebildet wird, die einen Radius hat, der bezüglich des Evolventenwinkels des Spiralkörpers konstant ist. Die Formen der Spiralkör per der ineinandergreifenden Spiralelemente sind im wesentlichen gleich. Dadurch können die Spiralelemente leicht durch maschinelle spanabhebende Bearbeitung gefer tigt werden.

Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine in Spiral bauweise, von der vorstehend verschiedene Ausführungs formen beschrieben sind, hat eine hohe Leistung und ist auch bei unterschiedlichen Anwendungen extrem betriebs sicher.

Erfindungsgemäß wird eine Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise bereitgestellt, bei welcher ein Spiralkör per des Spiralelements durch eine Evolvente gebildet wird, die einen Basiskreis mit einem Radius hat, der sich entsprechend einem Evolventenwinkel ändert. Dadurch ist es möglich, einen Spiralkörper herzustellen, der eine volumetrische Änderung hat, die von der Verwendung ab hängt, auch wenn irgendeine Abmessungsbegrenzung vor liegt, wodurch mehr Freiheit bei der Auslegung gegeben ist. Es ist weiterhin möglich, einen Spiralkörper herzu stellen, der eine optimale Form hinsichtlich Festigkeit, Leistung, Betriebssicherheit, Herstellbarkeit und der gleichen hat, wobei diese Größen vom Einsatz und der Aufgabe der Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise abhängen. Es ist möglich, die Spiralkörper des umlaufen den Spiralelements und des stationären Spiralelements mit dem gleichen Maschinenprogramm spanabhebend zu fertigen, so daß eine gute Produktivität erreicht wird. Durch die vorhandene Phasendifferenz π ist es, obwohl der Spiral körper von einer Evolvente mit einem Basiskreis mit einem Radius gebildet wird, der sich entsprechend einem Evol ventenwinkel ändert, möglich, das umlaufende Spiralele ment und das stationäre Spiralelement so auszubilden, daß sie miteinander an einer Vielzahl von Kontaktpunkten in Kontakt stehen und eine Linie aufweisen, welche die Kontaktpunkte und den Basiskreis verbinden, welcher beiden Spiralelementen gemeinsam ist. Diese Spiralele mente haben Dichtungspunkte an den Positionen senkrecht zu den jeweiligen Seitenflächen, so daß sich eine Rota tionskolbenmaschine in Spiralbauweise ergibt, welche gute Dichtungseigenschaften hat.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Rotationskolbenma schine in Spiralbauweise in Form eines Spiral kompressors,

Fig. 2 eine Evolvente basierend auf einem Kreis, wobei f′ (λ) < 0 ist,

Fig. 3 eine Evolvente basierend auf einem Kreis, bei welchem f′ (λ) < 0 ist,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Form eines Spiralkör pers,

Fig. 5 eine Draufsicht auf zwei zusammengefügte Spiral körper,

Fig. 6 in vier Draufsichten das Wirkungsprinzip der Spiralkörper von Fig. 5,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Form des Spiralkörpers,

Fig. 8 in einem Diagramm die Beziehung der Volumenände rung der Spiralkörper,

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Form eines modifizier ten Spiralkörpers,

Fig. 10 eine Draufsicht auf die Form des zentralen Teils eines Spiralkörpers,

Fig. 11 eine Draufsicht auf zwei ineinandergreifende Spiralkörper gemäß einer weiteren Ausführungs form,

Fig. 12 eine Draufsicht auf den geometrischen Ort einer Mitte eines Stirnfräsers und

Fig. 13 in vier Draufsichten das Wirkungsprinzip eines herkömmlichen Spiralkompressors.

Der in Fig. 1 gezeigte geschlossene Spiralkompressor hat einen Kompressorabschnitt, bestehend aus einem umlaufen den Spiralelement 1 und einem stationären Spiralelement 2, eine von einem Motor 5 angetriebene Kurbelwelle 3, einen Rahmen 4 und einen Motor 5 für den Antrieb des umlaufenden Spiralelements, wobei der Kompressorabschnitt und der Motor 5 von einem Gehäuse 6 dicht umschlossen sind. Das umlaufende Spiralelement 1 hat eine Basisplatte 1a und eine Spiralwand 1b (später Spiralkörper), die auf der Basisplatte 1a ausgebildet ist. An der Rückseite des umlaufenden Spiralelements sind ein eine Drehung unter bindender Mechanismus 1c, beispielsweise ein Oldham-Ring- Mechanismus, der eine Drehung des umlaufenden Spiral elements um seine eigene Achse verhindert, sowie ein Lager 1d für die Aufnahme eines Kurbelabschnitts der Kurbelwelle 3 ausgebildet. Das stationäre Spiralelement 2 hat eine Basisplatte 2a und eine Spiralwand 2b (später Spiralkörper), die auf der Basisplatte 2a ausgebildet ist. Das umlaufende Spiralelement 1 und das stationäre Spiralelement 2 sind so angeordnet, daß ihre Spiralwände 1a und 2b ineinandergreifen.

Durch den Rahmen 4 wird auf der Rückseite des umlaufenden Spiralelements 1 eine Gegendruckkammer 4b gebildet. Die Gegendruckkammer 4b steht über einen Druckausgleichskanal (nicht gezeigt), der in der Basisplatte 1a des stationä ren Spiralelements 1 ausgebildet ist, mit einer Kompres sionskammer in Verbindung, die von den Spiralwänden 1b, 2b und den Basisplatten 1a, 2a des umlaufenden Spiral elements 1 und des stationären Spiralelements 2 gebildet werden. Am Rahmen 4 sitzt ein Hauptlager 4c zum Lagern der Kurbelwelle 3 sowie ein Ansatz 4d zum Lagern des Motors 5. In der Kurbelwelle 3 ist ein Ölzuführungskanal 3a ausgebildet, durch den am Boden des geschlossenen Behälters 6 gespeichertes Öl dem drehenden Lager 1d und dem Hauptlager 4c zugeführt wird.

Bei dem so gebauten geschlossenen Spiralkompressor führen das umlaufende Spiralelement 1 und das stationäre Spiral element 2 eine Umlaufbewegung relativ zueinander aufgrund der Wirkung der von dem Motor 5 in eine Drehbewegung versetzten Kurbelwelle 3 und aufgrund des eine Drehung unterbindenden Mechanismus 1c aus. Wenn sich die von den beiden Spiralelementen gebildete Kompressionskammer zur Mitte hin verschiebt, wird das Volumen der Kompressions kammer zunehmend verringert. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, erzeugt das umlaufende Spiralelement 2 eine Umlaufbewe gung relativ zu dem stationären Spiralelement 1 um die Mitte des stationären Spiralelements, während die Lage des umlaufenden Spiralelements unverändert gegenüber den Positionen, wo der Kurbelwinkel Φ = 0, Φ = 90°, Φ = 180° und Φ = 270° gehalten wird, d. h. das umlaufende Spiral element 2 erzeugt eine Umlaufbewegung mit einem vorgege benen Radius ε. Ein umschlossener Raum, der Sichelform hat und zwischen den beiden Spiralelementen ausgebildet ist, im folgenden als Arbeitskammer bezeichnet, verrin gert allmählich sein Volumen entsprechend der Umlaufbewe gung des umlaufenden Spiralelements 2, wodurch ein in die Arbeitskammer von einer Ansaugöffnung 2e angesaugtes Fluid verdichtet und in den geschlossenen Behälter 6 über die Förderöffnung 2d abgeführt wird. Das in den geschlos senen Behälter 6 geförderte Fluid wird nach außen durch einen Abführstutzen 6a abgeführt. Während der Kompression in dem Kompressionsabschnitt entsteht ein Kraft, welche die beiden Spiralelemente 1 und 2 voneinander trennen möchte. Die auf der Rückseite des umlauf enden Spiral elements 2 vorgesehene Gegendruckkammer 4b hat einen Zwischendruck, der höher ist als der Ansaugdruck, jedoch niedriger als der Förderdruck, so daß das umlaufende Spiralelement 2 gegen das stationäre Spiralelement 1 unter der Wirkung dieses Zwischendrucks gedrückt wird.

Der Kompressionsabschnitt des Spiralkompressors weist, wie erwähnt, das umlaufende Spiralelement 2 und das stationäre Spiralelement 1 auf, von denen jedes die Basisplatte 10 (1a und 2a in Fig. 1) und den davon ab stehenden Spiralkörper 20 (Spiralwand 1b, 2b in Fig. 1) aufweist. Die Form des Spiralkörpers 20 des umlaufenden Spiralelements 2 und des stationären Spiralelements 1 wird bei der Ausführung von Fig. 2 und 3 durch eine Evolvente gebildet, die auf einem Kreis basiert, der einen Radius hat, der sich entsprechend einem Evolventen winkel ändert. D.h., daß, wenn ein Radius eines Basis kreises einer Evolvente durch eine Funktion eines Evol ventenwinkels λ durch

a = f (λ) (1)

ausgedrückt wird, die Punkte auf der Evolvente durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden können:

X = f (λ) cosλ + f (λ)λ sinλ (2)

Y = f (λ) sinλ - f (λ)λ cosλ. (3)

In diesem Fall wird das Differential oder die erste Ableitung von f (λ) durch folgende Gleichung wiedergege ben:

f′ (λ) = df (λ)/dλ. (4)

Wenn f′ (λ) < 0, nimmt die Breite zwischen den Linien der Evolvente allmählich zum äußeren Umfangsabschnitt hin zu, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn f′ (λ) < 0, nimmt die Breite zwischen den Linien zum äußeren Umfangsab schnitt hin allmählich ab.

Zur Festlegung der Form der Spiralwand ist es erforder lich, die außenseitige Form und die innenseitige Form des Spiralkörpers 20 festzulegen. Bei der vorliegenden Aus führungsform wird die Form der Spiralwand nach folgendem Verfahren bestimmt: Der Radius des Basiskreises der Evolvente für die Außenseite des Spiralkörpers soll a₀, der Radius für den Basiskreis der Evolvente für die Innenseite des Spiralkörpers soll a_i sein. Der Radius a₀ und der Radius a_i können dann durch folgende Gleichungen wiedergegeben werden:

a₀ = f (λ) (5)
a_i = f (λ-π). (6)

Die Form des in Fig. 4 gezeigten Spiralkörpers wird so gebildet, daß der Radius des Basiskreises der Evolvente des für die Innenseite geformten Spiralkörpers um π bezüglich des Evolventenwinkels λ kleiner ist als der Radius des Basiskreises der Evolvente für die Außenseite des Spiralkörpers. Das bedeutet für die Form des Spiral körpers, wie er in Fig. 4 gezeigt ist, in der der Radius a des Basiskreises, der f (Ap) ist, für die Außenseite und die Innenseite des Spiralkörpers gemeinsam gilt, wenn der Evolventenwinkel des Punktes P auf der Außenseite des Spiralkörpers λ_p und der Evolventenwinkel des Punktes Q auf der Innenseite des Spiralkörpers λ_g ist, daß die Form des Spiralkörpers so bestimmt wird, daß sie der durch die nachstehende Gleichung ausgedrückten Beziehung genügt:

λ_g = λ_p + π. (7)

Das Differential des Radius a des Basiskreises bezüglich des Evolventenwinkels λ ergibt sich aus Gleichung (4). Im Falle der Form des Spiralkörpers von Fig. 4 und 5 ist f′ (λ) < 0, d. h. der Radius des Basiskreises wird zum Außenteil des Spiralkörpers hin verringert, wo der Evol ventenwinkel λ zunimmt.

Damit zu diesem Zeitpunkt die Arbeitskammer gebildet werden kann, müssen die beiden Spiralkörper 1 und 2 so ausgebildet sein, daß sie miteinander an einer Vielzahl von Kontaktpunkten in Berührung kommen können. Der Radius a des Basiskreises ist so bestimmt, daß die Dicke jedes Spiralkörpers 1, 2 allmählich zu seinem Außenteil hin abnimmt.

Bei dem beschriebenen Aufbau der Spiralkörper ist die Phasendifferenz π vorhanden. Auch wenn der Spiralkörper von der Evolvente des Kreises gebildet wird, die den Radius hat, der sich entsprechend dem Evolventenwinkel ändert, ist es jedoch möglich, das umlaufende Spiral element und das stationäre Spiralelement so anzuordnen, daß sie miteinander an einer Vielzahl von Kontaktpunkten in Berührung stehen und daß die Linien, welche die Kon taktpunkte und den Basiskreis verbinden, dem umlaufenden Spiralelement und dem stationären Spiralelement gemeinsam sind. Dadurch können die beiden Spiralelemente Dichtungs punkte (oder Kontaktpunkte) an den Stellen aufweisen, die senkrecht zu den Seitenflächen der Spiralkörper sind.

Bei der in der oben beschriebenen Weise gebauten Rota tionskolbenmaschine in Spiralbauweise arbeiten die beiden Spiralelemente, wenn das umlaufende Spiralelement eine Umlaufbewegung ausführt, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, während eine Vielzahl von Dichtungspunkten dazwischen zur gleichen Zeit aufrechterhalten wird. Nachdem der Dich tungspunkt an der äußersten Seite ausgebildet ist, wird ein umschlossener Raum geschaffen. Das von der Außenseite angesaugte Gas wird in diesem umschlossenen Raum einge schlossen. Dann wird das Volumen des umschlossenen Raums allmählich verringert, wodurch das Gas komprimiert und dann aus dem zentralen Teil abgeführt wird.

Wenn bei dem beschriebenen Aufbau das Volumen des um schlossenen Raums der äußersten Kammer der Vielzahl von Arbeitskammern, die zwischen den Spiralkörpern gebildet werden, d. h. das Volumen des umschlossenen Raums, der unmittelbar gebildet wird, nachdem der Dichtungspunkt an der äußersten Seite erzeugt worden ist, auf ein gleiches Volumen eingestellt ist, können die Außendurchmesser der beiden Spiralelemente verglichen mit dem Fall verringert werden, in welchem der herkömmliche Spiralkörper von der Evolvente gebildet wird, die einen Basiskreis mit kon stantem Radius hat. Wenn das Spiralelement einen Außen durchmesser in der gleichen Größenordnung hat, kann die Anzahl der Windungen erhöht werden, verglichen mit dem herkömmlichen Spiralkörper, der von der Evolvente mit einem Basiskreis mit konstantem Radius gebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Dicke des Spiralkörpers zu dem äußeren Umfangsabschnitt hin verringert, und das Volumen änderungsverhältnis bezüglich des Evolventenwinkels kann verringert werden, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, wo das Verhältnis aus dem umschlossenen Volumen des umschlosse nen Raums bezüglich des Evolventenwinkels λ des Abdich tungspunktes und aus dem umschlossenen Volumen des klein sten umschlossenen Raums dargestellt ist. Dieser Aufbau eignet sich für einen weicheren bzw. glatteren Betrieb.

Die Dicke des Spiralkörpers am zentralen Abschnitt, wo die Druckdifferenz zwischen benachbarten Arbeitskammern auf den Spiralkörper wirkt, kann verringert werden. Deshalb kann auch die Festigkeit des Spiralkörpers ge steigert und die Leckstrommenge verringert werden. Im Hinblick auf den äußeren Umfangsabschnitt ist es nicht nötig, die Dicke des Spiralkörpers zu erhöhen, da der zentrale Teil und deshalb das Gewicht des umlaufenden Spiralelements und des stationären Spiralelements ver ringert werden können.

Anhand von Fig. 7 wird der Fall f′ (λ) < 0 erläutert, d. h. der Radius des Basiskreises des Spiralkörpers nimmt allmählich zur Außenseite des Spiralkörpers hin zu. Dieser Fall ist ähnlich dem Fall für f′ (λ) < 0. Das umlaufende Spiralelement und das stationäre Spiralelement haben an einer Vielzahl von Kontaktpunkten Kontakt, und Linien, die die Kontaktpunkte und den Basiskreis ver binden, sind beiden Spiralelementen gemeinsam. In dem Fall f′ (λ) < 0 sind die Spiralelemente jedoch so an geordnet, daß die Dicke des Spiralkörpers zum Außenab schnitt des Spiralkörpers hin allmählich zunimmt. Wenn die Anzahl der Windungen konstant ist, nimmt das Verhält nis aus dem umschlossenen Volumen an dem äußersten Ab schnitt und aus dem umschlossenen Volumen an dem inner sten Abschnitt (eingebautes Volumenverhältnis) im Ver gleich zum herkömmlichen Aufbau zu, wo der Spiralkörper durch die Evolvente mit dem Basiskreis mit konstantem Radius gebildet wird. Der in dieser Weise gebaute Spiral kompressor ermöglicht einen Betrieb mit höherem Kompres sionsverhältnis. Das Volumenänderungsverhältnis zum Evolventenwinkel λ ist in diesem Fall verringert.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, eine optimale Form des Spiralkörpers auszuwählen, um ein geeignetes Hubvolumen, ein passendes Einbau-Volumenver hältnis, die richtige Dicke des Spiralkörpers und der gleichen zu erhalten, was von Aufgabe und Einsatz ab hängt, beispielsweise der gewünschten Festigkeit, Leistung, Betriebssicherheit, Herstellbarkeit usw. Die Spiralkörper des umlaufenden Spiralelements und des stationären Spiralelements können mit dem gleichen Ma schinenprogramm spanabhebend gefertigt werden, wodurch die Fertigung verbessert wird. Da die Phasendifferenz π vorhanden ist, können, obwohl der Spiralkörper durch die Evolvente mit einem Basiskreis mit einem Radius gebildet wird, der sich entsprechend einem Evolventenwinkel än dert, das umlaufende Spiralelement und das stationäre Spiralelement so angeordnet werden, daß sie jeweils an vielen Kontaktpunkten Kontakt haben und Linien aufweisen, die die Kontaktpunkte mit dem Basiskreis verbinden, die dem umlaufenden Spiralelement und dem stationären Spiral element gemeinsam sind, wobei beide Spiralelemente Dich tungspunkte an Stellen haben, die senkrecht zu den jewei ligen Seitenflächen der Spiralkörper sind. Dadurch erhält man eine Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit verbesserten Dichtungseigenschaften.

Das vorstehende Ausführungsbeispiel wurde unter Bezugnah me auf einen Spiralkompressor erläutert, der ein umlau fendes Spiralelement, eine stationäres Spiralelement, einen Ansaugteil, der in dem stationären Spiralelement an der Außenseite des umlaufenden Spiralelements ausgebildet ist, eine Förderöffnung in dem zentralen Teil des statio nären Spiralelements und einen die Rotation unterbinden den Mechanismus zur Verhinderung einer Drehung des um laufenden Spiralelements um seine eigene Achse aufweist, wodurch das umlaufende Spiralelement dazu gebracht wird, eine Umlaufbewegung relativ zum stationären Spiralelement auszuführen. Die Erfindung ist auf diese Ausführungsform nicht beschränkt und kann einem Aufbau angepaßt werden, bei welchem das umlaufende Spiralelement 2 durch die Positionen bewegt wird, in denen gemäß Fig. 6 die Kurbel welle die Stellungen Φ = 0°, Φ = 270°, Φ = 180° und Φ = 90° hat. Bei dieser Anordnung macht das umlaufende Spi ralelement 2 eine Umlaufbewegung gegenüber der Spiral wand, die wie folgt festgelegt wird. Wenn der Radius a des Basiskreises der Evolvente als eine Funktion des Evolventenwinkels λ ausgedrückt wird, läßt sich der Radius a als Primärfunktion ausdrücken:

a = f (λ) = as + Δaλ. (8)

In diesem Fall wird die Form der außenseitigen Linie des umlaufenden Spiralelements durch folgende Gleichungen bestimmt:

x_mo=f(λ) cosλ+{f(λ)λ+1/2(t₀+Δaπλ)}sinλ,
y_mo=f(λ) sinλ-{f(λ)λ+1/2(t₀+Δaπλ)}cosλ (9)

Die Form der innenseitigen Linie des umlaufenden Spiral elements ergibt sich aus folgenden Gleichungen:

x_mi=f(λ-π) cosλ+{f(λ-π)λ-1/2(t₀+Δaπ(λ-π))}sinλ,
y_mi=f(λ-π) sinλ-{f(λ-π)λ-1/2(t₀+Δaπ(λ-π))}cosλ (10)

Wenn die Form des Spiralelements wie vorstehend beschrie ben bestimmt ist, ist es möglich, zwei Spiralelemente zusammenzufügen, welche die gleiche Form mit einer Pha sendifferenz von 180° haben. In diesem Fall wird der Kontaktpunkt zwischen den beiden Spiralelementen von einer tangentialen Linie des Basiskreises entsprechend dem Windungswinkel des Kontaktpunktes gebildet.

Bei der in Fig. 9 bis 12 gezeigten Ausführungsform hat der Spiralkörper einen Abschnitt, der von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basiskreis mit einem Radius hat, der sich entsprechend dem Evolventenwinkel ändert, und einen weiteren Abschnitt, der von einer Evolventenkurve gebildet wird, die einen Basiskreis mit konstantem Radius hat. Die Ausgangsseite wird von einem Bogen gebildet. Beispielsweise kann der äußere Umfangsabschnitt des Spiralkörpers von einer Evolventenkurve gebildet werden, die einen Basiskreis mit einem konstanten Radius hat, während der zentrale Abschnitt von einer Evolvente gebil det wird, die einen Basiskreis mit einem Radius hat, der mit größer werdendem Evolventenwinkel zunimmt. Gemäß Fig. 10 hat eine Außenfläche 12a des Spiralkörpers einen Abschnitt, der sich von einem Punkt H zu einem Punkt I erstreckt und der von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basiskreis mit einem Radius hat, der mit größer werdendem Evolventenwinkel zunimmt und einen Abschnitt, der sich vom Punkt I zur Außenseite erstreckt, der von einer Evolventenkurve gebildet wird, die einen Basiskreis mit konstantem Radius hat. Einen Innenfläche 12b des Spiralkörpers hat einen Abschnitt, der sich von der Ausgangsseite zu einem Punkt K erstreckt, welcher von einem Bogen gebildet wird, einen Abschnitt, der sich vom Punkt K zu einem Punkt L erstreckt, der von einer Evol vente gebildet wird, die einen Basiskreis mit einem Radius hat, der mit größer werdendem Evolventenwinkel zunimmt, und einen Abschnitt, der sich vom Punkt L zur Außenseite erstreckt, der von einer Evolventenkurve gebildet wird, die einen Basiskreis mit konstantem Radius hat.

Der Abschnitt, der von der Evolvente mit dem Basiskreis mit dem Radius gebildet wird, der mit größer werdendem Evolventenwinkel zunimmt, wird genauso wie bei der Aus führungsform der Fig. 2 bis 6 festgelegt. Wenn a₀ der Radius eines Basiskreises einer Evolvente für die Außen seite des Spiralkörpers und a_i ein Radius für einen Basiskreis einer Evolvente für die Innenseite des Spiral körpers sind, gelten die Gleichungen (5) und (6) für den Radius a₀ und den Radius a_i, während sich der Radius des Basiskreises der Evolvente 12b für die innenseitige Form des Spiralkörpers durch einen Wert festlegen läßt, der verglichen mit dem Radius des Basiskreises der Evolvente 12a für die außenseitige Form des Spiralkörpers um π kleiner bezogen auf den Evolventenwinkel λ ist. Das bedeutet für die Form des Spiralkörpers gemäß Fig. 9 und 10, daß der Evolventenwinkel λ_p des Punktes P auf der Außenseite des Spiralkörpers und der Evolventenwinkel λ_g des Punktes Q an der Innenseite des Spiralkörpers, der gewöhnlich den Radius a des Basiskreises a = f (Ap) einschließt, so festgelegt werden, daß sie der durch die Gleichung (7) wiedergegebenen Beziehung genügen. f′ (λ) nach Gleichung (4) wird festgelegt als f′ (λ) < 0.

Bei dieser Ausführungsform ändert sich der Radius des Basiskreises der Evolvente, welche den Spiralkörper bildet, fortlaufend von dem Bereich, wo sich der Radius entsprechend dem Evolventenwinkel ändert, zu dem Bereich, der den konstanten Radius hat. Es ist möglich, die Dicke der Spiralwand an dem Mittelteil des Spiralkörpers zu vergrößern, ohne die Form des äußeren Umfangsabschnitts zu ändern. Dadurch kann die Festigkeit des Spiralkörpers verbessert und die Leckstrommenge verringert werden. Ferner können das Verhältnis des umschlossenen Volumens geändert und die Flexibilität in der Auslegung gesteigert werden.

Wenn die Spiralkörper zu Bildung von Arbeitskammern in dem Zustand zusammengefügt sind, wie er in Fig. 11 ge zeigt ist, müssen zwei Spiralkörper 11 und 12 so angeord net werden, daß sie miteinander an einer Vielzahl von Kontaktpunkten in Kontakt stehen. Bei dieser Anordnung ist zwischen der innenseitigen Evolvente und der außen seitigen Evolvente des Spiralkörpers, wie oben beschrie ben, eine Phasendifferenz π bezüglich des Evolventenwin kels λ vorhanden. Dadurch kann ein Paar von Spiralelemen ten so angeordnet werden, daß sie jeweils an einer Viel zahl von Kontaktpunkten in Kontakt stehen. Sie haben eine Linie, welche den Kontaktpunkt und den Basiskreis ver bindet, die den beiden Spiralelementen gemeinsam sind. Die beiden Spiralelemente haben Dichtungspunkte (oder Kontaktpunkte) an senkrechten Positionen zu den jeweili gen Seitenflächen.

Bei der vorstehend beschriebenen Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise arbeiten beide Spiralelemente, während sie eine Vielzahl von Dichtungspunkten zur gleichen Zeit halten. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, hat die Ausgangsseite des Spiralkörpers die Form, welche einen außenseitigen konvexen Abschnitt einschließt, der von dem Bogen mit einem Radius r_p gebildet wird, und einen innenseitigen konkaven Abschnitt, der von einem Bogen mit einem Radius r_q gebildet wird. Die Form des Spiralkörpers ist so ausgebildet, daß sie der Beziehung r_p + ε = r_q genügt, wenn ε der Radius der Umlaufbewegung ist. Dadurch hat ein Paar von Spiralkörpern Dichtungspunkte von ihren Aus gangsseiten aus, und es möglich, das Verhältnis des umschlossenen Volumens zu steigern.

Es soll nun ein geometrischer Ort eines Stirnfräsers beschrieben werden, der für die spanabhebende Herstellung des Spiralkörpers der vorstehenden Ausführungsform ver wendet wird, wobei Bezug auf Fig. 12 genommen wird. Der Abschnitt der Außenseite, der von dem Basiskreis mit konstantem Radius gebildet wird, ist der Hauptteil des Spiralkörpers, der gleichförmig ausgebildet ist, so daß die spanabhebende Bearbeitung des Bodens der Nut durch einen Spanabhebungsschritt bewirkt werden kann. Erforder lichenfalls kann die Bearbeitung auch in zwei spanabhe benden Schritten erfolgen. An dem zentralen Teil des Spiralkörpers, der von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basiskreis mit einem Radius hat, der sich entspre chend einem Evolventenwinkel ändert, ändert sich die Breite der Nut des Spiralkörpers fortschreitend. Es ist deshalb unmöglich, den Boden der Nut durch einen einzigen spanabhebenden Schritt zu bearbeiten. Es müssen zwei Bearbeitungsschritte vorgesehen werden, wofür die Mitte des Stirnfräsers längs des geometrischen Ortes bewegt wird, der durch eine ausgezogene Linie 13a veranschau licht ist, und längs des geometrischen Ortes, der durch eine gestrichelte Linie 13b veranschaulicht ist, um den Außenabschnitt und den Innenabschnitt der Breite des Spiralkörpers zu bilden. Gemäß der beschriebenen Aus führungsform hat der wesentliche Abschnitt des Spiralkör pers eine konstante Nutbreite und der Abschnitt, der zwei Bearbeitungsschritte benötigt, ist auf den zentralen Teil begrenzt. Der Spiralkörper kann deshalb einfach herge stellt werden.

Claims

1. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit zwei Spiralelementen (1, 2), von denen jedes einen auf einer Basisplatte (1a, 2a) ausgebildeten Spiralkör per (1b, 2b) hat, die so angeordnet sind, daß ihre Spiralkörper (1b, 2b) zur Bildung eines umschlosse nen Raums zwischen sich ineinandergreifen, wobei eines der Spiralelemente so angeordnet ist, daß es eine Umlaufbewegung bezüglich des anderen Spiral elements ausführt, um nacheinander den umschlossenen Raum zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch ein in dem umschlossenen Raum eingeschlossenes Fluids expandieren gelassen oder komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Spiralkörper eine Form hat, die von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basis kreis mit einem Radius hat, der sich entspre chend einem Evolventenwinkel ändert, und
- daß eine äußere Linie und eine innere Linie des Spiralkörpers Phasenunterschiede relativ zum Evolventenwinkel haben.

2. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit zwei Spiralelementen (1, 2), von denen jedes einen auf einer Basisplatte (1a, 2a) ausgebildeten Spiralkör per (1b, 2b) hat, die so angeordnet sind, daß ihre Spiralkörper (1b, 2b) zur Bildung eines umschlosse nen Raums zwischen sich ineinandergreifen, wobei eines der Spiralelemente so angeordnet ist, daß es eine Umlaufbewegung bezüglich des anderen Spiral elements ausführt, um nacheinander den umschlossenen Raum zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch ein in dem umschlossenen Raum eingeschlossenes Fluids expandieren gelassen oder komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Spiralkörper eine Form hat, die von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basis kreis mit einem Radius hat, der sich entspre chend einem Evolventenwinkel ändert, und
- daß die Formen der Spiralkörper der ineinander greifenden Spiralelemente teilweise oder ganz die gleiche Form haben.

3. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit zwei Spiralelementen (1, 2), von denen jedes einen auf einer Basisplatte (1a, 2a) ausgebildeten Spiralkör per (1b, 2b) hat, die so angeordnet sind, daß ihre Spiralkörper (1b, 2b) zur Bildung eines umschlosse nen Raums zwischen sich ineinandergreifen, wobei eines der Spiralelemente so angeordnet ist, daß es eine Umlaufbewegung bezüglich des anderen Spiral elements ausführt, um nacheinander den umschlossenen Raum zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch ein in dem umschlossenen Raum eingeschlossenes Fluids expandieren gelassen oder komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Spiralkörper eine Form hat, die von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basis kreis mit einem Radius hat, der sich entspre chend einem Evolventenwinkel ändert, und
- daß eine außenseitige Form und eine innenseitige Form des Spiralkörpers so ausgebildet sind, daß sie den folgenden Beziehungen genügen:
a₀ = f (λ), a_i = f (λ-π), wobei a₀ der Radius des Basiskreises der Evol vente ist, welche die außenseitige Form des Spiralkörpers bildet, a_i der Radius des Basis kreises der Evolvente ist, welches die innensei tige Form des Spiralkörpers bildet und λ der Evolventenwinkel ist.

4. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit zwei Spiralelementen (1, 2), von denen jedes einen auf einer Basisplatte (1a, 2a) ausgebildeten Spiralkör per (1b, 2b) hat, die so angeordnet sind, daß ihre Spiralkörper (1b, 2b) zur Bildung eines umschlosse nen Raums zwischen sich ineinandergreifen, wobei eines der Spiralelemente so angeordnet ist, daß es eine Umlaufbewegung bezüglich des anderen Spiral elements ausführt, um nacheinander den umschlossenen Raum zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch ein in dem umschlossenen Raum eingeschlossenes Fluids expandieren gelassen oder komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Spiralkörper eine Form hat, die von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basis kreis mit einem Radius hat, der sich entspre chend einem Evolventenwinkel ändert, und
- daß der Spiralkörper so ausgebildet ist, daß er den nachstehenden Beziehungen genügt, wenn a ein Radius eines Basiskreises der Evolvente ist, welche die Form des Spiralkörpers bildet, λ ein Evolventenwinkel ist und die Evolvente durch die x-Koordinate und y-Koordinate ausgedrückt wird: Radius des Basiskreises
a=f(λ)=as+ΔaλForm der Außenlinie des Spiralkörpers
x_mo=f(λ) cosλ+{f(λ)λ+1/2(t₀+Δaπλ)}sinλ,
y_mo=f(λ) sinλ-{f(λ)λ+1/2(t₀+Δaπλ)}cosλ, undForm der Innenlinie des Spiralkörpers
x_mi=f(λ-π) cosλ+{f(λ-π)λ-1/2(t₀+Δaπ(λ-π))}sinλ,
y_mi=f(λ-π) sinλ-{f(λ-π)λ-1/2(t₀+Δaπ(λ-π))}cosλ.

5. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit zwei Spiralelementen (1, 2), von denen jedes einen auf einer Basisplatte (1a, 2a) ausgebildeten Spiralkör per (1b, 2b) hat, die so angeordnet sind, daß ihre Spiralkörper (1b, 2b) zur Bildung eines umschlosse nen Raums zwischen sich ineinandergreifen, wobei eines der Spiralelemente so angeordnet ist, daß es eine Umlaufbewegung bezüglich des anderen Spiral elements ausführt, um nacheinander den umschlossenen Raum zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch ein in dem umschlossenen Raum eingeschlossenes Fluids expandieren gelassen oder komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Spiralkörper eine Form hat, die von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basis kreis mit einem Radius hat, der sich entspre chend einem Evolventenwinkel ändert, und
- daß der Spiralkörper so ausgebildet ist, daß er der nachstehenden Beziehung genügt, wenn eine Außenlinie des Spiralkörpers und eine Innenlinie des Spiralkörpers einen gemeinsamen Basiskreis a = f (Ap) haben und wenn ein Evolventenwinkel eines Punktes P auf der Außenlinie λ_p und ein Evolventenwinkel eines Punktes Q auf der Innen linie λ_g ist:
λ_g = λ_p + π.

6. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit zwei Spiralelementen (1, 2), von denen jedes einen auf einer Basisplatte (1a, 2a) ausgebildeten Spiralkör per (1b, 2b) hat, die so angeordnet sind, daß ihre Spiralkörper (1b, 2b) zur Bildung eines umschlosse nen Raums zwischen sich ineinandergreifen, wobei eines der Spiralelemente so angeordnet ist, daß es eine Umlaufbewegung bezüglich des anderen Spiral elements ausführt, um nacheinander den umschlossenen Raum zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch ein in dem umschlossenen Raum eingeschlossenes Fluid expandieren gelassen oder komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Spiralkörper eine Form hat, die von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basis kreis mit einem Radius hat, der sich entspre chend einem Evolventenwinkel ändert, und
- daß Linien, welche eine Vielzahl von Kontakt punkten und den Basiskreis verbinden, beiden Spiralelementen gemeinsam sind.

7. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit zwei Spiralelementen (1, 2), von denen jedes einen auf einer Basisplatte (1a, 2a) ausgebildeten Spiralkör per (1b, 2b) hat, die so angeordnet sind, daß ihre Spiralkörper (1b, 2b) zur Bildung eines umschlosse nen Raums zwischen sich ineinandergreifen, wobei eines der Spiralelemente so angeordnet ist, daß es eine Umlaufbewegung bezüglich des anderen Spiral elements ausführt, um nacheinander den umschlossenen Raum zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch ein in dem umschlossenen Raum eingeschlossenes Fluid expandieren gelassen oder komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Spiralkörper so ausgebildet ist, daß sich die Nutbreite zwischen den Spiralkörpern und die Dicke des Spiralkörpers entsprechend einem Evolventenwinkel ändern und daß die Formen der Spiralkörper der ineinandergreifenden Spi ralelemente gleich ausgebildet sind.

8. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit zwei Spiralelementen (1, 2), von denen jedes einen auf einer Basisplatte (1a, 2a) ausgebildeten Spiralkör per (1b, 2b) hat, die so angeordnet sind, daß ihre Spiralkörper (1b, 2b) zur Bildung eines umschlosse nen Raums zwischen sich ineinandergreifen, wobei eines der Spiralelemente so angeordnet ist, daß es eine Umlaufbewegung bezüglich des anderen Spiral elements ausführt, um nacheinander den umschlossenen Raum zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch ein in dem umschlossenen Raum eingeschlossenes Fluids expandieren gelassen oder komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Spiralkörper eine Form hat, die von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basis kreis mit einem Radius hat, der sich entspre chend einem Evolventenwinkel ändert, und
- daß der Spiralkörper so ausgebildet ist, daß ein Teil der Form so gestaltet ist, daß sich die Nutbreite zwischen den Spiralkörpern ändert und
- daß sich die Dicke des Spiralkörpers entspre chend einem Evolventenwinkel ändert, während ein restlicher Teil der Form so gestaltet ist, daß eine konstante Nutbreite und eine konstante Dicke bezüglich des Evolventenwinkels vorhanden sind, und daß die Formen der Spiralkörper bei beiden Spiralelementen gleich sind.

9. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise mit zwei Spiralelementen (1, 2), von denen jedes einen auf einer Basisplatte (1a, 2a) ausgebildeten Spiralkör per (1b, 2b) hat, die so angeordnet sind, daß ihre Spiralkörper (1b, 2b) zur Bildung eines umschlosse nen Raums zwischen sich ineinandergreifen, wobei eines der Spiralelemente so angeordnet ist, daß es eine Umlaufbewegung bezüglich des anderen Spiral elements ausführt, um nacheinander den umschlossenen Raum zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch ein in dem umschlossenen Raum eingeschlossenes Fluid expandieren gelassen oder komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Spiralkörper eine Form hat, die von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basis kreis mit einem Radius hat, der sich entspre chend einem Evolventenwinkel ändert und daß der Spiralkörper so geformt ist, daß ein Teil von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basis kreis mit einem Radius hat, der sich entspre chend einem Evolventenwinkel ändert, während der restliche Teil von einer Evolvente gebildet wird, die einen Basiskreis mit konstantem Radius bezogen auf einen Evolventenwinkel des Spiral körpers hat, und daß die Formen der Spiralkörper der beiden Spiralelemente im wesentlichen gleich sind.

10. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innenseitige Form und die außenseitige Form des Spiralkörpers aus Evolventen bestehen, die Basiskreise mit jeweils unterschiedlichen Radien bei gleichem Evolventenwinkel haben.

11. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralkörper so ausgebildet ist, daß er den folgenden Beziehungen genügt: a₀ = f (λ),
a_i = f (λ-π),wobei a₀ der Radius des Basiskreises der Evolvente ist, welche die außenseitige Form des Spiralkörpers bildet, a_i der Radius des Basiskreises der Evolvente ist, welches die innenseitige Form des Spiralkörpers bildet und λ der Evolventenwinkel ist.

12. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 10 und 11, dadurch ge kennzeichnet, daß der Spiralkörper so ausgebildet ist, daß er den folgenden Beziehungen genügt: wobei a der Radius des Basiskreises der Evolvente, λ der Evolventenwinkel und f′ (λ) das Differential des Radius des Basiskreises bezüglich des Evolventenwin kels sind und das Differential f′ (λ) des Radius a des Basiskreises bezüglich des Evolventenwinkels λ über die ganze Erstreckung der Ausgangsseite zur Endseite des Spiralkörpers oder über einen Teil davon der Beziehung genügt:f′ (λ) < 0.

13. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 10 und 11, dadurch ge kennzeichnet, daß der Spiralkörper so ausgebildet ist, daß er den folgenden Beziehungen genügt: wobei a der Radius des Basiskreises der Evolvente, λ der Evolventenwinkel und f′ (λ) das Differential des Radius des Basiskreises bezüglich des Evolventenwin kels sind und das Differential f′ (λ) des Radius a des Basiskreises bezüglich des Evolventenwinkels λ über die ganze Erstreckung der Ausgangsseite zur Endseite des Spiralkörpers oder über einen Teil davon der Beziehung genügt:f′ (λ) < 0.

14. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Teil der Form des Spiral körpers an der Ausgangsseite des Spiralkörpers ausgebildet ist.

15. Rotationskolbenmaschine in Spiralbauweise nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der außenseitige konvexe Abschnitt der Ausgangs seite des Spiralkörpers von einem Bogen gebildet wird, der einen Radius r_p hat, daß der innenseitige konkave Abschnitt davon von einem Bogen gebildet wird, der einen Radius r_q hat, und daß die Umlaufbe wegung einen Bewegungsradius ε aufweist, wobei diese Größen folgende Beziehung bilden: r_q = ε + r_p.