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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Spiralverdichter, die in Klimaanlagen, Kühlschränken und
dergleichen eingebaut werden.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Spiralverdichter
setzen sich aus festen Spiralelementen und umlaufenden Spiralelementen (d.h.
Spiralelementpaaren) zusammen, deren Zentrifugalwände (oder
Spiralwände)
im Eingriff miteinander angeordnet sind und Drehbewegungen unterworfen
sind. Das heißt
der Spiralverdichter funktioniert in einer solchen Weise, daß sich das
umlaufende Spiralelement in Bezug auf das feste Spiralelement dreht.
Mithin führt
er eine Verdichtung eines Fluids in seinem Verdichtungsraum aus,
der zwischen den Wänden
der Spiralelemente gebildet wird, und dessen Volumen während des
Verdichtens allmählich kleiner
wird.
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Die 7A und 7B zeigen
ein Paar von Spiralelementen, die in den oben beschriebenen üblichen
Spiralverdichter eingebaut werden. 8 ist eine
Draufsicht, die schematisch einen Mittelabschnitt einer Zentrifugalwand
eines Spiralelementes zeigt, das in den in der ungeprüften Japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. Sho 59-58187
offenbarten Spiralverdichter eingebaut ist. Die 9A und 9b zeigen
schematisch einen Mittelabschnitt einer Zentrifugalwand eines Spiralelementes,
das in den in der ungeprüften
Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei 9-68177 offenbarten Spiralverdichter eingebaut ist. 10 ist
eine Draufsicht, die schematisch einen Mittelabschnitt einer Zentrifugalwand
eines Spiralelementes zeigt, das in den in der ungeprüften Japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. Hei 10-68392 offenbarten Spiralverdichter eingebaut ist.
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Im
folgenden werden die Funktionsweisen der vorgenannten Spiralverdichter
mit gepaarten Spiralelementen erläutert.
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Ein
erstes Beispiel für
den Spiralverdichter weist eine Kombination aus einem in 7A gezeigten
festen Spiralelement 1, bei dem an einer Endplatte 1a eine
Zentrifugalwand 1b angeordnet ist, und einem in 7B gezeigten
umlaufenden Spiralelement 2 auf, bei dem an einer Endplatte 2a eine
Zentrifugalwand 2b angeordnet ist. Diese Spiralelemente 1 und 2 sind
in einer solchen Weise miteinander kombiniert, daß die Zentrifugalwände 1b und 2b miteinander
in Eingriff kommen und mit einem bestimmten Versetzungswinkel, der
etwa 180 Grad (180°)
beträgt,
voneinander weg geschoben werden. In dem Eingriffszustand der Spiralelemente
wird das umlaufende Spiralelement 2 derart in Umlauf gesetzt,
daß sich
ein geschlossener Raum, der zwischen den Zentrifugalwänden 1b und 2b gebildet
ist, aus seiner äußeren Position
in seine innere Position bewegt und dabei allmählich sein Volumen verkleinert.
Mithin kann in dem Verdichtungsraum die Verdichtung eines Fluids
erfolgen.
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Der
in seiner innersten Position befindliche geschlossene Raum steht
unter einem hohen Druck, wohingegen der in seiner äußersten
Position befindliche geschlossene Raum einen niedrigen Druck annimmt.
Dadurch kommt es zu einer Reaktion des komprimierten Gases in dem
Mittelabschnitt der miteinander kombinierten Zentrifugalwände 1b und 2b. Wird
das Spiralelement 2 mehrmals gedreht, führt dies dazu, daß die Reaktion
des komprimierten Gases in den Mittelabschnitten der Zentrifugalwände 1b und 2b mehrmals
erfolgt. Die Mittelabschnitte entsprechen auch Spiralstartabschnitten
der Zentrifugalwände 1b und 2b,
denen es an Starrheit mangelt. Deshalb kann es zum Bruch an Wurzelabschnitten kommen,
an denen die Zentrifugalwände 1b und 2b jeweils
an den Endplatten 1a und 2a befestigt sind.
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Zur
Lösung
des vorgenannten Problems wird ein zweites Beispiel für den in
der ungeprüften
Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Sho 59-58187 offenbarten Spiralverdichter geliefert, das mit
Bezug auf 8 beschrieben ist.
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8 zeigt
einen Mittelabschnitt (oder einen Spiralenstartabschnitt) einer
Zentrifugalwand 3 des in dem Spiralverdichter eingebauten
Spiralelementes, wobei jeweils in Bezug auf eine Außenfläche und eine
Innenfläche
der Zentrifugalwand 3 Evolventen gezogen werden. Eine erste
Position ist in einem bestimmten Evolventenwinkel α auf der
ersten Evolvente festgelegt, die der Außenfläche der Zentrifugalwand 3 entspricht,
während
eine zweite Position in einem bestimmten Evolventenwinkel (α + 180°) auf der zweiten
Evolvente festgelegt ist, die der Innenfläche der Zentrifugalwand 3 entspricht.
Des weiteren ist ein kleiner Kreisbogen in Bezug auf die erste Position
an der ersten Evolvente gezogen, während ein großer Kreisbogen
in Bezug auf die zweite Position an der ersten Evolvente gezogen
ist. Daher ist die mittlere Position der Zentrifugalwand 3 durch
Verbinden der Evolventen mit den Kreisbögen gezogen. Mithin kann die
Dicke der Zentrifugalwand 3 an ihrem Mittelabschnitt vergrößert werden,
was eine Verbesserung der Festigkeit ergibt. Mit der vorgenannten
Technik wird jedoch keine ausreichende Verbesserung in der Starrheit
geschaffen, weil immer noch eine hohe Spannungskonzentration in
der Nähe
des kleinen Kreisbogens der Zentrifugalwand 3 verbleibt.
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In
einem dritten Beispiel für
den in der ungeprüften
Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei 9-68177 offenbarten Spiralverdichter, das mit Bezug auf
die 9A und 9B beschrieben
ist, wird für eine
weitere Verbesserung der Festigkeit gesorgt.
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Dies
bedeutet, daß es
dadurch gekennzeichnet ist, daß gestufte
Wandflächenabschnitte
sowohl für
das feste als auch für
das umlaufende Spiralelement vorgesehen sind. Die 9A und 9B zeigen
eine in dem Spiralverdichter eingebaute Zentrifugalwand 4,
bei der ein gestufter Wandflächenabschnitt
zwischen einer ersten Position, die in einem bestimmten Evolventenwinkel α auf einer
Evolvente festgelegt ist, die einer Außenfläche der Zentrifugalwand 4 entspricht,
und einer zweiten Position gebildet ist, die in einem Evolventenwinkel
(α + 180°) auf einer
Evolvente festgelegt ist, die einer Innenfläche der Zentrifugalwand 4 entspricht.
Ein geschlossener Raum ist als Kombination eines geschlossenen Raums
mit spiralförmiger
Innenfläche
und eines geschlossenen Raums mit spiralförmiger Rückseite definiert, der zwischen
den Zentrifugalwänden
der miteinander kombinierten Spiralelemente gebildet ist, und dessen
Volumen sich nach Maßgabe
von Eingriffszuständen
der Spiralelemente ändert.
Die Mittelabschnitte der Zentrifugalwände der miteinander kombinierten
Spiralelemente sind derart geformt, daß ein Profil des vollständigen Eingriffs
aufgestellt wird, in dem das Volumen des geschlossenen Raums an
seiner innersten Position im wesentlichen Null wird. Des weiteren ändert sich
die Dicke des gestuften Wandflächenabschnitts 4 in
einer solchen stufenförmigen
Weise derart, daß die
Dicke von der Endplatte nach oben allmählich abnimmt. Da der gestufte Wandflächenabschnitt 4 für den Mittelabschnitt
der Zentrifugalwand vorgesehen ist, kann die Dicke des Mittelabschnitts
der Zentrifugalwand nur an deren Wurzelabschnitt wahlweise erhöht werden.
Dadurch wird eine weitere Verbesserung der Festigkeit des in dem
Spiralverdichter eingebauten Spiralelementes möglich.
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Ein
viertes Beispiel für
den in der ungeprüften
Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. Hei 10-68392 offenbarten Spiralverdichter ist mit Bezug auf 10 beschrieben. 10 zeigt
eine Zentrifugalwand 5 des Spiralelementes, deren Mittelabschnitt
einen gestuften Wandflächenabschnitt 4 aufweist.
Des weiteren ist der Mittelabschnitt der Zentrifugalwand 5 zum
Teil derart geformt, daß eine
Wurzelauskehlung 5a in einem bestimmten Bereich vorgesehen
werden kann, der zwischen Verbindungspunkten der für die Außenfläche und
die Innenfläche der
Zentrifugalwand 5 und der Kreisbögen gezogenen Spiralkurven
und Kreisbögen
definiert ist. In ähnlicher
Weise ist eine (nicht gezeigte) Wurzelauskehlung auch für eine andere
Zentrifugalwand 6 vorgesehen, die mit der Zentrifugalwand 5 in
Eingriff kommt. Um eine Behinderung zwischen den Wurzelauskehlungen
der Zentrifugalwände 5 und 6 zu
vermeiden, ist in einer Wanddickenrichtung ein Zwischenraum dazwischen
vorgesehen. Dadurch wird die Spannungskonzentration an dem Wurzelabschnitt
der Zentrifugalwand vermindert. Deshalb kann die Festigkeit des
Spiralelementes weiter verbessert werden.
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Weitere
Beispiele für
Spiralverdichter sind in
EP 0814266 und
EP 0761971 beschrieben.
Diese Spiralverdichter sind von der in den
9A und
9B gezeigten
Art.
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Das
dritte Beispiel des in den 9A und 9B gezeigten
Spiralverdichters bringt die folgenden Probleme mit sich. Der zwischen
der Zentrifugalwand des festen Spiralelementes und der Zentrifugalwand
des umlaufenden Spiralelementes gebildete geschlossene Raum weist
in einer letzten Verdichtungsstufe ein Totvolumen auf. Das Totvolumen
entspricht dem Volumen des "innersten" geschlossenen Raums,
das an einer Abdichtstelle entsteht, an welcher der innerste geschlossene
Raum mit einem zweiten geschlossenen Raum mit einer sichelartigen Form
verbunden ist, der sich mit einer Überlappung außerhalb
des innersten geschlossenen Raums befindet. Wenn das Totvolumen
größer wird,
erfährt
ein Hochdruckgas eine Wiederausdehnung, wodurch es zu einer Minderung
der Verdichtungswirkung des Spiralverdichters kommt.
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Die
vorgenannte Abdichtstelle wird im wesentlichen in dem Augenblick,
in dem sich die Zentrifugalwände
der gepaarten Spiralelemente voneinander trennen, oder in dem Augenblick
gebildet, in dem die Außenfläche der
Zentrifugalwand in Kontakt mit der (nicht gezeigten) Ablaßöffnung kommt,
die in der Nähe
des Mittelabschnitts der Endplatte angeordnet ist. Normalerweise
ist die Ablaßöffnung an
dem Spiralverdichter an der Endplatte des festen Spiralelementes
festgelegt. Des weiteren liegt die Ablaßöffnung in der Position, die
nicht zu Problemen bei der Festigkeit der Zentrifugalwand des festen
Spiralelementes führt,
und ist derart in der Nähe
der spiralförmigen
Innenfläche
des Mittelabschnitts der Zentrifugalwand angeordnet, daß die Abdichtstelle
möglichst in
der letzten Verdichtungsstufe auftaucht. Um die Leistung des Spiralverdichters
durch Verkleinern des Totvolumens zu verbessern, muß der innerste
geschlossene Raum so fest wie möglich
abgedichtet gehalten werden. Deshalb sollte der optimale Eingriff der
Zentrifugalwände
der gepaarten Spiralelemente im wesentlichen in dem Augenblick gesichert
werden, in dem die Zentrifugalwand des umlaufenden Spiralelementes
in Kontakt mit der Ablaßöffnung kommt,
die in der Nähe
des Mittelabschnitts der Endplatte des festen Spiralelementes liegt.
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Das
in den 9A und 9B gezeigte
dritte Beispiel für
den Spiralverdichter ist derart ausgelegt, daß der gestufte Wandflächenabschnitt
an dem Mittelabschnitt der Zentrifugalwand ausgebildet ist, um deren
Festigkeit zu verbessern. Dadurch erhöht sich die Anzahl der abgedichteten
Stellen, da neue Eingriffsabschnitte hinzukommen, die zwischen gestuften
Wandflächenabschnitten
der Zentrifugalwände
der gepaarten Spiralelemente in deren Höhenrichtungen erscheinen. Solche
neu abgedichteten Stellen sollten gleitkontaktartig abgedichtet
werden. Dadurch vergrößern sich
die Abmessungen, die beim Bearbeiten von Spiralelementen gehandhabt
werden müssen,
was zu einer Erhöhung
der Fertigungskosten führt.
Durch unvollständiges
Abdichten kommt es zum Ausströmen
von Gas aus dem innersten geschlossenen Raum, wodurch das Problem
entsteht, daß die
Verdichtungsleistung abnimmt.
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Bei
dem in 10 gezeigten vierten Beispiel für den Spiralverdichter
sind Eingriffsabschnitte von Zentrifugalwänden gepaarter Spiralelemente
zusammen mit Evolventen der Zentrifugalwände an den vorgenannten Abdichtstellen
festgelegt, die sich nach der Position der Ablaßöffnung richten. Aus diesem
Grund entsteht bei dem vierten Beispiel nicht das Problem wie bei
dem dritten Beispiel, da bei diesem eine einfache Abdichtung zwischen
den Zentrifugalwänden
sichergestellt ist. Selbst bei dem vierten Beispiel für den Spiralverdichter
liegt die Ablaßöffnung an
der vorgeschriebenen Stelle, wodurch die Abdichtstellen in der letzten
Verdichtungsstufe erscheinen. Allgemein gesagt, erscheinen die Eingriffsabschnitte
der Zentrifugalwände
der gepaarten Spiralelemente häufig
entlang Evolventen, die den Innenflächen der Zentrifugalwände an den
Abdichtstellen entsprechen, die direkt durch die Lage der Ablaßöffnung bestimmt
werden. Deshalb erhöht
sich bei dem vierten Beispiel auch die Anzahl der Abdichtstellen,
da neue Eingriffsabschnitte hinzukommen, die zwischen gestuften
Wandflächenabschnitten
der Zentrifugalwände
der gepaarten Spiralelemente in deren Höhenrichtungen entstehen. Solche
neu abgedichteten Stellen sollten gleitkontaktartig abgedichtet werden.
Dadurch vergrößern sich
die Abmessungen, die beim Bearbeiten von Spiralelementen gehandhabt
werden müssen,
was zu einer Erhöhung
der Fertigungskosten führt.
Durch unvollständiges
Abdichten kommt es zum Ausströmen
von Gas aus dem innersten geschlossenen Raum, wodurch das Problem
entsteht, daß die
Verdichtungsleistung abnimmt.
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Mit
dem vorgenannten, in den 9A und 9B gezeigten
dritten Beispiel für
den Spiralverdichter kann die Festigkeit durch Vergrößern der
Dicke des Wurzelabschnitts der Zentrifugalwand an ihrem mittleren
Spiralenstartabschnitt verbessert werden. Wenn die Zentrifugalwand
nicht den gestuften Abschnitt aufweist, kann die Ablaßöffnung 5 in
der Nähe
der Innenfläche
der Zentrifugalwand positioniert werden, was in 11A gezeigt ist. Wenn die Zentrifugalwand jedoch
den gestuften Abschnitt aufweist, sollte die Ablaßöffnung 5 weit
von der Zentrifugalwand weg angeordnet werden, was in 11B gezeigt ist. Dadurch vergrößert sich das Totvolumen des
geschlossenen Raums, der zwischen den Zentrifugalwänden gebildet
wird, die miteinander an den Abdichtstellen in Eingriff stehen,
die sich nach der Lage der Ablaßöffnung 5 richten.
Deshalb besitzt das dritte Beispiel für den Spiralverdichter das
Problem, daß die
Verdichtungsleistung auf Grund der Ausbildung des gestuften Abschnitts
entlang der Innenfläche
der Zentrifugalwand in der Nähe
der Ablaßöffnung des
festen Spiralelementes abnimmt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Spiralverdichter zu schaffen,
bei welchem die Zentrifugalwände
der Spiralelemente eine hohe Festigkeit aufweisen, und der eine
einfache Bearbeitung der Spiralelemente ermöglicht.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Spiralverdichter zu
schaffen, der zu keiner unerwünschten
Minderung der Verdichtungsleistung durch Minimierung des Totvolumens
der geschlossenen Räume
führt,
die zwischen den Zentrifugalwänden
der miteinander in Eingriff kommenden Spiralelemente gebildet werden.
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Insbesondere
wird mit der Erfindung ein Spiralverdichter geschaffen, der ein
festes Spiralelement mit einer an seiner Endplatte angebrachten
Zentrifugalwand und ein umlaufendes Spiralelement mit einer an seiner
Endplatte angebrachten Zentrifugalwand umfaßt, wobei diese Spiralelemente
in einer solchen Weise miteinander kombiniert sind, daß ihre Zentrifugalwände miteinander
in Eingriff kommen. Des weiteren stützt ein Drehstoppmechanismus
das umlaufende Spiralelement zur Drehung gegenüber dem festen Spiralelement
ab und verhindert damit das Ausführen
einer Selbstdrehung des umlaufenden Spiralelementes.
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In
einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist jede der Zentrifugalwände der
gepaarten Spiralelemente in Bezug auf die evolventenförmigen Startpunkte β1 und β2 zum jeweiligen
Starten der Außenfläche und
der Innenfläche
des Spiralenstartabschnitts und an Abdichtstellen β1' und β2' planar konstruiert,
welche zwischen den evolventenförmigen Startpunkten β1 und β2 festgelegt
sind, und durch welche die Zentrifugalwände auf Grund der Drehung des
umlaufenden Spiralelementes voneinander getrennt werden. Des weiteren
umfaßt
der für
jede der Zentrifugalwände
konstruierte Spiralenstartabschnitt ungestufte Abschnitte, die in
jeweiligen Bereichen β1-β1' und β2-β2' ausgebildet sind,
in welchen die Zentrifugalwand eine gleichbleibende Dicke in ihrer Höhenrichtung
aufweist, und einen gestuften Abschnitt, der in mindestens einem
Teil eines Bereiches β1'-β2' ausgebildet ist, in welchem sich die
Dicke der Zentrifugalwand in einer solchen gestuften Weise ändert, daß die Dicke
ihrer unteren Seite im Vergleich zu ihrer oberen Seite zunimmt.
Hierbei greifen die Zentrifugalwände
der gepaarten Spiralelemente an ihren ersten und zweiten ungestuften
Abschnitten ineinander ein.
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Bei
dem Obigen sind die ungestuften Abschnitte jeweils durch eine erste
Kurve β1- β1' und zweite Kurve β2-β2' geformt, wohingegen
die untere Seite des gestuften Abschnitts durch dritte und vierte Kurven
geformt ist, die glatt zwischen den Punkten β1' und β2' verbunden sind,
und die obere Seite des gestuften Abschnitts durch fünfte und
sechste Kurven geformt sind, die glatt zwischen den Punkten β1' und β2' verbunden sind.
Des weiteren ist ein erster Verdichtungsraum (C1) zwischen den Zentrifugalwänden der
gepaarten Spiralelemente in deren innerster Stellung ausgebildet
und mit einer Auslaßöffnung verbunden,
welche auf Grund der Drehung des umlaufenden Spiralelementes in
der Mitte der Endplatte des festen Spiralelementes gebildet ist,
und ein zweiter Verdichtungsraum (C2) ist auch außerhalb des
ersten Verdichtungsraumes ausgebildet. Des weiteren entsprechen
die Abdichtstellen β1' und β2' im wesentlichen
Eingriffspunkten der Zentrifugalwände, welche unmittelbar vor
der Bewegung des zweiten Verdichtungsraumes zur Herstellung der
Verbindung mit der Ablaßöffnung während der
Drehung des umlaufenden Spiralelementes geschaffen werden.
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In
einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung stellt jede der Zentrifugalwände der
gepaarten Spiralelemente einen gestuften Abschnitt in ihrem Spiralenstartabschnitt
bereit, in welchem die Dicke der Zentrifugalwand in abgestufter
Weise derart verändert
wird, daß die
Dicke ihrer unteren Seite im Vergleich zu ihrer oberen Seite zunimmt,
so daß die
Dicke des gestuften Abschnitts der Zentrifugalwand in der Draufsicht
innerhalb eines Dickenbereichs (N) zunimmt, der von einer Oberseitenkurve,
die eine gebogene Fläche
der oberen Seite des gestuften Abschnitts darstellt, und einer Unterseitenkurve
eingeschlossen wird, die eine gebogene Fläche der unteren Seite des gestuften
Abschnitts darstellt. Des weiteren liegt die Ablaßöffnung derart,
daß sie
sich teilweise um annähernd
einen halben Abschnitt mit dem Dickenzunahmebereich überlappt.
Weiterhin ist die untere Seite des gestuften Abschnitts zum Teil
hohl gestaltet, um annähernd
den halben Abschnitt der Ablaßöffnung unterzubringen,
so daß ein
hohl gestalteter Abschnitt gebildet wird, um in der Draufsicht in den
Dickenzunahmebereich einzugreifen, wobei der hohl gestaltete Abschnitt
in der Höhenrichtung
des gestuften Abschnitts mit der vorgeschriebenen Höhe (h) vergrößert wird,
die zur Sicherstellung eines Öffnungsbereiches
festgelegt ist, der annähernd
einer Querschnittsfläche
des Strömungskanals
der Ablaßöffnung entspricht.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Aufgaben, Ausgestaltungen und Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind ausführlicher
mit Bezug auf die folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen:
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1 eine
Querschnittsansicht ist, welche die gesamte Konstruktion des Spiralverdichters
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2A eine
perspektivische Ansicht ist, die ein festes Spiralelement zur Verwendung
in dem Spiralverdichter gemäß 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2B eine
perspektivische Ansicht ist, die ein umlaufendes Spiralelement zur
Verwendung in dem Spiralverdichter gemäß 1 gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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3A eine
perspektivische Ansicht ist, die Einzelheiten einer Form eines Spiralenstartabschnitts
einer Zentrifugalwand des Spiralelementes zeigt;
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3B eine
teilweise im Schnitt geführte Draufsicht
ist, welche den Eingriffszustand der Zentrifugalwände der
in den 2A und 2B gezeigten Spiralelementes
in Bezug auf die Ebene zeigt, die senkrecht zu der Axiallinie der
Ablaßöffnung liegt,
die in der Mitte der Endplatte des festen Spiralelementes ausgebildet
ist;
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4 eine
Draufsicht ist, die schematisch die Form und die Konfiguration des
Spiralenstartabschnitts der Zentrifugalwand des in 2A gezeigten
festen Spiralelementes zeigt;
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5 eine
Draufsicht ist, die schematisch die Einzelheiten der Form und die
Konfiguration des Spiralenstartabschnitts der Zentrifugalwand des
in 2A gezeigten festen Spiralelementes zeigt;
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6A eine
Draufsicht ist, die schematisch einen Spiralenstartabschnitt einer
Zentrifugalwand eines Spiralelementes zur Verwendung in einem Spiralverdichter
gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
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6B eine
perspektivische Ansicht ist, die einen gestuften Abschnitt der Zentrifugalwand
des in 6A gezeigten Spiralelementes
zeigt;
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7A eine
perspektivische Ansicht ist, die ein Beispiel für ein festes Spiralelement
zeigt, das in einem üblichen
Spiralverdichter eingebaut ist;
-
7B eine
perspektivische Ansicht ist, die ein Beispiel für ein umlaufendes Spiralelement
zeigt, das in einem üblichen
Spiralverdichter eingebaut ist;
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8 eine
Draufsicht ist, die schematisch einen Mittelabschnitt einer Zentrifugalwand
eines Spiralelementes zeigt, das in einem anderen Beispiel eines üblichen
Spiralverdichters eingebaut ist;
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9A eine
Draufsicht ist, die schematisch einen Mittelabschnitt einer Zentrifugalwand
eines Spiralelementes zeigt, das in einem weiteren Beispiel eines üblichen
Spiralverdichters eingebaut ist;
-
9B eine
perspektivische Ansicht ist, die einen gestuften Abschnitt einer
Zentrifugalwand des in 9A gezeigten Spiralelementes
zeigt;
-
10 eine
Draufsicht ist, die schematisch einen Mittelabschnitt einer Zentrifugalwand
eines Spiralelementes zeigt, das in einem anderen Beispiel eines üblichen
Spiralverdichters eingebaut ist;
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11A eine Draufsicht ist, welche das Positionsverhältnis zwischen
einer Zentrifugalwand und einer Ablaßöffnung des festen Spiralelementes
zeigt; und
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11B eine Draufsicht ist, welche das Positionsverhältnis zwischen
einer Zentrifugalwand mit einem gestuften Abschnitt und einer Ablaßöffnung des
festen Spiralelementes zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Erfindung wird in weiteren Einzelheiten beispielhaft mit Bezug auf
die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Mit
der Erfindung wird grundsätzlich
ein Spiralverdichter geschaffen, der sich aus einem festen Spiralelement
mit einer auf der Oberfläche
seiner Endplatte angebrachten Zentrifugalwand und einem umlaufenden
Spiralelement mit einer auf der Oberfläche seiner Endplatte angebrachten
Zentrifugalwand zusammensetzt, wobei diese Spiralelemente zusammen
in einer solchen Weise kombiniert sind, daß ihre Zentrifugalwände locker
miteinander in Eingriff kommen, und das feste Spiralelement stützt das
umlaufende Spiralelement ab, um dessen geregelte Drehbewegung zuzulassen
und dabei die eigene Drehung zu verhindern. Jedes der Spiralelemente
sieht einen gestuften Wandflächenabschnitt
vor, mit welchem die Dicke des Mittelabschnitts (oder Spiralenstartabschnitts)
an seinem Wurzelabschnitt in Richtung zu der Endplatte allmählich zunimmt.
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt
einen Querschnitt der gesamten Konstruktion des Spiralverdichters
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher gepaarte Spiralelemente gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung konstruiert sind. 2A zeigt
eine perspektivische Ansicht eines festen Spiralelementes 12,
das sich aus einer Endplatte 12a und einer Zentrifugalwand 12b zusammensetzt,
und 2B zeigt eine perspektivische Ansicht eines umlaufenden
Spiralelementes 13, das sich aus einer Endplatte 13a und
einer Zentrifugalwand 13b zusammensetzt. 3A zeigt
eine perspektivische Ansicht des Spiralenstartabschnitts der Zentrifugalwand 12b des
festen Spiralelementes 12, und 3B zeigt
einen Eingriffszustand des festen Spiralelementes 12 und
des umlaufenden Spiralelementes 13. Insbesondere zeigt 3B einen
Querschnitt des festen Spiralelementes 12, der von dem
Abschnitt aus betrachtet wird, der senkrecht zu der Axiallinie einer
Ablaßöffnung 25 liegt. 4 zeigt
eine vergrößerte Vorderansicht
des Spiralenstartabschnitts der Zentrifugalwand 12b des
festen Spiralelementes 12. 5 zeigt ein
Beispiel für
den Konstruktionsplan zur Ausbildung des Spiralenstartabschnitts
der Zentrifugalwand 12b des festen Spiralelementes 12.
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Der
Spiralverdichter gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
weist technische Merkmale in Konstruktion und Form für den Spiralenstartabschnitt der
Zentrifugalwand des festen Spiralelementes (und zwar des festen
Spiralelementes und des umlaufenden Spiralelementes) auf. Vor der
Beschreibung von deren technischen Merkmalen wird eine kurze Beschreibung
in Bezug auf die gesamte Konstruktion des Spiralverdichters gegeben.
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In 1 bezeichnet
die Bezugsziffer 11 ein Gehäuse, das sich aus einem Gehäusekörper 11 mit einer
becherartigen Form und einer Abdeckplatte 11b zusammensetzt,
die an der Öffnungsseite
des Gehäusekörpers 11 befestigt
ist.
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Der
aus dem festen Spiralelement 12 und dem umlaufenden Spiralelement 13 gebildete
Spiralverdichter ist in dem Gehäuse 11 eingebaut.
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Wie 2A zeigt,
ist das feste Spiralelement 12 derart konstruiert, daß die Zentrifugalwand 12b auf
der Oberfläche
der Endplatte 12a angebracht ist. Wie 2B zeigt,
ist das umlaufende Spiralelement 13 derart konstruiert,
daß die
Zentrifugalwand 13b auf der Oberfläche der Endplatte 13a angebracht
ist. Beide Zentrifugalwände 12b und 13b weisen
im wesentlichen die gleiche Form und Konfiguration auf. Wie 1 zeigt,
sind jeweils an den oberen Enden der Zentrifugalwände 12b und 13b plättchenförmige Dichtungen 27 und 28 befestigt,
um die Luftabdichtungsleistung eines Verdichtungsraums C zu erhöhen, der
zwischen dem festen Spiralelement 12 und dem umlaufenden
Spiralelement 13 gebildet ist.
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Das
feste Spiralelement 12 ist mit Schrauben 14 an
dem Gehäusekörper 11a befestigt.
Das umlaufende Spiralelement 13 ist zusammen mit dem festen Spiralelement 12 kombiniert
und wird durch den Umlaufradius des festen Spiralelementes 12 exzentrisch von
demselben abgebogen, wobei die Zentrifugalwand 13b mit
der Zentrifugalwand 12b in Eingriff kommt und dabei um
180° phasenverschoben
wird. Zwischen der Abdeckplatte 11b und der Endplatte 13b ist
ein Drehstoppmechanismus 15 vorgesehen, der das umlaufende
Spiralelement 13 lagert, um es begrenzt umlaufen zu lassen,
dabei jedoch dessen Drehung um sich selbst zu verhindern.
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Durch
eine Öffnung
in der Abdeckplatte 11b hindurch verläuft eine Drehwelle 16,
die mit Hilfe von Lagern 17a und 17b frei drehbar
gelagert ist.
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Von
dem Mittelpunkt einer Rückseitenfläche der
Endplatte 13a des umlaufenden Spiralelementes 13 steht
eine Nabe 18 vor. In die Nabe 18 ist ein abgebogener
Wellenabschnitt 16b der Kurbel 16a eingeführt, der
mit Hilfe eines Lagers 17a und einer Antriebsbuchse 20 frei
drehbar gelagert ist. Wird die Drehwelle 16 in Drehung
versetzt, wird das umlaufende Spiralelement 13 angetrieben,
um seine Drehbewegung auszuführen.
Auf der Drehwelle 16 ist ein Ausgleichsgewicht 21 befestigt,
um einen Ungleichgewichtsbetrag auszuschalten, der dem umlaufenden
Spiralelement 13 auferlegt wird.
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Im
Innern des Gehäuses 11 ist
ein Einlaßraum 22 ausgebildet,
der derart angeordnet ist, daß er
Umgebungsbereiche des festen Spiralelementes 12 enthält. Des
weiteren ist durch Teilung zwischen der Bodenfläche des Gehäusekörpers 11 und der Rückseitenfläche der
Endplatte 12a des festen Spiralelementes 12 ein
Abgabehohlraum 23 ausgebildet.
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In
dem Gehäusekörper 11 ist
eine Eintrittsöffnung 24 vorgesehen,
die ein Niederdruckfluid in Richtung zu dem Einlaßraum 22 einläßt. Das
feste Spiralelement 12 sieht in der Mitte der Endplatte 12a eine
Ablaßöffnung 25 vor.
Durch die Ablaßöffnung 25 wird
ein Hochdruckfluid aus dem Verdichtungsraum C in die Ablaßöffnung 23 abgegeben,
wenn sich der Verdichtungsraum C zu dem Mittelabschnitt des festen
Spiralelementes 12 bewegt und dabei allmählich sein
Volumen verkleinert. Des weiteren sieht das feste Spiralelement 12 in
der Nähe
der Ablaßöffnung 25 in
der Mitte der Rückseitenfläche der
Endplatte 12a auch ein Ablaßventil 26 vor. Das
Ablaßventil 26 wirkt derart,
daß es
die Ablaßöffnung 25 nur
dann öffnet, wenn
der vorgeschriebene Druck oder mehr darauf aufgebracht wird.
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Als
Nächstes
wird die gesamte Funktionsweise des Spiralverdichters mit der vorgenannten Konstruktion
beschrieben. Zuerst wird ein (nicht gezeigter) Motor angetrieben,
um die Drehwelle 16 um ihre Drehungsachse in Drehung zu
versetzen. Mithin ermöglicht
der abgebogene Wellenabschnitt 16b die Drehbewegung des
umlaufenden Spiralelementes 13 in Bezug auf das feste Spiralelement 12,
wobei er verhindert, daß das
umlaufende Spiralelement 13 eine Eigendrehung ausführt. Durch
die Eintrittsöffnung 24 wird
ein Niederdruckfluid eingelassen, das sich im Innern des Gehäuses 11 bewegt,
um den Druck desselben allmählich
zu erhöhen
und dabei das Volumen desselben allmählich zu verkleinern. Zum Schluß wird das
Hochdruckfluid durch die Ablaßöffnung 25 in
den Abgabehohlraum 23 abgelassen.
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Als
Nächstes
werden an Hand der 3A, 3B, 4 und 5 ausführliche
Beschreibungen in Bezug auf Konstruktion und Form des Spiralenstartabschnitts
der Zentrifugalwand des Spiralelementes gegeben. Bei der vorliegenden
Ausführungsform
weisen die Zentrifugalwand 12b des festen Spiralelementes 12 wie
auch die Zentrifugalwand 13b des umlaufenden Spiralelementes 13 in
ihren Mittelabschnitten im wesentlichen die gleiche Form und Konfiguration
auf. Deshalb werden Beschreibungen in Bezug auf den Spiralenstartabschnitt '101' der Zentrifugalwand
des festen Spiralementes 12 gegeben.
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Wie
in 3A gezeigt ist, ist an dem Spiralenstartabschnitt 101 der
Zentrifugalwand 12b des festen Spiralementes 12 ein
gestufter Abschnitt D so ausgebildet, daß sich dessen Dicke zweistufig ändert. Dies
bedeutet, daß die
Dicke der Zentrifugalwand 12b in Richtung auf ihren Wurzelabschnitt
an der Endplatte 12a zunimmt. Mit anderen Worten: der gestufte
Abschnitt D ist derart konstruiert, daß sich die Dicke der Zentrifugalwand 12b entlang
ihrer Höhenrichtung,
d.h. der zu der Ebene der Endplatte 12a senkrechten Richtung, ändert. Insbesondere
nimmt die Dicke einer unteren Seite (oder einer Wurzelseite) der
Zentrifugalwand 12b an der Endplatte 12a zu, während die
Dicke einer oberen Seite abnimmt. Eine solche Konfiguration des
Spiralenstartabschnitts 101 der Zentrifugalwand 12b kann
in ähnlicher
Weise bei den üblichen
Spiralverdichtern angewandt werden. In 3A bezeichnet
die Bezugsziffer 25 eine Ablaßöffnung, die in der Mitte der
Endplatte 12a ausgebildet ist.
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Ein
erstes technisches Merkmal des Spiralenstartabschnitts 101 ist,
daß er
den vorgeschriebenen Bereich gleichbleibender Dicke (im folgenden einfach
als Bereich gleichbleibender Dicke bezeichnet) in der Höhenrichtung
sichert, um den luftdichten Zustand des innersten Verdichtungsraums,
der mit der Ablaßöffnung 25 verbunden
ist, unter der Bedingung aufrecht zu erhalten, unter welcher die
Zentrifugalwand 13b des umlaufenden Spiralelementes 13 in der
in 3B gezeigten Weise mit der Zentrifugalwand 12b des
festen Spiralelementes in Eingriff kommt. Des weiteren ist der gestufte
Abschnitt D sorgfältig
außerhalb
des vorgenannten Bereichs gleichbleibender Dicke angeordnet. Der
innerste Verdichtungsraum wird erster Verdichtungsraum C1 genannt,
während
sein benachbarter, in der stromauf gelegenen Seite liegender Verdichtungsraum
zweiter Verdichtungsraum C2 genannt wird.
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Die
vorgenannte Form und Konfiguration des Spiralenstartabschnitts 101 der
Zentrifugalwand 12b in seiner Draufsicht wird ausführlich mit
Bezug auf 4 beschrieben. In 4 bezeichnet
das Bezugssymbol β1
einen äußeren Evolventenausgangspunkt für den Beginn
einer Evolvente, die in Bezug auf die Außenfläche der Zentrifugalwand 12b in
ihrem Spiralenstartabschnitt 101 gezogen wird, und β2 bezeichnet
einen inneren Evolventenausgangspunkt für den Beginn einer Evolvente,
die in Bezug auf die Innenfläche
der Zentrifugalwand 12b in ihrem Spiralenstartabschnitt 101 gezogen
wird. Des weiteren bezeichnet das Bezugssymbol β1' eine Abdichtstelle in Bezug auf den äußeren Evolventenausgangspunkt β1, und β2' bezeichnet eine
Abdichtstelle in Bezug auf den inneren Evolventenausgangspunkt β2. Als ungestufter
Abschnitt M1 zwischen den vorgenannten Stellen β1 und β1' sind jeweils Bereiche gleichbleibender
Dicke mit jeweils der gleichen Dickenabmessung in der Höhenrichtung
der Zentrifugalwand 12b vorgesehen, und ein ungestufter
Abschnitt M2 ist zwischen den vorgenannten Stellen β2 und β2' vorgesehen. Die
gepaarten Spiralelemente kommen an ihren Spiralenstartpunkten mit
Hilfe der vorgenannten ungestuften Abschnitte in Eingriff miteinander.
Des weiteren ist in einem Bereich zwischen den Abdichtstellen β1' und β2' ein stufenförmiger Abschnitt
U ausgebildet, der dem vorgenannten gestuften Abschnitt D entspricht.
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Beide
von den Evolventenausgangspunkten β1 und β2 werden verwendet, um mit dem
Ziehen von Evolventen um einen Evolventenbasiskreis 110 herum
zu beginnen. Das heißt
es wird eine äußere Evolvente,
die von dem äußeren Evolventenausgangspunkt β1 ausgeht,
um den Evolventenbasiskreis 110 herum gezogen, um eine
Außenwandform der
Zentrifugalwand 12b auszuführen, während eine innere Evolvente,
die von dem inneren Evolventenausgangspunkt β2 ausgeht, um den Evolventenbasiskreis 110 herum
gezogen wird, um eine Innenwandform der Zentrifugalwand 12b auszuführen.
-
Bei
dem Verdichtungsvorgang kommen die Zentrifugalwände 12b und 13b der
gepaarten Spiralelemente 12 und 13 an vorgeschriebenen
Kontaktpunkten miteinander in Kontakt. Die Abdichtstellen β1' und β2' stimmen mit den
Kontaktstellen gerade dann überein,
wenn sich die Zentrifugalwände 12b und 13b nach
dem Verdichtungsvorgang voneinander trennen. Als Alternative entsprechen
sie gerade dann zu Eingriffsstellen zwischen Zentrifugalwänden, wenn
der zweite Verdichtungsraum C2 direkt mit der Ablaßöffnung 25 verbunden
ist.
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Mit
Bezug auf 5 werden ausführlicher die
Beziehungen zwischen den vorgenannten Punkten und Linien beschrieben.
In 5 bezeichnet die Bezugsziffer 120 die
Außenfläche der
Zentrifugalwand 12b, die der von dem äußeren Evolventenausgangspunkt β1 aus gezogenen äußeren Evolvente entspricht,
während
die Bezugsziffer 130 die Innenfläche der Zentrifugalwand 12b bezeichnet,
die der von dem inneren Evolventenausgangspunkt β2 aus gezogenen inneren Evolvente
entspricht. Der ungestufte Abschnitt M1 entspricht in seiner Draufsicht
einer ersten Kurve 121, die zwischen den Punkten β1 und β1' gezogen wird, während der
ungestufte Abschnitt M2 in seiner Draufsicht einer zweiten Kurve 131 entspricht,
die zwischen den Punkten β2
und β2' gezogen wird. Der
stufenförmige
Abschnitt U sorgt in einer solchen Weise für eine stufenartige Änderung der
Dicke des Spiralenstartabschnitts 101 der Zentrifugalwand 12b,
daß die
Dicke der Zentrifugalwand 12b in ihrer Wurzelseite an der
Endplatte 12a zunimmt. Von der Abdichtstelle β1' aus werden zwei Kurven 122 und 123 gezogen,
während
von der Abdichtstelle β2' aus zwei Kurven 132 und 133 gezogen werden.
Die untere Seite des stufenförmigen
Abschnitts U entspricht in seiner Draufsicht der dritten und der
vierten Kurve 122 und 132, die miteinander verbunden
sind, während
die obere Seite der fünften und
der sechsten Kurve 123 und 133 entspricht, die miteinander
verbunden sind.
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Wie
in 5 gezeigt ist, ist eine Reihe der Kurven 121, 122, 132 und 131 als
einzige Kurve durchgehend miteinander verbunden, während eine Reihe
der Kurven 121, 122, 133 und 131 als
einzige Kurve durchgehend miteinander verbunden ist.
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Mit
Bezug auf 5 wird ein Beispiel für ein Verfahren
zum Ziehen der vorgenannten ersten bis sechsten Kurven ausführlich beschrieben.
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Es
wird eine Evolventenlinie G als Tangentenlinie in Bezug auf den
Evolventenwinkel α1
des Evolventenbasiskreises 110 mit einem Radius R0 gezogen,
und diese kreuzt an dem vorgenannten Punkt β1 die äußere Evolvente. Deshalb geht
die äußere Evolvente
von dem Punkt β1
in der Richtung der Erhöhung
des Evolventenwinkels aus, was zur Ausbildung der Außenfläche 120 der
Zentrifugalwand 12b beiträgt. In ähnlicher Weise wird eine Evolventenlinie H
als Tangentenlinie in Bezug auf den Evolventenwinkel (α1 + 180°) des Evolventenbasiskreises 110 gezogen,
und diese kreuzt sich an dem Punkt β2 mit der inneren Evolvente.
Deshalb geht die innere Evolvente von dem Punkt β2 in der Richtung der Erhöhung des
Evolventenwinkels aus, was zur Ausbildung der Innenfläche 130 der
Zentrifugalwand 12b beiträgt.
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Die
erste Kurve 121, die von dem Punkt β1 nach innen verläuft, ist
ein Kreisbogen mit einem Radius R1, während die zweite Kurve 131,
die von dem Punkt β2
nach innen verläuft,
ein Kreisbogen mit einem Radius R2 ist. Wenn ein Umdrehungsradius
des umlaufenden Spiralelementes 13 mit 'R' bezeichnet wird,
kann der Radius R2 der zweiten Kurve 131 mit Hilfe des
Radius R1 der ersten Kurve 121 durch die folgende Gleichung
gegeben werden: R2 = R1 + R
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Mit
dem Bezugssymbol O1 wird der Mittelpunkt des Kreises bezeichnet,
der der ersten Kurve 121 entspricht, und mit dem Bezugssymbol
O2 wird der Mittelpunkt des Kreises bezeichnet, der der zweiten
Kurve 131 entspricht. Die Abdichtstelle β1' ist in einer solchen
Weise auf der ersten Kurve 121 festgelegt, daß ein Winkel
zwischen den Linien β1 – O1 - β1' auf α' eingestellt wird,
so daß die
erste Kurve 121 zur Ausbildung der Zentrifugalwand 12b in
ihrer Draufsicht zwischen den Punkten β1 und β1' beiträgt. Des weiteren ist die Abdichtstelle β2' in einer solchen Weise
auf der zweiten Kurve 131 festgelegt, daß ein Winkel
zwischen den Linien β2 – O2 - β2' auf α' eingestellt wird,
so daß die
zweite Kurve 131 zur Ausbildung der Zentrifugalwand 12b in
ihrer Draufsicht zwischen den Punkten β2 und β2' beiträgt.
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Der
vorgenannte stufenförmige
Abschnitt U, der dem gestuften Abschnitt D entspricht, ist in dem vorgeschriebenen
Bereich ausgebildet, der zwischen den Abdichtstellen β1' und β2' definiert ist, wobei
die Dicke der unteren Seite desselben im Vergleich zu der oberen
Seite desselben zunimmt. Wenn das feste Spiralelement 12 mit
dem umlaufenden Spiralelement 13 in Eingriff kommt, kommen
deren gestufte Abschnitte auf jeder Seite miteinander in Eingriff.
Um für
einen guten Eingriff zwischen den gestuften Abschnitten der gepaarten
Spiralelemente zu sorgen, müssen
optimale Wandflächenkurven
für den
gestuften Abschnitt D konstruiert werden, die mit Hilfe der folgenden
Hilfslinien gezogen werden.
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Dies
bedeutet, daß eine
Hilfslinie L1 zum Verbinden der Punkte O1 und β1' gezogen wird, und zum Verbinden der
Punkte O2 und β2' wird eine Hilfslinie
L2 gezogen. Diese Linien L1 und L2 sind zueinander parallel. Zum
Verbinden der Punkte O1 und O2 wird eine Hilfslinie L0 gezogen.
Des weiteren wird parallel zu der Linie L0 eine Hilfslinie Lt gezogen,
während
in der Richtung zu dem Punkt β1' hin um δ von der
Linie L0 abgewichen wird. Weiterhin wird parallel zu der Linie L0
eine Hilfslinie Lu gezogen, während
in der Richtung zu dem Punkt β2' hin um δ von der
Linie L0 abgewichen wird.
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Das
Bezugssymbol U1 bezeichnet einen Schnittpunkt zwischen den Linien
L1 und Lu, und T1 bezeichnet einen Schnittpunkt zwischen den Linien L1
und Lt. Das Bezugssymbol U2 bezeichnet einen Schnittpunkt zwischen
den Linien L2 und Lu, und T2 bezeichnet einen Schnittpunkt zwischen
den Linien L2 und Lt.
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Als
Nächstes
wird eine Beschreibung in Bezug auf das Verfahren zur Erstellung
der Kurven 122 und 132 für die untere Seite des gestuften
Abschnitts D unter Verwendung der vorgenannten Hilfslinien gegeben.
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Die
dritte Kurve 122, die von dem Punkt β1' nach innen verläuft, ist ein Kreisbogen, der
mit einem Radius R1+δ um
den Schnittpunkt U1 herum gezogen wird, während die vierte Kurve 132,
die von dem Punkt β2' nach innen verläuft, ein
Kreisbogen ist, der mit einem Radius R2-δ um den Schnittpunkt U2 herum
gezogen wird. Diese Kurven 122 und 132 werden an
einem Punkt U3 auf der Linie Lu glatt miteinander verbunden.
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Als
Nächstes
wird eine Beschreibung in Bezug auf das Verfahren zur Erstellung
der Kurven 122 und 132 für die obere Seite des gestuften
Abschnitts D unter Verwendung der vorgenannten Hilfslinien gegeben.
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Die
fünfte
Kurve 123, die von dem Punkt β1' nach innen verläuft, ist ein Kreisbogen, der
mit einem Radius R1-δ um
den Schnittpunkt T1 herum gezogen wird, während die sechste Kurve 133,
die von dem Punkt β2' nach innen verläuft, ein
Kreisbogen ist, der mit einem Radius R2+δ um den Schnittpunkt T2 herum
gezogen wird. Diese Kurven 123 und 133 werden an
einem Punkt T3 auf der Linie Lt glatt miteinander verbunden.
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Form
und Konfiguration des Spiralenstartabschnitts 101 der Zentrifugalwand 12b lassen
sich folgendermaßen
zusammenfassen:
Der Abschnitt gleichbleibender Dicke, in welchem
die Dicke in der Höhenrichtung
gleichbleibend gestaltet ist, ist in den Bereichen gebildet, die
jeweils von der ersten Kurve 121 und der zweiten Kurve 131 definiert ist.
Der gestufte Abschnitt D, in welchem sich die Dicke in der Höhenrichtung ändert, ist
in dem Bereich gebildet, der zwischen den Abdichtstellen β1' und β2' definiert ist. Insbesondere
ist die untere Seite mit der verhältnismäßig großen Dicke durch die dritte
Kurve 122 und die vierte Kurve 132 definiert,
die an dem Punkt U3 miteinander verbunden sind, während die obere
Seite mit der verhältnismäßig kleinen
Dicke durch die fünfte
Kurve 123 und die sechste Kurve 133 definiert
ist, die an dem Punkt T3 miteinander verbunden sind. In dem gestuften
Abschnitt D ändert
sich die Dicke an einer vorgeschriebenen Änderungsstelle, die annähernd auf
die Mitte der Zentrifugalwand 12b in ihrer Höhenrichtung
festgelegt ist. Während des
Eingriffszustands zwischen den gepaarten Spiralelementen wird an
der Änderungsstelle
ein vorgeschriebener Zwischenraum zwischen den gestuften Abschnitten
ihrer Zentrifugalwände
gebildet. Damit zwischen den gepaarten Spiralelementen kein komprimiertes
Gas eingeschlossen werden kann, wird der Zwischenraum beispielsweise
bevorzugt im Bereich zwischen 0,05 mm und 1,0 mm eingestellt.
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Als
Nächstes
wird eine Beschreibung in Bezug auf das Verfahren zur Einstellung
des vorgenannten Winkels α' gegeben, das zur
Einstellung der Abdichtstellen β1' und β2' verwendet wird.
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Es
sei angenommen, daß der
erste Verdichtungsraum C1 zwischen den Spiralenstartabschnitten
der Zentrifugalwände 12b und 13b ausgebildet
ist und mit der in der Mitte der Endplatte 12a des festen Spiralelementes 12 gebildeten
Ablaßöffnung 24 verbunden
ist und der zweite Verdichtungsraum C2 ebenfalls angrenzend an die
Außenseite
des ersten Verdichtungsraums C1 ausgebildet ist. In dem Eingriffszustand,
der unmittelbar vor dem Verbinden des zweiten Verdichtungsraums
C2 direkt mit der Ablaßöffnung 24 hergestellt
wird, kommt der Spiralenstartabschnitt 101 der Zentrifugalwand 12b des
festen Spiralelementes 12 an (nicht gezeigten) vorgeschriebenen
Stellen V1 und V2 mit dem Spiralenstartabschnitt 201 der
Zentrifugalwand 13b des umlaufenden Spiralelementes 13 in
Eingriff. In diesem Fall entsprechen die Abdichtstellen β1' und β2', die abhängig von
dem Winkel α' bestimmt werden,
annähernd
jeweils den vorgenannten Punkten V1 und V2. Natürlich ist es nicht immer notwendig,
daß die
Stellen β1' und β2' den Punkten V1 und
V2 vollständig
entsprechen. In diesem Fall können
die Stellen β1' und β2' in Außenrichtungen
von den Punkten V1 und V2 aus angeordnet werden. Mit anderen Worten,
diese Punkte V1 und V2 können
in vorgeschriebenen Richtungen angeordnet werden, um ihre Evolventenwinkel
im Vergleich zu den Punkten V1 und V2 zu vergrößern.
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Als
Nächstes
wird eine Beschreibung in Bezug auf den Abweichungswert σ gegeben,
der zum Einstellen der vorgenannten Linien Lt und Lu verwendet wird,
die parallel zu der Linie L0 gezogen werden. Soll der Abweichungswert σ hinreichend
festgelegt werden, läßt sich
optimal eine Dickendifferenz zwischen der unteren Seite und der
oberen Seite des gestuften Abschnitts D einstellen, wobei die untere
Seite des gestuften Abschnitts D von den Kurven 122 und 132 definiert
wird, während
die obere Seite von den Kurven 123 und 133 definiert
wird. Hierbei wird der Abweichungswert σ vorzugsweise unter Berücksichtigung
der Festigkeit der Zentrifugalwand 12b eingestellt. Im
Allgemeinen werden Spiralelemente mit einem Stirnfräser bearbeitet.
Vom Gesichtspunkt der Produktivität aus werden die Spiralelemente
vorzugsweise mit einem Stirnfräser
bearbeitet, dessen Durchmesser so weit wie möglich vergrößert ist. Mit Hilfe des Stirnfräsers mit
einem großen
Durchmesser kann es möglich
werden, Genauigkeit und Ausbeute bei der Produktion zu erhöhen. Aus
diesem Grund kann der Abweichungswert σ nach Maßgabe der Krümmung der
vierten Kurve 132 bestimmt werden, wodurch ein minimaler
Radiusabschnitt für
die Zentrifugalwand 12b bereitgestellt wird.
-
An
jedem der Wurzelabschnitte der Spiralenstartabschnitte 101 und 201 der
gepaarten Spiralelemente ist in der in 4 gezeigten
Weise eine Auskehlung 140 zur Verminderung der Spannungskonzentration
vorgesehen. Die Auskehlung 140 ist in der Nähe des vorgeschriebenen
Bereichs der zwischen den Punkten β1 und β2' definierten Zentrifugalwand 12b angeordnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist die Auskehlung 140 an ihrem Eckabschnitt, dessen Radius
annähernd
gleich R1 ist, einstückig mit
jedem der Spiralelemente 12 und 13 ausgebildet. Die
Auskehlung 140 kann mit dem vorgeschriebenen Verfahren
ausgebildet werden, das die folgenden Schritte enthält:
- (i) Das Spiralelement wird einer Bearbeitung
mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Stirnfräsers unterworfen, dessen Stirnflächenumfang
eine gewünschte
Auskehlungsform aufweist; mithin wird die Auskehlung 140 an
dem Wurzelabschnitt des Spiralenstartabschnitts des Spiralelementes
ausgebildet.
- (ii) Unerwünschte
Abschnitte der Auskehlung 140 werden mit Hilfe eines anderen
Stirnfräsers
beseitigt, dessen Stirnflächenumfang
eine annähernd rechteckige
Form aufweist.
-
Normalerweise
ist zur Bearbeitung der Spiralelemente eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit
erforderlich. Deshalb wird die endgültige Form der Auskehlung durch
zweimaliges oder mehrmaliges Ausführen des Stirnfräsvorgangs
fertiggestellt. Daher wird der zweite Schritt des Stirnfräsvorgangs
zum Beseitigen der unerwünschten
Abschnitte der Auskehlung wahrscheinlich gleichzeitig mit dem Fertigstellungsvorgang
für die
Wandfläche
der Zentrifugalwand ausgeführt.
Aus diesem Grund erhöht
sich durch den Stirnfräsvorgang
nicht unbedingt die Anzahl der Schritte beim Bearbeiten des Spiralelementes.
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Damit
die Auskehlung eines Spiralelementes nicht dasjenige eines anderen
Spiralelements behindern kann, ist an jeder der oberen Stirnflächen der Zentrifugalwände 12b und 13b eine
(nicht gezeigte) Abschrägung
vorgesehen. Die Auskehlung 140 ist in dem eingeengten Bereich
an dem Wurzelabschnitt der zwischen den Punkten β1 und β2' definierten Zentrifugalwand 12b ausgebildet,
der in 4 gezeigt ist. Deshalb wird die Zentrifugalwand 12b dieses
Bereiches mit dem speziellen Stirnfräser bearbeitet, der sich von
dem Stirnfräser
unterscheidet, der bei der Bearbeitung anderer Bereiche der Zentrifugalwand 12b verwendet
wird. Dadurch kann es zu einer großen Bearbeitungstoleranz für diesen
Bereich der Zentrifugalwand 12b kommen. Daher wird bei
der Konstruktion für
diesen Bereich der Zentrifugalwand 12b vorzugsweise ein
kleiner Zwischenraum festgelegt. Mit der vorliegenden Ausführungsform
läßt sich
der Fräsvorgang
zur Fertigstellung der endgültigen
Form der Zentrifugalwand 12b in dem zwischen den Punkten β2' und β2 definierten
Bereich ausführen,
da der Bereich zur Schaffung der Auskehlung 140 in dem
vorgenannten, zwischen den Punkten β1 und β2' definierten Bereich beschränkt ist.
Infolgedessen läßt sich
die Bearbeitungsgenauigkeit zur Fertigstellung der Wandflächen der
Zentrifugalwand 12b erhöhen.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist beschrieben, daß die
sechs Kurven 121, 122, 123, 131, 132 und 133,
die zur Ausbildung der Wandfläche der
Zentrifugalwand 12b in dem Bereich zwischen den Punkten β1 und β2 verwendet
werden, durch Kreisbögen
gebildet werden, um eine glatte Verbindung zwischen diesen zu ermöglichen.
Die Erfindung ist nicht unbedingt auf die vorliegende Ausführungsform
beschränkt;
die vorliegende Ausführungsform kann
derart modifiziert werden, daß ein
Teil der Kurven oder sämtliche
Kurven von elliptischen Bögen gebildet
werden, um eine glatte Verbindung zwischen diesen zu ermöglichen.
Als Alternative kann die vorliegende Ausführungsform derart modifiziert
werden, daß Gerade
zusammen mit Kreisbögen
oder elliptischen Bögen
kombiniert werden, um eine glatte Verbindung zwischen diesen zu
ermöglichen.
-
Des
weiteren ist bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, daß für die Form
und Konfiguration der Zentrifugalwände 12b und 13b Evolventen
verwendet werden. Die Zentrifugalwände können mit Hilfe von Kurven,
die durch mathematische Korrektur der Evolventen erzeugt werden,
oder mit Hilfe von Kurven mit ähnlichen
Eigenschaften der Evolventen konstruiert werden.
-
Weiterhin
ist bei der vorliegenden Ausführungsform
beschrieben, daß die
gleiche Form und Konfiguration des Spiralenstartabschnitts 101 der Zentrifugalwand 12b des
festen Spiralelementes 12 in ähnlicher Weise für den Spiralenstartabschnitt 201 der
Zentrifugalwand 13b des umlaufenden Spiralelementes 13 verwendet
werden. Natürlich
kann eine andere Form und Konfiguration für den Spiralenstartabschnitt 201 der
Zentrifugalwand 13b des umlaufenden Spiralelementes 13 im
Vergleich zu dem Spiralenstartabschnitt 101 der Zentrifugalwand 12b des festen
Spiralelementes 12 vorgesehen werden. In diesem Fall wird
der Abschnitt gleichbleibender Dicke, in welchem die Zentrifugalwand
eine gleichbleibende Dicke in ihrer Höhenrichtung aufweist, in Bezug
auf den Bereich zwischen den Punkten β1 und β1' und den Bereich zwischen den Punkten β1 und β2' ausgebildet, so
daß in
diesen Bereichen ungestufte Abschnitte gebildet werden, um einen
gegenseitigen Eingriff zwischen den Spiralenstartabschnitten der
gepaarten Spiralelemente zu ermöglichen, wohingegen
der stufenförmige
Abschnitt, in welchem sich die Dicke der Zentrifugalwand abgestuft ändert, in
Bezug auf den Bereich zwischen den Punkten β1 und β2' ausgebildet wird.
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Der
Spiralverdichter gemäß der ersten
Ausführungsform
weist eine Vielzahl von technischen Merkmalen und Wirkungen auf,
die im folgenden beschrieben sind.
- (1) Der
Spiralverdichter gemäß der vorliegenden Ausführungsform
setzt sich aus einem festen Spiralelement 12 und einem
umlaufenden Spiralelement 13 zusammen, die an Spiralenstartabschnitten 101, 201 ihrer
Zentrifugalwände 12b, 13b in gegenseitigen
Eingriff kommen. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß sie die
spezielle Form und Konfiguration für den Spiralenstartabschnitt
der Zentrifugalwand in Bezug auf den vorgeschriebenen Bereich bereitstellt,
der zwischen dem äußeren Evolventenausgangspunkt β1, der für den Beginn
einer zur Bildung der Außenfläche der
Zentrifugalwand gezogenen äußeren Evolventenkurve
festgelegt ist, und dem inneren Evolventenausgangspunkt β2 definiert
ist, die für
den Beginn einer zur Bildung des Innern der Zentrifugalwand gezogenen
Kurve festgelegt ist. Insbesondere werden die Abmessungen der Zentrifugalwand
in einer solchen Weise bestimmt, daß der Abschnitt gleichbleibender Höhe, in welchem
die Zentrifugalwand eine gleichbleibende Dicke in ihrer Höhenrichtung
aufweist, jeweils in Bezug auf den ersten Bereich zwischen den Punkten β1 und β1' und den zweiten
Bereich zwischen den Punkten β2
und β2' ausgebildet ist,
während
der stufenförmige
Abschnitt, in welchem sich die Höhe
der Zentrifugalwand abgestuft ändert,
in Bezug auf den dritten Bereich zwischen den Punkten β1' und β2' ausgebildet ist.
Mit anderen Worten, die ungestuften Abschnitte M1 und M2, durch
welche die Zentrifugalwände
der gepaarten Spiralelemente während der
Drehbewegung des umlaufenden Spiralelementes 13 an ihren
Spiralenstartabschnitten miteinander in Eingriff kommen, sind jeweils
in Bezug auf die ersten und zweiten Bereiche ausgebildet, während der
gestufte Abschnitt D, welcher dem stufenförmigen Abschnitt U entspricht,
in Bezug auf den dritten Bereich ausgebildet ist.
- (2) Da in dem vorgeschriebenen Bereich der zwischen den Punkten β1' und β2'' vorgesehenen Zentrifugalwand der gestufte
Abschnitt vorgesehen ist, kann die Dicke des Wurzelabschnitts des Spiralenstartabschnitts
der Zentrifugalwand des Spiralelementes vernünftig vergrößert werden, welches durch
die Reaktion des komprimierten Gases unter schwere Bedingungen gebracht
werden kann. Das heißt
der Spiralverdichter gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die ausreichende Festigkeit zur Beständigkeit
gegen die Reaktion des komprimierten Gases in seinen Spiralelementen
sichern.
- (3) Die ungestuften Abschnitte M1 und M1, die einen gegenseitigen
Eingriff zwischen den Zentrifugalwänden der gepaarten Spiralelemente
ermöglichen,
sind in Bezug auf den ersten Bereich der zwischen den Punkten β1 und β2' und den zweiten
Bereich zwischen den Punkten β2
und β2' ausgebildet, wobei
diese Bereiche zur Aufrechterhaltung des luftdichten Zustands (oder
abgedichteten Zustands) des ersten Verdichtungsraums C1 wichtig
sind, der während
der Drehbewegung des umlaufenden Spiralelementes 13, das
in Zuordnung zu dem festen Spiralelement 12 umläuft, direkt
mit der Ablaßöffnung 25 verbunden
ist. Die Zentrifugalwände
der gepaarten Spiralelemente kommen an ihren ungestuften Abschnitten
miteinander in Eingriff, da die ungestuften Abschnitte im Vergleich
zu gestuften Abschnitten kaum einen Austritt von Gas verursachen.
Des weiteren kann die Anzahl der Schritte bei der Bearbeitung mit hoher
Genauigkeit verringert werden, da für die ungestuften Abschnitte
keine Schritte vonnöten sind.
Das trägt
zu einer Verbesserung der Bearbeitungsfähigkeit des Spiralverdichters
bei.
- (4) Da der stufenförmige
Abschnitt U in Bezug auf den Bereich zwischen den Abdichtstellen β1' und β2' vorgesehen ist,
die während
der Drehbewegung des sich in Zuordnung zu dem festen Spiralelement 12 drehenden,
umlaufenden Spiralelementes 13 wirken, kann die Festigkeit
der Zentrifugalwand durch Erhöhung
der Dicke von deren unterer Seite in dem gestuften Abschnitt D vergrößert werden.
Des weiteren verschlechtert der gestufte Abschnitt D nicht die Abdichtfähigkeit
des ersten Verdichtungsraums C1, der mit der Ablaßöffnung 25 verbunden
ist. Deshalb würde
die Verdichtungsleistung durch die Bereitstellung des gestuften
Abschnitts D nicht vermindert. Mit anderen Worten: das Volumen des
geschlossenen Raums, der dem "innersten" ersten Verdichtungsraum
C1 entspricht, läßt sich
leicht vermindern, da die vorliegende Ausführungsform derart konstruiert
ist, daß die
Zentrifugalwände
der gepaarten Spiralelemente leicht miteinander in Eingriff kommen können. Infolgedessen
kann das Totvolumen vermindert werden, wodurch sich eine hohe Verdichtungsleistung
ergibt. Aus diesem Grund benötigt der
gestufte Abschnitt D keine hochgenaue Bearbeitung, da er die Abdichtfähigkeit
nicht beeinträchtigt.
Das trägt
zu einer Verbesserung der Bearbeitungsfähigkeit des Spiralverdichters
bei.
- (5) Wie oben beschrieben, wird mit der vorliegenden Ausführungsform
ein Spiralverdichter geschaffen, der auf Grund der speziellen Konstruktion
zur Verwendung bei der Ausbildung des Spiralenstartabschnitts der
Zentrifugalwand des Spiralelementes eine erhöhte Festigkeit der Zentrifugalwände der
Spiralelemente aufweist und eine verbesserte Bearbeitungsfähigkeit
zeigt, ohne eine Verminderung der Verdichtungsleistung zu bewirken.
- (6) Mit der vorliegenden Ausführungsform werden Abschnitte
gleichbleibender Höhe
(d.h. ungestufte Abschnitte M1 und M2) geschaffen, in welchen die
Zentrifugalwand eine gleichbleibende Dicke in ihrer Höhenrichtung
jeweils in Bezug auf die vorgenannten ersten und zweiten Bereiche
aufweist und dabei einen gestuften Abschnitt D (oder stufenförmigen Abschnitt
U) vorsieht, in welchem sich die Dicke der Zentrifugalwand in Bezug
auf den zwischen den Abdichtstellen definierten dritten Bereich
gestuft ändert.
Diese Bereiche können
durch Verwendung der vorgeschriebenen Variablen, die dem vorgenannten
Winkel α' entspricht, hinreichend
festgelegt werden. Des weiteren kann die Dickendifferenz zwischen
der oberen Seite und der unteren Seite des gestuften Abschnitts
D durch Verwendung der vorgeschriebenen Variablen, die dem Abweichungswert δ entspricht,
hinreichend festgelegt werden. Wenn beispielsweise der Abweichungswert δ ansteigt, kann
die Festigkeit der Zentrifugalwand an ihrem Spiralenstartabschnitt
vergrößert werden,
wenn die Radien der kleinen Kreisbögen vergrößert werden, die zur Ausbildung
des gestuften Abschnitts D gezogen werden, Wenn der Abweichungswert δ derart ansteigt,
daß der
minimale Radius der vierten Kurve 132 vergrößert wird, kann
die Ausbeute bei der Bearbeitung der Spiralelemente durch Vergrößerung des
Durchmessers des zum Bearbeiten der Spiralelemente verwendeten Stirnfräsers verbessert
werden. Mithin wird mit der vorliegenden Ausführungsform der Freiheitsgrad
beim Konstruieren der Zentrifugalwände der Spiralelemente vergrößert.
- (7) Die vorliegende Ausführungsformen
legen die Abdichtstellen β1' und β2' derart fest, daß sie im wesentlichen
den vorgenannten Punkten V1 und V2 der miteinander in Eingriff kommenden
Zentrifugalwände 12b und 13b zusammen
entsprechen, unmittelbar bevor der zweite Verdichtungsraum C2 direkt
mit der Ablaßöffnung 25 verbunden
wird. Deshalb kann ein glatter Eingriff zwischen den Zentrifugalwänden 12b und 13b hergestellt
werden, der aufrecht erhalten wird, bis deren Eingriffspunkte an
die Abdichtstellen gelangen, die direkt abhängig von der Lage der Ablaßöffnung 25 festgelegt
werden. Dadurch kann das Volumen des geschlossenen Raums, welcher
dem ersten Verdichtungsraum C1 entspricht, leicht auf das minimale
Volumen verkleinert werden. Daher kann das Totvolumen minimiert
und dadurch die Verdichtungsleistung erhöht werden. Des weiteren erhöht sich
die Festigkeit des Spiralverdichters an den Mittelabschnitten der
Zentrifugalwände
der Spiralelemente.
-
Zweite Ausführungsform
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Als
Nächstes
wird eine Beschreibung in Bezug auf den Spiralverdichter gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung gegeben. Die zweite Ausführungsform ähnelt im Grunde der vorstehenden
ersten Ausführungsform,
wobei sie durch die Form ihrer Mitte, des Spiralenstartabschnitts 101 der Zentrifugalwand 12b und
die gewählte
Position für die
Ablaßöffnung 25 gekennzeichnet
ist. Einzelheiten der zweiten Ausführungsform sind in den 6A und 6B gezeigt.
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Ähnlich wie
die erste Ausführungsform
ist die zweite Ausführungsform
derart konstruiert, daß der Spiralenstartabschnitt 101 der
Zentrifugalwand 12b des festen Spiralelementes 12 den
gestuften Abschnitt D zur Verfügung
stellt, in welchem die Dicke der Zentrifugalwand 12b stufenartig
in Richtung zu ihrem Wurzelabschnitt an der Endplatte 12 zunimmt. In 6A liegt
die Ablaßöffnung 25 derart,
daß sie sich
teilweise mit einem Dickenzunahmebereich N (siehe den schraffierten
Teil) des gestuften Abschnitts D der Zentrifugalwand 12b an
der Endplatte 12a des festen Abschnitts 12 überlappt.
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In
dem Spiralenstartabschnitt 101 der Zentrifugalwand 12b sorgt
der gestufte Abschnitt D für
eine gestufte Änderung
der Dicke in der Höhenrichtung der
Zentrifugalwand 12b, mit anderen Worten, in der zu der
Ebene der Endplatte 12a senkrechten Richtung. Dies bedeutet,
daß die
untere Seite, die dem Wurzelabschnitt an der Endplatte 12a entspricht, eine
verhältnismäßig große Dicke
aufweist, während die
obere Seite die verhältnismäßig kleine
Dicke aufweist.
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In 6A bezeichnet
die Bezugsziffer 101a eine oberseitige Kurve, welche die
gebogene Fläche der
oberen Seite des gestuften Abschnitts D in seiner Draufsicht darstellt,
und die Bezugsziffer 101b bezeichnet eine unterseitige
Kurve, welche die gebogene Fläche
der unteren Seite des gestuften Abschnitts D in seiner Draufsicht
darstellt. Der vorgenannte Dickenzunahmebereich N ist von der oberseitigen
Kurve 101a und der unterseitigen Kurve 101b eingeschlossen,
sie stellt mit anderen Worten eine Zunahme der Dicke der Zentrifugalwand 12b in
horizontaler Richtung dar.
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In
dem gestuften Abschnitt D ändert
sich die Dicke der Zentrifugalwand 12b in der Höhenrichtung an
dem vorgeschriebenen Änderungspunkt,
der ungefähr
der Mitte der Zentrifugalwand 12b in der Höhenrichtung
entspricht. Mithin wird der gestufte Abschnitt D zwischen der oberen
Seite und der unteren Seite an dem Dickenänderungspunkt verändert. Bei der
vorliegenden Ausführungsform
ist der vorgeschriebene Zwischenraum im Bereich zwischen 0,05mm
und 1 mm zwischen Dickenänderungspunkten
der Zentrifugalwände
der gepaarten Spiralelemente vorgesehen, die miteinander zusammengefügt werden.
Das ist so, weil bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise der
vorgenannte Maßbereich für den Zwischenraum
verwendet wird, damit das komprimierte Gas zwischen den Zentrifugalwänden der
gepaarten Spiralelemente nicht fest eingeschlossen werden kann.
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Als
Nächstes
wird eine Beschreibung in Bezug auf das Positionsverhältnis zwischen
der Ablaßöffnung 25 und
dem Dickenzunahmebereich N gegeben.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird die Ablaßöffnung 25 derart festgelegt,
daß sie
sich zum Teil mit dem Dickenzunahmebereich N des gestuften Abschnitts
D um annähernd
einen halben Abschnitt überlappt.
Bei Betrachtung von der Innenseite des Spiralenstartabschnitts 101 der
Zentrifugalwand 12b (siege 6B) aus
wird annähernd
der halbe Abschnitt der Ablaßöffnung 25 durch
das Teilauskehlen der unteren Seite des gestuften Abschnitts D entlang seiner
unterseitigen gebogenen Fläche 101b ausgebildet.
In 6A ist der überlappte
Bereich der Ablaßöffnung 25,
die sich zum Teil mit dem gestuften Abschnitt D des Spiralenstartabschnitts 101 der
Zentrifugalwand 12b bei der Draufsicht überlappt, in dem Bereich des
Dickenzunahmebereichs N zur Erhöhung
der Dicke der Zentrifugalwand 12b an der unteren Seite
des gestuften Abschnitts D eingeschränkt. Wenn der Spiralenstartabschnitt 101 der
Zentrifugalwand 12b übermäßig stark
ausgekehlt wird, da die Ablaßöffnung 25 über den
Dickenzunahmebereich N hinaus tief in die Zentrifugalwand 12b eingreift,
kann sie Spannungskonzentration in einem solchen übermäßig stark
ausgekehlten Abschnitt der Zentrifugalwand 12b auftreten
und zu einer Minderung von deren Festigkeit führen. Vorzugsweise kann die
Ablaßöffnung 25 unter
Berücksichtigung
der Festigkeit der Zentrifugalwand 12b wahlweise im Umfang
des Dickenzunahmebereichs N angelegt werden.
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Die
untere Seite des gestuften Abschnitts D der Zentrifugalwand 12b ist
zum Teil ausgekehlt, um annähernd
dem halben Abschnitt der Ablaßöffnung 25 in
der Draufsicht zu entsprechen (siege 6A), und
der ausgekehlte Abschnitt ist in der Höhenrichtung mit der vorgeschriebenen
Höhe 'h' dreidimensional vergrößert, die
zum Sicherstellen eines ausreichend großen Öffnungsbereichs bestimmt wird,
der im wesentlichen der Durchlaufquerschnittsfläche der Ablaßöffnung 25 entspricht.
Wenn die Ablaßöffnung 25 jedoch
zu stark in den Dickenzunahmebereich N eingreift, so daß der ausgekehlte
Abschnitt eine große
Höhe h
aufweist, ist es möglich,
daß die
Spannungskonzentration in dem ausgekehlten Abschnitt auftritt. Deshalb
wird die Höhe
h des ausgekehlten Abschnitts als so minimal wie möglich festgelegt.
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Mit
der vorliegenden Ausführungsform
wird die Höhe
h des ausgekehlten Abschnitts derart festgelegt, daß ein ausreichend
großer Öffnungsbereichs
gesichert wird, der im wesentlichen der Durchlaufquerschnittsfläche der
Ablaßöffnung 25 entspricht.
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Der
Spiralverdichter gemäß der zweiten
Ausführungsform
weist eine Vielzahl von technischen Merkmalen und Wirkungen auf,
die im folgenden beschrieben sind.
- (1) Der
gestufte Abschnitt D sorgt für
eine gestufte Dickenänderung,
durch welche die Dicke des Spiralenstartabschnitts 101 der
Zentrifugalwand 12b in Richtung zu dem Wurzelabschnitt
an der Endplatte 12a stufenartig zunimmt, wobei die Dicke
in der unteren Seite im Vergleich zu der oberen Seite in dem Dickenzunahmebereich
N zunimmt. Des weiteren ist die Ablaßöffnung 25 wahlweise
derart angeordnet, daß sie
sich zum Teil um annähernd einen
halben Abschnitt mit dem Dickenzunahmebereich N überlappt. Der gestufte Abschnitt
D sorgt für
die größere Dicke
bei dem Spiralenstartabschnitt 101 der Zentrifugalwand 12b,
der hinsichtlich der Festigkeit unvermeidlicherweise harten Bedingungen
unterworfen ist. Das heißt
die Starrheit des Spiralelementes kann erhöht werden. Da sich die Ablaßöffnung 25 zum
Teil mit dem Dickenzunahmebereich N des gestuften Abschnitts D überlappen
kann, der für
eine ausreichend große
Festigkeit für
den Wurzelabschnitt der Zentrifugalwand 12b an der Endplatte 12a sorgt,
kann die Lage der Ablaßöffnung 25 derart festgelegt
werden, daß sich
die Ablaßöffnung 25 der
oberseitigen gebogenen Fläche 101a des
gestuften Abschnitts D so nahe wie möglich nähern kann, während für den Spiralenstartabschnitt 101 der
Zentrifugalwand 12b die ausreichend große Starrheit sichergestellt
ist. Deshalb läßt sich
das Totvolumen des zwischen den Zentrifugalwänden der gepaarten Spiralelemente
gebildeten geschlossenen Raums verkleinern.
- (2) Die Festigkeit des Spiralenstartabschnitts 101 der
Zentrifugalwand 12b kann erhöht werden, da der gestufte
Abschnitt D vorgesehen ist, welcher die Dicke in seinem Wurzelabschnitt
an der Grundplatte 12a erhöht. Des weiteren kann die Verdichtungsleistung
des Spiralverdichters verbessert werden, da sich das Totvolumen
des geschlossenen Raums verkleinert.