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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Fluidgerät vom Spiraltyp,
und insbesondere auf einen Superlader vom Spiraltyp zur
Benutzung in einem Kraftfahrzeugmotor.
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Ein Fluidgerät vom Spiraltyp kann in einem Kompressor oder
Superlader benutzt werden. Wenn ein hohes Kompressionsverhältnis
anstelle einer hohen Ausflußrate benötigt wird, kann das
Fluidgerät vom Spiraltyp in einem Kompressor benutzt werden, wie in
der US-A-4477238 offenbart ist. Wenn andererseits eine hohe
Ausflußrate anstelle eines hohen Kompressionsverhältnisses
benötigt wird, kann das Fluidgerät vom Spiraltyp für einen
Superlader angewendet werden, wie in der Japanischen
Patentanmeldeveröffentlichung 58-62301 offenbart ist. Der erwähnte
Superlader vom Spiraltyp kann jedoch keine ausreichend hohe
Ausflußrate im Vergleich mit anderen Typen von Superladern, wie
ein Wälzkolbenverdrängungskompressor, wie er in der
Japanischen Gebrauchsmusteranmeldungveröffentlichung 62-183092
offenbart ist, wenn angenommen wird, daß die äußeren
Abmessungen der beiden Geräten im wesentlichen die gleichen sind.
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Zum Ausräumen dieses Defektes offenbart die DE-A-3141525 einen
Superlader vom Spiraltyp mit einer umlaufenden Spirale, die ein
erstes Plattenteil aufweist, von der sich ein erstes und
zweites Spiralelement in entgegengesetzte Richtungen erstrecken.
Ein mit dem ersten Spiralelement zum Abgrenzen mindestens einem
Paar von Fluidtaschen in Eingriff stehendes drittes
Spiralelement steht von einer inneren Oberfläche von einem Ende eines
Gehäuses vor. Ein mit dem zweiten Spiralelement zum Abgrenzen
mindestens einem Paar von Fluidtaschen in Eingriff stehendes
viertes Spiralelement steht von einer inneren Oberfläche des
anderen Endes des Gehäuses hervor. Ein Antriebsmechanismus mit
einer Kurbelwelle ist betriebsmäßig mit der umlaufenden Spirale
zum Bewirken der umlaufenden Bewegung der umlaufenden Spirale
verbunden. Drehbewegung der umlaufenden Spirale wird durch eine
Rotationsverhinderungsvorrichtung während der umlaufenden
Bewegung der umlaufenden Spirale verhindert. Ein Paar von
Ausgleichgewichten ist an beiden axialen Enden eines gekröpften
Stiftes der Kurbelwelle angebracht.
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Bei dem oben erwähnten Superlader vom Spiraltyp wird der Druck
in den Fluidtaschen allmählich erhöht bei abnehmenden Volumen
der Fluidtaschen während der umlaufenden Bewegung der
umlaufenden Spirale. Daher nimmt das Plattenteil eine Kraft auf,
deren Richtung parallel zu der Achse der Kurbelwelle (im
folgenden als axiale Kraft bezeichnet) durch den Druck in den
Fluidtaschen gerichtet ist. Die oben erwähnte axiale Kraft wird
aber durch den Druck in den Fluidtaschen erzeugt, die durch das
erste und dritte Spiralelement und durch das zweite und vierte
Spiralelement abgegrenzt werden. Daher sind die durch das
Plattenteil aufgenommene axialen Kräfte gegeneinander versetzt,
wodurch das Plattenteil nicht durch axiale Kräfte gebogen wird.
Dieses gibt dem oben erwähnten Superlader vom Spiraltyp einen
Vorteil.
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Bei dem oben erwähnten Superlader vom Spiraltyp sind jedoch das
erste und zweite Spiralelement auf dem einzigen Plattenteil
gebildet, und es ist schwierig die umlaufende Spirale mit der
notwendigen Genauigkeit der relativen Anordnung des ersten und
zweiten Spiralelementes herzustellen, und dieses verursacht
eine schlechte Produktionsausbeute und hohe Herstellungskosten.
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Es ist eine primäre Aufgabe dieser Erfindung, einen Superlader
vom Spiraltyp vorzusehen mit einer umlaufenden Spirale, die
leicht hergestellt werden kann, die aber im wesentlichen
ausgeglichene axiale Kräfte aufweist.
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Gemäß der Erfindung ist ein Fluidgerät vom Spiraltyp mit einer
umlaufenden Spirale mit einem Plattenteil, bei dem sich von
entgegengesetzten Flächen ein erstes Spiralelement bzw. ein
zweites Spiralelement erstreckt; einer ersten konkaven Hülle
einschließlich einer ersten festen Spirale mit einer ersten
Endplatte, von der sich ein drittes Spiralelement erstreckt;
einer zweiten konkaven Hülle einschließlich einer zweiten
Spirale mit einer zweiten Endplatte von der sich ein viertes
Spiralelement erstreckt; wobei die erste und zweite konkave Hülle
zum Begrenzen einer Kammer zusammenwirken, in der das erste,
zweite, dritte und vierte Spiralelement angeordnet sind, die
umlaufende Spirale und die erste feste Spirale winkelmäßig und
radial so gegeneinander versetzt gehalten werden, daß das erste
und dritte Spiralelement zum Bilden von mindestens einem Paar
von Fluidtaschen ineinandergreifen, und die umlaufende Spirale
und zweite feste Spirale ebenfalls winkelmäßig und radial so
gegeneinander versetzt gehalten werden, daß das zweite und
vierte Spiralelement zum Bilden von mindestens einem Paar von
Fluidtaschen ineinandergreifen; einem betriebsmäßig mit der
umlaufenden Spirale verbundenen Antriebsmechanismus zum Bewirken
der umlaufenden Bewegung der umlaufenden Spirale, wobei der
Antriebsmechanismus eine Antriebswelle mit einem
Ausgleichsgewicht aufweist; und einem Rotationsverhinderungsmittel zum
Verhindern der Drehbewegung der umlaufenden Spirale während der
umlaufenden Bewegung der umlaufenden Spirale, dadurch
gekennzeichnet,
daß das erste Plattenteil der umlaufenden Spirale in
ein das erste Spiralelement aufweisendes Plattenteil und ein
das zweite Spiralelement aufweisenden zweites Plattenteil
unterteilt ist, wobei die Plattenteile in einem Abstand
voneinander angeordnet sind zum Abgrenzen eines hohlen
Abschnittes, indem das Ausgleichsgewicht vorgesehen ist, und der hohle
Abschnitt mit den Fluidtaschen verbunden ist.
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In den begleitenden Zeichnungen: -
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Figur 1 ist eine vertikale Längsschnittansicht eines Beispieles
eines Superladers vom Spiraltyp gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht des in Figur 1
gezeigten Superladers vom Spiraltyp.
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Der dargestellte Superlader 10 vom Spiraltyp enthält eine
umlaufende Spirale 20 mit einem ersten und zweiten Plattenteil
21, 22. Ein erstes und zweites Spiralelement 211, 221
erstrekken sich in entgegengesetzte Richtungen von dem ersten bzw.
zweiten Plattenteil 21, 22. Ein erster und zweiter Vorsprung
212, 222 sind auf den Oberflächen der entsprechenden des ersten
und zweiten Plattenteiles 21, 22 gebildet und sind einander
zugewandt. Ein erster und zweiter ringförmiger Vorsprung 213,
223, deren Länge größer als die der Vorsprünge 212 bzw. 222
ist, erstrecken sich von den Oberflächen des ersten und zweiten
Plattenteiles 21, 22 und berühren einander an ihren
vorstehenden Enden und umgeben den ersten und zweiten Vorsprung 212,
222. Ein innerer Abschnitt des vorstehenden Endes des ersten
Vorsprunges 213 und ein äußerer Abschnitt des vorstehenden
Endes des zweiten Vorsprunges 223 sind entsprechend
ausgeschnitten zum Aufnehmen eines U-Ringes 30 zum Abdichten der
zueinander passenden Oberflächen zwischen den vorstehenden Enden
des ersten und zweiten Vorsprunges 213, 223. Eine Mehrzahl von
Schrauben 31 ist in den ersten und zweiten Vorsprung 213 und
223 geschraubt.
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Ein vorderes Gehäuse 40 (links in Figur 1) enthält einen ersten
Endplattenabschnitt 411, von dem sich ein drittes Spiralelement
412 erstreckt. Die erste Endplatte 411 und des dritte
Spiralelement 412 bilden im wesentlichen eine feste Spirale 41. Der
feste Plattenteilabschnitt der umlaufenden Spirale 20 und die
erste feste Spirale 41 werden mit einer winkelmäßigen und
radialen Versetzung gegeneinander so gehalten, daß das erste und
dritte Spiralelement 211, 412 zum Bilden von mindestens einem
Paar von Fluidtaschen 23 ineinandergreifen. Ein dritter
Vorsprung 413 ist auf einer äußeren Oberfläche der ersten
Endplatte 411 gebildet, das heißt entfernt von dem dritten
Spiralelement 412.
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Ein hinteres Gehäuse 50 (rechts in Figur 1) enthält eine zweite
Endplatte 511, von der sich ein viertes Spiralelement 512
erstreckt. Die zweite Endplatte 511 und das vierte Spiralelement
512 bilden im wesentlichen eine zweite feste Spirale 51. Der
zweite Plattenteilabschnitt der umlaufenden Spirale 20 und die
zweite feste Spirale 51 sind mit einer winkelmäßigen und
radialen Versetzung gegeneinander so gehalten, daß das zweite und
vierte Spiralelement 221 und 512 zum Bilden von mindestens
einem Paar von Fluidtaschen 24 ineinandergreifen. Ein vierter
Vorsprung 513 ist auf einer äußeren Oberfläche gebildet, das
heißt entfernt von dem vierten Spiralelement 512. Ein Adapter
514 mit einem ringförmigen Flanschabschnitt 514a, der sich von
einer äußeren Umfangsoberfläche des Adpaters 514 nach außen
erstreckt, ist mit einer Mehrzahl von Auslaßöffnungen 514b
versehen. Der Adapter 514 ist in eine innere Umfangswand des
vierten Vorsprunges 513 gepasst, so daß ein Kontakt des
Flanschabschnittes 514a mit dem vierten Vorsprung 513
ermöglicht wird. Eine Mehrzahl von Schrauben 515 ist in den
Flanschabschnitt 514a und den vierten Vorsprung 513 zum Sichern des
Adapters 514 fest auf dem hinteren Gehäuse 50 geschraubt.
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Jedes des ersten, zweiten, dritten und vierten Spiralelementes
211, 221, 412 und 512 ist mit einem Dichtungselement 33 an
seiner axialen Endoberfläche versehen. Das vordere und hintere
Gehäuse 40, 50 sind fest miteinander durch eine Mehrzahl von
Schrauben 42a und Muttern 42b durch eine Dichtung 43 zum
Abgrenzen einer Betriebskammer 25 verbunden.
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Ein Antriebsmechanismus 600 enthält eine Antriebswelle 60.
Löcher 414, 515 sind in der Mitte der ersten bzw. zweiten
Endplatte 411 und 511 zum Durchstoß durch die Antriebswelle 60
gebildet. Die Antriebswelle 60 ist drehbar durch den dritten
Vorsprung 413 und den Adapter 514 durch Lager 44 und 42, die
zwangsweise in eine innere Umfangswand des dritten Vorsprunges
413 bzw. des Adapters 514 eingeführt sind, gelagert. Das Lager
52 ist fest mit dem Adapter 514 durch einen Sprengring 521 und
Mutter 523 verbunden. Eine Scheibe 61 ist auf einem vorderen
Ende (links in Figur 1) der Antriebswelle hinteren einem
Zahnrad 62 angebracht. Das Zahnrad 62 ist fest auf der
Antriebs-Welle 60 durch eine Mutter 63 und einen Keilmechanismus 64
befestigt. Die Scheibe 61 ist ebenfalls fest auf der
Antriebswelle 60 durch eine Mutter 65 und einen Keilmechanismus 66
angebracht. Ein Abstandsstück 67 ist zwischen der Mutter 63 und
der Scheibe 61 vorgesehen. Ein Wellenabdichtmechanismus 68 ist
an einem hinteren Ende des Lagers 44 vorgesehen.
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Ein gekröpfter Stift 69 geht durch die Antriebswelle 60 und ist
fest an einem Mittelabschnitt der Antriebswelle 60 durch eine
Mutter 691 befestigt. Eine Achse des gekröpften Stiftes 69 ist
radial gegenüber einer Achse der Antriebswelle 60 um eine
vorbestimmte Distanz versetzt. Ein Hohlraum 692 ist längsseitig
durch den gekröpften Stift 69 zum Verbinden der zentralen
Fluidtaschen 23a, 24a gebohrt. Der gekröpfte Stift 69 ist
drehbar durch die Vorsprünge 212, 222 durch Lager 45, 46, die
zwangsweise in die inneren Umfangswände der Vorsprünge 212, 222
eingeführt sind, gelagert. Folglich laufen das erste und zweite
Plattenteil 21, 22 synchron aufgrund des Antriebsmechanismus
600 um. Ein Ausgleichsgewicht 693 ist auf dem gekröpften Stift
69 gegenüber der Versetzung der Achse des gekröpften Stiftes 69
in Bezug auf die Achse der Antriebswelle 60 vorgesehen und ist
fest daran durch einen Keilmechanismus 694 angebracht. Eine
Öffnung 695 ist in dem gekröpften Stift 69 zum Verbinden des
Hohlraumes 692 mit dem hohlen Abschnitt 32 gebildet. Die
Öffnung 695 und der Hohlraum 692 bilden eine Leitung.
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Ein Rotationsverhinderungsmechanismus 70 enthält eine
Kurbelwelle 71 mit einem Stiftteil 72, das sich von dem hinteren Ende
der Kurbelwelle 71 erstreckt. Die Kurbelwelle 71 geht durch
einen auf der Oberseite des vorderen Gehäuses 40 gebildeten
zylindrischen Abschnitt 73 und liegt parallel zu der
Antriebswelle 60. Ein Paar von Lagern 47, 48 ist an einer inneren
Umfangswand von beiden Enden des zylindrischen Abschnittes 73 zum
drehbaren Lagern der Kurbelwelle 71 vorgesehen. Eine Achse des
Stiftteiles 72 ist radial von einer Achse der Kurbelwelle 71 um
eine vorbestimmte Distanz versetzt, die ähnlich der Distanz
zwischen der Achse des gekröpften Stiftes 69 und der Achse der
Antriebswelle 60 ist. Zwischen den Lagern 47 und 48 ist ein
Ausgleichsgewicht 74 auf der Kurbelwelle 71 versetzt von der
Achse des Stiftteiles 72 in Bezug auf die Achse der Kurbelwelle
71 vorgesehen und fest an der Kurbelwelle 71 durch einen
Keilmechanismus 75 angebracht.
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Ein Zahnrad 711 ist auf einem vorderen Ende (links in Figur 1)
der Kurbelwelle 71 angebracht und fest an der Kurbelwelle 71
durch eine Mutter 712 und einen Keilmechanismus 713 befestigt.
Das Zahnrad 711 ist ähnlich dem Zahnrad 62, das heißt, beide
Zahnräder 62 und 711 haben den gleichen Durchmesser und Zahl
von Zähnen. Die Zahnräder 711 und 62 stehen in Eingriff mit
einem Synchronriemen 80, so daß sie synchron rotieren.
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Ein mit einem Lager 69 und einer Wellenabdichtung 81 damit
versehener Offenendkasten 75 ist zwischen dem ersten und zweiten
Plattenteil 21 und 22 vorgesehen. Das offene Ende des Kastens
75 ist dem ersten Plattenteil 21 zugewandt und ist mit einem
ringförmigen Flansch 751 versehen, der sich radial davon
erstreckt. Das Stiftteil 72 geht durch das erste Plattenteil 21
und in das Innere des Kastens 75. Der Kasten 75 lagert drehbar
das Stiftteil 72 durch ein Lager 49. Ein ringförmiger Flansch
751 ist auf dem ersten Plattenteil 21 durch eine Mehrzahl von
Bolzen 82 befestigt. Das geschlossene Ende des Kastens 75 ist
an dem zweiten Plattenteil 22 durch eine Mehrzahl von Bolzen 83
befestigt.
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Folglich wird die Drehbewegung des ersten und zweiten
Plattenteiles 21, 22 durch den Rotationsverhinderungsmechanismus 70
während der umlaufenden Bewegung des ersten und zweiten
Plattenteiles 21, 22 verhindert, wodurch nur eine synchrone
umlaufende Bewegung erlaubt ist.
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Halbkreisförmige Löcher 91, 92 sind entsprechend in dem
vorderen und hinteren Gehäuse 40, 50 zum Bilden einer Einlaßöffnung
90 gebildet, wie in Figur 2 gezeigt ist.
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Der Betrieb der oben erwähnten Superladerstruktur vom Spiraltyp
ist wie folgt.
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Die Antriebskraft wird auf die Scheibe 61 von einer äußeren
Kraftquelle wie ein Motor eines Fahrzeuges durch einen Riemen
übertragen, wodurch sich die Antriebswelle 60 dreht. Diese
Drehung wird in eine umlaufende Bewegung der umlaufenden
Spirale 20 durch den gekröpften Stift 69 umgewandelt, wobei eine
Drehbewegung durch den Rotationsverhinderungsmechanismus 70
verhindert wird. Luft, die in die Betriebskammer 25 durch die
Einlaßöffnung 90 eingeführt ist, wird in die äußeren
Fluidtaschen 23b, 24b zwischem dem ersten Plattenteilabschnitt 21 der
umlaufenden Spirale und der ersten festen Spirale 41 und dem
zweiten Plattenteilabschnitt 22 der umlaufenden Spirale 20 und
der zweiten festen Spirale 51 hereingenommen und bewegt sich
dann einwärts zu dem Zentrum der Spiralelemente 211, 412 und
221, 412 aufgrund der umlaufenden Bewegung der umlaufenden
Spirale 20. Während sich die Luft zu den mittleren Taschen 21a,
24a bewegt, unterliegt sie einer folgenden Volumenreduktion und
Kompression, z. B. 0,1 bis 0,8 kg/cm G. Diese komprimierte Luft
wird an ein Auslaßrohr (nicht gezeigt) ausgegeben, das den
Superlader 10 mit dem Motor des Fahrzeuges durch Auslaßöffnungen
514b verbindet. Insbesondere wird die komprimierte Luft in der
Fluidtasche 23a an das Auslaßrohr ausgegeben, nachdem es durch
den Hohlraum 692 geflossen ist und sich mit der komprimierten
Luft in der Fluidtasche 24a verbunden hat. Ein Teil der
komprimierten Luft fließt in den hohlen Abschnitt 32 durch den
Hohlraum 692 und die Öffnung 695 so, daß der hohle Abschnitt 32 mit
komprimierter Luft gefüllt wird. Als Resultat können das erste
und zweite Plattenteil 21, 22 vermeiden, daß sie durch
unausgeglichene axiale Kräfte gebogen werden, die aufgrund des Druckes
in den Fluidtaschen erzeugt werden.
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Weiterhin kann eine radiale Abmessung des Gehäuses des
Superladers durch Anordnen des Ausgleichsgewichtes 693 in dem hohlen
Abschnitt 32 verringert werden.