GEBIET DER ERFINDUNG UND BISHERIGER STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kompressor mit Spiralverdichtungselementen.
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Kompressors mit Spiralverdichtungselementen.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist ein Spiralkompressormechanismus C im oberen Bereich innerhalb
eines hermetisch abgedichteten Gehäuses 8 angeordnet und ein Elektromotor M im unteren
Bereich dieses Gehäuses vorhanden.
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Der Spiralkompressormechanismus C besteht aus einem feststehenden
Spiralverdichtungselement 1, einem umlaufenden Spiralverdichtungselement 2, einem
Drehbewegungsverhinderungsmechanismus 3, wie beispielsweise einer Oldhamschen Kupplung
(Verbindungsglied), die die Drehbewegung des umlaufenden Spiralverdichtungselements 2 zuläßt, dessen
Drehung um die eigene Achse jedoch verhindert, einem Rahmen 6, an dem das
feststehende Spiralverdichtungselement 1 und der Elektromotor M angebracht sind, einem oberen
Lager 71 und einem unteren Lager 72 zur Aufnahme einer Antriebswelle 5, einem Drehlager
73 und einem Drucklager zur Aufnahme des umlaufenden Spiralverdichtungselements 2 u.a.
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Das feststehende Spiralverdichtungselement 1 ist mit einer Endplatte 11 und einem
spiralförmigen Element 12 an der Innenfläche der Endplatte 11 ausgerüstet und wird auf
dem Rahmen 6 über eine Feder 18 in Axialrichtung frei beweglich abgestützt
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Das umlaufende Spiralverdichtungselement 2 ist mit einer Endplatte 21 und einem
spiralförmigen Element 22 an der Innenfläche der Endplatte 21 versehen, und eine
Antriebsbuchse 25 ist über ein Drehlager 73 drehbar in einer Nabe 23 an der Außenseite der
Endplatte 21 angebracht. Ein Exzenterbolzen 53, der am oberen Ende der Antriebswelle 5
vorsteht, ist drehbar innerhalb einer an dieser Antriebsbuchse 25 vorgesehenen
Exzenterbohrung angebracht. Am oberen Ende der Antriebswelle 5 befindet sich ein Gegengewicht
84.
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Das feststehende Spiralverdichtungselement 1 und das umlaufende
Spiralverdichtungselement 2 stehen mit einer Exzentrizität, die dem Drehungsradius entspricht, mit einer
Winkelverschiebung von 180º in Eingriff. Durch diesen Eingriff entstehen mehrere
Verdichtungskammern 24 mit einer Punktsymmetrie gegenüber der Mittelachse P des
spiralförmigen Elements 12 des feststehenden Spiralverdichtungselements 1.
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Im mittleren Bereich der Endplatte 11 des feststehenden Spiralverdichtungselements 1 ist ein
Austrittskanal 13 vorgesehen. Dieser Austrittskanal 13 steht auf einer Seite mit der innersten
Kammer 26 in Verbindung (die unmittelbar vor der Stelle entsteht, wo die inneren Enden der
spiralförmigen Elemente 12 und 22 an der entsprechenden Seite der spiralförmigen
Elemente 22 bzw. 12 der abgehen).
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An der Außenseite der End platte 11 befinden sich konzentrisch angeordnete zylindrische
Naben 46 und 47, wobei die Stirnflächen dieser Naben 46 und 47 über eine Dichtung 42
gleitend mit einer Trennplatte 41 verbunden sind, die im hermetisch abgedichteten Gehäuse
8 mit einem dazwischenliegenden Raum in Richtung Endplatte 11 angebracht ist. Dadurch
entstehen eine Hochdruckkammer 44 im mittleren Bereich an der Außenseite der Endplatte
11 und eine ringförmige Rückdruckkammer 45 rund um diese Hochdruckkammer. Ein
Austrittskanal 13 führt in diese Hochdruckkammer 44, während eine Unterdruckkammer 45 über
eine Durchgangsbohrung 19 mit einer Verdichtungskammer in Verbindung steht, in der
gerade die Verdichtung erfolgt.
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Das umlaufende Spiralverdichtungselement 2 wird über einen Drehantriebsmechanismus wie
beispielsweise eine Antriebswelle 5, einen Exzenterbolzen 53, eine Antriebsbuchse 25, eine
Nabe 23 u.a. durch den Elektromotor M angetrieben, wohingegen [sic] das umlaufende
Spiralverdichtungselement 2 eine Umlaufbewegung auf einer Kreisbahn mit einem
Drehradius ausführt, während gleichzeitig die Drehbewegung um die eigene Achse durch
den Drehbewegungsverhinderungsmechanismus 3 verhindert wird.
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Das Gas gelangt über eine Ansaugrohrleitung 82 in das hermetisch abgedichtete Gehäuse
8 und strömt nach Kühlung des Elektromotors M durch einen am Rahmen 6 vorgesehenen
Kanal 85 und des weiteren von einem Ansaugkanal 15 durch eine Ansaugkammer 16 und
wird von den Öffnungen der spiralförmigen Elemente 12 und 22 am äußeren Ende in die
Verdichtungskammern 24 gesaugt. Das Gas erreicht eine innerste Kammer 26 im mittleren
Bereich, während es verdichtet wird, da sich das Volumen der Verdichtungskammer 24
durch die Drehbewegung des umlaufenden Spiralverdichtungselements 2 verringert.
Anschließend gelangt es über den Austrittskanal 13 in die Hochdruckkammer 44, über eine
in der Trennplatte 41 vorgesehene Bohrung 43 in einen Austrittshohlraum 48 und schließlich
über eine Auslaßrohrleitung 83 nach außen.
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Zur gleichen Zeit wird Schmieröl 81, das sich unten im Gehäuse 8 befindet, durch eine im
unteren Teil der Antriebswelle 5 installierte Kreiselpumpe 51 angesaugt und nach
Schmierung des unteren Lagers 72, des Exzenterbolzens 53, des oberen Lagers 71, des
Drehbewegungsverhinderungsmechanismus 3, des Drehlagers 73, des Drucklagers 74 u.a.
durch einen Schmierkanal 52 über eine Kammer 61 und einen Ölauslaßkanal 62 wieder zum
Boden des hermetisch abgedichteten Gehäuses 8 zurückgebracht und dort gesammelt.
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Weil das unter hohem Druck abgegebene Gas durch die Drehbewegung des umlaufenden
Spiralverdichtungselements 2 der Hochdruckkammer 44 und das unter mittlerem Druck
stehende Gas während der Verdichtung der Rückdruckkammer 45 zugeführt werden, wird
die Endplatte 11 durch den Gasdruck in dieser Hochdruckkammer 44 und Rückdruckkammer
45 nach unten gedrückt. Die Stirnflächen der spiralförmigen Elemente 12 und 22 werden mit
einem entsprechenden Kontaktdruck gegen die Innenflächen der Endplatten 21 und 11
gedrückt, so daß jede der vielen Verdichtungskammern 24 in einem hermetisch
abgedichteten Zustand gehalten wird.
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Die Hochdruckkammer 44 und die Rückdruckkammer 45 sind des weiteren mit der
Punktsymmetrie gegenüber der Mittelachse P des spiralförmigen Elements 12 als Zentrum
ausgebildet. Dies ist deshalb erforderlich, weil dann, wenn das Zentrum der Druckkräfte, die
durch die auf die Endplatte 11 wirkenden Gasdrücke entstehen, nicht mit der Mittelachse P
des spiralförmigen Elements 12 übereinstimmen, ein Überdrehmoment auftritt, das
verhindert, daß die Stirnflächen der spiralförmigen Elemente 12 und 22 mit einem
gleichmäßigen Kontaktdruck gegen die Innenflächen der Endplatten 21 und 11 gedrückt
werden, wodurch es dazu kommt, daß die Verdichtungskammern 24 nicht in erforderlicher
Weise abgedichtet werden.
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Dieser herkömmliche Kompressor mit Spiralverdichtungselementen läßt eine entsprechende
Druckkraft dadurch auf die Endplatte 11 wirken, daß die Druckaufnahmebereiche der
Hochdruckkammer 44 und der Rückdruckkammer 25 entsprechend gewählt werden. Damit
jedoch Schwankungen der Druckkräfte, die Druckänderungen in der Verdichtungskammer 24
begleiten, auf ein Minimum verringert werden, sollte der Druckaufnahmebereich der
Hochdruckkammer 44 vorzugsweise kleiner als der Druckaufnahmebereich der
Rückdruckkammer 45 gewählt werden; oder anders ausgedrückt, es ist besser, den
Druckaufnahmebereichsanteil der Hochdruckkammer 44 kleiner zu wählen.
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Weil jedoch der Austrittskanal 13 gegenüber der Mittelachse P des spiralförmigen Elements
12 seitlich versetzt angeordnet ist und der Druckaufnahmebereich der Hochdruckkammer 44
groß gewählt wird, um diesen Austrittskanal 13 einzuschließen, ist der
Druckaufnahmebereichsanteil der Hochdruckkammer 44 groß und treten starke Schwankungen der auf die
Endplatte 11 wirkenden Druckkraft auf. Wird die Druckkraft zu gering, dann wird die
Abdichtung der Verdichtungskammer 24 infolgedessen unzureichend; und wird andererseits
die Druckkraft zu stark, dann nehmen die Reibungskräfte zwischen den Stirnflächen der
spiralförmigen Elemente 12 und 22 und den Innenflächen der Endplatten 21 und 11 zu,
wodurch solche Schwierigkeiten wie beispielsweise ein Leistungsverlust des Kompressors,
entstehen.
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Eine derartige Anordnung wird auch in der Patentbeschreibung GB-A-2194291, die den
bisherigen Stand der Technik verkörpert, offenbart.
ZIEL UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Lösung der oben beschriebenen Probleme.
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Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt in einem Kompressor mit
Spiralverdichtungselementen, der die technischen Merkmale von Anspruch 1 aufweist.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann deshalb, weil sich die Öffnung des Austrittskanals zur
Hochdruckkammer in der Mitte des spiralförmigen Elements befindet, nicht nur der
Druckaufnahmebereich der Hochdruckkammer, die rund um die Mittelachse dieses
spiralförmigen Elements gebildet wird, kleiner gewählt werden, sondern auch der
Druckaufnahmebereich der Rückdruckkammer vergrößert werden. Es ist infolgedessen möglich, die auf den
Gasdruck in der Hochdruckkammer und in der Rückdruckkammer zurückzuführenden
Schwankungen der auf die Endplatten wirkenden Druckkräfte zu verringern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine Teilschnittdarstellung eines Kompressors mit Spiralverdichtungselementen gemäß
einer ersten Anwendungsform der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 eine Teilschnittdarstellung eines Kompressors mit Spiralverdichtungselementen gemäß
einer zweiten Anwendungsform der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines herkömmlichen Kompressors mit
Spiralverdichtungselementen
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN ANWENDUNGSFORMEN
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Fig. 1 zeigt eine Teilschnittdarstellung eines Kompressors mit Spiralverdichtungselementen
gemäß der ersten Anwendungsform der vorliegenden Erfindung.
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Der Austrittskanal 13 ist geneigt, und seine Öffnung 13a auf einer Seite, d.h. eine Öffnung
zur innersten Kammer 26 ist gegenüber der Mittelachse P des spiralförmigen Elements 12
seitlich versetzt. Seine andere Öffnung 13b am anderen Ende, d.h. eine Öffnung zur
Hochdruckkammer 44 ist so angeordnet, daß ihre Mitte mit der Mittelachse P des
spiralförmigen Elements 12 übereinstimmt. Verschiedene Faktoren, wie beispielsweise der
Kanalquerschnitt und die Öffnungen 13a und 13b des Austrittskanals 13, werden so gewählt,
daß der Strömungswiderstand des durch diesen Kanal strömenden Gases kleiner als
zulässig werden kann. Die Hochdruckkammer 44 und die Rückdruckkammer 45 sind
konzentrisch um die Mittelachse des spiralförmigen Elements 12 ausgebildet, und der
Durchmesser der Hochdruckkammer 44 wird gleich dem Durchmesser der Öffnung 13b und
kleiner als der Durchmesser der in Fig 3 dargestellten herkömmlichen Hochdruckkammer
gewählt.
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Die anderen Konstruktionsmerkmale sind denen der in Fig. 3 dargestellten herkömmlichen
Ausführung ähnlich. Die entsprechenden Bauteile tragen die gleichen Symbole, so daß auf
eine Erläuterung verzichtet wird.
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Weil die Mitte der Öffnung 13b des Austrittskanals 13 zum Inneren der Hochdruckkammer
44 mit der Mittelachse P des spiralförmigen Elements 12 übereinstimmt, kann auf diese
Weise die Hochdruckkammer 44 so ausgebildet werden, daß sie die Öffnung 13b rund um
die Mittelachse P als Zentrum einschließt. Weil der Druckaufnahmebereich der
Hochdruckkammer 44 kleiner gewählt und der Druckaufnahmebereich der Rückdruckkammer
45 dementsprechend vergrößert werden kann, kann deshalb der
Druckaufnahmebereichsanteil der Rückdruckkammer 45 vergrößert werden. Es ist dadurch möglich, die auf den
Gasdruck innerhalb der Hochdruckkammer 44 und der Rückdruckkammer 45
zurückzuführenden Schwankungen der auf die Endplatte 11 wirkenden Druckkräfte zu verringern.
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Obwohl die Mitte der Öffnung 13b mit der Mittelachse P im oben beschriebenen
Anwendungsbeispiel übereinstimmt, ist die vorliegende Erfindung jedoch keinesfalls auf
diese Anordnung begrenzt. Die Öffnung 13b kann so dicht wie möglich zur Mittelachse P
ausgebildet sein, um die Mittelachse einzuschließen.
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Der Austrittskanal 13 kann des weiteren ebenfalls an der Endplatte 21 des
Spiralverdichtungselements 2 vorgesehen sein, und die Hochdruckkammer 44 und die
Rückdruckkammer 45 können an der Außenseite der Endplatte 21 angeordnet sein.
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Fig. 2 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel, wobei senkrechte Bohrungen von der
Innenund Außenfläche der Endplatte 11 so ausgeführt sind, daß diese Bohrungen innerhalb der
Endplatte 11 miteinander verbunden sind. Der Austrittskanal 13 kann dadurch viel einfacher
hergestellt werden.
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Weitere Konstruktionseinzelheiten und Arbeitsweisen sind mit denen der in Fig. 1
dargestellten ersten Anwendungsform identisch. Es werden die gleichen Symbole für die
entsprechenden Bauteile verwendet, so daß auf eine Erläuterung verzichtet wird.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann deshalb, weil die Öffnung des Austrittskanals zur
Hochdruckkammer in der Endplatte in der Mitte des spiralförmigen Elements angeordnet ist,
der Druckaufnahmebereich der Hochdruckkammer kleiner gewählt und darüber hinaus der
Druckaufnahmebereich der Rückdruckkammer vergrößert werden, so daß der
Druckaufnahmebereichsanteil der Rückdruckkammer größer wird. Weil es möglich ist, auf diese
Weise die auf den Gasdruck innerhalb der Hochdruckkammer und der Rückdruckkammer
zurückzuführenden Schwankungen der auf die Endplatte wirkenden Druckkräfte zu
vemngem können nicht nur die Abdichtungsbedingungen der Verdichtungskammern auf
günstigstem Niveau gehalten, sondern auch Leistungsaufnahmeverluste des Kompressors
verhindert werden.