DE69222136T2

DE69222136T2 - Spiralverdichter und Verfahren zur Herstellung eines Spiralelements

Info

Publication number: DE69222136T2
Application number: DE69222136T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Endoh; Hiroshi Iwata; Hirokatsu Kohsokabe; Yasuhiro Oshima
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: KR930013485A; US5554017A; EP0549952B1; DE69222136D1; ES2106124T3; US5427512A; KR0168867B1; EP0549952A1; CN1074276A; CN1030098C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spiralfluidmaschine, die zu den Fluidmaschinen des Verschiebungs- bzw. Verdrängungstyps gehört, und sie bezieht sich insbesondere auf eine Spiralfluidmaschine, auf ein Spiralelement und auf ein Verfahren zur Bearbeitung desselben, bei der eine Kurve jedes Körpers eines Paares von Volutenkörpern durch eine algebraische Spirale gebildet wird.
Eine herkömmliche Spiralfluidmaschine umfaßt ein feststehendes Spiralelement und ein umlaufendes Spiralelement, wobei ihre entsprechenden Volutenkörper untereinander die gleiche Konfiguration aufweisen und exzentrisch miteinander kombiniert sind. Als Volutenkonfiguration wird allgemein eine Involuten- bzw. Evolventenkurve verwendet, bei der die Volutenganghöhe und die Dicke der Volutenwand konstant sind. Als Vorteil für die Verwendung der Evolventenkurve als Volutenkurve soll erwähnt werden, daß die Bearbeitung leicht durchgeführt wird, bei der die innere und die äußere Volutenkurve gleichzeitig durch einen einfachen Cutter bearbeitet werden kann, weil eine normale Ganghöhe der Volute konstant ist. Da andererseits die Dicke der Volutenwand konstant ist, wird die Spannung in einem zentralen Abschnitt des Volutenkörpers, die zum höchsten Druck wird, gesteigert. Dieser Umstand neigt also dazu, in bezug auf die Festigkeit ein Problem zu werden. Das heißt, daß die Dicke von der auf die Festigkeit ausgeübten Kraft bestimmt wird. Die Windungszahl des Volutenkörpers wird durch das Betriebsdruckverhältnis bestimmt, das eine Konstruktionsbedingung ist. Die Höhe des Volutenkörpers, die Volutenganghöhe, und dergleichen werden durch das Hubvolumen oder die Kolbenverschiebung bestimmt. Verschiedene Abmessungen werden im Hinblick auf Belastungen bestimmt, die auf andere, äußere Konfigurationsabmessungen einwirken. Auf diese Weise wird, wenn die Konfiguration eines der Volutenkörper, beispielsweise eine umlaufende Spirale, bestimmt wird, die Konfiguration eines feststehenden Spiralelementes in Eingriff mit dem umlaufenden Spiralelement so entschieden, daß eine innere oder äußere Hüllkurve einer umlaufenden inneren Kurve zu einer feststehenden, inneren Kurve gewählt wird. Da weiter der zentrale Abschnitt des Volutenkörpers auch einer hohen inneren Druckdifferenz ausgesetzt ist, weist die herkömmliche Spiralfluidmaschine den Nachteil auf, daß eine Tendenz zur Leistungsverringerung aufgrund einer inneren Leckage des Fluids auftritt. Da weiter die Volutenganghöhe bei der Evolventenkurve konstant ist, ist auch das Verdrängungsänderungsverhältnis konstant. Demgemäß gibt es im Falle, daß ein eingerichtetes Volumenverhältnis, d.h. das Verhältnis zwischen eine umschlossene Verdrängung (Hubvolumen) an der äußersten Peripherie und einem abgedichteten Volumen an der innersten Peripherie, dahin tendiert, innerhalb einer vorbestimmten Abmessung zuzunehmen, ein Problem, das darin besteht, daß wenn die Windungszahl der Volute zunimmt, die Volutenganghöhe verringert wird und, weil die Volutenwanddicke konstant ist, der umlaufende Radius verringert wird, so daß auch das Hubvolumen verringert wird.
Im Gegensatz zu dem oben behandelten Problem gibt es gemaß dem US- Patent Nr.3 802 809 eine öffentlich bekannte Technik bei der die Volutenwanddicke eines Abschnittes, der an den zentralen Abschnitt jedes der Volutenkörper angrenzt, verdickt ist oder zunimmt, so daß er in der Lage ist, hohem Druck zu widerstehen. Weiter geht aus dem US-Patent Nr. 2 324 168 und dem offengelegten japanischen Patent Nr. 3-11102 eine öffentlich bekannte Technik hervor, bei der sich die Volutenganghöhe ändert, um das eingerichtete Volumenverhältnis zu ändern.
Eine im US-Patent Nr. 3 802 809 offenbarte Konstruktion kann das Festigkeitsproblem lösen, weil die Volutenwanddicke eines Windungsbeginn- oder Windungsanfangsabschnittes jedes der Volutenkörper zunimmt oder verdickt ist. Da aber der Bereich, in welchem die Dicke der Volutenwand zunimmt, auf einen Abschnitt des Windungsbeginns oder -anfangs begrenzt ist, ist der Vorteil, die innere Leckage des Fluids durch eine Endfläche des Volutenkörpers zu reduzieren, weniger groß. Da weiter die Dicke der Volutenwand innerhalb eines Abschnittes mit Ausnahme des Windungsanfangsabschnittes konstant ist, ist es unmöglich, sowohl das Hubvolumen als auch das einge richtete Volumenverhältnis innerhalb einer vorbestimmten Dimension, ähnlich der Evolventenkurve, zu vergrößern.
Weiter wird bei der im US-Patent Nr. 2 324 168 und dem offengelegten japanischen Patent Nr. 3-11102 offenbarten Spiralfluidmaschine eine Konstruktion offenbart, bei der die Volutenganghöhe geändert wird, um das eingerichtete Volumenverhältnis zu ändern. Nun wird aber beispielsweise im Falle, daß die Volutenganghöhe von der äußeren Peripherie der Volute zur Mitte derselben in dem Versuch verringert wird, das eingerichtete Volumenverhältnis zu verkleinern, die Dicke der Volutenwand umso weniger verringert, je mehr sich ein Bereich dem zentralen Abschnitt (Windungsanfang) der Volute nähert; und außerdem wird der Festigkeit keine Aufmerksamkeit geschenkt. Im Gegenteil nimmt die Dicke der Volutenwand umso mehr zu, je mehr sich ein Bereich der äußeren Peripherie der Volute nähert. Dementsprechend wird das Hubvolumen verringert. Daher ist eine Vortexkurve, die in der Lage ist, den Volutenkörper weniger als die Evolventenkurve zu verringern oder zu miniaturisieren im Falle, daß sowohl das Hubvolumen als auch das eingerichtete Volumenverhältnis zunimmt, sowie im Falle des gleichen oder identischen Hubvolumens und des eingerichteten Volumenverhältnisses, unbekannt. Weiter wird eine geometrische Theorie des Volutenkörpers, bei dem die Volutenganghöhe und die Dicke der Volutenwand sich ändern, d.h. eine Ausbildungsmethode oder Aufbaumethode der Vortexkurve und des Volutenkörpers nicht klar oder augenscheinlich gemacht.
Die Druckschrift GB-A-2 167 132 bezieht sich auf eine Spiraltyp-Dreh fiuidmaschine mit einem Paar von ineinandergreifenden Spiralelementen. Ein Spiralelement bewegt sich umlaufend relativ zur anderen. Um die mechanische Festigkeit der Spirale oder das "Umwickeln" ohne Steigerung des Gewichtes derselben zu verbessern, nimmt die radiale Dicke von einer Spirale graduell in der Abwärtsrichtung ab, während die andere Spirale in dieser Richtung entsprechend dicker wird. Die Wickelelemente können Evolventenkonfigurationen aufweisen. Die Maschine wird bei Kühlmittelkompressoren angewandt.
Es ist ein erstes Ziel der Erfindung, eine Spiralfiuidmaschine zu schaffen, die ein Paar von Volutenkörpern aufweist, bei denen die Dicke jedes der Volutenkörper sich graduell gemaß dem Windungswinkel einer Volute ändert.
Es ist ein zweites Ziel der Erfindung, eine Spiralfiuidmaschine zu schaffen, bei der jeder Körper eines Paares von Volutenkörpern in seiner Größe weniger reduziert oder miniaturisiert werden kann als eine Evolventenkurve, während die Festigkeit des Volutenkörpers gewährleistet ist, um eine interne Leckage von Fluid zu verringern, so daß der Versuch unternommen werden kann, das Leistungsvermögen zu verbessern.
Es ist ein drittes Ziel der Erfindung, eine Spiralfluidmaschine zu schaffen, bei der selbst dann, wenn eine feststehende Spirale und eine umlaufende Spirale materialmaßig voneinander verschieden sind, eine gleiche Festigkeit bewirkt werden kann, sowohl bei der feststehenden Spirale als auch bei der umlaufenden Spirale.
Es ist ein viertes Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Bearbeitung eines Spiralelementes zu schaffen, das einen Volutenkörper besitzt, dessen Dicke sich graduell gemäß dem Windungswinkel der Volute verändert.
Die obigen Ziele bzw. Aufgaben und Probleme werden durch eine Spiralfiuidmaschine gelöst, die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 11 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 10 und 12.
Um das oben beschriebene erste Ziel zu erreichen, wird eine Spiralfluidmaschine gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß ein Paar von Spiralelementen, von denen jedes aus einer Endplatte und einem senkrecht dazu positionierten Volutenkörper gebildet ist, in Eingriff miteinander stehen, wobei der Volutenkörper nach innen weist, und daß eines der Spiralelemente drehbar bei einem vorbestimmten umlaufenden Radius so bewegt wird, daß es nicht augenscheinlich um die eigene Achse eines der Spiralelemente, relativ zum anderen Spiralelement, umläuft, wobei die Maschine dadurch gekennzeichnet ist, daß Basisvolutenkurven der Volutenkörper der entsprechenden Spiralen durch eine algebraische Spirale gebildet sind, die durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt wird, wenn angenommen wird, daß, in der Form von Polarkoordinaten, der Radiusvektor r ist der Ablenkwinkel oder das Argument Θ ist der Koeffizient der algebraischen Spirale a ist und ein Index oder Exponent der algebraischen Spirale k ist:
r = a(Θk ... (1).
Weiter ist der Exponent der einen algebraischen Spirale ein algebraischer Exponent, bei dem k < 1,0 ist, während die andere algebraische Spirale durch Drehen der einen algebraischen Spirale um 180º gebildet ist.
Um das oben beschriebene zweite Ziel zu erreichen, ist eine Spiralfiuidmaschine gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß ein Paar von Spiralelementen jeweils durch Endplatten und senkrecht zu den Endplatten stehenden Volutenkörpern in Eingriff miteinander stehen, wobei die Volutenkörper nach innen weisen, und daß eines der Spiralelemente mit einem vorbestimmten umlaufenden Radius umdrehend bewegt wird, so daß es augenscheinlich um seine eigene Achse relativ zum anderen Spiralelement gedreht wird, wobei die Maschine dadurch gekennzeichnet ist, daß die Basisvolutenkurven der Volutenkörper der jeweiligen Spiralen durch eine algebraische Spirale gebil det sind, bei der ein Exponent k der algebraischen Spirale entsprechend einem Ablenkwinkel Θ geändert wird, wenn angenommen wird, daß der Radiusvektor ist, der Ablenkwinkel oder das Argument ist der Koeffizient der algebraischen Spirale a ist und der Index oder Exponent der algebraischen Spirale ist in der Form von Polarkoordinaten.
Weiter umfaßt eine Spiralfluidmaschine gemäß der Erfindung ein stationäres Spiralelement und ein umlaufendes Spiralelement, die jeweils Volutenkörper aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstandsvolumen zwischen einander anstossenden Punkten der innersten Bereiche beider der jeweiligen Volutenkörper so ausgebildet ist, daß es unter Aufrechterhaltung der relativen umlaufenden Bewegungen der beiden jeweiligen Volutenkörper im wesentlichen zu Null wird, und daß die jeweiligen Volutenkörper eine Konfiguration solcher Art besitzen, daß sich die Dicke der Volutenwand graduell gemäß einem Windungswinkel der Volute zur algebraischen Kurve ändert, die als Basisvortexkurve dient.
Die algebraische Spirale ist solcher Art, daß der Exponent k die Größe k > 1,0 besitzt, und der Koeffizient a als Konstante gesetzt ist. Der Exponent der algebraischen Spirale ändert sich in Abhängigkeit vom Ablenkwinkel Θ.
Um das oben beschriebene dritte Ziel zu erreichen, ist eine Spiralfluidmaschine gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß die algebraische Spirale eines Elementes des Paares von Spiralelementen über einen Winkel α, dessen Ursprungspunkt als Mittelpunkt dient, gedreht wird, und daß die algebraische Spirale des anderen Spiralelementes über einen Winkel von (180º - α) gedreht wird, wobei der Ursprungspunkt als Mittelpunkt dient.
Weiter ist die Ausbildung so getroffen, daß das eine Spiralelement ein umlaufendes Spiralelement ist, und die Dicke des Volutenkörpers des einen Spiralelementes dicker als die Dicke des Volutenkörpers des anderen Spiralelementes ist.
Weiter ist eine Spiralfiuidmaschine, bei der ein Paar von Spiralelementen, von denen jedes durch eine Endplatte und einen Volutenkörper senkrecht dazu gebildet ist, miteinander in Eingriff stehen, wobei der Volutenkörper nach innen weist, und eines der Spiralelemente eine umlaufende Bewegung mit einem umlaufenden Radius ausführt, derart, daß sie augenscheinlich nicht um die eigene Achse relativ zum anderen Spiralelement umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien e1 und e2 die Beziehung e = e1 + e2 relativ zum umlaufenden Radius aufweisen; daß die jeweiligen Volutenkörper beider Spiralelemente durch eine innere Hüllkurve zu der Zeit gebildet werden, in der sich äußere Kurven in umlaufenden algebraischen Spiralen beider Spiralen mit den Radien e1 und e2 bewegen, und daß die innere Kurve durch eine äußere Hüllkurve zu der Zeit gebildet wird, in der die algebraischen Spiralen der jeweiligen Spiralelemente veranlaßt werden, eine umlaufende Bewegung mit den Radien e1 und e2 durchzuführen.
Um das oben beschriebene vierte Ziel zu erreichen, ist ein Verfahren zum Bearbeiten eines Spiralelementes gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Kurve und eine innere Kurve des genannten Volutenkörpers des genannten Spiralelementes durch eine algebraische Spirale oder eine Hüllkurve zur Zeit gebildet wird, in welcher die algebraische Spirale umlaufend bewegt wird, wobei der Mittelpunkt eines Cutters entlang der genannten äußeren Kurve und der genannten inneren Kurve bewegt wird, um dadurch die Bearbeitung des genannten Volutenkörpers durchzuführen.
Die algebraischen Spiralen werden so benutzt, daß die Basisvolutehkurve jedes der Volutenkörper beider Spiralelemente durch die algebraische Spirale als Basisvolutenkurve gebildet werden, wenn der Radiusvektor r ist, der Ablenkwinkel ist der Koeffizient der algebraischen Spirale a ist und der Exponent der algebraischen Spirale ist, in der Form polarer Koordinaten. Dementsprechend ist es möglich, die Ganghöhe der Volute einfach nur durch Ändern des Wertes des Exponenten k der algebraischen Spirale zu ändern. Im Falle, daß der Exponent den Wert k > 1,0 besitzt, nimmt die Ganghöhe der Volute in dem Maße zu, wie der Windungswinkel der Volute (der Ablenkwinkel 0 zunimmt). Im Gegensatz dazu nimmt im Falle, daß k < 1,0 ist, die Ganghöhe der Volute umso weniger ab, je mehr der Windungswinkel (Ablenkwinkel) Θ der Volute zunimmt. Weiter sind die Volutenkörper der jeweiligen Spiralen so ausgebildet, daß die Kurve auf einer Seite durch eine algebraische Spirale gebildet wird, während die Kurve auf der anderen Seite durch eine Hüllkurve des Paares von Hüllkurven gebildet wird, welche gezogen werden, wenn die algebraische Spirale des Volutenkörpers der anderen Spirale bei umlaufendem Radius eine Kreisbewegung ausführt. Dementsprechend ist der Volutenkörper auf der feststehenden Seite, und der Volutenkörper auf der umlaufenden Seite so ausgebildet, daß die Berührung zwischen beiden Volutenkörpern zur Bildung einer Vielzahl von umschlossenen Volumina geometrisch gewährleistet oder gesichert ist.
Weiter ist die Spiralfluidmaschine, welche mit einem stationären Spiralelement und einem umlaufenden Spiralelement versehen ist, die jeweilige Volutenkörper derselben aufweisen, so angeordnet sind, daß das Abstandsvolumen, welches zwischen anstossenden Punkten der innersten Bereiche beider jeweiligen Volutenkörper definiert ist, unter Beibehaltung der relativen umlaufenden Bewegung beider Volutenkörper im wesentlichen Null wird, und daß die jeweiligen Volutenkörper eine Konfiguration solcher Art aufweisen, daß die Dicke der Volutenwand sich graduell gemäß dem Windungswinkel der Volute ändert, wobei die algebraische Spirale als die Basisvolutenkurve dient. Demgemäß ist es möglich, den Windungsfiächenabstand zu reduzieren, den Verlust bei erneuter Expansion zu reduzieren und den Wirkungsgrad zu verbessern.
Weiter wird der Exponent k der algebraischen Spirale auf den Wert k < 1,0 gebracht, oder die algebraische Spirale, bei der Koeffizient a oder der Exponent in eine Funktion des Ablenkwinkels 0 gebracht ist, wird auf die Basisvolutenkurve des Volutenkörpers gesetzt, wodurch es möglich ist, die Dicke der Volutenwand passend zu ändern.
Bei einer Ausbildung, bei der die algebraische Spirale des einen Spiralelementes um den Winkel α gedreht wird, wobei der Ursprungspunkt desselben als Mittelpunkt dient, und bei der die algebraische Spirale des anderen Spiralelementes um den Winkel (180º - α) gedreht wird, wobei der Ursprungspunkt desselben als Mittelpunkt dient, wird die algebraische Spirale des einen Spiralelementes um den Winkel α gedreht. Demgemäß ist es möglich, die Spiralelemente, bei geänderter Dicke der zwei Volutenwände, durch den Winkel a zu bilden. Somit ist es möglich, die Festigkeit des Volutenkörpers auch in einem Falle zu gewährleisten, bei dem die Materialien beider Volutenkörper sich voneinander unterschieden.
Weiter haben die Radien e1 und e2 die Beziehung e = e1 + e2, relativ zum umlaufenden Radius und die Volutenkörper der beiden entsprechenden Spiralelemente sind so ausgebildet, daß die äußere Kurve durch die innere Kullkurve zu der Zeit gebildet wird, in der die algebraischen Spiralen beider Spiralen, umlaufend mit den Radien e1 und e2, bewegt werden, und die innere Kurve wird durch die äußere Hüllkurve zu der Zeit gebildet, in der die algebraischen Spiralen beider Spiralen, umlaufend mit den Radien e1 und e2, bewegt werden. Demgemäß werden die Größenbeziehung zwischen den Radien e1 und e2 sowie die Werte derselben geändert, wodurch es möglich ist, die Spiralen mit zwei geänderten Volutendicken zu bilden. Selbst im Falle, daß sich die Materialien beider Volutenkörper voneinander unterscheiden, ist es möglich, die Festigkeit jedes der Volutenkörper zu gewährleisten. Weiter ist es möglich, die Dimension jedes der Volutenkörper auf eine Größe zu reduzieren oder zu miniaturisieren, die kleiner als die Evolventenkurve ist. Daher ist es möglich, eine Spiralfiuidmaschine zu schaffen, bei der die innere Leckage von Fluid verringert wird, so daß ein Versuch erfolgen kann, die Leistungsfähigkeit zu verbessern.
Die äußere Kurve und die innere Kurve der Volutenkörper der Spiralelemente werden durch die algebraische Spirale oder durch Hüllkurven zu der Zeit gebildet, in der die algebraische Spirale umlaufend bewegt wird, und der Mittelpunkt des Cutters wird entlang der äußeren Kurve und der inneren Kurve bewegt, um die Bearbeitung des Volutenkörpers durchzuführen. Demgemäß ist es möglich, den Volutenkörper kontinuierlich zu bearbeiten. Es ist weiter möglich, eine Zahnseitenoberfläche mit größerer dimensionaler Genauigkeit und wirkungsvoll zu bearbeiten.
Nachfolgend werden die Zeichnungen kurz beschrieben.
Fig. 1 ist eine Anordnungsansicht, die ein Luftklimatisierungsgerät zeigt, das einen Spiralkompressor speist und eine erste Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 ist eine Anordnungsansicht, die eine umlaufende Spirale gemäß der Erfindung darstellt;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht der Fig. 1;
Fig. 4 ist eine Draufsicht, die ein Betriebsprinzip des Spiralkompressors gemäß der Erfindung darstellt;
Fig. 5 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Verfahrens zur Herstellung einer Spiralform oder -konfiguration gemaß der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zum Ausbilden der Spiralkonfiguration gemaß der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zur Ausbildung der Spiralkonfiguration gemaß der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zum Ausbilden der Spiralkonfiguration gemaß der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Bildung eines Windungsanfangsabschnittes der Spirale gemaß der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 ist eine Ansicht, die eine Ortskurve eines Cutters darstellt, der die Spiralkonfiguration gemaß der Ausführungsform der Erfindung bearbeitet;
Fig. 11 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zum Herstellen der Spiralkonfiguration gemaß der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 12 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zur Herstellung der Spiralkonfiguration gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 13 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Bildung des Windungsanfangsabschnittes der Spirale gemaß der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 14 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnittes, welcher den Eingriffszustand zwischen zentralen Abschnitten der jeweiligen Volutenkörper gemaß der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 15 ist eine Draufsicht einer Spiralkonfiguration, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 16 ist eine Draufsicht auf die Spiralkonfiguration, welche die Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 17 ist eine Draufsicht auf die Spiralkonfiguration, welche die Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 18 ist eine Draufsicht der Spiralkonfiguration, welche die Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 19 ist eine Draufsicht auf eine Spiralkonfiguration, welche eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 20 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Betriebsprinzips eines Spiralkompressors;
Fig. 21 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Verfahrens zur Herstellung der Spiralkonfiguration gemaß der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 22 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zur Bildung der Spiralkonfiguration gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 23 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zur Bildung der Spiralkonfiguration gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 24 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zur Bildung der Spiralkonfiguration gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 25 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung eines Windungsanfangsabschnittes eines umlaufenden Spiralelementes gemäß der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 26 ist eine Draufsicht, die eine Anordnung eines Windungsanfangsabschnittes eines feststehenden oder stationären Spiralelementes gemäß der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 27 ist eine Draufsicht, die eine Änderung der Spiralkonfiguration in einem Falle darstellt, bei dem ein Winkel α vorgesehen ist;
Fig. 28 ist eine Draufsicht, die eine Änderung der Spiralkonfiguration in einem Falle darstellt, bei dem ein Winkel α vorgesehen ist;
Fig. 29 ist eine Draufsicht, die eine Änderung der Spiralkonfiguration in einem Falle darstellt, bei dem ein Winkel α vorgesehen ist;
Fig. 30 ist eine Draufsicht, die den Eingriffszustand zwischen zentralen Abschnitten der jeweiligen Volutenkörper darstellt;
Fig. 31 ist eine Draufsicht, die den Eingriffszustand zwischen zentralen Abschnitten der jeweiligen Volutenkörper darstellt;
Fig. 32 ist eine Draufsicht einer Spiralkonfiguration, die eine vierte Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 33 ist eine Draufsicht, die die Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 34 ist eine Draufsicht, die die Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 35 ist eine Draufsicht, die die Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 36 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Verfahrens zum Bilden einer Spiralkonfiguration, die eine fünfte Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 37 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zum Herstellen der Spiralkonfiguration, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 38 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zum Herstellen der Spiralkonfiguration, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 39 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zum Herstellen der Spiralkonfiguration, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 40 ist eine Draufsicht, die eine Änderung der Spiralkonfiguration aufgrund einer Änderung des Winkels OL bei der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 41 ist eine Draufsicht, die die Änderung der Spiralkonfiguration auf grund der Änderung des Winkels α bei der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 42 ist eine Draufsicht, die die Änderung der Spiralkonfiguration aufgrund der Änderung des Winkels α bei der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 43 ist eine Draufsicht, die einen Eingriffszustand zwischen zentralen Abschnitten entsprechender Volutenkörper bei der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 44 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zum Herstellen einer Spiralkonfiguration, die eine sechste Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 45 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zum Bilden der Spiralkonfiguration, die die Ausführungsform der Erfindung darstellt
Fig. 46 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zum Bilden der Spiralkonfiguration, die die Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
Fig. 47 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Verfahrens zum Bilden der Spiralkonfiguration, die die Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 10 beschrieben. Figur 1 ist eine Ansicht, die eine Kühischleife darstellt, bei der ein Spiralkompressor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angewandt wird. Figur 2 ist eine Draufsicht einer umlaufenden Spirale, die eine Spiralkonfiguration einer Spiralfiuidmaschine gemäß der Ausführungsform der Erfindung darstellt. Figur 3 ist eine Längsansicht der Fig. 2. Figur 4 ist ein Ansicht, die ein Betriebsprinzip veranschaulicht. Figuren 5 bis 8 sind Ansichten zum Beschreiben eines Verfahrens zur Herstellung eines Volutenkörpers. Figur 9 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Verfahrens zur Bildung eines Windungsanfangsabschnittes des Volutenkörpers. Figur 10 ist eine Ansicht zum Beschreiben einer Ortskurve eines Cutters.
Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt eine Kühischleife hauptsächlich einen Spiralkompressor 30, einen Kondensator 31, ein Dehnungsventil 32 und einen Verdampfer oder Eindampfer 33. Der Spiralkompressor 30 umfaßt ein umlaufendes Spiralelement 1 und ein feststehendes Spiralelement 4, die entsprechende Volutenkörper mit gegenseitig gleicher Konfiguration aufweisen. Jeder der Volutenkörper ist derart ausgebildet, daß sich die Dicke des Volutenkörpers kontinuierlich gemaß dem Windungswinkel der Volute ändert. Der Spiralkompressor 30 umtaßt weiter eine Kurbelwelle 9 zum Drehen des umlaufenden Spiralelementes 1, einen Rahmen 15 zum Lagern der Kurbelwelle 9, ein Paar von Oldham-Ringen 16, die es der umlaufenden Spirale 1 ermöglichen, drehend bewegt zu werden, das umlaufende Spiralelement 1 jedoch daran hindern, um seine eigene Achse gedreht zu werden, einen Motor 17 zum Antreiben der Kurbelwelle 9, ein Saugrohr 18 und ein Auslaßrohr 19.
Bei dem, wie oben beschrieben, aufgebauten Spiralkompressor wird, wenn der Motor 17 eingeschaltet wird, wodurch die Kurbelwelle 9 in Drehung versetzt wird, das umlaufende Spiralelement 1 in Drehung versetzt wird, ohne durch die Oldham-Ringe 16 um seine eigene Achse gedreht zu werden. Wie in Fig. 4 dargestellt, die das Betriebsprinzip wiedergibt, wird eine komprimierende Wirkung auf das Kühlmittel zwischen den Spiralen 1 und 4 ausgeübt. Komprimiertes Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck fließt durch das Auslaßrohr 19 in den Kondensator 31, wie durch den Pfeil angezeigt, führt den Wärmeaustausch durch und wird verflüssigt. Das komprimierte Kühlmittel wird so gedrosselt, daß es adiabatisch expandiert wird, so daß die Temperatur und der Druck des komprimierten Kühlmittels reduziert werden. Durch den Wärmeaustausch im Verdampfer 33 wird das komprimierte Kühlmittel vergast und anschließend durch das Saugrohr 18 in den Spiralkompressor 30 gesogen.
Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, besteht das umlaufende Spiralelement 1 aus einem Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite und einer Endplatte 3. Der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite besteht aus einer umlaufenden äußeren Kurve 2a und einer umlaufenden inneren Kurve 2b. Ein Mittelpunkt Q der umlaufenden Spirale 1 ist der Ursprungspunkt der umlaufenden äußeren Kurve 2a und der umlaufenden inneren Kurve 2b. Im vorliegenden Falle ist beim Volutenkörper auf der umlaufenden Seite die umlaufende äußere Kurve 2a so ausgebildet, daß eine algebraische Spirale, dargestellt durch die nachfolgende Gleichung (1) in die Form einer Basisoder Grundvortexkurve (Wirbelkurve) gebracht ist, und der Exponent k der algebraischen Kurve ist auf den Wert k < 1,0 gesetzt:
r = a Θk ... (1). Darin bedeutet:
a - einen Koeffizienten der algebraischen Spirale;
f - den Radiusvektor (Polarkoordinatenform); und
Θ - den Ablenkwinkel (Polarkoordinatenform).
Weiter ist ein Volutenkörper 5 der feststehenden Spirale 4 ebenfalls ähnlich dem Volutenkörper 2 der umlaufenden Spirale 1 ausgebildet. Der Volutenkörper 5 der feststehenden Seite besteht aus einer feststehenden äußeren Kurve 5a und einer feststehenden inneren Kurve 5b. Ein Mittelpunkt O' der feststehenden Spirale 4 ist der Ursprungspunkt der feststehenden äußeren Kurve 5a und der feststehenden inneren Kurve 5b. Die feststehenden äußere Kurve 5a ist in die Form einer Basisvortexkurve gebracht bei der die algebraische Spirale, dargestellt durch die Gleichung (1), um 180º um den Ursprungspunkt O' gedreht ist. Der Koeffizient a der algebraischen Spirale und der Exponent der algebraischen Spirale sind auf die gleichen Werte gesetzt wie jene der umlaufenden äußeren Kurve 2a.
Die Verdichtungsaktion bzw. -funktion wird wie folgt durchgeführt. Wie erinnerlich, ist der Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite stationär; der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite wird bei einem umlaufenden Radius (= OO') umlaufend bewegt, ohne jedoch auf seiner eigenen Achse um den Mittelpunkt O' der feststehenden Spirale gedreht zu werden, wodurch eine Vielzahl von geschlossenen Arbeitskammern 6 in Form eines Halbmondes, begrenzt zwischen dem Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite und dem Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite, definiert werden, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Arbeitskammern 6 und 6 weisen entsprechende Volumina auf, die gemäß den Abbildungen (2), (3) und (4) verkleinert werden, wenn die Umdrehung abbildungsgemaß um 90º, 180º und 270º vom Zustand (1) aus vorrückt, wo das Ansaugen des Fluids durch eine Ansaugöffnung endet, die an der Seite einer äußeren Peripherie der feststehenden Spirale 4 vorgesehen ist, wie in Fig. 4 dargestellt, so daß die komprimierende Wirkung des Fluids durchgeführt wird. Das komprimierte Fluid wird schließlich durch eine Auslaßöffnung 7 ausgelassen.
Der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite und der Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite sind, wie oben beschrieben, ausgebildet, wodurch die Dicke t der Volutenwand jedes der Volutenkörper kontinuierlich vom Windungsanfang bis zum Windungsende geändert werden kann. Es ist möglich so auszubilden, daß ein zentraler Abschnitt des Volutenkörpers, wo der Druck des inneren Fluids auf den höchsten Druck gebracht wird, verdickt wird, und daß ein Windungsendabschnitt, wo das innere Fluid auf den niedrigen Druck gebracht wird, dünner gemacht wird. Jeder Abschnitt der Volutenwand des Volutenkörpers wird also gemäß dem wirkenden Druck auf eine gleichförmige Festigkeit gebracht. Es ist möglich, das Volumen des Volutenkörpers zu verkleinern, verglichen mit einer Evolventenkurve, oder dergleichen, bei der die Dicke der Volutenwand konstant ist. Es ist somit möglich, das Volumen zu verkleinern und die Materialkosten herabzusetzen. Weiter ist die Dicke der Volutenwand so ausgebildet, daß sie in einem Bereich bis ungefähr der Länge einer Windung vom Windungsanfang der Volute relativ dick ist. Es ist daher möglich, die innere Leckage des Fluids zu reduzieren.
Als nächstes wird das Anordnungs- oder Aufbauverfahren des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite, und des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite gemäß der Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 5, 6, 7 und 8 beschrieben. Jetzt wird ein Fall anhand eines zitierten Beispiels beschrieben, bei dem die äußere Kurve jedes der Volutenkörper als Basisvolutenkurve angesehen wird.
Die Fig. 5 und 6 zeigen jeweils Basisvolutenkurven auf der umlaufenden Seite und auf der feststehenden Seite, sowie Hüllkurven der kreisförmig aneinandergereihten geometrischen Orte, wobei die Kurven gezogen werden, wenn die Basisvolutenkurven eine kreisförmige Bewegung mit einem umlaufenden Radius e ausführen. Die Fig. 7 und 8 zeigen jeweils Ausbildungen von Vortex- bzw. Wirbelkurven auf der umlaufenden Seite und auf der feststehenden Seite. Die durchgezogene Linie 10 ist die Basisvolutenkurve auf der umlaufenden Seite, und sie ist eine algebraische Spirale entsprechend der Gleichung (1). Die gestrichelten Linien 11 und 12 sind Hüllkurven der Basisvolutenkurve 10. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet die äußere Hüllkurve, während das Bezugszeichen 12 die innere Hüllkurve bezeichnet.
Weiter ist eine Basisvolutenkurve 20 auf der feststehenden Seite, dargestellt durch die durchgezogene Linie 20, eine Kurve solcher Art, bei der die Basisvolutenkurve 10 auf der umliegenden Seite winkelmäßig um den Ursprungspunkt über 180º bewegt wird. Die gestrichelten Linien 21 und 22 s sind Hüllkurven der Basisvolutenkurve 20. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet eine äußere Hüllkurve, während das Bezugszeichen 22 eine innere Hüllkurve bezeichnet. Um die äußere Kurve des Volutenkörpers in die Basisvolutenkurve zu verlegen, wird die durchgezogene Linie als die äußere umlaufende Kurve 2a gewählt, während die durchgezogene Linie 20 als die äußere feststehende Kurve 5a gewählt wird. Die innere Kurve des Volutenelementes wird, wie nachfolgend beschrieben, bestimmt, damit die Berührung zwischen beiden Voluten zum Schaffen einer Vielzahl von umschlossenen Volumina geometrisch gewährleistet ist. Die äußere Hüllkurve 21 der Basisvolutenkurve auf der feststehenden Seite wird gewählt, weil die umlaufende innere Kurve 2b in Berührung mit der feststehenden äußeren Kurve 5a steht. Die äußere Hüllkurve 11 der Basisvolutenkurve 10 auf der feststehenden Seite wird gewählt, weil die feststehende innere Kurve 5b in Berührung mit der umlaufenden äußeren Kurve 2a steht. Wie oben beschrieben, wurde das Verfahren zur Bildung der Grundvortexkurve jedes der Volutenkörper mit dem Hinweis beschrieben, daß sich die Dicke der Volutenwand kontinuierlich in Übereinstimmung mit dem Windungswinkel der Volute ändert. Wie sich aber die Dinge entwickeln, stimmen die äußere Kurve und die innere Kurve am Windungsanfang des Volutenkörpers nicht überein. Die Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes muß aber die Bedingung erfüllen, daß sich beide Volutenkörper nicht gegenseitig stören, wenn der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite drehend um den Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite bewegt wird, bei einem umlaufenden Radius . Im Hinblick auf diese Bedingung soll unter Bezugnahme auf Fig. 9 ein Beispiel der Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes beschrieben werden. In Fig. 9 stellt der Punkt die Anfangsposition der umlaufenden äußeren Kurve 2a dar, während der Punkt die Anfangsposition der umlaufenden inneren Kurve 2b darstellt. In diesem Falle wird die Position des Punktes auf einen Abstand festgelegt, der die Hälfte des umlaufenden Radius vom Ursprungspunkt auf der umlaufenden äußeren Kurve 2a beträgt, aufgrund der Bedingung, daß beide Volutenkörper einander nicht stören, wenn der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite drehend um den Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite bewegt wird, mit dem umlaufenden Radius . Der Punkt A entspricht dem Punkt B auf der umlaufenden inneren Kurve 28 entsprechend der äußeren Hüllkurve 21 der Basisvolutenkurve 20 auf der feststehenden Seite, gemäß den Fig. 5 bis 8. Ein Bogen, dessen Radius der durch den Punkt verlaufende, umlaufende Radius e ist schließt sanft an die umlaufende innere Kurve 2b im Punkt an. Bei diesem Anschluß wird auch eine Konfiguration des Windungsanfangsabschnittes des Volutenkörpers an der feststehenden Seite ähnlich demjenigen auf der umlaufenden Seite gebildet.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung solcher Volutenkörper beschrieben. Figur 10 zeigt eine Ortskurve des Cutters zu der Zeit, in der der Volutenkörper auf der umlaufenden Seite gebildet wird. Beispielsweise wird ein Cutter (Stirnfräser oder dergleichen), dessen Radius dem umlaufenden Radius entspricht, verwendet, und zentrale Koordinaten des Cutters werden entlang der äußeren Kurve 5a und der inneren Kurve 5b des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite bewegt, wodurch der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite kontinuierlich bearbeitet wird. Daher wird die dimensionsmäßige Genauigkeit des Volutenkörpers so verbessert, daß es möglich ist, den Volutenkörper wirksam zu bearbeiten. Im Falle, daß der Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite bearbeitet wird, wird die Cuttermitte in umgekehrter Richtung entlang der Vortexkurve des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite bewegt, wodurch eine vergleichbare Bearbeitung durchgeführt wird.
Das Verfahren zur Bildung des Volutenkörpers in der Zeit, in der die äußere Kurve des Volutenkörpers auf die Basisvolutenkurve verlegt bzw. gebracht wird, wurde oben beschrieben. Das Verfahren zur Bildung des Volutenkörpers in der Zeit, in der die innere Kurve des Volutenkörpers auf die Basisvolutenkurve verlegt bzw. gebracht wird, wird als nächstes beschrieben. Die Fig. 11 und 12 zeigen jeweils Vortexkurven auf der umlaufenden Seite und auf der feststehenden Seite. Da in diesem Falle die innere Kurve des Volutenkörpers die Basisvolutenkurve ist, wird die durchgezogene Linie in Fig. 5 als die umlaufende innere Kurve 2b gewählt, während die durchgezogene Linie 20 in Fig. 6 als die feststehende innere Kurve 5b gewählt wird. Die äußere Kurve des Volutenkörpers wird wie folgt festgelegt: Da die umlaufende äußere Kurve 2a in Berührung mit der feststehenden inneren Kurve 5b steht, wird die innere Hüllkurve 22 der Basisvolutenkurve 20 auf der feststehenden Seite in Fig. 5 gewählt, während die innere Hüllkurve 12 der Basisvolutenkurve 10 auf der feststehenden Seite in Fig. 5 gewählt wird, weil die feststehende äußere Kurve 5a in Berührung mit der umlaufenden inneren Kurve 2b steht, wodurch die Berührung zwischen beiden Voluten zur Bildung einer Vielzahl von umschlossenen Volumina geometrisch gewährleistet wird. Weiter wird diesmal der Windungsanfangsabschnitt des Volutenkörpers in der in Fig. 13 dargestellten Weise gebildet, die sich von derjenigen eines Falles (Fig. 9) unterscheidet, bei dem die ußere Kurve des vorerwähnten Volutenkörpers auf die Basisvolutenkurve gebracht bzw. verlegt wird. In Fig. 13 stellt der Punkt eine Anfangsposition der umlaufenden äußeren Kurve 2a dar, die den Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite bildet, während der Punkt die Anfangsposition der umlaufenden inneren Kurve 2b darstellt. Die Positionen der jeweiligen Punkte und werden so bestimmt, daß ein Kreis, dessen Radius die Hälfte des umlaufenden Radius ausmacht, um den Ursprungspunkt gezogen wird, und die Punkte und werden miteinander durch eine gerade Linie verbunden, die durch einen einzelnen Punkt auf dem Kreis läuft und durch die die umlaufende äußere Kurve 2a und die umlaufende innere Kurve 2b glatt bzw. schmiegsam miteinander verbunden werden. Dann wird der Punkt zum Zwischenpunkt einer geraden Linie gemacht, die den Punkt und den Punkt miteinander verbindet. Vorstehend wurde die Konfiguration des umlaufenden Anfangsabschnittes des Volutenkörpers auf der umlaufenden Seite beschrieben. Der Volutenkörper auf der feststehenden Seite wird aber ebenfalls ähnlich wie der auf der umlaufenden Seite gebildet.
Das Verfahren zum Ausbilden des Volutenkörpers, bei dem sich die Dicke der Volutenwand kontinuierlich gemäß dem Windungswinkel der Volute ändert, wurde oben beschrieben. Der Volutenkörper der vorliegenden Ausführungsform hat jedoch einen überlegenen Vorteil darin, daß das Spitzenabstandsvolumen auf Null gebracht wird, und weiter gibt es keine Beeinträchtigung in bezug auf die Beibehaltung der Wiederausdehnung des Fluids innerhalb des Windungsflächenabstandes, was bei einer herkömmlichen Evolventenkurve nicht der Fall ist. Figur 14 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnittes zum Beschreiben eines Eingriffszustandes zwischen zentralen Abschnitten der jeweiligen Volutenkörper gemäß einer Betriebsprinzipansicht des Spiralkompressors gemäß der Ausführungsform, dargestellt in Fig. 4. Wie Fig. 14 zeigt, und wie auch aus den Zeichnungen hervorgeht, wird eine innerste Kammer 6a, gebildet durch die innersten Berührungspunkte 8 und 8' des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite sowie des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite so ausgebildet, daß bei dieser Ausführungsform, wenn der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite relativ drehend um den Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite bewegt wird, bei einem umlaufenden Radius (= OO'), das Volumen der innersten Kammer 6a, gebildet durch die Berührungspunkte 8 und 8', verkleinert wird, und zwar in der Reihenfolge der Figuren (1), (2), (3) und (4) in Fig. 14, und das Spitzenabstandsvolumen, das herkömmlicherweise bestanden hat, wird auf Null gebracht. Aus diesem Grunde wird das komprimierte Fluid vollständig durch die Auslaßöffnung (nicht dargestellt) nach außen ausgelassen, ohne das Auftreten einer Überschuß bildenden erneuten Expansion. In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, wenngleich in Fig. 14 fortgelassen, die Auslaßöffnung praktisch an einer Stelle auszubilden, die in Verbindung mit der innersten Kammer 6a steht. Dementsprechend wird das Volumen des Auslaßöffnungsabschnittes auf das Spitzenabstandsvolumen gebracht. Dieser Größenwert ist im Vergleich zum üblichen Wert exterm niedrig oder klein und kann im wesentlichen als Null betrachtet werden. Im vorliegenden Falle wurde die Bildung des Windungsanfangsabschnittes des Volutenkörpers im Hinblick auf einen solchen Körper beschrieben, dargestellt in Fig. 9. Aber auch, was die Bildung des Windungsanfangsabschnittes anbetrift, wie in Fig. 13 dargestellt, wird das Spitzenabstandsvolumen ähnlich auf Null gebracht, obwohl die Beschreibung darüber hier fortgelassen ist.
Der in der beschriebenen Weise aufgebaute Spiralkompressor wird bei einer Kühlmittelschleife oder einer ausschließlich für das Kühlen benutzten Schleife angewandt. Dementsprechend kann eine innere Leckage des Fluids zwischen den Volutenkörpern verringert werden, und das Spitzenabstandsvolumen wird ebenfalls auf Null gebracht. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad des Kompressors beträchtlich verbessert. Es kann daher ein Kühlluft-Klimatisierungssystem geschaffen werden, das in bezug auf die Energienutzung überlegen ist und eine hohe Zuverlässigkeit besitzt.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 15 bis 18 beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform wurde der Fall behandelt, bei dem die Grundvortexkurven der jeweiligen Volutenkörper in die Form einer algebraischen Spirale gebracht werden, ausgedrückt durch die Gleichung (1), wobei der Exponent der algebraischen Spirale auf den Wert k < 1,0 gebracht wird und der Koeffizient der algebraischen Spirale ebenfalls auf irgendeinen optionalen Konstantwert gesetzt wird. Doch werden die Basisvolutenkurven so gewählt, daß der Koeffizient der algebraischen Spirale, oder der Exponent der algebraischen Spirale, ausgedrückt durch die Gleichung (1) als Funktion des Ablenkwinkels Θ zum Ausdruck gebracht werden, wodurch es möglich ist, die Dicke der Volutenwand passend zu ändern. Jeder der Volutenkörper kann also etwas weniger miniaturisiert werden als die Evolventenkurve, während die Festigkeit des Volutenkörpers gewährleistet ist. In diesem Falle ist der Exponent der algebraischen Spirale nicht auf den Bereich k < 1,0 beschränkt. Diese Ausführungsform wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 15 und 16 beschrieben.
Die Fig. 15 und 16 zeigen eine Spiralkonfiguration bei einem Falle, bei dem die Basisvolutenkurve jedes der Volutenkörper in eine algebraische Spirale überführt werden, die durch die Gleichung (1) ausgedrückt wird, wobei der Exponent der algebraischen Spirale auf einen konstanten Wert k > 1,0 gesetzt wird und der Koeffizient der algebraischen Spirale ebenfalls auf einen konstanten Wert gesetzt wird. Figur 15 zeigt eine umlaufende Spirale, während Fig. 16 eine Ausbildung der Volutenkörper im Zeitpunkt der Beendigung des Ansaugvorganges (Kompressionsbeginn) zeigt, und zwar im Falle, daß die Volutenkörper als Kompressor verwendet werden. Ähnlich wie die Fig. 15 und 16 zeigen die Fig. 17 und 18 eine Spiralkonfiguration für einen Fall, bei dem der Exponent der algebraischen Spirale auf k > 1,0 gesetzt wird und der Koeffizient der algebraischen Spirale auf einen konstanten Wert gesetzt wird, der demjenigen bei den Fig. 14 und 15 gleicht; doch wird die algebraische Spirale, bei der der Exponent als Funktion des Ablenkwinkels Θ ausgedrückt wird, auf die Basisvolutenkurve verlegt. Im einzelnen ist der Exponent eine lineare Funktion des Ablenkwinkels Θ, und der Wert von wird linear vom Windungsanfang zum Windungsende reduziert. Wie aus dem Vergleich zwischen den Fig. 14 und 15 hervorgeht, nähert sich im Falle der Fig. 15 und 16, bei denen der Exponent der algebraischen Spirale auf einen konstanten Wert von k > 1,0 gesetzt wird, in dem Maße, wie die Dicke der Volutenwand dünner gemacht oder reduziert ist, ein Ort der Spirale dem zentralen Abschnitt (Windungsanfang) der Volute, so daß dies zu einem Fall wird, der ein Problem darstellt. Dies kann jedoch auf einen Fall angewandt werden, bei dem der Druckunterschied klein oder niedrig ist. Im Gegensatz dazu nimmt die Dicke der Volutenwand zu oder wird dicker, je mehr sich der genannte Ort der äußeren Peripherie der Volute nähert. Demgemäß werden im Falle, daß die äußere Konfiguration konstant ist, die Volumina (Hubvolumina) der jeweiligen äußersten Arbeitskammern 6 und 6 verkleinert. Im Gegensatz dazu ist der Wert des Exponenten gemäß den Fig. 17 und 18, bei denen sich der Exponent der algebraischen Spirale in Abhängigkeit vom Windungswinkel der Volute ändert, auf > 1,0 gesetzt. Die Dicke der Volutenwand des Windungsanfangsabschnittes wird jedoch in einem solchen Maße gewährleistet, daß die Festigkeit außerhalb des Geltungsbereiches der Gleichung liegt. An der äußeren Peripherie der Volute nähert sich, ähnlich wie in einem Falle, bei dem der Exponent der algebraischen Spirale den Wert k < 1,0 aufweist, in dem Maße, wie die Dicke der Volute dünner gemacht oder verkleinert wird, ein Ort auf der Spirale dem Windungsendabschnitt, so daß das Hubvolumen zunimmt. Als Ergebnis einer detaillierten numerischen Analyse wurde gefunden, daß, wenn man unterstellt, daß die äußere Konfiguration (der Durchmesser oder die Höhe der Volute) konstant ist, der in den Fig. 15 und 16 dargestellte Volutenkörper um 30% Hubvolumen zunimmt, verglichen mit dem in den Fig. 17 und 18 dargestellten Volutenkörper; und ebenso vergrößert sich das innere Volumenverhältnis von 2,71 der vorherigen Konfiguration auf 2,80 bei der letzten Konfiguration. Dementsprechend ist es im Falle, daß das Hubvolumen und das innere Volumenverhältnis konstant sind, möglich, die Größe des Volumenkörpers zu miniaturisieren oder zu verkleinern. Im vorliegenden Falle wird ein Fall dargestellt, bei dem der Exponent gemäß der linearen Funktion des Ablenkwinkels Θ geändert wird. Der Exponent kann aber auch als quadratische, kubische oder logarithmische Funktion des Ablenkwinkels 9 festgesetzt werden. Alternativ ist es möglich, selbst wenn der Exponent eine Konstante ist und der Koeffizient der algebraischen Spirale durch eine Funktion des Ablenkwinkels Θ geändert wird, die Dicke der Volutenwand in ähnlicher Weise zu ändern. Es ist möglich, die Größe des Volutenkörpers weniger als die Evolventenkurve zu miniaturisieren oder zu verkleinern, wobei die Festigkeit des Volutenkörpers gewährleistet bleibt. Es ist daher möglich, einen Spiralkompressor herzustellen, der die innere Leckage des Fluids reduziert, um das Leistungsvermögen zu verbessern.
Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 19 bis 30 beschrieben. Figur 19 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, bei dem ein Paar von Spiralen miteinander kombiniert sind. Figur 20 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Betriebsprinzips. Die Fig. 21 bis 24 sind Ansichten zum Beschreiben eines Verfahrens zum Gestalten einer Spiralkonfiguration. Figur 25 ist eine Draufsicht, die eine Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes einer umlaufenden Spirale darstellt. Figur 26 ist eine Draufsicht, die eine Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes einer feststehenden Spirale darstellt. Die Fig. 27 bis 29 sind Draufsichten, die eine Änderung der Konfiguration jeder der Spiralen in einem Falle darstellen, bei dem ein Winkel α vorgesehen ist. Figur 30 ist eine Draufsicht, die einen Eingriffszustand zwischen zentralen Abschnitten der jeweiligen Volutenkörper darstellt. Figur 31 ist eine Draufsicht, die einen Eingriffszustand zwischen den zentralen Abschnitten der jeweiligen Volutenkörper darstellt.
Die Spiralkonfiguration der vorliegenden Ausführungsform wird in ähnlicher Weise wie die bei der ersten Ausführungsform dargestellte Spiralkonfiguration gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind aber die umlaufende Spirale und die feststehende Spirale so ausgebildet, daß sie sich in bezug auf das Material voneinander unterscheiden. Beispielsweise besteht die umlaufende Spirale aus einem Material leichten Gewichtes und geringer Festigkeit, wie etwa einer Aluminiumlegierung, oder dergleichen, während die feststehende Spirale aus einem üblichen Eisenmaterial höherer Festigkeit als dem der umlaufenden Spirale hergestellt ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Volutenkörper 2 der umlaufenden Seite, hergestellt aus einem Material geringer Festigkeit, in bezug auf die Dicke der Volutenwand als ganzes dick ausgebildet, verglichen mit dem Volutenkörper 5 der feststehenden Seite höherer Festigkeit. Die Einstellung ist so getroffen, daß beide Körper jeweilige Starken erreichen, die im wesentlichen einander ähnlich sind. Allerdings sind die äußere Kurve und die innere Kurve der jeweiligen Volutenkörper der umlaufenden Spirale und der feststehenden Spirale, die Ursprungspunkte und O' der Volutenkurven und der Exponent k der algebraischen Spirale ähnlich der ersten Ausführungsform eingestellt.
Damit aber die durch die Gleichung (1) dargestellte algebraische Spirale dicker als die Dicke der Volutenwand gemacht wird, ist die Ausbildung des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite solcher Art, daß die umlaufende äußere Kurve 2a über einen Winkel a um eine Mitte des Ursprungspunktes was anschließend beschrieben wird, gedreht wird, so daß er auf eine Basisvolutenkurve gebracht wird. Auf diese Weise werden beide Dicken der Volutenwände des jeweiligen Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite und des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite kontinuierlich vom Windungsanfang der Volute bis zum Windungsende derselben geändert. Ein zentraler Abschnitt des Volutenkörpers, wo der Druck des inneren Fluids auf den höchsten Druck gebracht wird, ist dick, während er am Windungsendabschnitt, wo der Druck des inneren Fluids auf niedrigen Druck gebracht wird, dünn ist. Es ist möglich, das Volumen jedes der Volutenkörper im Vergleich zur Evolventenkurve, oder dergleichen, zu verkleinern, bei der die Dicke der Volutenwand konstant ist. Es ist also möglich, die Materialkosten zu senken und das Gewicht zu verringern. Im Bereich vom Windungsanfang der Volute über eine einzelne Windung hinweg ist die Dicke der Volutenwand so ausgebildet, daß sie zunimmt oder relativ dicker wird, so daß es möglich ist, die innere Leckage des Fluids zu reduzieren. Weiter ist der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite, der aus einem Material geringer Festigkeit hergestellt ist, so ausgebildet, daß die Dicke der Volutenwand als ganze dicker gemacht wird, verglichen mit dem Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite, der eine höhere Festigkeit besitzt, so daß sowohl der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite, als auch der Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite auf entsprechende Stärken gebracht werden, die einander im wesentlichen gleichen.
Das Betriebsprinzip ist folgendes: Wie in Fig. 20 dargestellt, ist, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, der Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite stationär, während der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite drehend bei einem umlaufenden Radius (= OO') bewegt wird, ohne mit seiner eigenen Achse um den Mittelpunkt O' der feststehenden Spirale gedreht zu werden, wodurch eine Vielzahl von halbmondförmigen, geschlossenen Räumen sowie ein Paar von Arbeitskammern 6 und 6 zwischen den beiden Volutenkörpern 2 und 5 definiert werden. Die Volumina der entsprechenden Arbeitskammern 6 und 6 werden entsprechend den Teilfiguren (2), (3) und (4) verkleinert, wenn die Umdrehung um 90º, 180º ab einem Zustand gemäß Teilbild (1) voranschreitet, bis das Ansaugen des Fluids beendet ist. Auf diese Weise wird eine komprimierende Einwirkung auf das Fluid ausübt.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Ausbilden des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite und des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite gemäß der vorliegenden Ausführungsform im einzelnen auf der Basis eines zitierten Beispiels für einen Fall beschrieben, bei dem die äußere Kurve des Volutenkörpers als Basisvolutenkurve benutzt wird. Die Fig. 21 und 22 zeigen jeweils Basisvolutenkurven auf der umlaufenden Seite und auf der feststehenden Seite, und eine Hüllkurve einer kreisförmigen Ortskurve, gezogen zu der Zeit, in der die Basisvolutenkurven im Kreise mit einem umlaufenden Radius e jeweils bewegt werden. Die Fig. 23 und 24 zeigen entsprechend Ausbildungen der Vortexkurven auf der umlaufenden Seite und auf der feststehenden Seite. Die durchgezogene Linie 10 ist die Basisvolutenkurve auf der umlaufenden Seite und von einer Art, bei der die durch die Gleichung (1) dargestellte algebraische Spirale nur über einen Winkel α um den Ursprungspunkt gedreht wird. Die gestrichelten Linien 11 und 12 sind Hüllkurven der Basisvolutenkurve 10. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet die äußere Hüllkurve, während das Bezugszeichen 12 die innere Hüllkurve bezeichnet. Weiter ist die durchgezogene Linie 20 eine Basisvolutenkurve der feststehenden Seite, und diese Kurve ist von einer Art, bei der die Basisvolutenkurve 10 auf der umlaufenden Seite über einen Winkel von (180 - α)º um den Ursprungspunkt gedreht wird. Die gestrichelten Linien 21 und 22 sind Hüllkurven der Basisvolutenkurve 20. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet eine äußere Hüllkurve, während das Bezugszeichen 22 eine innere Hüllkurve bezeichnet. Ähnlich der ersten Ausführungsform wird, weil die äußere Kurve jedes der Volutenkörper die Basisvolutenkurve ist, die durchgezogene Linie 10 als umlaufende äußere Kurve 2a gewählt, während die durchgezogene Linie 20 als feststehende äußere Kurve 5a gewählt wird. Die innere Kurve jedes Volutenkörpers wird wie folgt festgesetzt, um geometrisch die Berührung zwischen beiden Voluten zum Bilden der Vielzahl der geschlossenen Volumina zu gewährleisten. Da weiter die umlaufende innere Kurve 2b in Berührung mit der feststehenden äußeren Kurve 5a steht, wird die äußere Küllkurve 21 als die Grundvortexkurve 20 auf der feststehenden Seite gewählt. Da die feststehende innere Kurve 5b in Berührung mit der umlaufenden äußeren Kurve 2a steht, wird die äußere Hüllkurve lt als Basisvolutenkurve 10 auf der feststehenden Seite gewählt.
Im vorliegenden Falle betrifft eine umlaufende äußere Kurve 2a' und eine feststehende innere Kurve 5b', dargestellt durch eine strichpunktierte Linie, den Fall, bei dem der Winkel α den Wert 0º besitzt und er entspricht dem Fall der ersten Ausführungsform Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Basisvolutenkurve 10 auf der umlaufenden Seite und die Basisvolutenkurve auf der feststehenden Seite hinsichtlich der Konfiguration einander gleich und in der Phase um (180 - α)º verschoben. Demgemäß ist es zum Unterschied von der bei der ersten Ausführungsform dargestellten Spiralkonfiguration, bei der der Phasenunterschied auf genau 180º festgesetzt ist, möglich, die Dicke jeder der Volutenwände auf der feststehenden Seite und auf der umliegenden Seite zu ändern. Da weiter die innere Kurve und die äußere Kurve am Windungsanfang jedes der Volutenkörper nicht miteinander zusammentreffen, wird der Windungsanfangsabschnitt ähnlich der ersten Ausführungsform festgesetzt, wie beispielsweise in den Fig. 25 und 26 dargestellt ist. Figur 25 zeigt eine Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes zu der Zeit, wenn die umlaufende äußere Kurve 2a, d.h. die Basisvolutenkurve, in Drehung versetzt wird (über den Winkel α), beim Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite, während Fig. 26 die Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite darstellt, der mit dem Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite in Eingriff steht. Bei den in den Fig. 25 und 26 dargestellten Vortexkurven zeigt die durchgezogene Linie einen Fall an, bei dem kein Drehen erfolgt (α = 0º). Die gestrichelte Linie zeigt einen Fall an, bei dem die umlaufende äußere Kurve 2a über einen Winkel von -αº im Uhrzeigersinn gedreht wird (nachfolgend als "positive Richtung" bezeichnet), und zwar um den Ursprungspunkt .
Die strichpunktierte Linie bezeichnet einen Fall, bei dem die umlaufende äußere Kurve 2a um einen Winkel -αº im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird (nachfolgend als "negative Richtung" bezeichnet). Auf diese Weise wird die umlaufende äußere Kurve 2a (ausgezogene Linie), bestehend aus der durch die Gleichung (1) ausgedrückten algebraischen Spirale, um αº gedreht, wodurch die Dicke der Volutenwand des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite dicker gemacht wird oder zunimmt, während die Dicke der Volutenwand des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite dünner oder kleiner gemacht wird. Umgekehrt wird im Falle, daß um -αº gedreht wird, die Dicke der Volutenwand des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite dünner bzw. kleiner gemacht, während die Dicke der Volutenwand des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite dicker gemacht oder vergrößert wird.
Es ist erforderlich, daß die Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes die Bedingung erfüllt, daß beide Volutenkörper einander nicht stören, wenn der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite drehend um den Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite bewegt wird, mit dem umlaufenden Radius . Für die vorliegende Ausführungsform wird jedoch ein Verfahren beschrieben, bei dem die innere Kurve und die äußere Kurve miteinander durch einen einzelnen Bogen verbunden sind. Beim Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite, dargestellt in Fig. 25, sind die umlaufende, innere Kurve 2b und die umlaufende äußere Kurve 2a durch einen Bogen glatt bzw. anschmiegend miteinander verbunden, dessen Radius der umlaufende Radius ist, der durch den Punkt läuft, welcher im halben Abstand des umlaufenden Radius vom Ursprungspunkt auf der umlaufenden, äußeren Kurve 2a plaziert ist. Beim Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite, dargestellt in Fig. 26, sind die feststehende, innere Kurve 5a und die feststehende, äußere Kurve 5a glatt bzw. anschmiegend durch einen Bogen miteinander verbunden, dessen Radius der umlaufende Radius ist der durch den Punkt verläuft, welcher im halben Abstand des umlaufenden Radius e vom Ursprungspunkt O' auf der feststehenden, äußeren Kurve 5a plaziert ist. Bei dieser Verbindung wird dabei der zentrale Ort des Bogens durch den Umdrehungswinkel α geändert, und diese Koordinate entspricht den Punkten A A' und A" in Fig. 22.
Wie aus den Fig. 27 bis 29 hervorgeht, die eine Änderung der Spiralkonfiguration aufgrund einer Änderung des Umdrehungswinkels α darstellen, wird die Dicke der jeweiligen Volutenwände des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite und des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite um den Wert des Winkels α geändert. Wie in den Fig. 28 und 29 zu sehen ist, werden im Falle, daß der Winkel a den gleichen Wert aufweist, aber die Richtungen (entsprechend der Umdrehungsrichtung) jeweils verschieden sind, die Konfigurationen des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite und des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite lediglich gegeneinander vertauscht. Weiter ist das Hubvolumen flächenmäßig das gleiche wie im Falle ohne Drehung (α = 0º), dargestellt in Fig. 27, wie aus dem Vergleich mit der Fläche der Arbeitskammer 6 bei Beendigung des Ansaugens hervorgeht. Es ist möglich, die Dicke der jeweiligen Volutenwände auf der feststehenden Seite und auf der umlaufenden Seite angemessen und passend mit dem verwendeten Material zu ändern. Wie bei der ersten Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, den Volutenkörper der Größe nach etwas weniger als die Evolventenkurve zu miniaturisieren oder zu verkleinern. Im vorliegenden Zusammenhang wird ein Beispiel dargestellt, bei dem die äußere Kurve des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite gedreht wird. Jedoch kann eine vergleichbare Ausbildung verwirklicht werden, wenn der Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite gedreht wird.
Im Zusammenhang mit dem oben Gesagten gleicht das Verfahren zum Erzeugen des Volutenkörpers bei der vorliegenden Ausführungsform demjenigen, das unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben worden ist. Weiter wird, wie in Fig. 30 dargestellt, welche den Eingriffszustand zwischen den zentralen Abschnitten der jeweiligen Volutenkörper vergrößert wiedergibt, beim Volutenkörper der vorliegenden Erfindung das Spitzenabstandsvolumen auf Null gebracht, wie bei der ersten Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform besitzt also den überlegenen Vorteil, daß es keine Verluste bei Aufrechterhaltung der Expansion des Fluids im Windungsfiächenabstand gibt. Gemaß Fig. 30 ist nämlich die innerste Kammer 6a, definiert durch die innersten Berührungspunkte 8 und 8' zwischen to dem Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite und dem Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite so ausgebildet, daß, wie aus Fig. 30 hervorgeht, wenn der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite drehend relativ um den Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite mit dem umlaufenden Radius (= OO') bewegt wird, das Volumen der innersten Kammer 6a, definiert durch die Berührungspunkte 8 und 8', wie aus Fig. 30 hervorgeht, in der Reihenfolge der Teilfiguren (1), (2), (3) und (4) verringert wird, so daß das Spitzenabstandsvolumen auf Null gebracht wird. Aus diesem Grunde wird das komprimierte Fluid vollständig durch eine Auslaßöffnung (nicht dargestellt) nach außen ausgelassen, ohne eine verlustbringende, erneute Expansion zu verursachen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, wenngleich in Fig. 24 nicht dargestellt, daß es tatsächlich erforderlich ist, die Auslaßöffnung an einer Stelle anzubringen, die mit der innersten Kammer 6a in Verbindung steht. Dementsprechend wird das Volumen der Auslaßöffnung auf das Spitzenabstandsvolumen gebracht. Dieses Volumen ist aber klein im Vergleich zum Hubvolumen und kann als im wesentlichen Null betrachtet werden.
Wie oben gesagt, bezog sich die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform nur auf die Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes des in den Fig. 25 und 26 dargestellten Volutenkörpers. Doch ist es möglich, daß das Spitzenabstandsvolumen in ähnlicher Weise auch durch eine Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes auf Null gebracht wird, die nachfolgend beschrieben wird und sich von der obigen Ausbildung unterscheidet.
Oben wurde das Verfahren zum Gestalten der Volutenkörper mit unterschiedlicher Dicke der Volutenwand für die Zeit beschrieben, in der die äußere Kurve des Vortexkörpers auf die Grundvortexkurve gebracht wird. Aber auch wenn die innere Kurve des Volutenkörpers auf die Grundvolutenkurve verlegt wird, wird eine vergleichbare Ausbildung durch die Tatsache ermöglicht, daß die umlaufende, innere Kurve 2b oder die feststehende, innere Kurve 5b durch den angemessenen oder geeigneten Winkel α so geändert werden, daß die umlaufende, innere Kurve 2b des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite, und die feststehende, innere Kurve 5b des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite, welche die Basisvolutenkurven bilden, annähernd auf eine Phasendifferenz von 180º eingestellt werden. Als Beispiel zeigt Fig. 26 eine Spiralkonfiguration zu der Zeit, in der die durch die Gleichung (1) ausgedrückte algebraische Spirale um α = -30º um den Ursprungspunkt gedreht wird, so daß sie auf die umlaufende, innere Kurve 2b (die Basisvolutenkurve des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite) überführt wird, und die feststehende, innere Kurve 5b (die Basisvolutenkurve des Volutenkörpers auf der feststehenden Seite) eine Phasendifferenz von (180 - α)º relativ zur umlaufenden, inneren Kurve 2b aufweist. Im Falle, daß die innere Kurve die Basisvolutenkurve ist, erscheint die Einwirkung oder der Einfluß der Drehung (der Winkel α) im umgekehrten Sinne in bezug auf einen Fall, bei dem die äußere Kurve die Basisvolutenkurve ist, wie in Fig. 31 dargestellt. Die Ausbildung ist so getroffen, daß bei α = -30º die Dicke der Volutenwand des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite dicker gemacht oder vergrößert wird, und die Dicke der Volutenwand des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite dünner gemacht wird, wie beim Falle α = 30º in Fig. 28.
Bei der auf diese Weise getroffenen Ausbildung ist es im Falle, daß sich die Materialien der Volutenkörper voneinander unterscheiden, möglich, die verschiedenartigen Teile der Volutenkörper auf eine ähnliche Festigkeit zu bringen. Die Miniaturisierung oder Verkleinerung der Größe reduziert die Lagerbelastung. Daher kann die Zuverlässigkeit des Kompressors verbessert werden.
Nachfolgend wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 32 bis 35 beschrieben. Bei der Bezugnahme auf die dritte Ausführungsform ist der Fall behandelt worden, bei dem die jeweiligen Basisvolutenkurven des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite und des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite im wesentlichen durch die selben numerischen Gleichungen ausgedrückt werden, obwohl die genannten Körper in Drehung versetzt werden, wobei die durch die Gleichung (1) ausgedrückte algebraische Spirale die Basis bildet, der Exponent der algebraischen Spirale den Wert k < 1 hat und der Koeffizient der algebraischen Spirale ebenfalls auf eine optionale Konstante festgesetzt ist. Die Erfindung soll aber nicht auf diese spezifische Ausbildung beschränkt sein. Wie weiter unten in der vorliegenden Ausführungsform beispielshalber gezeigt ist, ist es passenderweise möglich, die Dicke der Volutenwand zu ändern, obwohl der Koeffizient der algebraischen Spirale oder der Exponent der algebraischen Spirale, ausgedrückt durch die Gleichung (1) als Funktion des Ablenkwinkels Θ definiert ist. Der Volutenkörper kann in seiner Größe weniger reduziert werden als die Evolventenkurve, wobei gleichzeitig die Festigkeit des Volutenkörpers gewährleistet ist. In diesem Falle ist der Exponent der algebraischen Spirale nicht auf den Bereich k < 1,0 beschränkt. Weiter kann die Basisvolutenkurve des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite und des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite durch eine bzw. unterschiedliche Kurve gebildet werden.
Wie in Fig. 32 dargestellt, wird die äußere Kurve des Volutenkörpers in die Form der Basisvolutenkurve gebracht, und die äußere Kurve 2a des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite sowie die äußere Kurve 5a des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite werden durch die algebraische Spirale gebildet, welche durch die Gleichung (1) ausgedrückt wird; und der Exponent der algebraischen Spirale sowie der Koeffizient a der algebraischen Spirale werden durch Werte ausgedrückt, die sich voneinander unterscheiden. In diesem Falle ist es nicht erforderlich, die Volutenkurve zu drehen, und die einander unterschiedlichen beiden Basisvolutenkurven werden passend gewählt, wodurch es möglich ist, einen Volutenkörper zu bilden, der ähnliche Vorteile wie die des in Fig. 19 dargestellten Volutenkörpers mit sich bringen. In den Fig. 25 und 26 ist eine Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes beschrieben worden, bei der der einzelne Bogen zur Zeit, als die äußere Kurve des Vortexkörpers als Basisvolutenkurve genommen wurde, in die Form der Verbindungskurve gebracht wird. Die Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes der Erfindung soll aber nicht auf diese spezifische Ausbildung beschränkt werden; vielmehr können verschiedenartige Ausbildungen anderer Art als die obige in Betracht gezogen werden. Unter Bezugnahme auf die Fig. 33, 34 und 35 werden andere Ausbildungen des Windungsanfangsabschnittes des Volutenkörpers, wie oben erläutert, beschrieben. Die Fig. 33 und 34 zeigen einen Fall, bei dem die äußere Kurve des Volutenkörpers als Basisvolutenkurve genommen wird, während Fig. 35 einen Fall zeigt, bei dem die innere Kurve des Volutenkörpers als Basisvolutenkurve gemäß Fig. 31 genommen wird. In den Fig. 33 bis 35 werden der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite und der Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite durch die gleichen Koordinatenachsen x - y ausgedrückt. Figur 33 zeigt einen Fall, bei dem die Verbindungskurve am Windungsanfangsabschnitt durch zwei Bögen gebildet wird, sowie einen Fall, bei dem die gestrichelte Linie der in den Fig. 25 und 26 dargestellte einzelne Bogen ist. Der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite ist so ausgebildet, daß die äußere Kurve 2a und die innere Kurve 2b miteinander durch zwei Bögen mit den Radien r1 und r2 verbunden sind. Der Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite ist so ausgebildet, daß die äußere Kurve 5a und die innere Kurve 5b miteinander durch zwei Bögen mit den Radien r3 und r4 verbunden sind. Die Verbindungspunkte A und B zwischen den Bögen berühren einen Kreis, dessen Radius halb so groß wie der umlaufende Radius ist, der vom Ursprungspunkt (oder O') ausgeht. Die zentralen Koordinaten der Bögen r1 und r4 sowie der Bögen r2 und r3 sind jeweils die gleichen. Figur 34 bildet den Windungsanfangsabschnitt durch den Bogen und die lineare oder gerade Linie, zum Unterschied von Fig. 33. Bogenradien sind auf der umlaufenden Seite und auf der feststehenden Seite einander gleich (d.h., r = e). Ähnlich wie bei Fig. 33 berührt eine an den Bogen angeschlossene gerade Linie den Kreis, dessen Radius halb so groß wie der umlaufende Radius ist und zwar an den Punkten A und B und durch den Ursprungspunkt (oder O') verlaufend Figur 35 zeigt die Ausbildung des Windungsanfangsabschnittes im Falle, daß die in Fig. 31 dargestellte innere Kurve des Volutenkörpers als Basisvolutenkurve genommen wird. Die inneren Kurven 2b und 5b sowie die äußeren Kurven 2a und 5a sind miteinander durch gerade Linien verbunden. In diesem Falle berührt die gerade Linie an den Punkten und den Kreis, dessen Radius halb so groß ist wie der umlaufende Radius . Allerdings ist der Mittelpunkt dieses Kreises nicht auf dem Ursprungspunkt (oder O') plaziert. Wie aus dem oben Gesagten hervorgeht, gibt es eine notwendige Bedingung für die Verbindungslinie, welche die den Windungsanfangsabschnitt des Volutenkörpers bildende innere Kurve mit der äußeren Kurve verbindet, wie folgt: Wenn die Verbindungslinie mindestens in die innere Kurve eingeschrieben ist, und wenn der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite sowie der Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite durch die gleiche Koordinatenachse ausgedrückt werden, besteht die Verbindungslinie aus einer optionalen Kurve (einschließlich einer geraden Linie und eines Bogens), in die ein Kreis, dessen Radius halb so groß wie der umlaufende Radius e ist in einem Ortsbereich zwischen diesen Verbindungslinien eingeschrieben ist. Durch die Ausbildung eines solchen Windungsanfangsabschnittes wird das Spitzenabstandsvolumen auf Null gebracht, ähnlich wie bei Fig. 25, wenngleich die zugehörige Beschreibung fortgelassen ist.
Nachfolgend wird eine fünfte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 36 bis 43 beschrieben. Figur 36 ist eine Draufsicht zum Beschreiben eines Verfahrens zum Gestalten des Volutenkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung. Da die innere Kurve und die äußere Kurve des Volutenkörpers im wesentlichen miteinander am Windungsanfangsabschnitt verbunden sind, kann die wie oben beschriebene Verbindungslinie im wesentlichen entfallen, so daß die Ausbildung vereinfacht wird. Die Fig. 36 und 37 zeigen die Basisvolutenkurven auf der umlaufenden Seite und auf der feststehenden Seite, sowie die Hüllkurve einer kreisförmigen Ortslinie, die gezogen wird, wenn die Basisvolutenkurve im Kreise mit einem Radius bewegt wird, der halb so groß wie der umlaufende Radius ist. Die Fig. 38 und 39 zeigen die Ausbildung von Vortexkurven auf der umlaufenden Seite und auf der feststehenden Seite. Die durchgezogene Linie 10 zeigt die Basisvolutenkurve auf der umlaufenden Seite, die von einer Art ist, bei der die durch die Gleichung (1) ausgedrückte algebraische Spirale nur über den Winkel α um den Ursprungspunkt gedreht wird. Die gestrichelten Linien 13 und 14 geben die Hüllkurven der Basisvolutenkurve 10 wieder. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine äußere Ilüllkurve, während das Bezugszeichen 14 eine innere Hüllkurve bezeichnet. Weiter bezeichnet die durchgezogene Linie 20 die Basisvolutenkurve auf der feststehenden Seite. Diese Kurve ist eine solche, bei der die Basisvolutenkurve 10 auf der umlaufenden Seite über einen Winkel von (180 - α)º um den Ursprungspunkt gedreht wird. Die gestrichelten Linien 23 und 34 bezeichnen Hüllkurven der Basisvolutenkurve 20. Das Bezugszeichen 23 bezeichnet eine äußere Hüllkurve, während das Bezugszeichen 24 eine innere Hüllkurve bezeichnet. Im vorliegenden Falle ist der Volutenkörper so ausgebildet, daß die Berührung zwischen beiden Voluten zum Schaffen einer Vielzahl von abgedichteten Volumina geometrisch bewirkt wird. Das heißt, daß die innere Hüllkurve 14 der Basisvolutenkurve 10 auf der umlaufenden Seite als die umlaufende äußere Kurve 2a gewählt wird, während die innere Hüllkurve 24 der Basisvolutenkurve 20 auf der feststehenden Seite als die feststehende, äußere Kurve 5a gewählt wird. Die innere Kurve des Volutenkörpers ist solcher Art, daß, weil die umlaufende innere Kurve 2b in Berührung mit der feststehenden äußeren Kurve 5a steht, die äußere Hüllkurve 23 der Basisvolutenkurve 20 auf der feststehenden Seite gewählt wird, während die äußere Hüllkurve 13 der Basisvolutenkurve 10 auf der umlaufenden Seite gewählt wird, weil die feststehende innere Kurve 5b in Berührung mit der umlaufenden äußeren Kurve 2a steht. Auf diese Weise haben die Basisvolutenkurve 10 auf der umlaufenden Seite und die Basisvolutenkurve 20 auf der feststehenden Seite die gleiche Konfiguration und sind so ausgebildet, daß die Phasen verschoben sind (180 - α)º. Demgemäß ist es möglich, die Dicke jeder der Volutenwände auf der umlaufenden Seite und auf der feststehenden Seite zu ändern. Da die innere Kurve und die äußere Kurve, die jeden der Volutenkörper bilden, im wesentlichen am Windungsanfangsabschnitt angeschlossen sind, wird die Verbindungskurve zwischen ihnen im wesentlichen unnötig, so daß die Ausbildung vereinfacht werden kann. Mit der oben beschriebenen Ausbildung als Basisvolutenkurve ist es möglich, verschiedenartige Kurven, ähnlich dem in Fig. 25 dargestellten Fall, anzuwenden. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß in einem Falle, bei dem der Winkel α den Wert 0º aufweist, das Volutenelement auf der umlaufenden Seite und das Volutenelement auf der feststehenden Seite in die gleiche Konfiguration gebracht werden.
Die Fig. 40 bis 43 sind Ansichten (im Falle eines Winkels α = 30º), die eine Änderung der Spiralkonfiguration aufgrund einer Drehung (Winkel α) der Basisvolutenkurve sowie einen Eingriffszustand zwischen den zentralen Abschnitten der jeweiligen Volutenkörper veranschaulichen, und zwar beim Verfahren zur Bildung der in den Fig. 36 bis 39 dargestellten Vortexkurve. Wie aus den Fig. 40 bis 43 hervorgeht, ist es möglich, die Dicke jeder der Volutenwände des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite und des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite durch den Wert des Winkels α zu ändern, ähnlich wie bei der in den Fig. 27 bis 30 dargestellten Ausbildung. Der Windungsanfangsabschnitt jedes der Volutenkörper wird durch eine anschmiegende Kurve gebildet. Der Windungsfiächenabstand kann ebenfalls auf Null gebracht werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 44 bis 47 eine sechste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Die Fig. 44 bis 47 sind Draufsichten zum Beschreiben eines Verfahrens zum Gestalten des Volutenkörpers. Wie bei der in den Fig. 36 bis 39 dargestellten Ausführungsform sind die innere Kurve und die äußere Kurve des Volutenkörpers am Windungsanfangsabschnitt anschmiegend miteinander verbunden. Die Ausbildung kann somit vereinfacht werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden, wenn der umlaufende Radius des Spiralkompressors die Größe e aufweist, zwei Radien e1 und e2 festgesetzt, die die Gleichung e = e1 + e2 erfüllen. Diese Werte werden passend gewählt, wodurch es möglich ist, die Dicke jeder der Volutenwände des Volutenkörpers 2 auf der umlaufenden Seite und des Volutenkörpers 5 auf der feststehenden Seite zu ändern. Die Fig. 44 und 45 zeigen die Basisvolutenkurven auf der umlaufenden Seite und auf der feststehenden Seite sowie die Hüllkurve einer kreisförmigen Ortslinie, die gezogen wird, wenn die Basisvolutenkurve im Kreise mit dem Radius e1 und dem Radius e2 bewegt wird. Die Fig. 46 und 47 sind Ansichten, die die Ausbildung der Vortexkurven auf der umlaufenden Seite und auf der feststehenden Seite veranschaulichen. Die durchgezogene Linie 10 bezeichnet die Basisvolutenkurve auf der umlaufenden Seite, die die durch die Gleichung (1) ausgedrückte algebraische Spirale ist. Die gestrichelte Linie 34 bezeichnet eine äußere Hüllkurve zu der Zeit, in der die Basisvolutenkurve 10 im Kreise mit dem Radius e1 bewegt wird, während die gestrichelte Linie 35 eine innere Hüllkurve zu der Zeit anzeigt, in der die Basisvolutenkurve 10 im Kreise mit dem Radius e2 bewegt wird. Weiter bezeichnet die durchgezogene Linie 20 die Basisvolutenkurve auf der feststehenden Seite. Diese Kurve ist eine solche, bei der die Basisvolutenkurve 10 auf der umlaufenden Seite über 180º um den Ursprungspunkt gedreht wird. Die gestrichelte Linie 36 bezeichnet die äußere Hüllkurve zu der Zeit, in der die Basisvolutenkurve 20 im Kreise mit dem Radius e2 bewegt wird, während die gestrichelte Linie 37 die innere Hüllkurve zu der Zeit anzeigt, in der die Basisvolutenkurve 20 im Kreise mit dem Radius e1 bewegt wird. Im vorliegenden Falle ist der Volutenkörper so ausgebildet, daß die Berührung zwischen beiden Voluten, die eine Vielzahl von umschlossenen Volumina bilden, geometrisch gewährleistet wird. Das heißt, daß die innere Hüllkurve 35 der Basisvolutenkurve 10 auf der umlaufenden Seite als die umlaufende äußere Kurve 2a gewählt wird, während die innere Hüllkurve 37 der Basisvolutenkurve 20 auf der feststehenden Seite als die feststehende äußere Kurve 5a gewählt wird. Als innere Kurve des Volutenkörpers wird die äußere Hüllkurve 36 der Basisvolutenkurve 20 auf der feststehenden Seite, die von der inneren Hüllkurve 37 nur durch den Abstand des umlaufenden Radius e beabstandet ist, gewählt, weil die umlaufende innere Kurve 2b in Berührung mit der feststehenden äußeren Kurve 5a (37) steht. In ähnlicher Weise wird die äußere Hüllkurve 34 der Basisvolutenkurve 10 auf der umlaufenden Seite, die von der inneren Hüllkurve 35 nur durch den Abstand des umlaufenden Radius beabstandet ist, gewählt, weil die feststehende innere Kurve 5b in Berührung mit der umlaufenden äußeren Kurve 2a (35) steht. Auf diese Weise werden die beiden Küllkurven e1 und e2, deren Radien sich in bezug auf die Basisvolutenkurve 10 und die Basisvolutenkurve 20 unterscheiden, berücksichtigt und auf e1 ≥ e2 gebracht, wodurch die Dicke der Voluten wand durch den Windungswinkel der Volute graduell geändert wird. Was den Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite anbetrifft, kann die Dicke der Volutenwand als Ganzes dick ausgebildet werden, im Vergleich zum Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite. Im Falle von e1 < e2 ist es möglich, daß umgekehrt der Volutenkörper 5 auf der feststehenden Seite in bezug auf die Volutenwand dicker ausgebildet werden kann als der Volutenkörper 2 auf der umlaufenden Seite.
Weiter ist es bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Ausbildung eines Volutenkörpers normalerweise möglich, den kleinsten Krümmungsradius der inneren Kurve des Volutenkörpers größer als den umlaufenden Radius zu machen. Deshalb ist es möglich, den Durchmesser des Cutters zu vergrößern, wenn der Volutenkörper gebildet ist, sowie die Abmessungsgenauigkeit und die Bearbeitbarkeit des Volutenkörpers zu verbessern.
Wie oben beschrieben, wurde die Spiralfiuidmaschine mit Kompressor beschrieben, für die das Basisverfahren zum Gestalten der Vortexkurve jedes der Volutenkörper erläutert wurde, wobei die Dicke der Volutenwand kontinuierlich gemäß dem Windungswinkel der Volute geändert wird, und wobei die Dicke der jeweiligen Volutenwand auf der feststehenden Seite und auf der umlaufenden Seite voneinander verschieden sind. Die Erfindung kann aber auch bei einer Expansionsvorrichtung und einer Pumpe angewandt werden. Weiter ist bei der vorliegenden Erfindung die Bewegung oder Bewegungsform der Spirale solcher Art, bei der eine der Spiralen fest steht, während die andere Spirale drehend mit einem optionalen Radius bewegt wird, ohne daß sie dabei um ihre eigene Achse gedreht wird. Die Erfindung kann jedoch auch bei einer Spiralfluidmaschine beider Rotationstypen angewandt werden, bei der die Bewegung relativ zu einer Bewegungsform durchgeführt wird, die der oben beschriebenen Bewegung äquivalent ist. Weiter wurde die durch die Gleichung (1) ausgedrückte algebraische Spirale als Basisvolutenkurve des Vortexkörpers verwendet. Die Erfindung soll aber nicht auf diese spezifische Ausbildung beschränkt sein. Das Verfahren zum Gestalten des Volutenkörpers, das bei der vorliegenden Erfindung dargestellt worden ist, kann auf beliebige optionale, glatte bzw. anschmiegende Vortexkurven angewandt werden, bei der sich die Krümmung der Volute kon tinuierlich ändert.
Wie oben beschrieben, kann gemaß der Erfindung durch Verwenden der algebraischen Spirale als Basisvolutenkurve der Volutenkörper miniaturisiert oder in seiner Größe verkleinert werden, wobei gleichzeitig die Festigkeit bzw. Stärke des Windungsanfangsabschnittes des Volutenkörpers gewährleistet ist. Dementsprechend wird auch die Lagerbelastung verringert und es kann eine Spiralfiuidmaschine hoher Zuverlässigkeit geschaffen werden. Da weiter die Dicke der Volutenwand graduell geändert werden kann, kann die innere Leckage des Fluids zwischen den Volutenkörpern reduziert werden, und das Spitzenabstandsvolumen kann ebenfalls verkleinert und auch auf Null gebracht werden. Dementsprechend ist es möglich, den Wirkungsgrad der Spiralfiuidmaschine zu verbessern. Weiter arbeitet die Spiralfiuidmaschine unter Belastung, wodurch es möglich ist, eine Luftklimatisierungseinrichtung zu schaffen, die eine hohe Energieausnutzung aufweist und sehr zuverlässig ist.
Selbst im Falle, daß sich die Materialien der Volutenkörper auf der umlaufenden Seite und auf der feststehenden Seite voneinander unterscheiden, hat das Verfahren zum Ausbilden der Volutenkörper weiter deutlich gemacht, daß die Dicke der Volutenwand mit dem Windungswinkel der Volute kontinuierlich geändert wird, wobei gleichzeitig die im Hinblick auf die Festigkeit erforderliche Dicke der Volutenwand beibehalten wird. Aufgrund der Tatsache, daß die algebraische Spirale als Basisvolutenkurve benutzt wird, ist es möglich, den Volutenkörper weniger als die Evolventenkurve zu miniaturisieren oder größenmäßig zu reduzieren, wobei gleichzeitig die Festigkeit des Windungsanfangsabschnittes des Volutenkörpers aufrechterhalten wird.

Claims

1. Spiralfluidmaschine, bei der ein Paar von Spiralelementen (1, 4), die jeweils Endplatten und Volutenkörper (2, 5) senkrecht zu den genannten Endplatten aufweisen, miteinander in Eingriff stehen, wobei die genannten Volutenkörper (2, 5) innen einander gegenüberliegen und jede von ihnen eine entsprechende äußere Volutenkurve (2a, 5a) sowie eine entsprechende innere Volutenkurve (2b, 5b) aufweist, und wobei eines (1) des genannten Paares von Spiralelementen (1, 4) mit einem vorbestimmten umlaufenden Radius e um einen Mittelpunkt O' des anderen Spiralelementes (4) in Umdrehung versetzt wird, ohne dabei um seine eigene Achse gedreht zu werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine der äußeren und inneren Volutenkurven (2a, 2b, 5a, 5b) jedes Spiralelementes (1, 4) eine Basisvolutenkurve ist, die im wesentlichen durch eine algebraische Spirale gebildet wird, welche in Form von Polarkoordinaten durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:

r = a.Θk,

wobei ein Radiusvektor, Θ ein Ablenkwinkel a ein Koeffizient der algebraischen Spirale und ein Exponent der algebraischen Spirale ist, wobei die Werte von und die gleichen für die Basisvolutenkurven jedes Spiralelementes sind, wobei die algebraische Spirale eines der Spiralelemente, dargestellt durch die obige Gleichung, um 180º um ihrenen Ursprungspunkt O' gedreht wird,

5 und wobei die äußere und die innere Volutenkurve (2a, 2b, 5a, 5b) jedes Spiralelementes (1, 4) im wesentlichen durch eine von zwei Hüllkurven gebildet ist, die gezogen werden, wenn die algebraische Spirale des Volutenkörpers (2, 5) des anderen Spiralelementes (1, 4) mit dem genannten umlaufenden Radius im Kreise bewegt wird,

wodurch die Volutenkörper (2, 5) einen entsprechenden Windungsstartpunkt aufweisen, der um einen Abstand e/2 von der jeweiligen, entsprechenden algebraischen Spirale verschoben ist.

2. Spiralfluidmaschine nach Anspruch 1, bei der sich der genannte Exponent der genannten algebraischen Spirale entsprechend dem genannten Ablenkwinkel Θ ändert.

3. Spiralfluidmaschine nach Anspruch 1, bei der die Volutenkörper (2, 5) entsprechender Spiralelemente (1, 4) derart ausgebildet sind, daß eine Kurve (2a) an einer Seite durch eine algebraische Spirale gebildet ist, während die andere Kurve (2b) durch eine von zwei Hüllkurven gebildet ist, die gezogen werden, wenn die algebraische Spirale des Volutenkörpers (5) des anderen Spiralelementes (4) mit dem genannten um laufenden Radius e im Kreise bewegt wird.

4. Spiralfluidmaschine nach Anspruch 1, bei der das andere Spiralelement (4) ein feststehendes Spiralelement ist, und bei dem äußere Kurven (2a, 5a) der entsprechenden Volutenkörper (2, 5) von beiden genannten Spiralelementen (1, 4) durch eine algebraische Spirale gebildet sind, und innere Kurven (2b, 5b) der entsprechenden Volutenkörper (2, 5) beider Spiralelemente (1, 4) derart ausgebildet sind, daß das umlaufende Spiralelement (1) durch eine äußere Hüllkurve der algebraischen Spirale des feststehenden Spiralelementes (4) gebildet wird, während das feststehende Spiralelement (4) durch eine äußere Hüllkurve der algebraischen Spirale des umlaufenden Spiralelementes (1) gebildet wird.

5. Spiralfiuidmaschine nach Anspruch 1, bei der das andere Spiralelement (4) in einem feststehenden Spiralelement, und bei der äußere Kurven (2b, 5b) der entsprechenden Volutenkörper (2, 5) von beiden genannten Spiralelementen (1, 4) durch eine algebraische Spirale gebildet sind, und äußere Kurven (2a, 5a) der entsprechenden Volutenkörper (2, 5) beider Spiralelemente (1, 4) derart ausgebildet sind, daß das umlaufende Spiralelement (1) durch eine innere Hüllkurve der algebraischen Spirale des feststehenden Spiralelementes (4) gebildet wird, während das feststehende Spiralelement (4) durch eine innere Hüllkurve der algebraischen Spirale des umlaufenden Spiralelementes (1) gebildet wird.

6. Spiralfluidmaschine nach Anspruch 1, bei der der genannte Exponent der genannten algebraischen Spirale eine algebraische Spirale ist, bei der k < 1,0 ist, und bei der die andere algebraische Spirale durch Drehung der genannten einen algebraischen Spirale um annähernd 180º gebildet ist.

7. Spiralfluidmaschine nach Anspruch 2, bei der die algebraische Spirale so ausgebildet ist, daß der Exponent die Größe (k > 1,0) hat, und der Koeffizient a eine konstante Größe ist.

8. Spiralfluidmaschine nach Anspruch 1, bei der die algebraische Spirale (2a') des genannten einen Spiralelementes (1) eine solche ist, bei der die genannte algebraische Spirale um einen Winkel α um den Ursprungspunkt derselben gedreht wird, und bei der die algebraische Spirale (5b') des anderen Spiralelementes (4) über einen Winkel (180º - α) um den genannten Ursprungspunkt gedreht wird.

9. Spiralfluidmaschine nach Anspruch 1, bei der eine Dicke des Volutenkörpers (2) des umlaufenden Spiralelementes (1) dicker als diejenige des Volutenkörpers (5) des feststehenden Spiralelementes (4) ausgebildet ist.

10. Spiralfluidmaschine nach Anspruch 1, bei der ein zwischen einander berührenden Punkten der innersten Bereiche beider entsprechenden Volutenkörper (2, 5) ein Abstandsvolumen so ausgebildet ist, daß es unter Beibehaltung der relativen Umlaufbewegung beider genannter Volutenkörper (2, 5) im wesentlichen auf Null gebracht wird, und wobei sich die Dicke einer Volutenwand beider genannter Volutenkörper (2, 5) graduell in Übereinstimmung mit einem Windungswinkel der Volute ändert, wobei eine algebraische Spirale eine Basisvolutenkurve ist.

11. Spiralfiuidmaschine, bei der ein Paar von Spiralelementen (1, 2), die jeweils Endplatten und Volutenkörper (2, 5) senkrecht zu den genannten Endplatten aufweisen, miteinander in Eingriff sind, wobei die genannten Volutenkörper (2, 5) innen einander gegenüberliegen und jede von ihnen eine entsprechende äußere Volutenkurve (2a, 5a) sowie eine entsprechende innere Volutenkurve (2b, 5b) aufweist, und wobei eines (1) des genannten Paares von Spiralelementen (1, 4) mit einem vorbestimmten umlaufenden Radius e um einen Mittelpunkt O' des anderen Spiralelementes (4) in Umdrehung versetzt wird, ohne dabei um seine eigene Achse gedreht zu werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß es für jeden der Volutenkörper (2, 5) eine entsprechende Basisvolutenkurve (10, 20) gibt, die in einem entsprechenden Mittelpunkt jedes der Volutenkörper (2, 5) beginnt, und die im wesentlichen in Form von Polarkoordinaten durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt wird:

r = a.Θk,

wobei ein Radiusvektor, ein Ablenkwinkel, ein Koeffizient der algebraischen Spirale, und ein Exponent der algebraischen Spirale ist, wobei die Werte von und die gleichen für die Basisvolutenkurven jedes Spiralelementes sind,

wobei die algebraische Spirale eines der Spiralelemente, dargestellt durch die obige Gleichung, um 180º um seinen Ursprungspunkt O' gedreht wird,

und daß Radien e1 und e2 die Beziehung e = e1 + e2 erfüllen, und daß die genannten Volutenkörper (2, 5) derart ausgebildet sind, daß die äußeren Volutenkurven (2a, 5a) im wesentlichen durch eine innere Hüllkurve gebildet werden, die erzeugt wird, wenn die algebraische Spirale des entsprechenden Volutenkörpers umlaufend mit den Radien ei und e2 bewegt werden, und daß die inneren Volutenkurven (2b, 5b) im wesentlichen durch eine äußere Hüllkurve gebildet werden, die erzeugt wird, wenn die algebraische Spirale des anderen Volutenkörpers umlaufend mit den Radien e1 und e2 bewegt wird.

12. Verfahren zum Bearbeiten eines Spiralelementes zur Verwendung in der Spiralfiuidmaschine, definiert in Anspruch 1, bei dem eine äußere Kurve und eine innere Kurve des genannten Volutenkörpers des genannten Spiralelementes durch eine algebraische Spirale oder eine Hüllkurve zur Zeit gebildet werden, zu der die algebraische Spirale umlaufend bewegt wird, und wobei der Mittelpunkt eines Cutters entlang der genannten äußeren Kurve und der genannten inneren Kurve bewegt wird, um dadurch die Bearbeitung des genannten Volutenkörpers durchzuführen.