DE69402793T2 - Spiralverdichter - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft einen Spiralkompressor, der zur Verwendung als Kuhlmittelkompressor bei einer Kraftfahrzeug-Kumaanlage geeignet ist.
2. Beschreibung des betroffenen Gebiets der Technik
• Ein solcher Spiralkompressor ist in zahlreichen Patenten und Druckschriften offenbart, und die Prinzipien seiner Arbeitsweise sind wohl bekannt.
• Bei einem Spiralkompressor sind mehrere hermetisch abgedichtete Räume geschaffen, die durch eine Vielzahl von Bertihrungslinien umschlossen sind, die mittels eines feststehenden Spiralelements und eines bewegbaren Spiralelements, die miteinander im Eingriff stehen, ausgebildet sind. Wenn das bewegbare Spiralelement eine Umlaufbewegung ausführt, bewegen sich die Berührungslinien vom Außenumfang aus in Richtung auf das Zentrum entlang der Wände der Spiralkörper. Hierbei bewegen sich die hermetisch abgedichteten Räume ebenfalls in Richtung auf das Zentrum, und wird ein Kühlmittel oder ein anderweitiges Fluid komprimiert, wobei sein Volumen verkleinert wird.
• Da eine Vielzahl dieser Berührungslinien ausgebildet ist, muß jedoch die Abweichung der Gestaltung der Spiralkörper von den vorbestimmten Gestalten in der Größenordnung von einigen Mikron gehalten werden. Des weiteren ist eine strikte Prazision der Relativstellungen der beiden Spiralelemente erforderlich. Wenn diese Abweichungen zu groß sind, führen sie dazu, daß eine gegenseitige Trennung an einer der Vielzahl von Berührungslinien auftritt und daß der Grad der hermetischen Abdichtung des hermetisch abzudichtenden Raumes absinkt, so daß die Abgabemenge verringert wird, der Energieverbrauch ansteigt und ein Arbeitszustand mit anormal hoher Temperatur bewirkt wird. Entsprechend ist es bei einem Spiralkompressor notwendig, die Bearbeitung der Spiralkörper und die Präzision des Zusammenbaus der beiden Spiralelemente extrem hoch auszubilden. Dies ist der Hauptgrund dafür, daß Spiralkompressoren lange Zeit nicht in praktischer Benutzung genommen worden sind. Selbst bei den heutigen Bearbeitungs- und Zusammenbautechnologien gibt es zahlreiche Schwierigkeiten.
• Zur Lösung dieser Probleme bei einem Spiralkompressor ist in zahlreichen Patentveröffentlichungen der Vorschlag eines Mittels zur Veränderung des Radius der Umlaufbewegung des bewegbaren Spiralelements entlang der Gestalt des Spiralelements gemacht worden. Beispielsweise ist bei dem in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2-176 179 offenbarten Kompressor, der die Grundlage für den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, das Ende der Welle mit einem Antriebsvorsprung mit einer ebenen Fläche ausgestattet, ist die Buchse zur Übermittlung einer Umlaufbewegung an das bewegbare Spiralelement mit einer Nut mit einer ebenen Fläche ausgestattet, und ist der Antriebsvorsprung verschiebbar in der Nut eingesetzt. Es ist vorgeschlagen worden, daß die ebene Fläche des Antriebsvorsprungs gegenüber der das Zentrum der Buchse und das Zentrum der Welle verbindenden Linie entgegen der Drehrichtung der Welle geneigt ist.
• Wenn diese Bauweise vorgesehen wird, nimmt die Buchse eine Kompressions-Reaktionskraft von dem bewegbaren Spiralelement aus auf, das eine Umlaufbewegung durchführt. Infolge dieser Reaktionskraft bewegt sich die Buchse entlang der ebenen Fläche des Antriebsvorsprungs. Als Folge dieser Bewegung und infolge dieser Anordnungsbeziehung wird der Abstand zwischen dem Zentrum der Buchse und dem Zentrum der Welle, d.h. der Radius der Umlaufbewegung, größer als vor der Bewegung. Ursache hierfür ist der Umstand, daß, während das bewegbare Spiralelement eine Umlaufbewegung ausführt, so daß der Umlaufradius stets größer wird und dies selbst dann, wenn es eine Abweichung bei der Ausbildung der Spiralelemente gibt, das bewegbare Spiralelement seinen Umlaufradius entsprechend der Gestalt einstellt und zuverlässig die Berührungslinien ausbildet.
• Bei der vorstehend angegebenen Ausbildung würden jedoch zahlreiche Probleme zum Zeitpunkt einer Flüssigkeitskomprimierung auftreten. Das heißt, das Kühlmittel würde sich verflüssigen und in den Kompressor strömen, wenn dieser fur eine lange Zeitspanne angehalten würde. Wenn der Kompressor aus diesem Zustand heraus gestartet würde, würde das Kühlmittel als Flüssigkeit im Kompressor komprimiert werden, würde ein anormal hoher Druck verursacht werden, und würde der anormal hohe Druck ein Brechen und Festklemmen der Spiralzähne, eine Beschädigung des Abgabeventils und ein Ausglühen an der Reibfläche der nicht dargestellten Solenoidkupplung bewirken. Daher ist es bei einer Betriebsweise des Kompressors derart, daß sich das bewegbare Spiralelement gegenüber dem feststehenden Spiralelement bewegt, während der Kompressor im Leerlauf steht, das heißt in einem Zustand, bei dem der Umlaufradius kleiner wird und ein Spielraum zwischen Seitenflächen der Spiralelemente geschaffen ist, zur Zeit nach dem Start bis die Kompressions-Reaktionskraft ausreichend groß wird, möglich, den scharfen Anstieg der Last am Fahrzeugmotor abzuschwächen und von vornherein eine Vibration und einen Stoß zum Zeitpunkt des Startens des Kompressors zu verhindern.
• In der Praxis ist es jedoch schwierig, ein ausreichendes Ausgleichsgewicht zum vollständigen Ausgleich der Zentrifugalkraft des bewegbaren Spiralelements infolge der betroffenen Größe vorzusehen, so daß sich infolge der verbleibenden Zentrifugalkraft des bewegbaren Spiralelements dieses schließlich in der Richtung, die zu einem größeren Umlaufradius führt, unmittelbar nach dem Start bewegt. Demzufolge findet in der Praxis keine vollständige Verwendung der Funktion der Abschwächung der Startlast statt.
• Sogar beim Start, der mit einer Flüssigkeitskomprimierung verbunden ist, vergrößert sich aus dem gleichen Grund wie bei der restlichen Zentrifugalkraft der Umlaufradius sofort nach dem Start, nimmt der Spielraum zwischen den Seitenwänden der Spiralelemente ab, wird sofort ein Anstieg des Flüssigkeits drucks bewirkt und treten dann folglich verschiedene Probleme wie ein Durchrutschen an der Reibfläche der Solenoidkupplung, was zu einem Ausglühen führt, die Erzeugung eines anormalen Geräuschs infolge der plötzlichen Flüssigkeitskomprimierung und eine Beschädigung der Spiralelemente auf. Jedoch sind dies Probleme, die vorab verhindert werden können, indem ein ausreichender Gebrauch von der Funktion der Abschwächung der Startlast in der gleichen Weise wie oben angegeben gemacht wird.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung ist unter Berücksichtung der obenangegebenen Probleme gemacht worden, und ihr liegt die Aufgabe der Schaffung eines Mittels zur Verhinderung des Auftretens eines anormalen hohen Drucks zugrunde, der durch eine Flüssigkeitskomprimierung bewirkt wird, indem das bewegbare Spiralelement zu einer Bewegung in dem Zustand mit kleinem Umlaufradius zur Zeit des Starts veranlaßt wird, das heißt, in dem Zustand, bei dem ein Spielraum zwischen der Seitenwand des bewegbaren Spiralelements und der Seitenwand des feststehenden Spiralelements ausgebildet ist.
• Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe der Schaffung eines Mittels zur Abschwächung der Last am Fahrzeugmotor, der den Kompressor antreibt, zur Zeit des Starts des Kompressors zugrunde.
• Erfindungsgemäß sind die Welle und die Buchse mit einem Vorsprung und mit einer Nut ausgestattet, in die der Vorsprung eingreift. Wenn der Vorsprung in die Nut eingesetzt wird, werden die Anlageflächen der beiden Teile um einen gewissen Winkel Θ hinsichtlich der das Zentrum der Welle und das Zentrum der Buchse verbindenden Linie geneigt.
• Infolgedessen kann, wenn sich die Welle dreht, das bewegbare Spiralelement, das an einer freien Drehung gehindert ist, in einer Umlaufbewegung mit dem Radius RI stehen. Zu diesem Zeitpunkt wirkt jedoch eine Kompressions-Reaktionskraft F an der Buchse in Richtung auf das Zentrum der Buchse in Tangentialrichtung zur Umlaufbahn der Umlaufbewegung. Die Kompo nente F sinΘ wird dabei zu einer Kraft, die die Buchse hochdrückt.
• Wenn die Länge der Nut um einen vorbestimmten Betrag größer als die Länge des Vorsprungs ausgebildet wird, bewegt sich die Buchse entlang der Nut. Das heißt, der Umlaufradius wird sogar größer als der anfängliche Radius RI, das bewegbare Spiralelement kommt zur Anlage und gleitet entlang der Gestalt des feststehenden Spiralelements, und die Räume zwischen den Zähnen werden in zuverlässiger Weise abgedichtet.
• Des weiteren ist es durch geeignetes Auswählen des Neigungswinkels Θ mglich, das Auftreten einer übermäßigen Drückkraft zu verhindern. Weiter bewegt sich, wenn die Welle zur Zeit des Anhaltens des Betriebs umkehrt, die Buchse in der entgegengesetzten Richtung, liegt jedoch der Vorsprung gegen die Stirnfläche der Nut an, und ist daher die Bewegung der Buchse eingeschränkt, bevor das bewegbare Spiralelement heftig gegen das feststehende Spiralelement schlägt.
• Auf diese Weise ist es gerade durch den Vorsprung und die Nut, die ebene Flächen aufweisen, möglich, eine Antriebskurbel-Einrichtung sowohl mit der Funktion der Einstellung des Umlaufradius durch eine geeignete Drückkraft als auch mit der Funktion eines Anschlagelements zur Verhinderung einer Kollision zwischen den Zähnen zu realisieren.
• Des weiteren sind bei der vorliegenden Erfindung die Anlageflächen des Vorsprungs und der Nut oder die Verlängerungslinie derselben so angeordnet, daß sie durch die Seite hindurchgehen, die derjenigen Seite gegenüberliegt, an der das Zentrum der Buchse angeordnet ist, dies bei Betrachtung vom Zentrum der Welle aus. Infolgedessen wirkt zum Zeitpunkt des Startens die Trägheitskraft des bewegbaren Spiralelements und der Buchse an den Anlageflächen des Vorsprungs und der Nut, und bewegt diese Trägheitskraft das bewegbare Spiralelement in der Richtung, die zu einem kleineren Umlaufradius führt. Aus diesem Grund ist es beim Start möglich, einen Spielraum an den Berührungslinien zwischen dem bewegbaren Spiralelement und dem feststehenden Spiralelement auszubilden, und ist es möglich, diesen Spielraum dazu zu verwenden, eine Flüssigkeitskomprimierung zu verhindern und die Last zur Zeit des Startens zu verringern. Insbesondere wird diese Wirkung durch die Trägheitskraft des bewegbaren Spiralelements und der Buchse, wenn das Drehen so begonnen wird, verursacht, so daß diese Trägheitskraft ebenfalls eine kurze Zeit nach dem Starten, wenn die Betriebsweise des stetigen Zustands beginnt, aufgehoben wird. Daher ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, sogar die Last zur Zeit des Startens zu reduzieren, ohne zur Zeit der Betriebsweise in stetigem Zustand die Komprimierungswirksamkeit zu beeinträchtigen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, in denen zeigen:
• Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungs gemäßen Kompressors;
• Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Welle und der Buchse, die in Fig. 1 dargestellt sind;
• Fig. 3 eine Vorderansicht des Antriebsbereichs der Welle bei der Ausführungsform von Fig. 1;
• Fig. 4 eine Seitenansicht der in Fig. 3 dargestellten Welle;
• Fig. 5 eine Seitenansicht der bei der Ausführungsform von Fig. 1 dargestellten Buchse;
• Fig. 6 eine Vorderansicht gesehen aus der rechten Richtung von Fig. 5;
• Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII von Fig. 6;
• Fig. 8 eine Ansicht mit Erläuterung der an der Buchse bei der Ausführungsform von Fig. 1 dynamisch wirkenden Kraft;
• Fig. 9 eine Ansicht mit Erläuterung der Bewegungsrichtung der Buchse infolge der Einwirkung der Kraft von Fig. 8;
• Fig. 10 eine schematische Ansicht mit Erläuterung der Vergrößerung des Umlaufradius, nachdem sich die Buchse gemäß Darstellung in Fig. 9 bewegt hat, und
• Fig. 11 eine Vorderansicht des Zustandes bei dem Einsetzen der Welle und der Buchse bei einer anderen Ausführungsform.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spiralkompressors. Das Gehäuse des Kompressors ist durch ein rückwärtiges Gehäuseteil 500, eine Hülse 300 und ein vorderes Gehäuseteil 400 gebildet, das mittels nicht dargestellter Schrauben so befestigt und angebracht ist, das es die Öffnung der Hülse verschließt. Das hintere Gehäuseteil 500, die Hülse 300 und das vordere Gehäuseteil 400 sind je aus einem Aluminiumlegierungs-Gusstück (Druckgußstück) hergestellt. Das vordere Gehäuseteil 400 besitzt in seinem Zentrum eine Bohrung, in der die Lager 700 befestigt sind, die die Welle 100 drehbar abstützen. Des weiteren besitzt das vordere Gehäuseteil 400 einen zylindrisch gestalteten Ansatz 401, in dem eine Wellendichtung 800 eingebaut ist. Am Außenumfang des Ansatzes 401 ist eine nicht dargestellte Magnetkupplung befestigt, mittels der die Drehkraft des Fahrzeugmotors an die Welle 100 übertragen wird. In der Hülse 300 ist einstückig ein feststehendes Spiralelement 301 ausgebildet. Das hintere Gehäuseteil 500 ist mittels nicht dargestellter Schrauben befestigt. Das hintere Gehäuseteil 500 ist in luftdichter Weise befestigt und bildet mit der Hülse 300 und einem O-Ring 801 eine Hochdruckkammer 501. Andererseits ist das vordere Gehäuseteil 400 in luftdichter Weise mittels eines O-Rings 802 an der Hülse 300 befestigt, die in ihrem Inneren eine Niederdruckkammer 302 und einen nicht dargestellten Ansauganschluß aufweist, der mit derselben in Verbindung steht. (Wie oben erläutert ist die Hülse 300 einstückig mit dem feststehenden Spiralelement 301 ausgebildet.) Des weiteren ist in der Hülse 300 das bewegbare Spiralelement 200 angeordnet, das in Umfangsrichtung gegenüber dem feststehenden Spiralelement 100 so verdreht bzw. verschoben ist, daß die Spiralkörper miteinander in Eingriff stehen. Das bewegbare Spiralelement 200 ist mit einer Drehverhinderungseinrichtung 600 verbunden, die eine freie Drehung unterbindet. In der Drehverhinderungseinrichtung 600 sind drei oder mehr Stifte mit einem bestimmten Abstand voneinander am Umfang drehbar aufgenommen. Andererseits besitzt die Fläche der Stirnplatte des bewegbaren Spiralelements 200, die gegen die Drehverhinderungseinrichtung 600 anliegt, in ihr eingebettete Stahlhülsen 602 mit Bohrungen in der gleichen Anzahl wie die Anzahl der Stifte 601. Des weiteren sind Hülsen 603 in gleicher Weise in der Fläche des vorderen Gehäuseteils 400, die den Hülsen 602 zugewandt ist, an den gleichen Stellen eingesetzt. In dem von den drei oder mehr Paaren der Hülsen 602 und 603 gebildeten Hülseninnenumfangsraum ist die Drehverhinderungseinrichtung 600 so angebracht, daß sie mit den Stiften in Eingriff steht. Die angebrachte bzw. befestigte Drehverhinderungseinrichtung besitzt einen Spielraum von zehn Mikron gegenüber der Stirnplatte oder dem bewegbaren Spiralelement, gegen das sie anliegt, und gegenüber der Fläche des vorderen Gehäuseteus 400, in dem die Hülsen 603 eingesetzt sind, so daß eine Relativbewegung der beiden Teile möglich ist. Des weiteren sind die Innendurchmesser der Hülsen 602 und 603 um exakt den Umlaufradius größer als die Außendurchmesser der Stifte 601 ausgebildet, so daß das bewegbare Spiralelement 200 eine Umlaufbewegung ausführen kann, ohne durch die Drehverhinderungseinrichtung 600 behindert zu sein. Dabei steht die Drehverhinderungseinrichtung 600 mit den Hülsen 602 und 603 infolge der Beziehung der Abmessungen der inneren und äußeren Umfänge im Eingriff, um mit einem Radius in der Größe des halben Umlaufradius der Umlaufbewegung umzulaufen, die mit der Umlaufbewegung des bewegbaren Spiralelements 200 verbunden ist. Hierbei laufen die Stifte 601 um, wobei sie sich frei drehen und gegen die inneren Umfangsflächen des Paars der Hülsen 602 und 603 anliegen. Wenn das bewegbare Spiralelement 200 versucht, sich frei zu drehen, wird an einem oder mehreren Fassungsbereichen der drei Gruppen der Stifte 601 und Paare der Hülsen 602 und 603 ein Stift 601 zwischen den inneren Umfangsflächen des Paars der Hülsen 602 und 603 erfaßt bzw. festgehalten, wobei die Starrheit des Stifts 601 das bewegbare Spiralelement 200 an einem freien Drehen durch die Hülsen 602 und 603 am vorderen Gehäuseteil 400 hindert. Auf diese Weise ist das bewegbare Spiralelement 200 an einer freien Drehung mittels der Drehverhinderungseinrichtung 600 gehindert. Daher nimmt es die Antriebskraft von der weiter unten beschriebenen Buchse 101 auf, und führt es eine umlaufbewegung zur Komprimierung des Kühlmittelgases aus. Die Drehverhinderungseinrichtung 600 besitzt mit Ausnahme des Bereichs der Stifte 601 an ihrem Umfang einen Axiallast-Lagerbereich 604, der das bewegbare Spiralelement 200 abstützt, das die Axiallast zusammen mit der Fläche der Hülse 603 im vorderen Gehäuseteil 400 aufnimmt. Die die Hülse 602 des bewegbaren Spiralelements 200 aufweisende Fläche, die in Gleitberührung mit dem Axiallast-Lagerbereich 604 steht, besitzt einen Nickel-Bohr-Plattierung in der gleichen Weise wie die Spiralzähne, um ein Festklemmen und einen Verschleiß zu verhindern. Des weiteren ist zwischen dem Axiallast-Lagerbereich 604 und dem vorderen Gehäuseteil 400 eine Stahl- oder Eisenplatte 605 zur Verhinderung eines Festklemmens und eines Verschleißes angeordnet. Des weiteren ist die Welle 100 mit einem Ausgleichsgewicht 102 zur Aufhebung der Zentrifugalkraft ausgestattet, die durch die Umlaufbewegung des bewegbaren Spiralelemente 200 hervorgerufen wird.
• Der Radius R der Umlaufbewegung ist durch die Gestalt der beiden Spiralelemente so bestimmt, daß das bewegbare Spiralelement so angeordnet ist, daß die Zentren der beiden Spiralelemente um exakt diesen Radius R voneinander beabstandet sind.
• Das heißt, infolge der Drehung der Welle 100 führt das bewegbare Spiralelement 200 eine Umlaufbewegung mit dem Radius R zur Buchse 101 durch. Demzufolge bewegen sich die zwischen den beiden Spiralelementen gebildeten Berührungslinien in Richtung auf das Zentrum entlang der Gestalt der Spiralkörper, und bewegen sich die hermetisch abgedichteten Raume in Richtung auf das Zentrum, wobei ihr Volumen verkleinert wird. Das Kühlmittel wird auf diese Weise komprimiert. Des weiteren ist am Zentrum des feststehenden Spiralelements 301 ein Abgabeanschluß 303 zum Abgeben des so komprimierten Kühlmittelgases in die Hochdruckkammer 501 ausgebildet. Weiter sind ein Abgabeventil 504 zur Verhinderung des Zurückströmens des abgegebenen Kühlmittelgases aus der Hochdruckkammer 501 zu dem hermetisch abgedichteten Raum der Spiralkörper und ein Anschlag 505 zur Begrenzung der Größe der Abhebung des Abgabeventils vorgesehen.
• Als nächstes folgt eine Erläuterung der Antriebskurbel-Einrichtung des bewegbaren Spiralelements unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Fig. 2 zeigt die Konfiguration der Antriebskurbel-Einrichtung. An der Stirnfläche der Welle 100 ist einstückig ein Antriebsvorsprung 100a ausgebildet, wobei mindestens eine ebene Fläche vorgesehen ist. Der Antriebsvorsprung 100a besitzt seinerseits mindestens eine ebene Fläche. Bei diesem Beispiel ist gemäß Darstellung in Fig. 2 und 3 ein Keil mit zwei ebenen Flächen ausgebildet. Die wichtige ebene Fläche ist die ebene Fläche 100d in Drehrichtung der Welle gemäß Fig. 3. Die Antriebskraft wird an die Buchse 101 mittels der ebenen Fläche übertragen. Des weiteren kann sich die Buchse 101 in gleitender Berührung mit der ebenen Fläche 100d bewegen. Dies wird weiter ins Detail gehend unter Bezugnahme auf Fig. 8 erläutert.
• Wenn sich die Welle 100 in der Richtung 100c dreht, dreht sich zugleich der Antriebsvorsprung 100a. Hierbei dreht sich die Buchse 101, die mit dem Vorsprung in Eingriff steht, infolge der ebenen Fläche 100d des Vorsprungs, die gegen die ebene Fläche 101d der Nut 101a der Buchse anliegt.
• Infolge der Drehung der Buchse 101 läuft das bewegbare Spiralelement 200 um, und komprimiert es das Kühlmittel. Die Kompressions-Reaktionskraft F, die sich hieraus ergibt, wirkt an der Buchse 101. Demzufolge wird wegen der Reaktionskraft F die ebene Fläche 101d der Nut der Buchse fest gegen die ebene Fläche 100d des Antriebsvorsprungs der Welle gedrückt, um die Dichtigkeit bzw. Genauigkeit der Berührung zu vergrößern, und bewegt sich die Buchse 101 entlang der ebenen Fläche 100d. Entsprechend ist ein Spielraum zwischen der ebenen Fläche 100h an der der Anlagefläche 100d des Vorsprungs 100a gegenüberliegenden Seite ausgebildet, d.h. an der ebenen Fläche 100h an der der Wellendrehrichtung 100c gegenüberliegenden Seite, und der Fläche der Nut 101a der Buchse. Soweit die Bewegung der Buchse nicht behindert ist, können entsprechend die gegenüberliegende Seitenfläche 100h und die zugewandte Fläche 101h der Nut 101a der Buchse Bögen oder anderweitige freie Kurven sein (s. Fig. 11). Bei diesem Beispiel sind die ebenen Flächen so ausgebildet, daß sich ein Spielraum zwischen den Flächen mit der Aufgabe der Begrenzung einer anormalen Neigung der Buchse 101 ergibt.
• Die ebene Fläche 100d des Antriebsvorsprungs 101a ist so ausgebildet, daß sie um einen bestimmten Winkel Θ gegenüber der durch das Zentrum der Welle in einer der Drehrichtung entgegengesetzten Richtung gemäß Darstellung in Fig. 3 und 6 verschoben ist. Bei diesem Beispiel mißt der Winkel Θ etwa 30º. Andererseits besitzt gemäß Darstellung in Fig. 6 die Buchse 101 eine in ihr ausgebildete Nut 101a, in die der Antriebsvorsprung 101a eingesetzt ist, und die die Antriebskraft desselben aufnimmt. Die Nut 101a ist so angeordnet, daß die Abmessung der Nut in Langsrichtung bei dieser Ausführungsform größer ist als diejenige des Antriebsvorsprungs 100a. Bei diesem Beispiel ist sie um etwa 1 mm länger ausgebildet. Des weiteren ist die Breitenabmessung der Nut um zehn Mikron größer als die Breitenabmessung des Antriebsvorsprungs eingestellt, so daß die Buchse 101 in Längsrichtung leicht gleiten kann, während sie mit dem Antriebsvorsprung 100a in Berührung steht. Des weiteren sind zur Gewährleistung einer leichten Gleitbewegung die ebenen Flächen des Antriebsvorsprungs 100a und der Nut 101a poliert, um die Flächenrauigkeit auf einige Mikron herabzusetzen. Auch ist die Buchse 101 einstückig mit einem Ausgleichsgewicht 102 ausgestattet, um so die Zentrifugalkraft infolge der Umlaufbewegung des bewegbaren Spiralelements 200 auszugleichen.
• Es folgt jetzt eine Erläuterung der Anordnungsbeziehung und Wirkung der Welle, des Antriebsvorsprungs 100a, der Buchse 101 und der Nut 101a unter Bezugnahme auf Fig. 6 bis Fig. 9.
• Fig. 6 zeigt die relative Anordnungsbeziehung zwischen der Welle 100 und der Buchse 101, wenn alle Bestandteile zusammengebaut sind und der Kompressor fertiggestellt ist. Der Abstand zwischen dem Zentrum 100b der Welle und dem Zentrum 101b der Buchse ist RI, der etwa gleich dem obengenannten Umlaufradius R ist. Die ebene Fläche 100d des Antriebsvorsprungs ist um einen bestimmten Winkel Θ gegendber der durch das Zentrum 100b der Welle und das Zentrum 101b der Buchse in einer zur Drehrichtung 100c der Welle 100 entgegengesetzten Richtung laufenden Linie geneigt. Wenn sich die Welle 100 in der durch 100c dargestellten Richtung in diesem Zustand dreht, beginnt die Buchse 101, sich in der gleichen Weise in der Richtung 100c bedingt durch die ebene Fläche 100d des Antriebsvorsprungs zu drehen. Jetzt steht die Buchse 101 mit dem bewegbaren Spiralelement 200 über die Lager usw. in Eingriff, so daß infolge der Drehung der Buchse 101 das bewegbare Spiralelement 200 eine Umlaufbewegung ausführt und mit dem Komprimieren des Kühlmittels oder eines anderweitigen Fluids beginnt. Zu diesem Zeitpunkt wirkt eine Kompressions- Reaktionskraft am bewegbaren Spiralelement 200. Demzufolge wirkt die als F in Fig. 6 dargestellte Kompressions-Reaktionskraft am Zentrum 101b der Buchse. Diese Reaktionskraft F wird durch die ebene Fläche 100d des Antriebsvorsprungs über die Nut 101a abgestützt, jedoch ist, wie oben bereits angegeben ist, der Antriebsvorsprung 100a unter einem Winkel Θ geneigt angeordnet, so daß eine Kraftkomponente F sinΘ der Kompressions-Reaktionskraft, die die Buchse 101 entlang des Antriebsvorsprungs 100a nach oben drückt, geschaffen ist. Infolge dieser Kraftkomponente F sinΘ ist die Buchse 101, d.h. das bewegbare Spiralelement 200, versucht bzw. bestrebt, sich mit einem Radius größer als der Anfangsumlaufradius RI zu drehen. Infolgedessen wird selbst bei einem gewissen Fehler der Gestalten der Spiralkörper des bewegbaren Spiralelements 200 und des feststehenden Spiralelements 301 der Umlaufradius automatisch größer, bis der Spiralkörper des bewegbaren Spiralelements gegen den Spiralkörper des feststehenden Spiralelements zur Anlage kommt und hierdurch eine Umlaufbewegung durchgeführt wird. Daher ist es möglich, die Berührungslinien zwischen den Spiralelementen 200 und 301 zuverlässig auszubilden. Der hermetische Abdichtungsgrad des hermetisch abgedichteten Raumes wird größer, und dies trägt zur Verbesserung der Leistung des Kompressors bei.
• Fig. 9 ist eine Ansicht, die die relative Lagebewegung der Buchse 101, die durch die Kraftkomponente F sinΘ verursacht wird, erläutert, während Fig. 10 die Vergrößerung des Umlaufradius infolge der Bewegung der Buchse zeigt. Des weiteren zeigt Fig. 11 eine der Fig. 9 entsprechende andere Ausführungsform. In diesen Figuren ist RI die Größe der Exzentrizität (anfänglicher Umlaufradius), RD der Umlaufradius nach der Bewegung der Buchse, 101' die endgültige Stellung der Buchse, 101" die anfängliche Stellung der Buchse, 101a' die endgültige Stellung der Nut, 101a" die anfängliche Stellung der Nut, 101b' die endgültige Stellung des Zentrums der Buchse und 101b" die anfängliche Stellung des Zentrums der Buchse.
• Als nächstes folgt eine Erläuterung der Arbeitsweise der Antriebskurbel-Einrichtung zur Zeit des Startens wiederum unter Bezugnahme auf Fig. 8.
• Bei der vorliegenden Erfindung läuft die ebene Fläche 100d des Antriebsvorsprungs oder ihre Verlängerungslinie durch die dem Zentrum 101b der Buchse gegenüberliegende Seite unter Kreuzung der Linie, die durch das Zentrum 100b der Welle und das Zentrum 101b der Buchse läuft, dies vom Zentrum 101b aus gesehen.
• Wenn der Kompressor gestartet wird und die Welle 100 beginnt, sich zu drehen, beginnt die ebene Fläche 100d des Antriebsvorsprungs sich in einer Richtung und mit einer Beschleunigung zu drehen, die den Vektor 100f rechtwinklig zum Liniensegment 100e vom Zentrum 100b der Welle aus liefert. Hierbei wirkt unter Beachtung des Schwerpunktzentrums 101c des bewegbaren Spiralelements 200 und der Buchse 101 die Trägheitskraft in der Richtung des Vektors 101f, der eine Richtung exakt der Beschleunigung 100f der ebenen Fläche 100d des Antriebsvorsprungs entgegengesetzt aufweist. In Fig. 8 besitzt der Vektor 101f eine nach unten gerichtete Komponente 101d entlang der ebenen Anlagefläche 100d des Antriebsvorsprungs 100a, so daß sich infolge der Kraft big die Buchse 101 entlang der ebenen Fläche 100d des Antriebsvorsprungs nach unten bewegt. Das heißt, sie bewegt sich in einer Richtung, bei der der Abstand zwischen dem Zentrum 101b der Buchse und dem Zentrum 101b der Welle (Umlaufradius) kleiner wird. Um dem Vektor 101f eine Komponente 101g zu geben, die die Buchse 101 in der Richtung bewegt, die den Drehradius kleiner macht, ist es, wie bei der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, wesentlich, daß die planare Fläche 101d des Antriebsvorsprungs oder die Verlängerungslinie derselben durch die dem Zentrum 101b der Buchse gegenüberliegende Linie quer zu der Linie läuft, die durch das Zentrum 100b der Welle und das Zentrum 101b der Buchse läuft, dies vom Zentrum 100b aus gesehen.
• Bei Verwendung dieser Konfiguration ist es zum Zeitpunkt des Startens des Kompressors möglich, die Buchse in der Richtung zu bewegen, bei der der Umlauf radius infolge der Trägheitskraft des bewegbaren Spiralelements 200 und der Buchse kleiner wird. Daher ist es möglich, Spielräume an den Berührungslinien der Seitenwände der beiden Spiralelemente 200 und 301 auszubilden, und ist es möglich, die Last zur Zeit des Starts zu reduzieren. Wenn eine Flüssigkeitskomprimierung zum Zeitpunkt des Starts auftritt, ist es insbesondere möglich, das Fluid aus den Spielräumen austreten zu lassen und damit das Auftreten eines anormal hohen Drucks oder eines anormal großen Drehmoments zu verhindern und damit vorab eine Beschädigung oder ein Festklemmen der Spiraiwände, eine Beschädigung des Abgabeventils, ein Ausglühen der Reibfläche der Solenoidkupplung etc. zu verhindern. Entsprechend ist es möglich, die Notwendigkeit eines besonderen Entlastungsventils zur Verhinderung einer Flüssigkeitskomprimierung zu überwinden. Sogar im stetigen Startzustand ist es infolge des durch die obenangegebene Wirkung ausgebildeten Spielraums möglich, den hermetischen Abdichtungsgrad des hermetisch abgeschlossenen Raums, der durch die beiden Spiralelemente 200 und 301 umschlossen ist, absinken zu lassen und die Komprimierung langsam ansteigen zu lassen, das heißt, das Drehmoment langsam ansteigen zu lassen. Dies macht es möglich, einen steilen Anstieg der Last am Fahrzeugmotor zu vermeiden und Vibrationen und Stöße, die den Fahrgästen ein unangenehmes Gefühl vermitteln, zu verhindern.
• Selbstverständlich wird infolge der Kompressions-Reaktionskraft F, die nach dem Start allmählich zunimmt, und infolge des Neigungswinkels Θ der ebenen Fläche 100d des Antriebsvorsprungs der Drehradius größer, wird der Spielraum an den Berührungslinien der Seitenwände der beiden Spiralelemente verkleinert, und wird ein normaler Betriebszustand mit guter hermetischer Abdichtung verschoben. Alle diese Probleme treten in der ersten bis zweiten Sekunde nach dem Start auf und wurden als durch ein Starten beginnend mit einer Bewegung mit einem kleinen Umlaufradius unmittelbar nach dem Start zu lösen erkannt. Die Erfinder haben dies untersucht und festge stellt, daß die Zeit, die dafür benötigt wird, daß der Umlaufradius kleiner wird und daß der Abdichtungsgrad des hermetisch abgedichteten Raums größer wird, gerade 1/4 einer Wellenuindrehung (weniger als 15 msec) nach dem Start bei einem herkömmlichen Kompressor ausmacht, jedoch auf etwa zwei Wellenumdrehungen (etwa 0,1 sec) im stetigen Startzustand und etwa vier Wellenumdrehungen (etwa 0,2 sec.) beim Start mit einer Flüssigkeitskomprimierung bei der vorliegenden Erfindung verlängert wird. Es hat sich bestätigt, daß die Ausgangszielsetzungen in zufriedenstellender Weise durch diese Zeitverlängerung erreicht werden können.
• Des weiteren bestimmt der Neigungswinkel Θ, wie oben angegeben, die Kraft F tanΘ, die das bewegbare Spiralelement 200 gegen das feststehende Spiralelement 301 drückt. Es wurde erkannt, daß es zur Gewährleistung eines hermetischen Abdichtungsgrades unter einer großen Bandbreite der Verwendungsbedingungen und zur Verhinderung eines Anstiegs des Energieverbrauchs, eines Brechens der Spiralwand etc., die durch eine übermäßige Drückkraft verursacht werden, ausreicht, den Winkel Θ auf 20ºbis 30º einzustellen.
• Der Bewegungsbereich der Buchse 101 ist durch die Stirnflächen des Antriebsvorsprungs 101d begrenzt.
• Des weiteren wird eine gleiche bzw. ähnliche Wirkung sogar dann erreicht, wenn ein Sicherungsbügel bzw. ein Sicherungsring oder ein anderweitiges Erfassungsmittel oder ein Neigungsverhinderungsmittel für die Buchse 101 am vorderen Ende des Antriebsvorsprungs hinzugefügt wird.
• Bei der obigen Ausführungsform ist zwar die Welle 100 mit dem Vorsprung 101a und die Buchse mit der Nut 101a ausgestattet worden; jedoch können der Vorsprung 100a und die Nut 101a auch in entgegengesetzter Stellung angeordnet sein, d.h. selbst dann, wenn die Welle 100 mit der Nut 101a und die Buchse 101 mit dem Vorsprung 100a ausgestattet ist, kann eine ähnliche Arbeitsweise und Wirkung sogar dann erreicht werden, wenn die Lagebeziehung der Anlageflächen 100d und 101d gleich derjenigen von Fig. 1 ist.

Claims (6)

1. Spiralkompressor umfassend:

ein feststehendes Spiralelement (301) mit einer Stirnplatte und einem an der Stirnplatte ausgebildeten Spiralkörper,

ein bewegbares Spiralelement (200) mit einer Stirnplatte und einem an der Stirnplatte ausgebildeten Spiralkörper und so angebracht, daß er mit dem feststehenden Spiralelement (301) aus seinem Zentrum verschoben in Eingriff steht,

eine Welle (100), die seine Drehung zum Drehen aufnimmt,

eine Buchse (101), die exzentrisch zum Drehzentrum (100b) der Welle (100) angeordnet ist und dem bewegbaren Spiralelement (200) eine Umlaufbewegung verleiht, und

eine Drehverhinderungseinrichtung (600), die nur einen Umlauf des bewegbaren Spiralelements (200) gestattet und eine freie Drehung unterbindet,

wobei die Umlaufbewegung des bewegbaren Spiralelements (200) zur Bewegung des Spiralkörpers in der zentralen Richtung verwendet wird, wobei die hermetisch abgeschlossenen Räume zwischen dem bewegbaren Spiralelement (200) und dem feststehenden Spiralelement (301) im Volumen und damit zur Komprimierung des Fluids innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Räume verkleinert werden,

wobei an der Stirnplatte des bewegbaren Spiralelements (200) ein Bereich zum Eingriff mit der Buchse (101) ausgebildet ist, um die Drehung der Buchse (101) zu gestatten und gleichzeitig eine Umlaufantriebskraft aufzunehmen, wobei entweder die Welle (100) oder die Buchse (101) mit einem Vorsprung (100a) mit mindestens einer Anlagefläche (100d) ausgestattet ist,

wobei das jeweils andere Teil von Welle (100) und Buchse (101) mit einer Nut (101a) mit einer Anlagefläche (101d) ausgestattet ist, die mit der Anlagefläche (100d) des Vorsprungs (100a) in flächige Berührung kommen kann,

wobei die Nut (101a) mit dem Vorsprung (100a) so in Eingriff steht, daß sich die Buchse (101) entlang der Anlagef läche (101d) der Nut (101a) bewegen kann,

wobei die Anlagefläche (100d, 101d) so eingestellt ist, daß sie zu einer durch das Zentrum (101b) der Buchse (101) und durch das Zentrum (100b) der Welle (100) hindurchgehenden Linie entgegen der Drehrichtung der Welle (100) geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (100d, 101d) oder die Verlängerungslinie derselben durch die Seite hindurchläuft, die der Seite gegenüberliegt, in der sich das Zentrum (101b) der Buchse (101) befindet, dies gesehen vom Zentrum (100b) der Welle (100) aus.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 11 wobei die Nut (101a) und der Vorsprung (100a) mit zwei parallelen Flächen (100d, 101h, 101d, 101h) ausgestattet sind.

Spiralkompressor nach Anspruch 1, wobei der Vorsprung (100a) an der Stirnfläche der Welle (100) vorgesehen ist und die Nut (101a) an der Stirnfläche der Buchse (101) ausgebildet ist.

4. Spiralkompressor nach Anspruch 1, wobei der Vorsprung (100a) an der Stirnfläche der Buchse (101) vorgesehen ist und die Nut (101a) an der Stirnfläche der Welle (100) ausgebildet ist.

5. Spiralkompressor nach Anspruch 1, wobei die Neigung der Anlagefläche (100d) des Vorsprungs (100a) und der Nut (101a) im Bereich von 200 bis 300 zu einer durch das Zentrum (100b) der Welle (100) gehenden Linie liegt.

6. Spiralkompressor nach Anspruch 2, wobei Vorsprung (101a) exzentrisch zum Zentrum (100b) der Welle (100) vorgesehen ist.