HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
Gebiet der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Spiral-
Mittelabschnittsprofil einer Spiralfluidmaschine, die auch
auf eine Spiral-Expansionsvorrichtung anwendbar ist.
Beschreibung des Standes der Technik:
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Ein spiralförmig verlaufendes Mittelabschnittsprofil,
beispielsweise eines Kompressors vom Spiraltyp, ist
verschiedentlich offenbart worden, da es eine wichtige
Auswirkung auf die Zuverlässigkeit und Leistung der Spirale
hat. Ein Beispiel einer in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Nr. Sho. 59(1984)-58187, gemäß der der
Oberbegriff von Anspruch 1 abgefaßt ist, offenbarten Spirale,
verwendet gemäß Fig. 8 ein sogenanntes
Kompletteingriffsprofil, das oft aus Gründen der Leistung verwendet
wird, d. h. 1 während eine Schwenkspirale daran gehindert wird,
Drehbewegungen auszuführen, macht sie Dreh-/Schwenk-
Bewegungen um eine stationäre Spirale in der Reihenfolge (a),
(b), (c) und (d), wobei das Volumen einer am zentralen
Endabschnitt beider Umhüllungen ausgebildeten
Kompressionskammer schließlich Null wird, wie Fig. 8(d)
zeigt.
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Bei diesem Typ von Spiralprofil kommt es jedoch zu einer
Maximalbelastung am zentralen Endabschnitt der
Spiralumhüllung, was oft zu Brüchen führt. Um dieses Problem
zu beseitigen und die Zuverlässigkeit sicherzustellen, sind
verschiedene Einrichtungen offenbart, um die erzeugte
Maximalbelastung zu reduzieren und die Zeitfestigkeit des
Materials zu erhöhen.
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Als Mittel bzw. Einrichtung zur Verringerung der
erzeugten Maximalbelastung ist eine solche Einrichtung zur
Verschiebung des Verbindungspunkts einer Kurve zur Bildung
eines Profils des zentralen Endabschnitts und einer
evolventen Kurve der Außenseite desselben in Richtung eines
größeren Evolventenwinkels gemäß der in Fig. 9 dargestellten,
offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 6(1994)-
66273 offenbart, bei der entweder die Dreh-/Kreiselspirale
oder die stationäre Spirale, die eine größere Stärke
erfordern, dicker und die andere dünner gestaltet wird, usw.
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In der offengelegten japanischen
Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Sho 61(1986)-171801, wie sie in
einer Schnittansicht eines Eingriffsabschnitts der
Spiralumhüllungen von Fig. 10 gezeigt ist, ist eine
Einrichtung offenbart, um ein Querschnittsprofil der
Umhüllung in einer Trapezform herzustellen, das wegen der
Schwierigkeit in der maschinellen Bearbeitung nicht
tatsächlich verwendet wird.
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Ferner ist als Einrichtung zur Erhöhung der Material-
Zeitfestigkeit eine Einrichtung des veröffentlichten
japanischen Gebrauchsmusters Nr. Hei 1(1989)-28315
(offengelegte Nr. Sho 59(1984)-58791) offenbart, bei der eine
Rippe an einem Fußabschnitt der Umhüllung gemäß Fig. 11
vorgesehen ist, bei dieser Art von Aufbau kann jedoch die am
Umhüllungsfußabschnitt vorgesehene Rippe keine Druck-
Trennwand sein, d. h., es kann dadurch kein komplettes
Eingriffsprofil konstruiert werden, wobei sich Probleme
ergeben, daß die Effizienz der Kompression aufgrund der
Erhöhung der Gegendruckkraft etc. vermindert wird.
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Fig. 12 ist eine Schnittansicht des Mittelabschnitts
einer Spiralumhüllung eines Spiralkompressors nach dem Stand
der Technik. Als zentralen Mittelabschnitt eines
Spiralkompressors gibt es viele Fälle, in denen ein
komplettes Eingriffsprofil unter Anwendung einer Bogen- oder
einer Sinusfunktion angewandt wird, und Fig. 12 zeigt ein
solches komplettes Eingriffsprofil. In Fig. 12 bezeichnet
Bezugsziffer 10 einen Basiskreis, Bezugsziffer 30 bezeichnet
eine dorsale Evolventenkurve, Bezugsziffer 31 bezeichnet eine
ventrale Evolventenkurve, Bezugsziffer 27 bezeichnet einen
dorsalen Evolventen-Verbindungspunkt, Bezugsziffer 28
bezeichnet einen ventralen Evolventen-Verbindungspunkt,
Bezugsziffer 47 bezeichnet einen dorsalen Evolventen-
Kontaktwinkel und Bezugsziffer 48 bezeichnet einen ventralen
Evolventen-Kontaktwinkel.
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In dem kompletten Eingriffsprofil sind der Kontaktwinkel
47 der dorsalen Evolventenkurve und die zentrale
Endabschnittskurve sowie der Kontaktwinkel 48 der ventralen
Evolventenkurve und die zentrale Endabschnittskurve gleich
und es kommt entsprechend der Genauigkeit des Zusammenbaus
oder der maschinellen Bearbeitung zu einem Entweichen von Gas
aus einer zentralen Kompressionskammer entweder in eine
dorsale Kompressionskammer oder in eine ventrale
Kompressionskammer. In diesem Fall kommt es gemäß der
Richtung, in welche das Entweichen (von Gas) vor sich geht,
zu uneinheitlicher Leistung oder zu uneinheitlicher
Geräuschentwicklung.
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Um diese Uneinheitlichkeit zu beseitigen gibt es
verschiedene Konzepte, die Richtung des Entweichens von Gas
konstant zu gestalten, indem ein Abschnitt des kompletten
Eingriffprofils ausgeschnitten wird. Diese Konzepte dienen
jedoch nur dem Zweck, den Winkel des Punkts, an dem der
Eingriff in Richtung auf einen kleineren Winkel als der
Kontaktwinkel hin gelöst wird, leicht zu verschieben, wobei
eine zuverlässige Steuerung des Leck-Timings nicht
sichergestellt werden kann.
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Fig. 13 ist eine Draufsicht auf einen Zentralabschnitt
eines weiteren Beispiels einer Spiralumhüllung eines
Spiralkompressors nach dem Stand der Technik, wobei Fig.
13(a) eine Draufsicht auf eine stationäre Spirale und Fig.
13(b) eine Draufsicht auf eine Dreh-/Kreiselspirale ist.
Dabei ist ein Konzept zur Lösung des obengenannten Problems
dargestellt. Die Bezugsziffern 17, 27 bezeichnen jeweils
einen dorsalen Evolventen-Verbindungspunkt der stationären
Spirale und der Dreh-/Kreiselspirale, und die Bezugsziffern
18, 28 bezeichnen jeweils einen ventralen Evolventen-
Verbindungspunkt der stationären Spirale und der Dreh-
/Kreiselspirale. In diesem Beispiel ist der Kontaktwinkel 47
der dorsalen Evolventenkurve und der Zentralabschnittskurve
und der Kontaktwinkel 48 der ventralen Evolventenkurve und
der Zentralabschnittskurve zueinander unterschiedlich.
Während eine Steuerung bzw. Regelung des Leck-Timings durch
dieses Profil sichergestellt werden kann, wird bei der
Spirale mit dem Verbindungspunkt 27 eines kleineren
Kontaktwinkels eine große Belastung auf den zentralen
Endabschnitt der Spiralumhüllung ausgeübt. Um ein
zuverlässiges Profil herzustellen, besteht somit die
Erfordernis, eine Gestaltung so vorzunehmen, daß der Spirale
mit dem Verbindungspunkt 27 eines kleineren Kontaktwinkels
ausreichend Stärke verliehen wird. Nichtsdestoweniger kommt
es im Fall einer solchen Gestaltung zu dem Mangel, daß das
Fördervolumen des Kompressors oder die Effizienz geringer
werden, weil das Kompressionsverhältnis kleiner wird.
ABRISS DER ERFINDUNG:
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Zur Lösung der obengenannten Probleme im Stand der
Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
hochleistungsfähige Spiralfluidmaschine bereitzustellen, bei
der die maschinelle Bearbeitung erleichtert wird, die Stärke
des zentralen Endabschnitts der Spiralumhüllung groß ist, das
Volumen der innersten Kompressionskammer Null wird und die
Kompressionsleistung dennoch nicht geringer wird, und ferner
ein Profil bereitzustellen, durch das die Regelung des Leck-
Timings sicher vonstatten gehen kann.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe bezieht sich die
vorliegende Erfindung auf eine Spiralfluidmaschine mit
folgenden Merkmalen:
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(1) Spiralfluidmaschine, in der eine stationäre Spirale
und eine Dreh-/Kreiselspirale, die jeweils aus einer
Endplatte bestehen, an der eine Spiralumhüllung stehend
vorgesehen ist, miteinander exzentrisch und mit
Phasenverschiebung in Eingriff gebracht sind, so daß ein
ventral geschlossener Raum und ein dorsal geschlossener Raum
definiert sind, wobei die Dreh-/Kreiselspirale Kreisel-
Drehbewegungen ausführt, während sie daran gehindert wird,
Rotationsbewegungen auszuführen, wodurch von einer
Ansaugöffnung in den ventral geschlossenen Raum und den
dorsal geschlossenen Raum eingebrachtes Gas komprimiert oder
expandiert und über eine Auslaßöffnung abgeführt wird, wobei
ein Merkmal darin besteht, daß ein Querschnittprofil eines
mittleren Endabschnitts der Spiralumhüllung jeder Spirale zu
einer stufenartigen Form mit mindestens zwei Stufen
ausgebildet ist, ein Profil des mittleren Endabschnitts der
Spiralumhüllung jeder Stufe ein vollständiges Eingriffsprofil
darstellt, in dem ein Volumen des innersten geschlossenen
Raums, der durch Kombinieren des ventral geschlossenen Raums
und des dorsal geschlossenen Raums im Eingriffszustand beider
Spiralen gebildet ist, im wesentlichen Null wird, und eine
Dicke des stufenartigen Abschnitts der Spiralumhüllung an der
oberen, aus der Endplatte austretenden Stufe dünner bzw.
kleiner wird.
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(2) Bei der unter (1) oben beschriebenen
Spiralfluidmaschine besteht ein weiteres Merkmal darin, daß
die Spiralumhüllung in Abwicklungskurven bzw.
Evolventenkurven ausgebildet ist, die mittlere
Endabschnittsseite der durch die Evolventenwinkel bestimmten
Evolventen-Ausgangspunkte verbindungsmäßig durch mindestens
zwei Kurven gebildet ist und das Querschnittsprofil der
mittleren Endabschnittseite zwischen den Evolventen-
Ausgangspunkten in der stufenartigen Form ausgebildet ist.
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(3) In der oben unter (1) beschriebenen
Spiralfluidmaschine besteht ein noch anderes Merkmal darin,
daß die Spiralfluidmaschine ein Kompressor bzw. Verdichter
ist, in den Gas von der Ansaugöffnung dann aufgenommen wird,
wenn sich der ventral geschlossene Raum und der dorsal
geschlossene Raum in ihrer äußersten Position befinden, und
ein Volumen der Räume verringert wird, wenn sich der ventral
geschlossene Raum und der dorsal geschlossene Raum zum
mittleren Abschnitt hin bewegen und komprimiertes Gas von der
am mittleren Abschnitt der Endplatte der stationären Spirale
vorgesehenen Auslaßöffnung ausgetragen wird.
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(4) Bei einer Spiralfluidmaschine, in der eine
stationäre Spirale und eine Dreh-/Kreiselspirale, die jeweils
aus einer Endplatte bestehen, an der eine Spiralumhüllung
stehend vorgesehen ist, miteinander exzentrisch und mit
Phasenverschiebung in Eingriff gebracht sind, so daß ein
ventral geschlossener Raum und ein dorsal geschlossener Raum
definiert sind, wobei die Dreh-/Kreiselspirale Kreisel-
Drehbewegungen ausführt, während sie daran gehindert wird,
Rotationsbewegungen auszuführen, wodurch von einer
Ansaugöffnung in den ventral geschlossenen Raum und den
dorsal geschlossenen Raum eingebrachtes Gas komprimiert oder
expandiert und über eine Auslaßöffnung abgeführt wird, wobei
ein Merkmal darin besteht, daß ein Querschnittsprofil eines
mittleren Endabschnitts der Spiralumhüllung ihrer Spirale zu
einer stufenartigen Form mit mindestens zwei Stufen
ausgebildet ist, ein Profil des mittleren Endabschnitts der
Spiralumhüllung jeder Stufe ein vollständiges Eingriffsprofil
darstellt, in dem ein Volumen des innersten geschlossenen
Raums, der durch Kombinieren des ventral geschlossenen Raums
und des dorsal geschlossenen Raums im Eingriffszustand beider
Spiralen gebildet ist, im wesentlichen Null wird, und ein
Profil mindestens einer Stufe der mindestens zwei Stufen in
einer Form ausgebildet ist, in der sich ein Kontaktwinkel
einer dorsalen Evolventenkurve und einer
Mittelabschnittskurve sowie ein Kontaktwinkel einer ventralen
Evolventenkurve und einer Mittelabschnittskurve voneinander
unterscheiden.
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(5) In der oben unter (4) beschriebenen
Spiralfluidmaschine besteht ein weiteres Merkmal darin, daß
in bezug auf sowohl die stationäre Spirale als auch die Dreh-
/Kreiselspirale der Kontaktwinkel der dorsalen
Evolventenkurve und der Mittelabschnittskurve an der
untersten Stufe, die am nächsten zu der Endplatte liegt, an
der die Spiralumhüllung stehend vorgesehen ist, am kleinsten
und an der oberen, aus der Endplatte austretenden Stufe
größer gestaltet ist, und andererseits der Kontaktwinkel der
ventralen Evolventenkurve und der Mittelabschnittskurve an
der untersten Stufe am größten und an der oberen Stufe
kleiner gestaltet ist.
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(6) In der oben unter (5) beschriebenen
Spiralfluidmaschine besteht ein weiteres Merkmal darin, daß
der kleinste Wert des Kontaktwinkels der dorsalen
Evolventenkurve und der Mittelabschnittskurve der
Spiralumhüllung der Dreh-/Kreiselspirale kleiner als der
kleinste Wert des Kontaktwinkels der dorsalen Evolventenkurve
und der Mittelabschnittskurve der Spiralumhüllung der
stationären Spirale gestaltet ist.
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(7) In der oben unter (6) beschriebenen
Spiralfluidmaschine besteht ein noch anderes Merkmal darin,
daß in bezug auf die Dreh-/Kreiselspirale nur das Profil der
untersten Stufe, an der der Kontaktwinkel der dorsalen
Evolventenkurve und der Mittelabschnittskurve am kleinsten
ist, nicht das gesamte Eingriffsprofil ist, sondern ein
Profil, bei dem der Eingriff an einem Verbindungspunkt gelöst
ist, so daß Gas zu einer an der Außenumfangsseite
angrenzenden Kompressionskammer gelangen kann, und daß in
bezug auf die stationäre Spirale nur das Profil der obersten
Stufe, an der der Kontaktwinkel der dorsalen Evolventenkurve
und der Mittelabschnittskurve am größten ist, nicht das
gesamte Eingriffsprofil ist, sondern ein Profil, bei dem der
Eingriff an einem Verbindungspunkt gelöst ist, so daß Gas zu
einer an die Außenumfangsseite angrenzenden
Kompressionskammer gelangen kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
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In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht zur Darstellung
eines Zentralabschnitts einer stationären
Spiralumhüllung einer ersten bevorzugten
Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
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Fig. 2 eine Draufsicht auf die stationäre Spiralumhüllung
von Fig. 1,
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Fig. 3 eine Ansicht zur Erläuterung der Veränderungen des
Eingriffszustands der stationären Spirale von Fig.
1 und seiner gegenüberliegenden Dreh-
/Kreiselspirale,
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Fig. 4 eine Draufsicht zur Darstellung eines
Zentralabschnitts einer stationären Spirale eines
zur ersten bevorzugten Ausführungsform
unterschiedlichen Profils,
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Fig. 5 eine Vergleichsansicht, wobei Fig. 5(a) eine
Schnittansicht einer Spiralumhüllung längs Linie V-
V von Fig. 4 und Fig. 5(b) eine Schnittansicht
einer Spiralumhüllung nach dem Stand der Technik
ist,
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Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Zentralabschnitt einer
Spiralumhüllung eines Spiralkompressors einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß der
vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 6(a) eine Teil-
Draufsicht auf eine stationäre Spirale und Fig.
6(b) auf eine Dreh-/Kreiselspirale ist,
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Fig. 7 eine perspektivische Teilansicht der
Spiralumhüllung von Fig. 6(a),
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Fig. 8 eine Ansicht zur Erläuterung der Dreh-
/Schwenkbewegungen ohne Umdrehungsbewegungen der
Dreh-/Kreiselspirale eines in der offengelegten
japanischen Patentanmeldung Nr. Sho 59(1984)-58187
offenbarten Kompressors vom Spiraltyp,
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Fig. 9 eine Ansicht zur Erläuterung der Dreh-
/Kreiselbewegungen ohne Umdrehungsbewegungen der
Dreh-/Kreiselspirale eines in der offengelegten
japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 6(1994)-66273
offenbarten Kompressors vom Spiraltyp,
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Fig. 10 Schnittansichten von in Eingriff befindlichen
Spiralen, die in der offengelegten japanischen
Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Sho 61(1986)-171801
offenbart sind,
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Fig. 11 perspektivische Ansichten zur Darstellung einer
Spirale, die in der japanischen
Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. Hei 1(1989)-
28315 (offengelegte Nr. Sho 59(1984)-58791)
offenbart ist,
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Fig. 12 eine Draufsicht auf einen Zentralabschnitt einer
Spiralumhüllung eines Spiralkompressors nach dem
Stand der Technik, und
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Fig. 13 eine Draufsicht auf einen Zentralabschnitt eines
weiteren Beispiels der Spiralumhüllung eines
Spiralkompressors nach dem Stand der Technik, wobei
Fig. 13(a) eine Teil-Draufsicht auf eine stationäre
Spirale und Fig. 13(b) eine Teil-Draufsicht auf
eine Dreh-/Kreiselspirale ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN:
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Fig. 1 ist eine perspektivische Teilansicht zur
Darstellung eines Zentralabschnitts einer stationären
Spiralumhüllung einer ersten bevorzugten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 ist eine Draufsicht
auf die stationäre Spiralwindung von Fig. 1, Fig. 3 ist eine
Ansicht zur Erläuterung der Veränderungen des
Eingriffszustands der stationären Spirale von Fig. 1 und
seiner gegenüberliegenden Dreh-/Kreiselspirale, Fig. 4 eine
Draufsicht auf einen Zentralabschnitt einer stationären
Spirale eines anderen Profils der ersten bevorzugten
Ausführungsform, und Fig. 5 eine Vergleichsansicht, wobei
Fig. 5(a) eine Schnittansicht einer Spiralumhüllung längs
Linie V-V von Fig. 4, und Fig. 5(b) eine Schnittansicht einer
Spiralumhüllung nach dem Stand der Technik ist.
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Der zentrale Endabschnitt der stationären
Spiralumhüllung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine
Form gemäß den Fig. 1 und 2 auf, wobei er im Schnitt
stufenförmig ist. Eine Dreh-/Kreiselspiralumhüllung hat
ebenfalls dieselbe Form, wobei Fig. 3 verschiedene
Eingriffszustände beider Spiralumhüllungen zeigt. In Fig. 3
bezeichnet Bezugsziffer 1 die stationäre Spirale,
Bezugsziffer 1A bezeichnet eine Umhüllung einer oberen Stufe
der stationären Spirale, Bezugsziffer 1B bezeichnet eine
Umhüllung der unteren Stufe der stationären Spirale,
Bezugsziffer 2 bezeichnet eine Drehkreiselspirale,
Bezugsziffer 2A bezeichnet eine Umhüllung einer oberen Stufe
der Drehkreiselspirale, Bezugsziffer 2B bezeichnet eine
Umhüllung einer unteren Stufe der Drehkreiselspirale und
Bezugsziffer 3 bezeichnet eine Kompressionskammer.
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Gemäß Fig. 3 stellen die stationäre Spirale 1 und die
Dreh-/Kreiselspirale 2, von denen jede ein oben erwähntes
zentrales Endabschnittsprofil aufweist, einen kompletten
Eingriff ineinander zwischen der Umhüllung der oberen Stufe
1A der stationären Spirale und der Umhüllung der unteren
Stufe 2B der Dreh-/Kreiselspirale und zwischen der Umhüllung
der unteren Stufe 1B der stationären Spirale und der
Umhüllung der oberen Stufe 2A der Dreh-/Kreiselspirale her,
und die Dreh-/Kreiselspirale 2 vollführt Dreh-
/Schwenkbewegungen, ohne Umdrehungsbewegungen um die
stationäre Spirale 1 zu machen, und zwar in der Reihenfolge
von Fig. 3(a), (b) und (c). Dabei wird das Volumen der
innersten Kompressionskammer 3 gemäß Fig. 3(b) nach Fig. 3(c)
gleich Null.
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Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines Spiralprofils, bei dem
sich die Umhüllung der oberen Stufe 1A und die Umhüllung der
unteren Stufe 1B der stationären Spirale von Fig. 2 in der
Dicke der Umhüllung voneinander extrem unterscheiden. Selbst
mit diesem Profil wird der vollständige Eingriff erzielt,
wobei anzumerken ist, daß dieses Profil eine extrem große
Gestaltungsfreiheit aufweist. Die Umhüllungen der erwähnten
bevorzugten Ausführungsformen weisen außerdem alle zwei
Stufen auf, aber die vorliegende Erfindung ist nicht hierauf
beschränkt, sondern umfaßt Fälle mit drei oder mehr Stufen.
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Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, gibt es ferner
keine Beschränkung dahingehend, daß die
Zentralabschnittsprofile der Drehkreiselspirale und der
stationären Spirale gleich sind, und es ist möglich, daß die
Umhüllung der unteren Stufe der Spirale, die Stärke
erfordert, dicker ist als die Umhüllung der unteren Stufe der
anderen Spirale.
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Das Merkmal der erwähnten bevorzugten Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, wie Fig. 5(a)
darstellt, daß zur Erhöhung der Stärke des Zentralabschnitts
der Spiralumhüllung, während die Dicke des oberen
Stufenabschnitts des zentralen Endabschnitts der Umhüllung
dünner als (t - δ) ist, die Dicke des Fußstufenabschnitts des
zentralen Endabschnitts der Umhüllung dicker als (t + δ)
gestaltet wird. Ferner wird, während die außenseitige Fläche
der Spiralumhüllung in einer Kurve ohne Stufe ausgebildet
wird, die innenseitige Fläche mit Stufen gestaltet, so daß
die Dicke vom Fußabschnitt zum Spitzenabschnitt stufenweise
verringert wird. Dadurch wird die maschinelle Bearbeitung
erleichtert, und es kann eine Umhüllung erhalten werden,
deren zentraler Endabschnitt stark genug ist.
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Übrigens ist gemäß Fig. 5(a), in der ein Biegungsmoment
M, ein Querschnittskoeffizient Z und eine Belastung σ ist,
die Belastung σ symbolisch durch σ = M/Z ausgedrückt. Das
heißt, falls die Dicke t größer gemacht wird, wird Z größer
und σ kleiner, wobei dies auf eine Spirale eines kompletten
Eingriffsprofils angewandt werden kann. Fig. 5(b) ist eine
Schnittansicht einer Umhüllung nach dem Stand der Technik.
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Gemäß den oben genannten bevorzugten Ausführungsformen
kann, da der Fußabschnitt der Spiralumhüllung dicker
ausgebildet werden kann, die Steifigkeit der Umhüllung größer
und die am zentralen Endabschnitt der Umhüllung erzeugte
Belastung niedriger gemacht werden. Da der betreffende
Stufeneingriffsabschnitt der stationären Spirale und der
Drehkreiselspirale in einer kompletten Eingriffsform
gestaltet wird, wird das Volumen der innersten
Kompressionskammer gleich Null, und ein Auftreten von
Leistungsverlust aufgrund von Wiederausdehnung kann
verhindert werden. Alle Stufen sind so gestaltet, daß die
Dicke schrittweise vom Fußabschnitt zum Spitzenabschnitt
reduziert wird, wodurch die maschinelle Bearbeitung durch die
herkömmlichen Werkzeugmaschinen leicht gemacht werden kann,
und Spiralen von hoher Leistung und hoher Stärke billig
bereitgestellt werden können.
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Fig. 6 ist eine Draufsicht auf einen Zentralabschnitt
einer Spiralumhüllung eines Spiralkompressors einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
wobei Fig. 6(a) eine Teil-Draufsicht auf eine stationäre
Spirale und Fig. 6(b) die auf eine Dreh-/Kreiselspirale ist.
Fig. 7 ist eine perspektivische Teilansicht der
Spiralumhüllung von Fig. 6(a). Der zentrale Endabschnitt
jeder Spiralumhüllung besteht aus zwei Stufen, jede mit einem
unterschiedlichen Profil. In Fig. 6 bezeichnet die
Bezugsziffer 10 einen Basiskreis, die Bezugsziffer 30
bezeichnet eine dorsale Evolventenkurve und die Bezugsziffer
31 bezeichnete eine ventrale Evolventenkurve. Diese sind
sowohl für die stationäre Spirale als auch für die Dreh-
/Kreiselspirale gleich.
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In Fig. 6(a) bezeichnen die Bezugsziffern 11 und 12 ein
Profil einer Mittelabschnittskurve einer unteren Stufe bzw.
einer oberen Stufe. Die Bezugsziffern 13, 14, 15 und 16
bezeichnen einen Evolventen-Verbindungspunkt einer dorsalen
Seite der unteren Stufe, eine dorsale Seite der oberen Stufe,
eine ventrale Seite der unteren Stufe bzw. eine ventrale
Seite der oberen Stufe. Die Bezugsziffern 53, 54, 55 und 56
bezeichnen einen Kontaktwinkel der Evolventenkurve und der
Mittelabschnittskurve der dorsalen Seite der unteren Stufe,
der dorsalen Seite der oberen Stufe, der ventralen Seite der
unteren Stufe bzw. der ventralen Seite der oberen Stufe. Alle
diese Elemente gehören einer stationären Spirale an.
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In Fig. 6(b) bezeichnen die Bezugsziffern 21 und 22 ein
Profil einer Mittelabschnittskurve einer unteren Stufe bzw.
einer oberen Stufe. Die Bezugsziffern 23, 24, 25 und 26
bezeichnen einen Evolventen-Verbindungspunkt einer dorsalen
Seite der unteren Stufe, einer dorsalen Seite der oberen
Stufe, einer ventralen Seite der unteren Stufe bzw. einer
ventralen Seite der oberen Stufe. Die Bezugsziffern 63, 64,
65 und 66 bezeichnen einen Kontaktwinkel der Evolventenkurve
und der Mittelabschnittskurve der dorsalen Seite der unteren
Stufe, der dorsalen Seite der oberen Stufe, der ventralen
Seite der unteren Stufe bzw. der ventralen Seite der oberen
Stufe. All diese Elemente gehören einer Dreh-/Kreiselspirale
an.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform werden bezüglich
des Profils der stationären Spirale von Fig. 6(a) die
Evolventen-Kontaktwinkel gemäß der nachstehenden Tabelle 1
ausgewählt:
(Tabelle 1) Evolventen-Kontaktwinkel im Profil der stationären Spirale
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Ferner werden bezüglich des Profils der Dreh-
/Kreiselspirale von Fig. 6(b) die Evolventen-Kontaktwinkel,
gemäß der nachstehenden Tabelle 2 ausgewählt:
(Tabelle 2) Evolventen-Kontaktwinkel im Profil der Dreh-/Kreiselspirale
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Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird unabhängig
von der Genauigkeit der maschinellen Bearbeitung oder des
Zusammenbaus eine sichere Regelung des Winkels und der
Richtung des Lecks bzw. des Entweichens möglich, da der
Kontaktwinkel mit der Evolventenkurve zwischen der dorsalen
Seite und der ventralen Seite unterschiedlich ist.
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Im allgemeinen wird unter Anwendung eines solchen
Aufbaus, daß der Mittelabschnitt der Spiralumhüllung mit
mindestens zwei Stufen ausgebildet ist, von denen jede ein
unterschiedliches Profil aufweist und in der Höhenrichtung
gelappt ist, das Profil der betreffenden Stufe und seiner
gegenüberliegenden Stufe im Eingriff der stationären Spirale
und der Dreh-/Kreiselspirale zu einem sogenannten kompletten
Eingriffsprofil gestaltet, bei dem das Kompressionsvolumen
schließlich gleich Null wird, wobei ein Profil von mindestens
einer Stufe aus den genannten Stufen zu einem Profil
ausgebildet ist, bei dem der Kontaktwinkel der dorsalen
Evolventenkurve und der Mittelabschnittskurve sowie der
Kontaktwinkel der ventralen Evolventenkurve und der
Mittelabschnittskurve sich von einander unterscheiden und die
Richtung und das Timing des Entweichens von Gas sicher
geregelt bzw. gesteuert werden kann.
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Ferner wird in der Spiralfluidmaschine durch die
Anwendung einer solchen Konstruktion, daß bezüglich der
stationären Spirale als auch der Drehkreiselspirale der
Kontaktwinkel der dorsalen Evolventenkurve und der
Mittelabschnittskurve an der untersten Stufe, die der
Endplatte am nächsten liegt, auf der die Spiralumhüllung
aufrecht vorgesehen ist, am kleinsten gestaltet wird, und an
der oberen Stufe beim Verlassen der Endplatte am größten
gestaltet wird, und andererseits der Kontaktwinkel der
ventralen Evolventenkurve und der Mittelabschnittskurve an
der untersten Stufe am größten und an der obersten Stufe
kleiner gestaltet wird, die Umhüllung auf der Stufe dicker,
die näher an der Endplatte liegt, so daß sich die Stärke
erhöht und Schneid- und Schleifarbeit ebenfalls erleichtert
werden.
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Darüber hinaus wird durch die Anwendung einer solchen
Konstruktion, daß der kleinste Wert des Kontaktwinkels der
dorsalen Evolventenkurve und der Mittelabschnittskurve der
Dreh-/Schwenkspiralenumhüllung kleiner als der kleinste Wert
des Kontaktwinkels der dorsalen Evolventenkurve und der
Mittelabschnittskurve der stationären Spiralenumhüllung
gestaltet wird, die Gasverbindung zwischen der
Kompressionskammer auf der dorsalen Seite und der
Kompressionskammer des Mittelabschnitts der stationären
Spirale eher hergestellt als die zwischen der
Kompressionskammer der ventralen Seite und
der
Kompressionskammer des Mittelabschnitts, womit ein
Leistungsverlust aufgrund der übermäßigen Kompression in der
Kompressionskammer der dorsalen Seite, zu dem es bisher
leicht kam, verringert werden kann.
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Außerdem kann durch die Anwendung einer solchen
Konstruktion, daß bezüglich der Dreh-/Kreiselspirale nur das
Profil der untersten Stufe, in dem der Kontaktwinkel der
dorsalen Evolventenkurve und der Mittelabschnittskurve nicht
das komplette Eingriffsprofil darstellt, sondern ein Profil,
bei dem der Eingriff am Verbindungspunkt gelöst ist, so daß
das Gas zur Kompressionskammer nächst der Außenumfangsseite
durchströmen kann und daß bezüglich der stationären Spirale
nur das Profil der obersten Stufe, in dem der Kontaktwinkel
der dorsalen Evolventenkurve und der Mittelabschnittskurve am
größten ist, nicht das komplette Eingriffsprofil darstellt,
sondern ein Profil, bei dem der Eingriff am Verbindungspunkt
gelöst ist, so daß das Gas zu der Kompressionskammer nächst
der Außenumfangsseite durchströmen kann, die Gasverbindung
sicher unter dem Winkel hergestellt werden kann, unter dem
eine Regelung stattzufinden hat.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird folgende Wirkung
erzielt:
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(1) Durch das Querschnittsprofil der in stufenartiger
Form mit mindestens zwei Stufen ausgebildeten Spiralumhüllung
können die Umhüllungsfußabschnitte sowohl der Dreh-
/Kreiselspirale als auch der stationären Spirale dicker
gestaltet werden, so daß die Steifigkeit der Umhüllung groß
wird und am mittleren Endabschnitt der Umhüllung weniger
Belastung erzeugt wird. Obwohl die Umhüllung an der Stelle
der Stufe, die von der Endplatte entfernt ist, dünn ist, und
die Belastungskonzentrationsstelle dieses Abschnitts der
Fußabschnitt davon ist, besteht kein wesentliches Stärke-
bzw. Festigkeitsproblem, da die Höhe der Umhüllung gering ist
und sich die Belastung im Verhältnis des Quadrats der
Umhüllungshöhe verringert. Außerdem kann dadurch, daß die
betreffende Stufe und ihre gegenüberliegende Stufe der beiden
Spiralumhüllungen in dem kompletten Eingriffsprofil
ausgebildet sind, die Kompression fortgesetzt werden, bis das
Volumen des Mittelabschnitts gleich Null wird, wodurch eine
Wiederausdehnung von Gas eliminiert und eine hohe Effizienz
erzielt wird.
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(2) Durch die Konstruktion, daß der Zentralabschnitt
der Spiralumhüllung in einer stufenartigen Form mit
mindestens zwei Stufen, von denen jede ein unterschiedliches
Profil aufweist, ausgebildet ist, wobei das Profil der
betreffenden Stufe und der gegenüberliegenden Stufe im
Eingriff der stationären Spirale und der Dreh-/Kreiselspirale
in einem sogenannten kompletten Eingriffsprofil stattfindet,
bei dem das Kompressionsvolumen schließlich gleich Null wird,
und ein Profil mindestens einer Stufe der genannten Stufen zu
einem Profil ausgebildet wird, bei dem der Kontaktwinkel der
dorsalen Evolventenkurve und der Mittelabschnittskurve sowie
der Kontaktwinkel der ventralen Evolventenkurve und der
Mittelabschnittskurve sich voneinander unterscheiden, wird
eine ausreichende Umhüllungsstärke bzw. -festigkeit erzielt,
und die Richtung und das Timing des Entweichens von Gas kann
sicher geregelt werden, ohne die Effizienz zu
beeinträchtigen.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die
besondere Konstruktion und die Anordnung der hier
dargestellten und beschriebenen Teile beschränkt, sondern
umfaßt auch abgewandelte Formen hiervon, die in den Rahmen
der folgenden Ansprüche fallen.