DE69631307T2

DE69631307T2 - Spiralverdichter

Info

Publication number: DE69631307T2
Application number: DE1996631307
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Kariya-city Oki; Shigeru Kariya-city Hisanaga
Original assignee: Toyota Industries Corp; Denso Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Denso Corp
Priority date: 1995-07-25
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2016-07-25
Also published as: EP0756087A1; DE69631307D1; JP3028756B2; JPH0942172A; US5795141A; EP0756087B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Spiralverdichter gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.
EP-A-652 371 offenbart einen Spiralverdichter, in welchem eine Mehrzahl von umfangsmäßig beabstandeten ersten Stiften, die auf einem beweglichen Spiralelement angebracht sind, und eine Mehrzahl von umfangsmäßig beabstandeten Stiften, die auf einem Gehäuse angebracht sind, vorgesehen sind, um einen Mechanismus zum Verhindern zu bilden, dass sich das bewegliche Spiralelement um seine eigene Achse dreht. Gemäß der positionellen Anordnung der Stifte dieses bekannten Spiralverdichters sind die Stifte, welche zum Verhindern der Eigenrotation eines beweglichen Spiralelements bei dem maximalen Eigenrotationsmoment wirken, so positioniert, dass entweder der Hebel der Kraft erhöht oder die Anzahl von Paaren von Stiften erhöht ist. Daher sind entweder die zwei Wälzkreise der umfangsmäßig angeordneten Stifte exzentrisch gemacht, oder die Abstände der Stifte auf den jeweiligen Wälzkreisen geändert.
Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 62-199983 offenbart eine Antirotations-Einrichtung für eine bewegliche Spirale, welche verhindert, dass sich die bewegliche Spirale um ihre eigene Achse dreht. Die Antirotations-Einrichtung für die bewegliche Spirale enthält nämlich Stifte der Spirale, die auf dem Ende einer Endplatte der beweglichen Spirale angebracht sind, Stifte eines Gehäuses, die auf einer Endoberfläche des Gehäuses angebracht sind und auf die Stifte der Spirale weisen, und einen Ring, der mit den Stiften quer verbunden ist. Sowohl die Stifte der Spirale als auch die Stifte des Gehäuses berühren eine innere Wand des Rings, so dass die Antirotations-Einrichtung verhindert, dass sich die bewegliche Spirale dreht.
Des weiteren weist die Einrichtung kleine Spalten zwischen beiden der Stifte und dem Ring auf. Deshalb kommt, wenn die Einrichtung zusammengesetzt ist, und wenn die Menge von Rotation der beweglichen Spirale Null ist, das Spiralelement der beweglichen Spirale in Kontakt mit dem Spiralelement der festen Spirale, bevor beide der Stifte in Kontakt mit der inneren Wand des Rings kommen.
Jedoch bewirkt, wie oben beschrieben, da die Einrichtung kleine Spalte zwischen beiden der Stifte und dem Ring aufweist, wenn die bewegliche Spirale einen Drehmoment mittels einer Verdichtungsreaktion während des Verdichtungsvorgangs unterworfen ist, das Drehmoment, dass sich die bewegliche Spirale bezüglich der festen Spirale bewegt. Deshalb kann, wenn sich die bewegliche Spirale dreht, das Spiralelement der beweglichen Spirale nicht zweckmäßig die Spiralelemente der festen Spirale berühren, noch kann die Verdichtungskammer zweckmäßig abgedichtet werden. Deshalb verursacht die Rotation der beweglichen Spirale Spalte zwischen den Berührungsflächen zwischen dem Spiralelement der beweglichen Spirale und dem Spiralelement der festen Spirale und verursacht eine Verschlechterung der Verdichtungswirkung. Deshalb muss die Menge von Rotation der beweglichen Spirale klein sein, um hinreichenden Kontakt zwischen dem Spiralelement der beweglichen Spirale und dem Spiralelement der festen Spirale herzustellen.
Des weiteren muss, da die Menge von Rotation der beweglichen Spirale in Übereinstimmung mit dem Drehmoment der beweglichen Spirale sich erhöht oder erniedrigt, der Spiralverdichter eine Antirotations-Einrichtung aufweisen, welche die Menge von Rotation der beweglichen Spirale klein macht, selbst wenn das Drehmoment in seinem Maximum ist.
Nun erzielt, wie in 7 gezeigt ist, das Drehmoment sein Maximum alle 360°, beispielsweise tritt das maximale Drehmoment auf, wenn das Volumenverhältnis der Verdichtungskammer 16 Prozent des Volumens der Verdichtungskammer zu der Zeit der Beendigung des Ansaugens des Mediums (Kältemittelgas) ist, im Falle, dass der Saugdruck 4 kgf/cm² (3,92 × 10^–3 Pa) und der Abgabedruck 30 kgf/cm² (2,94 × 10^–2 Pa) ist. Die Erfinder erkannten, dass das maximale Drehmoment auftritt, wenn das Volumenverhältnis zwischen 10 und 22 Prozent ist, nachdem dies unter vielen Druckzuständen untersucht wurde.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Spiralverdichter bereitzustellen, um die Menge von Rotation einer beweglichen Spirale klein zu machen, wenn das Drehmoment in seinem Maximum ist.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antirotations-Einrichtung für eine bewegliche Spirale für einen Spiralverdichter bereitzustellen, welche verhindert, dass sich die bewegliche Spirale um ihre eigene Achse dreht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antirotations-Einrichtung, die für einen Verdichter eines Klimasteuerungssystems in einem Fahrzeug verwendet wird, bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 erzielt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Spiralverdichter bereitgestellt, umfassend:
ein Gehäuse mit Einlass- und Auslassöffnungen;
eine Welle, die drehbar bezüglich des Gehäuses getragen wird;
eine feste Spirale, die innerhalb des Gehäuses verbunden ist und ein Ende aufweist, wobei die feste Spirale ein spiralförmiges Element auf der Endplatte aufweist;
eine bewegliche Spirale, die innerhalb des Gehäuses eingefasst ist und eine Endplatte aufweist, wobei die bewegliche Spirale ein spiralförmiges Element auf der Endplatte der beweglichen Spirale enthält, um exzentrisch in die feste Spirale einzugreifen, und ein Rotationszentrum und ein Wälzzentrum aufweist;
eine Verdichtungskammer, die durch die feste Spirale und die bewegliche Spirale ausgebildet wird;
eine Mehrzahl von Antirotations-Einrichtungen, wobei jede der Mehrzahl von Antirotations-Einrichtungen umfasst:
ein Stiftelement der beweglichen Spirale, das auf der Endplatte der beweglichen Spirale angeordnet ist und über die gegenüberliegende Seite der Endplatte der beweglichen Spirale von dem spiralförmigen Element der beweglichen Spirale herausragt;
ein Stiftelement des Gehäuses, das auf dem Gehäuse angeordnet ist, zu der beweglichen Spirale herausragt, und auf das Stiftelement der beweglichen Spirale weist; und
ein ringförmiges Ringelement mit einer inneren Oberfläche, das die Stiftelemente der beweglichen Spirale und des Gehäuses umschließt; und
wobei der Spiralverdichter zumindest eines der Stiftelemente der beweglichen Spirale auf einer ersten Linie und stromabwärts der Stiftelemente des Gehäuses in der Rotationsrichtung anordnet, welche die Antirotations-Einrichtung zusammen mit dem zumindest einem der Stiftelemente der beweglichen Spirale bildet, wobei die erste Linie durch das Rotationszentrum läuft und senkrecht zu einer zweiten Linie ist, wobei die zweite Linie durch das Rotationszentrum und das Wälzzentrum läuft, wobei die Antirotations-Einrichtungen ermöglichen, dass die inneren Oberflächen der Ringelemente das Stiftelement der beweglichen Spirale und das Stiftelement des Gehäuses berühren, um so zu verhindern, dass die bewegliche Spirale sich um das Rotationszentrum dreht, wenn das Volumenverhältnis der Ver dichtungskammer von 10 bis 22 Prozent des Volumens der Verdichtungskammer zu der Zeit der Beendigung des Ansaugens von Medium ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Spiralverdichter bereitgestellt, umfassend:
ein Gehäuse mit Einlass- und Auslassöffnungen;
eine Welle, die drehbar bezüglich des Gehäuses getragen ist;
eine feste Spirale, die innerhalb des Gehäuses verbunden ist und eine Endplatte aufweist, wobei die feste Spirale ein spiralförmiges Element auf der Endplatte der festen Spirale aufweist;
eine bewegliche Spirale, die innerhalb des Gehäuses eingeschlossen ist und eine Endplatte aufweist, wobei die bewegliche Spirale ein spiralförmiges Element der beweglichen Spirale auf der Endplatte der beweglichen Spirale enthält, um exzentrisch in die feste Spirale einzugreifen, und ein Rotationszentrum und ein Wälzzentrum aufweist;
eine Verdichtungskammer, die durch die feste Spirale und die bewegliche Spirale ausgebildet ist;
eine Mehrzahl von Antirotations-Einrichtungen, wobei jede der Mehrzahl von Antirotations-Einrichtungen umfasst:
ein Stiftelement der beweglichen Spirale, das auf der Endplatte der beweglichen Spirale angeordnet ist, über die gegenüberliegende Seite der Endplatte der beweglichen Spirale von dem spiralförmigen Element der beweglichen Spirale herausragt, und eine zylindrische Oberfläche aufweist; und
ein Stiftelement des Gehäuses, das auf dem Gehäuse angeordnet ist, zu der beweglichen Spirale ragt, eine zylindrische Oberfläche des Stiftelements des Gehäuses aufweist, und auf das Stiftelement der beweglichen Spirale weist; und
wobei der Spiralverdichter zumindest eines der Stiftelemente der beweglichen Spirale auf einer ersten Linie und stromaufwärts der Stiftelemente des Gehäuses in der Rotationsrichtung anordnet, welche diese Antirotations-Einrichtung zusammen mit dem zumindest einem der Stiftelemente der beweglichen Spirale bildet, wobei die erste Linie durch das Rotationszentrum läuft und senkrecht zu einer zweiten Linie ist, wobei die zweite Linie durch das Rotationszentrum und das Wälzzentrum läuft, wobei die Antirotations-Einrichtungen ermöglichen, dass die zylindrischen Oberflächen der Stiftelemente der beweglichen Spirale die zylindrischen Oberflächen der Stiftelemente des Gehäuses berühren, um dadurch zu verhindern, dass sich die bewegliche Spirale um das Rotationszentrum dreht, wenn das Volumenverhältnis der Verdichtungskammer von 10 bis 22 Prozent des Volumens der Verdichtungskammer zu der Zeit der Beendigung des Ansaugens von Medium ist.
Vorzugsweise ist die bewegliche Spirale über einen Antriebskeil und eine Keilnut mit der Welle verbunden, wobei sowohl der Antriebskeil als auch die Keilnut einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, und die Länge der Keilnut geringfügig größer als die Länge des Antriebskeils im Querschnitt ist, um den Antriebskeil beweglich in der Keilnut in der Längsrichtung zu machen.
Des weiteren weist das Gehäuse einen Auslassdämpfer auf, der an die Auslassöffnung angeschlossen ist, um die Pulse des verdichteten Mediums zu glätten.
Noch weiter weist der Auslassdämpfer ein aus Federstahl ausgebildetes Absperrventil auf, um zu verhindern, dass das verdichtete Medium entgegengesetzt strömt.
Deshalb kann in Übereinstimmung mit der Erfindung ein Spiralverdichter erhalten werden, welcher die Menge von Rotation einer beweglichen Spirale klein macht, wenn sein Drehmoment in seinem Maximum ist.
Die verschiedenen Merkmale der Neuheit, welche die Erfindung kennzeichnen, sind im Detail in den Ansprüchen aufgezeigt, die sich an diese Beschreibung anschließen und ein Teil dieser bilden. Zum besseren Verständnis der Erfindung, seiner Vorteile hinsichtlich des Betriebs, und spezifischer Aufgaben, die durch ihre Verwendung erzielt werden, wird auf die begleitenden Zeichnungen und auf beschreibenden Inhalt Bezug genommen, in welchen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispielen derselben in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung verständlicher, wobei:
1 eine axiale Querschnittsansicht eines Spiralverdichters gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist;
2 eine Schnittansicht eines Kurbelabschnitts gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist;
3 eine Querschnittsansicht ist, die nur eine Zusammenstellung eines Stiftelements einer beweglichen Spirale, eines Stiftelements eines Gehäuses, und eines Ringelements gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt;
4 eine Ansicht ist, welche eine Anordnung des Stiftelements der beweglichen Spirale, des Stiftelements des Gehäuses und des Ringelements, bevor ein Drehmoment auf eine bewegliche Spirale ausgeübt wird, erklärt;
5 eine Ansicht ist, die eine Anordnung des Stiftelements der beweglichen Spirale, des Stiftelements des Gehäuses und des Ringelements, nachdem das drehende Moment auf die bewegliche Spirale ausgeübt wurde, erklärt;
6 eine Querschnittsansicht ist, die nur eine Zusammenstellung eines Stiftelements einer beweglichen Spirale und eines Stiftelements eines Gehäuses gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt; und
7 ein Graph ist, der eine Beziehung zwischen einem Winkel einer Kurbelwelle und einem Drehmoment zeigt, welches auf eine bewegliche Spirale ausgeübt wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unter Bezugnahme auf das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist in 1 ein Verdichter 1 dargestellt, der eine spiralförmige bewegliche Spirale und eine spiralförmige feste Spirale enthält. Die Bezugsziffer 2 zeigt ein vorderes Gehäuse (oder ein Gehäuse) des Verdichters 1. Ein Lager 4 ist im Wesentlichen in der Mitte des vorderen Gehäuses angeordnet, um eine Kurbelwelle 3 drehbar zu stützen. Ein Antriebskeil 5a ist an der rechten Seite der Kurbelwelle 3 in 1 platziert, und integral und exzentrisch mit der Kurbelwelle 3 ausgebildet.
Eine bewegliche Spirale 6 ist auf dem Ende des vorderen Gehäuses 2 zu dem Antriebskeil 5a weisend angeordnet, und weist ein spiralförmiges Element 6a auf. Die bewegliche Spirale 6 hat einen Vorsprung 6c in der Mitte, in welchen ein Lager 7 presseingepasst ist. Eine Buchse 8 ist in das Lager 7 eingesetzt und weist auf den inneren Besatz des Lagers 7. Die Buchse weist eine Keilnut 8a auf, in welcher der Antriebskeil 5a eingesetzt ist. Wie in 2 gezeigt ist, weisen der Antriebskeil 5a und die Keilnut 8a im Wesentlichen rechteckige Querschnitte auf.
In 2 ist die Länge der Keilnut 8a geringfügig größer als die Länge des Antriebskeils 5a. Der Antriebskeil 5a ist in der Keilnut 8a in der Längsrichtung beweglich. Wie in 2 gezeigt ist, bildet die Längsrichtung des Antriebskeils 5a oder der Keilnut 8a einen Winkel w zusammen mit der Vertikalrichtung, in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Wälzrichtung. Ein Kurbelabschnitt 5 weist den oben genannten Antriebskeil 5a, die Buchse 8 und die Keilnut 8a auf.
In 1 wiederum zeigt die Bezugsziffer 9 eine feste Spirale mit einem spiralförmigen Element 9a. Die feste Spirale 9 ist an dem vorderen Gehäuse 2 mit Bolzen (nicht gezeigt) befestigt, und bildet einen geschlossenen Raum 10 zusammen mit dem vorderen Gehäuse 2 aus. Die bewegliche Spirale 6 wälzt innerhalb dieses Raums 10 um eine Wälzachse der Kurbelwelle 3.
Eine Endplatte 9b der festen Spirale 9 weist eine Auslassöffnung 11 im Wesentlichen in der Mitte der Endplatte auf. Die Auslassöffnung 11 stößt verdichtetes Medium aus, und ist mit einem Raum kommunizierend verbunden, welcher zwischen der Endplatte 9b der festen Spirale 9 und dem hinteren Gehäuse 12 ausgebildet ist. Dieser Raum bildet einen Auslassdämpfer 13, welcher Pulse des verdichteten Mediums glättet. Ein Absperrventil 14, das aus Federstahl gebildet ist, ist an die Auslassöffnung 11 angefügt und weist auf den Auslassdämpfer 13, und verhindert, dass verdichtetes Medium zurückströmt. Das Absperrventil 14 weist einen Anschlag 15 auf, welcher die Menge von Strömung des verdichteten Mediums einstellt.
Der Verdichter 1 weist Spitzendichtungen 16 und 17, die aus Harz, wie das unter dem Handelsnamen Teflon in diesem Ausführungsbeispiel, zwischen dem spiralförmigen Element 6a der beweglichen Spirale 6 und dem spiralförmigen Element 9a der festen Spirale 9 auf, um die Verdichtungskammer abzudichten.
Eine Endplatte 6b der beweglichen Spirale 6 weist runde Löcher 18 in Flächen des Umfangs der Endplatte 6b auf. Eine Mehrzahl von zylindrischen Stiftelementen 19 der beweglichen Spirale sind in die Löcher 18 pressgepasst. (Bei diesem Ausfüh rungsbeispiel sind, wie in 3 gezeigt ist, vier Löcher 18.) Eine Oberfläche des vorderen Gehäuses 2, das die Endplatte 6b bedeckt, weist runde Löcher 20 auf, welche gegenüber den Stiftelementen 19 der beweglichen Spirale versetzt sind, und welche Paare zusammen mit den Stiftelementen 19 der beweglichen Spirale bilden. Ebenfalls sind eine Mehrzahl von zylindrischen Stiftelementen 21 des Gehäuses in die Löcher 20 pressgepasst. Sowohl die Stiftelemente 19 als auch 21 weisen hohe Verschleißbeständigkeit auf, und sind aus Metallmaterial mit hoher Festigkeit ausgebildet. (Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Metallmaterial hochkohlenstoffhaltiger Chromlagerstahl.)
Die Bezugsziffer 22 zeigt ein ringförmiges Ringelement, das aus hochkohlenstoffhaltigem Chromlagerstahl ausgebildet ist. Sowohl die Stiftelemente 19 als auch 21 sind wie in 3 angeordnet, und durchdringen die Ringelemente 22. In 3 sind die relativen Positionen von Paaren der Stiftelemente 19 und 21 und der Ringelemente 22 gezeigt, und der Vorsprung 6c, das Lager 7 und der Kurbelabschnitt 5 weggelassen.
Die 4 und 5 zeigen eine Antirotations-Einrichtung für die bewegliche Spirale 6 im Detail, welche das Stiftelement 19 der beweglichen Spirale, das Stiftelement 21 des Gehäuses, und das Ringelement 22 aufweist. In den 4 und 5 ist nur der innere Durchmesser des Ringelements 22 gezeigt, und sein äußerer Durchmesser weggelassen.
Ein Drehmoment M der beweglichen Spirale 6 wird um eine Achse (O_R in den 4 und 5) der beweglichen Spirale 6 erzeugt, wobei die Richtung des Moments bei diesem Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn ist. 4 zeigt die Zusammenstellung der Antirotations-Einrichtung (einschließlich beider der Stiftelemente 19 und 21 und des Ringelements 22), bevor das Drehmoment M auf die bewegliche Spirale 6 ausgeübt wird. Dann bewegt sich, nachdem das Drehmoment M die bewegliche Spirale 6 beeinflusst, wie in 5 gezeigt ist, das Stiftelement 19 zu der Position, die als ein Stiftelement 19a gezeigt ist, in der Richtung des Drehmoments M, und auch das Ringelement 22 bewegt sich zu der Position, die als ein Ringe lement 22a gezeigt ist, in der Richtung des Drehmoments M. Deshalb berühren beide der Stiftelemente 19 und 22 eine innere Wand des Ringelements 22, und wird eine dem Drehmoment M entgegengesetzte Kraft erzeugt, so dass eine Rotation der beweglichen Spirale 6 verhindert wird.
Wenn das Volumenverhältnis der Verdichtungskammer, die mit der beweglichen Spirale 6 und der festen Spirale 9 ausgebildet wird, von 10 bis 22% des Volumens der Verdichtungskammer, zu der Zeit der Beendigung des Ansaugens des Mediums ist, weisen die relativen Positionen beider der Stiftelemente 19 und 21 und des Ringelements 22 die nachfolgenden Merkmale auf. Wie in 3 gezeigt ist, ist, von der Axialrichtung der Kurbelwelle 3 aus gesehen, zumindest eines der Stiftelemente 19 der beweglichen Spirale auf einer Linie L₂ positioniert. (In 3 ist der zumindest eine der Stiftelemente 19 der beweglichen Spirale der, welcher durch einen Pfeil A in diesem Ausführungsbeispiel angezeigt ist.) Die Linie L₂ ist senkrecht zu der Linie L₁ und läuft durch ein Rotationszentrum O_R der beweglichen Spirale 6. Die Linie L₁ läuft durch das Rotationszentrum O_R der beweglichen Spirale 6 und ein Wälzzentrum O_S der beweglichen Spirale 6. Das Stiftelement 19 der beweglichen Spirale ist zu dem stromabwärtigen der Drehrichtung der beweglichen Spirale 6 bezüglich des Stiftelements 21 des Gehäuses positioniert, welches zusammen mit dem Stiftelement 19 durch dasselbe Ringelement 22 umschlossen ist, (das heißt, welches ein Paar zusammen mit dem Stiftelement 19 bildet).
Die Menge von Rotation der beweglichen Spirale 6 und eine Position der Stiftelemente 19 der beweglichen Spirale wird aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Bezeichnungen ersichtlich, wobei:
d₁ einen Durchmesser des Stiftelements 19 der beweglichen Spirale zeigt;
d₂ einen Durchmesser des Stiftelements 21 des Gehäuses zeigt;
D einen inneren Durchmesser des Ringelements 22 zeigt;
ε einen Wälzradius (welcher einem Abstand zwischen dem Rotationszentrum O_R der beweglichen Spirale 6 und dem Wälzzentrum O_S der beweglichen Spirale 6 entspricht) zeigt;
R einen Abstand zwischen dem Zentrum des Stiftelements 19 der beweglichen Spirale und des Rotationszentrums O_R zeigt;
L₁ eine Linie zeigt, welche durch das Rotationszentrum O_R und das Wälzzentrum O_S läuft;
L₂ eine Linie zeigt, welche durch das Rotationszentrum O_R läuft und senkrecht zu der Linie L₁ ist;
θ einen Winkel (im Bogenmaß) zwischen der Linie L₂ und einer Linie zeigt, welche durch das Zentrum des Stiftelements 19 der beweglichen Spirale und dem Rotationszentrum O_R läuft (0 ≤ θ ≤ π/2);
dθ die Menge von Rotation (im Bogenmaß) der beweglichen Spirale 6 zeigt;
z eine Verschiebung des Stiftelements 19 der beweglichen Spirale zeigt; und
x einen Abstand zwischen der Mitte des Stiftelements 19a der beweglichen Spirale und dem Zentrum des Stiftelements 21 des Gehäuses zeigt, nachdem das Stiftelement 19 zu der Position des Stiftelements 19a sich bewegt hat.
Wie in 5 gezeigt ist, ist, da der Spalt zwischen dem Stiftelement 19 der beweglichen Spirale und dem inneren Durchmesser des Ringelements 22 oder zwischen dem Stiftelement 21 des Gehäuses und dem Ringelement 22 klein ist, die Menge von Rotation dθ der beweglichen Spirale 6 extrem klein, so dass angenommen werden kann, dass das Stiftelement 19 der beweglichen Spirale sich linear entlang der Verschiebung z bewegt.
Dann wird der Kosinussatz auf ein schraffiertes Dreieck in 5 angewandt, und ein mathematischer Ausdruck (1) kann erhalten werden. x2 = z2 + ε2 + 2·z·ε·cosθ (1)
Dann wird der mathematische Ausdruck (1) in den mathematischen Ausdruck (2) transformiert, und z kann aus dem mathematischen Ausdruck (2) erhalten werden. z = –ε·cosθ + (x' – ε2·sin2θ)1/2 (z ≧ 0) (2)
Dann wird eine partielle Differentialgleichung (3) aus dem mathematischen Ausdruck (2) erhalten, um die minimale Verschiebung z abzuleiten.
Dann wird die partielle Differentialgleichung (3) in den mathematischen Ausdruck (4) transformiert. ∂z/∂θ = (ε·z·sinθ)/(x2 – ε2·sin2θ)1/2 ≧ 0 (4)
Deshalb ist, während θ zwischen 0 (im Bogenmaß) und π/2 (im Bogenmaß) liegt, die Änderungsrate der Verschiebung z des Stiftelements 19 der beweglichen Spirale gleich 0 oder größer als 0, so dass die Verschiebung z ihr Minimum annimmt, wenn θ gleich 0 ist. Auch ist, wie oben beschrieben ist, da die Verschiebung z extrem klein ist, die Menge von Rotation dθ der beweglichen Spirale 6 gleich z/R, und in ihrem Minimum, wenn θ gleich 0 ist.
Hier kann, da angenommen wird, dass x = (D – d₁/2 – d₂/2) ist, der mathematische Ausdruck (5) erhalten werden. z = (D – d1/2 – d2/2) – ε (5)
Es wird verstanden werden, dass die Menge von Rotation der beweglichen Spirale 6 klein sein kann, wenn das Stiftelement 19 der beweglichen Spirale auf einer Linie L₂ positioniert ist und wenn θ gleich 0 ist. Die Linie L₂ läuft durch das Rotationszentrum 0_R der beweglichen Spirale 6 und ist senkrecht zu einer Linie L₁. Die Linie L₁ läuft durch das Rotationszentrum O_R der beweglichen Spirale und des Wälzzentrums O_S der beweglichen Spirale.
Deshalb kann das spiralförmige Element 6a der beweglichen Spirale sicher das spiralförmige Element 9a der festen Spirale berühren. Die Verdichtungskammer, die mit beiden der spiralförmigen Elemente 6a und 9a ausgebildet ist, kann vollständig abgedichtet sein. Ein Verdichtungsvorgang kann zuverlässig erzielt werden.
Obwohl das erste Ausführungsbeispiel die Antirotations-Einrichtung für die bewegliche Spirale beschreibt, welche die Stiftelemente 19 und 21 und das Ringelement 22 enthält, kann diese Erfindung eine Antirotations-Einrichtung ohne das Ringelement 22 bereitstellen.
Bezugnehmend auf das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel wird die Zusammenstellung eines Spiralverdichters, der Stiftelemente 19 der beweglichen Spirale aufweist, in 6 gezeigt, da sie dieselbe wie die Zusammenstellung in 3 ist, mit der Ausnahme, dass die Ringelemente 22 ausgeschlossen sind. In 6 sind die relativen Positionen der Paare der Stiftelemente 19 und 21 gezeigt, und der Vorsprung 6c, das Lager 7 und der Kurbelabschnitt 5 weggelassen.
Wie in 6 gezeigt ist, ist ein Stiftelement 19 der beweglichen Spirale, der durch einen Pfeil B angezeigt ist, auf der Linie L₂ positioniert (θ ist gleich 0). Die Linie L₂ läuft durch das Rotationszentrum O_R der beweglichen Spirale und ist senkrecht zu der Linie L₁. Die Linie L₁ läuft durch das Rotationszentrum O_R der beweglichen Spirale und das Wälzzentrum O_S der beweglichen Spirale. Auch bildet dieses Stiftelement 19 der beweglichen Spirale zusammen mit einem Stiftelement 21 des Gehäuses ein Paar. Das Stiftelement 21 des Gehäuses ist stromabwärts der Rotationsrichtung der beweglichen Spirale 6 bezüglich des Stiftelements 19 der beweglichen Spirale positioniert.
Somit wurde in Übereinstimmung mit der Erfindung ein Spiralverdichter bereitgestellt, welcher die Menge von Rotation einer beweglichen Spirale klein macht, wenn das Drehmoment in seinem Maximum ist.
Des weiteren wurde eine Antirotations-Einrichtung für eine bewegliche Spirale eines Spiralverdichters bereitgestellt.
Auch wurde eine Antirotations-Einrichtung bereitgestellt, die für einen Verdichter eines Klimasteuerungssystems in einem Fahrzeug verwendet wird.
Während die vorstehende Beschreibung das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bildet, wird verstanden werden, dass die Erfindung der Modifizierung, Variation und Änderung unterzogen werden kann, ohne von dem eigentlichen Bereich der begleitenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Spiralverdichter, umfassend ein Gehäuse (2) mit Einlass- und Auslassöffnungen; eine Welle (3), die bezüglich des Gehäuses (2) drehbar getragen wird, eine feste Spirale (9), die innerhalb des Gehäuses (2) gekoppelt ist und eine Endplatte (9b) der festen Spirale aufweist, wobei die feste Spirale ein spiralförmiges Element (9a) auf der Endplatte der festen Spirale aufweist; eine bewegliche Spirale (6), die innerhalb des Gehäuses (2) aufgenommen ist und eine Endplatte (6b) der beweglichen Spirale aufweist, wobei die bewegliche Spirale ein spiralförmiges Element (6a) der beweglichen Spirale auf der Endplatte der beweglichen Spirale aufweist, um exzentrisch in die feste Spirale (9) einzugreifen und ein Rotationszentrum (O_R) und ein Wälzzentrum (0s) aufweist; eine Verdichtungskammer (10), die durch die feste Spirale (9) und die bewegliche Spirale (6) gebildet wird; eine Mehrzahl von Antirotations-Einrichtungen, wobei jede der Mehrzahl von Antirotations-Einrichtungen umfasst: ein Stiftelement (19) der beweglichen Spirale (6), das auf der Endplatte (6b) der beweglichen Spirale angeordnet ist, und über die gegenüberliegende Seite der Endplatte der beweglichen Spirale aus dem spiralförmigen Element (6a) der beweglichen Spirale herausragt; ein Stiftelement (21) des Gehäuses (2), das auf dem Gehäuse angeordnet ist, zu der beweglichen Spirale (6) hin ragt, und dem Stiftelement (19) der beweglichen Spirale gegenüberliegt; und der Spiralverdichter zumindest eines der Stiftelemente (19) der beweglichen Spirale (6) auf einer Linie (L₂) und stromabwärts der Stiftelemente (21) des Gehäuses (2) in der Rotationsrichtung anordnet, welche die selbe Antirotations-Einrichtung zusammen mit zumindest einem der Stiftelemente der beweglichen Spirale bilden, wobei die Linie (L₂) das Rotationszentrum (O_R) durchläuft und senkrecht zu einer Linie (L₁) liegt, wobei die Linie (L₁) durch das Rotationszentrum (O_R) und das Wälzzentrum (O_S) läuft, um dadurch zu verhindern, dass die bewegliche Spirale um das Rotationszentrum in Folge eines Drehmomentes rotiert, das durch einen Druck in der Verdichtungskammer (10) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Rotation der beweglichen Spirale (6) verhindert wird, wenn das Volumenverhältnis der Verdichtungskammer (10) von 10 bis 22 Prozent des Volumens der Verdichtungskammer zur Zeit der Beendigung des Ansaugens von Medium beträgt, und durch ein ringförmiges Ringelement (22) mit einer inneren Oberfläche und welches die Stiftelemente ( 19, 21) der beweglichen Spirale und des Gehäuses umschließt, wobei die Antirotations-Einrichtungen erlauben, dass die inneren Oberflächen der Ringelemente (22) das Stiftelement (19) der beweglichen Spirale (6) und das Stiftelement (21) des Gehäuses (2) berühren.
Spiralverdichter, umfassend: ein Gehäuse (2) mit Einlass- und Auslassöffnungen; eine Welle (3), die drehbar bezüglich des Gehäuses (2) getragen wird; eine feste Spirale (9), die innerhalb des Gehäuses (2) gekoppelt ist und eine Endplatte (9b) der festen Spirale aufweist, wobei die feste Spirale ein spiralförmiges Element (9a) auf der Endplatte der festen Spirale aufweist; eine bewegliche Spirale (6), die innerhalb des Gehäuses (2) aufgenommen ist und eine Endplatte (6b) der beweglichen Spirale aufweist, wobei die bewegliche Spirale (6) ein spiralförmiges Element (6a) der beweglichen Spirale auf der Endplatte (6a) der beweglichen Spirale enthält, um exzentrisch in die feste Spirale (9) einzugreifen, und ein Rotationszentrum (O_R) und ein Wälzzentrum (O_S) aufweist; eine Verdichtungskammer (10), die durch die feste Spirale (9) und die bewegliche Spirale (6) gebildet wird; eine Mehrzahl von Antirotations-Einrichtungen, wobei jede der Mehrzahl von Antirotations-Einrichtungen umfasst: ein Stiftelement (19) der beweglichen Spirale (6), das auf der Endplatte der beweglichen Spirale angeordnet ist, über die gegenüberliegende Seite der Endplatte (6b) der beweglichen Spirale von dem spiralförmigen Element (6a) der beweglichen Spirale herausragt, und eine zylindrische Oberfläche aufweist; und ein Stiftelement (21) des Gehäuses (2), das auf dem Gehäuse angeordnet ist, zu der beweglichen Spirale (6) hin ragt, eine zylindrische Oberfläche des Stiftelementes (21) des Gehäuses aufweist und dem Stiftelement (19) der beweglichen Spirale gegenüberliegt; und der Spiralverdichter zumindest eines der Stiftelemente (19) der beweglichen Spirale (6) auf einer Linie (L₂) und stromaufwärts der Stiftelemente (21) des Gehäuses (2) in der Rotationsrichtung anordnet, welche die selbe Antirotations-Einrichtung zusammen mit zumindest einem der Stiftelemente (19) der beweglichen Spirale bilden, wobei die Linie (L₂) durch das Rotationszentrum (O_R) läuft und senkrecht zu einer Linie (L₁) liegt, wobei die Linie (L₁) durch das Rotationszentrum (O_R) und das Wälzzentrum (O_S) durchläuft, wobei die Antirotations-Einrichtungen erlauben, dass die zylindrischen Oberflächen der Stiftelemente (19) der beweglichen Spirale die zylindrischen Oberflächen der Stiftelemente (21) des Gehäuses berühren, um dadurch zu verhindern, dass die bewegliche Spirale um das Rotationszentrum in Folge eines Drehmomentes rotiert, das durch einen Druck in der Verdichtungskammer (10) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Rotation der beweglichen Spirale (6) verhindert wird, wenn das Volumenverhältnis der Verdichtungskammer (10) von 10 bis 22 Prozent des Volumens der Verdichtungskammer zur Zeit der Beendigung des Ansaugens von Medium beträgt.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die bewegliche Spirale (6) mit der Welle (3) über einen Antriebskeil und eine Keilnut verbunden ist, wobei sowohl der Antriebskeil (5a) als auch die Keilnut (8a) einen im wesentlichen rechtwinkligen Abschnitt aufweisen, und im Querschnitt die Länge der Keilnut geringfügig größer ist als die Länge des Antriebskeils ist, um den Antriebskeil in Längsrichtung relativ beweglich in der Keilnut aufzunehmen.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (2) des weiteren einen Auslassdämpfer (13) aufweist, der an die Auslassöffnung (11) angeschlossen ist, um Pulse von verdichtetem Medium zu dämpfen.
Spiralverdichter gemäß Anspruch 4, wobei der Auslassdämpfer (13) ein Rückschlagventil (15) aufweist, das aus Federstahl gebildet ist, um zu verhindern, dass das verdichtete Medium entgegengesetzt strömt.