DE69701019T2

DE69701019T2 - Rotationsverhinderungseinrichtung und sie enthaltende Spiralverdrängungsanlage

Info

Publication number: DE69701019T2
Application number: DE69701019T
Authority: DE
Inventors: Jiro Iizuka; Norio Kitano; Kiyoshi Terauchi
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2017-05-21
Also published as: CN1192511A; KR970075415A; BR9715053A; US5911566A; DE69701019D1; EP0809031B1; JP3136267B2; JPH09310685A; EP0809031A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Rotationsverhinderungsmechanismus, wie er in dem Oberbegriff des Anspruches 1 definiert ist, und auf ein Fluidverdrängungsgerät vom Spiraltyp, das einen solchen Rotationsverhinderungsmechanismus aufweist.
Ein Rotationsverhinderungsmechanismus des oben definierten Types als auch ein Spiralkompressor oder Fluidverdrängungsgerät, das solch einen Rotationsverhinderungsmechanismus aufweist, ist in der Druckschrift JP 05-987131A offenbart. Dieser bekannte Spiralkompressor weist ein festes Teil, ein umlaufendes Teil, das eine umlaufende Bewegung oder Umlauf in bezug auf das feste Teil ausführt, ein Paar von Laufringen, die an dem festen Teil bzw. dem umlaufenden Teil so angebracht sind, daß sie einander zugewandt sind, und eine zwischen den Laufringen eingefügte Kugel auf. Genauer, jeder der Laufringe weist eine Rollrillenoberfläche auf, die eine Ringform entsprechend der Umlaufbahn einer umlaufenden Bewegung aufweist. Die Kugel wird von der Rollrillenoberfläche zum Verhindern der Drehung des umlaufenden Teiles während der umlaufenden Bewegung aufgenommen. Die Rollrillenoberfläche weist einen Krümmungsradius im wesentlichen gleich einem Radius der Kugel im Querschnitt davon auf.
Bei dem oben erwähnten Rotationsverhinderungsmechanismus dreht sich einer der Laufringe, der an dem umlaufenden Teil angebracht ist, oder läuft entlang der Umlaufbahn der umlaufenden Bewegung so um, daß er einen durch die Rollrillenoberfläche bestimmten Umlaufradius aufweist. In einem Entwurfszustand wird angenommen, daß die Kugel entlang des Bodens der Rollrillenoberfläche rollt.
Bei der praktischen Herstellung jedoch ist eine Abmessungstoleranz der Teile und eine Versetzung beim Zusammenbau unausweich lich. Dieses resultiert in einer Abmessungsdifferenz zwischen dem Radius der Rollrillenoberfläche und dem tatsächlichen Umlaufradius des oben erwähnten einen Laufringes. Daher kann die Kugel von dem Boden der Rollrillenoberfläche so verschoben werden, daß sie einen äußeren oder inneren Umfangsabschnitt der Rollrillenoberfläche hinauf wandert. In diesem Fall werden die Laufringe einer Druckkraft von der Kugel entlang verschiedener Wirkungslinien unterworfen.
Da zusätzlich das Hochlaufniveau der Kugel fluktuiert, kann ein Tragabschnitt, der tatsächlich das umlaufende Teil oder ein bewegbares Spiralteil des Spiralkompressor trägt, abgenutzt oder verformt werden aufgrund der Druckkraft. Als Resultat wird die Lebensdauer des Rotationsverhinderungsmechanismus verkürzt.
Weiter resultiert die Fluktuation im Hochlaufniveau der Kugel in eine unzuverlässige Lagerung des umlaufenden Teiles und Vorhandensein einer Lücke zwischen dem umlaufenden Teil und dem festen Teil. Somit wird die Kompressionseffektivität des Spiralkompressors verschlechtert.

Zusammenfassung der Erfindung:

Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Rotationsverhinderungsmechanismus vorzusehen, bei dem eine Kugel daran gehindert wird, einen äußeren oder inneren Umfangsabschnitt einer Rollrillenoberfläche hochzulaufen.
Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein Fluidverdrängungsgerät vom Spiraltyp vorzusehen, das hervorragend in seiner Verdrängungseffektivität ist.
Andere Aufgaben dieser Erfindung werden klar, während die Beschreibung voranschreitet.
Ein Rotationsverhinderungsmechanismus, auf den die Erfindung anwendbar ist, dient zum Verhindern, daß ein umlaufendes Teil rela tiv zu einem festen Teil gedreht wird. Das umlaufende Teil führt eine umlaufende Bewegung entlang einer vorbestimmten Umlaufbahn in bezug auf das feste Teil aus. Der Rotationsverhinderungsmechanismus weist ein Paar von Laufringen, die an dem festen bzw. umlaufenden Teil angebracht sind, so daß sie einander zugewandt sind, und eine zwischen die Laufringe eingefügte Kugel auf. Jeder der Laufringe weist eine Rollrillenoberfläche auf, die eine Ringform entsprechend der vorbestimmten Umlaufbahn aufweist und die Kugel aufnimmt.
Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung weist die Rollrillenoberfläche in dem Rotationsverhinderungsmechanismus einen äußeren Umfangsabschnitt mit einem ersten Krümmungsradius in einem Querschnitt davon, wobei der erste Radius ungefähr gleich der größer als ein Radius der Kugel ist, einen inneren Umfangsabschnitt mit einem zweiten Krümmungsradius in einem Querschnitt davon, wobei der zweite Radius ungefähr gleich und größer als der Radius der Kugel ist, und einen Bodenabschnitt, der zwischen dem äußeren und inneren Umfangsabschnitt verbunden ist und einen dritten Krümmungsradius in einem Querschnitt davon aufweist, wobei der dritte Radius größer als jeder des ersten und zweiten Radius ist, auf.
Gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung weist die Rollrillenoberfläche in dem Rotationsverhinderungsmechanismus einen Querschnitt entlang einer Ellipse auf, die eine große Achse in der Radialrichtung der Ringform orientiert aufweist.
Gemäß dieser Erfindung ist ein Fluidverdrängungsgerät vom Spiraltyp vorgesehen mit einem mit dem festen Teil verbundenen festen Spiralteil und einem mit dem umlaufenden Teil und mit dem festen Spiralteil zum Verursachen einer Fluidverdrängung als Reaktion auf die umlaufende Bewegung des umlaufenden Teiles verbundenen bewegbaren Spiralteil zusätzlich zu dem oben erwähnten Rotationsverhinderungsmechnismus.

Kurze Beschreibung der Zeichnung:

Fig. 1 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines charakteristischen Teiles eines herkömmlichen Spiralkompressors mit einem Rotationsverhinderungsmechanismus;
Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht eines Spiralkompressors mit einem Rotationsverhinderungsmechanismus gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 3A ist eine Vorderansicht des in Fig. 2 dargestellten Rotationsverhinderungsmechanismus;
Fig. 3B ist eine Schnittansicht, die entlang einer Linie IIIB- IIIB in Fig. 3A genommen ist;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines charakteristischen Teiles des in Fig. 3 dargestellten Rotationsverhinderungsmechanismus;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht eines charakteristischen Teiles eines Rotationsverhinderungsmechanismus gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung;
Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Rotationsverhinderungsmechanismus gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung; und
Fig. 7 ist eine Ansicht zum Beschreiben des in Fig. 6 dargestellten Rotationsverhinderungsmechanismus.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen:

Zum Erleichtern eines Verständnisses dieser Erfindung wird zuerst eine Beschreibung eines herkömmlichen Spiralkompressors als Fluidverdrängungsgerät mit einem Rotationsverhinderungsmechanismus gegeben.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 1, der herkömmliche Spiralkompressor weist ein festes Teil 1, ein umlaufendes Teil 2, das eine umlaufende Bewegung oder Kreisbewegung in bezug auf das feste Teil 1 ausführt, ein Paar von Laufringteilen 3, die an dem festen Teil 1 bzw. dem umlaufenden Teil 2 angebracht sind, so daß sie einander zugewandt sind, und eine Mehrzahl von Kugeln 5 (nur eine ist in der Figur dargestellt), die zwischen die Laufringteile 3 zum Bilden einer Kugelkupplungsstruktur als den Rotationsverhinderungsmechanismus eingefügt sind, auf. Genauer, jedes der Laufringteile 3 weist eine Oberfläche auf, die mit einer Mehrzahl von Rollrillenoberflächen 4 versehen ist (nur eine ist in der Figur dargestellt), von denen jede eine Ringform entsprechend einer Umlaufbahn der umlaufenden Bewegung aufweist. Die Kugeln 5 werden durch die Rollrillenoberflächen 4 zum Verhindern der Drehung des umlaufenden Teiles 2 während der umlaufenden Bewegung aufgenommen. Jede Rollrillenoberfläche 4 ist eine gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius R im wesentlichen gleich einem Radius einer jeden Kugel 5.
Bei dem oben erwähnten Rotationsverhinderungsmechanismus kreist eines der Laufringteile 3, das an dem umlaufenden Teil 2 angebracht ist, entlang der Umlaufbahn der umlaufenden Bewegung und weist einen Umlaufradius auf, der durch einen Radius der Rollrillenoberfläche 4 definiert ist. In einem Entwurfszustand wird angenommen, daß jede Kugel 5 entlang des Bodens einer jeden Rollrillenoberfläche 4 rollt.
Der herkömmliche Spiralkompressor weist jene Nachteile auf, die in der Einleitung der vorliegenden Beschreibung beschrieben worden ist.
Nun wird die Beschreibung über diese Erfindung in Zusammenhang mit einigen wenigen bevorzugten Ausführungsformen davon unter Bezugnahme auf die Zeichnung gegeben.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 2, ein Spiralkompressor mit einem Rotationsverhinderungsmechanismus gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung weist ein Gehäuse 10 als ein festes Teil auf. Das Gehäuse 10 ist aus einem hinteren Gehäuse 10a mit einem zylindrischen Teil großen Durchmesser mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende und einem vorderen Gehäuse 10b, das an dem offenen Ende des hinteren Gehäuses 10a befestigt ist, zusammengesetzt. Das vordere Gehäuse 10b weist einen zylindri schen Abschnitt 10b1 großen Durchmessers und einen zylindrischen Abschnitt 10b2 kleinen Durchmessers auf. Das hintere Gehäuse 10a und das vordere Gehäuse 10b sind konzentrisch zueinander.
Eine Welle 11 ist entlang einer Wellenzentrumsachse X des Gehäuses 10 vorgesehen und erstreckt sich innerhalb des vorderen Gehäuses 10b durch den zylindrischen Abschnitt 10b2 kleinen Durchmessers. Die Welle 11 weist einen Abschnitt 11a kleinen Durchmessers, der von dem zylindrischen Abschnitt 10b2 kleinen Durchmessers des vorderen Gehäuses 10b umgeben ist, und einen Abschnitt 11b großen Durchmessers, der von dem zylindrischen Abschnitt 10b1 großen Durchmessers des vorderen Gehäuses 10b umgeben ist, auf. Der Abschnitt 11b großen Durchmessers ist mit einem Antriebszapfen 12 verbunden, der an einer Endoberfläche davon befestigt ist und sich parallel zu der Wellenzentrumsachse X so erstreckt, daß er exzentrisch zu der Wellenzentrumsachse X liegt. Die Welle ist drehbar von dem vorderen Gehäuse 10b gelagert. Genauer, der Abschnitt 11b großen Durchmessers ist drehbar durch ein Kugellager 13 durch den zylindrischen Abschnitt 10b1 großen Durchmessers des vorderen Gehäuses 10b gelagert. Der Abschnitt 11a kleinen Durchmessers ist drehbar durch ein Kugellager 14 durch den zylindrischen Abschnitt 10b2 kleinen Durchmessers des vorderen Gehäuses 10b gelagert.
Eine elektromagnetische Kupplung 15 ist radial nach außen auf dem zylindrischen Abschnitt 10b kleinen Durchmessers des vorderen Gehäuses 10b vorgesehen. Die elektromagnetische Kupplung 15 ist extern in den zylindrischen Abschnitt 10b kleinen Durchmessers des vorderen Gehäuses 10b so eingepaßt, daß sie drehbar ist. Die elektromagnetische Kupplung 15 weist eine mit einer externen Antriebsquelle (nicht gezeigt) durch einen V-Riemen (nicht gezeigt) verbundene Riemenscheibe 15a, eine an dem zylindrischen Abschnitt 10b2 kleinen Durchmessers des vorderen Gehäuses 10b befestigte erregende Spule 15b und eine an einem Ende des Abschnittes 11a kleinen Durchmessers der Welle 11 befestigte Rotationsübertragungsplatte 15c auf. Die Welle 11 wird durch die externe An triebsquelle (nicht gezeigt) durch die elektromagnetische Kupplung 15 gedreht.
Ein festes Spiralteil 16 ist in dem hinteren Gehäuse 10a vorgesehen. Das feste Spiralteil 16 weist eine plattenförmige Endplatte 16a, die konzentrisch zu der Wellenzentrumsachse X liegt und an das hintere Gehäuse 10a angepaßt ist, eine auf einer Oberfläche der Endplatte 16a gebildete Spirale 16b und ein auf der anderen Oberfläche der Endplatte 16a gebildetes Bein 16c auf. Das feste Spiralteil 16 ist an dem hinteren Gehäuse 10a durch eine Schraube 17 befestigt, wobei das Bein 16c in Kontakt mit einem Bodenende 10a1 des hinteren Gehäuses 10a gehalten wird. Ein interner Hohlraum des hinteren Gehäuses 10a wird durch die Endplatte 16a des festen Spiralteiles 16 in einer Ansaugkammer 18 und eine Ausgabekammer 19 unterteilt.
Innerhalb des hinteren Gehäuses 10a ist ein bewegbares Spiralteil 20 als umlaufendes Teil benachbart zu dem festen Spiralteil 16 vorgesehen. Das bewegbare Spiralteil 20 weist eine scheibenförmige Endplatte 20a, eine auf einer Oberfläche der Endplatte 20a gebildete zweite Spirale 20b und einen auf der anderen Oberfläche der Endplatte 20a gebildeten ringförmigen Vorsprung 20 auf. Die Endplatte 20a weist eine Plattenzentrumsachse exzentrisch zu der Wellenzentrumsachse X um einen vorbestimmten Abstand auf, der später ein umlaufender Radius genannt wird. Die zweite Spirale 20b des bewegbaren Spiralteiles 20 steht in Eingriff mit der ersten Spirale 16b des festen Spiralteiles 16 mit einer winkelmäßigen Versetzung von 180º.
In dem Vorsprung 20c ist eine dicke scheibenförmige Buchse 21 konzentrisch zu der Endplatte 20a intern durch ein Nadellager 22 eingepaßt, so daß sie drehbar ist. Die Buchse 21 ist mit einem exzentrischen Durchgangsloch 21a versehen, das sich parallel zu der Wellenzentrumsachse X erstreckt. Ein Ausgleichsgewicht 23 ist an der Buchse 21 so befestigt, daß es sich in eine radiale Richtung erstreckt. Das Durchgangsloch 21a nimmt gleitfähig den an dem Abschnitt 11b großen Durchmessers der Welle 11 befestigten Antriebszapfen 12 auf. Die Buchse 21 ist mit einem Zapfen 12b versehen, der in ein Loch eingepaßt ist, daß an der Endoberfläche des Abschnittes 11b großen Durchmessers der Welle 11 gebildet ist und einen Durchmesser ein wenig größer als der des Zapfens 21b aufweist.
Ein Laufring 24 der festen Seite ist an einem Ende des zylindrischen Abschnitt 10b1 großen Durchmessers des vorderen Gehäuses 10b befestigt. Ein Laufring 25 der bewegbaren Seite ist an der Endplatte 20a des bewegbaren Spiralteiles 20 befestigt. Eine Mehrzahl von Kugeln 26 ist zwischen die Laufringe 24 und 25 der festen Seite und der bewegbaren Seite eingefügt, wobei ein Raum dazwischen in einer Umfangsrichtung belassen bleibt. Eine Kombination des Laufringes 24 der festen Seite, des Laufringes 25 der bewegbaren Seite und der Kugeln 26 bildet den Rotationsverhinderungsmechanismus zum Verbieten der Drehung des umlaufenden Spiralteiles 20.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 3A und 3B, die Beschreibung wird auf den Rotationsverhinderungsmechanismus gerichtet. Jeder der Laufringe 24 und 25 der festen Seite und der bewegbaren Seite wird aus Eisen oder Chrom-Molybdenstahl durch Preßformen hergestellt und weist eine Ringform auf. Der Laufring 24 der festen Seite ist mit einer Mehrzahl von Rollrillenoberflächen 24c versehen, die auf einer Oberfläche davon gebildet sind, wobei ein Raum jeweils dazwischen in einer Umfangsrichtung belassen wird. Entsprechend ist der Laufring 25 der bewegbaren Seite mit einer Mehrzahl von Rollrillenoberflächen 25c versehen, die auf einer Oberfläche davon gebildet sind, wobei ein Raum dazwischen in der Umfangsrichtung belassen wird. Die Rollrillenoberflächen 24c sind den Rollrillenoberflächen 25c in einer Eins-zu-eins-Beziehung zugewandt. Die Kugeln 26 aus Kugellagerstahl sind zwischen die Laufringe 24 und 25 der festen Seite und der bewegbaren Seite eingefügt und durch die Rollrillenoberflächen 24c des Laufringes 24 der festen Seite und der Rollrillenoberflächen 25c des Laufringes 25 der bewegbaren Seite eingeklemmt.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 4, jede Rollrillenoberfläche 24c weist einen inneren Umfangsabschnitt 24c1, der eine gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius R1 ist, einen äußeren Umfangsabschnitt 24c2, der eine gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius R2 ist, und einen Bodenabschnitt 24c3, der den inneren und äußeren Umfangsabschnitt 24c1 und 24c2 verbindet, auf. Entsprechend weist jede Rollrillenoberfläche 25c einen inneren Umfangsabschnitt 25c1, der eine gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius R1 ist, einen äußeren Umfangsabschnitt 25c2, der eine gekrümmte Oberfläche mit einem Krümmungsradius R2 ist, und einen Bodenabschnitt 25c3, der den inneren und äußeren Umfangsabschnitt 25c1 und 25c2 verbindet, auf. Der Krümmungsradius R1 einer jeden der inneren Umfangsabschnitte 24c1 und 25c1 kann gleich zu oder ein wenig unterschiedlich von dem Krümmungsradius R2 eines jeden des inneren und äußeren Umfangsabschnittes 24c2 und 25c2 sein. Auf jeden Fall ist der Krümmungsradius R1 oder R2 so gewählt, daß er ungefähr gleich und größer als der Radius der Kugel 26 ist, nämlich ein wenig größer als der Radius einer jeden Kugel 26.
Der Bodenabschnitt 24c3 ist eine flache Oberfläche, die durch Tangenten des inneren und äußeren Umfangsabschnittes 24c1 und 24c2 definiert ist. Entsprechend ist der Bodenabschnitt 25c3 eine flache Oberfläche, die durch Tangenten des inneren und äußeren Umfangsabschnittes 25c1 und 25c2 definiert ist. Mit anderen Worten, der Bodenabschnitt 24c3 ist eine analytisch geometrische gekrümmte Oberfläche, die glatt mit dem inneren und äußeren Umfangsabschnitt 24c1 und 24c2 verbunden ist und einen unendlichen Krümmungsradius aufweist. Entsprechend ist der Bodenabschnitt 25c3 eine analytisch geometrische gekrümmte Oberfläche, die glatt mit dem inneren und äußeren Umfangsabschnitt 25c1 und 25c2 verbunden ist und einen unendlichen Krümmungsradius aufweist. Der Zentrumsdurchmesser eines jeden der Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 ist so gewählt, daß er im wesentlichen gleich dem umlaufenden Radius der umlaufenden Bewegung des bewegbaren Spiralteiles 20 ist. Die Breite eines jeden der Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 ist so gewählt, daß sie ungefähr gleich einem Drittel einer wirksamen Rollspurbreite, nämlich einer Breite einer jeden der Rollrillenoberflächen 24c und 25c ist. Bevorzugt ist die Breite eines jeden der Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 in bezug auf den Profilfehler in den Spiralteilen, auf den Positionsfehler beim Anbringen der Laufringe und den Positionsfehler beim Bilden der Rollrillen gewählt.
Andererseits sind flache Abschnitt 24d und 25d auf den anderen Oberflächen der Laufringe 24 und 25 der festen Seite bzw. der bewegbaren Seite gebildet. Die flachen Abschnitte 24d und 25d sind größer in der Breite als die Bodenabschnitte 24c3 bzw. 25c3. Folglich wird der Laufring 24 der festen Seite in Kontakt mit dem zylindrischen Abschnitt 10b1 großen Durchmessers des vorderen Gehäuses 10b über die Breite größer als der Bodenabschnitt 24c3 gebracht und gestützt. Entsprechend wird der Laufring 25 der bewegbaren Seite in Kontakt mit der Endplatte 20a des bewegbaren Spiralteiles 20 über eine Breite größer als die des Bodenabschnittes 25c3 gebracht und gestützt. Somit dient jeder des zylindrischen Abschnitt 10b1 großen Durchmessers und der Endplatte 20a als ein Laufringstützteil.
Zurückkehrend zu Fig. 2, die Beschreibung wird über einen Betriebs des Spiralkompressors mit der oben erwähnten Kugelkupplungsstruktur gegeben. Zuerst wird die Welle 11 durch eine externe Antriebsquelle (nicht gezeigt) durch die elektromagnetische Kupplung 15 zum Drehen angetrieben. Wenn die Welle 11 gedreht wird, kreist die Buchse 21 um die Wellenzentrumsachse X so, daß das bewegbare Spiralteil 20 um die Wellenzentrumsachse X kreist. Inzwischen stehen die Involutenteile 20b und 16b des bewegbaren und des festen Spiralteiles 20 und 16 in Eingriff miteinander, so daß ein Hohlraum dazwischen als eine Kompressionskammer gebildet wird. Folgend der Umlaufbewegung des bewegbaren Spiralteiles 20 wird die Kompressionskammer im Volumen verringert und nach innen in die Involutenteile 20 und 16 bewegt.
Folglich wird ein Fluid, das von einem externen Fluidkreislauf in die Ansaugkammer 18 durch eine Ansaugöffnung (nicht gezeigt), die in dem Gehäuse 10 gebildet ist, fließt, in die Kompressionskammer durch die peripheren Kanten beider Involutenteile 20 und 16 eingeführt und in der Kompressionskammer in ein komprimiertes Fluid komprimiert. Das komprimierte Fluid fließt von der Kompressionskammer durch ein Ausgabeloch 16a, das in dem festen Spiralteil 16 gebildet ist, in die Ausgabekammer 19. Dann fließt das komprimierte Fluid von der Ausgabekammer 19 durch eine Ausgabeöffnung (nicht gezeigt), die in dem hinteren Gehäuse 10a gebildet ist, zu dem externen Fluidkreislauf.
Während der Kompression unterliegt das bewegbare Spiralteil 20 der Reaktionskraft entlang der Zentrumsachse X und einer Gegenrotationskraft in einer radialen Richtung. Die Reaktionskraft und die Gegenrotationskraft werden durch den Laufring 25 der bewegbaren Seite, die Kugeln 26 und den Laufring 24 der festen Seite auf das vordere Gehäuse 10b übertragen. Auf die umlaufende Bewegung des bewegbaren Spiralteiles 20 hin rollt jede Kugel 26 innerhalb der Rollrillenoberflächen 24c und 25c entlang einer kreisförmigen Umlaufbahn mit einem Durchmesser im wesentlichen gleich dem umlaufenden Radius rs des bewegbaren Spiralteiles 20. Jeder der Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 der Rollrillenoberflächen 24c und 25c weist einen Durchmesser d0 auf, der im wesentlichen gleich dem umlaufenden Radius rs des bewegbaren Spiralteiles 20 gewählt ist. Daher kann die Kugel 26 glatt und stabil entlang der oben erwähnten kreisförmigen Umlaufbahn in Preßkontakt mit den Bodenabschnitten 24c3 und 25c3 der Rollrillenoberflächen 24c und 25c rollen. Als Resultat kreist das bewegbare Spiralteil 20 mit einer vorbestimmten Winkelbeziehung, die zu dem vorderen Gehäuse 10b und wiederum zu dem festen Spiralteil 16 gehalten wird.
Auf die umlaufende Bewegung des bewegbaren Spiralteiles 20 versucht sich das bewegbare Spiralteil 20, um die Buchse 21 zu drehen. Solch eine Drehung des bewegbaren Spiralteiles 20 wird verhindert, da das Rollen der Kugel 26 innerhalb der Rollrillenoberfläche 24c und 25c beschränkt ist.
Zu dieser Zeit rollt die Kugel 26 im wesentlichen entlang der Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 der Rollrillenoberflächen 24c und 25c. Genauer, selbst wenn eine Abmessungsdifferenz zwischen dem Radius einer jeden der Rollrillenoberflächen 24c und 25c und dem tatsächlichen umlaufenden Radius des Laufringes 25 der bewegbaren Seite als Resultat einer Abmessungstoleranz der Teile und der Versetzung beim Zusammenbau vorhanden ist, ist die Kugel 26 im wesentlichen vollständig daran gehindert, von den Bodenabschnitten 24c3 und 25c3 der Rollrillenoberflächen 24c und 25c verschoben werden, um die gekrümmten Oberflächen hinaufzuklettern, nämlich die inneren Umfangsabschnitte 24c1 und 25c1 oder die äußeren Umfangsoberflächen 24c2 und 25c2. Zusätzlich sind die Laufringe 24 der festen Seite und der bewegbaren Seite einer Druckkraft F0 von der Kugel 26 entlang der Wirkungslinie unterworfen, die im wesentlichen miteinander entlang der Axialrichtung zusammenfallen.
Im allgemeinen ist es bei dem Spiralkompressor notwendig, eine Widerstandskraft gegen die Reaktionskraft zu erzeugen, die auf das bewegbare Spiralteil 20 während der Kompression angelegt wird. Zum Erzeugen der Widerstandskraft wird die Kugel 26 mit drückender Kraft von den Bodenabschnitten 24c3 und 25c3 zu den inneren und äußeren Umfangsabschnitten 24c1, 25c1, 24c2 und 25c2 aufgenommen. Wenn zu dieser Zeit die anderen Oberflächen oder die hinteren Oberflächen der Laufringe 24 und 25 der festen Seite und der bewegbaren Seite gekrümmt sind, reagieren die Laufringe 24 und 25 der festen Seite und der bewegbaren Seite auf eine Komponentenkraft der Druckkraft zum Wiederholen einer Reibverschleißwirkung oder eines Eingriffes/Nichteingriffes in bezug auf das Laufringtragteil. Dieses bringt Reibverschleißabnutzung mit sich, was dem Stand der Technik bekannt ist. Im Hinblick auf das Obige sind die flachen Abschnitte 24d und 25d an den hinteren Oberflächen der Laufringe 24 und 25 der festen Seite und bewegbaren Seite gebildet, wie oben beschrieben wurde. Mit diesem Aufbau ist der Oberflächendruck zwischen dem Laufringtragteil und jedem Laufring wirksam verringert.
Zusätzlich wird jeder Laufring daran gehindert, von dem Laufringtragteil an einer Position unter der Kugel 26 hochzukommen. Es ist daher möglich, Reibverschleißabnutzung zu verhindern.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 5, die Beschreibung wird über einen Spiralkompressor mit einem Rotationsverhinderungsmechanismus gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung gegeben. Ähnliche Teile sind durch entsprechende Bezugszeichen bezeichnet.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 5, jeder der Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 der Rollrillenoberflächen 24c und 25c des Laufringes 24 der festen Seite und des Laufringes 25 der bewegbaren Seite weist einen Krümmungsradius R3 sehr viel größer als jeder des Krümmungsradius R1 der inneren Umfangsabschnitte 24c1 und 25c1 und des Krümmungsradius R2 der äußeren Umfangsabschnitte 24c2 und 25c2 auf. Auch in diesem Fall sind die Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 durch die Tangenten der inneren Umfangsabschnitte 24c1 und 25c1 bzw. der äußeren Umfangsabschnitte 24c2 und 25c2 definiert. Mit diesem Aufbau weist jede der Rollrillenoberflächen 24c und 25c eine kontinuierliche und glatt gekrümmte Oberfläche als Ganzes so auf, daß die lokale Zunahme des Oberflächendruckes vermieden werden kann. Der Krümmungsradius R1 kann gleich oder ein wenig unterschiedlich zu dem Krümmungsradius R2 sein.
Somit müssen die Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 der Rollrillenoberflächen 24c und 25c nicht genau flach sein. Insbesondere ist es ausreichend, daß jeder der Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 als die analytisch geometrische gekrümmten Oberflächen mit dem Krümmungsradius größer als jeder Krümmungsradien R1 und R2 der inneren und der äußeren Umfangsabschnitte 24c1, 25c1 und 24c2, 25c2 gebildet ist.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 6, die Beschreibung wird über einen Spiralkompressor mit einem Rotationsverhinderungsmechanismus gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung gegeben. Ähnliche Teile sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Rotationsverhinderungsmechanimus ist jede der Rollrillenoberflächen 24c und 25c eine gekrümmte Oberfläche entlang einer Ellipse mit einer Hauptachse in der radialen Richtung der Ringform orientiert. Genauer, jede der Rollrillenoberflächen 24c und 25c ist entlang der Hälfte der Ellipse gebildet, die durch Teilen der Ellipse durch die Hauptachse gebildet ist. Mit diesem Aufbau weist auch jede der Rollrillenoberflächen 24c und 25c eine kontinuierliche und glatt gekrümmte Oberfläche auf. Daher kann eine lokale Zunahme des Oberflächendruckes vermieden werden. Jede der Rollrillenoberflächen 24c und 25c kann auch entlang eines Teiles der Ellipse gebildet sein, die durch Teilen der Ellipse durch eine Linie parallel zu der Hauptachse gebildet wird.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 7, es wird Beschreibung mehr im einzelnen gegeben. Es sei angenommen, daß die Kugel 26 einen Durchmesser d aufweist. Der Abstand H von dem Boden der Rollrillenoberfläche 25c zu den Örtern f1 und f2 der Ellipse, die mit e bezeichnet ist, wird dargestellt durch:
H = (d/2) + r. (r ≥ 0) (1)
Es seien die Abstände von einem Punkt auf der einen Oberfläche des Laufringes 25 der bewegbaren Seite an einer Kante der Rollrille 25c zu den Örtern f1 und f2 durch A1 und A2 dargestellt. Die Abstände von dem Boden der Rollrillenoberfläche 25c zu den Örtern f1 und f2 sind durch B1 bzw. B2 dargestellt. Der gegenseitige Abstand zwischen den Örtern f1 und f2 ist durch C1 dargestellt. In diesem Fall ist die folgende Gleichung gegeben:
A1 + A2 + C1 = B1 + B2 + C1. (2)
Somit können die Positionen der zwei Örter f1 und f2 der Ellipse, die die Rollrillenoberfläche 25c des Laufringes 25 der bewegbaren Seite definiert, berechnet werden.
Obwohl der Laufring 25 der bewegbaren Seite in Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben worden ist, kann das Vorangehende auch auf den Laufring 24 der festen Seite angewendet werden.
Wie oben beschrieben wurde, der Rotationsverhinderungsmechanimus verhindert, daß die Kugel 26 auf den äußeren oder den inneren Umfangsabschnitten 24c1, 25c1 und 24c2, 25c2 der Rollrillenoberflächen 24c und 25c während des Rollens hochläuft. Daher ist es möglich, eine Verbesserung der Dauerhaftigkeit des Rotationsverhinderungsmechanimus, eine Stabilisierung der Effektivität und eine Verbesserung der Produktivität durch Optimieren einer axialen Lücke zwischen dem festen und dem bewegbaren Spiralteil 20 und eine Unterdrückung der Abnutzung des Rotationsverhinderungsmechanimus zu erzielen.
Während die vorliegende Erfindung soweit in Zusammenhang mit einigen Ausführungsform davon beschrieben worden ist, ist es leicht für den Fachmann möglich, diese Erfindung in verschiedenen anderen Arten in die Praxis umzusetzen. Zum Beispiel ist es bevorzugt, daß eine Breite des Bodenabschnittes so ausgelegt ist, daß verschiedene Fehler bezüglich einer Form eines jeden des festen und des bewegbaren Spiralteiles, einer Position der Laufringteile und einer Position der Rollrillenoberflächen enthalten ist.

Claims

1. Rotationsverhinderungsmechanismus zum Verhindern, daß ein umlaufendes Teil (20) relativ zu einem festen Teil (10) gedreht wird,

wobei das umlaufende Teil (20) eine umlaufende Bewegung entlang einer vorbestimmten Umlaufbahn in Bezug auf das feste Teil (10) ausführt, der Rotationsverhinderungsmechanismus ein Paar von an dem festen (10) bzw. an dem umlaufenden (20) Teil angebrachten Laufringen (24, 25), die einander zugewandt sind, und eine zwischen den Laufringen (24, 25) eingefügte Kugel (26) aufweist, jeder der Laufringe (24, 25) eine Rollrillenoberfläche (24c, 25c) aufweist, die eine Ringform entsprechend der Umlaufbahn aufweist und die Kugel (26) aufnimmt,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Rollrillenoberfläche (24c, 25c) aufweist einen äußeren Umfangsabschnitt (24c2, 25c2) mit einem ersten Krümmungsradius in einem Querschnitt davon, wobei der erste Radius ungefähr gleich und größer als der Radius der Kugel (26) ist;

einen inneren Umfangsabschnitt (24c1, 25c1) mit einem zweiten Krümmungsradius mit einem Querschnitt davon, wobei der zweite Radius ungefähr gleich und größer als der Radius der Kugel (26) ist; und

einen Bodenabschnitt (24c3, 25c3), der zwischen dem äußeren und inneren Umfangsabschnitt verbunden ist und einen dritten Krümmungsradius mit einem Querschnitt davon aufweist, wobei der dritte Radius größer als der erste und auch der zweite Radius ist.

2. Rotationsverhinderungsmechanismus nach Anspruch 1, bei dem der erste Radius gleich dem zweiten Radius ist.

3. Rotationsverhinderungsmechanismus nach Anspruch 1, bei dem der erste Radius sich etwas von dem zweiten Radius unterscheidet.

4. Rotationsverhinderungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Rollrillenoberfläche (24c, 25c) glatt an einem Grenzgebiet zwischen dem Bodenabschnitt (24c3, 25c3) und jedem von dem äußeren (24c2, 25c2) und dem inneren (24c1, 25c1) Umfangsabschnitt gebildet ist.

5. Rotationsverhinderungsmechanismus nach Anspruch 1, bei dem an einer Verbindung zwischen dem Bodenabschnitt (24c3, 25c3) und jedem von dem äußeren (24c2, 25c2) und dem inneren (24c1, 25c1) Umfangsabschnitt der Bodenabschnitt (24c3, 25c3) eine Tangente aufweist, die sich entlang von jedem des äußeren und inneren Umfangsabschnitts erstreckt.

6. Rotationsverhinderungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der dritte Radius unendlich ist, so daß der Bodenabschnitt (24c3, 25c3) flach ist.

7. Rotationsverhinderungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Bodenabschnitt (24c3, 25c3) eine Bodenweite in einer Radialrichtung der Ringform aufweist, wobei die Bodenbreite so ausgelegt ist, daß sie Fehler bezüglich einer Position von sowohl dem festen (10) als auch dem umlaufenden (20) Teil, einer Position der Laufringe und einer Position der Rollrillenoberfläche aufnimmt.

8. Rotationsverhinderungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter mit einem Paar von Laufrillentragteilen (10b1, 20a) zum Tragen der Laufringe (24, 25) an dem festen bzw. dem umlaufenden Teil, wobei jeder der Laufringe einen flachen Abschnitt (24d, 25d) aufweist, der in Kontakt mit jedem der Laufringtragteilen (10b1, 20a) gehalten wird, wobei der flache Abschnitt eine Breite größer als der des Bodenabschnittes aufweist.

9. Rotationsverhinderungsmechanismus nach Anspruch 1, bei dem die Rollrillenoberfläche (24c, 25c) einen Querschnitt entlang einer Ellipse aufweist, deren Hauptachse in einer radialen Richtung der Ringform orientiert ist.

10. Spiralfluidverdrängungsgerät mit:

einem Rotationsverhinderungsmechanismus, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht ist;

einem mit dem festen Teil (10) verbundenen festen Spiralteil (16) und

einem mit dem umlaufenden Teil verbundenen bewegbaren Spiralteil, das mit dem festen Spiralteil zum Verursachen einer Fluidverdrängung als Reaktion auf die umlaufende Bewegung des umlaufenden Teiles (20) zusammenwirkt.