WO2000053933A1

WO2000053933A1 - Spiralverdichter

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Publication number: WO2000053933A1
Application number: PCT/EP2000/001450
Authority: WO
Inventors: Karl-Friedrich Kammhoff
Original assignee: Bitzer Kühlmaschinenbau Gmbh
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2000-09-14
Also published as: DE19910458C2; DE19910458A1

Abstract

Um einen Kompressor umfassend einen Spiralverdichter mit einem ersten Verdichterkörper und einem zweiten Verdichterkörper, einen Antrieb mit einem Antriebsmotor und eine Mitnehmereinheit, welche einen auf einer Mitnehmerbahn umlaufenden Mitnehmer und eine an dem zweiten Verdichterkörper drehbar gelagerte Mitnehmeraufnahme aufweist, wobei die Mitnehmeraufnahme in radialer Richtung zur Mittelachse mit einem radialen Freiheitsgrad gegenüber dem Mitnehmer bewegbar ist, derart zu verbessern, dass die Mitnehmereinheit möglichst einfach ausgebildet ist und möglichst verschleissfrei arbeitet, wird vorgeschlagen, dass der Mitnehmer eine in einer Richtung quer zur Mittelachse gekrümmte und in Drehrichtung konvexe Mitnehmerfläche aufweist, dass die Mitnehmeraufnahme eine der Mitnehmerfläche zugewandte in Drehrichtung konkave Mitnahmefläche mit geringerer Krümmung als die Mitnehmerfläche aufweist, auf welche die Mitnehmerfläche über einen Berührungsbereich durch Kraftbeaufschlagung einwirkt und dass die Mitnahmefläche relativ zur Mitnehmerfläche mit einer in Richtung des radialen Freiheitsgrades verlaufenden Komponente bewegbar ist.

Description

SpiralVerdichter

Die Erfindung betrifft einen Kompressor umfassend einen Spiralverdichter mit einem ersten Verdichterkörper und einem zweiten Verdichterkörper, deren in Form einer Kreisevolvente ausgebildete erste bzw. zweite Spiralrippen so ineinandergreifen, daß der zweite Verdichterkörper gegenüber dem ersten Verdichterkörper auf einer Orbitalbahn um eine Mittelachse bewegbar ist, einen Antrieb für den Spiralverdichter mit einem Antriebsmotor und eine Mitnehmereinheit, welche einen vom Antriebsmotor angetriebenen und auf einer Mitnehmerbahn um die Mittelachse umlaufenden Mitnehmer und eine an dem zweiten Verdichterkörper drehbar gelagerte Mitnehmeraufnahme aufweist, wobei die Mitnehmeraufnahme in radialer Richtung zur Mittelachse mit einem derartigen radialen Freiheitsgrad gegenüber dem Mitnehmer bewegbar ist, daß der zweite Verdichterkörper aufgrund dieses radialen Freiheitsgrades und der wirksamen Zentrifugalkräfte mit der zweiten Spiralrippe an der ersten Spiralrippe des ersten Verdichterkörpers anliegend bewegbar ist.

Ein derartiger Kompressor ist beispielsweise aus dem US- Patent 5,295,813 bekannt, wobei die flach ausgebildete Mitnehmerfläche den Nachteil hat, daß die Gefahr besteht, daß örtliche Überlastungen und/oder Verkantungen auftreten können, so daß eine derart ausgebildete Mitnehmereinheit verschleißanfällig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kompressor der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß die Mitnehmereinheit möglichst einfach ausgebildet ist, andererseits aber auch möglichst verschleißfrei arbeitet. Diese Aufgabe wird bei einem Kompressor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Mitnehmer eine in einer Richtung quer zur Mittelachse gekrümmte und in Drehrichtung konvexe Mitnehmerfläche aufweist, daß die Mitnehmeraufnahme eine der Mitnehmerfläche zugewandte, in Drehrichtung konkave Mitnahmefläche mit geringerer Krümmung als die Mitnehmerfläche aufweist, auf welche die Mitnehmerfläche über einen Berührungsbereich durch Kraftbeaufschlagung einwirkt, und daß die Mitnahmefläche relativ zur Mitnehmerfläche mit einer in Richtung des radialen Freiheitsgrades verlaufenden Komponente bewegbar ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß durch das Einwirken einer konvexen Mitnehmerfläche auf die konkave Mitnahmefläche mit geringerer Krümmung als die Mitnehmerfläche eine äußerst vorteilhafte flächige Wechselwirkung zwischen dem Mitnehmer und der Mitnehmeraufnähme erreichbar ist, nämlich dadurch, daß in dem Berührungsbereich mittig eine sogenannte Hertz ' sehe Pressung auftritt und die Kräfte außerhalb der Mitte kontinuierlich abnehmen. Damit ist eine vorteilhafte und insbesondere verschleißunanfällige Kraftübertragung zwischen dem Mitnehmer und der Mitnehmeraufnahme möglich.

Insbesondere ist im Gegensatz zu dem Stand der Technik, welcher mit ebenen Flächen arbeitet, jegliches Auftreten von Verkantungen oder ein auch sogenanntes "Kantentragen" vermieden. Im übrigen hat das Zusammenwirken einer in Drehrichtung konvexen Mitnehmerfläche mit einer in Drehrichtung konkaven Mitnahmefläche den Vorteil, daß sich Bewegungen in Richtung des radialen Freiheitsgrades besonders einfach realisieren lassen, da die Mitnahmefläche relativ leicht über die in Drehrichtung konvexe Mitnehmerfläche in radialer Richtung gleiten kann. Das Ausbilden der Mitnahmefläche als konkave Fläche ist im Gegensatz zu einer Mitnahmefläche als ebene Fläche noch insoweit vorteilhaft, als dadurch zusätzlich zu der vorteilhaften Hertz ' sehen Pressung über einen möglichst großen Berührungsbereich auch noch eine geringfügige Bewegungshemmung gegen eine Bewegung in Richtung des radialen Freiheitsgrades erreichbar ist.

Prinzipiell wäre es denkbar, daß die Mitnehmeraufnahme relativ zum Mitnehmer nicht nur durch das Zusammenwirken der Mitnehmerfläche und der Mitnahmefläche eine Führung erfährt, sondern auch auf der der Mitnehmerfläche gegenüberliegenden Seite des Mitnehmers eine Führung zwischen Mitnehmer und Mitnehmeraufnahme erfolgt.

Besonders günstig ist es jedoch, wenn der Mitnehmer mit der Mitnehmeraufnähme nur über den Berührungsbereich in Kontakt steht und im übrigen von einem sich zwischen dem Mitnehmer und der Mitnehmeraufnahme erstreckenden Freiraum umgeben ist. Ein derartiger Freiraum schafft einerseits die Möglichkeit, daß jegliches Verkanten bei der Relativbewegung der Mitnehmeraufnahme bezüglich des Mitnehmers vermieden werden kann, da die beiden lediglich über die Mitnehmerfläche und die Mitnahmefläche wechselwirken und diese aufgrund ihrer konvexen und konkaven Wölbung nicht miteinander verkanten können, während auf der gegenüberliegenden Seite der Mitnehmerfläche keinerlei Führung zwischen Mitnehmer und Mitnehmeraufnahme erfolgt.

Darüber hinaus hat ein Freiraum auch noch den weiteren Vorteil, daß damit ein zusätzlicher Freiheitsgrad bei der Bewegung der Mitnehmeraufnahme relativ zum Mitnehmer geschaffen ist, der nicht zwingend auf den radialen Freiheitsgrad eingeschränkt ist, sondern auch noch zusätzliche Bewegungskomponenten, beispielsweise in Drehrichtung zuläßt. Eine derartige Lösung ist insbesondere zum Kompensieren sogenannter Flüssigkeitsschläge geeignet, da diese nur kurzzeitig auftreten und die Wechselwirkung zwischen der Mitnahmefläche und der Mitnehmerfläche nur dann möglichst wenig belasten, wenn auch im Extremfall die Mitnahmefläche sich kurzzeitig von der Mitnehmerfläche lösen kann.

Die Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung ist konstruktiv besonders einfach, wenn die Mitnahmefläche einen Teilabschnitt einer Innenfläche einer Ausnehmung in der Mitnehmeraufnahme ist, in welche der Mitnehmer eingreift, so daß durch Herstellung der Wände der Ausnehmung bereits die Mitnahmefläche ebenfalls herstellbar ist.

Besonders einfach läßt sich auch der außerhalb des Berührungsbereichs bestehende Freiraum zwischen dem Mitnehmer und der Mitnehmeraufnahme dann realisieren, wenn der Mitnehmer mit Spiel in der Ausnehmung bewegbar ist, wobei dieses Spiel einerseits eine Bewegbarkeit in Richtung des radialen Freiheitsgrades beinhaltet, vorzugsweise aber auch noch eine Bewegbarkeit quer zum radialen Freiheitsgrad beinhaltet, die insbesondere für das Vermeiden eines Verkantens bei Bewegungen in Richtung des radikalen Freiheitsgrades wesentlich ist.

Hinsichtlich der Ausbildung der Mitnahmefläche und der Mitnehmerfläche wäre es beispielsweise denkbar, diese derart zu begrenzen, daß sie sich lediglich über den Berührungsbereich erstrecken.

Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Mitnahmefläche und die Mitnehmerfläche so dimensioniert sind, daß sie sich über den Berührungsbereich hinauserstrecken und somit der Freiraum sich zwischen diese bis zum Berührungsbereich hin erstreckt, wobei der zwischen diesen liegende Teilbereich des Freiraums von dem Berührungsbereich ausgehend sich mit zunehmendem Abstand vom Berührungsbereich zunehmend vergrößert . Diese Lösung hat den Vorteil, daß bei dieser Konzeption der Mitnehmerfläche und der Mitnahmefläche der Berührungsbereich fließend endet und der sich daran anschließende Freiraum bei der Relativbewegung der Mitnahmefläche zur Mitnehmerfläche verringert, sogar geschlossen werden kann, wenn der Berührungsbereich in diese Richtung wandert.

Besonders günstig ist es, wenn der Freiraum sich beiderseits des Berührungsbereichs mit zunehmendem Abstand von diesem vergrößert, so daß sich die mit der Mitnahmefläche wechselwirkende Mitnehmerfläche symmetrisch gegenüber einer Bewegung der Mitnahmefläche in radialer Richtung nach außen oder nach innen verhält.

Im Rahmen der bisherigen Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung wurde davon ausgegangen, daß in mindestens einer Stellung die der Mitnehmerfläche zugewandte Mitnahmefläche zumindest eine geringfügig kleinere Krümmung aufweist, als die Mitnehmerfläche. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn in allen Stellungen des zweiten Verdichterkörpers, in denen die zweite Spiralrippe dichtend an der ersten Spiral- rippe anliegt, die Mitnahmefläche eine Krümmung aufweist, die zumindest geringfügig kleiner ist als eine Krümmung der Mitnehmerfläche, so daß in allen Stellungen des zweiten Verdichterkörpers, in denen die volle Antriebskraft zur Überwindung der tangentialen Gaskraft von dem Mitnehmer auf die Mitnehmeraufnähme übertragen wird, die vorteilhaften Verhältnisse hinsichtlich der Flächenpressungen vorliegen.

Besonders günstig ist es bei der erfindungsgemäßen Lösung, wenn die Mitnahmefläche in ungefähr derselben Ausrichtung zu einer von der Mittelachse zur Berührungslinie der Spiralrippen verlaufenden Geraden um die Mittelachse umlaufend bewegbar ist. Damit liegen für die Übertragung der Antriebskraft von dem Mitnehmer auf die Mitnehmeraufnähme stets im wesentlichen dieselben Verhältnisse vor.

Ferner ist es in diesem Zusammenhang auch günstig, wenn die Mitnehmerfläche in ungefähr derselben Ausrichtung zu einer von der Mittelachse zu der Berührungslinie der Spiralrippen verlaufenden Geraden um die Mittelachse umlaufend bewegbar ist, so daß damit sowohl die Ausrichtung der Mitnahmefläche als auch die Ausrichtung der Mitnehmerfläche im wesentlichen erhalten bleibt und somit die auftretenden Kraftkomponenten durch die Ausrichtung vorgebbar sind.

Beispielsweise ist es denkbar, die Mitnahmefläche und die Mitnehmerfläche in einer Ausgangsstellung, das heißt bei sich auf der theoretisch vorgesehenen Orbitalbahn bewegenden Drehachse der Mitnehmeraufnahme, stets im wesentlichen parallel zu der Geraden ausgerichtet zu halten, so daß die Möglichkeit besteht, der tangentialen Gaskraft mit einer Antriebskraft entgegenzuwirken, ohne daß zusätzliche radiale Kraftkomponenten auftreten, so daß die radiale Gaskraft ausschließlich durch die Zentrifugalkraft kompensiert wird.

Es ist aber auch denkbar, in der Ausgangsstellung die Ausrichtung der Mitnehmerfläche und auch der Mitnahmefläche so zu wählen, daß die der tangentialen Gaskraft entgegenwirkende Antriebskraft stets noch zu einer Kraftkomponente in radialer Richtung, entweder nach außen oder nach innen, führt und somit definiert der radialen Gaskraft oder der zentrifugalen Gaskraft entgegengewirkt werden kann.

Hinsichtlich der Ausbildung der Mitnehmerfläche als in Drehrichtung konvexe Fläche wurden bislang keine weiteren Angaben gemacht. Beispielsweise wäre es denkbar, die Mitnehmerfläche als Ausschnitt aus einer Kreiszylinderfläche oder auch als Kugelkappenfläche auszubilden. Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, daß die Mitnehmerfläche einen Ausschnitt aus einer Zylinderfläche mit elliptischen Querschnitt bildet.

Vorzugsweise bildet dabei die Mitnehmerfläche einen Ausschnitt aus der Zylinderfläche mit elliptischem Querschnitt im Bereich der Zylinderfläche mit der geringsten Krümmung.

Vorzugsweise ist dabei der Mitnehmer als Zylinderkörper, vorzugsweise mit einem zumindest teilweise elliptischem Querschnitt, ausgebildet, so daß dessen Außenfläche die Mitnehmerfläche bilden kann. Im einfachsten Fall ist dabei der Zylinderkörper als Zylinderkörper mit einem vollständig elliptischen Querschnitt ausgebildet.

Ein derartiger Zylinderkörper hat jedoch den Nachteil, daß er nur eine geringe Stabilität hat, insbesondere, dann, wenn die Halbachsen der Ellipse sich hinsichtlich ihrer Länge deutlich unterscheiden.

Aus diesem Grund sieht ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß der Zylinderkörper einen halbseitig halbelliptischen und halbseitig halbkreisförmigen Querschnitt aufweist. Dabei erlaubt insbesondere der halbkreisförmige Querschnitt eine größere Stabilität des Zylinderkörpers zur Aufnahme der tangentialen Gaskraft, ohne daß zur Bildung der Mitnehmerfläche die Vorteile einer Zylinderfläche aufgegeben werden müssen.

Auch hinsichtlich der Mitnahmefläche hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Mitnahmefläche einen Ausschnitt aus einer Zylinderfläche mit elliptischem Querschnitt bildet, wobei vorzugsweise der Ausschnitt ebenfalls den Teil der Zylinderfläche mit der geringsten Krümmung umfaßt.

Konstruktiv besonders einfach ist es dabei, wenn die Mitnahmefläche die Innenfläche einer in der Mitnehmeraufnahme vorgesehenen Ausnehmung bildet, da eine derartige Ausnehmung in der Mitnehmeraufnähme besonders einfach herstellbar ist.

Vorzugsweise weist die Ausnehmung dabei einen zumindest teilweise elliptischen Querschnitt auf. Auch hinsichtlich der Ausbildung der Ausnehmung ist es besonders vorteilhaft, wenn diese einen zylindrischen Querschnitt aufweist, welcher halbseitig halbelliptisch und halbseitig halbkreisförmig ist, so daß insbesondere ein entsprechend geformter Mitnehmer in die Ausnehmung eingreifen kann und das entsprechende Spiel zwischen der Ausnehmung und dem Mitnehmer zur Verfügung steht.

Hinsichtlich der drehbaren Lagerung der Mitnehmeraufnähme an dem zweiten Verdichterkörper wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. Besonders günstig ist es, wenn die Mitnehmeraufnahme mittels eines diese umgebenden Drehlagers am zweiten Verdichterkörper gelagert ist, da damit eine sehr günstige Übertragung der Kräfte von der Mitnehmeraufnähme auf den zweiten Verdichterkörper möglich ist.

Vorzugsweise ist hierzu die Mitnehmeraufnahme als Körper mit einer zylindrischen Außenfläche ausgebildet, welcher in einem die Außenfläche umschließenden und drehbar lagernden Lagerring des zweiten Verdichterkörpers angeordnet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kompressors;

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Schnitts längs Linie 3-3 in Fig. 1 bei in Ausgangsstellung des zweiten Verdichterkörpers aneinander anliegenden Spiralrippen;

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 bei aufgrund eines Flüssigkeitsschlages voneinander weg bewegten Spiralrippen;

Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kompressors;

Fig. 6 einen Schnitt ähnlich Fig. 4 durch das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kompressors;

Fig. 7 einen Schnitt ähnlich Fig. 6, allerdings bei radial nach außen verschobenem zweitem Verdichterkörper;

Fig. 8 einen Schnitt ähnlich Fig. 5 bei einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels mit bereits konstruktiv vorgesehener Erzeugung einer radialen Komponente mittels der tangentialen Gaskraft in Richtung der Zentrifugalkraft und

Fig. 9 einen Schnitt ähnlich Fig. 5 einer zweiten

Variante des zweiten Ausführungsbeispiels mit einer konstruktiv vorgesehenen Erzeugung einer radialen Komponente der tangentialen Gaskraft entgegengesetzt zur Zentrifugalkraft. Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kompressors umfaßt ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Gehäuse, in welchem ein Antriebsmotor 12 und ein Spiralverdichter 14 angeordnet sind.

Der Spiralverdichter 14 umfaßt einen ersten Verdichterkörper 16 und einen zweiten Verdichterkörper 18. Der erste Verdichterkörper 16 weist eine sich über eine Bodenfläche 20 erhebende erste Spiralrippe 22 auf, die in Form einer Kreisevolvente verläuft und der zweite Verdichterkörper 18 weist eine sich über eine Bodenfläche 24 erhebende zweite Spiralrippe 26 auf, die ebenfalls in Form einer Kreisevolvente verläuft. Die beiden Spiralrippen 22 und 26 greifen dabei so ineinander, daß sie sich bis zur Bodenfläche 24 bzw. 20 des jeweils anderen Verdichterkörpers 18 bzw. 16 erstrecken und an dieser dichtend anliegen. Zwischen den Bodenflächen 20 und 24 sowie den Spiralrippen 22 und 26 bilden sich somit Kammern 28, in welchen ein zu verdichtendes Medium eine Verdichtung erfährt, wobei das zu verdichtende Medium über einen äußeren Einlaßraum 30 mit Anfangsdruck zuführbar ist und über einen Auslaß 32 unter Enddruck abführbar ist.

Vorzugsweise ist der erste Verdichterkörper 16 feststehend in dem Gehäuse 10 angeordnet und der zweite Verdichterkörper 18 bewegt sich, wie in Fig. 3 dargestellt, auf einer um eine Mittelachse 34 herum verlaufenden Orbitalbahn 36, wobei eine drehfeste Führung des zweiten Verdichterkörpers 18 durch eine Oldhamkupplung 38 in bekannter Weise erfolgt.

Der Antrieb der orbitierenden Bewegung des zweiten Verdichterkörpers 18 um die Mittelachse 34 erfolgt vorzugsweise über den Antriebsmotor 12, welcher einen Stator 40 und einen Rotor 42 aufweist, der auf einer Antriebswelle 44 sitzt, die vorzugsweise in dem Gehäuse 10 um die Mittelachse 34 drehbar gelagert ist.

Die Umsetzung der Drehbewegung der Antriebswelle 44 in die orbitierende Bewegung des zweiten Verdichterkörpers erfolgt vorzugsweise über eine Mitnehmereinheit 50, welche als Mitnehmer einen exzentrisch an der Antriebswelle 44 angeordneten Exzenterzapfen 52 umfaßt sowie eine Exzenteraufnahme 54, ausgebildet als Buchse, die ihrerseits um eine Drehachse 55 drehbar in einem Buchsenlagerring 56 gehalten ist. Der Buchsenlagerring 56 ist vorzugsweise noch mit einer die Exzenteraufnahme umschließenden Gleithülse 58 versehen, welche eine leichte Drehbarkeit der Buchse 54 in dem Buchsenlagerring 56 gewährleistet.

Der Buchsenlagerring 56 ist seinerseits vorzugsweise einstückig an eine Bodenplatte 60 des zweiten Verdichterkörpers 18 angeformt, und zwar auf einer der zweiten Spiralrippe 26 gegenüberliegenden Seite der Bodenplatte 60 und weist somit in Richtung des Antriebsmotors 12.

Der Mitnehmer 52 ist vorzugsweise als zylindrischer Körper mit einem elliptischen Querschnitt, beispielsweise mit einem Halbachsenverhältnis in der Größenordnung von 1 zu 1,5 oder auch mehr, ausgebildet, welcher eine äußere Zylinderfläche 60 aufweist, die sich mit ihrer Zylinderachse 62 parallel zur Mittelachse 34 erstreckt.

Zur Aufnahme des Mitnehmers 52 weist die Mitnehmeraufnähme 54 eine Ausnehmung 64 auf, in welche der Mitnehmer 52 eingreift und die durch eine Wandfläche 70 begrenzt ist, die ebenfalls eine Zylinderfläche eines im Querschnitt elliptischen Zylinders, beispielsweise mit einem Halbachsenverhältnis in der Größenordnung von 1 zu 1,5 oder auch mehr, mit einer Zylinderachse 72 darstellt, wobei die Zylinderachse 72 beispielsweise mit der Drehachse 55 zusammenfällt ebenfalls parallel zur Zylinderachse 62 und somit auch parallel zur Mittelachse 34 verläuft. Der Querschnitt des der Zylinderfläche 70 zugrunde liegenden elliptischen Zylinders ist jedoch größer als der Querschnitt des der Zylinderfläche 60 zugrunde liegenden Zylinders, so daß der von der Zylinderfläche 60 umschlossene Mitnehmer 52 in der Ausnehmung 64 mit Spiel W bewegbar ist und zwar insbesondere in Richtung 80 eines radialen Freiheitsgrades, vorgegeben durch eine Verbindungslinie 80 zwischen der Mittelachse 34 und einer Berührungslinie 82 der Spiralrippen 26 und 22.

Bei einer Bewegung des Mitnehmers 52 um die Mittelachse 34 auf einer Kreisbahn als Mitnehmerbahn kommt der Mitnehmer 52 mit einer von einem Teilbereich 84 der Zylinderfläche 60 gebildeten Mitnehmerfläche an einer von einem Teilbereich 86 der Zylinderfläche 70 gebildeten Mitnahmefläche zur Anlage, wobei sich ein Berührungsbereich 88 ausbildet, der eine quasiflächenhafte Ausbildung aufgrund der "Schmiegung" des Teilbereichs 84 relativ zum Teilbereich 86 aufweist und mittig des Berührungsbereichs 88 die größte Hertz ' sehe Pressung vorliegt, die beiderseits der Mitte des Berührungsbereichs 88 nach außen hin abnimmt, so daß damit die Gefahr eines "Kantentragens" und somit einer örtlichen Überlastung der aneinander anliegenden Flächen vermieden werden kann.

Bei einer Drehbewegung des Mitnehmers 52 in einer Drehrichtung 90 bleibt die Ausrichtung des Teilbereichs 84 der Zylinderfläche 60 relativ zur radialen Richtung 80 aufrecht erhalten und in gleicher Weise bleibt die Ausrichtung des Teilbereichs 86 der Zylinderfläche 70 relativ zur radialen Richtung 80 aufrecht erhalten, da sich die Exzenteraufnahme 54 relativ zum Buchsenlagerring 56 verdreht, wobei die Drehachse vorzugsweise mit der Zylinderachse 72 der Zylinderfläche 70 zusammenfällt.

In einer Ausgangsstellung, dargestellt in Fig. 3, liegt die Drehachse 55 der Mitnehmeraufnahme auf der theoretisch vorgesehenen Orbitalbahn 36 und eine in einem Schnittpunkt der Richtung 80 des radialen Freiheitsgrades mit der theoretischen Orbitalbahn 36 an diese Orbitalbahn 36 gelegte Tangente 92 verläuft so, daß der Berührungsbereich 88 sich symmetrisch zu dieser erstreckt und somit die größte Hertz ' sehe Pressung im Bereich des Schnittpunkts der Tangente 92 mit dem Berührungsbereich 88 vorliegt. In dieser Ausgangsstellung wirkt eine Antriebskraft A des Mitnehmers 52 auf die Mitnehmeraufnahme 54 aufgrund der sich in dem Schnittpunkt 93 ergebenden und senkrecht zur Tangente 92 an die Orbitalbahn 36 verlaufenden Tangente 94 an den als Mitnehmerfläche wirksamen Teilbereich 84 der Zylinderfläche 60 dergestalt, daß eine tangentiale Gaskraft TG, welche auf den zweiten Verdichterkörper 18 in Richtung zur Drehachse 55 in senkrecht zur radialen Richtung 80 wirkt, voll kompensiert wird, ohne daß eine in der radialen Richtung 80 wirksame und durch die tangentiale Gaskraft hervorgerufene Kraftkomponente auftritt, so daß einer im Bereich der Berührungslinie 82 wirksamen radialen Gaskraft RG lediglich eine Zentrifugalkraft Z, hervorgerufen durch die Bewegung des zweiten Verdichterkörpers 18 auf der Orbitalbahn 36, entgegenwirkt. Für die Kraft, mit welcher die zweite Spiralrippe 26 längs der Berührungslinie 82 an der ersten Spiralrippe 22 anliegt, ist somit lediglich die Bilanz zwischen der radialen Gaskraft RG und der Zentrifugalkraft Z maßgebend.

Um nun zu erreichen, daß die zweite Spiralrippe 26 stets mit ihrer Oberfläche an der ersten Spiralrippe 22 anliegend umläuft, sind bei der Herstellung der Spiralrippen 22, 26 auftretende Fertigungstoleranzen und auch im Betrieb, beispielsweise aufgrund Wärmedehnung, auftretende Toleranzen sowie Verschleiß zu berücksichtigen, welche dazu führen, daß die Orbitalbahn 36 von einer theoretisch idealen Kreisbahn um die Mittelachse 34 abweicht. Zum Ausgleich dieser Abweichungen der Orbitalbahn 36 von der theoretisch idealen Kreisbahn ist der radiale Freiheitsgrad der Mitnehmeraufnahme 54 in der radialen Richtung 80 vorgesehen, welcher dadurch erreichbar ist, daß aufgrund der größeren Querschnittsfläche des elliptischen Zylinders 70 gegenüber dem elliptischen Zylinder 60 außerhalb des Berührungsbereichs 88 um den Mitnehmer 52 herum ein Freiraum 100 existiert, welcher eine Relativbewegung der Mitnehmeraufnahme 54 gegenüber dem Mitnehmer 52 in der radialen Richtung 80 ermöglicht, wobei für die maximal mögliche Bewegbarkeit in der radialen Richtung 80 eine Weite W des Freiraums 100 in der radialen Richtung 80 maßgebend ist. Die Weite W ist vorzugsweise so bemessen, daß sie mindestens der radialen Abweichung der Orbitalbahn 36 von einer idealen Kreisbahn entspricht, vorzugsweise ist die Weite W erheblich größer.

Darüber hinaus dient der radiale Freiheitsgrad der Mitnehmeraufnahme 54 und somit des zweiten Verdichterkörpers 18 in der radialen Richtung 80 zur Kompensation sogenannter Flüssigkeitsschläge, die eine extreme Verschiebung des zweiten Verdichterkörpers 18 relativ zum ersten Verdichterkörper 16 bedingen können. Die Auswirkungen eines derartigen Flüssigkeitsschlages sind schematisch in Fig. 4 dargestellt.

Bedingt durch einen sogenannten Flüssigkeitsschlag kann ein Abheben der zweiten Spiralrippe 26 von der Spiralrippe 22 erfolgen und somit eine Bewegung des gesamten zweiten Verdichterkörpers 18 in Richtung der Mittelachse 34, so daß sich damit zwangsläufig auch die Mitnehmeraufnahme 54 und folglich sowohl die Drehachse 55 und die Zylinderachse 72 in dieser Richtung verschiebt, so daß die Drehachse 55 nicht mehr in der theoretisch vorgesehenen Orbitalbahn 36 umläuft, sondern außerhalb der Ausgangsstellung auf einer veränderten Orbital- bahn 36'. Ferner ändert sich damit auch ein Verlauf des Freiraums 100, wobei sich gleichzeitig die Mitnehmeraufnahme 54 geringfügig verdreht, um sich so einzustellen, daß die tangentiale Gaskraft TG, welche senkrecht zur radialen Richtung 80 und in Richtung auf die Drehachse 55 wirkt, welche gegenüber dem Bereich 88 in Richtung der Mittelachse 34 verschoben ist, in einem Schnittpunkt 93' der Tangente 92 mit dem Teilbereich 84' der Zylinderfläche 60 wirksam wird. Der Berührungsbereich 88 ' wird dabei mittig von der Tangente 92 an die hinsichtlich ihres Radius verkleinerte Orbitalbahn 36' durchstoßen, wobei die Tangente 92 auch durch die Drehachse 55 verläuft.

Durch die Krümmung der Zylinderfläche 60 hat der damit als Mitnehmerfläche wirkende Teilbereich 84' eine Tangente 94', welche in einem Winkel α zur radialen Richtung 80 verläuft und in Richtung der Mittelachse 34 sich zunehmend an diese annähert. Die Mitnehmeraufnähme 54 stellt sich dabei durch Drehung um ihre Drehachse 55 derart ein, daß der Teilbereich 86 der Wandfläche 70 so an dem Teilbereich 84' anliegt, daß auch dieser parallel zur Tangente 94' verläuft.

Die somit in Richtung der Tangente 92 und in Richtung auf die Drehachse 55 wirkende tangentiale Gaskraft TG erfährt aufgrund der im Winkel α zur radialen Richtung 80 verlaufenden Tangente 94' eine Aufspaltung in einen senkrecht zur Tangente 94 ' verlaufende Komponente TGS der tangentialen Gaskraft TG und eine radiale Komponente TGR, welche in Richtung der radialen Gaskraft RG wirkt, so daß durch diese radiale Komponente TGR der tangentialen Gaskraft TG ein Abheben der zweiten Spiralrippe 26 von der ersten Spiralrippe 22 noch unterstützt wird.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Mitnehmer 52 so ausgerichtet, daß sich eine große Halbachse 110 derselben im wesentlichen parallel zur Richtung 80 des radialen Freiheitsgrades erstreckt. Liegt dabei der Mitnehmer 52 symmetrisch zur Tangente 92, so erstreckt sich die kleine Halbachse 112 der Ellipse längs der Tangente 92. In diesem Fall liegt auch die die Zylinderfläche 70 definierende Ellipse ebenfalls mit ihrer großen Halbachse 120 parallel zur Richtung 80 des radialen Freiheitsgrades und mit ihrer kleinen Halbachse 122 so, daß diese mit der Tangente 92 zusammenfällt, wie sich aus Fig. 3 ergibt.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kompressors, dargestellt in Fig. 5, ist der Mitnehmer 52' ebenfalls als zylindrischer Körper zu der Zylinderachse 62 ausgebildet, wobei allerdings die äußere Zylinderfläche 60' nicht zylindrisch zu einer elliptischen Grundfläche ausgebildet ist, sondern ein Zylinderflächensegment 60a aufweist, welches zylindrisch zu einer halbelliptischen Grundfläche ausgebildet ist und ein Zylinderflächensegment 60b aufweist, welche zylindrisch zu einer halbkreisförmigen Grundfläche ausgebildet ist, wobei der Radius der halbkreisförmigen Grundfläche mit der großen Halbachse 110 der halbelliptischen Grundfläche identisch ist und außerdem die große Halbachse 110 parallel zur radialen Richtung 80 verläuft, so daß die Zylinderflächensegmente 60a und 60b ineinander übergehen. Dagegen ist die kleine Halbachse 112 der halbelliptischen Grundfläche erheblich kleiner und verläuft senkrecht zur radialen Richtung 80.

Aufgrund der halbkreisförmigen Grundfläche des Zylinderflächensegments 60b besteht die Möglichkeit, dem Mitnehmer 52' in Richtung der Tangente 92 eine höhere Stabilität zu verleihen, um der tangentialen Gaskraft TG Stand zu halten.

Ferner ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Ausnehmung 64 mit der als Zylinderfläche 70' ausgebildeten Wandfläche so geformt, daß die Zylinderfläche 70' ebenfalls ein Zylinderflächensegment 70a mit einer halbelliptischen Grundfläche und ein Zylinderflächensegment 70b mit einer ungefähr halbkreisförmigen Grundfläche aufweist, wobei die große Halbachse der halbelliptischen Grundfläche des Zylinderflächensegments 70a gleich dem Radius der halbkreisförmigen Grundfläche des Zylinderflächensegments 70b ist und beide Zylinderflächensegmente 70a, b ineinander übergehen.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel bildet nun das Zylinderflächensegment 60a mit dem Teilbereich 84 die Mitnehmerfläche und das Zylinderflächensegment 70a mit dem Teilbereich 86 die entsprechende Mitnahmefläche, so daß sich ein Berührungsbereich 88 ergibt, der in gleicher Weise wirkt wie beim ersten Ausführungsbeispiel, sofern die durch die Drehachse 55 hindurch verlaufende Tangente 92 an die Orbitalbahn 36 die Zylinderachse 62 schneidet und somit auch senkrecht zur Tangente 94 im Berührungsbereich 88 verläuft.

Ist dagegen der Berührungsbereich 88' in Richtung der Mittelachse 34 verschoben, so wie in Fig. 6 dargestellt, so ergibt sich in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel und im Zusammenhang mit Fig. 4 desselben beschrieben, eine radiale Komponente TGR der tangentialen Gaskraft TG, welche sich zu der radialen Gaskraft addiert und abschwächend bezüglich eines Kontakts der Spiralrippe 26 mit der Spiralrippe 22 wirkt.

Erfolgt dagegen, wie in Fig. 7 dargestellt, eine Verschiebung des zweiten Verdichterkörpers 18 von der Mittelachse 34 weg nach außen, so wandert der Berührungsbereich 88" ebenfalls nach außen und die Tangente 94" im Berührungsbereich 88" ist gegenüber der radialen Richtung 80 derart geneigt, daß die tangentiale Gaskraft TG zu einer radialen Komponente TGR führt, welche der radialen Gaskraft entgegenwirkt und in Richtung der Zentrifugalkraft Z wirksam ist, da die Tangente 94" entgegengesetzt zur Tangente 94' gegenüber der radialen Richtung 80 geneigt ist.

Ferner ist, wie im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellt, auch noch die Möglichkeit gegeben, bereits konstruktiv durch Anordnung des Mitnehmers 52' oder 52" relativ zur radialen Richtung 80 und zur Mittelachse 34, beispielsweise durch Ausrichtung der Halbachse 110 in einem Winkel γ oder δ relativ zur radialen Richtung 80, eine radiale Komponente TGR von vornherein vorzugeben, wobei entweder, wie in Fig. 8 dargestellt, eine in Richtung der Zentrifugalkraft Z wirkende Komponente TGR vorgegeben werden kann, nämlich dadurch, daß die große Halbachse 110 ausgehend von der Ausgangsstellung in Fig. 5 im Uhrzeigersinn um den Winkel γ zur radialen Richtung 80 gedreht wird, oder eine entgegengesetzt zur Zentrifugalkraft Z wirkende radiale Komponente TGR vorgegeben werden kann, wobei in diesem Fall eine Drehung der großen Halbachse 110 gegenüber der Ausgangsstellung in Fig. 5 um den Winkel δ entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn erfolgt. Dadurch wird jeweils bereits von vornherein im Berührungsbereich 88 eine Zerlegung der tangentialen Gaskraft TG in eine senkrecht auf der Tangente 94' oder 94" stehende Kraftkomponente TGS und eine in radialer Richtung verlaufende Kraftkomponente TGR erzeugt.

Bezüglich der Erläuterung der Verhältnisse im einzelnen wird dabei vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit Fig. 3 und 4 Bezug genommen.

Im übrigen ist der zweite Verdichterkörper 18 in axialer Richtung zur Mittelachse 34 auf den ersten Verdichterkörper 16 zu bewegbar, wobei ein im Gehäuse 10 geführter Kolben 130 durch Druckkammern 132, 134 beaufschlagt ist, die über Kanäle 136, 138 mit dem bereits verdichteten Medium in Verbindung stehen, so daß der Druck in diesen die Kraft des Kolbens 130 bestimmt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Kompressor umfassend einen Spiralverdichter mit einem ersten Verdichterkörper und einem zweiten Verdichterkörper, deren in Form einer Kreisevolvente ausgebildete erste bzw. zweite Spiralrippen so ineinandergreifen, daß der zweite Verdichterkörper gegenüber dem ersten Verdichterkörper auf einer Orbitalbahn um eine Mittelachse bewegbar ist, einen Antrieb für den Spiralverdichter mit einem Antriebsmotor und eine Mitnehmereinheit, welche einen vom Antriebsmotor angetriebenen und auf einer Mitnehmerbahn um die Mittelachse umlaufenden Mitnehmer und eine an dem zweiten Verdichterkörper drehbar gelagerte Mitnehmeraufnähme aufweist, wobei die Mitnehmeraufnahme in radialer Richtung zur Mittelachse mit einem derartigen radialen Freiheitsgrad gegenüber dem Mitnehmer bewegbar ist, daß der zweite Verdichterkörper aufgrund dieses radialen Freiheitsgrades und der wirksamen Zentrifugalkräfte mit der zweiten Spiralrippe an der ersten Spiralrippe des ersten Verdichterkörpers anliegend bewegbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mitnehmer (52) eine in einer Richtung quer zur Mittelachse (34) gekrümmte und in Drehrichtung (90) konvexe Mitnehmerfläche (84) aufweist, daß die Mitnehmeraufnahme ( 54 ) eine der Mitnehmerfläche ( 84 ) zugewandte in Drehrichtung konkave Mitnahmefläche (86) mit geringerer Krümmung als die Mitnehmerfläche (84) aufweist, auf welche die Mitnehmerfläche (84) über einen Berührungsbereich (88) durch Kraftbeaufschlagung einwirkt und daß die Mitnahmefläche (86) relativ zur Mitnehmerfläche (84) mit einer in Richtung ( 80 ) des radialen Freiheitsgrades verlaufenden Komponente bewegbar ist.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer ( 52 ) mit der Mitnehmeraufnahme ( 54 ) nur über den Berührungsbereich (88) in Kontakt steht und im übrigen von einem sich zwischen dem Mitnehmer (52) und der Mitnehmeraufnahme (54) erstreckenden Freiraum (100) umgeben ist.

3. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmefläche (86) ein Teilabschnitt einer Innenfläche ( 70 ) einer Ausnehmung (64) in der Mitnehmeraufnahme (54) ist, in welche der Mitnehmer (52) eingreift.

4. Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (52) in Richtung (80) des radialen Freiheitsgrades mit Spiel in der Ausnehmung ( 64 ) bewegbar ist.

5. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmefläche (86) und die Mitnehmerfläche (84) so dimensioniert sind, daß der zwischen diesen liegende Teilbereich des Freiraums (100) ausgehend von dem Berührungsbereich (88) sich mit zunehmendem Abstand von dem Berührungsbereich ( 88 ) zunehmend vergrößert.

6. Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiraum (100) sich beiderseits des Berührungsbereichs (88) mit zunehmendem Abstand von diesem vergrößert.

7. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in allen Stellungen des zweiten Verdichterkörpers (18) in denen die zweite Spiralrippe (26) dichtend an der ersten Spiralrippe (22) anliegt, die Mitnahmefläche (86)eine Krümmung aufweist, die kleiner ist als eine Krümmung der Mitnehmerfläche (84).

8. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmefläche (86) in ungefähr derselben Ausrichtung zu einer von der Mittelachse (34) zur Berührungslinie (82) der Spiralrippen (22, 26) verlaufenden Geraden (80) um die Mittelachse (34) umlaufend bewegbar ist.

9. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerfläche (86) in ungefähr derselben Ausrichtung zu einer von der Mittelachse (34) zu der Berührungslinie (82) der Spiralrippen (22, 26) verlaufenden Geraden (80) um die Mittelachse (34) umlaufend bewegbar ist.

10. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerfläche (84) einen Ausschnitt einer Zylinderfläche (60) mit elliptischem Querschnitt bildet.

11. Kompressor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (52, 52') als Zylinderkörper ausgebildet ist.

12. Kompressor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkörper (52, 52') einen zumindest teilweise elliptischen Querschnitt aufweist.

13. Kompressor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkörper ( 52 ' ) einen halbseitig halbelliptischen und halbseitig halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.

14. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmefläche (86) einen Ausschnitt aus einer Zylinderfläche (70, 70') mit elliptischem Querschnitt bildet.

15. Kompressor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderfläche (70, 70') die Innenfläche einer in der Mitnehmeraufnähme (54, 54') vorgesehenen Ausnehmung (64, 64') mit einem zylindrischen Querschnitt bildet.

16. Kompressor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (64, 64') einen zumindest teilweise elliptischen Querschnitt aufweist.

17. Kompressor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (64, 64') einen zylindrischen Querschnitt aufweist, welcher halbseitig halbelliptisch und halbseitig halbkreisförmig ist.

18. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmeraufnahme (54, 54') mittels eines diese umgebenden Drehlagers (56, 58) am zweiten Verdichterkörper (18) gelagert ist.

19. Kompressor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmeraufnahme (54) als Körper mit einer kreiszylindrischen Außenfläche ausgebildet ist, welcher in einem die Außenfläche umschließenden und drehbar lagernden Lagerring (56) des zweiten Verdichterkörpers (18) angeordnet ist.