DE69700725T2

DE69700725T2 - Spiralfluidverdrängungsanlage

Info

Publication number: DE69700725T2
Application number: DE69700725T
Authority: DE
Inventors: Jiro Iizuka
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2017-06-20
Also published as: EP0814266B1; EP0814266A1; KR100434931B1; JP3286211B2; DE69700725D1; BR9703649A; CN1090292C; US5944500A; CN1177682A; JPH1068392A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spiralfluidverdrängungsvorrichtung und insbesondere auf einen Spiralfluidkompressor mit verbesserten Spiralelementen auf seinen Spiralteilen.

2. Beschreibung der zugehörigen Technik

Spiralfluidverdrängungsvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel offenbart das US-Patent 4 678 415, das an Hirano u. a. ausgegeben ist, einen grundlegenden Aufbau einer Spiralfluidverdrängungsvorrichtung mit zwei Spiralteilen, von denen jeder eine Endplatte und ein spiroidales oder involutenförmiges Spiralelement aufweist, das sich von den Endplatten erstreckt. Die Spiralteile werden mit einer winkelmäßigen und radialen Versetzung so gehalten, daß beide Spiralelemente zum Bilden einer Mehrzahl von Linienkontakten zwischen ihren spiralgekrümmten Oberflächen ineinandergreifen, wodurch mindestens ein Paar von Fluidtaschen abgedichtet und definiert wird. Die relative Umlaufbewegung der zwei Spiralteile verschiebt den Linienkontakt entlang der spiraligen gekrümmten Oberflächen, und als Resultat wird das Volumen in den Fluidtaschen geändert. Das Volumen der Fluidtaschen nimmt zu oder nimmt ab in Abhängigkeit von der Richtung der umlaufenden Bewegung. Somit ist eine Spiralvorrichtung zum Komprimieren, Expandieren oder Pumpen von Fluiden anwendbar.
Eine Spiralfluidverdrängungsvorrichtung ist geeignet zur Benutzung als ein Kühlmittelkompressor. Wenn sie als ein Kompressor benutzt wird, ist es für die Spiralteile wünschenswert, daß sie eine ausreichende mechanische Festigkeit zum Komprimieren von Fluid unter hohem Druck aufweisen. In Spiralteilen, die im Stand der Technik bekannt sind, sind die Endplatten und zugehörigen Spiralelemente einstückig gebildet. In jenen Spiralfluidkompressoren unterliegenden die ineinandergreifenden Spiralelemente, die normalerweise aus einer leichten Legierung wie eine Aluminiumlegierung gebaut sind, mehreren Temperaturänderungen, die verursacht werden, wenn sich das Fluid zu der Mitte des Kompressors bewegt, wodurch sein Druck erhöht und sein Volumen abnimmt. Die heißeste Temperatur ist in der Mitte des Kompressors vorhanden, da diese Tasche das kleinste Volumen und den größten Druck aufweist. Dieses bewirkt, daß die thermische Expansion an der Mitte der Spiralelemente größer als an jedem anderen Abschnitt ist. Der Basis- oder Endabschnitt des Spiralelementes, d. h. der Abschnitt, der die Endplatte verbindet, insbesondere der innere Endabschnitt oder die innere Endkante unterliegt einer größeren Spannung als der äußere radiale Abschnitt. Folglich wird aufgrund von Ermüdung und Verschlechterung, die durch diese Spannung verursacht wird, die Festigkeit und Steifigkeit des inneren Abschnittes des Spiralelementes über die Zeit wesentlich verringert. Als Resultat unterliegt die Mitte des Spiralelementes einer Beschädigung und eines Versagens.
Weiter ist der Spiralkompressor insbesondere geeignet zur Benutzung in einer Kraftfahrzeugklimaanlage, bei der eine kompakte Größe wünschenswert ist. Wenn jedoch die Höhe des Spiralelementes vergrößert wird zum Vergrößern des Verdrängungsvolumens des Kompressors, ohne das der Gesamtdurchmesser ausgedehnt wird, nimmt die im Inneren der Spirale entwickelte Spannung zu. Folglich wird die oben beschriebene Verschlechterung des radialen inneren Abschnittes eines jeden Spiralelementes beschleunigt.
Eine Lösung für dieses Problem ist in dem US-Patent 4 547 137 (japanische Patentnummer HEI 3-72 839), auf dem der Oberbegriff des Anspruches 1 beruht, offenbart. Die äußere und innere Seitenwandoberfläche von beiden Umhüllungen definieren Involutenkurven. Die involutenförmige äußere Seiten wandoberfläche beginnt an einem willkürlichen Involutenwinkel, und die involutenförmige innere Seitenwandoberfläche beginnt an einem Involutenwinkel von 180º von dem willkürlichen Involutenwinkel. Die Startpunkte der involutenförmigen Seitenwandoberflächen sind durch eine innere Endoberfläche verbunden, die mindestens zwei bogenförmige Oberflächen aufweist zum Bilden eines dickeren Endabschnittes der Umhüllung. Der innere und äußere Endabschnitt der Spiralumhüllungen, d. h. an dem die innere und äußere Involutenkurve beginnen, sind einer deutlichen Spannung unterworfen, da diese Abschnitte in Kontakt mit den gegenüberliegenden Spiralelement während des Abdichtens stehen und dem hohen Fluiddruck während des Betriebes unterworfen sind.
Eine andere Lösung ist in dem US-Patent 4 594 061 (japanisches Gebrauchsmusterpatent HEI 1-26 315) offenbart. Dieses Patent offenbart, daß eine Basis oder ein naher Abschnitt eines inneren Endes einer jeden Spiralumhüllung mit einer Ausweitung wie ein Rippenabschnitt versehen ist. Der Rippenabschnitt vergrößert die Querschnittsfläche der Basis oder des nahen Abschnittes der Spiralumhüllung derart, daß sie größer als die Querschnittsfläche des oberen oder entfernten Abschnittes der Umhüllung ist. Daher wird die Festigkeit des Basisabschnittes des inneren Endes der Umhüllung stark vergrößert, und die Zerstörung der Umhüllung aufgrund der hohen Spannung und der hohen Temperatur wird deutlich verringert. Es muß jedoch eine radiale Abdichtung der Fluidtaschen in einem Spiralkompressor zum Erzielen eines wirksamen Betriebes aufrecht erhalten werden, aber bei dieser Anordnung kann ein vollständiger Eingriff der Spiralumhüllungen nicht realisiert werden. Folglich ist die Kompressionswirksamkeit abgesenkt.
Die britische Patentanmeldung GB 2 161 218 A offenbart eine Spiralfluidverdrängungsvorrichtung mit einem festen und einem umlaufenden Spiralteil mit entsprechenden Endplatten und Spiralelementen. Zum Verhindern von Spannungsbrüchen an den Verbindungen zwischen den Endplatten und den Spiralelementen sind dort abgerundete Ecken mit einem relativ großen Krümmungsradius an dem Übergang von der Endplatte zu den Spiralelementen gebildet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine vertikale Längsquerschnittsansicht eines Spiralkühlmittelkompressors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht eines festen Spiralteiles eines Spiralkühlmittelkompressors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist ein schematischer Vorderaufriß, der den Aufbau der Spiralteile eines Spiralkühlmittelkompressors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 4 ist eine schematische Vorderansicht, die Modifikationen des Profils des in Fig. 3 gezeigten Spiralelementes darstellt.
Fig. 5 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die die Relativbewegung der ineinandergreifenden Spiralelemente des Spiralteiles des Spiralkühlmittelkompressors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der ineinandergreifenden Spiralelemente, die entlang der Linie I-I von Fig. 5 genommen ist.
Fig. 7 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die die Relativbewegung der ineinandergreifenden Spiralelemente des Spiralelementes des Spiralkühlmittelkompressors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 8 ist eine vergrößerte Schnittansicht der ineinandergreifenden Spiralelemente, die entlang der Linie II-II von Fig. 7 genommen ist.
Fig. 9 ist eine schematische Vorderbetriebsansicht, die den Aufbau der Spiralteile des Spiralkühlmittelkompressors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 10 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die die Relativbewegung der ineinandergreifenden Spiralelemente des Spiralteiles des Spiralkühlmittelkompressors gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der ineinandergreifenden Spiralelemente, die entlang der Linie III-III von Fig. 10 genommen ist.
Fig. 12 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die die Relativbewegung der ineinandergreifenden Spiralelemente des Spiralteiles des Spiralkühlmittelkompressors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 13 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der ineinandergreifenden Spiralelemente, die entlang der Linie IV-IV von Fig. 12 genommen ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es wird Bezug genommen auf Fig. 1, eine Fluidverdrängungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Form eines Spiralkühlmittelkompressors 100 gezeigt. Die Kompressoreinheit 100 weist ein Kompressorgehäuse 10 mit einer auf einem becherförmigen Gehäuse 12 angebrachten vorderen Endplatte 11 auf.
Eine Öffnung 111 ist in der Mitte der vorderen Endplatte 11 zum Durchdringen einer Antriebswelle 14 gebildet. Ein ringförmiger Vorsprung 112 ist in der hinteren Endoberfläche der vorderen Endplatte 11 gebildet. Der ringförmige Vorsprung 112 ist dem becherförmigen Gehäuse 12 zugewandt und konzentrisch zu der Öffnung 111. Eine äußere Umfangsoberfläche des ringförmigen Vorsprunges 112 erstreckt sich in eine Innenwand der Öffnung des becherförmigen Gehäuses 12 so, daß die Öffnung des becherförmigen Gehäuses 12 von der vorderen Endplatte 11 abgedeckt ist. Ein O-Ring 114 ist zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des ringförmigen Vorsprunges 112 und der Innenwand der Öffnung des becherförmigen Gehäuses 12 zum Abdichten der zueinandergehörigen Oberflächen der vorderen Endplatte 11 und des becherförmigen Gehäuses 12 angeordnet.
Eine ringförmige Hülse 15 steht von der vorderen Endoberfläche der vorderen Endplatte 11 zum Umgeben der Antriebswelle 14 vor. Die ringförmige Hülse 15 definiert einen Wellenabdichthohlraum. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Hülse 15 einstückig mit der vorderen Endplatte 11 gebildet. Alternativ kann die Hülse 15 getrennt von der vorderen Endplatte 11 gebildet sein.
Die Antriebswelle 14 ist drehbar durch die Hülse 15 durch ein Lager 30 gelagert, das innerhalb des vorderen Endes der Hülse 15 angeordnet ist. Die Antriebswelle 14 weist eine Scheibe 20 an ihrem inneren Ende auf. Die Scheibe 20 ist drehbar von der vorderen Endplatte 11 durch ein Lager 13 gelagert, das in der Öffnung 111 der vorderen Endplatte 11 angeordnet ist. Eine Wellenabdichtanordnung 16 ist mit der Antriebswelle 14 innerhalb des Wellenabdichthohlraumes der Hülse 15 gekoppelt.
Eine Riemenscheibe 132 ist drehbar durch ein Lager 133 gelagert, das auf der äußeren Oberfläche der Hülse 15 getragen ist. Eine elektromagnetische Spule 134 ist um die äußere Oberfläche der Hülse 15 durch eine Tragplatte 135 befestigt, und sie ist innerhalb eines ringförmigen Hohlraumes der Riemenscheibe 132 vorgesehen. Eine Ankerplatte 136 ist elastisch auf dem äußeren Ende der Antriebswelle 14 gelagert. Die Riemenscheibe 132, die magnetische Spule 134 und die Ankerplatte 136 bilden eine Magnetkupplung. Im Betrieb wird die Antriebswelle 14 durch eine externe Antriebsleistungsquelle z. B. den Motor eines Kraftfahrzeuges durch eine Rotationsübertragungsvorrichtung wie ein Magnetkupplung angetrieben.
Eine Zahl von Elementen ist innerhalb der Innenkammer des becherförmigen Gehäuses 12 angeordnet, einschließlich einer festen Spirale 17, einer umlaufenden Spirale 18, eines Antriebsmechanismus für die umlaufende Spirale 18 und einer Rotationsverhinderungs-/Drucklagervorrichtung 50 für die umlaufende Spirale 18. Die Innenkammer des becherförmigen Gehäuses 12 ist zwischen der Innenwand des becherförmigen Gehäuses 12 und der hinteren Endoberfläche der vorderen Endplatte 11 gebildet.
Die feste Spirale 17 weist eine kreisförmige Endplatte 171, eine Umhüllung oder Spiralelement 172, das an einer Seitenoberfläche der kreisförmigen Endplatte 171 angebracht ist oder sich davon erstreckt, und mit Innengewinde versehene Vorsprünge 173, die axial von der anderen Endoberfläche der kreisförmigen Endplatte 171 vorstehen, auf. Eine axiale Endoberfläche eines jeden Vorsprunges 173 sitzt auf der inneren Oberfläche eines Bodenplattenabschnittes 120 des becherförmigen Gehäuses 12 und ist durch Schrauben 21 befestigt, die in die Vorsprünge 173 geschraubt sind. Somit ist die feste Spirale 17 innerhalb der Innenkammer des becherförmigen Gehäuses 12 befestigt. Die kreisförmige Endplatte 171 der festen Spirale 17 unterteilt die Innenkammer des becherförmigen Gehäuses 12 in eine vordere Kammer 23 und in eine hintere Kammer 24. Ein Abdichtungsring 22 ist in einer Umfangsrille der kreisförmigen Endplatte 171 zum Bilden einer Abdichtung zwischen der Innenwand des becherförmigen Gehäuses 12 und der äußeren Oberfläche der kreisförmigen Endplatte 171 vorgesehen. Das Spiralelement 172 der festen Spirale 17 ist innerhalb der vorderen Kammer 23 angeordnet.
Das becherförmige Gehäuse 12 ist mit einer Fluideinlaßöffnung und einer Fluidauslaßöffnung (nicht gezeigt) versehen, die mit der hinteren bzw. vorderen Kammer 23 und 24 verbunden sind. Eine Auslaßöffnung 174 ist durch die kreisförmige Endplatte 171 nahe der Mitte des Spiralelementes 172 gebildet. Ein Reedventil 38 schließt die Auslaßöffnung 174. Die umlaufende Spirale 18, die in der vorderen Kammer 23 angeordnet ist, weist eine kreisförmige Endplatte 181 und eine Umhüllung oder Spiralelement 182 auf, das an einer Seitenoberfläche der kreisförmigen Endplatte 181 angebracht ist oder sich davon erstreckt. Die Spiralelemente 172 und 182 greifen mit einer winkelmäßigen Versetzung von 180º und einer vorbestimmten radialen Versetzung ineinander. Die Spiralelemente 172 und 182 grenzen mindestens ein Paar von abgedichteten Fluidtaschen zwischen ihren ineinandergreifenden Oberflächen ab. Die umlaufende Spirale 18 ist drehbar durch eine Buchse 19 durch ein Lager 34 gelagert, das zwischen der äußeren Umfangsoberfläche der Buchse 19 und einer inneren Oberfläche eines ringförmigen Vorsprunges 183 angeordnet ist, der axial von der Endoberfläche der kreisförmigen Endplatte 181 der umlaufenden Spirale 18 vorsteht. Die Buchse 19 ist mit einem inneren Ende der Scheibe 20 an einem Punkt radial versetzt oder exzentrisch in Bezug auf die Antriebswelle 14 verbunden.
Die Rotationsverhinderungs-/Drucklagervorrichtung 50 ist zwischen der inneren Endoberfläche der vorderen Endplatte 11 und der Endoberfläche der kreisförmigen Endplatte 182 vorgesehen. Die Rotationsverhinderungs-/Drucklagervorrichtung 50 weist einen an der inneren Endoberfläche der vorderen Endplatte 11 angebrachten festen Ring 51, einen an der Endoberfläche der kreisförmigen Endplatte 181 angebrachten umlaufenden Ring 52 und eine Mehrzahl von Lagerelementen 53 wie Kugeln, die zwischen den durch die Ringe 51 und 52 gebildeten Taschen angeordnet sind, auf. Die axiale Drucklast von der umlaufenden Spirale 18 stützt sich auch auf der vorderen Endplatte 11 durch Kugeln 53 auf.
Die Spiralelemente 172 und 182 weisen Rillen 41 auf der axialen Endoberfläche davon auf. Ein Abdichtungselement 40 ist in den Rillen 41 zum Vorsehen einer Abdichtung zwischen den Endoberflächen der kreisförmigen Endplatten 171 und 181 und der axialen Endoberfläche eines jeden Abdichtungselementes 40 vorgesehen.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 2, der Aufbau der Spiralteile, insbesondere der Spiralumhüllungselemente ist gezeigt. Die zwei Spiralumhüllungen 172 und 182 sind im wesentlichen Spiegelbilder voneinander. Die Spiralumhüllung 172 weist einen an der axialen Mitte davon gebildeten stufenartigen Abschnitt 201 auf. Der stufenartige Abschnitt 201 unterteilt die Spiralumhüllung 172 im wesentlichen in einen Wurzelabschnitt 102 und in einen Spitzenabschnitt 203. Der stufenartige Abschnitt 201 ist so gebildet, daß sich die Querschnittsfläche schrittweise von dem Wurzelabschnitt 202 zu dem Spitzenabschnitt 203 verringert.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 3, ein Profil des Spitzenabschnittes 203 der Spiralumhüllung 172 ist dargestellt. Eine äußeren Seitenwand 204 der Spiralumhüllung 172 ist allgemein durch eine Involutenkurve gebildet. Die Involutenkurve, die die äußere Seitenwand 204 der Spiralumhüllung 172 bildet, beginnt am Punkt A. Der Punkt A ist an dem Schnitt der Involutenkurve und der Linientangente an den die Involute erzeugenden Kreis durch den Punkt P angeordnet.
Eine erste innere Seitenwand 205 beginnt von einem Punkt D. Der Punkt D ist an dem Schnitt der Involutenkurve und der Linientangente an den Erzeugerkreis der Involute durch einen Punkt Q angeordnet. Ein Winkel α ist ein willkürlicher Involutenwinkel. B ist ein Punkt, der auf dem Erzeugerkreis der Involute entsprechend dem Involutenwinkel α angeordnet, und Q ist ein Punkt, der auf dem Erzeugerkreis der Involuten entsprechend dem Involutenwinkel α + 180º angeordnet ist.
Ein willkürlicher Punkt O&sub3; ist auf die Tangentenlinie P-A gesetzt, und ein erster Verbindungsbogen 205a (A-E) eines Radius R&sub3; liegt um den Punkt O&sub3;. Ein willkürlicher Punkt O&sub1; ist auf die Tangentenlinie Q-D gesetzt, und eine erste Kurve 205b (F-D) eines Radius R&sub1; liegt um den Punkt O&sub1;. Ebenfalls ist der Punkt A ein Grenzpunkt zwischen der äußeren Seitenwand 204 und dem ersten Verbindungsbogen 205a, an dem beide Kurven sich eine identische Tangentenlinie teilen, und Punkte E und F, die an den Enden der linearen Linie E-F angeordnet sind, sind Grenzpunkte zwischen der ersten Kurve 205b und dem ersten Verbindungsbogen 205a. Weiter ist der Punkt D ein Grenzpunkt, der zwischen der ersten Kurve 205b und einer Involutenkurve D-H vorhanden ist, an dem beide Kurven sich eine identische Tangentenlinie teilen. Der Punkt H ist in einem Gebiet ausreichend außerhalb der inneren Seitenwand 205 vorgesehen.
Ein Profil des Wurzelabschnittes 202 der Spiralumhüllung 172 ist ebenfalls in Fig. 3 dargestellt. Die zwei Spiralumhüllungen 172 und 182 sind im wesentlichen Spiegelbilder voneinander. Eine zweite innere Seitenwand 208 beginnt von dem Punkt D. Ein willkürlicher Punkt O&sub4; ist auf die Tangentenlinie P-A gesetzt, und ein zweiter Verbindungsbogen 208a (A-B) eines Radius R&sub4; liegt um einen willkürlichen Punkt O&sub2;. Der willkürliche Punkt O&sub2; ist auf die Tangentenlinie Q-D gesetzt, und eine zweite Kurve 208b (C-D) eines Radius R&sub2; liegt um den Punkt O&sub2;. Weiter ist der Punkt A ein Grenzpunkt zwischen der äußeren Seitenwand 204 und den zweiten Verbindungsbogen 208a, an dem beide Kurven sich eine identische Tangentiallinie teilen, und die Punkte B und C, die auf den Enden der linearen Linie B-C angeordnet sind, sind Grenzpunkte zwischen der zweiten Kurve 208b und dem zweiten Verbindungsbogen 208a.
Somit ist die gerade Linie B-C parallel zu der geraden Linie E-F, der Radius R&sub1; ist größer als der Radius R&sub2;, und der Radius R&sub4; ist größer als der Radius R&sub3;. Wenn ein Radius R&sub0; der Umlaufradius des umlaufenden Spiralteiles ist, sind die Radien R&sub1; und R&sub2; des Aufbaus durch die folgenden Gleichungen gegeben:
R&sub1; = R&sub3; + R&sub0; (1)
R&sub2; = R&sub4; + R&sub0; (2)
Weiter ist T (Linie G-D) die Dicke der Spiralumhüllung 172 an dem Punkt D, L&sub1; ist der Abstand zwischen den Punkten P und A, und L&sub2; ist der Abstand zwischen den Punkten Q und D. Wenn ein Radius Rg der Radius des Erzeugerkreises der Involuten ist, ist der Abstand L&sub1; durch die folgende Gleichung gegeben:
L&sub1; = L&sub2; + T - Prs (3)
Somit stellt ein Winkelparameter α eine Winkel dar, der zwischen einer geraden Linie, die durch einen Ursprung geht, und dem negativen Quadranten der X-Achse geht, enthalten ist. Die zwei Schnittpunkte der geraden Linie, die durch den Ursprung des Involutenkreises geht und an dem Winkel α mit dem Basiskreis definiert ist, werden auf der Verlängerung der geraden Linie D-O&sub1; und A-O&sub3; an den Punkten Q bzw. P gefunden. Zusätzlich sind die Linien D-O&sub1; und A-O&sub3; parallel zueinander.
Daher bilden die erste und zweite innere Seitenwand 205 und 208, die aus vier Bögen und zwei geraden Linien bestehen, und die äußere Seitenwand 204, die aus eine Involutenkurve besteht, zusammen das Profil der Spiralumhüllungen 172 und 182.
Als Resultat einer möglichen Fehlausrichtung der Winkelbeziehung zwischen den Spiralumhüllungen, die während des Zusammensetzens des Kompressors auftreten kann, oder möglicher Abmessungsfehler in den Spiralumhüllungen, die während der Herstellung auftreten können, können die vergrößerten inneren Endabschnitte beider Spiralumhüllungen miteinander kollidieren. Es wird Bezug genommen auf Fig. 4, zum Vermeiden dieser Möglichkeit kann der Radius R&sub1; der ersten Kurve 205b etwas um ΔR&sub1; vergrößert werden, und R&sub2; der zweiten Kurve 208b kann etwas um ΔR&sub2; vergrößert werden. Der vorherige Aufbau, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, ist durch gestrichelte Linien zum Vergleich gezeigt.
Fig. 5 und 6 stellen die Relativbewegung der ineinandergreifenden Spiralumhüllungen mit Ausrundungen 501 und 502 dar. Die Ausrundungen 501 und 502 sind an der Stelle gebildet, an der die Endplatten 171 und 181 mit der Wurzel oder dem nahen Abschnitt 202 der Spiralumhüllungen 172 bzw. 182 verbunden sind. Die Ausrundungen 501 und 502 weisen einen vorbestimmten Krümmungsradius in dem Querschnitt der Spiralumhüllungen 172 und 182 auf. Somit können die Ausrundungen 501 und 502 durch gleichzeitiges Formgießen dann während des Formens der Spirale gebildet werden, oder sie können durch Endschleifen während einer folgenden Tätigkeit gebildet werden. Somit steht die äußere Oberfläche der Spiralumhüllungen in Kontakt mit der inneren Oberfläche der zugewandten Umhüllungen zum Aufrechterhalten der abgedichteten Fluidtasche 503.
Es wird Bezug genommen auf Fig. 6, die Spiralumhüllung 172 weist eine tatsächliche Höhe H auf, die die Höhe des Kompressors definiert, und eine Höhe h&sub1;, die zwischen der Innenoberfläche der Endplatte 171 und der Stufe 201 der Spiralumhüllung 172 definiert ist. Ähnlich weist die Spiralumhüllung 182 eine tatsächliche Höhe H' auf, und eine Höhe h&sub2; ist zwischen der Innenoberfläche der Endplatte 181 und der Stufe 201 definiert. Ein Zwischenraum C&sub1; ist zwischen den Oberflächen der Stufe 201 der Spiralumhüllungen 171 und 182 gemäß der folgenden Beziehung erzeugt:
C&sub1; ≥ H - (h&sub1; + h&sub2;) (3)
C&sub1; ≥ H' - (h&sub1; + h&sub2;) (4)
Weiter sind die Werte der Höhen h&sub1; und h&sub2; gemäß den Eigenschaften der Spiralumhüllungen wie Expansionskoeffizienten oder Steifigkeit ausgelegt.
Bei der obigen Ausführungsform wird Fluid von einem externen Fluidkreislauf in Fluidtaschen in der Kompressoreinheit durch eine Einlaßöffnung (nicht gezeigt) eingeführt. Die Fluidtaschen weisen offene Räume auf, die zwischen den Spiralelementen 172 und 182 gebildet sind. Wenn die umlaufende Spirale 18 umläuft, bewegt sich das Fluid in den Fluidtaschen zu der Mitte der Spiralele mente und wird komprimiert. Die zwischen den Spiralumhüllungen 172 und 182 gebildeten Linienkontakte, die zum Abgrenzen der Fluidtaschen benutzt werden, verschieben sich nach innen zu der Mitte der ineinandergreifenden Spiralelemente entlang der Involutenkurve. Danach wird die Kontaktlinie eine gerade Linie entlang der gemeinsamen Tangentenlinie E-F und C-B. Zu dieser Zeit wird das Volumen des mittleren Hochdruckraumes 503 ungefähr 0, und das komprimierte Fluid von den Fluidtaschen wird in eine hintere Kammer 24 durch die Auslaßöffnung 174 ausgegeben. Das komprimierte Fluid wird dann zu dem externen Fluidkreislauf durch eine Auslaßöffnung (nicht gezeigt) ausgegeben.
Folglich wird die Dicke des inneren Endabschnittes einer jeden der Spiralumhüllungen so vergrößert, daß die Festigkeit der Spiralumhüllungen verbessert wird, während gleichzeitig das Volumen des wiederausdehnenden Fluids verringert wird. Diese Verbesserung kann einen Leistungsverlust und eine Verringerung der Kompressionswirksamkeit verhindern.
In Fig. 7 bis 13 werden die gleichen Bezugszeichen zum Bezeichnen entsprechender Elemente benutzt, wie sie in Fig. 1 bis 6 bezeichnet sind, so daß die Beschreibung hauptsächlich auf Unterschiede zwischen den Ausführungsformen begrenzt ist. Fig. 7 und 8 stellen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, die auf einen modifizierten Aufbau der Spiralumhüllungen 172 und 182 der Spiralteile 17 und 18 gerichtet sind. Diese Spiralumhüllungen sind ähnlich zu den oben beschriebenen Spiralumhüllungen 172 und 182. Es bestehen jedoch einige Unterschiede.
Ausrundungen 701 und 702 sind dort gebildet, wo die Stufe 201 mit dem Spitzenabschnitt 203 der Spiralumhüllung 172 bzw. 182 verbunden ist, so daß sie sich insgesamt der ersten inneren Seitenwand 205 erstrecken, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Die Ausrundungen 701 und 702 weisen auf einen gewissen Krümmungsradius in dem Querschnitt der Spiralumhüllungen 172 und 182 auf. Zusätzlich zu Gleichungen (3) und (4) der ersten Ausführungsform ist der zwischen den Oberflächen der Stufe 201 der Spiralumhüllungen 172 und 182 erzeugte Freiraum C&sub2; größer als die Krümmung der beiden in Fig. 8 gezeigten Ausrundungen 501 und 701.
Fig. 9, 10 und 11 stellen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, die auf einen modifizierten Aufbau der Spiralumhüllungen 172 und 182 der Spiralteile 17 und 18 gerichtet sind. Diese Spiralumhüllungen sind ähnlich zu den oben beschriebenen Spiralumhüllungen 172 und 182. Es gibt jedoch einige Unterschiede.
Die radiale Dicke des inneren Endabschnittes der Spiralumhüllungen ist zum Verstärken der Spiralumhüllungen vergrößert. Der Radius R&sub2; der zweiten Kurve 208b muß jedoch zum Verstärken der Spiralelumhüllungen verkleinert werden. Der Endfräser, der angewendet wird, muß einen Radius gleich oder kleiner als der Radius R&sub2; der zweiten Kurve 208b aufweisen.
Ein ausgeschnittener Abschnitt 211 ist entlang der zweiten Kurve 208b der Wurzel 202 der Spiralumhüllungen 172 zum Erleichtern der Fräßtätigkeit gebildet. Ein willkürlicher Punkt O&sub5; ist auf die Tangentenlinie P-A gesetzt, und der ausgeschnittene Abschnitt 211 (D-I) des Radius R&sub5; liegt um den Punkt O&sub5;, wie in Fig. 9 gezeigt ist.
Fig. 12 und 13 stellen eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, die einen modifizierten Aufbau der Spiralumhüllungen 172 und 182 der Spiralteile 17 und 18 zeigen. Diese Spiralumhüllungen sind ähnlich zu den oben beschriebenen Spiralumhüllungen 172 und 182.
Jede Querschnittsfläche der Spiralumhüllungen 172 und 182 nimmt allmählich von den Endplatten 171 und 181 zu der oberen Oberfläche der Spiralumhüllungen 172 und 182 ab, wodurch eine Anschrägung gebildet wird. Weiter sind Ausrundungen 501 und 502 an der Steile gebildet, an der die Endplatten 171 und 181 mit der Wurzel oder dem nahen Abschnitt 202 der Spiralumhüllungen 172 bzw. 182 verbunden sind, ähnlich wie in Fig. 5 und 6.
Im wesentlichen sind ähnliche Vorteile mit allen Ausführungsformen verbunden, so daß Einzelheiten der Vorteile nicht wiederholt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht darauf begrenzt. Es ist für den Fachmann leicht verständlich, daß Variationen und Modifikationen innerhalb des Umfanges der Erfindung durchgeführt werden können, wie sie durch die gefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Spiralfluidverdrängungsvorrichtung mit:

einem Gehäuse (10) mit einer Fluideinlaßöffnung und einer Fluidauslaßöffnung;

einem festen (17) und einem umlaufenden (18) Spiralteil, von denen jedes eine Endplatte (171, 181) und ein sich von einer Seite der Endplatte erstreckendes Spiralelement (172, 182) aufweist, wobei die Spiralelemente mit einer winkelmäßigen und radialen Versetzung zum Herstellen einer Mehrzahl von Linienkontakten, die mindestens ein Paar von abgedichteten Fluidtaschen abgrenzen, ineinandergreifen;

einem Antriebsmechanismus mit einer drehbar von dem Gehäuse (10) gelagerten Antriebswelle (14) zum Bewirken der umlaufenden Bewegung des umlaufenden Spiralteiles (18) durch die Drehung der Antriebswelle (14), durch das Volumen der Fluidtaschen geändert wird;

gekennzeichnet durch

ein inneres Ende des Spiralelementes (172, 182) eines jeden Spiralteiles (17, 18) mit einer axialen Querschnittsfläche, die sich von einer Wurzel davon zu einer Spitze davon ändert und eine Ausweitung (501, 502, 701, 702) an dem Übergang von der Wurzel zu der Endplatte (171, 181) aufweist.

2. Spiralfluidverdrängungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausweitung (501, 502, 701, 702) eine Ausrundung ist.

3. Spiralfluidverdrängungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die axiale Querschnittsfläche des inneren Endes des Spiralelementes (172, 182) des Spiralteiles (17, 18) allmählich von der Wurzel zu der Spitze des Spiralelementes abnimmt.

4. Spiralfluidverdrängungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das innere Ende des Spiralelementes (172, 182) eines jeden Spiralteiles (17, 18) eine äußere Seitenwand (204), die durch eine Involutenkurve gebildet ist, die von einem willkürlichen Involutenwinkel beginnt, und eine innere Seitenwand (205, 208), die durch eine Involutenkurve gebildet ist, die von einem willkürlichen Involutenwinkel beginnt, der 180º höher ist als der willkürliche Involutenwinkel ist, und mindestens eine gekrümmte Wand (205a, 208), die die äußere Seitenwand (204) mit der inneren Seitenwand (205, 208) verbindet, aufweist.

5. Spiralfluidverdrängungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die innere Seitenwand (205, 208) weiter eine erste Wand (205), eine zweite Wand (208), die radial von der ersten Wand (205) versetzt ist, und mindestens einen stufenartigen Abschnitt (201), der die erste Wand mit der zweiten Wand verbindet, aufweist.

6. Spiralfluidverdrängungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der eine Ausweitung (701, 702) zwischen der zweiten Wand (203) und dem stufenartigen Abschnitt (201) gebildet ist.

7. Spiralfluidverdrängungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der jede der ersten (205) und zweiten (208) Wand der inneren Seitenwand einen ersten Bogen (205a, 208a) mit einem Radius und einem zweiten Bogen (205a, 208b) mit einem Radius größer als der des ersten Bogens aufweist.

8. Spiralfluidverdrängungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei der jede der ersten und zweiten Wand (205, 208) weiter eine gerade Linie aufweist, die den ersten Bogen (205a, 208a) mit dem zweiten Bogen (205a, 208b) verbindet.

9. Spiralfluidverdrängungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die geraden Linien der ersten und zweiten Wand (205, 208) parallel zueinander sind.