DE69816911T2

DE69816911T2 - Spiralmaschine

Info

Publication number: DE69816911T2
Application number: DE69816911T
Authority: DE
Inventors: Benoît BARTHOD; Jean-Pierre Chicherie; Patrick Philippe
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: US6027317A; EP0882892B1; JP4101932B2; FR2764347B1; FR2764347A1; EP0882892A1; JPH1172093A; DE69816911D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scroll-Maschine.
Im Besonderen ist die Erfindung anwendbar auf Scroll-Maschinen, die als Vakuumpumpe funktionieren, sie kann aber auch als Flüssigkeitspumpe oder Kompressor dienen.
Ziel der Erfindung ist es, eine Maschine mit so geringen Abmessungen wie möglich bei absoluter Dichtheit zwischen den mechanischen Teilen und dem Fluidkreislauf zur Verfügung zu stellen.
Das Dokument EP 0 728 947 beschreibt eine Scroll-Maschine mit einerseits einer fest stehenden Scheibe, die mit einer Spirale ausgerüstet ist, und andererseits einer beweglichen Scheibe, die mit einer Spirale ausgerüstet ist und in einer kreisförmigen Translationsbewegung angetrieben wird, und bei der die Dichtheit zwischen dem Fluidkreislauf und den mechanischen Antriebsteilen durch eine Dichtmanschette gewährleistet ist, die an einem Ende mit einem fest stehenden Teil der Maschine und an ihrem anderen Ende mit der beweglichen Scheibe verbunden ist, welche die kreisförmige Translationsbewegung erfährt. Bei dieser Maschine befindet sich der Antriebsmotor am Ende, was sich erheblich auf die Länge der Maschine auswirkt, und außerdem ist die Dichtmanschette Torsionskräften ausgesetzt.
Das amerikanische Dokument 3 817 664 beschreibt ebenfalls eine Maschine dieser Art mit einer ebensolchen Dichtheit mit einer Dichtmanschette, die ebenfalls Torsionskräften ausgesetzt ist, und auch hier wird die Maschine durch das Antriebssystem erheblich verlängert.
Das Dokument EP 0 428 729 beschreibt dagegen eine erheblich kompaktere Maschine: hier gibt es keine von einem Motor angetriebene Abtriebswelle, sondern hier ist der Motor innerhalb des Maschinengehäuses angeordnet. Bei dieser Maschine werden die beiden Scheiben, die jeweils mit einer Spirale versehen sind, in Drehung angetrieben. Die eine Scheibe, die Antriebsscheibe, wird von dem in das Gehäuse integrierten Motor angetrieben und die andere, die versetzt angeordnet ist, wird mittels einer Kreuzgelenk-Oldhamkupplung angetrieben, welche die dauerhafte Erhaltung der Winkelausrichtung der beiden Scheiben zueinander gewährleistet. Allerdings gibt es hier kein Dichtungssystem zwischen dem Fluidkreislauf und dem mechanischen Antrieb.
Das Dokument DE 2 225 327 A beschreibt eine Scroll-Maschine, welche die im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Merkmale aufweist. Bei dieser Maschine sind die Antriebsmittel an der Seite vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung will eine sehr kompakte Maschine mit absoluter Dichtheit zwischen den mechanischen Teilen und dem Fluidkreislauf vorschlagen.
Somit hat die Erfindung eine Fluidfördermaschine nach Art einer Scroll-Maschine zum Gegenstand, die eine fest stehende Scheibe, die eine spiralförmige Arbeitswand umfasst, und eine bewegliche Scheibe umfasst, die auch eine spiralförmige Arbeitswand umfasst, die mit derjenigen der fest stehenden Scheibe zusammenwirkt, Mittel zum Antrieb der beweglichen Scheibe in einer kreisförmigen Translationsbewegung, eine Dichtmanschette, die einerseits an einem ihrer Enden mit einem Organ verbunden ist, das an die kreisförmige Translationsbewegung der beweglichen Scheibe gebunden ist, und andererseits an ihrem anderen Ende mit einem fest stehenden Teil der Maschine verbunden ist, welche Dichtmanschette den Fluidkreislauf von den mechanischen Antriebsteilen der beweglichen Scheibe trennt, und wobei die fest stehende Scheibe auf der der beweglichen Scheibe entgegengesetzten Seite mit einer zentralen, fest stehenden Welle verbunden ist, die einen Förderkanal aufweist, welche zentrale, fest stehende Welle von der Dichtmanschette umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen der Dichtmanschette und der fest stehenden, zentralen Welle eine An saugleitung bildet, dass eine drehbare, hohle Hauptwelle die Dichtmanschette umgibt und von mindestens einem Lager in einem fest stehenden Rahmen gehalten wird, wobei ein Ende dieser Hauptwelle eine kreisförmige, exzentrische Bohrung aufweist, die mit einem Antriebsorgan zusammenwirkt, das mit der beweglichen Scheibe verbunden ist, welche Antriebsmittel einen Rotor eines Elektromotors umfassen, der an die drehbare Hauptwelle gekoppelt ist und diese umgibt, sowie einen fest stehenden Stator, der den Rotor umgibt.
Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen.
1 stellt im Axialschnitt eine Scroll-Fluidverdrängungsmaschine nach der Erfindung dar.
2 ist eine Teilansicht einer Variante der Erfindung. In dieser Figur ist der aktive Pumpteil, nämlich die fest stehende und die bewegliche Scheibe mit dem sie umschließenden Gehäuse, nicht abgebildet.
3 ist eine weitere Variante, wobei der aktive Pumpteil ebenfalls nicht dargestellt ist.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Scroll-Fluidverdrängungsmaschine dargestellt. Eine solche Maschine eignet sich besonders gut als Vakuumpumpe, aber auch als Kompressor oder Flüssigkeits-Fluidpumpe funktionieren. Sie umfasst einen fest stehenden Rahmen 1 aus drei miteinander verbundenen Teilen: einem Gehäuse 1A und einem Körper aus zwei Teilen 1B und 1C. An diesem Rahmen 1 ist ein Sammler 2 angebracht, der mit einem Ansaugflansch 3 und einem Rückförderflansch 4 verbunden ist.
Dieser Rahmen schließt die ganze Maschine und insbesondere ihre aktiven Pumpteile ein, die sich im Gehäuse 1A befinden und eine fest stehende Scheibe 5 mit einer Spiralwand 6 sowie eine bewegliche Scheibe 7 mit ebenfalls einer Spiralwand 8 umfassen, die mit derjenigen der fest stehenden Scheibe zusammenwirkt. Diese beiden Spiralwände 6 und 8 mit ihrer Scheibe begrenzen ein Arbeitsvolumen 9.
Die fest stehende Scheibe 5 ist auf der zur beweglichen Scheibe 7 entgegengesetzten Seite über eine stationäre, zentrale Welle 10 mit dem Rahmen 1 verbunden, welche Welle in dem beschriebenen Beispiel einstückig mit dem Teil 1C des Körpers des Rahmens 1 ausgebildet ist. Diese stationäre, zentrale Welle 10 ist hohl und enthält einen Pump- bzw. Rückförderkanal 11, der in einen Rückförderraum 12 des Sammlers 2 mündet, an dem der Rückförderflansch 4 befestigt ist.
Die bewegliche Scheibe 7 ist an ihrem Umfang jenseits ihrer Spiralwand 8 und um die fest stehende Scheibe 5 herum mit dem Umfang eines Verbindungsflansches 13 verbunden. Dieser Verbindungsflansch 13 bildet mit der beweglichen Scheibe 7 ein dichtes Gehäuse, das die fest stehende Scheibe 5 einschließt. Der mittlere Bereich des Flansches 13 ist offen; durch diese Öffnung ist die stationäre zentrale Welle 10 geführt.
Dieser mittlere Bereich des Flansches 13 ist verbunden oder, wie im Falle der Figur, einstückig ausgebildet mit einer exzentrischen Hohlwelle 14, die selbst dicht abschließend mit einem Ende einer Dichtmanschette 15 verbunden ist, welche die stationäre, zentrale Welle 10 umgibt und deren anderes Ende am Teil 1C des Körpers des Rahmens 1 befestigt ist.
Der Raum 16 zwischen der Dichtmanschette 15 und der stationären, zentralen Welle 10 bildet einen Ansaugkanal, der mit einem Ansaugraum 17 des Sammlers 2 verbunden ist, an dem der Ansaugflansch 3 befestigt ist.
Die exzentrische Hohlwelle 14 dreht sich in einer Bohrung 18, die in einer Hauptdrehwelle 19 mit der Achse 20 vorgesehen ist. Die Achse 21 der Bohrung 18 ist exzentrisch bezogen auf die Drehachse 20 der Hauptdrehwelle 19. Die Drehung der Hauptdrehwelle 19 bewirkt auf diese Weise, zusammen mit einer beliebigen Drehschutzvorrichtung, eine kreisförmige Translationsbewegung ohne Drehung der exzentrischen Achse 14 und somit des Verbindungsflansches 13 und der beweglichen Scheibe 7.
In dem beschriebenen Beispiel wird dieser Drehschutz durch eine Kreuzscheibenkupplung 22 sichergestellt, die zwischen dem Verbindungsflansch 13 und dem Teil 1B des Körpers des Rahmens 1 angeordnet ist und jede Drehung der beweglichen Scheibe 7 und ihres Verbindungsflansches 13 verhindert.
Die Hauptdrehwelle 19 ist hohl und umgibt die Dichtmanschette 15. Sie wird von Lagern 23 und 24 gehalten, die jeweils im Teil 1B bzw. Teil 1C des Rahmens 1 montiert sind.
Der Drehantrieb dieser Hauptdrehwelle 19 erfolgt durch einen Elektromotor, dessen Rotor 25 mit der Welle 19 und dessen Stator 26 mit dem Rahmen 1 verbunden ist. Ein röhrenförmiger Dichtmantel 27 trennt den Stator 26 von allen seinen beweglichen Teilen.
Die genaue axiale Positionierung der mit dem Verbindungsflansch 13 verbundenen beweglichen Scheibe 7 wird durch ein Gleitschuhsystem 28 sichergestellt, das zwischen zwei Axialanschlägen 29, 30 eine reibende Bewegung ausführt.
In dem Beispiel der Figur bildet der Gleitschuh 28 einen kreisförmigen Ring, der mit dem Gehäuse 7–13 (bewegliche Scheibe 7, Verbindungsflansch 13) verbunden ist und dieses Gehäuse außen umgibt, und führt zwischen den beiden seitlichen, fest stehenden, mit dem Rahmen 1 verbundenen Anschlägen eine Reibung aus: dem Anschlag 29 und einem Keilanschlag 30. Die Feineinstellung der axialen Positionierung der beweglichen Scheibe 7 erfolgt durch die Wahl der Dicke des Keilanschlags 30. Der Gleitschuh 28 umfasst Durchströmöffnungen 31 für Öl.
Ebenso ist das Gegenteil denkbar: ein fester, mit dem Rahmen 1 verbundener Gleitschuh, der zwischen zwei seitlichen, mit dem beweglichen Gehäuse 7–13 verbundenen Anschlägen in Sandwichanordnung vorgesehen ist.
Man sieht, dass durch die Dichtmanschette 15 und das Gehäuse 7–13, das die fest stehende Scheibe 5 einschließt, der gesamte Pumpkreislauf vom Ansaugen durch den Ansaugflansch 3 bis hin zur Rückförderung durch den Rückförderflansch 4 komplett isoliert und gegenüber allen mechanischen Teilen wie: den Lagern 23, 24, der Vorrichtung zur axialen Positionierung mit (außerhalb des Gehäuses 7–13 angeordnetem) Reibgleitschuh und der exzentrischen Welle 14 dicht ist, die in der exzentrischen Bohrung 18 dreht.
Eine solche Maschine eignet sich insofern hervorragend als saubere und trockene Vakuumpumpe.
Die vorgenannten mechanischen Teile, die sich außerhalb des Fluidkreislaufs befinden, werden geschmiert.
Eine solche Maschine ist sehr kompakt und kurz. Darüber hinaus verhindert die genaue axiale Positionierung der beweglichen Scheibe bezüglich der fest stehenden Scheibe jegliche Reibung innerhalb der Pumpzelle zwischen einer Spiralwand und der entgegengesetzten Scheibe und damit die Entstehung kleiner Teilchen, die durch eine solche Reibung entstehen würden.
2 ist eine Variante, bei der die Hauptdrehwelle 19 im Gegensatz zu 1 hervorspringend auf einem einzigen, vorgespannten Lager 32 mit zwei Reihen Kugeln angeordnet ist, die im Teil 1B des Rahmenkörpers angeordnet sind. Dies vereinfacht die Pumpe. In dieser Figur sind Sammler 2, Gehäuse 1A, die Scheiben 5, 7 und die Vorrichtung zur axialen Positionierung nicht dargestellt.
3 ist eine weitere Variante, bei der die Hauptdrehwelle 19 wie in 2 hervorspringend auf ein einziges Lager montiert ist, wobei jedoch darüber hinaus die exzentrische Hohlwelle 14 mittels eines Nadelwälzlagers 33 in die exzentrische Bohrung 18 mit der Achse 21 der Hauptdrehwelle 19 montiert ist.

Claims

Scroll-Maschine mit einer fest stehenden Scheibe (5), die eine erste spiralförmige Arbeitswand (6) umfasst, sowie einer beweglichen Scheibe (7) die eine zweite spiralförmige Arbeitswand (8) umfasst, die mit derjenigen der fest stehenden Scheibe zusammenwirkt, mit Mitteln zum Antrieb der beweglichen Scheibe in einer kreisförmigen Translationsbewegung, einer Dichtmanschette (15), die einerseits an einem ihrer Enden mit einem Organ (14) verbunden ist, das mit der kreisförmigen Translationsbewegung der beweglichen Scheibe (7) in Zusammenhang steht, und andererseits an ihrem anderen Ende mit einem fest stehenden Teil (1C) der Maschine verbunden ist, welche Dichtmanschette (15) den Fluidkreislauf von den mechanischen Antriebsteilen der beweglichen Scheibe trennt, wobei die fest stehende Scheibe (5) auf der der beweglichen Scheibe (7) entgegengesetzten Seite mit einer zentralen, fest montierten Welle (10) verbunden ist, die einen Pumpkanal (11) umfasst, welche Mittelwelle von der Dichtmanschette (15) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (16) zwischen der Dichtmanschette und der fest stehenden, zentralen Welle eine Ansaugleitung bildet, dass eine drehbare, hohle Hauptwelle (19) die Dichtmanschette (15) umgibt und von mindestens einem Lager (23, 24–32) in einem fest stehenden Rahmen (1) getragen wird, wobei ein Ende dieser Hauptwelle (19) eine kreisförmige, exzentrische Bohrung (18) aufweist, die mit einem Antriebsorgan (14) zusammenwirkt, das mit der beweglichen Scheibe (7) verbunden ist. welche Antriebsmittel einen Rotor (25) eines Elektromotors umfassen, der mit der drehbaren Hauptwelle (19) verbunden ist und diese umgibt, sowie einen fest stehenden Stator (26), der den Rotor umgibt.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtmantel (27) den Stator vom Rotor des Antriebsmotors trennt.
Maschine nach einem der Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kreuzscheibenkupplung (22) mit einem fest stehenden Teil (1B) der Maschine und mit einem Teil (13) zusammenwirkt, das die genannte kreisförmige Translationsbewegung erfährt, wodurch die Winkelausrichtung der beweglichen Scheibe (7) bezüglich der fest stehenden Scheibe (5) auf jeden Fall gewahrt bleibt.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsorgan (14) fest mit einem Verbindungsflansch (13) verbinden ist. der an seinem Umfang um die fest stehende Scheibe (5) mit der beweglichen Scheibe (7) jenseits seiner zweiten spiralförmigen Wand (8) verbunden ist, wobei die bewegliche Scheibe (7) und der Verbindungsflansch (13) ein Gehäuse bilden, das die fest stehende Scheibe (5) umschließt.
Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialpositionierung des Gehäuses (7–13) außerhalb des Innenraums des Gehäuses durch ein Gleitschuhsystem (28) erfolgt, das zwischen zwei Axialanschlägen (29, 30) eine reibende Bewegung ausführt, wobei eines der beiden Elemente, nämlich der Gleitschuh oder die Axialanschläge, fest mit dem Rahmen und das andere fest mit dem Gehäuse (7–13) verbunden ist.
Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsorgan (14) und der Verbindungsflansch (13) einstückig ausgebildet sind.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdrehwelle (19) in dem Rahmen (1B) überstehend von einem einzigen Lager (32) getragen wird.
Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsorgan (14) mit der kreisförmigen, exzentrischen Bohrung (18) über ein Wälzlager (33) zusammenwirkt.