DE19910458C2 - Kompressor - Google Patents

Description

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 Mit­ nehmereinheit, 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 radialen Freiheitsgrad gegenüber dem Mitnehmer bewegbar ist, wobei der zweite Verdichterkörper aufgrund dieses radialen Freiheitsgrades und der wirk­ samen 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 auf­ treten können, so daß eine derart ausgebildete Mitnehmereinheit verschleiß­ anfällig ist.

Ferner ist aus der DE 34 04 222 A1 ein Spiralkompressor bekannt, bei welchem eine radiale Beweglichkeit des einen Verdichterkörpers zum Teil durch einen Lagerfreiraum im Bereich der drehbaren Verbindung zwischen der Mitnehmereinheit und dem Verdichterkörper erreicht wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kompressor der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß die Mitnehmereinheit mög­ lichst einfach ausgebildet ist, andererseits aber auch möglichst verschleißfrei arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1 oder 2 gelöst.

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Lösungen so ausgebildet sind, 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 Mitnahme­ fläche 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, läßt sich der Vorteil erreichen, daß durch das Einwirken einer konvexen Mit­ nehmerfläche auf die konkave Mitnahmefläche mit geringerer Krümmung als die Mitnehmerfläche eine äußerst vorteilhafte flächige Wechselwirkung zwischen dem Mitnehmer und der Mitnehmeraufnahme erreichbar ist, nämlich dadurch, daß in dem Berührungsbereich mittig eine sogenannte Hertz'sche Pressung auftritt und die Kräfte außerhalb der Mitte kontinuierlich abnehmen. Damit ist eine vorteilhafte und insbesondere verschleißunanfällige Kraftüber­ tragung 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 soge­ nanntes "Kantentragen" vermieden.

Im übrigen hat das Zusammenwirken einer in Drehrichtung konvexen Mitneh­ merfläche 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 vor­ teilhaften Hertz'schen Pressung über einen möglichst großen Berührungs­ bereich auch noch eine geringfügige Bewegungshemmung gegen eine Bewe­ gung in Richtung des radialen Freiheitsgrades erreichbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es bei der Lösung gemäß Anspruch 1, daß die Mit­ nehmerfläche einen Ausschnitt aus einer Zylinderfläche mit elliptischen Quer­ schnitt bildet.

Besonders vorteilhaft ist es bei der Lösung gemäß Anspruch 2, daß die Mit­ nahmefläche einen Ausschnitt aus einer Zylinderfläche mit elliptischem Quer­ schnitt bildet, wobei vorzugsweise der Ausschnitt ebenfalls den Teil der Zylin­ derfläche mit der geringsten Krümmung umfaßt.

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

Besonders günstig ist es jedoch, wenn der Mitnehmer mit der Mitnehmerauf­ nahme nur über den Berührungsbereich in Kontakt steht und im übrigen von einem sich zwischen dem Mitnehmer und der Mitnehmeraufnahme erstrecken­ den Freiraum umgeben ist.

Ein derartiger Freiraum schafft einerseits die Möglichkeit, daß jegliches Ver­ kanten bei der Relativbewegung der Mitnehmeraufnahme bezüglich des Mit­ nehmers vermieden werden kann, da die beiden lediglich über die Mitnehmer­ fläche und die Mitnahmefläche wechselwirken und diese aufgrund ihrer kon­ vexen 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 Freiheits­ grad eingeschränkt ist, sondern auch noch zusätzliche Bewegungskompo­ nenten, beispielsweise in Drehrichtung zuläßt. Eine derartige Lösung ist insbe­ sondere zum Kompensieren sogenannter Flüssigkeitsschläge geeignet, da diese nur kurzzeitig auftreten und die Wechselwirkung zwischen der Mit­ nahmefläche und der Mitnehmerfläche nur dann möglichst wenig belasten, wenn auch im Extremfall die Mitnahmefläche sich kurzzeitig von der Mit­ nehmerfläche 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 ein­ greift, so daß durch Herstellung der Wände der Ausnehmung bereits die Mitnahmefläche ebenfalls herstellbar ist.

Besonders einfach läßt sich auch der außerhalb des Berührungsbereichs be­ stehende 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 Vermei­ den eines Verkantens bei Bewegungen in Richtung des radikalen Freiheits­ grades 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 Mitnehmer­ fläche so dimensioniert sind, daß sie sich über den Berührungsbereich hinaus­ erstrecken und somit der Freiraum sich zwischen diese bis zum Berührungs­ bereich hin erstreckt, wobei der zwischen diesen liegende Teilbereich des Freiraums von dem Berührungsbereich ausgehend sich mit zunehmendem Ab­ stand vom Berührungsbereich zunehmend vergrößert. Diese Lösung hat den Vorteil, daß bei dieser Konzeption der Mitnehmerfläche und der Mitnahme­ fläche 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 Berührungs­ bereichs 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 Spiralrippe anliegt, die Mitnahmefläche eine Krümmung aufweist, die zumindest geringfügig kleiner ist als eine Krümmung der Mit­ nehmerfläche, so daß in allen Stellungen des zweiten Verdichterkörpers, in denen die volle Antriebskraft zur Überwindung der tangentialen Gaskraft von dem Mitnehmer auf die Mitnehmeraufnahme übertragen wird, die vorteilhaften Verhältnisse hinsichtlich der Flächenpressungen vorliegen.

Besonders günstig ist es bei der erfindungsgemäßen Lösung, wenn die Mit­ nahmefläche 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 Mitnehmeraufnahme stets im wesentlichen die­ selben Verhältnisse vor.

Ferner ist es in diesem Zusammenhang auch günstig, wenn die Mitnehmer­ fläche 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 Mitnahme­ fläche 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 Mög­ lichkeit besteht, der tangentialen Gaskraft mit einer Antriebskraft entgegen­ zuwirken, 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 Mit­ nehmerfläche und auch der Mitnahmefläche so zu wählen, daß die der tangen­ tialen Gaskraft entgegenwirkende Antriebskraft stets noch zu einer Kraft­ komponente in radialer Richtung, entweder nach außen oder nach innen, führt und somit definiert der radialen Gaskraft oder der zentrifugalen Gaskraft ent­ gegengewirkt werden kann.

Vorzugsweise bildet dabei die Mitnehmerfläche einen Ausschnitt aus der Zylin­ derfläche 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 hin­ sichtlich ihrer Länge deutlich unterscheiden.

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

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

Vorzugsweise weist die Ausnehmung dabei einen zumindest teilweise ellip­ tischen Querschnitt auf.

Auch hinsichtlich der Ausbildung der Ausnehmung ist es besonders vorteilhaft, wenn diese einen zylindrischen Querschnitt aufweist, welcher halbseitig halb­ elliptisch und halbseitig halbkreisförmig ist, so daß insbesondere ein ent­ sprechend geformter Mitnehmer in die Ausnehmung eingreifen kann und das entsprechende Spiel zwischen der Ausnehmung und dem Mitnehmer zur Ver­ fügung steht.

Hinsichtlich der drehbaren Lagerung der Mitnehmeraufnahme 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 Mitnehmeraufnahme auf den zweiten Verdichterkörper möglich ist.

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

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

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungs­ beispiel 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 Ausgangs­ stellung des zweiten Verdichterkörpers anein­ ander 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 Ver­ dichtungskörper;

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 erfin­ dungsgemäßen 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 Ver­ dichterkörper 16 weist eine sich über eine Bodenfläche 20 erhebende erste Spiralrippe 22 auf, die in Form einer Kreis­ evolvente verläuft und der zweite Verdichterkörper 18 weist eine sich über eine Bodenfläche 24 erhebende zweite Spiral­ rippe 26 auf, die ebenfalls in Form einer Kreisevolvente ver­ läuft. 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 Ver­ dichterkörpers 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 Mit­ nehmer einen exzentrisch an der Antriebswelle 44 angeordneten Exzenterzapfen 52 umfaßt sowie eine Exzenteraufnahme 54, aus­ gebildet 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 Buchsen­ lagerring 56 gewährleistet.

Der Buchsenlagerring 56 ist seinerseits vorzugsweise ein­ stückig 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 Mitnehmeraufnahme 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 Zylin­ ders, beispielsweise mit einem Halbachsenverhältnis in der Größenordnung von 1 zu 1,5 oder auch mehr, mit einer Zylin­ derachse 72 darstellt, wobei die Zylinderachse 72 beispiels­ weise 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 Verbindungs­ linie 80 zwischen der Mittelachse 34 und einer Berührungs­ linie 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'sche Pressung vorliegt, die beiderseits der Mitte des Berührungs­ bereichs 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 Dreh­ richtung 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 Dreh­ achse vorzugsweise mit der Zylinderachse 72 der Zylinder­ fläche 70 zusammenfällt.

In einer Ausgangsstellung, dargestellt in Fig. 3, liegt die Drehachse 55 der Mitnehmeraufnahme auf der theoretisch vorge­ sehenen Orbitalbahn 36 und eine in einem Schnittpunkt der Richtung 80 des radialen Freiheitsgrades mit der theore­ tischen 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'sche Pressung im Bereich des Schnittpunkts der Tangente 92 mit dem Berührungsbereich 88 vorliegt. In dieser Ausgangs­ stellung 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 wirk­ samen Teilbereich 84 der Zylinderfläche 60 dergestalt, daß eine tangentiale Gaskraft TG, welche auf den zweiten Ver­ dichterkörper 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, her­ vorgerufen 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, bei­ spielsweise 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 Abweichun­ gen 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 ellip­ tischen 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 radia­ len 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 Mitnehmer­ aufnahme 54 und somit des zweiten Verdichterkörpers 18 in der radialen Richtung 80 zur Kompensation sogenannter Flüssig­ keitsschläge, die eine extreme Verschiebung des zweiten Ver­ dichterkörpers 18 relativ zum ersten Verdichterkörper 16 bedingen können. Die Auswirkungen eines derartigen Flüssig­ keitsschlages 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 Ver­ dichterkörpers 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 Frei­ raums 100, wobei sich gleichzeitig die Mitnehmeraufnahme 54 geringfügig verdreht, um sich so einzustellen, daß die tangentiale Gaskraft TG, welche senkrecht zur radialen Rich­ tung 80 und in Richtung auf die Drehachse 55 wirkt, welche gegenüber dem Bereich 88 in Richtung der Mittelachse 34 ver­ schoben 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 Mitnehmeraufnahme 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 auf­ grund 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 Kompo­ nente 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 Freiheits­ grades 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 ausge­ bildet 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 Zylinder­ flächensegments 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 Zylinder­ flächensegment 70a mit einer halbelliptischen Grundfläche und ein Zylinderflächensegment 70b mit einer ungefähr halbkreis­ förmigen Grundfläche aufweist, wobei die große Halbachse der halbelliptischen Grundfläche des Zylinderflächensegments 70a gleich dem Radius der halbkreisförmigen Grundfläche des Zylinderflächensegments 70b ist und beide Zylinderflächen­ segmente 70a, b ineinander übergehen.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel bildet nun das Zylinder­ flächensegment 60a mit dem Teilbereich 84 die Mitnehmerfläche und das Zylinderflächensegment 70a mit dem Teilbereich 86 die entsprechende Mitnahmefläche, so daß sich ein Berührungs­ bereich 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 Mittel­ achse 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 bezüg­ lich 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 Ausführungs­ beispiel in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellt, auch noch die Mög­ lichkeit 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 vor­ zugeben, wobei entweder, wie in Fig. 8 dargestellt, eine in Richtung der Zentrifugalkraft Z wirkende Komponente TGR vor­ gegeben werden kann, nämlich dadurch, daß die große Halbachse 110 ausgehend von der Ausgangsstellung in Fig. 5 im Uhr­ zeigersinn 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 gegen­ über der Ausgangsstellung in Fig. 5 um den Winkel δ entgegen­ gesetzt 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 Ausfüh­ rungsbeispiel 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 (20)

1. Kompressor, umfassend einen Spiralverdichter mit einem ersten Ver­ dichterkörper und einem zweiten Verdichterkörper, deren in Form einer Kreisevolvente ausgebildete erste bzw. zweite Spiralrippen so inein­ andergreifen, 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 Mitnehmer­ aufnahme aufweist, wobei die Mitnehmeraufnahme in radialer Richtung zur Mittelachse mit einem radialen Freiheitsgrad gegenüber dem Mit­ nehmer bewegbar ist, wobei der zweite Verdichterkörper aufgrund dieses radialen Freiheitsgrades und der wirksamen Zentrifugalkräfte mit der zweiten Spiralrippe an der ersten Spiralrippe des ersten Verdichter­ körpers anliegend bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (52) eine konvexe, einen Ausschnitt aus einer Zylinderfläche (60) mit elliptischem Querschnitt bildende Mitnehmerfläche (84) aufweist, daß die Mitnehmer­ aufnahme (54) eine der Mitnehmerfläche (84) zugewandte, in Drehrich­ tung 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 Kompo­ nente bewegbar ist.

2. Kompressor, umfassend einen Spiralverdichter mit einem ersten Ver­ dichterkörper und einem zweiten Verdichterkörper, deren in Form einer Kreisevolvente ausgebildete erste bzw. zweite Spiralrippen so inein­ andergreifen, 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 Mitnehmer­ aufnahme aufweist, wobei die Mitnehmeraufnahme in radialer Richtung zur Mittelachse mit einem radialen Freiheitsgrad gegenüber dem Mit­ nehmer bewegbar ist, wobei der zweite Verdichterkörper aufgrund dieses radialen Freiheitsgrades und der wirksamen Zentrifugalkräfte mit der zweiten Spiralrippe an der ersten Spiralrippe des ersten Verdichter­ körpers anliegend bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (52) eine konvexe Mitnehmerfläche (84) aufweist, daß die Mitnehmeraufnahme (54) eine der Mitnehmerfläche (84) zugewandte konkave, einen Aus­ schnitt aus einer Zylinderfläche (70, 70') mit elliptischem Querschnitt bil­ dende Mitnahmefläche (86) mit geringerer Krümmung als die Mitneh­ merfläche (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 Rich­ tung (80) des radialen Freiheitsgrades verlaufenden Komponente bewegbar ist.

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

4. Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mitnahmefläche (86) ein Teilabschnitt einer Innen­ fläche (70) einer Ausnehmung (64) in der Mitnehmeraufnahme (54) ist, in welche der Mitnehmer (52) eingreift.

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

6. 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.

7. Kompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiraum (100) sich beiderseits des Berührungs­ bereichs (88) mit zunehmendem Abstand von diesem ver­ größert.

8. 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).

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

11. Kompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerfläche (84) einen Ausschnitt einer Zylinderfläche (60) mit elliptischem Querschnitt bildet.

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

13. Kompressor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkörper (52, 52') einen zumindest teilweise elliptischen Querschnitt aufweist.

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

15. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmefläche (86) einen Ausschnitt aus einer Zylinderfläche (70, 70') mit elliptischem Querschnitt bildet.

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

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

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

19. 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.

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