DE19942685A1 - Spiralkompressor - Google Patents

Abstract

In einem Spiralkompressor, in dem ein Kompressionsmechanismus (25, 26, 13, 33, 34, 27) ein gasförmiges Fluid zusammen mit der Bewegung des gasförmigen Fluids entlang eines Spiralweges derart komprimiert, daß ein komprimiertes Gas erzeugt wird, ist ein Ausströmweg (51a, 51b, 41a, 41b) vorgesehen zum Ausströmen des komprimierten Gases von dem Kompressionsmechanismus (25, 26, 13, 33, 34, 27) an einem Zwischenabschnitt des Spiralweges. Ein Druckübertragungsweg (64, 49, 45a, 45b, 46a, 46b) überträgt den Druck des komprimierten Gases zu einem Ventilmechanismus (43a, 43b), der zur Steuerung eines Öffnens und eines Schließens des Ausströmweges (51a, 51b, 41a, 41b) dient. Der Druckübertragungspfad (51a, 51b, 41a, 41b) weist einen Verzögerungsmechanismus (49) auf zum Verzögern einer Übertragung einer Änderung des Druckes zu dem Ventilmechanismus (43a, 43b).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralkompressor. Spe­ ziell betrifft sie einen Spiralkompressor, der beispielsweise in einer Klimaanlage für ein Auto oder ein Kraftfahrzeug enthalten ist und bei dem ein Mechanismus zum sanften Starten mit einem einfachen Aufbau verbessert ist.

Ein Beispiel eines Spiralkompressors ist in der Japanischen Pa­ tentanmeldung (ungeprüft) JP 7-324690 beschrieben und enthält einen Kompressionsmechanismus zum Komprimieren eines gasförmigen Fluids zusammen mit der Bewegung des gasförmigen Fluids entlang eines Spiralweges derart, daß ein komprimiertes Gas erzeugt wird. Der Kompressionsmechanismus wird durch einen Motor ange­ trieben, der in einem Kraftfahrzeug montiert ist. Im allgemeinen ist eine elektromagnetische Kupplungsvorrichtung zwischen dem Motor und dem Kompressionsmechanismus vorgesehen. Die elektroma­ gnetische Kupplungsvorrichtung dient zum Verbinden oder Trennen des Kompressionsmechanismusses mit oder von dem Motor.

Es wird als ein häufiger Fall angenommen, daß die elektromagne­ tische Kupplungsvorrichtung während der Fahrt des Kraftfahrzeugs in den EIN-Zustand geändert wird. Bei dem häufigen Fall wird ein Anfangsdrehmoment des Kompressors derart groß werden, daß ein Stoß erzeugt wird, der für die Fahrer und Beifahrer des Kraft­ fahrzeugs unangenehm ist und ein schlechtes Gefühl vermittelt. Zum Verhindern eines solchen Stoßes wurde ein Versuch gemacht, einen Kompressor zu verwenden, der einen Mechanismus zum sanften Starten aufweist, wodurch ein sanftes Starten des Kompressors erlaubt wird und das Anfangsdrehmoment reduziert wird.

Mit Bezug zu Fig. 5 wird eine Beschreibung bezüglich eines der Anmelderin bekannten Spiralkompressors angegeben, der ein Bei­ spiel des Mechanismusses für ein sanftes Starten verwendet. Der in Fig. 5 dargestellte Spiralkompressor weist ein vorderes Ge­ häuse 101, Lager 111, 112, die durch das vordere Gehäuse 101 ge­ lagert sind, und eine Drehwelle 105, die drehbar durch die Lager 111, 112 gelagert ist, auf. Die Drehwelle 105 weist an ihrem ei­ nen Ende einen Kurbelabschnitt 106 in einer exzentrischen oder versetzten Lage um einen vorbestimmten Abstand relativ zu einer Mitte der Drehwelle 105 auf. Ein bewegbares Spiralelement 103 ist drehbar durch den Kurbelabschnitt 106 über ein Lager 110 ge­ lagert, daß eine Drehung der Drehwelle 105 für eine Umlaufbewe­ gung empfängt.

Das bewegbare Spiralelement 103 weist eine Endplatte 103a auf, die eine rund-geformte Rille 109 aufweist, und das vordere Ge­ häuse 101 weist eine Endplatte 101a auf, die eine runde Form 108 aufweist. Zwischen den zwei runden Rillen 108 und 109 sind eine Mehrzahl von Kugelelementen oder Bällen 114 derart gesichert, daß eine Drehbewegung des bewegbaren Spiralelementes 103 verhin­ dert wird.

Die Drehwelle 105 weist ein Ausgleichsgewicht 107 auf, das der­ art an der Drehwelle 105 befestigt ist, daß eine dynamische Un­ wucht aufgrund eines exzentrischen Aufbaus des bewegbaren Spi­ ralelementes 103 und des Kurbelabschnittes 106 korrigiert wird. Zwischen dem vorderen Gehäuse 101 und der Drehwelle 105 ist eine Wellendichtung 113 angeordnet, die verhindert, daß Kühlmittel und Schmiermittel in dem Kompressor nach außen leckt. Ein hinte­ res Gehäuse 102 ist mit dem vorderen Gehäuse 101 durch Schrauben 130 verbunden und weist eine Ansaugöffnung 121 und eine Auslaß­ öffnung 123 auf, und die Öffnungen 121 und 123 sind durch die Endplatte 104a des festen Spiralelementes 104 begrenzt oder ge­ trennt. Bei dem Beispiel des Aufbaus von Fig. 5 ist ein äußer­ ster Umfangsraum, der an einer linken Seite der Endplatte 104a des festen Spiralelementes 104 angeordnet ist, als eine Ansaug­ kammer gebildet, wohingegen ein Raum der rechten Seite als eine Auslaßkammer 124 gebildet ist.

Die Endplatte 104a des festen Spiralelementes 104 weist einen röhrenförmigen Raum 125 auf, in dem ein Spulen- bzw. Schieber­ ventil 127 derart vorgesehen ist, daß Umgehungslöcher 126, die in der Endplatte 104a gebildet sind, zum Umleiten des Kühlmit­ tels in der Kompressionskammer 150 in die Ansaugkammer 122 über den röhrenförmigen Raum 125 betätigt wird. In dem röhrenförmigen Raum 125 ist eine Feder 128 in einer solchen Art vorgesehen, daß sie in Kontakt mit dem Spulenventil 127 ist und das Spulenventil 127 dazu zwingt, in der Richtung der Umgehungslöcher 126 zu öff­ nen. Weiterhin ist der röhrenförmige Raum 125 mit einem Druck­ leitungsloch 120 und dem Auslaßloch 119 verbunden, und der Aus­ laßdruck ist zu einer Seite gerichtet, der die Feder 128 des Spulenventils 127 kontaktiert und der anderen Seite davon. In der Darstellung stellt das Bezugszeichen 129 eine Schelle oder einen Sprengring dar, der als ein Stopper für die Feder 128 dient.

Ähnlich sind an der entgegengesetzten Seite des Auslaßloches ein röhrenförmiger Raum 132, Umgehungslöcher 131 und ein Drucklei­ tungsloch 136 vorgesehen. In dem röhrenförmigen Raum 132 sind ein Spulenventil 133, eine Feder 134 und ein Stopper 135 derart vorgesehen, daß das Spulenventil 135 dazu dient, die Umgehungs­ löcher 131 zu betätigen.

In einem Fall, bei dem der Kompressor unterbrochen oder gestoppt wird, wird das Kühlmittel nicht komprimiert, und daher ist ein Druck in dem Auslaßloch 119 in diesem Zustand ein Ansaugdruck Ps. Folglich wird keine Kraft oder Druck zu dem Spulenventil 127 hinzugefügt, und eine Federvorspannung wird nur bei dem Spulen­ ventil 127 durch die Feder 128 derart ausgeübt, daß sich das Spulenventil 127 solange bewegt, bis es die Schultern des runden Loches (röhrenförmiger Raum) 125 kontaktiert. In diesem Moment bewegt sich das Kühlmittel in der Kompressionskammer 150 durch die Umgehungslöcher 126 und dann den röhrenförmigen Raum 125 und weiter in die Umgehungslöcher 126 und kehrt zu der Ansaugkammer 122 zurück. Das Kühlmittel in der Kompressionskammer 150 geht wiederum bzw. außerdem durch die Durchgangslöcher 126, einem an dem äußeren Umfang des Spulenventils 127 gebildeten Rillenab­ schnitt, den röhrenförmigen Raum 125, der mit dem Lochabschnitt, der axial auf dem Spulenventil 127 gebildet ist, verbunden ist, und durch die Durchgangslöcher 126 und kehrt dann zu der Ansaug­ kammer 122 zurück. Die gleiche Betätigung und der gleiche Be­ trieb sind bezüglich der Umgehungslöcher 131 vorgesehen.

Im Anbetracht des obigen ist das aktuelle Ansaugvolumen klein, wenn der Kompressor in den oben beschriebenen Zustand getrieben wird, und daher ist eine Lastfluktuation relativ gering und ein Stoß für das Fahrzeug klein. Wenn ein Betrieb des Kompressors gestartet wird, um das Komprimieren des Kühlmittels zu beginnen, wird ein Druck in dem Ansaugloch 119 nach oben erhöht. Ein Druckunterschied zwischen dem Auslaßdruck und dem Ansaugdruck Ps wirkt auf das Spulenventil 127 über das Druckleitungsloch 120. Das Spulenventil 127 bewegt sich bis es den Stopper 129 kontak­ tiert. In diesem Zeitpunkt sind die Umgehungslöcher 126 durch das Spulenventil 127 geschlossen und ähnlich sind die Umgehungs­ löcher 131 geschlossen.

Daher stellt der Kompressor 100% Ansaugvolumen zur Verfügung oh­ ne einen Umgehungsbetrieb. Somit dient der bekannte Kompressor dazu, eine Lastfluktuation zur Zeit des Starts des Kompressors derart gering zu machen, daß ein Stoß zu dem Fahrzeug verringert wird.

Bei dem der Anmelderin bekannten Kompressor, der den Mechanismus zum sanften Starten, wie beschrieben, enthält, kann ein Start­ drehmoment durch den benutzten Mechanismus zum sanften Starten reduziert werden. Jedoch weist der Mechanismus zum sanften Star­ ten eine Schwierigkeit auf, daß ein Betriebsreaktionsbereich re­ lativ zu der Zahl der Dreh- und Temperaturbedingungen gering ist in Bezug zu den Startbedingungen des Kompressors.

Bei dem Kompressor mit dem oben beschriebenen Mechanismus zum sanften Starten gibt es, wenn ein Kompressionsdruck höher einge­ stellt ist, eine Schwierigkeit, daß eine wesentliche Zeit für eine notwendige Druckerhöhung in dem Auslaßloch 119 unter den Bedingungen einer geringen Drehzahl und eines geringen atmosphä­ rischen Drucks benötigt wird. Daher wird ein ausreichendes Volu­ men nicht erzielt. Im Gegensatz wird, wenn der Kompressionsdruck geringer eingestellt ist, ein Druckanstieg des Auslaßloches 119 schnell gemacht unter der Bedingung einer hohen Drehzahl und ei­ nes hohen atmosphärischen Drucks. Daher wird ein aufgenommenes Volumen groß, was dazu führt, daß der Effekt des sanften Star­ tens nicht erwartet wird.

Anders gesagt, schließt zur Zeit einer niedrigen Last eines Aus­ laßdruckes beim Start des Betriebs, wenn eine Vorspannkraft der Feder 128 für das Spulenventil 127 derart geringer eingestellt ist, daß ein maximales Volumen bei einem Betrieb niedriger Dreh­ zahl stattfindet, das Spulenventil 127 sofort das Umgehungsloch 126 beim Start des Kompressors, zur Zeit einer hohen Last und einer hohen Geschwindigkeit, bei der der Auslaßdruck hoch ist. Daher wird ein Drehmomentschock nicht reduziert und kein Effekt des sanften Startens kann erwartet werden.

Im Gegensatz wird, wenn eine Vorspannkraft der Feder 128 derart höher eingestellt ist, daß die benötigten Effekte zur Zeit der hohen Last und hohen Drehzahl erreicht werden, ein Einstellen in das maximale Volumen zur Zeit einer niedrigen Last nicht reali­ siert.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbes­ serten Spiralkompressor vorzusehen, der einen geringen Drehmo­ mentschock zur Zeit einer hohen Last und hohen Drehzahl vorsieht und der auch ein Einstellen auf ein maximales Volumen zur Zeit einer niedrigen Last und niedrigen Drehzahl erlaubt.

Die Aufgabe wird durch den Spiralkompressors des Anspruches 1 oder 12 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Der Spiralkompressor weist einen einfachen Aufbau auf und er­ laubt einen Betrieb des sanften Startens.

Der Spiralkompressor weist einen Drehmomentschockreduzierungsme­ chanismus (einen Mechanismus zum sanften Starten) auf, so daß zur Zeit eines EIN-Zustandes einer elektromagnetischen Kupp­ lungsvorrichtung ein großer und zuverlässiger Betriebsreaktions­ bereich in Bezug zu einer Drehzahlbedingung und einem atmosphä­ rischen Temperaturbedingung ermöglicht werden.

Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Spiralkompressor vorgesehen, der einen Kompressionsmechanismus zum Komprimieren eines gasförmigen Fluids zusammen mit der Bewe­ gung des gasförmigen Fluids entlang eines Spiralweges derart, daß ein komprimiertes Gas erzeugt wird, einen Ausströmweg, der mit dem Kompressionsmechanismus zum Ausströmen des komprimierten Gases von dem Kompressionsmechanismus bei einem Zwischenab­ schnitt des Spiralweges verbunden ist, einen Ventilmechanismus, der mit dem Ausströmweg verbunden ist, zum Steuern eines Öffnens und eines Schließens des Ausströmweges, und einen Druckübertra­ gungspfad aufweist, der mit dem Kompressionsmechanismus und dem Ventilmechanismus verbunden ist, zum Übertragen eines Druckes des komprimierten Gases zu dem Ventilmechanismus, wobei der Druckübertragungspfad einen Verzögerungsmechanismus aufweist, zum Verzögern der Übertragung einer Änderung des Druckes zu dem Ventilmechanismus.

Entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Spiralkompressor vorgesehen, der ein Gehäuse mit einer An­ saugkammer und einer Auslaßkammer, ein festes Spiralelement, das in dem Gehäuse eine erste Endplatte und eine feste Evolven­ tenspirale aufweist, die an der ersten Endplatte befestigt ist, ein bewegbares Spiralelement, das in dem Gehäuse eine zweite Endplatte und eine bewegbare Evolventenspirale, die an der zwei­ ten Endplatte befestigt ist, aufweist, aufweist. In dem Spiral­ kompressor wird das bewegbare Spiralelement in einer Umlaufbewe­ gung derart angetrieben, daß ein Volumen einer Kompressionskam­ mer, die zwischen der bewegbaren Evolventenspule und der festen Evolventenspule festgelegt ist, variiert wird und daß die Kom­ pressionskammer zu dem Mittelabschnitt davon bzw. der festen Evolventspule bewegt wird, damit dadurch ein Fluid, das von der Ansaugkammer zu der Kompressionskammer geleitet ist, komprimiert wird und das komprimierte Fluid zu der Auslaßkammer ausgegeben wird, wobei die erste Endplatte ein Umgehungsloch aufweist zum Umleiten des Fluids in die Kompressionskammer entlang der festen Evolventenspule und einen Ventilmechanismus auf den Umgehungs­ loch zum Betätigen des Umgehungsloches, wobei der Ventilmecha­ nismus einen Zylinderkammer auf der ersten Endplatte und ein Kolbenventil aufweist, das sich hin und her bewegend in der Zy­ linderkammer vorgesehen ist, wobei ein Ende der Zylinderkammer mit der Ansaugkammer verbunden ist. Der Spiralkompressor weist weiterhin ein Federmittel zum Zwingen des Umgehungsloches in ei­ ne Öffnungsrichtung auf, wobei das Federmittel mit dem Kolben­ ventil an seinem einen Ende und mit einem Stopper an seinem an­ deren Ende verbunden ist, und wobei ein Verzögerungsmittel vor­ gesehen ist, das zwischen dem Durchgang zum Aufnehmen eines Hochdruckgases und einer Gegendruckseite des Kolbenventiles ist, zum Verzögern einer Übertragung der Druckänderung zu der Ge­ gendruckseite des Kolbenventils in der Zylinderkammer.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Spiralkompressors ent­ sprechend einer Ausführungsform,

Fig. 2 eine Draufsicht eines festen Spiralelementes des Spiralkompressors, der in Fig. 1 gezeigt ist, von einer ersten Endplatte aus gesehen,

Fig. 3 eine Draufsicht des festen Spiralelementes des Spiralkompressors, der in Fig. 1 gezeigt ist, von einer Rückseite der ersten Endplatte aus gesehen,

Fig. 4 eine Draufsicht eines Gehäuses des Spiralkompres­ sors, der in Fig. 1 gezeigt ist, von einem Öff­ nungsabschnitt aus gesehen und

Fig. 5 eine Schnittansicht eines der Anmelderin bekannten Spiralkompressors.

Mit Bezug zu Fig. 1 bis 4 wird eine Beschreibung betreffend ei­ nes Spiralkompressors entsprechend einer Ausführungsform der Er­ findung angegeben.

Der Spiralkompressor dient zur Komprimierung eines Kühlmittelga­ ses in ein komprimiertes Gas und weist ein Gehäuse 10 auf, das eine vordere Endplatte (vorderes Gehäuse) 11 und einen becher- bzw. napfförmigen Abschnitt (d. h. ein hinteres Gehäuse) 12 auf­ weist, das an der vorderen Endplatte 11 angebracht ist. Die vor­ dere Endplatte 11 enthält in ihrer Mitte ein Durchgangsloch 21 zum Einführen einer Hauptwelle 13 dort hindurch. Die Hauptwelle 13 weist einen Abschnitt 15 mit großem Durchmesser an dem inne­ ren Endabschnitt auf. Der Abschnitt 15 mit großem Durchmesser ist drehbar durch ein Nadellager 16 gelagert. Der Abschnitt 15 mit großem Durchmesser enthält eine ringförmige exzentrische Buchse 33 in einer exzentrischen Lage relativ zur Hauptwelle 13.

Die vordere Endplatte 11 weist eine Hülse 17 auf, die sich der­ art nach vorne erstreckt, daß die Hauptwelle 13 umgeben ist, und es ist ein Kugellager 19 an einem vorderen Endabschnitt der Hül­ se 17 derart vorgesehen, daß die Hauptwelle 13 durch das Kugel­ lager 19 drehbar gelagert wird.

Auf der Hauptwelle 13 ist eine Wellendichtanordnung 20 in dem Durchgangsloch 21 vorgesehen, und eine Drehkraft einer externen Antriebsquelle (wie z. B. ein Kraftfahrzeugmotor) wird zu der Hauptwelle 13 über einen elektromagnetischen Kupplungsmechanis­ mus 14 übertragen. Der elektromagnetische Kupplungsmechanismus 14 überträgt eine Drehbewegung von der externen Antriebsquelle zu einer Riemenscheibenvorrichtung über einen V-Riemen (nicht gezeigt) und dient dazu, eine Drehbewegung von der Riemenschei­ benvorrichtung zu der Hauptwelle 13 durch die Steuerung der elektrischen Versorgung zu einer magnetischen Erregerspule 13a zu steuern.

Der napfförmige Abschnitt 12 weist eine Auslaßkammer 44 und eine Pufferkammer 49 innerhalb der Auslaßkammer 44 auf. In dem napf­ förmigen Abschnitt 12 sind ein festes Spiralelement 25 und ein bewegbares Spiralelement 26 vorgesehen sowie ein Drehverhinde­ rungsmechanismus 27. Das feste Spiralelement 25 weist eine erste oder feste Endplatte 51 und eine erste oder feste Evolventen­ wicklung bzw. -spirale 52 auf, die an einer Oberfläche der er­ sten Endplatte 51 befestigt ist und einen Spiralweg definiert. Die erste Endplatte 51 ist an dem napfförmigen Abschnitt 12 be­ festigt. Das bewegbare Spiralelement 26 weist eine zweite oder bewegbare Endplatte 61 und eine zweite oder bewegbare Evolven­ tenwicklung bzw. -spirale 62 auf die an einer Oberfläche der zweiten Endplatte 61 befestigt ist. Die zweite Endplatte 61 weist einen ringförmigen Vorsprung 63 auf, der an der entgegen­ gesetzten Seite der zweiten Evolventenspirale 62 gebildet ist. Der Vorsprung 63 steht in Eingriff mit der Buchse 33 und ist drehbar durch ein Nadellager 34 gelagert. Weiterhin ist die Buchse mit einem halbkreisförmigen Ausgleichsgewicht 31, das sich radial erstreckt, in einem einheitlichen Aufbau mit der Buchse 33 versehen.

Die zweite Evolventenspirale 62 steht derart in Eingriff mit der ersten Evolventenspirale 52 in einer 180°-Offset-Beziehung, daß eine als Fluidtasche bezeichnete Kompressionskammer 71 zwischen der ersten Evolventenspirale 52 und der zweiten Evolventenspira­ le 62 gebildet ist. Das bewegbare Spiralelement 26 ist mit dem Drehverhinderungsmechanismus 27 derart verbunden, daß durch den Drehverhinderungsmechanismus 27 ein Drehen des bewegbaren Spiralele­ mentes 26 verhindert wird aber daß ermöglicht wird, daß das be­ wegbare Spiralelement 26 in einer Umlaufbewegung entlang einer Umlaufbahn entsprechend einer Drehung der Hauptwelle angetrieben wird. Diese Bewegung ist derart, daß die Kompressionskammer 71 zu dem Mittelabschnitt hin bewegt wird und daß zur gleichen Zeit das zwangsweise in die Kompressionskammer von der Ansaugkammer 40 zugeführte Kühlmittelgas einem Komprimieren ausgesetzt wird und als das komprimierte Kühlmittel aus der Auslaßöffnung 56 heraus, die in dem Mittelabschnitt der ersten Endplatte 51 vor­ gesehen ist, in die Auslaßkammer 44 ausgegeben wird. Eine Kombi­ nation der Hauptwelle 13, der Buchse 33, des Nadellagers 34 und des Drehverhinderungsmechanismusses 27 wird als Antriebsmecha­ nismus bezeichnet, der das bewegbare Spiralelement 26 derart an­ treibt, daß die Kompressionskammer 71 entlang des Spiralweges mit einer graduellen Reduzierung des Volumens der Kompressions­ kammer 71 bewegt wird. Eine Kombination des Antriebsmechanismus­ ses und des festen und des bewegbaren Spiralelementes 25 und 26 wird als ein Kompressionsmechanismus bezeichnet, der zur Kompri­ mierung eines gasförmigen Fluids durch Bewegen des gasförmigen Fluids entlang des Spiralweges derart, daß ein komprimiertes Gas erzeugt wird, dient.

Die erste Endplatte 51 des festen Spiralelementes 25 weist zwei Umgehungslöcher 51a und 51b und zwei Zylinderkammern 41a und 41b auf. Die Umgehungslöcher 51a und 51b stehen jeweils in Verbin­ dung mit einem entsprechenden Zwischenabschnitt des Spiralweges. Jede der Zylinderkammern 41a und 41b erstreckt sich in radialer Richtung. Zwei Kolbenventile 43a und 43b bzw. Ventilkolben sind entsprechend verschiebbar als Ventilmechanismus in den Zylinder­ kammern 41a und 41b eingefügt. Jede der Zylinderkammern 41a und 41b weist ein offenes Ende auf, das über die Ansaugkammer 40 in Verbindung mit einem äußeren Abschnitt des Spiralweges steht. Eine Kombination der Umgehungslöcher 51a und 51b und der Zylin­ derkammern 41a und 41b wird als Ausströmweg bezeichnet.

Die Kolbenventile 43a und 43b sind mit Enden von zwei Druckfe­ dern 47a und 47b kontaktiert, die an ihren anderen Enden in Ein­ griff mit Stoppern 48a und 48b stehen. Das heißt, daß die Kol­ benventile 43a und 43b durch die Federn 47a und 47b gelagert sind und in einer oberen bzw. einer unteren Richtung federvorge­ spannt sind.

Weiterhin weist die erste Endplatte 51 des festen Spiralelemen­ tes 25 zwei Gegendruckkammern 46a und 46b, zwei Auslaßgasrich­ tungslöcher 45a und 45b und eine Öffnung 64 auf. Die Gegendruck­ kammern 46a und 46b sind gegenüber den Endoberflächen der Kol­ benventile 43a und 43b. Die Auslaßgasrichtungslöcher 45a und 45b verbinden die Gegendruckkammern 46a und 46b mit der Pufferkammer 49. Die Öffnung 64 erstreckt sich von der Kompressionskammer 71 zu der Pufferkammer 49. Anders gesagt, ist die Öffnung 64 mit einem inneren Abschnitt des Spiralweges verbunden. Die Öffnung 64 wird als Hochdruckweg bezeichnet. Eine Kombination des Hoch­ druckweges, der Pufferkammer 49 und der Auslaßgasrichtungslöcher 45a und 45b und der Gegendruckkammern 46a und 46b wird als Druckübertragungsweg bezeichnet.

Wie oben beschrieben wurde, ist die Pufferkammer 49 mit den Ge­ gendruckkammern 46a und 46b über die Auslaßgasrichtungslöcher 45a und 45b verbunden. Folglich wird angenommen, daß ein Druck der Pufferkammer 49 zu dem Ende von jedem der Kolbenventile 43a und 43b hinzugefügt wird. Die Kolbenventile 43a und 43b werden entsprechend einem Unterschied zwischen einer Vorspannungskraft der Feder 47a und 47b und des Drucks in der Pufferkammer 49 be­ wegt. Daher aktiviert die Bewegung von jedem der Kolbenventile 43a und 43b die entsprechenden Umgehungslöcher 51a und 51b. In anderen Worten gesagt, wenn ein Druck in der Pufferkammer 49 ge­ steuert wird, wird eine Aktivierung der Kolbenventile 43a und 43b derart gesteuert, daß die Umgehungslöcher 51a und 51b in ei­ ne offene/geschlossene Lage bzw. Stellung aktiviert werden. So­ mit erlaubt die Aktivierung der Umgehungslöcher 51a und 51b ein Variieren eines Volumens des Kompressors.

Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, weist die erste Endplatte 51 ein Auslaßventil 53b zum Öffnen/Schließen des Auslaßloches 56 auf. Die Zylinderkammern 41a und 41b sind in einer nahen Positi­ on relativ zu der Ansaugkammer 40 vorgesehen. Wie oben beschrie­ ben wurde, wird der Druck in der Pufferkammer 49 derart gesteu­ ert bzw. reguliert, daß der Kolbenventilmechanismus derart ge­ steuert wird, daß die Aktivierung der Umgehungslöcher 51a und 51b gesteuert wird.

Mit Bezug zu Fig. 1 bis 4 wird ein Betrieb des Spiralkompressors beschrieben. Der in Fig. 1 gezeigte Zustand ist ein AUS-Zustand der elektromagnetischen Kupplungsvorrichtung 14, der Kompressor ist somit gestoppt. In diesem Zustand sind die Kolbenventile 43a und 43b durch die Federn 47a und 47b zu den Gegendruckkammern 46a und 46b hin vorgespannt. In diesem Moment sind die Umge­ hungslöcher 51a und 51b geöffnet. In diesem Zustand wird ein Kühlmittelgas der Ansaugkammer 40, das in der Kompressionskammer 71 enthalten oder eingefangen ist, nicht komprimiert bis es die Umgehungslöcher 51a und 51b erreicht, sondern wird über die Um­ gehungslöcher 51a und 51b und die Zylinderkammern 41a und 41b zu der Ansaugkammer 40 zurückgebracht, und ein Kühlmittelgas, das in der Kompressionskammer nach den Umgehungslöchern 51a und 51b komprimiert wurde, wird komprimiert.

Folglich wird ein aktuelles Auslaßvolumen zur Anfangszeit des Betriebes reduziert und daher ist eine Kompressionslast gering, was zu einem niedrigen Niveau des Drehmomentstoßes führt.

Direkt nach dem Starten des Kompressors ist der Druck in der Pufferkammer 49 gering. Daher sind die Kolbenventile 43a und 43b, die federvorgespannt sind, tief in einem oberen und einem unteren Abschnitt der Zylinderkammern 41a und 41b durch die Fe­ dern 47a und 47b getrieben. In diesem Moment sind die Umgehungs­ löcher 51a und 51b geöffnet.

Nachdem die elektromagnetische Kupplung in einen EIN-Zustand ge­ bracht wurde, wird das in der Kompressionskammer 71 enthaltene Kühlmittelgas in die Gegendruckkammern 46a und 46b über die Öff­ nung 64, die Pufferkammer 49 und die Auslaßgasrichtungslöcher 45a und 45b geleitet. Wenn eine Gegendruckkraft größer wird als eine Federkraft der Feder 47a und 47b, werden die Kolbenventile 43a und 43b derart aktiviert, daß die Federn 47a und 47b derart komprimiert werden, daß dadurch die Umgehungslöcher 51a und 51b geschlossen werden. Dies ermöglicht ein Hochfahren zu einem ma­ ximalen Volumen oder ein Einstellen eines maximalen Volumens.

Das Kühlmittelgas in der Kompressionskammer 71 wird in seinem Flußvolumen durch die Öffnung 64 verringert und wird in seinem Druck verringert und fließt in die Pufferkammer 49, wo der Druck des Kühlmittelgases weiter verringert wird. Daher wird ein An­ stieg des Gasdrucks sehr sanft in den Gegendruckkammern 46a und 46b, die mit der Pufferkammer 49 über die Gasrichtungs- bzw. Gasleitungslöcher 45a und 45b verbunden sind. In diesem Zustand verursacht die Pufferkammer 49 eine Verzögerung der Übertragung einer Änderung des Gasdrucks zu den Kolbenventilen 43a und 43b und wird als Verzögerungsmechanismus bezeichnet.

Daher wird, sogar wenn eine Federkraft der Federn 47a und 47b auf ein niedriges Niveau eingestellt ist, wie z. B. zum Einstel­ len oder Herauffahren zu dem maximalen Volumen in einem Fall mit niedriger Last, bei dem der Auslaßdruck gering ist, ein Gasdruck in den Gegendruckkammern 46a und 46b der Kolbenventile 43a und 43b nach dem Start des Betriebes derart erhöht, daß die Zeit verlängert werden kann bis zu der die Kolbenventile 43a und 43b die Umgehungslöcher 51a und 51b schließen. Somit kann ein Dreh­ momentstoß zur Zeit einer hohen Last und hohen Geschwindigkeit reduziert werden.

Entsprechend dem Spiralkompressor kann ein Drehmomentstoß zur Zeit eines Betriebes großer Last bzw. hoher Geschwindigkeit mi­ nimiert werden. Sogar in dem Fall des Betriebes mit geringer Last bzw. geringer Geschwindigkeit kann ein Einstellen (d. h. ein Herauffahren) auf das maximale Volumen erzielt werden. Folglich kann ein sanfter Start mit einem einfachen Aufbau erreicht wer­ den.

Zusätzlich zu dem obigen kann ein sanfter Start zur Zeit eines Betriebes mit hoher Last bzw. hoher Geschwindigkeit realisiert werden, wenn eine Federkraft der Feder derart eingestellt ist, daß ein Einstellen für ein maximales Volumen zur Zeit einer ge­ ringen Last/geringen Geschwindigkeit erzielt werden kann. Daher kann ein Betriebsreaktionsbereich, wie eine Drehzahlbedingung und Umgebungsbedingungen/atmosphärische Bedingungen, größer und zuverlässiger gemacht werden.

Wenn die Pufferkammer mit der ersten Endplatte und dem napfför­ migen Abschnitt gebildet ist, wie oben beschrieben wurde, wird es weiter leicht sein, einen Aufbau zu realisieren, bei dem ein Raum der Pufferkammer integral mit dem napfförmigen Abschnitt gebildet ist. Daneben kann ein Dichten relativ zu der ersten Endplatte durch einen Oberflächendichtaufbau verwirklicht wer­ den, der daher zu einer Kostenreduzierung der Gesamtvorrichtung führt.

Weiterhin macht der Aufbau, daß die Pufferkammer innerhalb der Auslaßkammer angeordnet ist, es einfach, den Mechanismus zum sanften Starten in einer gewünschten Position vorzusehen. Obwohl die vorliegende Erfindung so weit in Verbindung mit einer einzi­ gen Ausführungsform beschrieben wurde, wird es für den Fachmann leicht möglich sein, diese Erfindung in verschiedenen anderen Arten zu verwirklichen. Beispielsweise kann der Spiralkompressor einen einzelnen Ausströmweg oder drei oder mehr Ausströmwege aufweisen.

Claims (12)

1. Spiralkompressor mit
einem Kompressionsmechanismus (25, 26, 13, 33, 34, 27) zum der­ artigen Komprimieren eines gasförmigen Fluids zusammen mit einem Bewegen des gasförmigen Fluids entlang eines Spiralweges, daß ein komprimiertes Gas erzeugt wird,
einem Ausströmweg (51a, 51b, 41a, 41b), der mit dem Kompressi­ onsmechanismus (25, 26, 13, 33, 34, 27) verbunden ist, zum Aus­ strömen des komprimierten Gases von dem Kompressionsmechanismus (25, 26, 13, 33, 34, 27) an einem Zwischenabschnitt des Spiral­ weges,
einem Ventilmechanismus (43a, 43b), der mit dem Ausströmweg ver­ bunden ist, zum Steuern eines Öffnens und eines Schließens des Ausströmweges und
einem Druckübertragungspfad (64, 49, 45a, 45b, 46a, 46b), der mit dem Kompressionsmechanismus (25, 26, 13, 33, 34, 27) und dem Ventilmechanismus (43a, 43b) verbunden ist, zum Übertragen des Druckes des komprimierten Gases zu dem Ventilmechanismus (43a, 43b),
wobei der Druckübertragungspfad (64, 49, 45a, 45b, 46a, 46b) ei­ nen Verzögerungsmechanismus (49) zur Verzögerung einer Übertra­ gung einer Änderung des Druckes zu dem Ventilmechanismus (43a, 43b) aufweist.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, bei dem der Kompressionsmechanismus (25, 26, 13, 33, 34, 27) aufweist:
ein festes Spiralelement (25), das den Spiralweg definiert,
ein bewegbares Spiralelement (26), das mit dem festen Spiralele­ ment (25) derart zusammenwirkt, daß eine Kompressionskammer (71) dazwischen definiert ist, die zum Aufnehmen des gasförmigen Flu­ ids darin dient, und
einen Antriebsmechanismus (13, 33, 34, 27), der mit dem bewegba­ ren Spiralelement (26) verbunden ist, zum Antreiben des bewegba­ ren Spiralelementes (26) derart, daß die Kompressionskammer (71) entlang des Spiralweges zusammen mit einer graduellen Verringe­ rung ihres Volumens bewegt wird.

3. Spiralkompressor nach Anspruch 2, bei dem das feste Spiralelement (25)
eine feste Evolventenspirale (52), die sich derart entlang des Spiralweges erstreckt, daß sie einen Raum aufweist, und
eine feste Endplatte (51), die an einem axialen Ende der festen Evolventenspirale (52) befestigt ist, aufweist, und das bewegbare Spiralelement (26)
eine bewegbare Evolventenspirale (62), die in den Raum der fe­ sten Evolventenspirale (52) eingefügt ist, und
eine bewegbare Endplatte (61), die mit einem axialen Ende der bewegbaren Evolventenspirale (62) verbunden ist, aufweist.

4. Spiralkompressor nach Anspruch 3, bei dem der Ausströmweg (51a, 51b, 41a, 41b)
eine Zylinderkammer (41a, 41b), die derart in der festen End­ platte (51) gebildet ist, daß sie in Verbindung mit einem äuße­ ren Abschnitt des Spiralweges steht, und
ein Umgehungsloch (51a, 51b), das derart in der festen Endplatte (51) gebildet ist, daß es die Zylinderkammer (41a, 41b) mit dem Zwischenabschnitt des Spiralweges verbindet, aufweist und
der Ventilmechanismus (43a, 43b) ein Kolbenventil (43a, 43b) aufweist, das in die Zylinderkammer (41a, 41b) eingefügt ist und derart verschiebbar ist, daß das Umgehungsloch (51a, 51b) geöff­ net und geschlossen wird,
wobei der Zwischenabschnitt durch das Umgehungsloch (51a, 51b) und die Zylinderkammer (41a, 41b) in Verbindung mit dem äußeren Abschnitt steht, wenn das Kolbenventil (43a, 43b) das Umgehungs­ loch (51a, 51b) öffnet.

5. Spiralkompressor nach Anspruch 4, bei dem der Druckübertragungspfad (64, 49, 45a, 45b, 46a, 46b)
eine Gegendruckkammer (46a, 46b), die in der festen Endplatte (51) gebildet ist, zum derartigen Vorsehen eines Gegendruckes zu dem Kolbenventil (43a, 43b), um das Umgehungsloch (51a, 51b) zu schließen,
einen Hochdruckpfad (64), der durch die feste Endplatte (51) hindurch geht und mit einem inneren Abschnitt des Spiralweges verbunden ist,
eine Pufferkammer (49), die mit dem Hochdruckpfad (64) verbunden ist und als der Verzögerungsmechanismus (49) betreibbar ist, und
ein Auslaßgasleitungsloch (45a, 45b), das zwischen der Puffer­ kammer (49) und der Gegendruckkammer (46a, 46b) verbunden ist, aufweist.

6. Spiralkompressor nach Anspruch 5, weiter mit einer Feder (47a, 47b), die das Kolbenventil (43a, 43b) gegen den Gegendruck zwingt, um das Umgehungsloch (51a, 51b) zu öff­ nen.

7. Spiralkompressor nach Anspruch 6, weiter mit einem in der Zylinderkammer (41a, 41b) angeordneten Stopper (48a, 48b),
wobei die Feder (47a, 47b) in Eingriff zwischen dem Stopper (48a, 48b) und dem Kolbenventil (43a, 43b) derart steht, daß das Kolbenventil (43a, 43b) zu der Gegendruckkammer (46a, 46b) hin gezwungen wird.

8. Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der Hochdruckpfad (64) eine Öffnung (64) zwischen dem inneren Abschnitt des Spiralweges und der Pufferkammer (49) aufweist.

9. Spiralkompressor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, weiter mit
einem Gehäuse (11, 12), das den Kompressionsmechanismus (25, 26, 13, 33, 34, 27) darin aufnimmt, wobei
das feste Spiralelement (25) mit dem Gehäuse (12) verbunden ist, wobei das Gehäuse (12) mit der festen Endplatte (51) derart zu­ sammenwirkt, daß die Pufferkammer (49) und eine Auslaßkammer (44), die zum Ausgeben des komprimierten Gases dient, definiert sind.

10. Spiralkompressor nach Anspruch 9, bei dem sich die Auslaßkammer (44) um die Pufferkammer (49) herum er­ streckt.

11. Spiralkompressor nach Anspruch 9 oder 10, bei dem das Gehäuse (11, 12) mit der festen Evolventenspirale (52) der­ art zusammenwirkt, daß eine Ansaugkammer (40) definiert ist, die benachbart zu dem äußeren Abschnitt des Spiralweges ist und die zum Ansaugen des gasförmigen Fluids dient.

12. Spiralkompressor mit
einem Gehäuse (11, 12), das eine Ansaugkammer (40) und eine Aus­ laßkammer (44) aufweist,
einem festen Spiralelement (25), das in dem Gehäuse (11, 12) ei­ ne erste Endplatte (51) und eine feste Evolventenspirale (52), die an der ersten Endplatte (51) befestigt ist, aufweist,
einem bewegbaren Spiralelement (26), das in dem Gehäuse (11, 12) eine zweite Endplatte (61) und eine bewegbare Evolventenspirale (62), die an der zweiten Endplatte (61) befestigt ist, aufweist, bei dem das bewegbare Spiralelement (26) in einer Umlaufbewegung derart angetrieben ist, daß ein Volumen einer Kompressionskammer (71), die zwischen der bewegbaren Evolventenspirale (62) und der festen Evolventenspirale (52) eingeschlossen ist, derart vari­ iert wird und daß die Kompressionskammer (71) derart zu dem Mit­ telabschnitt davon bewegt wird, daß dadurch ein von der Ansaug­ kammer (40) zu der Kompressionskammer (71) geleitetes Fluid kom­ primiert wird und das komprimierte Fluid in die Auslaßkammer (44) ausgegeben wird,
wobei die erste Endplatte (51) ein Umgehungsloch (51a, 51b) zum Umleiten des Fluids in der Kompressionskammer (71) entlang der festen Evolventenspirale (52) und einen Ventilmechanismus (43a, 43b) an dem Umgehungsloch (51a, 51b) zum Betätigen des Umge­ hungsloches (51a, 51b) aufweist,
wobei der Ventilmechanismus (43a, 43b) eine Zylinderkammer (41a, 41b) in der ersten Endplatte (51) und ein Kolbenventil (43a, 43b), das hin- und herbewegbar in der Zylinderkammer (41a, 41b) angeordnet ist,
wobei ein Ende der Zylinderkammer (41a, 41b) mit der Ansaugkam­ mer (40) verbunden ist,
und ein Federmittel (47a, 47b) zum Zwingen des Umgehungsloches (51a, 51b) in einer Öffnungsrichtung aufweist,
wobei das Federmittel (47a, 47b) mit dem Kolbenventil (43a, 43b) an seinem einen Ende und mit einem Stopper (48a, 48b) an seinem anderen Ende verbunden ist, und
wobei ein Verzögerungsmittel (49) zwischen einem Durchgang zum Aufnehmen eines Hochdruckgases und einer Gegendruckseite des Kolbenventils (43a, 43b) zum Verzögern einer Übertragung einer Druckänderung zu der Gegendruckseite des Kolbenventils (43a, 43b) in der Zylinderkammer (41a, 41b) vorgesehen ist.