DE2428228A1 - Vorrichtung zum foerdern bzw. behandeln eines fluids - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Fördern bzw. Behandeln eines Fluids

Die Erfindung betrifft"eine Vorrichtung zum Fördern bzw. Behandeln eines Fluids, insbesondere eine Vorrichtung zum Komprimieren, Expandieren oder Pumpen eines Fluids.

Die Erfordernisse für Gaskompressoren und Expansionsmaschinen sowie für Flüssigkeitspumpen sind allgemein bekannt und es gibt eine Reihe verschiedener Arten von solchen Vorrichtungen. Bei diesen Vorrichtungen wird das Betriebsmedium durch den Einlaß angesaugt und durch den Auslaß bei einem höheren Druck abgegebene Wenn es sich bei einem Betriebsmedium um. ein Gas handelt, kann dessen Volumen verringert werden, bevor es durch den Auslaß abgegeben wird, so daß die Vorrichtung als Kompressor arbeitet., Wenn als Betriebsmedium ein unter Druck stehendes Gas in die Vorrichtung eingeleitet wird und dieses sein Volumen vergrößert j so arbeitet die Vorrichtung als Expansionsmaschine,

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die mechanische Energie abgeben und gegebenenfalls Kälte erzeugen kann. Schließlich kann ein Fluid bei unterschiedlichen Drücken, jedoch ohne eine nennenswerte Volumenänderung angesaugt und wieder abgegeben werden, so daß die Vorrichtung als Fluidpumpe dient.

Im folgenden werden die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Förderung eines Fluids und die entsprechenden bekannten Vorrichtungen aus Zweckmäßigkeitsgründen als Kompressor bezeichnet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenso als Expansionsmaschine und als Pumpe verwendet werden kann und ihre Verwendung als solche wird für die verschiedenen Ausführungsformen beschrieben.

Es ist nicht erforderlich, den Stand der Technik im einzelnen zu diskutieren, soweit er dynamische Vorrichtungen wie Kreiselverdichter und -pumpen oder mehr allgemein Verdrängungsvorrichtungen betrifft, die mit Schaufeln oder Zahnrädern arbeiten bzw.in anderer Form als Rotati ons vor richtungen ausgebildet sind. Jedoch sind einige Merkmale erwähnenswert, die diese Arten bekannter Vorrichtungen kennzeichnen und für einen Vergleich mit der erfindungsgemäßen Fluidverdrängungsvorrichtung dienen können.

Pumpen, Kompressoren und Lüfter bzw. Gebläse, die als "dynamische" Vorrichtungen bezeichnet werden können, müssen zur Erzielung eines großen Druckverhältnisses mit hoher Drehzahl arbeiten und sie haben üblicherweise Wirkungsgrade von weniger als 90 %, bezogen auf die in Strömungs- und Druckenergie umgewandelte mechanische Energie. Solche dynamische Vorrichtungen finden ihre breiteste Anwendung in großen Ausführungen wie ι beispielsweise als Gasturbinenverdichter, stationäre Dampftur- : binen für Kraftwerke und dergleichen.

Pumpen oder Kompressoren der Verdrängerbauart, die mit Schaufeln' ausgerüstet sind, weisen Gleitgeschwindigkeiten auf, die dem ; Radius der Schaufeln proportional sind, wobei der Gleitvorgang ^! bei sich ändernden Wr.nkeln an den Schaufeln erfolgt. Außerdem

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arbeiten die Schaufeln in einem Gehäuse von bestimmter axialer Länge, so daß jeglicher Verschleiß auf ihren ebenen Stirnflächen eine Vergrößerung des Spaltes und damit eine Erhöhung des Durchblasens oder der Leckage der Vorrichtung mit sich bringt. Kreiselpumpen und -verdichter der Verdrängerbauart sind so aufgebaut, daß die umlaufenden Elemente zwischen Platten bzw. Seitenflächen beweglich sind, so daß zur Verringerung des Durchblasens bei gleichzeitig ungehinderter Drehbewegung enge Toleranzen vorgesehen werden müssen« Ein Verschleiß zwischen den umlaufenden Bauteilen und den Seitenflächen führt zu stärkerem Durchblasen, so daß der Abstand der Seitenflächen mittels Schrauben und sehr genau ausgebildeter Dichtungen in der Form von Unterlegscheiben eingestellt werden muß. Die Dichtungen wiederum können korrodierenden Fluiden oder Fluiden bei extremen Temperaturen, z. B. sehr kalten Flüssigkeiten oder heißen Gasen, nicht standhalten. Außerdem müssen diese Dichtungen sehr genau angeordnete Ränder haben, damit die umlaufenden Schaufeln nicht verletzt werden, wodurch der Zusammenbau der Vorrichtung weiter erschwert wird.

Auf den meisten industriellen Gebieten, insbesondere bei Großanlagen, werden Fluxdpurspen und Kompressoren eingesetzt, die den jeweiligen Erfordernissen entsprechen. Dennoch bleibt ein Bedarf für einfache Vorrichtungen mit hohem ¥irkungsgrad, die durch Verschleiß im wesentlichen nicht beeinflußt und für einen weiten Bereich von Fluiden sowie über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen eingesetzt werden können, damit sie als Pumpe, Kompressor oder Expansionsmaschine arbeiten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die diese Anforderungen erfüllt, basiert auf der Verwendung von spiralenförmigen Elementen mit Hüllflächen, die sich ändernde Berührungsstellen aufweisen, so daß sie sich . , bewegende, abgeschlossene Volumen bilden, die als Taschen bezeichnet werden, welche das Betriebsmedium mit sich führen. Die Berührungsstellen, die diese Taschen bilden und zwischen den spiralenförmigen Elementen vorhanden sind, sind zweierlei Art, Linienkontakte zwischen den zylindrischen Flächen der spiralenförmigen Elemente und Flächenkontakte zwischen ebenen

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Flächen. Das Volumen einer solchen abgeschlossenen Tasche ändert sich, während sie sich bewegt. Zu irgendeinem Zeitpunkt ist wenigstens eine solche abgedichtete Tasche vorhanden.

Es ist eine Art von Vorrichtungen bekannt, die allgemein als Spiral'(scroll)-pumpen, -kompressoren und -maschinen bezeichnet werden, bei denen zwei ineinandergreifende spiralenförmige oder Evolventenelemente gleicher Steigung auf getrennten Seitenflächen angebracht sind. Diese Spiralen sind im Winkel und radial so zueinander versetzt, daß sie längs wenigstens zweier Kontaktlinien, wie sie zwischen spiralenförmig gekrümmten Flächen vorhanden sind, aneinanderliegen. Zwei Kontaktlinien liegen annähernd auf einem Radius, ausgehend vom Mittelbereich der Spiralenelemente. Das so ausgebildete Fluidvolumen erstreckt sich deshalb vollständig um den Mittel- . bereich der Spiralenelemente. In bestimmten speziellen Fällen erstreckt sich die Tasche oder das Fluidvolumen nicht ganz über 360°, vielmehr zieht sie sich wegen einer speziellen Öffnungssteuerung über einen kleineren Winkel vm den Mittelbereich der Spiralenelemente hin. Die Taschen bilden Fluidvolumen, deren Winkelstellung sich mit der relativen Bahn der Spiralmitten ändert, wobei alle Taschen die gleiche relative Winkelstellung beibehalten. Während sich die Kontaktlinien längs der Spiralflächen verschieben, erfahren die so ausgebildeten Taschen eine Volumenänderung. Die sich ergebenden Zonen geringsten und höchsten Drucks stehen dabei mit Fluidöffnungen in Verbindung.

Eine derartige Vorrichtung beschreibt die frühe US-PS 801 182. j Weitere Patentschriften, die sich mit Kompressoren und Pumpen _; mit spiralenförmigen Elementen befassen, sind die US-Patent- _; Schriften 1 376 291, 2 809 779, 2 841 089, 3 560 119 und 3 600 114 sowie die GB-PS 486 192.

Obgleich eine Vorrichtung mit spiralenförmigen Elementen lange ; bekannt war und auch erkannt wurde, daß sie bestimmte Vorteile * hat, hat sich diese bekannte Vorrichtung in der Praxis nicht '

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durchsetzen können, insbesondere wegen der Probleme des Abdich-

j, des Verschleißes und, bis zu einem gewissen Ausmaß, dsr Sin- und Auslaßsteuerung, wodurch sich erhebliche Beschränkungen hinsichtlich des Wirkungsgrades, der Lebensdauer und des erzielbaren Druckverhältni'sses ergaben. Bei einigen der bekannten Vorrichtungen müssen die Bauteile so bearbeitet werden, daß sie genau bestimmte Formen erhalten_P wobei die Bauteile mit sehr kleinen Toleranzen eingesetzt werden, um die axialen Dichtungsspalte ausreichend klein zu halten, damit man ein brauchbares Druckverhältnis erhält. Dies ist schwierig durchzuführen und entspricht der Schwierigkeit, eine Vorrichtung mit hin- und hergehendem Kolben ohne die Verwendung von Kolbenringen zu bauen. Bei anderen bekannten Vorrichtungen wird die radiale Abdichtung durch mehr als eine radiale Einschränkung der Bewegungsfreiheit ausgebildet, wobei jede durch getrennte Bauelemente erreicht wird, so daß zur Erzielung einer wirksamen radialen Abdichtung ein präziser Ausgleich notwendig ist. Wenn während eines ausgedehnten Betriebs einer solchen Vorrichtung dieser ; Ausgleich durch eines der Bauelemente, das einem stärkeren Verschleiß unterliegt, oder durch irgendeinen anderen Mechanismus gestört wird, so vergrößert sich das Problem des Verschleißes der anderen Bauteile immer mehr, bis eine zufriedenstellende radiale Abdichtung nicht mehr langer aufrechtzuerhalten ist.

Anstelle von· Bohrungen zum Abziehen des komprimierten Fluids wurden bei einer Anzahl bekannter Vorrichtungen mit Spiralelementen spiralenförmige Durchlässe vorgesehen, wobei das Druck- : verhältnis früher auf annähernd das Verhältnis des Radius der äußersten Tasche zum Radius der innersten Tasche im Augenblick des Beginns der Fluidabgabe , d. h. im Augenblick der '. Öffnung der inneren Tasche, begrenzt war. Bei der Auslegung der bekannten Vorrichtungen mit Spiralelementen war es '· deshalb zur Erzielung eines Druckverhältnisses größer als etwa | zwei wesentlich, die Spiralelemente und die Seitenplatten bzw. · Seitenflächen so auszulegen, daß sie in einem sehr großen , ^! -flachen Pfannkuchen ähnelten. Im Gegensatz dazu weist die er- j

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findungsgemäße Vorrichtung mit Spiralelementen Merkmale auf, durch welche der Außendurchmesser der Spiralelemente verringert werden kann, während man die erwünschten Druckverhältnisse erhält. Eines dieser Merkmale sind Bogenelemente, die so gestaltet sind, daß sie das Einströmen des Fluids in die Vorrichtung sowie das Ausströmen des Fluids aus dieser steuern.

Die sich ergebenden Lösungen der Abdichtung, des Verschleißes und der Anordnung der Öffnungen durch diese und andere Versuche waren nicht ausreichend. So wurden bei den bekannten Vorrichtungen die Vorteile einer Vorrichtung mit Spiralelementen (Einfachheit, hoher Wirkungsgrad, Elastizität, Reversibilität und dergleichen) nicht erreicht und sie wurden gewöhnlich durch die Schwierigkeiten der Abdichtung, das Verschleißes und der Steuerung der Öffnungen zunichte gemacht. Es wäre deshalb erwünscht, Fluidverdrangungsvorrichtungen mit Spiralelementen bauen zu können, bei denen die Vorteile dieser Art von Vorrichtung ausgenutzt werden können und bei denen praktisch keine Probleme hinsichtlich der Abdichtung, des Verschleißes und der Anordnung bzw. Steuerung von Öffnungen auftreten, wie sie oben angegeben wurden.

Durch die Erfindung soll deshalb eine für die Praxis verbesserte und brauchbare Fluidverdrängungsvorrichtung vorgesehen werden, die mittels Spiralelemente als Kompressor, Expansionsmaschine oder Pumpe arbeiten kann, eine v/irksame axiale und radiale _: Abdichtung über ausgedehnte BetriebsZeiträume aufweist, im Aufbau einfach und relativ billig ist, relativ wenige bewegliche Teile und eine begrenzte Anzahl von Gleitflächen aufweist und ^: die weniger Reibung und einem geringeren Verschleiß unterliegt ; als andere Vorrichtungen dieser Art, die für den gleichen Zweck ^! ausgelegt wurden. Weiterhin soll eine solche Vorrichtung so aus- i gebildet werden, daß sich der Verschleiß im wesentlichen selbst > kompensiert. '.

Als Kompressor oder Expansionsmaschine soll die erfindungsgemäßej Vorrichtung für die Behandlung einer großen·Vielzahl von Fluiden;

über einen weiten Temperaturbereich geeignet sein. i

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Weiterhin soll nach der Erfindung eine solche Vorrichtung so ausgelegt werden, daß sie insbesondere für große Leistungsgrößen geeignet ist und für Anlagen, bei denen die Antriebskräfte an den Spiralelementen bezeichnend sind.

Nach der Erfindung wird eine Vorrichtung dieser Art vorgesehen, die in radialer Richtung nachgiebig ist und eine Bahnbewegung des Spiralelementes zuläßt, damit sich dieses nach innen und außen relativ zur Maschinenachse in Abhängigkeit von der ursprünglichen Verlagerung der Bauteile öder dem allmählichen Verschleiß oder zum Kompensieren zeitweise auftretenden nicht kompressiblen Materials ,.wie einer Flüssigkeitsmasse, angesammelter Verschleißrückstände oder angesaugtem Schmutz,bewegen kann.

Die mit Spiralelementen versehene Vorrichtung nach der Erfindung weist eine Antriebseinrichtung auf, welche eine Verringerung der radialen Einschränkungen innerhalb- der Vorrichtung auf nur jene zuläßt, die durch die sich bewegenden Berührungslinien zwischen den Oberflächen der die Fluidtaschen bildenden Bogenelemente vorhanden sind« Diese Antriebseinrichtung weist eine Einrichtung auf, die der gesamten Zentrifugalkraft an dem sich bewegenden Spiralelement oder einem Bruchteil dieser Zentrifugalkraft mit einer nach innen gerichteten radialen (zentripetalen) Kraft entgegenwirkt. Damit ist eine eine Berührung, d. h. eine, radiale Dichtung bewirkende Kraft vorhanden, die •en Verschleiß auf ein Minimum zurückführt und unabhängig von der Arbeitsweise anderer Vorrichtungsbauteile wie der Ein- ^: richtung ist, die das erwünschte Winkelverhältnis zwischen den Spiralelementen und der axialen Dichteinrichtung aufrechterhält. Die axiale Abdichtung wird vorzugsweise durch unter Druck stehendes Fluid ausgebildet, das von der Zone höchsten Drucks abgezogen wird, und durch eine Feder, die auf eines der Spiralelemente eine Kraft ausübt, um dieses gegen das andere Spiralelement zu drücken.

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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist als Antriebseinrichtung einen Spiralenmitnehmer auf, der durch Lager auf der Hauptantriebswelle befestigt ist, während das sich bewegende Spiralelement in Achsrichtung frei beweglich ist, damit es auf den zur Erzielung einer axialen Abdichtung auf seine Außenfläche wirkenden Fluiddruck ansprechen kann. Der Spiralenmitnehmer bewirkt eine Bahnbewegung des Spiralelementes, indem eine abrollende Berührungslinie zwischen seiner zylindrischen Oberfläche und einer Antriebsfläche an dem beweglichen Spiralelement hergestellt wird. Indem der Bahnradius des Spiralenmitnehmers kleiner gehalten wird als der Bahnradius des beweglichen Spiralelementes, wird die erforderliche entgegengerichtete zentripetale Kraft in der Antriebseinrichtung ausgebildet.

Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung zwischen dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement und dessen Antriebseinrichtung vorgesehen. Eine solche in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung kann eine zentripetale Kraft erzeugen, die einem Teil der Zentrifugalkraft entgegenwirkt, so daß ein Teil der Zentrifugalkraft zur Erzielung einer gesteuerten radialen Abdichtung zur Verfügung steht. Bei dieser Ausführungsform v/eist die nachgiebige mechanische Verbindungs einrichtung mechanische Federn auf, die einem Teil der Zentrifugalkraft entgegenwirken.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind getrennt von der in radialer Richtung nachgiebigen mechanischen Verbindungseinrichtung Einrichtungen, z. B. Gegengewichte, vorgesehen, welche die gesamte oder nahezu die gesamte Zentrifugalkraft ausgleichen, die auf das eine Bahn beschreibende Spiralelement wirkt, wobei die in radialer Richtung nachgiebigen Verbindungseinrichtungen, z. B. mechanische Federn, für die erforderlichen radialen Dichtkräfte sorgen. Bei dieser Ausführungsform kann die radiale Dichtkraft von Druckänderungen am Einlaß und Auslaß der Maschine

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und von Änderungen der Betriebsdrehzahl unabhängig gemacht vier den.

Die Spiralelemente sind durch eine Kupplung mit Gleitreibung oder Wälzkörpern in einem Winkel zueinander angeordnet. Die in radialer Richtung nachgiebige Verbindungseinrichtung kann eine Gleitverbindung oder eine Schwenkverbindung sein. Entweder ein Spiralelement,oder beide können gekühlt werden und gegebenenfalls können die Berührungsflächen geschmiert werden.

Zur besseren Steuerung des ein- und ausströmenden Fluids können erforderlichenfalls mit Ventilen versehene Öffnungen bei der erfindungsgemäßen Fluidverdrängungsvorrichtung vorgesehen werden. Mit Ventilen gesteuerte Öffnungen sind im allgemeinen nicht für Flüssigkeitspumpen oder für Gaskompressoren und Expansionsmaschinen erforderlich, bei denen die Druckverhältnisse klein sind oder wenn eine "pfannenkuchenförmige" geometrische Ausgestaltung möglich ist. Zur Erzielung verschiedener erwünschter Eigenschaften wie unterschiedliche Druckverhältnisse, Steuerung des Fluidvolumens, Zeitpunkt des Austrags, Gesamtgröße der Vorrichtung und dergleichen, können in einem weiten Bereich verschiedene Auslegungen der Spiralelemente verwendet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in einfacher Weise von einem Kompressor zu einer Expansionsmaschine umkehrbar und sie kann für eine große Vielzahl von Fluiden als Betriebsmedium über einen _; weiten Temperaturbereich eingesetzt werden. Viele der dargestellten Ausführungsformen können auch als Flüssigkeitspumpen Verwendung finden.

Beispielsweise Ausführungsformen nach der Erfindung werden ; nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen

Fig. 1 bis 4 schematisch z. B. spiralenförmige Bogenelemente j zeigen, von denen sich eines, relativ zum anderen in einer Kreis-; bahn bewegt, wobei die Art und Weise erläutert wird, in der j eine Vorrichtung mit solchen Spiralelementen ein Gas komprimieren kann.

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Fig. 5 zeigt eine Draufsicht in Verbindung mit zwei Seitenansichten eines Spiralelementes mit Angabe der hauptsächlichen Kräfte, denen dieses spiralenförmige Teil ausgesetzt ist.

Fig. 6A und 6B erläutern schematisch die Kräfte in der Radial-Tangentialebene, die auf ein Spiralelement wirken, wobei der Mechanismus wiedergegeben ist, durch den die radialen Dichtungskräfte erzeugt werden.

Fig. 7 ist ein Querschnitt durch den Spiralenmitnehmer, wobei das bewegliche und das stationäre Spiralelement die Art und Weise zeigen, in der die axiale Dichtung erzielt wird.

Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht des Kompressors nach Fig. 7.

Fig. 9 ist eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform eines Kompressors nach der Erfindung.

Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch den Kompressor nach Fig. 9 längs der Linie 10-10 in Fig. 9.

Fig. 11 und 12 sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform, eines Kupplungselementes, wie es bei dem Kompressor nach den Fig. 9 und 10 Verwendung findet.

Fig. 13 zeigt einen Querschnitt durch die Spiralelemente einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kompressors, wobei die Bogenelemente so gestaltet sind, daß der Verdichtungsraum bei Beginn der Lieferung komprimierten Gases durch eine zentrale Öffnung gesteuert wird, damit man eine intermittierende Öffnungssteuerung erhält.

Fig. 14 ist ein Querschnitt längs der Linie 14-14 in Fig. 13.

Fig. 15 zeigt einen Querschnitt durch einen Kompressor nach der Erfindung, bei dem die Spiralelemente um parallele Achsen rotieren.

Fig. 16 ist ein Querschnitt durch das treibende Spiralelement nach Fig. 15 längs der Linie 16-16 in Fig. 15.

Fig. 17 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kompressors, der eine Kupplung mit Gleitreibung, eine Schwenkverbindung und Federn zum Ausgleich eines Teils der Zentrifugale

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kraft aufweist, die auf das sich auf einer Bahn bewegende Spiralelement wirkt.

Fig. 18 ist ein Teilschnitt durch das feststehende Spiralelement, wobei im einzelnen eine Ausführungsform einer Einrichtung dargestellt ist, die eine axiale Abdichtkraft erzeugt.

Fig. 19 zeigt eine Stirnansicht des feststehenden Spiralelementes, wobei die Rück- oder Außenseite der Seitenplatte und die Anordnung von Kühlkanälen dargestellt ist, die in der Seitenplatte ausgebildet sind.

Fig. 20 zeigt eine Stirnansicht eines Abschnittes der Vorder- oder Innenseite der Seitenplatte des feststehenden Spiralelementes, wobei die Schmiernut in der Stirnfläche des Bogenelementes und die Einleitung eines Schmiermittels in diese Nut dargestellt ist.

Fig. 21 ist ein Querschnitt längs der Linie 21-21 in Fig. 20, der die Einlaßleitung für das Schmiermittel zeigt.

Fig. 22 ist ein Querschnitt längs der Linie 22-22 in Fig. 17 durch die spiralenförmigen Bogenelemente.

Fig. 23 zeigt in einer Stirnansicht einen Teil der Vorderoder Außenseite der Seitenplatte des sich auf einer Bahn bewegenden Spiralelementes, wobei ein Kupplungskeil dargestellt ist.

Fig. 24 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Kupplungselementes.

Fig. 25 zeigt einen Querschnitt durch das Kupplungselement nach Fig. 24 längs der Linie 25-25 dieser Figur.

Fig. 26 ist ein Querschnitt durch das Kupplungselement längs der Linie 26-26 in Fig. 24. ,

Fig. 27 zeigt eine Ansicht der Innenfläche eines Gehäuseteiles, wobei die Kupplungskeile und die Schmiermittel- ■ kariäle dargestellt sind.

Fig. 28 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 28-28 durch die Gehäuserückseite nach Fig. 27.

Fig. 29 zeigt in einer Ansicht eine andere Ausführungsform eines Kupplungselementes, das an dem Gehäuseteil und dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement über ¥älzkörper anliegt.

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Fig. 30 zeigt in einem Teilschnitt das zwischen dem Gehäuseteil und dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement angeordnete Kupplungselement.

Fig. 31 ist eine Ansicht eines Schwenkverbindungsgliedes, das als nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung zwischen dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement und der Antriebseinrichtung dient.

Fig. 32 erläutert eine Abänderung der Schwenkverbindung nach Fig. 31.

Fig. 33 bis 35 sind eine Schnittansicht, eine Stirn- und eine Seitenansicht einer Gleitstückanordnung, die als nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung zwischen dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement und der Antriebseinrichtung dient.

Fig. 36 ist ein Querschnitt durch die Hauptantriebswelle längs der Linie 36-36 in Fig. 17, wobei die Formgebung der Gegengewichte für den Ausgleich der Zentrifugalkraft darge- ^; stellt ist, die zur Ausschaltung von Vibrationen vorgesehen sind.

Bevor spezielle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden, soll zunächst kurz allgemein die grundsätzliche Arbeitsweise einer mit Spiralelementen versehenen Vorrichtung erläutert werden, damit deutlich wird, in welcher Weise die Fluidverdrängung erreicht wird. Bei der Arbeitsweise dieser Vorrichtung wird eine abgedichtete Fluidtasche von einem Bereich in einen anderen Bereich bewegt, der einen unterschiedlichen Druck aufweisen kann. Wenn das Fluid komprimiert wird, während es vom Bereich niedrigen zum Bereich · höheren Drucks bewegt wird, dient die Vorrichtung als Kompressor. Bei einer Bewegungsrichtung von dem Bereich höheren Drucks zu einem Bereich niederen Drucks dient sie als Expansionsmaschine und wenn das Fluidvolumen unabhängig vom Druck im wesentlichen konstant bleibt, so dient die Vorrichtung als Pumpe. :

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Die abgedichtete Fluidtasche wird durch zwei parallele Ebenen an den Seitenplatten und durch zwei zylindrische Oberflächen begrenzt, die durch die Kreisevolvente oder eine andere geeignete gekrümmte Formgebung gebildet werden. Die Spiralelemente haben parallele Achsen, da nur auf diese Weise die kontinuierliche dichte Anlage zwischen den ebenen Flächen der Spiralelemente aufrechterhalten werden kann. Zwischen diesen parallelen Ebenen bewegt sich die abgedichtete Tasche, während die beiden Kontaktlinien zwischen den zylindrischen Oberflächen weiter bewegt werden. Diese Kontaktlinien bewegen sich deshalb weiter, weil ein zylindrisches Element, z. B. ein Spiralelement, sich über das andere abwälzt. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß ein Spiralelement fest angeordnet bleibt, während das andere eine Bahn beschreibt. In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, daß die Fluidverdrängungsvorrichtung ein Kompressor und daß eines der Spiralelemente fest angeordnet ist, während das andere eine Kreisbahn beschreibt.

In den Fig. 1 bis 4 sind schematisch Ansichten eines Kompressors dargestellt, wobei die Seitenplatten entfernt und nur die spiralförmigen Bogenelemente der Spiralelemente dargestellt sind. In der folgenden Beschreibung wird der Ausdruck "Spiralelement" zur Bezeichnung des Bauteiles verwendet, das aus den beiden Seitenplatten und den Elementen besteht, welche die Kontaktflächen mit den sich fort- ^: bewegenden Kontaktlinien bilden. Der Ausdruck "Bogenelement" wird zur Bezeichnung jener Elemente verwendet, welche die sich : bewegenden Kontaktlinien bilden. Diese Bogenelemente haben die Form Z₀ B₀ einer Kreisevolvente (Evolventenspirale) _f eines ! Kreisbogens und dergleichen und sie haben sowohl eine Höhenais auch eine Dickenabmessung. Die Dicke kann sich über die ; Bogenlänge des Bogenelementes ändern. ' ;

I In den Fig„ 1 bis 4 bilden ein feststehendes Spiralelement : mit dem Bogenelement 10 in der Form einer Evolventenspirale mit der Achse 11 und ein bewegliches Spiraleleinent mit dem Bogenelement 12 in der Form einer anderen Evolventenspirale

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von der gleichen Steigung wie die Spirale 10 und mit der Achse 13 die Bauteile, welche die verschiebbare, abgedichtete Fluidtasche 14 ausbilden, die zur Vereinfachung der Darstellung schraffiert ist. Die Evolventenspiralen 10 und 12 können beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß ein Faden um einen Bezugskreis mit dem Radius R geschlungen wird. Der Abstand zwischen entsprechenden Punkten angrenzender Bogenelemente jeder Spirale ist gleich dem Umfang des Erzeugerkreises. Dieser Abstand zwischen entsprechenden Punkten angrenzender Bogenelemente eines Spiralelementes ist auch gleich der Steigung P. Wie Fig. 1 zeigt, können sich die beiden Spiralelemente an mehreren Stellen berühren, z. B. in Fig. 1 an den Stellen A, B, C und D. Diese Punkte stellen die Berührungslinien zwischen den oben angegebenen zylindrischen Oberflächen dar. Die Berührungslinien C und D in Fig. 1 begrenzen die schraffierte Tasche 14. Diese Berührungslinien liegen annähernd auf einem einzelnen Radius, der durch den Punkt 11 verläuft, so daß eine Tasche 14 ausgebildet wird, die sich annähernd einmal um den Mittelbereich der Spiralelemente erstreckt. Da die spiralenförmigen Bogenelemente eine Höhenabmessung (normal zur Zeichnungsebene) haben, bildet die Tasche ein Fluidvolumen, das von Fig. 1 nach Fig. 4 kleiner wird, während sich das bewegliche Spiralelement um einen Kreis 15 mit dem Radius (P/2)-t bewegt, wobei t die Dicke des Bogenelementes ist. Da das Bogenelement 12 nicht rotiert, während es seine Bahn beschreibt, kann die durch die Wände des Bogenelementes 12 beschriebene Bahn weiterhin als Kreis 16 dargestellt werden. Wie in den Fig. 1 bis 4 angegeben, hat das Bogenelement 10 eine Form, die durch zwei kongruente Evolventenspiralen 17 und 18 gekenn- ] zeichnet ist, während das Bogenelement 12 eine durch zwei j kongruente Evolventenspiralen. 19 und 20 bestimmte Form hat. : Bei diesem Ausführungsbeispiel spiralenförmiger Bogenelemente I ergibt sich die Kongruenz dadurch, daß die eine Spiralenform durch sine einfache Drehung tun 180° oder weniger um ihre Achse \ mit der anderen Spiralenform deckungsgleich gemacht werden kann;, verbunden Mit einer geringfügigen Verschiebung, damit deren '' W ,ttelpunkte zusammenfallen. Die Dicke t der spiralenförmigen ,

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Bogenelemente ist als identisch dargestellt, obwohl dies nicht notwendig ist. Wie nachfolgend erläutert wird, können die Bogenelemente die verschiedensten Formgebungen haben und sich unterschiedlich oft um ihre Achse erstrecken.

Die in- den Fig. 1 bis 4 nicht dargestellte Seitenplatte, an der das stationäre Bogenelement 10 befestigt ist, weist eine Öffnung 21 für Hochdruckfluid auf ₍ und während das bewegliche Bogenelement 12 sich längs einer Bahn bewegt, wird die Fluidtasche 14 im Gegenuhrzeigersinn unter Abnahme ihres Volumens zur Erhöhung des Fluiddrucks verschoben. In Fig. 3 steht das Fluidvolumen in Verbindung mit der Öffnung 21, so daß das Hochdruckfluid ausströmen kann. Das Ausströmen des Hochdruckfluids wird fortgesetzt, wie die Fig. 4 zeigt, bis das bewegliche Bogenelement seine Bahn um den Kreis 15 beschrieben hat und ein neues Fluidvolumen zum Komprimieren und für die Weitergabe abgedichtet wird, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Wenn ein Hochdruckfluid durch die Öffnung 21 eingeleitet wird, so wird das bewegliche Bogenelement 12 so angetrieben, daß es im Uhrzeigersinn unter der Kraft des Fluiddrucks eine Bahn beschreibt, wobei es mechanische Energie in Form einer Drehbewegung abgibt, während die Fluidtaschen sich unter Vergrößerung des Volumens erweitern. Bei einer solchen Anordnung ist die Vorrichtung eine Expansionsmaschine und sie kann gegebenenfalls zur Erzeugung von Kälte verwendet werden.

Obgleich dieses Prinzip der Arbeitsweise einer mit Spiralele- _; menten versehenen Vorrichtung lange bekannt war, wie der Stand ^!: der Technik zeigt, konnte eine praktisch brauchbare Maschine, die den Einsatz solcher Vorrichtungen im wirtschaftlichen Maß- > stab gerechtfertigt hätte, bisher nicht fertiggestellt werden. Dies beruht wenigstens zum Teil auf den Schwierigkeiten der Abdichtung und des Verschleißes. Insbesondere weisen die bekannten Vorrichtungen keine wirksame Kombination einer kontinuierlichen axialen und radialen Abdichtung auf und es wurde in vielen Fällen .versucht, die Bewegungsfreiheit der Spiralelemente durch einen

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anderen Mechanismus als die Berührungslinien der Bogenelemente selbst in radialer Richtung zu "beschränken, wobei solche Mechanismen auch zur Steuerung der Winkelphasenverhältnisse zwischen den Spiralelementen verwendet wurden. Durch mangelnde kontinuierliche axiale und radiale Abdichtung kann ein Durchblasen auftreten, das den Wirkungsgrad der Vorrichtung so verringern kann, daß der Betrieb nicht mehr wirtschaftlich ist. Die Einschränkung der radialen Bewegungsfreiheit durch andere Einrichtungen als durch die Berührungslinien der Bogenelemente an den Spiralelementen führt gegebenenfalls zu einem Verschleiß der aneinanderliegenden Flächen Lind damit zur Leckage. Im allgemeinen wird ein derartiger Verschleiß sich von Oberfläche zu Oberfläche ändern und sich nicht selbst kompensieren, so daß er bei längerem Betrieb lediglich das Verschleißproblem verschlimmert. Eine Kombination von Mechanismen zur Erzielung eines ervmnschten Winkelphasenverhältnisses zwischen den Spiralelementen mit einer solchen Einrichtung zur Einschränkung der radialen Bewegungsfreiheit kann das Verschleißproblem vergrößern, so daß ein längerer Betrieb unmöglich wird.

Zum besseren Verständnis der Schwierigkeit der Abdichtung : einer mit Spiralelementen versehenen Vorrichtung und zur Er- ^: läuterung des Mechanismus, durch den die axiale und radiale Abdichtung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht wird, erscheint es zweckmäßig, die hauptsächlichen axialen und radialen Kräfte zu untersuchen, die auf ein Spiralelement wirken. Die gesamte äußere Axialkraft an einem Spiralelementenpaar ist die Summe einer Anlagedichtkraft, die zwischen ebenen Flächen und der inneren Gasladung wirkt. Wenn deshalb eine äußere Kraft vorgesehen wird, die immer größer ist als die durch das eingeschlossene Gas ausgeübte Axialkraft, so kann eine axiale Abdichtung erreicht werden.

Während die axiale Abdichtung dazu erforderlich ist, die Stirnflächen der Bogenelementränder gegenüber der Seitenplatte des gegenüberliegenden Spiralelementes abzudichten, ist die radiale' Abdichtung dazu erforderlich, eine Dichtwirkung längs der

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Berührungslinien aufrechtzuerhalten, die durch die zylindrischen Oberflächen der Bogenelemente an den Spiralelementen erzeugt werden, während das eine Spiralelement sich auf seiner Bahn bewegt (vgl. z. B. die Stellen A, B, C und D in den Fig. 1 bis 4, die die Verschiebung dieser Berührungslinien zeigen). Die hauptsächlichen Kräfte, die die radiale Abdichtung der Spiralelemente bestimmen, umfassen tangentiale Kräfte, die auf der Reaktion des Fluids innerhalb des Spiralvolumens beruhen, was durch eine mechanische Begrenzung in radialer Richtung und Zentrifugalkräfte aufgrund der Bewegung des einen Spiralelementes längs seiner Bahn erreicht wird. Zusätzlich zu diesen von der Vorrichtung erzeugten Kräften können auch andere äußere Kräfte _; aufgebracht werden.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden die mit den bekannten Vorrichtungen verbundenen Nachteile dadurch ausgeschaltet oder auf ein Minimum zurückgeführt, daß die Beschränkungen der radialen Verschiebebewegung auf lediglich jene beschränkt werden, die durch die Berührungslinien der Bogenelemente selbst auftreten, indem eine Antriebskraft an dem beweglichen Spiralelement vorgesehen wird, die eine nach innen gerichtete radiale Komponente aufweist, welche wenigstens einem Teil der Zentrifugalkraft entgegengerichtet ist, die auf das bewegliche Spiralelement wirkt, und indem eine Kupplungseinrichtung zur Steuerung des Winkelphasenverhältnisses der bei- ; den Spiralelemente vorgesehen wird, die unabhängig von einer eine Beschränkung hervorrufenden Einrichtung arbeitet. Die Ar- . beitsweise der Vorrichtung bleibt unabhängig von irgendwelchen Druckveränderungen innerhalb der Spiralelemente. Der Verschleiß an den Berührungslinien zwischen den Bogenelementen an den Spiralelementen kompensiert sich im wesentlichen selbst, so daß; über lange Betriebszeiträume eine dauernde wirksame radiale Abdichtung vorhanden ist. Die axiale Abdichtung wird vorzugsweise durch Verwendung von Gas aus dem Bereich höchsten Drucks in : Verbindung mit einer in geeigneter Weise vorgespannten Feder '; erreicht, welche die Spiralelemente dauernd in Achsrichtung an-; einanderdrückt.

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Im folgenden sollen zur Erläuterung der axialen und radialen Abdichtung die hauptsächlichen axialen und radialen Kräfte erläutert werden, die auf ein Spiralelement wirken. Wie die Fig. 5 zeigt, ist die gesamte äußere, in Achsrichtung wirkende Kraft F„ an einem Spiralelementenpaar die Summe der durch die Anlage der Evolventen hervorgerufenen Dichtkraft und der Gas ladung. WeniL deshalb eine äußere Kraft vorgesehen wird, die immer größer ist als die durch das eingeschlossene Gas in Achsrichtung ausgeübte Kraft, so kann eine axiale Abdichtung erreicht werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hierzu Fluid von dem Bereich höchsten Drucks abgezogen und zur Erzeugung einer axialen Dichtkraft verwendet, die im wesentlichen proportional dem höchsten Druck innerhalb der Fluidtaschen ist. Nach Fig. 5 muß deshalb ein Überschuß an axialer Kraft auf das Spiralelement vorhanden sein, die längs des Pfeiles F, ;

wirkt. Diese überschüssige Kraft ergibt die Abdichtung der Ränder des eines Spiralelementes gegenüber dem anderen und es wirken ihr Gaskräfte entgegen, die entgegen.der in Fig. 5 angegebenen Kraft F_e gerichtet sind.

Die Fig. 7 erläutert eine beispielsweise Ausführungsform einer Vorrichtung, bei der eine andauernde axiale Abdichtung durch die Verwendung von aus dem Bereich höchsten Drucks abgezogenem Gas erreicht wird, unterstützt durch die Verwendung einer Feder, welche die Spiralelemente zur dichten Anlage in Achsrichtung gegeneinanderdrückt. Bei der Ausführungsform nach Fig.7, die einen Querschnitt durch die Spiralelemente und einen Spiralenmitnehmer zeigt, wird dieser Spiralenmitnehmer zusammen mit einem "schwimmend" beweglichen Spiralelement verwendet, um eine dauernde, sich selbst einstellende axiale Abdichtung zu erreichen. Das Bogenelement 10 mit den die Berührungslinien bildenden Oberflächen am stationären Spiralelement, das allgemein mit 25 bezeichnet ist, ist mit einer feststehenden Seitenplatte 26 aus einem Stück gefertigt oder an dieser befestigt. Diese Seitenplatte 26 endigt auf ihrem Umfangsrand in einem ringförmigen Gehäuse 27, das eine ringförmige Dichtfläche 28 aufweist. Das Bogenelement 12 mit den die Berührungslinien bildenden Oberflächen am beweglichen Spiralelement, das allge-

mein mit 30 bezeichnet ist, besteht aus einem Stück mit einer beweglichen Seitenplatte 31 oder ist an dieser befestigt, wobei die Dichtfläche 32 längs des Umfangs dieser Seitenplatte 31 so gestaltet ist, daß sie an der ringförmigen Dichtfläche 28 des stationären Spiralelementes 25 anliegt, damit das zwischen den Seitenplatten 26 und 31 ausgebildete Innenvolumen 33 in Achsrichtung abgedichtet wird. Zwischen den Dichtflächen 28 und 32 muß rundum und dauernd ein Reibkontakt vorhanden sein, selbst wenn diese Flächen während des Betriebs einem Verschleiß unterliegen. Weiterhin wird die axiale Dichtkraft dazu verwendet, die Seitenplatten dicht an die Stirnflächen der Bogenelemente des gegenüberliegenden Spiralelementes 41 und 42 anzudrücken, damit die Fluidtaschen an diesen Berührungsflächen abgedichtet werden. Diese erforderliche axiale Abdichtung wird durch die Verwendung eines allgemein mit 35 bezeichneten Spiralenmitnehmers in Verbindung mit dem beweglichen Spiralelement 30 erreicht, das unter dem Einfluß der angreifenden Kräfte schwimmen kann bzw. beweglich ist. Mit anderen Worten bewegt sich dieses Spiralelement 30 unter dem Einfluß der angreifenden Kräfte, bis eine ausreichend .dichte Anlage zur Abdichtung der Taschen erreicht ist.

Das bewegliche Spiralelement 30 umfaßt bei der Ausführungsform nach Fig. 7 einen den Spiralenmitnehmer umgebenden Gehäusering 36, der einen zylindrischen Raum 37 umgrenzt, in dem der Spiralenmitnehmer 35 angeordnet ist. Auf der Innenseite weist dieser Ring 36 senkrecht zur Ebene der Seitenplatte 31 eine Wand 38, eine Ringschulter 39 und eine vom Druck beaufschlagte Dichtfläche 40 auf, die den Mittelabschnitt der Außenfläche ; des beweglichen Spiralelementes 30 darstellt. Der Spiralenmitnehmer 35 ist allgemein als Kolben gestaltet und er weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen Ring 45 mit einer innenliegenden Ringschulter 46 für die Anlage eines Lagers 47 und in der Mitte eine Verschlußscheibe 48 auf, deren Außenseite 49 | der Antriebsfläche 40 gegenüberliegt. Der Ring. 45 des Spiralenmitnehmers hat einen Durchmesser D,, der etwas kleiner ist als der Durchmesser D_ der Innenwand 38, so daß sich ein Ringspalt

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50 ergibt. Der Unterschied im Durchmesser kann als (Eg-Ej)/D ausgedrückt werden und er kann im Bereich von etwa 0,001 bis etwa 0,2 liegen. Der Ring 45 ist so gestaltet, daß er eine Umfangsnut 51 zur Aufnahme eines elastomeren Dichtungsringes aufweist, der zwischen dem Spiralenmitnehmer und der Innenwand 38 des Gehäuseringes 36 für den Spiralenmitnehmer liegt. Mit 53 ist eine Feder bezeichnet, die dann eine axiale Kraft auf das bewegliche Spiralelement ausübt, wenn der gelieferte Druck und damit die Kraft der Gasladung Null ist. Diese vorgespannte Feder 53 ist so angeordnet, daß sie an der Ringschulter 39 und auf dem Umfang der Scheibe 48 des Spiralenmitnehmers anliegt, wodurch ein flaches, in Achsrichtung abgedichtetes Fluidvolunien 54 zwischen der Scheibe 48 des Spiralenmitnehmers und der Antriebsfläche 40 des-beweglichen Spiralelementes ausgebildet wird. Bestimmte Einrichtungen, wie beispielsweise die Ausnehmung 44 in der Feder 53, müssen vorgesehen werden, damit die Feder nicht zufällig den Raum 37 vom Raum 54 abdichtet, denn diese Volumen müssen dauernd in Fluidverbindung miteinander stehen. Eine Bohrung 55 stellt eine Verbindung zwischen dem Bereich höchsten Fluiddrucks im Raum 33 und dem abgedichteten Raum 54 her. Der Spiralenmitnehmer 35 ist an einer Antriebswelle 56 über ein Lager 47 befestigt. Der Mechanismus, durch den das bewegliche Spiralelement 30 angetrieben wird, wird nachfolgend erläutert.

Soweit das bewegliche Spiralelement 30 nicht starr mit dem Spiralenmitnehmer verbunden ist, kann es sich in Achsrichtung frei bewegen, d. h. es ist schwimmend gelagert. Durch Einleiten von unter hohem Druck stehenden Fluid durch die Bohrung 55 in den abgedichteten Raum 54 wird eine Kraft F- die im wesent-

liehen gleich der durch das im Innern befindliche Gas ausgeübten Kraft ist, als axiale Dichtkraft vorgesehen, soweit die ■ Fläche der Kraft ausübenden Oberfläche des Spiralenmitnehmers ausreichend groß ist. Der Fluiddruck in dem abgedichteten Raum 54 drückt das bewegliche Spiraleleaient von dem Spiralenmitnehmer weg und gegen das fest angeordnete Spiralelement_s | so daß die Oberflächen 28 und 32 dicht aneinanderliegen und ebenso zwischen den Rändern der Bogenelemente und den Seiten-

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platten der Spiralelemente eine dichte Anlage erreicht wird. Wenn diese Dichtflächen verschleißen, wird eine dichte Anlage dennoch aufrechterhalten, da das bewegliche Spiralelement unter der Kraft des Fluiddrucks in dem abgedichteten Raum 54 nachgeben bzw. sich nachstellen kann. In der Praxis ist es zweckmäßig, die gesamte Kraft F mittels der Feder 53 so auszulegen,

el

daß F nicht Null wird, selbst wenn der Druckunterschied in a

dem System Null werden sollte. Die Feder 53 sorgt somit für

eine axiale Dichtkraft beim Anlaufen und für eine bestimmte ; zusätzliche axiale Dichtkraft während des Betriebs.

Während die axiale Abdichtung für die dichte Anlage der Stirnflächen der Bogenelementränder an der Seitenplatte des gegenüberliegenden Spiralelementes erforderlich ist, muß mit der radialen Abdichtung eine dichte Anlage längs der Berührungslinien aufrechterhalten werden, die durch die zylindrischen ' Flächen der Bogenelemente an den Spiralelementen auftreten, während das bewegliche Spiralelement seine Bahn beschreibt (vgl. z. B. die Berührungsstellen A, B, C und D in den Fig. 1 · bis 4, welche die Verschiebung dieser Berührungslinien zeigen).: Die hauptsächlichen Kräfte, welche die radiale Abdichtung der Spiralelemente bestimmen, sind in Fig. 5 in vereinfachter Form \ dargestellt, die die Kräfte an dem beweglichen Spiralelement ; mit einem einzelnen Bogenelement 12a zeigt, das an einer Seitenplatte 31a befestigt ist. Während das Spiralelement eine Bahn . mit dem Radius R__ beschreibt,unterliegt es einer tangentialen : Kraft F₊ und senkrecht dazu einer Anlagekraft, die die Zentri- '

2
fugalkraft mkjR ist, wobei m die Masse des Spiralelementes ^: und ω dessen Winkelgeschwindigkeit ist. Diese Zentrifugalkraft , übersteigt 3ene, die zur Erreichung einer ausreichenden radialen Abdichtung erforderlich ist, und die Größe dieser überschüssigen Zentrifugalkraft bestimmt das Ausmaß des Verschleißes, dem die ; aneinanderliegenden, zylindrischen Oberflächen der Bogenelemente unterliegen. Bei der Vorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel weist die dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement züge- _>; ordnete Antriebseinrichtung eine Einrichtung auf, die einem Teil der Zentrifugalkraft entgegenwirkt oder entgegengerichtet ist, ' damit sich eine Anlagekraft ergibt, die ausreichend groß ist, damit man eine wirksan^iMilLale ,Abdichtung und gleichzeitig . i

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keinen zu übermäßigen Verschleiß erhält. Die Antriebseinrich- . tung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist somit eine Einrichtung auf, die eine zentripetale Radialkraft F_r erzeugt, die einem Teil der Zentrifugalkraft entgegenwirkt, die am beweglichen Spiralelement angreift. Dies steht in direktem [ Gegensatz zur Lehre des Standes der Technik, der die Verwendung einer verstärkten Zentrifugalkraft zur Erzielung einer radialen Abdichtung vorschlägt (vgl. z. B. GB-PS 486 192).

In der Praxis wird der tatsächliche Anteil der Zentrifugalkraft, der durch die zentripetale Radialkraft aufgrund dieser Vorrichtung aufgehoben wird, von verschiedenen Faktoren abhängen, ; die miteinander in Beziehung stehen können. Der optimale Ausgleich zwischen der Zentrifugalkraft, die bei der Vorrichtung nach den Fig. 7 und 8 nie auf Null reduziert wird, und der ^; Zentripetalkraft kann für eine bestimmte Vorrichtung dadurch ^; festgelegt werden, daß man diese Faktoren berücksichtigt, wie das spezifische Anwendungsgebiet, für das die Vorrichtung ein- ■ gesetzt wird, die Verwendung oder NichtVerwendung von Schmier- ; mitteln, das Material, aus dem die Bogenelemente bestehen, I die Betriebsdrehzahl, die erwünschte Lebensdauer der Vorrich- ·; tung und dergleichen. Für einen trocken laufenden Kompressor ' wird man im allgemeinen einen größeren Teil der Zentrifugalkraft ausgleichen müssen als bei einem Kompressor, der mit \ einem geeigneten Schmiermittel arbeitet, und bei einem Kompressor mit Bogenelementen aus einem leichter verschleißenden : Material wird man einen größeren Teil der Zentrifugalkraft ausgleichen müssen als bei einem Kompressor mit Bogenelementen j aus einem Material, das keinem Verschleiß unterliegt. Im all- I gemeinen erfordern höhere Betriebsdrehzahlen und eine längere | Lebensdauer, daß ein größerer Teil der Zentrifugalkraft durch j eine zentripetale Kraft aufgehoben wird. ;

In Verbindung mit der Einrichtung zur Aufhebung eines Teils ί der Zentrifugalkraft am eine Bahn beschreibenden Spiralelement _f zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung d~,reh weitere ι Merkmale aus, die eι ermöglichen, die Anlagekraf'J so einzustellen, daß die raliale Dichtkraft zwischen den Spiralelementen

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dauernd so aufrechterhalten wird, daß sich minimaler Verschleiß und eine minimale Fluidleckage ergibt. Eines dieser Merkmale ist die Begrenzung der radialen Beschränkungen der Bewegungsfreiheit innerhalb der Vorrichtung auf die sich fortbewegenden BerUhrungslinien zwischen den Bogenelementen. Damit ergeben diese radialen Begrenzungen, die allein durch die eine zentripetale Kraft erzeugende Einrichtung gesteuert werden, nicht nur minimalen Verschleiß, sondern verleihen der Vorrichtung im Betrieb eine solche Elastizität, daß ein großer Teil des auftretenden Verschleißes selbsttätig kompensiert wird. Die Begrenzung der radialen Einschränkungen der Bewegungsfreiheit auf lediglich die sich fortbewegenden Berührungslinien zwischen den Bogenelementen steht im Gegensatz zu der Lehre des Standes der Technik, wie er beispielsweise in.der US-PS 3 600 114 wiedergegeben ist.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Verwendung einer Kupplungseinrichtung, die ein festes Winkelverhältnis zwischen den Spiralelementen aufrechterhält, wobei diese Einrichtung getrennt und verschieden von der Antriebseinrichtung ist. Durch die Verwendung einer solchen Kupplungseinrichtung in Verbindung mit der bestimmten Antriebseinrichtung nach der Erfindung und durch Begrenzung der radialen Beschränkungen der Bewegungsfreiheit auf die sich bewegen-

den Berührungslinien' zwischen den zylindrischen Oberflächen i der Bogenelemente können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ; wenigstens bis zu einem sehr großen Ausmaß die Schwierigkeiten , überwunden werden, die sich bei den bekannten Vorrichtungen j hinsichtlich der radialen Abdichtung und des Verschleißes er- ! geben. J

Bei den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen I nach den Fig. 7 bis 16 ist die Antriebseinrichtung, die eine ; zentripetale Kraft zur Aufhebung eines Teils der Zentrifugal- > kraft erzeugt, damit die erwünschte Anlagekraft und die radiale; Abdichtung erreicht wird, beispielsweise durch eine Kombination; einer Einrichtung zur Ausbildung einer dem beweglichen Spiralelement zugeordneten, zylindrischen angetriebenen Fläche und :

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eines Spiralenmitnehmers ausgebildet, der eine treibende zylin- ; drische Fläche bildet, die das bewegliche Spiralelement über eine Berührungslinie mit der angetriebenen Fläche eine Bahn beschreiben läßt. Wählt man den Bahnradius R des beweglichen ■ Spiralelementes größer als den Bahnradius R^ des Spiralenmit- j nehmers, so erhält man die erwünschte zentripetale, nach innen ; gerichtete Radialkraft, die einem Teil der Zentrifugalkraft entgegenwirkt.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform unter Verwendung . eines beweglichen Spiralelementes, das eine zylindrische angetriebene Fläche in Verbindung mit einem Spiralenmitnehmer bildet, der eine zylindrische treibende Fläche für die erwünschte Anlagekraft aufweist, ist ein wichtiges Merkmal, daß der Durchmesser D, des Spiralenmitnehmers unterschiedlich zum Durch- :

messer D_ der angetriebenen Zylinderfläche ist. In Fig. 6A, die s ι

im wesentlichen ein Querschnitt längs der Linie 6A-6A in Fig.7 ist, ist der Durchmesser D_ der Innenwand 38, die als angetriebene Zylinderfläche dient, größer als der Außendurchmesser D^ ■ des Ringes 45 am Spiralenmitnehmer 35, der als treibende \ Zylinderfläche dient. Der Unterschied zwischen D_ und Dj ist >

s o. j

in Fig. 6A der besseren Darstellung der auftretenden Kräfte j wegen übermäßig groß wiedergegeben. Aufgrund des Unterschiedes 1 dieser Durchmesser ergibt der Spiralenmitnehmer, der in Fig. 6A^ durch den Ring 45 dargestellt ist, im wesentlichen eine sich j abwälzende Berührungslinie bei L mit dem beweglichen Spiralele-\

ment, das durch die Innenwand 38 wiedergegeben ist. ;

Das sich bewegende Spiralelement wird in der Radial-Tangential-| ebene durch Kräfte gehalten,' die an der Innenwand 38 wie in i Fig. 6A dargestellt angreifen (der gleichbleibenden Darstellung; wegen wird davon ausgegangen, daß die Mitte C des beweglichen ! Spiralelementes bzw. dessen Antriebsringes den Ursprung der j Evolvente des Spiralelementes wie auch den Schwerpunkt des I beweglichen Spiralelementes wiedergibt). Diese am beweglichen j

Spiralelement über die Wand 38 angreifenden Kräfte sind die .; Zentrifugalkraft m^R_or und die tangentiale Kraft F_t· Wird der Bahnradius R^ des Spiralenmitnehmers kleiner als der Bahn- j

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radius R des beweglichen Spiralelementes, so ergibt sich eine zentripetale Kraft, die eine nach innen gerichtete radiale Kraft F darstellt. Die Größe von F ist eine Funktion des Anlagewinkels, der wiederum eine Funktion der Differenz der Bahnradien R_Qr und Jl , sowie der Differenz der Durchmesser D und D, ist. Der Berührungswinkel θ zwischen dem Spiralenmitnehmer und dem beweglichen Spiralelement kann durch die Durchmesser und die Bahnradien wie folgt ausgedrückt werden

sin θ = 2 (R_or - R_od) / (D₈ - D_d) . (1a)

Für eine gegebene Betriebsdrehzahl und einen gegebenen Fluiddruck wird θ so ausgelegt, daß sich in der Vorrichtung eine zweckentsprechende, jedoch nicht übermäßige radiale Dichtkraft

ο ergibt, die immer kleiner ist als die Zentrifugalkraft mCoR_QV an dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement, wie sie oben angegeben wurde.

Ss liegt auch innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung, ein bewegliches Spiralelement auszubilden, wie es schematisch in Vig. 6b dargestellt ist, das eine angetriebene Zylinderfläche 38a, nie etwa eine Welle anstelle der Innenwand 38 des Gehäuseringes aufweist, wobei ein Spiralenmitnehmer verwendet wird, der eine innenliegende antreibende Wand 45a mit einem Durchmesser größer als der der angetriebenen Fläche 38a anstelle der Außenwand des l:olbenartigen Spiralenmitnehmers bildet. Bei dieser Ausführungs- ; form ist damit D, größer als D. Jedoch bleibt R, größer als :

CL S ΟΓ

^:\>d ¹^¹*³" ^{die versciliedenen} Kräfte, welche die Anlage- oder radialen Dichtkräfte ergeben, sind vergleichbar mit dem umgekehrten Fall, _: v/ie ein Vergleich der Fig. 6A und 6B deutlich zeigt. Bei der j \nordnung nach Fig. 6B ist der Berührungswinkel θ definiert als i

sin θ = 2 (R_or - R_od) / (D_d - D₃) . (1b) j

Die geometrische Auslegung, welche die radiale Dichtkraft ein- I stellt, führt auch dazu, daß die Auswirkungen von Herstellungsfehlern und der Verbrauch an_ Material·durch Verschleiß verringert!

"4 09~8βϊ/ϊθΐ~2~ ' -26-'

werden. Wenn die gesamte Zentrifugalkraft an den radialen Dichtungslinien angreifen würde, würde sich ein übermäßiger /erschleiß an den Spiralelementen ergeben. Beispielsweise xönnte bei der Herstellung des Spiralenmitnehmers die Bahnmitte .licht genau mit der Spiralbahnmitte zusammentreffen. In einem solchen Falle hätte 9 eine Komponente, die mit der Grundfrequenz λ> schwingt. Werden die tatsächlichen Werte des Zählers und Nenners der Gleichung (1a) oder (1b) beispielsweise etwa zehn mal größer als der erwartete Herstellungsfehler ausgelegt, so ergibt sich weniger als 10 % doppelter Scheitelwert der radialen Dichtkraft, verglichen mit ihrem ständigen Wert.

Die Fig. 7 und 8 zeigen im einzelnen einen Kompressor, der direkt mit einem Elektromotor als Antriebseinrichtung verbunden : ist. Die dargestellte Antriebseinrichtung ist die in Verbindung mit den Fig. 5 bis 7 beschriebene. Die Fig. 7 und 8 zeigen deutlich das Fehlen jeder die radiale Bewegungsfreiheit beschränkenden Einrichtung, abgesehen von den Anlagekräften, die längs der 3erUhrungslinien der Bogenelemente auftreten. Es sind verschiedene Ausführungsformen der Kupplungseinrichtung dargestellt, die nur mit den Spiralelementen verbunden ist. Die Spiralelemente und der Spiralenmitnehmer sind ähnlich den in Fig. 7 dargestellten Bauelementen.

Wie die Fig. 8 zeigt, weist das fest angeordnete Spiralelement 25 zwei spiralenförmige Bogenelemente 60 und 61 auf, die die Oberflächen mit den Berührungslinien bilden,wobei diese Bogenelemente an ihren Innenenden in verbreiterten Abschnitten 62 und 63 aus- ■ laufen, die so gestaltet sind, daß sie mit ähnlich verbreiterten ■ Innenabschnitten 64 und 65 spiralenförmiger Bogenelemente 66 und ! 67 des beweglichen Spiralelementes eine im wesentlichen recht- : eckige zentrale Fluidtasche 68 bilden, die den Bereich des j höchsten Fluiddruckes darstellt. Die flachen Innenflächen (z. B. I die Fläche 69 des verbreiterten Innenabschnitts 62 des Bogenelementes 60) der vier Innenabschnitte der spiralenförmigen Bogenelemente ermöglichen es ein kleines quadratisches Kupplungselement 70 zu verwenden, das dazu dient, daß das bewegliche Spiral- i

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element 30 sich längs seiner Bahn bewegen kann, ohne daß es bezüglich des stationären Spiralelementes rotiert.Da das Kupplungselement innerhalb der Fluidtasche mit dem höchsten Druck angeordnet ist, muß es so gestaltet sein, daß innerhalb der Tasche Fluiddurchlässe vorhanden sind, welche eine Verbindung mit den beiden Öffnungen 21 und 55 herstellen. Es weist deshalb relativ große Ausschnitte 80 auf jeder Seite und ähnliche Ausschnitte auf der Ober- und Unterseite auf, so daß ein in der Mitte angeordnetes kompaktes Stück verbleibt. An jeder Ecke sind rechtwinklige Dichtplatten 84 befestigt, die abgeflacht bzw. abgeschrägt sind, damit zwischen einer äußeren Fluidtasche : und der inneren Fluidtasche durch die beiden Ausnehmungen 86 und 87, die in der Seitenplatte 26 des festen Spiralelementes ausgebildet sind, eine Fluidverbindung hergestellt werden kann. Wie. die Fig. 8 zeigt, ist von der Fluidtasche 90 über die Aussparung 86 und dem Ausschnitt 80 eine Fluidverbindung mit der in ^: der M^tte befindlichen Tasche vorhanden. Während sich das bewegliche Spiralelement auf seiner Bahn weiterbewegt, verschiebt " _; sich diese Fluidverbindung unter Verwendung jeder dieser Aussparungen 86 und wiederum 87.

Das stationäre Spiralelement 25 nach Fig. 8 kann so ausgebildet sein, daß es eine Lippe 95 aufweist, welche die Dichtfläche 28 bildet. Für den Einlaß des Fluids, z. B. Luft, in die Vorrichtung ist in der Seitenplatte 26 eine Öffnung 100 vorgesehen.

Die Fig. 9 bis 12 zeigen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kompressoren, bei denen die Spiralelemente zwei vollständige ; spiralenförmige Bogenelemente aufweisen, welche die Oberflächen \

mit den Berührungslinien bilden, sowie ein kreisförmiges Kupplungselement. In Fig. 9 sind zur Bezeichnung entsprechender Bauteile j die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 7 verwendet. ' |

Nach Fig. 10 weist das stationäre Spiralelement zwei Bogen- j

elemente 140 und 141 und das bewegliche Spiralelement zwei j

Bogenelemente 142 und 143 in der Form einer Evolventenspirale \ auf. Die Kupplungseinrichtung zur Verbindung des stationären

mit dem beweglichen Spiralelement weist einen Ring 144 auf, ■

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dessen Durchmesser ausreichend groß ist, damit er die Ober- · flächen der spiralenförmigen Bogenelemente umgeben kann. Wie im einzelnen in den Fig. 11 und 12 dargestellt ist, weist dieser Kupplungsring 144 einander gegenüberliegend angeordnete flache Abschnitte auf der Innenseite auf, die etwas verdickte ^; T.^randab schnitte 145 und 146 an dem Ring bilden. Auf einer Seite (z. B. der Unterseite nach den Fig. 11 und 12) sind Ausschnitte 147 und 148 ausgebildet, während auf der gegenüberliegenden Seite des Ringes 144 einander gegenüberliegende Ausschnitte

149 und 150 vorgesehen sind, deren Achse senkrecht zur Achse der Ausschnitte 147 und 148 liegt. ¥ie aus der Fig. 10 deutlich hervorgeht, weist das Bogenelement 140 des stationären Spiralelementes einen radialen Ansatz 155 auf, der daran be- ■ festigt ist oder mit diesem aus einem Stück besteht und so : angeordnet und ausgelegt ist, daß er in den Ausschnitt 147 des Rings eingreift. In der gleichen Weise greift ein am Bogenelement 141 befestigter radialer Ansatz 156 in den Ausschnitt 148

ein, während ein am Bogenelement 142 des beweglichen Spiral- :

elementes befestigter radialer Ansatz 157 verschiebbar in dem ^! Ausschnitt 149 und ein an dem Bogenelement 143 befestigter

radialer Ansatz 158 gleichfalls verschiebbar in dem Ausschnitt ;

150 liegt. Während der Bewegung auf der Bahn sind die ; radialen Ansätze in den Ausschnitten frei verschiebbar, während ■ die Spiralelemente keine relativen Winkelbewegungen ausführen J können. Zwischen dem Ring 144 und den äußersten Bogenelementen j sind eine oder mehrere Niederdrucköffnungen 159 angeordnet, ! während eine in der Mitte liegende Hochdrucköffnung 16O mit i der Hochdruckzone in Verbindung steht. \

Die abgewandelte Bauweise nach den Fig. 13 und 14 ist so ausge- j

mitj '

legt, daß manyrelativ kleinen Außendurchmessern hohe Kompressionsverhältnisse erhält. Die Steuerung der Öffnungen bei dieser Aus-i führungsform ist so ausgebildet, daß die Hochdrucköffnung intermittierend öffnet und der Spiralenmitnehmer intermittierend durch den Gasdruck beaufschlagt wird, wenn die Hochdrucköffnung freigegeben wird. Durch diese Anordnung kann die axiale Beaufschlagung gegebenenfalls eine Funktion der Winkelstellung des Spiralenmitnehmers sowie eine Funktion des gelieferten Drucks

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Wie aus Figo 13 hervorgeht ₉ ist das Bogenelement 270 am stationären Spiralelement eine Evolventenspirale mit einem Umlaufj, die einen halbkreisförmigen Flächenansatz 271 aufweist, dessen Rand eine Evolventenkurve (in Fig« 13 durch gestrichelte Linien dargestellt) an seiner Basis ist und der zwei radiale Ansätze 272 und 273 aufweist;, die in entsprechenden Ausschnitten im Kupplungsring 274 eingreifen«,

Die Seitenplatte 275 des stationären Spiralelementes zusammen ^: mit einem Ringelement 276 und einem Flansch 277 bilden einen Teil eines Gehäuses_? das eine Kammer .278 ergibt ₉ in der das bewegliche Spiralelement und der Spiralenmitnehmer angeordnet sindo Eine außermittige Hochdrucköffnung 279 stellt eine Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich der Vorrichtung und einer ■ nicht dargestellten Leitung her_o Eine auf dem Umfang angeordnete Niederdrucköffnung 280 sorgt für eine Fluidverbindung mit der ■umgebenden Atmosphäre oder einem nicht dargestellten Hiederdruck-

Das beweglich© Spiralelement weist ©in Bog@neleaent 281 auf₉ ; das am inneren End© in ©inem verbreiterten Absdsnltt 282 aus-=

läuftj, dessen Quersehnittsform durch einen Kreis und ©ine _: Evolventenkurve bestimmt wird_o Das Bogenelement 281 weist

einen Flächenansatg 283 mit einem Evolventenumriß an seiner ;

Basis und zwei radiale Ansätze 284 und 285 für den Eingriff >

mit dem Kupplungsring 274 auf* Der vergrößerte Mittelabschnitt ^)!

282 des Bogenelements am beweglichen Spiralelement ist mit '< einem engen Fluiddurchlaß 286 ₉ der sich durch die Höhenabmessungj

dieses Abschnitts erstreckt, und mit einer Hochdrucköffnung 287 !

versehen,, die sich_P wie die Figo 14 zeigtρ ein kurzes Stück \

nach oben in den verbreiterten Abschnitt 282 von dessen Anlage- ; fläche aus erstreckte Dieser Fluiddurchlaß 287 weist einen zackig

ausgeschnittenen Rand und einen bogenförmigen Rand auf, dessen j

Zweck aus der Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung ' hervorgehtο

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Der Spiralenmitnehiser 35 und das ihm zugeordnete Lager 47, die vorgespannte Feder 53, die Ringdichtung 52 und der abgedichtete Raum 54 sind ähnlich den anhand der Fig. 7 und S beschriebenen Elementen.

Das Hauptgehäuse wird durch ein Gehäuseteil 288 vervollständigt, das am Flansch 277 durch geeignete Einrichtungen wie Schrauben-, bolzen 289 befestigt ist und das in der Mitte eine Verlängerung 290 zur Aufnahme der Welle aufweist. Die Welle 291 des Spiralenmitnelimers mit der Achse 291a endigt in einem exzentrischen Wellenabschnitt 292 mit der Achse 292a, wobei der Abstand zwischen diesen parallelen Achsen R-_O(p dem Radius des Spiralenmitnehmers ist. Die Welle 291 ist in dem Wellengehäuse 290 mittels Lager 293 und.294 drehbar befestigt, die durch einen : Distanzring 295 und eine Wellendichtung 296 in einem Abstand %^roneinander gehalten werden. Die Lager 293 und 294 werden durch einen Ring 298 in ihrer Stellung gehalten.

Im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 7 liegt das bewegliche Spiralelement nicht unter Reibung zur Abdichtung an dem Gehäuse-, abschnitt des stationären Spiralelementes an₉ während es seine Bahn beschreibt. Vielmehr werden die Abdichtungen zwischen den Stirnflächen der Bogenelemente vna den Flächenansätzen 271 und, 281 ausgebildet, wie die Figo 14 zeigte Das Niederdruck-= fluid gelangt durch die Öffnung 280 in di© Kammer 278 und durch , Durchlässe zwischen den Bogenelementen und des Flächenansätzen₉ wie etwa den Durchlaß· 299, in die Hied©räracktaschen_s die durch die spiralenförmigen Bogenelemente ausgebildet ιί@τ&θώ,_β

Bei der folgenden Beschreibung der Arbeitsweise der Ansführungs-: form nach den Fig. 13 und 14 wird davon ausgegangen^ daß die ' Vorrichtung als Kompressor arbeitet« Die Figo 13 zeigt die relativen Bogenelementstellungen kurz nachdem die Hociidruck- , kammer 300 eine frisch mit Einlaß fluidgefüllte Tasche abge- ■ dichtet hat» so daß der verbreiterte Abschnitt 282 des Bogen- j^r elements am beweglichen Spiralelement die Hochdrucköffnung 279 ' abdeckt. Während sich das Bogenelement 281 auf seiner Bahn be- .' wegt, wird, die.jöffnung _279„abgedeckt.„und.freigegeben, _.so daß j

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unmittelbar vor der Freigabe der Öffnung 279 das Volumen 300
verringert wird, so daß der Fluiddruck erhöht wird. Das Volumen
300 wird weiter verringert, während der Fluiddurchlaß 286
die Öffnung 279 freizugeben beginnt, worauf sie vollständig
freigegeben wird, bis das Volumen 300 den Wert Null erreicht, wobei zu diesem Zeitpunkt die Öffnung 279 wieder geschlossen
wird. Nachdem die Öffnung 279 vollständig geschlossen ist,
schließt das sich auf seiner Bahn bewegende Bogenelement 281
die Kammer ab, die zur Niederdruckseite hin offen ist, so daß
eine Hochdruckkammer 300 ausgebildet wird und ein neuer Zyklus
beginnt.

Die intermittierende Aufladung des abgedichteten Raumes 54 mit
Hochdruckfluid durch den Durchlaß 286 erfolgt während der
Periode des Zyklus, während der der Durchlaß 286 in Verbindung
mit der Hochdrucköffnung 279 steht. Während des restlichen Teils des Zyklus wird das Hochdruckfluid in dem abgedichteten Raum 54 gehalten, bis er eine neue Ladung von unter Druck stehendem Gas
erhält. Diese intermittierende Öffnungsfreigabe in den abge- _; dichteten Raum hat den Vorteil, daß es möglich ist, die axialen , Dichtungskräfte mit den axialen Gaskräften direkt zu verändern,
die durch das bewegliche Spiralelement ausgeübt werden, und damit die Differenz zwischen diesen zwei entgegengerichteten
Kräften annähernd konstant zu halten. Außerdem ist die Phase ; der Antriebswelle bezüglich des offenen Zustands der Öffnung 286 wählbar, wodurch ein Ausgleich zwischen der axialen Gaskraft und der Belastungskraft erreicht werden kann, wie oben erläutert : wurde. j

Die Vorrichtung nach den Fig. 13 und 14 ist, obgleich sie ver- ■ schiedene Vorteile als Gaskompressor oder Expansionsmaschine , aufweist, nicht als Flüssigkeitspumpe geeignet, weil die inter- i

mittierende Öffnungssteuerung vorhanden ist. j

Wie in der allgemeinen Beschreibung der Erfindung ausgeführt ist¹, kann die erwünschte Relativbewegung der zylindrischen Flächen,
welche die variablen Fluidkammern der Verdrängungsvorrichtung ,

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bilden, dadurch erreicht werden, daß ein Spiralelement stationär angeordnet wird und das andere eine Bahn beschreibt, ohne daß irgendeine relative Winkerbewegung stattfindet, oder dadurch, daß beide Spiralelemente um ihre jeweiligen parallelen Achsen eine Wirbelbewegung ausführen, ohne daß eine relative Winkelbewegung der Spiralelemente auftritt. Die in den vorausgehenden Figuren dargestellten Vorrichtungen arbeiten nach der ersten Betriebsweise.

Bei der Vorrichtung nach den Fig. 15 und 16 wird die zweite Arbeitsweise verwendet. Soweit die spiralenförmigen Bogenelemente und Kupplungen eine der oben angegebenen Formen haben können, : werden diese Bauteile nicht weiter beschrieben. So werden bei- ; spielsweise die Bogenelemente an den Spiralelementen und die ; Kupplung nach Fig. 9 für die entsprechenden Bauteile in Fig. verwendet und es werden gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 9 versehen.

Das stationäre Spiralelement der vorausgehenden Ausführungsformen wird ein treibendes Spiralelement, das allgemein mit bezeichnet ist, und das bewegliche Spiralelement wird ein angetriebenes Spiralelement, das mit 305 bezeichnet ist. Das treibende Spiralelement 304 weist eine Seitenplatte 306 und eine ringförmige Außenwand 307 auf, die in einer Ringdichtfläche 308 endigt, die in der Funktion mit der Dichtfläche 28 in Fig. 7 identisch ist. Die Seitenplatte 306 des treibenden Spiralelementes 304 ist an einer Welle 309 befestigt oder mit dieser aus einem Stück ausgebildet, die in der Mitte einen Niederdruckkanal 310 aufweist, der sich über ihre Länge bis an die Stelle erstreckt, an der die Welle mit der Seitenplatte verbunden ist. Dieser Kanal 310 ist die Niederdruckeinlaß-Coder Auslaß-)Leitung und es ist deshalb notwendig, eine Einrichtung für diesen Kanal 310 vorzusehen, damit er mit den äußeren Niederdruckkammern verbunden werden kann. Dies wird durch einen querverlaufenden Kanal 311 erreicht, der in dem Ansatz 312 auf der Unterseite der Seitenplatte 306 angeordnet ist. Dieser querverlaufende Kanal 311 endigt in einer oder

mehreren Öffnungen, z. B. den Öffnungen 313 und 314, die in

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der Seitenplatt© 506 gebohrt sind, wie die Fig_o 16 geigt.

Die Antriebswelle 309 ist in einem Gehäuse ab schnitt 315
drehbar gelagert und sie wird durch Lager 316 und 317 fluchtend
gehalten, die durch einen Distanzhalter 318 in einem Abstand
voneinander gehalten werden_o Ein mit einem Außengewinde versehener Abschnitt 319 der Welle ermöglicht das Aufschrauben
eines Gewinderinges 320 zur Halterung der Lager» An dem Gehäuseabschnitt 315 ist ein Gehäuse 321 für eine Riemenscheibe und
die Welle befestigt und die Antriebswelle 309 endigt in einer
Verlängerung 322 dieses Gehäuses_o Für den Sitz der Welle ist
ein elastomerer Ring 323 und -ein Ringhalterelement 324 vorgesehene Die Gehäuseverlängerung 322 weist einen mit Gewinde
versehenen Durchlaß 325 auf₉ der mit dem Kanal 310 in der Welle
ausgerichtet ist_o Dieser mit Gewinde versehene Durchlaß dient
für den Anschluß einer geeigneten Leitung^ wenn eine solche
erforderlich ist» Auf der Welle 309 ist für deren Antrieb eine ' Riemenscheibe 326 und das treibende Spiralelement 304 befestigte. Der Antrieb erfolgt durch einen Motor 327 über ein© ander©
Riemenscheibe 328 und einen Kellriemen 329ο Es kann auch irgendeine andere geeignet© Einrichtung vorgesehen w@rden₉ durch : welche die W©11© 509 in ©ine Drehbewegung versetzt \τΙτά₅ wi©

©in Getriebeο

Das angetriebene Spiralelement 305 ist ia Aufbau identisch
mit dem oben beschriebenen beweglichen-Spiralelement und ©s ; weist eine Seitenplatte 335 mit einer Dichtfläche 336 auf d@m j Umfang₉ sowie einen Ringansats 337 auf _ΰ der einen Raum umgrenstj in dem der Spiralenmitnehmer angeordnet ist, der allgemein mit ' 338 bezeichnet ist» Der elastomere Ring 52 und die vorgespannte j Feder 53 sind in der Funktion identisch mit den oben beschrie- j benen Bauteilen und der Spiralenmitnehmer 338 unterscheidet sich; von dem oben beschriebenen dadurch, daß er an einer Welle 339 ; befestigt ist oder mit dieser aus einem Stück besteht^ die · | ©inen Kanal 340 für das Hochdruckfluid aufweist, der durchgehend! ausgebildet ist«, Di© Welle 339 ist in dem Gehäuseabschnitt 341 ' durch Lager 342 und 343 drehbar gelagert_p die durch einen

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Distanzhalter 344 in einem Abstand voneinander gehalten werden. Auf einem mit einem Außengewinde versehenen Abschnitt 345 der Welle 339 ist ein Ring 346 aufgeschraubt, der als Halterung für die Lager dient. Am Ende des Gehäuseabschnitts 341 ist ein Gehäuse 347 befestigt, wobei die Welle 339 innerhalb einer Verlängerung 348 dieses Gehäuses endigt. Zur Abdichtung der Welle 339 ist ein elastomerer Ring 349 und ein Ringhalterelement 350 vorgesehen. Die Gehäuseverlängerung 348 weist einen mit Gewinde versehenen Durchlaß 351 auf, der mit dem Kanal 340 der Welle fluchtet. An diesem mit Gewinde versehenen Durchlaß kann eine Leitung angeschlossen werden.

Der Hochdruckkanal 340 mündet in den abgedichteten Raum 355, der die gleiche Funktion wie der Raum 54 in Fig. 7 hat. Die Hochdrucköffnung 356 stellt eine Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 357 und dem Raum 355 sowie dem Hochdruckkanal 43 her.

Bei - einer anderen Anordnung kann der Niederdruckeinlaß in die Spiralelemente der durch die Gehäuseabschnitte 315 und 341 gebildete Raum 359 sein* Bei einer solchen Abänderung kann die Niederdrucköffnung in den Raum 359 durch einen Durchlaß zwischen den Gehäuseabschnitten ausgebildet i-j@rü,en_o DI® Gehäuseabschnitte müssen über eine Dichtung verbunden oder ©s muß der Raum 359 in anderer Weise fluiddicht abgeschlossen werden₀ Bei dieser Ausführungsform entfallen die Kanäle 310 und 31I₉ di© Öffnungen _: 313 und 314_S die Wellenabdichtung 323 und dis ringförmige Außenwand 307 am Spiralelement 304„ Die Lager müssen dann allerdings "im Betriebsmedium arbeiten, außer sie werden durch geeignete Wellendichtungen vor fiiesem geschützt_o In vielen Fällen sind solche Wellendichtungen nicht erforderliche [

Beim Betrieb der Vorrichtung nach Figo 15 wird das treibende ' : Spiralelement 304 um seine Achse 560 In Drehung versetzt«, wobei es das angetriebene Spiralelement 305 vm dessen Achse 361 ver- ; dreht ₉ die parallel zur· Achse 360 liegt und von dieser einen Abstand hat, der gleich dem Radius R . des Spiralenmitnehmers [ ist. Der Kontakt zwischen den Bogenelementen de? beiden Spiral- ,

elemente erfolgt an einer Anzahl von Berührungslinien, ζ. Β. ί . ... . . ι

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den Berührungslinien A bis D in Fig. 1, wobei die Arbeitsweise der Vorrichtung die gleiche ist wie die in Verbindung mit den . Fig. 1 bis 4 beschriebene. Das angetriebene Spiralelement 335 ist bezüglich des Spiralenmitnehmers 338 schwimmend angeordnet, damit man die axiale Abdichtung in der gleichen Weise wie oben . beschrieben erhält. Ebenso ist der Durchmesser D^ des Spiralen- ' mitnehmers kleiner als der Durchmesser D der Innenwand des Ringansatzes 337 am angetriebenen Spiralelement 335, damit man ■ die erforderliche radiale Dichtkraft erhält.

Da jedes Spiralelement sich selbst balancierend seine Kreiselbewegungen ausführt, sind keine Ausgleichsgewichte erforderlich._: Dies ist ein Vorteil der Ausführungsform nach Fig. 15. Ein weiterer Vorteil ist, daß über die Lager keine Trägheitskräfte übertragen werden, so daß sehr hohe Drehzahlen und eine entsprechend hohe Kapazität erreicht werden können.

Gegebenenfalls kann die Rolle der beiden Spiralelemente umgekehrt werden. Beispielsweise kann der Spiralenmitnehmer über eine geeignete Einrichtung mit dem Motor verbunden werden, so ■ daß das Spiralelement 305 das treibende und das Spiralelement 304 das angetriebene Spiralelement wird. ;

Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung werden die Nachteile der bekannten Vorrichtungen dadurch ausgeschaltet ; oder auf ein Minimum zurückgeführt, daß die gesamte Zentrifugal-^; kraft oder ein Teil der an dem eine Bahn beschreibenden Spiral- · element angreifenden Zentrifugalkraft ausgeglichen und das j sich auf einer Bahn bewegende Spiralelement durch eine in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung mit !

der Antriebseinrichtung verbunden wird. Wenn alle Zentrifugal- ■ kräfte ausgeglichen werden, so wird die nachgiebige mechanische ' Verbindungseinrichtung so ausgelegt, daß eine radiale Kraft- j komponente von erwünschter Größe vorhanden ist, welche die radia-j-Ie Abdichtung bewirkt. Wenn weniger als die gesamte Zentrifugal-! kraft ausgeglichen wird, so wird jener Teil, der nicht ausge- I glichen wird, zur radialen Abdichtung verwendet. Die axiale

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Abdichtung wird durch zwei entgegengerichtete Kräfte erreicht, die an den Spiralelementen angreifen. Die erste Kraft wird durch eine Vorspanneinrichtung einschließlich des Fluiddü^cks ausgebildet, die auf das feststehende Spiralelement wirkt, und die : zweite Kraft wird auf das eine Bahn beschreibende Spiralelement über die Kupplungseinrichtung, die außerhalb der Spiralentaschen angeordnet ist, wobei sie der Kraft der Vorspanneinrichtung entgegengerichtet ist. Die Kupplungseinrichtung, welche das gewünschte Winkelverhältnis der Spiralelemente aufrechterhält, arbeitet unabhängig von den radialen Dichtungskräften, die unabhängig gesteuert werden, damit der Verschleiß an den Be- ^: rührungslinien zwischen den Bogenelementen der Spiralelemente auf ein Minimum zurückgeführt wird und nicht kompressible Verunreinigungen kompensiert werden können, die zufällig in die Fluidtaschen gelangen können.

Ein in dieser Weise ausgebildeter Kompressor ist in Fig. 17 in einem Längsschnitt dargestellt. Auf die Fig. 18 bis 28, 30 und 36 wird Bezug genommen. In allen diesen Figuren sind gleiche Bezugszeichen für die gleichen Bauelemente verwendet. Wie die Fig. 17 zeigt, weist das feststehende Spiralelement, das allgemein mit 71 bezeichnet ist, eine Seitenplatte 72 auf, ein Bogenelement 73 mit mehr als drei Umläufen (Fig. 22), das in einem verbreiterten Umfangsabschnitt 74 endigt, einen · Dichtungsring 75 und einen in der Mitte angeordneten Ansatz 76. : Innerhalb dieses Ansatzes 76 ist ein Hochdruckkanal 77 ausge- ; bildet, in den sich ein Anschlußrohr 78 erstreckt, das mit der Maschinenachse 79 ausgerichtet ist und für den Anschluß ; einer nicht dargestellten Hochdruckleitung dient.

Das sich auf einer Bahn bewegende Spiralelement 81 weist eine I Seitenplatte 82 und ein Bogenelement 83 mit mehr als drei Um- i laufen auf, das in einem verbreiterten Umfangsabschnitt 85 aus- j läuft (Fig. 22). Zur Erzielung der axialen Abdichtung muß die ι Stirnfläche 89 der Bogenelemente 73 und 74 am feststehenden ; Spiralelement dicht an der Innenfläche 91 der Seitenplatte 82 ^] des beweglichen Spiralelementes anliegen und in der gleichen Weise muß die Stirnfläche 92 der Bogenelemente 83 und 85 am

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beweglichen Spiralelement dicht an der Innenfläche 93 des feststehenden Spiralelements anliegen. Zur Erzielung der radialen Abdichtung müssen die Bogenelemente der beiden Spiralelemente durch Abwälzen Berührungslinien bilden, z. B. die Berührungslinien 94, 96 und 97 in Fig. 22. Die innerste Fluidtasche 98 bildet den Bereich höchsten Drucks, während die ausgefüllte Kammer 99 um die Bogenelemente den Bereich niedrigsten Drucks darstellt. Die Fluidtaschen 111, 112 und 113 (Fig. 22) weisen dazwischenliegende Drücke auf, die in Richtung auf die mittlere Tasche 98 ansteigen. Dieser Bereich höchsten Drucks steht mit einer Hochdruckleitung über eine Auslaßöffnung 77 und ein Anschlußrohr 78 in Verbindung. Die Niederdruckkammer 99 steht über eine oder mehrere Niederdrucköffnungen 114 mit einer Niederdruckfluidquelle oder einem Reservoir in Verbindung. Wenn die Vorrichtung als Kompressor arbeitet, wird Niederdruckfluid durch die Öffnung 114 eingeleitet und das komprimierte Fluid über eine an das Verbindungsrohr 78 angeschlossene Leitung abgezogen. Wenn andererseits die Vorrichtung als Expansionsmaschine verwendet wird, wird das Hochdruckfluid durch den Durchlaß 77 eingeleitet und das expandierte Niederdruckfluid durch eine oder mehrere Öffnungen 114 abgezogen.

Die Fig. 22 erläutert eine mögliche Ausgestaltung der spiralenförmigen Bogenelemente, die bei der Vorrichtung Verwendung finden kann. Es können auch Bogenelemente mit mehr oder weniger als drei Umläufen verwendet werden, wobei diese Bogenelemente auch anders gestaltet sein können als in Form einer echten Spirale (z. B. als verformter Kreis) und an ihren inneren Enden zur Steuerung des Volumens der Hochdrucktasche bestimmte Form- ■ gebungen aufweisen können. Eine Anzahl solcher geeigneter Formgebungen der Bogenelemente ist in der US-Patentanmeldung Serial No. 368 907 angegeben.

Die Vorrichtung mit den Spiralelementen ist in einem Gehäuse 125 angeordnet, das bei der Ausführungsform nach Fig. 17 eine vordere Abdeckplatte 126 aufweist, die mittels Schrauben 127 an einer Gehäuserückseite 128 befestigt ist, die wiederum durch

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eine hintere Abdeckung 129 abgedeckt ist. Die Niederdrucköffnung 114 ist in der vorderen Abdeckplatte 126 ausgebildet.

Das feststehende Spiralelement 71 ist in der vorderen Gehäuseabdeckplatte 126 befestigt und durch einen Dichtungsring 75 und einen in der Mitte angeordneten Ansatz 76 ausgerichtet, der an der Außenfläche 200 der Seitenplatte 72 befestigt ist bzw. vorzugsweise mit dieser aus einem Stück besteht. Die vordere Abdeckplatte 126 weist einen innen angeordneten Haltering 201 und eine in der Mitte angeordnete Bohrung 202 auf (Fig. 18), von denen jeder zur Aufnahme eines elastomeren Dichtungsrings 203 bzw. 204 mit einer Umfangsnut versehen ist und diese Dichtungsringe stellen eine Abdichtung mit dem Ring 75 und dem Ansatz 76 her. Wie die Fig. 18 deutlich zeigt, endigt das Ringelement 75 kurz vor der Innenfläche 205 der vorderen Abdeckplatte 126, so daß ein flacher Ringraum 206 entsteht, in dem ein wellenförmiger Federring 207 angeordnet wird, der auf das feste stehende Spiralelement 71 eine Kraft in Achsrichtung ausübt. Diese Kraft bildet einen Teil der erforderlichen axialen Dichtkraft. Eine zusätzliche axiale Dichtkraft erhält man dadurch, daß Kochdruckfluid in den Ringraum 206 und in die abgedichtete Ringkammer 208 (zwischen dem Ring 75 und dem Ansatz 76) über die Öffnung 209 eingeleitet wird, die wiederum an eine nicht dargestellte Hochdruckfluidquelle angeschlossen ist. Diese Hochdruckfluidquelle kann außen liegen, beispielsweise ein Lagertank mit Stickstoff sein, oder es kann hierzu der Bereich höchsten Drucks in der Vorrichtung, z. B. die Hochdrucktasche 98, verwendet werden. Im letzteren Falle müssen nicht dargestellte Verbindungen zwischen der Tasche 98 und der Kammer 208 hergestellt werden. Wenn das Hochdruckfluid von dem Bereich höchsten Drucks innerhalb der Vorrichtung (d. h. von der Tasche 98) geliefert wird, muß die von dem : wellenförmigen Federring 207 ausgeübte axiale Kraft ausreichend groß sein, damit während des Anlaufens eine Abdichtung vorhanden ist, da in diesem Betriebsstadium, wenn überhaupt, nur ^: wenig Hochdruckfluid aus der Tasche 98 zur Verfügung steht. ; Wenn jedoch, wie im Falle der Ausführungsform nach den Fig. 17 ■ und 18 das Hochdruckfluid für die axiale Abdichtung von einer i

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äußeren Quelle geliefert wird, kann es vor dem Anlaufen in die Kammer 208 eingeleitet werden, wobei die Zuführung bis zum Abschalten der Vorrichtung fortgesetzt wird.

Das feststehende Spiralelement ist in einem bestimmten Winkel relativ zur vorderen Gehäuseabdeckplatte 126 angeordnet und es wird in dieser Stellung relativ zum Gehäuse durch Befestigungselemente 210 festgelegt. Diese Befestigungselemente nach Fig. 17 ermöglichen eine geringfügige Einstellung der Winkelstellung des festen Spiralelementes während des Zusammenbaus oder des Betriebs, so daß es im optimalen Winkel liegt. Die Befestigungselemente bestehen aus einem Schraubenbolzen 211 mit Gewinde 212 und einem Schraubenkopf 213,an dem exzentrisch zur Bolzenachse ein Stift 214 befestigt ist. Mit 215 ist eine Mutter bezeichnet. Der Stift 214 greift in einen Einschnitt ein, der auf der Rückseite der Seitenplatte 22 ausgebildet ist (Fig* 19). Wegen der Exzentrizität des Stiftes 214 relativ zur Bolzenachse ergibt eine Verdrehung des Schraubenbolzens 211, daß der Stift 214 und damit die Seitenplatte 72 des feststehenden Spiralelementes über einen kleinen Winkel verschoben wird, so daß man für das feststehende Spiralelement die optimale Stellung einstellen kann. Andererseits kann das Befestigungselement auch ein einfacher Bolzen mit konstantem Durchmesser sein, der sich von innerhalb der vorderen Abdeckung 126 in den Einschnitt 216 erstreckt, wobei in diesem Falle die Winkelstellung des feststehenden Spiralelementes nicht einstellbar ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 17 werden die Spiralelemente durch ein in der Seitenplatte 72 des feststehenden Spiralelementes zirkulierendes Kühlmittel gekühlt, wie die Fig. 19 zeigt, die eine Ansicht der Außenfläche 217 dieser Seitenplatte 72 zeigt. In der Seitenplatte 72 sind mehrere miteinander in Verbindung stehende Kanäle 218 gebohrt, die ein Leitungsnetz bilden, dasüber geeignete Anschlüsse 219 und 220 an nicht dargestellte Leitungen angeschlossen ist, durch welche ein Kühlmittel eingeleitet und wieder abgezogen werden kann.

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Bei der dargestellten Ausführungsform wird zur Schmierung der Stirnflächen 89 der Bogenelemente des feststehenden Spiralelements ein Schmiermittel verwendet. Wie aus den Teilansichten in den Fig. 20 und 21 hervorgeht, weist die zur Anlage kommende, spiralenförmige Stirnfläche 89 der durchgehenden Bogenelemente 73 und 74 eine Ölnut 221 auf. Das Schmiermittel wird dem äußersten Abschnitt der Nut über eine Leitung 222 zugeführt, die an einer Öffnung 223 angeschlossen ist, welche in das verbreiterte Bogenelement 74 gebohrt ist und sich bis zu der Nut 221 erstreckt. Das Schmiermittel wird durch die Nut 221 gedrückt, die sich über das gesamte Bogenelement erstreckt, wobei eventuell überschüssiges Schmiermittel durch Schwerkraftwirkung zum Boden des Gehäuses abfließt, wo es durch eine Öffnung 224 abgezogen werden kann (Fig. 17). Die Schmierung der zur Anlage kommenden Stirnflächen der Bogenelemente ist insbesondere in den Fällen nicht erforderlich, in denen die entsprechenden Flächen an den Bogenelementen und der Seitenplatte aus einem selbstschmierenden Material bestehen oder nicht einem unzulässig hohen Verschleiß unterliegen, oder auch dann, wenn die Dauer und die Art der Betriebsweise es entweder nicht erfordert oder die Einleitung eines Schmiermittels in die Vorrichtung sogar verbietet.

Es muß verhindert werden, daß sich das auf einer Bahn bewegende Spiralelement aus der Winkelstellung bezüglich des feststehenden Spiralelements und des Gehäuses bewegt, und es muß auf seiner Bahn so angetrieben werden, daß der gesamten Zentrifugalkraft oder einem Teil von dieser, die während der Bewegung auf ' der Bahn auftritt, entgegengewirkt wird, wobei für die erfor- \ derliehen radialen Dichtkräfte gesorgt wird. -

Die Aufrechterhaltung der Winkelstellung zwischen dem beweglichen Spiralelement und dem feststehenden sowie dem Gehäuse wird durch ein Kupplungselement 225 erreicht. Wie die Fig. 24 bis 26 zeigen* besteht dieses Kupplungselement aus einem Ring 226 mit einem H-förmigen Querschnitt. Die Vorderseite 227 liegt dem beweglichen Spiralelement gegenüber, während die Rückseite 228 der Innenwand 229 des Gehäuseteils 230 zugekehrt ist (Fig. 17). Die Vorder-

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seite 227 weist zwei einander gegenüberliegende Keilnuten 231
und 232 (Fig. 24) auf. Die Rückseite 228 ist gleichfalls mit
zwei einander gegenüberliegenden Keilnuten 233 und 234 versehen. Die Achsen der Keilnuten auf der Vorder- und Rückseite
liegen in einem rechten Winkel zueinander. Die verschiebbar : in diese Keilnuten eingreifenden Keile sind an dem sich auf
einer Bahn bewegenden Spiralelement und an dem Gehäuseteil 230
befestigt. Wie die Fig. 17 und 23 zeigen, sind die Keile 235
und 101 beispielsweise mittels Senkschrauben 102 in flachen
Ausnehmungen 103 und 104 befestigt, die auf der Außenseite

105 der Seitenplatte des beweglichen Spiralelementes ausgebildet sind. Diese Keile gleiten in den Keilnuten 231 und 234

des Kupplungselementes. Fig. 27, die eine Ansicht der Innenseite= 229 des Gehäuseteils 230 zeigt, gibt die Anordnung der Keile

106 und 107 wieder, die durch Senkschrauben 108 (Fig. 28) in
Ausnehmungen 109 und 110 auf der Fläche 229 befestigt sind.
Diese Keile 106 und 107 gleiten in den Keilnuten 233 und 234. \

Soweit eine Gleitreibung zwischen den Vorder- und Rückseiten _; des Kupplungselementes und den Oberflächen der Seitenfläche
des beweglichen Spiralelementes sowie des Gehäuseteils vorhanden ist, kann es zweckmäßig sein, diese Oberflächen zu schmieren.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 17 wird dies durch Einleiten , von Öl durch einander gegenüberliegende Bohrungen 115 und 116

(Fig. 27) im Gehäuseteil 230 erreicht, die mit bogenförmigen '

Nuten 117 und 118 auf der Oberfläche 229 des Gehäuseteils in ' Verbindung stehen. Das durch diese bogenförmigen Nuten fließende!

Öl gelangt in eine Schmiernut 119 auf der Rückseite 228 des [

Kupplungselementes, worauf es über kurze bogenförmige Nuten j

121 und 122 durch Bohrungen 123 und 124 (Fig. 24 und 26) durch |

das Kupplungselement in eine Schmiernut 120 auf dessen Vorder- |

seite 227 gelangt. Gegebenenfalls überschüssiges Öl fließt !

vom Kupplungselement nach unten durch die Abzugsöffnung 224. !

• ι Bei manchen Vorrichtungen kann es nicht zweckmäßig sein, ein J Schmiermittel zu verwenden oder die Verluste zu tolerieren, ' die sich durch Reibung zwischen dem Kupplungselement und den j

daran anliegenden Oberflächen ergeben, wie es.bei der Aus-

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führungsform nach Fig. 17 der Fall ist. Es ist möglich, auf _; ein Schmiermittel zu verzichten und gleichzeitig die Reibungsverluste wesentlich zu verringern, indem man ein Kupplungselement mit Wälzkörpern verwendet, wie es in den Fig. 29 und 30 dargestellt ist. Das Kupplungselement 236 ist ein Ring mit im wesentlichen dem gleichen Querschnitt wie das Kupplungselement . 225 nach den Fig. 24 und 25 und er weist Keilnuten 231 Ms 234 auf, wie es oben angegeben wurde. Er wird jedoch durch drei Sätze von Rollen 237, 238 und 239 gelagert, wobei jeder Satz mehrere Wälzkörper bzw. Rollen 240 aufweist, die an der Vorderseite 241 des Kupplungselementes und der Fläche 105 des beweglichen Spiralelementes anliegen, sowie mehrere Rollen 242, die auf der Rückseite 243 des Kupplungselementes und auf der Fläche 229 des GehäuseteiLs 230 anliegen. Die walzenförmigen Rollen 240 . und 241 sind im rechten Winkel zueinander ausgerichtet und ihre Achsen verlaufen senkrecht zur Achse der Keilnut auf der Fläche, auf der sie anliegen. Damit kann jede Rolle sich mit dem Kupplungselement bewegen, während sich dieses in den Pfeilrichtungen verschiebt (Fig. 29).

Während die Ausführungsformen der in Fig. 24 bis 30 dargestellten Kupplungselemente Keilnuten im Kupplungselement und verschiebbar eingreifende Keile am beweglichen Spiralelement und am Gehäuseteil zeigen, ist es ebenso möglich, diese Anordnung umzukehren und die Keile am Kupplungselement zu befestigen, um die Keilnuten im beweglichen Spiralelement und im Gehäuseteil vorzusehen.

In den Fig. 17 und 31 bis 35 sind verschiedene Ausführungsformen: eines geeigneten Mechanismus für den Antrieb des sich auf einer j Bahn bewegenden Spiralelementes mit der erforderlichen radialen ; Nachgiebigkeit dargestellt, durch welche die vorbestimmte radiale Dichtkraft erzielt wird. Diese in radialer Richtung nachgiebige j Einrichtung kann verschiedene Formen haben. Außerdem ist es mög-| lieh, zwischen verschiedenen Arbeitsweisen zu wählen, d. h. ί Ausgleich eines Teils der Zentrifugalkraft und Verwendung des \ Teils, der nicht ausgeglichen ist, also radiale Dichtkraft, j oder Ausgleich im wesentlichen der gesamten Zentrifugalkraft und Anordnung einer Einrichtung in der mechanischen nachgiebigen: ■ - - - 43^J -

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Verbindung zur Erzielung einer radial nach außen gerichteten Kraft, die allein als radiale Dichtkraft dienen kann.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 17,31 und 32 ist die

in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungsein- ι

richtung eine Schwinge, während sie nach den Fig. 33 bis 35 i

als Gleitstück ausgebildet ist. Bei diesen beiden Ausführungs- ;

formen können Druckfedern verwendet werden, die der gesamten j Zentrifugalkraft oder einem Teil von dieser entgegenwirken, oder es können anstelle von Federn oder zusätzlich zu den Federn Gegengewichte verwendet werden.

Damit man eine radiale Nachgiebigkeit erhält, muß das sich auf einer Bahn bewegende Spiralelement sich nach innen oder außen relativ zur Vorrichtungsachse in Abhängigkeit von dem allmählichen Verschleiß der Bogenelemente an den Spiralelementen oder zum Ausgleich nicht kompressibler Objekte bewegen können, wie etwa Flüssigkeitsansammlungen, Verschleißrückstände oder zufällig eingedrungene Schmutzpartikel. Diese radiale'Nachgiebigkeit erlaubt auch die Verwendung weniger genau gestalteter Spiralelemente dadurch, daß das sich auf einer Bahn bewegende j Spiralelement innerhalb des fest angeordneten Spiralelements sich bewegen kann und es seinen Bahnverlauf erforderlichenfalls : zur Anpassung der geometrischen Ausgestaltung der Bogenelemente ' der beiden Spiralelemente einstellen kann. Bei den Ausführungs- j formen nach den Fig. 17, 31 und 32 ist ein Kugellager auf einer axialen Antriebswelle des sich auf einer Bahn bewegenden Spiral-j elementes angeordnet, wobei der Außenumfang dieses Kugellagers j an einen Kurbelmechanismus mit einer Schwinge angeschlossen ist.: Die Achse der Schwinge in Fig. 31 liegt normalerweise senkrecht zu dem Exzentrizitätsradius des sich auf einer Bahn bewegenden Spiralelementes. Während der Drehbewegung der antreibenden Kurbel schwingt das sich bewegende Spiralelement unter der Wirkung der an seinem Schwerpunkt angreifenden Zentrifugalkraft radial nach außen. Das sich auf der Bahn bewegende Spiralelement| ist aufgrund der Anlage am Bogenelement des feststehenden ' Spiralelementes an einen gegebenen geometrischen Bahnverlauf

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gebunden. Die radiale Anlagekraft zwischen dem sich bewegenden ■ und dem feststehenden Spiralelement wird durch mechanische Federn oder äquivalente Vorrichtungen eingestellt, damit ein i vorbestimmter Teil der an dem sich bewegenden Spiralelement : angreifenden Zentrifugalkraft ausgeglichen wird. ;

In den Fig. 17 und 31 wird das sich auf einer Bahn bewegende Spiralelement durch die Hauptantriebswelle 244 angetrieben, die in der hinteren Abdeckplatte in einem Lager 245 angeordnet ist. An dieser Antriebswelle 244 ist eine Kurbel 246 befestigt, an der eine Verbindungsstange 248 über einen Bolzen 249 angelenkt ist. Diese Verbindungsstange ist an dem sich bewegenden Spiralelement über eine Stummelwelle 250 mittels eines Sprengringes 256 und eines Kugellagers 251 mit einem inneren Lauf-. ring 252 und einem äußeren Laufring 253 befestigt, wobei der letztere an dem Ring 254 der Verbindungsstange befestigt ist. Die Achse der Welle 250 ist in Fig. 31 mit 255 bezeichnet. Die Achse der Hauptwelle und der Vorrichtung ist die gleiche wie die des feststehenden Spiralelementes und sie ist deshalb mit 79 bezeichnet. Der Abstand zwischen der Achse 255 des sich bewegenden Spiralelementes und der Vorrichtungsachse 79 ist der Bahnradius R_OI>.

Da die Vorrichtung zweckmäßigerweise als Kompressor beschrieben wird, ist in der Darstellung die Hauptwelle 244 an einen Motor 257 angeschlossen. Wie oben angegeben, ist es jedoch auch möglich, die Vorrichtung als Expansionsmaschine zu verwenden, wobei in diesem Falle dann die Einrichtung 257 als geeigneter Verbraucher, z. B. als Kompressor oder als Bremse im Falle einer kälteerzeugenden Expansionsmaschine, zu betrachten ist.

Die Schwinge, die aus der Verbindungsstange, dem Kugellager und dem Bolzen besteht, ist mit der Kurbel über eine oder mehrere Druckfedern verbunden, wie die Fig. 31 zeigt. An der Verbindungsstange 248 ist ein T-Bolzen 153 befestigt, der sich durch die Wand der Kurbel 247 erstreckt, die auf ihrer Außenseite flache Ansenkungen 154 zur Aufnahme konzentrischer

Federn 161 und 162 aufweist, die durch einen Federteller 163

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in zusammengedrücktem Zustand gehalten werden, der an dem ·. T-Bolzen 153 mittels einer Mutter 164 einstellbar befestigt
ist. Durch Verdrehen dieser Mutter 164 werden die Federn 161 ■ und 162 auf eine bestimmte Kraft vorgespannt. Die Anzahl der i Federn und der Grad der Vorspannung kann so gewählt werden, ; daß ein vorbestimmter Teil der an dem sich bewegenden Spiral- ; element angreifenden Zentrifugalkraft ausgeglichen wird, während es die exzentrische Bahn ganz durchläuft. Die Federn ziehen ■ damit an der Schwinge in der entgegengesetzten Richtung und ■ üben somit an dem sich bewegenden Spiralelement eine zentri- . petale Kraft aus, wobei die Differenz zwischen den Zentrifugal- ; und Zentripetalkräften im wesentlichen gleich der radialen
Dichtkraft ist. Dies wiederum bedeutet, daß die radiale Dicht- j kraft dadurch eingestellt werden kann, daß der Grad der Vorspannung der Federn eingestellt wird. ^j

Während des Anlaufens und Abschaltens (wie auch in Betriebszu- i ständen, in denen das Spiralelement sich nicht längs seiner ; Bahn bewegt) drücken die Federn die Schwinge nach innen, d. h. j in Richtung auf die Innenfläche 165 der Kurbel, so daß der -\ in Fig. 31 dargestellte kleine Spalt 166 nicht vorhanden ist. ; Dies bedeutet, daß der Exzentrizitätsradius des sich bewegen- ; den Spiralelementes etwas kleiner ist als der normale Bahnradius; während des Betriebs. Wenn die Drehzahl der Vorrichtung ansteigt', so erhöht sich die Zentrifugalkraft an dem sich bewegenden j Spiralelement und erreicht einen Punkt, an dem sie der Halte- i kraft der Federn entspricht und gegebenenfalls erreicht sie
einen größeren Wert als die Federkraft. Auf diese Weise ist
zunächst beim Anlaufen und während des letzten Abschnitts des
Abschaltens der Vorrichtung keine Berührung der Bogenelemente
an den Spiralelementen vorhanden. Dies wiederum bedeutet,
daß der die Welle 244 antreibende Motor 257 nicht unter Last
anlaufen muß, sondern die Last erst aufnimmt, während die
Drehzahl ansteigt. Die gleiche vorteilhafte Bedingung ergibt
sich auch während des Abschaltens₀

Bei der beschriebenen Ausführungsform liegt die Achse der Schwinge

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senkrecht zum Exzentrizitätsradius des eine Bahn beschreibenden: Spiralelementes. Dies hat den Vorteil, daß sich die radiale Dichtkraft nicht ändert, wenn sich die Ein- und Auslaßbe-

dingungen der Vorrichtung ändern. :

Es sind Abwandlungen des Aufbaus der in Fig. 31 dargestellten Schwingenanordnungen möglich. Ein Beispiel einer solchen Ab- ; Wandlung ist die Verwendung eines Gegengewichts an der Schwinge, die an dieser eine Kraft ausübt, die gleich und entgegengesetzt ' der durch das sich bewegende Spiralelement ausgeübten Zentrifugalkraft ist. Ein solches Gegengewicht kann an dem Federteller 163 befestigt werden, oder es kann der Federteller selbst so i gestaltet werden, daß er als Gegengewicht wirkt. Wenn ein > Gegengewicht verwendet wird, um die gesamte Zentrifugalkraft , auszugleichen, dienen die Federn, z. B. die Federn 161 und 162 ' oder eine einzelne Feder dazu, die radiale Dichtkraft zu erzeugen. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht wiederum eine genaue ; Steuerung der radialen Dichtkraft. Außerdem ermöglicht die ί Kombination von Federn und Gegengewicht, die radiale Dichtkraft ' unabhängig von Druckänderungen am Ein- und Auslaß der Maschine ,j sowie unabhängig von Änderungen der Betriebsdrehzahl zu machen. |

Zwei weitere Abwandlungen der Schwinge sind in Fig. 32 wieder- i gegeben. Im einen Fall sind die Federn durch ein Gegengewicht i 167 ersetzt, das am einen Ring 254 der Verbindungsstange 248 j befestigt ist oder mit diesem aus einem Stück besteht und sich i aus einer öffnung 168 in der Kurbel 247 herauserstreckt. Hierbei! ist das Gegengewicht 167 so ausgelegt, daß ein Teil der an dem j sich bewegenden Spiralelement angreifenden Zentrifugalkraft ausgeglichen wird, während der verbleibende Anteil als radiale Dichtkraft vorbestimmter Größe verwendet wird. Das Gegengewicht 167 dient somit zu dem gleichen Zweck wie die Federn 161 und 162.

Die zweite in Fig. 32 dargestellte Abwandlung, die in gleicher Weise an der in Fig. 31 wiedergegebenen Schwinge angewendet werden kann, besteht darin, daß die Achse der Schwinge so angeordnet wird,.._ daß sie_ mit dem Exzentrizitätsradius des sich auf-

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einer Bahn bewegenden Spiralelementes einen Winkel von weniger als 90° bildet. Dies ergibt sich durch eine Verschiebung der Anlenkachse 249 der Schwinge relativ zu den Achsen 79 und 255. Die Verkleinerung dieses Winkels hat den Vorteil, daß die Größe des Gegengewichts oder die Feder verkleinert werden kann, die zum Ausgleich der an dem beweglichen Spiralelement angreifenden Zentrifugalkraft erforderlich ist. Dies bedeutet aber, daß die sich ergebende radiale Dichtkraft etwas von den Druckänderungen am Einlaß und Auslaß der Maschine abhängig ist.

Es ist ferner möglich, die mechanische, nachgiebige Verbindungs-

einrichtung zwischen der Antriebswelle und dem eine Bahn beschreibendeiSpiralelement durch einen Mechanismus mit Gleitstück anstelle der in den Fig. 17, 31 und 32 dargestellten Schwinge auszubilden, wie es beispielsweise in den Fig. 33 bis 35 dargestellt ist, in denen die gleichen Bezugszeichen für gleiche Elemente wie in den Fig. 17, 31 und 32 verwendet sind. Auf der Querschnitts-, der Stirn- und Seitenansicht der Fig. 33 bis 35 geht hervor, daß die Kurbel 180 eine ebene Anlagefläche 181 aufweist, an der gleitend eine Fläche 182 eines Gleitstückes 183 anliegt, das in einer in der Kurbel 180 ausgebildeten Mut verschiebbar ist (Fig. 35). Dieses Gleitstück 183 ist an einer mit einem Flansch versehenen Stummelwelle 184 oder dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement 81 über eine Lageranordnung befestigt, die einen inneren Laufring 192, einen äusseren Laufring 193 und Kugeln 194 umfaßt, wobei dieses Kugellager in einer Halterung 195 eingesetzt ist, die auf der Rückseite 196 des Gleitstückes 183 angeordnet ist. Die Kurbel 180 ist mit dem Gleitstück 183 vorzugsweise über eine Druckfeder 186 (Fig. 33) verbunden, die an der Innenwand 187 einer Kammer 188 in dem Gleitstück und an einem Halter 189 befestigt ist, der als Vorsprung an der Kurbel 180 ausgebildet ist und sich in die Kammer 188 erstreckt. Diese Feder 186 spielt die gleiche Rolle wie die Federn 161 und 162 der Ausführungsform nach Fig. 31, d. h. sie gleicht einen Teil der Zentrifugalkraft aus, die an dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement angreift. Wie bei der Schwingenanordnung ist es auch hier möglich, anstelle der Feder oder zusätzlich zu der Feder in der gleichen .....

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Weise wie oben angegeben ein Gegengewicht zu verwenden. Ein solches Gegengewicht 190 ist in Fig. 34 dargestellt, wobei es an dem Gleitstück 183 befestigt ist. Die Verbindung des Gleitstückes nach den Fig. 33 bis 35 wird vorzugsweise mit dem Kupplungselement nach den Fig. 17 und 24 verwendetj d. h. ! daß das Kupplungselement unter Gleitreibung an dem Gehäuse- ; teil und dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement anliegt. Der Vorteil dieser Verbindung mittels eines Gleitstückes ist, ; daß es die axiale Haltekraft aufnehmen kann, die an dem eine Bahn beschreibenen Spiralelement angreift, so daß das Kupplungselement in der axialen Richtung entlastet wird und deshalb ' weniger Leistung verbraucht. I

Wie die Fig. 17 und 36 zeigen, weist auch der Antriebsmechanis- i mus einander gegenüberliegende Gegengewichte auf, die aus einem ; ersten Gegengewicht 170, das mittels Schrauben 171 an einer j Schulter 172 der Kurbel 246 befestigt ist, und einem zweiten j Gegengewicht 173 bestehen, das mittels Schrauben 174 an einem Flanschansatz 175 der Kurbel 246 befestigt ist. Die Gegenge- , wichte sind hinsichtlich der Größe so gestaltet und auf der i Kurbel so angeordnet, daß beim Laufen der Maschine Vibrationen ausgeschaltet werden. Das größere Gegengewicht 170 ist so angeordnet, daß eine Zentrifugalkraft in der gleichen Richtung wie die Zentripetalkraft der Federn 161 und 162 (Fig. 31) ausgeübt wird.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im einzelnen oben anhand der verschiedenen Bauelemente erläutert worden. Es kann deshalb die Gesamtarbeitsweise der Vorrichtung kurz zusammengefaßt werden, insbesondere unter Berücksichtigung der Arbeitsweise als Kompressor oder als Expansionsmaschine. Im Falle eines Kompressors wird das Niederdruckfluid, z. B. Luft aus der umgebenden Atmosphäre, durch eine oder mehrere Öffnungen 114 angesaugt und als Druckluft über die Hochdruckleitung 77 abgegeben (Fig. 17). Während das Spiralelement 81 sich längs seiner Bahn bewegt, wird es durch das Kupplungselement 225, das zwischen diesem und dem Gehäuseteil 230 angeordnet ist, gegen das feststehende Spiralelement_71 entgegen]

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der Kraft des wellenförmigen Federringes 207 und des Fluiddrucks in der abgedichteten Fluidkammer 208 gedrückt, so daß man eine axiale Abdichtung zwischen den Stirnflächen der Bogenelemente und den Seitenplatten der Spiralelemente erhält, die aneinander anliegen. Die radiale Abdichtung durch Andrücken der Bogenelemente zur Ausbildung sich fortbewegender Berührungslinien wird bis zu dem erwünschten Ausmaß durch den Anteil der Zentrifugalkraft gesteuert, der durch eine zentripetale Kraft ausgeglichen wird, die sich durch die in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung ergibt.

Wenn die Vorrichtung als Expansionsmaschine arbeitet, um mechanische Energie und/oder Kälte abzugeben, wird das zu expandierende Gase durch die Hochdrucköffnung 77 eingeleitet und . über eine oder mehrere Niederdrucköffnungen in ein Niederdruckreservoir abgezogen. Die Ausbildung der axialen und radialen Abdichtung erfolgt in der gleichen Weise wie bei der Arbeits- ^: weise der Vorrichtung als Kompressor.

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Claims (43)

1. Patentansprüche

   Ί,Ι Vorrichtung zum Fördern bzw. Behandeln eines Fluids, mit einem Einlaß und einem Auslaß für ein Fluid und zwei Spiralelementen mit Bogenelementen, welche zur Ausbildung und Abdichtung wenigstens einer sich fortbewegenden Tasche mit variablem Volumen und von Bereichen unterschiedlichen Fluiddrucks sich fortbewegende Berührungslinien bilden, wobei ein Spiralelement so antreibbar ist, daß es sich relativ zum anderen auf einer Bahn bewegt, während ein festes Winkelverhältnis zu diesem aufrechterhalten wird, gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung (35, 56) mit einer Einrichtung (45, 38) zur Ausbildung einer zentripetalen Radialkraft, die einem Teil der Zentrifugalkraft entgegengerichtet ist, die auf das eine Bahn beschreibende Spiralelement (30) wirkt, wobei die radiale Dichtkraft zwischen den Spiralelementen auf einem Wert gehalten wird, der Verschleiß und innere Leckage auf einem Minimum hält.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dieser Antriebseinrichtung (35, 56) getrennte und verschiedene Kupplungseinrichtung (144) vorgesehen ist und daß die radialen Beschränkungen der Bewegungsfreiheit innerhalb der Vorrichtung auf diese sich bewegenden Berührungslinien (A, B, C, D) zwischen den Bogenelementen (10, 12) begrenzt sind und durch diese Einrichtung zur Erzeugung der zentripetalen Radialkraft gesteuert werden.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur axialen Abdichtung eine Einrichtung (55) zum Abziehen eines Teils des Fluids aus dem Bereich höchsten Drucks (33) aufweist sowie einen abgedichteten Raum (54) zur Aufnahme des aus dem Bereich höchsten Drucks abgezogenen Fluids, der

   axiale Dichtkräfte erzeugt, die im wesentlichen proportional diesem,höchsten Druck sind.
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ergänzung der axialen Dichtkraft des Fluids in dem abgedichteten Raum (54) eine vorgespannte Feder (53) vorgesehen ist.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem einen Spiralelement (30) zugeordnete Einrichtung zur Erzeugung einer Bahnbewegung dieses Spiralelementes eine zylindrische Treibfläche (38) mit einem : Bahnradius R_or aufweist und die Spiralelementantrlebseinrichtung (35) mit einer zylindrischen Antriebsfläche (45) versehen ist, durch welche dieses Spiralelement (30) über ^: eine Berührungslinie mit dieser zylindrischen Treibfläche (38) eine Bahnbewegung ausführt, wobei die zylindrische Antriebsfläche (45) einen Bahnradius R_Qd aufweist, der kleiner ist als R_or, wodurch bei der Bahnbewegung der Spiralelementantriebseinrichtung (35) zur Erzielung einer auf dieses Spiralelement (30) wirkenden Antriebskraft diese Zentripetalkraft hervorgerufen wird, die einem Teil der am Spiralelement angreifenden Zentrifugalkraft entgegenwirkt, wobei die Differenz zwischen der Zentripetal- und Zentrifugalkraft die einzige Anlagekraft zwischen den Spiralelementen (25, 30) bildet und die Einrichtung zur Erzeugung einer Bahnbewegung mit der Spiralelementantriebseinrichtung verbunden ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die zylindrische Treibfläche (38) bildende Einrichtung ein Gehäuse (38) mit einem Innendurchmesser D_ aufweist und die zylindrische Antriebsfläche (45) als Kolben gestaltet ist, dessen Außendurchmesser D-, kleiner ist als D .

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7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die zylindrische Treibfläche bildende Einrichtung eine Welle mit einem Außendurchmesser D aufweist und die zylindrische Antriebsfläche als zylindrisches Gehäuse gestaltet ist, dessen Innendurchmesser D_d größer ist als D₃.
8. 3. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Spiralelement (25) stationär angeordnet ist.
9. 9. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralelemente (25, 30) auf getrennten parallelen Achsen verdrehbar sind, wobei der Abstand zwischen diesen Achsen wenigstens so groß wie der Bahnr^dius des einen Spiralelements (30) ist.
10. 10. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenelemente (10, 12; 60, 61, 66, 67) als Evolventenspiralen oder als Kreisbögen ausgebildet sind.
11. 11. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenelemente auf jedem Spiralelement (25, 30) zwei beabstandete Evolventenspiralen sind, von denen eine kurz vor der Mitte des Spiralelementes endigt und die andere zur Einstellung des Volumens der Zone höchsten Drucks an ihrem innenliegenden Ende in einem verbreiterten Abschnitt ausläuft (Fig. I3).
12. 12.· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bogenelement am innenliegenden Ende in einem verbreiterten Abschnitt ausläuft.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die verbreiterten Abschnitte der Bogenelemente in der Mitte einen rechteckigen Raum bilden und die Kupplungseinrichtung innerhalb dieses rechteckigen Raumes angeordnet ist (Fig.8).

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14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, ι daß das Bogenelement des einen Spiralelementes am Innen-!

    ende in einem verbreiterten Abschnitt ausläuft und das j Bogenelement des anderen Spiralelementes eine Evolven- j tenspirale ist, wobei der verbreiterte Abschnitt einen Durchlaß aufweist, der eine der Zone höchsten Drucks zugeordnete Öffnung und einen Durchlaß intermittierend freigibt, an dem eine Leitung anschließbar ist (Fig.13).
15. 15. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung einen die Bogenelemente umgebenden Ring (274) mit vier in gleichen Abständen angeordneten Einschnitten aufweist, in denen radiale Ansätze verschiebbar sind, die an den Bogenelementen ausgebildet sind.
16. 16. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von (D_g - D_d)/ D₃ zwischen etwa 0_r001 und 0,2 liegt.
17. 17. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch j gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die der Spiralele- j mentantriebseinrichtung'eine Bahnbewegung erteilt, eine j von einem Motor verdrehbare Hauptantriebswelle aufweist,! die sich um eine erste Achse dreht, sowie eine exzentrische Welle, die um eine zweite Achse verdrehbar ist, welche zur ersten Achse parallel liegt und von dieser einen Abstand hat, der nicht größer ist als der Bahnradius des einen Spiralelementes (30), wobei diese exzentrische Welle durch den Motor antreibbar ist.
18. 18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspruches, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenplatte des stationär angeordneten Spiralelementes längs des Umfangs eine Gehäusewand aufweist, die eine Ringfläche bildet, die mit der Seitenplatte des gegenüberliegenden Spiralelements eine Fluiddichtung ergibt, wobei die |

    Spiralelement.e_.ein_.Gehäuse .bilden* J

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19. 19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden 5

    Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein getrenntes Ge- ■ hause vorgesehen ist, das um die Spiralelemente ein Fluid- ι volumen bildet, wobei die der Zone niedrigsten Drucks züge- I ordnete öffnung oder öffnungen so angeordnet sind, daß !

    sie von den äußeren Abschnitten der Bogenelemente einen : Abstand haben.
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 13 und weiteren der vorherstehen- ί

    den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs- ^; einrichtung insgesamt eine quadratische Form hat und so ge- : staltet ist, daß sie Durchlässe zur Verbindung mit einer j Leitung und öffnungen herstellt, die der Zone höchsten Drucks zugeordnet sind.
21. 21. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch i

    gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Spiral- . elemente (304, 305) jeweils mit einer Welle versehen sind, ; wobei die Einlaßleitung in der einen Welle und die Auslaß- ! leitung in der anderen Welle ausgebildet ist (Fig. 15). ;
22. 22. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch j gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebseinrichtung und dem! eine Bahn beschreibenden Spiralelement (30) eine in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung
    (153, 248; 243) angeordnet ist, die diese Einrichtung zur
    Erzeugung einer zentripetalen Radialkraft vorbestimmter
    Größe aufweist.
23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß
    die in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, die eine
    zentripetale Radialkraft ergibt, die kleiner ist als die
    Zentrifugalkraft, wobei die Differenz dieser Kräfte die
    radiale Dichtkraft ergibt.

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24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung verschwenkbar ausgebildet ist (Fig. 31).
25. 25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,

    daß die in radialer Richtung nachgiebige mechanische j Verbindungseinrichtung eine GleitstUckanordnung aufweist I (Fig. 33). j
26. 26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 und 25, dadurch ge- j kennzeichnet, daß diese verschwenkbare Einrichtung [ (248, 153) bzw. diese Gleitstückanordnung (244) Druck- | federn (161, 162; 186) zur Erzeugung der Zentripetalkraft aufweist. j
27. 27. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung so ausgebildet ist, daß eine Zentripetalkraft erzeugt wird, die im wesentlichen gleich der Zentrifugalkraft ist, wobei eine Einrichtung zur Ausbildung einer getrennten einstellbaren radialen Dichtkraft vorgesehen ist.
28. 28. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung einer getrennten einstellbaren radialen Dichtkraft ein Gegengewicht (167, 190) in Verbindung mit der mit einer Druckfeder versehenen verschwenkbaren Einrichtung (248, 153) bzw. der mit einer Druckfeder versehenen Gleitstückanordnung (244) vorgesehen ist.
29. 29. Vorrichtung nach den.Ansprüchen 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zentrifugalkraft ausgleichende Einrichtung weniger als die gesamte Zentrifugalkraft ausgleicht und der nicht ausgeglichene Teil der Zentrifugalkraft die radiale Dichtkraft zwischen den Bogenelementen bildet.

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30. 30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zentrifugalkraft ausgleichende Einrichtung als Druckfeder oder als Gegengewicht ausgebildet ist.
31. 31. Vorrichtung nach den Ansprüchen 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zentrifugalkraft ausgleichende Einrichtung im wesentlichen die gesamte Zentrifugalkraft aufhebt und eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine getrennte steuerbare radiale Dichtkraft erzeugt.
32. 32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß beide Einrichtungen als Druckfedern ausgebildet sind oder die erstere ein Gegengewicht und die Einrichtung zur Erzeugung einer radialen Dichtkraft eine Druckfeder ist.
33. 33. Vorrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der verschwenkbaren Einrichtung senkrecht zum Exzentrizitätsradius des eine Bahn beschreibenden Spiralelementes liegt oder mit diesem einen Winkel bildet, der kleiner als 90° ist.
34. 34. Vorrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die axiale Abdichtung in Kombination eine Einrichtung zur Aufbringung einer mechanischen und einer Fluidkraft aufweist, die eine erste axiale Kraft ergibt, die auf das feststehende Spiralelement wirkt, sowie die Kupplungseinrichtung, die zwischen dem sich auf einer Bahn bewegenden Spiralelement und einem Gehäuseteil angeordnet ist und dieser ersten Axialkraft mit einer zweiten Axialkraft entgegenwirkt.
35. 35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die eine mechanische Kraft aufbringende Einrichtung eine wellenförmige Federscheibe ist.

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36. 36. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Fluidkraft aufbringende Einrichtung eine Fluidkammer aufweist, von der ein Fluiddruck auf die Seitenplatte des feststehenden Spiralelementes ausgeübt wird, sowie eine Einrichtung zur Einleitung von Hochdruckfluid in diese Fluidkammer,aus einer äußeren Quelle oder aus dem Bereich höchsten Drucks in der Vorrichtung.
37. 37. Vorrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung einen Ring zwischen der Seitenplatte des eine Bahn beschreibenden Spiralelementes und einem Gehäuseteil aufweist, der einander gegenüberliegend angeordnete Keilnuten auf jeder Fläche aufweist, in denen Keile gleiten, die auf der Seitenplatte des sich bewegenden Spiralelementes und dem Gehäuseteil angebracht sind.
38. 38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite des Kupplungsringes Schmiermittelnuten ausgebildet sind, die miteinander in Verbindung stehen.
39. 39. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung Wälzkörper aufweist, die so angeordnet sind, daß die Achsen der Wälzkörper, ! die auf einer Seite des Kupplungsringes anliegen, senkrecht zu der Achse der Keilnuten auf dieser Fläche j sind.
40. 40. Vorrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kurbel (246) zur Verbindung der Hauptantriebswelle mit der in radialer Richtung nachgiebigen mechanischen Verbindungseinrichtung vorgesehen ist.
41. 41. Vorrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung oder Ausschaltung

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    von Vibrationen Gegengewichte an der Kurbel angebracht sind.
42. 42.Vorrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die anliegenden Stirnflächen der Bogenelemente des feststehenden Spiralelementes Schmiermittelnuten aufweisen.
43. 43.Vorrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Befestigungseinrichtung (211) zum Befestigen des feststehenden Spiralelementes am Gehäuse vorgesehen ist, die zur Einstellung der Winkelausrichtung des Spiralelementes innerhalb des Gehäuses verstellbar ist.

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