DE2612344A1

DE2612344A1 - Dichtung fuer eine verdraengermaschine

Info

Publication number: DE2612344A1
Application number: DE19762612344
Authority: DE
Inventors: John Engstrom Mccullough; Robert Wallace Shaffer
Original assignee: Arthur D Little Inc
Current assignee: Arthur D Little Inc
Priority date: 1975-03-24
Filing date: 1976-03-23
Publication date: 1976-10-07
Also published as: DE2612344C2; JPS51117304A; SE7602294L; FR2305587A1; GB1507254A; JPS6276201U; JPH0143514Y2; AU1155876A; IT1062183B; JPS5936081B2; US3994636A; FR2305587B1; CA1051843A

Description

MÜLLER-BORE · GROENING · DEUITEL - SCHÖN · HiSRTEL

P A. T K N T Λ. N W Λ L T K

DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALT VON 1927-1975) HANS W. GROENlNG. DIPL.-ING. DR. PAUL DEUFEL, DIPL.-CH EM. DR. ALFRED SCHÖN. D1PL.-CHEM. WERNER HERTEL, DIPL.-PHYS.

L 1131

Arthur D. Little, Inc.

Acorn Park
Cambridge, Massachusetts, USA

Dichtung für eine Verdrängermaschine

Die Erfindung betrifft allgemein eine Spiral-Elementen-Vorrichtung und "bezieht sich insbesondere auf eine solche Spiral-Elementen-Vorrichtung, welche eine axiale !"eder/Dichtungs-Einrichtung aufweist, die auch für eine radiale Abdichtung sorgt, wobei die Probleme bei der Konstruktion einer Spiral-Elementen-Vorrichtung stark vermindert werden und ein ausgedehnter Betrieb gefördert wird.

Es sind im Stand der Technik eine Klasse von Einrichtungen bekannt, die als Spiralpumpen zu bezeichnen sind, wobei solche Einrichtungen jedoch auch als Kompressor und als andere Arten von Maschinen arbeiten können, wobei zwei

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ineinandergefügte spiralförmige oder involutenförmige Elemente gleicher Steigung auf getrennten Stirnplatten angebracht sind. Diese Spiralelemente sind winkelmäßig und in radialer Richtung versetzt angeordnet, um einander entlang wenigstens einem Paar von Linien zu berühren, und zwar in der Weise, daß zwischen den spiralförmigen Oberflächen eine Berührungslinie vorhanden ist. Ein Paar von Berührungslinien liegt etwa auf einem Radius, der außerhalb von dem Mittelbereich der Kurvenelemente gezogen ist. Das fluidvolumen, welches auf diese Weise gebildet wird, erstreckt sich über den Weg um den Mittelbereich der Kurvenelemente herum. In bestimmten Spezialfällen erstreckt sich die Tasche oder das !"luidvolumen nicht über volle 360°, sondern aufgrund spezieller Öffnungsanordnungen nur über einen kleineren Winkel um den Mittelbereich der Kurvenelemente. Die Taschen legen Fluidvolumina fest, deren Winkelstellung sich mit dem Umlauf der Spiralmitten ändert. Alle Taschen behalten jedoch dieselbe relative Winkelstellung bei. Während die Berührungslinien entlang den Spiral-Elementen-Oberflachen verschoben werden, ergibt sich bei den auf diese Weise gebildeten Taschen eine Volumenveränderung. Die sich dabei ergebenden Zonen des geringsten und des höchsten Druckes sind an Fluidöffnungen angeschlossen.

In der früheren US-Patentschrift 801 182 von Creux ist diese allgemeine Einrichtung beschrieben. Unter weiteren Patentschriften, welche Spiralkompressoren und entsprechende Pumpen beschreiben, befinden sich folgende US-Patentschriften: 1 376 291, 2 475 247, 2 494 100, 2 8O9 779, 2 841 089, 3 560 119, 3 600 114, 3 802 8O9 und 3 817 664, und es gehört hierzu auch die britische Patentschrift 486 192.

Obwohl das Grundprinzip einer Spiral-Elementen-Vorrichtung seit einiger Zeit bekannt ist und auch deutliche Vorteile

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aufweist, halsen sich jedoch "bisher bekannte Spiral-Elementen-Einrichtungen nicht als erfolgreich erwiesen, und zwar in erster Linie wegen der Dichtungs- und der Abnutzungsprobleme, welche den Wirkungsgrad, die Lebensdauer und die erreichbaren Druckverhältnisse stark eingeschränkt haben. Derartige Dichtungs- und Abnutzungsprobleme treten sowohl bei radialen als auch bei tangentialen Typen auf. Somit muß eine wirksame axiale Berührung zwischen den Seiten der Involuten-Spiralen-Elemente und den Stirnplatten-Oberflächen der Spiral-Elemente gewährleistet sein, mit welchen durch eine entsprechende Berührung eine radiale Abdichtung erreicht werden soll, um eine radiale Leckage zu verhindern. Weiterhin muß eine effektive radiale Berührung bei minimaler Abnutzung entlang den sich bewegenden Berührungslinien zwischen den Involuten-Spiralen-Elementen erreicht werden, um eine tangentiale Leckage zu verhindern.

Ein Versuch, eine akzeptable radiale Abdichtung bei einer bekannten Vorrichtung zu erreichen, bestand darin, die Bauteile (Kurvenelemente und Stirnplatten) mit einer außerordentlichen Genauigkeit zu fertigen, so daß sie mit sehr geringen Toleranzen zusammenpassen, um die radialen Dichtungsspalte ausreichend klein zu halten, so daß brauchbare Druckverhältnisse erreichbar sind. Dies ist jedoch schwierig zu erreichen und hat Ähnlichkeiten mit dem Problem, eine Vorrichtung mit einem hin- und hergehenden Kolben zu bauen, ohne daß Dichtungsringe verwendet werden. In anderen bekannten Einrichtungen wurde eine radiale Abdichtung dadurch erreicht, daß eine oder mehrere mechanische axiale Befestigungselemente wie Schrauben verwendet wurden, um die Oberflächen in Berührung zu bringen (US-Patentschrift 3 011 6°A)» was jedoch eine genaue Justierung erforderte, um eine wirksame radiale Abdichtung ohne übermäßige Abnutzung zu erreichen. Wenn während eines längeren Betriebes solcher Einrichtungen diese Einstellung dadurch zum Teil

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verloren ging, daß das Einbauteil sich, stärker abgenutzt hat, oder durch irgendwelche anderen Gründe, tritt das Problem der Abnutzung der anderen Bauteile umso stärker in Erscheinung, so daß eine ausreichende radiale Abdichtung nicht mehr gewährleistet ist.

Da die Verwendung von Oberflächen, welche mit außerordentlich, engen Toleranzen hergestellt sind, oder die Verwendung von mechanischen Befestigungseinrichtungen wie Schrauben zur Herstellung axialer Kontakte zur Erreichung einer radialen Dichtung in kommerziell hergestellten Spiral-Elementen-Vorrichtungen keine geeigneten Mittel sind, wurde in anderen bekannten Einrichtungen versucht, im Hinblick auf eine wirksame radiale Abdichtung ein federndes festes Spiral-Element oder ein Druckfluid zu verwenden (mit oder ohne Federn, um eine Vergrößerung der Axialkraft zu erreichen), um die Spiral-Elemente in axiale Berührung zu bringen.

Im Falle der Verwendung eines federnden festen Spiral-Elementes wird eine radiale Abdichtung durch die Verwendung eines festen Spiral-Elementes erreicht, welches dazu in der Lage ist, sehr kleine Auslenkungen in der axialen Richtung auszuführen, und welches eine Fluid- und/oder eine mechanische Federkraft-Anwendungseinrichtung aufweist. (Eine solche Spiral-Elementen-Vorrichtung ist in der US-Patentanmeldung 4-08 287 von Niels 0. Young beschrieben.)

Bei der Verwendung eines Druckfluides (im allgemeinen in Verbindung mit irgendeiner Form einer mechanischen Feder), um eine radiale Abdichtung zu erreichen, wird das unter Druck stehende Fluid dazu verwendet, das umlaufende Spiral-Element in axialer Richtung mit dem festen Spiral-Element in Berührung zu bringen. Dieses Fluid kann aus einer der sich bewegenden Fluidtaschen entnommen werden, wie sie in der Vorrichtung festgelegt sind (US-Patentschriften 3 600 114- und

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3 817 664- sowie US-Patentanmeldung Nr. 368 908 vom 11. Juni 1973 im Namen von Niels 0. Young und John E. Mcöullough, auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen) oder von einer externen Quelle (US-Patentanmeldung 4-98 912 vom 23. Oktober 1973 im Namen von John E. McCullough, auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen.)

Schließlich ist in einer Anmeldung, welche gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung hinterlegt wurde, und zwar von

Robert W. Shaffer, mit der Nr , eine verbesserte

radiale Dichtungseinrichtung beschrieben, welche insbesondere für Spiral-Elementen-Kompressoren oder -Expandiermaschinen geeignet ist, die bei hohen Drücken arbeiten. Bei der Spiral-Element en- Vor richtung, welche diese verbesserte Radial-Dichtungs-Einrichtung verwendet, sind alle Kräfte, welche dazu erforderlich sind, eine wirksame axiale Lastaufnahme zu gewährleisten, pneumatische Kräfte, welche dadurch geliefert werden, daß das gesamte Vorrichtungsgehäuse oder ein Teil davon unter Druck gesetzt wird. Somit liegt das Gehäuse mit einer Oberfläche des umlaufenden Spiralelementes eine unter Druck setzbare Kammer fest, wodurch der Fluiddruck innerhalb der Kammer das umlaufende Spiral-Element in einen kontinuierlichen axialen Kontakt mit dem festen Spiral-Element bringt. Diese unter Druck zu setzende Kammer, welche von den Pluidtaschen isoliert ist, welche innerhalb der Spiral-Elemente festgelegt sind, kann im wesentlichen das gesamte Innenvolumen des Gehäuses umfassen oder kann nur einen Teil dieses Volumens haben.

Das Ersetzen eines federnden festen Spiralelementes durch Axialkräfte, welche darauf wirken, oder durch pneumatische Kräfte, welche auf das umlaufende Spiral-Element wirken, anstatt Schrauben zu verwenden, um die Oberflächenberührungen herbeizuführen, sind über einen weiten Weg verfolgt worden, um die radialen Dichtungsprobleme bei der Abdichtung von Spiral-Elementen-Vorrichtungen zu lösen. Diese Technik

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erfordert jedoch eine außerordentlich genaue Fertigung der beiden miteinander in Berührung stehenden Oberflächen, d.h. der Oberflächen der Stirnplatten und der Oberflächen der Involuten-Spiralen-Kurvenelemente. Dieses Erfordernis der genauen Fertigung erhöht die Kosten der Herstellung einer Spiral-Elementen-Vorrichtung beträchtlich. Darüberhinaus führt irgendeine axiale Fehlausrichtung in der Vorrichtung während des Betriebes im allgemeinen zu einer ungleichmäßigen Abnutzung, so daß auf diese Weise der Vorteil der genauen Fertigung wieder verloren geht. Schließlich geben radiale Temperaturgradienten in der Vorrichtung Anlaß zu ungleichmäßigen Abmessungsveränderungen in der Höhe der Involuten-Kurvenelemente.

Es ist daher erwünscht, eine Spiral-Elementen-Vorrichtung einer solchen Konstruktion zu schaffen, daß die sich berührenden Oberflächen nur mit einer herkömmlichen Genauigkeit gefertigt werden müssen, um eine akzeptable wirksame axiale Berührung und somit eine wirksame radiale Dichtung zu erreichen. Bei einer Spiral-Elementen-Maschine wird dies gemäß der Erfindung im wesentlichen durch die Verwendung einer Anordnung erreicht, die als axiale Dichtung/Federung bezeichnet wird.

Zur Lösung der obigen Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß eine Spiral-Elementen-Vorrichtung gewährleistet ist, bei welcher die sich berührenden Oberflächen, durch welche eine radiale Abdichtung erreicht wird, nur mit einer herkömmlichen Genauigkeit gefertigt werden müssen. Weiterhin ist gemäß der Erfindung der Vorteil erreichbar, daß bei einer Spiral-Elementen-Vorrichtung der oben erläuterten Art, welche eine axiale

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Feder/Dichtungs-Einrichtung verwendet, während einer besonders langen Betriebszeit eine wirksame radiale Abdichtung erreichbar ist, und zwar auch dann, wenn radiale Temperaturgradienten in der Vorrichtung vorhanden sind und wenn eine ungleichmäßige Abnutzung der miteinander in Berührung stehenden Oberflächen auftritt, durch welche die radiale Abdichtung erreicht wird. Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine axiale Feder/Dichtungs-Einrichtung geschaffen, durch welche eine tangentiale Abdichtung innerhalb einer Spiral-Elementen-Vorrichtung in keiner Weise beeinträchtigt wird. Weiterhin kann gemäß der Erfindung eine axiale Feder/Dichtungs-Einrichtung verwendet werden, die ein Schmiermittel benutzt, wobei die Anordnung auch derart ausgebildet sein kann, daß sie für eine Vorrichtung geeignet ist, welche ohne Schmiermittel arbeiten muß.

Weiterhin lassen faich in vorteilhafter Weise gemäß der Erfindung auch Vorrichtungen wie Kompressoren, Expansionsmaschinen und Pumpen herstellen, die mit wesentlich geringerem Kostenaufwand als bisher gefertigt werden können.

Gemäß der Erfindung wird somit eine axiale Feder/Dichtungs-Einrichtung geschaffen, um eine kontinuierliche radiale Abdichtung zwischen den Involuten-Kurvenelementen-Oberflächen und den Stirnplatten-Oberflächen zu gewährleisten. Diese axiale Feder/Dichtungs-Einrichtung wird vorzugsweise in Verbindung mit einer Einrichtung verwendet, welche eine bestimmte Axialkraft auf die miteinander in Berührung befindlichen Oberflächen wirken läßt. Somit eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere zur Anwendung bei einer radialen Dichtungseinrichtung, wie sie in den oben beschriebenen US-Patentanmeldungen 368 908, 408 912 und 408 28? erläutert ist.

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Die axiale Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung weist Dichtungselemente auf, die im allgemeinen derart geformt sind, daß sie dieselbe Konfiguration haben wie die
Kurvenelemente, mit welchen sie verwendet werden, wobei
auch eine Einrichtung vorhanden ist, um die Dichtungselemente in der Weise zu beaufschlagen, daß sie mit einer vorgegebenen Kraft an die gegenüberliegende Spiral-Elementen-Stirnplatte angedrückt werden. Die Einrichtung, welche dazu dient, das Dichtungselement in der Weise zu beaufschlagen, daß die axiale Dichtungsberührung herbeigeführt wird, kann pneumatisch, mechanisch oder in einer Kombination aus einer pneumatischen und einer mechanischen Anordnung ausgebildet sein, und sie ist vorzugsweise derart beschaffen, daß das erforderliche Maß an tangentialer Abdichtung zwischen den sich bewegenden Berührungslinien der Involuten-Kurvenelemente der umlaufenden und der stationären Spiral-Elemente gewährleistet ist.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Involuten-Elemente einer typischen Spiral- oder Schnecken-Anordnung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die in der Fig. 1 dargestellte Spiral- oder Schnecken-Anordnung durch die Ebene 2-2 in der Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt der sich berührenden Involuten, wobei eine bevorzugte Ausführungsform des Dichtungselementes der Feder/Dicht-Einrichtung gemäß der Erfindung und eine pneumatische Einrichtung zur Betätigung des Dichtelementes und zur Aufrechterhaltung der radialen Abdichtung dargestellt sind,

Fig. 4 einen Teilschnitt eines Abschnittes eines Involuten-Elementes entlang der Ebene 4-4 der Fig. 3» wobei das Dichtelement der Ausführungsform gemäß Fig. 3 veranschaulicht ist,

Fig. 5 einen Teilschnitt durch das Dichtelement gemäß Fig. 3» wobei eine mechanische Federeinrichtung dazu dient, das Dichtungselement in axialer Richtung zu beaufschlagen, während pneumatische Kräfte dazu verwendet werden, die radiale Dichtung aufrechtzuerhalten,

Fig. 6 einen Grundriß eines Involuten-Elementes, welches die Feder/Dicht-Einrichtung gemäß Fig. 5 aufweist, wobei die Anordnung der Federn veranschaulicht ist,

Fig. 7 einen Teilschnitt durch das Dichtelement gemäß Fig. 3» wobei ein elastomerer Ring dazu verwendet wird, das Dichtelement mechanisch zu betätigen und die radiale Dichtung aufrechtzuerhalten,

Fig. 8 einen Teilschnitt durch das Dichtelement gemäß Fig. 3» wobei eine bevorzugte Ausführungsform der mechanischen Feder/Dichtungs-Anordnung verwendet wird, um das Dichtelement zu beaufschlagen und die radiale Dichtung auf-

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rechtzuerhalten,

Fig. 9 einen vergrößerten Schnitt durch die mechanische Feder/Dichtungs-Anordnung der Fig. 8,

Fig. 10 einen vergrößerten Schnitt einer weiteren Ausführungsform der Feder/Dichtungs-Anordnung, welche dazu dient, das Dichtungselement zu beaufschlagen,

Fig. 11 eine abgewandelte Ausführungsform der Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß Fig. 8, bei welcher ein Schmierkanal in dem Dichtungselement angeordnet ist,

Fig. 12 einen vergrößerten Teilschnitt der sich berührenden Involuten, wobei eine weitere Ausführungsform des Dichtungselementes der Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung und eine pneumatische Einrichtung dargestellt sind, um das Dichtungselement zu beaufschlagen und um die radiale Dichtung aufrechtzuerhalten,

Fig. 13 einen Schnitt durch einen Abschnitt eines Involuten-Elementes entlang der Ebene 13-13 der Fig. 12, wobei das Dichtungselement der Fig. 12 veranschaulicht ist,

Fig. 14 einen Teilschnitt durch das Dichtungselement gemäß Fig. 12, wobei eine mechanische Federeinrichtung dazu dient, das Dichtungselement zu beaufschlagen, während pneumatische Kräfte dazu verwendet werden, die radiale Dichtung aufrechtzuerhalten,

Fig. 15 einen Teilschnitt durch das Dichtungselement gemäß Fig. 12, wobei ein elastomeres Element dazu verwendet wird, das Dichtungselement mechanisch zu beaufschlagen und die radiale Dichtung aufrechtzuerhalten,

Fig. 16 einen Teilschnitt durch das Dichtungselement gemäß Fig. 12, wobei eine mechanische Feder/Dichtungs-Anordnung dazu dient, das Dichtungselement zu beauf-

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schlagen und die radiale Dichtung aufrechtzuerhalten,

Pig. 17 eine abgewandelte Ausführungsform der Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß Fig. 16, wobei ein Schmierkanal in dem Dichtungselement angeordnet ist,

Fig. 18 einen Längsschnitt durch eine Schnecken- oder eine Spiral-Anordnung, in welcher die Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung verwendet ist,

Fig. 19 einen Querschnitt entlang der Ebene 19-19 in der Fig. 18, wobei die Schwingelementeneinrichtung dargestellt ist, welche in der umlaufenden Schneckenantriebs-Einrichtung verwendet wird, und

Fig. 20 einen Schnitt entlang der Ebene 20-20 in der Fig. 19, welcher die "Verbindung zwischen der Hauptantriebswelle und dem Schwingverbindungselement im einzelnen veranschaulicht.

Soweit eine radiale Abdichtung in einer Schnecken-Einrichtung oder einer Spiral-Einrichtung ein wesentliches Merkmal der Vorrichtung ist und da eine axiale Berührungseinrichtung dazu in der Lage sein muß, eine radiale Abdichtung zu erreichen und die einwandfreie Funktion der tangentialen Dichtungseinrichtung zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, vor der Beschreibung der axialen Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung kurz die Probleme der radialen und der tangentialen Dichtung zu erläutern, um die Bedeutung verständlich werden zu lassen, welche der axialen Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung zukommt, um die Taschen innerhalb der Vorrichtung wirksam abzudichten.

Beim Entwurf und bei der Konstruktion von schnakenartig oder spiralartig aufgebauten Anordnungen kann eine tangentiale Abdichtung ebenso wesentlich sein wie die radiale Abdichtung. Da eine tangentiale. und eine radiale Abdichtung üblicherweise,

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jedoch nicht immer, durch getrennte Einrichtungen erreicht werden, kann die erfindungsgemäße axiale Feder/Dichtungs-Einrichtung in einer schneckenartig oder spiralartig aufgebauten Einrichtung verwendet werden, welche unterschiedliche tangentiale Dichtungsmethoden verwendet. Da jedoch die einzigartige tangentiale Dichtungseinrichtung, welche in den obengenannten US-Patentanmeldungen Ήν. 368 907 und 408 912 beschrieben ist und welche als radiale Anpass-Verbindungseinrichtung zu bezeichnen ist, einen wesentlichen Fortschritt bei einer spiralartig oder schneckenartig aufgebauten Einrichtung ermöglicht, wird die axiale Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung anhand einer spiralartig oder schneckenartig aufgebauten Einrichtung beschrieben, welche die tangentiale Dichtungseinrichtung aufweist, die in der US-Patentanmeldung 408 912 beschrieben ist. In dieser laufenden Patentanmeldung wird eine Schnecken- bzw. Spiral-Anordnung beschrieben, welche eine Einrichtung aufweist, die dazu dient, die radialen Berührungskräfte zu steuern, und zwar in der Weise, daß eine tangentiale Abdichtung kontinuierlich und wirksam erreicht wird, und zwar selbst dann, wenn eine Abnutzung auftritt oder wenn vorübergehend inkompressible Medien vorhanden sind. Dies bedeutet, daß für die Steuerung der radialen Berührungskräfte eine Einrichtung vorhanden ist, welche dazu dient, zumindest einen Teil der Zentrifugalkraft auszugleichen, welche auf das umlaufende Spiralelement wirkt, wobei auch eine radial federnde mechanische Verbindungseinrichtung zwischen dem umlaufenden Spiral-Element und seiner Antriebseinrichtung vorhanden ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das radial federnde mechanische Verbindungselement dazu in der Lage, eine Zentripedalkraft zu liefern, um einen Teil der Zentrifugalkraft auszugleichen, so daß dadurch ein Teil der Zentrifugalkraft dazu zur Verfugung steht, die tangentiale Abdichtung zu steuern. Bei dieser Ausführungsform weist die federnde mechanische Verbindungseinrichtung mechanische Federn auf, welche dazu dienen,

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einem Teil der Zentrifugalkraft entgegenzuwirken. In einer anderen Ausführungsform der Antriebseinrichtung der Vorrichtung, wie sie in der US-Patentanmeldung 408 912 beschrieben ist, wirkt eine von der radial federnden mechanischen Verbindungseinrichtung getrennte Einrichtung, z.B. eine Einrichtung mit Gegengewichten, zumindest einem Teil der Zentrifugalkräfte oder sämtlichen Zentrifugalkräften entgegen, indem auf das umlaufende Spiral-Element und auf die radial federnde Verbindungseinrichtung eine entsprechende Kraft ausgeübt wird, d.h., mechanische Federn dienen dazu, die gewünschten radialen Berührungskräfte zu liefern. Die Spiral-Elemente sind in ihrer Winkelstellung durch eine Kupplung positioniert, welche entweder als Gleitreibungskupplung oder als Eollelementenkupplung ausgebildet sein kann. Die in radialer Richtung federnde Verbindungseinrichtung kann ein Gleitverbindungselement oder ein Schwingverbindungselement sein. Es kann weiterhin entweder das eine oder das andere der Spiralelemente oder es können beide Spiralelemente gekühlt werden, und es können gegebenenfalls die sich berührenden Oberflächen geschmiert werden. Bei dem letztgenannten Typ wird eine radiale Dichtung verwendet, die in Form eines Schwingelementes ausgebildet ist, wobei diese Anordnung zur Veranschaulichung der tangentialen Dichtungseinrichtung in der hier beschriebenen Vorrichtung dient.

Die Arbeitsweise der Spiralanordnung ist in früheren Patenten ebenso wie in der laufenden US-Patentanmeldung 368 907 "beschrieben. Diese Anmeldung hat mittlerweile zu einer US-Patentschrift geführt. Es ist daher überflüssig, eine detaillierte Beschreibung der Arbeitsweise einer solchen Vorrichtung hier zu wiederholen. Es sei lediglich darauf hingewiesen, daß eine schneckenartig oder spiralartig aufgebaute Vorrichtung in der Weise arbeitet, daß eine abgedichtete Tasche eines Fluids, welches aus einem Bereich in einen anderen Bereich überführt wird, der auf einem unterschiedlichen Druck liegen kann, in entsprechender Weise be-

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wegt wird. Venn das Fluid komprimiert wird, während es aus einem Bereich niedrigeren Druckes in einen Bereich höheren Druckes transportiert wird, dient die Vorrichtung als Kompressor. Wenn das Fluid expandiert wird, während es aus einem Bereich höheren Druckes in einen Bereich niedrigeren Druckes transportiert wird, dient die Vorrichtung als Expandiereinrichtung. Wenn schließlich das Fluidvolumen im wesentlichen konstant bleibt, und zwar unabhängig vom Druck, dann dient die Vorrichtung als Pumpe.

Die abgedichtete Fluidtasche wird durch zwei parallele Ebenen begrenzt, welche durch Stirnplatten gebildet sind, und weiterhin durch zwei zylindrische Oberflächen, welche durch die Involuten eines Kreises bzw. die Kreisevolventen oder eine andere geeignete gekrümmte Konfiguration festgelegt sind. Die Spiral-Elemente haben parallele Achsen, da nur auf diese Weise der kontinuierliche Dichtungskontakt zwischen der ebenen Oberfläche der Spiral-Elemente aufrechterhalten werden kann. Eine abgedichtete Tasche bewegt sich zwischen diesen parallelen Ebenen, wenn die zwei Berührungslinien zwischen den zylindrischen Oberflächen bewegt werden. Die Berührungslinien bewegen sich, weil ein zylindrisches Element, beispielsweise ein Spiral-Element, sich gegenüber dem anderen bewegt. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß ein Spiral-Element festgehalten wird, während das andere umläuft. Bei der axialen Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung wird zur Vereinfachung angenommen, daß sie in einem Fluid-Verdrangerkompressor verwendet wird, in welchem ein Spiral-Element fest angeordnet ist, während das andere Spiral-Element auf einer kreisförmigen Bahn umläuft. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Erfindung in gleicher Weise auf Expansionsmaschinen oder auf Pumpen anwendbar ist.

In der vorliegenden Beschreibung werden Ausdrücke wie Spiral-Element oder Schnecken-Element in dem Sinne verwendet, daß damit ein Bauteil angesprochen wird, welches sowohl die Endscheibe als auch diejenigen Elemente umfaßt, welche die Be-

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rührungsflachen aufweisen, die jeweils entlang einer sich bewegenden Linie miteinander in Berührung stehen. Der Begriff Kurvenelement oder Kurve wird in der vorliegenden Beschreibung dazu verwendet, diejenigen Elemente anzusprechen, zwischen denen entlang einer sich bewegenden Linie eine Berührung erfolgt. Diese Kurvenelemente haben eine Konfiguration, die beispielsweise einer Involute eines Kreises oder einer Kreisevolvente (Involutenspirale), einem Kreisbogen, usw. entsprechen kann, und sie haben sowohl eine bestimmte Höhe als auch eine bestimmte Dicke.

Die Fig. 1 und 2 dienen dazu, das Problem zu veranschaulichen, welches auftritt, wenn eine radiale Abdichtung zusammen mit einer entsprechenden Federung erreicht werden soll, während zugleich eine geeignete tangentiale Dichtung gewährleistet sein soll, ohne daß die Notwendigkeit besteht, die sich berührenden Flächen mit außerordentlich hoher Genauigkeit zu fertigen. In den Fig. 1 und 2 sind im Schnitt nur Stirnplatten, Kurvenelemente und Fluidtäschen dargestellt. Eine vollständige Vorrichtung bzw. Anordnung aus diesen Elementen, bei welcher die erfindungsgemäße Dichtungs/ Feder-Einrichtung verwendet wird, ist in den Fig. 18-20 dargestellt und unten im einzelnen erläutert.

Gemäß Fig. 1 und 2 weist das stationäre Spiral-Element 10 eine Stirnplatte 11 und ein Kurvenelement 12 auf. Die Stirnplatte 11 hat eine zentral angeordnete FluidÖffnung 13. Zur Vereinfachung der Diskussion der erfindungsgemäßen Feder/ Dichtungs-Einrichtung und der Spiral-Einrichtung, in welcher diese erfindungsgemäße Anordnung eingebaut ist, wird angenommen, daß die Vorrichtung ein Kompressor ist. Es dürfte für den Fachmann jedoch offensichtlich sein, daß die erfindungsgemäße Feder/Dichtungs-Einrichtung ebenfalls in einer Spiral-Anordnung verwendbar ist, welche als Expansionsmaschine oder als Pumpe arbeitet.

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Gemäß Fig. 1 und 2 weist das umlaufende Spiral-Element 14-in gleicher Weise eine Stirnplatte 15 und ein Kurvenelement 16 auf. In der vereinfachten Darstellung gemäß Fig. 2 ist das umlaufende Kurvenelement an einer Antriebswelle 17 angebracht. Im Betrieb wird das umlaufende Spiralelement 15 in der Weise angetrieben, daß es auf einer Kreisbahn umläuft, während die zwei Spiralelemente durch die Verwendung einer geeigneten nicht dargestellten Kupplungseinrichtung in einer festen Winkelbeziehung gehalten werden. Bei seiner umlaufenden Bewegung legt das umlaufende Spiral-Element eine oder mehrere Fluidtaschen fest, d.h. die Taschen 20 bis 26. Diese Taschen sind in radialer Richtung durch gleitende oder sich bewegende Linienkontakte begrenzt, d.h. durch die Kontakte bzw. Berührungen 27 bis 32, die im allgemeinen auf einer Linie liegen, welche durch die Mitte der Vorrichtung hindurchgeht. Wenn Fluid aus der Umfangszone 35 aufgenommen wird, welche die Kurvenelemente umgibt, so wird es in die Taschen eingeführt und komprimiert, während das Volumen der Taschen abnimmt, wenn sie sich der mittleren Tasche 20 nähern. Unter der Voraussetzung, daß eine wirksame tangentiale Abdichtung entlang den sich bewegenden Kontaktlinien oder Berührungslinien gewährleistet ist, welche die Fluidtaschen festlegen, wobei zugleich eine radiale Abdichtung zwischen der Oberfläche 36 der Stirnplatte 11 des stationären Spiral-Elementes 10 und der Stirnplatte 37 der umlaufenden Spiral-Einrichtung 16 sowie zwischen der Oberfläche 38 und der Stirnplatte 15 des umlaufenden Spiral-Elementes 14· und der Stirnplatte 29 des stationären Kurvenelementes 12 gewährleistet ist, so legen die Taschen von außen nach innen Zonen zunehmenden Fluiddrucks fest, und es herrscht ein Differenzdruck ΔP auf beiden Seiten Jeder Berührungslinie. Es ist somit offensichtlich, daß durch einen radialen Kontakt oder eine radiale Berührung zwischen den Seiten der Kurvenelemente, während sie im Gleitkontakt miteinander stehen, wenn das umlaufende Spiral-Element in Umlauf gesetzt wird, eine Abdichtung gegen ein tangentiales Leck erreicht

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wird und somit eine tangentiale Dichtigkeit gewährleistet ist. In gleicher Weise wird durch die axiale Berührung zwischen den Kurvenelementen-Enden und der Stirnplatte des gegenüberliegenden Spiral-Elementes ein radiales Leck verhindert und eine radiale Dichtung erreicht. Es ist weiterhin ersichtlich, daß dann, wenn die Vorrichtung als Expansionsmaschine arbeitet, die Zonen des zunehmenden Fluiddrucks in derselben Richtung liegen, d.h. von der Mitte nach außen, da komprimiertes Fluid aus der Fluidöffnung 13 aufgenommen wird und expandiertes Fluid am Umfang abgegeben wird.

Wie oben bereits aisgeführt wurde, ist eine bevorzugte Vorrichtung zur Erreichung der erforderlichen tangentialen Abdichtung bei gleichzeitig minimaler Abnutzung und bei Vermeidung von Verbindungsproblemen in den laufenden US-Patentanmeldungen 368 907 und 408 912 beschrieben. Eine bevorzugte Ausführungsform zur wirksamen axialen Belastung ist im einzelnen in der laufenden US-Patentanmeldung Nr beschrieben, welche gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung hinterlegt wurde. Die Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung ist derart ausgebildet, daß sie in Verbindung mit einer geeigneten Einrichtung verwendbar ist, um axiale und radiale Berührungskräfte der in der US-Patentanmeldung 804 912 beschriebenen Art zu entwickeln, wobei die erfindungsgemäße Anordnung auch mit einer anderen geeigneten Einrichtung verwendet werden kann. Aus der Fig. 2 ist ohne weiteres ersichtlich, daß unabhängig von den Axialkräften (welche durch die Pfeile 40 dargestellt sind), welche auf das umlaufende Spiralelement 14 wirken, eine wirksame radiale Abdichtung nicht erreicht werden kann, wenn die Oberflächen 37 und 39 der Kurvenelemente sowie die Oberflächen 36 und 38 der Stirnplatte nicht außerordentlich genau gefertigt sind. Außerdem müssen die Kurvenelemente so ausgebildet sein, daß sie über ihre gesamten Längen dieselbe Höhe haben. Eine derartige Fertigung ist natürlich nur bei außerordentlich hohem Aufwand möglich. Es ist

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natürlich, auch möglich, jedes Kurvenelement mit solchen Abmessungen herzustellen, daß die Abmessungen innerhalb der erforderlichen Toleranzen liegen, was jedoch mit erheblichem Aufwand verbunden ist. Während des Betriebes können die Vorteile, welche mit derartiger Genauigkeit erreichbar sind, jedoch wieder leicht verloren gehen.

Ein in diesem Zusammenhang wesentlicher Faktor bei der Verschlechterung der Arbeitsweise ist das radiale Temperaturprofil, welches in der Vorrichtung herrscht. In einem Kompressor nimmt die Temperatur des Fluids in den IFluidtaschen in radialer Richtung nach innen zu, und selbst dann, wenn eine Kühleinrichtung verwendet wird (wie sie in der Fig. 18 dargestellt ist), sind die Kurvenelemente 12 und 16 einer Temperaturdifferenz ausgesetzt, welche dazu führt, daß die Höhen der Kurvenelemente sich in Abhängigkeit vom Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials ändern, aus welchem die Kurvenelemente hergestellt sind. Ein weiterer Faktor, welcher dazu beiträgt, daß die vorteilhaften Betriebseigenschaften verloren gehen, die durch eine außerordentlich genaue Fertigung gewährleistet sind, besteht in der ungleichmäßigen Abnutzung in der Vorrichtung während des Betriebes. Es ist offensichtlich, daß dann, wenn irgendeine Ungleichmäßigkeit oder eine Unwucht in einem Bauteil der Vorrichtung auftritt, eine ungleichmäßige Abnutzung auftritt und dazu führt, daß unerwünschte Leckverluste unvermeidbar sind, wenn auch die entsprechenden Oberflächen bei der Herstellung mit außerordentlicher Genauigkeit gefertigt wurden.

Durch die Verwendung der Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, herkömmliche Fertigungsmethoden anzuwenden, um die Temperaturprofile zu kompensieren und der Abnutzung während des Betriebes Rechnung zu tragen. Diese Feder/Dichtungs-Einrichtung weist ein Dichtungselement auf, welches derart ausgebildet ist, daß es der Form des Kurven-

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elementes entspricht, und sie hat weiterhin eine Einrichtung, welche dazu dient, das Dichtungselement zu beaufschlagen, indem es mit einer vorgebbaren Vorlast mit dem gegenüberliegenden Spiral-Element und der entsprechenden Stirnplatte in Berührung gehalten wird. Diese Einrichtung, welche dazu dient, das Dichtungselement mit der gegenüberliegenden Stirnplatte in Berührung zu bringen, ist innerhalb eines Fluidvolumens angeordnet, welches entweder auf der Kurven-Elementen-Seite oder innerhalb des Dichtungselementes angeordnet ist, was von der Ausführungsform des verwendeten Dichtelementes abhängt.

Die Feder/Dichtungs-Einrichtung ist natürlich den Kurvenelementen sowohl der umlaufenden als auch der stationären Spiralelemente zugeordnet. In den Fig. 3-7 ist nur das stationäre Kurvenelement dargestellt; in der Fig. 8 sind jedoch beide Kurvenelemente veranschaulicht.

Bei der Ausführungsform des Dichtungselementes gemäß Fig. 3-7» 10 und 11 weist dieses Bauteil die Form eines Elementes auf, welches im wesentlichen, jedoch nicht notwendigerweise, einen rechteckigen Querschnitt hat, der eine Involuten-Konfiguration aufweist, welche der entsprechenden Konfiguration des Involuten-Kurvenelementes angepaßt ist, z.B. dem Kurvenelement 12 in der Zeichnung, mit welchem es verwendet wird. Dieses Involuten-Dichtungselement kann aus einem metallischen oder auch aus einem nichtmetallischen Material bestehen. Beispiele für metallische Materialien sind Gußeisen, Stahl, Bronze und ähnliche Materialien, und Beispiele für nichtmetallische Materialien sind Kohlenstoff oder Plastikmaterial wie PoIytetrafluoräthylen (gefüllt oder nicht gefüllt), Polyamide und ähnliche Materialien. Solche Materialien können derart beschaffen sein, daß eine Schmierung erforderlich ist, oder sie können entsprechende Eigenschaften haben, so daß sie trocken laufen können, wobei im letztgenannten Falle vorzugsweise ein selbstschmierendes Material wie gefülltes Polytetrafluoräthylen verwendet wird.

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Gemäß Fig. 3 und 4 weist das Dichtungselement 45 einen rechteckigen Querschnitt auf, und die damit in Berührung stehende Oberfläche 39 (Pig· 1 und 2) des stationären Kurvenelementes 12 weist eine Hut auf, die einen Kanal 46 festlegt, dessen Breite etwas größer ist als die Breite des Dichtungselementes 45. Die Nut, welche den involutenförmig ausgebildeten Kanal bildet, ist gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und 4 aus zwei parallelen Involuten-Verlängerungen 47 und 48 gebildet, die Stirnflächen 49 und 50 sowie Seitenwände 51 bzw. 52 haben. Die Oberfläche 53 vervollständigt die Wände der Ruten.

Das Dichtungselement 45 und der Kanal 46 legen zusammen die Grenzen der Feder/Dichtungs-Einrichtung 55 fest. Das Dichtungselement 45 ist gemäß der Darstellung mit vier Seiten 56, 57, 58 und 59 ausgestattet. Diese Grundstruktur des Dichtungselementes und der Nutenkonfiguration wird über die in den Fig. 3-8, 10 und 11 veranschaulichte Dichtungs-Anordnung beibehalten.

Die Fig. 3 stellt eine der einfachsten Strukturen der Feder/ Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung dar. In dieser Ausführungsform werden nur pneumatische Kräfte dazu verwendet, die Dichtungsoberfläche 56 des Dichtungselementes 45 mit der Oberfläche 38 der Stirnplatte 15 des umlaufenden Spiral-Elementes in Berührung zu bringen und um die Oberfläche 57 des Dichtungselementes mit der Nutenwand 52 in Berührung zu bringen, so daß eine radiale Abdichtung aufrechterhalten wird. Es sei angenommen, daß die Vorrichtung (welche zum Teil in der Fig. 3 dargestellt ist) ein Kompressor ist, welcher im Prinzip die in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Anordnung des Spiral-Elementes aufweist, und es ist offensichtlich, daß der Fluiddruck P₂₀ in der zentralen Fluidtasche 20 grosser ist als der Fluiddruck P22 ^¹¹ einer benachbarten Fluidtasche 22. Während des Betriebes besteht somit eine Druckdifferenz Δ P = Po₀ - P22 über die Kurvenelemente 12 und an dem Punkt 31, wo ein Kontakt einer gleitenden Berührungs-

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linie entsteht, d.h.. wo eine tangentiale Dichtung wirksam ist. Somit ist festzustellen, daß auf den zwei Seiten der sich bewegenden Berührungslinie Zonen unterschiedlichen Fluiddrucks vorhanden sind. Wenn der Kompressor angelassen wird und bevor Ap einen bedeutenden Wert angenommen hat, hat das Dichtungselement die Möglichkeit, innerhalb des Kanals 4-6 zu gleiten bzw. sich innerhalb des Kanals 46 zu bewegen. Wenn jedoch Δ Ρ zunimmt, wird durch den Druck des Fluids, welches durch den Durchgang in den Kanal 4-6 gelangt, der zwischen der Wand 51 und der Dichtungselementen-Oberflache 59 gebildet ist, das Dichtungselement in axialer Richtung auf die Stirnplatte 15 gedrückt, um über die Oberfläche 56 mit der Stirnplatten-Oberfläche 38 in Berührung zu kommen, während das Dichtungselement zugleich radial nach außen gedrückt wird, um über die Oberfläche 57 mi t der Seitenwand 52 der Nut in Berührung zu kommen. Somit wird durch die Verwendung des Dichtungselementes 4-5, welches innerhalb des Kanals 4-6 frei beweglich ist, eine radiale Abdichtung erreicht, während die Integrität der tangentialen Dichtung, die beliebiger Art sein kann, auch dann gewährleistet bleibt, wenn ein Temperaturgradient in der Maschine auftritt und während des Betriebes eine ungleichmäßige Abnutzung erfolgt.

Obwohl die in der Fig. 3 dargestellte Ausführungsform die einfachste Konfiguration der axialen Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung darstellt, erfordert sie keine sehr genaue Geometrie für die Kontaktoberflächen des Dichtungselementes und der Nutenwände, d.h. für die Oberflächen 57 und 52. Die Berührungsdrücke in der axialen und in der radialen Richtung hängen von dem Fluiddruck ab, welcher auf die zwei Oberflächen des Dichtungselementes wirkt, und dieser Fluiddruck ist gemäß den obigen Ausführungen eine Funktion von A P· Die Auswahl des Materials, aus welchem das Dichtungselement in der Feder/ Dichtungs-Einrichtung gemäß Fig. 3 hergestellt wird, hängt von solchen Faktoren ab, die die Betriebsbedingungen betreffen, die weiterhin die gewünschte Lebensdauer betreffen, die weiterhin die Betriebstemperatur betreffen, die weiterhin die

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verwendete Schmierung und die Herstellungkosten "beeinflussen.

In der Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß Fig. 5 und 6, in welcher dieselben Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Bauelemente zu bezeichnen, werden eine Mehrzahl von auf Abstand angeordneten Federn in Form von Druckfedern als Haupteinrichtung verwendet, um das Dichtungselement mit der Stirnplatte der gegenüberliegenden Kurveneinrichtung in Berührung zu bringen. Weiterhin wird eine pneumatische Einrichtung verwendet, wie es bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 der Fall ist, um eine radiale Abdichtung aufrechtzuerhalten und um die axiale Kraft der Federn zu vergrößern. Zu diesem Zweck wird eine Anzahl von periodisch auf Abstand voneinander angeordneten Federgehäusen 61 verwendet, welche in der Nutenoberflache 53 eine Bohrung aufweisen, und eine Feder 62 ist jeweils darin eingesetzt. Die Anzahl und der Abstand der Federn 62 müssen derart gewählt sein, daß pro Umfangslängeneinheit des Dichtungselementes im wesentlichen eine gleichförmige Federkraft gewährleistet ist.

Da die Federn 62 in kontinuierlicher Weise eine positive Kraft auf das Dichtungselement 4-5 wirken lassen, um es dazu zu bringen, daß es die Oberfläche des gegenüberliegenden Stirnelementes berührt, ist im wesentlichen die gesamte erforderliche Axialkraft vorhanden, und zwar beim Anlassen ebenso wie beim Abstellen, und diese Tatsache führt zu einer zuverlässigeren Betriebsweise während dieser Perioden als bei der Verwendung einer Vorrichtung gemäß Fig. 3· Im Falle der Vorrichtung gemäß Fig. 3 müssen die Berührungsoberfläche 57 des Dichtungselementes und die Oberfläche 52 des Kanals jedoch dazu in der Lage sein, eine genaue Passung zu bilden. Die Materialauswahl für diese Dichtungselemente gemäß Fig. 5 und 6 hängt im wesentlichen von denselben Faktoren wie bei der obengenannten Ausführungsform gemäß Fig. 3 ab.

Die Ausführungsform gemäß Ifig. 7 verwendet in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Pig. 5 eine mechanische Einrichtung, d.h. ein elastomeres Element 65 _? um das Dichtungselement 45 mit der Stirnplatten-Oberfläche des gegenüberliegenden Spiral-Elementes in Berührung zu bringen. Dieses elastomere Element 65 kann zweckmäßigerweise aus (natürlichem oder synthetischem) Hartkautschuk oder aus einem anderen ähnlichen Material hergestellt sein. Obwohl der Druckunterschied, welcher an den Kurvenelementen auftreten kann, wie es in der Vorrichtung gemäß Fig. 3 und 5 der Fall ist, dazu verwendet werden kann, einen Fluiddruck zu erzeugen, um das Dichtungselement 45 radial nach außen zu drücken, um eine radiale Dichtung aufrechtzuerhalten, ist dies nicht notwendig. Das elastomere Element 65 dient im wesentlichen demselben Zweck wie die Federn 62. Da jedoch auch eine positive Kraft in beiden axialen Richtungen wirkt, wird das elastomere Element kontinuierlich in Berührung mit der Oberfläche 58 des Dichtungselementes und der Oberfläche 53 der den Kanal festlegenden Nut gebracht, so daß dadurch eine zusätzliche radiale Dichtungseinrichtung geschaffen wird, in dem ein Gasleck unter dem Dichtungselement 4-5 verhindert wird. Die Feder /Dichtungs-Einrichtung gemäß Fig. 7 findet vorzugsweise in einer Vorrichtung Anwendung, bei welcher regelmäßig eine Wartung durchgeführt werden kann, da die Materialien, aus denen das elastomere Element hergestellt ist, die Tendenz zeigen können, daß eine Verschlechterung auftritt, und somit können diese Dichtungen einen Austausch erfordern. Solche elastomeren Elemente 65 können natürlich nicht bei Maschinen verwendet werden, in welchen ein korrosives Fluid verarbeitet wird oder ein Fluid, welches mit dem elastomeren Material reagiert.

Die Fig. 8-11 veranschaulichen die Verwendung einer Feder/ Dichtung als mechanische Einrichtung, um das Dichtungselement 45 mit der Stirnplatte in Berührung zu bringen, damit eine radiale Abdichtung erreicht wird, während zugleich eine gasdichte Dichtung unter dem Dichtungselement 4-5 gewähr-

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leistet ist, um die Integrität der radialen Dichtung innerhalb der Vorrichtung zu gewährleisten. In den Fig. 8, 9 und 11 ist die Feder/Dichtung als U-förmige Feder 70 dargestellt. Die U-förmige Feder 70, welche derart ausgebildet ist, daß sie mit der Kurvenform des Kurvenelementes übereinstimmt, ist derart geformt, daß dann, wenn sie eingesetzt ist, wie es in der Fig. 8 dargestellt ist, eine Kompression erfolgt. Der Einbau erfolgt in der Weise, daß das offene Ende 71 zu der Tasche 20 weist, welche das Fluid mit dem höheren Druck enthält. In ihrem komprimierten bzw. zusammengedrückten Zustand im Kanal 46 steht das Ende 72 (Fig. 9) in einem Dichtkontakt mit der Oberfläche 53 des Kanals 46. Das Ende 73 steht in einem Dichtkontakt mit der Oberfläche 58 des Dichtelementes 45. Somit kann kein Gas aus der Tasche 20 durch den Kanal in die Tasche 22 als Leckgas gelangen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Feder/Dichtung ist in der Fig. 10 veranschaulicht. Diese Feder/Dichtung weist eine als Involute ausgebildete, abgestufte Dichtungsstreifen-Einrichtung 7^- auf, wobei die Oberfläche der zwei Enden 75 und 76 jeweils in Dichtkontakt mit den Oberflächen 58 bzw. 53 stehen und wobei die zwei einander gegenüber angeordneten und als Involute ausgebildeten Wellenfedern 77 und 78 die Enden 75 und 76 gegen diese Oberflächen drücken. Somit läßt sich die Feder/Dichtung als ein Element aus einem Stück in Form der U-förmigen Feder 70 herstellen, oder sie kann aus einer Mehrzahl von miteinander zusammenwirkenden Elementen gemäß Fig. 10 ausgebildet sein.

Da Federn/Dichtungen der in den Fig. 9 und 10 veranschaulichten Art ein Gasleck ausschließen, können alle Oberflächen, die bei der Feder/Dichtungs-Einrichtung vorhanden sind, wie sie in den obigen Ausführungen beschrieben wurde, wobei Feder/Dichtungs-Anordnungen verwendet werden, mit herkömmlichen Toleranzen gefertigt werden, während zugleich die Möglichkeit besteht,

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außerordentlich, stark verbesserte Ergebnisse zu erreichen. Diese verbesserten Ergebnisse ergeben sich aus der Tatsache, daß eine radiale Abdichtung dadurch erreicht wird, daß die Berührungsstelle zwischen dem Dichtungselement und der gegenüberliegenden Kurven-Stirnplatte verschoben wird, wobei die abdichtende Berührung durch die Druckkraft der Feder/Dichtung festgelegt ist und somit von Λ Ρ unabhängig ist. Die in den Pig. 8-11 dargestellten Ausführungsformen stellen somit Druckausgleichs-Dichtungselemente dar und sind somit eine bevorzugte Einrichtung, das Dichtungselement zu beaufschlagen.

Die Fig. 8 veranschaulicht die Anwendung der Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung bei Involuten-Kurvenelementen, und zwar sowohl für das umlaufende als auch für das stationäre Kurvenelement. Es ist ersichtlich, daß identische Anordnungen verwendet werden. Somit stellt das Dichtungselement 80 einen Dichtkontakt mit der Oberfläche 36 der Stirnplatte 11 des stationären Spiral-Elementes her, und zwar unter der Kraft der U-förmigen Feder 81 im Kanal 82, welcher durch eine Nut in der Stirnseite des Kurvenelementes 16 gebildet ist, welches einen Teil des umlaufenden Spiral-Elementes darstellt. In derselben Art werden die in den Fig. 3-7 dargestellten Feder/Dichtungs-Einrichtungen dazu verwendet, sowohl mit umlaufenden als auch mit stationären Spiral-Elementen zusammenzuwirken.

Gemäß Fig. 11 weist das Dichtungselement 45 einen Schmierkanal 85 auf, um ein geeignetes Schmiermittel zwischen den sich berührenden Oberflächen 38 und 56 zu verteilen. Solche Schmierkanäle können natürlich auch, in Verbindung mit den Feder/ Dichtungs-Einrichtungen gemäß Fig. 3-8 verwendet werden.

In den Fig. 12-17, in welchen gleiche Bauelemente mit denselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1-11 bezeichnet sind, wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Dichtungselementes

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veranschaulicht. Gemäß Fig. 12 und 13 ist das Dichtungselement 90 als Trog ausgebildet, um eine Kammer 91 zu "bilden, und das Ende des Kurvenelementes 12 hat ein zentrales Ansatz element 92, welches sich in die Kammer 9I erstreckt. Das Dichtungselement 90 hat eine axiale Dichtungs-Oberfläche 93ί um einen Kontakt mit der Oberfläche 38 der umlaufenden Spiral-Elementen-Stirnplatte I5 zu bilden. Die Seitenteile 9²I- und 95 cLes Dichtungselementes 90 haben jeweils eine innere Oberfläche 96 bzw. 97· Das zentrale Ansatzelement 92 des Kurvenelementes hat Oberflächen 98 und 99» welche mit den Oberflächen 96 und 97 in Berührung zu bringen sind, um eine radiale Abdichtung aufrechtzuerhalten. Gemäß der Darstellung in der Fig. 12 stellen im Betrieb die Oberflächen 96 und eine Berührung her. Die Breite der Kammer 9I innerhalb des Dichtungselementes muß etwas größer sein als die Breite des Ansatzes 92 des Kurvenelementes, um ein gewisses Bewegungsspiel zu ermöglichen. Es ist auch notwendig, daß die Gesamtbreite des Feder/Dichtungs-Elementes 90 geringer ist als die Breite des Kurvenelementes, welchem es zugeordnet ist. Dies ist dazu erforderlich, daß die Seiten des Elementes, z.B. die Seite 95) gegebenenfalls einen kleinen Zwischenraum zwischen dem Dichtungselement und der benachbarten Kurvenelementenseite lassen kann, so daß das Kurvenelement 12 nicht daran gehindert wird, eine Gleitberührung oder eine Bewegungsberührung mit dem Kurvenelement 16 zu bilden, so daß eine tangentiale Dichtung aufrechterhalten wird.

Es ist ersichtlich, daß die Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß Fig. 12 und 13 in derselben Weise arbeitet wie die anhand der Fig. 3 und 4 beschriebene Feder/Dichtungs-Einrichtung 55- Ein Fluiddruck, der von der Tasche 20 abgeleitet wird, dient als pneumatisches Mittel, um das Dichtungselement 90 in Berührung mit der Stirnplatten-Oberfläche 38 zu bringen, und weiterhin dazu, eine Berührung zwischen den Oberflächen 96 und 98 herbeizuführen, so daß eine radiale Abdichtung aufrechterhalten wird. Wie im Falle der Ausfüh-

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rungsformen gemäß Pig. 3 und 4- weisen die Ausführungsformen gemäß Fig. 12 und 13 eine einfache Konfiguration auf, wobei es jedoch erforderlich ist, daß die Oberflächen 96/98 präzise gefertigt werden müssen und wobei es weiterhin erforderlich ist, daß die Vorrichtung zumindest einen Teil der vollen Betriebsgeschwindigkeit erreichen muß, bevor die Feder/Dichtungs-Einrichtung voll wirksam wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 14 hat der Kurvenelementen-Ansatz 92 eine Mehrzahl von Federgehäusen 103» die eingebohrt sind, und diese enthalten Federn 104, die als Druckfedern das Dichtungselement 90 in axialer Richtung mit der Oberfläche 38 in Berührung bringen. Im wesentlichen dieselben Betrachtungen für den Entwurf und die Betriebseigenschaften gelten für die Ausführungsform gemäß Fig. 14-, und zwar im wesentlichen dieselben Betrachtungen wie für die oben anhand der Fig. 5 erläuterte Ausführungsform. In ähnlicher Weise sind die Ausführungsformen gemäß Fig. 15-17 im Betrieb direkt mit den Ausführungsformen gemäß Fig. 7j 8 und 11 vergleichbar. Die Fig. 15 veranschaulicht die Verwendung eines elastomeren Elementes 105 bei der Feder/Dichtungs-Einrichtung der Fig. 12 und 13. Weiterhin veranschaulicht die Fig. 15 die Verwendung einer Feder/ Dichtung, z.B. eine U-förmige Feder 106, welche mit derjenigen der Fig. 9 in der Feder/Dichtungs-Einrichtung 102 identisch ist. Schließlich zeigt die Fig. 17 einen Schmiermittel-Kanal in dem Dichtungselement 90. Die Feder/Dichtungs-Einrichtung der Fig. 12-15 kann natürlich auch einen vergleichbaren Schmiermittel-Kanal aufweisen, und alle Ausführungsformen gemäß Fig. 12 bis 17 werden als Kurvenelemente sowohl für das umlaufende als auch für das stationäre Spiral-Element verwendet, wie es in der Fig. 8 veranschaulicht ist.

Die Fig. 18 ist ein Längsschnitt durch einen als Beispiel für eine Spiral-Einrichtung dargestellten Kompressor, in welchem die radiale Feder/Di'chtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird. Eine radiale Abdichtung wird in dieser als

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Beispiel dargestellten Vorrichtung erreicht, indem die Mittel eingesetzt werden, welche in der gleichzeitig hinterlegten Anmeldung von Kobert ¥. Shaffer "beschrieben sind, welche auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde. Eine tangentiale Abdichtung wird in diesem als Beispiel dargestellten Spiral-Kompressor durch die Vorrichtung gewährleistet, die in der US-Patentanmeldung 408 912 beschrieben ist, welche im Namen von John McCullough hinterlegt und auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde.

In dem Kompressor der Fig. 18 hat das stationäre Spiral-Element

110 eine Stirnplatte 111, die eine zylindrische Umfangswand 112 aufweist, welche in einem Flansch 113endet, und die Stirnplatte 111, die Wand 112 und der Flansch 113 bilden einen Abschnitt des Gehäuses 115· Das stationäre Spiral-Element 110 hat ein Involuten-Kurvenelement 116, welchem die Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung zugeordnet ist. Diese Feder/Dichtungs-Einrichtungen sind zur Vereinfachung nur als ein Dichtungselement 118 dargestellt. Die vollständige Feder/Dichtungs-Einrichtung kann eine beliebige der in den Fig. 3-17 dargestellten Ausführungsformen sein. An der Außenfläche 119 der Stirnplatte 111 ist ein Gehäuse-Plattenelement 120 angebracht, in welches eine spiralförmige Nut eingeschnitten ist. Im zusammengebauten Zustand bilden diese Nut und die Außenfläche 119 der Stirnplatte

111 einen Kanal 122, durch welchen ein Fluidkühlmittel zirkuliert. Der Kanal 122 folgt der Involuten-Spiralenform des Kurvenelementes des stationären Spiral-Elementes.

Das umlaufende Spiral-Element 130 hat eine Stirnplatte 131 und ein Involuten-Kurvenelement 132, welches daran befestigt ist. Das Involuten-Kurvenelement 132 des umlaufenden Spiral-Elementes weist auch die erfindungsgemäße Feder/Dichtungs-Einrichtung auf, welche ihm zugeordnet ist. Diese Einrichtung, und zwar ähnlich wie die Feder/Dichtungs-Einrichtung 117* ist nur als ein einzelnes Dichtungselement 118 dargestellt, es können jedoch

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eine beliebige Anzahl solcher Ausführungsformen verwendet werden, wie sie in den Fig. 3-17 dargestellt sind. Die Oberfläche 133 der Stirnplatte 131» mit welcher das Kurvenelement 132 ein Stück bildet, stellt eine gleitende Dichtung mit der Oberfläche 134- des Flansches 113 her. In ähnlicher Weise bildet diese Oberfläche 133 eine radiale Dichtung über die leder/Dichtungs-Einrichtung II7 mit der Oberfläche 121 des Involuten-Kurvenelementes 116 des stationären Spiral-Elementes. In ähnlicher Weise bildet die Oberfläche 135 des Involuten-Kurvenelementes 132 über die Feder/Dichtungs-Einrichtung 118 eine radiale Dichtung mit der Oberfläche 136 der Stirnplatte 111 des stationären Spiral-Elementes 110. Somit werden auf diese Weise eine oder mehrere Fluidtaschen festgelegt wie beispielsweise 137» 138, 139 und 140, und zwar innerhalb des Volumens, welches zwischen den Stirnplatten 111 ' und 131 festgelegt ist. In dem dargestellten Kompressor wird das Fluid, welches komprimiert werden soll, in die Umfangsfluidtasche 140 durch nicht dargestellte, gegenüber voneinander angeordnete Einlaßöffnungen eingeführt, und das komprimierte Fluid wird aus der zentralen Fluidtasche 137 durch die Austrittsöffnung 143 abgeführt, welche derart ausgebildet ist, daß sie mit einer bestimmten Verbrauchereinrichtung für komprimiertes Fluid verbunden ist, beispielsweise mit einem (nicht dargestellten) Vorratsbehälter oder mit einer anderen geeigneten Einrichtung, beispielsweise mit einer Expansionsmaschine, und zwar über die Öffnung 144 in der Gehäuseplatte 120.Diese Öffnung 144 ist derart ausgebildet, daß sie mit einer geeigneten (nicht dargestellten) fluidführenden Leitung in Verbindung steht.

Der andere oder der zweite Abschnitt 146 des Gehäuses 115 weist ein Antriebswellengehäuse 147 und ein Schwingelementengehäuse 148 auf, welche über eine Schulter 149 miteinander verbunden sind. Das Schwingelementengehäuse 148 endet in einem Flansch I50, der einen Umfangsring 151 hat, durch

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welchen der Flansch 113 des Gehäuseabschnittes 114 über einen abdichtenden O-Ring 152 durch eine geeignete Einrichtung wie eine Mehrzahl von Schrauben 153 dicht angebracht ist. Die innere Oberfläche 154 des Flansches 150 hat zwei gegenüber voneinander angeordnete radiale Nuten 155 und 156, welche darin eingeschnitten sind, um als Führungen für gegenüber voneinander angeordnete Keile 157 und 158 auf einer Seite des Kupplungsrings 159 zu dienen. Die Außenfläche 160 der Stirnplatte 130 des umlaufenden Spiralelementes hat in ähnlicher Weise voneinander gegenüber angeordnete radiale Nuten,' die nicht dargestellt sind und die um 90 gegenüber den Nuten 155 und 156 im Gehäuse verschoben sind. Diese Nuten dienen als Führungen für gegenüber voneinander angeordnete Keile auf der anderen Seite des Kupplungsrings 159· Der Zweck dieses Kupplungsringes besteht darin, das stationäre und das umlaufende Spiral-Element in einer vorgegebenen festen Winkelbeziehung zu halten.

Gemäß den obigen Ausführungen ist die Antriebseinrichtung zum Antreiben des umlaufenden Spiral-Elementes 130, welche zur Veranschaulichung gewählt wurde, eine solche Einrichtung, welche eine spezielle Einrichtung verwendet, um zumindest einen Teil der Zentrifugalkraft zu überwinden, welche auf das stationäre Spiral-Element wirkt, wenn das umlaufende Spiral-Element in Drehung versetzt wird. Diese Ausgleichseinrichtung ist in der Fig. 18 als ein Schwingverbindungselernent I70 dargestellt, welches über ein Kugellager I7I mit einer Zentralwelle 172 verbunden ist, die an der Stirnplatte 131 des umlaufenden Spiral-Elementes 130 angebracht ist oder ein Stück derselben darstellt. Ein Gegengewicht 173 des Schwingverb indungs element es I70 stellt die Einrichtung dar, welche dazu dient, einen Teil der Zentrifugalkraft zu überwinden, welche auf das stationäre Spiral-Element 110 wirkt, um die Abnutzung auf den aufeinander abrollenden Kontakt-Kurvenflächen zu vermindern, während zugleich eine wirksame tangentiale Abdichtung erreicht wird.

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Das umlaufende Spiral-Element 130 wird durch einen (nicht dargestellten) Motor angetrieben, der als Antriebseinrichtung über eine Hauptantriebswelle 175 und eine Kurbelwelle 176 wirkt, die fest miteinander verbunden sind, wobei ein Gegengewicht 177 an dieser Anordnung angebracht ist. Dieses Gegengewicht sorgt sowohl für eine statische als auch für eine dynamische Auswuchtung der Trägheitskräfte, welche durch die Bewegung desumlaufenden Spiral-Elementes und des Schwingverbindungselementes hervorgerufen werden. Die Kurbelwelle 176 ist im Antriebsgehäuse-Abschnitt 147 in Kugellagern 178 und 187 gelagert, wobei das Kugellager 178 durch einen geeigneten Haltering 179 "und das Kugellager 187 durch eine Gehäuselippe 188 festgelegt sind. Die Verbindung 180 des Schwingverbindungselementes I70 (und somit des umlaufenden Spiral-Elementes 130) erfolgt zu der Antriebswelle 175 über die Kurbelwelle 176, wie es in den Fig. 19 und 20 dargestellt ist. Diese Verbindung 180 weist eine sich verjüngende Welle 181 auf, welche an der Kurbelwelle 176 angebracht ist, die sich in das Schwingverbindungselement I70 erstreckt, wie es in der Fig. 20 veranschaulicht ist. An der sich verjüngenden Welle 181 ist ein Kugelgelenk 182 angebracht, welches in einem Lager 183 sitzt, welches innerhalb des Schwingverbindungselementes 170 durch eine Gewindehalterung 184 gehalten ist. Da die Achse 185 des Schwingverbindungselementes parallel zu und auf Abstand von der Achse 186 der Hauptantriebswelle 175 ^auf einem solchen Abstand angeordnet ist, der gleich dem Umlaufradius des umlaufenden Spiral-Elementes 130 ist, ruft eine Drehung der Antriebswelle 175 die gewünschte Umlaufbewegung des Spiral-Elementes I30 hervor.

Eine mechanische Flächendichtung, welche allgemein durch das Bezugszeichen I90 bezeichnet ist, dichtet das Fluidvolumen 191 ab, welches innerhalb des Gehäuseabschnittes 146 festgelegt ist, wobei eine Abdichtung gegenüber der Atmosphäre erfolgt. In Übereinstimmung mit der herkömmlichen Praxis weist diese mechanische Flächendichtung ein Element 1931 entsprechend

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angepaßte Ringe 194 und 195, O-Ringe 196, 197 und 198, weiterhin ein Dichtungsanpasselement 199» eine Verriegelungsmutter 200, einen Dübelstift 201 und eine Mehrzahl von Schrauben 202 auf, um die Dichtung 190 an dem .Antriebswellengehäuse 14-7 anzubringen. Ein Ausgleichs-Gegengewicht 205 ist an der Hauptantriebswelle 176 durch Schrauben 206 befestigt, um die Vibration in der Vorrichtung auf ein Minimum zu bringen.

Eine Fluidleitung 210 führt in das Volumen 191» welches innerhalb des Kammergehäuses festgelegt ist. Diese Leitung ist an eine (nicht dargestellte) Quelle eines geeigneten Druckfluids anschließbar, wobei als Druckfluid beispielsweise Luft, Stickstoff oder ein ähnliches Gas dienen kann. Eine verschließbare Ölzuführungsöffnung 211 und eine verschließbare Ölabführungsöffnung 212 dienen dazu, Schmieröl in die Vorrichtung einzubringen und aus der Vorrichtung abzuführen. Das Öl^wird über die sich berührenden Oberflächen der Kupplungseinrichtung und zwischen den sich berührenden Oberflächen der Feder/Dichtungs-Einrichtung des stationären Spiral-Elementes hindurchgeführt und es sammelt sich im Boden des Gehäusevolumens 213, welcher zwischen den Oberflächen der zwei Planschen 113 und 150 festgelegt ist und als Ölsumpf dient. Der Gehäuseabschnitt 114 hat eine Reihe von Flügeln 214, die um seine Außenfläche herum angeordnet sind und als Wärmeübertragungseinrichtungen sowie zugleich als Versteifungen dienen.

Im Betrieb des in den Fig. 18-20 dargestellten Kompressors wird Fluid dazu verwendet, das Volumen 191 innerhalb des Gehäuses unter Druck zu setzen. Da das Gehäuse im allgemeinen nicht hermetisch abgedichtet ist, ist es im allgemeinen erforderlich, eine Verbindung zwischen dem Volumen 191 und der Quelle des Druckfluids aufrechtzuerhalten, beispielsweise mit einer Quelle für Druckluft. Obwohl der tat-

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sächliche Fluiddruck im Gehäusevolumen 191 zumindest in einem bestimmten Ausmaß durch solche Faktoren wie die Kompressorgröße, den Betriebsdruckbereich und den Wirkungsgrad der Fluidtaschen-Abdichtung beeinflußt wird, läßt er sich allgemein in der Weise festlegen, daß er in der "Vorrichtung zwischen den zwei Extremdrücken liegt, z.B. zwischen dem Einlaß- und dem Auslaßdruck für einen Kompressor. Die pneumatischen Kräfte, welche auf die Stirnplatte 131 wirken, erzeugen eine Dichtung zwischen der Feder/Dichtungs-Einrichtung 117 und der Stirnplatten-Oberfläche 133 sowie zwischen der Feder/Dichtungs-Einrichtung 118 und der Stirnplatten-Oberfläche 136, so daß dadurch der Druck des Fluids in den verschiedenen Taschen auf den gewünschten Pegeln gehalten wird. Da das Yolumen 191 von den Fluidtaschen isoliert ist, welche zwischen den Stirnplatten 111 und 131 der Spiral-Elemente festgelegt sind, können die axialen Belastungskräfte auf einem gev/ünschten Pegel gehalten werden, und zwar unabhängig von den in den Spiraltaschen auftretenden Drücken.

Obwohl die Vorrichtung der Fig. 18 als Kompressor beschrieben wurde, kann sie auch als Expandiermaschine arbeiten, wenn Hochdruckfluid, welches als Antriebsmittel dient, in die Zentraltasche 137 eingeführt wird.

Indem die tatsächlichen Dichtungskontakte zwischen den Involuten-Kurvenelementen und ihren gegenüber angeordneten Platten durch die Feder/Dichtungs-Einrichtung gemäß der Erfindung hergestellt werden, ist es möglich, eine wirksame radiale Abdichtung über die gesamte Länge jedes Kurvenelementes zu erreichen, und zwar selbst dann, wenn radiale Temperaturgradienten und ein bestimmtes Maß an ungleichmäßiger Abnutzung auftreten. In gleicher Weise kann eine optimale tangentiale Abdichtung bei der Verwendung einer solchen Vorrichtung aufrechterhalten werden, wobei eine Einrichtung vorhanden ist, welche dazu dient, eine wirksame tangentiale Abdichtung bei minimaler Leckage und Abnutzung zu gewährleisten.

- Patentansprüche 609841/0750

Claims

Patentansprüche

Fluidverdrangervorrichtung, in welche Fluid durch eine Einlaßöffnung eingeführt wird, um durch die Vorrichtung zu zirkulieren und anschließend durch eine Auslaßöffnung abgeführt zu werden, wobei ein stationäres Spiralelement vorhanden ist, welches eine Stirnplatte und ein Kurvenelement aufweist, wobei weiterhin ein umlaufendes Spiralelement vorhanden ist, welches eine Stirnplatte und ein Kurvenelement aufweist, wobei weiterhin eine Antriebseinrichtung vorhanden ist, welche dazu dient, das umlaufende Spiralelement in bezug auf das stationäre Spiralelement in Umlauf zu setzen, wodurch das Involuten-Kurvenelement sich bewegende Linienkontakte bildet, um zumindest eine sich bewegende Tasche festzulegen und abzudichten, welche ein veränderbares Volumen hat, wodurch weiterhin Zonen unterschiedlichen Fluiddrucks auf beiden Seiten der sich bewegenden Kontaktlinie entstehen, wobei weiterhin eine Kupplungseinrichtung vorhanden ist, um die Spiralelemente in einer festen Winkelbeziehung zueinander zu halten, wobei weiterhin eine Einrichtung vorhanden ist, welche dazu dient, eine Axialkraft zu liefern, um das Involuten-Kurvenelement des stationären Spiralelementes in axiale Berührung mit der Stirnplatte des umlaufenden Spiralelementes zu bringen und um das Involuten-Kurvenelement des umlaufenden Spiralelementes in axiale Berührung mit der Stirnplatte des stationären Spiralelementes zu bringen, so daß dadurch eine radiale Abdichtung der Taschen erreicht wird, und wobei eine tangentiale Dichtungseinrichtung vorhanden ist, um eine tangentiale Abdichtung entlang den sich bewegenden Berührungslinien zu schaffen, dadurch gekennzeichnet , daß eine Feder/Dichtungs-Einrichtung vorgesehen ist, welche jedem Involuten-Kurvenelement zugeordnet ist und welche jeweils in Kombination ein Dichtungselement derselben Involuten-

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konfiguration wie ihres zugehörigen Kurvenelementes aufweist, durch welches die axiale Berührung bewirkt wird, und weiterhin eine Kraftaufbringungs-Einrichtung, um das Dichtungselement zu beaufschlagen, damit der axiale Kontakt hergestellt wird, während die tangentiale Dichtung während des Betriebes der Vorrichtung voll wirksam bleibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende jedes Involuten-Kurvenelementes, welches den Stirnplatten zugewandt ist, eine Nut aufweist, um einen Kanal festzulegen, der einen Sitz für das Dichtungselement bildet, das eine Breite aufweist, die geringer ist als die Breite des Kanals, so daß das Dichtungselement eine axiale und eine radiale Bewegung innerhalb des Kanals ausführen kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufbringungs-Einrichtung zumindest teilweise pneumatische Kräfte aufbringt und ein Druckfluid verwendet, und zwar innerhalb des Kanals, wobei das Druckfluid von einer der Zonen auf den beiden Seiten der sich bewegenden Berührungslinie abgeleitet wird, und zwar von derjenigen Seite, in welcher der größere Fluiddruck herrscht, und daß die radiale Dichtung über die radiale Kraft voll wirksam bleibt, welche durch das unter Druck stehende Fluid erzeugt wird, so daß eine Seite des Dichtungselementes in Berührung mit derjenigen Seite der Nut bleibt, die näher an der anderen der Zonen liegt, welche den geringeren Fluiddruck hat.
4-. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von auf Abstand angeordneten Federn vorhanden sind, welche in dem Kanal angeordnet und unter Druck gehalten sind, so daß eine axiale Kraft auf das Dichtungselement aufgebracht ist, so daß dadurch die axiale Berührung herbeigeführt wird.

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5. Vorrichtung nacli Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufbringungs-Einrichtung ein als Involuten-Kurvenelement ausgebildetes elastomeres Element in dem Kanal aufweist, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß eine axiale Kraft auf das Dichtungselement ausgeübt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufbringungs—Einrichtung eine als Involuten-Kurvenelement ausgebildete Feder/Dichtung in dem Kanal aufweist, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß auf das Dichtungselement eine axiale Kraft ausgeübt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder/Dichtung einen ΙΓ-förmigen Querschnitt aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder/Dichtung in Kombination einen abgestuften Dichtungsstreifen mit zwei Kontakt-Stirnflächen und als Involuten ausgebildete, gegenüber angeordnete Wellenfedern aufweist, um die Stirnflächen mit den Oberflächen des Kanals und des Dichtungselementes in Berührung zu bringen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement aus Metall besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement einen Schmiermittel-Kanal in der Oberfläche aufweist, durch welche die axiale Berührung herbeigeführt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement aus einem selbstschmierenden synthetischen Harz besteht.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende jedes Involuten-Kurvenelementes, welches den Stirnplatten zugewandt ist, derart ausgebildet ist, daß ein zentral angeordneter Kurvenelementen-Ansatz gebildet ist, daß weiterhin das Dichtungselement in Form eines Troges ausgebildet ist, der einen Fluidkanal festlegt, in welchen sich der Ansatz erstreckt, daß die Breite des Kanals größer ist als die Breite des Kurvenelementen-Ansatzes, wodurch das Dichtungselement sowohl eine axiale als auch eine radiale Bewegung in bezug auf den Kurvenelementen-Ansatz ausführen kann, und daß die Breite des Dichtungseiementes geringer ist als diejenige des zugehörigen Kurvenelementes.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftaufbringungs-Einrichtung zumindest teilweise pneumatische Kräfte aufbringt und ein Druckfluid verwendet, und zwar innerhalb des Kanals, wobei das Druckfluid von einer der Zonen auf den beiden Seiten der sich bewegenden Berührungslinie abgeleitet wird, und zwar von derjenigen Seite, in welcher der größere Fluiddruck herrscht, und daß die radiale Dichtung über die radiale Kraft voll wirksam bleibt, welche durch das unter Druck stehende Fluid erzeugt wird, so daß eine Seite des Dichtungselementes in Berührung mit derjenigen Seite des Kurvenelementen-Ansatzes bleibt, welcher näher an der genannten Zone liegt..
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von auf Abstand angeordneten Federn vorhanden sind, welche in dem Kurvenelement-Ansatz angeordnet und unter Druck gehalten sind, so daß eine axiale Kraft auf das Dichtungselement aufgebracht ist, so daß dadurch die axiale Berührung herbeigeführt wird.

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15· Vorrichtung nach. Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftaufbringungs-Einrichtung ein als Involuten-Kurvenelement ausgebildetes elastomeres Element aufweist, welches zwischen dem Kurvenelementen-Ansatz und dem Dichtungselement angeordnet ist und eine axiale Kraft auf das Dichtungselement überträgt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftaufbringungs-Einrichtung eine als Involuten-Kurvenelement ausgebildete Feder/ Dichtung in dem Kanal zwischen dem Dichtungselement und dem Kurvenelementen-Ansatz aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Dichtungselement aus Metall besteht.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17i dadurch gekennzeichnet , daß das Dichtungselement einen Schmiermittel-Kanal in derjenigen Oberfläche aufweist, über welche der axiale Kontakt herbeigeführt wird.
19- Vorrichtung nech Anspruch 12. dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement aus einem selbstschmierenden synthetischen Harz besteht.
20. Fluidverdränger—Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß ein stationäres Spiralelement vorgesehen ist, welches eine Stirnplatte und ein Involuten-Kurvenelement aufweist, daß weiterhin ein umlaufendes Spiralelement vorhanden ist, welches eine

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Stirnplatte -und ein Involuten-Kurvenelement aufweist, daß weiterhin eine Antriebseinrichtung vorgesehen ist, welche eine Hauptwelle und eine dazu parallel angeordnete Umlauf-Spiral-Elementen-Welle aufweist, um das umlaufende Spiralelement in Umlauf zu setzen, wodurch die Involuten-Kurvenelemente sich bewegende Linienkontakte erzeugen, um wenigstens eine sich bewegende Tasche mit veränderbarem Volumen festzulegen und abzudichten, wobei zugleich Zonen unterschiedlichen Pluiddruckes auf beiden Seiten des sich bewegenden Linienkontaktes entstehen, daß das Antriebselement eine radiale Feder-Verbindungs'einrichtung zwischen der Hauptwelle und der Umlauf-Spiralelementen-Welle aufweist, um eine tangentiale Abdichtung entlang den sich bewegenden Berührungslinien hervorzurufen, daß weiterhin eine Kupplungseinrichtung vorhanden ist, welche dazu dient, die Spiral-Elemente in einer festen Winkelbeziehung zueinander zu halten, daß weiterhin eine Einrichtung vorhanden ist, welche dazu dient, eine axiale Kraft zu liefern, um das Involuten-Kurvenelement des stationären Radialelementes in axiale Berührung mit der Stirnplatte des umlaufenden Spiralelementes zu bringen und um das Involuten-Kurvenelement des umlaufenden Spiral-Elementes in axiale Berührung mit der Stirnplatte des stationären Spiral-Elementes zu bringen, so daß dadurch eine radiale Abdichtung der Taschen gewährleistet ist, und daß jedem der Involuten-Kurvenelemente eine Feder/Dichtungs-Einrichtung zugeordnet ist, welche in Kombination ein Dichtungselement derselben Involutenkonfiguration wie bei dem zugehörigen Kurvenelement, durch welches die axiale Berührung herbeigeführt wird, und weiterhin eine Kraftaufbringungs-Einrichtung aufweist, welche dazu dient, das Dichtungselement in der Weise zu beaufschlagen, daß die radiale Abdichtung gewährleistet ist, während zugleich die tangentiale Abdichtung während des Betriebes der Vorrichtung uneingeschränkt aufrechterhalten bleibt.

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21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß das Ende jedes Involuten-Kurvenelementes, welches den Stirnplatten zugewandt ist, eine Nut aufweist,um einen Kanal festzulegen, der einen Sitz für das Dichtungselement bildet, das eine Breite aufweist, die geringer ist als die Breite des Kanals, so daß das Dichtungselement eine axiale und eine radiale Bewegung innerhalb des Kanals ausführen kann.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftaufbringungs-Einrichtung zumindest teilweise pneumatische Kräfte aufbringt und ein Druckfluid verwendet, und zwar innerhalb des Kanals, wobei das Druckfluid von einer der Zonen auf den beiden Seiten der sich bewegenden Berührungsiinie abgeleitet wird, und zwar von derjenigen Seite, in welcher der größere Fluiddruck herrscht, und daß die radiale Dichtung über die radiale Kraft voll wirksam bleibt, welche durch das unter Druck stehende Fluid erzeugt wird, so daß eine Seite des Dichtungselementes in Berührung mit derjenigen Seite der Nut bleibt, die näher an der anderen der Zonen liegt, welche den geringeren Fluiddruck hat.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von auf Abstand voneinander angeordneten Druckfedern in dem Kanal derart angeordnet sind, daß eine Axialkraft auf das Dichtungselement ausgeübt wird, so daß dadurch eine radiale Dichtung gewährleistet ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftaufbringungs-Einrichtung ein als Involuten-Kurvenelement ausgebildetes elastomeres Element in dem Kanal aufweist, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß eine axiale Kraft auf das Dichtungselement ausgeübt ist.

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25. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftaufbringungs-Einrichtung eine als Involuten-Kurvenelement ausgebildete Feder/Dichtung in dem Kanal aufweist, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß auf das Dichtungselement eine axiale Kraft ausgeübt wird.
26. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß das Feder/Dichtungselement aus Metall besteht.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß das Dichtungselement einen Schmiermittel-Kanal in der Oberfläche aufweist, durch welche die axiale Berührung herbeigeführt wird.
28. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß das Dichtungselement aus einem selbstschmierenden synthetischen Harz besteht.
29. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß das Ende jedes Involuten-Kurvenelementes, welches den Stirnplatten zugewandt ist, derart ausgebildet ist, daß ein zentral angeordneter Kurvenelement en-Ans atz gebildet ist, daß weiterhin das Dichtungselement in Form eines Troges ausgebildet ist, der einen Fluidkanal festlegt, in welchen sich der Ansatz erstreckt, daß die Breite des Kanals größer ist als die Breite des Kurvenelementen-Ansatzes, wodurch das Dichtungselement sowohl eine axiale als auch eine radiale Bewegung in

. bezug auf den Kurvenelementen-Ansatζ ausführen kann, und daß die Breite des Dichtungselementes geringer ist als diejenige des zugehörigen Kurvenelementes.

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30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftaufbringungs-Einrichtung zumindest teilweise pneumatische Kräfte aufbringt und ein Druckfluid verwendet, und zwar innerhalb des Kanals, wobei das Druckfluid von einer der Zonen auf den beiden Seiten der sich bewegenden Berührungslinie abgeleitet wird, und zwar von derjenigen Seite, in welcher der größere Fluiddruck herrscht, und daß die radiale Dichtung über die radiale Kraft voll wirksam bleibt, welche durch das unter Druck stehende Fluid erzeugt wird, so daß eine Seite des Dichtungselementes in Berührung mit derjenigen Seite des Kurvenelementen-Ansatzes bleibt, welcher näher an der genannten Zone liegt.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , daß eine Mehrzahl von auf Abstand angeordneten Federn vorhanden sind, welche in dem Kurvenelement-Ansatz angeordnet und unter Druck gehalten sind, so daß eine axiale Kraft auf das Dichtungselement aufgebracht ist, so daß dadurch die axiale Berührung herbeigeführt wird.
32. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftaufbringungs-Einrichtung ein als Involuten-Kurvenelement ausgebildetes elastomeres Element aufweist, welches zwischen dem Kurvenelementen-Ansatz und dem Dichtungselement angeordnet ist und eine axiale Kraft auf das Dichtungselement überträgt.
33- Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftaufbringungs-Einrichtung eine als Involuten-Kurvenelement ausgebildete Feder/ Dichtung in dem Kanal zwischen dem Dichtungselement und dem Kurvenelementen-Ansatz aufweist.

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34. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß das Dichtungselement aus Metall besteht.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet , daß das Dichtungselement einen Schmiermittel-Kanal in der Oberfläche hat, durch welchen die axiale Berührung herbeigeführt ist.
36. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß das Dichtungselement aus einem selbstschmierenden synthetischen Harz besteht.
37. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die radiale Feder-Verbindungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, welche dazu dient, eine Zentripedal-Radialkraft zu liefern, welche derart beschaffen ist, daß sie zumindest einem Teil derjenigen Zentrifugalkraft entgegenwirkt, welche auf das stationäre Spiralelement wirkt, so daß dadurch eine tangentiale Abdichtung durch die Radialkraft zwischen dem umlaufenden und dem stationären Spiralelement in der Weise gewährleistet ist, daß sowohl die Abnutzung als auch die interne Fluidleckage auf ein Minimum gebracht sind.
38. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebseinrichtung einen Motor aufweist, welcher mit der Hauptwelle verbunden ist, und daß die Vorrichtung ein Kompressor ist.

39· Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebseinrichtung eine
Einrichtung aufweist, welche dazu dient, ein Hochdruckfluid in eine Hochdruckfluidleitung einzuführen, und daß die Vorrichtung eine Expandiervorrichtung ist.

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