EP1078165B1

EP1078165B1 - Spiralkompressor

Info

Publication number: EP1078165B1
Application number: EP00920440A
Authority: EP
Inventors: Thomas Hasemann
Original assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH and Co KG
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: DK1078165T3; US6398530B1; EP1078165A1; DE50012753D1; WO2000053934A1; DE19910460A1; ATE326634T1; ES2263467T3; PT1078165E

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompressor umfassend einen Spiralverdichter mit einem ersten Verdichterkörper und einem zweiten Verdichterkörper, deren in Form einer Kreisevolvente ausgebildete erste bzw. zweite Spiralrippen so ineinandergreifen, daß der zweite Verdichterkörper gegenüber dem ersten Verdichterkörper auf einer Orbitalbahn um eine Mittelachse bewegbar ist, einen Antrieb für den Spiralverdichter mit einem Antriebsmotor und eine Mitnehmereinheit, welche einen vom Antriebsniotor angetriebenen und auf einer Mitnehmerbahn um die Mittelachse umlaufenden Mitnehmer mit einer in einer Richtung quer zur Mittelachse in einer Drehrichtung konvex gekrümmten Mitnehmerfläche und eine an dem zweiten Verdichterkörper angeordnete Mitnehmeraufnahme mit einer Mitnahmefläche aufweist, wobei die Mitnehmeraufnahme in radialer Richtung zu der Mittelachse mit einem radialen Freiheitsgrad gegenüber dem Mitnehmer so bewegbar ist, daß der zweite Verdichterkörper aufgrund des radialen Freiheitsgrades und der auf den zweiten Verdichterkörper wirkenden Zentrifugalkräfte mit der zweiten Spiralrippe an der ersten Spiralrippe des ersten Verdichterkörpers dichtend anliegend bewegbar ist.
Ein derartiger Spiralkompressor ist beispielsweise aus der US-A- 5,562,436 bekannt. Bei diesem Kompressor ist ein Mitnehmer mit konvex gekrümmten Mitnehmerflächen vorgesehen, die auf eine in der Querschnittsform angepaßte Wandfläche wirkt, so daß die Mitnehmeraufnahme mitgedreht wird.
Aus der US 5,536,152 ist ein Kompressor bekannt, bei dem der Mitnehmer auf eine an dessen Form angepaßte Wandfläche wirkt, so daß die Mitnehmeraufnahme ebenfalls mitgedreht wird.
Ferner ist aus der DE-A-43 058 76 ein Kompressor bekannt, bei dem der Mitnehmer als zylinderischer Zapfen in eine entsprechende passende zylindrische Aufnahme eingreift.
Bei den aus der US-A5,562,436 bekannten Spiralkompressoren besteht das " Problem, daß diese Lösung aufwendig herzustellen ist und andererseits durch die ebenen Mitnehmerflächen unerwünschte hohe lokale Flächenpressungen auftreten können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kompressor der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß dieser möglichst einfach herstellbar ist und möglichst zuverlässig arbeitet.
Diese Aufgabe wird bei einem Kompressor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mitnehmeraufnahme drehfest gegenüber dem zweiten Verdichterkörper angeordnet ist, daß die Mitnahmefläche den Mitnehmer ringförmig umschließt, daß die Mitnehmerfläche auf die Mitnahmefläche stets nur in einem Teilabschnitt durch Kraftbeaufschlagung einwirkt, welcher bei einem Umlauf des zweiten Verdichterkörpers auf der Orbitalbahn auf der Mitnahmefläche ebenfalls umläuft und dazwischen dem Mitnehmer und der Mitnahmefläche außerhalb des kraftbeaufschlagten Teilabschnitts ein den radialen Freiheitsgrad der Mitnehmeraufnahme gegenüber dem Mitnehmer zulassender Zwischenraum besteht.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt in seiner konstruktiven Einfachheit, die es erlaubt, einerseits die Mitnehmeraufnahme nicht mehr drehbar am zweiten Verdichterkörper anzuordnen, sondern drehfest, so daß das hierzu erforderliche Drehlager entfallen kann, da bei der erfindungsgemäßen Lösung die Relativdrehung durch das Umlaufen des Teilabschnitts auf der Mitnahmefläche gelöst wird.
Darüber hinaus hat die erfindungsgemäße Lösung noch den großen Vorteil, daß sie weniger und insbesondere nur einfach zu bearbeitende Teile benötigt.
Eine konstruktiv besonders einfache Lösung sieht dabei vor, daß die Mitnehmeraufnahme fest am zweiten Verdichterkörper angeordnet ist.
Im konstruktiv einfachsten Fall handelt es sich hierbei um eine an den Verdichterkörper vorzugsweise einstückig angeformte Buchse, in deren innere Ausnehmung der Mitnehmer eingreift.
Hinsichtlich der Dimensionierung des möglichen radialen Freiheitsgrades wäre es auch denkbar, diesen geringer auszubilden als die maximal möglichen Bewegungen des Verdichterkörpers in radialer Richtung. Besonders günstig ist es jedoch, wenn der mögliche radiale Freiheitsgrad mindestens der maximalen Abweichung der Orbitalbahn des zweiten Verdichterkörpers von einer geometrischen Kreisbahn um die Mittelachse entspricht. Dabei stellt die geometrische Kreisbahn um die Mittelachse den Idealfall der Orbitalbahn dar, der jedoch aufgrund der Fertigungsungenauigkeiten im Bereich der Spiralrippen, aufgrund von thermischen Veränderungen während des Betriebs, beispielsweise unterschiedliche Temperaturausdehnung, oder auch aufgrund von Verschleiß weder zeitweise erreicht werden kann, noch über lange Zeit aufrechterhalten werden kann, so daß davon auszugehen ist, daß die tatsächliche Orbitalbahn des zweiten Verdichterkörpers von der idealen geometrischen Kreisbahn abweicht.
Hinsichtlich der Dimensionierung des Zwischenraums ist es besonders günstig, wenn der Zwischenraum in radialer Richtung eine Ausdehnung aufweist, welche mindestens der maximalen Abweichung der Orbitalbahn von der geometrischen Kreisbahn entspricht, da damit der Zwischenraum in der Lage ist, die radialen Bewegungen, die erforderlich sind, damit der zweite Verdichterkörper mit seiner zweiten Spiralrippe stets anliegend längs der ersten Spiralrippe des ersten Verdichterkörpers verläuft, zuzulassen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Zwischenraum eine Dimension, die im Bereich von ungefähr 1,5 ‰ bis ungefähr 15 ‰ einer Ausdehnung der Mitnahmefläche jeweils in radialer Richtung beträgt. Bevorzugt sind Werte von ungefähr 2 ‰ bis ungefähr 10 ‰.
Hinsichtlich der Ausbildung des Zwischenraums sind die unterschiedlichsten Lösungen denkbar. So wäre es beispielsweise denkbar, daß der Zwischenraum im Anschluß an die Mitnehmerfläche sprunghaft weiter wird.
Um jedoch vorzusehen, daß bei einer radialen Bewegung der Mitnehmeraufnahme relativ zum Mitnehmer die radiale Bewegung einer gewissen Dämpfung unterworfen wird, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Abstand zwischen diesen von dem kraftbeaufschlagten Teilabschnitt ausgehend sich mit zunehmendem Abstand von dem Teilabschnitt zunehmend vergrößert, d. h., daß durch die kontinuierliche Vergrößerung des Abstands zwischen der Mitnehmerfläche und der Mitnahmefläche sich nahe des kraftbeaufschlagten Teilabschnitts ein Schmiermittelpolster bildet, das bei einer plötzlichen radialen Bewegung aus dem Zwischenraum verdrängt werden muß und somit eine gewisse Dämpfungswirkung einsetzt.
Besonders günstig ist es dabei, wenn sich der Abstand zwischen der Mitnehmerfläche und der Mitnahmefläche beiderseits des kraftbeaufschlagten Teilabschnitts mit zunehmendem Abstand von diesem vergrößert, so daß eine Bewegung in radialer Richtung oder auch entgegengesetzt dazu jeweils eine Dämpfung erfährt.
Eine hinsichtlich der Herstellung der Mitnahmefläche besonders günstige Lösung sieht vor, daß die Mitnahmefläche kreisförmig, vorzugsweise als Zylinderfläche eines Kreiszylinders, verläuft, so daß bei der Bewegung des zweiten Verdichterkörpers auf der Orbitalbahn die Mitnehmerfläche sich entlang der kreisförmig oder zylindrisch verlaufenden Mitnahmefläche bewegt.
Dabei liegt vorzugsweise der Mittelpunkt des von der Mitnahmefläche gebildeten Kreises oder Zylinders auf der der Orbitalbahn zugrundeliegenden Kreisbahn um die Mittelachse.
Hinsichtlich der Ausbildung der Mitnehmereinheit wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der Erfindung keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein einfachstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mitnehmereinheit vor, daß diese eine einzige Mitnehmerfläche und eine dieser zugeordnete Mitnahmefläche aufweist. Vorzugsweise liegt dabei der Zwischenraum zwischen dem Mitnehmer und der Mitnahmefläche.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, daß die der Mitnehmerfläche zugeordnete Mitnahmefläche an einem Zwischenring angeordnet ist, welcher seinerseits mit einer weiter Mitnehmerfläche auf einen weiteren Teilabschnitt einer weiteren Mitnahmefläche durch Kraftbeaufschlagung wirkt und daß zwischen dem Zwischenring und der weiteren Mitnahmefläche ebenfalls ein zu dem radialen Freiheitsgrad der Mitnehmeraufnahme gegenüber dem Mitnehmer beitragender weiterer Zwischenraum besteht. Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß die Möglichkeit besteht, den insgesamt erhältlichen radialen Freiheitsgrad auf mindestens zwei oder mehr Zwischenräume zu verteilen, so daß diese Zwischenräume ihrerseits möglichst klein gehalten werden können, um eine möglichst gute Schmierung im Bereich der Zwischenräume zu erreichen, andererseits aber der insgesamt in radialer Richtung mögliche radiale Freiheitsgrad aufgrund der Summe der Weiten der Zwischenräume in radialer Richtung möglichst groß sein kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es nicht zwingend erforderlich, daß der Zwischenring mit der weiteren Mitnehmerfläche längs der weiteren Mitnahmefläche gleitet. Es ist auch denkbar, daß sich der Zwischenring mit der weiteren Mitnehmerfläche an der weiteren Mitnahmefläche abwälzt.
Im übrigen ist es auch im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung denkbar, daß sich auch bei nur einer Mitnehmerfläche und einer zugeordneten Mitnahmefläche die Mitnehmerfläche auf der Mitnahmefläche abwälzt, was es allerdings erforderlich macht, die Mitnehmerfläche beispielsweise als Außenfläche einer den Mitnehmer umschließenden und an diesem drehbar gelagerten Hülse zu realisieren, so daß sich die Mitnehmerfläche als gesamte Außenfläche der Hülse auf der zugeordneten Mitnahmefläche bei der Bewegung des zweiten Verdichterkörpers auf der Orbitalbahn abwälzen kann.
Aus Gründen einer möglichst kostengünstigen Lösung ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn mindestens eine der Mitnehmerflächen bei der Bewegung des zweiten Verdichterkörpers auf der Orbitalbahn relativ zur zugeordneten Mitnahmefläche gleitet, da diese Lösung besonders einfach zu realisieren ist und auch hinsichtlich der Ausbildung des diese Mitnehmerfläche tragenden Körpers einen großen Freiheitsgrad zuläßt.
Im Falle einer auf der Mitnahmefläche gleitenden Mitnehmerfläche ist es wichtig, eine optimale Schmierung zu erhalten, die dann erhältlich ist, wenn zwischen der gleitenden Mitnehmerfläche und der zugeordneten Mitnahmefläche ein hydrodynamischer Schmierfilm erzeugbar ist, welcher dazu beiträgt, daß zwischen der Mitnehmerfläche und der Mitnahmefläche keine im wesentlichen linienförmige Anlage erfolgt, sondern die Mitnehmerfläche aufgrund des Schmierfilms über einen größer ausgedehnten Bereich trägt.
Zur Ausbildung eines derartigen Schmierfilms ist es besonders günstig, wenn in Drehrichtung des Mitnehmers gesehen vor der Mitnehmerfläche eine Schmiermittelzufuhr erfolgt, so daß das Schmiermittel bei der Drehbewegung in Richtung des kraftbeaufschlagten Teilabschnitts bewegt wird.
Besonders günstig ist es hierbei, wenn die Schmiermittelzufuhr über den Mitnehmer erfolgt.
Eine derartige Schmiermittelzufuhr zur Mitnehmereinheit über den Mitnehmer kann in unterschiedlichster Weise realisiert werden. Beispielsweise wäre es denkbar, stirnseitig des Mitnehmers Schmiermittel austreten zu lassen, welches sich dann in Richtung des Zwischenraums bewegt und in diesen eindringt. Eine besonders günstige Lösung sieht vor, daß hierzu der Mitnehmer mit einem diesen durchsetzenden Schmiermittelkanal versehen ist, wobei sich vorzugsweise der Schmiermittelkanal von dem Mitnehmer über die Antriebswelle fortsetzt und beispielsweise an einem dem Mitnehmer gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle des Antriebsmotors eine Schmiermittelpumpe angeordnet ist.
Um eine besonders präzise Schmierung zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Mitnehmer mit einer nahe der Mitnehmerfläche und in den Zwischenraum mündenden Schmiermittelaustrittsöffnung versehen ist, so daß das Schmiermittel vorzugsweise unmittelbar vor der Mitnehmerfläche in den Zwischenraum eingebracht wird und sich von diesem dann in Richtung des kraftbeaufschlagten Teilabschnitts bewegt.
Hinsichtlich der Ausbildung des Zwischenraums sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar. Um jedoch das Schmiermittel möglichst optimal in dem Bereich des kraftbeaufschlagten Teilabschnitts zur Verfügung zu haben, insbesondere zur Ausbildung eines hydrodynamischen Schmierfilms, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Zwischenraum in Drehrichtung des Mitnehmers gesehen vor der Mitnahmefläche eine Ausdehnung aufweist, welche das Schmiermittel aufgrund von Kapillarwirkung hält.
Noch besser ist es, wenn der Zwischenraum über seine gesamte Erstreckung eine derartige Ausdehnung aufweist, daß er Schmiermittel aufgrund von Kapillarwirkung hält.
Hinsichtlich der Ausrichtung der Mitnehmerfläche in Bezug auf die Richtung, in welcher der radiale Freiheitsgrad wirksam ist, insbesondere in Richtung einer Verbindungslinie zwischen der Mittelachse und einer Berührungslinie der Spiralrippen, wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So ist es besonders vorteilhaft, wenn sich der kraftbeaufschlagte Teilabschnitt der Mitnahmefläche stets ungefähr parallel zu der Richtung des radialen Freiheitsgrades erstreckt und diese Ausrichtung beibehält, so daß dadurch eine definierte Ausrichtung der Einwirkung des Mitnehmers auf die Mitnehmeraufnahme festlegbar ist. Im Idealfall liegt der Teilabschnitt symmetrisch zu einer Tangente an die der Orbitalbahn zugrundeliegende Kreisbahn, wobei die Tangente durch den Mittelpunkt der kreisförmigen Mitnahmefläche verläuft. In diesem Fall wirkt der Mitnehmer stets derart auf den zweiten Verdichterkörper ein, daß er in der Lage ist, die tangentiale Gaskraft zu überwinden, jedoch keinerlei Beitrag in Richtung des radialen Freiheitsgrades liefert, so daß der radialen Gaskraft lediglich die Zentrifugalkraft entgegenwirkt.
Es ist aber auch denkbar, den kraftbeaufschlagten Teilabschnitt der Mitnahmefläche so festzulegen, daß dieser eine geringfügige Neigung gegenüber der Richtung des radialen Freiheitsgrades aufweist und somit die Überwindung der tangentialen Gaskraft durch den Mitnehmer entweder zu einer zur Zentrifugalkraft zusätzlich radial nach außen wirkenden oder zu einer radial nach innen wirkenden zusätzlichen Kraftkomponente führt.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kompressors;
Fig. 2: einen vergrößerten Teilschnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1 mit zusätzlicher Darstellung eines Ausschnitts von einer ersten und einer zweiten Spiralrippe, bei welcher eine Überwindung der tangentialen Gaskraft nicht zu einer radialen Kraftkomponente führt;
Fig. 3: eine Darstellung einer Auslegung des ersten Ausführungsbeispiels, wobei die Überwindung der tangentialen Gaskraft zu einer Kraftkomponente in radialer Richtung führt;
Fig. 4: einen Schnitt ähnlich Fig. 1 durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kompressors;
Fig. 5: einen Schnitt ähnlich Fig. 2 durch das zweite Ausführungsbeispiel;
Fig. 6: einen Schnitt ähnlich Fig. 2 durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kompressors.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralkompressors, dargestellt in Fig. 1, umfaßt ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Gehäuse, in welchem ein als Ganzes mit 12 bezeichneter elektrischer Antriebsmotor und ein als Ganzes mit 14 bezeichneter Spiralverdichter angeordnet sind.
Der Spiralverdichter umfaßt dabei einen ersten Verdichterkörper 16 und einen zweiten Verdichterkörper 18, wobei der erste Verdichterkörper 16 eine sich über eine Grundfläche 20 desselben erhebende erste in Form einer Kreisevolvente ausgebildete Spiralrippe 22 aufweist und der zweite Verdichterkörper 18 eine sich über eine Grundfläche 24 erhebende zweite in Form einer Kreisevolvente ausgebildete Spiralrippe 26, wobei die Spiralrippen 22, 26 ineinandergreifen und dabei jeweils an der Grundfläche 24 bzw. 20 des jeweils anderen Verdichterkörpers 18, 16 dichtend anliegen, so daß sich zwischen den Spiralrippen 22, 26 sowie den Grundflächen 20, 24 Kammern 28 bilden, in welchen eine Verdichtung eines Mediums erfolgt, das über einen die Spiralrippen 22, 26 radial außen umgebenden Einlaßraum 30 mit Anfangsdruck zuströmt und nach dem Verdichten in den Kammern 28 über einen Auslaß 32, vorgesehen in dem ersten Verdichterkörper 16, mit Enddruck austritt.
Bei dem beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist der erste Verdichterkörper 16 fest in dem Kompressorgehäuse 10 gehalten, während der zweite Verdichterkörper 18 um eine Mittelachse 34 herum auf einer Orbitalbahn 36 relativ zum ersten Verdichterkörper 16 bewegbar ist, wobei die Spiralrippen 22 und 26 theoretisch längs einer Berührungslinie 28 aneinander anliegen und die Berührungslinie 28 ebenfalls bei der Bewegung des zweiten Verdichterkörpers 18 auf der Orbitalbahn 36 um die Mittelachse 34 umläuft.
Der Antriebsmotor 12 zum Antrieb des zweiten Verdichterkörpers 18 umfaßt einen Stator 40, der fest in dem Gehäuse 10 angeordnet ist, und einen Rotor 42, welcher auf einer Antriebswelle 44 sitzt, die ihrerseits wiederum drehbar, und zwar um die Achse 34, in dem Gehäuse 10 gelagert ist.
Zur Kopplung der Drehbewegung der Antriebswelle 44 mit dem zweiten Verdichterkörper 18 ist eine als Ganzes mit 50 bezeichnete Mitnehmereinheit vorgesehen, die einen als Mitnehmer ausgebildeten Exzenter 52 umfaßt, der gegenüber der Mittelachse 34, und zwar in radialer Richtung, mit einem Versatz angeordnet ist.
Der Mitnehmer 52 greift in eine als Buchse ausgebildete Mitnehmeraufnahme 54 ein, die an einem Bodenteil 56 des zweiten Verdichterkörpers 18 angeordnet ist, und zwar auf einer der Spiralrippe 26 gegenüberliegenden Seite derselben und in Richtung des Antriebsmotors 12 weist.
Wie in Fig. 2 dargestellt, weist die als Buchse ausgebildete Mitnehmeraufnahme 54 eine innere Zylinderfläche 60 auf, deren Zylinderachse 62 einerseits die theoretisch kreisförmige Orbitalbahn 36 schneidet, andererseits parallel zur Mittelachse 34 verläuft, jedoch gegenüber der Mittelachse 34 um den Radius der Orbitalbahn 36 versetzt angeordnet ist.
Der als Exzenter ausgebildete Mitnehmer 52 ist seinerseits ebenfalls vorzugsweise als zylindrischer Körper mit einer Zylindermantelfläche 64 ausgebildet, deren Zylinderachse 66 ebenfalls parallel zur Mittelachse 34 verläuft und darüber hinaus einen radialen Abstand RE von dieser aufweist, welcher ungefähr dem Radius der Orbitalbahn 36 entspricht.
Erfindungsgemäß ist der Mitnehmer 52 so ausgebildet, daß er mit einer Mitnehmerfläche 70 an der als Mitnahmefläche wirkenden inneren Zylinderfläche 60 der Mitnehmeraufnahme 54 in einem Teilabschnitt 72 derselben anliegt, im übrigen jedoch gegenüber der Mitnahmefläche 60 berührungslos verläuft, so daß sich ausgehend von dem Teilabschnitt 72 ein Zwischenraum 74 zwischen dem Mitnehmer 52 und der Mitnehmeraufnahme 54 ergibt, welcher zunächst im Anschluß an den Teilabschnitt 72 Bereiche 76 und 78 aufweist, in denen sich eine Weite des Zwischenraums zunehmend vergrößert, und diese Bereiche 76 und 78 mit zunehmender Weite des Zwischenraums 74 gehen in einen Bereich 80 maximaler Weite über, wobei der Bereich 80 bei dem ersten Ausführungsbeispiel dem Teilbereich 72 gegenüberliegend steht.
Bei der Bewegung des Mitnehmers 52 um die Mittelachse 34 in Drehrichtung 82 wirkt nun die Mitnehmerfläche 70 mit einer Kraft A gegen den Teilabschnitt 72 der Mitnahmefläche 60, um die tangentiale Gaskraft TG zu überwinden. In einer Ausgangsstellung, in welcher sich die Zylinderachse 62 auf der theoretisch vorgesehenen kreisförmigen Orbitalbahn 36 um die Mittelachse bewegt, wirkt die in Richtung 84 einer Tangente an die Orbitalbahn 36 durch die Zylinderachse 62 ausgerichtete tangentiale Gaskraft TG in einer neutralen Richtung, welche einerseits durch die Zylinderachse 66 als Krümmungsmittelpunkt der Mitnehmerfläche 70 verläuft und andererseits durch die Zylinderachse 62 hindurch verläuft und senkrecht auf einer Geraden 86 steht, welche die Mittelachse 34 mit der Berührungslinie 28 der Spiralrippen 22, 26 verbindet. Da in der Ausgangsstellung eine Tangente 85, angelegt an die Mitnehmerfläche 70 im Teilbereich 72 im Schnittpunkt mit der Tangente 84 an die Orbitalbahn 36, parallel zur Geraden 86 und somit parallel zur radialen Richtung verläuft, heben sich die Antriebskraft A und die tangentiale Gaskraft TG auf, ohne eine in radialer Richtung zur Mittelachse 34 wirksame Kraftkomponente zu erzeugen, so daß die im Bereich der Berührungslinie 28 auf den zweiten Verdichterkörper 18 und in Richtung der Verbindungsgeraden 86 wirkende radiale Gaskraft RG ausschließlich durch die Zentrifugalkraft Z kompensiert werden kann, die ebenfalls in Richtung der Verbindungsgeraden 86 im Bereich der Berührungslinie 28 wirksam ist.
Eine derartige Dimensionierung macht es erforderlich, den Abstand RE der Zylinderachse 66 des Mitnehmers 52 von der Mittelachse 34 größer zu wählen als den Radius RB der Orbitalbahn 36, da die Zylinderachse 66 gegenüber der Zylinderachse 62 in Richtung des kraftbeaufschlagten Teilabschnitts 72 versetzt ist.
Es besteht jedoch aber auch die Möglichkeit, wie in Fig. 3 dargestellt, die tangentiale Gaskraft TG so wirken zu lassen, daß eine in der radialen Richtung 86 wirksame Komponente TGR entsteht. Dieser Fall tritt dann ein, wenn die Zylinderachse 62 der Zylinderfläche 60 entweder in Richtung der Mittelachse 34 oder von dieser weg gegenüber der Ausgangsstellung (Fig. 2) verschoben wird, in welcher die Zylinderachse 66 auf der Tangente 84 liegt. Wird beispielsweise, wie in Fig. 3 dargestellt, die Zylinderachse 62 gegenüber der Zylinderachse in radialer Richtung 86 gesehen von der Mittelachse 34 weg verschoben und liegt somit, bezogen auf die radiale Richtung 86, auf der der Mittelachse 34 gegenüberliegenden Seite der Zylinderachse 66, so liegt der Teilabschnitt 72' gegenüber dem Teilabschnitt 72 beim Fall gemäß Fig. 2 in Richtung der Mittelachse 34 auf diese zu verschoben und somit ist die Tangente 85', angelegt in dem Teilbereich 72', gegenüber der radialen Richtung 86 geneigt, so daß die parallel zur Tangente 84 wirksame tangentiale Gaskraft TG eine Komponente TGS senkrecht zur Tangente 85' und eine Komponente TGR in der radialen Richtung 86 umfaßt, die im in Fig. 3 dargestellten Fall der Zentrifugalkraft Z entgegen und gleichgerichtet zu der radialen Gaskraft RG, d. h. hinsichtlich der Kraft, mit der die Spiralrippen 22, 26 aneinander anliegen, abschwächend wirkt.
Eine derartige radiale Komponente TGR der tangentialen Gaskraft kann bereits konstruktiv dadurch festgelegt werden, daß der Abstand RE kleiner gewählt wird als er für die Ausgangsstellung sein müßte.
Eine radiale Komponente TGR tritt aber auch dann auf, wenn sich der Radius RB der Orbitalbahn 36 aufgrund von Bearbeitungsungenauigkeiten im Bereich der aneinander anliegenden Spiralrippen 22, 26 gegenüber dem Radius RB für die Ausgangsstellung vergrößert.
Eine umgekehrt wirkende radiale Komponente TGR, d. h. eine hinsichtlich der Kraft, mit der die Spiralrippen 22, 26 aneinander anliegen, verstärkend wirkende Komponente TGR, entsteht dann, wenn die Zylinderachse 62 sich gegenüber der Zylinderachse 66 auf die Mittelachse 34 zu verschiebt und, in radialer Richtung 86 gesehen, zwischen dieser und der Zylinderachse 66 liegt, wobei die verstärkend wirkende radiale Komponente TGR entweder konstruktiv vorgegeben oder durch Veränderung des Radius der Orbitalbahn 36 aufgrund von Ungenauigkeiten entstehen kann.
Bei der Bewegung des Mitnehmers 52 auf der Orbitalbahn 36 verläuft dabei jeweils der kraftbeaufschlagte Teilabschnitt 72 der Mitnahmefläche 60 in der Drehrichtung 82 auf der Mitnehmerfläche 60 um, da der zweite Verdichterkörper 18 zwar radial zur Mittelachse 34 bewegbar, jedoch drehfest um diese mittels einer üblichen Oldham-Kupplung 90 relativ zum Gehäuse 10 gehalten wird.
Dagegen bleibt die Mitnehmerfläche 70 des Mitnehmers 52 stets dieselbe, da der Mitnehmer 52 fest mit der Antriebswelle 44 verbunden ist und somit um diese herum mit der Mittelachse 34 als Drehachse schwenkt.
Aufgrund der zunehmenden Weite in den Bereichen 76 und 78 des Zwischenraums 74 zwischen dem Mitnehmer 52 und der Mitnehmeraufnahme 54 haben die Bereiche 76 und 78 des Zwischenraums 74 an der Stelle, an der diese von der Verbindungsgeraden 86 durchdrungen werden, eine Weite W, welche eine Bewegung des zweiten Verdichterkörpers 18 in radialer Richtung zur Mittelachse 34 zuläßt, so daß insgesamt der zweite Verdichterkörper 18 mit der Spiralrippe 26 einen radialen Freiheitsgrad in Richtung der Linie 86 aufweist, welcher es ermöglicht, daß einerseits beim Auftreten von Flüssigkeitsschlägen die zweite Spiralrippe 26 kurzfristig von der ersten Spiralrippe 22 abhebt und die zweite Spiralrippe 26 außerdem in der Lage ist, Fertigungsungenauigkeiten im Bereich der Spiralrippen 22 und 26, beispielsweise aufgrund mangelnder Oberflächengenauigkeiten, auszugleichen.
D. h., daß bei der vorliegenden Erfindung die Führung des zweiten Verdichterkörpers 18 bei der Bewegung längs der Bahn in radialer Richtung durch die aneinander längs der Berührungslinie 28 anliegenden Spiralrippen 22 und 26 erfolgt, so daß die orbitierende Bewegung des zweiten Verdichterkörpers 18 genau gesehen keine theoretisch kreisförmige Orbitalbahn 36 um die Mittelachse 34 erzeugt, sondern aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten oder betriebsbedingten Wärmeausdehnungen oder Verschleiß von dieser idealen geometrischen Kreisbahn abweicht. All dies gleicht der zweite Verdichterkörper 18 aufgrund der auf diesen wirkenden Zentrifugalkraft Z selbsttätig aus, da die Mitnehmeraufnahme 54 aufgrund der Weite W des Zwischenraums 74 in den Bereichen 76 und 78 in der Lage ist, radiale Bewegungen zur Mittelachse 34 durchzuführen.
Die Weite W wird dabei so ausgelegt, daß diese mindestens so groß ist, als die auftretenden Abweichungen der Orbitalbahn 36 von einer idealen geometrischen Kreisbahn um die Mittelachse 34.
Andererseits ist es vorteilhaft, die Weite W nicht all zu groß zu machen, um zusätzliche Laufunruhe aufgrund weiterer dynamischer Effekte und insbesondere überschwingende Bewegungen des Verdichterkörpers bei Flüssigkeitsschlägen möglichst gering zu halten. Dies ist ferner auch aus Gründen einer optimalen Schmierung zwischen der Mitnehmerfläche 70 und der Mitnahmefläche 60 von Vorteil.
Bei einer vorteilhaften praktischen Realisierungsform wurde die Weite W so dimensioniert, daß sie in der Größenordnung der Abweichungen der Orbitalbahn 36 von einer idealen Kreisbahn liegt. Die Weite W liegt vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 1,5 ‰ bis ungefähr 15 ‰ des Durchmessers des die Zylinderinnenfläche 60 festlegenden Kreises, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 3 ‰ bis ungefähr 10 ‰. Bezogen auf ein Lagerspiel, das erforderlich wäre, wenn die Zylinderfläche 64 des Mitnehmers 52 mit der Zylinderinnenfläche 60 der Mitnehmeraufnahme 54 ein übliches drehendes Gleitlager bilden würde, bedeutet dies, daß die Weite W mindestens das 1,5-fache eines maximal üblichen Lagerspiels beträgt und kleiner ist als das Sechsfache eines üblichen maximalen Lagerspiels.
Die Schmierung zwischen der Mitnehmerfläche 70 und der Mitnahmefläche 60 erfolgt durch einen ausgehend von einer Ölpumpe 91 die Antriebswelle 44 und den Mitnehmer 52 durchsetzenden Ölkanal 92, welcher auf einer der Antriebswelle 44 abgewandten Stirnseite 94 des Mitnehmers 52 mit einer Mündungsöffnung 96 endet und somit in einen Raum 98 zwischen der Stirnseite 94 und der Bodenplatte 56 des zweiten Verdichterkörpers 18 Öl einbringt, das dann aus diesem Raum 98 in den Zwischenraum 74 eintritt, wobei der Zwischenraum 74 vorzugsweise so dimensioniert ist, daß das Öl durch Kapillarwirkung in diesen hineingezogen wird, wobei sich aufgrund des auf der Mitnahmefläche 60 umlaufenden Teilbereichs 72 in einfacher Weise ein hydrodynamischer Schmierfilm im Teilbereich 72 erzeugen läßt.
Im übrigen ist der zweite Verdichterkörper 18 noch axial in Richtung der Mittelachse 34 auf den ersten Verdichterkörper zu bewegbar und durch einen im Gehäuse 10 gelagerten Kolben 99 beaufschlagt, dessen Druckkammern 99a, b mit dem unter Druck stehenden zu verdichtenden Medium über Kanäle verbunden und damit von diesem beaufschlagt sind.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 4 und 5, ist der Ölkanal 92 mit einem radial zur Zylinderachse 66 verlaufenden Querkanal 100 versehen, welcher mit einer Mündungsöffnung 102 endet, die in der Zylinderfläche 64 liegt, jedoch gegenüber der Mitnehmerfläche 70 in Drehrichtung 82 gesehen nach vorne versetzt angeordnet ist, so daß in den Bereich 76 des Zwischenraums 74, der bei der Bewegung des zweiten Verdichterkörpers 18 auf der Orbitalbahn 36 vor dem kraftbeaufschlagten Teilabschnitt 72 vorweg läuft, Öl zugeführt wird, das dann sich in Richtung des Teilabschnitts 72 bewegt und im Bereich des Teilabschnitts 72 zwischen der Mitnahmefläche 60 und der Mitnehmerfläche 70 zu einem hydrodynamischen Ölfilm führt, der sich zwischen die Mitnehmerfläche 70 und den kraftbeaufschlagten Teilabschnitt 72 der Mitnahmefläche 60 legt.
Im übrigen ist das zweite Ausführungsbeispiel in gleicher Weise ausgebildet wie das erste Ausführungsbeispiel, so daß dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind und diesbezüglich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spiralkompressors ist die Mitnehmereinheit 50" so ausgebildet, daß der Mitnehmer 52 mit der Mitnehmerfläche 70 auf einen Zwischenring 110 wirkt, welcher die Mitnahmefläche 60 trägt, deren Teilabschnitt 72 durch die Mitnehmerfläche 70 kraftbeaufschlagt ist. Der Zwischenring 110 weist aber ferner noch eine äußere Zylinderfläche 112 auf, welche koaxial zur Mitnahmefläche 60 angeordnet ist und eine Mitnehmerfläche 120 bildet, die dann ihrerseits auf eine als Zylinderfläche zur Zylinderachse 62 ausgebildete Mitnahmefläche 130 wirkt, wobei die weitere Mitnehmerfläche 120 nur im Bereich eines weiteren Teilabschnitts 122 auf die weitere Mitnahmefläche 130 einwirkt, die eine Innenfläche der Mitnehmeraufnahme 54 darstellt.
Somit ist zusätzlich zum Zwischenraum 74 noch ein weiterer Zwischenraum 124 vorgesehen, und beide Zwischenräume 74 und 124 tragen zu dem radialen Freiheitsgrad der Mitnehmeraufnahme 54 relativ zum Mitnehmer 52 bei.
Diese Lösung hat den Vorteil, daß sich die zum radialen Freiheitsgrad in Richtung der Verbindungslinie 86 beitragenden Weiten W₁ und W₂ der Zwischenräume 74 und 124 addieren, so daß insgesamt die Zwischenräume 74 und 124 jeweils einzeln eine geringere Weite W₁ bzw. W₂ aufweisen können, insgesamt jedoch die für den radialen Freiheitsgrad erforderliche Beweglichkeit des zweiten Verdichterkörpers 18 mit der zweiten Spiralrippe 26 sich aus der Summe der beiden Weiten W₁ und W₂ ergibt, so daß trotz geringerer Weiten der einzelnen Zwischenräume 74 und 124 insgesamt eine ausreichend große radiale Beweglichkeit erreichbar ist.
Die geringen Weiten W₁ und W₂ der Zwischenräume 74 und 124 erlauben außerdem eine gute Schmierung und eine noch bessere Dämpfung gegen Schwingungsbewegungen des zweiten Verdichterkörpers relativ zum Mitnehmer 52, da die Möglichkeit besteht, in den Zwischenräumen 74 und 124 einen Ölvorrat aufrechtzuerhalten, der zwar zur Durchführung einer Bewegung in radialer Richtung verdrängbar ist, wobei jedoch durch die Verdrängung dämpfend gegenüber höherfrequenten Schwingungsbewegungen wirkt.
Im übrigen sind auch beim dritten Ausführungsbeispiel diejenigen Teile, die mit denen der vorangehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß bezüglich der weiteren Beschreibung derselben auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.

Claims

Kompressor umfassend einen Spiralverdichter (14) mit einem ersten Verdichterkörper (16) und einem zweiten Verdichterkörper (18), deren in Form einer Kreisevolvente ausgebildete erste (22) bzw. zweite Spiralrippen (26) so ineinandergreifen, daß der zweite Verdichterkörper (18) gegenüber dem ersten Verdichterkörper (16) auf einer Orbitalbahn (36) um eine Mittelachse (34) bewegbar ist, einen Antrieb für den Spiralverdichter (14) mit einem Antriebsmotor (12) und eine Mitnehmereinheit (50), welche einen vom Antriebsmotor (12) angetriebenen und auf einer Mitnehmerbahn um die Mittelachse (34) umlaufenden Mitnehmer (52) mit einer in einer Richtung (86) quer zur Mittelachse (34) in einer Drehrichtung (82) konvex gekrümmten Mitnehmerfläche (70) und eine an dem zweiten Verdichterkörper (18) angeordnete Mitnehmeraufnahme (54) mit einer Mitnahmefläche (60) aufweist, wobei die Mitnehmeraufnahme (54) in radialer Richtung zu der Mittelachse (34) mit einem radialen Freiheitsgrad gegenüber dem Mitnehmer (52) so bewegbar ist, daß der zweite Verdichterkörper (18) aufgrund des radialen Freiheitsgrades und der auf den zweiten Verdichterkörper wirkenden Zentrifugalkräfte mit der zweiten Spiralrippe an der ersten Spiralrippe (22) des ersten Verdichterkörpers (16) dichtend anliegend bewegbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmeraufnahme (54) drehfest gegenüber dem zweiten Verdichterkörper (18) angeordnet ist, daß die Mitnahmefläche (60) den Mitnehmer (52) ringförmig umschließt, daß die Mitnehmerfläche (70) auf die Mitnahmefläche (60) stets nur in einem Teilabschnitt (72) durch Kraftbeaufschlagung einwirkt, welcher bei einem Umlauf des zweiten Verdichterkörpers (18) auf der Orbitalbahn (36) auf der Mitnahmefläche (60) ebenfalls umläuft und daß zwischen dem Mitnehmer (52) und der Mitnahmefläche (60) außerhalb des kraftbeaufschlagten Teilabschnitts (72) ein den radialen Freiheitsgrad der Mitnehmeraufnahme (54) gegenüber dem Mitnehmer (52) zulassender Zwischenraum (74, 124) besteht.
Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mögliche radiale Freiheitsgrad mindestens der maximalen Abweichung der Orbitalbahn von einer geometrischen Kreisbahn (36) um die Mittelachse (34) entspricht.
Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (74, 124) in radialer Richtung (86) eine Ausdehnung (W; W₁, W₂) aufweist, welche mindestens der maximalen Abweichung der Orbitalbahn von der geometrischen Kreisbahn (36) entspricht.
Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmefläche (60) und die Mitnehmerfläche (70) so dimensioniert sind, daß der Abstand zwischen diesen von dem kraftbeaufschlagten Teilabschnitt (72) ausgehend sich mit zunehmendem Abstand von dem Teilabschnitt (72) zunehmend vergrößert.
Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abstand zwischen der Mitnehmerfläche (70) und der Mitnahmefläche (60) beiderseits des kraftbeaufschlagten Teilabschnitts (72) mit zunehmendem Abstand von diesem zunehmend vergrößert.
Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmefläche (60) kreisförmig verläuft.
Kompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittelpunkt (62) des von der Mitnahmefläche (60) gebildeten Kreises auf der der Orbitalbahn zugrundeliegenden Kreisbahn (36) liegt.
Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmereinheit (50) eine einzige Mitnehmerfläche (70) und eine dieser zugeordnete Mitnahmefläche (60) aufweist.
Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Mitnehmerfläche (70) zugeordnete Mitnahmefläche (60) an einem Zwischenring (110) angeordnet ist, welcher seinerseits mit einer weiteren Mitnehmerfläche (120) auf einen Teilabschnitt (122) einer weiteren Mitnahmefläche (130) durch Kraftbeaufschlagung wirkt und daß zwischen dem Zwischenring (110) und der weiteren Mitnahmefläche (130) ebenfalls ein zu dem radialen Freiheitsgrad der Mitnehmeraufnahme (54) gegenüber dem Mitnehmer (52) beitragender weiterer Zwischenraum (124) besteht.
Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Mitnahmeflächen (60, 130) relativ zum zweiten Verdichterkörper (18) stationär angeordnet ist.
Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine der Mitnehmerflächen (120) an der zugeordneten Mitnahmefläche (130) abwälzt.
Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Mitnehmerflächen (70) bei der Bewegung des zweiten Verdichterkörpers (18) auf der Orbitalbahn (36) relativ zur zugeordneten Mitnahmefläche (60) gleitet.
Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der gleitenden Mitnehmerfläche (70) und der zugeordneten Mitnahmefläche (60) ein hydrodynamischer Schmierfilm erzeugbar ist.
Kompressor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in Drehrichtung (82) des Mitnehmers (52) gesehen vor der Mitnehmerfläche (70) eine Schmiermittelzufuhr erfolgt.
Kompressor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiermittelzufuhr über den Mitnehmer (52) erfolgt.
Kompressor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (52) mit einem diesen durchsetzenden Schmiermittelkanal (92) versehen ist.
Kompressor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiermittelkanal (92) über einen eine Antriebswelle (44) des Antriebsmotors (12) durchsetzenden Schmiermittelkanal gespeist ist.
Kompressor nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (52) mit einer nahe der Mitnehmerfläche (70) und in den Zwischenraum (74) mündenden Schmiermittelaustrittsöffnung (102) versehen ist.
Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (74, 124) in Drehrichtung (82) des Mitnehmers (52) gesehen vor der Mitnehmerfläche (70, 120) eine Ausdehnung aufweist, welche das Schmiermittel aufgrund von Kapillarwirkung hält.
Kompressor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (74, 124) über seine gesamte Erstreckung eine derartige Ausdehnung aufweist, daß er Schmiermittel aufgrund von Kapillarwirkung hält.