DE2428228A1 - DEVICE FOR CONVEYING OR TREATING A FLUID - Google Patents
DEVICE FOR CONVEYING OR TREATING A FLUIDInfo
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Description
Vorrichtung zum Fördern bzw. Behandeln eines FluidsDevice for conveying or treating a fluid
Die Erfindung betrifft"eine Vorrichtung zum Fördern bzw. Behandeln eines Fluids, insbesondere eine Vorrichtung zum Komprimieren, Expandieren oder Pumpen eines Fluids.The invention relates to "a device for conveying or treating of a fluid, in particular a device for compressing, expanding or pumping a fluid.
Die Erfordernisse für Gaskompressoren und Expansionsmaschinen sowie für Flüssigkeitspumpen sind allgemein bekannt und es gibt eine Reihe verschiedener Arten von solchen Vorrichtungen. Bei diesen Vorrichtungen wird das Betriebsmedium durch den Einlaß angesaugt und durch den Auslaß bei einem höheren Druck abgegebene Wenn es sich bei einem Betriebsmedium um. ein Gas handelt, kann dessen Volumen verringert werden, bevor es durch den Auslaß abgegeben wird, so daß die Vorrichtung als Kompressor arbeitet., Wenn als Betriebsmedium ein unter Druck stehendes Gas in die Vorrichtung eingeleitet wird und dieses sein Volumen vergrößert j so arbeitet die Vorrichtung als Expansionsmaschine, The requirements for gas compressors and expansion machines as well as for liquid pumps are well known and it are a number of different types of such devices. In these devices, the operating medium is through the Inlet sucked in and discharged through the outlet at a higher pressure. If it is an operating medium. a gas is, its volume can be reduced before it is discharged through the outlet, so that the device as a compressor works., If the operating medium is a pressurized gas is introduced into the device and this increases its volume j the device works as an expansion machine,
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die mechanische Energie abgeben und gegebenenfalls Kälte erzeugen kann. Schließlich kann ein Fluid bei unterschiedlichen Drücken, jedoch ohne eine nennenswerte Volumenänderung angesaugt und wieder abgegeben werden, so daß die Vorrichtung als Fluidpumpe dient.can release the mechanical energy and, if necessary, generate cold. After all, a fluid can be at different Press, but are sucked in and released again without a significant change in volume, so that the device as a fluid pump serves.
Im folgenden werden die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Förderung eines Fluids und die entsprechenden bekannten Vorrichtungen aus Zweckmäßigkeitsgründen als Kompressor bezeichnet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenso als Expansionsmaschine und als Pumpe verwendet werden kann und ihre Verwendung als solche wird für die verschiedenen Ausführungsformen beschrieben.In the following the device according to the invention for conveying a fluid and the corresponding known devices referred to as a compressor for reasons of convenience. It should be noted, however, that the device according to the invention can also be used as an expansion machine and as a pump and their use as such is different for the various Embodiments described.
Es ist nicht erforderlich, den Stand der Technik im einzelnen zu diskutieren, soweit er dynamische Vorrichtungen wie Kreiselverdichter und -pumpen oder mehr allgemein Verdrängungsvorrichtungen betrifft, die mit Schaufeln oder Zahnrädern arbeiten bzw.in anderer Form als Rotati ons vor richtungen ausgebildet sind. Jedoch sind einige Merkmale erwähnenswert, die diese Arten bekannter Vorrichtungen kennzeichnen und für einen Vergleich mit der erfindungsgemäßen Fluidverdrängungsvorrichtung dienen können.It is not necessary to discuss the prior art in detail insofar as it relates to dynamic devices such as centrifugal compressors and pumps or, more generally, positive displacement devices that work with blades or gears other shape than Rotati ons are formed in front of directions. However, it is worth noting some features that make these species more well known Identify devices and can serve for a comparison with the fluid displacement device according to the invention.
Pumpen, Kompressoren und Lüfter bzw. Gebläse, die als "dynamische" Vorrichtungen bezeichnet werden können, müssen zur Erzielung eines großen Druckverhältnisses mit hoher Drehzahl arbeiten und sie haben üblicherweise Wirkungsgrade von weniger als 90 %, bezogen auf die in Strömungs- und Druckenergie umgewandelte mechanische Energie. Solche dynamische Vorrichtungen finden ihre breiteste Anwendung in großen Ausführungen wie ι beispielsweise als Gasturbinenverdichter, stationäre Dampftur- : binen für Kraftwerke und dergleichen.Pumps, compressors and fans or blowers, which can be referred to as "dynamic" devices, must work at high speed in order to achieve a large pressure ratio and they usually have efficiencies of less than 90 %, based on the mechanical energy converted into flow and pressure energy Energy. Such dynamic devices are widely used in large designs such as, for example, gas turbine compressors, stationary steam turbines for power plants and the like.
Pumpen oder Kompressoren der Verdrängerbauart, die mit Schaufeln' ausgerüstet sind, weisen Gleitgeschwindigkeiten auf, die dem ; Radius der Schaufeln proportional sind, wobei der Gleitvorgang ! bei sich ändernden Wr.nkeln an den Schaufeln erfolgt. AußerdemPumps or compressors of the positive displacement type, which are equipped with blades, have sliding velocities which the; Radius of the blades are proportional, with the sliding action ! takes place with changing angles on the blades. aside from that
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arbeiten die Schaufeln in einem Gehäuse von bestimmter axialer Länge, so daß jeglicher Verschleiß auf ihren ebenen Stirnflächen eine Vergrößerung des Spaltes und damit eine Erhöhung des Durchblasens oder der Leckage der Vorrichtung mit sich bringt. Kreiselpumpen und -verdichter der Verdrängerbauart sind so aufgebaut, daß die umlaufenden Elemente zwischen Platten bzw. Seitenflächen beweglich sind, so daß zur Verringerung des Durchblasens bei gleichzeitig ungehinderter Drehbewegung enge Toleranzen vorgesehen werden müssen« Ein Verschleiß zwischen den umlaufenden Bauteilen und den Seitenflächen führt zu stärkerem Durchblasen, so daß der Abstand der Seitenflächen mittels Schrauben und sehr genau ausgebildeter Dichtungen in der Form von Unterlegscheiben eingestellt werden muß. Die Dichtungen wiederum können korrodierenden Fluiden oder Fluiden bei extremen Temperaturen, z. B. sehr kalten Flüssigkeiten oder heißen Gasen, nicht standhalten. Außerdem müssen diese Dichtungen sehr genau angeordnete Ränder haben, damit die umlaufenden Schaufeln nicht verletzt werden, wodurch der Zusammenbau der Vorrichtung weiter erschwert wird.the blades work in a casing of certain axial Length, so that any wear on their flat end faces an enlargement of the gap and thus an increase in the Blowing through or the leakage of the device brings with it. Centrifugal pumps and compressors of the positive displacement type are designed in such a way that that the revolving elements are movable between plates or side surfaces, so that to reduce the blow-through with unhindered rotational movement at the same time, tight tolerances must be provided «A wear and tear between the rotating Components and the side surfaces leads to stronger blowing, so that the distance between the side surfaces by means of screws and very precisely designed seals in the form of washers must be adjusted. The seals in turn can corrosive fluids or fluids at extreme temperatures, z. B. very cold liquids or hot gases, not withstand. In addition, these seals must be very precisely arranged Have edges so that the rotating blades are not damaged, thereby further assembling the device is made more difficult.
Auf den meisten industriellen Gebieten, insbesondere bei Großanlagen, werden Fluxdpurspen und Kompressoren eingesetzt, die den jeweiligen Erfordernissen entsprechen. Dennoch bleibt ein Bedarf für einfache Vorrichtungen mit hohem ¥irkungsgrad, die durch Verschleiß im wesentlichen nicht beeinflußt und für einen weiten Bereich von Fluiden sowie über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen eingesetzt werden können, damit sie als Pumpe, Kompressor oder Expansionsmaschine arbeiten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die diese Anforderungen erfüllt, basiert auf der Verwendung von spiralenförmigen Elementen mit Hüllflächen, die sich ändernde Berührungsstellen aufweisen, so daß sie sich . , bewegende, abgeschlossene Volumen bilden, die als Taschen bezeichnet werden, welche das Betriebsmedium mit sich führen. Die Berührungsstellen, die diese Taschen bilden und zwischen den spiralenförmigen Elementen vorhanden sind, sind zweierlei Art, Linienkontakte zwischen den zylindrischen Flächen der spiralenförmigen Elemente und Flächenkontakte zwischen ebenenIn most industrial areas, especially large-scale plants, Fluxdpurspen and compressors are used that correspond to the respective requirements. Nevertheless, there remains a need for simple, high-efficiency devices that essentially unaffected by wear and tear and for a wide range of fluids and over a wide range of Operating conditions can be used to make them work as a pump, compressor or expansion machine. The inventive Device that meets these requirements is based on the use of spiral-shaped elements with enveloping surfaces, which have changing points of contact so that they are. , moving, closed volumes, known as pockets which carry the operating medium with them. The points of contact that these pockets form and between the spiral elements are twofold Type, line contacts between the cylindrical surfaces of the spiral-shaped elements and surface contacts between planes
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Flächen. Das Volumen einer solchen abgeschlossenen Tasche ändert sich, während sie sich bewegt. Zu irgendeinem Zeitpunkt ist wenigstens eine solche abgedichtete Tasche vorhanden.Surfaces. The volume of such a closed pocket changes as it moves. At some point it is at least one such sealed pocket is present.
Es ist eine Art von Vorrichtungen bekannt, die allgemein als Spiral'(scroll)-pumpen, -kompressoren und -maschinen bezeichnet werden, bei denen zwei ineinandergreifende spiralenförmige oder Evolventenelemente gleicher Steigung auf getrennten Seitenflächen angebracht sind. Diese Spiralen sind im Winkel und radial so zueinander versetzt, daß sie längs wenigstens zweier Kontaktlinien, wie sie zwischen spiralenförmig gekrümmten Flächen vorhanden sind, aneinanderliegen. Zwei Kontaktlinien liegen annähernd auf einem Radius, ausgehend vom Mittelbereich der Spiralenelemente. Das so ausgebildete Fluidvolumen erstreckt sich deshalb vollständig um den Mittel- . bereich der Spiralenelemente. In bestimmten speziellen Fällen erstreckt sich die Tasche oder das Fluidvolumen nicht ganz über 360°, vielmehr zieht sie sich wegen einer speziellen Öffnungssteuerung über einen kleineren Winkel vm den Mittelbereich der Spiralenelemente hin. Die Taschen bilden Fluidvolumen, deren Winkelstellung sich mit der relativen Bahn der Spiralmitten ändert, wobei alle Taschen die gleiche relative Winkelstellung beibehalten. Während sich die Kontaktlinien längs der Spiralflächen verschieben, erfahren die so ausgebildeten Taschen eine Volumenänderung. Die sich ergebenden Zonen geringsten und höchsten Drucks stehen dabei mit Fluidöffnungen in Verbindung.One type of device is known, commonly referred to as scroll pumps, compressors and machines, in which two interlocking helical or involute elements of equal pitch are mounted on separate side surfaces. These spirals are offset from one another at an angle and radially in such a way that they lie against one another along at least two contact lines such as are present between surfaces that are curved in the shape of a spiral. Two lines of contact lie approximately on a radius, starting from the central area of the spiral elements. The fluid volume formed in this way therefore extends completely around the central. area of the spiral elements. In certain special cases, the pocket or the fluid volume does not extend entirely over 360 °, but rather, because of a special opening control, it extends over a smaller angle from the central region of the spiral elements. The pockets form volumes of fluid the angular position of which changes with the relative trajectory of the spiral centers, with all pockets maintaining the same relative angular position. As the contact lines move along the spiral surfaces, the pockets formed in this way experience a change in volume. The resulting zones of lowest and highest pressure are connected to fluid openings.
Eine derartige Vorrichtung beschreibt die frühe US-PS 801 182. j Weitere Patentschriften, die sich mit Kompressoren und Pumpen ; mit spiralenförmigen Elementen befassen, sind die US-Patent- ; Schriften 1 376 291, 2 809 779, 2 841 089, 3 560 119 und 3 600 114 sowie die GB-PS 486 192.Such a device is described in the early US-PS 801 182. j Other patents dealing with compressors and pumps ; dealing with spiral elements are the US patent ; Writings 1 376 291, 2 809 779, 2 841 089, 3 560 119 and 3 600 114 as well as GB-PS 486 192.
Obgleich eine Vorrichtung mit spiralenförmigen Elementen lange ; bekannt war und auch erkannt wurde, daß sie bestimmte Vorteile * hat, hat sich diese bekannte Vorrichtung in der Praxis nicht 'Although a device with spiral-shaped elements is long; was known and recognized to have certain advantages * has, this known device has not in practice '
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durchsetzen können, insbesondere wegen der Probleme des Abdich-enforce, especially because of the problems of sealing
j, des Verschleißes und, bis zu einem gewissen Ausmaß, dsr Sin- und Auslaßsteuerung, wodurch sich erhebliche Beschränkungen hinsichtlich des Wirkungsgrades, der Lebensdauer und des erzielbaren Druckverhältni'sses ergaben. Bei einigen der bekannten Vorrichtungen müssen die Bauteile so bearbeitet werden, daß sie genau bestimmte Formen erhaltenP wobei die Bauteile mit sehr kleinen Toleranzen eingesetzt werden, um die axialen Dichtungsspalte ausreichend klein zu halten, damit man ein brauchbares Druckverhältnis erhält. Dies ist schwierig durchzuführen und entspricht der Schwierigkeit, eine Vorrichtung mit hin- und hergehendem Kolben ohne die Verwendung von Kolbenringen zu bauen. Bei anderen bekannten Vorrichtungen wird die radiale Abdichtung durch mehr als eine radiale Einschränkung der Bewegungsfreiheit ausgebildet, wobei jede durch getrennte Bauelemente erreicht wird, so daß zur Erzielung einer wirksamen radialen Abdichtung ein präziser Ausgleich notwendig ist. Wenn während eines ausgedehnten Betriebs einer solchen Vorrichtung dieser ; Ausgleich durch eines der Bauelemente, das einem stärkeren Verschleiß unterliegt, oder durch irgendeinen anderen Mechanismus gestört wird, so vergrößert sich das Problem des Verschleißes der anderen Bauteile immer mehr, bis eine zufriedenstellende radiale Abdichtung nicht mehr langer aufrechtzuerhalten ist.j, the wear and, to a certain extent, dsr sin and outlet control, which resulted in considerable limitations in terms of efficiency, service life and the achievable pressure ratio. In some of the known devices, the components must be machined in such a way that they have precisely defined shapes P the components being used with very small tolerances in order to keep the axial sealing gaps sufficiently small so that a usable pressure ratio is obtained. This is difficult to do and corresponds to the difficulty of building a reciprocating piston device without the use of piston rings. In other known devices, the radial seal is formed by more than one radial restriction of freedom of movement, each being achieved by separate components, so that precise compensation is necessary to achieve an effective radial seal. If during extended operation of such a device this; Compensation by one of the components which is subject to greater wear or is disturbed by some other mechanism, the problem of wear on the other components increases until a satisfactory radial seal can no longer be maintained.
Anstelle von· Bohrungen zum Abziehen des komprimierten Fluids wurden bei einer Anzahl bekannter Vorrichtungen mit Spiralelementen spiralenförmige Durchlässe vorgesehen, wobei das Druck- : verhältnis früher auf annähernd das Verhältnis des Radius der äußersten Tasche zum Radius der innersten Tasche im Augenblick des Beginns der Fluidabgabe , d. h. im Augenblick der '. Öffnung der inneren Tasche, begrenzt war. Bei der Auslegung der bekannten Vorrichtungen mit Spiralelementen war es '· deshalb zur Erzielung eines Druckverhältnisses größer als etwa | zwei wesentlich, die Spiralelemente und die Seitenplatten bzw. · Seitenflächen so auszulegen, daß sie in einem sehr großen , ! -flachen Pfannkuchen ähnelten. Im Gegensatz dazu weist die er- jInstead of bores for withdrawing the compressed fluid, in a number of known devices with spiral elements helical passages have been provided, the pressure: ratio formerly being approximately the ratio of the radius of the outermost pocket to the radius of the innermost pocket at the moment of the start of the fluid discharge, ie at the moment of '. Opening of the inner pocket, was limited. When designing the known devices with spiral elements it was' · therefore greater to achieve a pressure ratio than about | two essentials is to design the spiral elements and the side plates or side surfaces so that they are in a very large ,! - resembled flat pancakes. In contrast, the he j
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findungsgemäße Vorrichtung mit Spiralelementen Merkmale auf, durch welche der Außendurchmesser der Spiralelemente verringert werden kann, während man die erwünschten Druckverhältnisse erhält. Eines dieser Merkmale sind Bogenelemente, die so gestaltet sind, daß sie das Einströmen des Fluids in die Vorrichtung sowie das Ausströmen des Fluids aus dieser steuern.inventive device with spiral elements features, by means of which the outer diameter of the spiral elements can be reduced while obtaining the desired pressure ratios. One of these features are arch elements that are designed to allow the fluid to flow into the device as well control the outflow of the fluid therefrom.
Die sich ergebenden Lösungen der Abdichtung, des Verschleißes und der Anordnung der Öffnungen durch diese und andere Versuche waren nicht ausreichend. So wurden bei den bekannten Vorrichtungen die Vorteile einer Vorrichtung mit Spiralelementen (Einfachheit, hoher Wirkungsgrad, Elastizität, Reversibilität und dergleichen) nicht erreicht und sie wurden gewöhnlich durch die Schwierigkeiten der Abdichtung, das Verschleißes und der Steuerung der Öffnungen zunichte gemacht. Es wäre deshalb erwünscht, Fluidverdrangungsvorrichtungen mit Spiralelementen bauen zu können, bei denen die Vorteile dieser Art von Vorrichtung ausgenutzt werden können und bei denen praktisch keine Probleme hinsichtlich der Abdichtung, des Verschleißes und der Anordnung bzw. Steuerung von Öffnungen auftreten, wie sie oben angegeben wurden.The resulting solutions of the sealing, the wear and the arrangement of the openings by these and other attempts were not sufficient. Thus, in the known devices, the advantages of a device with spiral elements (Simplicity, high efficiency, elasticity, reversibility and the like) have not been achieved and they have usually been through nullified the difficulties of sealing, wear and control of the openings. It would therefore be desirable To be able to build fluid displacement devices with spiral elements, in which the advantages of this type of device can be exploited and in which there are practically no problems with regard to sealing or wear and the arrangement or control of openings occur as indicated above.
Durch die Erfindung soll deshalb eine für die Praxis verbesserte und brauchbare Fluidverdrängungsvorrichtung vorgesehen werden, die mittels Spiralelemente als Kompressor, Expansionsmaschine oder Pumpe arbeiten kann, eine v/irksame axiale und radiale : Abdichtung über ausgedehnte BetriebsZeiträume aufweist, im Aufbau einfach und relativ billig ist, relativ wenige bewegliche Teile und eine begrenzte Anzahl von Gleitflächen aufweist und : die weniger Reibung und einem geringeren Verschleiß unterliegt ; als andere Vorrichtungen dieser Art, die für den gleichen Zweck ! ausgelegt wurden. Weiterhin soll eine solche Vorrichtung so aus- i gebildet werden, daß sich der Verschleiß im wesentlichen selbst > kompensiert. '. The invention should therefore one that can improved for practical and useful type fluid displacement apparatus are provided for operating by spiral elements as a compressor, expander or pump, v / ffective axial and radial: said seal over extended periods of operation, simple in construction and is relatively cheap, has relatively few moving parts and a limited number of sliding surfaces and : which is subject to less friction and less wear; than other devices of this type that serve the same purpose ! were laid out. Furthermore, such a device should be designed in such a way that the wear essentially compensates for itself. '.
Als Kompressor oder Expansionsmaschine soll die erfindungsgemäßej Vorrichtung für die Behandlung einer großen·Vielzahl von Fluiden;As a compressor or expansion machine, the inventive j Apparatus for treating a wide variety of fluids;
über einen weiten Temperaturbereich geeignet sein. ibe suitable over a wide temperature range. i
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Weiterhin soll nach der Erfindung eine solche Vorrichtung so ausgelegt werden, daß sie insbesondere für große Leistungsgrößen geeignet ist und für Anlagen, bei denen die Antriebskräfte an den Spiralelementen bezeichnend sind.Furthermore, according to the invention, such a device should be designed so that it is particularly suitable for large output sizes and for systems in which the driving forces are indicative of the spiral elements.
Nach der Erfindung wird eine Vorrichtung dieser Art vorgesehen, die in radialer Richtung nachgiebig ist und eine Bahnbewegung des Spiralelementes zuläßt, damit sich dieses nach innen und außen relativ zur Maschinenachse in Abhängigkeit von der ursprünglichen Verlagerung der Bauteile öder dem allmählichen Verschleiß oder zum Kompensieren zeitweise auftretenden nicht kompressiblen Materials ,.wie einer Flüssigkeitsmasse, angesammelter Verschleißrückstände oder angesaugtem Schmutz,bewegen kann.According to the invention, a device of this type is provided which is compliant in the radial direction and has orbital motion of the spiral element allows this to move inwards and outwards relative to the machine axis depending on the original relocation of the components or the gradual wear and tear or to compensate that does not occur at times compressible material, like a mass of liquid Wear residues or sucked-in dirt can.
Die mit Spiralelementen versehene Vorrichtung nach der Erfindung weist eine Antriebseinrichtung auf, welche eine Verringerung der radialen Einschränkungen innerhalb- der Vorrichtung auf nur jene zuläßt, die durch die sich bewegenden Berührungslinien zwischen den Oberflächen der die Fluidtaschen bildenden Bogenelemente vorhanden sind« Diese Antriebseinrichtung weist eine Einrichtung auf, die der gesamten Zentrifugalkraft an dem sich bewegenden Spiralelement oder einem Bruchteil dieser Zentrifugalkraft mit einer nach innen gerichteten radialen (zentripetalen) Kraft entgegenwirkt. Damit ist eine eine Berührung, d. h. eine, radiale Dichtung bewirkende Kraft vorhanden, die •en Verschleiß auf ein Minimum zurückführt und unabhängig von der Arbeitsweise anderer Vorrichtungsbauteile wie der Ein- : richtung ist, die das erwünschte Winkelverhältnis zwischen den Spiralelementen und der axialen Dichteinrichtung aufrechterhält. Die axiale Abdichtung wird vorzugsweise durch unter Druck stehendes Fluid ausgebildet, das von der Zone höchsten Drucks abgezogen wird, und durch eine Feder, die auf eines der Spiralelemente eine Kraft ausübt, um dieses gegen das andere Spiralelement zu drücken.The device provided with spiral elements according to the invention has a drive device which allows a reduction of the radial restrictions within the device to only those which are present by the moving contact lines between the surfaces of the arc elements forming the fluid pockets. This drive device has a device which counteracts the total centrifugal force on the moving scroll element or a fraction of this centrifugal force with an inwardly directed radial (centripetal) force. Thus, a touch, that is, radial sealing force causing present, returns the • s wear to a minimum, regardless of the operation of other device components such as the input: is the direction which maintains the desired angular relationship between the spiral elements and the axial sealing means . The axial seal is preferably formed by pressurized fluid withdrawn from the zone of highest pressure and a spring exerting a force on one of the spiral elements to urge it against the other spiral element.
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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist als Antriebseinrichtung einen Spiralenmitnehmer auf, der durch Lager auf der Hauptantriebswelle befestigt ist, während das sich bewegende Spiralelement in Achsrichtung frei beweglich ist, damit es auf den zur Erzielung einer axialen Abdichtung auf seine Außenfläche wirkenden Fluiddruck ansprechen kann. Der Spiralenmitnehmer bewirkt eine Bahnbewegung des Spiralelementes, indem eine abrollende Berührungslinie zwischen seiner zylindrischen Oberfläche und einer Antriebsfläche an dem beweglichen Spiralelement hergestellt wird. Indem der Bahnradius des Spiralenmitnehmers kleiner gehalten wird als der Bahnradius des beweglichen Spiralelementes, wird die erforderliche entgegengerichtete zentripetale Kraft in der Antriebseinrichtung ausgebildet.One embodiment of the device according to the invention has a spiral driver as the drive device, which is driven by Bearing is mounted on the main drive shaft while the moving scroll element is free to move in the axial direction, so that it can respond to the fluid pressure acting on its outer surface to achieve an axial seal. Of the Spiral driver causes a path movement of the spiral element by creating a rolling contact line between its cylindrical surface and a drive surface is made on the movable scroll member. By the Orbit radius of the spiral driver is kept smaller than the orbit radius of the movable scroll element the required opposing centripetal force is formed in the drive device.
Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung zwischen dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement und dessen Antriebseinrichtung vorgesehen. Eine solche in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung kann eine zentripetale Kraft erzeugen, die einem Teil der Zentrifugalkraft entgegenwirkt, so daß ein Teil der Zentrifugalkraft zur Erzielung einer gesteuerten radialen Abdichtung zur Verfügung steht. Bei dieser Ausführungsform v/eist die nachgiebige mechanische Verbindungs einrichtung mechanische Federn auf, die einem Teil der Zentrifugalkraft entgegenwirken. In another embodiment of the device according to the invention is a mechanical connection device which is flexible in the radial direction between the one describing a path Spiral element and its drive device are provided. Such a mechanical connecting device which is flexible in the radial direction can generate a centripetal force that counteracts part of the centrifugal force, so that part the centrifugal force is available to achieve a controlled radial seal. In this embodiment v / eist the resilient mechanical connection device on mechanical springs which counteract part of the centrifugal force.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind getrennt von der in radialer Richtung nachgiebigen mechanischen Verbindungseinrichtung Einrichtungen, z. B. Gegengewichte, vorgesehen, welche die gesamte oder nahezu die gesamte Zentrifugalkraft ausgleichen, die auf das eine Bahn beschreibende Spiralelement wirkt, wobei die in radialer Richtung nachgiebigen Verbindungseinrichtungen, z. B. mechanische Federn, für die erforderlichen radialen Dichtkräfte sorgen. Bei dieser Ausführungsform kann die radiale Dichtkraft von Druckänderungen am Einlaß und Auslaß der MaschineIn a further embodiment, they are separate from the mechanical connecting device which is flexible in the radial direction Facilities, e.g. B. counterweights are provided, which compensate for all or almost all of the centrifugal force, which acts on the spiral element describing a path, the connecting devices which are flexible in the radial direction, z. B. mechanical springs, ensure the necessary radial sealing forces. In this embodiment, the radial Sealing force of pressure changes at the inlet and outlet of the machine
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und von Änderungen der Betriebsdrehzahl unabhängig gemacht vier den.and made independent of changes in operating speed four den.
Die Spiralelemente sind durch eine Kupplung mit Gleitreibung oder Wälzkörpern in einem Winkel zueinander angeordnet. Die in radialer Richtung nachgiebige Verbindungseinrichtung kann eine Gleitverbindung oder eine Schwenkverbindung sein. Entweder ein Spiralelement,oder beide können gekühlt werden und gegebenenfalls können die Berührungsflächen geschmiert werden.The spiral elements are arranged at an angle to one another by means of a coupling with sliding friction or rolling elements. the A connecting device which is flexible in the radial direction can be a sliding connection or a pivoting connection. Either a spiral element, or both, can be cooled and optionally the contact surfaces can be lubricated.
Zur besseren Steuerung des ein- und ausströmenden Fluids können erforderlichenfalls mit Ventilen versehene Öffnungen bei der erfindungsgemäßen Fluidverdrängungsvorrichtung vorgesehen werden. Mit Ventilen gesteuerte Öffnungen sind im allgemeinen nicht für Flüssigkeitspumpen oder für Gaskompressoren und Expansionsmaschinen erforderlich, bei denen die Druckverhältnisse klein sind oder wenn eine "pfannenkuchenförmige" geometrische Ausgestaltung möglich ist. Zur Erzielung verschiedener erwünschter Eigenschaften wie unterschiedliche Druckverhältnisse, Steuerung des Fluidvolumens, Zeitpunkt des Austrags, Gesamtgröße der Vorrichtung und dergleichen, können in einem weiten Bereich verschiedene Auslegungen der Spiralelemente verwendet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in einfacher Weise von einem Kompressor zu einer Expansionsmaschine umkehrbar und sie kann für eine große Vielzahl von Fluiden als Betriebsmedium über einen ; weiten Temperaturbereich eingesetzt werden. Viele der dargestellten Ausführungsformen können auch als Flüssigkeitspumpen Verwendung finden.For better control of the fluid flowing in and out, if necessary, openings provided with valves can be provided in the fluid displacement device according to the invention. Valve-controlled orifices are generally not required for liquid pumps or for gas compressors and expansion machines where the pressure ratios are small or where a "pancake" geometric configuration is possible. In order to achieve various desired properties such as different pressure ratios, control of the fluid volume, time of discharge, overall size of the device and the like, different designs of the spiral elements can be used in a wide range. The device according to the invention is easily reversible from a compressor to an expansion machine and it can be used for a large number of fluids as the operating medium via a ; wide temperature range can be used. Many of the illustrated embodiments can also be used as liquid pumps.
Beispielsweise Ausführungsformen nach der Erfindung werden ; nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denenFor example, embodiments according to the invention are; explained in more detail below with reference to the drawings, in which
Fig. 1 bis 4 schematisch z. B. spiralenförmige Bogenelemente j zeigen, von denen sich eines, relativ zum anderen in einer Kreis-; bahn bewegt, wobei die Art und Weise erläutert wird, in der j eine Vorrichtung mit solchen Spiralelementen ein Gas komprimieren kann.Fig. 1 to 4 schematically, for. B. spiral arch elements j show one of which, relative to the other, is in a circular; orbit, explaining the manner in which a device with such spiral elements compresses a gas can.
/nofloiyι η ι 1/ nofloiyι η ι 1
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht in Verbindung mit zwei Seitenansichten eines Spiralelementes mit Angabe der hauptsächlichen Kräfte, denen dieses spiralenförmige Teil ausgesetzt ist.Fig. 5 shows a plan view in connection with two side views a spiral element indicating the main forces to which this spiral-shaped part is exposed.
Fig. 6A und 6B erläutern schematisch die Kräfte in der Radial-Tangentialebene, die auf ein Spiralelement wirken, wobei der Mechanismus wiedergegeben ist, durch den die radialen Dichtungskräfte erzeugt werden.FIGS. 6A and 6B schematically explain the forces in FIG Radial-tangential plane acting on a spiral element, showing the mechanism by which the radial Sealing forces are generated.
Fig. 7 ist ein Querschnitt durch den Spiralenmitnehmer, wobei das bewegliche und das stationäre Spiralelement die Art und Weise zeigen, in der die axiale Dichtung erzielt wird.Figure 7 is a cross-sectional view of the scroll driver with the movable and stationary scroll members of the type and show the manner in which the axial seal is achieved.
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht des Kompressors nach Fig. 7.FIG. 8 is a cross-sectional view of the compressor of FIG. 7.
Fig. 9 ist eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform eines Kompressors nach der Erfindung.9 is a partially cut-away side view of a portion of another embodiment of a compressor according to the invention.
Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch den Kompressor nach Fig. 9 längs der Linie 10-10 in Fig. 9.FIG. 10 shows a section through the compressor according to FIG. 9 along the line 10-10 in FIG. 9.
Fig. 11 und 12 sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform, eines Kupplungselementes, wie es bei dem Kompressor nach den Fig. 9 und 10 Verwendung findet.11 and 12 are a plan view and a cross-sectional view of another embodiment, a coupling element, as found in the compressor of FIGS. 9 and 10 use.
Fig. 13 zeigt einen Querschnitt durch die Spiralelemente einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kompressors, wobei die Bogenelemente so gestaltet sind, daß der Verdichtungsraum bei Beginn der Lieferung komprimierten Gases durch eine zentrale Öffnung gesteuert wird, damit man eine intermittierende Öffnungssteuerung erhält.Fig. 13 shows a cross section through the spiral elements of an embodiment of a compressor according to the invention, wherein the arch elements are designed so that the compression space at the beginning of the delivery of compressed gas by a central opening is controlled so that one can have an intermittent Receives opening control.
Fig. 14 ist ein Querschnitt längs der Linie 14-14 in Fig. 13.FIG. 14 is a cross section taken along line 14-14 in FIG. 13.
Fig. 15 zeigt einen Querschnitt durch einen Kompressor nach der Erfindung, bei dem die Spiralelemente um parallele Achsen rotieren.Fig. 15 shows a cross section through a compressor according to the invention, in which the spiral elements around parallel Rotate axes.
Fig. 16 ist ein Querschnitt durch das treibende Spiralelement nach Fig. 15 längs der Linie 16-16 in Fig. 15.FIG. 16 is a cross-sectional view of the driving scroll element of FIG. 15 taken along line 16-16 in FIG. 15.
Fig. 17 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kompressors, der eine Kupplung mit Gleitreibung, eine Schwenkverbindung und Federn zum Ausgleich eines Teils der Zentrifugale17 shows a longitudinal section of a compressor according to the invention, which has a coupling with sliding friction, a pivot connection and springs for balancing part of the centrifugal
40988 1/1012 -11-40988 1/1012 -11-
kraft aufweist, die auf das sich auf einer Bahn bewegende Spiralelement wirkt.having force acting on the spiral element moving on a path.
Fig. 18 ist ein Teilschnitt durch das feststehende Spiralelement, wobei im einzelnen eine Ausführungsform einer Einrichtung dargestellt ist, die eine axiale Abdichtkraft erzeugt. Fig. 18 is a partial section through the fixed scroll member, wherein in detail one embodiment of a Device is shown which generates an axial sealing force.
Fig. 19 zeigt eine Stirnansicht des feststehenden Spiralelementes, wobei die Rück- oder Außenseite der Seitenplatte und die Anordnung von Kühlkanälen dargestellt ist, die in der Seitenplatte ausgebildet sind.Figure 19 shows an end view of the fixed scroll member with the back or outside of the side plate and showing the arrangement of cooling channels formed in the side plate.
Fig. 20 zeigt eine Stirnansicht eines Abschnittes der Vorder- oder Innenseite der Seitenplatte des feststehenden Spiralelementes, wobei die Schmiernut in der Stirnfläche des Bogenelementes und die Einleitung eines Schmiermittels in diese Nut dargestellt ist.Fig. 20 shows an end view of a portion of the front or inside of the side plate of the stationary Spiral element, the lubrication groove in the end face of the arch element and the introduction of a lubricant in this groove is shown.
Fig. 21 ist ein Querschnitt längs der Linie 21-21 in Fig. 20, der die Einlaßleitung für das Schmiermittel zeigt.Figure 21 is a cross section taken along line 21-21 in Figure 20 showing the inlet conduit for the lubricant.
Fig. 22 ist ein Querschnitt längs der Linie 22-22 in Fig. 17 durch die spiralenförmigen Bogenelemente.Figure 22 is a cross section taken along line 22-22 in Figure 17 through the helical arch members.
Fig. 23 zeigt in einer Stirnansicht einen Teil der Vorderoder Außenseite der Seitenplatte des sich auf einer Bahn bewegenden Spiralelementes, wobei ein Kupplungskeil dargestellt ist.Figure 23 shows, in an end view, part of the front or outside of the side panel of the web moving spiral element, wherein a coupling wedge is shown.
Fig. 24 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Kupplungselementes.Figure 24 is a top plan view of one embodiment of a coupling element.
Fig. 25 zeigt einen Querschnitt durch das Kupplungselement nach Fig. 24 längs der Linie 25-25 dieser Figur.FIG. 25 shows a cross section through the coupling element according to FIG. 24 along the line 25-25 of this figure.
Fig. 26 ist ein Querschnitt durch das Kupplungselement längs der Linie 26-26 in Fig. 24. ,Fig. 26 is a cross-section through the coupling element taken along line 26-26 in Fig. 24.;
Fig. 27 zeigt eine Ansicht der Innenfläche eines Gehäuseteiles, wobei die Kupplungskeile und die Schmiermittel- ■ kariäle dargestellt sind.Fig. 27 shows a view of the inner surface of a housing part, with the coupling wedges and the lubricant ■ channels are shown.
Fig. 28 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 28-28 durch die Gehäuserückseite nach Fig. 27.FIG. 28 shows a cross section along the line 28-28 through the rear side of the housing according to FIG. 27.
Fig. 29 zeigt in einer Ansicht eine andere Ausführungsform eines Kupplungselementes, das an dem Gehäuseteil und dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement über ¥älzkörper anliegt.Fig. 29 shows a view of another embodiment of a coupling element which is attached to the housing part and the spiral element describing a path is applied via ¥ älzkörper.
4 0 9 8 8 1/10 12 ™ "4 0 9 8 8 1/10 12 ™ "
Fig. 30 zeigt in einem Teilschnitt das zwischen dem Gehäuseteil und dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement angeordnete Kupplungselement.FIG. 30 shows, in a partial section, the spiral element between the housing part and the spiral element describing a path arranged coupling element.
Fig. 31 ist eine Ansicht eines Schwenkverbindungsgliedes, das als nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung zwischen dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement und der Antriebseinrichtung dient.31 is a view of a pivot link; that as a resilient mechanical connecting device between the spiral element describing a path and the drive device are used.
Fig. 32 erläutert eine Abänderung der Schwenkverbindung nach Fig. 31.FIG. 32 explains a modification of the pivot connection according to FIG. 31.
Fig. 33 bis 35 sind eine Schnittansicht, eine Stirn- und eine Seitenansicht einer Gleitstückanordnung, die als nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung zwischen dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement und der Antriebseinrichtung dient.33-35 are sectional, end and side views of a slider assembly shown as resilient mechanical connecting means between the spiral element describing a path and the drive means serves.
Fig. 36 ist ein Querschnitt durch die Hauptantriebswelle längs der Linie 36-36 in Fig. 17, wobei die Formgebung der Gegengewichte für den Ausgleich der Zentrifugalkraft darge- ; stellt ist, die zur Ausschaltung von Vibrationen vorgesehen sind.Fig. 36 is a cross-section through the main drive shaft taken along line 36-36 in Fig. 17 showing the shape of the counterweights for balancing the centrifugal force ; is intended to eliminate vibrations.
Bevor spezielle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden, soll zunächst kurz allgemein die grundsätzliche Arbeitsweise einer mit Spiralelementen versehenen Vorrichtung erläutert werden, damit deutlich wird, in welcher Weise die Fluidverdrängung erreicht wird. Bei der Arbeitsweise dieser Vorrichtung wird eine abgedichtete Fluidtasche von einem Bereich in einen anderen Bereich bewegt, der einen unterschiedlichen Druck aufweisen kann. Wenn das Fluid komprimiert wird, während es vom Bereich niedrigen zum Bereich · höheren Drucks bewegt wird, dient die Vorrichtung als Kompressor. Bei einer Bewegungsrichtung von dem Bereich höheren Drucks zu einem Bereich niederen Drucks dient sie als Expansionsmaschine und wenn das Fluidvolumen unabhängig vom Druck im wesentlichen konstant bleibt, so dient die Vorrichtung als Pumpe. :Before special embodiments of the device according to the invention will first be described briefly in general the basic mode of operation of a spiral element provided device are explained so that it is clear in which way the fluid displacement is achieved. In the Operation of this device is a sealed fluid pocket moved from one area to another area, which may have a different pressure. When the fluid is compressed as it is moved from the low to the higher pressure area, the device serves as a compressor. In a direction of movement from the area of higher pressure to an area of lower pressure, it serves as an expansion machine and when the volume of fluid remains substantially constant regardless of pressure, the device serves as a pump. :
- 13 4 0 9 8 81/10 12 - 13 4 0 9 8 81/10 12
Die abgedichtete Fluidtasche wird durch zwei parallele Ebenen an den Seitenplatten und durch zwei zylindrische Oberflächen begrenzt, die durch die Kreisevolvente oder eine andere geeignete gekrümmte Formgebung gebildet werden. Die Spiralelemente haben parallele Achsen, da nur auf diese Weise die kontinuierliche dichte Anlage zwischen den ebenen Flächen der Spiralelemente aufrechterhalten werden kann. Zwischen diesen parallelen Ebenen bewegt sich die abgedichtete Tasche, während die beiden Kontaktlinien zwischen den zylindrischen Oberflächen weiter bewegt werden. Diese Kontaktlinien bewegen sich deshalb weiter, weil ein zylindrisches Element, z. B. ein Spiralelement, sich über das andere abwälzt. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß ein Spiralelement fest angeordnet bleibt, während das andere eine Bahn beschreibt. In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird der Einfachheit halber davon ausgegangen, daß die Fluidverdrängungsvorrichtung ein Kompressor und daß eines der Spiralelemente fest angeordnet ist, während das andere eine Kreisbahn beschreibt.The sealed fluid pocket is created by two parallel planes on the side plates and bounded by two cylindrical surfaces formed by the involute of a circle or some other suitable curved shape can be formed. The spiral elements have parallel axes, since only in this way the continuous tight contact between the flat surfaces of the spiral elements can be maintained. Between these parallel planes moves the sealed pocket, while the two lines of contact between the cylindrical surfaces be moved further. These lines of contact continue to move because a cylindrical element, e.g. B. a spiral element, rolls over the other. This is achieved, for example, in that a spiral element remains fixed while the other describes a path. In the following detailed description, it is for the sake of simplicity assumed that the fluid displacement device is a compressor and that one of the scroll elements is fixedly arranged during the other describes a circular path.
In den Fig. 1 bis 4 sind schematisch Ansichten eines Kompressors dargestellt, wobei die Seitenplatten entfernt und nur die spiralförmigen Bogenelemente der Spiralelemente dargestellt sind. In der folgenden Beschreibung wird der Ausdruck "Spiralelement" zur Bezeichnung des Bauteiles verwendet, das aus den beiden Seitenplatten und den Elementen besteht, welche die Kontaktflächen mit den sich fort- : bewegenden Kontaktlinien bilden. Der Ausdruck "Bogenelement" wird zur Bezeichnung jener Elemente verwendet, welche die sich : bewegenden Kontaktlinien bilden. Diese Bogenelemente haben die Form Z0 B0 einer Kreisevolvente (Evolventenspirale) f eines ! Kreisbogens und dergleichen und sie haben sowohl eine Höhenais auch eine Dickenabmessung. Die Dicke kann sich über die ; Bogenlänge des Bogenelementes ändern. ' ;1 to 4 are schematic views of a compressor with the side plates removed and only the spiral arcuate elements of the spiral elements shown. In the following description, the term "spiral member" is used to denote the component, which consists of the two side plates and the elements which is advanced, the contact surfaces with the: form moving contact lines. The term "arch element" is used to refer to those elements which make up the moving lines of contact. These arch elements have the form Z 0 B 0 of an involute of a circle (involute spiral) f of a! Circular arc and the like, and they have both a height and a thickness dimension. The thickness can vary over the; Change the arc length of the arc element. ';
I In den Fig„ 1 bis 4 bilden ein feststehendes Spiralelement : mit dem Bogenelement 10 in der Form einer Evolventenspirale mit der Achse 11 und ein bewegliches Spiraleleinent mit dem Bogenelement 12 in der Form einer anderen EvolventenspiraleI In Figures "1 to 4" form a fixed spiral element: with the arch element 10 in the form of an involute spiral with the axis 11 and a movable spiral element with the Arch element 12 in the form of another involute spiral
409881/1012 „ "409881/1012 ""
- 14 -- 14 -
von der gleichen Steigung wie die Spirale 10 und mit der Achse 13 die Bauteile, welche die verschiebbare, abgedichtete Fluidtasche 14 ausbilden, die zur Vereinfachung der Darstellung schraffiert ist. Die Evolventenspiralen 10 und 12 können beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß ein Faden um einen Bezugskreis mit dem Radius R geschlungen wird. Der Abstand zwischen entsprechenden Punkten angrenzender Bogenelemente jeder Spirale ist gleich dem Umfang des Erzeugerkreises. Dieser Abstand zwischen entsprechenden Punkten angrenzender Bogenelemente eines Spiralelementes ist auch gleich der Steigung P. Wie Fig. 1 zeigt, können sich die beiden Spiralelemente an mehreren Stellen berühren, z. B. in Fig. 1 an den Stellen A, B, C und D. Diese Punkte stellen die Berührungslinien zwischen den oben angegebenen zylindrischen Oberflächen dar. Die Berührungslinien C und D in Fig. 1 begrenzen die schraffierte Tasche 14. Diese Berührungslinien liegen annähernd auf einem einzelnen Radius, der durch den Punkt 11 verläuft, so daß eine Tasche 14 ausgebildet wird, die sich annähernd einmal um den Mittelbereich der Spiralelemente erstreckt. Da die spiralenförmigen Bogenelemente eine Höhenabmessung (normal zur Zeichnungsebene) haben, bildet die Tasche ein Fluidvolumen, das von Fig. 1 nach Fig. 4 kleiner wird, während sich das bewegliche Spiralelement um einen Kreis 15 mit dem Radius (P/2)-t bewegt, wobei t die Dicke des Bogenelementes ist. Da das Bogenelement 12 nicht rotiert, während es seine Bahn beschreibt, kann die durch die Wände des Bogenelementes 12 beschriebene Bahn weiterhin als Kreis 16 dargestellt werden. Wie in den Fig. 1 bis 4 angegeben, hat das Bogenelement 10 eine Form, die durch zwei kongruente Evolventenspiralen 17 und 18 gekenn- ] zeichnet ist, während das Bogenelement 12 eine durch zwei j kongruente Evolventenspiralen. 19 und 20 bestimmte Form hat. : Bei diesem Ausführungsbeispiel spiralenförmiger Bogenelemente I ergibt sich die Kongruenz dadurch, daß die eine Spiralenform durch sine einfache Drehung tun 180° oder weniger um ihre Achse \ mit der anderen Spiralenform deckungsgleich gemacht werden kann;, verbunden Mit einer geringfügigen Verschiebung, damit deren '' W ,ttelpunkte zusammenfallen. Die Dicke t der spiralenförmigen ,of the same pitch as the spiral 10 and with the axis 13 the components which form the displaceable, sealed fluid pocket 14, which is hatched to simplify the illustration. The involute spirals 10 and 12 can be produced, for example, in that a thread is looped around a reference circle with the radius R. The distance between corresponding points of adjacent arcuate elements of each spiral is equal to the circumference of the generating circle. This distance between corresponding points of adjacent arcuate elements of a spiral element is also equal to the pitch P. As FIG. 1 shows, the two spiral elements can touch at several points, e.g. B. in Fig. 1 at points A, B, C and D. These points represent the lines of contact between the cylindrical surfaces indicated above. The lines of contact C and D in Fig. 1 delimit the hatched pocket 14. These lines of contact are approximately on a single radius passing through point 11 to form a pocket 14 which extends approximately once around the central portion of the spiral elements. Since the spiral arcuate elements have a height dimension (normal to the plane of the drawing), the pocket forms a fluid volume which becomes smaller from FIG. 1 to FIG. 4, while the movable spiral element rotates around a circle 15 with the radius (P / 2) -t moved, where t is the thickness of the arch element. Since the arch element 12 does not rotate while it describes its path, the path described by the walls of the arch element 12 can still be represented as a circle 16. As indicated in FIGS. 1 to 4, the sheet member 10 has a shape congruent with two Evolventenspiralen features 17 and 18 marked] while the sheet member 12, a j by two congruent Evolventenspiralen. 19 and 20 has a certain shape. : In this embodiment, spiral-shaped sheet members I, the congruence results from the fact that a spiral form by doing sine simple rotation of 180 ° or less about its axis \ with the other spiral shape can be made congruent ;, connected to a slight displacement, so that the '' W ttelpunkte coincide. The thickness t of the spiral,
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Bogenelemente ist als identisch dargestellt, obwohl dies nicht notwendig ist. Wie nachfolgend erläutert wird, können die Bogenelemente die verschiedensten Formgebungen haben und sich unterschiedlich oft um ihre Achse erstrecken.Arch elements are shown as identical, although this is is not necessary. As will be explained below, the arch elements can have a wide variety of shapes and sizes extend around their axis different times.
Die in- den Fig. 1 bis 4 nicht dargestellte Seitenplatte, an der das stationäre Bogenelement 10 befestigt ist, weist eine Öffnung 21 für Hochdruckfluid auf ( und während das bewegliche Bogenelement 12 sich längs einer Bahn bewegt, wird die Fluidtasche 14 im Gegenuhrzeigersinn unter Abnahme ihres Volumens zur Erhöhung des Fluiddrucks verschoben. In Fig. 3 steht das Fluidvolumen in Verbindung mit der Öffnung 21, so daß das Hochdruckfluid ausströmen kann. Das Ausströmen des Hochdruckfluids wird fortgesetzt, wie die Fig. 4 zeigt, bis das bewegliche Bogenelement seine Bahn um den Kreis 15 beschrieben hat und ein neues Fluidvolumen zum Komprimieren und für die Weitergabe abgedichtet wird, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.The side plate, not shown in FIGS. 1 to 4, to which the stationary arch element 10 is attached has an opening 21 for high pressure fluid ( and as the movable arch element 12 moves along a path, the fluid pocket 14 is counterclockwise to be removed In Fig. 3 , the volume of fluid is in communication with the opening 21 so that the high pressure fluid can flow out. The flow of the high pressure fluid continues, as shown in Fig. 4, until the movable arch element changes its path has described circle 15 and a new volume of fluid is sealed for compression and transfer, as shown in FIG.
Wenn ein Hochdruckfluid durch die Öffnung 21 eingeleitet wird, so wird das bewegliche Bogenelement 12 so angetrieben, daß es im Uhrzeigersinn unter der Kraft des Fluiddrucks eine Bahn beschreibt, wobei es mechanische Energie in Form einer Drehbewegung abgibt, während die Fluidtaschen sich unter Vergrößerung des Volumens erweitern. Bei einer solchen Anordnung ist die Vorrichtung eine Expansionsmaschine und sie kann gegebenenfalls zur Erzeugung von Kälte verwendet werden.When a high pressure fluid is introduced through port 21, so the movable arch element 12 is driven so that it describes a path in a clockwise direction under the force of the fluid pressure, where it gives off mechanical energy in the form of a rotary motion while the fluid pockets are under magnification expand the volume. In such an arrangement, the apparatus is an expansion machine and it may, if necessary can be used to generate cold.
Obgleich dieses Prinzip der Arbeitsweise einer mit Spiralele- ; menten versehenen Vorrichtung lange bekannt war, wie der Stand !: der Technik zeigt, konnte eine praktisch brauchbare Maschine, die den Einsatz solcher Vorrichtungen im wirtschaftlichen Maß- > stab gerechtfertigt hätte, bisher nicht fertiggestellt werden. Dies beruht wenigstens zum Teil auf den Schwierigkeiten der Abdichtung und des Verschleißes. Insbesondere weisen die bekannten Vorrichtungen keine wirksame Kombination einer kontinuierlichen axialen und radialen Abdichtung auf und es wurde in vielen Fällen .versucht, die Bewegungsfreiheit der Spiralelemente durch einenAlthough this principle of operation with a spiral element ; menten-equipped device was known for a long time, as was the state ! : the technology shows, a practically usable machine, which would have justified the use of such devices on an economic scale, could not be completed so far. This is due, at least in part, to the difficulties of sealing and wear. In particular, the known devices do not have an effective combination of a continuous axial and radial seal and it was tried in many cases, the freedom of movement of the spiral elements by a
409881/1012 -16-409881/1012 -16-
anderen Mechanismus als die Berührungslinien der Bogenelemente selbst in radialer Richtung zu "beschränken, wobei solche Mechanismen auch zur Steuerung der Winkelphasenverhältnisse zwischen den Spiralelementen verwendet wurden. Durch mangelnde kontinuierliche axiale und radiale Abdichtung kann ein Durchblasen auftreten, das den Wirkungsgrad der Vorrichtung so verringern kann, daß der Betrieb nicht mehr wirtschaftlich ist. Die Einschränkung der radialen Bewegungsfreiheit durch andere Einrichtungen als durch die Berührungslinien der Bogenelemente an den Spiralelementen führt gegebenenfalls zu einem Verschleiß der aneinanderliegenden Flächen Lind damit zur Leckage. Im allgemeinen wird ein derartiger Verschleiß sich von Oberfläche zu Oberfläche ändern und sich nicht selbst kompensieren, so daß er bei längerem Betrieb lediglich das Verschleißproblem verschlimmert. Eine Kombination von Mechanismen zur Erzielung eines ervmnschten Winkelphasenverhältnisses zwischen den Spiralelementen mit einer solchen Einrichtung zur Einschränkung der radialen Bewegungsfreiheit kann das Verschleißproblem vergrößern, so daß ein längerer Betrieb unmöglich wird.mechanism other than the lines of contact of the arch elements themselves in the radial direction to "restrict, such mechanisms were also used to control the angular phase relationships between the scroll elements. By lack of continuous axial and radial sealing can blow through occur, which can reduce the efficiency of the device so that the operation is no longer economical. The restriction of radial freedom of movement by devices other than the lines of contact of the arch elements on the spiral elements possibly leads to wear of the surfaces lying against one another and thus to leakage. In general such wear will change from surface to surface and not self-compensate, so that it only exacerbates the wear problem with prolonged use. A combination of mechanisms for achieving a desired angular phase relationship between the spiral elements with such a device for restricting the Radial freedom of movement can increase the wear problem, making prolonged operation impossible.
Zum besseren Verständnis der Schwierigkeit der Abdichtung : einer mit Spiralelementen versehenen Vorrichtung und zur Er- : läuterung des Mechanismus, durch den die axiale und radiale Abdichtung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht wird, erscheint es zweckmäßig, die hauptsächlichen axialen und radialen Kräfte zu untersuchen, die auf ein Spiralelement wirken. Die gesamte äußere Axialkraft an einem Spiralelementenpaar ist die Summe einer Anlagedichtkraft, die zwischen ebenen Flächen und der inneren Gasladung wirkt. Wenn deshalb eine äußere Kraft vorgesehen wird, die immer größer ist als die durch das eingeschlossene Gas ausgeübte Axialkraft, so kann eine axiale Abdichtung erreicht werden.For a better understanding of the difficulty of sealing: a provided with scroll members device and for ER: purification of the mechanism is achieved by the axial and radial sealing with the inventive device, it appears appropriate to examine the main axial and radial forces which act on a spiral element. The total external axial force on a pair of spiral elements is the sum of a contact sealing force that acts between flat surfaces and the internal gas charge. Therefore, if an external force is provided which is always greater than the axial force exerted by the enclosed gas, an axial seal can be achieved.
Während die axiale Abdichtung dazu erforderlich ist, die Stirnflächen der Bogenelementränder gegenüber der Seitenplatte des gegenüberliegenden Spiralelementes abzudichten, ist die radiale' Abdichtung dazu erforderlich, eine Dichtwirkung längs derWhile the axial seal is required, the end faces of the arch element edges against the side plate of the opposite spiral element to seal, the radial 'seal is necessary to achieve a sealing effect along the
A0 9881/1 012 - 17 -A0 9881/1 012 - 17 -
Berührungslinien aufrechtzuerhalten, die durch die zylindrischen Oberflächen der Bogenelemente an den Spiralelementen erzeugt werden, während das eine Spiralelement sich auf seiner Bahn bewegt (vgl. z. B. die Stellen A, B, C und D in den Fig. 1 bis 4, die die Verschiebung dieser Berührungslinien zeigen). Die hauptsächlichen Kräfte, die die radiale Abdichtung der Spiralelemente bestimmen, umfassen tangentiale Kräfte, die auf der Reaktion des Fluids innerhalb des Spiralvolumens beruhen, was durch eine mechanische Begrenzung in radialer Richtung und Zentrifugalkräfte aufgrund der Bewegung des einen Spiralelementes längs seiner Bahn erreicht wird. Zusätzlich zu diesen von der Vorrichtung erzeugten Kräften können auch andere äußere Kräfte ; aufgebracht werden.To maintain lines of contact created by the cylindrical surfaces of the arch elements on the spiral elements while the one spiral element moves on its path (see, for example, locations A, B, C and D in Figs show the displacement of these lines of contact). The main forces that determine the radial sealing of the spiral elements include tangential forces based on the reaction of the fluid within the spiral volume, which is achieved by mechanical limitation in the radial direction and centrifugal forces due to the movement of one spiral element along its path. In addition to these forces generated by the device, other external forces ; be applied.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden die mit den bekannten Vorrichtungen verbundenen Nachteile dadurch ausgeschaltet oder auf ein Minimum zurückgeführt, daß die Beschränkungen der radialen Verschiebebewegung auf lediglich jene beschränkt werden, die durch die Berührungslinien der Bogenelemente selbst auftreten, indem eine Antriebskraft an dem beweglichen Spiralelement vorgesehen wird, die eine nach innen gerichtete radiale Komponente aufweist, welche wenigstens einem Teil der Zentrifugalkraft entgegengerichtet ist, die auf das bewegliche Spiralelement wirkt, und indem eine Kupplungseinrichtung zur Steuerung des Winkelphasenverhältnisses der bei- ; den Spiralelemente vorgesehen wird, die unabhängig von einer eine Beschränkung hervorrufenden Einrichtung arbeitet. Die Ar- . beitsweise der Vorrichtung bleibt unabhängig von irgendwelchen Druckveränderungen innerhalb der Spiralelemente. Der Verschleiß an den Berührungslinien zwischen den Bogenelementen an den Spiralelementen kompensiert sich im wesentlichen selbst, so daß; über lange Betriebszeiträume eine dauernde wirksame radiale Abdichtung vorhanden ist. Die axiale Abdichtung wird vorzugsweise durch Verwendung von Gas aus dem Bereich höchsten Drucks in : Verbindung mit einer in geeigneter Weise vorgespannten Feder '; erreicht, welche die Spiralelemente dauernd in Achsrichtung an-; einanderdrückt.According to a first embodiment of the invention, the disadvantages associated with the known devices thereby eliminated or reduced to a minimum that the restrictions the radial displacement movement can only be limited to those caused by the contact lines of the arch elements occur even by providing a driving force to the movable scroll member, the one inward directed radial component having at least one Part of the centrifugal force acting on the movable scroll element is counteracted, and by a coupling device to control the angular phase ratio of the two; the spiral elements is provided, which is independent of a a constraint inducing device is operating. The ar-. Both of the device remains independent of any Changes in pressure within the spiral elements. The wear and tear on the lines of contact between the arch elements on the Spiral elements essentially compensate for themselves, so that; A permanent effective radial over long periods of operation Sealing is in place. The axial sealing is preferably achieved by using gas from the area of highest pressure in: Connection to a suitably preloaded spring '; reached, which the spiral elements continuously in the axial direction; pushing each other.
- 18 -Γ- 18 -Γ
4 0 9 8 81/10124 0 9 8 81/1012
Im folgenden sollen zur Erläuterung der axialen und radialen Abdichtung die hauptsächlichen axialen und radialen Kräfte erläutert werden, die auf ein Spiralelement wirken. Wie die Fig. 5 zeigt, ist die gesamte äußere, in Achsrichtung wirkende Kraft F„ an einem Spiralelementenpaar die Summe der durch die Anlage der Evolventen hervorgerufenen Dichtkraft und der Gas ladung. WeniL deshalb eine äußere Kraft vorgesehen wird, die immer größer ist als die durch das eingeschlossene Gas in Achsrichtung ausgeübte Kraft, so kann eine axiale Abdichtung erreicht werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hierzu Fluid von dem Bereich höchsten Drucks abgezogen und zur Erzeugung einer axialen Dichtkraft verwendet, die im wesentlichen proportional dem höchsten Druck innerhalb der Fluidtaschen ist. Nach Fig. 5 muß deshalb ein Überschuß an axialer Kraft auf das Spiralelement vorhanden sein, die längs des Pfeiles F, ;In the following, the main axial and radial forces that act on a spiral element will be explained to explain the axial and radial sealing. As FIG. 5 shows, the total external force F ″ acting in the axial direction on a pair of spiral elements is the sum of the sealing force caused by the contact of the involute and the gas charge. If an external force is therefore provided which is always greater than the force exerted in the axial direction by the enclosed gas, an axial seal can be achieved. In the device according to the invention, for this purpose, fluid is withdrawn from the area of the highest pressure and used to generate an axial sealing force which is essentially proportional to the highest pressure within the fluid pockets. According to FIG. 5, therefore, there must be an excess of axial force on the spiral element, which is directed along the arrow F,;
wirkt. Diese überschüssige Kraft ergibt die Abdichtung der Ränder des eines Spiralelementes gegenüber dem anderen und es wirken ihr Gaskräfte entgegen, die entgegen.der in Fig. 5 angegebenen Kraft Fe gerichtet sind. works. This excess force results in the sealing of the edges of one spiral element with respect to the other and it is counteracted by gas forces which are directed against the force F e indicated in FIG.
Die Fig. 7 erläutert eine beispielsweise Ausführungsform einer Vorrichtung, bei der eine andauernde axiale Abdichtung durch die Verwendung von aus dem Bereich höchsten Drucks abgezogenem Gas erreicht wird, unterstützt durch die Verwendung einer Feder, welche die Spiralelemente zur dichten Anlage in Achsrichtung gegeneinanderdrückt. Bei der Ausführungsform nach Fig.7, die einen Querschnitt durch die Spiralelemente und einen Spiralenmitnehmer zeigt, wird dieser Spiralenmitnehmer zusammen mit einem "schwimmend" beweglichen Spiralelement verwendet, um eine dauernde, sich selbst einstellende axiale Abdichtung zu erreichen. Das Bogenelement 10 mit den die Berührungslinien bildenden Oberflächen am stationären Spiralelement, das allgemein mit 25 bezeichnet ist, ist mit einer feststehenden Seitenplatte 26 aus einem Stück gefertigt oder an dieser befestigt. Diese Seitenplatte 26 endigt auf ihrem Umfangsrand in einem ringförmigen Gehäuse 27, das eine ringförmige Dichtfläche 28 aufweist. Das Bogenelement 12 mit den die Berührungslinien bildenden Oberflächen am beweglichen Spiralelement, das allge-Fig. 7 illustrates an example embodiment of a device in which a permanent axial seal by the use of gas withdrawn from the area of highest pressure is achieved, aided by the use of a Spring, which presses the spiral elements against each other for tight contact in the axial direction. In the embodiment according to Figure 7, which shows a cross section through the spiral elements and a spiral driver, this spiral driver becomes together with a "floating" movable scroll element used to provide a permanent, self-adjusting axial seal to reach. The arch element 10 with the surfaces forming the lines of contact on the stationary spiral element, which is generally is indicated at 25, is made with a fixed side plate 26 in one piece or attached thereto. This side plate 26 ends on its peripheral edge in an annular housing 27 which has an annular sealing surface 28 having. The arch element 12 with the surfaces forming the lines of contact on the movable spiral element, the general
mein mit 30 bezeichnet ist, besteht aus einem Stück mit einer beweglichen Seitenplatte 31 oder ist an dieser befestigt, wobei die Dichtfläche 32 längs des Umfangs dieser Seitenplatte 31 so gestaltet ist, daß sie an der ringförmigen Dichtfläche 28 des stationären Spiralelementes 25 anliegt, damit das zwischen den Seitenplatten 26 und 31 ausgebildete Innenvolumen 33 in Achsrichtung abgedichtet wird. Zwischen den Dichtflächen 28 und 32 muß rundum und dauernd ein Reibkontakt vorhanden sein, selbst wenn diese Flächen während des Betriebs einem Verschleiß unterliegen. Weiterhin wird die axiale Dichtkraft dazu verwendet, die Seitenplatten dicht an die Stirnflächen der Bogenelemente des gegenüberliegenden Spiralelementes 41 und 42 anzudrücken, damit die Fluidtaschen an diesen Berührungsflächen abgedichtet werden. Diese erforderliche axiale Abdichtung wird durch die Verwendung eines allgemein mit 35 bezeichneten Spiralenmitnehmers in Verbindung mit dem beweglichen Spiralelement 30 erreicht, das unter dem Einfluß der angreifenden Kräfte schwimmen kann bzw. beweglich ist. Mit anderen Worten bewegt sich dieses Spiralelement 30 unter dem Einfluß der angreifenden Kräfte, bis eine ausreichend .dichte Anlage zur Abdichtung der Taschen erreicht ist.mine is designated 30, consists of one piece with a movable side plate 31 or is attached to this, wherein the sealing surface 32 is designed along the circumference of this side plate 31 so that it is on the annular sealing surface 28 of the stationary scroll member 25 so that the internal volume 33 formed between the side plates 26 and 31 in Axial direction is sealed. Between the sealing surfaces 28 and 32 there must be continuous and all-round frictional contact, even if these surfaces are subject to wear during operation. Furthermore, the axial sealing force is used to to press the side plates tightly against the end faces of the arch elements of the opposite spiral element 41 and 42, so that the fluid pockets are sealed at these contact surfaces. This required axial sealing is achieved by the Use of a spiral driver, generally designated 35, in conjunction with the movable spiral element 30 achieved that can swim or is mobile under the influence of the attacking forces. In other words, moved This spiral element 30 is under the influence of the acting forces until a sufficiently .proof system for sealing the pockets is reached.
Das bewegliche Spiralelement 30 umfaßt bei der Ausführungsform nach Fig. 7 einen den Spiralenmitnehmer umgebenden Gehäusering 36, der einen zylindrischen Raum 37 umgrenzt, in dem der Spiralenmitnehmer 35 angeordnet ist. Auf der Innenseite weist dieser Ring 36 senkrecht zur Ebene der Seitenplatte 31 eine Wand 38, eine Ringschulter 39 und eine vom Druck beaufschlagte Dichtfläche 40 auf, die den Mittelabschnitt der Außenfläche ; des beweglichen Spiralelementes 30 darstellt. Der Spiralenmitnehmer 35 ist allgemein als Kolben gestaltet und er weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen Ring 45 mit einer innenliegenden Ringschulter 46 für die Anlage eines Lagers 47 und in der Mitte eine Verschlußscheibe 48 auf, deren Außenseite 49 | der Antriebsfläche 40 gegenüberliegt. Der Ring. 45 des Spiralenmitnehmers hat einen Durchmesser D,, der etwas kleiner ist als der Durchmesser D_ der Innenwand 38, so daß sich ein RingspaltIn the embodiment according to FIG. 7, the movable spiral element 30 comprises a housing ring surrounding the spiral driver 36, which delimits a cylindrical space 37 in which the spiral driver 35 is arranged. Has on the inside this ring 36 perpendicular to the plane of the side plate 31 has a wall 38, an annular shoulder 39 and a pressurized one Sealing surface 40 which forms the central portion of the outer surface; of the movable scroll member 30. The spiral driver 35 is generally designed as a piston and it has in this embodiment a ring 45 with an inner annular shoulder 46 for the installation of a bearing 47 and in the middle a closure disk 48, the outside 49 | the drive surface 40 is opposite. The ring. 45 of the spiral driver has a diameter D ,, which is slightly smaller than the diameter D_ of the inner wall 38, so that there is an annular gap
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50 ergibt. Der Unterschied im Durchmesser kann als (Eg-Ej)/D ausgedrückt werden und er kann im Bereich von etwa 0,001 bis etwa 0,2 liegen. Der Ring 45 ist so gestaltet, daß er eine Umfangsnut 51 zur Aufnahme eines elastomeren Dichtungsringes aufweist, der zwischen dem Spiralenmitnehmer und der Innenwand 38 des Gehäuseringes 36 für den Spiralenmitnehmer liegt. Mit 53 ist eine Feder bezeichnet, die dann eine axiale Kraft auf das bewegliche Spiralelement ausübt, wenn der gelieferte Druck und damit die Kraft der Gasladung Null ist. Diese vorgespannte Feder 53 ist so angeordnet, daß sie an der Ringschulter 39 und auf dem Umfang der Scheibe 48 des Spiralenmitnehmers anliegt, wodurch ein flaches, in Achsrichtung abgedichtetes Fluidvolunien 54 zwischen der Scheibe 48 des Spiralenmitnehmers und der Antriebsfläche 40 des-beweglichen Spiralelementes ausgebildet wird. Bestimmte Einrichtungen, wie beispielsweise die Ausnehmung 44 in der Feder 53, müssen vorgesehen werden, damit die Feder nicht zufällig den Raum 37 vom Raum 54 abdichtet, denn diese Volumen müssen dauernd in Fluidverbindung miteinander stehen. Eine Bohrung 55 stellt eine Verbindung zwischen dem Bereich höchsten Fluiddrucks im Raum 33 und dem abgedichteten Raum 54 her. Der Spiralenmitnehmer 35 ist an einer Antriebswelle 56 über ein Lager 47 befestigt. Der Mechanismus, durch den das bewegliche Spiralelement 30 angetrieben wird, wird nachfolgend erläutert.50 results. The difference in diameter can be expressed as (Eg-Ej) / D and it can range from about 0.001 to about 0.2. The ring 45 is designed so that it has a circumferential groove 51 for receiving an elastomeric sealing ring which lies between the spiral driver and the inner wall 38 of the housing ring 36 for the spiral driver. With a spring 53 is referred to, which then exerts an axial force on the movable spiral element when the pressure supplied and thus the force of the gas charge is zero. This pretensioned spring 53 is arranged so that it rests against the annular shoulder 39 and on the circumference of the disk 48 of the spiral driver, whereby a flat, axially sealed fluid volume 54 is formed between the disk 48 of the spiral driver and the drive surface 40 of the movable spiral element . Certain devices, such as, for example, the recess 44 in the spring 53, must be provided so that the spring does not accidentally seal off the space 37 from the space 54, because these volumes must be permanently in fluid connection with one another. A bore 55 establishes a connection between the area of the highest fluid pressure in the space 33 and the sealed space 54. The spiral driver 35 is attached to a drive shaft 56 via a bearing 47. The mechanism by which the movable scroll member 30 is driven will be explained below.
Soweit das bewegliche Spiralelement 30 nicht starr mit dem Spiralenmitnehmer verbunden ist, kann es sich in Achsrichtung frei bewegen, d. h. es ist schwimmend gelagert. Durch Einleiten von unter hohem Druck stehenden Fluid durch die Bohrung 55 in den abgedichteten Raum 54 wird eine Kraft F- die im wesent-As far as the movable spiral element 30 is not rigidly connected to the spiral driver, it can move in the axial direction move freely, d. H. it is floating. By introducing high pressure fluid through bore 55 in the sealed space 54 is a force F- which is essentially
liehen gleich der durch das im Innern befindliche Gas ausgeübten Kraft ist, als axiale Dichtkraft vorgesehen, soweit die ■ Fläche der Kraft ausübenden Oberfläche des Spiralenmitnehmers ausreichend groß ist. Der Fluiddruck in dem abgedichteten Raum 54 drückt das bewegliche Spiraleleaient von dem Spiralenmitnehmer weg und gegen das fest angeordnete Spiralelements | so daß die Oberflächen 28 und 32 dicht aneinanderliegen und ebenso zwischen den Rändern der Bogenelemente und den Seiten-borrowed equal to the force exerted by the gas inside, provided as an axial sealing force, provided that the area of the force exerting surface of the spiral driver is sufficiently large. The fluid pressure in the sealed space 54 pushes the movable spiral element away from the spiral follower and against the fixed spiral element s | so that the surfaces 28 and 32 are close together and also between the edges of the arch elements and the side
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platten der Spiralelemente eine dichte Anlage erreicht wird. Wenn diese Dichtflächen verschleißen, wird eine dichte Anlage dennoch aufrechterhalten, da das bewegliche Spiralelement unter der Kraft des Fluiddrucks in dem abgedichteten Raum 54 nachgeben bzw. sich nachstellen kann. In der Praxis ist es zweckmäßig, die gesamte Kraft F mittels der Feder 53 so auszulegen,plates of the spiral elements a tight system is achieved. When these sealing surfaces wear out, the system becomes airtight still maintained because the movable scroll member yields under the force of the fluid pressure in the sealed space 54 or can adjust. In practice it is advisable to interpret the total force F by means of the spring 53 in such a way that
elel
daß F nicht Null wird, selbst wenn der Druckunterschied in athat F does not become zero even if the pressure difference in a
dem System Null werden sollte. Die Feder 53 sorgt somit fürthe system should become zero. The spring 53 thus ensures
eine axiale Dichtkraft beim Anlaufen und für eine bestimmte ; zusätzliche axiale Dichtkraft während des Betriebs.an axial sealing force at start-up and for a certain; additional axial sealing force during operation.
Während die axiale Abdichtung für die dichte Anlage der Stirnflächen der Bogenelementränder an der Seitenplatte des gegenüberliegenden Spiralelementes erforderlich ist, muß mit der radialen Abdichtung eine dichte Anlage längs der Berührungslinien aufrechterhalten werden, die durch die zylindrischen ' Flächen der Bogenelemente an den Spiralelementen auftreten, während das bewegliche Spiralelement seine Bahn beschreibt (vgl. z. B. die Berührungsstellen A, B, C und D in den Fig. 1 · bis 4, welche die Verschiebung dieser Berührungslinien zeigen).: Die hauptsächlichen Kräfte, welche die radiale Abdichtung der Spiralelemente bestimmen, sind in Fig. 5 in vereinfachter Form \ dargestellt, die die Kräfte an dem beweglichen Spiralelement ; mit einem einzelnen Bogenelement 12a zeigt, das an einer Seitenplatte 31a befestigt ist. Während das Spiralelement eine Bahn . mit dem Radius R__ beschreibt,unterliegt es einer tangentialen : Kraft F+ und senkrecht dazu einer Anlagekraft, die die Zentri- 'While the axial seal is required for the tight abutment of the end faces of the arch element edges with the side plate of the opposite spiral element, a tight abutment must be maintained with the radial seal along the lines of contact that occur through the cylindrical 'surfaces of the arch elements on the spiral elements, while the movable spiral element describes its path (cf. e.g. the contact points A, B, C and D in FIGS. 1 · to 4, which show the displacement of these contact lines) .: The main forces which determine the radial sealing of the spiral elements , are shown in Fig. 5 in simplified form \ , the forces on the movable scroll element; with a single arch member 12a attached to a side plate 31a. While the spiral element is a trajectory. describes with the radius R__, it is subject to a tangential: force F + and perpendicular to it a contact force which the centri- '
2
fugalkraft mkjR ist, wobei m die Masse des Spiralelementes :
und ω dessen Winkelgeschwindigkeit ist. Diese Zentrifugalkraft ,
übersteigt 3ene, die zur Erreichung einer ausreichenden radialen
Abdichtung erforderlich ist, und die Größe dieser überschüssigen Zentrifugalkraft bestimmt das Ausmaß des Verschleißes, dem die ;
aneinanderliegenden, zylindrischen Oberflächen der Bogenelemente unterliegen. Bei der Vorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel
weist die dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement züge- >;
ordnete Antriebseinrichtung eine Einrichtung auf, die einem Teil
der Zentrifugalkraft entgegenwirkt oder entgegengerichtet ist, ' damit sich eine Anlagekraft ergibt, die ausreichend groß ist,
damit man eine wirksan^iMilLale ,Abdichtung und gleichzeitig . i2
fugalkraft mkjR, where m is the mass of the spiral element : and ω is its angular velocity. This centrifugal force exceeds 3ene, which is necessary to achieve a sufficient radial seal, and the size of this excess centrifugal force determines the extent of the wear to which the; are subject to adjacent, cylindrical surfaces of the arch elements. In the device according to this embodiment, the spiral element describing a path has trains- >; arranged drive device on a device, which counteracts a part of the centrifugal force or is counter-directed, 'so that a contact force results that is sufficiently large, so that an effective an ^ iMilLale, sealing and at the same time. i
*tüao9 ι/ [ υ Ί 2* tüao9 ι / [υ Ί 2
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keinen zu übermäßigen Verschleiß erhält. Die Antriebseinrich- . tung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist somit eine Einrichtung auf, die eine zentripetale Radialkraft Fr erzeugt, die einem Teil der Zentrifugalkraft entgegenwirkt, die am beweglichen Spiralelement angreift. Dies steht in direktem [ Gegensatz zur Lehre des Standes der Technik, der die Verwendung einer verstärkten Zentrifugalkraft zur Erzielung einer radialen Abdichtung vorschlägt (vgl. z. B. GB-PS 486 192).does not receive excessive wear. The drive device. The device according to the invention thus has a device which generates a centripetal radial force F r which counteracts part of the centrifugal force which acts on the movable spiral element. This is in direct [contrary to the teaching of the prior art, which proposes the use of an increased centrifugal force for obtaining a radial seal (see FIG. Z. B. GB-PS 486 192).
In der Praxis wird der tatsächliche Anteil der Zentrifugalkraft, der durch die zentripetale Radialkraft aufgrund dieser Vorrichtung aufgehoben wird, von verschiedenen Faktoren abhängen, ; die miteinander in Beziehung stehen können. Der optimale Ausgleich zwischen der Zentrifugalkraft, die bei der Vorrichtung nach den Fig. 7 und 8 nie auf Null reduziert wird, und der ; Zentripetalkraft kann für eine bestimmte Vorrichtung dadurch ; festgelegt werden, daß man diese Faktoren berücksichtigt, wie das spezifische Anwendungsgebiet, für das die Vorrichtung ein- ■ gesetzt wird, die Verwendung oder NichtVerwendung von Schmier- ; mitteln, das Material, aus dem die Bogenelemente bestehen, I die Betriebsdrehzahl, die erwünschte Lebensdauer der Vorrich- ·; tung und dergleichen. Für einen trocken laufenden Kompressor ' wird man im allgemeinen einen größeren Teil der Zentrifugalkraft ausgleichen müssen als bei einem Kompressor, der mit \ einem geeigneten Schmiermittel arbeitet, und bei einem Kompressor mit Bogenelementen aus einem leichter verschleißenden : Material wird man einen größeren Teil der Zentrifugalkraft ausgleichen müssen als bei einem Kompressor mit Bogenelementen j aus einem Material, das keinem Verschleiß unterliegt. Im all- I gemeinen erfordern höhere Betriebsdrehzahlen und eine längere | Lebensdauer, daß ein größerer Teil der Zentrifugalkraft durch j eine zentripetale Kraft aufgehoben wird. ;In practice, the actual proportion of the centrifugal force that is canceled by the centripetal radial force due to this device will depend on various factors; that can be related to each other. The optimal balance between the centrifugal force, which is never reduced to zero in the device according to FIGS. 7 and 8, and the ; Centripetal force can thereby for a given device ; be determined that these factors are taken into account, such as the specific field of application for which the device is used, the use or non-use of lubricants; average, the material of which the arch elements are made, I the operating speed, the desired service life of the device- ·; tung and the like. For a dry running compressor 'you will generally have a greater portion of the centrifugal force must balance than a compressor that works with \ a suitable lubricant, and a compressor with curved elements of a lighter-wearing: Material is to compensate for a larger part of the centrifugal force must be made of a material that is not subject to wear than a compressor with arch elements j. In general, higher operating speeds and longer | Lifetime that a larger part of the centrifugal force is canceled by a centripetal force. ;
In Verbindung mit der Einrichtung zur Aufhebung eines Teils ί der Zentrifugalkraft am eine Bahn beschreibenden Spiralelement f zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung d~,reh weitere ι Merkmale aus, die eι ermöglichen, die Anlagekraf'J so einzustellen, daß die raliale Dichtkraft zwischen den SpiralelementenIn connection with the device for canceling part ί of the centrifugal force on the spiral element f describing a path, the device according to the invention is characterized by further features which enable the contact force to be set so that the ralial sealing force between the spiral elements
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dauernd so aufrechterhalten wird, daß sich minimaler Verschleiß und eine minimale Fluidleckage ergibt. Eines dieser Merkmale ist die Begrenzung der radialen Beschränkungen der Bewegungsfreiheit innerhalb der Vorrichtung auf die sich fortbewegenden BerUhrungslinien zwischen den Bogenelementen. Damit ergeben diese radialen Begrenzungen, die allein durch die eine zentripetale Kraft erzeugende Einrichtung gesteuert werden, nicht nur minimalen Verschleiß, sondern verleihen der Vorrichtung im Betrieb eine solche Elastizität, daß ein großer Teil des auftretenden Verschleißes selbsttätig kompensiert wird. Die Begrenzung der radialen Einschränkungen der Bewegungsfreiheit auf lediglich die sich fortbewegenden Berührungslinien zwischen den Bogenelementen steht im Gegensatz zu der Lehre des Standes der Technik, wie er beispielsweise in.der US-PS 3 600 114 wiedergegeben ist.is maintained continuously so that there is minimal wear and tear and minimal fluid leakage. One of those characteristics is the limitation of the radial restrictions on freedom of movement within the device to those in motion Lines of contact between the arch elements. This results in these radial limitations, which are caused solely by the one centripetal Power generating device are controlled, not only minimal wear, but give the device in Operation of such elasticity that a large part of the wear that occurs is automatically compensated for. The limitation the radial restrictions on freedom of movement on only the moving lines of contact between the arch elements is contrary to the teaching of the prior art, such as that in U.S. Patent 3,600,114 is reproduced.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Verwendung einer Kupplungseinrichtung, die ein festes Winkelverhältnis zwischen den Spiralelementen aufrechterhält, wobei diese Einrichtung getrennt und verschieden von der Antriebseinrichtung ist. Durch die Verwendung einer solchen Kupplungseinrichtung in Verbindung mit der bestimmten Antriebseinrichtung nach der Erfindung und durch Begrenzung der radialen Beschränkungen der Bewegungsfreiheit auf die sich bewegen-Another important feature of the device according to the invention is the use of a coupling device that maintains a fixed angular relationship between the spiral elements, this device being separate and distinct from the drive device. By using such a Coupling device in connection with the specific drive device according to the invention and by limiting the radial Restrictions on freedom of movement on the moving
den Berührungslinien' zwischen den zylindrischen Oberflächen i der Bogenelemente können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ; wenigstens bis zu einem sehr großen Ausmaß die Schwierigkeiten , überwunden werden, die sich bei den bekannten Vorrichtungen j hinsichtlich der radialen Abdichtung und des Verschleißes er- ! geben. Jthe lines of contact between the cylindrical surfaces i the arch elements can with the device according to the invention; at least to a very great extent the difficulties be overcome, which in the known devices j in terms of radial sealing and wear er! give. J
Bei den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen I nach den Fig. 7 bis 16 ist die Antriebseinrichtung, die eine ; zentripetale Kraft zur Aufhebung eines Teils der Zentrifugal- > kraft erzeugt, damit die erwünschte Anlagekraft und die radiale; Abdichtung erreicht wird, beispielsweise durch eine Kombination; einer Einrichtung zur Ausbildung einer dem beweglichen Spiralelement zugeordneten, zylindrischen angetriebenen Fläche und :In the embodiments of the devices I according to the invention according to FIGS. 7 to 16, the drive device, which is a; centripetal force to cancel part of the centrifugal-> force generated so that the desired contact force and the radial; Sealing is achieved, for example, by a combination; a device for forming one of the movable scroll members associated, cylindrical driven surface and:
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eines Spiralenmitnehmers ausgebildet, der eine treibende zylin- ; drische Fläche bildet, die das bewegliche Spiralelement über eine Berührungslinie mit der angetriebenen Fläche eine Bahn beschreiben läßt. Wählt man den Bahnradius R des beweglichen ■ Spiralelementes größer als den Bahnradius R^ des Spiralenmit- j nehmers, so erhält man die erwünschte zentripetale, nach innen ; gerichtete Radialkraft, die einem Teil der Zentrifugalkraft entgegenwirkt.a spiral driver formed, which has a driving cylin-; drical surface forms which the movable scroll element via a line of contact with the driven surface a path can be described. If you choose the radius R of the moving ■ Spiral element larger than the orbit radius R ^ of the spiral mit- j takers, one obtains the desired centripetal, inward; directed radial force, which is part of the centrifugal force counteracts.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform unter Verwendung . eines beweglichen Spiralelementes, das eine zylindrische angetriebene Fläche in Verbindung mit einem Spiralenmitnehmer bildet, der eine zylindrische treibende Fläche für die erwünschte Anlagekraft aufweist, ist ein wichtiges Merkmal, daß der Durchmesser D, des Spiralenmitnehmers unterschiedlich zum Durch- :In the embodiment of the invention using. a movable scroll element that forms a cylindrical driven surface in conjunction with a scroll driver, which has a cylindrical driving surface for the desired contact force, is an important characteristic that the diameter D, of the spiral driver different from the diameter:
messer D_ der angetriebenen Zylinderfläche ist. In Fig. 6A, die s ιknife D_ is the driven cylinder surface. In Fig. 6A, the s ι
im wesentlichen ein Querschnitt längs der Linie 6A-6A in Fig.7 ist, ist der Durchmesser D_ der Innenwand 38, die als angetriebene Zylinderfläche dient, größer als der Außendurchmesser D^ ■ des Ringes 45 am Spiralenmitnehmer 35, der als treibende \ Zylinderfläche dient. Der Unterschied zwischen D_ und Dj ist >essentially a cross-sectional line 6A-6A along in Figure 7, the diameter D_, the inner wall 38 serving as a driven cylinder surface is greater than the outer diameter D ^ ■ the ring 45 serves on Spiralenmitnehmer 35, the \ as a driving cylinder surface . The difference between D_ and Dj is>
s o. js o. y
in Fig. 6A der besseren Darstellung der auftretenden Kräfte j wegen übermäßig groß wiedergegeben. Aufgrund des Unterschiedes 1 dieser Durchmesser ergibt der Spiralenmitnehmer, der in Fig. 6A^ durch den Ring 45 dargestellt ist, im wesentlichen eine sich j abwälzende Berührungslinie bei L mit dem beweglichen Spiralele-\ in Fig. 6A for a better representation of the forces j because of excessively large. Due to the difference 1, this diameter of the Spiralenmitnehmer shown in Fig. 6A ^ through the ring 45 results in essentially a line of contact to j abwälzende at L with the movable Spiralele- \
ment, das durch die Innenwand 38 wiedergegeben ist. ;ment, which is represented by the inner wall 38. ;
Das sich bewegende Spiralelement wird in der Radial-Tangential-| ebene durch Kräfte gehalten,' die an der Innenwand 38 wie in i Fig. 6A dargestellt angreifen (der gleichbleibenden Darstellung; wegen wird davon ausgegangen, daß die Mitte C des beweglichen ! Spiralelementes bzw. dessen Antriebsringes den Ursprung der j Evolvente des Spiralelementes wie auch den Schwerpunkt des I beweglichen Spiralelementes wiedergibt). Diese am beweglichen jThe moving spiral element is in the radial-tangential | plane held by forces, 'which on the inner wall 38 as in i Fig. 6A attack (the constant representation; because of it is assumed that the center C of the movable! Spiral element or its drive ring the origin of the j involute of the spiral element as well as the center of gravity of I. movable spiral element reproduces). This on the movable j
Spiralelement über die Wand 38 angreifenden Kräfte sind die .; Zentrifugalkraft m^Ror und die tangentiale Kraft Ft· Wird der Bahnradius R^ des Spiralenmitnehmers kleiner als der Bahn- jForces acting on the spiral element via the wall 38 are the.; Centrifugal force m ^ R or and the tangential force F t · the path radius R ^ of the spiral driver becomes smaller than the path j
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radius R des beweglichen Spiralelementes, so ergibt sich eine zentripetale Kraft, die eine nach innen gerichtete radiale Kraft F darstellt. Die Größe von F ist eine Funktion des Anlagewinkels, der wiederum eine Funktion der Differenz der Bahnradien RQr und Jl , sowie der Differenz der Durchmesser D und D, ist. Der Berührungswinkel θ zwischen dem Spiralenmitnehmer und dem beweglichen Spiralelement kann durch die Durchmesser und die Bahnradien wie folgt ausgedrückt werdenradius R of the movable spiral element, a centripetal force results, which represents an inwardly directed radial force F. The size of F is a function of the contact angle, which in turn is a function of the difference between the orbital radii R Qr and Jl and the difference between the diameters D and D. The contact angle θ between the scroll driver and the movable scroll member can be expressed by the diameters and the orbital radii as follows
sin θ = 2 (Ror - Rod) / (D8 - Dd) . (1a)sin θ = 2 (R or - R od ) / (D 8 - D d ). (1a)
Für eine gegebene Betriebsdrehzahl und einen gegebenen Fluiddruck wird θ so ausgelegt, daß sich in der Vorrichtung eine zweckentsprechende, jedoch nicht übermäßige radiale DichtkraftFor a given operating speed and fluid pressure θ is designed so that there is an appropriate, but not excessive, radial sealing force in the device
ο ergibt, die immer kleiner ist als die Zentrifugalkraft mCoRQV an dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement, wie sie oben angegeben wurde.ο results, which is always smaller than the centrifugal force mCoR QV on the spiral element describing a path, as stated above.
Ss liegt auch innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung, ein bewegliches Spiralelement auszubilden, wie es schematisch in Vig. 6b dargestellt ist, das eine angetriebene Zylinderfläche 38a, nie etwa eine Welle anstelle der Innenwand 38 des Gehäuseringes aufweist, wobei ein Spiralenmitnehmer verwendet wird, der eine innenliegende antreibende Wand 45a mit einem Durchmesser größer als der der angetriebenen Fläche 38a anstelle der Außenwand des l:olbenartigen Spiralenmitnehmers bildet. Bei dieser Ausführungs- ; form ist damit D, größer als D. Jedoch bleibt R, größer als :Ss is also within the scope of the invention to form a movable scroll element as shown schematically in Vig. 6b is shown, which has a driven cylindrical surface 38a, never a shaft instead of the inner wall 38 of the housing ring, wherein a spiral driver is used which has an inner driving wall 45a with a diameter larger than that of the driven surface 38a instead of the outer wall of the l: piston-like spiral driver forms. In this execution; form is therefore D, greater than D. However, R, remains greater than:
CL S ΟΓCL S ΟΓ
:\>d 1^1*3" die versciliedenen Kräfte, welche die Anlage- oder radialen Dichtkräfte ergeben, sind vergleichbar mit dem umgekehrten Fall, : v/ie ein Vergleich der Fig. 6A und 6B deutlich zeigt. Bei der j \nordnung nach Fig. 6B ist der Berührungswinkel θ definiert als i : \> d 1 ^ 1 * 3 " the different forces, which result in the contact or radial sealing forces, are comparable with the reverse case : v / ie a comparison of FIGS. 6A and 6B clearly shows 6B, the contact angle θ is defined as i
sin θ = 2 (Ror - Rod) / (Dd - D3) . (1b) jsin θ = 2 (R or - R od ) / (D d - D 3 ). (1b) j
Die geometrische Auslegung, welche die radiale Dichtkraft ein- I stellt, führt auch dazu, daß die Auswirkungen von Herstellungsfehlern und der Verbrauch an_ Material·durch Verschleiß verringert! The geometric design, which adjusts the radial sealing force, also means that the effects of manufacturing errors and the consumption of material due to wear and tear are reduced!
"4 09~8βϊ/ϊθΐ~2~ ' -26-'"4 09 ~ 8βϊ / ϊθΐ ~ 2 ~ ' -26- '
werden. Wenn die gesamte Zentrifugalkraft an den radialen Dichtungslinien angreifen würde, würde sich ein übermäßiger /erschleiß an den Spiralelementen ergeben. Beispielsweise xönnte bei der Herstellung des Spiralenmitnehmers die Bahnmitte .licht genau mit der Spiralbahnmitte zusammentreffen. In einem solchen Falle hätte 9 eine Komponente, die mit der Grundfrequenz λ> schwingt. Werden die tatsächlichen Werte des Zählers und Nenners der Gleichung (1a) oder (1b) beispielsweise etwa zehn mal größer als der erwartete Herstellungsfehler ausgelegt, so ergibt sich weniger als 10 % doppelter Scheitelwert der radialen Dichtkraft, verglichen mit ihrem ständigen Wert.will. If all of the centrifugal force were to act on the radial seal lines, there would be excessive wear and tear on the scroll elements. For example, the center of the path could coincide exactly with the center of the spiral path during the manufacture of the spiral driver. In such a case, 9 would have a component that oscillates with the fundamental frequency λ>. If the actual values of the numerator and denominator of equation (1a) or (1b) are designed, for example, about ten times larger than the expected manufacturing error, the result is less than 10% double the peak value of the radial sealing force compared to its constant value.
Die Fig. 7 und 8 zeigen im einzelnen einen Kompressor, der direkt mit einem Elektromotor als Antriebseinrichtung verbunden : ist. Die dargestellte Antriebseinrichtung ist die in Verbindung mit den Fig. 5 bis 7 beschriebene. Die Fig. 7 und 8 zeigen deutlich das Fehlen jeder die radiale Bewegungsfreiheit beschränkenden Einrichtung, abgesehen von den Anlagekräften, die längs der 3erUhrungslinien der Bogenelemente auftreten. Es sind verschiedene Ausführungsformen der Kupplungseinrichtung dargestellt, die nur mit den Spiralelementen verbunden ist. Die Spiralelemente und der Spiralenmitnehmer sind ähnlich den in Fig. 7 dargestellten Bauelementen.7 and 8 show in detail a compressor which is directly connected to an electric motor as a drive device: is. The drive device shown is the one described in connection with FIGS. Figs. 7 and 8 clearly show the absence of any device restricting radial freedom of movement, apart from the abutment forces that act along the 3erUhrungslinien of the arch elements occur. They are different Embodiments of the coupling device shown, which is only connected to the spiral elements. The spiral elements and the spiral follower are similar to the components shown in FIG.
Wie die Fig. 8 zeigt, weist das fest angeordnete Spiralelement 25 zwei spiralenförmige Bogenelemente 60 und 61 auf, die die Oberflächen mit den Berührungslinien bilden,wobei diese Bogenelemente an ihren Innenenden in verbreiterten Abschnitten 62 und 63 aus- ■ laufen, die so gestaltet sind, daß sie mit ähnlich verbreiterten ■ Innenabschnitten 64 und 65 spiralenförmiger Bogenelemente 66 und ! 67 des beweglichen Spiralelementes eine im wesentlichen recht- : eckige zentrale Fluidtasche 68 bilden, die den Bereich des j höchsten Fluiddruckes darstellt. Die flachen Innenflächen (z. B. I die Fläche 69 des verbreiterten Innenabschnitts 62 des Bogenelementes 60) der vier Innenabschnitte der spiralenförmigen Bogenelemente ermöglichen es ein kleines quadratisches Kupplungselement 70 zu verwenden, das dazu dient, daß das bewegliche Spiral- iAs FIG. 8 shows, the fixed spiral element 25 has two spiral-shaped arch elements 60 and 61 which form the surfaces with the lines of contact, these arch elements ending at their inner ends in widened sections 62 and 63 which are designed in this way that they with similarly widened ■ inner sections 64 and 65 of spiral-shaped arch elements 66 and! 67 of the movable spiral element form a substantially rectangular central fluid pocket 68 which represents the region of the highest fluid pressure. The flat inner surfaces (e.g., I the surface 69 of the enlarged inner portion 62 of the arch element 60) of the four inner portions of the spiral arch elements allow a small square coupling element 70 to be used, which serves to hold the movable scroll i
409881/1012 - 27 -409881/1012 - 27 -
element 30 sich längs seiner Bahn bewegen kann, ohne daß es bezüglich des stationären Spiralelementes rotiert.Da das Kupplungselement innerhalb der Fluidtasche mit dem höchsten Druck angeordnet ist, muß es so gestaltet sein, daß innerhalb der Tasche Fluiddurchlässe vorhanden sind, welche eine Verbindung mit den beiden Öffnungen 21 und 55 herstellen. Es weist deshalb relativ große Ausschnitte 80 auf jeder Seite und ähnliche Ausschnitte auf der Ober- und Unterseite auf, so daß ein in der Mitte angeordnetes kompaktes Stück verbleibt. An jeder Ecke sind rechtwinklige Dichtplatten 84 befestigt, die abgeflacht bzw. abgeschrägt sind, damit zwischen einer äußeren Fluidtasche : und der inneren Fluidtasche durch die beiden Ausnehmungen 86 und 87, die in der Seitenplatte 26 des festen Spiralelementes ausgebildet sind, eine Fluidverbindung hergestellt werden kann. Wie. die Fig. 8 zeigt, ist von der Fluidtasche 90 über die Aussparung 86 und dem Ausschnitt 80 eine Fluidverbindung mit der in : der M^tte befindlichen Tasche vorhanden. Während sich das bewegliche Spiralelement auf seiner Bahn weiterbewegt, verschiebt " ; sich diese Fluidverbindung unter Verwendung jeder dieser Aussparungen 86 und wiederum 87.element 30 can move along its path without rotating with respect to the stationary scroll element. Since the coupling element is located within the fluid pocket with the highest pressure, it must be designed so that there are fluid passages within the pocket which communicate with the make both openings 21 and 55. It therefore has relatively large cutouts 80 on each side and similar cutouts on the top and bottom, leaving a centrally located compact piece. Rectangular sealing plates 84 are attached to each corner and are flattened or beveled to allow fluid communication between an outer fluid pocket and the inner fluid pocket through the two recesses 86 and 87 formed in the side plate 26 of the fixed scroll member . As. Figs. 8 shows, is of the fluid bag 90 via the recess 86 and the cutout 80 has a fluid connection with the in: tte of M ^ located bag exist. While the movable scroll member moves further along its path, "shifts, this fluid connection using each of these recesses 86 and again 87th
Das stationäre Spiralelement 25 nach Fig. 8 kann so ausgebildet sein, daß es eine Lippe 95 aufweist, welche die Dichtfläche 28 bildet. Für den Einlaß des Fluids, z. B. Luft, in die Vorrichtung ist in der Seitenplatte 26 eine Öffnung 100 vorgesehen.The stationary spiral element 25 according to FIG. 8 can be designed in this way be that it has a lip 95 which forms the sealing surface 28. For the inlet of the fluid, e.g. B. air, into the device an opening 100 is provided in the side plate 26.
Die Fig. 9 bis 12 zeigen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kompressoren, bei denen die Spiralelemente zwei vollständige ; spiralenförmige Bogenelemente aufweisen, welche die Oberflächen \ 9 to 12 show embodiments of compressors according to the invention, in which the spiral elements are two complete; have spiral-shaped arch elements, which the surfaces \
mit den Berührungslinien bilden, sowie ein kreisförmiges Kupplungselement. In Fig. 9 sind zur Bezeichnung entsprechender Bauteile j die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 7 verwendet. ' |with the lines of contact, as well as a circular coupling element. In FIG. 9, the same reference numerals as in FIG. 7 are used to designate corresponding components j. '|
Nach Fig. 10 weist das stationäre Spiralelement zwei Bogen- jAccording to FIG. 10, the stationary spiral element has two arches j
elemente 140 und 141 und das bewegliche Spiralelement zwei jelements 140 and 141 and the movable scroll element two j
Bogenelemente 142 und 143 in der Form einer Evolventenspirale \ auf. Die Kupplungseinrichtung zur Verbindung des stationärenArch elements 142 and 143 in the shape of an involute spiral \ on. The coupling device for connecting the stationary
mit dem beweglichen Spiralelement weist einen Ring 144 auf, ■with the movable spiral element has a ring 144, ■
4 09 881/1012 - 28 -4 09 881/1012 - 28 -
dessen Durchmesser ausreichend groß ist, damit er die Ober- · flächen der spiralenförmigen Bogenelemente umgeben kann. Wie im einzelnen in den Fig. 11 und 12 dargestellt ist, weist dieser Kupplungsring 144 einander gegenüberliegend angeordnete flache Abschnitte auf der Innenseite auf, die etwas verdickte ; T.randab schnitte 145 und 146 an dem Ring bilden. Auf einer Seite (z. B. der Unterseite nach den Fig. 11 und 12) sind Ausschnitte 147 und 148 ausgebildet, während auf der gegenüberliegenden Seite des Ringes 144 einander gegenüberliegende Ausschnittethe diameter of which is sufficiently large that it can surround the surfaces of the spiral arch elements. As shown in detail in FIGS. 11 and 12, this coupling ring 144 has oppositely disposed flat sections on the inside which are somewhat thickened ; T. r andab cuts 145 and 146 form on the ring. Cutouts 147 and 148 are formed on one side (for example the underside according to FIGS. 11 and 12), while cutouts that are opposite one another are formed on the opposite side of the ring 144
149 und 150 vorgesehen sind, deren Achse senkrecht zur Achse der Ausschnitte 147 und 148 liegt. ¥ie aus der Fig. 10 deutlich hervorgeht, weist das Bogenelement 140 des stationären Spiralelementes einen radialen Ansatz 155 auf, der daran be- ■ festigt ist oder mit diesem aus einem Stück besteht und so : angeordnet und ausgelegt ist, daß er in den Ausschnitt 147 des Rings eingreift. In der gleichen Weise greift ein am Bogenelement 141 befestigter radialer Ansatz 156 in den Ausschnitt 148149 and 150 are provided, the axis of which is perpendicular to the axis of the cutouts 147 and 148. . ¥ ie from Figure 10 is clear, 140, the sheet member of the stationary scroll member a radial shoulder 155 on which it sawn ■ solidifies or is with this in one piece and so: is arranged and designed such that it into the cut 147 of the ring engages. In the same way, a radial extension 156 fastened to the arch element 141 engages in the cutout 148
ein, während ein am Bogenelement 142 des beweglichen Spiral- :one, while one on the arch element 142 of the movable scroll:
elementes befestigter radialer Ansatz 157 verschiebbar in dem ! Ausschnitt 149 und ein an dem Bogenelement 143 befestigterelement attached radial extension 157 slidable in the ! Cutout 149 and one attached to the arch element 143
radialer Ansatz 158 gleichfalls verschiebbar in dem Ausschnitt ;radial extension 158 also slidable in the cutout;
150 liegt. Während der Bewegung auf der Bahn sind die ; radialen Ansätze in den Ausschnitten frei verschiebbar, während ■ die Spiralelemente keine relativen Winkelbewegungen ausführen J können. Zwischen dem Ring 144 und den äußersten Bogenelementen j sind eine oder mehrere Niederdrucköffnungen 159 angeordnet, ! während eine in der Mitte liegende Hochdrucköffnung 16O mit i der Hochdruckzone in Verbindung steht. \ 150 lies. While moving on the track, they are; radial attachments in the cutouts can be moved freely, while ■ the spiral elements cannot perform any relative angular movements. One or more low-pressure openings 159 are arranged between the ring 144 and the outermost arch elements j,! while a central high pressure port 16O communicates with i of the high pressure zone. \
Die abgewandelte Bauweise nach den Fig. 13 und 14 ist so ausge- jThe modified construction according to FIGS. 13 and 14 is designed as follows
mitj 'mitj '
legt, daß manyrelativ kleinen Außendurchmessern hohe Kompressionsverhältnisse erhält. Die Steuerung der Öffnungen bei dieser Aus-i führungsform ist so ausgebildet, daß die Hochdrucköffnung intermittierend öffnet und der Spiralenmitnehmer intermittierend durch den Gasdruck beaufschlagt wird, wenn die Hochdrucköffnung freigegeben wird. Durch diese Anordnung kann die axiale Beaufschlagung gegebenenfalls eine Funktion der Winkelstellung des Spiralenmitnehmers sowie eine Funktion des gelieferten Drucksstates that many relatively small outside diameters receive high compression ratios. The control of the openings in this off-i guide shape is designed so that the high pressure port opens intermittently and the spiral driver intermittently is acted upon by the gas pressure when the high pressure port is released. This arrangement allows the axial loading possibly a function of the angular position of the spiral driver and a function of the pressure supplied
409881/1012 - 29 -409881/1012 - 29 -
Wie aus Figo 13 hervorgeht 9 ist das Bogenelement 270 am stationären Spiralelement eine Evolventenspirale mit einem Umlaufj, die einen halbkreisförmigen Flächenansatz 271 aufweist, dessen Rand eine Evolventenkurve (in Fig« 13 durch gestrichelte Linien dargestellt) an seiner Basis ist und der zwei radiale Ansätze 272 und 273 aufweist;, die in entsprechenden Ausschnitten im Kupplungsring 274 eingreifen«,As shown in Figo 13 emerges 9, the sheet member 270 on the stationary scroll member a involute wrap with a Umlaufj having a semicircular face approach 271, the edge of which is an involute curve (shown in Figure "13 by dashed lines) at its base and the two radial lugs 272 and 273; which engage in corresponding cutouts in the coupling ring 274 «,
Die Seitenplatte 275 des stationären Spiralelementes zusammen : mit einem Ringelement 276 und einem Flansch 277 bilden einen Teil eines Gehäuses? das eine Kammer .278 ergibt 9 in der das bewegliche Spiralelement und der Spiralenmitnehmer angeordnet sindo Eine außermittige Hochdrucköffnung 279 stellt eine Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich der Vorrichtung und einer ■ nicht dargestellten Leitung hero Eine auf dem Umfang angeordnete Niederdrucköffnung 280 sorgt für eine Fluidverbindung mit der ■umgebenden Atmosphäre oder einem nicht dargestellten Hiederdruck-The side plate 275 of the stationary scroll element together : with a ring element 276 and a flange 277 form part of a housing ? the one chamber .278 results in 9 in which the movable scroll element and the spiral driver are arranged o An eccentric high pressure port 279 establishes a connection between the high pressure area of the device and a line (not shown) o A circumferentially arranged low pressure port 280 provides a fluid connection with the ■ surrounding atmosphere or a not shown low pressure
Das beweglich© Spiralelement weist ©in Bog@neleaent 281 auf9 ; das am inneren End© in ©inem verbreiterten Absdsnltt 282 aus-=The movable © spiral element has © in Bog @ neleaent 281 9 ; that at the inner end © in © inem widened Absdsnltt 282 from- =
läuftj, dessen Quersehnittsform durch einen Kreis und ©ine : Evolventenkurve bestimmt wirdo Das Bogenelement 281 weistrunsj, whose cross-sectional shape is determined by a circle and © ine : involute curve o The arch element 281 points
einen Flächenansatg 283 mit einem Evolventenumriß an seiner ;a face 283 having an involute outline on it;
Basis und zwei radiale Ansätze 284 und 285 für den Eingriff >Base and two radial lugs 284 and 285 for engagement>
mit dem Kupplungsring 274 auf* Der vergrößerte Mittelabschnitt )! with the coupling ring 274 on * the enlarged middle section )!
282 des Bogenelements am beweglichen Spiralelement ist mit '< einem engen Fluiddurchlaß 286 9 der sich durch die Höhenabmessungj282 of the arch element on the movable scroll element is provided with '< a narrow fluid passage 286 9 which is defined by the height dimension j
dieses Abschnitts erstreckt, und mit einer Hochdrucköffnung 287 !this section extends, and with a high pressure port 287!
versehen,, die sichP wie die Figo 14 zeigtρ ein kurzes Stück \ provided, which shows P as in Fig. 14 ρ a short distance \
nach oben in den verbreiterten Abschnitt 282 von dessen Anlage- ; fläche aus erstreckte Dieser Fluiddurchlaß 287 weist einen zackigup into the widened section 282 of its attachment; This fluid passage 287 has a jagged surface
ausgeschnittenen Rand und einen bogenförmigen Rand auf, dessen jcut out edge and an arcuate edge, the j
Zweck aus der Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung ' hervorgehtοPurpose from the description of the operation of the device ' is evident o
409381/1012409381/1012
Der Spiralenmitnehiser 35 und das ihm zugeordnete Lager 47, die vorgespannte Feder 53, die Ringdichtung 52 und der abgedichtete Raum 54 sind ähnlich den anhand der Fig. 7 und S beschriebenen Elementen.The spiral carrier 35 and its associated bearing 47, the The pretensioned spring 53, the ring seal 52 and the sealed space 54 are similar to those described with reference to FIGS Elements.
Das Hauptgehäuse wird durch ein Gehäuseteil 288 vervollständigt, das am Flansch 277 durch geeignete Einrichtungen wie Schrauben-, bolzen 289 befestigt ist und das in der Mitte eine Verlängerung 290 zur Aufnahme der Welle aufweist. Die Welle 291 des Spiralenmitnelimers mit der Achse 291a endigt in einem exzentrischen Wellenabschnitt 292 mit der Achse 292a, wobei der Abstand zwischen diesen parallelen Achsen R-O(p dem Radius des Spiralenmitnehmers ist. Die Welle 291 ist in dem Wellengehäuse 290 mittels Lager 293 und.294 drehbar befestigt, die durch einen : Distanzring 295 und eine Wellendichtung 296 in einem Abstand %roneinander gehalten werden. Die Lager 293 und 294 werden durch einen Ring 298 in ihrer Stellung gehalten.The main housing is completed by a housing part 288 which is fastened to the flange 277 by suitable means such as screws, bolts 289 and which has an extension 290 in the middle for receiving the shaft. The shaft 291 of the spiral carrier pail with the axis 291a ends in an eccentric shaft section 292 with the axis 292a, the distance between these parallel axes R- O ( p being the radius of the spiral carrier. The shaft 291 is in the shaft housing 290 by means of bearings 293 and the bearings are spacer ring 295 and a shaft seal 296 at a distance r% oneinander held 293 and 294 are held by a ring 298 in position: .294 rotatably mounted, by a..
Im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 7 liegt das bewegliche Spiralelement nicht unter Reibung zur Abdichtung an dem Gehäuse-, abschnitt des stationären Spiralelementes an9 während es seine Bahn beschreibt. Vielmehr werden die Abdichtungen zwischen den Stirnflächen der Bogenelemente vna den Flächenansätzen 271 und, 281 ausgebildet, wie die Figo 14 zeigte Das Niederdruck-= fluid gelangt durch die Öffnung 280 in di© Kammer 278 und durch , Durchlässe zwischen den Bogenelementen und des Flächenansätzen9 wie etwa den Durchlaß· 299, in die Hied©räracktaschens die durch die spiralenförmigen Bogenelemente ausgebildet ιί@τ&θώ,β In contrast to the arrangement according to FIG. 7, the movable spiral element is not frictionally for sealing against the housing section of the stationary spiral element at 9 while it describes its path. Rather, the seals between the end surfaces of the sheet members VNA the surface approaches 271 and formed 281, such as the Figo 14 showed the low pressure = fluid passes through the aperture 280 in di © chamber 278 and through passages between the curved elements and the flat lugs 9 as for example the passage 299 into which the hied © räracktaschen s formed by the spiral arch elements ιί @ τ & θώ, β
Bei der folgenden Beschreibung der Arbeitsweise der Ansführungs-: form nach den Fig. 13 und 14 wird davon ausgegangen^ daß die ' Vorrichtung als Kompressor arbeitet« Die Figo 13 zeigt die relativen Bogenelementstellungen kurz nachdem die Hociidruck- , kammer 300 eine frisch mit Einlaß fluidgefüllte Tasche abge- ■ dichtet hat» so daß der verbreiterte Abschnitt 282 des Bogen- jr elements am beweglichen Spiralelement die Hochdrucköffnung 279 ' abdeckt. Während sich das Bogenelement 281 auf seiner Bahn be- .' wegt, wird, die.jöffnung _279„abgedeckt.„und.freigegeben, _.so daß jIn the following description of the operation of the embodiment according to FIGS. 13 and 14, it is assumed that the device operates as a compressor ■ off pocket "has seals so that the enlarged portion 282 of the arc j r covering elements on the movable scroll member, the high pressure port 279 '. While the arch element 281 moves on its path. ' away, the.jopening _279 is "covered." and.released, _.so that j
40988 1/10 12 - 31 -40988 1/10 12 - 31 -
unmittelbar vor der Freigabe der Öffnung 279 das Volumen 300
verringert wird, so daß der Fluiddruck erhöht wird. Das Volumen
300 wird weiter verringert, während der Fluiddurchlaß 286
die Öffnung 279 freizugeben beginnt, worauf sie vollständig
freigegeben wird, bis das Volumen 300 den Wert Null erreicht, wobei zu diesem Zeitpunkt die Öffnung 279 wieder geschlossen
wird. Nachdem die Öffnung 279 vollständig geschlossen ist,
schließt das sich auf seiner Bahn bewegende Bogenelement 281
die Kammer ab, die zur Niederdruckseite hin offen ist, so daß
eine Hochdruckkammer 300 ausgebildet wird und ein neuer Zyklus
beginnt.immediately before the opening 279 is released, the volume 300
is decreased so that the fluid pressure is increased. The volume
300 is further decreased while fluid passage 286
opening 279 begins to uncover, whereupon it completely
is released until the volume 300 reaches the value zero, at which time the opening 279 is closed again
will. After opening 279 is completely closed,
the arch element 281 moving on its path closes
from the chamber, which is open to the low-pressure side, so that
a high pressure chamber 300 is formed and a new cycle
begins.
Die intermittierende Aufladung des abgedichteten Raumes 54 mit
Hochdruckfluid durch den Durchlaß 286 erfolgt während der
Periode des Zyklus, während der der Durchlaß 286 in Verbindung
mit der Hochdrucköffnung 279 steht. Während des restlichen Teils des Zyklus wird das Hochdruckfluid in dem abgedichteten Raum 54
gehalten, bis er eine neue Ladung von unter Druck stehendem Gas
erhält. Diese intermittierende Öffnungsfreigabe in den abge- ;
dichteten Raum hat den Vorteil, daß es möglich ist, die axialen , Dichtungskräfte mit den axialen Gaskräften direkt zu verändern,
die durch das bewegliche Spiralelement ausgeübt werden, und damit die Differenz zwischen diesen zwei entgegengerichteten
Kräften annähernd konstant zu halten. Außerdem ist die Phase ; der Antriebswelle bezüglich des offenen Zustands der Öffnung 286
wählbar, wodurch ein Ausgleich zwischen der axialen Gaskraft und der Belastungskraft erreicht werden kann, wie oben erläutert :
wurde. jThe intermittent charging of the sealed space 54 with
High pressure fluid through passage 286 occurs during
Period of the cycle during which passage 286 is in communication
with the high pressure port 279 is. During the remainder of the cycle, the high pressure fluid is held in the sealed space 54 until there is a new charge of pressurized gas
receives. This intermittent opening release in the dispensed ; sealed space has the advantage that it is possible to change the axial sealing forces directly with the axial gas forces,
exerted by the movable scroll element, and hence the difference between these two opposing ones
To keep forces approximately constant. In addition, the phase is; of the drive shaft with respect to the open state of the opening 286, whereby a balance between the axial gas force and the loading force can be achieved, as explained above: was. j
Die Vorrichtung nach den Fig. 13 und 14 ist, obgleich sie ver- ■ schiedene Vorteile als Gaskompressor oder Expansionsmaschine , aufweist, nicht als Flüssigkeitspumpe geeignet, weil die inter- iThe device according to FIGS. 13 and 14 is, although it is different various advantages as a gas compressor or expansion machine, not suitable as a liquid pump because the inter- i
mittierende Öffnungssteuerung vorhanden ist. jcentral opening control is available. j
Wie in der allgemeinen Beschreibung der Erfindung ausgeführt ist1,
kann die erwünschte Relativbewegung der zylindrischen Flächen,
welche die variablen Fluidkammern der Verdrängungsvorrichtung ,As stated in the general description of the invention 1 , the desired relative movement of the cylindrical surfaces,
which the variable fluid chambers of the displacement device,
409881 /1012409881/1012
bilden, dadurch erreicht werden, daß ein Spiralelement stationär angeordnet wird und das andere eine Bahn beschreibt, ohne daß irgendeine relative Winkerbewegung stattfindet, oder dadurch, daß beide Spiralelemente um ihre jeweiligen parallelen Achsen eine Wirbelbewegung ausführen, ohne daß eine relative Winkelbewegung der Spiralelemente auftritt. Die in den vorausgehenden Figuren dargestellten Vorrichtungen arbeiten nach der ersten Betriebsweise.form, can be achieved in that a spiral element is stationary is arranged and the other describes a path without any relative waving movement taking place, or thereby, that both spiral elements execute a vortex movement about their respective parallel axes without any relative angular movement the spiral elements occurs. The devices shown in the previous figures operate according to the first one Operating mode.
Bei der Vorrichtung nach den Fig. 15 und 16 wird die zweite Arbeitsweise verwendet. Soweit die spiralenförmigen Bogenelemente und Kupplungen eine der oben angegebenen Formen haben können, : werden diese Bauteile nicht weiter beschrieben. So werden bei- ; spielsweise die Bogenelemente an den Spiralelementen und die ; Kupplung nach Fig. 9 für die entsprechenden Bauteile in Fig. verwendet und es werden gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 9 versehen.In the apparatus of FIGS. 15 and 16, the second mode of operation is used. So much for the spiral arch elements and couplings can have one of the shapes indicated above: these components are not further described. So are both; for example the arch elements on the spiral elements and the; Coupling according to FIG. 9 for the corresponding components in FIG. used and the same components are provided with the same reference numerals as in FIG.
Das stationäre Spiralelement der vorausgehenden Ausführungsformen wird ein treibendes Spiralelement, das allgemein mit bezeichnet ist, und das bewegliche Spiralelement wird ein angetriebenes Spiralelement, das mit 305 bezeichnet ist. Das treibende Spiralelement 304 weist eine Seitenplatte 306 und eine ringförmige Außenwand 307 auf, die in einer Ringdichtfläche 308 endigt, die in der Funktion mit der Dichtfläche 28 in Fig. 7 identisch ist. Die Seitenplatte 306 des treibenden Spiralelementes 304 ist an einer Welle 309 befestigt oder mit dieser aus einem Stück ausgebildet, die in der Mitte einen Niederdruckkanal 310 aufweist, der sich über ihre Länge bis an die Stelle erstreckt, an der die Welle mit der Seitenplatte verbunden ist. Dieser Kanal 310 ist die Niederdruckeinlaß-Coder Auslaß-)Leitung und es ist deshalb notwendig, eine Einrichtung für diesen Kanal 310 vorzusehen, damit er mit den äußeren Niederdruckkammern verbunden werden kann. Dies wird durch einen querverlaufenden Kanal 311 erreicht, der in dem Ansatz 312 auf der Unterseite der Seitenplatte 306 angeordnet ist. Dieser querverlaufende Kanal 311 endigt in einer oderThe stationary scroll element of the previous embodiments becomes a driving scroll element generally associated with and the movable scroll member becomes a driven scroll member indicated at 305. That The driving scroll member 304 has a side plate 306 and an annular outer wall 307 that is in an annular sealing surface 308 ends, which is identical in function to the sealing surface 28 in FIG. 7. The side plate 306 of the driving Spiral element 304 is attached to a shaft 309 or formed in one piece with this, which has a in the middle Has low pressure channel 310, which extends over its length up to extends the point where the shaft is connected to the side plate. This channel 310 is the low pressure inlet encoder Outlet) line and it is therefore necessary to provide a device for this channel 310 so that it can with the outer low pressure chambers can be connected. this will reached by a transverse channel 311, which is in the Approach 312 is arranged on the underside of the side plate 306. This transverse channel 311 ends in an or
mehreren Öffnungen, z. B. den Öffnungen 313 und 314, die in multiple openings, e.g. B. the openings 313 and 314 shown in
409881/1012 - 33 -409881/1012 - 33 -
der Seitenplatt© 506 gebohrt sind, wie die Figo 16 geigt.the side Platt drilled © 506, as shown in FIG o 16 plays the violin.
Die Antriebswelle 309 ist in einem Gehäuse ab schnitt 315
drehbar gelagert und sie wird durch Lager 316 und 317 fluchtend
gehalten, die durch einen Distanzhalter 318 in einem Abstand
voneinander gehalten werdeno Ein mit einem Außengewinde versehener
Abschnitt 319 der Welle ermöglicht das Aufschrauben
eines Gewinderinges 320 zur Halterung der Lager» An dem Gehäuseabschnitt
315 ist ein Gehäuse 321 für eine Riemenscheibe und
die Welle befestigt und die Antriebswelle 309 endigt in einer
Verlängerung 322 dieses Gehäuseso Für den Sitz der Welle ist
ein elastomerer Ring 323 und -ein Ringhalterelement 324 vorgesehene
Die Gehäuseverlängerung 322 weist einen mit Gewinde
versehenen Durchlaß 325 auf9 der mit dem Kanal 310 in der Welle
ausgerichtet isto Dieser mit Gewinde versehene Durchlaß dient
für den Anschluß einer geeigneten Leitung^ wenn eine solche
erforderlich ist» Auf der Welle 309 ist für deren Antrieb eine '
Riemenscheibe 326 und das treibende Spiralelement 304 befestigte. Der Antrieb erfolgt durch einen Motor 327 über ein© ander©
Riemenscheibe 328 und einen Kellriemen 329ο Es kann auch irgendeine
andere geeignet© Einrichtung vorgesehen w@rden9 durch :
welche die W©11© 509 in ©ine Drehbewegung versetzt \τΙτά5 wi©The drive shaft 309 is in a housing from section 315
rotatably mounted and it is aligned by bearings 316 and 317
held by a spacer 318 at a distance
o An externally threaded section 319 of the shaft allows it to be screwed on
a threaded ring 320 for holding the bearings »On the housing section 315 is a housing 321 for a pulley and
the shaft is fixed and the drive shaft 309 terminates in a
Extension 322 of this housing o For the seat of the shaft is
an elastomeric ring 323 and a ring retainer element 324. The housing extension 322 has a threaded portion
provided passage 325 on 9 of the with the channel 310 in the shaft
is aligned o This threaded passage is used
for the connection of a suitable line ^ if one
A belt pulley 326 and the driving spiral element 304 are attached to the shaft 309 for its drive. It is driven by a motor 327 via another ©
Belt pulley 328 and a cellular belt 329ο Any other suitable device can also be provided 9 by: which sets the W © 11 © 509 in a rotary motion \ τΙτά 5 wi ©
©in Getriebeο© in gear ο
Das angetriebene Spiralelement 305 ist ia Aufbau identisch
mit dem oben beschriebenen beweglichen-Spiralelement und ©s ;
weist eine Seitenplatte 335 mit einer Dichtfläche 336 auf d@m j
Umfang9 sowie einen Ringansats 337 auf ΰ der einen Raum umgrenstj
in dem der Spiralenmitnehmer angeordnet ist, der allgemein mit '
338 bezeichnet ist» Der elastomere Ring 52 und die vorgespannte j Feder 53 sind in der Funktion identisch mit den oben beschrie- j
benen Bauteilen und der Spiralenmitnehmer 338 unterscheidet sich; von dem oben beschriebenen dadurch, daß er an einer Welle 339 ;
befestigt ist oder mit dieser aus einem Stück besteht^ die · | ©inen Kanal 340 für das Hochdruckfluid aufweist, der durchgehend!
ausgebildet ist«, Di© Welle 339 ist in dem Gehäuseabschnitt 341 '
durch Lager 342 und 343 drehbar gelagertp die durch einenThe driven scroll element 305 is generally identical in structure
with the above-described movable scroll element and © s; has a side plate 335 with a sealing surface 336 on the circumference 9 and a ring extension 337 which surrounds a space in which the spiral driver is arranged, which is generally designated 338. The elastomeric ring 52 and the pretensioned spring 53 are identical in function to the components described above and the spiral driver 338 differs; of the one described above in that it is attached to a shaft 339; is attached or consists of one piece with this ^ the · | © has a channel 340 for the high-pressure fluid, which is continuous! is formed, "Di © shaft 339 is rotatably supported in the housing section 341 'by bearings 342 and 343 p by a
4098 81/1011 -344098 81/1011 -34
Distanzhalter 344 in einem Abstand voneinander gehalten werden. Auf einem mit einem Außengewinde versehenen Abschnitt 345 der Welle 339 ist ein Ring 346 aufgeschraubt, der als Halterung für die Lager dient. Am Ende des Gehäuseabschnitts 341 ist ein Gehäuse 347 befestigt, wobei die Welle 339 innerhalb einer Verlängerung 348 dieses Gehäuses endigt. Zur Abdichtung der Welle 339 ist ein elastomerer Ring 349 und ein Ringhalterelement 350 vorgesehen. Die Gehäuseverlängerung 348 weist einen mit Gewinde versehenen Durchlaß 351 auf, der mit dem Kanal 340 der Welle fluchtet. An diesem mit Gewinde versehenen Durchlaß kann eine Leitung angeschlossen werden.Spacers 344 are held at a distance from one another. On an externally threaded portion 345 a ring 346 is screwed onto the shaft 339 and serves as a holder for the bearings. At the end of the housing section 341 is a housing 347 is attached, the shaft 339 terminating within an extension 348 of this housing. To seal the Shaft 339, an elastomeric ring 349 and a ring holder element 350 are provided. The housing extension 348 has one that is threaded provided passage 351 which is aligned with the channel 340 of the shaft. At this threaded passage can a line can be connected.
Der Hochdruckkanal 340 mündet in den abgedichteten Raum 355, der die gleiche Funktion wie der Raum 54 in Fig. 7 hat. Die Hochdrucköffnung 356 stellt eine Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 357 und dem Raum 355 sowie dem Hochdruckkanal 43 her.The high pressure channel 340 opens into the sealed space 355, which has the same function as the space 54 in FIG. The high pressure port 356 provides communication between the high pressure chamber 357 and the space 355 and the high pressure channel 43.
Bei - einer anderen Anordnung kann der Niederdruckeinlaß in die Spiralelemente der durch die Gehäuseabschnitte 315 und 341 gebildete Raum 359 sein* Bei einer solchen Abänderung kann die Niederdrucköffnung in den Raum 359 durch einen Durchlaß zwischen den Gehäuseabschnitten ausgebildet i-j@rü,eno DI® Gehäuseabschnitte müssen über eine Dichtung verbunden oder ©s muß der Raum 359 in anderer Weise fluiddicht abgeschlossen werden0 Bei dieser Ausführungsform entfallen die Kanäle 310 und 31I9 di© Öffnungen : 313 und 314S die Wellenabdichtung 323 und dis ringförmige Außenwand 307 am Spiralelement 304„ Die Lager müssen dann allerdings "im Betriebsmedium arbeiten, außer sie werden durch geeignete Wellendichtungen vor fiiesem geschützto In vielen Fällen sind solche Wellendichtungen nicht erforderliche [ In another arrangement, the low-pressure inlet into the spiral elements can be space 359 formed by housing sections 315 and 341. In such a modification, the low-pressure opening into space 359 can be formed by a passage between the housing sections ij @ rü, en o DI® housing sections must be connected by a seal or the space 359 must be closed in some other fluid-tight manner 0 In this embodiment, the channels 310 and 31I 9 di © openings : 313 and 314 S, the shaft seal 323 and the annular outer wall 307 on the spiral element 304 “Die bearings must then, however, work "in the operating medium, unless they are suitable shaft seals before fiiesem protected o in many cases, those shaft seals not required [
Beim Betrieb der Vorrichtung nach Figo 15 wird das treibende ' : Spiralelement 304 um seine Achse 560 In Drehung versetzt«, wobei es das angetriebene Spiralelement 305 vm dessen Achse 361 ver- ; dreht 9 die parallel zur· Achse 360 liegt und von dieser einen Abstand hat, der gleich dem Radius R . des Spiralenmitnehmers [ ist. Der Kontakt zwischen den Bogenelementen de? beiden Spiral- ,During operation of the device according to FIG. 15, the driving spiral element 304 is set in rotation about its axis 560 , whereby it displaces the driven spiral element 305 from its axis 361; rotates 9 which lies parallel to the axis 360 and has a distance from it that is equal to the radius R. of the spiral driver [is. The contact between the arch elements de? both spiral,
elemente erfolgt an einer Anzahl von Berührungslinien, ζ. Β. ί . ... . . ιelements occurs along a number of lines of contact, ζ. Β. ί . ... . ι
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den Berührungslinien A bis D in Fig. 1, wobei die Arbeitsweise der Vorrichtung die gleiche ist wie die in Verbindung mit den . Fig. 1 bis 4 beschriebene. Das angetriebene Spiralelement 335 ist bezüglich des Spiralenmitnehmers 338 schwimmend angeordnet, damit man die axiale Abdichtung in der gleichen Weise wie oben . beschrieben erhält. Ebenso ist der Durchmesser D^ des Spiralen- ' mitnehmers kleiner als der Durchmesser D der Innenwand des Ringansatzes 337 am angetriebenen Spiralelement 335, damit man ■ die erforderliche radiale Dichtkraft erhält.the contact lines A to D in Fig. 1, the mode of operation of the device is the same as that in connection with the. Figs. 1 to 4 described. The driven scroll member 335 is floating with respect to spiral follower 338 to provide axial sealing in the same manner as above. described receives. Likewise, the diameter D ^ of the spiral ' driver smaller than the diameter D of the inner wall of the Ring shoulder 337 on the driven spiral element 335 so that you can ■ receives the required radial sealing force.
Da jedes Spiralelement sich selbst balancierend seine Kreiselbewegungen ausführt, sind keine Ausgleichsgewichte erforderlich.: Dies ist ein Vorteil der Ausführungsform nach Fig. 15. Ein weiterer Vorteil ist, daß über die Lager keine Trägheitskräfte übertragen werden, so daß sehr hohe Drehzahlen und eine entsprechend hohe Kapazität erreicht werden können.Since each spiral element carries out its gyratory movements in a self-balancing manner, no counterweights are required. : This is an advantage of the embodiment according to FIG. 15. Another advantage is that no inertial forces are transmitted via the bearings, so that very high speeds and a correspondingly high capacity can be achieved.
Gegebenenfalls kann die Rolle der beiden Spiralelemente umgekehrt werden. Beispielsweise kann der Spiralenmitnehmer über eine geeignete Einrichtung mit dem Motor verbunden werden, so ■ daß das Spiralelement 305 das treibende und das Spiralelement 304 das angetriebene Spiralelement wird. ;If necessary, the role of the two spiral elements can be reversed. For example, the spiral driver can over a suitable device can be connected to the engine, so ■ that the scroll element 305 becomes the driving scroll element and the scroll element 304 becomes the driven scroll element. ;
Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung werden die Nachteile der bekannten Vorrichtungen dadurch ausgeschaltet ; oder auf ein Minimum zurückgeführt, daß die gesamte Zentrifugal-; kraft oder ein Teil der an dem eine Bahn beschreibenden Spiral- · element angreifenden Zentrifugalkraft ausgeglichen und das j sich auf einer Bahn bewegende Spiralelement durch eine in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung mit !In another embodiment of the device , the disadvantages of the known devices are thereby eliminated; or reduced to a minimum that the entire centrifugal ; force or part of the centrifugal force acting on the spiral element describing a path is balanced and the spiral element moving on a path is compensated by a mechanical connecting device which is flexible in the radial direction!
der Antriebseinrichtung verbunden wird. Wenn alle Zentrifugal- ■ kräfte ausgeglichen werden, so wird die nachgiebige mechanische ' Verbindungseinrichtung so ausgelegt, daß eine radiale Kraft- j komponente von erwünschter Größe vorhanden ist, welche die radia-j-Ie Abdichtung bewirkt. Wenn weniger als die gesamte Zentrifugal-! kraft ausgeglichen wird, so wird jener Teil, der nicht ausge- I glichen wird, zur radialen Abdichtung verwendet. Die axialethe drive device is connected. If all centrifugal ■ forces are balanced, the resilient mechanical 'connecting device is designed so that a radial force j component of the desired size is present, which is the radia-j-Ie Sealing causes. If less than the entire centrifugal! force is balanced, the part that is not balanced is used for radial sealing. The axial
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Abdichtung wird durch zwei entgegengerichtete Kräfte erreicht, die an den Spiralelementen angreifen. Die erste Kraft wird durch eine Vorspanneinrichtung einschließlich des Fluiddü^cks ausgebildet, die auf das feststehende Spiralelement wirkt, und die : zweite Kraft wird auf das eine Bahn beschreibende Spiralelement über die Kupplungseinrichtung, die außerhalb der Spiralentaschen angeordnet ist, wobei sie der Kraft der Vorspanneinrichtung entgegengerichtet ist. Die Kupplungseinrichtung, welche das gewünschte Winkelverhältnis der Spiralelemente aufrechterhält, arbeitet unabhängig von den radialen Dichtungskräften, die unabhängig gesteuert werden, damit der Verschleiß an den Be- : rührungslinien zwischen den Bogenelementen der Spiralelemente auf ein Minimum zurückgeführt wird und nicht kompressible Verunreinigungen kompensiert werden können, die zufällig in die Fluidtaschen gelangen können.Sealing is achieved by two opposing forces acting on the spiral elements. The first force is generated by a pretensioning device including the fluid pressure, which acts on the fixed spiral element, and the second force is applied to the spiral element describing a path via the coupling device, which is arranged outside the spiral pockets, whereby it is the force of the pretensioning device is opposite. The coupling means, which maintains the desired angular relationship of the scroll members, operates independent of the radial sealing forces, which are independently controlled, so that the wear on the loading: rührungslinien is recycled between the sheet elements of the scroll members to a minimum and non-compressible impurities can be compensated, which can accidentally get into the fluid pockets.
Ein in dieser Weise ausgebildeter Kompressor ist in Fig. 17 in einem Längsschnitt dargestellt. Auf die Fig. 18 bis 28, 30 und 36 wird Bezug genommen. In allen diesen Figuren sind gleiche Bezugszeichen für die gleichen Bauelemente verwendet. Wie die Fig. 17 zeigt, weist das feststehende Spiralelement, das allgemein mit 71 bezeichnet ist, eine Seitenplatte 72 auf, ein Bogenelement 73 mit mehr als drei Umläufen (Fig. 22), das in einem verbreiterten Umfangsabschnitt 74 endigt, einen · Dichtungsring 75 und einen in der Mitte angeordneten Ansatz 76. : Innerhalb dieses Ansatzes 76 ist ein Hochdruckkanal 77 ausge- ; bildet, in den sich ein Anschlußrohr 78 erstreckt, das mit der Maschinenachse 79 ausgerichtet ist und für den Anschluß ; einer nicht dargestellten Hochdruckleitung dient.A compressor designed in this way is shown in FIG. 17 in a longitudinal section. Reference is made to Figures 18-28, 30 and 36. In all of these figures, the same reference symbols are used for the same components. As FIG. 17 shows, the fixed scroll member which is generally indicated at 71, a side plate 72, a sheet member 73 with more than three rounds (Fig. 22) which terminates in a broadened peripheral portion 74, a · seal ring 75 and an extension 76 arranged in the middle.: A high-pressure channel 77 is formed within this extension 76; forms, in which a connecting pipe 78 extends, which is aligned with the machine axis 79 and for the connection; a high-pressure line, not shown, is used.
Das sich auf einer Bahn bewegende Spiralelement 81 weist eine I Seitenplatte 82 und ein Bogenelement 83 mit mehr als drei Um- i laufen auf, das in einem verbreiterten Umfangsabschnitt 85 aus- j läuft (Fig. 22). Zur Erzielung der axialen Abdichtung muß die ι Stirnfläche 89 der Bogenelemente 73 und 74 am feststehenden ; Spiralelement dicht an der Innenfläche 91 der Seitenplatte 82 ] des beweglichen Spiralelementes anliegen und in der gleichen Weise muß die Stirnfläche 92 der Bogenelemente 83 und 85 amThe spiral element 81 moving on a path has a side plate 82 and an arch element 83 with more than three revolutions, which ends in a widened peripheral section 85 (FIG. 22). To achieve the axial seal, the ι end face 89 of the arch elements 73 and 74 must be on the stationary; Spiral element closely abut the inner surface 91 of the side plate 82 ] of the movable spiral element, and in the same way the end face 92 of the arch elements 83 and 85 must
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beweglichen Spiralelement dicht an der Innenfläche 93 des feststehenden Spiralelements anliegen. Zur Erzielung der radialen Abdichtung müssen die Bogenelemente der beiden Spiralelemente durch Abwälzen Berührungslinien bilden, z. B. die Berührungslinien 94, 96 und 97 in Fig. 22. Die innerste Fluidtasche 98 bildet den Bereich höchsten Drucks, während die ausgefüllte Kammer 99 um die Bogenelemente den Bereich niedrigsten Drucks darstellt. Die Fluidtaschen 111, 112 und 113 (Fig. 22) weisen dazwischenliegende Drücke auf, die in Richtung auf die mittlere Tasche 98 ansteigen. Dieser Bereich höchsten Drucks steht mit einer Hochdruckleitung über eine Auslaßöffnung 77 und ein Anschlußrohr 78 in Verbindung. Die Niederdruckkammer 99 steht über eine oder mehrere Niederdrucköffnungen 114 mit einer Niederdruckfluidquelle oder einem Reservoir in Verbindung. Wenn die Vorrichtung als Kompressor arbeitet, wird Niederdruckfluid durch die Öffnung 114 eingeleitet und das komprimierte Fluid über eine an das Verbindungsrohr 78 angeschlossene Leitung abgezogen. Wenn andererseits die Vorrichtung als Expansionsmaschine verwendet wird, wird das Hochdruckfluid durch den Durchlaß 77 eingeleitet und das expandierte Niederdruckfluid durch eine oder mehrere Öffnungen 114 abgezogen.movable scroll member tightly against the inner surface 93 of the fixed scroll member. To achieve the radial sealing, the arch elements of the two spiral elements must form lines of contact by rolling, z. B. the Lines of contact 94, 96 and 97 in Figure 22. The innermost fluid pocket 98 forms the area of highest pressure, while the filled one Chamber 99 around the arch elements represents the area of lowest pressure. The fluid pockets 111, 112 and 113 (Fig. 22) have intermediate pressures that increase toward the center pocket 98. This area of highest pressure is in communication with a high pressure line via an outlet opening 77 and a connecting pipe 78. The low pressure chamber 99 is in communication with a low pressure fluid source or reservoir via one or more low pressure ports 114. if the device works as a compressor, becomes low pressure fluid introduced through the opening 114 and drawn off the compressed fluid via a line connected to the connecting pipe 78. On the other hand, when the device is used as an expansion machine, the high pressure fluid is passed through passage 77 introduced and the expanded low pressure fluid through a or multiple openings 114 withdrawn.
Die Fig. 22 erläutert eine mögliche Ausgestaltung der spiralenförmigen Bogenelemente, die bei der Vorrichtung Verwendung finden kann. Es können auch Bogenelemente mit mehr oder weniger als drei Umläufen verwendet werden, wobei diese Bogenelemente auch anders gestaltet sein können als in Form einer echten Spirale (z. B. als verformter Kreis) und an ihren inneren Enden zur Steuerung des Volumens der Hochdrucktasche bestimmte Form- ■ gebungen aufweisen können. Eine Anzahl solcher geeigneter Formgebungen der Bogenelemente ist in der US-Patentanmeldung Serial No. 368 907 angegeben.22 explains a possible embodiment of the spiral-shaped Arch elements that can be used in the device. Arch elements with more or less can also be used can be used as three circuits, whereby these arch elements can also be designed differently than in the form of a real one Spiral (z. B. as a deformed circle) and at its inner ends to control the volume of the high pressure pocket certain shape ■ may have conditions. A number of such suitable shapes of the arch elements are disclosed in U.S. patent application Serial No. 368 907 specified.
Die Vorrichtung mit den Spiralelementen ist in einem Gehäuse 125 angeordnet, das bei der Ausführungsform nach Fig. 17 eine vordere Abdeckplatte 126 aufweist, die mittels Schrauben 127 an einer Gehäuserückseite 128 befestigt ist, die wiederum durchThe device with the spiral elements is in a housing 125 arranged, which in the embodiment of FIG. 17 is a front Has cover plate 126, which is fastened by means of screws 127 to a housing rear side 128, which in turn
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eine hintere Abdeckung 129 abgedeckt ist. Die Niederdrucköffnung 114 ist in der vorderen Abdeckplatte 126 ausgebildet.a rear cover 129 is covered. The low pressure port 114 is formed in the front cover plate 126.
Das feststehende Spiralelement 71 ist in der vorderen Gehäuseabdeckplatte 126 befestigt und durch einen Dichtungsring 75 und einen in der Mitte angeordneten Ansatz 76 ausgerichtet, der an der Außenfläche 200 der Seitenplatte 72 befestigt ist bzw. vorzugsweise mit dieser aus einem Stück besteht. Die vordere Abdeckplatte 126 weist einen innen angeordneten Haltering 201 und eine in der Mitte angeordnete Bohrung 202 auf (Fig. 18), von denen jeder zur Aufnahme eines elastomeren Dichtungsrings 203 bzw. 204 mit einer Umfangsnut versehen ist und diese Dichtungsringe stellen eine Abdichtung mit dem Ring 75 und dem Ansatz 76 her. Wie die Fig. 18 deutlich zeigt, endigt das Ringelement 75 kurz vor der Innenfläche 205 der vorderen Abdeckplatte 126, so daß ein flacher Ringraum 206 entsteht, in dem ein wellenförmiger Federring 207 angeordnet wird, der auf das feste stehende Spiralelement 71 eine Kraft in Achsrichtung ausübt. Diese Kraft bildet einen Teil der erforderlichen axialen Dichtkraft. Eine zusätzliche axiale Dichtkraft erhält man dadurch, daß Kochdruckfluid in den Ringraum 206 und in die abgedichtete Ringkammer 208 (zwischen dem Ring 75 und dem Ansatz 76) über die Öffnung 209 eingeleitet wird, die wiederum an eine nicht dargestellte Hochdruckfluidquelle angeschlossen ist. Diese Hochdruckfluidquelle kann außen liegen, beispielsweise ein Lagertank mit Stickstoff sein, oder es kann hierzu der Bereich höchsten Drucks in der Vorrichtung, z. B. die Hochdrucktasche 98, verwendet werden. Im letzteren Falle müssen nicht dargestellte Verbindungen zwischen der Tasche 98 und der Kammer 208 hergestellt werden. Wenn das Hochdruckfluid von dem Bereich höchsten Drucks innerhalb der Vorrichtung (d. h. von der Tasche 98) geliefert wird, muß die von dem : wellenförmigen Federring 207 ausgeübte axiale Kraft ausreichend groß sein, damit während des Anlaufens eine Abdichtung vorhanden ist, da in diesem Betriebsstadium, wenn überhaupt, nur : wenig Hochdruckfluid aus der Tasche 98 zur Verfügung steht. ; Wenn jedoch, wie im Falle der Ausführungsform nach den Fig. 17 ■ und 18 das Hochdruckfluid für die axiale Abdichtung von einer iThe fixed scroll member 71 is secured in the front housing cover plate 126 and aligned by a sealing ring 75 and a central boss 76 that is secured to, or preferably is integral with, the outer surface 200 of the side plate 72. The front cover plate 126 has an internally disposed retaining ring 201 and a centrally disposed bore 202 (FIG. 18), each of which is provided with a circumferential groove for receiving an elastomeric sealing ring 203 and 204, respectively, and these sealing rings provide a seal with the Ring 75 and the approach 76 ago. As FIG. 18 clearly shows, the ring element 75 ends shortly before the inner surface 205 of the front cover plate 126, so that a flat annular space 206 is created in which a wave-shaped spring ring 207 is arranged, which exerts an axial force on the stationary spiral element 71 exercises. This force forms part of the required axial sealing force. An additional axial sealing force is obtained in that pressurized cooking fluid is introduced into the annular space 206 and into the sealed annular chamber 208 (between the ring 75 and the extension 76) via the opening 209, which in turn is connected to a high-pressure fluid source (not shown). This high-pressure fluid source can be external, for example a storage tank with nitrogen, or the area of highest pressure in the device, e.g. B. the high pressure bag 98 can be used. In the latter case, connections (not shown) between the pocket 98 and the chamber 208 must be established. When the high pressure fluid is being supplied from the highest pressure area within the device (i.e. from the pocket 98), the axial force exerted by the: undulating spring washer 207 must be sufficient to provide a seal during start-up, since at this stage of operation, if at all, only : little high-pressure fluid from the pocket 98 is available. ; If, however, as in the case of the embodiment according to FIGS. 17 ■ and 18, the high-pressure fluid for the axial sealing of an i
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äußeren Quelle geliefert wird, kann es vor dem Anlaufen in die Kammer 208 eingeleitet werden, wobei die Zuführung bis zum Abschalten der Vorrichtung fortgesetzt wird.is supplied from an external source, it can be introduced into the chamber 208 prior to start-up, with the supply up to to turn off the device.
Das feststehende Spiralelement ist in einem bestimmten Winkel relativ zur vorderen Gehäuseabdeckplatte 126 angeordnet und es wird in dieser Stellung relativ zum Gehäuse durch Befestigungselemente 210 festgelegt. Diese Befestigungselemente nach Fig. 17 ermöglichen eine geringfügige Einstellung der Winkelstellung des festen Spiralelementes während des Zusammenbaus oder des Betriebs, so daß es im optimalen Winkel liegt. Die Befestigungselemente bestehen aus einem Schraubenbolzen 211 mit Gewinde 212 und einem Schraubenkopf 213,an dem exzentrisch zur Bolzenachse ein Stift 214 befestigt ist. Mit 215 ist eine Mutter bezeichnet. Der Stift 214 greift in einen Einschnitt ein, der auf der Rückseite der Seitenplatte 22 ausgebildet ist (Fig* 19). Wegen der Exzentrizität des Stiftes 214 relativ zur Bolzenachse ergibt eine Verdrehung des Schraubenbolzens 211, daß der Stift 214 und damit die Seitenplatte 72 des feststehenden Spiralelementes über einen kleinen Winkel verschoben wird, so daß man für das feststehende Spiralelement die optimale Stellung einstellen kann. Andererseits kann das Befestigungselement auch ein einfacher Bolzen mit konstantem Durchmesser sein, der sich von innerhalb der vorderen Abdeckung 126 in den Einschnitt 216 erstreckt, wobei in diesem Falle die Winkelstellung des feststehenden Spiralelementes nicht einstellbar ist.The fixed scroll member is arranged at a certain angle relative to the front housing cover plate 126 and it is fixed in this position relative to the housing by fastening elements 210. These fasteners after Figures 17 allow a slight adjustment of the angular position of the fixed scroll element during assembly or operation so that it is at the optimal angle. The fastening elements consist of a screw bolt 211 with thread 212 and a screw head 213, on the eccentric a pin 214 is attached to the bolt axis. At 215 there is one Called mother. The pin 214 engages a recess formed in the rear of the side plate 22 (Fig * 19). Because of the eccentricity of the pin 214 relative to the bolt axis, a rotation of the screw bolt 211 results in that the pin 214 and thus the side plate 72 of the fixed spiral element is displaced over a small angle, so that you can set the optimal position for the fixed spiral element. On the other hand, the fastening element also be a simple constant diameter bolt extending from within the front cover 126 in extends the incision 216, in which case the angular position of the fixed spiral element is not adjustable.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 17 werden die Spiralelemente durch ein in der Seitenplatte 72 des feststehenden Spiralelementes zirkulierendes Kühlmittel gekühlt, wie die Fig. 19 zeigt, die eine Ansicht der Außenfläche 217 dieser Seitenplatte 72 zeigt. In der Seitenplatte 72 sind mehrere miteinander in Verbindung stehende Kanäle 218 gebohrt, die ein Leitungsnetz bilden, dasüber geeignete Anschlüsse 219 und 220 an nicht dargestellte Leitungen angeschlossen ist, durch welche ein Kühlmittel eingeleitet und wieder abgezogen werden kann.In the embodiment of FIG. 17, the spiral elements cooled by a coolant circulating in the side plate 72 of the fixed scroll member, as shown in FIG. 19, which shows a view of the outer surface 217 of this side plate 72. In the side plate 72, a plurality of them are communicated with each other standing channels 218 are drilled, which form a network of pipes, which via suitable connections 219 and 220 to not shown Lines is connected through which a coolant can be introduced and withdrawn again.
A 0988 1 /1012A 0988 1/1012
Bei der dargestellten Ausführungsform wird zur Schmierung der Stirnflächen 89 der Bogenelemente des feststehenden Spiralelements ein Schmiermittel verwendet. Wie aus den Teilansichten in den Fig. 20 und 21 hervorgeht, weist die zur Anlage kommende, spiralenförmige Stirnfläche 89 der durchgehenden Bogenelemente 73 und 74 eine Ölnut 221 auf. Das Schmiermittel wird dem äußersten Abschnitt der Nut über eine Leitung 222 zugeführt, die an einer Öffnung 223 angeschlossen ist, welche in das verbreiterte Bogenelement 74 gebohrt ist und sich bis zu der Nut 221 erstreckt. Das Schmiermittel wird durch die Nut 221 gedrückt, die sich über das gesamte Bogenelement erstreckt, wobei eventuell überschüssiges Schmiermittel durch Schwerkraftwirkung zum Boden des Gehäuses abfließt, wo es durch eine Öffnung 224 abgezogen werden kann (Fig. 17). Die Schmierung der zur Anlage kommenden Stirnflächen der Bogenelemente ist insbesondere in den Fällen nicht erforderlich, in denen die entsprechenden Flächen an den Bogenelementen und der Seitenplatte aus einem selbstschmierenden Material bestehen oder nicht einem unzulässig hohen Verschleiß unterliegen, oder auch dann, wenn die Dauer und die Art der Betriebsweise es entweder nicht erfordert oder die Einleitung eines Schmiermittels in die Vorrichtung sogar verbietet.In the embodiment shown, it is used for lubrication of the end faces 89 of the arch elements of the fixed scroll element uses a lubricant. As from the partial views 20 and 21 shows the coming to abut, spiral-shaped end face 89 of the continuous Arch elements 73 and 74 have an oil groove 221. The lubricant is applied to the outermost portion of the groove via a line 222 fed, which is connected to an opening 223 which is drilled in the widened arch element 74 and extends to extends to the groove 221. The lubricant is pressed through the groove 221, which extends over the entire arch element, any excess lubricant flowing by gravity to the bottom of the housing, where it flows through a Opening 224 can be withdrawn (Fig. 17). The lubrication of the end faces of the arch elements coming into contact is especially not required in cases where the corresponding surfaces on the arch elements and the side plate consist of a self-lubricating material or are not subject to excessive wear, or even if the duration and type of operation either do not require it or the introduction of a lubricant in the device even forbids.
Es muß verhindert werden, daß sich das auf einer Bahn bewegende Spiralelement aus der Winkelstellung bezüglich des feststehenden Spiralelements und des Gehäuses bewegt, und es muß auf seiner Bahn so angetrieben werden, daß der gesamten Zentrifugalkraft oder einem Teil von dieser, die während der Bewegung auf ' der Bahn auftritt, entgegengewirkt wird, wobei für die erfor- \ derliehen radialen Dichtkräfte gesorgt wird. -The spiral element moving on a path must be prevented from moving out of the angular position with respect to the fixed spiral element and the housing, and it must be driven on its path in such a way that all or part of the centrifugal force that occurs during the movement is' of the web occurs, is counteracted, whereby for require \ derliehen radial sealing forces will be provided. -
Die Aufrechterhaltung der Winkelstellung zwischen dem beweglichen Spiralelement und dem feststehenden sowie dem Gehäuse wird durch ein Kupplungselement 225 erreicht. Wie die Fig. 24 bis 26 zeigen* besteht dieses Kupplungselement aus einem Ring 226 mit einem H-förmigen Querschnitt. Die Vorderseite 227 liegt dem beweglichen Spiralelement gegenüber, während die Rückseite 228 der Innenwand 229 des Gehäuseteils 230 zugekehrt ist (Fig. 17). Die Vorder-The maintenance of the angular position between the movable scroll element and the fixed and the housing is achieved by a coupling element 225 reaches. As Figs. 24 to 26 show * this coupling element consists of a ring 226 with an H-shaped cross section. The front 227 is the movable one Spiral element opposite, while the rear side 228 of the inner wall 229 of the housing part 230 faces (FIG. 17). The front
409881/1012 - /,>■ -409881/1012 - /,> ■ -
seite 227 weist zwei einander gegenüberliegende Keilnuten 231
und 232 (Fig. 24) auf. Die Rückseite 228 ist gleichfalls mit
zwei einander gegenüberliegenden Keilnuten 233 und 234 versehen.
Die Achsen der Keilnuten auf der Vorder- und Rückseite
liegen in einem rechten Winkel zueinander. Die verschiebbar :
in diese Keilnuten eingreifenden Keile sind an dem sich auf
einer Bahn bewegenden Spiralelement und an dem Gehäuseteil 230
befestigt. Wie die Fig. 17 und 23 zeigen, sind die Keile 235
und 101 beispielsweise mittels Senkschrauben 102 in flachen
Ausnehmungen 103 und 104 befestigt, die auf der Außenseiteside 227 has two opposing keyways 231
and 232 (Fig. 24). The back 228 is also with
two opposing keyways 233 and 234 are provided. The axes of the keyways on the front and back
are at right angles to each other. The slidable: wedges engaging in these keyways are on the
a orbit moving spiral element and on the housing part 230
attached. As FIGS. 17 and 23 show, the wedges are 235
and 101, for example by means of countersunk screws 102 in flat
Recesses 103 and 104 attached on the outside
105 der Seitenplatte des beweglichen Spiralelementes ausgebildet sind. Diese Keile gleiten in den Keilnuten 231 und 234105 of the side plate of the movable scroll member are formed. These keys slide in keyways 231 and 234
des Kupplungselementes. Fig. 27, die eine Ansicht der Innenseite= 229 des Gehäuseteils 230 zeigt, gibt die Anordnung der Keileof the coupling element. Fig. 27, which is a view of the inside = 229 of the housing part 230 shows the arrangement of the wedges
106 und 107 wieder, die durch Senkschrauben 108 (Fig. 28) in
Ausnehmungen 109 und 110 auf der Fläche 229 befestigt sind.
Diese Keile 106 und 107 gleiten in den Keilnuten 233 und 234. \ 106 and 107 again, which are secured by countersunk screws 108 (Fig. 28) in
Recesses 109 and 110 are attached to the surface 229.
These keys 106 and 107 slide in keyways 233 and 234. \
Soweit eine Gleitreibung zwischen den Vorder- und Rückseiten ;
des Kupplungselementes und den Oberflächen der Seitenfläche
des beweglichen Spiralelementes sowie des Gehäuseteils vorhanden ist, kann es zweckmäßig sein, diese Oberflächen zu schmieren.As far as sliding friction between the front and rear sides ; of the coupling element and the surfaces of the side face
the movable scroll element and the housing part is present, it may be useful to lubricate these surfaces.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 17 wird dies durch Einleiten , von Öl durch einander gegenüberliegende Bohrungen 115 und 116In the embodiment according to FIG. 17, this is done by introducing of oil through opposing bores 115 and 116
(Fig. 27) im Gehäuseteil 230 erreicht, die mit bogenförmigen '(Fig. 27) reached in the housing part 230, which with arcuate '
Nuten 117 und 118 auf der Oberfläche 229 des Gehäuseteils in ' Verbindung stehen. Das durch diese bogenförmigen Nuten fließende!Grooves 117 and 118 on the surface 229 of the housing part in ' Connected. The one flowing through these arcuate grooves!
Öl gelangt in eine Schmiernut 119 auf der Rückseite 228 des [ Oil enters a lubrication groove 119 on the back 228 of the [
Kupplungselementes, worauf es über kurze bogenförmige Nuten jCoupling element, whereupon it has short arcuate grooves j
121 und 122 durch Bohrungen 123 und 124 (Fig. 24 und 26) durch |121 and 122 through holes 123 and 124 (Fig. 24 and 26) through |
das Kupplungselement in eine Schmiernut 120 auf dessen Vorder- |the coupling element in a lubrication groove 120 on its front |
seite 227 gelangt. Gegebenenfalls überschüssiges Öl fließt !page 227 reached. If necessary, excess oil will flow!
vom Kupplungselement nach unten durch die Abzugsöffnung 224. !from the coupling element down through the vent opening 224.!
• ι Bei manchen Vorrichtungen kann es nicht zweckmäßig sein, ein J Schmiermittel zu verwenden oder die Verluste zu tolerieren, ' die sich durch Reibung zwischen dem Kupplungselement und den j• For some devices it may not be appropriate to use a J To use lubricants or to tolerate the losses caused by friction between the coupling element and the j
daran anliegenden Oberflächen ergeben, wie es.bei der Aus- surfaces adjacent to it, as it is.
409881/1012 -42-409881/1012 -42-
führungsform nach Fig. 17 der Fall ist. Es ist möglich, auf ; ein Schmiermittel zu verzichten und gleichzeitig die Reibungsverluste wesentlich zu verringern, indem man ein Kupplungselement mit Wälzkörpern verwendet, wie es in den Fig. 29 und 30 dargestellt ist. Das Kupplungselement 236 ist ein Ring mit im wesentlichen dem gleichen Querschnitt wie das Kupplungselement . 225 nach den Fig. 24 und 25 und er weist Keilnuten 231 Ms 234 auf, wie es oben angegeben wurde. Er wird jedoch durch drei Sätze von Rollen 237, 238 und 239 gelagert, wobei jeder Satz mehrere Wälzkörper bzw. Rollen 240 aufweist, die an der Vorderseite 241 des Kupplungselementes und der Fläche 105 des beweglichen Spiralelementes anliegen, sowie mehrere Rollen 242, die auf der Rückseite 243 des Kupplungselementes und auf der Fläche 229 des GehäuseteiLs 230 anliegen. Die walzenförmigen Rollen 240 . und 241 sind im rechten Winkel zueinander ausgerichtet und ihre Achsen verlaufen senkrecht zur Achse der Keilnut auf der Fläche, auf der sie anliegen. Damit kann jede Rolle sich mit dem Kupplungselement bewegen, während sich dieses in den Pfeilrichtungen verschiebt (Fig. 29).management form according to Fig. 17 is the case. It is possible on ; to dispense with a lubricant and at the same time substantially reduce the friction losses by using a coupling element with rolling elements, as shown in FIGS. 29 and 30. The coupling element 236 is a ring with essentially the same cross-section as the coupling element. 225 of FIGS. 24 and 25 and it has keyways 231 Ms 234, as indicated above. However, it is supported by three sets of rollers 237, 238 and 239, each set having a plurality of rolling elements or rollers 240 which abut the face 241 of the coupling element and the surface 105 of the movable scroll element, and a plurality of rollers 242 which rest on the The rear side 243 of the coupling element and rest on the surface 229 of the housing part 230. The cylindrical rollers 240 . and 241 are aligned at right angles to each other and their axes are perpendicular to the axis of the keyway on the surface they bear. This means that each roller can move with the coupling element while it is moving in the directions of the arrows (FIG. 29).
Während die Ausführungsformen der in Fig. 24 bis 30 dargestellten Kupplungselemente Keilnuten im Kupplungselement und verschiebbar eingreifende Keile am beweglichen Spiralelement und am Gehäuseteil zeigen, ist es ebenso möglich, diese Anordnung umzukehren und die Keile am Kupplungselement zu befestigen, um die Keilnuten im beweglichen Spiralelement und im Gehäuseteil vorzusehen.During the embodiments of the coupling elements shown in FIGS. 24 to 30, splines in the coupling element and slidable show engaging wedges on the movable scroll element and on the housing part, it is also possible to reverse this arrangement and attaching the keys to the coupling member to provide the keyways in the movable scroll member and the housing portion.
In den Fig. 17 und 31 bis 35 sind verschiedene Ausführungsformen: eines geeigneten Mechanismus für den Antrieb des sich auf einer j Bahn bewegenden Spiralelementes mit der erforderlichen radialen ; Nachgiebigkeit dargestellt, durch welche die vorbestimmte radiale Dichtkraft erzielt wird. Diese in radialer Richtung nachgiebige j Einrichtung kann verschiedene Formen haben. Außerdem ist es mög-| lieh, zwischen verschiedenen Arbeitsweisen zu wählen, d. h. ί Ausgleich eines Teils der Zentrifugalkraft und Verwendung des \ Teils, der nicht ausgeglichen ist, also radiale Dichtkraft, j oder Ausgleich im wesentlichen der gesamten Zentrifugalkraft und Anordnung einer Einrichtung in der mechanischen nachgiebigen: ■ - - - 43J -17 and 31 to 35 different embodiments are shown: a suitable mechanism for driving the spiral element moving on a path with the required radial direction; Resilience shown, through which the predetermined radial sealing force is achieved. This device, which is flexible in the radial direction, can take various forms. It is also possible | lent to choose between different modes of operation, ie ί offset part of the centrifugal force and using the \ portion which is not balanced, so radial sealing force, j or balance substantially all centrifugal force and arrangement of a device in the mechanical yielding: ■ - - - 43 Y -
4 0 9881/1 01240 9881/1 012
Verbindung zur Erzielung einer radial nach außen gerichteten Kraft, die allein als radiale Dichtkraft dienen kann.Connection to achieve a radially outwardly directed force that can only serve as a radial sealing force.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 17,31 und 32 ist dieIn the embodiment of FIGS. 17.31 and 32 is the
in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungsein- ιMechanical connecting elements which are flexible in the radial direction
richtung eine Schwinge, während sie nach den Fig. 33 bis 35 idirection a rocker, while according to FIGS. 33 to 35 i
als Gleitstück ausgebildet ist. Bei diesen beiden Ausführungs- ;is designed as a slider. In these two execution;
formen können Druckfedern verwendet werden, die der gesamten j Zentrifugalkraft oder einem Teil von dieser entgegenwirken, oder es können anstelle von Federn oder zusätzlich zu den Federn Gegengewichte verwendet werden.compression springs can be used throughout the j Centrifugal force or a part of it counteract it, or it can instead of springs or in addition to the springs Counterweights are used.
Damit man eine radiale Nachgiebigkeit erhält, muß das sich auf einer Bahn bewegende Spiralelement sich nach innen oder außen relativ zur Vorrichtungsachse in Abhängigkeit von dem allmählichen Verschleiß der Bogenelemente an den Spiralelementen oder zum Ausgleich nicht kompressibler Objekte bewegen können, wie etwa Flüssigkeitsansammlungen, Verschleißrückstände oder zufällig eingedrungene Schmutzpartikel. Diese radiale'Nachgiebigkeit erlaubt auch die Verwendung weniger genau gestalteter Spiralelemente dadurch, daß das sich auf einer Bahn bewegende j Spiralelement innerhalb des fest angeordneten Spiralelements sich bewegen kann und es seinen Bahnverlauf erforderlichenfalls : zur Anpassung der geometrischen Ausgestaltung der Bogenelemente ' der beiden Spiralelemente einstellen kann. Bei den Ausführungs- j formen nach den Fig. 17, 31 und 32 ist ein Kugellager auf einer axialen Antriebswelle des sich auf einer Bahn bewegenden Spiral-j elementes angeordnet, wobei der Außenumfang dieses Kugellagers j an einen Kurbelmechanismus mit einer Schwinge angeschlossen ist.: Die Achse der Schwinge in Fig. 31 liegt normalerweise senkrecht zu dem Exzentrizitätsradius des sich auf einer Bahn bewegenden Spiralelementes. Während der Drehbewegung der antreibenden Kurbel schwingt das sich bewegende Spiralelement unter der Wirkung der an seinem Schwerpunkt angreifenden Zentrifugalkraft radial nach außen. Das sich auf der Bahn bewegende Spiralelement| ist aufgrund der Anlage am Bogenelement des feststehenden ' Spiralelementes an einen gegebenen geometrischen BahnverlaufIn order to obtain radial compliance, the spiral element moving on a path must move inwards or outside relative to the device axis depending on the gradual wear of the arch elements on the spiral elements or to compensate for non-compressible objects, such as fluid accumulations, wear residues or accidentally penetrated dirt particles. This radial compliance also allows the use of less precisely designed spiral elements in that the j Spiral element can move within the fixed spiral element and its path if necessary: to adjust the geometric configuration of the arch elements' of the two spiral elements can be set. With the execution j 17, 31 and 32 is a ball bearing on an axial drive shaft of the spiral-j moving on a path element arranged, the outer circumference of this ball bearing j being connected to a crank mechanism with a rocker: The axis of the rocker in Fig. 31 is normally perpendicular to the radius of eccentricity of the one moving on a path Spiral element. During the rotation of the driving crank, the moving spiral element swings under the Effect of the centrifugal force acting on its center of gravity radially outwards. The spiral element moving on the path | is due to the contact with the arch element of the fixed ' Spiral element to a given geometric path
09881/101209881/1012
gebunden. Die radiale Anlagekraft zwischen dem sich bewegenden ■ und dem feststehenden Spiralelement wird durch mechanische Federn oder äquivalente Vorrichtungen eingestellt, damit ein i vorbestimmter Teil der an dem sich bewegenden Spiralelement : angreifenden Zentrifugalkraft ausgeglichen wird. ;bound. The radial contact force between the moving ■ and the fixed scroll member is adjusted by mechanical springs or equivalent devices to provide an i predetermined part of the centrifugal force acting on the moving scroll element: is balanced. ;
In den Fig. 17 und 31 wird das sich auf einer Bahn bewegende Spiralelement durch die Hauptantriebswelle 244 angetrieben, die in der hinteren Abdeckplatte in einem Lager 245 angeordnet ist. An dieser Antriebswelle 244 ist eine Kurbel 246 befestigt, an der eine Verbindungsstange 248 über einen Bolzen 249 angelenkt ist. Diese Verbindungsstange ist an dem sich bewegenden Spiralelement über eine Stummelwelle 250 mittels eines Sprengringes 256 und eines Kugellagers 251 mit einem inneren Lauf-. ring 252 und einem äußeren Laufring 253 befestigt, wobei der letztere an dem Ring 254 der Verbindungsstange befestigt ist. Die Achse der Welle 250 ist in Fig. 31 mit 255 bezeichnet. Die Achse der Hauptwelle und der Vorrichtung ist die gleiche wie die des feststehenden Spiralelementes und sie ist deshalb mit 79 bezeichnet. Der Abstand zwischen der Achse 255 des sich bewegenden Spiralelementes und der Vorrichtungsachse 79 ist der Bahnradius ROI>.In FIGS. 17 and 31, the spiral element moving on a path is driven by the main drive shaft 244 which is arranged in a bearing 245 in the rear cover plate. A crank 246, to which a connecting rod 248 is articulated via a bolt 249, is fastened to this drive shaft 244. This connecting rod is attached to the moving spiral element via a stub shaft 250 by means of a snap ring 256 and a ball bearing 251 with an inner race. ring 252 and an outer race 253, the latter being attached to the ring 254 of the connecting rod. The axis of the shaft 250 is denoted by 255 in FIG. 31. The axis of the main shaft and the device is the same as that of the fixed scroll element and is therefore designated 79. The distance between the axis 255 of the moving scroll element and the device axis 79 is the orbit radius R OI> .
Da die Vorrichtung zweckmäßigerweise als Kompressor beschrieben wird, ist in der Darstellung die Hauptwelle 244 an einen Motor 257 angeschlossen. Wie oben angegeben, ist es jedoch auch möglich, die Vorrichtung als Expansionsmaschine zu verwenden, wobei in diesem Falle dann die Einrichtung 257 als geeigneter Verbraucher, z. B. als Kompressor oder als Bremse im Falle einer kälteerzeugenden Expansionsmaschine, zu betrachten ist.Since the device is expediently described as a compressor, the main shaft 244 is connected to a motor in the illustration 257 connected. As indicated above, however, it is also possible to use the device as an expansion machine, wherein in this case the device 257 as a suitable consumer, e.g. B. as a compressor or as a brake in the case of a refrigerating expansion machine.
Die Schwinge, die aus der Verbindungsstange, dem Kugellager und dem Bolzen besteht, ist mit der Kurbel über eine oder mehrere Druckfedern verbunden, wie die Fig. 31 zeigt. An der Verbindungsstange 248 ist ein T-Bolzen 153 befestigt, der sich durch die Wand der Kurbel 247 erstreckt, die auf ihrer Außenseite flache Ansenkungen 154 zur Aufnahme konzentrischerThe swing arm, which consists of the connecting rod, the ball bearing and the bolt, is connected to the crank via an or several compression springs are connected, as shown in FIG. 31. A T-bolt 153 is attached to the connecting rod 248, the extends through the wall of the crank 247, the flat countersinks 154 on its outside for receiving concentric
Federn 161 und 162 aufweist, die durch einen Federteller 163 Has springs 161 and 162, which by a spring plate 163
409881/1012 -45-409881/1012 -45-
in zusammengedrücktem Zustand gehalten werden, der an dem ·.
T-Bolzen 153 mittels einer Mutter 164 einstellbar befestigt
ist. Durch Verdrehen dieser Mutter 164 werden die Federn 161 ■
und 162 auf eine bestimmte Kraft vorgespannt. Die Anzahl der i Federn und der Grad der Vorspannung kann so gewählt werden, ;
daß ein vorbestimmter Teil der an dem sich bewegenden Spiral- ; element angreifenden Zentrifugalkraft ausgeglichen wird, während
es die exzentrische Bahn ganz durchläuft. Die Federn ziehen ■
damit an der Schwinge in der entgegengesetzten Richtung und ■
üben somit an dem sich bewegenden Spiralelement eine zentri- .
petale Kraft aus, wobei die Differenz zwischen den Zentrifugal- ; und Zentripetalkräften im wesentlichen gleich der radialen
Dichtkraft ist. Dies wiederum bedeutet, daß die radiale Dicht- j kraft dadurch eingestellt werden kann, daß der Grad der Vorspannung
der Federn eingestellt wird. j be held in a compressed state attached to the ·. T-bolt 153 fastened adjustably by means of a nut 164
is. By turning this nut 164, the springs 161 and 162 are pretensioned to a certain force. The number of i springs and the degree of preload can be chosen so; that a predetermined portion of the moving scroll; element attacking centrifugal force is balanced, while it completely traverses the eccentric path. The springs pull ■ thus on the rocker in the opposite direction and ■ thus exercise a centric on the moving spiral element. petal force from, being the difference between the centrifugal; and centripetal forces substantially equal to the radial
Sealing force is. This in turn means that the radial sealing force can be adjusted by adjusting the degree of pretensioning of the springs. j
Während des Anlaufens und Abschaltens (wie auch in Betriebszu- i
ständen, in denen das Spiralelement sich nicht längs seiner ; Bahn bewegt) drücken die Federn die Schwinge nach innen, d. h. j
in Richtung auf die Innenfläche 165 der Kurbel, so daß der -\
in Fig. 31 dargestellte kleine Spalt 166 nicht vorhanden ist. ; Dies bedeutet, daß der Exzentrizitätsradius des sich bewegen- ;
den Spiralelementes etwas kleiner ist als der normale Bahnradius; während des Betriebs. Wenn die Drehzahl der Vorrichtung ansteigt',
so erhöht sich die Zentrifugalkraft an dem sich bewegenden j Spiralelement und erreicht einen Punkt, an dem sie der Halte- i
kraft der Federn entspricht und gegebenenfalls erreicht sie
einen größeren Wert als die Federkraft. Auf diese Weise ist
zunächst beim Anlaufen und während des letzten Abschnitts des
Abschaltens der Vorrichtung keine Berührung der Bogenelemente
an den Spiralelementen vorhanden. Dies wiederum bedeutet,
daß der die Welle 244 antreibende Motor 257 nicht unter Last
anlaufen muß, sondern die Last erst aufnimmt, während die
Drehzahl ansteigt. Die gleiche vorteilhafte Bedingung ergibt
sich auch während des Abschaltens0 During start-up and shutdown (as well as in operating states in which the spiral element does not move along its path) the springs push the rocker inward, i.e. towards the inner surface 165 of the crank, so that the - \ The small gap 166 shown in Fig. 31 does not exist. ; This means that the radius of eccentricity of the move-; the spiral element is slightly smaller than the normal orbit radius; during operation. As the speed of the device increases, the centrifugal force on the moving spiral element increases and reaches a point where it corresponds to the holding force of the springs and eventually reaches it
a value greater than the spring force. That way is
initially when starting up and during the last section of the
When the device is switched off, there is no contact with the arch elements
present on the spiral elements. This in turn means
that the motor 257 driving the shaft 244 is not under load
must start, but only takes on the load while the
Speed increases. The same advantageous condition results
also during shutdown 0
Bei der beschriebenen Ausführungsform liegt die Achse der SchwingeIn the embodiment described, the axis of the rocker lies
409881/1012 - 46 -409881/1012 - 46 -
senkrecht zum Exzentrizitätsradius des eine Bahn beschreibenden: Spiralelementes. Dies hat den Vorteil, daß sich die radiale Dichtkraft nicht ändert, wenn sich die Ein- und Auslaßbe-perpendicular to the radius of eccentricity of the describing a path: Spiral element. This has the advantage that the radial sealing force does not change when the inlet and outlet
dingungen der Vorrichtung ändern. :change the conditions of the device. :
Es sind Abwandlungen des Aufbaus der in Fig. 31 dargestellten Schwingenanordnungen möglich. Ein Beispiel einer solchen Ab- ; Wandlung ist die Verwendung eines Gegengewichts an der Schwinge, die an dieser eine Kraft ausübt, die gleich und entgegengesetzt ' der durch das sich bewegende Spiralelement ausgeübten Zentrifugalkraft ist. Ein solches Gegengewicht kann an dem Federteller 163 befestigt werden, oder es kann der Federteller selbst so i gestaltet werden, daß er als Gegengewicht wirkt. Wenn ein > Gegengewicht verwendet wird, um die gesamte Zentrifugalkraft , auszugleichen, dienen die Federn, z. B. die Federn 161 und 162 ' oder eine einzelne Feder dazu, die radiale Dichtkraft zu erzeugen. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht wiederum eine genaue ; Steuerung der radialen Dichtkraft. Außerdem ermöglicht die ί Kombination von Federn und Gegengewicht, die radiale Dichtkraft ' unabhängig von Druckänderungen am Ein- und Auslaß der Maschine ,j sowie unabhängig von Änderungen der Betriebsdrehzahl zu machen. |Modifications to the structure of the rocker arrangements shown in FIG. 31 are possible. An example of such an ab-; Conversion is the use, 'the centrifugal force exerted by the moving scroll member is equal and opposite to a counter weight on the rocker, which exerts a force on this. Such a counterweight can be attached to the spring plate 163, or the spring plate itself can be designed so that it acts as a counterweight. When a> counterweight is used to balance the total centrifugal force, the springs, e.g. B. the springs 161 and 162 'or a single spring to generate the radial sealing force. Such a configuration in turn enables an accurate; Control of the radial sealing force. In addition, the ί combination of springs and the counterweight, the radial sealing force independent of pressure changes at the inlet and outlet enables' the machine, j as well as to make independent of changes in operating speed. |
Zwei weitere Abwandlungen der Schwinge sind in Fig. 32 wieder- i gegeben. Im einen Fall sind die Federn durch ein Gegengewicht i 167 ersetzt, das am einen Ring 254 der Verbindungsstange 248 j befestigt ist oder mit diesem aus einem Stück besteht und sich i aus einer öffnung 168 in der Kurbel 247 herauserstreckt. Hierbei! ist das Gegengewicht 167 so ausgelegt, daß ein Teil der an dem j sich bewegenden Spiralelement angreifenden Zentrifugalkraft ausgeglichen wird, während der verbleibende Anteil als radiale Dichtkraft vorbestimmter Größe verwendet wird. Das Gegengewicht 167 dient somit zu dem gleichen Zweck wie die Federn 161 und 162.Two further modifications of the rocker are shown in FIG given. In one case, the springs are replaced by a counterweight i 167 which is attached to a ring 254 of the connecting rod 248 j is attached or consists of one piece with it and extends out of an opening 168 in the crank 247. Here! the counterweight 167 is designed so that part of the centrifugal force acting on the moving scroll element is compensated, while the remaining portion is used as a radial sealing force of a predetermined size. The counterweight 167 thus serves the same purpose as springs 161 and 162.
Die zweite in Fig. 32 dargestellte Abwandlung, die in gleicher Weise an der in Fig. 31 wiedergegebenen Schwinge angewendet werden kann, besteht darin, daß die Achse der Schwinge so angeordnet wird,.._ daß sie_ mit dem Exzentrizitätsradius des sich auf-The second modification shown in FIG. 32, which is applied in the same way to the rocker shown in FIG. 31 can be, is that the axis of the rocker is so arranged ..._ that it_ with the eccentricity radius of the
409881/1012 -47-409881/1012 -47-
einer Bahn bewegenden Spiralelementes einen Winkel von weniger als 90° bildet. Dies ergibt sich durch eine Verschiebung der Anlenkachse 249 der Schwinge relativ zu den Achsen 79 und 255. Die Verkleinerung dieses Winkels hat den Vorteil, daß die Größe des Gegengewichts oder die Feder verkleinert werden kann, die zum Ausgleich der an dem beweglichen Spiralelement angreifenden Zentrifugalkraft erforderlich ist. Dies bedeutet aber, daß die sich ergebende radiale Dichtkraft etwas von den Druckänderungen am Einlaß und Auslaß der Maschine abhängig ist.a path moving spiral element forms an angle of less than 90 °. This results from a shift in the Articulation axis 249 of the rocker relative to axes 79 and 255. The reduction of this angle has the advantage that the size of the counterweight or the spring can be reduced to compensate for the acting on the movable spiral element Centrifugal force is required. However, this means that the resulting radial sealing force is somewhat dependent on the pressure changes depends on the inlet and outlet of the machine.
Es ist ferner möglich, die mechanische, nachgiebige Verbindungs-It is also possible to use the mechanical, resilient connection
einrichtung zwischen der Antriebswelle und dem eine Bahn beschreibendeiSpiralelement durch einen Mechanismus mit Gleitstück anstelle der in den Fig. 17, 31 und 32 dargestellten Schwinge auszubilden, wie es beispielsweise in den Fig. 33 bis 35 dargestellt ist, in denen die gleichen Bezugszeichen für gleiche Elemente wie in den Fig. 17, 31 und 32 verwendet sind. Auf der Querschnitts-, der Stirn- und Seitenansicht der Fig. 33 bis 35 geht hervor, daß die Kurbel 180 eine ebene Anlagefläche 181 aufweist, an der gleitend eine Fläche 182 eines Gleitstückes 183 anliegt, das in einer in der Kurbel 180 ausgebildeten Mut verschiebbar ist (Fig. 35). Dieses Gleitstück 183 ist an einer mit einem Flansch versehenen Stummelwelle 184 oder dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement 81 über eine Lageranordnung befestigt, die einen inneren Laufring 192, einen äusseren Laufring 193 und Kugeln 194 umfaßt, wobei dieses Kugellager in einer Halterung 195 eingesetzt ist, die auf der Rückseite 196 des Gleitstückes 183 angeordnet ist. Die Kurbel 180 ist mit dem Gleitstück 183 vorzugsweise über eine Druckfeder 186 (Fig. 33) verbunden, die an der Innenwand 187 einer Kammer 188 in dem Gleitstück und an einem Halter 189 befestigt ist, der als Vorsprung an der Kurbel 180 ausgebildet ist und sich in die Kammer 188 erstreckt. Diese Feder 186 spielt die gleiche Rolle wie die Federn 161 und 162 der Ausführungsform nach Fig. 31, d. h. sie gleicht einen Teil der Zentrifugalkraft aus, die an dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement angreift. Wie bei der Schwingenanordnung ist es auch hier möglich, anstelle der Feder oder zusätzlich zu der Feder in der gleichen .....Means between the drive shaft and the spiral element describing a path by a mechanism with a slide in place of the rocker arm shown in FIGS. 17, 31 and 32 form, as shown for example in FIGS. 33 to 35, in which the same reference numerals for the same Elements as in Figs. 17, 31 and 32 are used. On the cross-sectional, front and side views of FIG. 33 through 35 it can be seen that the crank 180 has a flat contact surface 181 on which a surface 182 of a slider can slide 183 is applied, which is displaceable in a courage formed in the crank 180 (Fig. 35). This slider 183 is on a flanged stub shaft 184 or the spiral element 81 describing a path via a bearing arrangement attached, which comprises an inner race 192, an outer race 193 and balls 194, this ball bearing is inserted in a holder 195 which is arranged on the rear side 196 of the slider 183. The crank 180 is connected to the slider 183 preferably via a compression spring 186 (FIG. 33), which is attached to the inner wall 187 of a Chamber 188 is fixed in the slide and on a holder 189 which is formed as a projection on the crank 180 and extends into chamber 188. This spring 186 plays the same role as the springs 161 and 162 of the embodiment according to Fig. 31, i. H. it compensates for part of the centrifugal force acting on the spiral element describing a path. As with the swing arm arrangement, it is also possible here to replace the spring or in addition to the spring in the same .....
409881/1012 - 48 - _409881/1012 - 48 - _
Weise wie oben angegeben ein Gegengewicht zu verwenden. Ein solches Gegengewicht 190 ist in Fig. 34 dargestellt, wobei es an dem Gleitstück 183 befestigt ist. Die Verbindung des Gleitstückes nach den Fig. 33 bis 35 wird vorzugsweise mit dem Kupplungselement nach den Fig. 17 und 24 verwendetj d. h. ! daß das Kupplungselement unter Gleitreibung an dem Gehäuse- ; teil und dem eine Bahn beschreibenden Spiralelement anliegt. Der Vorteil dieser Verbindung mittels eines Gleitstückes ist, ; daß es die axiale Haltekraft aufnehmen kann, die an dem eine Bahn beschreibenen Spiralelement angreift, so daß das Kupplungselement in der axialen Richtung entlastet wird und deshalb ' weniger Leistung verbraucht. IWay to use a counterweight as indicated above. Such a counterweight 190 is shown in FIG. 34, wherein it is attached to the slider 183. The connection of the slide according to FIGS. 33 to 35 is preferably with the coupling element according to FIGS. 17 and 24 is used j d. H. ! that the coupling element under sliding friction on the housing; part and rests against the spiral element describing a path. The advantage of this connection by means of a slider is; that it can absorb the axial holding force applied to the one Attacked the path described spiral element, so that the coupling element is relieved in the axial direction and therefore ' less power consumed. I.
Wie die Fig. 17 und 36 zeigen, weist auch der Antriebsmechanis- i mus einander gegenüberliegende Gegengewichte auf, die aus einem ; ersten Gegengewicht 170, das mittels Schrauben 171 an einer j Schulter 172 der Kurbel 246 befestigt ist, und einem zweiten j Gegengewicht 173 bestehen, das mittels Schrauben 174 an einem Flanschansatz 175 der Kurbel 246 befestigt ist. Die Gegenge- , wichte sind hinsichtlich der Größe so gestaltet und auf der i Kurbel so angeordnet, daß beim Laufen der Maschine Vibrationen ausgeschaltet werden. Das größere Gegengewicht 170 ist so angeordnet, daß eine Zentrifugalkraft in der gleichen Richtung wie die Zentripetalkraft der Federn 161 und 162 (Fig. 31) ausgeübt wird.As shown in FIGS. 17 and 36, the drive mechanism also has opposing counterweights, which consist of a; first counterweight 170, which is fastened by means of screws 171 to a shoulder 172 of the crank 246, and a second j Counterweight 173 exist, which is fastened by means of screws 174 to a flange 175 of the crank 246. The opposite, Weights are designed in terms of size and arranged on the crank in such a way that vibrations when the machine is running turned off. The larger counterweight 170 is arranged so that a centrifugal force in the same direction as the centripetal force of springs 161 and 162 (Fig. 31) is exerted.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im einzelnen oben anhand der verschiedenen Bauelemente erläutert worden. Es kann deshalb die Gesamtarbeitsweise der Vorrichtung kurz zusammengefaßt werden, insbesondere unter Berücksichtigung der Arbeitsweise als Kompressor oder als Expansionsmaschine. Im Falle eines Kompressors wird das Niederdruckfluid, z. B. Luft aus der umgebenden Atmosphäre, durch eine oder mehrere Öffnungen 114 angesaugt und als Druckluft über die Hochdruckleitung 77 abgegeben (Fig. 17). Während das Spiralelement 81 sich längs seiner Bahn bewegt, wird es durch das Kupplungselement 225, das zwischen diesem und dem Gehäuseteil 230 angeordnet ist, gegen das feststehende Spiralelement_71 entgegen]The method of operation of the device according to the invention is explained in detail above with reference to the various components been. The overall operation of the device can therefore be briefly summarized, particularly taking into account working as a compressor or as an expansion machine. In the case of a compressor, the low pressure fluid, e.g. B. Air from the surrounding atmosphere, sucked in through one or more openings 114 and as compressed air via the high pressure line 77 delivered (Fig. 17). As the spiral element 81 moves along its path, it becomes through the coupling element 225, which is arranged between this and the housing part 230, against the fixed spiral element_71]
4 09881/1012" ~ -49-4 09881/1012 "~ -49-
der Kraft des wellenförmigen Federringes 207 und des Fluiddrucks in der abgedichteten Fluidkammer 208 gedrückt, so daß man eine axiale Abdichtung zwischen den Stirnflächen der Bogenelemente und den Seitenplatten der Spiralelemente erhält, die aneinander anliegen. Die radiale Abdichtung durch Andrücken der Bogenelemente zur Ausbildung sich fortbewegender Berührungslinien wird bis zu dem erwünschten Ausmaß durch den Anteil der Zentrifugalkraft gesteuert, der durch eine zentripetale Kraft ausgeglichen wird, die sich durch die in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung ergibt.the force of the wave-shaped spring ring 207 and the fluid pressure pressed in the sealed fluid chamber 208 so that there is an axial seal between the end faces of the arch elements and the side plates of the spiral elements which abut against each other. The radial sealing by pressing the arc elements to form advancing lines of contact is to the extent desired by the proportion of Controlled centrifugal force, which is balanced by a centripetal force, which is flexible in the radial direction mechanical connecting device results.
Wenn die Vorrichtung als Expansionsmaschine arbeitet, um mechanische Energie und/oder Kälte abzugeben, wird das zu expandierende Gase durch die Hochdrucköffnung 77 eingeleitet und . über eine oder mehrere Niederdrucköffnungen in ein Niederdruckreservoir abgezogen. Die Ausbildung der axialen und radialen Abdichtung erfolgt in der gleichen Weise wie bei der Arbeits- : weise der Vorrichtung als Kompressor.When the device works as an expansion machine to deliver mechanical energy and / or cold, the gas to be expanded is introduced through the high pressure port 77 and. withdrawn via one or more low-pressure openings into a low-pressure reservoir. The formation of the axial and radial sealing is effected in the same manner as in the work: as the device as a compressor.
- 50 - . j- 50 -. j
409881/1012409881/1012
Claims (43)
(153, 248; 243) angeordnet ist, die diese Einrichtung zur
Erzeugung einer zentripetalen Radialkraft vorbestimmter
Größe aufweist.22. Device according to the preceding claims, characterized in that j, that between the drive device and the! a spiral element (30) describing a path; a mechanical connecting device which is flexible in the radial direction
(153, 248; 243) is arranged, which this device for
Generation of a centripetal radial force predetermined
Has size.
die in radialer Richtung nachgiebige mechanische Verbindungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, die eine
zentripetale Radialkraft ergibt, die kleiner ist als die
Zentrifugalkraft, wobei die Differenz dieser Kräfte die
radiale Dichtkraft ergibt.23. The device according to claim 22, characterized in that
the mechanical connecting device, which is flexible in the radial direction, has a device which has a
centripetal radial force results, which is smaller than that
Centrifugal force, the difference of these forces being the
radial sealing force results.
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