DE69812487T2

DE69812487T2 - Hydraulische Maschine mit exzentrischen Spiralelementen

Info

Publication number: DE69812487T2
Application number: DE69812487T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Hirano; Shigeki Miura; Kimiharu Takeda; Kazuhide Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: US6135737A; KR100300173B1; DE69812487D1; AU7307098A; AU703851B2; KR19990013783A; CN1205397A; JPH1130187A; TW400416B; CA2241869C; CN1079490C; CA2241869A1; EP0890709B1; EP0890709A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Maschine mit exzentrischen Spiralelementen, die als Kompressor oder Expansionsvorrichtung verwendet wird. Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 9-199160, deren Inhalt in diese Anmeldung mit einfließt und auf den sich bezogen wird.

Fachgebiet der Erfindung

Ein Vertikalschnitt eines herkömmlichen Spiralkompressors ist in Fig. 8 gezeigt. In Fig. 8 ist mit der Bezugszahl 1 ein Gehäuse bezeichnet, das einen schalenförmigen Körper 2 und ein Frontgehäuse 6 aufweist, das an dem schalenförmigen Körper 2 mittels eines (nicht dargestellten) Bolzens befestigt ist. Ein festes Spiralelement 10, das mit einem wirbelnden Spiralelement 14 in Eingriff steht, ist innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet. Das wirbelnde Spiralelement 14 führt eine Wirbeldrehbewegung aus, und diese Wirbeldrehbewegung wird durch einen Oldham-Ring 26 gesteuert.
In Fig. 9 umfasst der Oldham-Ring 16 einen Ring 26c, ein Paar Drehkeile 26a und ein Paar fester Keile 26b. Jeder Drehkeil 26a greift frei drehend in Pfeilrichtung A in ein Paar einer Keilnut 41 ein, die in der Außenfläche der Abschlussplatte 15 des wirbelnden Spiralelements 14 vorgesehen ist. Jeder feste Keil 26b greift frei gleitend in Pfeilrichtung B in eine Keilnut 42 ein, die an dem Axiallager 36 gearbeitet ist, und in eine Keilnut 43, die in die Innenendfläche des Frontgehäuses 6 gearbeitet ist.
Bei einem herkömmlichen Spiralkompressor bestehen das Frontgehäuse 6 und das wirbelnde Spiralelement 14 aus einer Aluminiumlegierung und besteht der Oldham-Ring 26 aus einer Eisenlegierung. Daraus, dass die Aluminium- und die Eisenlegierung übereinandergleiten und Schäden hervorrufen, entsteht das Problem des Verschleißes oder Sich-Festfressens zwischen dem Drehkeil 26a und dem festen Keil 26b des Oldham-Rings 26 und ihren Keilnuten 41 und 43, wodurch der Oldham-Ring 26 beschädigt wird.
Darüber hinaus sind die Gleitflächen des Drehkeils 26a und des festen Keils 26b des Oldham-Rings 26b und ihre Keilnuten 41 und 42 mit einem Aerosol-Öl geschmiert, das sich in dem Gas befindet, das in die Ansaugkammer 28 gesaugt wird. Wenn der Kompressor jedoch längere Zeiten stillsteht, wäscht die Kühlflüssigkeit, die an der Innenseite des Gehäuses haftet, das Öl an den Gleitflächen ab, wodurch bei der Wiederinbetriebnahme des Kompressors an den Gleitflächen Verschleiß und Festfressphänomene auftreten.
Eine hydraulische Maschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, 4 oder 5 ist bereits aus dem Dokument JP 6081780 A bekannt. Dieses Dokument offenbart Nuten, die an der inneren Umfangsfläche eines Oldham-Rings zur Befestigung eines Keils an einem Ringkörper durch Eingriff in einen Anschlagring vorgesehen sind. Dennoch steht die innere Umfangsfläche bei diesen Nuten nicht aus dem Oldham-Ring hervor und verbessert die Schmierfähigkeit des Keils nicht gerade.
Das Dokument JP 6081780 A offenbart eine hydraulische Maschine mit einem Gehäuse mit einer Keilnut, einem festen, in diesem Gehäuse angeordneten exzentrischen Spiralelement, ein in diesem Gehäuse angeordnetes wirbelndes Spiralelement mit einer Keilnut, die in das feste exzentrische Spiralelement eingreift und eine Wirbelbewegung ausführt; und einem Oldham-Ring mit einem Drehkeil, der frei gleitend in die Keilnut eingreift, die an dem wirbelnden Spiralelement gebildet ist, und einem festen Keil, der frei gleitend in die Keilnut eingreift, die an dem Gehäuse gebildet ist; wobei eine Seitenfläche des Drehkeils und der feste Keil eine Mehrzahl feiner Rillen aufweisen.

Zusammenfassung der Erfindung

Somit besteht der Gegenstand der vorliegenden Erfindung darin, eine hydraulische Maschine vorzustellen, die so beschaffen ist, dass sie den Bruch eines Oldham-Rings durch Verschleiß oder Festfressen verhindert.
Um dieses Problem zu lösen, stellt die Erfindung eine hydraulische Maschine nach Anspruch 1, Anspruch 4 oder Anspruch 5 vor.

Vorteile

Weitere Ausführungsformen der hydraulischen Maschine nach Anspruch 1 sind in den unabhängigen Ansprüchen 2 und 3 beansprucht.
Mit der hydraulischen Maschine nach Anspruch 1 können durch bessere Gleitfähigkeit durch die Zinkbeschichtung und das Vorsehen feiner Rillen Verschleiß und Fesffressphänomene verringert werden.
Mit der hydraulischen Maschine nach Anspruch 4 werden durch das Vorsehen einer Mehrzahl feiner Rillen auf mindestens einer Seitenfläche des Drehkeils und des festen Keils vorteilhafterweise Verschleiß und Festfressphänomene verringert werden, da das Schmieröl in den Rillen zurückgehalten wird.
Mit der hydraulischen Maschine nach Anspruch 5 werden Verschleiß und Festfressphänomene durch die Mehrzahl feiner Rillen auf mindestens einer Seiten- Räche der Keilnut des wirbelnden Spiralelements verringert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Teilperspektivansicht, die einen Spiralkompressor nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine Teilperspektivansicht, die einen Spiralkompressor nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist eine Teilperspektivansicht, die eine Nut nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist eine Teilperspektivansicht, die eine weitere Nut nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 5 ist eine Teilperspektivansicht, die eine weitere Nut nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 6 ist eine Teilperspektivansicht, die eine weitere Nut nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 7 ist ein Teil-Vertikalschnitt, der einen Spiralkompressor nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 8 ist ein Vertikalschnitt, der einen Spiralkompressor zeigt.
Fig. 9 ist ein Teil-Vertikalschnitt, der einen herkömmlichen Spiralkompressor zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an Hand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben.
Fig. 8 ist ein Vertikalschnitt eines Spiralkompressors nach der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 8 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Gehäuse mit einem schalenförmigen Körper 2 und einem Frontgehäuse 6, das an dem schalenförmigen Körper 2 mittels eines (nicht dargestellten) Bolzens befestigt ist. Der schalenförmige Körper 2 und das Frontgehäuse 6 bestehen aus einer Aluminiumlegierung, die beispielsweise der japanischen Industrienorm ADC12 entspricht. Eine Drehwelle 7, die durch das Frontgehäuse 6 reicht, kann frei drehen, da sie in dem Gehäuse 1 durch Lager 8, 9 gehalten ist.
In dem Gehäuse 1 sind ein festes exzentrisches Spiralelement 10 und ein wirbelndes Spiralelement 14 angeordnet.
Das feste exzentrische Spiralelement 10 ist mit einer Abschlussplatte 11 und einer Spiralumhüllung 12 versehen, die von deren Innenfläche hervorsteht, und die Abschlussplatte 11 ist an dem schalenförmigen Körper 2 mit einem Bolzen 13 befestigt.
In dem Gehäuse 1 ist ein Raum abgetrennt, indem eine äußere Umfangsfläche der Abschlussplatte 11 in Kontakt mit einer inneren Umfangsfläche des schalenförmigen Körpers 2 gebracht wird, sodass von der Außenseite der Abschlussplatte 11 her ein Auslasshohlraum 31 und von der Innenseite der Abschlussplatte 111 her eine Ansaugkammer 28 entsteht.
Ferner ist durch die Mitte der Abschlussplatte 11 eine Auslassöffnung 29 geführt, die so vorgesehen ist, dass sie mittels eines Ablassventils 30 geöffnet und geschlossen wird. Das Kopfende des Ablassventils 30 wird durch den Ventilwächter 32 reguliert, und ein Ende des Ablassventils 30 und der Ventilwächter 32 sind an der Abschlussplatte 11 mit einem Bolzen 33 befestigt.
Das wirbelnde Spiralelement 14 ist mit einer Abschlussplatte 15 und einer Spiralumhüllung 16 versehen, die aus ihrer Innenfläche heraussteht, und die Spiralumhüllung 16 hat im Wesentlichen die gleiche Form wie die Spiralumhüllung 12 des festen exzentrischen Spiralelements 10.
Wie in der Zeichnung gezeigt, greifen das wirbelnde Spiralelement 14 und das feste exzentrische Spiralelement 10 in einem vorbestimmten Abstand exzentrisch ineinander ein, wobei deren Winkel nur 180º exzentrisch versetzt sind.
Eine Stirndichtung 17, die an der vorderen Endfläche der Spiralumhüllung 12 montiert ist, ist in Kontakt mit der Innenfläche der Abschlussplatte 15 und eine Stirndichtung 18, die an der vorderen Endfläche der Spiralumhüllung 16 montiert ist, ist in Kontakt mit der Innenfläche der Abschlussplatte 11, sodass die Seitenflächen der Spiralumhüllung 12 und 16 an mehreren Punkten Linienkontakt haben, wodurch mehrere Kompressionskammern 19a und 19b in Punktsymmetrie bezogen auf den Mittelpunkt des exzentrischen Spiralelements gebildet werden.
Eine frei drehbare Antriebshülse 21 ist an einem Innenabschnitt eines zylindrischen Vorsprungs 20 befestigt, der vom Mittelpunkt der Außenfläche der Abschlussplatte 15 aus durch ein Wirbellager 23 hervorsteht, und an einem exzentrisch versetzten Antriebsbolzen 25, der so im Ende der Drehwelle 7 vorgesehen ist, dass er einen exzentrisch versetzten, frei gleitenden Mittelpunkt hat, der in einer Gleitnut 24 befestigt ist, die in die Antriebshülse 21 eindringt.
An der Antriebshülse 21 ist ein Ausgleichsgewicht 27 zum Ausgleich eines dynamischen Ungleichgewichts durch die Wirbeldrehbewegung des wirbelnden Spiralelements 14 befestigt, und an der Drehwelle 7 ist ein Ausgleichsgewicht 37 befestigt.
Zwischen der Umfangskante der Außenfläche der Abschlussplatte 15 und der Innenfläche des Frontgehäuses 6 sind ein Axiallager 36 und ein Oldham-Ring vorgesehen, wobei das Axiallager 36 an der inneren Endfläche des Frontgehäuses 6 befestigt ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst der Oldham-Ring 26 einen Ring 26, ein Paar Drehkeile 26a und ein Paar fester Keile 26b. Jeder Drehkeil 26a greift an einem Paar einer Keilnut 41 frei gleitend in Pfeilrichtung A ein, welche Keilnut in die Außenseite der Abschlussplatte 15 des wirbelnden Spiralelements 14 gearbeitet ist, und jeder feste Keil 26b greift an der Keilnut 42 frei gleitend in Pfeilrichtung B ein, welche Keilnut am Axiallager 36 gebildet ist, und an der Keilnut 43, die in die innere Endfläche des Frontgehäuses 6 gearbeitet ist. Der Oldham-Ring 26 besteht aus einer metallischen gesinterten Eisenlegierung mit 0,2 ~ 0,8 Gew.-% Mo bei den japanischen Industrienormen Z2550 SMF5.
Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine Seitenfläche des Drehkeils 26a und des festen Keils 26b des Oldham-Rings 26 in Fig. 1 zinkbeschichtet, d. h. derjenige, der durch die schraffierten Linien bezeichnet ist. Ebenso ist die gesamte Oberfläche des Oldham-Rings 26 zinkbeschichtet.
Die Zinkbeschichtung kann mit herkömmlichen Verfahren ausgeführt werden, doch zum Erreichen des Ziels der vorliegenden Erfindung sollte die Schichtdicke 3~10 um betragen.
Wenn sich die Drehwelle 7 dreht, wird das wirbelnde Spiralelement 14 durch einen Wirbelantriebsmechanismus angetrieben, der den exzentrisch versetzten Antriebsbolzen 25, die Gleitnut 24, die Antriebshülse 21, das Wirbellager 33 und den Vorsprung 20 umfasst, und führt das wirbelnde Spiralelement 14 auf einer kreisförmigen Bahn mit einem Radius, der gleich dem Wirbeldrehradius ist, eine Wirbeldrehbewegung aus, während deren Drehung durch den Oldham-Ring 26 verhindert wird.
In der Folge bewegt sich der Linienkontaktbereich zwischen den Seitenflächen der Spiralhülsen 12 und 16 nach und nach in Richtung auf den Mittelpunkt des exzentrischen Spiralelements, wodurch sich die Kompressionskammern 19a und 19b in Richtung auf den Mittelpunkt des exzentrischen Spiralelements bewegen und deren Volumen reduzieren.
Gleichzeitig strömt das Kühlgas von einer (nicht dargestellten) Ansaugöffnung aus in die Ansaugkammer 28, wird von einem Öffnungsbereich aus, der in den äußeren Umfangsenden der Spiralhülsen 12 und 16 gebildet ist, in die entsprechenden Kompressionskammern 19a und 19b gefördert, unter Druck in die mittlere Kammer 22 gespeist, von hier durch die Auslassöffnung 29 in den Auslasshohlraum 31 abgelassen, und zwar durch Aufdrücken eines Ablassventils 30, und strömt dann durch eine (nicht dargestellte) Ablassleitung ab.
Nach der vorgenannten ersten Ausführungsform ist die Anpassung der Seitenfläche des Drehkeils 26a, die über die Keilnut 41 des wirbelnden Spiralelements 14 gleitet, und des festen Keils 26b, der über die Keilnut 43 des Gehäuses 6 gleitet, durch die Zinkbeschichtung verbessert, und nachdem die Gleitqualität verbessert ist, werden Verschleiß und Festfressphänomene verhindert.
Bei der vorliegenden Erfindung kann außer der Verwendung einer Zinkbeschichtung wie in der ersten Ausführungsform, wie in Fig. 2 gezeigt, eine Mehrzahl feiner Rillen an mindestens einer Seitenfläche des Drehkeils 26a und des festen Keils 26b des Oldham-Rings 26 vorgesehen werden, und zwar in den in der Figur schraffierten Bereichen.
Die Form dieser Rillen kann wie gerade, als Streifen geformte Rillen wie in Fig. 3 und 4 oder, wie in Fig. 5 gezeigt, in Form von kreuzweise angeordneten Pillen vorgesehen sein. Darüber hinaus können auch kreisförmige, gitterförmig angeordnete Rillen vorgesehen sein, wie in Fig. 6 gezeigt. Die Abmessungen betragen in der Breite 0~0,5 mm und in der Tiefe 0~0,5 mm, und dies ist wünschenswert hinsichtlich des Zurückhaltens des Schmieröls. Außerdem kann eine Mehrzahl feiner Rillen auf der gesamten Oberfläche des Oldham-Rings 26 vorgesehen sein.
So können durch Anordnung einer Mehrzahl von Rillen auf mindestens einer Seitenfläche des Drehkeils 26a und des festen Keils 26b des Oldham-Rings 26 bei der Wiederinbetriebnahme selbst nach einem längeren Stillstand des Kompressors Verschleiß, Festfressen und andere Schäden am Oldham-Ring 26 wegen ungenügender Schmierung auf Grund einer unterbrochenen Versorgung der Gleitflächen des Drehkeils 26a und des festen Keils 26c und der Keilnuten 41 und 43 mit Schmieröl verhindert werden, da das Öl in den vielen feinen Rillen zurückgehalten wird.
Außerdem kann, wie in Fig. 7 dargestellt, bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl feiner Rillen auf mindestens einer Seitenfläche der Keilnut 41 vorgesehen sein, die in der Abschlussplatte 15 vorhanden ist, auf welcher der Drehkeil 26a des Oldham-Rings 26 gleitet, und auf mindestens einer Seitenfläche der Keilnut 43, die am Frontgehäuse 6 vorgesehen ist, auf welcher der Drehkeil 26b des Oldham-Rings 26 gleitet, d. h. in dem in der Figur schraffierten Bereich. Formen und Abmessungen der Rillen können die gleichen wie bei der zweiten Ausführungsform sein.
Durch Vorsehen einer Mehrzahl von Rillen an mindestens einer Seitenfläche der Keilnut 41, die sich auf der Abschlussplatte 15 befindet, auf welcher der Drehkeil 26a des Oldham-Rings 26 gleitet, und an mindestens einer Fläche des Drehkeils 26a und des festen Keils 26b, die am Frontgehäuse 6 vorgesehen sind, auf dem der feste Keil 26b gleitet, wird das Öl selbst bei längerer Stillstandszeit des Kompressors in den vielen feinen Rillen zurückgehalten, sodass Verschleiß, Festfressen und andere Schäden am Oldham-Ring 26 wegen ungenügender Schmierung auf Grund einer unterbrochenen Versorgung der Gleitflächen des Drehkeils 26a und des festen Keils 26c und der Keilnuten 41 und 43 mit Schmieröl verhindert werden können.

Claims

1. Hydraulische Maschine mit exzentrischen Spiralelementen, bestehend aus:

einem Gehäuse (6) mit einer Keilnut (43);

einem festen Spiralelement (10), das in diesem Gehäuse (6) angeordnet ist;

einem in dem Gehäuse (6) angeordneten, eine Keilnut (41) aufweisendes wirbelndes Spiralelement (14), das in das feste exzentrische Spiralelement (10) eingreift und eine wirbelnde Bewegung ausführt; und

einen Oldham-Ring (26), der einen Drehkeil (26a), der aus dem Oldham- Ring (26) herausragt und frei gleitend in die Keilnut (41) eingreift, die an dem exzentrischen Spiralelement (14) gebildet ist, und einen festen Keil (26b) aufweist, der aus dem Oldham-Ring (26) hervorsteht und frei gleitend in die an dem Gehäuse (6) vorgesehene Keilnut (43) eingreift;

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seitenfläche des Drehkeils (26a) und des festen Keils (26b) mit einer Zinkbeschichtung versehen ist, und mindestens eine Seitenfläche des Drehkeils (26a) und des festen Keils (26b) eine Mehrzahl feiner Rillen (26d) aufweist.

2. Hydraulische Maschine nach Anspruch 1, bei der eine Mehrzahl feiner Rillen auf mindestens einer Seitenfläche der Keilnut (41), die an dem wirbelnden Spiralelement (14) gebildet ist, und der am Gehäuse (6) gebildeten Keilnut (43) vorgesehen ist.

3. Hydraulische Maschine, bestehend aus:

einem Gehäuse (6) mit einer Keilnut (43);

einem festen exzentrischen Spiralelement (10), die in diesem Gehäuse (6) angeordnet ist;

einem in dem Gehäuse (6) angeordneten wirbelnden Spiralelement (14) mit einer Keilnut (41), das in das feste exzentrische Spiralelement (10) eingreift und eine wirbelnde Bewegung ausführt; und

einen Oldham-Ring (26), der einen Drehkeil (26a) aufweist, der aus dem Oldham-Ring (26) herausragt und frei gleitend in die Keilnut (41) eingreift, die an dem wirbelnden Spiralelement (14) gebildet ist, und einen festen Keil (26b), der aus dem Oldham-Ring (26) hervorsteht und frei gleitend in die an dem Gehäuse (6) vorgesehene Keilnut (43) eingreift;

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seitenfläche des Drehkeils (26a), der über die Keilnut (41) gleitet, und des festen Keils (26b), der über die Keilnut (43) gleitet, eine Mehrzahl feiner Rillen (26d) aufweist.

4. Hydraulische Maschine, bestehend aus:

einem Gehäuse (6) mit einer Keilnut (43);

einem Oldham-Ring (26), der einen Drehkeil (26a) aufweist, der frei gleitend in die Keilnut (41) eingreift, die an dem wirbelnden Spiralelement (14) gebildet ist, und einen festen Keil (26b), der frei gleitend in die an dem Gehäuse (6) vorgesehene Keilnut (43) eingreift;

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seitenfläche der Keilnut (43) des wirbelnden Spiralelements (14) mehrere feine Rillen aufweist.