DE19620480C2 - Spiralverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, umfassend ein Verdichtergehäuse, einen in dem Verdichtergehäuse angeord­ neten ersten Spiralkörper mit einer ersten Spirale, einen in dem Verdichtergehäuse angeordneten zweiten Spiralkörper mit einer zweiten Spirale, welche in die erste Spirale unter Aus­ bildung von mindestens einem Verdichtungsraum eingreift, einen Antrieb, durch welchen einer der Spiralkörper relativ zum anderen orbitierend bewegbar ist, und eine eine Druck­ kammer zur Krafterzeugung aufweisende Axialverstelleinrich­ tung, mit welcher die in axialer Richtung relativ zueinander bewegbaren Spiralkörper so beaufschlagbar sind, daß Stirn­ seiten der ineinandergreifenden Spiralen an Bodenflächen der jeweils anderen Spiralkörper unter Abdichtung des mindestens einen Verdichtungsraums anliegen.

Derartige Spiralverdichter sind beispielsweise aus der EP 0 423 056 A1 bekannt. Da diese Spiralverdichter bei unterschiedlichen Druckverhältnissen eingesetzt werden, muß die Axialverstelleinrichtung so dimensioniert sein, daß sich die von der Axialverstelleinrichtung aufgebrachte Kraft nie gegen die Kraft, die durch die Verdichtung in dem Verdichtungsraum erfolgt, aufhebt, sondern stets größer ist. Dies hat zur Folge, daß stets eine endliche Reibung zwischen den Stirn­ seiten der ineinandergreifenden Spiralen und den Bodenflächen der jeweils anderen Spiralkörper auftritt.

In der US-PS 4,968,232 ist ein Spiralverdichter offenbart, bei welchem das verdichtete Medium von einem Kanal in eine Druckkammer eingeleitet wird, wobei dieser Kanal eine Drosselwirkung entfaltet.

Gleichzeitig führt von der Druckkammer ein Kanal zur Saugseite des Verdichters, wobei auch dieser Kanal eine Drosselwirkung entfaltet und aufgrund der Drosselwirkung beider Kanäle ein Druck in der Druckkammer eingestellt wird, welcher zu der gewünschten Kraftbeaufschlagung des an die Druckkammer angrenzenden Spiralkörpers dient.

Allerdings ist die Idee gemäß der US-PS 4,968,232 die, den Druck in der Druckkammer niedriger zu halten, als den Druck des verdichteten Mediums und dies ist nur dadurch erreichbar, daß ein als Drossel wirkender Kanal zwischen der Druckkammer und der Einlaßseite des Verdichters existiert.

Dadurch, daß jedoch der Druck des verdichteten Mediums am Auslaß des Verdichters abgegriffen wird und somit im wesentlichen konstant ist, bildet sich auch der Druck in der Druckkammer als konstanter Zwischendruck aus.

Das heißt bei dem Verdichter gemäß der US-PS 4,968,232 geht es darum, einen konstanten Zwischendruck zu erzeugen, welcher dann auch zu einer Beaufschlagung des beweglichen Spiralkörpers mit einer konstanten Kraft führt.

Bei der Lösung gemäß der US-PS 4,600,369 sind zwei in einem definierten Abstand voneinander angeordnete Spiralkörper vorgesehen, die beide beweglich sind, wobei die Druckkammer dazu dient, einen vom Druck im Inneren des Verdichters abhängigen Gegendruck zu erzeugen, so daß die Lager nicht die axialen Kräfte aufnehmen müssen, die von einem sich zwischen den Spiralkörpern aufbauenden Druck resultieren. Das heißt, daß die von der Druckkammer aufgewandte Kraft lediglich die Kraft gegenkompensieren soll, die bei sich zwischen den Spiralkörpern aufbauendem Druck die Spiralkörper auseinanderpreßt.

Ferner ist beachtlich, daß die Druckkammern durch die speziellen Dichtungen so abgeschlossen sind, daß eine nennenswerte Leckrate nicht auftritt.

Die Lösung gemäß der US-PS 4,600,369 ist somit darauf gerichtet, den Druck, der sich im Innern zwischen den Spiralkörpern aufbaut, heranzuziehen, um mittels einer mit diesem Druck beaufschlagten Druckkammer die die Spiralkörper auseinanderdrückenden Kräfte zu kompensieren.

Dieses System ist unabhängig davon, ob nun die Kanäle direkt in eine der Druckkammern oder mit der Öffnung an der Stirnseite einer Spirale münden.

Das heißt, daß die US-PS 4,600,369 davon ausgeht, daß der Spalt zwischen der Stirnseite der Spirale und dem Boden des gegenüberliegenden Spiralkörpers mehr oder weniger konstant ist.

Die US 4,877,382 offenbart einen Spiralverdichter mit einer Verstellung des nicht rotierend angetriebenen Spiralkörpers in axialer Richtung.

Der Erfindung liegt daher ausgehend von der EP 0 423 056 A1 die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß die Reibung zwischen den Stirnseiten und den Bodenflächen des jeweils anderen Spiralkörpers möglichst gering ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Spiralverdichter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckkammer der Axialverstelleinrichtung über einen Kanal mit einer in der Stirnseite einer der Spiralen liegenden Einlaß­ öffnung verbunden ist, daß die Einlaßöffnung so angeordnet ist, daß ein in die Einlaßöffnung eintretender Volumenstrom des zu verdichtenden Mediums von einem durch einen Abstand zwischen der Bodenfläche und der Stirnseite der Spirale defi­ nierten Dichtspalt abhängig ist und daß aus der Druckkammer das in dieser wirksame unter Druck stehende Medium mit einem bestimmten Leckvolumenstrom austritt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß mit dieser Lösung erstmals die Möglichkeit besteht, unab­ hängig vom Verdichtungsverhältnis des Spiralverdichters die Stirnseiten der Spirale nicht mit einer übergroßen Kraft gegen die Bodenflächen der jeweils anderen Spiralen anzu­ legen, sondern die Kraft abhängig von dem im Spiralverdichter auftretenden Druck so zu dosieren, daß sie stets größer ist als die durch die Verdichtung in dem mindestens einen Ver­ dichtungsraum auftretende Kraft, jedoch diese nicht wesent­ lich überschreiten muß.

Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß die von der Axialverstelleinrichtung aufgebrachte Kraft direkt durch die Größe gesteuert ist, zu deren Einstellung die Axialverstell­ einrichtung dient, so daß die von der Axialverstelleinrich­ tung aufgebrachte Kraft eine unmittelbare Reaktion auf die Veränderung des Dichtspalts darstellt, der wiederum durch die Axialverstelleinrichtung möglichst klein gehalten werden soll.

Der erfindungsgemäße Spiralverdichter kann prinzipiell so be­ trieben werden, daß ausgehend von an den Bodenflächen an­ liegenden Stirnseiten zunächst der durch den Kanal in die Druckkammer eintretende Volumenstrom nahezu Null ist, wodurch aufgrund des Leckvolumenstroms ein Absacken des Drucks in der Druckkammer erfolgt, so lange, bis die Stirnseiten von den Bodenflächen abheben und sich ein nennenswerter Dichtspalt einstellt, der dann wiederum dafür sorgt, daß sich aufgrund des in die Einlaßöffnung eintretenden Mediums der Druck in der Druckkammer erhöht und somit die Axialverstelleinrichtung wiederum die Stirnseiten an den Bodenflächen anlegt.

D. h., daß bei dieser Betriebsweise im wesentlichen ein mehr oder weniger starkes Oszillieren des Dichtspaltes eintritt.

Noch vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Stirnseite im Be­ reich der Einlaßöffnung so ausgebildet ist, daß bei optimalem Dichtspalt der durch die Einlaßöffnung eintretende Volumen­ strom ungefähr dem Leckvolumenstrom entspricht, so daß sich näherungsweise ungefähr ein Gleichgewichtszustand hinsicht­ lich der Volumenströme einstellt, wodurch wiederum ebenfalls ungefähr ein Gleichgewichtszustand hinsichtlich des Drucks in der Druckkammer erreicht wird, so daß zur Aufrechterhaltung des optimalen Dichtspalts kein ständiges Oszillieren dessel­ ben erforderlich ist. Beispielsweise ist eine derartige Aus­ bildung der Stirnseiten im Bereich der Einlaßöffnung dadurch möglich, daß das in die Einlaßöffnung einströmende zu ver­ dichtende Medium eine dem erforderlichen Volumenstrom ange­ paßte Passage durchströmt, wozu beispielsweise die Stirnseite im Bereich der Einlaßöffnung einen geringfügig größeren Ab­ stand von der Bodenfläche des jeweils anderen Spiralkörpers aufweist als die übrigen Bereiche der Stirnseite dieser Spirale, oder dadurch, daß die von dem in die Einlaßöffnung einströmenden Medium zu passierende Distanz auf der Stirn­ seite entsprechend dem gewünschten Volumenstrom dimensioniert ist.

Die Einlaßöffnung kann prinzipiell in einem Bereich der Stirnseite der Spirale angeordnet sein, welcher an gegenüber dem Einlaßdruck in dem mindestens einen Verdichtungsraum ver­ dichtetes Medium angrenzt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Einlaßöffnung in einem Bereich der Stirnseite angeordnet ist, welcher an Verdich­ tungsräume angrenzt, in denen das zu verdichtende Medium auf einen mindestens der halben Druckdifferenz entsprechenden Druck verdichtet ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Einlaßöffnung in dem Bereich der Spirale liegt, welcher einen unmittelbar vor der Auslaßöffnung liegenden Verdichtungsraum begrenzt.

Damit ist sichergestellt, daß das in die Einlaßöffnung ein­ tretende Medium unter einem Druck steht, welcher nahe beim Enddruck liegt oder sogar diesem entspricht.

Eine besonders zweckmäßige Lösung, welche insbesondere aus konstruktiven Gründen günstig ist, sieht vor, daß die Einlaß­ öffnung in einem verdickten inneren Endbereich der Spirale liegt. Damit kann in einfacher Weise die Einlaßöffnung groß genug dimensioniert werden, ohne die noch verbleibende Wand­ stärke der Spirale zu stark zu schwächen.

Besonders vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn der von der Ein­ laßöffnung zur Druckkammer führende Kanal in dem verdickten inneren Endbereich der Spirale liegt.

Der Leckvolumenstrom könnte prinzipiell dadurch definiert werden, daß die Druckkammer selbst einen durch die konstruk­ tive Realisierung derselben bedingten Leckvolumenstrom auf­ weist.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn in die Druckkammer ein den Leckvolumenstrom definierender Leckagekanal mündet, da in diesem Fall durch den Leckagekanal der Leckvolumenstrom genau definierbar ist, während bei einem lediglich durch die konstruktive Realisierung der Druckkammer bedingten Leckvo­ lumenstrom die Fertigungstoleranzen einen erheblichen Einfluß auf diesen Leckvolumenstrom hätten und somit andererseits der durch den Kanal in die Druckkammer strömende Volumenstrom schwer an den Leckvolumenstrom anpaßbar wäre.

Der Leckagekanal kann prinzipiell beliebig gelegt sein. Es ist beispielsweise möglich, den Leckagekanal wieder in einen Verdichtungsraum münden zu lassen, beispielsweise in einen Verdichtungsraum bei ungefähr Mitteldruck oder einen Verdich­ tungsraum, dessen Druck etwas über einem Einlaßdruck liegt. Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, daß der Leckagekanal zum Einlaß für das zu verdichtende Medium, d. h. zu verdichtendem Medium auf dem Druck auf der Einlaßseite der Spiralkörper, führt, in welcher das zu verdichtende Medium diesen zuströmt.

Hinsichtlich der Ausbildung der Axialverstelleinrichtung selbst wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Axialverstelleinrichtung vor, daß diese ein sich an dem Ver­ dichtergehäuse abstützendes Druckteil umfaßt. Mit einem der­ artigen, an dem Verdichtergehäuse abgestützten Druckteil ist es in einfacher Weise möglich, die axiale Kraft mittels der Druckkammer zu erzeugen, um die Stirnseiten der Spiralen in Richtung der Bodenflächen der jeweils anderen Spiralkörper zu beaufschlagen.

Die Axialverstelleinrichtung ist weiterhin vorteilhafterweise so ausgebildet, daß sie ein relativ zum Druckteil bewegbares Kolbenteil aufweist und daß das Druckteil und das Kolbenteil die Druckkammer zwischen sich einschließen. Eine derartige Lösung stellt eine konstruktiv besonders einfache und damit auch kostengünstig herzustellende Lösung dar.

Das Kolbenteil kann in unterschiedlichster Art und Weise relativ zum Druckteil beweglich sein. So sieht ein vorteil­ haftes Ausführungsbeispiel vor, daß an dem Druckteil das Kolbenteil in der Axialverstelleinrichtung beweglich in einer Aufnahme gelagert ist. Damit ist eine Führung des Kolbenteils relativ zum Druckteil möglich.

Besonders günstig ist es, wenn das Druckteil als Aufnahme eine Kolbenkammer aufweist, in welche das Kolbenteil ein­ greift, so daß die Aufnahme nicht nur die Führung des Kolben­ teils in axialer Richtung bewirkt, sondern gleichzeitig zur Bildung der Druckkammer zwischen Kolbenteil und Druckteil dient.

Das Kolbenteil kann prinzipiell als von dem jeweiligen Spiralkörper separates Teil ausgebildet sein. Fertigungs­ technisch besonders einfach ist es jedoch, wenn das Kolben­ teil einstückig an den axial beweglichen Spiralkörper ange­ formt ist.

Vorzugsweise ist dabei das Kolbenteil auf einer der Spirale gegenüberliegenden Seite an den Spiralkörper unmittelbar an­ geformt.

Eine besonders vorteilhafte alternative Lösung sieht vor, daß die Axialverstelleinrichtung ein Bodenteil eines Spiral­ körpers und ein dieses auf einer der Spirale abgewandten Seite übergreifendes Gehäuseteil umfaßt, welche die Druck­ kammer umschließen. D. h., daß bei diesem Ausführungsbeispiel das Bodenteil des Spiralkörpers und ein dieses rückseitig umgebendes Gehäuseteil die Axialverstelleinrichtung bilden, welche die Druckkammer einschließen.

Eine besonders zweckmäßige Lösung sieht vor, daß das Gehäuse­ teil ein Gehäusedeckel ist und daß die Druckkammer um einen Auslaßkanal herum verläuft, welcher von dem axial beweglichen Spiralkörper zum Gehäusedeckel und durch diesen hindurch­ führt.

Vorzugsweise ist dabei der Auslaßkanal in einer axial beweg­ lichen Auslaßleitung, vorzugsweise einer teleskopähnlichen, in Axialrichtung beweglichen Auslaßleitung geführt.

Prinzipiell wäre es denkbar, daß beide Spiralkörper in axialer Richtung beweglich und beaufschlagt sind. Eine konstruktiv besonders einfache und vorteilhafte Lösung sieht jedoch vor, daß einer der Spiralkörper axial unbeweglich zum Verdichtergehäuse gehalten ist und daß der andere Spiralkör­ per in axialer Richtung verschieblich ist.

Dabei könnte der axial unbeweglich am Verdichtergehäuse gehaltene Spiralkörper derjenige sein, welcher orbitierend angetrieben ist.

Eine zweckmäßige Lösung sieht vor, daß der axial verschieb­ liche Spiralkörper der orbitierend angetriebene Spiralkörper ist, da in diesem Fall der eine axial unbewegliche Spiral­ körper fest am Verdichtergehäuse fixiert werden kann, während der ohnehin beweglich anzuordnende axial verschiebliche Spiralkörper gleichzeitig auch noch orbitierend angetrieben ist.

In diesem Fall ist es besonders günstig, wenn die Axialver­ stelleinrichtung zwischen dem vom Antrieb angetriebenen Exzenter und dem orbitierenden Spiralkörper liegt.

Hinsichtlich der Abstützung des Druckteils ist in diesem Fall vorzugsweise vorgesehen, daß das Druckteil sich über in einer zur axialen Richtung senkrechten Ebene liegende Gleitflächen am Verdichtergehäuse abstützt.

Alternativ zu der Lösung, bei welcher der axial verschieb­ liche Spiralkörper auch gleichzeitig der orbitierend beweg­ bare Spiralkörper ist, sieht eine andere erfindungsgemäße vorteilhafte Lösung vor, daß der axial verschiebliche Spiral­ körper der nichtorbitierende Spiralkörper ist. In diesem Fall ist somit die Möglichkeit geschaffen, die orbitierende Bewe­ gung von der axial verschieblichen Bewegung zu trennen und somit die Gelegenheit gegeben, den axial verschieblichen Spiralkörper in vorteilhafter Weise präzise, jedoch axial verschieblich am Verdichtergehäuse zu lagern, während der orbitierende Spiralkörper lediglich die orbitierende Bewegung in einer zur axialen Richtung senkrechten Ebene, jedoch keinerlei axiale Bewegung, durchführen muß.

In diesem Falle ist vorzugsweise vorgesehen, daß der orbi­ tierende Spiralkörper selbst sich über in einer zur axialen Richtung senkrechten Ebene liegende Gleitflächen am Verdich­ tergehäuse abstützt und damit eine in axialer Richtung defi­ nierte Führung am Gehäuse erfährt.

Besonders zweckmäßig ist es bei dieser Lösung ebenfalls, wenn der orbitierende Spiralkörper selbst unmittelbar eine Auf­ nahme für den Exzenter aufweist.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen Spiralverdichters längs Linie 1-1 in Fig. 2;

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Einzelheit Z in Fig. 1 bei Ausbildung eines Dichtspalts zwischen der Stirnseite der Spirale und der Bodenfläche des jeweils anderen Spiral­ körpers;

Fig. 4 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1 durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen Spiralverdichters;

Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 2 durch das zweite Ausführungsbeispiel.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Spiralverdichters umfaßt ein Verdichtergehäuse 10, in welchem ein erster Spiralkörper 12 und ein zweiter Spiralkörper 14 angeordnet sind. Jeder der Spiralkörper 12 und 14 umfaßt ein Bodenteil 16 bzw. 18, von dessen Boden­ fläche 20 bzw. 22 sich jeweils Spiralen 24, 26, genauer gesagt längs einer Kreisevolvente verlaufende Wände, erheben, wobei die Spiralen 24, 26 einstückig mit dem entsprechenden Bodenteil 16 bzw. 18 verbunden sind. Die beiden Spiralkörper 12 und 14 sind mit ihren Spiralen 24 bzw. 26 einander zuge­ wandt angeordnet, so daß die Spiralen 24, 26 ineinander­ greifen und eine Stirnseite 28 oder 30 der einen Spirale 24 oder 26 an der Bodenfläche 20 bzw. 22 des jeweils anderen Spiralkörpers 14 bzw. 12 zur Abdichtung von in Fig. 2 dar­ gestellten Verdichtungsräumen 32, 34, 36, 38, 40 beitragen, die sich zwischen den Spiralen 24 und 26 bei einer orbitie­ renden Bewegung relativ zueinander bilden, wobei die Zahl der sich bildenden Verdichtungsräume 32 bis 40 von der Länge der einzelnen Spiralen 24, 26 abhängt.

Äußere Bereiche 25a, 27a der Spiralen bilden die Verdich­ tungsräume 32, 34 mit geringer Verdichtung des zu verdich­ tenden Mediums auf einen Druck oberhalb eines Einlaßdrucks, während mittlere Bereiche 25b, 27b die Verdichtungsräume 36, 38 begrenzen.

Beispielsweise ist das zu verdichtende Medium in den Verdich­ tungsräumen 36 und 38 bereits auf einen Mitteldruck ver­ dichtet, welcher im Bereich der Hälfte der Druckdifferenz zwischen Einlaßdruck und Enddruck liegt. Im Verdichtungsraum 40 liegt im wesentlichen Enddruck vor, und dieser wird unter anderem durch die verdickten inneren Endbereiche 25c, 27c der Spiralen 24, 26 begrenzt.

Von den Spiralkörpern 12 und 14 ist der Spiralkörper 12 starr mit dem Verdichtergehäuse 10 verbunden, während der Spiral­ körper 14 in axialer Richtung, und zwar parallel zu einer Achse 42 einer Antriebswelle 44 eines zeichnerisch nicht dar­ gestellten Antriebs, beweglich angeordnet ist.

Außerdem ist der Spiralkörper 14 über die Antriebswelle 44 orbitierend antreibbar. Hierzu ist die Antriebswelle 44 mit einem Exzenter 46 versehen, der seinerseits in eine Lager­ büchse 48 eingreift, die ihrerseits drehbar in einer Aufnahme 50 eines als Ganzes mit 52 bezeichneten Druckteils gelagert ist. Das Druckteil 52 bildet eine mit zu einer Exzenterachse 54 kreiszylindrischen Wandflächen 56 versehene und dem Spiralkörper 14 zugewandte Vertiefung 58, in welche ein Kolbenteil 60 eingreift, das seinerseits mit zylindrischen Außenflächen 62 an den Wandflächen 56 der Vertiefung 58 geführt ist und vorzugsweise zur Abdichtung noch einen Dicht­ ring 64 aufweist. Ferner weist das Kolbenteil 60 eine dem Druckteil 52 zugewandte Vertiefung 66 auf, so daß sich zwischen diesen Vertiefungen 58 und 66 eine Druckkammer 68 bildet.

Ist in dieser Druckkammer 68 ein unter Druck stehendes Medium vorhanden, so führt dies dazu, daß sich das Kolbenteil 60 von dem Druckteil 52 weg in Richtung des fest im Verdichter­ gehäuse 10 angeordneten Spiralkörpers 12 bewegt.

Vorzugsweise ist das Kolbenteil 60 einstückig an den zweiten Spiralkörper 14 angeformt. Damit führt eine Bewegung des Kolbenteils 60 in Richtung des ersten Spiralkörpers 12 gleichzeitig zu einer Bewegung des zweiten Spiralkörpers 14 in Richtung des Spiralkörpers 12, wodurch die Stirnseiten 28, 30 an die Bodenflächen 22 bzw. 24 der Spiralkörper 14 bzw. 12 zur Anlage gebracht werden.

Damit sich das Druckteil 52 nicht an dem Exzenter 54 und somit der Antriebswelle 44 abstützt, weist das Druckteil 52 auf seiner der Vertiefung 58 abgewandten Seite Gleitflächen 70 auf, welche sich in einer senkrecht zur Achse 42 ver­ laufenden Ebene 72 erstrecken. Diese Gleitflächen 70 liegen ihrerseits wiederum auf Gleitflächen 74 eines fest mit dem Verdichtergehäuse 10 verbundenen Lagerkörpers 76 auf, wobei die Gleitflächen 74 des Lagerkörpers 76 sich ebenfalls parallel zur Ebene 72 erstrecken.

Durch die sich auf den Gleitflächen 74 des Lagerkörpers 76 abstützenden Gleitflächen 70 ist das gesamte Druckteil 52 in Richtung von dem ersten Spiralkörper 12 weg ebenfalls am Ver­ dichtergehäuse 10 abgestützt, so daß keine axialen Kräfte auf die Antriebswelle 44 wirken.

Vorzugsweise sind das Druckteil 52 und der zweite Spiral­ körper 14 gemeinsam um die Achse 42 im wesentlichen zuein­ ander unverdrehbar über eine Oldham-Kupplung 80 im Ver­ dichtergehäuse 10 so geführt, daß sie in der Lage sind, die für die Funktion des erfindungsgemäßen Spiralkompressors erforderliche orbitierende Bewegung auszuführen, welche dazu dient, daß die Verdichtungsräume 32 bis 40 mit zunehmender Volumenverkleinerung zur Mitte der Spiralen 24, 26 wandern, so daß letztlich das zu verdichtende Medium aus einer Auslaß­ öffnung 82 unter dem gewünschten Druck austritt.

Ein Einlaß für das zu verdichtende Medium erfolgt durch einen die Spiralen 24, 26 umgebenden Einlaßbereich 84, in welchen beispielsweise über einen den Antrieb umgebenden Innenraum 86 das zu verdichtende Medium zuströmt.

Zur Druckbeaufschlagung der Druckkammer 68 ist an einem inneren Ende 90 der Spirale 26 ein Kanal 92 vorgesehen, welcher von der Druckkammer 68 zu einer in der Stirnseite 30 im Bereich nahe des inneren Endes 90 vorgesehenen Einlaß­ öffnung 94 geführt (Fig. 1 und 3). Ferner zweigt von der Druckkammer 68 ein Leckagekanal 96 ab, welcher beispielsweise in dem zweiten Spiralkörper 14, insbesondere in dem Bodenteil 18 desselben, verläuft und zu einer an den Innenraum 86 an­ grenzenden Außenfläche 98 geführt ist.

Wie in Fig. 3 dargestellt, funktioniert die Beaufschlagung des zweiten Spiralkörpers 14 in axialer Richtung 42 derart, daß über die Einlaßöffnung 94 und den Kanal 92 dann unter Druck stehendes zu verdichtendes Medium aus dem Verdichtungs­ raum 40 dann in die Druckkammer 68 einströmen kann, sofern zwischen der Bodenfläche 20 und der Stirnseite 30 im Bereich des inneren Endes 90 ein Spalt S sich dadurch bildet, daß die auf den zweiten Spiralkörper 14 wirkenden Kräfte aufgrund des sich in den Verdichtungsräumen 32 bis 40 aufbauenden Drucks dazu führen, daß sich der zweite Spiralkörper 14 vom ersten Spiralkörper 12 wegbewegt. Damit kann aus dem Verdichtungs­ raum 40, welcher unmittelbar nahe der Auslaßöffnung 82 liegt, das unter dem höchsten Druck stehende zu verdichtende Medium durch den Spalt S in die Einlaßöffnung 94 einströmen und wird dann von dem Kanal 92 zur Druckkammer 68 geführt, in welcher sich dann ein Druck aufbaut. Der sich in der Druckkammer 68 aufbauende Druck hängt ab von dem Volumenstrom des zu ver­ dichtenden Mediums, welches aufgrund des Spalts S und der Einlaßöffnung 90 durch den Kanal 62 in die Druckkammer 68 einströmt, und dem Volumenstrom, welcher über den Leckage­ kanal 96 in den auf Einlaßdruck des erfindungsgemäßen Spiral­ verdichters liegenden Innenraum 86 abströmt.

Wird beispielsweise die von den Verdichtungsräumen 32 bis 40 auf den zweiten Spiralkörper 14 wirkende Gesamtkraft kleiner als die durch die Druckkammer 68 erzeugte und auf das Kolben­ teil 60 wirkende Kraft, so legt sich die Stirnseite 30 im Bereich des inneren Endes 90 des Spiralelements 26 an die Bodenfläche 20 des Spiralkörpers 12 an, wodurch der Spalt S im wesentlichen gegen Null geht. Damit wird auch der durch den Kanal 92 in die Druckkammer 68 einströmende Volumenstrom im wesentlichen Null, so daß sich aufgrund des durch den Leckagekanal 96 fließenden Volumenstroms des zu verdichtenden Mediums der Druck in der Druckkammer 68 abbaut, so lange, bis die durch die Druckkammer 68 auf das Kolbenteil 60 wirkende Kraft kleiner ist als die durch die Verdichtungsräume 32 bis 40 auf den zweiten Spiralkörper 14 wirkende Kraft, so daß dies wiederum zu dem in Fig. 3 dargestellten Abheben der Stirnseite 30 von der Bodenfläche 20 und somit Bilden eines Spalts S führt, durch welchen wiederum das zu verdichtende Medium in die Einlaßöffnung 94 und somit über den Kanal 92 in die Druckkammer 68 einströmen und wiederum einen höheren Druck aufbauen kann.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist somit die auf das Kolbenteil 60 wirkende Kraft durch die Größe des Spalts S zwischen der Stirnseite 30 und der Bodenfläche 20 und somit durch das Abheben der Stirnseiten 28 und 30 von den Boden­ flächen 22 bzw. 20 bestimmt. Im Gleichgewichtszustand wird ein Volumenstrom von zu verdichtendem Medium durch den Kanal 92 strömen, welcher ungefähr gleich dem Volumenstrom durch den Leckagekanal 96 ist. Durch Dimensionierung der in axialer Richtung wirksamen Querschnittsfläche des Druckraums 68 ist es daher möglich, für diesen Gleichgewichtszustand einen optimal kleinen Spalt S zwischen den Stirnseiten 28, 30 und den Bodenflächen 22 bzw. 20 zu erhalten.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lösung, dargestellt in Fig. 4, sind diejenigen Teile, die mit dem des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind, mit den­ selben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich der Be­ schreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist bei diesem der Spiralkörper 12' in dem Verdichtergehäuse 10 nicht fest angeordnet, sondern in Richtung der Achse 42 verschieblich an einer inneren Wandfläche 110 desselben unter gleichzeitiger Ausbildung einer Druckabdichtung gelagert. Ferner weist der Spiralkörper 12' auf seiner der Spirale 24 abgewandten Seite einen zylindrischen Ansatz 112 auf, welcher in einem zylin­ drischen Ansatz 114 dichtend eingeführt ist, wobei die zylin­ drischen Ansätze 112, 114 einen Auslaßkanal 116 umschließen.

Auf der der Spirale 24 abgewandten Seite des Bodenteils 16 bildet sich somit eine von einem Gehäusedeckel 118 über­ griffene Druckkammer 68', welche durch ein unter Druck stehendes Medium beaufschlagbar ist, um den Spiralkörper 12' in Richtung des Spiralkörpers 14' zu beaufschlagen.

Zur Druckbeaufschlagung der Druckkammer 68' ist in diesem Fall in einem inneren Ende 90' der Spirale 24 der Kanal 92 vorgesehen, welcher von einer Einlaßöffnung 94 in der Stirn­ seite 28 der Spirale 26 durch das Bodenteil 16 zu einem Quer­ kanal 120 führt, welcher seinerseits in die Druckkammer 68' einmündet.

Darüber hinaus ist der Leckagekanal 96 so angeordnet, daß er die Druckkammer 68' mit dem Einlaßbereich 84 verbindet, wobei der Leckagekanal 96 im einfachsten Fall das Bodenteil 16 in seinem den Einlaßbereich übergreifenden abgrenzenden Bereich durchsetzt.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Spiral­ körper 14' seinerseits unmittelbar mit der Aufnahme 50 für die Lagerbüchse 48 des Exzenters 46 versehen und der Spiral­ körper 14' weist auf seiner der Spirale 26 abgewandten Seite des Bodenteils 18 selbst die Gleitflächen 70' auf, welche sich in der Ebene 72 senkrecht zur Achse 42 erstrecken und auf den Gleitflächen 74 des Lagerkörpers 76 aufliegen.

Damit ist der Spiralkörper 14' in Richtung der Achse 42 un­ verschieblich am Verdichtergehäuse 10 gelagert, jedoch auf­ grund des Antriebs durch den Exzenter 46 und der Führung mit­ tels der Oldhamkupplung 80 orbitierend bewegbar, während der gegenüberliegende, nichtorbitierend bewegbare Spiralkörper 12' in Richtung der Achse 42 beweglich am Verdichtergehäuse 10 gehalten ist, wobei eine Kraftbeaufschlagung durch das einen Druck in der Druckkammer 68' erzeugende zu verdichtende Medium in gleicher Weise durch die Einlaßöffnung 94 sowie den Kanal 92 und den Leckagekanal 96, in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, erfolgt.

Im übrigen ist das zweite Ausführungsbeispiel in gleicher Weise ausgebildet wie das erste Ausführungsbeispiel, so daß hinsichtlich der Beschreibung der übrigen Teile vollinhalt­ lich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel ver­ wiesen werden kann.

Claims (20)

1. Spiralverdichter, umfassend ein Verdichtergehäuse, einen in dem Verdichtergehäuse angeordneten ersten Spiralkör­ per mit einer ersten Spirale, einen in dem Verdichter­ gehäuse angeordneten zweiten Spiralkörper mit einer zweiten Spirale, welche in die erste Spirale unter Aus­ bildung von mindestens einem Verdichtungsraum eingreift, einen Antrieb, durch welchen einer der Spiralkörper relativ zum anderen orbitierend bewegbar ist, und eine eine Druckkammer zur Krafterzeugung aufweisende Axial­ verstelleinrichtung, mittels welcher die in axialer Richtung relativ zueinander bewegbaren Spiralkörper so beaufschlagbar sind, daß Stirnseiten der ineinander­ greifenden Spiralen an Bodenflächen der jeweils anderen Spiralkörper unter Abdichtung des mindestens einen Ver­ dichtungsraums anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (68) der Axialverstelleinrichtung (52, 60; 16, 118) über einen Kanal (92) mit einer in der Stirnseite (30; 28) einer der Spiralen (26; 24) liegen­ den Einlaßöffnung (94) verbunden ist, daß die Einlaß­ öffnung (94) so angeordnet ist, daß ein in die Einlaß­ öffnung (94) eintretender Volumenstrom des zu verdich­ tenden Mediums von einem durch einen Abstand zwischen der Bodenfläche (20; 22) und der Stirnseite (30; 28) der Spirale (26; 24) definierten Dichtspalt (S) abhängig ist, und daß aus der Druckkammer (68) das in dieser wirksame unter Druck stehende Medium mit einem be­ stimmten Leckvolumenstrom entweicht.

2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stirnseite (30; 28) im Bereich der Einlaß­ öffnung (94) so ausgebildet ist, daß bei optimalem Dichtspalt (S) der durch die Einlaßöffnung (94) ein­ tretende Volumenstrom ungefähr dem Leckvolumenstrom ent­ spricht.

3. Spiralverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einlaßöffnung (94) in einem Bereich (27c; 25c) der Spirale (26; 24) angeordnet ist, welcher an Verdichtungsräume (40) angrenzt, in denen das zu ver­ dichtende Medium auf einen mindestens der halben Druck­ differenz entsprechenden Mitteldruck verdichtet ist.

4. Spiralverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einlaßöffnung (94) in dem Bereich (27c; 25c) der Spirale (26; 24) liegt, welcher einen unmittel­ bar vor der Auslaßöffnung (82) liegenden Verdichtungs­ raum (40) begrenzt.

5. Spiralverdichter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einlaßöffnung (94) in einem verdickten inneren Endbereich (27c; 25c) der Spirale (26; 24) liegt.

6. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 3 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kanal (92) in dem ver­ dickten inneren Endbereich (27c; 25c) der Spirale (26; 24) liegt.

7. Spiralverdichter nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Druckkammer (68) ein den Leckvolumenstrom definierender Leckagekanal (96) mündet.

8. Spiralverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Leckagekanal (96) zum Einlaßbereich (84) für das zu verdichtende Medium führt.

9. Spiralverdichter nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialver­ stelleinrichtung (52, 60) ein sich an dem Verdichter­ gehäuse (10) abstützendes Druckteil (52) aufweist.

10. Spiralverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Axialverstelleinrichtung (52, 60) ein rela­ tiv zum Druckteil (52) bewegbares Kolbenteil (60) auf­ weist und daß das Druckteil (52) und das Kolbenteil (60) die Druckkammer (68) zwischen sich einschließen.

11. Spiralverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß an dem Druckteil (52) das Kolbenteil (60) in der axialen Richtung (42) beweglich in einer Aufnahme (58) gelagert ist.

12. Spiralverdichter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das Druckteil (52) als Aufnahme (58) eine Kolbenkammer aufweist, in welche das Kolbenteil (60) eingreift.

13. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kolbenteil (60) einstückig an den axial beweglichen Spiralkörper (14) angeformt ist.

14. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Axialverstelleinrichtung ein Bodenteil (16) eines Spiralkörpers (12') und ein dieses auf einer der Spirale (24) abgewandten Seite übergreifendes Gehäuseteil (118) umfaßt, welche die Druckkammer (68') umschließen.

15. Spiralverdichter nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Spiral­ körper (12; 14') axial unbeweglich am Verdichtergehäuse (10) gehalten ist und daß der andere Spiralkörper (14; 12') in axialer Richtung (42) verschieblich ist.

16. Spiralverdichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der axial verschiebliche Spiralkörper (14) der orbitierend angetriebene Spiralkörper ist.

17. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverstelleinrichtung (52, 60) zwischen dem vom Antrieb angetriebenen Exzenter (46) und dem orbitierenden Spiralkörper (14) liegt.

18. Spiralverdichter nach Anspruch 15 oder 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Druckteil (52) sich über in einer zur axialen Richtung (42) senkrechten Ebene (72) liegende Gleitflächen (70) am Verdichtergehäuse (10) ab­ stützt.

19. Spiralverdichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der axial verschiebliche Spiralkörper (12') der nichtorbitierende Spiralkörper (12') ist.

20. Spiralverdichter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich­ net, daß der orbitierende Spiralkörper (14') sich über in einer zur axialen Richtung (42) senkrechten Ebene (72) liegende Gleitflächen (70') am Verdichtergehäuse (10) abstützt.