DE19928808A1 - Spiralkompressor - Google Patents

Abstract

Bei einem Spiralkompressor sind die Positionen von Bypasslöchern zur Verhinderung einer Überkomprimierung verbessert, damit kein Überkomprimierungsverlust auftritt, wenn CO¶2¶ als Kühl- bzw. Kältemittel komprimiert wird. Anti-Überkomprimierungsanschlüsse sind in dem Stirnplattenbereich innerhalb eines Winkelbereichs von 90 DEG in Richtung zu dem Zentrum entlang des Schaufelbereichs einer feststehenden Spirale von einem äußeren Umfangsbezugsberührungspunkt aus einer Vielzahl von Berührungspunkten ausgebildet, die zwischen den Schaufelbereichen der feststehenden und der bewegbaren Spirale ausgebildet sind, um die Spiralenden der innersten Umfangsarbeitskammern zu schließen, die in einer zu dem zentralen Bereich am nächsten gelegenen Position ausgebildet sind. Ein Rückschlagventil ist an jedem der Anti-Überkomprimierungsanschlüsse vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralkompressor, der als Kühl- bzw. Kältemittel­ kompressor bei einem Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug oder dergleichen verwendet wird, oder insbesondere einen Spiralkompressor, der für ein Klimatisierungssystem geeignet ist, das von Kohlenstoffdioxid (CO₂) als Kühl- bzw. Kältemittel Gebrauch macht.

Bei Klimatisierungssystemen für ein Kraftfahrzeug und zur häuslichen Verwendung wird im allgemeinen ein Freon-Gas, beispielsweise die Fluor- Verbindung R134a, als Kühl- bzw. Kältemittel für den Kühlzyklus verwendet. In den letzten Jahren hat es jedoch ein zunehmendes Bedürfnis für eine vollständige Verbannung der Verwendung von Freon-Gasen oder dergleichen aus der Angst vor den nachteiligen Einflüssen gegeben, den diese auf die globale Umwelt haben können. Wegen dieser Befürchtung ist Kohlenstoff­ dioxid (CO₂) zunehmend als ein harmloses Ersatz-Kühl- bzw. Kältemittel für das Freon-Gas betrachtet worden. Auch ist der gegenwärtige Trend auf einen Spiralkompressor gerichtet, der glatt umläuft und ein geringes Arbeits­ geräusch im Vergleich mit einem sich hin und hier bewegenden Kompressor und einem Schaufelkompressor aufweist, die weit verbreitet verwendet worden sind. Dennoch ist kein Spiralkompressor bekannt geworden, der als Kühl- bzw. Kältemittelkompressor für ein Klimatisierungssystem verwendet werden kann, das von CO₂ als Kühl- bzw. Kältemittel Gebrauch macht.

Abgesehen von der Eignung als Kühl- bzw. Kältemittelkompressor, der von CO₂ als Kühl- bzw. Kältemittel Gebrauch macht, besitzt der Spiralkompressor trotz der obenbeschriebenen Vorteile einen einzigartigen strukturellen Nachteil. Insbesondere steht eine Vielzahl der Arbeitskammern, die zwischen einer feststehenden Spirale und einer bewegbaren Spirale ausgebildet sind, bevor sie den zentralen Bereich der Spiralen erreichen, mit der Abgabe­ kammer nicht in Verbindung, und daher ist eine Abgabe unterhalb eines eingestellten Drucks unmöglich. Demzufolge wird im dem Fall, bei dem die Kühllast herabgesetzt wird, nachdem ein stetiger Zustand eingetreten ist, beispielsweise das, was als innerer Überkomprimierungs-Verlust bezeichnet wird, vergrößert, wodurch ein Teil der Angriffskraft verlorengeht.

Ein besonders ernstes Problem entsteht bei der Verwendung des Spiral­ kompressors als Kühl- bzw. Kältemittelkompressor bei einem Klimatisierungs­ system eines Kraftfahrzeugs. In. Hinblick auf die Tatsache, daß sich die Dreh­ zahl des Motors eines Kraftfahrzeugs über einem großen Bereich entspre­ chend den Betriebsbedingungen verändert, ist der innere Überkomprimie­ rungs-Verlust stark vergrößert in dem Fall, daß die Motordrehzahl und damit die Arbeitsgeschwindigkeit des Spiralkompressors trotz einer geringen Kühl­ last sehr hoch ist. Daher ist ein Spiralkompressor mit seiner grundsätzlichen Struktur nicht für die Verwendung in Verbindung mit einem Kraftfahrzeug- Klimatisierungssystem geeignet.

Eine Verfahrensweise zur Lösung dieses Problems besteht darin, die Zahl der Windungen der Spirale unter Aufrechterhaltung der Situation, bei der das Kompressionverhältnis auf ein Minimum abnimmt, herabzusetzen. Diese Verfahrensweise ist jedoch mit einer äußerst kleinen Zahl von Windungen, beispielsweise von 1,5 oder etwa soviel, verbunden und führt zu einem weite­ ren Problem, nämlich von Schwankungen des Moments, die den Antrieb beeinträchtigen, und einer Pulsation des Abgabedrucks. Unter Berücksichti­ gung dieser Fakten macht die Spirale mindestens 2 oder 3 Windungen erfor­ derlich. Diese Zahl wird in Hinblick darauf berechnet bzw. angegeben, den Zustand zu erfüllen, daß keine innere übermäßige Kompression auftritt, wenn das Kompressionsverhältnis bei etwa 5 für Freon-Gas als Kühl- bzw. Kältemittel und bei etwa 3 für CO₂ als Kühl- bzw. Kältemittel liegt. Tatsächlich machen die Veränderungen der Kühllast oder der Antriebsumlaufgeschwin­ digkeit es erforderlich, daß das Kompressionverhältnis des Kühl- bzw. Kältemittelkompressors zwischen 2 und 8 für Freon-Gas als Kühl- bzw. Kältemittel und zwischen 2 und 5 für CO₂-Gas als Kühl-bzw. Kältemittel veränderlich ist. Hierdurch wird die innere übermäßige Kompression zu einem niedrigen Kompressionsverhältnis.

Bei einer anderen gut bekannten herkömmlichen Technik zur Vermeidung der Probleme, die mit einem herkömmlichen Spiralkompressor verbunden sind, sind mindestens ein Bypassloch und ein Rückschlagventil an der Stirnplatte eines Mantels (der feststehenden Spirale) vorgesehen, so daß dann, wenn der Druck des in den Arbeitskammern komprimierten Kühl- bzw. Kältemittels übermäßig ansteigt, das Kühl- bzw. Kältemittel von dem Bypassloch aus in die Abgabekammer freigegeben wird. Jedoch ist die Position des Bypassloch bis in die jüngsten Jahre nicht klar definiert. In Hinblick auf die gegenwärtige Tendenz bei im Haushalt verwendeten Klimatisierungssystemen gerichtet auf eine Veränderung der Antriebs-Umlaufgeschwindigkeit des Spiralkompressors über einem großen Bereich unter Verwendung eines Invertors, ist die Erfin­ dung unter besonderer Spezifizierung der Position des Bypasslochs entwickelt worden, wie in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) 8- 30 471 beschrieben wird, die für eine Verringerung des inneren Überkompri­ mierungs-Verlustes vorgesehen sind, der dann auftritt, wenn die Antriebs- Umlaufgeschwindigkeit infolge einer kleinen Kühllast herabgesetzt wird.

Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Spiralkompressor bewegen sich die Arbeitskammern, die zwischen einem Mantel (der feststehenden Spirale) und einem Rotor (der bewegbaren Spirale) ausgebildet sind, in centripetaler Weise, während sie das Kühl- bzw. Kältemittel komprimieren und bevor die Arbeitskammern eine Verbindung mit der Abgabekammer über ein Abgabe­ loch und ein Abgabeventil an dem Zentrum der beiden Spiralen erreichen, wobei das Abgabeloch in der Nachbarschaft einer Spiralschaufel (Ausrun­ dung) des Mantels die Arbeitskammern und die Abgabekammer verbindet. Das Bypassloch besitzt auch ein Bypassventil, das ein Rückschlagventil bildet, das die Strömung des gasförmigen Kühl- bzw. Kältemittels in Richtung zu der Abgabekammer hin von den Arbeitskammern ausgestattet. Das Bypassloch ist in einer Position angeordnet, an der das Druckverhältnis der Arbeitskammern bei 0,5 bis 0,75 eines eingestellten Druckverhältnisses liegt.

In dem Fall, daß CO₂ als Kühl- bzw. Kältemittel verwendet wird, verkleinert das große Kühlvermögen je Einheit das Aufnahmevolumen des Kühl- bzw. Kältemittelkompressors auf etwa 1/8 des Wertes für das Freon-Kühl- bzw. Kältemittel R134a. Der durch das Bypassloch eingenommene Raum reprä­ sentiert somit ein größeres Verhältnis als derjenige für R134a. Sogar in dem Fall, daß das Bypassloch an einer Position ausgebildet ist, an der das Druck­ verhältnis der Arbeitskammern bei 0,5 bis 0,75 des eingestellten Druck­ verhältnisses wie bei dem oben beschriebenen Stand der Technik liegt, kann daher kein ausreichender Energieeinsparungseffekt erreicht werden.

In Hinblick auf die oben angegebenen Probleme des Standes der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Spiralkompressor zu schaffen, dessen Bypassloch zu einer optimalen Position hin verbessert ist, wobei die Tatsache in Betracht gezogen wird, daß das Kompressionsverhältnis des Kühl- bzw. Kältemittelkompressors eines Klimatisierungssystems, das von CO₂ als Kühl- bzw. Kältemittel Gebrauch macht, bei etwa 3 liegt, einem Wert viel kleiner als das Verhältnis von 4 bis 7 für den Kühl- bzw. Kältemittelkompressor eines Klimatisierungssystems, das von Freon-Kühl- bzw. Kältemittel R134a Gebrauch macht. Der Kühl- bzw. Kältemittelkompressor arbeitet auch mit CO₂ als Kühl- bzw. Kältemittel wirksam und verhindert gleichzeitig eine Überkom­ pression.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spiralkompressor zu schaf­ fen, bei dem die Anordnung der Anti-Überkomprimierungsanschlüsse, die Bypasslöcher an optimalen Stellen bilden, die Momentschwankungen, eine Ursache für Vibrationen und Geräusche der Antriebsteile und der Karosserie des Kraftfahrzeugs, und die Pulsation des Abgabedrucks unterdrücken bzw. nicht zur Entstehung kommen lassen, während gleichzeitig der innere Über­ komprimierungsverlust sogar dann herabgesetzt wird, wenn die Zahl der Windungen der Spirale nicht größer als 3 ist und das Kompressionsverhältnis bei 2 liegt.

Erfindungsgemäß ist als ein Mittel zur Lösung der obenangegebenen Probleme ein Spiralkompressor gemäß Beschreibung in jedem der beigefüg­ ten Ansprüche geschaffen.

Insbesondere ist unter einem Aspekt der Erfindung ein Spiralkompressor vorgesehen, bei dem ein Paar von am weitesten innen liegenden umfangssei­ tigen Arbeitskammern an Positionen in der dichtesten Nähe zu dem zentralen Bereich ausgebildet ist, ein Bezugsberührungspunkt an dem äußeren Umfangspunkt der Kontaktpunkte, die zwischen der Schaufel der feststehen­ den Spirale und der Schaufel der bewegbaren Spirale ausgebildet sind, eingestellt ist, eine Vielzahl von Anti-Überkomprimierungsanschlüssen an geeigneten Punkten des End- bzw. Stirnplattenbereichs der feststehenden Spirale ausgebildet ist und jeder der Anti-Überkomprimierungsanschlüsse mit einem Rückschlagventil ausgestattet ist. Folglich wird mit der Verkleinerung der Arbeitskammern das dort enthaltene Fluid auf einen erhöhten Druck komprimiert. Sogar dann, bevor dieser Druck im wesentlichen die Hälfte des endgültigen Abgabedrucks erreicht, wenn er den Innendruck der Abgabe überschreitet, öffnen sich die Rückschlagventile der Anti-Überkomprimie­ rungsanschlüsse, um das Fluid aus den Arbeitskammern heraus in die Ab­ gabekammer freizugeben. Daher kann der Energieverlust, der ansonsten infolge eines höheren Grades der Überkomprimierung des Fluids in den Ar­ beitskammern auftreten könnte, verhindert werden. Nebenbei bemerkt ist die Zahl der Windungen der Spiralschaufeln der feststehenden Spirale und/oder der bewegbaren Spirale vorzugsweise nicht größer als drei.

Bei einem erfindungsgemäßen Spiralkompressor ist eine Motoreinheit, die die Antriebsquelle bildet, einstückig in dem vorderen Gehäuse eingebaut, und kann somit die Gesamtstruktur in ihrer Größe verkleinert sein.

Unter einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Spiralkompressor, der als Kühl- bzw. Kältemittelkompressor für den Kühlzyklus eines Klimatisierungs­ systems verwendet wird, vorgesehen, das Kohlenstoffdioxid als zu komprimie­ rendes Kühl- bzw. Kältemittel verwenden kann. In dem Fall, bei dem Kohlen­ stoffdioxid als Kühl- bzw. Kältemittel verwendet wird, steigt der Druck über dem gesamten Bereich des Systems an, während das Kompressionsverhält­ nis abnimmt. Bei seiner Verwendung entwickelt der herkömmliche Spiralkom­ pressor daher häufig einen Überkomprimierungsverlust. Bei dem erfindungs­ gemäßen Spiralkompressor öffnet sich andererseits sogar dann, wenn der Innendruck der Arbeitskammern den Innendruck der Abgabekammer über­ schreitet, während der Arbeitsdruck höchstens halb so groß wie der Enddruck ist, das Rückschlagventil der Anti-Überkomprimierungsanschlüsse, und wird der Druck in den Arbeitskammern herunter gesetzt. Als Folge hiervon ist eine Überkomprimierung vermieden, und ist der Verlust von Energie verhindert.

Die oben angegebenen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile erge­ ben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, in denen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt mit der Darstellung der Struktur eines elektrisch betriebenen Spiralkompressors gemäß einer ersten Ausführungs­ form der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Spiralbereich entlang der Linie II-II in Fig. 1 zur Erläuterung der Merkmale des erfindungsgemäßen Spiralkompressors; und

Fig. 3 einen Längsschnitt mit der Darstellung eines Spiralkompressors mit äußerem Antrieb gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfin­ dung.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Struktur eine Spiralkompressors mit einem einstückig eingebauten Antriebsmotor, der für CO₂ als Kühl- bzw. Kältemittel geeignet ist, dies gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfin­ dung. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Spiralkompressor, der in Fig. 1 dargestellt ist. In Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Welle, die den zentralen Bereich bildet und an einem vorderen Lager 2 und an einem hinteren Lager 3 abgestützt ist. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet allgemein einen Motorbereich. Der Motorbereich 4 verfügt einen Motor-Rotor 4a, der an der Welle 1 drehbar gelagert ist, über einen feststehenden Motor-Stator 4b und über eine Motorwicklung 4c, die einen Teil des Motor-Stators 4b bildet. Der Motor-Stator 4b ist innerhalb des Motorgehäuses 5 fest angeordnet. Das Motorgehäuse 5 besitzt an seinem Ende einen zentralen Bereich, der zylin­ drisch einwärts vorsteht und an dem ein Abstützbereich 5b zum Abstützen des vorderen Lagers 2 ausgebildet ist. Ein Einlaßanschluß 5a ist zu der gleichen Stirnfläche des Motorgehäuses 5 hin offen, wodurch der große Raum, der durch den Spalt zwischen dem Motor-Rotor 4a und dem Motor 4b in dem Motorgehäuse 5 gebildet ist, einen stromabwärtigen Bereich einer Einlaßkammer 10, die weiter unten noch beschrieben wird, bildet.

Die Gesamtheit des anderen Endes des Motorgehäuses 5 bildet eine große Öffnung. Ein im wesentlichen scheibenförmiges Zwischenelement 6 ist in einer solchen Position angeordnet, daß es die Öffnung umschließt. Der zentrale Bereich des Zwischenelements 6 steht von dem Motorbereich 4 aus gesehen zylindrisch nach innen vor und bildet einen Abstützbereich 6b zum Anbringen des hinteren Gehäuses 4. Entsprechend der ersten Ausführungs­ form ist der Spiralkompressor als ein Kompressorbereich C an dem anderen Ende des Zwischenelements 6 angebracht. Eine Vielzahl von kreisförmigen Taschen 6a zur Begrenzung des Bewegungsbereichs eines Anti-Rotations­ stifts 14 (der weiter unten noch beschrieben wird) einer Anti-Rotationseinrich­ tung ist an der Fläche des anderen Endes des Zwischenelements 6 ange­ ordnet.

Ein Kompressorgehäuse 7 ist über einen nicht dargestellten Durchsteckbolzen oder dergleichen angeschlossen und mit dem Rotorgehäuse 5 und dem Zwischenelement 6 einstückig verbunden. Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform ist ein Mantel (eine feststehende Spirale) 8, die den Spiralkompressor bildet, der den Kompressorbereich C bildet, zwischen dem Zwischenelement 6 und einem Vorsprung festgehalten, der innerhalb des Kompressorgehäuses 7 ausgebildet ist. Auf diese Weise umgibt das Kompressorgehäuse 7 den äußeren Umfangsbereich und den unteren axialen Endbereich des Mantels 8 des Kompressorbereichs C, wodurch eine zylindri­ sche Abgabekammer 9 für den Kompressorbereich C in dem Kompressor­ gehäuse 7 außerhalb des Mantels 8 gebildet ist. Ein Abgabeanschluß 7a ist an einer geeigneten Stelle in der unteren End- bzw. Stirnfläche des Kompres­ sorgehäuses 7 ausgebildet.

Ebenso wie der hinlänglich bekannte Spiralkompressor ist der Mantelschau­ felbereich 8a, der eine Spiralschaufel aufweist, innerhalb des feststehenden Mantels 8 ausgebildet. Der Raum innerhalb des Mantels 8 außerhalb des Mantelschaufelbereichs 8a bildet eine Einlaßkammer 10, die mit einem weite­ ren Raum in Verbindung steht, der in dem Spalt in dem Motor 4 durch einen nicht dargestellten Weg ausgebildet ist. Der erste Raum steht auch mit dem Einlaßanschluß 5a über den letztgenannten Raum in Verbindung. Der Einlaß­ anschluß 5a ist mit einem Verdampfer in dem Kühlzyklus des Klimatisierungs­ systems mittels einer nicht dargestellten Leitung verbunden. Auch ist ein Abgabeloch 8c an dem zentralen Bereich des End- bzw. Stirnplattenbereichs 8b des Mantels geöffnet. Ein Abgabeventil 11 nach Art eines Reed-Ventils ist in einer solchen Position angeordnet, daß es das Abgabeloch 8c von außen her abdeckt. Der Abgabeanschluß 7a der Abgabekammer 9 ist mit einem Gaskühler in dem Kühlzyklus des Klimatisierungssystems mittels einer nicht dargestellten Leitung verbunden.

Ein Rotor (eine bewegbare Spirale) 12 ist in axialer Richtung in dem Mantel (in die feststehende Spirale) 8 eingesetzt. Der End- bzw. Stirnplattenbereich 12b des Rotors 12 steht mit einem Kurbelstift (Kurbelbereich) 1a, der an dem unteren Ende der Welle 1 exzentrisch ausgebildet ist, über ein Kurbelwellen­ lager 13 im Eingriff und kann in Umlaufrichtung mittels des Kurbelstifts 1a in Umlaufrichtung angetrieben werden. Der End- bzw. Stirnplattenbereich 12b des Rotors ist mit einem Spiralrotorschaufelbereich 12a in einer solchen Weise ausgebildet, daß er in der Axialrichtung vorsteht und mit dem Mantel­ schaufelbereich 8a im Eingriff steht. Für das Anhalten der Umlaufbewegung des Rotors 12 ist eine Vielzahl von Rotortaschen 12c in der Form von kreis­ förmigen Löchern in der Fläche des End- bzw. Stirnplattenbereichs 12b des Rotors vorgesehen, der in Berührung mit dem Zwischenelement 6 verschieb­ bar ist. Ein Antirotationsstift 14 ist zwischen jeder Rotortasche 12c und einer entsprechenden Tasche der Taschen 6a des Zwischenelements 6 gehalten.

Der Spiralkompressor der ersten Ausführungsform besitzt die in Fig. 1 und 2 dargestellte Bauweise. Wenn die Welle 1 durch Zuführen von Energie zu dem Motorbereich 4 im Umlauf steht, wird der End- bzw. Stirnplattenbereich 12b des Rotors des Kompressorbereichs C durch den exzentrischen Kurbelzapfen 1a in Umlaufrichtung angetrieben. Da die Umlaufbewegung des End- bzw. Stirnplattenbereichs 12b des Rotors durch die Antirotations-Stifte 14 ange­ halten ist, führt der Rotor 12 eine orbitale Umlaufbewegung rund um die zentrale Achse der Welle 1 durch. Somit arbeitet die Arbeitskammer 15, die zwischen dem Rotorschaufelbereich 12a und dem Mantelschaufelbereich 8a des Mantels 8 kämmend mit dem Rotorschaufelbereich 12a ausgebildet ist, um das CO₂ als Kühl- bzw. Kältemittel einzuführen, wenn ihr Außenumfang in Richtung zu der Einlaßkammer 10 hin offen ist. Da sich die Arbeitskammer 15 allmählich in Richtung zu dem zentralen Bereich bewegt, schließt sich ande­ rerseits ihr Außenumfang und wird ihr Volumen verkleinert, wodurch das Kühl- bzw. Kältemittel komprimiert wird. Das Kühl- bzw. Kältemittel CO₂ wird auf diese Weise komprimiert, unter normalen Arbeitsbedingungen durch das Abgabeloch 8c hindurch von der einzelnen Arbeitskammer 18 aus, die an dem zentralen Teil ausgebildet ist, hindurchgeführt, drückt es das Abgabeventil 11 auf und wird es in die Abgabekammer 9 abgegeben.

Das CO₂ als Kühl- bzw. Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck, das von dem Verdampfer in dem Kühlzyklus aus zurückgeführt wird, kühlt den Motorbereich 4, wenn es durch die Spalten zwischen dem Motor­ rotor 4a, dem Motorstator 4b, der Motorwicklung 4c etc. hindurchtritt, die den Motorbereich 4 in dem Motorgehäuse 5 bilden. Der stromabwärtige Bereich der Einlaßkammer, die durch die Spalten in dem Motorbereich 4 gebildet sind, und die Einlaßkammer 10 in dem Kompressorbereich C, der mit dem strom­ abwärtigen Bereich der Einlaßkammer in Verbindung steht, bilden einen ausreichend großen Einlaßkammerraum. Daher wird die Pulsation des Einlaßdrucks des Kühl- bzw. Kältemittels geglättet, und gleiches gilt für die Pulsation des Abgabedrucks. Entsprechend der ersten Ausführungsform wird der Raum in dem Motorgehäuse 5 als ein Teil der Einlaßkammer verwendet. Auf diese Weise wird die Pulsation des Einlaßdrucks und des Auslaßdrucks geglättet, und während auf diese Weise Vibrationen und Geräusche überwun­ den bzw. unterdrückt werden, ist eine Vergrößerung der Gesamtgröße und des Gesamtgewichts des Körpers verhindert. Als eine Folge kann der Kühl- bzw. Kältemittelkompressor in seiner Größe und in seinem Gewicht verkleinert werden.

Die vorstehende Beschreibung betrifft die grundsätzliche Bauweise des Spiralkompressors mit einem eingebauten Motor entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung. Nachfolgend werden die Bereiche, die den Merkmalen der Erfindung gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen, im Detail erläutert.

Bei der Spiralbewegung bzw. -tätigkeit des Rotors 12 bewegt sich eine Viel­ zahl von Arbeitskammern 15, die paarweise an symmetrischen Positionen rund um das Zentrum der beiden Spiralen ausgebildet sind, in Richtung zu dem Zentrum hin, wo sie paarweise miteinander zu einer einzigen Arbeits­ kammer 18 kombiniert werden. In einem Zustand unmittelbar zuvor schließt die axiale End- bzw. Stirnfläche des Schaufelbereichs 12a des Rotors 12 des Abgabelochs 12 das Abgabeloch 8c (der Durchmesser des Abgabelochs 8a ist kleiner als die Enddicke des Schaufelbereichs 12a). In diesem Zustand ist gemäß Darstellung in Fig. 2 ein Paar am weitesten innen gelegener umfangs­ seitiger Arbeitskammern 17 ausgebildet. Gleichzeitig werden, um die Spiral­ enden einer der am weitesten innen gelegenen umfangsseitigen Arbeits­ kammern 17 zu schließen, zwei Kontaktpunkte zwischen dem Schaufel­ bereich 8a des Mantels 8 und dem Schaufelbereich 12a des Rotors 12 ausgebildet. Ein Anti-Überkomprimierungsanschluß 8d ist an einem geeigne­ ten Punkt des End- bzw. Stirnplattenbereichs 8b des Mantels 8 in jedem 90°- Bereich A (jeder 90°-Punkt ist mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet) des zentralen Winkels des Bogens entlang der inneren oder der äußeren Fläche des Schaufelbereichs 8a des Mantels 8 von einem der beiden Kontaktpunkte näher bei dem äußeren Umfang (nachfolgend als Bezugs- Kontaktpunkt 19 bezeichnet) ausgebildet.

Der Punkt 20 gemäß einer Definition bei dem zentralen 90°-Winkel des Bogens von dem Bezugs-Kontaktpunkt 19 aus kann als der Punkt bezeichnet werden, an dem der Druck, wenn dieser zunimmt, wenn das Kühl- bzw. Arbeitsmittel in der Arbeitskammer 15 mit der Kontraktion bzw. Verkleinerung der Arbeitskammer 15 komprimiert wird, eine Druckgröße im wesentlichen halb so groß wie der endgültige Abgabedruck (eingestellter Druck) unter den Standard-Betriebsbedingungen des Spiralkompressors beim Fehlen der Anti- Überkomprimierungsanschlüsse 8d erreicht. Dieser Punkt entspricht dem äußersten Endpunkt in dem durch den obenbeschriebenen Stand der Technik spezifizierten Bereich. Erfindungsgemäß deckt daher ein entsprechender Bereich bis zu einem Punkt unmittelbar vor dem 90°-Punkt 20 ab, ohne diesen einzuschließen. Auf diese Weise ist der Durchmesser jedes Anti-Überkom­ primierungsanschlusses 8d so klein wie möglich, ohne den Durchmesser des Abgabelochs 8c zu überschreiten. Auch ist es um so besser, je weniger Anti- Überkomprimierungsanschlüsse 8d vorgesehen sind. Wenn es nicht ander­ weitig besonders erforderlich ist, liegt die Zahl der Anti-Überkomprimierungs­ anschlüsse 8d vorzugsweise bei zwei, d. h. bei einem Paar.

Ein Rückschlagventil 16 ist an dem stromabwärtigen Endbereich des Anti- Überkomprimierungsanschlusses 8d zum Abtrennen des Anti-Überkomprimie­ rungsanschlusses 8d von der Seite der Abgabekammer 9 vorgesehen. Das Rückschlagventil 16, das bei der ersten Ausführungsform vorgesehen ist, ist ein Reed-Ventil in gleicher Weise wie das Abgabeventil 11. Dieses Rück­ schlagventil 16 öffnet sich, wenn der Druck der Arbeitskammern 15 oder der am weitesten innen gelegenen Umfangsarbeitskammern 17, wenn der strom­ aufwärtige Endbereich der Anti-Überkomprimierungsanschlüsse 8d offen ist, den Innendruck der Arbeitskammer 9 übersteigt. Auf diese Weise wird verhin­ dert, daß das Kühl- bzw. Kältemittel in den Arbeitskammern übermäßig kom­ primiert wird, wodurch ein verschwenderischer Verbrauch von Antriebsenergie verhindert wird.

Wie oben beschrieben besteht das Merkmal der Erfindung darin, daß die Anti- Überkomprimierungsanschlüsse 8d in dem End- bzw. Stirnplattenbereich 8b des Mantels 8 an Punkten innerhalb des Winkelbereichs A von 90° entlang des Schaufelbereichs 8a des Mantels von jedem Bezugskontaktpunkt 19 aus offen sind. Entsprechend dem in der geprüften japanischen Patentveröffentli­ chung (Kokoku) 8-30 471 beschriebenen Stand der Technik ist im Gegensatz der Bereich, an dem Bypasslöcher ausgebildet sind, d. h. "die Punkte, an denen das Druckverhältnis der Arbeitskammern zu 0,5 bis 0,75 des einge­ stellten Drucks wird", sind in einem Bereich näher bei dem Zentrum entlang des Schaufelbereichs 8a von den Punkten 20 aus angeordnet. Ein Bereich A gemäß der Erfindung überlappt sich daher nicht mit dem Bereich, der in dem Stand der Technik angegeben ist, und deckt niedrigere Drücke als beim Stand der Technik ab.

Folglich wird bei dem Spiralkompressor gemäß der ersten Ausführungsform, wenn das erforderliche Kompressionsverhältnis des Kühl- bzw. Kältemittel­ kompressors infolge der Herabsetzung der Kühllast etc. abnimmt, das Kühl- bzw. Kältemittel in den Arbeitskammern 15 nicht übermäßig komprimiert, wenn es durch die innersten Umfangsarbeitskammern 17 und durch die einzige Arbeitskammer 18, die an dem zentralen Bereich ausgebildet ist, hindurchtritt, und wird das Kühl- bzw. Kältemittel nicht in die Abgabekammer 9 durch das Abgabeventil 11 hindurch abgegeben. Statt dessen wird das Kühl- bzw. Kältemittel in die Abgabekammer 9 durch die Anti-Überkomprimierungs­ anschlüsse 8d und das Rückschlagventil 16 hindurch durch die Arbeitskam­ mern in dem Zustand des Übergangs von den Arbeitskammern 15 zu den am weitesten innen gelegenen Umfangsarbeitskammern 19 abgegeben, wo es noch nicht übermäßig komprimiert wird, d. h. mittels der Arbeitskammern, die an der Seite des Drucks ausgebildet sind, der niedriger als der in dem Stand der Technik angegebene Druck ist. Daher ist in dem Fall, bei dem das Kompressionsverhältnis in Hinblick auf die Verwendung von CO₂ als Kühl- bzw. Kältemittel verwendet wird, sowie in dem Fall, bei dem ein Freon-Gas oder dergleichen als Kühl- bzw. Kältemittel verwendet wird, die Überkompres­ sion definitiv verhindert, und der verschwenderische Verbrauch von Energie vermieden.

Fig. 3 zeigt einen Spiralkompressor, der durch den Kraftfahrzeug-Motor oder dergleichen angetrieben werden kann, dies gemäß einer zweiten Ausfüh­ rungsform der Erfindung. Die Querschnittsgestalt des Spiralbereichs ist im wesentlichen gleich derjenigen in. Fig. 2, und er wird daher nicht dargestellt. Auch umfaßt der Spiralkompressor gemäß der zweiten Ausführungsform, der in Fig. 3 dargestellt ist, viele Bauteile gleich entsprechenden Teilen des elek­ trisch angetriebenen Spiralkompressors, der in Fig. 1 dargestellt ist. Die Bauteile, die im wesentlichen gleich entsprechenden Teilen in Fig. 1 sind, sind daher in Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht im Detail beschrieben.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungs­ form dadurch, daß die Welle 1 über eine elektromagnetische Kupplung oder dergleichen, nicht dargestellt, mit einer externen Antriebsquelle, beispiels­ weise einem Kraftfahrzeug-Motor, verbunden ist, und daher an einem vorde­ ren Lager 22 in einem vorderen Gehäuse 21 abgestützt ist, das an dem vorderen Bereich des Mantels 8 angebracht ist. Das Innere des vorderen Gehäuses 21 ist gegenüber der Atmosphäre mittels einer Wellendichtung 23 abgesperrt. Das vordere Ende der Welle 1 ist mit einem Teilbereich 24 zum Anschluß an einer Kupplung ausgebildet. Auch ist bei der zweiten Ausfüh­ rungsform kein Kompressorgehäuse vorgesehen, sondern ist ein hinteres Gehäuse 25 hinter dem Mantel 8 angeordnet, und ist darin die Abgabekam­ mer 9 mit dem Abgabeanschluß 25a, der in der Wandfläche ausgebildet ist, ausgebildet.

Die grundsätzliche Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform ist die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die Antriebsquelle ein äußerer Motor oder dergleichen anstelle eines Elektro­ motors ist. Die zweite Ausführungsform arbeitet daher im wesentlichen in der gleichen Weise, und besitzt im wesentlichen die gleichen Wirkungen wie die erste Ausführungsform. In dem Fall, daß der Kraftfahrzeug-Motor als Antriebsquelle verwendet wird, erfährt die Motordrehzahl jedoch eine erheb­ liche Veränderung mit den Antriebsbedingungen. Wie bei der ersten Ausfüh­ rungsform, bei der sich die Drehzahl ändert, wenn der Motorbereich 4 über einen Invertor angetrieben wird, soll daher der Überkomprimierungsverlust infolge von Fluktuationen nicht nur der Antriebsdrehzahl, sondern in vielen Fällen auch der Kühllast verhindert werden. Bei dem Spiralkompressor gemäß der zweiten Ausführungsform wird jedoch noch nicht übermäßig komprimier­ tes Kühl- bzw. Kältemittel über einen Bypass in die Abgabekammer 9 von den Niederdruck-Arbeitskammern 15 aus über die Anti-Überkomprimierungs­ anschlüsse 8d und das Rückschlagventil 16 abgegeben. Als eine Folge hier­ von kann sogar in dem Fall, bei dem die Motordrehzahl auf einen sehr hohen Wert durch Vergrößerung der Fahrzeuggeschwindigkeit des Automobils erhöht wird, dann, wenn die Kühllast nach dem vollständigen anfänglichen Abkühlen herabgesetzt wird, der Überkomprimierungsverlust definitiv verhin­ dert werden, und ist der verschwenderische Energieverbrauch herabgesetzt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und im Detail erläuterten Ausfüh­ rungsformen beschränkt, sondern kann in vielfältiger Weise, ohne den Rahmen des Umfangs der beigefügten Ansprüche zu verlassen, realisiert werden.

Claims (5)

1. Spiralkompressor, umfassend eine Welle (1), die durch eine Antriebs­ quelle (4b) umlaufend angetrieben ist, ein vorderes Lager (2) zur drehbaren Lagerung der Welle (1), ein vorderes Gehäuse zur Abstützung des vorderen Lagers (2), einen Kurbelbereich (1a), der exzentrisch an der Welle (1) aus­ gebildet ist, ein Kurbelbereichslager (13), das an dem Kurbelbereich (1a) angeordnet ist, eine bewegbare Spirale (12), die einen End- bzw. Stirnplatten­ bereich (12b), der drehbar mit der Welle (1) über das Kurbelbereichslager (13) verbunden ist, und einen Spiralschauffelbereich (12a) aufweist, der an einer Fläche des End- bzw. Stirnplattenbereichs (12b) ausgebildet ist, eine fest­ stehende Spirale (8), die einen feststehenden End- bzw. Stirnplattenbereich (5b) und einen Spiralschaufelbereich (8a) aufweist, der mit dem Schaufel­ bereich (12b) der bewegbaren Spirale (12) im Eingriff steht bzw. kämmt, einen Rotationsverhinderungsmechanismus, der eine orbitale Umlaufbewegung der bewegbaren Spirale (12) gestattet, jedoch die Umlaufbewegung derselben anhält bzw. unterbindet, eine Vielzahl von Arbeitskammern (15), die paar­ weise zwischen der bewegbaren Spirale (12) und der feststehenden Spirale (8) miteinander kämmend ausgebildet sind und sich während des Betriebs von der äußeren Umfangsseite aus in Richtung zu Zentrum des Kompressors hin bewegen, eine Einlaßkammer (10), die in dem äußeren Umfangsbereich der bewegbaren Spirale (12) und der feststehenden Spirale (8) ausgebildet ist und ein zu komprimierendes Fluid aufnehmen kann, wenn die Arbeits­ kammern (15) zu ihr hin offen sind, eine einzelne Arbeitskammer (18), die dann, wenn eine Vielzahl von Arbeitskammern (15) letztlich an dem zentralen Bereich der bewegbaren Spirale (12) und der feststehenden Spirale (8) mit­ einander kombiniert bzw. zusammengefaßt sind, ausgebildet ist, ein Abgabe­ loch (8c), das zwischen der einzelnen Arbeitskammer (18) und einer Abgabe­ kammer (9) ausgebildet ist, und ein Abgabeventil (11), das in dem näher bei der Abgabekammer (9) gelegenen Teil des Abgabelochs (8c) angeordnet ist;
wobei der Kompressor weiter umfaßt ein Paar Anti-Überkomprimierungs­ anschlüsse (8d), die in dem End- bzw. Stirnplattenbereich (8b) der fest­ stehenden Spirale (8) ausgebildet sind, und ein Rückschlagventil (16), das an dem näher bei der Abgabekammer (9) gelegenen Teil jedes Anti-Über­ komprimierungsanschlusses (8d) angeordnet ist;
wobei die Anti-Überkomprimierungsanschlüsse (8d) in der Lage sind, eine Verbindung zwischen einem Paar innerster Arbeitskammern (17) und der Abgabekammer (9) herzustellen, wenn die am weitesten innen gelegenen umfangsseitigen Arbeitskammern (17), die in einer am nächsten zu dem zentralen Bereich der bewegbaren Spirale (12) und der feststehenden Spirale (8) gelegenen Position ausgebildet sind, und die End- bzw. Stirnfläche des Schaufelbereichs (12a) der bewegbaren Spirale (12) das Abgabeloch (8c) in der Phase verschließt, unmittelbar bevor eine Vielzahl der Arbeitskammern (15) letztlich zu einer einzelnen Arbeitskammer (18) an dem zentralen Bereich der bewegbaren Spirale (12) und der feststehenden Spirale (8) kombiniert bzw. zusammengefaßt werden,
wobei die Anti-Überkomprimierungsanschlüsse (8d) in einem Bereich von 90° (mit Ausnahme von 90° selbst) des Zentrumswinkels des Bogens entlang des Schaufelbereichs (8a) der feststehenden Spirale (8) ausgebildet sind, der sich von jedem von zwei äußeren Bezugsberührungspunkten aus einer Vielzahl von Berührungspunkten erstreckt, die zwischen dem Schaufelbereich (8a) der feststehenden Spirale (8) und dem Schaufelbereich (12a) der bewegbaren Spirale (12) ausgebildet sind.

2. Spiralkompressor nach Anspruch 1, wobei die Antriebsquelle durch einen in das vordere Gehäuse eingebauten Motorbereich (4) gebildet ist.

3. Spiralkompressor nach Anspruch 1, wobei das zu komprimierende Fluid Kohlenstoffdioxid ist, das das Kühl- bzw. Kältemittel bildet, das in dem Kühlzyklus des Klimatisierungssystems verwen­ det wird.

4. Spiralkompressor nach Anspruch 2, wobei das zu komprimierende Fluid Kohlenstoffdioxid ist, das das Kühl- bzw. Kältemittel bildet, das in dem Kühlzyklus des Klimatisierungssystems verwen­ det wird.

5. Spiralkompressor nach Anspruch 2, wobei die Zahl der Windungen des Spiralschaufelbereichs (8a, 12a) der bewegbaren Spirale (12) und/oder der feststehenden Spirale (8) nicht größer als drei ist.