DE3911882A1 - Schraubenverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schraubenverdichter, bei dem insbesondere ein Spiel zwischen den Hüllgliedern der Spin­ deln entsprechend der Drehzahl änderbar ist.

Bei einem konventionellen Schraubenverdichter, z. B. nach der nichtgeprüften JP-PS 50-32 512, wird die Fliehkraft einer umlaufenden Spindel dazu genützt, ein radiales Spiel zwischen den Hüllgliedern abzudichten, und ein Verschiebe­ mechanismus oder eine Federkraft wird entgegengesetzt zur Wirkrichtung der Fliehkraft der umlaufenden Spindel zur Einwirkung gebracht, um die Dichtkraft auf ein geeignetes Maß zu verringern. In einigen Fällen wird die Kraft von komprimiertem Gas zum Dichten des radialen Spiels zwischen den Hüllgliedern genützt.

Bei dem genannten Stand der Technik verschiebt die Flieh­ kraft der umlaufenden Spindel diese in Radialrichtung nach außen und drückt sie gegen eine Seitenwand eines ortsfesten Hüllglieds, so daß das radiale Spiel zwischen den Hüll­ gliedern verringert oder zu Null gemacht wird. Wenn die Umlaufgeschwindigkeit der umlaufenden Spindel erhöht wird, nimmt eine Kontaktkraft zwischen den Hüllgliedern zu, und große Kräfte werden an den Hüllgliedern erzeugt, so daß die Gefahr einer Beschädigung besteht und zunehmende Schwin­ gungs- und Lärmprobleme aufgrund des Kontakts zwischen den Hüllgliedern der Spindeln auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Schraubenverdichters, bei dem der Verdichtungs-Wir­ kungsgrad nicht abnehmen kann, wenn die umlaufende Spindel mit niedriger Drehzahl umläuft, und bei dem eine übermäßig hohe Kontaktkraft an den Spindelhüllgliedern ausgeschlossen und die Erzeugung von Schwingungen und Lärm vermindert werden sowie die Zuverlässigkeit des Schraubenverdichters auf einem hohen Wert aufrechterhalten wird, wenn die umlau­ fende Spindel mit hoher Drehzahl umläuft.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Schraubenverdichter mit einer ortsfesten Spindel, die eine ortsfeste Endplatte und ein davon ausgehendes ortsfestes spiralförmiges Hüllglied aufweist, mit einer umlaufenden Spindel, die eine umlaufende Endplatte und ein davon aus­ gehendes umlaufendes spiralförmiges Hüllglied aufweist und um die Achse der ortsfesten Spindel umläuft und ein umlau­ fendes Lager hat, wobei die Hüllglieder von ortsfester Spindel und umlaufender Spindel ineinandergreifen unter Bildung einer Fluidverdichtungskammer, und mit einer Anti­ rotationsvorrichtung, die verhindert, daß die umlaufende Spindel um ihre eigene Achse rotiert, und ein Umlaufen dieser Spindel um die Achse der ortsfesten Spindel ermög­ licht, gekennzeichnet durch eine um ihre eigene Achse rotierende Hauptwelle, eine exzentrische Antriebswelle, deren Achse von der Achse der Hauptwelle entfernt verläuft und die um die Achse der Hauptwelle umläuft und mit dem umlaufenden Lager in Rotationseingriff steht, so daß die exzentrische Antriebswelle die umlaufende Spindel auf ihrer Umlaufbahn um die Achse der ortsfesten Spindel antreibt, wobei die exzentrische Antriebswelle an der Hauptwelle so geführt ist, daß der Abstand zwischen der Achse der ex­ zentrischen Antriebswelle und der Achse der Hauptwelle änderbar ist, und die Hauptwelle die exzentrische Antriebs­ welle auf ihrer Umlaufbahn um die Achse der Hauptwelle antreibt, ein Ausgleichsgewicht, das mit der exzentrischen Antriebswelle verbunden ist und dessen Schwerpunkt von der Achse der Hauptwelle entfernt liegt, so daß die Fliehkraft des Ausgleichsgewichts die exzentrische Antriebswelle in Richtung zur Hauptwelle zieht, und Mittel zum Beaufschlagen der exzentrischen Antriebswelle mit einer von der Haupt­ welle wegführenden Schiebekraft.

Bei diesem Schraubenverdichter wird bei hoher Drehzahl der Hauptwelle der exzentrische Abstand zwischen der Achse der exzentrischen Antriebswelle und der Achse der Hauptwelle, d. h. der Umlaufradius der umlaufenden Spindel, durch die Fliehkraft des Ausgleichsgewichts verringert, die entspre­ chend der Erhöhung der Drehzahl der Hauptwelle zunimmt, so daß das Spiel zwischen den Hüllgliedern vergrößert wird. Ferner wird bei Niedrigdrehzahl der Hauptwelle der außer­ mittige Abstand zwischen der Achse der exzentrischen An­ triebswelle und der Achse der Hauptwelle, d. h. der Umlauf­ radius der umlaufenden Spindel, durch Mittel, die die exzentrische Antriebswelle von der Hauptwelle wegschieben, sowie durch die Fliehkraft des Ausgleichsgewichts, die entsprechend der abnehmenden Drehzahl der Hauptwelle ab­ nimmt, vergrößert, so daß der Spielraum zwischen den Hüll­ gliedern verringert wird. Es wird somit verhindert, daß der Verdichtungs-Wirkungsgrad abfällt, wenn die umlaufende Spindel mit Niedrigdrehzahl umläuft. Ferner wird eine zu hohe Kontaktkraft auf die Hüllglieder der Spindeln vermie­ den, die Erzeugung von Schwingungen und Lärm wird verrin­ gert, und die Zuverlässigkeit des Schraubenverdichters wird auf einem hohen Niveau gehalten, wenn die umlaufende Spin­ del mit hoher Drehzahl umläuft.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen wesentlichen Teil einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Explosionsansicht, die eine aus einer Hauptwelle, einer exzentrischen Antriebswelle und einem Ausgleichsgewicht bestehende Bau­ gruppe zeigt;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Gesamtausfüh­ rungsform der Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm, das auf die Hauptwelle wirkende Fliehkräfte wiedergibt;

Fig. 5 Beziehungen zwischen der Drehzahl, der Flieh­ kraftdifferenz, der Federkraft und dem Hüll­ gliederspiel bei der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen wesentlichen Teil einer weiteren Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Schraubenver­ dichter mit dem Teil von Fig. 6;

Fig. 8 einen Querschnitt durch eine Gesamtausfüh­ rungsform der Erfindung;

Fig. 9 einen Querschnitt A-A nach Fig. 8;

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine Baugruppe aus ex­ zentrischer Antriebswelle und Hauptwelle;

Fig. 11 ein Diagramm von Fliehkräften und Druckgas­ kräften, mit denen die umlaufende Spindel beaufschlagt ist;

Fig. 12 ein Diagramm von Fliehkräften, mit denen die exzentrische Antriebswelle und die Hauptwelle beaufschlagt sind;

Fig. 13 eine Draufsicht, die eine Anordnung aus Dreh­ zapfen und Anschlagstift zeigt;

Fig. 14 eine Beziehung zwischen dem Spiel zwischen den Seitenwänden der Hüllglieder und einem Spiel eines Anschlagstiftteils; und

Fig. 15 eine Beziehung zwischen dem Spiel zwischen den Seitenwänden der Hüllglieder und der Drehzahl.

Der Querschnitt von Fig. 3 zeigt eine Gesamtausführungsform des Schraubenverdichters. Dieser ist in einem Gehäuse 1 angeordnet. Eine ortsfeste Spindel 2 hat ein ortsfestes spiralförmiges Hüllglied, und eine umlaufende Spindel 3 hat ein umlaufendes spiralförmiges Hüllglied. Die ortsfeste Spindel 2 und die umlaufende Spindel 3 sind einander zuge­ wandt unter Bildung einer Verdichtungskammer zwischen den ineinandergreifenden Hüllgliedern. Durch eine Einlaßleitung 8 wird ein Gas angesaugt und strömt durch einen peripheren Abschnitt der umlaufenden Spindel 3 in die Verdichtungs­ kammer. Die umlaufende Spindel 3 wird an einer Rotation um ihre eigene Achse durch einen Antirotationsmechanismus 15 gehindert. Auf einer Hauptwelle 5 ist eine exzentrische Antriebswelle 18 angeordnet, und die Achse 52 der exzentri­ schen Antriebswelle 18 verläuft entfernt von der Hauptachse 51 der Hauptwelle 5 derart, daß die exzentrische Antriebs­ welle 18 um die Hauptachse 51 der um ihre eigene Achse rotierenden Hauptwelle 5 umläuft. Die umlaufende Spindel 3 wird von der exzentrischen Antriebswelle 18 angetrieben, die mit einem umlaufenden Lager 16 verbunden ist, das an der Endplatte der umlaufenden Spindel 3 angeordnet ist, so daß die umlaufende Spindel 3 um die ortsfeste Spindel 2 umläuft. Das Gas in der zwischen dem ortsfesten und dem umlaufenden Hüllglied gebildeten Verdichtungskammer wird zur Mitte der ortsfesten Spindel 2 hin gefördert und all­ mählich verdichtet und strömt zur Außenseite des Schrauben­ verdichters durch einen Auslaß 11, der mittig in der orts­ festen Spindel 2 ausgebildet ist, sowie durch eine Auslaß­ kammer 13, einen Kanal 12 und eine Auslaßleitung 9.

Die Hauptwelle 5 ist in einem Hauptlager aufgenommen, das an einem Rahmen 4 befestigt ist, der an der ortsfesten Spindel 2 festgelegt ist, und wird von einem Motor mit einem Läufer 7 und einem Ständer 6 angetrieben. Ein Aus­ gleichsgewicht 21 ist an der exzentrischen Antriebswelle 18 befestigt.

Die Exzenterachse 52 der exzentrischen Antriebswelle 18 ist von der Hauptachse 51 der Hauptwelle 5 entfernt so ange­ ordnet, daß die umlaufende Spindel 3 um die Achse der orts­ festen Spindel 2 umläuft. Ein Abstand zwischen der Exzen­ terachse 52 und der Hauptachse 51 ist im wesentlichen gleich dem Radius der Umlaufbewegung. Bei dem hier ange­ gebenen Schraubenverdichter ändert sich der exzentrische Abstand, d. h. der Radius der Umlaufbewegung, geringfügig nach Maßgabe der Drehzahl der Hauptwelle, wie nachstehend erläutert wird.

Die Fig. 1 und 2 zeigen im einzelnen einen Aufbau im Be­ reich der exzentrischen Antriebswelle 18. Die exzentrische Antriebswelle 18 ist in das umlaufende Lager 16 an der Endplatte der umlaufenden Spindel 3 eingesetzt und hat einen durchmessergroßen Abschnitt 18 a, dessen Achse auf der Exzenterachse 52 der exzentrischen Antriebswelle 18 liegt und der mit der Welle 18 einstückig ausgeführt ist. Der durchmessergroße Abschnitt 18 a besitzt eine seitlich ver­ laufende Nut 18 b, die senkrecht zur Exzenterachse 52 der exzentrischen Antriebswelle 18 verläuft. Das Ausgleichs­ gewicht 21 ist an der exzentrischen Antriebswelle 18 so befestigt, daß eine Öffnung 21 b eines Befestigungsab­ schnitts 21 a engpassend auf dem durchmessergroßen Abschnitt 18 a sitzt, so daß beide Enden der seitlichen Nut 18 b des durchmessergroßen Abschnitts 18 a durch eine Innenfläche der Öffnung 21 b verschlossen sind. Der Schwerpunkt des Aus­ gleichsgewichts 21 liegt im wesentlichen auf der Achse der seitlichen Nut 18 b senkrecht zur Exzenterachse 52 der ex­ zentrischen Antriebswelle 18 a. An einem Oberende der Haupt­ welle 5 ist mit dieser einstückig eine Leitschiene 5 a gebildet. Die Längsachse der Leitschiene 5 a verläuft senk­ recht zur Hauptachse 51, und der Mittelpunkt der Leit­ schiene 5 a liegt von der Hauptachse 51 in Radialrichtung der Hauptwelle 5 entfernt. Die Leitschiene 5 a ist in die seitliche Nut 18 b der exzentrischen Antriebswelle 18 ein­ gesetzt, und die Antriebswelle 18 ist entlang der Leit­ schiene 5 a verschiebbar. Daher verläuft die Achse der ex­ zentrischen Antriebswelle entfernt von der Achse der Haupt­ welle. Die Leitschiene 5 a weist ein seitliches Blindloch 5 b auf, in das eine Feder 22 eingesetzt ist, die auf die Innenfläche der Öffnung 21 b des Ausgleichsgewichts 21 drückt. Die Differenz zwischen dem Innendurchmesser der Öffnung 21 b und der Länge der Leitschiene 5 a der Hauptwelle 5 entspricht im wesentlichen einem Verstellbetrag zur Ver­ stellung eines Spiels zwischen den Hüllgliedern der orts­ festen und der umlaufenden Spindel.

Durch diesen Aufbau wird der exzentrische Abstand zwischen der Achse der exzentrischen Antriebswelle 18 und der Achse der Hauptwelle 5, d. h. der Umlaufradius der umlaufenden Spindel, entsprechend der Geschwindigkeit der Umlaufbewe­ gung der umlaufenden Spindel, also der Drehzahl der Haupt­ welle 5, geändert, wie nachstehend erläutert wird. Fig. 1 zeigt, daß die umlaufende Spindel 3 durch die Kraft der Feder 22 in Richtung zur ortsfesten Spindel beaufschlagt und der Umlaufradius vergrößert wird und das Spiel zwischen den Hüllgliedern der beiden Spindeln Null ist.

Auf die Hauptwelle 5 wird über die exzentrische Antriebs­ welle 18 eine Fliehkraft der mit dem Umlaufradius um die Achse der Hauptwelle 5 umlaufenden Spindel 3 in Richtung einer Zusammenführung des Schwerpunkts der umlaufenden Spindel 3 mit der Achse der Hauptwelle 5 ausgeübt. Ferner wird eine Fliehkraft der exzentrischen Antriebswelle 18 auf die Hauptwelle 5 ausgeübt. Das Ausgleichsgewicht 21 und ein unteres Ausgleichsgewicht 17 (Fig. 3) sind so angeordnet, daß die Fliehkräfte ausgeglichen werden, wodurch Schwin­ gungen verringert werden. Nach Fig. 4 ist Fco eine von der umlaufenden Spindel 3 und der exzentrischen Antriebswelle 18 erzeugte Fliehkraft. Fcm ist eine von dem Ausgleichs­ gewicht 21 erzeugte Fliehkraft. Fcs ist eine von dem unte­ ren Ausgleichsgewicht 17 erzeugte Fliehkraft. Die Punkte a, b und c sind jeweils Wirkpunkte von Fco, Fcm bzw. Fcs. Die Abstände zwischen a und b bzw. b und c sind mit h 1 bzw. h 2 bezeichnet. Die folgenden Gleichungen ergeben sich durch den Kraft- und Momentenausgleich:

Fcm=Fco+Fcs (1)

Fco*h 1=Fcs*h 2 (2)

Fcm=(1+h 1/h 2)*Fco (3)

Daher gilt:

Fcm-Fco=h 1*Fco/h 2 (4)

Wenn Mo die Gesamtmassen der umlaufenden Spindel 3 und der exzentrischen Antriebswelle 18, ε den Radius der Umlauf­ bewegung und ω die Winkelgeschwindigkeit der Hauptwelle bezeichnet, so ist Fco durch die folgende Gleichung gegeben:

Fco=Mo*e*ω² (5)

Daher gilt:

Fcm-Fco=h 1*Mo*ε*ω²/h 2 (6)

und die Beziehung zwischen ω und einer Antriebsfrequenz Hz ist durch die folgende Gleichung gegeben:

ω=2* *Hz (7)

Das obere Diagramm von Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen einer Fliehkraftdifferenz (Fcm - Fco) und der Antriebsfre­ quenz Hz (Drehzahl der Hauptwelle 5), die mit den Glei­ chungen (6) und (7) berechnet wird. Fig. 5 zeigt ferner die Kraft der Feder 22, die in die Leitschiene 5 a der Haupt­ welle 5 eingesetzt ist. Das untere Diagramm von Fig. 5 zeigt eine Beziehung zwischen dem zwischen den Hüllgliedern der ortsfesten und der umlaufenden Spindel vorhandenen Spiel und der Antriebsfrequenz Hz. Wenn die Antriebsfre­ guenz Hz kleiner als eine Ausgleichsfrequenz A ist, bei der die Fliehkraftdifferenz (Fcm - Fco) gleich der Federkraft ist, vergrößert sich der Radius der Umlaufbewegung, und das Spiel zwischen den Hüllgliedern der ortsfesten und der umlaufenden Spindel wird auf im wesentlichen Null ver­ ringert.

Wenn die Antriebsfrequenz Hz größer als eine Ausgleichs­ frequenz A ist, wird der Radius der Umlaufbewegung kleiner, und das Spiel zwischen den Hüllgliedern der beiden Spindeln wird größer. Bei weiter steigender Antriebsfrequenz Hz gelangt die Innenfläche der Öffnung 21 b mit dem Längsende der Leitschiene 5 a in Kontakt, so daß das maximale Spiel zwischen den Hüllgliedern auf ein vorbestimmtes Maß be­ grenzt ist.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Dabei ist in dem seitlich verlaufenden Loch 30 der Leitschiene anstelle der Feder nach den Fig. 1 und 2 ein Kolben 33 angeordnet. Der Kolben 33 wird mit Fluiddruck beaufschlagt und drückt auf die Innenfläche der Öffnung 21 b des Befestigungsab­ schnitts 21 a des Ausgleichsgewichts 21. Ein Ölzufuhrkanal 34 verläuft durch die Hauptwelle 5 und die exzentrische Antriebswelle 18 zu einer unteren Kammer, die am Unterende der Hauptwelle 5 angeordnet ist und Hochdrucköl zugeführt erhält (Fig. 7). Das Hochdrucköl wird der Innenseite des Kolbens 33 von der unteren Kammer durch den Ölzufuhrkanal 34 zugeführt. Ein Zwischendruckraum 25, der das Ausgleichs­ gewicht 21 aufnimmt (Außenseite des Kolbens 33) ist mit einem Nieder- oder Zwischendruckgas gefüllt, so daß eine Druckdifferenz zwischen beiden Enden des Kolbens 33 eine Kraft erzeugt, um die Innenfläche der Öffnung 21 b zu beauf­ schlagen. Das Zwischendruckgas wird dem Zwischendruckraum 25 durch eine Einlaßöffnung 26 aus der zwischen den Hüll­ gliedern gebildeten Verdichtungskammer zugeführt, wobei die Einlaßöffnung 26 durch die Endplatte der umlaufenden Spin­ del 3 verläuft, wie Fig. 3 zeigt. Eine Abdichtung hinsicht­ lich der Druckdifferenz wird mit einem O-Dichtring 35, einem Spiel des Kolbens 33 und einem Lagerspiel der umlau­ fenden Spindel erreicht.

Die auf die Innenfläche der Öffnung 21 b wirkende Kraft des Kolbens 33 steht mit der Druckdifferenz und den Kolben­ flächen, auf die die Drücke einwirken, in Beziehung, und die Kolbenflächen sind in geeigneter Weise so ausgelegt, daß durch eine Druckdifferenz eine gewünschte Druckkraft erzeugt wird. Die Funktionsweise dieser Ausführungsform entspricht derjenigen der Ausführungsform nach Fig. 1. Da sich jedoch die Druckkraft nach Maßgabe der Drücke ändert, ist der Betrieb dieser Ausführungsform gegenüber derjenigen von Fig. 1 etwas komplexer.

Eine weitere Ausführungsform ist in den Fig. 8-15 gezeigt. Wie der Querschnitt von Fig. 8 zeigt, umfaßt der Schrauben­ verdichter einen Verdichtungsapparat aus einer ortsfesten Spindel 102, einer umlaufenden Spindel 103, einer Oldham­ kupplung 104, einem Rahmen 105 und einem exzentrischen Antrieb 107, einem Motor mit Ständer 108 und Läufer 109 sowie einer Hauptwelle 106, die eine Antriebskraft des Motors auf den Verdichtungsapparat überträgt. Diese Teile sind in einem hermetischen Gehäuse 101 angeordnet. Eine Verdichtungskammer 111 zur Steigerung des Fluiddrucks ist durch die ortsfeste Spindel 102, die am Rahmen 105 befe­ stigt ist und eine ortsfeste Endplatte sowie ein von der Endplatte ausgehendes spiralförmiges ortsfestes Hüllglied 102 a hat, und die umlaufende Spindel 103, die von der Hauptwelle 106 angetrieben wird und eine umlaufende End­ platte sowie ein davon ausgehendes spiralförmiges umlau­ fendes Hüllglied 103 a hat, definiert. Die Achse der ex­ zentrischen Antriebswelle 107 a des exzentrischen Antriebs 107 verläuft entfernt von der Achse der Hauptwelle 106. Die umlaufende Spindel 103 wird von der exzentrischen Antriebs­ welle 107 a so angetrieben, daß sie um die Achse der Haupt­ welle 106 mit einem Umlaufradius umläuft. Eine Rotation der umlaufenden Spindel 103 um ihre eigene Achse wird durch die Oldhamkupplung 104 verhindert. Ein Niederdruckfluid strömt aus einer Einlaßkammer 113 zur Verdichtungskammer 111 und wird dort verdichtet. Anschließend strömt das verdichtete Hochdruckfluid durch einen Auslaß 121 in das hermetische Gehäuse 101. Das Hochdruckfluid strömt durch einen Auslaß­ kanal 122, einen peripheren Abschnitt des Motors und eine Auslaßleitung 123 zur Außenseite des hermetischen Gehäuses 101. Wenn der Schraubenverdichter in einem Kühlsystem ein­ gesetzt wird, strömt das Hochdruckfluid zu einem Wärme­ tauscher (nicht gezeigt). Die Hauptwelle 106 ist in einem Lagervorsprung 105 a des Rahmens 105 gelagert. Die umlau­ fende Spindel 103 weist einen umlaufenden Lagervorsprung 103 a auf, in den die exzentrische Antriebswelle 107 a zum Antrieb der umlaufenden Spindel 103 eingesetzt ist. Ein unterer Abschnitt des hermetischen Gehäuses 101 enthält Schmieröl 110. Dieses wird den Lagern durch einen in der Hauptwelle 106 verlaufenden Schmierölkanal 126 zugeführt.

Die Fig. 9 und 10 zeigen die Hauptwelle 106 und die ex­ zentrische Antriebseinheit 107 im einzelnen. Ein oberer Abschnitt der Hauptwelle 106 hat einen zylindrischen Dreh­ zapfen 106 a, dessen Achse entfernt von der Achse der Haupt­ welle 106 und parallel dazu verläuft und der eine zylindri­ sche Öffnung 106 b aufweist. Der exzentrische Antrieb 107 umfaßt eine exzentrische Antriebswelle 107 a, ein oberes Ausgleichsgewicht 107 b, einen zylindrischen Anschlagstift 107 c und eine zylindrische Durchgangsöffnung 107 d. Der Abstand zwischen der Achse der exzentrischen Antriebswelle 107 a und der Achse der Hauptwelle ist im wesentlichen gleich dem Umlaufradius. Der Drehzapfen 106 a der Hauptwelle ist in die Durchgangsöffnung 107 d des exzentrischen An­ triebs mit geringem Spiel von weniger als 10 µm eingefügt, und der Anschlagstift 107 c des exzentrischen Antriebs ist in die Öffnung 106 b der Hauptwelle mit großem Spiel von einigen 100 µm eingefügt, so daß die Antriebskraft der Hauptwelle 105 auf den exzentrischen Antrieb 107 übertragen und die umlaufende Spindel von der exzentrischen Antriebs­ welle 107 a angetrieben wird. Der exzentrische Antrieb 107 kann um die Achse des Drehzapfens 106 a rotieren, und der Rotationsbereich des exzentrischen Antriebs 107 ist durch das große Spiel zwischen dem Anschlagstift 107 c und der Einführöffnung 106 b begrenzt.

Die Drehrichtung des exzentrischen Antriebs 107 ist durch die auf den exzentrischen Antrieb wirkenden Kräfte und die Lage des Drehzapfens 106 a, d. h. durch die auf die Achse des Drehzapfens 106 a wirkenden Rotationsmomente bestimmt. Der Rotationsbereich des exzentrischen Antriebs 107 ist durch das große Spiel zwischen dem Anschlagstift 107 c und der Einführöffnung 106 b und durch die Lagebeziehung zwi­ schen dem Anschlagstift 107 c und dem Drehzapfen 106 a bestimmt.

Beim Verdichten des Gases wird die umlaufende Spindel mit einer durch das verdichtete Gas erzeugten Kraft beauf­ schlagt. Wie Fig. 11 zeigt, ist die Kraft des verdichteten Gases aufgeteilt in eine kleine Kraft Fgt in die exzentri­ sche Richtung zu einer Zusammenführung der Achsen der ex­ zentrischen Antriebswelle 107 a und der Hauptwelle 106 und eine große Kraft Fgm senkrecht zur exzentrischen Richtung. Fgt zieht die umlaufende Spindel in Richtung der Achse der Hauptwelle, und Fgt wirkt der Rotation der Hauptwelle durch den exzentrischen Antrieb entgegen. Der exzentrische An­ trieb wird mit Fliehkräften der umlaufenden Spindel, der exzentrischen Antriebswelle 107 a und des oberen Ausgleichs­ gewichts 107 b beaufschlagt. Wenn Δ Fc eine die exzentrische Antriebswelle ziehende Kraft, Fgt die vom verdichteten Gas in der außermittigen Richtung erzeugte Kraft, Fco der Betrag der Fliehkräfte der umlaufenden Spindel und der exzentrischen Antriebswelle und Fcm eine Fliehkraft des oberen Ausgleichsgewichts ist, ist Δ Fc durch die folgende Gleichung gegeben:

Δ Fc=Fcm-Fco+Fgt.

Fig. 12 zeigt einen Ausgleich der Fliehkräfte. Dabei ist Fcs die Fliehkraft eines unteren Ausgleichsgewichts 115, das an einem unteren Abschnitt des Läufers 109 angeordnet ist. Die folgenden Gleichungen ergeben sich auf der Grund­ lage des Ausgleichs von Kraft und Drehmoment:

Fcm=Fco+Fcs

Fcm*h 2=Fco*(h 1+h 2).

Daher ist Fcm immer größer als Fco. Da Fgt sehr klein ist, ist Δ Fc normalerweise größer als Null.

Fig. 13 zeigt die Anordnung der Achsen der exzentrischen Antriebswelle 107 a, der Hauptwelle 106, des Drehzapfens 106 a und des Anschlagstifts 107 c. Dabei bezeichnen oc, os, or und op die Achsen der exzentrischen Antriebswelle 107 a, der Hauptwelle 106, des Drehzapfens 106 a bzw. des Anschlag­ stifts 107 c. Der Abstand zwischen Or und Op ist mit rlp, der Abstand zwischen Or und Oc mit rlc, der Abstand zwi­ schen Or und der X-Koordinate mit lc, der Abstand zwischen Or und derY-Koordinate mit lg und ein radiales Spiel des Anschlagstifts 107 c mit lp bezeichnet. Wenn Δ Fc auf die exzentrische Antriebswelle nach links auf der X-Koordinate von Fig. 13 wirkt, und Fgm auf die exzentrische Antriebs­ welle nach unten in Richtung der Y-Koordinate einwirkt, wird das Drehmoment Δ M des exzentrischen Antriebs auf die Achse des Drehzapfens 106 a mittels der folgenden Gleichung berechnet:

Δ M=Δ Fc*1c-Fgm*1g.

Wenn Δ M größer als Null ist, läuft der exzentrische Antrieb im Gegenuhrzeigersinn um, so daß der Umlaufradius zwischen den Achsen der Hauptwelle und der exzentrischen Antriebs­ welle kleiner wird. Wenn Δ M kleiner als Null ist, läuft der exzentrische Antrieb im Uhrzeigersinn um, so daß der Um­ laufradius zwischen den Achsen der Hauptwelle und der ex­ zentrischen Antriebswelle größer wird. Daher ändert sich das Spiel zwischen den Hüllgliedern der ortsfesten Spindel 102 und der von der exzentrischen Antriebswelle angetrie­ benen umlaufenden Spindel 103.

Der Rotationswinkel Δ R c des exzentrischen Antriebs 107 um die Achse des Drehzapfens 106 a ist durch das Spiel zwischen dem Anschlagstift 107 c und der Einführöffnung 106 b sowie durch die Lagebeziehung zwischen dem Anschlagstift 107 c und dem Drehzapfen 106 a bestimmt. Δ R c wird mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet:

ΔR c=±δ p/rlp.

Wenn R c ein Winkel zwischen der Y-Koordinate und der Linie rlc und Δε ein Änderungsbetrag der Lage der ex­ zentrischen Antriebswelle in Richtung der X-Koordinate ist, erhält man Δε durch die folgende Gleichung:

Δε=rlc*{sin(R c±ΔR c)-sin R c}.

Wenn δ ro ein Soll-Spiel zwischen den Hüllgliedern und δ r ein Ist-Spiel zwischen den Hüllgliedern ist, so wird δ r durch die folgende Gleichung berechnet:

δ r=δ ro±Δε

(δ r≧0).

Δε wird auf der Basis von δ p wie oben gezeigt bestimmt, so daß Fig. 14 die Beziehung zwischen δ p und δ r zeigt.

Wenn gemäß Fig. 14 das Spiel δ p zwischen dem Anschlagstift 107 c und der Einführöffnung 106 b δ po ist, so ist Δ M größer als Null, da bei hoher Drehzahl der Hauptwelle die Flieh­ kräfte zunehmen und Δ Fc größer wird, so daß der exzentri­ sche Antrieb 107 im Gegenuhrzeigersinn um die Achse des Drehzapfens 106 a umläuft und das Spiel zwischen den Hüll­ gliedern den Höchstbetrag von w ro+Δε annimmt, und infol­ gedessen kontaktieren die Seitenwände der Hüllglieder ein­ ander nicht. Da ferner bei niedriger Drehzahl der Haupt­ welle die Fliehkräfte abnehmen und Δ Fc klein wird gegenüber Fgm, das durch das verdichtete Gas erzeugt wird, ist Δ M kleiner als Null, so daß der exzentrische Antrieb 107 im Uhrzeigersinn um die Achse des Drehzapfens 106 a umläuft und das Spiel δ r zwischen den Hüllgliedern auf Null abnimmt, wie Fig. 15 zeigt. Wenn die Last des Schraubenverdichters klein ist, wird das Spiel δ r zwischen den Hüllgliedern bei Niedrigdrehzahl der Hauptwelle größer als Null entsprechend A in Fig. 15. Wenn die Last des Schraubenverdichters groß ist, wird das Spiel δ r zwischen den Hüllgliedern bei hoher Drehzahl der Hauptwelle größer als Null entsprechend C in Fig. 15.

Zum Erhalt der vorgenannten Betriebsweise des exzentrischen Antriebs muß sich der Drehzapfen 106 a in den Abschnitten III oder I von Fig. 13 befinden, die mittels X- und Y-Ko­ ordinaten unterteilt sind.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ändert sich das Spiel zwischen den Hüllgliedern abrupt, wie Fig. 15 zeigt. Wenn sich das Spiel zwischen den Hüllgliedern proportional der Drehzahl der Hauptwelle oder dem Druck des verdichteten Gases ändern soll, kann zwischen dem Anschlagstift 107 c und der Einführöffnung 106 b ein elastisches Element eingefügt werden.

Claims (7)

1. Schraubenverdichter mit:
einer ortsfesten Spindel (2; 102), die eine ortsfeste End­ platte und ein davon ausgehendes ortsfestes spiralförmiges Hüllglied aufweist;
einer umlaufenden Spindel (3; 103), die eine umlaufende Endplatte und ein davon ausgehendes umlaufendes spiralför­ miges Hüllglied aufweist und um die Achse der ortsfesten Spindel (2; 102) umläuft und ein umlaufendes Lager (16; 103 a) hat, wobei die Hüllglieder von ortsfester Spindel (2; 102) und umlaufender Spindel (3; 103) ineinandergreifen unter Bildung einer Fluidverdichtungskammer; und
einer Antirotationsvorrichtung (15; 104), die verhindert, daß die umlaufende Spindel (3; 103) um ihre eigene Achse rotiert, und ein Umlaufen dieser Spindel (3; 103) um die Achse der ortsfesten Spindel (2; 102) ermöglicht; gekennzeichnet durch

• - eine um ihre eigene Achse rotierende Hauptwelle (5; 106);
• - eine exzentrische Antriebswelle (18; 107 a), deren Achse von der Achse der Hauptwelle (5; 106) entfernt verläuft und die um die Achse der Hauptwelle (5; 106) umläuft und mit dem umlaufenden Lager (16; 103 a) in Rotationseingriff steht, so daß die exzentrische Antriebswelle (18; 107 a) die umlaufende Spindel (3; 103) auf ihrer Umlaufbahn um die Achse der ortsfesten Spindel (2; 102) antreibt, wobei die exzentrische Antriebswelle (18; 107 a) an der Haupt­ welle (5; 106) so geführt ist, daß der Abstand zwischen der Achse der exzentrischen Antriebswelle (18; 107 a) und der Achse der Hauptwelle (5; 106) änderbar ist, und die Hauptwelle (5; 106) die exzentrische Antriebswelle (18; 107 a) auf ihrer Umlaufbahn um die Achse der Hauptwelle (5; 106) antreibt;
• - ein Ausgleichsgewicht (21; 107 b), das mit der exzentri­ schen Antriebswelle (18; 107 a) verbunden ist und dessen Schwerpunkt von der Achse der Hauptwelle (5; 106) ent­ fernt liegt, so daß die Fliehkraft des Ausgleichsgewichts (21; 107 b) die exzentrische Antriebswelle (18; 107 a) in Richtung zur Hauptwelle (5; 106) zieht; und
• - Mittel zum Beaufschlagen der exzentrischen Antriebswelle (18; 107 a) mit einer von der Hauptwelle (5; 106) wegfüh­ renden Schiebekraft.

2. Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verschieben der exzentrischen Antriebs­ welle (18; 107 a) aus einer Feder (22) bestehen, deren eines Ende mit der Hauptwelle (5; 106) und deren anderes Ende mit der exzentrischen Antriebswelle (18; 107 a) verbunden ist.

3. Schraubenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verschieben der exzentrischen Antriebs­ welle (18; 107 a) einen Kolben (33) zum Verschieben der exzentrischen Antriebswelle (18; 107 a) weg von der Haupt­ welle (5; 106) und eine Kolbenkammer (30) zur Aufnahme des Kolbens (33) umfassen und daß einem Raum zwischen dem Kolben (33) und der Kolbenkammer (30) Druckfluid zuführbar ist.

4. Schraubenverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite der Mittel zum Verschieben der exzentri­ schen Antriebswelle (18; 107 a) mit verdichtetem Gas aus der Fluidverdichtungskammer beaufschlagbar ist.

5. Schraubenverdichter mit:
einer ortsfesten Spindel (102), die eine ortsfeste End­ platte und ein davon ausgehendes ortsfestes spiralförmiges Hüllglied aufweist;
einer umlaufenden Spindel (103), die eine umlaufende End­ platte und ein davon ausgehendes umlaufendes spiralförmiges Hüllglied aufweist und um die Achse der ortsfesten Spindel (102) umläuft und ein umlaufendes Lager (103 a) hat, wobei die Hüllglieder von ortsfester Spindel (102) und umlaufen­ der Spindel (103) ineinandergreifen unter Bildung einer Fluidverdichtungskammer; und
einer Antirotationsvorrichtung (104), die verhindert, daß die umlaufende Spindel (103) um ihre eigene Achse rotiert, und ein Umlaufen dieser Spindel (103) um die Achse der ortsfesten Spindel (102) ermöglicht;
gekennzeichnet durch

• - eine um ihre eigene Achse rotierende Hauptwelle (106), die einen Drehzapfen (106 a) aufweist, dessen Achse von der Achse der Hauptwelle (106) entfernt verläuft;
• - eine exzentrische Antriebswelle (107 a), deren Achse von der Achse der Hauptwelle (106) entfernt verläuft und die um die Achse der Hauptwelle (106) umläuft und mit dem umlaufenden Lager (103 a) in Rotationseingriff steht, so daß die exzentrische Antriebswelle (107 a) die umlaufende Spindel (103) auf ihrer Umlaufbahn um die Achse der orts­ festen Spindel (102) antreibt, wobei die exzentrische Antriebswelle (107 a) ein Zapfenlager (107 a) aufweist, dessen Achse von der Achse der exzentrischen Antriebs­ welle (107 a) entfernt verläuft und das mit dem Drehzapfen (106 a) in Rotationseingriff steht, so daß die exzentri­ sche Antriebswelle (107 a) um die Achse des Drehzapfens (106 a) umlaufen kann, und wobei der Abstand zwischen der Achse der exzentrischen Antriebswelle (107 a) und der Achse der Hauptwelle (106) änderbar ist und die Haupt­ welle (106) die exzentrische Antriebswelle (107 a) auf ihrer Umlaufbahn um die Achse der Hauptwelle (106) an­ treibt; und
• - ein an der exzentrischen Antriebswelle (107 a) befestigtes Ausgleichsgewicht (107 b), dessen Schwerpunkt von der Achse der Hauptwelle (106) entfernt ist, wobei die Rich­ tung des Drehmoments, das von der zur exzentrischen Antriebswelle (107 a) übertragenen Kraft des verdichteten Gases aus der Verdichtungskammer erzeugt wird, entgegen­ gesetzt ist zu der Richtung des Drehmoments, das von der Fliehkraft des Ausgleichsgewichts (107 b) um die Achse des Drehzapfens (106 a) erzeugt wird, sowie zu der Richtung des Drehmoments, das von dem verdichteten Gas erzeugt wird und die exzentrische Antriebswelle (107 a) in Rich­ tung zur Hauptwelle (106) zieht, und zu der Richtung des Drehmoments, das durch die Fliehkraft des Ausgleichs­ gewichts (107 b) erzeugt wird und die exzentrische An­ triebswelle (107 a) von der Hauptwelle (106) wegschiebt.

6. Schraubenverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Mittel zur Begrenzung des Bereichs der Umlauf­ bewegung der exzentrischen Antriebswelle (107 a) um die Achse des Drehzapfens (106 a) vorgesehen sind.

7. Schraubenverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsmittel die Umlaufbewegung der exzentri­ schen Antriebswelle (107 a) um die Achse des Drehzapfens (106 a) elastisch begrenzen.