DE69208065T2

DE69208065T2 - Kupplungsmechanismus für eine Spiralmaschine

Info

Publication number: DE69208065T2
Application number: DE69208065T
Authority: DE
Inventors: James William Bush; Christopher Robert Galante
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1991-12-17
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2012-12-11
Also published as: CA2083526C; CN1031524C; US5178526A; DE69208065D1; JP2703703B2; CN1074513A; KR960009863B1; CA2083526A1; EP0548002A1; AU3015692A; JPH05248367A; TW223675B; AU651509B2; EP0548002B1

Description

Hintergrund der Erfindung

In einer Spiralmaschine wie einer Pumpe, einem Kompressor oder einer Expansionsmaschine gibt es eine grundlegende Zusammenwirkung zwischen den Spiralelementen dahingehend, daß eines in bezug auf das andere eine Umlaufbewegung ausführen muß. Das Spiralelement, das in bezug auf das andere Spiralelement umläuft, wird im allgemeinen als umlaufende Spirale bezeichnet. Bei bekannten Konstruktionen rotieren beide Spiralelemente, beide führen eine Umlaufbewegung aus oder eines ist fixiert oder nur zu einer Axialbewegung in der Lage. Eine Konstruktion, wie sie in dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 definiert ist, bei der beide Spiralelemente umlaufen, aber auf ünterschiedlichen Radien, ist beispielsweise in der US-A-3 874 827 beschrieben, die eine Anzahl von Ausführungsformen zeigt. Grundsätzlich haben jedoch die dargestellten Ausführungsformen eine angetriebene umlaufende Spirale, die eine feste Umlaufbahn hat und ihrerseits eine angetriebene Spirale antreibt, welche in der Lage ist, sich auf einer kleinen/kleineren Umlaufbahn sowie axial zu bewegen. Auf die angetriebene Spirale wirkt der Auslaßdruck ein, welcher die angetriebene Spirale in axiale Berührung mit der antreibenden Spirale drückt. Auf die angetriebene Spirale wirkt außerdem ein elastisches Materialteil ein, welches bestrebt ist, die angetriebene Spirale in einer Position zu halten, die dem Zentrum der kleinen Umlaufbahn entspricht. Die angetriebene Spirale führt eine Umlaufbewegung aus, die mit der vorspannung des elastischen Materials beaufschlagt ist, was die Umlaufbahn nichtkreisförmig macht. In den dargestellten Ausführungsformen ist der Kompressor von der Bauart mit offenem Antrieb, bei der sich der Motor oberhalb der Spiralen befindet, und in den meisten Ausführungsformen befindet sich eine Antidrehvorrichtung in der Auslaßkammer der Spiralen.
In der JP-A-55-46 081 ist ein Spiralkompressor beschrieben, der eine umlaufende Spirale und eine fixierte Spirale hat. Stifte, die an dem Kurbelgehäuse befestigt und in Hohlräumen der umlaufenden Spirale aufgenommen sind, beschränken die umlaufende Spirale auf eine Umlaufbewegung.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist in dem unabhängigen Anspruch 1 definiert und auf eine Spiralmaschine gerichtet, die zwei umlaufende Spiralen hat. In einer Ausführungsform wirkt eine kleine Spirale mit feststehenden Stiften zusammen, die durch eine Dichtplatte gehaltert sind, und mit der inneren Oberfläche eines Steuerringes, welcher die kleine Spirale bei ihrer Bewegung auf ihrer kleinen Umlaufbahn führt und lagert, um dadurch für radiale Nachgiebigkeit zu sorgen. Zwischendruck wirkt auf die kleine Spirale ein, um eine axiale Nachgiebigkeitskraft zu schaffen und die kleine und die große/umlaufende Spirale in Berührung zu halten. In einer weiteren Ausführungsform läuft die große/umlaufende Spirale auf dem Kurbelgehäuse. Das Kurbelgehäuse, der Steuerring und die Dichtplatte können miteinander verschraubt sein und die große und die kleine Spirale sowie das Antidrehgebilde zwischen sich halten. Die Spiralmaschine hat ein großes und ein kleines Spiralbauteil, die in einer festen Winkelbeziehung gekoppelt sind, wobei aber einem Bauteil, der kleinen Spirale, gestattet wird, eine Umlaufbewegung um Stifte auszuführen, welche ein Antidrehgebilde bilden.
Es wird eine Maschine mit gemeinsam umlaufenden Spiralen geschaffen, bei der eine feste Winkelbeziehung zwischen den umlaufenden Teilen aufrechterhalten wird.
Grundsätzlich wird eine Spiralmaschine mit gemeinsam umlaufenden Spiralteilen geschaffen, die in einer festen Winkelbeziehung gehalten werden. Jedes der Spiralteile wirkt mit dem Antidrehgebilde zusammen und ist in einer Baugruppe angeordnet, die von einer Dichtplatte, dem Steuerring und dem Kurbelgehäuse gebildet wird, welche aneinander befestigt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Für eine volleres Verständnis der vorliegenden Erfindung sollte nun auf die folgende ausführliche Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden, in welchen:
Fig. 1 ein teilweise weggeschnittener Horizontalschnitt nach der Linie 1-1 in Fig. 2 ist; und
Fig. 2 ein Vertikalschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1 ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In den Figuren bezeichnet die Bezugszahl 10 insgesamt einen hermetischen Niederdruckspiralkompressor. Der Kompressor 10 hat einen Mantel oder ein Gehäuse 12, das einen Hauptkörper 12-1 mit einem oberen Deckel 12-2 hat. Eine Separatorplatte 14 unterteilt den Mantel 12 in einen saugseitigen Sammelraum 16 und in einen druckseitigen Sammelraum 17. Ein Kurbelgehäuse 20 ist in dem Hauptkörper 12-1 angeschweißt oder anderweitig geeignet befestigt und lagert eine Kurbelwelle 22 und eine Oldhamkupplung 24 auf herkömmliche Art und Weise. Die Kurbelwelle 22 empfängt eine Nabe 26-2 der großen oder antreibenden Spirale 26 in einer exzentrisch angeordneten Ausnehmung 22-1. Die große oder antreibende Spirale 26 ist durch das Kurbelgehäuse 20 gelagert und wirkt mit der Oldhamkupplung 24 auf herkömmliche Art und Weise zusammen. Die Kurbelwelle 22 treibt die große oder antreibende Spirale 26 auf einem festen Radius an. Die große oder antreibende Spirale 26 hat eine Windung 26-1, die mit einer Windung 28-1 der kleinen oder angetriebenen Spirale 28 zusammenwirkt.
Die große Spirale 26, die kleine Spirale 28 und die Oldhamkupplung 24 werden zwischen dem Kurbelgehäuse 20 und einer Dichtplatte 30 in Stellung gehalten. Genauer gesagt, ein Steuerring 32 umgibt die Spiralen 26 und 28 und ist an der Dichtplatte 30 durch Präzisionspaßstifte 34 befestigt, so daß die Dichtplatte 30 und der Steuerring 32 effektiv ein einstückiges Gebilde sind. Ebenso ist der Steuerring 32 an dem Kurbelgehäuse 20 durch Präzisionspaßstifte 21 genau befestigt. Bei Bedarf können der Steuerring 32 und die Dichtplatte 30 Teile desselben Teils sein, wodurch die Notwendigkeit der Paßstifte 34 und ihrer zugeordneten Bohrungen eliminiert würde. Die kleine Spirale 28 hat eine Basis 28-2, in der mehrere kreisförmige Ausnehmungen 28-3 gebildet sind. Vorzugsweise gibt es drei Ausnehmungen 28- 3, die einen gegenseitigen Abstand von 120º haben. Innere und äußere Ausnehmungen 28-4 bzw. 28-5 sind in der Oberfläche der Basis 28-2 gebildet und nehmen O-Ringe oder andere geeignete Dichtungen 36 bzw. 37 auf. Ein oder mehrere gedrosselte Fluiddurchlässe 28-6 erstrecken sich durch die Basis 28-2 von einem Punkt aus, der zwischen den Dichtungen 36 und 37 angeordnet ist, und von einem Punkt aus, der zwischen benachbarten Umgängen der Windung 28-1 angeordnet ist. Mehrere sich axial erstreckende Stifte 40, die nach Anzahl und Abstand den Zentren der Ausnehmungen 28-3 entsprechen, sind in Bohrungen 30-1 der Dichtplatte 30 angeordnet.
Bei dem Zusammenbauen des Kompressors 10 wird, wenn die Spirale 26 in Stellung gebracht ist, die Windung 28-1 der Spirale 28 in Eingriff mit der Windung 26-1 der Spirale 26 gebracht. Die Dichtungen 36 und 37 werden in Stellung gebracht. Zu dieser Zeit oder vor dem Instellungbringen der Spirale 28 wird der Steuerring 32 in bezug auf das Kurbelgehäuse 20 durch die Präzisionspaßstifte 21 genau positioniert. Die Dichtplatte 30 wird so in Stellung gebracht, daß die Stifte 40 in den entsprechenden Ausnehmungen 28-3 aufgenommen werden und sie mit dem Steuerring 32 so verstiftet wird, daß die Bohrungen, welche durch die Bohrungen 30-2, 32-2 und 20-1 dargestellt werden, miteinander ausgerichtet werden, um eine durchgehende Bohrung zu bilden, und Schrauben 42 werden in die durchgehenden Bohrungen eingeschraubt. Ein Auslaßrohr 44 wird angebracht und in der Bohrung 30-3 abgedichtet, und die Separatorplatte 14 wird an dem Auslaßrohr 44 und dem Hauptkörper 12-1 befestigt. Der Deckel 12-2 wird dann abgedichtet aufgesetzt. Nach diesem Zusammenbau ist die große Spirale 26 zu einer Umlaufbewegung auf einem Kreis in der Lage, der einen Radius hat, welcher gleich der Distanz zwischen A-A der Achse der Kurbelwelle 22 und B-B der Achse der Nabe 26-2 ist. Die Spirale 28 ist zu einer Umlaufbewegung auf einem Kreis in der Lage, der einen Durchmesser hat, welcher gleich der Differenz in den Durchmessern der Ausnehmung 28-3 und des Stiftes 40 ist, und einem Durchmesser, welcher gleich der Differenz im Durchmesser zwischen der Basis 28-2 und dem entsprechenden Teil des Steuerringes 32 ist, definiert durch die ringförmige Oberfläche 32-1.
Im Betrieb treibt ein Motor (nicht dargestellt) die Kurbelwelle 22 an und veranlaßt sie, sich um ihre Achse A-A zu drehen, welche die exzentrisch gelagerte Nabe 26-2 der großen Spirale 26 trägt. Weil die große Spirale 26 mit der Oldhamkupplung 24 zusammenwirkt, wird die große Spirale 26 in einer Umlaufbewegung gehalten, wenn sie durch die Kurbelwelle 22 angetrieben wird, wobei der Radius der Umlaufbahn gleich der Distanz zwischen den Achsen A-A und B-B ist. Die Windung 26-1 der großen Spirale 26 wirkt mit der Windung 28-1 der kleinen Spirale 28 zusammen, um Volumina an Gas aus dem saugseitigen Sammelraum 16 einzuschließen und das Gas zu komprimieren, wobei das resultierende komprimierte Gas der Reihe nach durch eine Auslaßöffnung 28-7, die Bohrung 30-3 und das Auslaßrohr 44 hindurch in den druckseitigen Sammelraum 17 geht, von wo aus das komprimierte Gas über einen Auslaß (nicht dargestellt) in die Kälteanlage gelangt. Wenn das Gas komprimiert wird, führt der resultierende Druck zu einer Kraft, die auf die Spiralen 26 und 28 einwirk und bestrebt ist, diese axial und radial zu trennen. Die radiale Bewegung der kleinen Spirale 28 wird durch die Basis 28-2 begrenzt, welche mit der inneren ringförmigen Oberfläche 32-1 des Steuerringes 32 zusammenwirkt. Drüber hinaus begrenzen die Stifte 40 die Bewegung der kleinen Spirale 28 auf eine Umlaufbewegung. Die axiale Trennung der Spiralen 26 und 28 wird durch die Dichtplatte 30 begrenzt, welche mit dem Steuerring 32 und mit dem Kurbelgehäuse 20 durch die Schrauben 42 verschraubt ist. Der axialen Trennung der Spiralen 26 und 28 wird durch Fluiddruck in der ringförmigen Kammer 50 entgegengewirkt. Die ringförmige Kammer 50 ist zwischen der Dichtplatte 30 und der kleinen Spirale 28 angeordnet, wobei ihre innere Grenze durch die Dichtung 36 und ihre äußere Grenze durch die Dichtung 37 gebildet wird. Die Kammer 50 steht in Fluidverbindung mit einem Ort, der in dem Kompressionsprozeß auf einem Zwischendruck ist, über einen oder mehrere Fluiddurchlässe 28-6. Infolgedessen drückt der Druck in der Kammer 50 die kleine Spirale 28 in axiale Berührung mit der großen Spirale 26.
Um die Arbeitsweise zusammenzufassen, die große Spirale 26 wird mit einer festen Umlaufbewegung angetrieben. Aufgrund des Fluiddruckes des Kompressionsprozesses wird die Basis 28-2 der kleinen Spirale mit der Oberfläche 32-1 des Steuerringes 32 in Berührung gedrückt und mit dieser in Berührung gehalten, während sie durch die Stifte 40 auf einer kleinen Umlaufbewegung gehalten wird. Die kleine Spirale 28 wird durch Fluiddruck in der Kammer 50 in axialer Berührung mit der großen Spirale 26 gehalten.
Es ist zwar eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben worden, andere Änderungen liegen jedoch für den Fachmann auf der Hand. Zum Beispiel, die Dichtplatte 30 und der Steuerring 32 können Teile eines einzelnen Teils sein, wodurch die Notwendigkeit der Paßstifte 34 eliminiert wird. Außerdem sind zwar die Begriffe große und kleine Spirale benutzt worden, ihre Umlaufbahnen können jedoch dieselben sein oder die "kleine" Umlaufbahn kann größer als die "große" Umlaufbahn sein. Weiter, die Kammern 50 können in der Dichtplatte 30 vorgesehen sein, und die Stifte 40 können an der Spirale 28 angebracht sein. Es ist deshalb beabsichtigt, daß der Rahmen der Erfindung nur durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche begrenzt wird.

Claims

1. Spiralmaschine mit:

einem ersten Spiralteil (26), das eine Windung (26-1) hat;

einer Einrichtung (24) zum Beschränken des ersten Spiralteils (26) auf eine Umlaufbewegung auf einer Umlaufbahn, die einen ersten Durchmesser hat;

einem zweiten Spiralteil (28), das eine Windung (28-1) und eine Basis (28-2) hat und mit dem ersten Spiralteil (26) operativ in Berührung ist;

einer radialen Bewegungsbegrenzungseinrichtung, die mit der Basis (28-2) zusammenwirkt, um die Radialbewegung der Basis (28- 2) und dadurch des zweiten Spiralteus (28) zu begrenzen; und einer axialen Nachgiebigkeitseinrichtung (28-6, 50), um das erste und zweite Spiralteil (24, 28) in Berührung zu halten, wodurch die radiale Bewegungsbegrenzungseinrichtung und die axiale Nachgiebigkeitseinrichtung (28-6) zusammenwirken, um das zweite Spiralteil (28) in axialer und radialer Berührung mit dem ersten Spiralteil (26) zu halten,

dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Bewegungsbegrenzungseinrichtung eine Steuerringeinrichtung (32) aufweist, die die Basis (28-2) mit einem radialen Spiel umgibt, um die radiale Bewegung der Basis (28-2) und dadurch des zweiten Spiralteils (28) auf eine vorbestimmte Distanz zu begrenzen, und eine Einrichtung (28-3, 40) zum Beschränken des zweiten Spiralteils (28) auf eine Umlaufbewegung auf einer Umlaufbahn, die einen zweiten Durchmesser hat, welcher gleich der vorbestimmten Distanz ist.

2. Spiralmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Beschränken des zweiten Spiralteils (28) auf eine Umlaufbewegung mehrere Stifte (40) aufweist, die durch eine der Basis (26-2) überlagerte Dichtplatteneinrichtung (30) gehalten und in entsprechenden Ausnehmungen (28-3) in der Basis (28-2) aufgenommen sind, wobei die Stifte (40) und die Ausnehmungen (28-3) eine Differenz in den Durchmessern haben, die gleich dem radialen Spiel ist.

3. Spiralmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Nachgiebigkeitseinrichtung eine Fluiddruckkammer (50) aufweist, die zwischen der Dichtplatteneinrichtung (30) und der Basis (28-2) gebildet ist, und eine Fluidwegeinrichtung (28-6), welche die Fluiddruckkammer (50) mit einem Druckeinschlußraum verbindet, der zwischen den Windungen (26-1, 28-1) des ersten und zweiten Spiralteils (26, 28) gebildet ist.

4. Spiralmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (28-3, 40) zum Beschränken des zweiten Spiralteils (28) auf eine Umlaufbewegung in der Fluiddruckkammer (50) angeordnet ist.

5. Spiralmaschine nach Anspruch 2, 3 oder 4, gekennzeichnet weiter durch eine Kurbelwelleneinrichtung (22), welche das erste Spiralteil (26) antreibt und durch eine Kurbelgehäuseeinrichtung (20) gelagert ist, und durch eine Einrichtung (42), welche die Dichtplatteneinrichtung (30), die Steuerringeinrichtung (32) und die Kurbelgehäuseeinrichtung (20) als eine Einheit zusammenhält, welche das erste und zweite Spiralteil (26, 28) und die Einrichtungen (24; 28-3, 40) zum Beschränken des ersten und zweiten Spiralteils (26, 28) auf eine Umlaufbewegung enthält.

6. Hermetische Niederdruckspiralkompressoreinrichtung, die eine Manteleinrichtung (12) und eine Spiralmaschine nach Anspruch 5 hat, wobei die Kurbelgehäuseeinrichtung (20) an der Manteleinrichtung (12) fest angebracht ist.