DE2612344C2

DE2612344C2 -

Info

Publication number: DE2612344C2
Application number: DE2612344A
Authority: DE
Inventors: John Engstrom Carlisle Mass. Us Mccullough; Robert Wallace Arlington Mass. Us Shaffer
Original assignee: Arthur D Little Inc
Current assignee: Arthur D Little Inc
Priority date: 1975-03-24
Filing date: 1976-03-23
Publication date: 1989-06-01
Also published as: JPH0143514Y2; IT1062183B; JPS6276201U; JPS5936081B2; AU1155876A; GB1507254A; US3994636A; JPS51117304A; SE7602294L; FR2305587B1; CA1051843A; FR2305587A1; DE2612344A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung für eine Rotationskolbenmaschine der Spiralbauart mit einem stationären und einem ohne Eigenrotation auf einer Kreisbahn umlaufenden Spiralelement, die jeweils eine Stirnplatte und eine senkrecht davon angebrachte evolventenförmige Spiralwand aufweisen, wobei die Spiralwände während der Bewegung des umlaufenden Spiralelements Arbeitskammern variablen Volumens bilden und wobei zwischen den Stirnflächen der Spiralwände und der jeweils axial gegenüberliegenden Stirnplatte des anderen Spiralelements Dichtungen angeordnet sind, welche als evolventenförmige Dichtungsstreifen in die Stirnfläche der Spiralwand eingepaßt und in Richtung der gegenüberliegenden Stirnplatte druckbeaufschlagt sind.

Eine solche Dichtung ist bei Rotationskolbenmaschinen der in der US-PS 8 01 812 offenbarten Art bekannt. Dort ist das Dichtungselement so eingepaßt, daß es Kontakt mit beiden Seitenwandungen seiner Lagerungsnut hat. Der Dichtungsstreifen ist ziemlich fest an seinem Ort in der Nut gehalten. Im übrigen sitzt die Dichtung dort eng zwischen seitlichen Plattenverlängerungen. Die Dichtung soll genauso gut für Abdichtung in Umfangs- wie in Evolventenrichtung dienen, was an sich bereits zu unbrauchbaren Ergebnissen führt, zumal diese offensichtlich über eine möglichst große Kontaktfläche erreicht werden sollen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskolbenmaschine der Spiralbauart wie oben angegeben derart weiterzubilden, daß die Abdichtung der Arbeitskammern durch Verringerung der Leckage in Umfangsrichtung der Spiralwände verbessert wird.

Erreicht wird dies überraschend bei einer Dichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die Dichtungsstreifen in die Stirnfläche der Spiralwand radial beweglich eingepaßt sind.

Vorzugsweise ist in der Stirnfläche der Spiralwand eine Nut angeordnet, deren Breite größer ist als die Breite des darin eingepaßten Dichtungsstreifens.

Es wird nicht verkannt, daß radial bewegliche Dichtungsstreifen an sich bekannt sind (siehe beispielsweise DE-OS 21 34 227), allerdings bei einer Rotationskolbenmaschine in Trochoidenbauart. Die Dichtungsstreifen sind hierbei in der Streifennut gegen Federspannung gelagert.

Das Spitzendichtungselement gemäß der Erfindung ist frei beweglich verglichen mit dem nach der US-PS 8 01 182 ausgebildet und kann radiale Auswanderungen innerhalb seiner Nut erfahren. Die Abdichtung der Arbeitskammern wird durch Verringerung der Leckage in Umfangsrichtung der Spiralwände erheblich verbessert. Die in einer breiter bemessenen Nut der Spiralwand bzw. an einem Ansatz der Spiralwand mit geringerer Breite angeordneten Dichtungsstreifen werden durch den Fluiddruck in dichtenden Kontakt mit der Spiralwand gebracht, wodurch sich die Leckage in Umfangsrichtung der Spiralwand, d. h. zwischen den jeweils abgeschlossenen Arbeitskammern, verringert.

Die Dichtungsausbildung gemäß der Erfindung folgt mit ihren Dichtungselementen also der Konfiguration der Spiralelemente, mit denen zusammen sie verwendet werden. Die die Dichtungsstreifen beaufschlagende Einrichtung für die axiale Dichtungsberührung kann von pneumatischer, mechanischer Bauart oder einer kombiniert pneumatisch/mechanischen Bauart sein. Vorzugsweise ist sie so ausgebildet, daß das erforderliche Maß an tangentialer Abdichtung zwischen den sich bewegenden Berührungslinien der Evolventenelemente der umlaufenden sowie der stationären Spiralelemente gewährleistet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch die evolventenförmigen Spiralelemente einer typischen Rotationskolben maschine;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die inFig. 1 gezeigte Spiralanordnung längs der Ebene 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt der sich berührenden evolventenförmigen Ausbildungen, wobei die bevorzugte Ausführungsform der federnden Dichtungseinrichtung sowie eine pneumatische Einrichtung zur Beaufschlagung des Dichtungselementes und zur Aufrechterhaltung der radialen Abdichtung dargestellt sind;

Fig. 4 ist ein Teilschnitt eines Abschnittes eines evolventenförmigen Spiralelementes längs der Ebene 4-4 der Fig. 3, wobei das Dichtungselement der Ausführungsform der Fig. 3 zu sehen ist;

Fig. 5 ist ein Teilschnitt durch das Dichtungselement der Fig. 3 mit mechanischer Federeinrichtung, die das Dichtungselement in axialer Richtung beaufschlagt, während pneumatische Kräfte zur Aufrechterhaltung der radialen Dichtung wirken;

Fig. 6 einen Schnitt durch ein evolventenförmiges Spiralelement, mit der federnden Dichtungseinrichtung gemäß Fig. 5;

Fig. 7 einen Teilschnitt durch das Dichtungselement der Fig. 3, wobei ein elastomerer Ring dazu verwendet wird, das Dichtungselement mechanisch zu betätigen und die radiale Abdichtung aufrechtzuerhalten;

Fig. 8 einen Schnitt durch das Dichtungselement der Fig. 3 mit einer bevorzugten federnden Dichtungsanordnung zur Beaufschlagung des Dichtungselementes und Aufrechterhaltung der radialen Abdichtung;

Fig. 9 einen vergrößerten Schnitt durch die Anordnung der Fig. 8;

Fig. 10 einen vergrößerten Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der federnden Dichtungsanordnung, die zur Beaufschlagung des Dichtungselementes dient;

Fig. 11 eine abgewandelte Ausführungsform der federnden Dichtungseinrichtung gemäß Fig. 8, bei welcher ein Schmierkanal in dem Dichtungselement angeordnet ist;

Fig. 12 einen vergrößerten Schnitt der sich berührenden Evolventen mit einer weiteren Ausführungsform des Dichtungselementes sowie pneumatischen, das Dichtungselement beaufschlagenden Einrichtungen;

Fig. 13 einen Schnitt durch einen Teil eines evolventenförmigen Spiralelementes längs der Ebene 13-13 der Fig. 12, wobei das Dichtungselement der Fig. 12 gezeigt ist;

Fig. 14 einen Teilschnitt durch das Dichtungselement der Fig. 12, wobei eine mechanische, das Dichtungselement beaufschlagende Federeinrichtung vorgesehen ist und pneumatische Kräfte die radiale Abdichtung aufrechterhalten;

Fig. 15 einen Teilschnitt durch das Dichtungselement gemäß der Fig. 12, wobei ein elastomeres Element dazu verwendet wird, das Abdichtungselement mechanisch zu beaufschlagen und die radiale Abdichtung aufrechtzuerhalten;

Fig. 16 einen Teilschnitt durch das Dichtungselement der Fig. 12, wobei eine mechanische Federdichtungsanordnung vorgesehen ist, die das Dichtungselement beaufschlagt und die radiale Abdichtung aufrechterhält;

Fig. 17 eine weitere Ausführungsform der federnden Dichtungseinrichtung der Fig. 16, wobei ein Schmierkanal in dem Dichtungskanal angeordnet ist.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen das Problem, daß sich stellt, wenn eine radiale Abdichtung zusammen mit einer entsprechenden Federung erreicht werden soll, während zugleich eine geeignete tangentiale Abdichtung gewährleistet sein soll, ohne daß notwendig würde, die sich berührenden Flächen mit besonders hoher Genauigkeit zu fertigen. In den Fig. 1 und 2 sind im Schnitt nur Stirnwände, Spiralwände und Arbeitskammern dargestellt.

Nach den Fig. 1 und 2 weist das stationäre Spiralelement 10 eine Stirnplatte 11 sowie eine Spiralwand 12 auf. Die Stirnplatte 11 verfügt über eine mittig angeordnete Fluidöffnung 13.

Zur Vereinfachung der Beschreibung von federnder Dichtung und Spiralelementausbildung wird die Rotationskolbenmaschine als Kompressor im folgenden beschrieben. Für den Fachmann ist jedoch selbstverständlich, daß die erfindungsgemäße Feder/Dichtungsstreifenanordnung auch in einer Rotationskolbenmaschine anwendbar ist, die als Expansionsmaschine oder als Pumpe arbeitet.

Nach den Fig. 1 und 2 verfügt das umlaufende Spiralelement 14 ebenfalls über eine Stirnplatte 15 und eine Spiralwand 16. In der vereinfachten Darstellung der Fig. 2 ist das umlaufende Spiralelement an einer Antriebswelle 17 angebracht. Im Betrieb wird die umlaufende Stirnplatte 15 so angetrieben, daß sie auf einer Kreisbahn umläuft, während die zwei Spiralelemente durch die Verwendung einer geeigneten, nicht dargestellten Kupplungseinrichtung in einer festen Winkelbeziehung zueinander stehen. Bei der umlaufenden Bewegung legt das umlaufende Spiralelement eine oder mehrere Arbeitskammern, d. h. Taschen 20 bis 26 fest. Diese Arbeitskammern sind in radialer Richtung durch gleitende oder sich bewegende Linienkontakte begrenzt, d. h. durch die Kontakte bzw. Berührungen 27 bis 32, die im allgemeinen auf einer Linie liegen, welche durch die Mitte der Vorrichtung geht. Wenn Fluid aus der Umfangszone 35 aufgenommen wird, die die Spiralwände umgibt, so wird es in die Arbeitskammern eingeführt und komprimiert, während das Volumen der Kammern abnimmt, wenn sie sich der mittleren Kammer 20 nähern. Ist eine wirksame tangentiale Abdichtung längs der sich bewegenden Berührungslinien gewährleistet, welche die Arbeitskammern festlegen, wobei zugleich eine radiale Abdichtung zwischen der Oberfläche 36 und der Stirnplatte 11 des stationären Spiralelementes 10 sowie der Stirnfläche 37 der umlaufenden Spiralwand 16 sowie zwischen der Oberfläche 38 und der Stirnplatte 15 des umlaufenden Spiralelementes 14 und der Stirnfläche 29 der stationären Spiralwand 12 gewährleistet ist, so legen die Arbeitskammern von außen nach innen Zonen zunehmenden Fluiddrucks fest. Es herrscht ein Differenzdruck Δ P auf beiden Seiten jeder Berührungslinie. Durch radiale Berührung zwischen den Seiten der Spiralwände wird, während sie in Gleitkontakt miteinander stehen, wenn das bewegliche Spiralelement umläuft, eine Abdichtung gegen ein tangentiales Lecken erreicht und somit eine tangentiale Dichtigkeit gewährleistet. Auch die axiale Berührung zwischen den Enden der Spiralwände und der Stirnplatte des gegenüberliegenden Spiralelementes verhindert ein radiales Lecken und erreicht eine radiale Abdichtung. Arbeitet die Vorrichtung als Expansionsmaschine, so liegen die Zonen zunehmenden Fluiddrucks in derselben Richtung, d. h. von der Mitte gesehen nach außen, da komprimiertes Fluid aus der Fluidöffnung 13 aufgenommen und ein expandiertes Fluid am Umfang abgegeben wird.

Fig. 2 läßt erkennen, daß unabhängig von den Axialkräften (Pfeile 40), die auf das umlaufende Spiralelement 14 wirken, eine wirksame radiale Abdichtung nicht erreicht werden kann, wenn die Flächen 37 und 39 der Spiralwände sowie die Oberflächen 36 und 38 der Stirnplatte nicht außerordentlich genau gefertigt sind. Außerdem müssen die Spiralwände so ausgebildet sein, daß sie über ihre gesamten Längen die gleiche Höhe haben. Eine solche Fertigung ist natürlich nur bei übermäßig hohem Aufwand möglich. Auch können die Vorteile einer solchen Genauigkeit im Laufe des Betriebs wieder verloren gehen.

Ein wesentlicher Faktor der Verschlechterung ist das radiale Temperaturprofil in der Rotationskolbenmaschine. Beispielsweise nimmt in einem Kompressor die Temperatur des Fluids in den Arbeitskammern in radialer Richtung nach innen zu, selbst dann, wenn eine Kühleinrichtung Anwendung findet. Die Spiralwände 12 und 16 sind deshalb einer Temperaturdifferenz ausgesetzt, was dazu führt, daß die Höhen der Kurvenelemente sich in Abhängigkeit vom Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials ändern, aus welchem die Spiralwände hergestellt sind. Hinzu kommt noch die ungleichmäßige Abnutzung während des Betriebes. Die erfindungsgemäße federnde Dichtungseinrichtung vermeidet diese Nachteile. Vorgesehen ist ein Dichtungsstreifen, der der Form des Spiralelementes entspricht und der zusätzlich durch eine vorgebbare Vorlast mit dem gegenüberliegenden Spiralelement und der entsprechenden Stirnplatte in Berührung gehalten werden kann.

In den Fig. 3 bis 7 ist nur das stationäre Kurvenelement, in Fig. 8 jedoch beide dargestellt.

Nach den Fig. 3 bis 7 weist der Dichtungstreifen 45 eine Form auf, die einen vorzugsweise rechteckigen Querschnitt hat und von einer evolventenförmigen Konfiguration ist, welche der entsprechenden Gestalt des evolventenförmigen Spiralelementes angepaßt ist. Dieser evolventenförmige Dichtungstreifen kann aus einem metallischen oder auch einem nicht metallischen Material bestehen. Beispiele für metallische Materialien sind Gußeisen, Stahl, Bronze und ähnliche Materialien; Beispiele für nichtmetallische Materialien sind Kohlenstoff oder Kunststoffmaterial wie PTFE (gefüllt oder nicht gefüllt), Polyamide und ähnliche Materialien. Solche Materialien können derart beschaffen sein, daß eine Schmierung erforderlich ist oder sie können entsprechende Eigenschaften haben, so daß sie nicht trockenlaufen, wobei im letztgenannten Falle vorzugsweise ein selbstschmierendes Material sowie ein gefülltes Polytetrafluoräthylen verwendet wird.

Nach den Fig. 3 und 4 weist der Dichtungsstreifen 45 einen rechteckigen Querschnitt auf, die damit in Berührung stehende Fläche 39 (Fig. 1 und 2) der stationären Spiralwand 12 eine Nut 46, deren Breite größer als die Breite des Dichtungsstreifens 45 ist. Die Nut 46 ist gemäß der Darstellung der Fig. 3 und 4 aus zwei parallelen evolventenförmigen Verlängerungen 47 und 48 gebildet, welche Stirnflächen 49 und 50 sowie Seitenwände 51 und 52 haben. Die Oberfläche 53 vervollständigt die Wände der Nuten.

Der Dichtungsstreifen 45 sowie die Nut 46 legen zusammen die Begrenzung der federnden Dichtungseinrichtung 55 fest. Der Dichtungsstreifen 45 verfügt über die vier Seiten 56, 57, 58 und 59. Die Grundstruktur des Dichtungsstreifens und der Nut wird über die in den Fig. 3 bis 8, 10 und 11 veranschaulichte Dichtungsanordnung beibehalten.

Fig. 3 zeigt den einfachsten Aufbau einer federnden Dichtungseinrichtung gemäß der Erfindung. Hier werden nur pneumatische Kräfte verwendet, um die Dichtungsfläche 56 des Dichtungsstreifens 45 mit der Fläche 38 der Stirnplatte 15 des umlaufenden Spiralelementes in Berührung zu bringen und um die Oberflächen 57 des Dichtungsstreifens mit der Nutenwand 52 in Berührung zu bringen, so daß eine radiale Abdichtung aufrechterhalten wird. Es sei angenommen, daß die Vorrichtung, zum Teil in Fig. 3 dargestellt, ein Kompressor ist, welcher im Prinzip die in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Anordnung des Spiralelementes aufweist.

Der Fluiddruck P ₂₀ in der zentralen Arbeitskammer 20 ist größer als der Fluiddruck P ₂₂ in der benachbarten Arbeitskammer 22. Während des Betriebs besteht also eine Druckdifferenz Δ P = P ₂₀ - P ₂₂ über die Spiralwände 12 und 16 am Punkt 31, wo ein Kontakt einer gleitenden Berührungslinie gegeben ist, d. h. wo eine tangentiale Abdichtung wirksam wird. Auf beiden Seiten der sich bewegenden Berührungslinie sind somit Zonen unterschiedlichen Fluiddrucks vorhanden. Wenn der Kompressor anglassen wird und bevor Δ P einen bedeutenden Wert angenommen hat, hat der Dichtungsstreifen die Möglichkeit, innerhalb der Nut 46 zu gleiten bzw. sich innerhalb der Nut 46 zu bewegen. Nimmt jedoch Δ P zu, wird durch den Druck des Fluids, das über den Durchlaß 60 in die Nut 46 gelangt, die zwischen der Wandung 51 und der Oberfläche 59 des Dichtungsstreifens gebildet ist, das Dichtungselement in axialer Richtung auf die Stirnplatte 15 gedrückt, um über die Fläche 56 mit der Stirnplattenoberfläche 38 in Berührung zu kommen, während der Dichtungsstreifen zugleich radial nach außen gedrückt wird, um über die Fläche 57 mit der Seitenwand 52 der Nut in Berührung zu kommen. Somit wird durch die Verwendung des Dichtungsstreifens 45, der innerhalb der Nut 46 frei beweglich ist, eine radiale Abdichtung erreicht, während die tangentiale Dichtung gewährleistet bleibt, wenn ein Temperaturgradient in der Maschine auftritt und während des Betriebs eine ungleichförmige Abnutzung erfolgt.

In Fig. 3 ist der einfachste Aufbau der axialen federnden Dichtung gemäß der Erfindung dargestellt; diese erfordert keine sehr genaue Geometrie für die Kontaktoberflächen des Dichtungsstreifens und der Nutenwände, d. h. für die Flächen 57 und 52. Die Berührungsdrücke in der axialen und in der radialen Richtung hängen vom Fluiddruck ab, welcher auf die zwei Flächen des Dichtungsstreifens wirkt; dieser Fluiddruck ist gemäß den obigen Ausführungen eine Funktion von Δ P. Die Auswahl des Materials, aus welchem der Dichtungsstreifen in der federnden Dichtungseinrichtung gemäß Fig. 3 hergestellt wird, hängt von Faktoren ab, die die Betriebsbedingungen betreffen, die die gewünschte Lebensdauer betreffen, die die Betriebstemperaturen betreffen und die verwendete Schmierung sowie die Herstellungskosten beeinflussen.

In der federnden Dichtungseinrichtung gemäß den Fig. 5 und 6 - gleiche Bauteile, gleiche Bezugszeichen - sind eine Vielzahl von unter Abstand angeordneten Federn in Form von Druckfedern vorgesehen, um den Dichtungsstreifen mit der Stirnplatte des gegenüberliegenden Spiralelements in Berührung zu bringen. Weiterhin wird eine pneumatische Einrichtung - so wie bei Fig. 3 - verwendet, um eine radiale Abdichtung aufrechtzuerhalten und um die axiale Kraft der Federn zu vergrößern. Hierzu wird eine Anzahl von periodisch unter Abstand zueinander angeordneten Federgehäusen 61 verwendet, welche in der Nutenoberfläche 53 eine Bohrung aufweisen; eine Schraubenfeder 62 ist jeweils darin eingesetzt. Anzahl und Abstand der Federn 62 müssen derart gewählt sein, daß pro Umfangslängeneinheit des Dichtungselementes im wesentlichen eine gleichförmige Federkraft gewährleistet ist.

Da die als Schraubenfedern ausgebildeten Federn 62 kontinuierlich eine Kraft auf den Dichtungsstreifen 45 ausüben und ihn gegen die gegenüberliegende Fläche der Stirnplatte drücken, ist im wesentlichen die gesamte erforderliche Axialkraft vorhanden, und dies sowohl beim Anlassen wie beim Abstellen. Dies führt zu einer zuverlässigeren Betriebsweise während dieser Perioden, verglichen mit dem Fall, daß eine Vorrichtung gemäß Fig. 3 allein verwendet würde. Nach Fig. 3 müssen die Berührungsoberfläche 57 des Dichtungsstreifens und die Oberfläche 52 der Nut jedoch dazu in der Lage sein, eine genaue Passung zu bilden. Die Materialauswahl für diese Dichtungsstreifen gemäß den Fig. 5 und 6 hängt im wesentlichen von den gleichen Faktoren wie bei Fig. 3 ab.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 wird ähnlich wie nach Fig. 5 eine mechanische Einrichtung, d. h. ein elastomeres Element 65 verwendet, um den Dichtungsstreifen 45 mit der Stirnplattenfläche des gegenüberliegenden Spiralelements in Berührung zu bringen. Dieses elastomere Element 65 kann zweckmäßigerweise aus natürlichem oder synthetischem Hartkautschuk oder aus anderem ähnlichen Material hergestellt sein. Obwohl der Druckunterschied, der an den evolventenförmigen Elementen auftreten kann - wie in den Fig. 3 und 5 - dazu verwendet werden kann, einen Fluiddruck zu erzeugen, um den Dichtungsstreifen 45 radial nach außen zu drücken, um eine radiale Dichtung aufrechtzuerhalten, ist dies nicht eine notwendige Maßnahme. Das elstomere Element 65 hat im wesentlichen den gleichen Zweck wie die Federn 62. Da jedoch auch eine Zwangskraft in beiden axialen Richtungen wirkt, wird das elastomere Element kontinuierlich in Berührung mit der Fläche 58 des Dichtungsstreifens und der Fläche 53 der den Kanal festlegenden Nut gebracht, so daß dadurch eine zusätzliche radiale Dichtungseinrichtung geschaffen wird, in dem ein Gasleck unter dem Dichtungsstreifen 45 verhindert wird. Die federnde Dichtungseinrichtung nach Fig. 7 findet vorzugsweise in einer Vorrichtung Anwendung, bei welcher regelmäßig eine Wartung durchgeführt werden kann, da die Materialien, aus denen das elastomere Element hergestellt ist, dazu neigen können, in der Qualität sich zu verschlechtern; ein Austausch der Dichtungen kann erforderlich werden. Solche elastomeren Elemente 65 können natürlich nicht bei Maschinen verwendet werden, in welchen ein korrosives Fluid oder ein Fluid arbeitet, welches mit dem elastomeren Material reagieren würde.

Die Fig. 8-11 zeigen die Verwendung einer federnden Dichtungseinrichtung als mechanische Einrichtung, um den Dichtungsstreifen 45 mit der Stirnplatte in Berührung zu bringen, damit eine radiale Abdichtung erreicht wird, während zugleich eine gasdichte Dichtung unter dem Dichtungsstreifen 45 gewährleistet ist, um die Durchlässigkeit der radialen Dichtung innerhalb der Vorrichtung zu gewährleisten. Nach den Fig. 8, 9 und 11 ist die federnde Dichtung als U-förmiges Federlement 70, die mit der Kurvenform der Spiralwand übereinstimmt, geformt, derart, daß nach Einsetzen - Fig. 8 - ein Zusammendrücken erfolgt. Der Einbau erfolgt in der Weise, daß das offene Ende 71 gegen die Kammer 20 weist, welche das Fluid mit dem höheren Druck enthält. In ihrem zusammengedrückten Zustand in der Nut 46 steht das Ende 72 - Fig. 9 - in Dichtkontakt mit der Fläche 53 der Nut 46. Das Ende 73 steht in Dichtkontakt mit der Fläche 58 des Dichtungsstreifens 45. Somit kann kein Gas aus der Kammer 20 durch die Nut 46 in die Kammer 22 als Leckgas gelangen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der federnden Dichtung ist in Fig. 10 veranschaulicht. Hier ist ein als Evolvente ausgebildetes abgestuftes Federelement 74 vorgesehen, wobei die Fläche der beiden Enden 75 und 76 jeweils in Dichtkontakt mit den Flächen 58 bzw. 53 stehen und wobei die zwei einander gegenüber angeordneten und als Evolvente ausgebildeten Wellenfedern 77 und 78 die Enden 75 und 76 gegen diese Oberflächen drücken.

Fig. 8 zeigt die Anwendung sowohl für das umlaufende als für das stationäre Spiralelement. Gleiche Anordnungen werden verwendet. Der Dichtungsstreifen 80 stellt also einen Dichtkontakt mit der Fläche 36, der Stirnplatte 11 des stationären Spiralelements her, und zwar unter Beaufschlagung der U-förmigen Feder 81 in der Nut 82, welche durch eine Nut in der Stirnseite der Spiralwand 16 gebildet ist (Teil des umlaufenden Spiralelements). So werden auch die in den Fig. 3-7 gezeigten federnden Dichtungseinrichtungen dazu verwendet, sowohl mit den umlaufenden als mit den stationären Spiralelementen zusammenzuwirken.

Gemäß Fig. 11 weist der Dichtungsstreifen 45 eine Schmiernut 85 auf, um ein geeignetes Schmiermittel zwischen den sich berührenden Flächen 38 und 56 zu verteilen. Solche Schmierkanäle können auch in Verbindung mit der Dichtung gemäß Fig. 3-8 verwendet werden.

Nach einer weiteren, in den Fig. 12-17 beschriebenen Ausführungsform ist der Dichtungsstreifen 90 mit einer Nut 91 ausgestattet. Das Ende der Spiralwand 12 verfügt über einen mittigen Ansatz 92, der sich in die Nut 91 erstreckt. Der Dichtungsstreifen 90 hat eine axiale Fläche 93, um einen Kontakt mit der Fläche 38 der Stirnplatte 15 des umlaufenden Spiralelements zu bilden. Die Seitenteile 94 und 95 des Dichtungsstreifens 90 verfügen jeweils über eine Innenfläche 96 bzw. 97. Der mittige Ansatz 92 der Spiralwand hat Flächen 98 und 99, die mit den Flächen 96 und 97 in Berührung zu bringen sind, um eine radiale Abdichtung aufrechtzuerhalten. Gemäß der Darstellung der Fig. 12 stellen im Betrieb die Flächen 96 und 97 eine Berührung her. Die Breite der Nut 91 innerhalb des Dichtungsstreifens muß etwas größer sein als die Breite des Ansatzes 92 der Spiralwand, um ein gewisses Bewegungsspiel zu ermöglichen. Die Breite des Dichtungsstreifens 90 muß kleiner als die Breite der Spiralwand, der sie zugeordnet ist, sein. Die Seiten des Streifens, z. B. die Seite 95, muß gegebenenfalls einen kleinen Zwischenraum zwischen dem Dichtungsstreifen und der benachbarten Seite der Spiralwand lassen, so daß die Spiralwand 12 nicht daran gehindert wird, eine Gleitberührung mit der Spiralwand 96 auszuführen, so daß eine tangentiale Dichtung aufrechterhalten wird.

Ein Fluiddruck, der von der Kammer 20 stammt, dient als pneumatisches Mittel, um den Dichtungsstreifen 90 in Berührung mit der Stirnplattenfläche 38 zu bringen und weiterhin dazu, eine Berührung zwischen den Flächen 96 und 98 herbeizuführen, so daß eine radiale Abdichtung aufrechterhalten wird. Wie im Falle der Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 ist die Ausbildung einfach; es ist nicht erforderlich, die Flächen 96 und 98 genau zu fertigen; weiter ist es notwendig, daß die Vorrichtung zumindest einen Teil der vollen Betriebsgeschwindigkeit erreichen muß, bevor die federnde Dichtungseinrichtung voll wirksam wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 14 hat der Spiralwandansatz 92 eine Vielzahl von Federgehäusen 103, die als Bohrung ausgebildet sind. In diesen sind Federn 104 enthalten, die als Druckfedern das Dichtungselement 90 in axialer Richtung mit der Fläche 38 kontaktieren. Ähnlich sind die Ausführungsformen gemäß den Fig. 15 und 17, die hinsichtlich des Betriebs mit den Ausführungsformen der Fig. 7, 8 und 11 vergleichbar sind. Fig. 15 zeigt die Verwendung eines elastomeren Elements 105 bei der federnden Dichtungsausbildung der Fig. 12 und 13. Fig. 15 zeigt zudem die Verwendung einer federnden Dichtung, z. B. einer U-förmigen Feder 106, gleich der der federnden Einrichtung 102 der Fig. 9. Fig. 17 schließlich läßt einen Schmiermittelkanal 107 in dem Dichtungsstreifen 90 erkennen. Die federnde Dichtung der Fig. 12-15 kann natürlich auch einen solchen Schmiermittelkanal aufweisen. Alle Ausführungsformen gemäß den Fig. 12-17 werden als Dichtungen sowohl für das umlaufende als auch für das stationäre Spiralelement verwendet, wie dies Fig. 8 erkennen läßt.

Claims

1. Dichtung für eine Rotationskolbenmaschine der Spiral bauart mit einem stationären und einem ohne Eigenrotation auf einer Kreisbahn umlaufenden Spiralelement, die je weils eine Stirnplatte und eine senkrecht daran angeord nete evolventenförmige Spiralwand aufweisen, wobei die Spiralwände während der Bewegung des umlaufenden Spiral elements Arbeitskammern variablen Volumens bilden und wobei zwischen den Stirn flächen der Spiralwände und der jeweils axial gegenüber liegenden Stirnplatte des anderen Spiralelements Dich tungen angeordnet sind, welche als evolventenförmige Dichtungsstreifen in die Stirnfläche der Spiralwand eingepaßt und in Richtung der gegenüber liegenden Stirn platte druckbeaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsstreifen (45, 90) in die Stirnfläche der Spiralwand (12, 16) radial beweglich eingepaßt sind.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnfläche der Spiralwand (12, 16) eine Nut (46) angeordnet ist, deren Breite größer ist als die Breite des darin eingepaßten Dichtungs streifens.

3. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Dichtungsstreifen (90) eine Nut (91) angeordnet ist, deren Breite größer ist als die Breite des darin eingepaßten Ansatzes (92) der Spiralwand (12, 16).

4. Dichtung nach Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Druckbeaufschlagung des Dichtungsstreifens (45, 90) in Richtung der gegenüberliegenden Stirn platte (11, 15) und in radialer Richtung durch Fluid druck erfolgt.

5. Dichtung nach Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Druckbeaufschlagung des Dichtungsstreifens (45, 90) in Richtung der axial gegenüberliegenden Stirnplatte (11, 15) durch ein Federelement und in radialer Richtung durch Fluiddruck erfolgt.

6. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement durch eine Anzahl von über den Umfang der Spiralwand (12, 16) verteilten und in Bohrungen (61, 103) eingesetzten Schraubenfedern (62, 104) gebildet wird.

7. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement durch einen in der Nut (46, 91) eingesetzten Streifen (65, 105) aus elastomerem Werkstoff gebildet wird.

8. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (70) einen U-förmigen Querschnitt aufweist, dessen Enden (72, 73) am Dichtungsstrei fen (45, 90) und an der Stirnfläche der Spiralwand (12, 16) dichtend anliegen (Fig. 8, 9).

9. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federlement (74) einen stufenförmigen Quer schnitt aufweist, dessen Enden (75, 76) durch Wellen federn (77, 78) an die Stirnfläche der Spiralwand (12, 16) und den Dichtungsstreifen (45) dichtend angedrückt wer den (Fig. 10).

10. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsstreifen (45, 90) aus einem Kunst stoff mit selbstschmierender Eigenschaft besteht.

11. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsstreifen (45, 90) aus Metall be steht.

12. Dichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der axialen Kontaktfläche des Dichtungsstrei fens (45, 90) ein Schmiermittelkanal (85, 107) vorge sehen ist.