DE3401589A1

DE3401589A1 - COMPRESSOR

Info

Publication number: DE3401589A1
Application number: DE19843401589
Authority: DE
Inventors: Russell William Troy Ohio Griffith
Original assignee: Copeland Corp LLC
Current assignee: Copeland Corp LLC
Priority date: 1983-07-25
Filing date: 1984-01-18
Publication date: 1985-02-14
Also published as: ES528768A0; IT1173071B; AU2309184A; KR850001380A; JPS6027796A; GB8400728D0; IT8419225A0; BR8400669A; AU567905B2; CA1279620C; GB2143904B; FR2549908B1; ES8502218A1; MX157147A; GB2143904A; SG71287G; IN162154B; FR2549908A1

Description

BESCHREIBUNG:DESCRIPTION:

mitwith

Die Erfindung betrifft einen Verdichter/zwei in Dichtberührung stehenden ineinander verschachtelten Volutenkörpern gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a compressor / two in sealing contact standing, nested volute bodies according to the preamble of claim 1.

Derartige Verdichter sind generell unter dem Begriff Volutenmaschinen ("Scroll" Apparatus) bekannt und dienen zur Volumenänderung in verschiedenen Strömungsmitteln. Man kann derartige Maschinen als Expansionsmaschinen, als Verdrängungsmaschinen, als Pumpen, als Kompressor usw. ausbilden, und viele Merkmale der vorliegenden Erfindung lassen sich auf beliebige dieser Maschinen anwenden. Zur Erläuterungszwecken wird aber in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen angenommen, daß es sich um einen Verdichter für gasförmiges Strömungsmittel handeln soll.Such compressors are generally referred to as volute machines ("Scroll" Apparatus) and are used to change the volume in various fluids. One can train such machines as expansion machines, displacement machines, pumps, compressors, etc., and many features of the present invention are applicable to any of these machines. For explanatory purposes, however, in the present description and the Claims assumed that it should be a compressor for gaseous fluid.

Allgemein gesprochen enthält eine Volutenmaschine zwei spiralförmige Volutenstege ähnlicher Geometrie, die jeweils auf einer zugeordneten getrennten Stirnplatte angebracht sind. Volutensteg und Stirnplatte bilden zusammen einen Volutenkörper. Die beiden Volutenkörper sind ineinander eingreifend zusammengesetzt, wobei einer der Volutenstege in Winkelrichtung um 180° gegen den anderen Volutensteg versetzt ist. Die Maschine arbeitet so, daß man den einen Volutenkörper auf einer Umlaufbahn (Orbitalbahn) bezüglich des zweiten Volutenkörpers bewegt. Man spricht in diesem Zusammenhang vom umlaufenden Volutenkörper und vom feststehenden Volutenkörper. Bei dieser Umlaufbewegung erhält man Linienkontakte zwischen den Flanken der entsprechenden Volutenstege, welche so bewegte abgedichtete halbmondförmige Taschen oder Kammern vorgeben, in welchen sich das Strömungsmittel befindet. Die spiralförmigen Stege sind üblicherweise als Evolventen eines Kreises ausgebildet, und unter Idealbedingungen besteht keineGenerally speaking, a scroll machine includes two spirals Volute webs of similar geometry, each attached to an associated separate face plate are. The volute bar and face plate together form a volute body. The two volute bodies are one inside the other engagingly assembled, with one of the volute webs in the angular direction by 180 ° against the other volute web is offset. The machine works in such a way that one of the volute bodies is on an orbit (orbital path) with respect to of the second volute body moved. In this context, one speaks of the revolving volute body and the stationary one Volute body. During this revolving movement, line contacts are obtained between the flanks of the corresponding ones Volute webs, which so moved sealed crescent-shaped pockets or chambers, in which the fluid is located. The spiral webs are usually as involutes of a circle trained, and under ideal conditions there is none

Relativdrehbewegung der Volutenkörper gegeneinander beim Arbeiten der Maschine, d.h., die Bewegung ist eire exakt krummlinige Translation (also keine Rotation einer Linie im Körper). Die mit Strömungsmittel gefüllten Taschen trajgen das zu behandelnde Strömungsmittel aus einer ersten Zone in der Volutenmaschine, in welcher der Strömungsmitteleinlaß vorgesehen ist, zu einer zweiten Zone der Maschine, in welcher sich der Strömungsmittelauslaß befindet. Das Volumen der abgedichteten Tasche ändert sich progressiv beiRelative rotational movement of the volute bodies against each other when the machine is working, i.e. the movement is precise curvilinear translation (i.e. no rotation of a line in the body). Carry the fluid-filled pockets the fluid to be treated from a first zone in the volute machine in which the fluid inlet is provided to a second zone of the machine in which the fluid outlet is located. The volume the sealed pocket changes progressively

-,Q ihrer Bewegung von der ersten Zone zur zweiten Zone. Zu jedem Augenblick liegen zumindest zwei abgedichtete Taschen vor, und wenn man zu einem bestimmten Zeitpunkt mehrere Paare abgedichteter Taschen hat, so hat ein jedes Paar unterschiedliches Volumen. Bei einem Verdichter hat-, Q of their movement from the first zone to the second zone. to There are at least two sealed pockets at any given moment, and if at any given point in time has multiple pairs of sealed pockets, each pair has a different volume. Has a compressor

^ man in der zweiten Zone einen höheren Druck als der in ersten Zone, die zweite Zone liegt dann physisch in der Mitte der Maschine, während die erste Zone beim Außenrand der Maschine liegt.^ the pressure in the second zone is higher than that in the first Zone, the second zone is then physically in the middle of the machine, while the first zone is at the outer edge of the machine lies.

Allgemein gilt, daß die mögliche Gesamtvolumensverminderung einer Tasche bei deren Bewegung in die zweite Zone hinein (also das größtmögliche Verdichtungsverhältnis) zunimmt, je größer die bogenförmige Erstreckung der Volutenstege ist. Umso größer das Volumenverhältnis ist, umso größer ist auchIn general, the possible total reduction in volume of a pocket as it moves into the second zone (i.e. the greatest possible compression ratio) increases, the greater the arcuate extension of the volute webs. The larger the volume ratio, the larger it is

2g das Druckverhältnis der Maschine.2g is the pressure ratio of the machine.

Es gibt zwei Arten von Kontakten, welche die mit Strömungsmittel gefüllten Taschen vorgeben, die zwischen den beiden Volutenkörpern gebildet werden: In axialer Richtung verlaufende tangentiale Linienkontakten zwischen den Spiralflächen der Volutenstege, welche man durch radial wirkende Kräfte (Flankendichtung) erhält, und Flächenkontakte, welche durch axiale Kräfte herbeigeführt werden, die zwischen den ebenen Rückenflächen ("Spitzen") eines jeden Steges und der gegenüberliegenden Stirnplatte hergestellt werden (Rückendichtung).There are two types of contacts that define the fluid filled pockets that are between the two Volute bodies are formed: Tangential line contacts running in the axial direction between the spiral surfaces the volute webs, which are obtained by radial forces (flank seal), and surface contacts, which are caused by axial forces are brought about between the flat back surfaces ("tips") of each web and the opposite End plate are produced (back seal).

Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, muß man eine gute Abdichtung für beide Kontaktarten herbeiführen. Bei einem herkömmlichen Volutenverdichter (also einer Maschine, bei welcher die Stege Evolventen eines Kreises sind) muß man zur Gewährleistung einer guten Flankendichtung sicherstellen, daß es keine Relativdrehung zwischen den Volutenkörpern gibt.In order to achieve a high degree of efficiency, a good seal must be achieved for both types of contact. At a conventional volute compressor (i.e. a machine with which the webs are involutes of a circle) must be ensured to ensure a good flank seal, that there is no relative rotation between the volute bodies.

Volutenmaschinen sind an sich seit einiger Zeit bekannt,Scroll machines have been known per se for some time,

^o ^un<3 man weiß, daß diese spezifische Vorteile haben. So haben z.B. Volutenmaschinen einen hohen isentropischen und volumetrischen Wirkungsgrad, und daher haben sie bei gegebener Kapazität verhältnismäßig kleine Ausmaße und geringes Gewicht. Die Volutenmaschinen sind auch ruhiger und^ o ^{un <} 3 we know that these have specific advantages. For example, volute machines have a high isentropic and volumetric efficiency, and therefore they are relatively small in size and light in weight for a given capacity. The scroll machines are also quieter and

2g arbeiten vibrationsfreier als viele Hubkolbenverdichter, da bei ihnen keine großen hin- und herbewegbaren Teile verwendet werden (z.B. Kolben, Pleuelstangen usw.), und da der gesamte Strömungsmittelstrom in einer Richtung erfolgt, wobei die Verdichtung gleichzeitig in einer Mehrzahl einander gegenüberliegender Taschen erfolgt, gibt es weniger druckbedingte Schwingungen. Derartige Volutenmaschinen sind auch sehr zuverlässig und langlebig, da nur sehr wenige bewegte Teile verwendet werden, da die Relativbewegung zwischen den Volutenkörpern mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit erfolgt und da aufgrund der Bauweise nur eine geringe Empfindlichkeit für Verunreinigungen des Strömungsmittels vorliegt. 2g work more vibration-free than many reciprocating compressors, because they do not use large reciprocating parts (e.g. pistons, connecting rods, etc.), and there all of the fluid flow is in one direction, with the compression simultaneously in a plurality of one another opposite pockets takes place, there are fewer pressure-related vibrations. Such volute machines are also very reliable and durable, as only very few moving parts are used, as the relative movement between the volute bodies takes place at a relatively low speed and because of the design only one there is little sensitivity to contamination of the fluid.

Ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Konstruktion einer Volutenmaschine ist die Art und Weise, in welcher man eine Relativdrehung zwischen den Volutenkörpern verhindert, wenn diese auf einer Orbitalbahn gegeneinander bewegt werden. Eine herkömmliche beliebte Lösung für dieses Problem wird in der Verwendung einer Oldham-Kupplung (Universalkupplung mit Kreuzschlitzen und Zwischenstück) gesehen, welche zwi-An important consideration when designing a volute machine is the way in which relative rotation between the volute bodies is prevented when these are moved against each other on an orbital path. A conventional popular solution to this problem is becoming in the use of an Oldham coupling (universal coupling with cross slots and spacer), which between

χ sehen dem umlaufenden Volutenkörper und einem feststehenden Abschnitt der Maschine vorgesehen ist. Üblicherweise enthält eine Oldham-Kupplung einen Oldham-Ring und zwei Sätze von Federn oder Gleitsteinen. Der Oldham-Ring ist g an seiner einen Seite mit Nuten versehen, die unter rechtem Winkel zu ähnlichen Nuten verlaufen, die auf seiner anderen Seite vorgesehen sind. Ein Satz von Federn ist mit einer Oberfläche des umlaufenden Volutenkörpers verbunden und greift in die auf einer Seite des Oldham-Ringes χ see the revolving volute body and a fixed section of the machine is provided. Typically, an Oldham coupling contains an Oldham ring and two sets of springs or sliding blocks. The Oldham ring is grooved on one side thereof which are at right angles to similar grooves provided on its other side. A set of springs are attached to one surface of the revolving volute and engage those on one side of the Oldham's ring

2Q vorgesehenen Nuten ein, während der andere Satz von Federn entweder am feststehenden Volutenkörper oder am Maschinengehäuse befestigt ist und in die auf der anderen Seite des Oldham-Ringes vorgesehenen Nuten eingreift. Der Oldham-Ring wird in einer Richtung hin- und herbewegt, die parallel zu denjenigen Nuten verläuft, welche den Satz mit dem feststehenden Volutenkörper oder dem Gehäuse verbundener Federn enthält. Die Oldham-Kupplung dient somit als Zwangsführung, welche eine Drehung des umlaufenden Volutenkörpers bezüglich des feststehenden VoIutenkörpers verhindert. In der US-PS 4 121 438 ist eine derartige Volutenmaschine gezeigt.2Q provided grooves one while the other set of springs either on the fixed volute body or on the machine housing and into the on the other side of the Oldham ring's provided grooves. The Oldham Ring is reciprocated in a direction that is parallel runs to those grooves which the set connected to the fixed volute body or the housing Contains feathers. The Oldham coupling thus serves as a positive guide, which causes a rotation of the revolving volute body with respect to the fixed VoIutenkörpers prevented. Such a scroll machine is shown in US Pat. No. 4,121,438.

Es sind noch andere Einrichtungen bekannt, um die Relativbewegung zwischen den Volutenkörpern zu steuern, z.B. Verbindungsgestänge, Mehrfachantriebe, welche beide Volutenkörper um unterschiedliche Mittelpunkte drehen und ähnliche Anordnungen. Die Steuerung der Drehbewegung stellt jedoch keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar, und zu Zwecken der Beschreibung sei für die hier betrachtete Volutenmaschine angenommen, daß die Relativbewegung zwichen den Vo-■ lutenkörpern durch eine Oldham-Kupplung oder eine ähnliche Einrichtung gesteuert wird, welche für eine rein längs einer gekrümmten Bahn erfolgende Translationsbewegung zwischen den beiden Volutenkörpern sorgt. Aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung sei ferner angenommen, daß dieOther devices are known for controlling the relative movement between the volute bodies, e.g. connecting rods, Multiple drives, which rotate both volute bodies around different centers, and the like Arrangements. The control of the rotary motion does not form part of the present invention, however, and for purposes only In the description it is assumed for the scroll machine considered here that the relative movement between the Vo- ■ lute bodies by an Oldham coupling or similar device is controlled, which for a purely longitudinal a curved path provides translational movement between the two volute bodies. For the sake of simplicity the description is also assumed that the

Kontur der Volutenstege die Evolvente eines Kreises sei.Let the contour of the volute webs be the involute of a circle.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Verdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, c daß eine erheblich größere Volumen/Druckübersetzung bei gegebener Steglänge und bei gegebener Anzahl von Stegen erhalten wird als bei herkömmlichen Volutenmaschinen.The present invention provides a compressor according to the preamble of claim 1 is to be further formed to c that a considerably larger volume / pressure ratio is obtained for a given land length and for a given number of webs than in conventional Volutenmaschinen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Verdichter gemäß Anspruch 1.According to the invention, this object is achieved by a compressor according to claim 1.

Ein erfindungsgemäßer Verdichter baut bei gegebenem Volumen/Druckverhältnis (üblicherweise der Ausgangspunkt bei der Konstruktion einer Maschine) in radialer Richtung er-A compressor according to the invention builds for a given volume / pressure ratio (usually the starting point when designing a machine) in the radial direction

,c heblich kleiner als eine bekannte Volutenmaschine. Da darüberhinaus eine geringere Steglänge für ein gegebenes Volumen/Druckverhältnis benötigt wird, kann man auch Verdichter mit erheblich größerer Auslaßöffnung bauen, wodurch der Wirkungsgrad des Verdichters erheblich verbessert, c considerably smaller than a known volute machine. Since beyond that If a smaller web length is required for a given volume / pressure ratio, a compressor can also be used Build with a significantly larger outlet opening, which significantly improves the efficiency of the compressor

2Q wird. Diese Vorteile werden bei dem erfindungsgemäßen Verdichter auf sehr einfache Weise einfach dadurch erhalten, daß man die Geometrie des Rückens der Stege und der Stirnplatte so abändert, daß man eine in axialer Richtung erfolgende Verminderung des Volumens der abgedichteten Taschen erhält, wenn sich diese in die zweite Zone hineinbewegen. Diese axiale Volumensvermxnderung kommt zu der üblichen Volumensvermxnderung in radialer Richtung hinzu.2Q will. These advantages are achieved in the compressor according to the invention obtained in a very simple way simply by changing the geometry of the back of the webs and the face plate so that one takes place in the axial direction Reduction of the volume of the sealed pockets obtained as they move into the second zone. This axial volume reduction is added to the usual volume reduction in the radial direction.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the invention are specified in the subclaims.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:The invention is explained below using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings explained in more detail. In this show:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der innenliegenden Oberfläche zweier Volutenkörper, wobei die normalerweise ineinander eingreifenden Volutenkörper in gleicher Weise auseinandergeklappt dargestellt sind wie die Sei1 is an exploded perspective view of the inner surface of two volute bodies, the normally interengaging volute bodies unfolded in the same way are shown like the Sei

ten eines geöffneten Buches;ten of an open book;

Fig. 2 ein Schaubild, anhand dessen die Geometrie der Volutenkörper näher erläutert wird;2 shows a diagram, on the basis of which the geometry of the volute body is explained in more detail;

Fign.3-9 transversale Schnitte durch die Stege einesFIGS. 3-9 transverse sections through the webs of a

Volutenverdichters/ welcher zwei ineinandergreifende Volutenkörper gemäß Figur 1 aufweist, wobei die Volutenkörper in einer Mehrzahl unterschiedlicher Winkelstellungen gezeigtVolute compressor / which two interlocking Has volute body according to Figure 1, wherein the volute body shown in a plurality of different angular positions

sind;are;

Fig. 10 eine graphische Darstellung, in welcher das Volumen der abgedichteten Verdichtungsräume in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel aufgeFig. 10 is a graph showing the volume of the sealed compression spaces depending on the crankshaft angle

tragen ist;wear is;

Fig. 11 einen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform von Volutenkörpern im wesentlichen längs einer Linie, die zur Linie x-x von Fig. 1 äqui11 shows a partial section through a second embodiment of volute bodies, essentially longitudinally a line equi to the line x-x of Fig. 1

valent ist;valent is;

Fig. 12 einen Teilschnitt durch die zweite Ausführungsform von Volutenkörpern längs einer Linie, die im wesentlichen äquivalent zur Linie y-y von12 shows a partial section through the second embodiment of volute bodies along a line which essentially equivalent to line y-y of

Fig. 1 ist;Fig. 1 is;

Fig. 13 einen Teilschnitt durch die zweite Ausführungsform von Volutenkörpern im wesentlichen längs einer Linie, die äquivalent zur Linie z-z von13 shows a partial section through the second embodiment of volute bodies, essentially longitudinally a line equivalent to the z-z line of

Fig. 1 ist;Fig. 1 is;

7 ti7 ti

Fig. 14 einen Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform von Volutenkörpern im wesentlichen längs einer zur Linie x-x von Fig.1 äquivalenten Schnittlinie;14 essentially shows a partial section through a third embodiment of volute bodies along a cutting line equivalent to the line x-x in FIG. 1;

Fig. 15 einen Teilschnitt durch die dritte Ausführungsform von Volutenkörpern längs einer im wesentlichen zu der Linie y-y von Fig.1 äquivalenten Linie; und15 shows a partial section through the third embodiment of volute bodies along an essentially line equivalent to the line y-y of FIG. 1; and

Fig. 16 einen Teilschnitt durch die dritte Ausführungsform der Volutenkörper im wesentlichen längs einer zur Linie z-z von Fig. 1 äquivalenten Linie.16 shows a partial section through the third embodiment of the volute body, essentially longitudinally a line equivalent to the line z-z of FIG.

Bei den in der Zeichnung wiedergegebenen Volutenverdichtern hat man allgemein gesprochen zusätzlich zur radialen Kompression des geförderten Gases noch eine axiale Kompression. Dieses Prinzip läßt sich auf fast alle bekanntenIn the case of the volute compressors shown in the drawing, generally speaking, radial compression is also used axial compression of the pumped gas. This principle can be known to almost all

2Q Volutenmaschinen anwenden, und nachdem diese Maschinen im übrigen wohl bekannt sind, reicht es zur Erläuterung hier aus, wenn nur die Volutenkörper selbst betrachtet werden. Die Art ihrer Profilierung, ihrer Anbringung, ihrer zwangsgeführten Bewegung auf einer Umlaufbahn,Apply 2Q volute machines, and after these machines are otherwise well known, it is sufficient for explanation here if only the volute bodies themselves are considered will. The type of their profiling, their attachment, their forced movement in an orbit,

2g ihres Antriebes usw. kann auf bekannte Weise erfolgen.2g of their drive etc. can be done in a known manner.

In Fig. 1 ist ein auf einer Orbitalbahn bewegter Volutenkörper mit 10, ein feststehender Volutenkörper mit 12 bezeichnet. Normalerweise greifen die Volutenkörper ineinander ein, zur Erläuterung sind aber die beiden Volutenkörper so auseinandergeklappt wiedergegeben, wie man ein Buch öffnen würde, um Einzelheiten in ihrer Geometrie besser zeigen zu können.In FIG. 1, a volute body moving on an orbital path is denoted by 10, and a stationary volute body is denoted by 12. Normally the volute bodies interlock, but for illustration purposes the two volute bodies are reproduced unfolded as one would open a book, for details in its geometry to be able to show better.

Der Volutenkörper 10 hat einen kontinuierlichen spiralförmigen Steg 14, welcher sich von der mittigen Maschinenachse nach außen erstreckt und einen Rollwinkel von mindestens 1080° aufweist (also 3 Windungen). Nur 2-1/2 Windüngen einer jeden der innenliegenden und außenliegenden Plankenoberflächen (900 Rollwinkel) werden verwendet, man braucht aber insgesamt 3 Windungen, da die außenliegende Flanke der äußeren halben Windung und die innenliegende Flanke der innenliegenden halben Windung zur Funktion nichts beitragen. Der Steg 14 hat in radialer Richtung gleichbleibende Dicke, seine radial außen liegende Flanke ist also in Radialrichtung stets gleich weit von der benachbarten in radialer Richtung gegenüberliegenden innenliegenden Flanke entfernt, die ihr zugewandt ist.The volute body 10 has a continuous spiral-shaped web 14 which extends from the central machine axis extends outwards and has a roll angle of at least 1080 ° (i.e. 3 turns). Only 2-1 / 2 turns of each of the inside and outside plank surfaces (900 roll angles) are used, but you need a total of 3 turns, since the outer flank of the outer half turn and the inner one The flank of the inner half turn does not contribute anything to the function. The web 14 has in the radial direction constant thickness, so its radially outer flank is always the same distance from in the radial direction removed from the adjacent inner flank which is opposite in the radial direction and which faces it.

Eine Stirnplatte 16 ist an der axial außenliegenden Kante des Steges 14 vorgesehen und dient dazu, den offenen Raum zwischen den einander gegenüberliegenden Flanken des Steges 14 zu verschließen. Die Stirnplatte 16 hat eine äußere Stirndichtfläche 18, welche sich im außenliegenden bogenförmigen Teil des Steges 14 zwischen dessen einander gegenüberliegenden Flanken erstreckt. Eine innenliegende Stirndichtfläche 20 (abgeschattet wiedergegeben) liegt für den inneren bogenförmigen Teil des Steges 14 zwischen dessen einander gegenüberliegenden Flanken. Die beiden Stirndichtflächen sind beide eben und stehen senkrecht auf der Maschinenachse, wobei die radial außenliegende Stirndichtfläche 18 bezüglich der radial innenliegenden Stirndichtfläche 20 in axialer Auswärtsrichtung versetzt ist. Die außenliegende Stirndichtfläche 18 und die innenliegende Stirndichtfläche 20 sind über eine kreisförmige zylindrische Übergangsfläche 22 miteinander verbunden, wobei die Krümmungsachse der letzteren parallel zur Maschinenachse verläuft. Die Übergangsfläche 22 hat einen Radius, der gleich der Hälfte des radialen Abstandes zwischen benachbarten einander gegenüberliegenden FlankenAn end plate 16 is provided on the axially outer edge of the web 14 and serves to open the space to close between the opposite flanks of the web 14. The face plate 16 has an outer Front sealing surface 18, which is located in the outer arc-shaped part of the web 14 between the opposite one another Flanks extends. An inner face sealing surface 20 (shown shaded) lies for the inner arcuate part of the web 14 between its opposite flanks. The two Front sealing surfaces are both flat and perpendicular to the machine axis, with the one lying radially on the outside Front sealing surface 18 offset in the axially outward direction with respect to the radially inner front sealing surface 20 is. The outer end sealing surface 18 and the inner end sealing surface 20 are circular cylindrical transition surface 22 connected to one another, the axis of curvature of the latter parallel to the machine axis runs. The transition surface 22 has a radius that is equal to half the radial distance between adjacent opposite flanks

P 1? P 1?

des Steges 14 ist. Dieser Radius ist zugleich der Radius der Orbitalbahn der Maschine.of the web 14 is. This radius is also the radius of the orbital path of the machine.

Auf der axial innenIiegenden Kante des Steges sind Dichten flächen ausgebildet. Hierzu gehören eine radial außenliegende Rückendichtfläche 24, welche sich längs des radial außenliegenden bogenförmigen Teiles des Steges 14 erstreckt, sowie eine radial innenliegende Rückendichtfläche 26, welche den inneren bogenförmigen Teil des Steges überdeckt,There are densities on the axially inner edge of the web surfaces formed. This includes a radially outer back sealing surface 24, which extends along the radially outer arc-shaped part of the web 14 extends, as well as a radially inner back sealing surface 26, which covers the inner arch-shaped part of the bridge,

_in wobei diese beiden Rückendichtflächen eben sind und senkrecht auf der Maschinenachse stehen. Dabei ist die radial außenliegende Rückendichtfläche 24 in axialer Einwärtsrichtung zur radial innenliegenden Rückendichtfläche 26 versetzt. Die außenliegende und die innenliegende Rückendichtfläche sind miteinander über eine kreisförmige zylindrische Übergangsfläche 28 verbunden, deren Krümmungsachse parallel zur Maschinenachse verläuft und deren Radius gleich der Hälfte der radialen Dicke des Steges 14 ist. Die Krümmungsachsen der übergangsflachen 22 und 28 _in which these two back sealing surfaces are flat and perpendicular to the machine axis. The radially outer back sealing surface 24 is offset in the axially inward direction from the radially inner back sealing surface 26. The outer and inner back sealing surfaces are connected to one another via a circular, cylindrical transition surface 28, the axis of curvature of which runs parallel to the machine axis and the radius of which is equal to half the radial thickness of the web 14. The axes of curvature of the transition surfaces 22 and 28

2Q sind bezogen auf die Maschinenachse etwa 180 voneinander entfernt. Die übergangsflachen 22 und 28 haben auch gleiche axiale Höhe.2Q are about 180 of each other in relation to the machine axis removed. The transition surfaces 22 and 28 also have the same axial height.

Der Volutenkörper 12 hat einen kontinuierlichen spiralför- 2J- migen Steg 32, welcher das Spiegelbild des Steges 14 darstellt. Eine Stirnplatte 34 ist an der axial außenliegenden Kante des Steges 32 vorgesehen und dient dazu, den offenen Raum zwischen einander gegenüberliegenden Flanken des Steges 32 zu verschließen. Die Stirnplatte 34 hat eine QQ radial außenliegende Stirndichtfläche 36, welche sich über den radial außenliegenden bogenförmigen Teil des Steges zwischen dessen einander gegenüberliegenden Flanken erstreckt. Eine radial innenliegende Stirndichtfläche 38 (schattiert dargestellt) liegt über den radial innenliegen-3g den bogenförmigen Teil des Steges 32 zwischen dessen einander gegenüberliegenden Flanken. Wiederum sind dieseThe volute 12 has a continuous spiral-2J--shaped web 32, which constitutes the mirror image of web fourteenth An end plate 34 is provided on the axially outer edge of the web 32 and serves to close the open space between opposing flanks of the web 32. The end plate 34 has a QQ radially outer end sealing surface 36, which extends over the radially outer arcuate portion of the web between its opposing edges. A radially inner face sealing surface 38 (shown shaded) lies over the radially inner 3g arc-shaped part of the web 32 between its opposing flanks. Again these are

Vd 18Vd 18

beiden Stirndichtflächen eben und stehen senkrecht auf der Maschinenachse, wobei die radial außenliegende Stirndichtfläche in axialer Auswärtsrichtung zur radial innenliegenden Stirndichtfläche versetzt ist. Die außenliegende Stirn-both face sealing surfaces and are perpendicular to the Machine axis, with the radially outer face sealing surface in an axially outward direction to the radially inner one Front sealing surface is offset. The external forehead

c dichtfläche 36 und die innenliegende Stirndichtfläche 38 sind über eine kreisförmige zylindrische Übergangsfläche 40 miteinander verbunden, deren Krümmungsachse parallel zur Maschinenachse verläuft und deren Radius gleich der Hälfte des radialen Abstandes zwischen benachbarten einjQ ander gegenüberliegenden Flanken des Steges 32 ist.c sealing surface 36 and the inner face sealing surface 38 are connected to one another via a circular, cylindrical transition surface 40, the axis of curvature of which is parallel runs to the machine axis and the radius of which is equal to half the radial distance between adjacent one on the opposite flanks of the web 32 is.

Auf der axial innenliegenden Kante des Steges 32 sind Rückendichtflächen vorgesehen, nämlich eine radial außenliegende Rückendichtfläche 42, welche sich über den raidalBack sealing surfaces are provided on the axially inner edge of the web 32, namely a radially outer one Back sealing surface 42, which extends over the raidal

jg außenliegenden bogenförmigen Teil des Steges 32 erstreckt, sowie eine radial innenliegende Rückendichtfläche 44, die dem radial innenliegenden bogenförmigen Teil des Steges zugeordnet ist. Beide Rückendichtflächen sind eben und stehen senkrecht auf der Maschinenachse, wobei die radial außenliegende Rückendichtfläche in axialer Einwärtsrichtung zur radial innenliegenden Rückendichtfläche versetzt ist. Die außenliegende Rückendichtfläche und die innenliegende Rückendichtfläche sind über eine kreisförmige zylindrische Übergangsfläche 46 miteinander verbunden, deren Krümmungsachse parallel zur Maschinenachse verläuft und deren Radius gleich der Hälfte der radialen Dicke des Steges 32 ist. Wie zuvor sind die Achsen der Übergangsflächen 40 und 46 bezogen auf die Maschinenachse etwa um 180 voneinander entfernt.jg outer arcuate part of the web 32 extends, and a radially inner back sealing surface 44 which corresponds to the radially inner arcuate part of the web assigned. Both back sealing surfaces are flat and perpendicular to the machine axis, with the radial outer back sealing surface offset in the axially inward direction to the radially inner back sealing surface is. The outer back sealing surface and the inner back sealing surface are circular and cylindrical Transition surface 46 connected to one another, the axis of curvature of which runs parallel to the machine axis and the radius of which is equal to half the radial thickness of the web 32. As before are the axes of the transition surfaces 40 and 46 spaced approximately 180 apart from one another in relation to the machine axis.

Die Stirnplatte 34 ist ferner mit einer zentralen verhältnismäßig großen Auslaßöffnung 30 versehen, durch welche das vom Verdichter komprimierte Strömungsmittel abgeführt wird. Die Stirnplatte 16 hat eine zentrale Vertiefung 48, die ähnliche Geometrie aufweist wie die Auslaßöffnung 30 und mit letzterer fluchtet. Auf diese Weise wird die Ab-The face plate 34 is also provided with a central, relatively large outlet opening 30 through which the fluid compressed by the compressor is discharged. The face plate 16 has a central recess 48, has the similar geometry as the outlet opening 30 and is aligned with the latter. In this way, the

gäbe verdichteten Strömungsmittels erleichtert.would make compressed fluid easier.

Der umlaufende Volutenkörper 10 ist in nicht näher gezeigter üblicher Weise so zwangsgeführt, daß er eine kreisförmige Orbitalbahn bezüglich des feststehenden Volutenkörpers 12 durchläuft, wobei der Steg 14 mit dem Steg 32 derart verschachtelt ist, daß a) die radial außenliegende Flanke eines der Stege stromungsmitteldicht an der radial innenliegenden Flanke des anderen der Stege anliegt, b) dieThe circumferential volute body 10 is positively guided in a conventional manner not shown in detail that it is circular Orbital path with respect to the fixed volute body 12 runs through, wherein the web 14 is nested with the web 32 such that a) the radially outer flank one of the webs rests against the radially inner flank of the other of the webs in a current-medium-tight manner, b) the

2Q außenliegende Rückendichtfläche 24 dicht an der außenliegenden Stirndichtfläche 36 anliegt; c) die innenliegende Rückendichtfläche 26 dicht an der innenliegenden Stirndichtfläche 38 anliegt; d) die außenliegende Rückendichtfläche 42 dicht an der außenliegenden Stirndichtfläche 182Q external back sealing surface 24 close to the external Front sealing surface 36 rests; c) the inner back sealing surface 26 close to the inner front sealing surface 38 is applied; d) the external back sealing surface 42 close to the external front sealing surface 18

2g anliegt, e) die innenliegende Rückendichtfläche 44 dicht an der inneren Stirndichtfläche 20 anliegt, f) die zylindrische Übergangsfläche 28 über einen Teil der Orbitalbewegung hinweg dicht an der zylindrischen Übergangsfläche 40 anliegt, und g) die zylindrische Übergangsfläche 46 über einen Teil der Orbitalbewegung hinweg dicht an der zylindrischen Übergangsfläche 22 anliegt, so daß durch die Orbitalrelativbewegung zwischen den beiden Volutenkörpern dicht abgeschlossene mit Strömungsmittel gefüllte Verdichtungsräume erhalten werden, deren Volumen sich progressiv ändert.2g is applied, e) the inner back sealing surface 44 is tight rests against the inner face sealing surface 20, f) the cylindrical transition surface 28 over part of the orbital movement away tightly against the cylindrical transition surface 40, and g) the cylindrical transition surface 46 rests tightly against the cylindrical transition surface 22 over part of the orbital movement, so that through the orbital relative movement between the two volute bodies tightly sealed with fluid Compression spaces are obtained, the volume of which changes progressively.

Fig. 2 zeigt die Grundgeometrie eines Volutenkörpers. Dabei bezeichnet 100 den Grundkreis bei der Erzeugung der Evolventen, welche das Profil des Steges vorgibt; 102 ist die Evolvente des Kreises 100, welche die äußere Flankenoberfläche des Steges vorgibt; und 104 ist die Evolvente des Kreises 100, welche die innenliegende Flankenoberfläche des Steges vorgibt. Annehmend, daß die schematische Darstellung den umlaufenden Volutenkörper darstellt, sind auch die kreisförmigen zylindrischen Übergangsflächen 22 und 28 wiedergegeben. Um in den Verdxchtungsräumen einesFig. 2 shows the basic geometry of a volute body. 100 denotes the base circle when the Involute, which defines the profile of the web; 102 is the involute of circle 100, which is the outer flank surface of the bridge pretends; and 104 is the involute of circle 100, which is the inside flank surface of the bridge. Assuming that the schematic shows the revolving volute body also the circular cylindrical transition surfaces 22 and 28 reproduced. To get one in the suspense areas

>2 10 > 2 10

jeden Paares taschenförmiger Verdichtungsräume eine gleichförmige Verdichtung zu erhalten, sollten die Krümmungsmittelpunkte der Übergangsflächen auf parallelen Linien liegen, welche tangential zum erzeugenden Grundkreis liegen. Damit liegt die Krümmungsachse 105 der Übergangsflache 22 auf einer Tangenten 106 an den Basiskreis 100, und die Krümmungsachse 107 der Übergangsfläche 2 8 liegt auf einem Tangenten 108 an den Grundkreis 100. Die Tangenten 106 und 108 müssen parallel zueinander verlaufen, können aber aneach pair of pocket-shaped compression spaces a uniform one To obtain compaction, the centers of curvature of the transition surfaces should lie on parallel lines, which are tangential to the generating base circle. The axis of curvature 105 thus lies on the transition surface 22 on a tangent 106 to the base circle 100, and the axis of curvature 107 of the transition surface 28 lies on one Tangents 108 to the base circle 100. The tangents 106 and 108 must run parallel to one another, but can

jQ einem beliebigen Punkt des Steges vorgesehen sein, wenn nur der Mittelpunkt der ersten Übergangsfläche (zwischen den Stirndichtflächen) zumindest 3 60 vom äußeren aktiven Ende des Steges entfernt ist. Wie noch näher dargelegt werden wird, ist die Einhaltung dieser Bedingung notwendig um scherzusteilen, daß eine volle Strömungsmittelcharge im Ansaugabschnitt des Zyklus angesaugt wird. Der Mittelpunkt der zweiten Übergangsfläche (zwischen den Rückendichtflächen) liegt daher um 180 weiter vom Ende des Steges entfernt. Die Achse 105 liegt in der Mitte zwischen den benachbarten einander gegenüberliegenden Flanken des Steges, und die Achse 107 liegt in der Mitte des Steges. Die Übergangsflächen haben keine Biegungspunkte und ihre Kanten verlaufen tangential zu den Flankenflächen der Stege, welche sie schneiden. Um eine gute Abdichtung und damit einen guten Wirkungsgrad zu erhalten, müssen die beiden Volutenkörper spiegelbildlich zueinander ausgebildet sein und bezüglich der Maschinenachse um 180 gegeneinander verdreht sein, damit sie richtig ineinander eingreifen.jQ can be provided at any point on the web if only the center point of the first transition surface (between the face sealing surfaces) at least 3 60 from the outer active End of the web is removed. As will be explained in more detail below, compliance with this condition is necessary shear that a full charge of fluid is in the Suction portion of the cycle is sucked. The midpoint of the second transition surface (between the back sealing surfaces) is therefore 180 further away from the end of the bridge. The axis 105 lies in the middle between the neighboring ones opposing flanks of the web, and the axis 107 is in the center of the web. The transition areas have no bending points and their edges are tangential to the flank surfaces of the webs, which They cut. In order to obtain a good seal and thus a good degree of efficiency, the two volute bodies be designed to be mirror images of each other and rotated by 180 relative to each other with respect to the machine axis so that they mesh properly with each other.

Das Arbeiten der oben beschriebenen Volutenmaschine läßt sich am besten anhand der Fign. 3 bis 9 beschreiben, wobei zusätzlich auf Fig. 10 Bezug genommen wird. Man/sich vorstellen, daß die Volutenstege in der dargestellten Weise ineinander eingreifen und daß der bewegte Volutenkörper im Uhrzeigersinne auf einer nicht im einzelnenThe operation of the scroll machine described above can best be seen in FIGS. 3 to 9 describe, where reference is additionally made to FIG. 10. One / oneself imagine that the volute webs engage in one another in the manner shown and that the moving volute body clockwise on one not in detail

dargestellten Kreisorbitalbahn bezüglich des feststehenden Volutenkörpers bewegt wird, wobei die Orbitalbahn einen Durchmesser hat, der gleich dem Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Flanken eines der Stege ist. In den Fign. 3 bis 9 ist der umlaufende Steg 14 auf einer kreisförmigen Orbitalbahn im Uhrzeigersinne bezüglich des feststehenden Steges 32 bewegt wiedergegeben. Fig. 3 zeigt den Verdichter nach Abschluß der ersten 36O°-Drehung der Kurbelwelle, also nach vollen 360° der Orbitalbewegung desrepresented circular orbital orbit with respect to the fixed Volute body is moved, the orbital path has a diameter that is equal to the distance between each other opposite flanks is one of the webs. In FIGS. 3 to 9 is the circumferential web 14 on a circular Orbital track moved clockwise with respect to the fixed web 32 shown. Fig. 3 shows the Compressor after completion of the first 360 ° rotation of the crankshaft, i.e. after a full 360 ° of the orbital movement of the

,Q umlaufenden Volutenkörpers bezüglich des feststehenden Volutenkörpers. Innerhalb dieser Zeitspanne haben sich die außenliegenden Windungen des Steges aus einer Abdichtstellung (die ähnlich zu der in Fig. 3 gezeigten Stellung ist) in eine voll offene Stellung bewegt (ähnlich zu der, Q revolving volute body with respect to the stationary Volute body. Within this period of time, the outer turns of the web have moved out of a sealing position (which is similar to the position shown in Fig. 3) is moved to a fully open position (similar to that shown in Fig. 3)

,c in Fig. 4 gezeigten Stellung) und sind dann in die wirklich in Fig. 3 gezeigte Abdichtstellung zurückgekehrt. Bei dieser Bewegung haben sie zwei volle Chargen Gas angesaugt, welche bei 200 und 202 gezeigt sind. Bei diesem Punkt des Arbeitszyklus befindet sich das gesamte angesaugte Gas in "großen" Verdichtungsräumen, das sind diejenigen Verdichtungsräume, welche in axialer Richtung zwischen den radial außenliegenden Stirndichtflächen 18 und 36 liegen., c position shown in Fig. 4) and are then in the real In Fig. 3 shown sealing position returned. In this movement they have drawn in two full batches of gas, shown at 200 and 202. With this one At the point of the work cycle, all the gas that is sucked in is in "large" compression chambers, that is, those Compression spaces, which in the axial direction between the radially outer end sealing surfaces 18 and 36 lie.

Bei den nächsten 180 der Drehbewegung bewegen sich die Chargen 200 und 202 in die in Fig. 4 wiedergegebenen Stellungen. In diesen befindet sich jeweils ein Teil einer jeden Charge in einem großen Verdichtungsraum und ein anderer Teil einer jeden Charge in einem "kleinen" Verdichtungsraum, also einem Verdichtungsraum, der in .'axialer Richtung zwischen den innenliegenden Stirndichtflächen 20 und 38 liegt. Derjenige Teil der Charge, welcher sich in den axial kurzen Verdichtungsräumen befindet, ist in der Zeichnung mit größerer Schattierungsdichte wiedergegeben als der Chargenteil, der sich in den axial großen Verdich-During the next 180 turns, they move Lots 200 and 202 in the positions shown in FIG. In each of these there is a part of each Batch in a large compression room and another part of each batch in a "small" compression room, thus a compression space, which in .'axial direction between the inner face sealing surfaces 20 and 38 lies. That part of the charge that is in the axially short compression chambers is in the Drawing reproduced with greater shading density than the batch part, which is located in the axially large compression

tungsräumen befindet. Durch weitere Drehung der Kurbelwelle um 180° gelangt die Maschine in die in Fig.5 wiedergegebene Stellung und wird bei Drehung um nochmals 180° in die in Fig. 6 gezeigte Stellung gebracht, welche einem Gesamtdrehwinkel von 900 entspricht. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Gesamtheit der Chargen 200 und 202 in den axial kurzen Verdichtungsräumen. Die Chargen sind deshalb nicht nur in üblicher Weise in radialer Richtung komprimiert worden, sondern auch in axialer Richtung, da dieis located. By further turning the crankshaft by 180 °, the machine reaches the position shown in Fig. 5 Position and is brought into the position shown in Fig. 6 when rotated by 180 ° again, which one Corresponds to a total angle of rotation of 900. At this point the entirety of lots 200 and 202 is in the axially short compression spaces. The batches are therefore not only compressed in the radial direction in the usual way been, but also in the axial direction, since the

XO kurzen Verdichtungsräume in axialer Richtung kleinere Abmessung haben als die großen Verdichtungsräume (wobei ansonsten die Verhältnisse gleich sind wie bei üblichen Volutenmaschinen) . Man erhält auf diese Weise eine Volumensverminderung, die größer ist als diejenige, die man erhal- ten würde, wenn die Verdichtungsräume alle gleiche axiale Höhe hätten.XO short compression spaces in the axial direction smaller dimension than the large compression chambers (otherwise the proportions are the same as with conventional volute machines) . In this way a reduction in volume is obtained which is greater than that which is obtained. would be if the compression chambers all had the same axial height.

Die in Fig. 6 wiedergegebene 9OO°-Stellung ist der früheste Zeitpunkt, zu welchem das Abgeben komprimierten Gases beginnen kann. Bei der hier betrachteten Volutenmaschine ist die Geometrie jedoch so gewählt, daß das Abgeben komprimierten Gases erst 45° später beginnt, nämlich in der in Fig. 7 wiedergegebenen Stellung. Das Abgeben komprimierten Gases beginnt am letzten Punkt, bei welchem die innenliegenden Rücken der Stegwindungen einander noch dicht berühren. Dreht sich die Kurbelwelle weiter, so öffnen sich die Verdichtungsräume zur Auslaßöffnung 30 hin, wie die beispielsweise bei der in Fig. 8 wiedergegebenen Stellung der Fall ist, in welcher die Kurbelwelle noch einmal um 180° gedreht ist (Gesamtdrehwinkel 1125°). Die Abgabe komprimierten Gases wird noch weitere 180° fortgesetzt, bis die in Fig. 9 wiedergegebene 13O5°-Stellung erreicht ist. Dann liegen die innenliegenden Rücken der Stegwindungen wieder dicht aneinander an.The 900 ° position shown in FIG. 6 is the earliest Point in time at which the delivery of compressed gas can begin. The scroll machine considered here is However, the geometry is chosen so that the delivery of compressed gas does not begin until 45 ° later, namely in the in Fig. 7 reproduced position. The delivery of compressed gas begins at the last point, at which the internal The backs of the web turns still touch each other closely. If the crankshaft continues to rotate, they open the compression chambers towards the outlet opening 30, such as the position shown in FIG. 8, for example is the case in which the crankshaft is rotated again by 180 ° (total angle of rotation 1125 °). The levy compressed gas is continued for another 180 °, until the 1305 ° position shown in FIG. 9 is reached. Then the inner backs of the web windings are located close together again.

1-5 tt 1-5 dd

Eine wie oben beschrieben aufgebaute Volutenmaschine hat über ihren gesamten Arbeitszyklus hinweg gute Dichteigenschaften. Die benachbarten Flanken der beiden Volutenkörper liegen in herkömmlicher Weise dicht aneinander an, ebenso die zueinander passenden Rückendichtflächen und StirndichtfJächen. Die verschiedenen Übergangsflächen liegen in der aus der Zeichnung ersichtlichen Art und Weise aneinander an. So hat man z.B. innerhalb der ersten 360° der Drehung der Kurbelwelle nur ein Ansaugen, bis dann eine vollständigeHas a volute machine constructed as described above Good sealing properties over their entire working cycle. The adjacent flanks of the two volute bodies lie close to one another in the conventional manner, as do the matching back sealing surfaces and front sealing surfaces. The various transition surfaces abut one another in the manner shown in the drawing. For example, within the first 360 ° of the rotation of the crankshaft you only have one suction, until then a complete one

IQ saugseitige Abdichtung eintritt. Innerhalb dieses Abschnittes dieses Gesamtzykluses ist somit das Abdichten der Übergangsflächen nicht wesentlich für die anfängliche Änderung. Danach, nämlich beginnend mit einem Drehwinkel von 360 bis hin zu einem Drehwinkel von 900° wird die Strömungs- I Q suction-side seal occurs. Within this section of this overall cycle, the sealing of the transition surfaces is therefore not essential for the initial change. Then, starting with an angle of rotation of 360 up to an angle of rotation of 900 °, the flow

■£5 mittelcharge ausgehend von einem verhältnismäßig großen langen Verdichtungsraum hin zu einem verhältnismäßig kleinen kurven Verdichtungsraum komprimiert, wie am besten aus den Fign. 4, 5 und 6 ersichtlich ist. Die entsprechenden Übergangsflächen liegen ausgehend von der in Fig. 3 wiedergegebenen 36O°-Stellung bis hin zu der in Fig. 4 wiedergegebenen 54O°-Stellung strömungsmitteldicht aneinander an. Zwischen der 54O°-Stellung (Fig. 4) und der 72O°-Stellung (Fig. 5) liegen die jeweiligen Übergangsflächen nicht strömungsmitteldicht aneinander an, innerhalb dieses speziellen Teiles des Gesamtzyklus findet aber ein Leckstrom über den Übergangsbereich nur zwischen zwei Strömungsmittelchargen gleicher Größe statt, welche mit gleicher Geschwindigkeit komprimiert werden. Obwohl es hier dann zu einer Vermischung kommt, ergibt sich aber im Ergebnis keine Herabsetzung des Wirkungsgrades. Danach, beginnend mit der in Fig. 5 wiedergegebenen 720 -Stellung liegen die Übergangsflächen wieder für die nächsten 180 strömungsmitteldicht aneinander an, bis die Maschine die in Fig. 6 wiedergegebene 900°-Stellung erreicht. Bei dieser Stellung befinden sich beide Strömungsmitteichargen vollständig in den kurzen Verdichtungs-■ £ 5 medium batch starting from a relatively large one long compression space compressed into a relatively small curve compression space, as best seen the FIGS. 4, 5 and 6 can be seen. The corresponding transition areas are based on that shown in FIG. 3 360 ° position up to the 54O ° position shown in FIG. 4 in a fluid-tight manner against one another. Between the 54O ° position (Fig. 4) and the 72O ° position (Fig. 5) the respective transition surfaces are not fluid-tight to each other, but within this special part of the overall cycle there is a leakage current through the Transition area only takes place between two fluid batches of the same size, which at the same speed be compressed. Although there is a mixture here, there is no reduction in the result Efficiency. Thereafter, beginning with the 720 position shown in FIG. 5, the transition surfaces are again for the next 180 fluid-tight to each other, until the machine reaches the 900 ° position shown in FIG. Both flow medium batches are in this position completely in the short compression

räumen (wie gezeigt), und die Übergangsflächen sind im Hinblick auf die betrachteten Strömungsmittelchargen nicht mehr länger von Interesse.broach (as shown), and the transition surfaces are in view is no longer of interest to the fluid batches under consideration.

Fig. 10 zeigt graphisch, was sich in der Maschine abspielt. In dieser Figur ist in Ordinatenrichtung das Volumen eines Verdichtungsraumes,und auf der Abszisse der Kurbelwellenwinkel aufgetragen.* Über die ersten 3 60° der Kurbelwellendrehung hinweg (eine volle Umdrehung), nämlich vom Punkt a des Diagrammes bis him zum Punkt c liegt die Ansaugphase des Gesamtzyklus. Die Ansaugphase ist beendet, wenn am Punkt c eine vollständige saugseitige Abdichtung erreicht wird. Innerhalb der ersten 360° der aktiven Windungen der Volutenstege sollten keine Übergangsbereiche liegen. Nach dem Punkt c führt ein weiteres Drehen der Kurbelwelle zu einem Verdichten des Gases. Wie in Fig. 10 gezeigt, würde sich die Kompressionslinie vom Punkt c zum Punkt g hin fortsetzen, wenn die beiden Stirnplatten vollständig eben und koplanar zu den Stirndichtflächen der langen Verdichtungsräume verlaufen würden. Würde man den Verdichter dagegen so konstruieren, daß die ebenen Stirnplatten koplanar zu den Stirndichtflächen der kurzen Verdichtungsräume sind, so verliefe das Ansaugen des Gases vom Punkt a zum Punkt b des Diagrammes, und die Verdichtung würde längs der Linie vom Punkt b zum Punkt d verlaufen, wobei jedoch das Volumen des angesaugten Gases nur das Volumen beim Punkt b wäre. Obwohl dies falls gewünscht erst später im Zyklus erfolgen könnte (z.B. beim Punkt c') erfolgt bei der hier betrachteten Ausführungsform das Verdichten vom großen Verdichtungsraum hin zum kurzen Verdichtungsraum beim Punkt c und wird über 1-1/2 Umdrehungen hin fortgesetzt, also bis zum Punkt d, welcher einer Gesamtdrehung von 900 entspricht. Dieser Unterzyklus ist zwar in Fig. 10 zu Erläuterungszwecken als gerade Linie wiedergegeben, bei einer echten Maschine würde er jedoch durch eine geringfügig gekrümmte Kurve wiederzugeben sein. Ab diesem Punkt ist es möglich, das VerdrängenFig. 10 shows graphically what is going on in the machine. In this figure, in the ordinate direction, the volume is one Compression space, and plotted on the abscissa the crankshaft angle. * Over the first 3 60 ° of the crankshaft rotation away (one full turn), namely from point a of the diagram to point c is the suction phase of the entire cycle. The suction phase is ended when a complete suction-side seal is achieved at point c. There should be no transition areas within the first 360 ° of the active turns of the volute webs. To At point c, a further rotation of the crankshaft leads to a compression of the gas. As shown in Fig. 10, would the compression line continues from point c to point g when the two end plates are completely flat and would run coplanar to the front sealing surfaces of the long compression spaces. Would you mind the compressor design in such a way that the flat face plates are coplanar with the face sealing surfaces of the short compression chambers, so the suction of the gas would proceed from point a to point b of the diagram, and the compression would be along the line run from point b to point d, but the volume of the sucked gas would only be the volume at point b. Although this could only be done later in the cycle if desired (e.g. at point c ') is done with the one considered here Embodiment the compression from the large compression space to the short compression space at point c and is continued over 1-1 / 2 revolutions, i.e. up to point d, which corresponds to a total rotation of 900. This Although sub-cycle is shown in Fig. 10 as a straight line for explanatory purposes, it would be in a real machine however, it should be represented by a slightly curved curve. From this point on it is possible to suppress it

yi ISyi IS

des verdichteten Gases aus der Maschine einzuleiten, da das Gas vollständig komprimiert ist und abgedichtet ist, wobei das gesamte Strömungsmittel in den kurzen Verdichtungsraum übergeführt worden ist. Andererseits kann falls gewünscht die Verdichtung auch fortgesetzt werden. Beim hier betrachteten Ausführungsbeispiel erfolgt über weitere 45 der Kurbelwellendrehung hinweg ein radiales Komprimieren des Strömungsmittels vom Punkt d bis hin zum Punkt e (Gesamtdrehwinkel 945°). Der Punkt e ist derjenige Punkt, bei dem die inneren Enden der Stegwindungen aus der dichten Anlage aneinander herausbewegt werden und die Verdrängungsphase beginnt. Die Verdrängung erfolgt vom Ende der Kompressionsphase bei Punkt e über eine volle Umdrehung hinweg bishin zum Punkt f.to introduce the compressed gas from the machine as the gas is fully compressed and sealed, all of the fluid having been transferred to the short compression space. On the other hand, if if desired, the compression can also be continued. In the exemplary embodiment considered here, there are others 45 of the rotation of the crankshaft, a radial compression of the fluid from point d to point e (Total angle of rotation 945 °). The point e is the point at which the inner ends of the web turns from the tight System are moved out against each other and the displacement phase begins. The repression takes place from the end of the Compression phase at point e over a full revolution up to point f.

Die Verbesserung in der Volumenskompression und damit in der Druckerhöhung der oben beschriebenen Maschine läßt sich sehr gut aus Fig. 10 ablesen, denn man sieht, daß eine herkömmliche Maschine mit der minimalen notwendigen Windungslänge nach Drehung der Kurbelwelle um denselben Winkel zu einem Volumen des Verdichtungsraumes führen würde, wie er dem Punkt g entspricht. Die oben beschriebene Maschine mit abgestuften Stirndichtflächen führt dagegen zu einem erheblich kleineren Endvolumen, nämlich dem Wert beim Punkt d, obwohl bei beiden Maschinen die gleiche Ausgangsmasse an Strömungsmittel angesaugt wurde. Es versteht sich, daß man die axiale Höhe der Übergangsfläche nach bekannten mathematischen Verfahren ändern kann, um ein beliebiges gewünschtes Druckübersetzungsverhältnis für eine bestimmte Anwendung einzustellen. Es ist auch möglich, eine größere Anzahl von Stufen oder Übergangszonen vorzusehen, um einen noch größeren oder einen gleichförmiger zunehmenden Zuwachs im Volumen/Druck-Übersetzungsverhältnis zu erzielen.The improvement in the volume compression and thus in the pressure increase of the machine described above leaves can be seen very well from Fig. 10, because it can be seen that a conventional machine with the minimum necessary Turn length after turning the crankshaft by the same angle lead to a volume of the compression chamber how it corresponds to point g. The machine described above with stepped face sealing surfaces leads on the other hand to a considerably smaller final volume, namely the value at point d, although the same for both machines Initial mass was sucked in to fluid. It goes without saying that one is the axial height of the transition surface can change according to known mathematical methods to any desired pressure transmission ratio set for a specific application. It is also possible to provide a larger number of steps or transition zones to make an even larger one or a more uniform one to achieve increasing growth in the volume / pressure transmission ratio.

Eine wie oben beschriebene aufgebaute Volutenmaschine hat einen minimalen Gesamtzyklus-Kurbelwellendrehwinkel von 1260 , welcher sich zusammensetzt aus einer Umdrehung für das Ansaugen, 1-1/2 Umdrehungen für das Verdichten und eine Umdrehung für das Verdrängen. Wie schon früher dargelegt, ist es hierzu notwendig, ein Minimum von 2-1/2 aktiven Windungen der Stege zu haben, was insgesamt drei Stegwindungen bedeutet. Die hier als Ausführungsbeispiel beschriebene und in der Zeichnung gezeigte Volutenmaschine Q hat zusätzliche 45 in der Verdichtungsphase und weist somit einen gesamten Kurbelwellendrehwinkel pro Zyklus von 1305° auf. Die Gesamtwindungslänge des Steges ist ebenfalls um 45° länger.A volute machine constructed as described above has a minimum total cycle crankshaft rotation angle of 1260, which is composed of one revolution for the suction, 1-1 / 2 revolutions for the compression and one revolution for the displacement. As stated earlier, it is necessary for this to have a minimum of 2-1 / 2 active turns of the webs, which means a total of three web turns. The scroll machine Q described here as an exemplary embodiment and shown in the drawing has an additional 45 in the compression phase and thus has a total crankshaft rotation angle per cycle of 1305 °. The total winding length of the web is also 45 ° longer.

In der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff "Rollwinkel" zwischen zwei Punkten auf dem gewundenen Steg als der Winkel verstanden, welcher zwischen einer Tangenten an den erzeugenden Basiskreis durch den ersten Punkt und einer Tangenten an den erzeugenden Basiskreis durch den zweiten Punkt eingeschlossen ist.In the present specification the term "roll angle" is used between two points on the tortuous land as understood the angle between a tangent to the generating base circle through the first point and a Tangents to the generating base circle is enclosed by the second point.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform eines Volutenverdichters wurde davon ausgegangen, daß eine Oldham-Kupplung oder eine ähnliche Einrichtung für eine echte Translationsbewegung auf gekrümmter Bahn sorgt und daß die Stegwindungen Profile haben, welche die Evolventen eines Kreises sind. Man kann jedoch die Geometrie zur Verwendung mit anderen Typen von Volutenantrieben abwandeln. Volutenantriebe mit Gestängetrieben und abgewandelten Volutenprofile eignen sich gleichermaßen zur Verwendung zusammen mit abgestuften Stirndichtflachen, wie oben beschrieben.In the embodiment of a volute compressor described above it was assumed that an Oldham coupling or similar device was capable of real translational motion ensures on a curved path and that the web turns have profiles that are the involutes of a circle. However, the geometry can be modified for use with other types of volute drives. Volute drives with linkage drives and modified volute profiles are equally suitable for use together with stepped face sealing surfaces, as described above.

Die zueinander passenden Teile an den Übergangszonen müssen in allen parallelen Ebenen, die senkrecht auf der Maschinenachse stehen, zueinander komplementäre Gestalt haben, so daß sie sich über 180 eines jeden Umlaufes berühren und eine Dichtstelle bilden. Diese Teile sollten auch in der Nachbar-The matching parts at the transition zones must be in all parallel planes that are perpendicular to the machine axis stand, have complementary shape to each other, so that they touch each other over 180 of each revolution and one Form sealing point. These parts should also be in the neighboring

schaft der Stegflanken in all diesen parallelen Ebenen tangential zu den Stegflanken verlaufen. Ist die Volutenkörper-Orbitalbahn eine Kreisbahn und liegt keine Relativdrehung zwischen den Volutenkörpern vor, dann ist dies auch die geometrische Profilform für eine jede der Übergangsflächen (also konstanter Radius) in all diesen Ebenen (also ein kreisförmiger Zylinder); es braucht jedoch nicht in einer jeden dieser Ebenen genau der gleiche Radius vorzuliegen. Zum Beispiel können die Übergangsflächen auch konische Geometrie haben, wie dies in den Fign. 11, 12 und 13 gezeigt ist, oder sie können nur im wesentlichen zylindrisch sein, wobei eine eine Abrundung gewährleistende Anphasung oder Ausfüllung vorgesehen ist, wie dies in den Fign. 14, 15 und 16 gezeigt ist. Auch andere Geometrien sind gleichermaßen möglich. Ist die Orbitalbahn keine Kreisbahn oder liegt eine begrenzte Relativdrehung zwischen den Volutenkörpern vor, so muß die Geometrie der Übergangsflächen mathematisch so berechnet werden, daß sie für 180° eines jeden Umlaufes einander berühren und eine Dichtstelle bilden. Die für eine gegebene Maschine richtige Geometrie braucht jedoch nicht in jeder der oben erwähnten parallelen Ebenen gleiche Größenabmessung zu haben (genauso wie ein Kegel als Ersatz für einen kreisförmigen Zylinder verwendet werden kann).Shank of the web flanks run tangential to the web flanks in all these parallel planes. Is the volute orbital orbit a circular path and if there is no relative rotation between the volute bodies, then this is also the case the geometric profile shape for each of the transition surfaces (i.e. constant radius) in all these planes (i.e. a circular cylinder); however, there need not be exactly the same radius in each of these planes. For example, the transition surfaces can also have a conical geometry, as shown in FIGS. 11, 12 13 and 13, or they can only be substantially cylindrical, with one ensuring rounding Chamfering or filling is provided, as shown in FIGS. 14, 15 and 16 is shown. Other geometries too are equally possible. If the orbital path is not a circular path or if there is a limited relative rotation between Before the solid bodies, the geometry of the transition surfaces must be mathematically calculated so that they are suitable for 180 ° of each circuit touch each other and form a sealing point. The correct geometry for a given machine however, it does not need to be of the same size in each of the parallel planes mentioned above (just like a Cone can be used as a substitute for a circular cylinder).

Die Auslaßöffnung ist beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kreisförmig gezeigt; sie kann jedoch unter Berücksichtigung herkömmlicher Konstruktionsgesichtspunkte auch eine beliebige andere Gestalt haben. Die spezielle Geometrie der oben beschriebenen Volutenmaschine erlaubt es jedoch, bei gleichem Druckübersetzungsverhältnis die Auslaßöffnung größer zu machen als bei herkömmlichen Volutenmaschinen. The outlet opening is shown circular in the embodiment described above; however, they may be taking into account conventional design considerations can also have any other shape. The special geometry However, the scroll machine described above allows the outlet opening with the same pressure transmission ratio to be made larger than with conventional scroll machines.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Compressor with two in tight contact with one another nested volute bodies between which a fluid is displaced in such a Direction is compressed, which is parallel to a perpendicular to the axis of orbital motion of the volute body runs, characterized by means (20,22,38,40,28, 46) for additional simultaneous compression of the Fluid by displacing in a direction parallel to the axis of orbiting motion.

2. Compressor according to claim 1, characterized in that a first (10) of the volute bodies (10, 12) has:

(A) an end plate (16);

(B) a spiral ridge (14) extending outwardly from a first axis, which are essentially perpendicular to the

Front plate (16) is on which the web (14) is also moored;

(C) means (18) on this face plate (16) which define a substantially flat first surface, over a first section of the arcuate extension of the web (14) between whose flank lies; and

(D) means (20) on the face plate which define a substantially flat second surface,

which over a second section of the arcuate extension of the web (14) between the Flanks lies,

(E) wherein the first surface (18) and the second surface (20) are spaced from one another parallel planes that are perpendicular to the first axis.

3. Compressor according to claim 2, characterized in that the spiral-shaped web (14) has flanks, which as Involutes of a circle are shaped.

4. Compressor according to claim 2 or 3, characterized in that the first surface (18) and the second surface (20) are connected via a transition section (22).

5. Compressor according to claim 4, characterized in that the profile of the transition section (22) in the plane perpendicular to the first axis has a constant radius of curvature having.

6. Compressor according to claim 5, characterized in that the transition surface (22) has a cylindrical shape, the cylinder axis running parallel to the first axis.

7. Compressor according to claim 5, characterized in that the transition surface has a conical geometry.

8. A compressor according to claim 5, characterized in that at the intersection between the transition surface and the first surface (18) and / or the second surface

(20) a rounding is provided.

9. Compressor according to claim 8, characterized in that the rounding at the point of penetration between the Transition surface (22) and the outermost one of the first and second surfaces (18,20) is.

10. Compressor according to one of claims 5 to 9, characterized in that that the latter axis is at least about 360 ° away from the outer end of the web (14) is.

11. Compressor according to claim 2, characterized in that the web (14) has an active length of at least 900 °
Has roll angle.

12. Compressor according to one of claims 2 to 11, characterized in that the second surface (20) is radial lies within the first surface (18).

13. Compressor according to claim 12, characterized in that
that the second surface (20) from the main plane of the face plate (16) is further away than the first
Surface (18).

14. Compressor according to one of claims 2 to 13, characterized by a central outlet opening (30) in
the end plate (34) of one of the volute bodies.

15. Compressor according to one of claims 2 to 14, characterized through a central recess (48) in the

Face plate (16) of one of the volute bodies, which in

one of the two surfaces (18, 20) is formed.

16. Compressor according to one of claims 2 to 15, characterized in that the first surface (18) and the second surface (20) are connected via an intermediate concave transition section (22).

17. Compressor according to one of claims 2 to 16, characterized characterized in that the first surface (18) and the second surface (20) have an intermediate one therebetween conical transition section (22) are connected.

18. Compressor according to claim 17, characterized in that
that the central axis of the conical surface is parallel _{to the} first axis.

19. Compressor according to one of claims 2 to 16, characterized characterized in that the first surface (18) and the second surface (20) are interposed by an cylindrical transition section (22) are connected, the penetration of the transition section with the first surface (18) or the second surface (20) has a radius as a cross section.

20. Compressor according to claim 19, characterized in that that the axis of the cylindrical part of the transition section (22) runs parallel to the first axis.

21. Compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the second volute body (12) has:

(A) a substantially planar face plate (34);

(B) a helical ridge (32) extending outwardly from a first axis, which is essentially perpendicular to the face plate (34), the web (32) being longitudinal an axial edge is attached to the face plate (34);

(C) means (42) on the opposite axial edge of the web (32), which define a first back surface which extends over a first section the arcuate extension of the web (32) extend; and

(D) further means (44) on the opposite axial edge of the web (32), which a second Specify the back surface that extends over a second section of the arcuate extension of the web (32) extend;

(E) wherein the first back surface (42) and the second back surface (44) are spaced apart parallel planes that are perpendicular to the first axis.

22. Compressor according to claim 21, characterized in that the spiral-shaped web (32) has flanks which are designed as an involute of a circle.

23. Compressor according to claim 21 or 22, characterized in that the first and the second surface over intermediate transition section connected are.

^ O 24. Compressor according to claim 23, characterized in that that the profile of the transition surface in planes perpendicular to the first axis is constant Has radius of curvature.

IQ 25. Compressor according to claim 24, characterized in that the transition section has a cylindrical geometry with respect to an axis running parallel to the first axis.

26. Compressor according to claim 24, characterized in that the transition section has a conical geometry.

27. Compressor according to claim 24, characterized by a rounding at the penetration point between the transition section and the first and second surfaces, respectively.

28. Compressor according to claim 27, characterized in that the rounding at the penetration point between the transition portion and the outermost one of the first and second surfaces is.

29. Compressor according to claim 21, characterized in that the latter axis z ~
End of the web is removed.

that the latter axis is at least 360 from the outer

30. Compressor according to claim 21, characterized in that the web has an active length of at least 900 ° Has roll angle.

31. A compressor according to claim 21, characterized in that the second surface is radially inward of the first Surface is arranged.

32. Compressor according to claim 31, characterized in that jQ that the second surface is further from the main plane the faceplate is removed as the first surface.

33. Compressor according to claim 21, characterized by means having a central outlet opening through the Specify the front lath through it.

34. Compressor according to claim 21, characterized by means which define a central depression in the face plate in one of the surfaces.

35. Compressor according to claim 21, characterized in that

that the first and second surfaces are connected by an intermediate concave transition portion are.

36. Compressor according to claim 21, characterized in that

that the first and second surfaces through an intermediate conical transition section are connected.

37. Compressor according to claim 36, characterized in that the central axis of the conical surface is parallel runs to the first axis.

38. Compressor according to claim 21, characterized in that the first surface and the second surface are connected by an intermediate cylindrical transition surface, the penetration between of the transition surface and the first surface as well as the second surface has a radius as a cross section.

39. Compressor according to claim 38, characterized in that the axis of the transition surface is parallel to the first Axis runs.

40. Compressor according to claim 1, characterized in that the first volute body (10) one on one Has end plate (16) arranged spiral-shaped web (14); that the second volute body (12) also has a spiral-shaped web (32) arranged on an end plate (34), the both volute bodies engage in one another and on an orbital path with a predetermined axis relative to one another are movable and wherein the two end plates (16,34) are substantially parallel to each other and in the are arranged substantially perpendicular to the axis of the orbital trajectory; that the spiral webs (14; 32) have such a geometry that at least one circumferential sealed chamber with progressively changing Volume between the webs (14.32) is limited, the change in volume due to the orbital movement of the Webs (14.32) are caused against each other; and that on at least one of the end plates (16,34) means (20,22; 38,40) are provided to the axial distance between the end plates (16,34) in a Be-ί rich to reduce, in which the moving compression chamber within a portion of the Compaction cycle is located, creating another

Volume change brought about in the moving compression chamber which is added to that / which is otherwise due to the relative movement of the webs (T4,32) is caused against each other.

41. Compressor according to claim 40, characterized /

that the spiral webs (14.32) on the first Volute body (10) and the second volute body (12) are formed identically.

42. Compressor according to claim 40 or 41, characterized in that that each of the webs (14.32) has an active length of at least 900 roll angles.

I ^ 43. Compressor according to one of claims 4o to 42, characterized in that both end plates (16, 34) are provided with means (20, 22; 38, 40) for increasing the compression ratio.

44. Compressor according to one of claims 4o to 43, characterized characterized in that the means (20/22; 38,40) for increasing of the compression ratio are not effective in a first section of the duty cycle.

45. Compressor according to claim 44, characterized in that that the means (20,22; 38,40) for increasing the compression ratio over the first 360 of the orbital relative movement of the two volute bodies (10, 12) against each other are not effective in each duty cycle.