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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verdichtung eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kältemittels. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Wandung, einen unbeweglichen Stator mit einer Grundplatte und einer sich von einer ersten Seite der Grundplatte erstreckenden, spiralförmig ausgebildeten Wandung sowie einen beweglichen Orbiter mit einer Grundplatte und einer sich von der Grundplatte erstreckenden, spiralförmig ausgebildeten Wandung auf. Die Grundplatten sind derart zueinander angeordnet, dass die Wandung des Stators und die Wandung des Orbiters ineinander greifen und geschlossene Arbeitsräume ausgebildet sind. In Reaktion auf eine Bewegung des Orbiters werden die Volumina und die Positionen der Arbeitsräume verändert.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Verdichter für mobile Anwendungen, insbesondere für Klimatisierungssysteme von Kraftfahrzeugen, zum Fördern von Kältemittel durch einen Kältemittelkreislauf, auch als Kältemittelverdichter bezeichnet, werden unabhängig vom Kältemittel oft als Kolbenverdichter mit variablem Hubvolumen oder als Scrollverdichter ausgebildet. Die Verdichter werden dabei entweder über eine Riemenscheibe oder elektrisch angetrieben.
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Aus den 1a und 1b geht jeweils ein aus dem Stand der Technik bekannter Scrollverdichter 1‘ in Schnittdarstellung hervor. Herkömmliche Scrollverdichter 1‘ weisen ein Gehäuse 2, einen unbeweglichen, fest stehenden Stator 3 mit einer scheibenförmigen Grundplatte 3a und einer sich von der Grundplatte 3a erstreckenden, spiralförmig ausgebildeten Wandung 3b sowie einen beweglichen Orbiter 4 mit einer scheibenförmigen Grundplatte 4a und einer sich von der Grundplatte 4a erstreckenden, spiralförmig ausgebildeten Wandung 4b auf. Stator 3 und Orbiter 4, welche auch kurz als unbewegliche oder feste Spirale 3 beziehungsweise als bewegliche Spirale 4 bezeichnet werden, wirken zusammen. Dabei sind die Grundplatten 3a, 4a derart zueinander angeordnet, dass die Wandung 3b des Stators 3 und die Wandung 4b des Orbiters 4 ineinander greifen. Die bewegliche Spirale 4 wird mittels eines Exzenterantriebs auf einer kreisförmigen Bahn bewegt. Bei der Bewegung der Spirale 4 berühren sich die Wandungen 3b, 4b an mehreren Stellen und bilden innerhalb der Wandungen 3b, 4b mehrere aufeinanderfolgende, abgeschlossene Arbeitsräume 5 aus, wobei benachbart angeordnete Arbeitsräume 5 unterschiedlich große Volumina begrenzen. In Reaktion auf die Bewegung des Orbiters 4 werden die Volumina und die Positionen der Arbeitsräume 5 verändert. Die Volumina der Arbeitsräume 5 werden zur Mitte der spiralförmigen Wandungen 3b, 4b, welche auch als Spiralwandungen bezeichnet werden, hin zunehmend kleiner. Der Exzenterantrieb wird aus einer Antriebswelle 6, welche um eine Rotationsachse 7 rotiert, und ein Zwischenelement 8 gebildet. Die Antriebswelle 6 ist über ein erstes Lager 9 am Gehäuse 2 abgestützt. Der Orbiter 4 ist über das Zwischenelement 8 mit der Antriebswelle 6 exzentrisch verbunden, das heißt die Achse des Orbiters 4 und der Antriebswelle 6 sind versetzt zueinander angeordnet. Der Orbiter 4 ist über ein zweites Lager 10 auf dem Zwischenelement 8 abgestützt.
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Zum Stand der Technik gehörende Scrollverdichter 1‘ weisen zudem eine Führungsvorrichtung 11 auf, welche eine Rotation der beweglichen Spirale 4 verhindert und das Kreisen der beweglichen Spirale 4 ermöglicht. Die Führungsvorrichtung 11 umfasst meist eine Mehrzahl kreisrunder Öffnungen 11a, welche in bestimmten Abständen benachbart zueinander angeordnet sind. Dabei sind die bevorzugt als Sackbohrungen ausgebildeten Öffnungen 11a in der Grundplatte 4a der beweglichen Spirale 4 ausgebildet. Des Weiteren weist die Führungsvorrichtung 11 Stifte 11b auf, welche an einer Wandung 12 des Gehäuses 2 hervorragend ausgebildet sind und jeweils in eine in der Grundplatte 4a der beweglichen Spirale 4 ausgebildeten Öffnung 11a eingreifen. Die Stifte 11b stehen mit einem ersten Ende aus der Wandung 12 hervor, während ein zweites Ende in der Wandung 12 des Gehäuses 2 angeordnet ist.
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Aus der
WO 2015 060038 A1 geht ein Scrollverdichter mit einer Führungsvorrichtung zum Verhindern der Rotation und zum Ermöglichen des Kreisens der beweglichen Spirale hervor. Die Führungsvorrichtung weist in der Grundplatte der beweglichen Spirale ausgebildete Öffnungen auf, in welche Stifte eingreifen. Die Stifte sind in das Gehäuse, insbesondere in im Gehäuse ausgebildete Bohrungen, eingepresst angeordnet.
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In der
JP 2009-281280 wird ein Scrollverdichter mit einer Kühlung eines Drehpositionsregelmechanismus der beweglichen Spirale beschrieben. Eine als Mittelplatte des Gehäuses ausgebildete Komponente weist Durchgangsbohrungen für Führungsstifte zur Orientierung für die bewegliche Spirale auf. Die Führungsstifte sind jeweils in eine der Durchgangsbohrungen eingepresst angeordnet. Die Führungsstifte werden dabei einerseits mittels des zwischen der Mittelplatte und der beweglichen Spirale strömenden Kältemittels und andererseits durch Kältemittel gekühlt, welches von der zur beweglichen Spirale abgewandten Seite der Mittelplatte in die Durchgangsbohrungen einströmt.
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Wie aus den 1a und 1b zudem hervorgeht, sind bekannte Scrollverdichter 1‘ mit der innerhalb des Gehäuses 2 angeordneten und am Gehäuse 2 fixierten Wandung 12, auch als Gegenwandung 12 bezeichnet, ausgebildet. Zwischen der Gegenwandung 12 und der beweglichen Spirale 4 ist ein Gegendruckbereich 13 ausgebildet. Aufgrund des innerhalb des Gegendruckbereichs 13 vorherrschenden Gegendrucks wird die bewegliche Spirale 4 mit einer Kraft gegen die, ebenso wie die Gegenwandung 12 am Gehäuse 2 fixierte, feste Spirale 3 gedrückt. Zum Abdichten des Gegendruckbereichs 13 und eines Ansaugbereichs 14 ist zwischen der beweglichen Spirale 4 und der Gegenwandung 12 ein ringförmiges Dichtelement 15 angeordnet. Die bewegliche Spirale 4 weist an einem Ende eine zur Gegenwandung 12 hin ausgerichtete Oberfläche 16 auf. Das Dichtkonzept des Scrollverdichters 1‘ umfasst neben dem Dichtelement 15 ein als Platte ausgebildetes Gleitelement 17‘, welches fest und unbeweglich mit dem Gehäuse 2, insbesondere mit der Gegenwandung 12, verbunden ist.
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Das zwischen der Gegenwandung 12 und der Spirale 4 angeordnete plattenförmige, statische Gleitelement 17‘ dient dabei als Auflagefläche der Oberfläche 16 der beweglichen Spirale 4 mit dem Dichtelement 15 und der Kompensation der bei der Relativbewegung zwischen der Gegenwandung 12 und der Spirale 4 erzeugten Reibung. In Kombination mit dem Dichtelement 15 dichtet das Gleitelement 17‘ den Ansaugbereich 14 und den Gegendruckbereich 13 als mit zwei unterschiedlichen Drücken beaufschlagte Druckkammern gegeneinander ab. Zudem muss das Gleitelement 17‘ fluiddicht an der Gegenwandung 12 des Gehäuses 2 anliegen. Die fluiddichte Verbindung wird mittels Adhäsion und einem Schmiermittel, insbesondere einem Kältemittelölgemisch, gewährleistet. Das Gleitelement 17‘ ist aus einem Material mit sehr guten tribologischen Eigenschaften ausgebildet, ist korrosionsbeständig sowie thermisch resistent. Aus dem Stand der Technik bekannte Scrollverdichter 1‘ sind mit einem am Gehäuse 2 angeordneten Gleitelement 17‘ mit sehr geringer Wandstärke ausgebildet. Die als Führungselemente dienenden und in der Gegenwandung 12 angeordneten Stifte 11b sowie die als Taschen in der Grundplatte 4a der beweglichen Spirale 4 ausgebildeten Öffnungen 11a dienen der Führung der umlaufenden und damit beweglichen Spirale 4. In Bezug auf das Material des Gehäuses 2, insbesondere hinsichtlich der Dichte und der Korrosionsbeständigkeit, sollten die Stifte 11b aus Aluminium gefertigt sein. Aluminium ist jedoch hinsichtlich der tribologischen Eigenschaften und der Festigkeit nicht geeignet.
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In Kältemittelkreisläufen mit Kohlenstoffdioxid als Kältemittel, mit der kältetechnischen Bezeichnung R744, sind die im Scrollverdichter 1‘ vorherrschenden Druckniveaus von Saugdruck und Austrittsdruck jedoch wesentlich höher als bei herkömmlichen Kältemittelkreisläufen, das heißt auch die Druckunterschiede des Kältemittels innerhalb der Arbeitsräume 5 sind wesentlich höher als beispielsweise in in Kältemittelkreisläufen mit R134a als Kältemittel eingesetzten Scrollverdichtern 1‘. Die größeren Druckunterschiede verursachen wesentlich höhere Kräfte, welche vom Orbiter 4 auf die Stifte 11b wirken. Die herkömmlich auch aus Stahl ausgebildeten Stifte 11b sind als Positionsstifte beziehungsweise Führungsstifte separat in das aus Aluminium gefertigte Gehäuse 2 eingepresst und weisen deutlich abweichende Ausdehnungskoeffizienten im Vergleich zum Aluminium des Gehäuses 2 auf. Aufgrund der wesentlich höheren wirkenden Kräfte, der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Stahl und Aluminium sowie der geringen Festigkeit des Aluminiums weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Scrollverdichter 1‘ ein erhöhtes Risiko einer Fehlausrichtung der Stifte 11b innerhalb der Wandung 12 des Gehäuses 2 auf.
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Andere Herausforderungen bestehen in der Anordnung und Ausbildung der Lager 9, 10 bezüglich der veränderten Anforderungen an eine wesentlich größere Kraftaufnahme in Verbindung mit einem zu optimierenden Bauraum, insbesondere im Bereich des zweiten Lagers 10. Der Bauraum ist aufgrund der relativ geringen Festigkeit von Aluminium eingeschränkt, da eine bestimmte minimale Materialstärke beziehungsweise Wandstärke des Gehäuses 2 zwischen den Stiften 11b und der Ausnehmung zum Einpassen des Lagers 10 erforderlich ist. Zudem ist die bewegliche Spirale 4 aufgrund der Anforderungen an die höheren wirkenden Kräfte massiver auszulegen, wobei auch das Zwischenelement 8 mit einem größeren Zusatzgewicht, welches als Gewicht zum Ausgleichen von Unwucht des Orbiters 4 dient, auszubilden ist. Das Zwischenelement 8, insbesondere das Zusatzgewicht, sind jedoch ebenfalls innerhalb der Ausnehmung, in welcher auch das Lager 10 eingepasst ist, angeordnet. Der Bauraum für das Zwischenelement 8 ist jedoch sehr begrenzt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Verdichtung eines gasförmigen Fluids, insbesondere der Weiterentwicklung eines Scrollverdichters, mit einem Gegendruckbereich und einem Ansaugbereich, welche mit einem Fluid auf unterschiedlichen Druckniveaus beaufschlagt wird. Der Gegendruckbereich ist zum Ansaugbereich hin fluiddicht abzudichten, die Reibung des Orbiters am Gehäuse ist zu kompensieren. Die Positionsstifte beziehungsweise Führungsstifte der Führungsvorrichtung zum Verhindern der Rotation und zum Ermöglichen des Kreisens der beweglichen Spirale sind sicher und dauerhaft anzuordnen, um eine maximale Lebensdauer der Vorrichtung zu gewährleisten. Die Vorrichtung ist für hohe Drucklagen des Fluids auszubilden. Die Vorrichtung soll konstruktiv einfach realisierbar sein, um die Kosten bei der Herstellung und der Wartung zu minimieren.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen des selbstständigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verdichtung eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kältemittels gelöst. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Wandung, einen unbeweglichen Stator mit einer Grundplatte und einer sich von einer Seite der Grundplatte des Stators aus erstreckenden, spiralförmig ausgebildeten Wandung sowie einen beweglichen Orbiter mit einer Grundplatte und einer sich von der Grundplatte des Orbiters aus erstreckenden, spiralförmig ausgebildeten Wandung auf. Die Grundplatten sind dabei derart zueinander angeordnet, dass die Wandung des Stators und die Wandung des Orbiters ineinander greifen und geschlossene Arbeitsräume ausgebildet sind. In Reaktion auf eine Bewegung des Orbiters werden die Volumina und die Positionen der Arbeitsräume verändert. Die Vorrichtung weist zudem eine Führungsvorrichtung mit mindestens einer in der Grundplatte des Orbiters ausgebildeten Öffnung und mindestens einem mit dem Gehäuse fest verbundenen und hervorragenden Stift auf. Der Stift greift dabei in die in der Grundplatte des Orbiters ausgebildete Öffnung ein.
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Nach der Konzeption der Erfindung ist die Vorrichtung mit einem Gleitelement ausgebildet, welches zwischen der Wandung des Gehäuses und dem Orbiter angeordnet und fest mit der Wandung verbunden ist. Dabei ist der mindestens eine Stift erfindungsgemäß in eine im Gleitelement ausgebildete Öffnung eingepresst.
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Das Gleitelement weist bevorzugt die Form einer Kreisringscheibe mit einem inneren Durchmesser, einem äußeren Durchmesser und einer Dicke sowie eine äußere Mantelfläche und zwei Kreisringflächen auf.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Gleitelement und der mindestens eine Stift aus Materialien ausgebildet, deren Werte der Festigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizienten als Materialeigenschaften in einem gleichen Bereich liegen. In einem gleichen Bereich liegend heißt, dass die Materialeigenschaften Festigkeit und Wärmeausdehnung bei den auftretenden Betriebsbedingungen, wie bestimmten Drücken und Temperaturen, nur vernachlässigbar geringe Abweichungen voneinander aufweisen. Das Gleitelement ist bevorzugt aus einem Stahl ausgebildet.
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Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass auch der mindestens eine Stift aus einem Stahl gefertigt ist.
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Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Gleitelement mit einer Presspassung ausgebildet in das Gehäuse eingepresst. Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist das Gleitelement mit einer Übergangspassung ausgebildet in das Gehäuse integriert. Dabei weist das Gehäuse vorteilhaft eine Ausnehmung mit einer Seitenfläche und einer Grundfläche auf. Das Gleitelement liegt mit einer Kreisringfläche an der Grundfläche der Ausnehmung des Gehäuses an. Die Passung ist bevorzugt zwischen der Seitenfläche der Ausnehmung und einer äußeren Mantelfläche des Gleitelements ausgebildet.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gleitelement eine Ringnut zur Aufnahme eines als O-Ring ausgebildeten Dichtelements auf. Dabei ist die Ringnut bevorzugt an einer äußeren Mantelfläche des Gleitelements ausgebildet. Das Gleitelement und das Dichtelement dienen dabei auch dem Abdichten eines Ansaugbereichs und eines Gegendruckbereichs der insbesondere als Scroll-Verdichter ausgebildeten Vorrichtung, welche durch die Wandung des Gehäuses voneinander getrennt sind.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die mindestens eine im Gleitelement ausgebildete Öffnung zur Aufnahme eines Stiftes als Durchgangsbohrung ausgebildet.
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Dabei ist der mindestens eine Stift der Führungsvorrichtung innerhalb der Durchgangsbohrung vorteilhaft derart angeordnet, dass der Stift mit dem Ende, welches zum in die die Öffnung der Führungsvorrichtung eingreifenden Ende distal ausgebildet ist, durch das Gleitelement hindurch in eine in der Wandung des Gehäuses, an welcher das Gleitelement anliegt, ausgebildete Öffnung eingreift.
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Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind Stiftelemente ausgebildet, welche in im Gleitelement ausgebildeten Öffnungen angeordnet sind und bis in in der Wandung des Gehäuses ausgebildete Öffnungen hineinragen.
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Die innerhalb der Durchgangsbohrungen angeordneten und durch das Gleitelement hindurch in in der Wandung des Gehäuses ausgebildete Öffnungen eingreifenden Stifte der Führungsvorrichtung und die in in der Wandung des Gehäuses ausgebildete Öffnungen hineinragenden Stiftelemente verhindern eine Rotation des Gleitelements in Bezug zur Wandung des Gehäuses.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:
- – optimale Ausrichtung der Stifte der Führungsvorrichtung auch für höhere Anforderungen bezüglich wirkender Drücke und Kräfte, beispielsweise bei der Verwendung von Kohlenstoffdioxid als zu verdichtendes Fluid, da Schiefstellungen der Stifte verhindert werden,
- – minimale Wandstärke zwischen dem inneren Durchmesser des Gehäuses im Gegendruckbereich und den Aufnahmeöffnungen der Stifte der Führungsvorrichtung innerhalb der Gegenwandung, dadurch
- – größerer Bauraum innerhalb des Gegendruckbereichs im Vergleich zu herkömmlichen Scrollverdichtern, was die Anordnung eines größeren Lagers zum Abstützen des Orbiters auf dem Zwischenelement und damit der Antriebswelle sowie eines größeren Zwischenelements, insbesondere eines größeren Gegengewichts oder Zusatzgewichts ermöglicht,
- – damit wird eine maximale Lebensdauer der Vorrichtung gewährleistet, welche zudem für hohe Drucklagen des Fluids ausgebildet ist.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen jeweils den Verdichtungsmechanismus eines Scrollverdichters mit einem Stator und einem Orbiter, welche über die ineinandergreifenden spiralförmigen Wandungen Arbeitsräume ausbilden, mit einem zwischen dem Orbiter und dem Gehäuse ausgebildeten Gegendruckbereich sowie mit einer Führungsvorrichtung zum Verhindern der Rotation und zum Ermöglichen des Kreisens der beweglichen Spirale in einer Schnittdarstellung:
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1a und 1b: aus dem Stand der Technik,
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2: mit einem plattenförmigen Gleitelement zur Aufnahme von Stiften der Führungsvorrichtung, wobei das Gleitelement über eine Presspassung in das Gehäuse eingepresst und mit dem Gehäuse verbunden ist sowie
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3: mit einem plattenförmigen Gleitelement zur Aufnahme von Stiften der Führungsvorrichtung, wobei das Gleitelement über eine Presspassung in das Gehäuse eingepresst oder über eine Übergangspassung mit dem Gehäuse verbunden ist, mit
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4a und 4b: dem Gleitelement aus 3 in Einzeldarstellung.
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In 2 ist eine Vorrichtung 1a zur Verdichtung eines gasförmigen Fluids, insbesondere ein Scrollverdichter, mit einem im Gehäuse 2 angeordneten Verdichtungsmechanismus aus einem Stator 3 und einem Orbiter 4 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Die jeweils an einer Grundplatte 3a, 4a angeordneten und ineinandergreifenden spiralförmigen Wandungen 3b, 4b bilden die Arbeitsräume 5 aus. Der Orbiter 4 wird über einen Exzenterantrieb auf einer kreisförmigen Bahn bewegt, sodass die spiralförmige Wandung 4b um die stationäre spiralförmige Wandung 3b orbitiert. Bei der relativen Bewegung der spiralförmigen Wandungen 3b, 4b berühren sich die Wandungen 3b, 4b mehrfach und bilden innerhalb der Windungen mehrere kleiner werdende Arbeitsräume 5. Durch die gegenläufige Bewegung der zwei ineinander verschachtelten, spiralförmigen Wandungen 3b, 4b werden die Arbeitsräume 5 verkleinert und das Fluid komprimiert. Das zu verdichtende gasförmige Fluid, insbesondere Kältemittel, wird angesaugt, innerhalb der Vorrichtung 1a verdichtet und über einen nicht dargestellten Auslass ausgestoßen.
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Die den Orbiter 4 antreibende Antriebswelle 6 ist über ein erstes Lager 9, insbesondere ein Kugellager, am Gehäuse 2 abgestützt gehaltert. Die Antriebswelle 6 und das erste Lager 9 rotieren um die Rotationsachse 7 der Antriebswelle 6. Das erste Lager 9 ist dabei um die Antriebswelle 6 angeordnet und liegt mit der Außenfläche und Bereichen der Seitenfläche an der Wandung 12 des Gehäuses 2 an. Die Antriebswelle 6 ist zudem über ein Zwischenelement 8 und ein zweites Lager 10 exzentrisch mit dem Orbiter 4 mechanisch verbunden. Die Wandung 12 begrenzt den zwischen dem Orbiter 4 und dem Gehäuse 2 ausgebildeten Gegendruckbereich 13 und bildet zudem eine Trennwand zwischen dem Gegendruckbereich 13 und dem Ansaugbereich 14 aus. Der Gegendruckbereich 13 ist dabei auf der Rückseite der Grundplatte 4a der beweglichen Spirale 4, bezüglich der spiralförmigen Wandungen 4b, ausgebildet und dient dem Andrücken der bewegliche Spirale 4 gegen die feste Spirale 3. Der Gegendruckbereich 13, auch als Gegendruckkammer bezeichnet, wird mit einem Zwischendruck zwischen dem Saugdruck und dem Auslassdruck des im Wesentlichen gasförmigen Fluids beaufschlagt.
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Um den Gegendruckbereich 13 und den Ansaugbereich 14 gegeneinander abzudichten, ist zwischen der Gegenwandung 12 und der zur Gegenwandung 12 hin ausgerichteten Oberfläche 16 der beweglichen Spirale 4 das ringförmige Dichtelement 15 angeordnet. Neben dem Dichtelement 15 umfasst das Dichtkonzept das auch als Platte ausgebildete Gleitelement 17a, welches zwischen der Gegenwandung 12 und der Spirale 4 angeordnet ist. Das plattenförmige, statische Gleitelement 17a stellt eine Auflagefläche zur Oberfläche 16 der beweglichen Spirale 4 mit dem Dichtelement 15 zur Verfügung und dient der Kompensation der bei der Relativbewegung zwischen der Gegenwandung 12 und der Spirale 4 erzeugten Reibung. Mittels des Gleitelements 17a und des Dichtelements 15 werden der Ansaugbereich 14 und der Gegendruckbereich 13 gegeneinander abgedichtet. Des Weiteren liegt das Gleitelement 17a fluiddicht an der Gegenwandung 12 des Gehäuses 2 an, wobei die fluiddichte Verbindung mittels Adhäsion und einem Schmiermittel, insbesondere einem Kältemittelölgemisch, gewährleistet wird. Zur Verminderung von bei der Bewegung der spiralförmigen Wandungen 3b, 4b zueinander und der spiralförmigen Wandung 4b des Orbiters 4 zur Gegenwandung 12 erzeugten Reibungswärme sowie zur Verbesserung der Abdichtungen zwischen den Begrenzungsflächen der Arbeitsräume 5 und zwischen dem Gegendruckbereich 13 und dem Ansaugbereich 14 wird dem Fluid das Schmiermittel zugegeben.
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Die Vorrichtung 1a ist zudem mit einer Führungsvorrichtung 11 zum Verhindern der Rotation und zum Ermöglichen des Kreisens der beweglichen Spirale 4 in Bezug auf die feste Spirale 3 ausgebildet. Die Führungsvorrichtung 11 weist die Mehrzahl kreisrunder, in der Grundplatte 4a des Orbiters 4 in Richtung des Gegendruckbereichs 13 ausgebildeter Öffnungen 11a sowie die Stifte 11b auf. Die Stifte 11b sind dabei jeweils mit dem ersten Ende in eine Öffnung 11a hineinragend ausgebildet, während das zweite Ende mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Die als Positionselementre und Führungselemente ausgebildeten Stifte 11b sowie die als Ausnehmungen in der Grundplatte 4a der beweglichen Spirale 4 ausgebildeten Öffnungen 11a sind zur Führung der beweglichen Spirale 4 vorgesehen.
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Das aus einem korrosionsbeständigen sowie thermisch resistenten Material mit sehr guten tribologischen Eigenschaften, wie einem Stahl, ausgebildete Gleitelement 17a ist fest und unbeweglich mit dem Gehäuse 2, insbesondere mit der Gegenwandung 12, verbunden.
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Die ebenfalls aus einem Stahl ausgebildeten Stifte 11b sind jeweils in innerhalb des Gleitelements 17a ausgebildeten Öffnungen, insbesondere Durchgangsöffnungen, angeordnet. Die Stifte 11b sind innerhalb der Öffnungen mit dem Gleitelement 17a verpresst. Die jeweils aus einem Stahl gefertigten Stifte 11b und Gleitelement 17a weisen eine sehr hohe Festigkeit und ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, sodass unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen den Stiften 11b und dem Gleitelement 17a vermieden werden. Damit wird eine während des Betriebs der Vorrichtung 1a auftretende Schiefstellung der Stifte 11b in Bezug zur Wandung 12 des Gehäuses 2 und damit zu den Öffnungen 11a der beweglichen Spirale 4 vermieden. Die Stifte 11b gewährleisten mit der dauerhaften Anordnung in ihrer Position und Parallelität zueinander optimale Führungsbedingungen für die bewegliche Spirale 4.
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Das Gleitelement 17a ist über eine Außenpresspassung mit dem Gehäuse 2 verbunden. Dabei ist das plattenförmige beziehungsweise als eine Kreisringscheibe ausgebildete Gleitelement 17a im Bereich des Außenmantels in das Gehäuse 2 eingepresst, was eine optimale Führung des Gleitelements 17a innerhalb des Gehäuses gewährleistet. Das Gehäuse 2 weist dabei im Bereich der Gegenwandung 12 eine Ausnehmung mit einer Seitenfläche und einer Grundfläche auf. Das Gleitelement 17a liegt im montierten Zustand mit einer Kreisringfläche an der Grundfläche der Ausnehmung des Gehäuses 2 an, während der Presssitz zwischen der Seitenfläche der Ausnehmung und der äußeren Mantelfläche des Gleitelements 17a hergestellt ist. Zusätzlich zur Außenpresspassung oder anstelle der Außenpresspassung ist das Gleitelement 17a mittels mindestens eines nicht dargestellten Stiftelements im Gehäuses 2 gehaltert, wobei das Stiftelement eine Rotation des Gleitelements 17a in Bezug zum Gehäuse 2 verhindert. Dabei werden bevorzugt ein oder zwei der Stiftelemente, auch als Antirotationsstifte bezeichnet, verwendet.
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Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, können die Stifte 11b der Führungsvorrichtung 11 derart angeordnet sein, die Funktion der Antirotationsstifte zu erfüllen. Dabei sind die Stifte 11b durch das an der Gegenwandung 12 anliegende Gleitelement 17a hindurch in die Gegenwandung 12 hineinragend angeordnet. Die innerhalb des Gleitelements 17a zur Aufnahme der Stifte 11b vorgesehenen Öffnungen sind als Durchgangsöffnungen ausgebildet. In der Gegenwandung 12 sind zur Aufnahme der Stifte 11b bevorzugt Öffnungen beziehungsweise Ausnehmungen ausgebildet. Bei der Anordnung der Stifte 11b durch das Gleitelement 17a hindurch in die in der Wandung 12 ausgebildeten Öffnungen ist das Gleitelement 17a am Gehäuse 2 arretiert.
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Mit der Ausbildung des Gleitelements 17a als Kreisringscheibe aus einem Stahl mit großem Innendurchmesser wird aufgrund der großen Festigkeit des Materials der Innendurchmesser der Kreisringscheibe groß ausgebildet. Damit wird auch der Innendurchmesser des im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Bereichs des Gehäuses 2, welcher durch die Gegenwandung 12 begrenzt ist und zur Aufnahme der Lager 9, 10 und des Zwischenelements 8 dient, groß ausgebildet. Damit weist der Gegendruckbereich 13 einen großen Innendurchmesser auf. Der große Innendurchmesser des Gehäuses 2 im Bereich der Gegendruckkammer 13 und der große Innendurchmesser des Gleitelements 17a erzeugen einen großen Bauraum für die Lager 9, 10, insbesondere für das zweite Lager 10 zum Abstützen des Orbiters 4 auf dem Zwischenelement 8. Mit der sehr hohen Festigkeit des Stahls als Material des Gleitelements 17a und der Stifte 11b wird die Wandstärke zwischen der Stiftbohrung innerhalb des Gleitelements 17a und gegebenenfalls der Gegenwandung 12 sowie der Bohrung für das Lager 10 minimiert. Der Bauraum für das Lager 10 wird vergrößert. Die Erweiterung des Bauraums innerhalb des Gegendruckbereichs 13 gewährleistet zudem einen Einsatz eines größervolumigen und damit schwereren Zusatzgewichts des Zwischenelements 8.
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3 zeigt die Vorrichtung 1b zur Verdichtung des gasförmigen Fluids, insbesondere des Scrollverdichters, mit einem plattenförmigen Gleitelement 17b zur Aufnahme der Stifte 11b der Führungsvorrichtung 11. Im Unterschied zur Vorrichtung 1a aus 2 ist das Gleitelement 17b mit einer Nut 18, insbesondere einer Ringnut 18, zur Aufnahme eines O-Rings ausgebildet. Die Nut 18 und der darin angeordnete O-Ring als Dichtelement verlaufen an der äußeren Mantelfläche der kreisringförmigen Scheibe und dichten das Gleitelement 17b zur Gegenwandung 12 und damit zum Gehäuse 2 hin ab.
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Das Gleitelement 17b kann alternativ über eine Außenpresspassung oder eine Übergangspassung mit dem Gehäuse 2 verbunden sein. Dabei ist das als eine Kreisringscheibe ausgebildete Gleitelement 17b im Bereich des Außenmantels in das Gehäuse 2 eingepresst oder eingelegt. Zusätzlich zur jeweiligen Passung kann das Gleitelement 17b mittels mindestens eines Stiftelements 19 im Gehäuses 2 gehaltert angeordnet sein, wobei das Stiftelement 19 eine Rotation des Gleitelements 17b in Bezug zum Gehäuse 2 verhindert. Dabei werden wiederum bevorzugt ein oder zwei Stiftelemente 19, auch als Antirotationsstifte bezeichnet, eingesetzt. Die Stiftelemente 19 sind dabei in im Gleitelement 17b ausgebildeten Öffnungen angeordnet und ragen bis in in der Gehäusewandung 12 ausgebildete Öffnungen hinein.
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Bei der mit dem Gleitelement 17b mit der Ringnut 18 und dem O-Ring ausgebildeten Vorrichtung 1b besteht gegenüber der Vorrichtung 1a aus 2 mit dem über Presspassung angeordneten Gleitelement 17a die Möglichkeit der mehrmaligen und wiederholten Montage sowie Demontage. Dabei ist die Abdichtung des Gegendruckbereichs 13 zum Ansaugbareich 14 stets wiederherstellbar.
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Zudem kann ein Zwischenelement 8 mit einem größervolumigen und damit schwereren Zusatzgewicht als bei der Vorrichtung 1a vorgesehen werden. Der zur Verfügung stehende Bauraum kann flexibler genutzt werden, da das Zwischenelement 8, insbesondere das Zusatzgewicht, eine hinterschnittige Form aufweisen kann.
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Aus den 4a und 4b geht das Gleitelement 17b der Vorrichtung 1b aus 3 in einer Einzeldarstellung hervor. Das kreisringscheibenförmige Gleitelement 17b weist einen inneren Durchmesser d und einen äußeren Durchmesser D sowie eine Dicke b auf. Die Dicke b ist dabei in einem Bereich von 4 mm bis 8 mm, insbesondere mit etwa 6 mm, ausgebildet. Der innere Durchmesser weist einen Wert im Bereich von 50 mm bis 55 mm, insbesondere etwa 53 mm, auf. Der äußere Durchmesser liegt im Bereich von 90 mm bis 100 mm, insbesondere bei etwa 96 mm.
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Die Stifte 11b werden in im Bereich des inneren Durchmessers d ausgebildete Öffnungen in das Gleitelement 17b eingeführt beziehungsweise eingepresst, wobei die Öffnungen gleichmäßig verteilt und gleich beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Stiftelemente 19 werden als Antirotationsstifte im Vergleich dazu in im Bereich des äußeren Durchmessers D ausgebildete Öffnungen in das Gleitelement 17b eingepasst.
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Bezugszeichenliste
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- 1a, 1b
- Vorrichtung
- 1‘
- Scrollverdichter
- 2
- Gehäuse
- 3
- Stator, feste Spirale
- 3a
- Grundplatte feste Spirale 3
- 3b
- Wandung feste Spirale 3
- 4
- Orbiter, bewegliche Spirale
- 4a
- Grundplatte bewegliche Spirale 4
- 4b
- Wandung bewegliche Spirale 4
- 5
- Arbeitsraum
- 6
- Antriebswelle
- 7
- Rotationsachse Antriebswelle 6
- 8
- Zwischenelement mit Zusatzgewicht
- 9
- erstes Lager
- 10
- zweites Lager
- 11
- Führungsvorrichtung
- 11a
- Öffnung
- 11b
- Stift
- 12
- Wandung, Gegenwandung
- 13
- Gegendruckbereich, Gegendruckkammer
- 14
- Ansaugbereich
- 15
- Dichtelement
- 16
- Oberfläche bewegliche Spirale 4
- 17‘, 17a, 17b
- Gleitelement
- 18
- Nut, Ringnut
- 19
- Stiftelement
- d
- innerer Durchmesser
- D
- äußerer Durchmesser
- b
- Dicke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015060038 A1 [0005]
- JP 2009-281280 [0006]
