-
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Scrollverdichters für eine Klimaanlage angegeben, insbesondere für eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug. Zudem wird eine Vorrichtung angegeben, die ausgebildet ist ein derartiges Verfahren durchzuführen. Weiterhin wird eine Klimaanlage mit einem Scrollverdichter angegeben, insbesondere eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug.
-
Kraftfahrzeuge können mit einer Klimaanlage ausgestattet sein. Eine Klimaanlage weist einen Verdichter auf, auch Kompressor genannt. Mit dem Verdichter wird ein Klimamittel für eine Kältemaschine verdichtet.
-
Es ist wünschenswert, ein Verfahren zum Betreiben eines Scrollverdichters anzugeben, das einen verlässlichen Betrieb ermöglicht. Zudem ist es wünschenswert, eine Vorrichtung anzugeben, die einen verlässlichen Betrieb eines Scrollverdichters ermöglicht. Weiterhin ist es wünschenswert, eine Klimaanlage anzugeben, die verlässlich betreibbar ist.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben eines Scrollverdichters für eine Klimaanlage angegeben, sowie eine Vorrichtung, die zum Durchführen des Verfahrens ausgebildet ist.
-
Der Scrollverdichter weist gemäß einer Ausführungsform eine feststehende Spirale und eine relativ dazu bewegliche Spirale auf. Die bewegliche Spirale ist in einem Gehäuseraum angeordnet.
-
Ein Druck auf einer der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum wird reduziert. Ein Verlauf der Stromaufnahme eines Antriebsmotors der beweglichen Spirale wird während des Reduzierens ermittelt. Ein Zeitpunkt einer Reduzierung der Stromaufnahme wird ermittelt. Der Wert des Drucks zu dem Zeitpunkt wird ermittelt. Der ermittelte Wert des Drucks ist repräsentativ für ein Abheben der beweglichen Spirale von der feststehenden Spirale. Ein Referenzdruck für den Gehäuseraum auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale wird ermittelt. Der Referenzdruck ist um einen vorgegebenen Versatz größer als der ermittelte Wert des Drucks.
-
Während des Betriebs des Scrollverdichters, der auch als Spiralverdichter oder Scrollkompressor bezeichnet werden kann, wird die bewegliche Spirale axial gegen die feststehende Spirale gedrückt, um die beiden Spiralen gegeneinander abzudichten. Dieser Druck muss so hoch sein, dass die bewegliche Spirale im normalen Betrieb nicht ungewünscht abhebt. Das Abheben verursacht eine Leckage und damit einen ineffizienten Betrieb. Der Druck sollte auch nicht zu hoch sein, da dies zu erhöhter Reibung und verstärktem Verschleiß führt.
-
Mittels des bewussten Reduzierens des Drucks auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale wird der Anpressdruck der beweglichen Spirale gegen die feststehende Spirale reduziert. Sobald der Druck eine gewisse untere Schwelle unterschreitet, hebt die bewegliche Spirale von der feststehenden Spirale ab. Der Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale ist nicht mehr groß genug, um die bewegliche Spirale gegen die feststehende Spirale zu drücken. Durch das Abheben entsteht eine Leckage.. Der Fördermassenstrom des Scrollverdichters nimmt ab. Der Druck ausgangsseitig des Scrollverdichters nimmt ab. Das Antriebsmoment des elektrischen Antriebsmotors nimmt ab.
-
Der Antriebsmotor dient zum Drehen der beweglichen Spirale. Der Antriebsmotor dreht beispielsweise eine Welle. Die Drehung der Welle wird beispielsweise mittels einer Kinematik auf die bewegliche Spirale übertragen, sodass diese Orbitiert. Das abnehmende Antriebsmoment zeigt sich auch in der Stromaufnahme des Antriebsmotors. Sobald die bewegliche Spirale von der festen Spirale abhebt, reduziert sich die Stromaufnahme des Antriebsmotors aufgrund der auftretenden Leckage. Somit ist aus dem ermittelten Verlauf der Stromaufnahme der Zeitpunkt des Abhebens der beweglichen Spirale einfach und verlässlich ermittelbar. Der Zustand des Scrollverdichters zum Zeitpunkt des Abhebens ist ermittelbar.
-
Somit ist auch der Druck ermittelbar, der gerade nicht mehr ausreichend ist, um die bewegliche Spirale ausreichend gegen die feste Spirale zu drücken. Der Referenzdruck wird entsprechend etwas höher gewählt als der Druck zum Zeitpunkt des Abhebens. Dieser vorgegebene Versatz reicht aus, um die bewegliche Spirale ausreichend gegen die feststehende Spirale zu drücken, um die beiden Spiralen gegeneinander abzudichten und ein ungewolltes Abheben zu vermeiden. Der Versatz ist so gering gewählt, dass eine vergleichsweise geringe Reibung und ein vergleichsweise geringer Verschleiß auftritt. Der Versatz ist abhängig vom eingesetzten Kältemittel und somit den herrschen absoluten Prozessdrücken sowie der Bauart des Verdichters. Beispielsweise ist der Versatz in einem Bereich von einschließlich 1 bis 2 bar.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Scrollverdichter ein Druckventil auf. Das Druckventil ist ausgangsseitig mit dem Gehäuseraum gekoppelt, um den Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum zu steuern. Mittels des Druckventils ist der Druck reduzierbar und anhebbar. Beispielsweise wird der Druck in dem Gehäuseraum mittels des Druckventils reduziert, um den Zeitpunkt des Abhebens der beweglichen Spirale zu detektieren. Im Betrieb des Scrollverdichters ist mittels des Druckventils der Referenzdruck im Gehäuseraum einstellbar.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Kennfeld für den Druck in Abhängigkeit von dem Referenzdruck adaptiert. Mittels des Kennfelds wird im normalen Betrieb des Scrollverdichters der Druck in dem Gehäuseraum vorgegeben. In Abhängigkeit des ermittelten Referenzdrucks ist das Kennfeld an sich ändernde Begebenheiten anpassbar und aktualisierbar. Das beschriebene Verfahren wird somit beispielsweise nicht ständig während des laufenden Betriebs des Scrollverdichters durchgeführt, sondern beispielsweise zu gewissen vorgegebenen Zeitpunkten, Zeitabständen oder Betriebspunkten. Daraufhin wird das Kennfeld aktualisiert und adaptiert und entsprechend ist dann wieder ein effizienter und verlässlicher Betrieb in Abhängigkeit des Kennfelds möglich.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln des Zeitpunkts der Reduzierung der Stromaufnahme ein Ermitteln einer Änderung der Steigung des Verlaufs der Stromaufnahme. Insbesondere ist die Steigung negativ, wenn der Druck in dem Gehäuseraum soweit reduziert ist, dass die bewegliche Spirale abhebt. Die Steigung nach dem Abheben ist steiler als die Steigung, wenn die bewegliche Spirale ausreichend gegen die feste Spirale gedrückt wird.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln des Zeitpunkts der Reduzierung der Stromaufnahme alternativ oder zusätzlich ein Ermitteln einer Abnahme der Stromaufnahme unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts für die Stromaufnahme. Beispielsweise ist bekannt, wie groß die Stromaufnahme im normalen funktionsfähigen Betrieb ohne Abheben mindestens ist. Fällt die Stromaufnahme unter diesen Mindestwert, wird von einem Abheben der beweglichen Spirale ausgegangen.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln des Zeitpunkts der Reduzierung der Stromaufnahme alternativ oder zusätzlich ein Ermitteln einer relativen Abnahme der Stromaufnahme unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts für die Abnahme. Weicht die Stromaufnahme zu dem Zeitpunkt beispielsweise um einen gewissen vorgegebenen Prozentsatz von einem zuvor gemessenen Wert der Stromaufnahme ab, wird von einem Abheben der beweglichen Spirale ausgegangen. Beispielsweise bei einer Abweichung von mehr als einem Prozent, oder mehr als einem halben Prozent nach unten wird von einem Abheben der beweglichen Spirale ausgegangen.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Verfahrensschritte in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebszuständen des Scrollverdichters durchgeführt. Die Betriebszustände umfassen beispielsweise eine Betriebsdauer, einen Start, eine Stromaufnahme, einen Ausgangsdruck oder weitere Parameter, die für den Betrieb des Scrollverdichters repräsentativ sind.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Klimaanlage als Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Schritte des Verfahrens werden wiederholt durchgeführt in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs. Der Betriebszustand des Kraftfahrzeugs umfasst beispielsweise einen Motorstart, eine Außentemperatur, eine Betriebsdauer oder weitere Parameter, die für den Betrieb des Kraftfahrzeugs repräsentativ sind.
-
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Klimaanlage einen hier beschriebenen Scrollverdichter gemäß zumindest einer Ausführungsform auf. Die Klimaanlage weist eine hier beschriebene Vorrichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform auf. Die Vorrichtung ist signaltechnisch mit dem Scrollverdichter gekoppelt zum Steuern des Betriebs des Scrollverdichters. Insbesondere ist die Vorrichtung mit dem Druckventil signaltechnisch gekoppelt zum Steuern des Druckventils zum Einstellen des Drucks in dem Gehäuseraum. Die Klimaanlage ist insbesondere eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen.
-
Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Teil einer Klimaanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel und
- 2 eine schematische Darstellung von Signalverläufen gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer Klimaanlage 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Klimaanlage 100 ist insbesondere die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgebildet.
-
Die Klimaanlage 100 weist einen Scrollverdichter 110 auf. Der Scrollverdichter 110 ist in 1 teilweise schematisch dargestellt.
-
Die Klimaanlage 100 weist eine Vorrichtung 200 auf. Die Vorrichtung 200 ist beispielsweise eine elektronische Steuervorrichtung (englisch: electronic control unit, ECU). Die Vorrichtung 200 ist beispielsweise ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs, das ausgebildet ist, die Klimaanlage 100 zu steuern oder zu regeln. Hierfür weist die Vorrichtung 200 beispielsweise eine oder mehrere Prozessoren, Speicher und/oder weitere elektronische Bauteile auf.
-
Der Scrollverdichter 110 weist einen Antriebsmotor 106 auf. Der Antriebsmotor 106 ist ein Elektromotor. Der Antriebsmotor 106 ist mit einer beweglichen Spirale 102 des Scrollverdichters 110 gekoppelt. Die beweglichen Spirale 102 wird auch als orbitierende Spirale oder orbitierender Scroll bezeichnet. Der Antriebsmotor 106 ist ausgebildet, die bewegliche Spirale 102 exzentrisch zu rotieren. Die bewegliche Spirale 102 wird gegen eine feststehende Spirale 101 gedrückt. Im Betrieb wird die bewegliche Spirale 102 relativ zu feststehenden Spirale 101 rotiert. Die feststehende Spirale 101 und die bewegliche Spirale 102 werden axial aneinander gedrückt.
-
Aufgrund der Bewegung der beweglichen Spirale 102 relativ zur feststehenden Spirale 101 wird ein Kältemittel im Betrieb verdichtet. Der Scrollverdichter 110 fungiert so als Kompressor der Klimaanlage 100.
-
Die bewegliche Spirale 102 ist in einem Gehäuse 103 des Scrollverdichters 110 angeordnet. Das Gehäuse 103 umgibt einen Gehäuseraum 104, in dem die bewegliche Spirale 102 angeordnet ist.
-
Der Scrollverdichter 110 weist ein Druckventil 107 auf. Das Druckventil 107 ist insbesondere ein so genanntes Druckregelventil. Das Druckventil 107 ist beispielsweise mit der Vorrichtung 200 signaltechnisch verbunden. Das Druckventil 107 ist vorgesehen, um einen Druck in den Gehäuseraum 104 auf einer der feststehenden Spirale 101 abgewandten Seite 105 der beweglichen Spirale 102 einzustellen.
-
Das Druckventil 107 ist beispielsweise eingangsseitig mit dem Gehäuseraum 104, insbesondere mit dem Gehäuseraum 104 an der abgewandten Seite 105 verbunden. Ein Ausgang des Druckventils 107 ist beispielsweise mit dem Ansaugbereich des Scrollverdichters 110 verbunden. Somit ist durch ein Öffnen und Schließen des Druckventils 107 der Druck auf der abgewandten Seite 105 einstellbar. Der Gehäuseraum 104 ist beispielsweise mittels einer Drossel 111 oder mehreren Drosseln mit einem Hochdruckausgang 109 verbunden.
-
Der Druck auf der abgewandten Seite 105 in dem Gehäuseraum 104 ist maßgeblich für einen Abstand 108 axial zwischen der feststehenden Spirale 101 und der bewegliche Spirale 102. Der Abstand muss möglichst gering sein beziehungsweise Null, um eine unerwünschte Leckage zu vermeiden. Der Druck in dem Gehäuseraum 104 auf der abgewandte Seite 105 wird insbesondere so groß gewählt, dass die bewegliche Spirale 102 ausreichend fest gegen die feststehende Spirale 101 gedrückt wird, dass ein Abheben der beweglichen Spirale 102 axial weg von der feststehende Spirale 101 im normalen Betrieb vermieden wird. Dabei wird der Druck auf der abgewandten Seite 105 nicht zu hoch eingestellt, um eine möglichst geringe Reibung und einen möglichst geringen Verschleiß zu realisieren.
-
Wie aus 2 ersichtlich, wird zum Einstellen des Drucks 104 ein Adaptionsverfahren durchgeführt. Somit ist der Druck für den Gehäuseraum 104 ermittelbar, der sowohl ein ausreichendes Anpressen realisiert als auch niedrig genug ist, um eine erhöhte Reibung und einen erhöhten Verschleiß zu vermeiden.
-
An der X-Achse der 2 ist die Zeit aufgetragen. An der Y-Achse sind Drücke und eine Stromaufnahme des Antriebsmotors 106 aufgetragen.
-
Ein Verlauf 301 der Stromaufnahme des Antriebsmotors 106 wird detektiert. Der Druck auf der abgewandten Seite 105 im Gehäuseraum 104 wird ermittelt und so ein Verlauf 302 des Drucks detektiert. Der Druck wird bewusst reduziert. Somit sinkt der Anpressdruck, der die bewegliche Spirale 102 axial gegen die feststehende Spirale 101 drückt. Zu einem Zeitpunkt 306 reicht der Druck in dem Gehäuseraum 104 nicht mehr aus. Der Abstand 108 vergrößert sich und wird insbesondere so groß, dass ein ausreichendes Abdichten nicht mehr realisiert ist.
-
Die bewegliche Spirale 102 wird aufgrund des zwischen der feststehenden Spirale 101 und der beweglichen Spirale 102 herrschenden Drucks axial von der feststehenden Spirale 101 weggedrückt. Dadurch tritt eine Leckage zwischen den beiden Spiralen 101, 102 auf. Dies ist auch aus einem Verlauf 303 des Hochdrucks am Ausgang 107 erkennbar, der zum Zeitpunkt 306 deutlich abnimmt.
-
Aufgrund der Leckage sinkt das Antriebsmoment des Scrollverdichters 110 und insbesondere des Antriebsmotors 106 signifikant ab. Dieses Absinken zeigt sich auch im Verlauf 301 der Stromaufnahme. Die Stromaufnahme sinkt ebenfalls deutlich ab. Insbesondere ist eine Steigung 308 nach dem Zeitpunkt 306 deutlich steiler als eine Steigung 307 vor dem Zeitpunkt 306. Somit ist aus einer Beobachtung des Verlaufs der Stromaufnahme der Zeitpunkt 306 ermittelbar, zudem der Druck in dem Gehäuseraum 104 soweit reduziert ist, dass die bewegliche Spirale 102 von der feststehenden Spirale 101 weggedrückt wird. Somit ist ein Wert 309 des Drucks zum Zeitpunkt 306 bekannt, der gerade nicht mehr ausreicht, um die feststehende Spirale 101 und die bewegliche Spirale 102 axial ausreichend stark aneinander zu drücken, um das Abheben zu vermeiden.
-
Ausgehend von dem Wert 309 des Drucks ist ein Referenzdruck 305 ermittelbar, der knapp über den Wert 309 des Drucks liegt. Der Referenzdruck 305 weist einen geringen Versatz 304 zum Wert 309 des Drucks auf. Der Referenzdruck 305 ist etwas höher als der Wert 309 des Drucks. Der Referenzdruck 105 auf der abgewandten Seite 105 im Gehäuseraum 104 ist damit der möglichst minimal notwendige Druck, um die bewegliche Spirale 102 ausreichend stark gegen die feststehende Spirale 101 zu drücken, um ein Abheben und eine zu große Leckage zu vermeiden. Dabei wird eine möglichst geringe Reibung und ein möglichst geringer Verschleiß realisiert, da der Referenzdruck 304 sehr gering gewählt werden kann und insbesondere möglichst wenig Toleranzen berücksichtigt werden müssen. Der Versatz 304 ist beispielsweise abhängig von Betriebspunkten oder relativ zum ermittelten Wert 309 des Drucks vorgegeben. Der Referenzdruck 305 ist beispielsweise absolut oder relativ vorgegeben und beträgt beispielsweise 1 bis 2 bar, oder auch mehr als 2 oder weniger als 1 bar.
-
Beispielsweise wird ein Abheben der beweglichen Spirale 102 von der feststehenden Spirale 101 aufgrund des sinkenden Drucks im Gehäuseraum 104 alternativ oder zusätzlich zur Auswertung der Steigungen 307, 308 in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Grenzwert 310 für die Stromaufnahme ermittelt. Wenn der Verlauf 301 der Stromaufnahme unter dem Grenzwert 310 gerät, wird von einem Abheben der beweglichen Spirale 102 von der feststehenden Spirale 101 ausgegangen. Somit ist der Zeitpunkt 306 ermittelbar, zu dem der Verlauf 301 der Stromaufnahme den Grenzwert 310 schneidet.
-
Mit dem ermittelten Referenzdruck 305 ist ein Kennfeld für den Betrieb des Scrollverdichters 110 aktualisierbar und adaptierbar. Beispielsweise über die Lebensdauer des Scrollverdichters 110 können Materialveränderungen, Verschleiß oder weiterer Einflussfaktoren das Verhalten des Scrollverdichters 110 verändern. Mittels des beschriebenen Verfahrens ist es möglich, dennoch den Wert 309 des Drucks und davon abhängig den Referenzdruck 305 präzise zu ermitteln und somit den Anpressdruck für die bewegliche Spirale 102 gegen die feststehende Spirale 101 zu aktualisieren.
-
Das Verfahren ermöglicht ein Einstellen des Anpressdrucks mit Hilfe des Druckventils 107 ohne Drosselbohrungen in der beweglichen Spirale 102. Es ist auch kein kompletter Regelkreis notwendig, um den Druck im Gehäuseraum 104 einzustellen. Dennoch ist es möglich, das Steuerkennfeld in den Betriebspunkten möglichst optimal anzupassen. Das Steuerkennfeld ist beispielsweise abhängig von einem Saugdruck oder einem Hochdruck am Ausgang 109. Der Druck im Gehäuseraum 104, der die bewegliche Spirale 102 gegen die feststehende Spirale 101 drückt, wird englisch auch als back pressure Druck bezeichnet. Dieser wird bewusst abgesenkt, bis die beiden Spiralen 101, 102 voneinander abheben. Aufgrund der dadurch auftretenden hohen internen Leckage sinkt das Antriebsmoment des Verdichters merklich. Dies ist proportional aus der Stromaufnahme ermittelbar. Somit kann aus dem Verlauf 301 der Stromaufnahme der Abhebezustand detektiert werden. Davon ausgehend kann ein verbessertes Kennfeld ermittelt werden, das knapp über der Abhebegrenze liegt. Das Verfahren wird entsprechend in zeitlichen Abständen wiederholt, um Veränderungen des Abhebepunkts im Kennfeld während des Betriebs zu ermitteln. Somit kann das Kennfeld in gewissen Abständen aktualisiert und adaptiert werden. Beispielsweise wird das Verfahren im Abstand von vorgegebenen Zeiträumen durchgeführt. Beispielsweise wird das Verfahren jeweils beim Motorstart des Kraftfahrzeugs oder beim Start der Klimaanlage 100 durchgeführt. Auch andere Zeiträume und Wiederholungsabstände sind möglich.
-
Das Verfahren ermöglicht ein Einstellen des Anpressdrucks im Gehäuseraum 104, sodass der Anpressdruck gerade groß genug ist, um die feststehende Spirale 101 und die bewegliche Spirale 102 ausreichend axial gegeneinander abzudichten. Dabei ist der Druck so gering wie möglich, und dadurch eine möglichst geringe Reibung und ein möglichst geringer Verschleiß realisiert. Somit sind auch Toleranzen und Änderungen der Komponenten ausgleichbar. Insbesondere ist es möglich von Haus aus Komponenten wie beispielsweise die Spiralen 101, 102 zu verwenden, die vergleichsweise großen Toleranzen unterliegen. Diese Toleranzen sind dann mittels des beschriebenen Verfahrens ausgleichbar. Somit sind die Komponenten beispielsweise preisgünstiger herstellbar. Der Anpressdruck im Gehäuseraum 104 ist während des Betriebs der Klimaanlage 100 ermittelbar und adaptierbar. Auch Variablen zwischen einzelnen Scrollverdichtern 110 einer Serie sind mittels des Verfahrens ausgleichbar und berücksichtigbar.
-
Der Scrollverdichter 110 ist mittels der Vorrichtung 200 somit verlässlich betreibbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Getriebeeinstelleinrichtung
- 110
- Stellstange/Stellstangeneinheit
- 112
- Vollwelle
- 114
- Hohlwelle
- 116
- Führungsrohr
- 120
- Schaltgabel
- 150
- Antriebseinheit
- 152
- Vollwellenantriebsmotor
- 154
- Hohlwellenantriebsmotor
- 160
- Getriebeeinheit
- 162
- Vollwellengetriebe
- 164
- Hohlwellengetriebe
