DE102019208618A1

DE102019208618A1 - Verdichtermodul sowie elektromotorischer Kältemittelverdichter

Info

Publication number: DE102019208618A1
Application number: DE102019208618.7A
Authority: DE
Inventors: Pierre Schmitt; Maximilian Schulz; Michael Haaf; Alejandro Catala
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-12-17
Also published as: WO2020249556A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verdichtermodul (10) mit einem topfförmigen Verdichtergehäuse (12), welches einen Gehäuseboden (14) und eine Gehäusewand (16) umfasst, welche Gehäusewand (16) einen Auslass (36) für ein Kältemittel (K) aufweist, und mit einer in einer Hochdruckkammer (30) des Verdichtergehäuses (12) angeordneten Abscheidevorrichtung (32) zum Abtrennen eines mit dem Kältemittel (K) vermischten Schmiermittels (S), wobei die Abscheidevorrichtung (32) eine hohlzylindrische Kammerwand (38) aufweist, welche eine mit dem Auslass (36) strömungstechnisch verbundene Abscheidekammer (40) bildet, wobei unter Bildung eines Ringraums (44) in der Abscheidekammer (40) ein Abscheider (42) koaxial zur Kammerwand (38) angeordnet ist, wobei die Hochdruckkammer (30) des Verdichtergehäuses (12) mittels einer Eintrittsöffnung (50) der Kammerwand (38) strömungstechnisch mit der Abscheidekammer (40) gekoppelt ist, und wobei zwischen der Kammerwand (38) und dem Abscheider (42) eine Führung (52) mit einer der Eintrittsöffnung (50) zugewandten Wandung (62) aufweist, welche im Bereich der Eintrittsöffnung (50) axial verläuft. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen elektromotorischer Kältemittelverdichter (2) zum Verdichten eines Kältemittels (K) eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Verdichtermodul (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verdichtermodul mit einem topfförmigen Verdichtergehäuse, welches einen Gehäuseboden und eine Gehäusewand mit einen Auslass für ein Kältemittel aufweist, und mit einer in einer Hochdruckkammer des Verdichtergehäuses angeordneten Abscheidevorrichtung zum Abtrennen eines mit dem Kältemittel vermischten Schmiermittels. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen elektromotorischer Kältemittelverdichter mit einem solchen Verdichtermodul.
Eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mittels welcher ein Fahrzeuginnenraum nach Art einer Kompressionskältemaschine kühlbar ist, weist einen Kreislauf mit darin geführtem Kältemittel, beispielsweise R-134a (1,1,1,2-Tetrafluorethan) oder R-774 (CO₂), auf. Im Betrieb wird das Kältemittel mittels eines (Kältemittel-) Verdichters beziehungsweise Kompressors verdichtet, was zu einer Druck- und Temperaturerhöhung des Kältemittels führt. Insbesondere wird der Kältemittelverdichter dabei von einem Elektromotor betrieben.
Im Kältemittelverdichter und dort in dessen (Verdichter-)Gehäuse sind in Strömungsrichtung des Kältemittels ein, beispielswiese als Scroll-Verdichter ausgebildetes, Verdichterteil, welches zur Förderung des Kältemittels von einem niederdruckseitigen Einlass zu einem hochdruckseitigen Auslass sowie zum Verdichten des Kältemittels vorgesehen ist, eine Hochdruckkammer (Kompressionskammer) und eine Abscheidevorrichtung hintereinander angeordnet.
Bei Betrieb des Kältemittelverdichters vermischt sich ein in diesen eingebrachtes Schmiermittel, insbesondere Öl, mit dem gasförmigen Kältemittel. Mittels der Abscheidevorrichtung wird das Schmiermittel vom Kältemittel nach Art eines Fliehkraftabscheiders (Zyklonabscheider) abgetrennt. Hierzu weist die Abscheidevorrichtung eine, insbesondere hohlzylindrische, Abscheidekammer auf, in welcher ein Abscheider aufgenommen ist. Das durch eine Eintrittsöffnung der Abscheidevorrichtung in die Abscheidekammer einströmende Gemisch aus Schmiermittel und Kältemittel umströmt den Abscheider helixartig (zyklonartig). Dabei wirken Zentrifugalkräfte auf das Gemisch aus Kältemittel und Schmiermittel als Trennmechanismus.
Dabei kann im Bereich der Eintrittsöffnung eine Wirbelbildung aufgrund einer Vermischung des durch die Eintrittsöffnung einströmenden Gemisches mit dem den Abscheider bereits umströmenden Gemisch erfolgen. Nachteilig geht mit einer solchen Wirbelbildung eine vergleichsweise schlechte Abscheiderate des Schmiermittels einher.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verdichtermodul anzugeben, bei dem eine Wirbelbildung des Gemisches aus Schmiermittel und Kältemittel in der Abscheidekammer vermieden oder zumindest verringert ist. Des Weiteren soll ein elektromotorischer Kältemittelverdichter mit einem solchen Verdichtermodul angegeben werden.
Bezüglich des Verdichtermoduls wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des elektromotorischen Kältemittelverdichters wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verdichtermodul sinngemäß auch für den Kältemittelverdichter und umgekehrt.
Hierzu umfasst das Verdichtermodul ein topfförmiges Verdichtergehäuse mit einem Gehäuseboden und mit einer Gehäusewand. Das Verdichtergehäuse wird auch als Verdichterkopfgehäuse bezeichnet. Das Verdichtergehäuse, insbesondere dessen Gehäusewand, weist zudem einen Auslass für ein Kältemittel auf. Des Weiteren umfasst das Verdichtermodul eine Abscheidevorrichtung zum Abtrennen eines mit dem Kältemittel vermischten Schmiermittels. Dabei ist die Abscheidevorrichtung in einer auch als Kompressionskammer bezeichneten Hochdruckkammer des Verdichtergehäuses angeordnet. Die Abscheidevorrichtung ist zweckmäßigerweise als ein zum Verdichtergehäuse separates Bauteil ausgebildet, welches in die Hochdruckkammer eingebracht ist.
Die Abscheidevorrichtung weist eine hohlzylindrische, insbesondere rohrartige, Kammerwand auf, welche eine mit dem Auslass strömungstechnisch verbundene Abscheidekammer bildet. Die Kammerwand grenzt also die Abscheidekammer von der Hochdruckkamer ab. Die Abscheidevorrichtung weist weiterhin einen Abscheider auf, welcher unter Bildung eines Ringraums in der Aufnahmekammer aufgenommen ist. Dabei ist der Abscheider koaxial zur Kammerwand angeordnet und zweckmäßigerweise zumindest in dessen in die Abscheidekammer hineinragenden Abschnitt ebenfalls hohlzylindrisch. Insbesondere ist der Abscheider strömungstechnisch zwischen der Abscheidekammer und dem Auslass angeordnet.
Zudem weist die Kammerwand eine Eintrittsöffnung zur strömungstechnischen Kopplung der Abscheidekammer mit der Hochdruckkammer auf.
Zweckmäßigerweise verläuft die Mittelachse der Abscheidevorrichtung, und somit die Zylinderachse der Kammerwand, parallel zum Gehäuseboden, insbesondere in einer Radialrichtung des Gehäusebodens.
Zwischen der Kammerwand und dem Abscheider ist eine Führung für das Gemisch aus Kälte- und Schmiermittel angeordnet. Die Führung weist eine der Eintrittsöffnung zugewandte Wandung auf, welche Wandung im Bereich der Eintrittsöffnung axial verläuft. Die Wandung ist also im Bereich der Eintrittsöffnung angeordnet, und erstreckt sich von der Kammerwand zum Abscheider und einer Richtung parallel zur Mittelachse, also axial bezüglich der Abscheidevorrichtung. Mit anderen Worten begrenzt die im Bereich der Eintrittsöffnung angeordnete Wandung den Ringraum in einer Umlaufrichtung um den Abscheider.
Zweckmäßigerweise ist die Wandung bezüglich der Umlaufrichtung neben der Eintrittsöffnung angeordnet oder bevorzugt fluchtet die Wandung der Führung mit einer die Eintrittsöffnung begrenzenden, also die Eintrittsöffnung umfassenden, Innenwandung.
Die Wandung dient dabei insbesondere dazu, dass ein Aufzweigen der Strömung des Gemisches in zwei Teilströme, welche den Abscheider in entgegengesetzten Umlaufrichtungen umströmen würden, vermieden ist
Vorteilhafterweise sind somit aufgrund der Wandung ein Vermischen und eine damit einhergehende Wirbelbildung der beiden Teilströme vermieden, sodass eine Abscheiderate des Schmiermittels verbessert ist.
Im Folgenden wird das Gemisch aus Kälte- und Schmiermittel kurz als Gemisch bezeichnet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung begrenzt die Führung den Ringraum auslassseitig. Mit anderen Worten begrenzt die Führung den Ringraum in einer zum Auslass hin gerichteten Richtung entlang der Mittelachse. Eine den Ringraum begrenzende und der Abscheidekammer zugewandte Führungsfläche der Führung verläuft dabei helixartig (schraubenlinienartig). Zweckmäßigerweise erstreckt sich die Führungsfläche helixartig in einer Richtung parallel zur Mittelachse der Abscheidevorrichtung. Dieser Aspekt stellt eine eigenständige Erfindung dar.
Im Folgenden wird die Richtung, welche parallel zur Mittelachse der Abscheidevorrichtung vom auslassseitigen (Kammer-) Ende der Abscheidekammer zum dem Auslass abgewandten (Kammer-)Ende der Abscheidekammer hin orientiert ist, auch als Erstreckungsrichtung bezeichnet.
Besonders vorteilhaft ist die Strömung des Gemisches mittels der Führung derart geführt, dass diese nach einer Umströmung um den Abscheider im Bereich der Eintrittsöffnung in Erstreckungsrichtung versetzt ist. Somit ist das eingangs beschriebene Vermischen des durch die Eintrittsöffnung einströmenden Gemisches mit dem den Abscheider bereits umströmenden Gemisch und die damit einhergehende Wirbelbildung vermieden oder zumindest verringert.
Bei dem Schmiermittel handelt es sich zweckmäßigerweise um ein (Schmier-)ÖI, wobei unter dem Begriff „Öl“ nicht einschränkend mineralische Öle zu verstehen sind. Vielmehr können auch vollsynthetische oder teilsynthetische Öle, beispielsweise Silikonöle, oder andere ölartige Flüssigkeiten, wie Hydraulikflüssigkeit oder Kühlschmierstoffe verwendet werden. Insofern wird die Abscheidevorrichtung auch als Ölabscheider bezeichnet.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung verläuft die helixartige Führungsfläche ausgehend von einem auslassseitigen Ende der Eintrittsöffnung helixartig in die Erstreckungsrichtung. Somit fluchten das auslassseitige Ende der Eintrittsöffnung und das auslassseitige Ende der Führungsfläche miteinander zumindest abschnittsweise. Auf diese Weise ist eine Wirbelbildung beim Einströmen in die Abscheidekammer weiter reduziert.
Beispielsweise wird die Steigung der helixartig verlaufenden Führungsfläche in Erstreckungsrichtung exponentiell oder logarithmisch größer. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung jedoch, ist die Steigung der helixartig verlaufenden Führungsfläche in einer Richtung parallel zur Mittelachse der Abscheidevorrichtung, und somit in Erstreckungsrichtung, konstant. Mit anderen Worten ist der Quotient aus einer Ausdehnung der Führungsfläche in Erstreckungsrichtung bezogen auf einen Anteil der Windung und diesem Anteil der Windung in allen Abschnitten der Führungsfläche konstant. Eine solche Führungsfläche ist vergleichsweise einfach herzustellen.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung erstreckt sich die Führung in der Erstreckungsrichtung, also in einer Richtung vom auslassseitigen Ende der Abscheidekammer zum dem Auslass abgewandten Ende der Abscheidekammer, zumindest bis zu einer Axialposition, welche der Axialposition der dem Auslass abgewandten Ende der Eintrittsöffnung entspricht. Insbesondere fluchtet das Ende der Führung mit dem Auslass abgewandtem Ende der Eintrittsöffnung oder überragt dieses in Erstreckungsrichtung. Die Führung weist somit eine Ausdehnung in Erstreckungsrichtung auf, welche größer als die oder gleich der lichten Weite der Eintrittsöffnung in dieser Richtung ist. Unter einer Axialposition eines Gegenstandes ist dabei die auf die Mittelsachse projizierte Position dieses Gegenstandes zu verstehen. Auf diese Weise ist eine Wirbelbildung im Bereich der Eintrittsöffnung weiter verringert.
In zweckmäßiger Ausgestaltung ist die Anzahl n der Windungen der helixartig verlaufenden Führungsfläche gleich Eins, also n=1. Vorzugsweise beginnt und endet die Windung der Führung an einer der zur Mittelachse parallelen Innenwandung der Eintrittsöffnung. Sofern die helixartige Führungsfläche sich vom auslassseitigen Ende der Eintrittsöffnung ausgehend erstreckt, ist die Ganghöhe der Windung gleich der lichten Weite der Eintrittsöffnung in der Erstreckungsrichtung.
Alternativ hierzu ist die Anzahl der Windungen gleich Eins minus demjenigen Anteil, welcher der lichten Weite der Eintrittsöffnung in Umfangsrichtung der Kammerwand entspricht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Abscheidevorrichtung einteilig ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Kammerwand und der Abscheider zusammenhängend (monolithisch) ausgebildet. Die Führung verbindet dabei die Kammerwand und den Abscheider. Geeigneter Weise wird die Abscheidevorrichtung mittels eines Spritzguss-Verfahrens, vorzugsweise aus einem Kunststoff, vergleichsweise kostensparend hergestellt. Solche Spritzguss-Verfahren ermöglichen des Weiteren vergleichsweise komplexe Konturen zu realisieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung mündet die Eintrittsöffnung der Abscheidevorrichtung radial versetzt zur Mittelachse der Abscheidevorrichtung in die Abscheidekammer. Aufgrund der radial bezüglich der Mittelachse versetzten Eintrittsöffnung strömt das verdichtete Gemisch aus Kältemittel und Schmiermittel tangential in den zwischen dem Abscheider und der Kammerwand gebildeten Ringraum ein. Folglich ist eine unerwünschte Wirbelbildung ein Einströmen durch die Eintrittsöffnung weiter vermindert oder vermieden, so dass das Schmiermittel besser abgetrennt wird.
Zusätzlich oder alternativ ist die Eintrittsöffnung gemäß einer geeigneten Ausgestaltung in Richtung der Mittelachse der Abscheidevorrichtung langlochartig ausgebildet. Insbesondere ist der durch die lichte Weite der Eintrittsöffnung gebildete Strömungsquerschnitt mittels der in Richtung der Mittelachse langlochartigen Ausbildung auch bei tangentialer Einströmung des Gemisches in den Ringraum - und somit auch bei entsprechend radial versetzter Anordnung der Eintrittsöffnung - an ein im Betrieb auftretendes Fördervolumen angepasst.
In geeigneter Ausgestaltung weist ein elektromotorischer Kältemittelverdichter zum Verdichten eines Kältemittels, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ein Verdichtermodul in einer der oben beschriebenen Varianten auf. Zusätzlich weist der elektromotorische Kältemittelverdichter ein Motormodul mit dem Elektromotor auf.
Dabei ist ein Verdichterteil vorzugsweise im Verdichtergehäuse gelagert. Geeigneter Weise ist das Verdichterteil als ein sogenannter Scrollverdichter ausgeführt. Dieser arbeitet nach Art einer Verdrängerpumpe, wobei ein bewegliches Scroll-Teil gegenüber einem feststehenden Scroll-Teil, insbesondere mittels eines Elektromotors, exzentrisch angetrieben und dabei das Kältemittel komprimiert wird. Die Scroll-Teile sind hierbei typischerweise als ein ineinander verschachteltes Spiralen- oder Scrollpaar ausgeführt. Dabei ist eine der Spiralen mit Bezug auf das Verdichtergehäuse feststehend und greift zumindest teilweise in eine zweite, mittels eines Elektromotors orbitierend angetriebene zweite Spirale ein. Unter einer orbitierenden Bewegung ist hierbei insbesondere eine exzentrische kreisförmige Bewegungsbahn zu verstehen, bei welcher die zweite Spirale selbst nicht um die eigene Achse rotiert. Es bilden sich dadurch bei jeder orbitierenden Bewegung zwischen den Spiralen zwei im Wesentlichen sichelförmige Kältemittelkammern, deren Volumen sich im Zuge der Bewegung reduzieren (verdichten). Das verdichtete Kältemittel wird über einen Auslass im feststehenden Scroll-Teil in die Hochdruckkammer abgeführt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 im Längsschnitt einen elektromotorischen Kältemittelverdichter mit einem den Elektromotor aufweisenden Motormodul sowie mit einem Verdichtermodul, wobei in einer Hochdruckkammer dessen Verdichtergehäuses eine Abscheidevorrichtung zum Abtrennen eines Schmiermittels von einem Kältemittel angeordnet ist,
2 in einer perspektivischen Ansicht die Abscheidevorrichtung, wobei die Abscheidevorrichtung eine Kammerwand mit einer Eintrittsöffnung aufweist, anhand welcher die Hochdruckkammer mit einer mittels der Kammerwand gebildeten Abscheidekammer strömungstechnisch verbunden ist,
3 die Abscheidevorrichtung gemäß der 2 in einer teilweise transparenten Darstellung,
4 in einer Teilschnittansicht die Abscheidevorrichtung, wobei unter Bildung eines Ringraums ein Abscheider in der Abscheidekammer aufgenommen ist, und wobei der Ringraum auslassseitig von einer Führung begrenzt ist, deren den Ringraum begrenzende Führungsfläche helixartig entlang der Mittelachse der Abscheidevorrichtung verläuft, und
5 schematisch einen Querschnitt der Abscheidevorrichtung mit einer Schnittebene senkrecht zur Mittelsachse der Abscheidevorrichtung und durch die Eintrittsöffnung, mit Blick auf die Führungsfläche der den Abscheider und die Kammerwand verbindenden Führung.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der in 1 dargestellte elektromotorische Kältemittelverdichter 2, im Folgenden auch kurz als Verdichter 2 bezeichnet, ist als ein elektromotorischer Kältemittelverdichter 2 in einem nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges verbaut. Der Kältemittelverdichter 2 ist dabei modular aufgebaut. So umfasst dieser ein Motormodul 4 mit einem Elektromotor 5, welcher wiederum einen Rotor 6 sowie einen Stator 8 umfasst, und mit einem Elektronikfach 9, welches eine nicht weiter dargestellte Elektronik zur Ansteuerung des Elektromotors 5 aufnimmt. Ferner umfasst der Kältemittelverdichter 2 ein mit dem Motormodul 4 gefügtes Verdichtermodul 10.
Das Verdichtermodul 10 weist ein im Wesentlichen topfförmiges Verdichtergehäuse 12 mit einem Gehäuseboden 14 und mit einer Gehäusewand 16 auf. Im Verdichtergehäuse 12 ist ein hier als Scrollverdichter ausgebildetes Verdichterteil 18 gelagert, welches in Antriebsverbindung mit dem Elektromotor 5 des Motormoduls 4 steht. Das Verdichterteil 18 weist ein erstes, bezüglich des Verdichtergehäuses 12 feststehendes Verdichterteilelement 20 sowie ein darin eingreifendes, bewegliches zweites Verdichterteilelement 22 auf.
Innerhalb des Kältemittelverdichters 2 ist ein Schmiermittel S vorhanden, das zur Schmierung des Verdichterteils 18 dient und eine Abdichtungsfunktion erfüllt, so dass zwischen den Verdichterteilelementen 20 und 22 Leckagen vermieden werden. Betriebsbedingt vermischen sich dabei ein Kältemittel K, welches mittels des Verdichterteils 18 verdichtet wird, und das Schmiermittel S. Das Kältemittel K strömt auf der Niederdruckseite des Verdichterteils 18 durch einen Verdichterteileinlass 24 in eine Verdichterteilkammer 26 ein. Dort wird das Gemisch aus Kältemitte K und Schmiermittels S verdichtet (komprimiert), wobei das Verdichterteil 18 nach Art einer Verdrängerpumpe wirkt. Anschließend strömt das Gemisch aus dem Verdichterteil 18 durch einen hochdruckseitigen Verdichterteilauslass 28 in eine Hochdruckkammer 30 des Verdichtergehäuses 12 aus.
Die Radialrichtung bezüglich des Verdichtergehäuses 12 und die Axialrichtung senkrecht zum Gehäuseboden 14 in Richtung des Verdichterteils 18 sind in dem nebenstehenden Richtungsdiagramm mit R bzw. A bezeichnet.
In die Hochdruckkammer 30 ist eine in den 2 bis 5 vergleichsweise detailliert dargestellte Abscheidevorrichtung 32 eingebracht. Die Abscheidevorrichtung 32 dient dem Abtrennen des mit dem Kältemittel K vermischten Schmiermittels S in ein Schmiermittelreservoir 34 nach Art eines Fliehkraftabscheiders. Die Gehäusewand 16 weist einen tunnelartigen Auslass 36 auf, durch welchen das vom Schmiermittel S abgetrennte Kältemittel K in den Kältemittelkreislauf abströmt, was durch einen Pfeil entsprechend dargestellt ist.
Die Abscheidevorrichtung 32 weist eine hohlzylindrische (rohrartige) Kammerwand 38 auf. Diese bildet eine Abscheidekammer 40, welche strömungstechnisch mit dem Auslass 36 verbunden ist. Mit anderen Worten begrenzt die Kammerwand 38 die Abscheidekammer 40. In der Abscheidekammer 40 ist koaxial zur Kammerwand 38 ein hohlzylindrischer Abscheider 42 angeordnet, wobei zwischen dem Abscheider 42 und der Kammerwand ein Ringraum 44 (Ringspalt) gebildet ist.
Dasjenige Ende der Kammerwand 38, welches dem Auslass 36 abgewandt ist, sitzt in einer Aufnahme 46 des Verdichtergehäuses 12 ein, welche mit dem Schmiermittelreservoir 34 verbunden ist. Wie insbesondere in den 2 bis 4 erkennbar ist, weist der Abscheider 42 einen Bereich 48 auf, welcher in Richtung der Mittelachse M der Abscheidevorrichtung 32, also entgegen der (Erstreckungs-) Richtung B, die Abscheidekammer 40 überragt. Dieser Bereich des Abscheiders sitzt dabei im Auslass 36 ein. Dabei erweitert sich dieser Bereich 48 konisch, so dass der Außendurchmesser des Abscheiders 42 an den Innendurchmesser des Auslasses 36 angepasst ist.
Das über eine Eintrittsöffnung 50 der Kammerwand 38 in die Abscheidekammer 40 einströmende Gemisch aus Schmiermittel S und Kältemittel K umströmt in der Abscheidekammer 40 helixartig (zyklonartig) den Abscheider 42 in Richtung des Schmiermittelreservoirs 34, vom auslassseitigen Ende der Abscheidekammer 40 zum dem Auslass 36 abgewandten Ende der Abscheidekammer.
Dabei wirkt die auf das Kältemittel K und auf das Schmiermittel S wirkende Fliehkraft als Trennmechanismus. Anschließend strömt das vom Schmiermittel S abgetrennte Kältemittel K durch den hohlzylindrischen Abscheider 42 und den Auslass 36 in den Kältemittelkreislauf ab. Zusammenfassend ist die Hochdruckkammer 30 also mittels der Eintrittsöffnung 50 mit der Abscheidekammer 40 strömungstechnisch verbunden.
Die Eintrittsöffnung 50 der Kammerwand 38 mündet radial versetzt zur Mittelachse M der Abscheidevorrichtung 32 in die Abscheidekammer 40. Zusätzlich ist die Eintrittsöffnung 50 in Richtung der Mittelachse M der Abscheidevorrichtung 32 langlochartig ausgebildet. Aufgrund der radial versetzten Eintrittsöffnung 50 strömt das verdichtete Gemisch aus Kältemittel K und Schmiermittels S tangential in den zwischen dem Abscheider 42 und der Kammerwand 38 gebildeten Ringraum 44, so dass eine unerwünschte Wirbelbildung beim Einströmen des Gemisches in den Ringraum 44 vermieden oder zumindest reduziert ist. Der durch die lichte Weite a der Eintrittsöffnung 50 gebildete Strömungsquerschnitt ist anhand der in Richtung der Mittelachse M langlochartigen Ausbildung an ein im Betrieb auftretendes Fördervolumen des Gemisches angepasst.
Zwischen der Kammerwand 38 und dem Abscheider 42 ist eine Führung 52 für das Gemisch aus Kältemittel K und Schmiermittel S angeordnet, welche den Ringraum 44 auslassseitig begrenzt. Also begrenzt die Führung 52 den Ringraum 44 in einer zum Auslass 36 hin gerichteten Richtung entlang der Mittelachse M der Abscheidevorrichtung 32. Eine den Ringraum 44 begrenzende und der Abscheidekammer 40 zugewandte Führungsfläche 54 der Führung 52 verläuft dabei helixartig, mit anderen Worten schraubenlinienartig in einer Richtung, welche parallel zur Mittelachse M der Abscheidevorrichtung 32 orientiert ist.
Die Führungsfläche 54 verläuft dabei vom auslassseitigen Ende 56 der Eintrittsöffnung 50 ausgehend helixartig in eine (Erstreckungs-)Richtung B, welche parallel zur Mittelachse M der Abscheidevorrichtung 32 vom auslassseitigen (Kammer-) Ende 56 der Abscheidekammer 40 zum dem Auslass abgewandten (Kammer-) Ende 58 der Abscheidekammer 40 hin orientiert ist. Somit fluchten das auslassseitige Ende 56 der Eintrittsöffnung 50 und das auslassseitige Ende der Führungsfläche 54 miteinander.
Die helixartige Führungsfläche 54 weist eine einzige, vollständige Windung auf. Mit anderen Worten ist die Anzahl der Windungen der helixartig verlaufenden Führungsfläche 52 gleich Eins. Dabei beginnt und endet die Windung der Führung 52 an einer der zur Mittelachse M parallelen und die Eintrittsöffnung 50 begrenzenden (umfassenden) Innenwandung 60. Die Führung 52 weist weiterhin eine im Bereich der Eintrittsöffnung 50 angeordnete und dieser zugewandte Wandung 62 auf, welche sich vom Abscheider 42 zur Kammerwand 38 und in Erstreckungsrichtung B erstreckt. Dabei verläuft die Wandung parallel zur Mittelachse M sowie zur Innenwandung 60 der Eintrittsöffnung 50. Somit begrenzt die Wandung 62 den Ringraum 44 in einer Umlaufrichtung um den Abscheider 42. Die Wandung 62 der Führung 52 fluchtet dabei mit der Innenwandung 60 und verhindert dabei ein Aufzweigen der Strömung des Gemisches in zwei Teilströme, welche den Abscheider in entgegengesetzten Umlaufrichtungen umströmen würden. Zusammenfassend verläuft die Wandung 62 der Führung 52 im Bereich der Eintrittsöffnung 50 axial.
Weiterhin ist die Steigung der helixartig verlaufenden Führungsfläche in Erstreckungsrichtung B konstant. Mit anderen Worten ist der Quotient aus einer Ausdehnung der Führungsfläche 54 in Richtung B bezogen auf einen Anteil der Windung und diesem Anteil der Windung in allen Abschnitten der Führungsfläche 54 konstant.
Die Führung 52 erstreckt sich in der Erstreckungsrichtung B bis zum dem Auslass 36 abgewandten Ende 58 der Eintrittsöffnung 50, so dass das Ende der Führung 52 mit dem dem Auslass 36 abgewandten Ende 58 der Eintrittsöffnung 50 fluchtet. Die Führung 52 weist also eine Ausdehnung in Erstreckungsrichtung B auf, welche gleich der lichten Weite a der Eintrittsöffnung 50 in dieser Richtung B ist.
Die Ganghöhe der Windung der helixartigen Führungsfläche 54 ist gleich der lichten Weite a der Eintrittsöffnung 50 in der Erstreckungsrichtung B. Zusammenfassend erstreckt sich die Führung 52 in der Erstreckungsrichtung B bis zur Axialposition des dem Auslass 36 abgewandten Endes 58 der Eintrittsöffnung 50.
Zusammenfassend ist mittels der Führung 52 das Gemisches derart geführt, dass der Strom des Gemisches nach einer Umströmung um den Abscheider in der (Erstreckungs-)Richtung B zum dem Schmiermittelreservoir 34 hin versetzt ist. Der Strom des Gemisches ist dabei um die lichte Weite a der Eintrittsöffnung 50 in dieser Richtung B versetzt. Folglich ist ein Vermischen des durch die Eintrittsöffnung 50 einströmenden Gemisches mit dem den Abscheider 42 umströmenden Gemisch im Bereich der Eintrittsöffnung 50 verhindert. Die damit einhergehende Wirbelbildung ist somit vorteilhaft vermieden.
Die Abscheidevorrichtung 32 ist einteilig ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Kammerwand und der Abscheider 42 zusammenhängend (monolithisch) ausgebildet und beispielsweise mittels eines Spritzguss-Verfahrens als ein Kunststoff-Einsteckteil zur Steckmontage hergestellt. Die Führung 52 verbindet dabei die Kammerwand 38 und den Abscheider 42.
Das abgeschiedene Schmiermittel S wird in nicht weiter dargestellter Weise an feststehende Verdichterteilelement 20 und des Weiteren zu Lagern (Wälz- oder Kugellagern) 64 des Elektromotors 5 zurückgeführt, um diese zu schmieren und/- oder zu kühlen.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Insbesondere ist ein Verdichtermodul 10 als eigenständige Erfindung anzusehen, welches ein topfförmiges Verdichtergehäuse 12 mit einem Gehäuseboden 14, mit einer Gehäusewand 16 und mit einem Auslass 36 für ein Kältemittel K aufweist. Zudem weist das Verdichtermodul 10 eine in einer Hochdruckkammer 30 des Verdichtergehäuses 12 angeordnete Abscheidevorrichtung 32 zum Abtrennen eines mit dem Kältemittel K vermischten Schmiermittels S auf, wobei die Abscheidevorrichtung 32 eine hohlzylindrische Kammerwand 38 aufweist, welche eine mit dem Auslass 36 strömungstechnisch verbundene Abscheidekammer 40 bildet, wobei unter Bildung eines Ringraums 44 in der Abscheidekammer 40 ein Abscheider 42 koaxial zur Kammerwand 38 angeordnet ist, wobei die Hochdruckkammer 30 des Verdichtergehäuses 12 mittels einer Eintrittsöffnung 50 der Kammerwand 38 strömungstechnisch mit der Abscheidekammer 40 gekoppelt ist, und wobei zwischen der Kammerwand 38 und dem Abscheider 42 eine den Ringraum 44 auslassseitig begrenzende Führung 52 angeordnet ist, deren den Ringraum 44 begrenzende Führungsfläche 54 helixartig verläuft. Zweckmäßigerweise erstreckt sich die Führungsfläche 54 helixartig in einer Richtung parallel zur Mittelachse M der Abscheidevorrichtung 32.
Bezugszeichenliste

2: Kältemittelverdichter
4: Motormodul
5: Elektromotor
6: Rotor
8: Stator
9: Elektronikfach
10: Verdichtermodul
12: Verdichtergehäuse
14: Gehäuseboden
16: Gehäusewand
18: Verdichterteil/Scroll-Verdichter
20: erstes Verdichterteilelement/Scroll
22: zweites Verdichterteilelement/Scroll
24: Verdichterteileinlass
26: Verdichterteilkammer
28: Verdichterteilauslass
30: Hochdruckkammer
32: Abscheidevorrichtung
34: Schmiermittelreservoir
36: Auslass
38: Kammerwand
40: Abscheidekammer
42: Abscheider
44: Ringraum
46: Aufnahme
48: Bereich des Abscheiders
50: Eintrittsöffnung
52: Führung
54: Führungsfläche
56: auslassseitiges Ende der Eintrittsöffnung
58: dem Auslass Abgewandtes Ende der Eintrittsöffnung
60: Innenwandung der Eintrittsöffnung
62: Wandung der Führung
64: Lager
a: lichte Weite der Eintrittsöffnung
A: Axialrichtung
B: (Erstreckungs-) Richtung
K: Kältemittel
M: Mittelachse
R: Radialrichtung
S: Schmiermittel

Claims

Verdichtermodul (10), aufweisend - ein topfförmiges Verdichtergehäuse (12) mit einem Gehäuseboden (14), mit einer Gehäusewand (16) und mit einem Auslass (36) für ein Kältemittel (K), und - eine in einer Hochdruckkammer (30) des Verdichtergehäuses (12) angeordnete Abscheidevorrichtung (32) zum Abtrennen eines mit dem Kältemittel (K) vermischten Schmiermittels (S), - wobei die Abscheidevorrichtung (32) eine hohlzylindrische Kammerwand (38) aufweist, welche eine mit dem Auslass (36) strömungstechnisch verbundene Abscheidekammer (40) bildet, - wobei unter Bildung eines Ringraums (44) in der Abscheidekammer (40) ein Abscheider (42) koaxial zur Kammerwand (38) angeordnet ist, - wobei die Hochdruckkammer (30) des Verdichtergehäuses (12) mittels einer Eintrittsöffnung (50) der Kammerwand (38) strömungstechnisch mit der Abscheidekammer (40) gekoppelt ist, und - wobei zwischen der Kammerwand (38) und dem Abscheider (42) eine Führung (52) mit einer der Eintrittsöffnung (50) zugewandten Wandung (62) aufweist, welche im Bereich der Eintrittsöffnung (50) axial verläuft.
Verdichtermodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (52) den Ringraum (44) auslassseitig begrenzt, wobei eine den Ringraum (44) begrenzende Führungsfläche (54) der Führung (52) helixartig verläuft.
Verdichtermodul (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (54) von einem auslassseitigen Ende der Eintrittsöffnung (50) ausgehend in einer Richtung (B) vom auslassseitigen Ende der Abscheidekammer zum dem Auslass abgewandten Ende der Abscheidekammer (40) helixartig verläuft.
Verdichtermodul (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der helixartig verlaufenden Führungsfläche (54) in einer Richtung parallel zur Mittelachse (M) der Abscheidevorrichtung (32) konstant ist.
Verdichtermodul (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Windungen der helixartig verlaufenden Führungsfläche (54) gleich Eins ist.
Verdichtermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (52) sich in der Richtung (B) zumindest bis zu einer Axialposition erstreckt, welche der dem Auslass (36) abgewandten Ende der Eintrittsöffnung (50) entspricht.
Verdichtermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung (32) einteilig ausgebildet ist.
Verdichtermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (50) radial versetzt zur Mittelachse (M) der Abscheidevorrichtung (32) in die Abscheidekammer (40) mündet.
Verdichtermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (50) in Richtung der Mittelachse (M) der Abscheidevorrichtung (32) langlochartig ausgebildet ist.
Elektromotorischer Kältemittelverdichter (2) zum Verdichten eines Kältemittels (K), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Verdichtermodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie mit einem den Elektromotor (5) aufweisenden Motormodul (4).