DE102020109556B4

DE102020109556B4 - Vorrichtungen zum Verdichten eines gasförmigen Fluids und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtungen

Info

Publication number: DE102020109556B4
Application number: DE102020109556.2A
Authority: DE
Inventors: Laura Arriazu; Torsten Gehm; Bernd Guntermann; Philipp Kozalla
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2040-04-07
Also published as: DE102020109556A1

Abstract

Vorrichtung (1) zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, aufweisend- ein Gehäuse (2) mit einer Wandung (12),- einen unbeweglichen Stator (3) sowie einen beweglichen Orbiter (4, 4-1, 4-2) mit einer Grundplatte (4a) und- eine Führungsvorrichtung (11) mit mindestens einer in einer Rückseite der Grundplatte (4a) des Orbiters (4, 4-1, 4-2) ausgebildeten, in einer axialen Richtung ausgerichteten Öffnung (11a), wobei- ein von der Rückseite der Grundplatte (4a) des Orbiters (4, 4-1, 4-2) und der Wandung (12) umschlossenes Volumen als ein Gegendruckbereich (13) ausgebildet ist, welcher mit gasförmigem Fluid auf einem Mitteldruckniveau beaufschlagt ist,- in der Rückseite der Grundplatte (4a) des Orbiters (4, 4-1, 4-2) eine in axialer Richtung ausgerichtete Ausnehmung (4c) zur Aufnahme eines Lagers (9) als Verbindung zum Antrieb des Orbiters (4, 4-1, 4-2) ausgebildet ist, wobei die Öffnung (11a) in einer radialen Richtung nach außen von der Ausnehmung (4c) beabstandet angeordnet ist sowie die von der Ausnehmung (4c) und der Öffnung (11a) umschlossenen Volumina im Bereich einer offenen Stirnseite jeweils mit dem Gegendruckbereich (13) verbunden sowie mit gasförmigem Fluid auf Mitteldruckniveau beaufschlagt sind, und- zwischen der Ausnehmung (4c) und der Öffnung (11a) eine Durchgangsöffnung (16, 16-1, 16-2) ausgebildet ist, wobei die Durchgangsöffnung (16, 16-1, 16-2) im Bereich einer Grundfläche der Grundplatte (4a) der beweglichen Spirale (4) angeordnet ist und jeweils im Bereich einer der offenen Stirnseite in axialer Richtung gegenüberliegenden, geschlossenen Stirnseite in die Ausnehmung (4c) und in die Öffnung (11a) einmündend ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, vorzugsweise eines Kältemittels. Die insbesondere als ein Scrollverdichter ausgebildeten Vorrichtungen weisen jeweils 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. Die Vorrichtungen weisen zudem jeweils eine Führungsvorrichtung zum Verhindern der Rotation und zum Ermöglichen des Kreisens des beweglichen Orbiters auf. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtungen.
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.
Herkömmliche Scrollverdichter für Kältemittel, wie R134a, R1234yf oder R744, werden in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb und Elektroantrieb eingesetzt. Der elektrisch angetriebene Scrollverdichter wird dabei in einem Bereich von etwa 600 Umdrehungen pro Minute bis 10.000 Umdrehungen pro Minute betrieben. Bei besonderen Betriebsmodi des Kältemittelkreislaufs, wie dem Modus zur Kühlung einer elektrischen Batterie während des Aufladevorgangs oder einem häufig geschalteten Wärmepumpenmodus, erfolgt der Betrieb des Scrollverdichters mit sehr hohen beziehungsweise bei maximalen Drehzahlen.
Aus dem Stand der Technik bekannte Scrollverdichter sind mit einem unbeweglichen Stator und einem beweglichen Orbiter jeweils mit einer spiralförmigen Wandung ausgebildet. Die Wandung des Stators und die Wandung des Orbiters sind ineinandergreifend angeordnet. Während des Betriebs des Verdichters wird der bewegliche Orbiter mit einer definierten Kraft gegen den unbeweglichen Stator gedrückt.
Zwischen den aneinander anliegenden spiralförmigen Wandungen sind mehrere abgeschlossene Arbeitsräume ausgebildet, wobei die Wandungen die Arbeitsräume seitlich begrenzen. Zudem werden die Arbeitsräume an Berührungsflächen der Stirnseiten der spiralförmigen Wandungen und jeweils einer der Stirnseite der Wandung gegenüberliegenden Oberfläche einer Vorderseite einer Grundplatte des Stators beziehungsweise des Orbiters begrenzt. Infolge der den beweglichen Orbiter gegen den unbeweglichen Stator drückenden Kraft wird insbesondere die Stirnseite der spiralförmigen Wandung des Orbiters gegen die Vorderseite der Grundplatte des Stators gepresst, um die Arbeitsräume abzudichten.
Die den beweglichen Orbiter gegen den unbeweglichen Stator drückende Kraft wird durch einen an einer der Vorderseite gegenüberliegenden Rückseite der Grundplatte des Orbiters anliegenden Druck erzeugt. Innerhalb eines einen Verdichtungsmechanismus mit dem Stator und dem Orbiter umschließenden Gehäuses des Scrollverdichters ist eine sogenannte Gegenwandung ausgebildet. Die Gegenwandung ist in axialer Richtung beabstandet von der Rückseite der Grundplatte des Orbiters angeordnet, sodass die Gegenwandung und die Rückseite der Grundplatte der beweglichen Spirale einen Gegendruckbereich, auch als Gegendruckkammer bezeichnet, begrenzen. Der Gegendruckbereich ist mit gasförmigem Fluid auf einem Mitteldruckniveau beaufschlagt. Aufgrund des innerhalb des Gegendruckbereichs vorherrschenden Drucks des gasförmigen Fluids wird die bewegliche Spirale mit einer Druckkraft gegen den am Gehäuse fixierten Stator gedrückt.
Zum Stand der Technik gehörende Scrollverdichter weisen zudem eine Führungsvorrichtung auf, welche eine Rotation des Orbiters als bewegliche Spirale verhindert und das Kreisen des Orbiters ermöglicht. Die Führungsvorrichtung umfasst meist eine Mehrzahl kreisrunder, in bestimmten Abständen benachbart zueinander angeordneter Öffnungen sowie in die Öffnungen eingreifend angeordnete Stifte. Dabei sind die bevorzugt als Sackbohrungen ausgebildeten Öffnungen in der Rückseite der Grundplatte des Orbiters ausgebildet. Die Stifte stehen mit einem ersten Ende aus einer Wandung, insbesondere der Gegenwandung, des Gehäuses hervor, während ein zweites Ende in der Wandung des Gehäuses angeordnet ist.
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.
Die orbitierende beziehungsweise kreisende Bewegung der beweglichen Spirale in Bezug auf die feste Spirale wird durch eine Kombination der Bewegung der beweglichen Spirale auf einer Kreisbahn und der auf der Rückseite der Grundplatte des Orbiters angeordneten Führungsvorrichtung sichergestellt. Die kreisende Bewegung wird dabei durch ein in das radiale Zentrum der beweglichen Spirale eingreifendes Zwischenelement, welches mit einem in einem entsprechenden Kurbelradius angeordneten Kurbelzapfen exzentrisch auf einer Antriebswelle befestigt ist, bewirkt. Die bewegliche Spirale ist über ein innerhalb einer kreisrunden Ausnehmung der Wandung der beweglichen Spirale angeordnetes Lager auf dem Zwischenelement gehaltert. Das Lager wird auch als orbitierendes Lager bezeichnet.
Die Führungsvorrichtung verhindert eine Rotation der orbitierenden beweglichen Spirale um die zentrale Achse, insbesondere um die Rotationsachse der Antriebswelle. Die als Führungselemente dienenden und in der Gegenwandung des Gehäuses angeordneten Stifte sowie die als Taschen in der Grundplatte der beweglichen Spirale ausgebildeten Öffnungen dienen folglich der Führung der umlaufenden und damit beweglichen Spirale. Dabei sind die Stifte der Führungsvorrichtung bekanntlich auf der Rückseite der Grundplatte in die als zylindrische Taschen ausgebildeten Öffnungen der beweglichen Spirale eingreifend ausgebildet. Innerhalb der kreiszylindrischen Öffnungen der Führungsvorrichtung sind herkömmlich zudem kreisringförmige Gleitelemente zum Abstützen der Orbitalbewegung der beweglichen Spirale ausgebildet, welche einen Verschleiß der Oberflächen der Öffnungen und der Stifte verringern. Die Stifte gleiten jeweils mit einer Längsseite an der inneren Mantelfläche der Gleitelemente entlang. Die kreisringförmigen Gleitelemente werden auch als Lagerringe oder Taschenringe bezeichnet.
In der EP 2 589 808 A1 wird ein Scrollverdichter mit einer Gegendruckkammer auf der Rückseite der beweglichen Spirale und einer ringförmigen Dichtung beschrieben. Das unter Druck stehende Fluid wird durch eine Öffnung in die Gegendruckkammer eingeleitet. Ein von der Dichtung getrenntes und eine von der beweglichen Spirale auf ein Hauptlager wirkende Druckkraft aufnehmendes Lagerelement ist zwischen der beweglichen Spirale und dem Hauptlager angeordnet.
In der CN 105 201 826 A ist ein Scroll-Luftverdichter mit einer Gegendruckstruktur, insbesondere einer Gegendruckkammer, offenbart. Die bewegliche Spirale ist mit einer Gegendruck-Durchgangsöffnung versehen, welche zwischen der Gegendruckkammer und einer Luftkompressionskammer ausgebildet ist. Zudem weist der Verdichter eine Ölauslassöffnung und eine Ölzufuhröffnung auf. Eine Ölrücklauföffnung ist mit einer Saugdruckkammer verbunden.
Auch aus der DE 103 41 104 A1 geht ein Scrollverdichter mit einer Gegendruckkammer hervor.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die mit der Ausnehmung für das orbitierende Lager und mit den als zylindrische Taschen ausgebildeten Öffnungen der Führungsvorrichtung der beweglichen Spirale verbundene Gegendruckkammer mit einem Ölnebel zu füllen, um derart das Lager und die Führungsvorrichtung zu schmieren. Infolge der sich einstellenden Fluidströmung kann jedoch nicht sichergestellt werden, dass das Öl des Ölnebels als Schmiermittel sowohl das Lager als auch die Öffnungen der Führungsvorrichtung durchströmt und folglich für eine ausreichende Schmierung der bewegten Komponenten gesorgt ist.
Um jedoch die ansteigenden Anforderungen an die Verdichter, insbesondere bezüglich der Lebensdauer und der Geräuschemission, zu erfüllen, ist eine optimale Schmierung der Lager und der Führungsvorrichtung erforderlich, ohne dabei die Ausdehnungen der Lager oder des Gehäuses des Verdichters zu erhöhen. Bei herkömmlichen Scrollverdichtern ist das orbitierende Lager innerhalb der Gegendruckkammer derart weit vom Durchgang des Ölflüssigkeitsflusses beabstandet angeordnet, dass das Lager nicht oder zumindest nicht ausreichend geschmiert wird. Das Öl und das zu verdichtende Fluid, insbesondere das Kältemittel, werden auf dem Weg aus der Gegendruckkammer in die Öffnungen der Führungsvorrichtung am Lager vorbei geleitet, ohne das Lager zu durchströmen. Dadurch sind lediglich die Öffnungen der Führungsvorrichtung und Nachbarbereiche der Öffnungen ausreichend geschmiert. Zudem führt die Anordnung des orbitierenden Lagers des in das radiale Zentrum der beweglichen Spirale eingreifenden Zwischenelements zu einer unzureichenden Bewegung beziehungsweise Zirkulation des Öls und des zu verdichtenden innerhalb des das Lager aufnehmenden Hohlraums, was eine ausreichende Lagerschmierung bewirkt.
Das aus dem Stand der Technik bekannte Befüllen der Gegendruckkammer mit einem Ölnebel verursacht zudem eine hohe Leistungsaufnahme beziehungsweise einen hohen zusätzlichen Stromverbrauch aufgrund von Planschverlusten, insbesondere um das zähflüssige Öl zu bewegen.
Folglich kann bei der Ausbildung herkömmlicher Scrollverdichter, insbesondere bei Betriebsmodi des Scrollverdichters mit hohen Drehzahlen, weder die Versorgung des orbitierenden Lagers noch die Versorgung der Öffnungen der Führungsvorrichtung mit Öl vollumfänglich sichergestellt werden. Zudem kann durch die Rotationsbewegung der Antriebswelle und des auch als Ausgleichsgewicht dienenden Zwischenelements das für die Schmierung des orbitierenden Lagers unabdingbare Öl abgeschleudert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, insbesondere der Weiterentwicklung eines Scrollverdichters, hinsichtlich des Schmierens des orbitierenden Lagers und von Öffnungen der Führungsvorrichtung des Verdichtungsmechanismus durch ein optimales Verteilen von Öl als Schmiermittel, insbesondere auch um einen minimalen Verschleiß während eines Betriebs in Modi mit hoher Drehzahl und damit hoher Belastung mit einer maximalen Lebensdauer der Vorrichtung zu gewährleisten. Die Vorrichtung soll zudem eine minimale Geräuschemission bei maximaler Effizienz während des Betriebs und unveränderten Ausdehnungen der Lager sowie des Gehäuses, im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen aufweisen. Die Kosten beim Betrieb und der Wartung der Vorrichtung sind zu minimieren.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kältemittels, gelöst. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Wandung, einen unbeweglichen Stator, einen beweglichen Orbiter mit einer Grundplatte sowie eine Führungsvorrichtung zum Verhindern der Rotation und zum Ermöglichen des Kreisens des beweglichen Orbiters mit mindestens einer in einer Rückseite der Grundplatte des Orbiters ausgebildeten, in einer axialen Richtung ausgerichteten Öffnung auf.
Dabei ist ein von der Rückseite der Grundplatte des Orbiters und der Wandung des Gehäuses umschlossenes Volumen als ein Gegendruckbereich ausgebildet, welcher mit gasförmigem Fluid auf einem Mitteldruckniveau beaufschlagt ist.
In der Rückseite der Grundplatte des Orbiters ist eine in axialer Richtung ausgerichtete Ausnehmung zur Aufnahme eines Lagers als Verbindung zum Antrieb des Orbiters vorgesehen. Dabei ist die Öffnung der Führungsvorrichtung in einer radialen Richtung nach außen von der Ausnehmung beabstandet angeordnet. Zudem sind die von der Ausnehmung und der Öffnung der Führungsvorrichtung umschlossenen Volumina im Bereich einer offenen Stirnseite jeweils mit dem Gegendruckbereich verbunden sowie mit gasförmigem Fluid auf Mitteldruckniveau beaufschlagt.
Zwischen der Ausnehmung zur Aufnahme des Lagers als Verbindung zum Antrieb des Orbiters und der in radialer Richtung außen, insbesondere in einer vertikalen Richtung oben, angeordneten Öffnung der Führungsvorrichtung ist eine Durchgangsöffnung ausgebildet.
Bei der insbesondere als ein Scrollverdichter konfigurierten Vorrichtung weist der unbewegliche Stator eine Grundplatte und eine sich von einer Vorderseite der Grundplatte erstreckende, spiralförmig ausgebildete Wandung auf. Der bewegliche Orbiter ist mit einer sich von einer Vorderseite der Grundplatte aus erstreckenden, spiralförmigen Wandung ausgebildet. Die Grundplatten von Stator und Orbiter sind mit den Vorderseiten derart zueinander angeordnet, dass die spiralförmige Wandung des Stators und die spiralförmige 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 Führungsvorrichtung weist zudem bevorzugt mindestens einen mit dem Gehäuse fest verbundenen und in axialer Richtung hervorragenden Stift auf. Der Stift greift dabei in die in der Grundplatte des Orbiters ausgebildete Öffnung der Führungsvorrichtung ein. Die axiale Richtung entspricht stets der Richtung der Rotationsachse des Orbiters.
Bei einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die die Ausnehmung zur Aufnahme des Lagers und die Öffnung der Führungsvorrichtung verbindende Durchgangsöffnung im Bereich einer Grundfläche der Grundplatte der beweglichen Spirale angeordnet und jeweils im Bereich einer der offenen Stirnseite in axialer Richtung gegenüberliegenden, geschlossenen Stirnseite in die Ausnehmung und in die Öffnung einmündend ausgebildet.
Die geschlossenen Stirnseiten sind als Böden der Ausnehmung beziehungsweise der Öffnung vorzugsweise in einer senkrecht zur axialen Richtung aufgespannten Ebene ausgerichtet. Die Durchgangsöffnung mündet folglich in axialer Richtung bevorzugt von unten in die Ausnehmung und in die Öffnung ein.
Die Durchgangsöffnung weist bevorzugt eine zylindrische Form, insbesondere mit einem kreisrunden Querschnitt, auf. Dabei ist die Durchgangsöffnung vorteilhaft über die gesamte Länge vollumfänglich geschlossen und eine die Ausnehmung zur Aufnahme des Lagers umfänglich umfassende Wandung querend ausgebildet.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Durchgangsöffnung in einem Winkelbereich von 25° bis 40°, insbesondere in einem Winkel von etwa 30°, zur radialen Richtung ausgerichtet ist.
Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Durchgangsöffnung in Form einer Kerbe ausgebildet, welche sich jeweils von der offenen Stirnseite der Ausnehmung zur Aufnahme des Lagers und der Öffnung der Führungsvorrichtung in die die Ausnehmung umfänglich umfassende Wandung hinein erstreckt, sodass die Volumina der Ausnehmung und der Öffnung über die gesamte axiale Ausdehnung der Kerbe miteinander verbunden sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass mindestens eine in axialer Richtung ausgerichtete Begrenzung der Durchgangsöffnung in axialer Richtung jeweils von der offenen Stirnseite der Ausnehmung zur Aufnahme des Lagers und der offenen Stirnseite der Öffnung der Führungsvorrichtung weiter beabstandet ausgebildet ist, als jeweils die geschlossene Stirnseite. Damit ist die Durchgangsöffnung in axialer Richtung jeweils tiefer angeordnet und ausgebildet als die geschlossene Stirnseite als Boden des jeweiligen Hohlraums der Ausnehmung und der Öffnung.
Die Öffnung der Führungsvorrichtung weist vorzugsweise eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form auf, insbesondere mit einem offenen oder geschlossenen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse.
Innerhalb des Volumens der Öffnung der Führungsvorrichtung kann ein kreisringförmiger Taschenring zum Verringern des Verschleißens der Oberflächen der Öffnung und des Stiftes der Führungsvorrichtung angeordnet sein. Der Taschenring ist bevorzugt mit einer äußeren Mantelfläche zumindest bereichsweise am Umfang einer die Öffnung umschließenden Wandung anliegend angeordnet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausnehmung zur Aufnahme des Lagers eine zylindrische Form, insbesondere mit einem kreisrunden Querschnitt, auf. Die Ausnehmung ist vorzugsweise konzentrisch zur Achse des Orbiters ausgerichtet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Führungsvorrichtung mindestens zwei Öffnungen auf. Dabei ist zwischen mindestens zwei der Öffnungen der Führungsvorrichtung und der Ausnehmung zur Aufnahme des Lagers jeweils eine Durchgangsöffnung ausgebildet.
Zwischen dem Gegendruckbereich und einem Ansaugbereich der Vorrichtung kann eine Verbindung, insbesondere eine Ansaugdüse, vorgesehen sein, welche in einem Bereich eines zwischen dem Gehäuse und einer Antriebswelle angeordneten Lagers ausgebildet ist. Die Verbindung zwischen dem Gegendruckbereich und dem Ansaugbereich ist vorteilhaft in einem in vertikaler Richtung unteren Bereich des Lagers mit einem minimalen Abstand zu einer Rotationsachse der Antriebswelle angeordnet.
Sowohl das innerhalb der Ausnehmung angeordnete Lager als auch das zwischen dem Gehäuse und der Antriebswelle angeordnete Lager können jeweils als ein Wälzlager, insbesondere als ein Kugellager, ausgebildet sein.
Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kältemittels, gelöst. Nach der Konzeption der Erfindung wird das gasförmige Fluid mit einem Öl als Schmiermittel in einer Strömungsrichtung aus dem Gegendruckbereich durch die offene Stirnseite in die Ausnehmung zur Aufnahme des als Verbindung zum Antrieb des Orbiters dienenden Lagers eingeleitet. Das durch das in der Ausnehmung angeordnete Lager zur geschlossenen Stirnseite hindurch geleitete Fluid-Öl-Gemisch wird anschließend in radialer Richtung nach außen durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführt und im Bereich der geschlossenen Stirnseite in die Öffnung der Führungsvorrichtung eingeleitet. Letztlich wird das Fluid-Öl-Gemisch aus der offenen Seite der Öffnung der Führungsvorrichtung in den Gegendruckbereich ausgeleitet. Das Fluid-Öl-Gemisch zirkuliert durch den Gegendruckbereich, die Ausnehmung und das Lager, die Durchgangsöffnung sowie die Öffnung der Führungsvorrichtung zurück in den Gegendruckbereich.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Zirkulation des Fluids und des Öls durch die Volumina des Gegendruckbereichs, der Ausnehmung, der Durchgangsöffnung und der Öffnung der Führungsvorrichtung durch eine Druckdifferenz des Fluids innerhalb der Volumina der Ausnehmung und der Öffnung der Führungsvorrichtung ausschließlich aufgrund einer Zentrifugalkraft erzeugt, welche durch die Rotationsbewegung des Orbiters bewirkt wird.
Bei einer Ausbildung eines kreisringförmigen Taschenrings zum Verringern des Verschleißens der Oberflächen der Öffnung und des Stiftes der Führungsvorrichtung innerhalb des Volumens der Öffnung der Führungsvorrichtung, welcher mit einer äußeren Mantelfläche bereichsweise am Umfang der die Öffnung umschließenden Wandung anliegt, kann die Bewegung des Taschenrings innerhalb der Öffnung eine Pumpwirkung für das Fluid-Öl-Gemisch hervorrufen und die Zirkulation des Fluid-Öl-Gemischs aktivieren beziehungsweise unterstützen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Fluids wird bevorzugt als ein Kältemittelverdichter innerhalb eines Kältemittelkreislaufs, insbesondere eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs, verwendet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:

- optimales Schmieren des in der Ausnehmung des Orbiters angeordneten, orbitierenden Lagers sowie der jeweiligen Öffnungen der Führungsvorrichtung durch ein optimiertes Verteilen des Fluid-Öl-Gemischs im gesamten Gegendruckbereich und damit des Öls als Schmiermittel sowie
- ununterbrochenes Schmieren des innerhalb der Ausnehmung angeordneten Lagers sowie schwer erreichbarer Stellen bei reduzierter notwendiger Ölmenge im Gegendruckbereich, damit
- Prävention von Schlupf, Mischreibung und den daraus resultierenden Schäden,
- minimaler Verschleiß und maximale Lebensdauer der Vorrichtung,
- minimale Geräuschemission sowie
- maximale Effizienz während des Betriebs bei minimalen Betriebskosten.

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

1: einen Verdichtungsmechanismus eines Scrollverdichters als eine Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Fluids in einer Schnittdarstellung,
2a bis 2e: eine erste Ausführungsform einer beweglichen Spirale des Verdichtungsmechanismus der Vorrichtung aus 1 mit einer ersten Durchgangsöffnung zwischen einer Ausnehmung für ein orbitierendes Lager und einer Öffnung einer Führungsvorrichtung in verschiedenen Ansichten,
3a bis 3e: eine zweite Ausführungsform der beweglichen Spirale des Verdichtungsmechanismus der Vorrichtung aus 1 mit einer zweiten Durchgangsöffnung zwischen der Ausnehmung für das orbitierende Lager und der Öffnung der Führungsvorrichtung in verschiedenen Ansichten sowie
4: Öffnungen der Führungsvorrichtung mit in den Öffnungen angeordneten als Gleitelemente ausgebildeten Taschenringen während der orbitierenden Bewegung der beweglichen Spirale in einer Schnittdarstellung.

Aus 1 geht ein Verdichtungsmechanismus eines Scrollverdichters als eine Vorrichtung 1 zum Verdichten eines gasförmigen Fluids mit einem Gehäuse 2 zum Aufnehmen eines Stators 3 und eines Orbiters 4 in einer Schnittdarstellung hervor.
Der Scrollverdichter 1 weist neben dem Gehäuse 2 den unbeweglichen, fest stehenden Stator 3 mit einer scheibenförmigen Grundplatte 3a und einer sich von einer Vorderseite der Grundplatte 3a erstreckenden, spiralförmig ausgebildeten Wandung 3b sowie den beweglichen Orbiter 4 mit einer scheibenförmigen Grundplatte 4a und einer sich von einer Vorderseite 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 mit den Vorderseiten derart zueinander ausgerichtet 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.
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 1 verdichtet und über einen nicht dargestellten Auslass ausgestoßen.
Der Exzenterantrieb wird aus einer Antriebswelle 6, welche um eine Rotationsachse 7 rotiert, und einem Zwischenelement 8 gebildet. 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 erstes, orbitierendes Lager 9, insbesondere ein Kugellager, auf dem Zwischenelement 8 abgestützt, während die Antriebswelle 6 über ein zweites Lager 10, insbesondere ein Kugellager, am Gehäuse 2 abgestützt ist. Das orbitierende Lager 9 ist innerhalb einer an einer Rückseite der Grundplatte 4a der beweglichen Spirale 4 ausgebildeten, kreisrunden Ausnehmung 4c angeordnet. Die kreisrunde Ausnehmung 4c ist konzentrisch zur Achse des Orbiters 4 ausgerichtet.
Der Scrollverdichter 1 weist zudem eine Führungsvorrichtung 11 auf, welche eine Rotation der beweglichen Spirale 4 verhindert und das Kreisen der beweglichen Spirale 4 ermöglicht. Die Führungsvorrichtung 11 ist mit einer Mehrzahl kreisrunder Öffnungen 11a ausgebildet, welche in bestimmten Abständen benachbart zueinander angeordnet sind. Dabei sind die bevorzugt als Sackbohrungen ausgebildeten Öffnungen 11a, auch als Taschen bezeichnet, in der Rückseite der Grundplatte 4a der beweglichen Spirale 4 vorgesehen.
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 11 a 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.
Innerhalb der kreiszylindrischen Öffnungen 11a der Führungsvorrichtung 11 sind zum Verringern des Verschleißens der Oberflächen der Öffnungen 11a und der Stifte 11b als Gleitelemente ausgebildete, kreisringförmige Taschenringe 11c angeordnet. Die zum Abstützen der Orbitalbewegung der beweglichen Spirale 4 vorgesehenen Taschenringe 11c liegen mit der äußeren Mantelfläche zumindest bereichsweise am Umfang der Öffnungen 11a an. Die Stifte 11b gleiten jeweils mit der Längsseite an einer inneren Mantelfläche der Taschenringe 11c entlang.
Der Scrollverdichter 1 weist zudem die innerhalb des Gehäuses 2 angeordnete und am Gehäuse 2 fixierte Wandung 12, auch als Gegenwandung 12 bezeichnet, auf. 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 einem 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 beweglichen Spirale 4 gegen die feste Spirale 3. Der Gegendruckbereich 13, auch als Gegendruckkammer 13 bezeichnet, wird mit einem Zwischendruck zwischen dem Saugdruck und dem Auslassdruck des im Wesentlichen gasförmigen Fluids beaufschlagt.
Aufgrund des innerhalb des Gegendruckbereichs 13 vorherrschenden Gegendrucks des gasförmigen Fluids 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 des Ansaugbereichs 14 als mit zwei unterschiedlichen Drücken beaufschlagte Druckkammern ist zwischen der beweglichen Spirale 4 und der Gegenwandung 12 ein ringförmiges Dichtelement 15 angeordnet.
Der Gegendruckbereich 13 ist mit gasförmigem Fluid, insbesondere Kältemittel, auf einem Mitteldruckniveau beaufschlagt. Dabei liegt das Fluid auf einem Druckniveau vor, welches zwischen dem Druckniveau des Fluids im Ansaugbereich des Verdichters, speziell einem Niederdruckniveau, sowie dem Druckniveau am Auslass des Verdichters, das heißt einem Hochdruckniveau liegt. Infolge der direkten Verbindung des Gegendruckbereichs 13 mit den Öffnungen 11a werden auch die innerhalb der Öffnungen 11a ausgebildeten Volumina mit Fluid auf Mitteldruckniveau beaufschlagt.
Mit der Ausbildung einer in 1 nicht dargestellten Ansaugdüse als Verbindung zwischen dem Gegendruckbereich 13 und dem Ansaugbereich 14 als Saugseite des Verdichters im Bereich des zweiten Lagers 10, insbesondere im in vertikaler Richtung unteren Bereich des Lagers 10, stellt sich ein Strömungsweg des zu verdichtenden Fluids mit dem Öl als Schmiermittel von der in vertikaler Richtung oben angeordneten Öffnung 11a der Führungsvorrichtung 11 durch den Gegendruckbereich 13 zum unteren Bereich des zweiten Lagers 10 ein. Der Strömungsweg führt am ersten Lager 9 vorbei, sodass das orbtierende Lager 9 nicht ausreichend geschmiert würde. Das Fluid wird beim Durchströmen der Ansaugdüse vom Mitteldruckniveau auf Niederdruckniveau entspannt.
Zum einen ist, um der unzureichenden Schmierung des ersten Lagers 9 entgegenzuwirken, die Ansaugdüse in radialer Richtung mit möglichst geringem Abstand zur Rotationsachse 7 der Antriebswelle 6 angeordnet. Damit kann der Gegendruckbereich 13 mit Öl in einer horizontal ausgerichteten Ebene derart befüllt sein, dass das äußere Lagergehäuse des zweiten Lagers 10 abgedeckt beziehungsweise vollständig in Öl eingetaucht ist, sodass zumindest eine ausreichende Schmierung des zweiten Lagers 10 gewährleistet ist.
Zum anderen ist zwischen der Ausnehmung 4c zur Aufnahme des ersten Lagers 9 und der in vertikaler Richtung oben angeordneten Öffnung 11a der Führungsvorrichtung 11 eine Durchgangsöffnung 16 ausgebildet. Die im Bereich der Grundfläche der Grundplatte 4a der beweglichen Spirale 4 vorgesehene Durchgangsöffnung 16 stellt einen offenen Verbindungskanal beziehungsweise eine Verbindungsöffnung zwischen dem ersten Lager 9 und der Öffnung 11a dar, durch welche das Fluid mit dem Öl hindurchströmt. Die Durchgangsöffnung 16 mündet jeweils im Bereich des Bodens in die Ausnehmung 4c und in die Öffnung 11a ein. Die Böden sind jeweils in einer senkrecht zur axialen Richtung aufgespannten Ebene ausgerichtet.
Damit sind die Volumina der Ausnehmung 4c und der Öffnung 11a im Bereich der Böden über die Durchgangsöffnung 16 und im Bereich der den Böden in axialer Richtung gegenüberliegenden offenen Seiten, insbesondere über den Gegendruckbereich 13, miteinander verbunden.
Das Öl kann gemeinsam mit dem stets auf Mitteldruckniveau vorliegenden, zu verdichtenden Fluid zwischen der Ausnehmung 4c und der Öffnung 11a zirkulieren. Dabei strömt das Öl in Strömungsrichtung 17 durch die offene Seite in die Ausnehmung 4c ein, durch das orbitierende Lager 9, insbesondere das innere Lagergehäuse, die Wälzkörper und das äußere Lagergehäuse des Lagers 9, hindurch und durch die Durchgangsöffnung 16 in radialer Richtung nach außen in die Öffnung 11a der Führungsvorrichtung 11 über. Anschließend strömt das Öl aus der offenen Seite der Öffnung 11a in den Gegendruckbereich 13 aus. Die innerhalb der beiden Volumina der Ausnehmung 4c des ersten Lagers 9 und der Öffnung 11a der Führungsvorrichtung 11 vorherrschende Druckdifferenz des Fluids bewirkt folglich eine Zirkulation des Fluids und damit des Öls, sodass eine ununterbrochene Zirkulation des Öls durch das orbitierende Lager 9 und eine entsprechende Schmierung des Lagers 9 gewährleistet ist.
Die innerhalb der Volumina der Ausnehmung 4c des orbitierenden Lagers 9 und der Öffnung 11a, insbesondere zwischen einem Einlass und einem Auslass der Durchgangsöffnung 16, vorherrschende Druckdifferenz wird aufgrund der Zentrifugalkraft beziehungsweise Fliehkraft erzeugt, welche durch die Rotationsbewegung der Antriebswelle 6 und damit des Zwischenelements 8 sowie des Orbiters 4 bewirkt wird. Aufgrund der Zentrifugalkraft beziehungsweise der daraus resultierenden Druckdifferenz strömt das Fluid-Öl-Gemisch in radialer Richtung nach außen in alle Bereiche der Ausnehmung 4c sowie der Öffnung 11a. Die Schmierung des Lagers 9 und der Führungsvorrichtung 11 wird optimiert.
In den 2a bis 2e ist jeweils eine erste Ausführungsform einer beweglichen Spirale 4-1 des Verdichtungsmechanismus der Vorrichtung 1 aus 1 mit einer ersten Durchgangsöffnung 16-1 zwischen der Ausnehmung 4c für das orbitierende Lager 9 und der Öffnung 11a der Führungsvorrichtung 11 in verschiedenen Ansichten gezeigt. Die Öffnung 11a ist in vertikaler Richtung oben angeordnet.
Die im Bereich der Grundfläche der Grundplatte 4a der beweglichen Spirale 4 vorgesehene Durchgangsöffnung 16-1 erstreckt sich ausgehend vom in axialer Richtung weisenden Boden der Ausnehmung 4c, welcher in einer senkrecht zur axialen Richtung aufgespannten Ebene ausgerichtet ist, zum ebenfalls in axialer Richtung weisenden Boden der Öffnung 11a, welcher auch in einer senkrecht zur axialen Richtung aufgespannten Ebene ausgerichtet ist. Die Durchgangsöffnung 16-1 ist dabei in einer von der radialen beziehungsweise der axialen Richtung abweichenden Richtung ausgebildet und verläuft in einem Winkelbereich von etwa 25° bis 40°, insbesondere in einem Winkel von etwa 30°, zur radialen Richtung.
Die Durchgangsöffnung 16-1 ist als eine zylindrische Bohrung mit kreisrundem Querschnitt und eine die Ausnehmung 4c umfänglich umfassende Lagerwandung querend ausgebildet. Die sowohl die Ausnehmung 4c als auch die Öffnung 11a im Bereich der Böden verbindende Durchgangsöffnung 16-1 mündet zumindest zum Teil in axialer Richtung durch die Böden in die Ausnehmung 4c sowie die Öffnung 11a und damit in axialer Richtung von unten in die miteinander verbundenen Volumina ein, sodass die Durchgangsöffnung 16-1 jeweils tiefer ist als der Boden der beiden miteinander verbundenen Hohlräume. Als Tiefe der Ausnehmung 4c sowie der Öffnung 11a ist dabei die Ausdehnung des jeweiligen Hohlraums in axialer Richtung zu verstehen.
Die tiefe, im Bodenbereich angeordnete Einmündung der Durchgangsöffnung 16-1 ermöglicht zum einen ein ausreichendes Schmieren der Kontaktfläche zwischen dem äußeren Lagergehäuse des nicht dargestellten orbitierenden Lagers 9 und der die Ausnehmung 4c begrenzenden Seitenwand, insbesondere im Bereich des Bodens der Ausnehmung 4c, sowie zum anderen ein ausreichendes Schmieren der Kontaktfläche zwischen einem ebenfalls nicht dargestellten Taschenring 11c der Führungsvorrichtung 11 und der die Öffnung 11a begrenzenden Seitenwand, insbesondere im Bereich des Bodens der Öffnung 11a.
Aus den 3a bis 3e geht jeweils eine zweite Ausführungsform der beweglichen Spirale 4-2 des Verdichtungsmechanismus der Vorrichtung 1 aus 1 mit einer zweiten Durchgangsöffnung 16-2 zwischen der Ausnehmung 4c für das orbitierende Lager 9 und der Öffnung 11a der Führungsvorrichtung 11 in verschiedenen Ansichten hervor. Die Öffnung 11a ist wiederum in vertikaler Richtung oben angeordnet.
Im Unterschied zur beweglichen Spirale 4-1 aus den 2a bis 2e erstreckt sich die Durchgangsöffnung 16-2 ausgehend vom Bereich der Grundfläche der Grundplatte 4a der beweglichen Spirale 4, insbesondere ausgehend von einer Verbindung der Böden der Ausnehmung 4c sowie der Öffnung 11a, in axialer Richtung als Durchbruch der die Ausnehmung 4c umfänglich umfassenden Lagerwandung. Dabei ist die die Volumina der Ausnehmung 4c und der Öffnung 11a voneinander trennende Wandung der beweglichen Spirale 4 in axialer Richtung vom Boden als geschlossene erste Stirnseite bis zu der der ersten Stirnseite distal gegenüberliegenden offenen zweiten Stirnseite vollständig durchbrochen. Die sich in Form einer Kerbe von der zweiten Stirnseite bis zur ersten Stirnseite in die Lagerwandung hinein erstreckende Durchgangsöffnung 16-2 ist durch ein Entfernen der zwischen der Ausnehmung 4c und der Öffnung 11a ausgebildeten Lagerwandung darstellbar. Die Kerbe weist einen in Umfangsrichtung der beweglichen Spirale konstanten Querschnitt auf.
Die Durchgangsöffnung 16-2 ist jeweils tiefer als der Boden des jeweiligen Hohlraums, das heißt die Durchgangsöffnung 16-2 weist eine größere Tiefe als Ausdehnung in axialer Richtung als die Ausnehmung 4c beziehungsweise die Öffnung 11a auf. Damit wird wiederum ein ausreichendes Schmieren der Kontaktfläche zwischen dem äußeren Lagergehäuse des nicht dargestellten orbitierenden Lagers 9 und der die Ausnehmung 4c begrenzenden Seitenwand, insbesondere im Bereich des Bodens der Ausnehmung 4c, sowie zum anderen ein ausreichendes Schmieren der Kontaktfläche zwischen dem ebenfalls nicht dargestellten Taschenring 11c der Führungsvorrichtung 11 und der die Öffnung 11a begrenzenden Seitenwand, insbesondere im Bereich des Bodens der Öffnung 11a, ermöglicht.
Die innerhalb der kreiszylindrischen Öffnungen 11a der Führungsvorrichtung 11 angeordneten und als Gleitelemente zum Abstützen der Orbitalbewegung der beweglichen Spirale 4 dienenden kreisringförmigen Taschenringe 11c vermindern nicht nur den Verschleiß der Oberflächen der Öffnungen 11a und der Stifte 11b, sondern wirken sich zudem sowohl auf den Transport als auch auf die Verteilung des Öls als Schmiermittel fördernd aus. Infolge der Bewegung des Taschenrings 11c innerhalb der Öffnung 11a wird eine Pumpwirkung für das Öl erzeugt.
Die Durchgangsöffnung 16-1, 16-2 ist jeweils lediglich als ein Verbindungskanal zwischen der Ausnehmung 4c und der in vertikaler Richtung oben angeordneten Öffnung 11 a gezeigt. Dabei können auch mindestens zwei oder alle Öffnungen 11a der Führungsvorrichtung 11 über eine Durchgangsöffnung 16-1, 16-2 mit der Ausnehmung 4c verbunden sein.
In 4 sind Öffnungen 11a der Führungsvorrichtung 11 mit in den Öffnungen 11a angeordneten als Gleitelemente ausgebildeten Taschenringen 11c während der orbitierenden Bewegung der beweglichen Spirale 4-1, 4-2 in einer Schnittdarstellung gezeigt.
Infolge der aufgrund der Rotationsbewegung der nicht dargestellten Antriebswelle 6 und damit des Orbiters 4 erzeugten Zentrifugalkraft beziehungsweise Fliehkraft wird innerhalb der Volumina der Ausnehmung 4c des ebenfalls nicht dargestellten orbitierenden Lagers 9 und der Öffnung 11a der Führungsvorrichtung 11 eine Druckdifferenz erzeugt, welche das Fluid-Öl-Gemisch in radialer Richtung nach außen aus der Ausnehmung 4c durch die Durchgangsöffnung 16-1, 16-2 in Strömungsrichtung 17 in die Öffnung 11a überströmen lässt.
Der Stift 11b der Führungsvorrichtung 11 liegt stets am Taschenring 11c an und presst den Taschenring 11c gegen die die Öffnung 11a umgebende Wandung. Wenn der Außendurchmesser des im Wesentlichen hohlkreiszylinderförmigen Taschenrings 11c gemäß 4 geringer ist als der Innendurchmesser der die Öffnung 11a umgebenden Wandung, ist zwischen der äußeren Mantelfläche des Taschenrings 11c und der die Öffnung 11a umgebenden Wandung ein in Umfangsrichtung um die Öffnung 11a rotierender Spalt ausgebildet. Der die Postion wechselnde Spalt erzeugt zum einen ein Ansaugen des Öls in Strömungsrichtung 17 durch die Durchgangsöffnung 16-1, 16-2 in die Öffnung 11a hinein. Zum anderen wird das Öl aufgrund der Bewegung des Taschenrings 11c innerhalb der Öffnung 11a umgepumpt und verteilt, was eine optimale Schmierung des Taschenrings 11c innerhalb der Öffnung 11a und des Stiftes 11b innerhalb des Taschenrings 11c bewirkt.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung, Scrollverdichter
2: Gehäuse
3: Stator, feste Spirale
3a: Grundplatte feste Spirale 3
3b: Wandung feste Spirale 3
4, 4-1, 4-2: Orbiter, bewegliche Spirale
4a: Grundplatte bewegliche Spirale 4
4b: Wandung bewegliche Spirale 4
4c: Ausnehmung
5: Arbeitsraum
6: Antriebswelle
7: Rotationsachse Antriebswelle 6
8: Zwischenelement mit Zusatzgewicht
9: erstes, orbitierendes Lager
10: zweites Lager
11: Führungsvorrichtung
11a: Öffnung
11b: Stift
11c: Taschenring
12: Wandung, Gegenwandung
13: Gegendruckbereich, Gegendruckkammer
14: Ansaugbereich
15: Dichtelement
16, 16-1, 16-2: Durchgangsöffnung
17: Strömungsrichtung

Claims

Vorrichtung (1) zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, aufweisend - ein Gehäuse (2) mit einer Wandung (12), - einen unbeweglichen Stator (3) sowie einen beweglichen Orbiter (4, 4-1, 4-2) mit einer Grundplatte (4a) und - eine Führungsvorrichtung (11) mit mindestens einer in einer Rückseite der Grundplatte (4a) des Orbiters (4, 4-1, 4-2) ausgebildeten, in einer axialen Richtung ausgerichteten Öffnung (11a), wobei - ein von der Rückseite der Grundplatte (4a) des Orbiters (4, 4-1, 4-2) und der Wandung (12) umschlossenes Volumen als ein Gegendruckbereich (13) ausgebildet ist, welcher mit gasförmigem Fluid auf einem Mitteldruckniveau beaufschlagt ist, - in der Rückseite der Grundplatte (4a) des Orbiters (4, 4-1, 4-2) eine in axialer Richtung ausgerichtete Ausnehmung (4c) zur Aufnahme eines Lagers (9) als Verbindung zum Antrieb des Orbiters (4, 4-1, 4-2) ausgebildet ist, wobei die Öffnung (11a) in einer radialen Richtung nach außen von der Ausnehmung (4c) beabstandet angeordnet ist sowie die von der Ausnehmung (4c) und der Öffnung (11a) umschlossenen Volumina im Bereich einer offenen Stirnseite jeweils mit dem Gegendruckbereich (13) verbunden sowie mit gasförmigem Fluid auf Mitteldruckniveau beaufschlagt sind, und - zwischen der Ausnehmung (4c) und der Öffnung (11a) eine Durchgangsöffnung (16, 16-1, 16-2) ausgebildet ist, wobei die Durchgangsöffnung (16, 16-1, 16-2) im Bereich einer Grundfläche der Grundplatte (4a) der beweglichen Spirale (4) angeordnet ist und jeweils im Bereich einer der offenen Stirnseite in axialer Richtung gegenüberliegenden, geschlossenen Stirnseite in die Ausnehmung (4c) und in die Öffnung (11a) einmündend ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (16-1) eine zylindrische Form, insbesondere mit einem kreisrunden Querschnitt, aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (16-1) in einem Winkelbereich von 25° bis 40°, insbesondere in einem Winkel von etwa 30°, zur radialen Richtung ausgerichtet ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, aufweisend - ein Gehäuse (2) mit einer Wandung (12), - einen unbeweglichen Stator (3) sowie einen beweglichen Orbiter (4, 4-2) mit einer Grundplatte (4a) und - eine Führungsvorrichtung (11) mit mindestens einer in einer Rückseite der Grundplatte (4a) des Orbiters (4, 4-2) ausgebildeten, in einer axialen Richtung ausgerichteten Öffnung (11 a), wobei - ein von der Rückseite der Grundplatte (4a) des Orbiters (4, 4-2) und der Wandung (12) umschlossenes Volumen als ein Gegendruckbereich (13) ausgebildet ist, welcher mit gasförmigem Fluid auf einem Mitteldruckniveau beaufschlagt ist, - in der Rückseite der Grundplatte (4a) des Orbiters (4, 4-2) eine in axialer Richtung ausgerichtete Ausnehmung (4c) zur Aufnahme eines Lagers (9) als Verbindung zum Antrieb des Orbiters (4, 4-2) ausgebildet ist, wobei die Öffnung (11a) in einer radialen Richtung nach außen von der Ausnehmung (4c) beabstandet angeordnet ist sowie die von der Ausnehmung (4c) und der Öffnung (11a) umschlossenen Volumina im Bereich einer offenen Stirnseite jeweils mit dem Gegendruckbereich (13) verbunden sowie mit gasförmigem Fluid auf Mitteldruckniveau beaufschlagt sind, und - zwischen der Ausnehmung (4c) und der Öffnung (11a) eine Durchgangsöffnung (16, 16-2) ausgebildet ist, wobei die Durchgangsöffnung (16-2) in Form einer Kerbe ausgebildet ist, welche sich jeweils von der offenen Stirnseite der Ausnehmung (4c) und der Öffnung (11a) in eine die Ausnehmung (4c) umfänglich umfassende Wandung hinein erstreckend ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine in axialer Richtung ausgerichtete Begrenzung der Durchgangsöffnung (16-1, 16-2) in axialer Richtung jeweils von der offenen Stirnseite der Ausnehmung (4c) und der offenen Stirnseite der Öffnung (11a) weiter beabstandet ausgebildet ist als die geschlossene Stirnseite.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (11a) eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Volumens der Öffnung (11a) ein kreisringförmiger Taschenring (11c) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Taschenring (11c) mit einer äußeren Mantelfläche zumindest bereichsweise am Umfang einer die Öffnung (11a) umschließenden Wandung anliegend angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (4c) eine zylindrische Form, insbesondere mit einem kreisrunden Querschnitt, aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (11) mindestens zwei Öffnungen (11a) aufweist, und dass zwischen mindestens zwei der Öffnungen (11a) und der Ausnehmung (4c) jeweils eine Durchgangsöffnung (16, 16-1, 16-2) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gegendruckbereich (13) und einem Ansaugbereich (14) eine Verbindung ausgebildet ist, welche in einem Bereich eines zwischen dem Gehäuse (2) und einer Antriebswelle (6) angeordneten Lagers (10) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Gegendruckbereich (13) und dem Ansaugbereich (14) in einem in vertikaler Richtung unteren Bereich des Lagers (10) mit einem minimalen Abstand zu einer Rotationsachse (7) der Antriebswelle (6) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (9, 10) als ein Wälzlager ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1) zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, aufweisend ein Gehäuse (2) mit einer Wandung (12), einen unbeweglichen Stator (3) sowie einen beweglichen Orbiter (4, 4-1, 4-2) mit einer Grundplatte (4a) und eine Führungsvorrichtung (11) mit mindestens einer in einer Rückseite der Grundplatte (4a) des Orbiters (4, 4-1, 4-2) ausgebildeten, in einer axialen Richtung ausgerichteten Öffnung (11a), wobei - ein von der Rückseite der Grundplatte (4a) des Orbiters (4, 4-1, 4-2) und der Wandung (12) umschlossenes Volumen als ein Gegendruckbereich (13) ausgebildet ist, welcher mit gasförmigem Fluid auf einem Mitteldruckniveau beaufschlagt ist, - in der Rückseite der Grundplatte (4a) des Orbiters (4, 4-1, 4-2) eine in axialer Richtung ausgerichtete Ausnehmung (4c) zur Aufnahme eines Lagers (9) als Verbindung zum Antrieb des Orbiters (4, 4-1, 4-2) ausgebildet ist, wobei die Öffnung (11a) in einer radialen Richtung nach außen von der Ausnehmung (4c) beabstandet angeordnet ist sowie die von der Ausnehmung (4c) und der Öffnung (11a) umschlossenen Volumina im Bereich einer offenen Stirnseite jeweils mit dem Gegendruckbereich (13) verbunden sowie mit gasförmigem Fluid auf Mitteldruckniveau beaufschlagt sind, und - zwischen der Ausnehmung (4c) und der Öffnung (11a) eine Durchgangsöffnung (16, 16-1, 16-2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Fluid mit einem Öl als Schmiermittel in einer Strömungsrichtung (17) aus einem Gegendruckbereich (13) durch eine offene Stirnseite in eine Ausnehmung (4c) eingeleitet wird, durch ein in der Ausnehmung (4c) angeordnetes Lager (9) zu einer geschlossenen Stirnseite sowie in radialer Richtung nach außen durch eine Durchgangsöffnung (16, 16-1, 16-2) hindurchgeleitet wird, in einem Bereich einer geschlossenen Stirnseite in eine Öffnung (11a) einer Führungsvorrichtung (11) eingeleitet wird und aus einer offenen Seite der Öffnung (11a) in den Gegendruckbereich (13) ausgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulation des Fluids und des Öls durch die Volumina des Gegendruckbereichs (13), der Ausnehmung (4c), der Durchgangsöffnung (16, 16-1, 16-2) und der Öffnung (11a) durch eine Druckdifferenz des Fluids innerhalb der Volumina der Ausnehmung (4c) und der Öffnung (11a) ausschließlich aufgrund einer Zentrifugalkraft erzeugt wird, welche durch eine Rotationsbewegung eines Orbiters (4, 4-1, 4-2) bewirkt wird.
Verwendung der Vorrichtung (1) zum Verdichten eines gasförmigen Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als ein Kältemittelverdichter innerhalb eines Kältemittelkreislaufs, insbesondere eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs.