DE102020129864A1 - Device for compressing a gaseous fluid - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, insbesondere einen Scrollverdichter zum Verdichten eines Kältemittels. Die Vorrichtung (1) weist ein Gehäuse (2) mit einer Wandung (12) und einen Verdichtungsmechanismus mit einem unbeweglichen Stator (3) sowie einem beweglichen Orbiter (4) auf. Der Orbiter (4) wird über eine Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) angetrieben. Die Wandung (12) und der Orbiter (4) sind einen Gegendruckbereich (13) zumindest bereichsweise umschließend ausgebildet. Dabei ist die Wandung (12) zwischen dem Gegendruckbereich (13) und einem Ansaugbereich (14), den Gegendruckbereich (13) vom Ansaugbereich (14) abgrenzend, angeordnet. Die Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) ragt durch eine innerhalb der Wandung (12) ausgebildete Öffnung hindurch. Dabei ist zwischen der Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) und der Wandung (12) ein Wellen-Dichtelement (15, 15a, 15b, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4, 15c) zum Abdichten des Gegendruckbereichs (13) vom Ansaugbereich (14) angeordnet. Zwischen der Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) und dem Wellen-Dichtelement (15, 15a, 15b, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4, 15c) ist eine Dichtfläche (23) mit einer die Dichtfläche (23) unterbrechenden sowie den Gegendruckbereich (13) und den Ansaugbereich (14) hydraulisch miteinander verbindenden Durchgangsöffnung (24a, 24b, 24c) ausgebildet.The invention relates to a device (1) for compressing a gaseous fluid, in particular a scroll compressor for compressing a refrigerant. The device (1) has a housing (2) with a wall (12) and a compression mechanism with a stationary stator (3) and a movable orbiter (4). The orbiter (4) is driven via a drive shaft (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3). The wall (12) and the orbiter (4) are designed to at least partially enclose a counter-pressure area (13). The wall (12) is arranged between the counter-pressure area (13) and a suction area (14), delimiting the counter-pressure area (13) from the suction area (14). The drive shaft (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) protrudes through an opening formed within the wall (12). A shaft sealing element (15, 15a, 15b, 15b-1, 15b-2, 15b -3, 15b-4, 15c) for sealing the back pressure area (13) from the suction area (14). Between the drive shaft (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) and the shaft sealing element (15, 15a, 15b, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4, 15c), a sealing surface (23) is formed with a passage opening (24a, 24b, 24c) which interrupts the sealing surface (23) and hydraulically connects the counter-pressure area (13) and the suction area (14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, insbesondere einen Scrollverdichter zum Verdichten eines Kältemittels. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Wandung und einen Verdichtungsmechanismus mit einem unbeweglichen Stator sowie einem beweglichen Orbiter auf. Der über eine Antriebswelle angetriebene Orbiter und die Wandung des Gehäuses sind einen Gegendruckbereich zumindest bereichsweise umschließend ausgebildet.The invention relates to a device for compressing a gaseous fluid, in particular a scroll compressor for compressing a refrigerant. The device has a housing with a wall and a compression mechanism with a stationary stator and a movable orbiter. The orbiter, which is driven via a drive shaft, and the wall of the housing are designed to at least partially enclose a counter-pressure area.

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.Compressors known from the prior art for mobile applications, in particular for air conditioning systems in motor vehicles, for conveying refrigerant through a refrigerant circuit, also referred to as refrigerant compressors, are often designed as piston compressors with variable displacement or as scroll compressors, regardless of the refrigerant. The compressors are driven either by a belt pulley or electrically.

Herkömmliche Scrollverdichter weisen neben einem Gehäuse, einen unbeweglichen, fest stehenden Stator mit einer scheibenförmigen Grundplatte und einer sich von einer Seite der Grundplatte erstreckenden, spiralförmigen Wandung sowie einen beweglichen Orbiter ebenfalls mit einer scheibenförmigen Grundplatte und einer sich von einer Vorderseite der Grundplatte erstreckenden, spiralförmigen Wandung auf. Der Stator und der Orbiter wirken zusammen. Dabei sind die Grundplatten derart zueinander angeordnet, dass die spiralförmigen Wandungen ineinander greifen. Der Orbiter wird mittels eines Exzenterantriebs, aufweisend eine Antriebswelle und ein Zwischenelement, auf einer kreisförmigen Bahn bewegt.Conventional scroll compressors have, in addition to a housing, an immovable, fixed stator with a disc-shaped base plate and a spiral-shaped wall extending from one side of the base plate, and a movable orbiter also with a disc-shaped base plate and a spiral-shaped wall extending from a front side of the base plate on. The stator and the orbiter work together. The base plates are arranged relative to one another in such a way that the spiral-shaped walls engage in one another. The orbiter is moved on a circular path by means of an eccentric drive having a drive shaft and an intermediate element.

Die zum Stand der Technik gehörenden Scrollverdichter weisen zudem eine innerhalb des Gehäuses angeordnete und fest mit dem Gehäuse verbundene Wandung, welche als Begrenzung eines Gegendruckbereichs ausgebildet ist und folglich auch als Gegenwandung bezeichnet wird, auf. Aufgrund des innerhalb des zwischen der Gegenwandung und dem Orbiter, insbesondere einer Rückseite der Grundplatte des Orbiters, ausgebildeten Gegendruckbereichs vorherrschenden Gegendrucks wird der Orbiter mit einer in axialer Richtung wirkenden Kraft gegen den, ebenso wie die Gegenwandung am Gehäuse fixierten, Orbiter gedrückt. Die in der axialen Richtung wirkende Druckkraft wird durch den innerhalb des Gegendruckbereichs vorherrschenden Gegendruck, auch als Anpressdruck bezeichnet, gesteuert oder geregelt. Dabei liegt das Niveau des Anpressdrucks als ein Zwischendruck beziehungsweise Mitteldruck zwischen den Niveaus des Hochdrucks und des Niederdrucks als Auslassdruck und Saugdruck des Verdichters.
Die mit Hochdruck und Gegendruck sowie mit Gegendruck und Niederdruck beaufschlagten Bereiche sind beispielsweise jeweils über im Gehäuse oder im Inneren der Antriebswelle ausgebildete Strömungskanäle mit integrierten Expansionsvorrichtungen miteinander verbunden.The scroll compressors belonging to the state of the art also have a wall which is arranged inside the housing and is firmly connected to the housing, which wall is designed as a delimitation of a counter-pressure area and is consequently also referred to as a counter-wall. Due to the counter-pressure prevailing within the counter-pressure area formed between the counter-wall and the orbiter, in particular a rear side of the base plate of the orbiter, the orbiter is pressed against the orbiter, which is fixed to the housing like the counter-wall, with a force acting in the axial direction. The compressive force acting in the axial direction is controlled or regulated by the counter-pressure prevailing within the counter-pressure area, also referred to as contact pressure. The level of the contact pressure as an intermediate pressure or medium pressure lies between the levels of the high pressure and the low pressure as the discharge pressure and suction pressure of the compressor.
The areas subjected to high pressure and back pressure as well as back pressure and low pressure are connected to one another, for example, via flow channels with integrated expansion devices that are formed in the housing or in the interior of the drive shaft.

Bei einem gesteuerten Gegendrucksystem muss die zwischen den mit dem Hochdruck und dem Gegendruck beaufschlagten Bereichen angeordnete Expansionsvorrichtung sehr präzise funktionieren, da deren Genauigkeit den Wert des Zwischendrucks als Gegendruck im Gegendruckbereich erheblich beeinflusst. Die entsprechenden Dichtelemente, insbesondere ein Wellen-Dichtelement, müssen eine maximale Dichtheit gewährleisten, um ein Überströmen des Kältemittels aus dem Gegendruckbereich in den Niederdruckbereich zu verhindern und ein Überströmen des Kältemittels aus dem Hochdruckbereich in den Gegendruckbereich ausschließlich mittels der Expansionsvorrichtung zu definieren.In a controlled back-pressure system, the expansion device located between the areas subjected to the high pressure and the back pressure must function very precisely, since its accuracy significantly affects the value of the intermediate pressure as the back pressure in the back pressure area. The corresponding sealing elements, in particular a shaft sealing element, must ensure maximum tightness in order to prevent the refrigerant from overflowing from the counter-pressure area into the low-pressure area and to define an overflow of the refrigerant from the high-pressure area into the counter-pressure area exclusively by means of the expansion device.

Das zum Abdichten des Gegendruckbereichs vom Niederdruckbereich als Ansaugbereich des Verdichters zwischen der rotierenden Antriebswelle und der Gegenwandung des Gehäuses vorgesehene und leckagefrei ausgebildete Wellen-Dichtelement wird während des Betriebs des Scrollverdichters weder geschmiert noch gekühlt, sodass hohe Rotationsgeschwindigkeiten der Antriebswelle und hohe Druckdifferenzen zu einer hohen Reibung und damit einem großen Verschleiß des Wellen-Dichtelements, insbesondere im Bereich der Antriebswelle, führen.
Zudem sind die für eine zwischen den mit dem Hochdruck und dem Gegendruck beaufschlagten Bereichen angeordnete, insbesondere als eine Düse ausgebildete Expansionsvorrichtung anfallenden Kosten und der mit der Herstellung sowie der Montage der aus dem Stand der Technik bekannten Scrollverdichter verbundene erforderliche Aufwand sehr hoch, da beispielsweise meist eine spezielle Station zur Montage der Expansionsvorrichtung an der Fertigungslinie notwendig ist und im Anschluss an die Montage Messungen zum möglichen Druckverlust durchzuführen sind, um eine korrekte Montage zu prüfen.The leak-free shaft sealing element provided to seal the counter-pressure area from the low-pressure area as the intake area of the compressor between the rotating drive shaft and the counter-wall of the housing is neither lubricated nor cooled during operation of the scroll compressor, so that high rotational speeds of the drive shaft and high pressure differences result in high friction and thus lead to high wear of the shaft sealing element, particularly in the area of the drive shaft.
In addition, the costs incurred for an expansion device arranged between the areas subjected to the high pressure and the back pressure, in particular designed as a nozzle, and the required effort associated with the manufacture and assembly of the scroll compressors known from the prior art are very high, since, for example, mostly A dedicated station is required to assemble the expansion device on the production line and post-assembly measurements of possible pressure loss are required to verify correct assembly.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, insbesondere der Weiterentwicklung eines Scrollverdichters, um einen störungsfreien Betrieb mit maximaler Lebensdauer der Vorrichtung zu gewährleisten. Die Vorrichtung soll eine möglichst geringe Anzahl an Einzelkomponenten aufweisen und konstruktiv einfach realisierbar sein, auch um die Kosten bei der Montage und der Wartung zu minimieren.The object of the invention is to provide a device for compressing a gaseous fluid, in particular the further development of a scroll compressor, in order to ensure trouble-free operation with a maximum service life of the device. The device should have the smallest possible number of individual components and be structurally simple to implement, also in order to minimize the costs of assembly and maintenance.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen des selbstständigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is solved by the subject matter with the features of the independent patent claim. Further developments are specified in the dependent patent claims.

Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, insbesondere einen Scrollverdichter zum Verdichten eines innerhalb eines Kältemittelkreislaufs zirkulierenden Kältemittels, gelöst. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Wandung und einen Verdichtungsmechanismus mit einem unbeweglichen Stator sowie einem beweglichen Orbiter auf. Der Orbiter wird über eine Antriebswelle angetrieben. Die Wandung des Gehäuses und der Orbiter sind einen Gegendruckbereich zumindest bereichsweise umschließend ausgebildet. Dabei ist die Wandung zwischen dem Gegendruckbereich und einem Ansaugbereich, den Gegendruckbereich vom Ansaugbereich abgrenzend, angeordnet.
Die Antriebswelle ist durch eine innerhalb der den Gegendruckbereich vom Ansaugbereich abgrenzenden Wandung ausgebildete Öffnung hindurchragend angeordnet. Zudem ist im Bereich der Öffnung zwischen der Antriebswelle und der Wandung ein Wellen-Dichtelement zum Abdichten des Gegendruckbereichs vom Ansaugbereich vorgesehen.The object is achieved by a device according to the invention for compressing a gaseous fluid, in particular a scroll compressor for compressing a coolant circulating within a coolant circuit. The device has a housing with a wall and a compression mechanism with a stationary stator and a movable orbiter. The orbiter is powered by a drive shaft. The wall of the housing and the orbiter are designed to at least partially enclose a counter-pressure area. The wall is arranged between the counter-pressure area and an intake area, delimiting the counter-pressure area from the intake area.
The drive shaft is arranged to protrude through an opening formed within the wall delimiting the back pressure area from the suction area. In addition, in the area of the opening between the drive shaft and the wall, a shaft sealing element is provided for sealing the back pressure area from the intake area.

Nach der Konzeption der Erfindung ist zwischen der Antriebswelle und dem Wellen-Dichtelement eine Dichtfläche mit einer die Dichtfläche unterbrechenden sowie den Gegendruckbereich und den Ansaugbereich hydraulisch miteinander verbindenden Durchgangsöffnung ausgebildet.
Als Dichtfläche wird eine Auflagefläche angesehen, an welcher die Antriebswelle und das Wellen-Dichtelement aneinander anliegen.According to the conception of the invention, a sealing surface is formed between the drive shaft and the shaft sealing element with a through-opening which interrupts the sealing surface and hydraulically connects the counter-pressure area and the suction area to one another.
A contact surface on which the drive shaft and the shaft sealing element bear against one another is regarded as a sealing surface.

Die Antriebswelle ist vorteilhaft kreiszylinderförmig ausgebildet, während das Wellen-Dichtelement vorzugsweise die Form eines Kreisrings aufweist. Dabei liegt das Wellen-Dichtelement bevorzugt umfänglich an einer Mantelfläche der Antriebswelle an.The drive shaft is advantageously designed in the shape of a circular cylinder, while the shaft sealing element preferably has the shape of a circular ring. In this case, the shaft sealing element preferably bears circumferentially on a lateral surface of the drive shaft.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Wellen-Dichtelement eine erste hohlkreiszylinderförmige Komponente und eine zweite hohlkreiszylinderförmige Komponente auf, welche als eine zusammenhängende Einheit einstückig ausgebildet sind und die Antriebswelle jeweils vollumfänglich umschließen. Dabei ist insbesondere die erste Komponente des Wellen-Dichtelements, als eine Dichtlippe die Dichtfläche ausbildend, an der Mantelfläche der Antriebswelle umfänglich, vorzugsweise vollumfänglich, anliegend angeordnet.According to a further development of the invention, the shaft sealing element has a first hollow-cylindrical component and a second hollow-cylindrical component, which are designed in one piece as a coherent unit and each completely enclose the drive shaft. In particular, the first component of the shaft sealing element, as a sealing lip forming the sealing surface, is arranged so that it rests circumferentially, preferably over the entire circumference, on the lateral surface of the drive shaft.

Zwischen einer inneren Mantelfläche der zweiten Komponente des Wellen-Dichtelements und der Mantelfläche der Antriebswelle ist vorteilhaft ein Spalt, insbesondere ein Spalt mit gleichmäßiger Breite sowohl in einer Umfangsrichtung als auch in einer axialen Richtung und damit ein Kreisringspalt, ausgebildet. Die Breite ist dabei auf eine Ausdehnung in radialer Richtung bezogen. Bei einer derart aus einer ersten hohlkreiszylinderförmigen Komponente und einer zweiten hohlkreiszylinderförmigen Komponente ausgebildeten zweigeteilten Ausführungsform des Wellen-Dichtelements ist im Bereich der zweiten Komponente des Wellen-Dichtelements die Durchgangsöffnung um den zwischen der inneren Mantelfläche der zweiten Komponente und der Mantelfläche der Antriebswelle ausgebildeten Spalt erweitert.A gap, in particular a gap with a uniform width both in a circumferential direction and in an axial direction and thus an annular gap, is advantageously formed between an inner lateral surface of the second component of the shaft sealing element and the lateral surface of the drive shaft. The width is related to an extension in the radial direction. In such a two-part embodiment of the shaft sealing element formed from a first hollow circular cylindrical component and a second hollow circular cylindrical component, the through-opening in the area of the second component of the shaft sealing element is widened by the gap formed between the inner lateral surface of the second component and the lateral surface of the drive shaft.

Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist die Mantelfläche der Antriebswelle mindestens eine Ausnehmung auf. Die vorzugsweise nutförmige Ausnehmung ist sich in der axialen Richtung erstreckend, als Durchgangsöffnung ausgebildet. Dabei ist eine Ausdehnung der Ausnehmung in der axialen Richtung größer als eine Ausdehnung des Wellen-Dichtelements in axialer Richtung. Zudem ist das Wellen-Dichtelement zur Ausnehmung derart an der Mantelfläche der Antriebswelle anliegend angeordnet, dass die Ausnehmung der Mantelfläche der Antriebswelle in der axialen Richtung beiderseits das Wellen-Dichtelement überragt. Die Ausnehmung der Mantelfläche der Antriebswelle ragt in der axialen Richtung beiderseits vom Wellen-Dichtelement hervor.
Der in einer senkrecht zur axialen Richtung aufgespannten Ebene angeordnete Querschnitt der Durchgangsöffnung ist zumindest bereichsweise durch Begrenzungskanten der Ausnehmung einerseits und einen Abschnitt der inneren Mantelfläche des Wellen-Dichtelements andererseits umschlossen.According to a first alternative embodiment of the invention, the outer surface of the drive shaft has at least one recess. The preferably groove-shaped recess extends in the axial direction and is designed as a through opening. In this case, an extent of the recess in the axial direction is greater than an extent of the shaft sealing element in the axial direction. In addition, the shaft sealing element is arranged in contact with the recess in such a way that it rests against the lateral surface of the drive shaft in such a way that the recess in the lateral surface of the drive shaft protrudes beyond the shaft sealing element on both sides in the axial direction. The recess in the lateral surface of the drive shaft protrudes in the axial direction on both sides of the shaft sealing element.
The cross section of the through opening arranged in a plane perpendicular to the axial direction is surrounded at least in regions by boundary edges of the recess on the one hand and a section of the inner lateral surface of the shaft sealing element on the other hand.

Bei einer bevorzugten Ausbildung der Mantelfläche der Antriebswelle mit mindestens zwei Ausnehmungen sind die Ausnehmungen gleichmäßig über den Umfang der Mantelfläche der Antriebswelle verteilt angeordnet.In a preferred embodiment of the lateral surface of the drive shaft with at least two recesses, the recesses are distributed uniformly over the circumference of the lateral surface of the drive shaft.

Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist eine innere, an der Mantelfläche der Antriebswelle anliegende Mantelfläche des Wellen-Dichtelements mindestens eine Kontur zum Ausbilden mindestens einer Durchgangsöffnung auf.
Die mindestens eine Kontur kann zum einen in Form einer sich in einer axialen Richtung erstreckenden Nut ausgebildet sein. Der in der senkrecht zur axialen Richtung aufgespannten Ebene angeordnete Querschnitt der Durchgangsöffnung ist dabei durch Begrenzungskanten der innerhalb des Wellen-Dichtelements vorgesehenen Kontur einerseits und einen Abschnitt der Mantelfläche der Antriebswelle andererseits umschlossen.According to a second alternative embodiment of the invention, an inner lateral surface of the shaft sealing element that bears against the lateral surface of the drive shaft has at least one contour for forming at least one through-opening.
On the one hand, the at least one contour can be designed in the form of a groove extending in an axial direction. The cross section of the through-opening arranged in the plane perpendicular to the axial direction is surrounded by boundary edges of the contour provided within the shaft sealing element on the one hand and a section of the lateral surface of the drive shaft on the other hand.

Sowohl bei der Ausgestaltung der Mantelfläche der Antriebswelle mit der mindestens einen, insbesondere nutförmigen Ausnehmung als auch bei der Ausgestaltung der inneren, an der Mantelfläche der Antriebswelle anliegenden Mantelfläche des Wellen-Dichtelements mit der mindestens einen, ebenfalls insbesondere nutförmigen Kontur, weist die jeweilige Durchgangsöffnung in der senkrecht zur axialen Richtung ausgerichteten Ebene unter Vernachlässigung der gewölbten Mantelflächen der Antriebswelle beziehungsweise des Wellen-Dichtelements bevorzugt einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt oder einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt auf.Both in the design of the lateral surface of the drive shaft with the at least one, in particular groove-shaped recess and in the design of the inner lateral surface of the shaft sealing element, which rests against the lateral surface of the drive shaft, with the at least one, also in particular groove-shaped contour, the respective through-opening has The plane aligned perpendicularly to the axial direction preferably has a substantially rectangular cross section or a substantially semicircular cross section, neglecting the curved lateral surfaces of the drive shaft or the shaft sealing element.

Zum anderen kann die an der inneren, an der Mantelfläche der Antriebswelle anliegenden Mantelfläche des Wellen-Dichtelements vorgesehene mindestens eine Kontur in Gestalt einer Durchgangsöffnung, insbesondere mit kreisrundem Querschnitt, ausgebildet sein.On the other hand, the at least one contour provided on the inner lateral surface of the shaft sealing element lying against the lateral surface of the drive shaft can be designed in the form of a through opening, in particular with a circular cross section.

Bei einer vorteilhaften Ausbildung der inneren Mantelfläche des Wellen-Dichtelements mit mindestens zwei Konturen sind die Konturen gleichmäßig über den Umfang der Mantelfläche des Wellen-Dichtelements verteilt angeordnet.In an advantageous embodiment of the inner lateral surface of the shaft sealing element with at least two contours, the contours are distributed evenly over the circumference of the lateral surface of the shaft sealing element.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung eine erste Expansionsvorrichtung zum Expandieren des den Gegendruckbereich beaufschlagenden gasförmigen Fluids von einem Niveau eines Zwischendrucks pz auf ein Niveau eines Niederdrucks pN innerhalb des Ansaugbereichs sowie eine zweite Expansionsvorrichtung zum Expandieren des gasförmigen Fluids von einem Niveau des Hochdrucks pH auf das Niveau des Zwischendrucks pz innerhalb des Gegendruckbereichs sowie eine Regeleinrichtung oder eine Steuervorrichtung auf. Dabei ist die Durchgangsöffnung bevorzugt als erste Expansionsvorrichtung ausgebildet, während die zweite Expansionsvorrichtung vorzugsweise als ein Regelventil ausgebildet ist.According to a further development of the invention, the device has a first expansion device for expanding the gaseous fluid acting on the counter-pressure area from a level of intermediate pressure p z to a level of low pressure p N within the intake area, and a second expansion device for expanding the gaseous fluid from a level of high pressure pH to the level of the intermediate pressure p z within the back pressure range and a regulating device or a control device. The passage opening is preferably designed as a first expansion device, while the second expansion device is preferably designed as a control valve.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, insbesondere als Weiterentwicklung eines Scrollverdichters mit vorzugsweise elektrischem Antrieb, mit dem zwischen der Antriebswelle und der Wandung angeordneten Wellen-Dichtelement zum Abdichten des Gegendruckbereichs vom Ansaugbereich mit definierter Leckage weist zusammenfassend weitere diverse Vorteile auf:

  • - geringe Anzahl an Einzelkomponenten und deren einfache Montage verursachen einen lediglich minimalen Montageaufwand mit minimalen Montagekosten,
  • - optimale Schmierung des Wellen-Dichtelements und der Antriebswelle bewirken eine lediglich minimale Reibung und einen minimalen Verschleiß, insbesondere im Bereich der Dichtflächen, dadurch
  • - störungsfreier Betrieb mit maximaler Lebensdauer der Vorrichtung bei minimalen Betriebskosten.
The device according to the invention for compressing a gaseous fluid, in particular as a further development of a scroll compressor with a preferably electric drive, with the shaft sealing element arranged between the drive shaft and the wall for sealing the back pressure area from the suction area with a defined leakage, has further various advantages in summary:
  • - low number of individual components and their simple assembly cause only minimal assembly work with minimal assembly costs,
  • - Optimum lubrication of the shaft sealing element and the drive shaft result in only minimal friction and minimal wear, especially in the area of the sealing surfaces
  • - Trouble-free operation with maximum lifetime of the device at minimum operating costs.

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: Ausschnitt eines Verdichtungsmechanismus einer Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Scrollverdichters, in einer seitlichen Schnittdarstellung,
  • 2a: Ausschnitt des Verdichtungsmechanismus eines Scrollverdichters aus dem Stand der Technik mit integrierten Expansionsvorrichtungen in einer seitlichen Schnittdarstellung,
  • 2b bis 2d: alternative Ausbildungsformen von Expansionsvorrichtungen des Verdichtungsmechanismus eines Scrollverdichters aus dem Stand der Technik jeweils in einer seitlichen Schnittdarstellung,
  • 2e: ein an einer Wandung eines Gehäuses zwischen der Wandung und einem beweglichen Orbiter des Verdichtungsmechanismus angeordnetes Gleitelement mit Expansionsfunktion,
  • 3a: eine erste Ausführungsform einer Antriebswelle-Gehäuse-Verbindung mit einem zwischengelagerten Wellen-Dichtelement sowie einer Dichtfläche mit einer Durchgangsöffnung, insbesondere einer Antriebswelle mit einer Ausnehmung, in einer perspektivischen Detailansicht,
  • 3b: eine zweite Ausführungsform einer Antriebswelle-Gehäuse-Verbindung mit einem zwischengelagerten Wellen-Dichtelement sowie einer Dichtfläche mit einer Durchgangsöffnung, insbesondere einem Wellen-Dichtelement mit einer Ausnehmung, in einer perspektivischen Detailansicht,
  • 3c: eine alternative zweite Ausführungsform einer Antriebswelle-Gehäuse-Verbindung in einer perspektivischen Detailansicht,
  • 4a bis 4d: jeweils eine Antriebswelle einer ersten Ausführungsform einer Antriebswelle-Gehäuse-Verbindung nach 3a im Vergleich zu einer Antriebswelle eines Scrollverdichters aus dem Stand der Technik sowie
  • 5a bis 5e: jeweils ein Wellen-Dichtelement einer zweiten Ausführungsform einer Antriebswelle-Gehäuse-Verbindung nach 3b im Vergleich zu einem Wellen-Dichtelement eines Scrollverdichters aus dem Stand der Technik.
Further details, features and advantages of embodiments of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:
  • 1 : Detail of a compression mechanism of a device for compressing a gaseous fluid, in particular a scroll compressor, in a lateral sectional view,
  • 2a : detail of the compression mechanism of a scroll compressor from the prior art with integrated expansion devices in a lateral sectional view,
  • 2 B until 2d : alternative forms of expansion devices of the compression mechanism of a scroll compressor from the prior art, each in a lateral sectional view,
  • 2e : a sliding element with an expansion function arranged on a wall of a housing between the wall and a movable orbiter of the compression mechanism,
  • 3a : a first embodiment of a drive shaft-housing connection with an intermediate shaft sealing element and a sealing surface with a through opening, in particular a drive shaft with a recess, in a perspective detailed view,
  • 3b : a second embodiment of a drive shaft-housing connection with an intermediate shaft sealing element and a sealing surface with a through opening, in particular a shaft sealing element with a recess, in a perspective detailed view,
  • 3c : an alternative second embodiment of a drive shaft-housing connection in a perspective detailed view,
  • 4a until 4d : in each case a drive shaft according to a first embodiment of a drive shaft-housing connection 3a compared to a drive shaft of a scroll compressor from the prior art as well as
  • 5a until 5e : in each case a shaft sealing element according to a second embodiment of a drive shaft-housing connection 3b compared to a prior art scroll compressor shaft seal.

Aus 1 geht ein Ausschnitt eines Verdichtungsmechanismus einer Vorrichtung 1 zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, insbesondere ein Scrollverdichter 1, in einer seitlichen Schnittdarstellung hervor.
Der Scrollverdichter 1 weist ein Gehäuse 2, einen unbeweglichen, fest stehenden Stator 3 mit einer scheibenförmigen Grundplatte 3a und einer sich von einer Seite der Grundplatte 3a erstreckenden, spiralförmig ausgebildeten Wandung 3b sowie einen 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 derart zueinander angeordnet, dass die Wandung 3b des Stators 3 und die Wandung 4b des Orbiters 4 ineinander greifen.
Die bewegliche Spirale 4 wird mittels eines Exzenterantriebs auf einer kreisförmigen Bahn bewegt. Bei der Bewegung der Spirale 4 berühren sich die Wandungen 3b, 4b an mehreren Stellen und bilden innerhalb der Wandungen 3b, 4b mehrere aufeinanderfolgende, abgeschlossene Arbeitsräume 5 aus, wobei benachbart angeordnete Arbeitsräume 5 unterschiedlich große Volumina begrenzen. In Reaktion auf die gegenläufige Bewegung der zwei ineinander verschachtelten, spiralförmigen Wandungen 3b, 4b, insbesondere auf die Bewegung des Orbiters 4, werden die Volumina und die Positionen der Arbeitsräume 5 verändert. Die Volumina der Arbeitsräume 5 werden zur Mitte beziehungsweise zum Zentrum der spiralförmigen Wandungen 3b, 4b, welche auch als Spiralwandungen bezeichnet werden, hin zunehmend kleiner. Das zu verdichtende die Arbeitsräume beaufschlagende gasförmige Fluid, insbesondere ein Kältemittel, wird verdichtet und über einen Auslass aus dem Scrollverdichter ausgestoßen.Out of 1 shows a detail of a compression mechanism of a device 1 for compressing a gaseous fluid, in particular a scroll compressor 1, in a lateral sectional view.
The scroll compressor 1 comprises a casing 2, an immovable, fixed stator 3 having a disk-shaped base plate 3a and a spirally formed wall 3b extending from one side of the base plate 3a, and a movable orbiter 4 having a disk-shaped base plate 4a and a wall extending from a Front of the base plate 4a extending, spirally formed wall 4b. Stator 3 and orbiter 4, which are also referred to as stationary or fixed spiral 3 or as movable spiral 4, work together. The base plates 3a, 4a are arranged relative to one another in such a way that the wall 3b of the stator 3 and the wall 4b of the orbiter 4 engage in one another.
The movable spiral 4 is moved on a circular path by means of an eccentric drive. During the movement of the spiral 4, the walls 3b, 4b touch at several points and form several consecutive, closed working spaces 5 within the walls 3b, 4b, with working spaces 5 arranged adjacent to each other delimiting volumes of different sizes. In reaction to the opposite movement of the two nested, spiral-shaped walls 3b, 4b, in particular to the movement of the orbiter 4, the volumes and the positions of the working spaces 5 are changed. The volumes of the working spaces 5 become increasingly smaller towards the middle or towards the center of the spiral-shaped walls 3b, 4b, which are also referred to as spiral walls. The gaseous fluid to be compressed, which acts on the working spaces, in particular a refrigerant, is compressed and discharged from the scroll compressor via an outlet.

Der Exzenterantrieb wird aus einer Antriebswelle 6, welche um eine Rotationsachse 7 rotiert, und einem Zwischenelement 8 gebildet. Die Antriebswelle 6 ist über ein erstes Lager 9, insbesondere ein Kugellager, am Gehäuse 2 abgestützt. Der Orbiter 4 ist über das Zwischenelement 8 mit der Antriebswelle 6 exzentrisch verbunden, wobei die Achsen des Orbiters 4 und der Antriebswelle 6 versetzt zueinander angeordnet sind. Der Orbiter 4 ist über ein zweites Lager 10 auf dem Zwischenelement 8 abgestützt.The eccentric drive is formed from a drive shaft 6 , which rotates about an axis of rotation 7 , and an intermediate element 8 . The drive shaft 6 is supported on the housing 2 via a first bearing 9, in particular a ball bearing. The orbiter 4 is eccentrically connected to the drive shaft 6 via the intermediate element 8, with the axes of the orbiter 4 and the drive shaft 6 being offset from one another. The orbiter 4 is supported on the intermediate element 8 via a second bearing 10 .

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 umfasst meist eine Mehrzahl kreisrunder Öffnungen 11-1, welche in bestimmten Abständen benachbart zueinander angeordnet sind. Dabei sind die bevorzugt als Sackbohrungen ausgebildeten Öffnungen 11-1 in einer Rückseite der Grundplatte 4a der beweglichen Spirale 4 ausgebildet.
Des Weiteren weist die Führungsvorrichtung 11 Stifte 11-2 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 11-1 eingreifen. Die Stifte 11-2 stehen mit einem ersten Ende aus der Wandung 12 hervor, während ein zweites Ende in der Wandung 12 des Gehäuses 2 angeordnet ist.The scroll compressor 1 also has a guide device 11 which prevents the movable scroll 4 from rotating and allows the movable scroll 4 to revolve. The guide device 11 usually comprises a plurality of circular openings 11-1, which are arranged adjacent to one another at certain distances. In this case, the openings 11 - 1 , which are preferably in the form of blind holes, are formed in a rear side of the base plate 4a of the movable spiral 4 .
Furthermore, the guide device 11 has pins 11 - 2 which are formed protrudingly on a wall 12 of the housing 2 and each engage in an opening 11 - 1 formed in the base plate 4a of the movable scroll 4 . The pins 11 - 2 have a first end protruding from the wall 12 , while a second end is arranged in the wall 12 of the housing 2 .

Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine am Gehäuse 2 fixierte Wandung 12, auch als Gegenwandung 12 bezeichnet, angeordnet. Zwischen der Gegenwandung 12 und der beweglichen Spirale 4 ist ein Gegendruckbereich 13 ausgebildet. 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.
Aufgrund des innerhalb des Gegendruckbereichs 13 vorherrschenden Gegendrucks wird die bewegliche Spirale 4 mit einer in axialer Richtung wirkenden Kraft gegen die am Gehäuse 2 fixierte feste Spirale 3 gedrückt. Die in der axialen Richtung wirkende Druckkraft als Ergebnis des an der Rückseite der scheibenförmigen Grundplatte 4a der beweglichen Spirale 4 anliegenden Gegendrucks pro Fläche wird durch den Gegendruck beziehungsweise Anpressdruck gesteuert oder geregelt. Das Niveau des Anpressdrucks liegt als ein Zwischendruck pz beziehungsweise Mitteldruck zwischen den Niveaus des Hochdrucks pH und des Niederdrucks pN als Auslassdruck und Saugdruck des Verdichters.Inside the housing 2 is a fixed to the housing 2 wall 12, also referred to as counter wall 12, is arranged. A counter-pressure area 13 is formed between the counter-wall 12 and the movable spiral 4 . The wall 12 delimits the counter-pressure area 13 formed between the orbiter 4 and the housing 2 and also forms a partition wall between the counter-pressure area 13 and an intake area 14 . The back pressure area 13 is formed on the rear side of the base plate 4a of the movable scroll 4 with respect to the spiral walls 4b.
Due to the counter-pressure prevailing within the counter-pressure region 13 , the movable scroll 4 is pressed against the fixed scroll 3 fixed to the housing 2 with a force acting in the axial direction. The pressing force acting in the axial direction as a result of the back pressure per area applied to the back of the disc-shaped base plate 4a of the movable scroll 4 is controlled by the back pressure. The level of the contact pressure lies as an intermediate pressure p z or medium pressure between the levels of the high pressure pH and the low pressure p N as the discharge pressure and suction pressure of the compressor.

Zum Abdichten des Gegendruckbereichs 13 und des Ansaugbereichs 14 gegeneinander als zwei mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagte Druckkammern ist zum einen, insbesondere im Bereich des ersten Lagers 9, zwischen der Antriebswelle 6 und der Gegenwandung 12 ein Wellen-Dichtelement 15 angeordnet. Zum anderen ist zwischen der beweglichen Spirale 4 und der Gegenwandung 12 ein ringförmiges, insbesondere ein kreisringförmiges Orbiter-Dichtelement 16 vorgesehen, welches an einem zur beweglichen Spirale 4 hin ausgerichteten Oberfläche der Gegenwandung 12 angeordneten plattenförmigen Gleitelement 12a anliegt.
Zum Vermindern von bei der Bewegung der spiralförmigen Wandungen 3b, 4b zueinander und der spiralförmigen Wandung 4b des Orbiters 4 zur Gegenwandung 12 erzeugten Reibungswärme sowie zur Verbesserung der Abdichtungen zwischen den Begrenzungsflächen der Arbeitsräume 5 und zwischen dem Gegendruckbereich 13 und dem Ansaugbereich 14 wird dem Fluid ein Schmiermittel, insbesondere ein Öl, zugegeben.To seal the counter-pressure area 13 and the intake area 14 from one another as two pressure chambers subjected to different pressures, a shaft sealing element 15 is arranged between the drive shaft 6 and the counter-wall 12 , particularly in the area of the first bearing 9 . On the other hand, between the movable spiral 4 and the counter wall 12 there is a ring-shaped, in particular a circular orbiter sealing element 16 which bears against a surface of the counter wall 12 which is oriented toward the movable spiral 4 and is arranged in plate-shaped sliding element 12a.
A Lubricant, in particular an oil, added.

In 2a ist ein Ausschnitt des Verdichtungsmechanismus eines Scrollverdichters aus dem Stand der Technik mit integrierten Expansionsvorrichtungen 17, 18 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt, während aus den 2b bis 2d alternative Ausbildungsformen von Expansionsvorrichtungen 17, 18 unterschiedlicher Gegendrucksysteme von Scrollverdichtern aus dem Stand der Technik jeweils in einer seitlichen Schnittdarstellung hervorgehen.
Die Gegendrucksysteme, englisch „back pressure system“, der herkömmlichen Scrollverdichter weisen eine erste Expansionsvorrichtung 17 zum Expandieren des Kältemittels vom Niveau des Gegendrucks beziehungsweise des Zwischendrucks pz auf das Niveau des Niederdrucks pN sowie eine zweite Expansionsvorrichtung 18 zum Expandieren des Kältemittels vom Niveau des Hochdrucks pH auf das Niveau des Zwischendrucks pz jeweils in einer Kombination mit einer Steuereinrichtung oder einer Regeleinrichtung auf.In 2a is a detail of the compression mechanism of a scroll compressor from the prior art with integrated expansion devices 17, 18 shown in a side sectional view, while from the 2 B until 2d alternative forms of expansion devices 17, 18 of different counter-pressure systems of scroll compressors from the prior art each emerge in a lateral sectional view.
The back pressure systems of conventional scroll compressors have a first expansion device 17 for expanding the refrigerant from the level of the back pressure or the intermediate pressure p z to the level of the low pressure p N and a second expansion device 18 for expanding the refrigerant from the level of the High pressure pH to the level of the intermediate pressure p z in each case in combination with a control device or a regulating device.

Das Gegendrucksystem nach 2a weist beispielsweise eine als Düse ausgebildete, in einem Strömungskanal 19 angeordnete erste Expansionsvorrichtung 17 auf, während als zweite Expansionsvorrichtung 18 ein Regelventil dient. Am Einlass in den Strömungskanal 19 ist ein Filterelement 20 vorgesehen, um eventuell vorhandene Partikel, welche beispielsweise vom an der Antriebswelle 6 verschleißenden Wellen-Dichtelement 15 abgelöst sind, davon abzuhalten, den Strömungskanal 19, insbesondere den Einlass des Strömungskanals 19, zu verstopfen.The back pressure system 2a has, for example, a first expansion device 17 designed as a nozzle and arranged in a flow channel 19 , while a control valve serves as the second expansion device 18 . A filter element 20 is provided at the inlet to the flow channel 19 in order to prevent any particles present, which have been detached, for example from the shaft sealing element 15 wearing on the drive shaft 6, from clogging the flow channel 19, in particular the inlet of the flow channel 19.

Beim Gegendrucksystem nach 2b sind sowohl die erste Expansionsvorrichtung 17 als auch die zweite Expansionsvorrichtung 18 innerhalb eines den Niederdruckbereich und den Hochdruckbereich miteinander verbindenden Strömungskanals 19 angeordnet. Ein zwischen den Expansionsvorrichtungen 17, 18 ausgebildeter Zwischenraum ist über einen Verbindungskanal 21 mit dem Gegendruckbereich 13 hydraulisch verbunden.With the counter pressure system 2 B Both the first expansion device 17 and the second expansion device 18 are arranged within a flow channel 19 connecting the low-pressure area and the high-pressure area to one another. An intermediate space formed between the expansion devices 17 , 18 is hydraulically connected to the counter-pressure area 13 via a connecting channel 21 .

In den 2c und 2d ist jeweils ein Gegendrucksystem mit einem innerhalb der Antriebswelle 6a ausgebildeten Strömungskanal 22 gezeigt, welcher sich zwischen dem zur beweglichen Spirale 4 hin ausgerichteten Ende der Antriebswelle 6a und damit dem Gegendruckbereich 13 sowie dem Ansaugbereich, koaxial zur Rotationsachse 7 der Antriebswelle 6a erstreckt. Beim Gegendrucksystem nach 2c ist die insbesondere als eine Düse ausgebildete erste Expansionsvorrichtung 17 innerhalb des den Gegendruckbereich 13 und den Niederdruckbereich miteinander verbindenden Strömungskanals 22 angeordnet, während beim Gegendrucksystem nach 2d die erste Expansionsvorrichtung 17 im Bereich des zweiten Lagers 10 als eine quer zur Rotationsachse 7 der Antriebswelle 6a und damit in radialer Richtung ausgerichtete Durchgangsbohrung in Kombination mit einer Ausnehmung der Antriebswelle 6a ausgebildet ist. Der Strömungskanal 22 ist im Bereich des zweiten Lagers 10 in axialer Richtung verschlossen. Die Ausnehmung der Antriebswelle 6a und ein Innenring des zweiten Lagers 10 begrenzen einen Strömungskanal, welcher mit dem Ansaugbereich verbunden ist. Dabei stellt die Durchgangsbohrung eine Verbindung zwischen dem innerhalb der Antriebswelle 6a ausgebildeten Strömungskanal 22 sowie dem von der Ausnehmung der Antriebswelle 6a, welche in der Form einer Nut beziehungsweise einer Kerbe ausgebildet ist und sich in axialer Richtung erstreckt, und dem Innenring des zweiten Lagers 10 begrenzten Strömungskanal dar.In the 2c and 2d In each case, a counter-pressure system is shown with a flow channel 22 formed within the drive shaft 6a, which extends between the end of the drive shaft 6a oriented towards the movable spiral 4 and thus the counter-pressure area 13 and the suction area, coaxial to the axis of rotation 7 of the drive shaft 6a. With the counter pressure system 2c the first expansion device 17, designed in particular as a nozzle, is arranged within the flow channel 22 connecting the counter-pressure area 13 and the low-pressure area, while in the counter-pressure system according to FIG 2d the first expansion device 17 is designed in the region of the second bearing 10 as a through-bore oriented transversely to the axis of rotation 7 of the drive shaft 6a and thus in the radial direction, in combination with a recess in the drive shaft 6a. The flow channel 22 is closed in the axial direction in the area of the second bearing 10 . The recess of the drive shaft 6a and an inner ring of the second bearing 10 delimit a flow channel which is connected to the intake area. The through hole provides a connection between the flow channel 22 formed within the drive shaft 6a and the flow channel delimited by the recess of the drive shaft 6a, which is in the form of a groove or a notch and extends in the axial direction, and the inner ring of the second bearing 10 flow channel.

Aus 2e geht ein an der Wandung 12 des Gehäuses 2 zwischen der Wandung 12 und dem beweglichen Orbiter 4 des Verdichtungsmechanismus angeordnetes Gleitelement 12a mit einer Expansionsfunktion hervor. Dabei ist das plattenförmige Gleitelement 12a mit einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kanal als erste Expansionsvorrichtung 17 zum Expandieren des Kältemittels vom Niveau des Gegendrucks beziehungsweise des Zwischendrucks pz auf das Niveau des Niederdrucks pN ausgebildet.Out of 2e discloses a sliding element 12a with an expansion function arranged on the wall 12 of the housing 2 between the wall 12 and the movable orbiter 4 of the compression mechanism. The plate-shaped sliding element 12a is designed with a channel extending in the circumferential direction as a first expansion device 17 for expanding the refrigerant from the level of the back pressure or the intermediate pressure p z to the level of the low pressure p N .

Bei einem gesteuerten Gegendrucksystem ist die erste Expansionsvorrichtung 17 sehr präzise funktionierend auszubilden, da deren Genauigkeit einen entscheidenden Einfluss auf den Wert des Zwischendrucks pz ausübt. Zudem sind sämtliche Dichtelemente 15, 16 des Gegendruckbereichs 13, insbesondere das Wellen-Dichtelement 15, zum Gewährleisten einer maximalen Dichtheit auszubilden, um die Leckrate des Kältemittels aus dem Gegendruckbereich 13 in den Ansaugbereich 14 beziehungsweise den Niederdruckbereich zu vermeiden sowie ein Überströmen des Kältemittels aus dem Hochdruckbereich in den Gegendruckbereich 13 und damit den Gegendruck ausschließlich mittels der ersten Expansionsvorrichtung 17 zu definieren.In a controlled counter-pressure system, the first expansion device 17 must be designed to function very precisely, since its accuracy has a decisive influence on the value of the intermediate pressure p z . In addition, all sealing elements 15, 16 of the counter-pressure area 13, in particular the shaft sealing element 15, are to be designed to ensure maximum tightness in order to prevent the leakage rate of the refrigerant from the counter-pressure area 13 into the suction area 14 or the low-pressure area and to prevent the refrigerant from overflowing from the To define the high-pressure area in the back-pressure area 13 and thus the back-pressure exclusively by means of the first expansion device 17 .

Im Vergleich zum gesteuerten Gegendrucksystem ist bei einem geregelten Gegendrucksystem die Genauigkeit der ersten Expansionsvorrichtung 17 weniger erheblich, da der Wert des Zwischendrucks pz innerhalb des Gegendruckbereichs 13 von der beispielsweise als ein Regelventil ausgebildeten zweiten Expansionsvorrichtung 18 definiert wird.Compared to the controlled back-pressure system, the accuracy of the first expansion device 17 is less significant in a regulated back-pressure system, since the value of the intermediate pressure p z is defined within the counter-pressure region 13 by the second expansion device 18 embodied, for example, as a control valve.

In den 3a bis 3c sind eine erste Ausführungsform und zwei alternative zweite Ausführungsformen einer Antriebswelle-Gehäuse-Verbindung jeweils mit einem zwischengelagerten Wellen-Dichtelement 15a, 15b, 15c sowie einer zwischen der Antriebswelle 6a, 6b und dem Wellen-Dichtelement 15a, 15b, 15c ausgebildeten Dichtfläche 23 mit einer Durchgangsöffnung 24a, 24b, 24c in einer perspektivischen Detailansicht dargestellt.
Die Durchgangsöffnung 24a, 24b, 24c ist als erste Expansionsvorrichtung 17 zum Expandieren des Kältemittels vom Niveau des Gegendrucks beziehungsweise des Zwischendrucks pz auf das Niveau des Niederdrucks pN derart ausgebildet, dass im Bereich der Antriebswelle-Gehäuse-Verbindung mit dem zwischengelagerten Wellen-Dichtelement 15a, 15b, 15c ein definierter Leckagemassenstrom des Kältemittels vom Gegendruckbereich 13 in den Ansaugbereich 14 überströmt. Da dem Kältemittel ein Schmiermittel, insbesondere ein Öl, zugemischt ist, wird die Dichtfläche 23 mit Schmiermittel beaufschlagt und damit geschmiert.In the 3a until 3c are a first embodiment and two alternative second embodiments of a drive shaft-housing connection, each with an intermediate shaft sealing element 15a, 15b, 15c and a sealing surface 23 formed between the drive shaft 6a, 6b and the shaft sealing element 15a, 15b, 15c with a Through opening 24a, 24b, 24c shown in a perspective detailed view.
The passage opening 24a, 24b, 24c is designed as a first expansion device 17 for expanding the refrigerant from the level of the back pressure or the intermediate pressure p z to the level of the low pressure p N in such a way that in the area of the drive shaft-housing connection with the intermediate shaft sealing element 15a, 15b, 15c, a defined leakage mass flow of the refrigerant flows over from the back pressure area 13 into the suction area 14. Since a lubricant, in particular an oil, is added to the refrigerant, the sealing surface 23 is acted upon by lubricant and thus lubricated.

Das kreisringförmige Wellen-Dichtelement 15a, 15b, 15c weist jeweils eine erste hohlkreiszylinderförmige Komponente 15-1 a, 15-1 b, 15-1c und eine zweite hohlkreiszylinderförmige Komponente 15-2 auf, welche als eine zusammenhänge Einheit einstückig ausgebildet sind und die kreiszylindrische Antriebswelle 6a, 6b jeweils vollumfänglich umschließen. Mit einer äußeren Mantelfläche liegen die Komponenten 15-1 a, 15-1 b, 15-1 c, 15-2 jeweils vollumfänglich an einer Innenfläche einer vorzugsweise kreisrunden Öffnung der Wandung 12 dicht an.
Zwischen der inneren Mantelfläche der zweiten Komponente 15-2 des Wellen-Dichtelements 15a, 15b, 15c und der Oberfläche, insbesondere der Mantelfläche der Antriebswelle 6a, 6b ist jeweils ein Spalt gleichmäßiger Breite sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung ausgebildet, während die erste Komponente 15-1a, 15-1b, 15-1c des Wellen-Dichtelements 15a, 15b, 15c als eine Dichtlippe ausgebildet, zum Abdichten des Gegendruckbereichs 13 vom Ansaugbereich 14 an der Oberfläche der Antriebswelle 6a, 6b umfänglich anliegt. Dabei weist die innere Mantelfläche der ersten Komponente 15-1a, 15-1b, 15-1c des Wellen-Dichtelements 15a, 15b, 15c im montierten Zustand der Vorrichtung einerseits einen Durchmesser auf, welcher dem Außendurchmesser der Oberfläche der Antriebswelle 6a, 6b entspricht. Andererseits ist der Durchmesser der inneren Mantelfläche der ersten Komponente 15-1a, 15-1b, 15-1c im unmontierten Zustand der Vorrichtung geringer als der Außendurchmesser der Oberfläche der Antriebswelle 6a, 6b, um im montierten Zustand elastisch verformt die erforderliche Dichtheit zu gewährleisten.The annular shaft sealing element 15a, 15b, 15c each has a first hollow-cylindrical component 15-1a, 15-1b, 15-1c and a second hollow-cylindrical component 15-2, which are integrally formed as a coherent unit and the circular-cylindrical Drive shaft 6a, 6b enclose the full circumference. The components 15 - 1 a , 15 - 1 b , 15 - 1 c , 15 - 2 each lie tightly against an inner surface of a preferably circular opening in the wall 12 with an outer lateral surface.
Between the inner lateral surface of the second component 15-2 of the shaft sealing element 15a, 15b, 15c and the surface, in particular the lateral surface of the drive shaft 6a, 6b, there is a gap of uniform width both in the circumferential direction and in the axial direction, while the first Component 15-1a, 15-1b, 15-1c of the shaft sealing element 15a, 15b, 15c designed as a sealing lip, for sealing the counter-pressure area 13 from the suction area 14 on the surface of the drive shaft 6a, 6b bears circumferentially. The inner lateral surface of the first component 15-1a, 15-1b, 15-1c of the shaft sealing element 15a, 15b, 15c has a diameter in the assembled state of the device which corresponds to the outer diameter of the surface of the drive shaft 6a, 6b. On the other hand, the diameter of the inner lateral surface of the first component 15-1a, 15-1b, 15-1c in the unassembled state of the device is smaller than the outer diameter of the surface of the drive shaft 6a, 6b in order to ensure the required tightness when elastically deformed in the assembled state.

Wie in 3a gezeigt, weist die erste Ausführungsform der Antriebswelle-Gehäuse-Verbindung ein zwischen dem Gehäuse 2, insbesondere der Wandung 12, und der Antriebswelle 6b zwischengelagertes Wellen-Dichtelement 15a auf. Dabei liegt die als Dichtlippe ausgebildete erste Komponente 15-1a des Wellen-Dichtelements 15a im Wesentlichen vollumfänglich an der äußeren Oberfläche der Antriebswelle 6b an.
Die Oberfläche der Antriebswelle 6b weist eine Ausnehmung 60 auf, welche sich in der Form einer flachen Nut beziehungsweise einer flachen Kerbe mit konstanter Breite und konstanter Tiefe ausgebildet in axialer Richtung erstreckt. Unter der Breite der Ausnehmung 60 ist die Ausdehnung in Umfangsrichtung zu verstehen, während sich die Tiefe in radialer Richtung der Antriebswelle 6b erstreckt.As in 3a shown, the first embodiment of the drive shaft-housing connection has a shaft sealing element 15a interposed between the housing 2, in particular the wall 12, and the drive shaft 6b. The first component 15-1a of the shaft sealing element 15a, which is designed as a sealing lip, bears essentially over the entire circumference on the outer surface of the drive shaft 6b.
The surface of the drive shaft 6b has a recess 60 formed in the shape of a shallow groove of constant width and constant depth extending in the axial direction. The width of the recess 60 is to be understood as the extension in the circumferential direction, while the depth extends in the radial direction of the drive shaft 6b.

In axialer Richtung weist die Ausnehmung 60 eine derartige Ausdehnung, auch als Länge bezeichnet, auf, dass die Ausnehmung 60 das Wellen-Dichtelement 15a zu beiden Seiten überragt, sodass im Bereich der Ausnehmung 60 eine Durchgangsöffnung 24a ausgebildet ist, welche den Gegendruckbereich 13 und den Ansaugbereich 14 hydraulisch miteinander verbindet. Die Länge der Ausnehmung 60 ist vorzugsweise größer als die Breite der Ausnehmung 60, welche wiederum größer ist als die Tiefe der Ausnehmung 60.In the axial direction, the recess 60 has such an extent, also referred to as length, that the recess 60 protrudes beyond the shaft sealing element 15a on both sides, so that a through-opening 24a is formed in the area of the recess 60, which connects the counter-pressure area 13 and the Intake area 14 connects hydraulically to each other. The length of the recess 60 is preferably greater than the width of the recess 60, which in turn is greater than the depth of the recess 60.

Die Durchgangsöffnung 24a weist im Bereich der ersten Komponente 15-1a des Wellen-Dichtelements 15a in einer senkrecht zur axialen Richtung ausgerichteten Ebene einen im Wesentlichen rechteckigen, freien Querschnitt auf, welcher auf einer Unterseite von einem Boden der Ausnehmung 60 und auf einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite vom Wellen-Dichtelement 15a begrenzt ist. Da die Ausnehmung 60 in axialer Richtung einerseits aus der ersten Komponente 15-1a des Wellen-Dichtelements 15a, sich in den Gegendruckbereich 13 hinein erstreckend, hervorragt und andererseits aus der zweiten Komponente 15-2 des Wellen-Dichtelements 15a, sich in den Ansaugbereich 14 hinein erstreckend, hervorragt, sind der Gegendruckbereich 13 und der Ansaugbereich 14 über die Durchgangsöffnung 24a miteinander verbunden.
Im Bereich der zweiten Komponente 15-2 des Wellen-Dichtelements 15a ist die Durchgangsöffnung 24a um den zwischen der inneren Mantelfläche der zweiten Komponente 15-2 des Wellen-Dichtelements 15a und der Oberfläche der Antriebswelle 6b ausgebildeten Spalt erweitert.In the region of the first component 15-1a of the shaft sealing element 15a, the through-opening 24a has a substantially rectangular, free cross-section in a plane oriented perpendicularly to the axial direction Top is limited by the shaft sealing element 15a. Since the recess 60 protrudes in the axial direction on the one hand from the first component 15-1a of the shaft sealing element 15a, extending into the back pressure area 13, and on the other hand from the second component 15-2 of the shaft sealing element 15a, extending into the suction area 14 extending inwardly, the back pressure portion 13 and the suction portion 14 are connected to each other via the through hole 24a.
In the area of the second component 15-2 of the shaft sealing element 15a, the through-opening 24a is widened by the gap formed between the inner lateral surface of the second component 15-2 of the shaft sealing element 15a and the surface of the drive shaft 6b.

Die zweiten Ausführungsformen der Antriebswelle-Gehäuse-Verbindung sind, gemäß der 3b und 3c, jeweils ebenfalls mit einem zwischen dem Gehäuse 2, insbesondere der Wandung 12, und einer herkömmlichen Antriebswelle 6a zwischengelagerten Wellen-Dichtelement 15b, 15c ausgebildet. Die zweite Komponente 15-2 des Wellen-Dichtelements 15a der ersten Ausführungsform nach 3a und die zweite Komponente 15-2 des Wellen-Dichtelements 15b, 15c der zweiten Ausführungsformen sind identisch.The second embodiments of the drive shaft-housing connection are, according to 3b and 3c , each also with one formed between the housing 2, in particular the wall 12, and a conventional drive shaft 6a interposed shaft sealing element 15b, 15c. The second component 15-2 of the shaft sealing member 15a according to the first embodiment 3a and the second component 15-2 of the shaft sealing member 15b, 15c of the second embodiments are identical.

Die als Dichtlippe ausgebildete erste Komponente 15-1b des Wellen-Dichtelements 15b der zweiten Ausführungsform nach 3b weist an der inneren, zur Oberfläche der Antriebswelle 6a ausgerichteten Mantelfläche eine Kontur 150b, insbesondere eine sich in axialer Richtung erstreckende, in der Form einer flachen Nut beziehungsweise einer flachen Kerbe mit im Wesentlichen konstanter Breite ausgebildete Ausnehmung auf. Unter der Breite der Kontur 150b ist wiederum deren Ausdehnung in Umfangsrichtung zu verstehen. Während die Tiefe der Ausnehmung in axialer Richtung konstant ist, kann die Tiefe der Ausnehmung in Umfangsrichtung variieren, insbesondere zu einem Rand der Ausnehmung stetig geringer werden.
In axialer Richtung erstreckt sich die Kontur 150b durch die gesamte erste Komponente 15-1b des Wellen-Dichtelements 15b hindurch, sodass im Bereich des Wellen-Dichtelements 15b eine Durchgangsöffnung 24b ausgebildet ist, welche den Gegendruckbereich 13 mit dem Ansaugbereich 14 hydraulisch verbindet. Die Breite der Kontur 150b ist vorzugsweise größer als die Tiefe der Kontur 150b, welche sich als Ausdehnung in radialer Richtung in die erste Komponente 15-1b des Wellen-Dichtelements 15b hinein erstreckt. Die als Dichtlippe ausgebildete erste Komponente 15-1b des Wellen-Dichtelements 15b liegt außer im Bereich der als Ausnehmung ausgebildeten Kontur 150b vollumfänglich an der äußeren Oberfläche der Antriebswelle 6a an.The first component 15-1b, designed as a sealing lip, of the shaft sealing element 15b of the second embodiment 3b has a contour 150b on the inner lateral surface aligned with the surface of the drive shaft 6a, in particular a recess extending in the axial direction and designed in the form of a flat groove or a flat notch with an essentially constant width. The width of the contour 150b is in turn to be understood as meaning its extent in the circumferential direction. While the depth of the recess is constant in the axial direction, the depth of the recess can vary in the circumferential direction, in particular becoming steadily smaller towards an edge of the recess.
The contour 150b extends in the axial direction through the entire first component 15-1b of the shaft sealing element 15b, so that a through opening 24b is formed in the region of the shaft sealing element 15b, which hydraulically connects the back pressure region 13 to the suction region 14. The width of the contour 150b is preferably greater than the depth of the contour 150b, which extends as an extension in the radial direction into the first component 15-1b of the shaft sealing element 15b. The first component 15-1b, designed as a sealing lip, of the shaft sealing element 15b bears against the entire circumference of the outer surface of the drive shaft 6a, except in the region of the contour 150b designed as a recess.

Die Durchgangsöffnung 24b weist im Bereich der ersten Komponente 15-1b des Wellen-Dichtelements 15b in einer senkrecht zur axialen Richtung ausgerichteten Ebene einen im Wesentlichen rechteckigen oder halbkreisförmigen, freien Querschnitt auf, welcher auf einer Unterseite von der Oberfläche der Antriebswelle 6a und auf einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite beziehungsweise den Seitenflächen von der ersten Komponente 15-1b des Wellen-Dichtelements 15b begrenzt ist.
Im Bereich der zweiten Komponente 15-2 des Wellen-Dichtelements 15b entspricht die Durchgangsöffnung 24b dem zwischen der inneren Mantelfläche der zweiten Komponente 15-2 des Wellen-Dichtelements 15b und der Oberfläche der Antriebswelle 6a ausgebildeten Spalt.In the area of the first component 15-1b of the shaft sealing element 15b, the through-opening 24b has a substantially rectangular or semi-circular, free cross-section in a plane oriented perpendicularly to the axial direction, which extends on an underside from the surface of the drive shaft 6a and on one of the Bottom opposite top or the side surfaces of the first component 15-1b of the shaft sealing element 15b is limited.
In the area of the second component 15-2 of the shaft sealing element 15b, the through opening 24b corresponds to the gap formed between the inner lateral surface of the second component 15-2 of the shaft sealing element 15b and the surface of the drive shaft 6a.

Die als Dichtlippe ausgebildete erste Komponente 15-1c des Wellen-Dichtelements 15c der alternativen zweiten Ausführungsform nach 3c weist an der inneren, zur Oberfläche der Antriebswelle 6a ausgerichteten Mantelfläche eine Kontur 150c, insbesondere eine sich in der Form einer Durchgangsöffnung mit kreisrundem Querschnitt ausgebildete Ausnehmung auf. Die Kontur 150c erstreckt sich durch die erste Komponente 15-1c des Wellen-Dichtelements 15c hindurch, sodass im Bereich des Wellen-Dichtelements 15c eine Durchgangsöffnung 24c ausgebildet ist, welche den Gegendruckbereich 13 mit dem Ansaugbereich 14 hydraulisch verbindet. Die als Dichtlippe ausgebildete erste Komponente 15-1c des Wellen-Dichtelements 15c liegt vollumfänglich an der äußeren Oberfläche der Antriebswelle 6a an. Die Durchgangsöffnung 24c ist vollumfänglich von der ersten Komponente 15-1c des Wellen-Dichtelements 15c begrenzt.
Im Bereich der zweiten Komponente 15-2 des Wellen-Dichtelements 15c entspricht die Durchgangsöffnung 24c wiederum dem zwischen der inneren Mantelfläche der zweiten Komponente 15-2 des Wellen-Dichtelements 15c und der Oberfläche der Antriebswelle 6a ausgebildeten Spalt.The first component 15-1c, designed as a sealing lip, of the shaft sealing element 15c according to the alternative second embodiment 3c has a contour 150c on the inner lateral surface aligned with the surface of the drive shaft 6a, in particular a recess designed in the form of a through-opening with a circular cross-section. The contour 150c extends through the first component 15-1c of the shaft sealing element 15c, so that a through-opening 24c is formed in the region of the shaft sealing element 15c, which hydraulically connects the counter-pressure region 13 to the suction region 14 . The first component 15-1c of the shaft sealing element 15c, which is designed as a sealing lip, rests all around on the outer surface of the drive shaft 6a. The through opening 24c is completely delimited by the first component 15-1c of the shaft sealing element 15c.
In the area of the second component 15-2 of the shaft sealing element 15c, the through opening 24c again corresponds to the gap formed between the inner lateral surface of the second component 15-2 of the shaft sealing element 15c and the surface of the drive shaft 6a.

Der als Durchgangsöffnung 24a, 24b, 24c ausgebildete Auslass des Gegendruckbereichs 13 ist auf dem Niveau der Rotationsachse 7 der Antriebswelle 6, 6a, 6b und damit vorzugsweise mittig innerhalb des Gegendruckbereichs 13 angeordnet. Da der Füllstand des Schmiermittels, insbesondere des Öls, zumindest beim Stillstand der Vorrichtung 1 beziehungsweise des Orbiters 4 oder beim Betrieb mit minimalen Drehzahlen das Niveau der Durchgangsöffnung 24a, 24b, 24c erreicht, wird sichergestellt, dass das Öl durch die definierte Durchgangsöffnung 24a, 24b, 24c als Leckagepfad hindurch zum Ansaugbereich 14 überströmt und dabei zumindest die als Dichtlippe ausgebildete erste Komponente 15-1a, 15-1b, 15-1c des Wellen-Dichtelements 15a, 15b, 15c schmiert sowie kühlt. Zudem wird das Schmieren der Lager 9, 10 verbessert.The outlet of the back pressure area 13 designed as a through opening 24 a , 24 b , 24 c is arranged at the level of the axis of rotation 7 of the drive shaft 6 , 6 a , 6 b and thus preferably centrally within the back pressure area 13 . Since the filling level of the lubricant, in particular the oil, reaches the level of the passage opening 24a, 24b, 24c at least when the device 1 or the orbiter 4 is at a standstill or when operating at minimum speeds, it is ensured that the oil flows through the defined passage opening 24a, 24b , 24c as a leakage path to the intake area 14 and thereby lubricates and cools at least the first component 15-1a, 15-1b, 15-1c of the shaft sealing element 15a, 15b, 15c, which is designed as a sealing lip. In addition, the lubrication of the bearings 9, 10 is improved.

Da der Gegendruck beziehungsweise der im Gegendruckbereich 13 vorherrschende Zwischendruck über eine als ein Regelventil ausgebildete zweite Expansionsvorrichtung 18 geregelt wird, werden keine Forderungen an eine hohe Genauigkeit der Durchgangsöffnung 24a, 24b, 24c als erste Expansionsvorrichtung 17 gestellt.
Zudem kann die Vorrichtung 1 ohne ein Filterelement 20, gemäß 2a, ausgebildet sein, da die während des Betriebs bei der Rotation der Antriebswelle 6, 6a, 6b sowie der mit der Antriebswelle 6, 6a, 6b bewegten Elemente erzeugte Zentrifugalkraft eventuell vorhandene unerwünschte Partikel in radialer Richtung nach außen transportiert und damit die Durchgangsöffnung 24a, 24b, 24c nicht verstopfen kann. Wenn sich beim Stillstand der Vorrichtung 1, wie bei einem Druckausgleich während eines Verdichter-Stopps, Partikel vor der Durchgangsöffnung 24a, 24b, 24c ansammeln, werden die Partikel nach der Inbetriebnahme der Vorrichtung 1 infolge der Rotation der Antriebswelle 6, 6a, 6b in genannter Weise entfernt.Since the counter-pressure or the intermediate pressure prevailing in the counter-pressure region 13 is regulated via a second expansion device 18 designed as a control valve, there are no requirements for high accuracy of the passage opening 24a, 24b, 24c as the first expansion device 17.
In addition, the device 1 without a filter element 20, according to 2a , be designed, since the centrifugal force generated during operation during the rotation of the drive shaft 6, 6a, 6b and the elements moved with the drive shaft 6, 6a, 6b transports any unwanted particles that may be present in the radial direction outwards and thus the through-opening 24a, 24b , 24c cannot clog. If when the device 1 is at a standstill, as in the case of a pressure equalization during a compressor stop, Particles collect in front of the passage opening 24a, 24b, 24c, the particles are removed in the manner mentioned after the device 1 has been put into operation as a result of the rotation of the drive shaft 6, 6a, 6b.

Aus den 4a bis 4d geht jeweils eine Antriebswelle 6b-1, 6b-2, 6b-3 einer ersten Ausführungsform einer Antriebswelle-Gehäuse-Verbindung nach 3a mit mindestens einer Ausnehmung 60-1, 60-2 im Vergleich zu einer Antriebswelle 6a eines Scrollverdichters ohne Ausnehmung hervor. Die nutförmigen Ausnehmungen 60-1, 60-2 weisen in axialer Richtung im Wesentlichen gleiche Ausdehnungen auf.From the 4a until 4d one drive shaft 6b-1, 6b-2, 6b-3 follows a first embodiment of a drive shaft-housing connection 3a with at least one recess 60-1, 60-2 compared to a drive shaft 6a of a scroll compressor without a recess. The groove-shaped recesses 60-1, 60-2 have essentially the same dimensions in the axial direction.

Die jeweils innerhalb der Antriebswellen 6b-1, 6b-2 vorgesehenen Ausnehmungen 60-1, 60-2 aus den 4b und 4c unterscheiden sich sowohl in der Größe als auch in der Form des in der senkrecht zur axialen Richtung ausgerichteten Ebene ausgebildeten Querschnitts. Während der Querschnitt der Ausnehmung 60-1 eine rechteckige Form aufweist, ist der Querschnitt der Ausnehmung 60-2 halbkreisförmig ausgebildet. Dabei ist die Ausnehmung 60-1 wesentlich breiter als die Ausnehmung 60-2. Die Ausnehmungen 60-1, 60-2 können zudem unterschiedliche Tiefen, insbesondere im Bereich von 0,01 mm bis 0,3 mm, aufweisen.Each provided within the drive shafts 6b-1, 6b-2 recesses 60-1, 60-2 from the 4b and 4c differ both in the size and in the shape of the cross section formed in the plane perpendicular to the axial direction. While the cross section of the recess 60-1 has a rectangular shape, the cross section of the recess 60-2 is semicircular. The recess 60-1 is significantly wider than the recess 60-2. The recesses 60-1, 60-2 can also have different depths, in particular in the range from 0.01 mm to 0.3 mm.

Im Vergleich zu den Ausführungsformen der Antriebswellen 6b-1, 6b-2 aus den 4b und 4c sind bei der Ausführungsform der Antriebswelle 6b-3, gemäß 4d, mehrere Ausnehmungen 60-2 vorgesehen. Die Ausnehmungen 60-2 sind vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Oberfläche der Antriebswelle 6b-3 verteilt angeordnet und können in axialer Richtung fluchtend zueinander ausgerichtet ein. Alternativ sind die Ausnehmungen mit unterschiedlichen Längen sowie gegebenenfalls in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet. Über die sich in axialer Richtung erstreckende Länge der Ausnehmung 60, 60-1, 60-2 wird jeweils sichergestellt, dass in Verbindung mit der ersten Komponente 15-1a und der zweiten Komponente 15-2 des Wellen-Dichtelements 15a ein entsprechender Expansionquerschnitt ausgebildet ist.Compared to the embodiments of the drive shafts 6b-1, 6b-2 from the 4b and 4c are in the embodiment of the drive shaft 6b-3, according to 4d , several recesses 60-2 provided. The recesses 60-2 are preferably distributed evenly over the circumference of the surface of the drive shaft 6b-3 and can be aligned with one another in the axial direction. Alternatively, the recesses are arranged with different lengths and, if necessary, offset in relation to one another in the axial direction. The length of the recess 60, 60-1, 60-2 extending in the axial direction ensures in each case that a corresponding expansion cross section is formed in connection with the first component 15-1a and the second component 15-2 of the shaft sealing element 15a .

In den 5a bis 5e ist jeweils ein Wellen-Dichtelement 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4 einer zweiten Ausführungsform einer Antriebswelle-Gehäuse-Verbindung nach 3b mit mindestens einer Kontur 150b-1, 150b-2 im Vergleich zu einer im Vergleich zu einem Wellen-Dichtelement 15a eines Scrollverdichters ohne Kontur aus dem Stand der Technik gezeigt. Die jeweils als nutförmige Ausnehmung ausgebildeten Konturen 150b-1, 150b-2 weisen zumindest im Bereich des Innendurchmessers des Wellen-Dichtelements 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4 in Umfangsrichtung im Wesentlichen gleiche Ausdehnungen auf.In the 5a until 5e is in each case a shaft sealing element 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4 according to a second embodiment of a drive shaft-housing connection 3b is shown with at least one contour 150b-1, 150b-2 in comparison to a prior art scroll compressor shaft sealing element 15a without a contour. The contours 150b-1, 150b-2, each designed as a groove-shaped recess, have essentially the same dimensions in the circumferential direction, at least in the area of the inner diameter of the shaft sealing element 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4.

Die jeweils innerhalb des Wellen-Dichtelements 15b-1, 15b-2 an der inneren Mantelfläche vorgesehenen Konturen 150b-1, 150b-2 aus den 5b und 5c unterscheiden sich sowohl in der Größe als auch in der Form des in der senkrecht zur axialen Richtung ausgerichteten Ebene ausgebildeten Querschnitts. Während der Querschnitt der Kontur 150b-1 eine rechteckige Form aufweist, ist der Querschnitt der Ausnehmung 150b-2 halbkreisförmig ausgebildet. Dabei ist die Kontur 150b-1 im Bereich des äußeren Radius aufgrund der Grundform des Querschnitts wesentlich breiter als die Kontur 150b-2. Die Konturen 150b-1, 150b-2 können zudem unterschiedliche Tiefen, insbesondere im Bereich von 0,01 mm bis 0,3 mm, aufweisen.The contours 150b-1, 150b-2 provided within the shaft sealing element 15b-1, 15b-2 on the inner lateral surface from FIGS 5b and 5c differ both in the size and in the shape of the cross section formed in the plane perpendicular to the axial direction. While the cross section of the contour 150b-1 has a rectangular shape, the cross section of the recess 150b-2 is semicircular. The contour 150b-1 in the area of the outer radius is significantly wider than the contour 150b-2 due to the basic shape of the cross section. The contours 150b-1, 150b-2 can also have different depths, in particular in the range from 0.01 mm to 0.3 mm.

Im Vergleich zu den Ausführungsformen der Wellen-Dichtelemente 15b-1, 15b-2 aus den 5b und 5c sind bei den Ausführungsformen der Wellen-Dichtelemente 15b-3, 15b-4, gemäß der 5d und 5e, mehrere Konturen 150b-2, insbesondere drei beziehungsweise vier, vorgesehen. Die Konturen 150b-2 sind vorzugsweise jeweils gleichmäßig über den Umfang der inneren Mantelfläche des Wellen-Dichtelements 15b-3, 15b-4 verteilt angeordnet. Der Querschnitt der Konturen kann eine rechteckige Form aufweisen oder halbkreisförmig ausgebildet sein.Compared to the embodiments of the shaft sealing elements 15b-1, 15b-2 from the 5b and 5c are in the embodiments of the shaft sealing elements 15b-3, 15b-4, according to 5d and 5e , Several contours 150b-2, in particular three or four, are provided. The contours 150b-2 are preferably each distributed uniformly over the circumference of the inner lateral surface of the shaft sealing element 15b-3, 15b-4. The cross-section of the contours can have a rectangular shape or be designed in the shape of a semicircle.

BezugszeichenlisteReference List

11
Scrollverdichter, VorrichtungScroll compressor, device
22
GehäuseHousing
33
Stator, feste SpiraleStator, fixed spiral
3a3a
Grundplatte feste Spirale 3Fixed spiral base plate 3
3b3b
Wandung feste Spirale 3wall fixed spiral 3
44
Orbiter, bewegliche SpiraleOrbiter, moving spiral
4a4a
Grundplatte bewegliche Spirale 4Movable spiral base plate 4
4b4b
Wandung bewegliche Spirale 4wall movable spiral 4
55
Arbeitsraumworking space
66
Antriebswelledrive shaft
6a6a
Antriebswelledrive shaft
6b, 6b-1, 6b-2, 6b-36b, 6b-1, 6b-2, 6b-3
Antriebswelledrive shaft
60, 60-1, 60-260, 60-1, 60-2
Ausnehmung AntriebswelleDrive shaft recess
77
Rotationsachseaxis of rotation
88th
Zwischenelement mit ZusatzgewichtIntermediate element with additional weight
99
erstes Lagerfirst camp
1010
zweites Lagersecond camp
1111
Führungsvorrichtungguiding device
11-111-1
Öffnungopening
11-211-2
StiftPen
1212
Wandung, Gegenwandungwall, counter wall
12a12a
Gleitelementsliding element
1313
Gegendruckbereich, GegendruckkammerBack pressure area, back pressure chamber
1414
Ansaugbereichintake area
1515
Wellen-Dichtelementshaft sealing element
15a15a
Wellen-Dichtelementshaft sealing element
15b, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-415b, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4
Wellen-Dichtelementshaft sealing element
15c15c
Wellen-Dichtelementshaft sealing element
15-1a, 15-1b, 15-1c15-1a, 15-1b, 15-1c
erste Komponente Wellen-Dichtelementfirst component shaft sealing element
15-215-2
zweite Komponente Wellen-Dichtelementsecond component shaft sealing element
150b, 150b-1, 150b-2, 150c150b, 150b-1, 150b-2, 150c
Kontur Wellen-DichtelementContour shaft sealing element
1616
Orbiter-DichtelementOrbiter sealing element
1717
erste Expansionsvorrichtungfirst expansion device
1818
zweite Expansionsvorrichtungsecond expansion device
1919
Strömungskanalflow channel
2020
Filterelementfilter element
2121
Verbindungskanalconnecting channel
2222
Strömungskanalflow channel
2323
Dichtflächesealing surface
24a, 24b, 24c24a, 24b, 24c
Durchgangsöffnung Dichtfläche 23 Through hole sealing surface 23
pHpH
Hochdruckhigh pressure
pNpn
Niederdrucklow pressure
pzpz
Zwischendruck, AnpressdruckIntermediate pressure, contact pressure

Claims (17)

Vorrichtung (1) zum Verdichten eines gasförmigen Fluids, insbesondere ein Scrollverdichter, aufweisend ein Gehäuse (2) mit einer Wandung (12) und einen Verdichtungsmechanismus mit einem unbeweglichen Stator (3) sowie einem beweglichen Orbiter (4), welcher über eine Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) angetrieben wird, wobei - die Wandung (12) und der Orbiter (4) einen Gegendruckbereich (13) zumindest bereichsweise umschließend ausgebildet sind und die Wandung (12) zwischen dem Gegendruckbereich (13) und einem Ansaugbereich (14), den Gegendruckbereich (13) vom Ansaugbereich (14) abgrenzend, ausgebildet ist, - die Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) durch eine innerhalb der Wandung (12) ausgebildete Öffnung hindurchragend angeordnet ist, wobei zwischen der Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) und der Wandung (12) ein Wellen-Dichtelement (15, 15a, 15b, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4, 15c) zum Abdichten des Gegendruckbereichs (13) vom Ansaugbereich (14) angeordnet ist, wobei zwischen der Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) und dem Wellen-Dichtelement (15, 15a, 15b, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4, 15c) eine Dichtfläche (23) mit einer die Dichtfläche (23) unterbrechenden sowie den Gegendruckbereich (13) und den Ansaugbereich (14) hydraulisch miteinander verbindenden Durchgangsöffnung (24a, 24b, 24c) ausgebildet ist.Device (1) for compressing a gaseous fluid, in particular a scroll compressor, having a housing (2) with a wall (12) and a compression mechanism with a stationary stator (3) and a movable orbiter (4) which is connected via a drive shaft (6 , 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) is driven, wherein - the wall (12) and the orbiter (4) are designed to at least partially enclose a counter-pressure area (13) and the wall (12) is formed between the counter-pressure area (13) and a suction area (14), delimiting the counter-pressure area (13) from the suction area (14), - The drive shaft (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) is arranged so as to protrude through an opening formed within the wall (12), wherein between the drive shaft (6, 6a, 6b, 6b-1 , 6b-2, 6b-3) and the wall (12) a shaft sealing element (15, 15a, 15b, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4, 15c) for sealing the counter-pressure area (13 ) is arranged from the intake area (14), wherein between the drive shaft (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) and the shaft sealing element (15, 15a, 15b, 15b-1, 15b- 2, 15b-3, 15b-4, 15c), a sealing surface (23) is formed with a through-opening (24a, 24b, 24c) that interrupts the sealing surface (23) and hydraulically connects the counter-pressure area (13) and the suction area (14). . Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) kreiszylinderförmig ausgebildet ist.Device (1) after claim 1 , characterized in that the drive shaft (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) is constructed in the shape of a circular cylinder. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellen-Dichtelement (15, 15a, 15b, 15c, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4) kreisringförmig ausgebildet ist.Device (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the shaft sealing element (15, 15a, 15b, 15c, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4) is annular. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellen-Dichtelement (15, 15a, 15b, 15c, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4) umfänglich an einer Mantelfläche der Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) anliegend angeordnet ist.Device (1) after claim 3 , characterized in that the shaft sealing element (15, 15a, 15b, 15c, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4) circumferentially on a lateral surface of the drive shaft (6, 6a, 6b, 6b-1 , 6b-2, 6b-3) is arranged adjacent. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellen-Dichtelement (15, 15a, 15b, 15c, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4) eine erste hohlkreiszylinderförmige Komponente (15-1a, 15-1b, 15-1c) und eine zweite hohlkreiszylinderförmige Komponente (15-2) aufweist, welche als eine zusammenhängende Einheit einstückig ausgebildet sind und die Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) jeweils vollumfänglich umschließen.Device (1) after claim 3 or 4 , characterized in that the shaft sealing element (15, 15a, 15b, 15c, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4) has a first hollow-cylindrical component (15-1a, 15-1b, 15-1c ) and a second hollow-cylindrical component (15-2), which are designed as a cohesive unit in one piece and the drive shaft (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) each enclose the full circumference. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (15-1a, 15-1b, 15-1c) des Wellen-Dichtelements (15, 15a, 15b, 15c, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4) die Dichtfläche (23) ausbildend an einer Mantelfläche der Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) umfänglich anliegend angeordnet ist.Device (1) after claim 5 , characterized in that the first component (15-1a, 15-1b, 15-1c) of the shaft sealing element (15, 15a, 15b, 15c, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4) the sealing surface (23) forming on a lateral surface the drive shaft (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) is arranged lying circumferentially. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer inneren Mantelfläche der zweiten Komponente (15-2) des Wellen-Dichtelements (15, 15a, 15b, 15c, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4) und einer Mantelfläche der Antriebswelle (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) ein Spalt ausgebildet ist.Device (1) after claim 5 or 6 , characterized in that between an inner lateral surface of the second component (15-2) of the shaft sealing element (15, 15a, 15b, 15c, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4) and a lateral surface of Drive shaft (6, 6a, 6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) a gap is formed. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche der Antriebswelle (6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) mindestens eine Ausnehmung (60, 60-1, 60-2) aufweist, welche in Form einer Nut, sich in einer axialen Richtung erstreckend, als Durchgangsöffnung (24a) ausgebildet ist, wobei eine Ausdehnung der Ausnehmung (60, 60-1, 60-2) in der axialen Richtung größer ist als eine Ausdehnung des Wellen-Dichtelements (15a) in der axialen Richtung und das Wellen-Dichtelement (15a) zur Ausnehmung (60, 60-1, 60-2) derart an der Mantelfläche der Antriebswelle (6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) anliegend ausgerichtet ist, dass die Ausnehmung (60, 60-1, 60-2) in der axialen Richtung beiderseits das Wellen-Dichtelement (15a) überragt.Device (1) according to one of Claims 4 until 7 , characterized in that the lateral surface of the drive shaft (6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) has at least one recess (60, 60-1, 60-2), which in the form of a groove in an axial Direction extending is formed as a through hole (24a), wherein an extension of the recess (60, 60-1, 60-2) in the axial direction is greater than an extension of the shaft sealing member (15a) in the axial direction and the waves - The sealing element (15a) is aligned with the recess (60, 60-1, 60-2) in such a way that it rests against the lateral surface of the drive shaft (6b, 6b-1, 6b-2, 6b-3) that the recess (60, 60 -1, 60-2) protrudes beyond the shaft sealing element (15a) on both sides in the axial direction. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ausnehmungen (60-2) ausgebildet sind, welche gleichmäßig über den Umfang der Mantelfläche der Antriebswelle (6b, 6b-3) verteilt angeordnet sind.Device (1) after claim 8 , characterized in that at least two recesses (60-2) are formed, which are distributed evenly over the circumference of the lateral surface of the drive shaft (6b, 6b-3). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere, an der Mantelfläche der Antriebswelle (6, 6a) anliegende Mantelfläche des Wellen-Dichtelements (15b, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4, 15c) mindestens eine Kontur (150b, 150b-1, 150b-2, 150c) zum Ausbilden mindestens einer Durchgangsöffnung (24b, 24c) aufweist.Device (1) according to one of Claims 4 until 7 , characterized in that an inner lateral surface of the shaft sealing element (15b, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4, 15c) abutting on the lateral surface of the drive shaft (6, 6a) has at least one contour (150b , 150b-1, 150b-2, 150c) for forming at least one through opening (24b, 24c). Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kontur (150b, 150b-1, 150b-2) in Form einer Nut, sich in einer axialen Richtung erstreckend, ausgebildet ist.Device (1) after claim 10 , characterized in that the at least one contour (150b, 150b-1, 150b-2) is in the form of a groove extending in an axial direction. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (24a, 24b) in einer senkrecht zu einer axialen Richtung ausgerichteten Ebene einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt oder einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.Device (1) according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that the through-opening (24a, 24b) has a substantially rectangular cross-section or a substantially semi-circular cross-section in a plane oriented perpendicularly to an axial direction. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kontur (150c) in Form einer Durchgangsöffnung, insbesondere mit kreisrundem Querschnitt, ausgebildet ist.Device (1) after claim 10 , characterized in that the at least one contour (150c) is designed in the form of a through opening, in particular with a circular cross section. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Konturen (150b, 150b-1, 150b-2) ausgebildet sind, welche gleichmäßig über den Umfang der Mantelfläche des Wellen-Dichtelements (15b, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b-4) verteilt angeordnet sind.Device (1) according to one of Claims 10 until 13 , characterized in that at least two contours (150b, 150b-1, 150b-2) are formed, which are uniform over the circumference of the lateral surface of the shaft sealing element (15b, 15b-1, 15b-2, 15b-3, 15b- 4) are distributed. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Expansionsvorrichtung (17) zum Expandieren des den Gegendruckbereich (13) beaufschlagenden gasförmigen Fluids von einem Niveau eines Zwischendrucks pz auf ein Niveau eines Niederdrucks pN innerhalb des Ansaugbereichs (14) sowie eine zweite Expansionsvorrichtung (18) zum Expandieren des gasförmigen Fluids von einem Niveau des Hochdrucks pH auf das Niveau des Zwischendrucks pz innerhalb des Gegendruckbereichs (13) sowie eine Regeleinrichtung oder eine Steuervorrichtung ausgebildet sind.Device (1) according to one of Claims 1 until 14 , characterized in that a first expansion device (17) for expanding the gaseous fluid acting on the counter-pressure region (13) from a level of an intermediate pressure p z to a level of a low pressure p N within the intake region (14) and a second expansion device (18) for Expansion of the gaseous fluid from a level of high pressure pH to the level of intermediate pressure p z within the counter-pressure area (13) and a regulating device or a control device are formed. Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (24a, 24b, 24c) als erste Expansionsvorrichtung (17) ausgebildet ist.Device (1) after claim 15 , characterized in that the passage opening (24a, 24b, 24c) is designed as a first expansion device (17). Vorrichtung (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Expansionsvorrichtung (18) als ein Regelventil ausgebildet ist.Device (1) after claim 15 or 16 , characterized in that the second expansion device (18) is designed as a control valve.
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