-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scrollmaschine, insbesondere einen Scrollkompressor oder -expander, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 29.
-
Scrollmaschinen, insbesondere Scrollkompressoren oder -expander, sind Fluidenergiemaschinen und aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen vorbekannt. Scrollkompressoren oder -expander basieren auf zwei zusammenwirkenden Spiraleinheiten mit jeweils mindestens einer mindestens einen Spiralkanal bildenden Spiralrippe, die zur Bildung von Druck- oder Arbeitskammern ineinandergreifen bzw. ineinander verkämmen. Sowohl der Spiralkanal als auch die den Spiralkanal formenden Spiralrippen sind in Form einer Kreisevolvente ausgebildet, wobei die zwei Spiraleinheiten relativ zueinander beweglich sind. Nach dem Verdrängungsprinzip wird ein Medium, zum Beispiel ein Kältemittel, durch eine Relativbewegung verdichtet bzw. komprimiert oder expandiert. Bei einem Scrollkompressor wird durch diese Relativbewegung das Medium in Druckkammern entlang der Spiralkanäle von einem äußeren Endbereich zu einem inneren Endbereich gezwängt, wobei die jeweilige Druckkammer eine Volumenreduzierung erfährt. Dahingegen erfährt das Medium bei einem Scrollexpander in der Druckkammer auf dem Weg zwischen dem inneren Endbereich und dem äußeren Endbereich eine Volumenvergrößerung.
-
In der Vergangenheit haben sich unterschiedliche Bauformen von Scrollmaschinen, insbesondere Scrollkompressoren oder -expandern, bewährt. Beispielsweise ist aus der
WO 2018 019 372 A1 ein Scrollkompressor bekannt, bei dem mindestens eine der zwei Spiraleinheiten auf einer Orbitalbahn oder Umlaufbahn um die jeweils andere Spiraleinheit bewegt wird. Dieses Funktionsprinzip wird, sofern nur eine der Spiraleinheiten orbitiert, „Orbiting-Scroll“ genannt. Orbitieren beide Spiraleinheiten, wird dies „Co-Orbiting Scroll“ genannt. Die bewegliche Spiraleinheit wird hierzu in einer Ebene quer zu einer Mittelachse durch einen Exzenterantrieb ausgelenkt, wobei eine Selbstdrehung der Spiraleinheit verhindert wird.
-
Eine weitere Bauweise solcher Scrollmaschinen sieht vor, dass die zwei ineinander verkämmenden Spiraleinheiten sich in eine gleiche Drehrichtung und mit einer synchronisierten Drehgeschwindigkeit drehen. Die zwei Spiraleinheiten drehen jedoch um eine in einem Kurbelradius oder Orbitalradius versetzt angeordnete Mittelachse. Dieses Funktionsprinzip wird „Co-Rotating-Scroll“ genannt.
-
Im Gegensatz zu den Orbiting-Scroll Maschinen erfahren die Spiraleinheiten eine reine Rotationsbewegung und weisen daher geringe mechanische Vibrationen und Geräusche auf. Die Scrollmaschine mit Co-Rotating-Scroll ist beispielsweise aus
US 5 713 731 A bekannt.
-
Diese Scrollmaschinen haben sich in der Vergangenheit bewährt. Als Nachteil ist jedoch bekannt, dass die Spiraleinheit mit sehr hohen Drehzahlen angetrieben wird, die bei über 9.000 Umdrehungen pro Minute liegen können. Eine weitere Leistungssteigerung ist darüber hinaus nur begrenzt möglich.
-
Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
-
Die vorliegende Erfindung widmet sich der Aufgabe eine verbesserte Scrollmaschine, insbesondere einen Scrollkompressor oder -expander, vorzuschlagen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile in zweckmäßiger Weise beseitigt und eine Leistungssteigerung oder Erhöhung der Leistungsdichte ermöglicht.
-
Diese Aufgaben werden durch eine erfindungsgemäße Scrollmaschine gelöst.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die erfindungsgemäße Scrollmaschine, insbesondere der Scrollkompressor oder -expander, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist eine erste Spiraleinheit mit mindestens einer mindestens einen mit einem inneren und einem äußeren Endbereich aufweisenden Spiralkanal formenden ersten Spiralrippe auf und ferner eine zweite Spiraleinheit auf, welche mindestens eine mindestens einen mit einem inneren und einem äußeren Endbereich aufweisenden Spiralkanal formende zweite Spiralrippe umfasst.
-
Die mindestens eine erste Spiralrippe der ersten Spiraleinheit und die mindestens eine zweite Spiralrippe der zweiten Spiraleinheit greifen bzw. verkämmen zur Bildung von Druckkammern ineinander. Darüber hinaus sind die erste Spiraleinheit in einer ersten Mittelachse und die zweite Spiraleinheit in einer zweiten Mittelachse drehbar. Die erste Mittelachse und die zweite Mittelachse sind in einem Kurbelradius bzw. Orbitalradius parallel und beabstandet angeordnet, wobei darüber hinaus eine Transmissionseinheit vorgesehen ist, die die erste Spiraleinheit und die zweite Spiraleinheit rotatorisch koppelt, wodurch eine Synchronisation der Drehbewegungen der versetzt angeordneten Spiraleinheiten realisiert ist.
-
Weiterhin ist vorgesehen, dass die zweite Mittelachse entlang einer Umlaufbahn um die erste Mittelachse geführt werden kann.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, eine Fluidenergiemaschine in Form einer Scrollmaschine vorzuschlagen, die verschiedene Funktionsprinzipien miteinander kombinieren kann. Die vorliegende Scrollmaschine kann nach dem Funktionsprinzip „Co-Rotating-Scroll“ arbeiten, in dem die erste Spiraleinheit durch einen ersten Antrieb in eine Drehbewegung um die erste Mittelachse versetzt wird. Durch die Transmissionseinheit wird die Drehbewegung auf die in dem Kurbelradius versetzt angeordnete zweite Spiraleinheiten übertragen, welche sich in die gleiche Drehrichtung und mit einer synchronisierten Drehgeschwindigkeit um die zweite Mittelachse dreht. Die zweite Mittelachse verbleibt dabei ortsfest.
-
Alternativ kann die vorliegende Scrollmaschine nach dem Funktionsprinzip „Orbiting-Scroll“ betrieben werden, wobei die zweite Spiraleinheit auf der zweiten Mittelachse in einer Umlaufbahn um die erste Mittelachse der ersten Spiraleinheit geführt wird. Diese Bewegung wird auch orbitieren genannt. Die Bewegung der zweiten Spiraleinheit beim Orbitieren erfolgt ausschließlich in einer Ebene senkrecht zu der zweiten Mittelachse, wobei die erste Spiraleinheit festgelegt ist. Die Transmissionseinheit verhindert eine Selbstdrehung der zweiten Spiraleinheit gegenüber der ersten Spiraleinheit.
-
Darüber hinaus kann die vorliegende Scrollmaschine ein drittes Funktionsprinzip realisieren, welches im Zusammenhang mit dieser Erfindung „Corotating-Counter-Orbiting“ genannt wird und eine überlagerte Bewegung der beiden Spiraleinheiten beschreibt, bei der sowohl der Orbiting-Scroll als auch der Co-Rotating-Scroll realisiert werden kann. Dabei erfolgt vorzugsweise eine Führung der zweiten Mittelachse in einer Umlauf- oder Orbitalbahn um die erste Mittelachse, bevorzugt entgegen der Drehrichtung der ersten Mittelachse, wodurch die Leistung bzw. Leistungsdichte erhöht werden kann. Durch diese überlagerte Bewegung kann die Kapazität bzw. die Leistung der Scrollmaschine erheblich gesteigert werden.
-
Eine weitere erfindungsgemäße Scrollmaschine, insbesondere der Scrollkompressor oder -expander, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 weist eine erste Spiraleinheit mit mindestens einer mindestens einen mit einem inneren und einen äußeren Endbereich aufweisenden Spiralkanal formenden ersten Spiralrippe auf und ferner eine zweite Spiraleinheit, welche mindestens eine mindestens einen mit einem inneren und einem äußeren Endbereich aufweisenden Spiralkanal formende zweite Spiralrippe aufweist.
-
Die mindestens eine erste Spiralrippe der ersten Spiraleinheit und die mindestens eine zweite Spiralrippe der zweiten Spiraleinheit greifen bzw. verkämmen zur Bildung von Druckkammern ineinander.
-
Diese Scrollmaschine kann rein nach dem Funktionsprinzip „Orbiting-Scroll“ oder „Co-Orbiting-Scroll‟ arbeiten, wobei die erste Spiraleinheit und/oder die zweite Spiraleinheit über einen Exzenterwelle oder -zapfen angetrieben werden bzw. wird. Eine Verdrehung der ersten Spiraleinheit und/oder der zweiten Spiraleinheit kann durch eine Kupplung verhindert werden, wie sie beispielsweise aus der
EP 3 540 229 A1 bekannt ist.
-
Auch kann die Scrollmaschine ausschließlich nach dem Funktionsprinzip „Co-Rotating-Scroll“ arbeiten, wobei die erste Spiraleinheit in einer ersten Mittelachse und die zweite Spiraleinheit in einer zweiten Mittelachse drehbar sind und die beiden Mittelachsen um den Kurbelradius versetzt angeordnet sind. Die erste Spiraleinheit und die zweite Spiraleinheit sind über eine Transmissionseinheit rotatorisch gekoppelt und können sich in die gleiche Drehrichtung und mit einer synchronisierten Drehgeschwindigkeit jedoch um in einem Kurbelradius oder Orbitalradius versetzt angeordnete Mittelachsen drehen.
-
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen oder Weiterbildungen kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn die erste Spiraleinheit und/oder die zweite Spiraleinheit jeweils mindestens zwei Spiralkanäle aufweisen bzw. aufweist. Weiterhin kann bevorzugt vorgesehen sein, dass mindestens zwei Spiralkanäle der ersten Spiraleinheit und/oder der zweiten Spiraleinheit in Reihe geschlossen bzw. verbunden sind. Die jeweils mindestens zwei Spiralkanäle der erste Spiraleinheit und/oder der zweiten Spiraleinheit kämmen ineinander und ragen bevorzugt ausschließlich von einer Stirnseite der jeweiligen ersten Spiraleinheit und/oder der zweiten Spiraleinheit ab.
-
Durch die Erhöhung der Anzahl von Spiralrippen der beiden Spiraleinheiten kann das Kräftegleichgewicht und somit die Laufruhe der Scrollmaschine verbessert werden. Die Volumenverschiebung des Mediums pro Umdrehung und das Kompressorvolumenverhältnis kann darüber hinaus bei einer Scrollmaschine, die insbesondere nach dem „Corotating-Counter-Orbiting“ Prinzip arbeitet erheblich erhöht werden, wodurch die Spiraldurchmesser im Vergleich zu herkömmlichen Spiralmaschinen mit einer einzelnen Spirale je Spiraleinheit in der gleichen Größenordnung gehalten werden. Die Änderung der Verschiebung pro Umdrehung und des Volumenverhältnisses führt zu einer Erhöhung der Leistungsdichte der Scrollmaschine und weiterhin zu verbesserten Laufeigenschaften, da sich die Gaskräfte in den Druckkammern ausgleichen. Auch kann eine mehrstufige Arbeitsweise mit ausschließlich zwei Spiraleinheiten realisiert werden, wodurch sich der Anwendungsbereich vergrößert und die Kosten für eine Scrollmaschine und/oder Kälte-/Wärmeanlagen mit einer solchen Scrollmaschine reduziert werden können.
-
Unter einer Anordnung „in Reihe“ oder „in einer Reihe“ wird im Zusammenhang mit dieser Erfindung eine Ausgestaltung verstanden, in der mindestens zwei Spiralkanäle nacheinander, also in Reihe, von einem Medium durchströmt werden können. Bei dieser zwei- oder mehrstufigen Ausgestaltung der Scrollmaschine kann eine erhöhte Leistungsdichte, insbesondere höhere Druckverhältnisse, umgesetzt werden.
-
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der innere Endbereich von mindestens einem der mindestens zwei Spiralkanäle mit dem äußeren Endbereich von mindestens einem anderen der mindestens zwei Spiralkanäle der ersten Spiraleinheit und/oder der zweiten Spiraleinheit verbunden ist. Das Medium kann in gebildeten Druckkammern mindestens zwei Spiralkanäle nacheinander durchlaufen und so eine mindestens zweistufige Verdichtung oder mehrstufige Verdichtung oder Expansion erfahren. Eine zweistufige Ausgestaltung der Scrollmaschine, insbesondere des Scrollkompressors, wird bevorzugt in Kälteanlagen mit CO2 als Medium bzw. Kältemittel verwendet. Bei der mindestens zweistufigen Verdichtung liegen die mindestens zwei Stufen in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu der ersten und/oder zweiten Mittelachse.
-
Gemäß einer Weiterbildung weisen bzw. weist die erste Spiraleinheit und/oder die zweite Spiraleinheit mindestens einen Verbindungskanal auf. Der mindestens eine Verbindungskanal kann einen der mindestens zwei Spiralkanäle mit mindestens einem anderen der mindestens zwei Spiralkanäle verbinden, wobei bevorzugt der Verbindungskanal in den Endbereich der jeweiligen Spiralkanäle mündet.
-
Die erste Spiraleinheit und/oder die zweite Spiraleinheit können jeweils einen Spiralrippenträger umfassen, an dem die mindestens eine Spiralrippe auf einer Seite stirnseitig absteht.
-
Weiterhin kann der mindestens eine Verbindungskanal auf der von den Spiralrippen abgewandten Seite angeordnet sein und vorzugsweise derart geformt sein, dass der Verbindungskanal die jeweilige erste Mittelachse der ersten Spiraleinheit und/oder die zweite Mittelachse der zweiten Spiraleinheit nicht schneidet. Bevorzugt verläuft der Verbindungskanal in Bezug auf die jeweilige Mittelachse entlang einer Sekante.
-
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die erste Spiraleinheit und/oder die zweite Spiraleinheit einen ersten Spiralkanaltyp und mindestens einen zweiten Spiralkanaltyp auf. Die mindestens zwei unterschiedlichen Spiralkanaltypen können sich insbesondere in der geometrischen Ausgestaltung unterscheiden, beispielsweise in einer Kanallänge, Kanalbreite, Kanaltiefe, oder in der Ausgestaltung des inneren Endbereichs und/oder des äußeren Endbereichs. Die Kanallänge entspricht der Länge einer evolventenförmigen Mittellinie des Spiralkanals.
-
Der erste Spiralkanaltyp und der mindestens eine zweite Spiralkanaltyp sind gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung symmetrisch um die jeweilige Mittelachse der ersten Spiraleinheit und/oder der zweiten Spiraleinheit angeordnet. Bevorzugt wird durch diese Maßnahme ein verbessertes Kräftegleichgewicht hergestellt und die Laufruhe der Scrollmaschine begünstigt.
-
Die Kanalbreite bleit typischer Weise von dem inneren Endbereich zu dem äußeren Endbereich konstant und beschreibt unter Bezug auf die jeweilige Mittelachse den radialen Abstand zwischen der mindestens einen den Spiralkanal formenden Spiralrippe.
-
Die Kanaltiefe gibt den Abstand zwischen einem Kanalboden, senkrecht zu der jeweiligen Mittelachse und einem freien Ende der mindestens einen den Spiralkanal formenden Spiralrippe an, wobei der Abstand parallel zu der jeweiligen Mittelachse gemessen wird. Bevorzugt ist die Kanaltiefe des mindestens einen Spiralkanals jeweils konstant.
-
Es kann vorteilhaft sein, wenn der erste Spiralkanaltyp einen offenen äußeren Endbereich und der zweite Spiralkanaltyp einen umschlossen äußeren Endbereich aufweist. Ein offener Endbereich eines Spiralkanals ermöglicht das Ein- oder Ausleiten des Mediums in oder aus dem Spiralkanal, währenddessen ein umschlossener Endbereich eines Spiralkanals einen Ein- oder Austritt des Mediums in oder aus dem Spinalkanal, insbesondere zu einem Einlass oder einem Auslass, verhindert. Um die jeweilige Spiraleinheit ist vorzugsweise ein Plenum angeordnet, welches mit einer Öffnung in einem Gehäuse verbunden sein kann. Durch den umschlossenen äußeren Endbereich kann der mindestens eine Spiralkanal nach außen verschlossen werden und so insbesondere gegenüber dem Plenum verschlossen sein.
-
Insbesondere hat es sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, wenn der erste Spiralkanaltyp weiterhin einen umschlossenen inneren Endbereich aufweist und der mindestens eine zweite Spiralkanaltyp einen umschlossenen äußeren Endbereich. Dabei hat es sich weiterhin als Vorteil herausgestellt, wenn der umschlossene innere Endbereich des ersten Spiralkanaltyps mit dem umschlossenen äußeren Endbereich des zweiten Spiralkanaltyps in Verbindung steht. Der umschlossene innere Endbereich verhindert ein Ein- oder Austreten des Mediums in oder aus dem Spinalkanal, wobei der verschlossene Endbereich insbesondere den Spiralkanal gegenüber einem Leitungskanal, der mit einer Öffnung des Gehäuses verbunden sein kann, verschließt.
-
Ein dritter Spiralkanaltyp kann sowohl einen offenen inneren Endbereich als auch einen offenen äußeren Endbereich aufweisen. Dieser Spiralkanaltyp kann typischer Weise in einstufigen Scrollmaschinen vorgefunden werden.
-
Das Verschließen des jeweiligen Endbereichs kann in einer Weiterbildung der Erfindung durch eine Verbindungstruktur erfolgen. Die Verbindungstruktur kann - bevorzugt einen inneren und/oder äußeren Endabschnitt - der mindestens einen Spiralrippe mit einer in einer Radialrichtung benachbarten Spiralrippe verbinden.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der erste Spiralkanaltyp eine erste Kanaltiefe und der mindestens eine zweite Spiralkanaltyp eine zweite Kanaltiefe auf, wobei die zweite Kanaltiefe kleiner ist als die erste Kanaltiefe, wodurch beispielsweise bei einer mehrstufigen Ausgestaltung der Scrollmaschine Dichteänderungen berücksichtigt werden können. Die Kanaltiefe gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist in dem jeweiligen Spiralkanaltyp konstant.
-
Darüber hinaus sieht eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vor, dass die erste Spiraleinheit und die zweite Spiraleinheit jeweils mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, noch weiter bevorzugt mindestens vier symmetrisch angeordnete Spiralrippen und/oder Spiralkanäle aufweisen können. Durch die Mehrzahl von Spiralrippen und/oder Spiralkanälen kann die Druckdifferenz zwischen den in benachbarten Spiralkanälen ausgebildeten Druckkammern reduziert werden, wodurch Spaltströmungen über die als Spiralrippenspitzen bezeichneten freien Enden der Spiralrippen reduziert werden können. Die Spiralrippen können an dem freien Ende Dichtungen aufweisen. Bei einstufigen oder auch mehrstufigen Scrollmaschinen kann jedoch die Druckdifferenz zwischen den in benachbarten Spiralkanäle ausgebildeten Druckkammern ausreichend gering sein, wodurch auf eine solche Dichtung an den freien Enden der Spiralrippen bzw. der Spiralrippenspitzen verzichtet werden kann.
-
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die zweite Mittelachse in dem Kurbelradius bzw. Orbitalradius parallel und beabstandet zu der ersten Mittelachse angeordnet ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn weiterhin die zweite Mittelachse um eine dritte Mittelachse in der Umlaufbahn geführt ist, wobei die dritte Mittelachse in der geometrischen Mitte der Umlaufbahn parallel zu der zweiten Mittelachse angeordnet ist.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die dritte Mittelachse koaxial zu der ersten Mittelachse angeordnet, wodurch die Umlaufbahn symmetrisch um die erste Mittelachse angeordnet ist.
-
Während die erste Spiraleinheit in der ersten Mittelachse auf einer ersten Antriebswelle - bevorzugt drehfest - angeordnet sein kann, kann die zweite Spiraleinheit drehbeweglich und exzentrisch auf einer zweiten Antriebswelle gelagert sein. Die exzentrische Lagerung erfolgt vorzugsweise über mindestens einen Exzenterabschnitt. Über den Exzenterabschnitt ist die zweite Spiraleinheit mit der Antriebswelle gekoppelt. Der mindestens eine Exzenterabschnitt kann sowohl seitens der zweiten Spiraleinheit als auch seitens der Antriebswelle ausgebildet sein, wobei in dem Exzenterabschnitt die drehbewegliche Verbindung über ein Lager erfolgt, welches vorzugsweise Axialkräfte aufnehmen kann.
-
Der Exzenterabschnitt kann sowohl im Bereich einer inneren Mantelfläche und/oder einer äußeren Mantelfläche der Spiraleinheit und/oder der Antriebswelle ausgebildet sein, wobei bevorzugt der Exzenterabschnitt auf der zweiten Antriebswelle nach Art eines Exzenter- oder Kurbelzapfens ausgebildet ist.
-
Der Exzenterabschnitt gibt bevorzugt den Kurbelradius bzw. den Orbitalradius der Umlaufbahn vor. Dementsprechend entspricht die Exzentrizität des Exzenterabschnitts in einer bevorzugten Ausgestaltung dem Orbitalradius bzw. dem Kurbelradius.
-
Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die erste Spiraleinheit durch einen ersten Antrieb antreibbar ist und die zweite Antriebswelle mit dem ersten Antrieb gekoppelt ist, und/oder dass die zweite Antriebswelle unabhängig von dem ersten Antrieb über einen zweiten Antrieb angetrieben werden kann. Für den Fall, dass die zweite Antriebswelle mit dem ersten Antrieb der ersten Spiraleinheit gekoppelt ist, kann mit dem ersten Antrieb sowohl die erste Spiraleinheit als auch die zweite Spiraleinheit um die erste bzw. zweite Mittelachse synchron gedreht werden, als auch zeitgleich die zweite Mittelachse in der Umlaufbahn um die erste Mittelachse geführt werden kann.
-
Die Orbitalbewegung der zweiten Spiraleinheit entlang der Umlaufbahn um bevorzugt die erste und dritte Mittelachse erfolgt vorzugsweise entgegen der Drehrichtung der ersten Spiraleinheit. Weiter bevorzugt erfolgt die Bewegung der zweiten Mittelachse entlang der Umlaufbahn unabhängig von einer Drehung der ersten Spiraleinheit um die erste Mittelachse und der zweiten Spiraleinheit um die zweite Mittelachse.
-
Die Kopplung der zweiten Antriebswelle mit dem ersten Antrieb der ersten Antriebswelle kann in einem festen Verhältnis erfolgen, beispielsweise 1:1, 1:2 oder 1:3, wobei mindestens eine Untersetzung und/oder mindestens eine Übersetzung beliebig vorgeben werden kann. Sobald sowohl die erste Antriebswelle als auch die zweite Antriebswelle angetrieben wird, arbeitet die Scrollmaschine nach dem Funktionsprinzip des „Corotating-Counter-Orbiting-Scroll“.
-
Erfolgt ein Antrieb der zweiten Antriebswelle - unabhängig von der ersten Antriebswelle - kann bei einer feststehenden ersten Antriebswelle und einer angetriebenen ersten Antriebswelle das Funktionsprinzip „Co-Rotating-Scroll“ realisiert werden. Wird lediglich die zweite Antriebswelle - bevorzugt mittels eines zweiten Antriebs - angetrieben und die erste Antriebswelle steht fest, kann das Funktionsprinzip „Orbiting-Scroll“ realisiert werden, wobei eine Selbstdrehung der Spiraleinheiten gegeneinander um die jeweilige erste und zweite Mittelachse durch die Transmissionseinheit verhindert wird.
-
Die zweite Antriebswelle kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung durch einen zweiten Antrieb angetrieben werden. Der zweite Antrieb kann darüber hinaus eine geringere Leistung als der erste Antrieb aufweisen und die Drehzahl der zweiten Antriebswelle kann beliebig eingestellt werden. Dabei wird der zweite Antrieb bevorzugt derart angesteuert, dass die zweite Mittelachse entgegen der Drehrichtung der ersten Mittelachse entlang der Umlaufbahn um die erste Mittelachse bewegt wird.
-
Nach Maßgabe einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Gehäuse vorgesehen. In dem Gehäuse können die erste Spiraleinheit und die zweite Spiraleinheit angeordnet sein und das Gehäuse kann ferner mindestens zwei Öffnungen aufweisen, die mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass bilden, durch den das Medium in das Gehäuse einströmen kann und über den mindestens einen Spinalkanal der ersten und der zweiten Spiraleinheit zu dem Auslass strömen kann. Bevorzugt ist dabei eine der mindestens zwei Öffnungen mit dem äußeren Endbereich und eine andere der mindestens zwei Öffnungen mit dem inneren Endbereich verbunden.
-
Die eine Öffnung der mindestens zwei Öffnungen, die mit dem äußeren Endbereich des mindestens einen Spiralkanals der ersten Spiraleinheit und/oder der zweiten Spiraleinheit verbunden ist, bildet für die als Scrollkompressor ausgebildete Scrollmaschine den Einlass und bei einem Scrollexpander den Auslass. Die andere Öffnung der mindestens zwei Öffnungen ist mit dem inneren Endbereich des mindestens einen Spiralkanals der ersten Spiraleinheit und/oder der zweiten Spiraleinheit verbunden und bildet für die als Scrollkompressor ausgebildete Scrollmaschine einen Auslass und bei einem Scrollexpander den Einlass. Bevorzugt ist diese andere Öffnung über einen Leitungskanal mit dem inneren Endbereich der ersten Spiraleinheit und/oder der zweiten Spiraleinheit verbunden, wobei der Leitungskanal vorzugsweise parallel zu der ersten Mittelachse und/oder der zweiten Mittelachse, parallel zu der dritten Mittelachse und/oder durch die erste Antriebswelle und/oder die zweite Antriebswelle - zumindest bereichsweise - durchgeführt ist.
-
Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass mindestens eine dritte Öffnung in dem Gehäuse vorgesehen ist, wobei die mindestens eine dritte Öffnung zur Zwischenentnahme oder Einspritzung mit mindestens einem Spiralkanal der ersten Spiraleinheit und/oder der zweiten Spiraleinheit verbunden ist. Die dritte Öffnung bildet bei einer Einspritzung einen zweiten Einlass. Bevorzugt ist die dritte Öffnung mit einem Spiralkanal vom ersten Spiralkanaltyp oder zweiten Spiralkanaltyp verbunden und die Einspritzung des Mediums in den mindestens einen Spiralkanal der ersten Spiraleinheit und/oder der zweiten Spiraleinheit erfolgt in einem umschlossenen äußeren Endbereich. Die Einspritzung kann jedoch auch in mindestens einem Spiralkanal der ersten Spiraleinheit und/oder der zweiten Spiraleinheit zwischen dem äußeren Endbereich und dem inneren Endbereich oder in dem Leitungskanal, der mindestens zwei Spiralkanäle verbindet, erfolgen.
-
Durch die mindestens eine dritte Öffnung kann das Medium entweder vor einer weiteren Volumenänderung, insbesondere bei einer zweistufigen Scrollmaschine, abgeführt werden. Dies kann beispielsweise dann zweckmäßig sein, wenn das Medium mit unterschiedlichen Drücken beispielsweise für eine Kälteanlage bereitgestellt werden soll.
-
Auch kann das Medium auf diese Weise bei einer mehrstufigen Scrollmaschine entweder zwischen zwei in Reihe geschalteten Spiralkanälen im flüssigen und/oder gasförmigen Zustand eingeleitet bzw. eingespritzt werden, oder abgeführt werden. Dies kann beispielsweise dann zweckmäßig sein, wenn das Medium mit unterschiedlichen Drücken zu der Scrollmaschine herangeführt wird.
-
Auch kann die Einspritzung zur Kühlung verwendet werden. Hierzu kann das zum Kühlen verwendete Medium durch den zweiten Einlass in einen Spiralkanal, insbesondere vom zweiten Spiralkanaltyp, im äußeren Endbereich eingebracht werden. Dieser mindestens eine Spiralkanal kann benachbarte Spiralkanäle kühlen. Eine Vermischung des Mediums in benachbarte Spiralkanäle kann erst bei oder nach dem Verlassen der Spiralkanäle, bevorzugt in einem Leitungskanal, erfolgen.
-
Eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Transmissionseinheit eine Drehgeschwindigkeit und die Drehrichtung der ersten Spiraleinheit und der zweiten Spiraleinheit synchronisiert. Durch den Gleichlauf der ersten Spiraleinheit um die erste Mittelachse und der zweiten Spiraleinheit um die zweite Mittelachse kann das Medium in Druckkammern entlang der Spiralkanäle zwischen dem äußeren Endbereich und dem inneren Endbereich zum Expandieren oder Komprimieren verlagert werden.
-
Nach Maßgabe einer Weiterbildung kann die Transmissionseinheit mindestens zwei Mitnehmer umfassen, die in korrespondierende Aufnahmen eingreifen. Die Mitnehmer stehen bevorzugt stirnseitig von einer der Spiraleinheiten in Richtung der jeweils anderen Spiraleinheit ab und greifen dort in die korrespondierenden Aufnahmen, um das Drehmoment von der einen Spiraleinheit zu der anderen Spiraleinheit zu übertragen. Bevorzugt können die Mitnehmer in den korrespondierenden Aufnahmen eine Bewegung des eingreifenden Mitnehmers ermöglichen, wobei der Mitnehmer innerhalb eines Kurbelradius innerhalb der Aufnahme bei einer Drehung der ersten Mittelachse orbitiert.
-
Eine Weiterbildung der Scrollmaschine sieht vor, dass die erste Spiraleinheit und/oder die zweite Spiraleinheit in dem äußeren Endbereich eine Kanalverjüngung aufweisen bzw. aufweist. Die Kanalverjüngung kann in den jeweiligen Spiralkanal - vorzugsweise in Richtung der jeweiligen Mittelachse - ragen und mit einem äußeren Endabschnitt der mindestens einen Spiralrippe der anderen Spiraleinheit zum Verschließen der Druckkammer zusammenwirken.
-
Die Kanalverjüngung kann weiter bevorzugt hohlkehlförmig in den Spiralkanal ragen, wobei der hohlkehlförmige Bereich weiterhin bevorzugt einen konstanten Radius aufweist, der in Relation zu dem Kurbelradius steht. Der äußere Endabschnitt der mindestens einen Spiralrippe der anderen Spiraleinheit wirkt mit dem hohlkehlförmigen Bereich, insbesondere beim oder nach dem Einsaugen des Mediums, zusammen und verschließt die Druckkammer frühzeitig, damit eine Rückströmung aus der sich schließenden Druckkammer verhindert ist. Durch diese Maßnahme kann der Durchsatz weiter gesteigert werden.
-
Darüber hinaus können bzw. kann die erste Spiraleinheit und/oder die zweite Spiraleinheit einen Einlauf aufweisen, der in einen äußeren Endbereich des mindestens einen Spiralkanals mündet. Der Einlauf bildet bevorzugt den Übergang zwischen einem ringförmigen Plenum des Leitungskanals und dem mindestens einen Spiralkanal und kann weiter V-förmig sein. Der Einlauf verjüngt sich vorzugsweise in Richtung des äußeren Endbereichs des mindestens einen Spiralkanals.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit einer zuvor beschriebenen Scrollmaschine. Unter einer Kälteanlage werden bevorzugt alle nach dem Dampfkompressionsprinzip arbeitenden Anlagen verstanden, also bspw. auch Anlagen zur Klimatisierung, Heizung (Wärmepumpen), Stromerzeugung (Organic Rankine Cycle - Anlagen) o.Ä. Die Kälteanlage kann einen Kältemittelkreislauf mit mindestens einem Expansionsorgan wie beispielsweise ein Expansionsventil aufweisen, wobei bevorzugt CO2 als Medium bzw. Kältemittel verwendet wird. Weiterhin ist die Scrollmaschine bevorzugt bei der Verwendung von CO2 als Medium wie zuvor beschrieben zweistufig ausgebildet.
-
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Scrollmaschine im Detail beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte und schematische Schnittdarstellung einer Scrollmaschine mit einer um eine erste Mittelachse drehbaren ersten Spiraleinheit und einer um eine zweite Mittelachse drehbaren zweiten Spiraleinheit,
- 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung der teilzerlegten Scrollmaschine gemäß 1,
- 3 eine schematische Darstellung der ersten Spiraleinheit und einer zweiten Spiraleinheit der Scrollmaschine gemäß den 1 oder 2 im Betriebsmodus „Orbiting-Scroll“, wobei die zweite Spiraleinheit in einer Umlaufbahn um die erste Mittelachse der ersten Spiraleinheit bewegt wird,
- 4 eine schematische Darstellung der ersten Spiraleinheit und einer zweiten Spiraleinheit beim „Co-Rotating-Scroll“, wobei die erste Spiraleinheit und die zweite Spiraleinheit in die gleiche Richtung und mit einer synchronisierten Drehgeschwindigkeit jedoch um eine in einem Kurbelradius versetzt angeordnete erste und zweite Mittelachsen drehen,
- 5 eine schematische Darstellung der ersten Spiraleinheit und einer zweiten Spiraleinheit beim „Corotating-Counter-Orbiting-Scroll“, wobei die erste Spiraleinheit und zweite Spiraleinheit in die gleiche Drehrichtung und mit einer synchronisierten Drehgeschwindigkeit jedoch um in einem Kurbelradius versetzt angeordnete erste und zweite Mittelachse drehen und zeitgleich die zweite Mittelachse um die erste Mittelachse in einer Umlaufbahn bewegt ist,
- 6 ein vereinfachter Längsschnitt wesentlicher Komponenten einer weiteren Scrollmaschine mit einer ersten Spiraleinheit und einer zweiten Spiraleinheit, wobei die erste und die zweite Spiraleinheit eine Mehrzahl von evolventenförmigen Spiralrippen aufweist,
- 7 eine Schnittdarstellung durch die Scrollmaschine in der Schnittlinie A-A gemäß 6,
- 8 ein vereinfachter Längsschnitt einer Weiterbildung der Scrollmaschine gemäß 1 und 2 mit einer Einspritzung, und
- 9 eine schematische Darstellung einer Kälteanlage mit einer Scrollmaschine gemäß 8.
-
Nachfolgend werden gleiche oder funktional gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Übersichtlichkeit halber sind in den einzelnen Figuren nicht alle gleichen oder funktional gleichen Teile mit einer Bezugsziffer versehen.
-
1 zeigt eine als Scrollmaschine 2 ausgebildete Fluidenergiemaschine für ein Medium, vorzugsweise ein Kältemittel. Die Scrollmaschine 2 kann ein Scrollkompressor oder ein Scrollexpander sein.
-
Die Scrollmaschine 2 umfasst ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Gehäuse, welches in mehrere Gehäuseabschnitte 11, 12, 13, 14 unterteilt werden kann.
-
Weiterhin umfasst die Scrollmaschine 2 eine erste Spiraleinheit 120 und eine zweite Spiraleinheit 220. Die erste Spiraleinheit 120 ist um eine erste Mittelachse X1 in dem Gehäuse 10 drehbar gelagert. Die erste Mittelachse X1 entspricht der Rotationsachse der erste Spiraleinheit 120.
-
Die erste Spiraleinheit 120 ist über eine erste Antriebswelle 110 mit einem ersten Antrieb 70 gekoppelt, wobei der erste Antrieb 70 die erste Spiraleinheit 120 in eine Drehung in eine Drehrichtung ω1 um die erste Mittelachse X1 versetzen kann. Sowohl die Spiraleinheit 120 als auch die Antriebswelle 110 und/oder der erste Antrieb 70 können in dem Gehäuse 10 bzw. in den Gehäuseabschnitten 11, 12 eingehaust bzw. angeordnet sein. Die Antriebswelle 110 kann mittels eines Lagers 105 an einem ersten vorzugsweise deckelförmigen Gehäuseabschnitt 11 gelagert sein und mittels eines Lagers 106 an dem zweiten Gehäuseabschnitt 12.
-
Die zweite Spiraleinheit 220 ist um eine zweite Mittelachse X2 in dem Gehäuse 10 in eine Drehrichtung ω2 drehbar gelagert, wobei die zweite Mittelachse X2 der Rotationsachse der zweiten Spiraleinheit 120 entspricht. Die zweite Mittelachse X2 ist versetzt zu der ersten Mittelachse X1 angeordnet. Bevorzugt sind die erste Mittelachse X1 und die zweite Mittelachse X2 parallel und beabstandet angeordnet, wobei ein Abstand zwischen der ersten Mittelachse X1 und der zweiten Mittelachse X2 als Kurbelradius δ bezeichnet wird.
-
Die erste Spiraleinheit 120 umfasst einen Spiralrippenträger 125, über welchen sich mindestens eine erste Spiralrippe 130 erhebt und von einer ersten Seite des Spiralrippenträgers 125 stirnseitig in Richtung der ersten Mittelachse X1 absteht. Die mindestens eine erste Spiralrippe 130 bildet auf der ersten Seite des Spiralrippenträgers 125 mindestens einen Spiralkanal 140 aus. Ferner weist die Spiralrippe 130 eine stirnseitige Spiralrippenspitze 132 auf, die entweder eine Dichtung aufweisen kann oder als flache Spitze ausgebildet sein kann. Weiterhin kann die jeweilige erste Spiralrippe 130 einen inneren Endabschnitt 136 und/oder einen äußeren Endabschnitt 138 aufweisen.
-
Bedingt durch die Evolventenform der mindestens einen ersten Spiralrippe 130 ist der mindestens eine erste Spiralkanal 140 evolventenförmig und erstreckt sich von einem äußeren Endbereich 144 zu einem inneren Endbereich 142. Der innere Endbereich 142 liegt bezogen auf die erste Mittelachse X1 radial innen und der äußere Endbereich 144 bezogen auf die erste Mittelachse X1 radial außen. Der mindestens eine Spiralkanal 140 ist U-förmig und weist einen durch den Spiralrippenträger 125 gebildeten Spiralkanalboden 141 auf und wird in den radialen Richtungen von der mindestens einen Spiralrippe 130 begrenzt.
-
Die zweite Spiraleinheit 220 umfasst einen zweiten Spiralrippenträger 225, von dem sich mindestens eine zweite Spiralrippe 230 erhebt und von einer ersten Seite des zweiten Spiralrippenträgers 225 in Ausrichtung der zweiten Mittelachse X2 absteht.
-
Die mindestens eine zweite Spiralrippe 230 bildet auf der zweiten Seite des Spiralrippenträgers 225 mindestens einen Spiralkanal 240 aus. Ferner weist die Spiralrippe 230 eine stirnseitig ausgebildete Spiralrippenspitze 232 auf, die entweder eine Dichtung aufweisen kann oder als flache Spitze ausgebildet sein kann. Weiterhin kann die jeweilige zweite Spiralrippe 230 einen inneren Endabschnitt 236 und/oder einen äußeren Endabschnitt 238 aufweisen.
-
Bedingt durch die Evolventenform der mindestens einen zweiten Spiralrippe 230 ist der mindestens eine zweite Spiralkanal 240 evolventenförmig und erstreckt sich von einem äußeren Endbereich 244 zu einem inneren Endbereich 242. Der innere Endbereich 242 liegt bezogen auf die zweite Mittelachse X2 radial innen und der äußere Endbereich 244 bezogen auf die zweite Mittelachse X2 radial außen. Der mindestens eine Spiralkanal 240 ist U-förmig und weist einen durch den Spiralrippenträger 225 gebildeten Spiralkanalboden 241 auf und wird in den radialen Richtungen von der mindestens einen Spiralrippe 230 begrenzt.
-
Die erste Spiraleinheit 120 und die zweite Spiraleinheit 220 sind relativ zueinander in dem Kurbelradius 5 versetzt angeordnet und die mindestens eine erste Spiralrippe 130 der ersten Spiraleinheit 120 und die mindestens eine zweite Spiralrippe 230 der zweiten Spiraleinheit 220 greifen ineinander bzw. verkämmen - wie in 1 gezeigt ist. Bei dem Ineinandergreifen oder Verkämmen greifen die ersten Spiralrippen 130 in die zweiten Spiralkanäle 240 und die zweite Spiralrippen 230 in die ersten Spiralkanäle 140. Die Spiralrippenspitze 232 der zweiten Spiralrippen 230 wirken dichtend mit dem Spiralkanalboden 141 der ersten Spiraleinheit 120 zusammen und die Spiralrippenspitze 132 der ersten Spiralrippen 130 wirken mit dem Spiralkanalboden 241 der zweiten Spiraleinheit 230 zusammen.
-
Die Verdichtung oder die Expansion des Mediums in der Scrollmaschine erfolgt mittels einer später noch im Detail beschriebenen Relativbewegung in einer Ebene senkrecht zu der ersten und/oder zweiten Mittelachse X1, X2 zwischen der ersten Spiraleinheit 120 und der zweiten Spiraleinheit 220.
-
Das Medium wird in mindestens einer, vorzugsweise mehreren Druckkammern 40 zum Verdichten oder Expandieren des Mediums von den äußeren Endbereichen 144, 244 zu den inneren Endbereichen 142, 242 der Spiralkänale 140, 240 - oder vice versa - verdichtet oder entspannt und dabei erfährt die jeweilige Druckkammer 40 eine Volumenänderung. Die jeweilige Druckkammer 40 wird zwischen den Endbereichen 142, 242, 144, 244 jeweils einer der ersten und zweiten Spiralrippe 130, 230 und den Spiralkanalböden 141, 241 eingeschlossen.
-
Die zweite Spiraleinheit 230 ist auf einer zweiten Antriebswelle 210 drehbeweglich um die zweite Mittelachse X2 gehalten und die zweite Antriebswelle 210 ist um eine dritte Mittelachse X3 in dem Gehäuse 10 drehbeweglich gelagert. Die dritte Mittelachse X3 kann - wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 - koaxial zu der ersten Mittelachse X1 angeordnet sein und die Lagerung gegenüber dem Gehäuse 10 kann über Wellenlager 205, 206 erfolgen.
-
Die zweite Antriebswelle 210 kann mittelbar oder unmittelbar mit dem ersten Antrieb 70 gekoppelt sein und von dem ersten Antrieb 70 in eine Drehbewegung um die Mittelachse X3 versetzt werden. Beispielsweise kann zwischen der zweiten Antriebswelle 210 und dem ersten Antrieb 70 ein (nicht dargestelltes) übersetzendes oder untersetzendes Getriebe angeordnet sein, welches die Antriebswelle 210 in eine Drehbewegung um die Mittelachse X3 und in eine - bevorzugt entgegengesetzte - Drehrichtung zu der ersten Antriebswelle 110 versetzt.
-
Alternativ kann die zweite Antriebswelle 210 durch einen zweiten Antrieb 80 unabhängig von dem ersten Antrieb 70 angetrieben werden.
-
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist weiterhin ersichtlich, dass die zweite Spiraleinheit 220 über einen Exzenterabschnitt 215 exzentrisch zur der Mittelachse X3 an der zweiten Antriebswelle 210 drehbeweglich gelagert ist, wobei der Kurbelradius δ die Exzentrizität des Exzenterabschnitts 215 vorgibt.
-
Der Exzenterabschnitt 215 kann an der zweiten Antriebswelle 210 beispielsweise als Exzenterzapfen ausgebildet sein und über diesen Exzenterabschnitt 215 ist die zweite Spiraleinheit 220 bzw. der Spiralrippenträger 225 mittels mindestens eines Lagers 218 mit der zweiten Antriebswelle 210 verbunden. Das mindestens eine Lager 218 kann ein Axial-/Radial-Lager sein, welches resultierende Radial- und Axialkräfte aufnehmen kann.
-
Wird eine Selbstdrehung der zweiten Spiraleinheit 220 unterbunden, kann die zweite Spiraleinheit 220 durch eine Drehung der zweiten Antriebswelle 210 entlang einer Umlaufbahn 0 um die dritte Mittelachse X3 in einer Bewegungsrichtung ω3 bewegt werden.
-
Der Spiralrippenträger 225 kann auf einer von den zweiten Spiralrippen 230 abgewandten ersten Seite einen das mindestens eine Lager 218 aufnehmenden ringförmigen Fortsatz 226 aufweisen, der zusammen mit dem mindestens einen Lager 218 den Exzenterabschnitt 215 übergreift.
-
Weiter ist unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ersichtlich, dass die Scrollmaschine 2 eine Transmissionseinheit 60 aufweist, durch die die erste Spiraleinheit 120 und die zweite Spiraleinheit 220 rotatorisch - bevorzugt drehstarr -gekoppelt sind. Die Transmissionseinheit 60 überträgt eine Drehbewegung der ersten Spiraleinheit 120 auf die zweite Spiraleinheit 220, wobei die Übertragung der Drehbewegung synchron erfolgt. Ist der Antrieb 70 deaktiviert, verhindert die Transmissionseinheit 60 eine Drehbewegung der ersten Spiraleinheit 120 um die erste Mittelachse X1 und eine Drehbewegung der zweiten Spiraleinheit 220 um die zweite Mittelachse X2.
-
Die Transmissionseinheit 60 kann analog zu der aus der
WO 2018 134 739 A1 bekannten Transmissionseinheit mindestens zwei Stifte 62 und Aufnahmen 64 aufweisen, wobei die Stifte 62 von einer der zwei Spiraleinheiten 120, 220 in Richtung der anderen der zwei Spiraleinheiten 120, 220 abstehen und in Aufnahmen 64 als Mitnehmer eingreifen. Die Stifte 62 bzw. die Aufnahmen 64 sind bevorzugt umfangssymmetrisch um die jeweilige Mittelachse X1, X2 angeordnet.
-
Die Stifte 62 und die Aufnahmen 64 sind in einer bevorzugten Ausgestaltung zylindrisch ausgebildet, wobei die Aufnahmen 64 eine Relativbewegung der Stifte 62 innerhalb einer Orbitalbahn mit einem Orbitalbahnradius in der Aufnahme 64 um den Mittelpunkt der Aufnahmen 64 zulassen. Der Orbitalbahnradius entspricht dem Kurbelradius δ.
-
Das Gehäuse 10 weist ferner mindestens zwei Öffnungen 20 auf, wobei eine der mindestens zwei Öffnungen 20 einen Einlass 22 und die andere der mindestens zwei Öffnungen 20 einen Auslass 24 für das Medium bildet. Die jeweilige Öffnung 20 kann über einen Leitungskanal 25, 26 mit dem inneren Endbereich 142, 242 oder dem äußeren Endbereichen 144, 244 verbunden sein.
-
Bei einer als Scrollkompressor bzw. -verdichter ausgebildeten Scrollmaschine 2 kann eine der mindestens zwei Öffnungen 20 radial beabstandet zu den Spiraleinheiten 120, 220 in dem Gehäuse 10 angeordnet sein und einen Einlass 22 bilden, durch den das Medium zu den äußeren Endbereichen 144, 244 der Spiralkanäle 140, 240 gelangen kann.
-
Die inneren Endbereiche 142, 242 können auf vielfältige Weise mit einer den Auslass 24 bildenden Öffnung 20 verbunden sein, wobei es sich anbietet, das Medium durch einen Leitungskanal 26 durch die erste Antriebswelle 110 oder die zweite Antriebswelle 210 zu führen.
-
Die Scrollmaschine 2 kann mehrere Funktionsprinzipien realisieren, nämlich „Orbiting-Scroll“, „Co-Rotating-Scroll“ und „Corotating-Counter-Orbiting-Scroll“. Diese Funktionsweisen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden 3-5 anhand eines Scrollkompressors erläutert.
-
Allgemein zeigen die 3a-5e schematisch die erste Spiraleinheit 120 und die zweite Spiraleinheit 220 mit jeweils einer Spiralrippe 130, 230, die ineinander verkämmen. Die erste Spiralrippe 130 der ersten Spiraleinheit 120 ist als fette Linie dargestellt, währenddessen die zweite Spiralrippe 230 der zweiten Spiraleinheit 220 als Doppellinie kenntlich gemacht ist. Ein Piktogramm soll in jeder der 3a bis 5e die Relativbewegungen veranschaulichen, wobei in den 3e, 4e und 5e die Piktogramme erläuternde Bezugszeichen aufweisen.
-
In den 3a bis 3e ist zum besseren Verständnis eine der Druckkammern 40 mit einem Karomuster kenntlich gemacht, wobei den Figuren entnommen werden kann, dass die Druckkammer 40 von dem äußeren Endbereich 144, 244 der Spiralkanäle 140, 240 zu dem inneren Endbereichen 142, 242 eine Volumenänderung bzw. Volumenverkleinerung erfährt, welche durch eine Maschenweite des Karomusters veranschaulicht werden soll.
-
In den 3a bis 3e wird die Scrollmaschine 2 in der Funktionsweise „Orbiting-Scroll“ betrieben, wobei die erste Antriebswelle 110 feststehend ist und keine Bewegung vornimmt. Folglich können die erste Spiraleinheit 120 und die zweite Spiraleinheit 220 nicht um ihre eigene Mittelachse X1, X2 rotieren, somit sind ω1=0 und ω2=0. Ausschließlich die zweite Antriebswelle 210 wird - beispielsweise von dem zweiten Antrieb 80 - angetrieben, wobei die zweite Spiraleinheit 220 mittels des Exzenterabschnitts 215 derart bewegt wird, dass die zweite Mittelachse X2 bei einer vollständigen Drehung der zweiten Antriebswelle 210 um die dritte Mittelachse X3 in einer Umlaufbahn 0 bzw. Orbitalbahn einmal vollständig um die erste Mittelachse X1 geführt wird. Diese Bewegung ist mit ω3 gekennzeichnet.
-
Ausgehend von 3a bis 3e dreht die zweite Antriebswelle 210 jeweils um eine Viertelumdrehung. Entsprechend zeigen die 3a und 3e den Anfang bzw. das Ende eines Zyklus.
-
In 3a wird jeweils eine Druckkammer 40 am äußeren Endbereich 144, 244 der ersten Spiralrippe 130, 230 geschlossen. Durch die orientierende Bewegung ist in 3b die jeweilige Druckkammer 40 in Richtung der Orbitalbewegung um 90° verlagert. Die Spiralrippen 130, 230 öffnen an den äußeren Endbereichen 144, 244 der Spiralkanäle und saugen das Medium an.
-
Durch eine weitere Drehung der zweiten Antriebswelle 210 um 90° gemäß 3b und 3c wird die Druckkammer 40 mit dem Medium weiter in der Drehrichtung der zweiten Antriebswelle 210 verlagert und das Volumen der Druckkammer 40 wird weiter reduziert. In den äußeren Endbereichen 144, 244 öffnen sich die Spiralkanäle 140, 240 und saugen zur späteren Bildung einer weiteren Druckkammer 40 Medium ein.
-
Diese Bewegung ω3 erfolgt kontinuierlich und resultiert in einer Volumenreduzierung der Druckkammer 40. Sobald die Druckkammer 40 den inneren Endbereich 142, 242 der Spiralkanäle 140, 240 erreicht hat, kann das Medium über einen Leitungskanal 26 zu dem Auslass 24 geführt werden.
-
Die 4a bis 4d sollen in analoger Weise den Betrieb der Scrollmaschine 2 in dem Funktionsmodus „Co-Rotating-Scroll“ veranschaulichen. Die erste Antriebswelle 110 wird durch den ersten Antrieb 70 angetrieben und die erste Spiraleinheit 120 dreht sich um die erste Mittelachse X1 in der Drehrichtung ω1. Die Transmissionseinheit 60 überträgt diese Drehbewegung der ersten Spiraleinheit 120 auf die zweite Spiraleinheit 220, die um die zweite Mittelachse X2 in dem Kurbelradius δ versetzt zu der ersten Mittelachse X1 in der Drehrichtung ω2 dreht. Somit erfolgt die Drehung der zweiten Spiraleinheit 220 in der zweiten Mittelachse X2 versetzt zu der ersten Mittelachse X1, wobei die Drehrichtungen der beiden Spiraleinheiten in den 4a bis 4d mittels Pfeilen kenntlich gemacht sind. Folglich ist ω1 = ω2. Eine Drehung um die dritte Mittelachse X3 wird durch ein Festhalten des zweiten Antriebs 70 verhindert.
-
4a zeigt eine soeben geschlossene Druckkammer 40. Es ist ersichtlich, dass ausgehend von 4a die Druckkammer 40 entlang der Spiralkanäle 140, 240 von den äußeren Endbereichen 144, 244 in Richtung der inneren Endbereiche 142, 242 verdrängt wird und dabei eine Volumenverkleinerung erfährt. Dabei dreht die jeweilige Druckkammer 40 nicht zusammen mit den Spiraleinheiten 120, 220 um die jeweiligen Mittelachsen X1, X2, sondern verbleibt in einer konstanten Winkellage zu der jeweiligen Drehachse X1, X2. Die Druckkammer 40 wird durch zusammenwirkende erste und zweite Spiralrippen 130, 230 geschlossen, wobei die ersten und zweiten Spiralrippen 130, 230 die Druckkammer 40 in sogenannten „Actionlines“ (AL) verschließt, welche in 4e durch Strich-Punkt-Linien angedeutet sind.
-
In Abhängigkeit von der Spirallänge der Spiralkanäle 140, 240 erreicht die jeweilige Druckkammer 40 während einer Drehung der ersten Spiraleinheit 120 und der zweiten Spiraleinheit 220 um die jeweiligen Mittelachsen X1, X2 die inneren Endbereiche 142, 242 und das Medium kann aus der Druckkammer 40 durch den Leitungskanal 26 zu dem Auslass 24 geleitet werden.
-
Ein Zyklus beschreibt den Vorgang vom Eintritt des Mediums in dem äußeren Endbereich 144, 244 bis zum Auslassen des Mediums aus der Druckkammer 40 in dem inneren Endbereich 142, 242. Die Dauer des Zyklus' angegeben in Umdrehungen um die Mittelachsen X1, X2 hängt von der Länge der Spiralkanäle 240, 240 ab bzw. der Länge der Spiralrippen 130, 230 ab. Vorzugsweise dauert ein Zyklus ungleich einer vollständiger Umdrehungen der ersten und der zweiten Spiraleinheit 120, 220.
-
Die 5a bis 5e sollen in analoger Weise den Betrieb der Scrollmaschine 2 in der Funktionsweise „Corotating-Counter-Orbiting-Scroll“ veranschaulichen.
-
Die erste Antriebswelle 110 wird durch den ersten Antrieb 70 und die zweite Antriebswelle 210 wird unabhängig durch den zweiten Antrieb 80 angetrieben. Die Drehzahlverhältnisse der ersten Antriebswelle 110 und der zweiten Antriebswelle 210 sind beliebig wählbar, wobei die zweite Antriebswelle 210 bevorzugt in entgegengesetzter Drehrichtung zu der ersten Antriebswelle 110 bzw. der ersten und der zweiten Spiraleinheit 120, 220 gedreht wird. In den 5a bis 5e drehen zum besseren Verständnis beide Antriebswellen 110, 210 mit gleicher Drehzahl in entgegengesetzte Drehrichtungen.
-
Die erste Spiraleinheit 120 dreht sich analog zu den 4a bis 4e um die erste Mittelachse X1 in einer Drehrichtung ω1. Die Transmissionseinheit 60 überträgt die Drehbewegung der ersten Spiraleinheit 120 synchron auf die zweite Spiraleinheit 220, die somit eine synchrone Drehbewegung in einer Drehrichtung ω2 vornimmt. Die Drehung der zweiten Spiraleinheit 220 erfolgt aufgrund der um den Kurbelradius 5 versetzten Anordnung der zweiten Mittelachse X2 versetzt zu der ersten Mittelachse X1, wobei die Drehrichtungen ω1, ω2 der beiden Spiraleinheiten in den 5a bis 5e mittels Pfeilen kenntlich gemacht sind. Überlagert wird diese Bewegung durch eine Bewegung ω3 der zweiten Mittelachse X2 entlang der Umlauf- oder Orbitalbahn 0 um die erste Mittelachse X1 in Analogie zu dem „Orbiting-Scroll“ gemäß den 3a-3e. Zwischen den 5a und 5e drehen die Spiraleinheiten 120, 220 einmal vollständig um ihre jeweilige Drehachse X1, X2 und ebenfalls um die dritte Mittelachse X3.
-
Ausgehend von 5a, welche zwei soeben geschlossene Druckkammern 40 zeigt, wovon eine kenntlich gemacht ist, kann den 5b-5e entnommen werden, dass bereits nach einer Vierteldrehung der ersten Spiraleinheit 120, der zweiten Spiraleinheit 220 und der zweiten Antriebswelle 210, die Druckkammer 40 nach innen verlagert ist und die äußeren Endbereiche 144, 244 erneut zum Einsaugen von Medium und zur Bildung einer weiteren Druckkammer 40 geöffnet sind. Es kommt daher bei dem hier gezeigten Drehzahlverhältnis von 1:1 näherungsweise bereits zu einer Verdopplung des Durchsatzes durch die Scrollmaschine 2. Bei dem Drehzahlverhältnis 1:1 wird - wie aus 5c ersichtlich ist - erneut eine weitere Druckkammer 40 verschlossen, wobei durch die Wahl des Drehzahlverhältnisses der Durchsatz des Mediums eingestellt werden kann, ohne dass real höhere Motordrehzahlen des erstens Antriebs 70 und des zweiten Antriebs 80 erforderlich sind.
-
Eine weitere Ausführungsform der Scrollmaschine 2 wird anhand der 6 und 7 erläutert. Bereits an dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die beiden Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können.
-
In 6 wird ein Ausschnitt einer Scrollmaschine 2 gezeigt. Der Anschaulichkeit halber arbeitet die in 6 dargestellte Scrollmaschine 2 nach dem Prinzip „Corotating-Scroll“. Dargestellt sind die erste Antriebswelle 110 mitsamt Lagerung und die erste Spiraleinheit 120, welche auf der ersten Antriebswelle 110 angeordnet ist. Weiterhin ist eine zweite Spiraleinheit 220 dargestellt, die auf einer Welle 211 angeordnet ist und über diese an dem (nicht dargestellten) Gehäuse 10 abgestützt ist. Die zweite Spiraleinheit 220 ist um die zweite Mittelachse X2 drehbar.
-
Die Scrollmaschine 2 kann - wie dargestellt - eine rein nach dem Funktionsprinzip „Co-Rotating-Scroll“ arbeitende Scrollmaschine 2 sein, wobei die erste Mittelachse X1 und die zweite Mittelachse X2 um den Kurbelradius 5 versetzt angeordnet sind. Eine in 7 angedeutete Transmissionseinheit 60 koppelt die beiden Spiraleinheiten 120, 220 rotatorisch. Die beiden Spiraleinheiten 120, 220 drehen sich somit in die gleiche Richtung und mit einer synchronisierten Drehgeschwindigkeit jedoch um in einem Kurbelradius δ oder Orbitalradius versetzt angeordnete Drehachsen.
-
Alternativ kann die Scrollmaschine 2 - nicht dargestellt - eine rein nach dem Funktionsprinzip „Orbiting-Scroll“ oder „Co-Orbiting-Scroll“ arbeitende Scrollmaschine 2 sein, wobei die erste Spiraleinheit 120 und/oder die zweite Spiraleinheit 220 über einen Exzenterzapfen analog zu der zweiten Spiraleinheit 220 gemäß den
1 und
2 angetrieben wird. Eine Verdrehung der ersten Spiraleinheit 120 und/oder der zweiten Spiraleinheit 220 gegenüber dem Gehäuse 10 kann durch eine ebenfalls nicht dargestellte Kupplung realisiert werden, wie sie beispielsweise aus der
EP 3 540 229 A1 bekannt ist.
-
Eine weitere Alternative ist eine Scrollmaschine 2 gemäß den 1 bis 5e.
-
Die erste Spiraleinheit 120 und die zweite Spiraleinheit weisen jeweils mindestens zwei Spiralkanäle 140, 240 bzw. mindestens zwei Spiralrippen 130, 230 auf, wobei die Spiralrippen 130 der ersten Spiraleinheit 120 mit den Spiralrippen der zweiten Spiraleinheit verkämmen oder ineinandergreifen, um eine Mehrzahl von Druckkammern 40 zu bilden.
-
Die jeweilige Spiraleinheit 120, 220 kann mindestens zwei, vorzugsweise drei, noch weiter bevorzugt vier oder mehr Spiralrippen 130, 230 aufweisen. Scrollmaschinen 2 einer solchen Konfiguration werden auch „multispiral Scrolls“ genannt.
-
Die ersten Spiralrippen 130 der ersten Spiraleinheit 120 sind bevorzugt symmetrisch zu der ersten Mittelachse X1 angeordnet und die zweiten Spiralrippen 230 der zweiten Spiraleinheit 220 sind bevorzugt symmetrisch zu der zweiten Mittelachse X2 angeordnet.
-
Die durch die Mehrzahl von Spiralrippen 130, 230 gebildeten Spiralkanäle 140, 240 weisen einen inneren Endbereich 142, 242 und einen äußeren Endbereich 144, 244 auf. Die inneren Endbereiche 142, 242 liegen bezogen auf die Mittelachsen X1, X2 der jeweiligen Spiraleinheit 120, 220 radial innen und die äußeren Endbereiche 144, 244 bezogen auf die Mittelachse X1, X2 der jeweiligen Spiraleinheit 120, 220 radial außen. Die Spiralkanäle 140 ,240 sind im Querschnitt U-förmig und weisen einen durch den Spiralrippenträger 125, 225 der jeweiligen Spiraleinheit 120, 220 gebildeten Spiralkanalboden 141, 241 auf. Der jeweilige Spiralkanal 140, 240 wird durch zwei Spiralrippen 130, 230 radial begrenzt.
-
Ferner weisen die Spiralrippen 130, 230 jeweils eine stirnseitige Spiralrippenspitze 132, 232 auf, die entweder eine Dichtung oder Dichtungsgeometrie aufweisen kann oder als flache Spitze gemäß 6 ausgebildet sein kann. Aufgrund der geringeren Druckdifferenzen zwischen den Druckkammern 40 bilden sich über die jeweilige Spiralrippenspitze 132, 232 geringere Spaltströmungen aus.
-
Der jeweilige Spiralkanal 140, 240 weist eine Kanaltiefe T auf, wobei die Kanaltiefe T parallel zu der jeweiligen Mittelachse X1, X2 gemessen wird und den Abstand zwischen der stirnseitigen Spiralrippenspitze 132, 232 und dem Spiralkanalboden 141, 241 beschreibt.
-
Um eine mehrstufige Verdichtung oder Expansion des Mediums in der Scrollmaschine 2 zu bewerkstelligen, können wie im Nachfolgenden beschrieben, zwei Spiralkanäle 140 der ersten Spiraleinheit und/oder zwei Spiralkanäle 240 der zweiten Spiraleinheit 220 in Reihe geschlossen werden. Durch diese Verknüpfung der mindestens zwei Spiralkanäle können diese mindestens zwei Spiralkanäle 140, 240 nacheinander - also in Reihe - von dem Medium durchströmt werden, wodurch die Leistungsdichte erhöht werden kann und größere Druckverhältnisse umgesetzt werden können. Insbesondere wenn das Medium CO2 ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Scrollmaschine 2 mindestens zweistufig ist. Bevorzugt liegen hierbei alle Spiralkanäle 140, 240 in einer Ebene senkrecht zu der erste Mittelachse X1.
-
Eine Möglichkeit mindestens eine zweistufige Verdichtung oder Expansion des Mediums in der Scrollmaschine 2 zu bewerkstelligen, zeigen die 6 und 7, wobei der innere Endbereich 142, 242 mindestens eines Spiralkanals 140, 240 mit dem äußeren Endbereich 144, 244 eines anderen Spiralkanals 140, 240 der ersten Spiraleinheit 120 und/oder der zweiten Spiraleinheit 220 verbunden ist. Diese Verbindung führt zu einer Reihenschaltung der Spiralkanäle 140, 240.
-
Die Verbindung zwischen den zwei Spiralkanälen 140, 240 kann über einen Verbindungskanal 45 erfolgen, der einenends in dem einen Spiralkanal 140, 240 im inneren Endbereich 142 mündet und anderenends in dem anderen Spiralkanal 140, 240. Die Verbindungsleitung 45 ist in 7 durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
-
Der Verbindungskanal 45 ist auf der von den Spiralrippen 130, 230 abgewandten Seite in dem jeweiligen Spiralrippenträger angeordnet und kann entweder innerhalb des Spiralrippenträgers 125, 225 ausgebildet sein und oder außerhalb des Spiralrippenträgers 125, 225.
-
Weiterhin ist aus 7 ersichtlich, dass die erste Spiraleinheit 120 vier erste Spiralrippen 130 aufweist und vier Spiralkanäle 140 bildet, wobei die vier Spiralkanäle 140 in einen ersten Spiralkanaltyp 145 und einen zweiten Spiralkanaltyp 146 unterteilt werden können.
-
Der erste Spiralkanaltyp 145 weist einen offenen äußeren Endbereich 144 und einen umschlossenen inneren Endbereich 142' und der zweite Spiralkanaltyp 146 einen umschlossenen äußeren Endbereich 144' und einen zu einem Leitungskanal 26 geführten offenen inneren Endbereich 142 auf. Der Verbindungskanal 45 kann - wie in 7 gezeigt ist - den ersten Spiralkanaltyp 145 und den zweiten Spiralkanaltyp 146 verbinden, wobei der Verbindungskanal 45 bevorzugt in dem umschlossenen inneren Endbereich 142 des ersten Spiralkanaltyps 145 und in dem umschlossenen äußeren Endbereich 144' des zweiten Spiralkanaltyps 146 mündet. Der Verbindungskanal 45 ist auf der von den Spiralrippen 130 abgewandten Seite des Spiralrippenträgers 125 angeordnet.
-
Der umschlossene innere Endbereich 142' und der umschlossene äußere Endbereich 144' können jeweils durch eine Verbindungsstruktur 135 gebildet werden, die zwischen benachbarten Spiralrippen 130 der ersten Spiraleinheit 130 angeordnet sein können. Die Verbindungstruktur 135 umschließt den umschlossenen inneren Endbereich 142' und den umschlossenen äußeren Endbereich 144' des mindestens einen Spiralkanals 140 sowie eine Mündung des Verbindungskanals 45, vorzugsweise halbkreisförmig.
-
Die Spiralrippen 230 der zweiten Spiraleinheit 120 kämmen in den Spiralkanälen 130 der ersten Spiraleinheit 120 und es ist ersichtlich, dass die Spiralrippen 230, die in einen Spiralkanal 140 vom zweiten Spiralkanaltyp 146 mit einem offenen inneren Endbereich 142 eingreifen, in den inneren Endabschnitten 136 ebenfalls durch eine rippenförmige Verbindungstruktur 235 verbunden sein können. Die Spiralrippen 230 der zweiten Spiraleinheit 220 können eine geringere Wandstärke aufweisen als die Spiralrippen 130 der ersten Spiraleinheit 120. Auch kann bei dieser Ausgestaltung auf eine stirnseitige Dichtung auf den Spiralrippen 230 der zweiten Spiraleinheit 220 verzichtet werden, da eine Druckdifferenz zwischen den zwei Wandseiten der Spiralrippe 230 gering ist.
-
6 zeigt, dass die Spiralkanäle 140, 240 unterschiedliche Kanalhöhen T haben können. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der ersten Spiralkanaltyp 145 eine erste Kanaltiefe T1 auf und der zweite Spiralkanaltyp 146 eine zweite Kanaltiefe T2, wobei die zweite Kanaltiefe T2 kleiner ist als die erste Kanaltiefe T1. Unterschiedliche Kanaltiefen T1, T2 tragen insbesondere Dichteänderungen Rechnung, wobei typischerweise eine erste Stufe eine größere Kanaltiefe aufweist und die zweite Stufe eine kleinere Kanaltiefe.
-
Weiterhin kann der 6 entnommen werden, dass die äußeren Endbereiche 144, insbesondere die offenen äußeren Endbereiche 144, der Spiralkanäle 140 der ersten Spiraleinheit 120 in einen Einlauf 147 münden, durch den das Medium von der mindestens einen Öffnung 20 zu dem mindestens einen Spiralkanal 140 geleitet werden kann und vice versa. Zwischen der Öffnung 20 und dem Einlauf 147 ist der Leitungskanal 25 angeordnet, der in einem ringförmigen Plenum 28 um die Spiraleinheiten 120, 220 mündet.
-
Der Einlauf 147 kann V-förmig ausgebildet sein und einen sich in Richtung des Spiralkanals 140 verjüngenden Querschnitt aufweisen.
-
Darüber hinaus kann der äußere Endbereich 144 eine Kanalverjüngung 148 aufweisen.
-
Die Kanalverjüngung 148 kann von einer radial außen liegenden Spiralrippe 130 gebildet sein, und hohlkehlförmig in den jeweiligen Spiralkanal 140 ragen. Ein korrespondierender äußerer Endabschnitt 238 der zweiten Spiralrippe 230 kann entlang der Kanalverjüngung 148 kämmen und mit dieser zum vorzeitigen Verschließen der Druckkammer 40 zusammenwirken. Der Radius der in den Spiralkanal ragenden Kanalverjüngung 148 steht in Wechselbeziehung mit dem Kurbelradius δ.
-
Die Kanalverjüngung 148 kann ein frühzeitiges Schließen der Druckkammern 40 in dem jeweiligen Spiralkanal 140 ermöglichen und Rückströmungen aus der sich bildenden Druckkammer 40 entgegenwirken.
-
8 zeigt eine Weiterbildung der Scrollmaschine 2. Angemerkt wird, dass die im Zusammenhang mit dieser Weiterbildung erläuterten Merkmale auf eine Scrollmaschine 2 gemäß der 1, 2 und 6, 7 übertragen werden können.
-
Gemäß 8 kann ein weiterer Leitungskanal 27 vorgesehen sein. Der Leitungskanal 27 kann mit einer dritten Öffnung 20 im Gehäuse 10 verbunden sein, die bevorzugt einen zweiten Einlass 23 für das Medium bildet.
-
Der Leitungskanal 27 kann von der von den Spiralrippen 230 abgewandten Seite der zweiten Spiraleinheit 220 zu dem Spiralkanal 240 herangeführt werden und in dem äußeren Endbereich 244 münden. Der bzw. die Spiralkanäle 240 in den der Leitungskanal 27 mündet sind vorzugsweise als zweiter Spiralkanaltyp 245 ausgebildet und weisen einen umschlossenen äußeren Endbereich 244' auf. Dadurch wird eine Vermischung mit dem Medium, welches durch den Einlass 22 und dem Plenum 28 in die anderen Spiralkanäle 140, 240 und durch den zweiten Einlass 23 eingebracht wird, zunächst verhindert. Sobald das Medium die Spiralkanäle 130, 230 am inneren Endbereich 142, 242 verlässt, bzw. aus den Druckkammern 40 ausgestoßen wird, kann die Durchmischung stattfinden und das Medium kann zu einem (gemeinsamen) Auslass 24 geführt werden.
-
Durch den Leitungskanal 27 kann eine Einspritzung, beispielsweise zur Kühlung, oder eine (nicht dargestellte) Zwischenentnahme erfolgen. Durch die Einspritzung können benachbarte Spiralkanäle 244 gekühlt werden.
-
Der Leitungskanal 27 kann gemäß dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die zweite Antriebswelle 210 und durch den zweiten Spiralrippenträger 225 geführt werden. In dem Spiralrippenträger 225 erfolgt bevorzugt eine symmetrische Verteilung, um das Kräftegleichgewicht und somit die Laufruhe der Scrollmaschine 2 zu begünstigen.
-
9 zeigt eine exemplarische Kälteanlange 1 mit einer Scrollmaschine 2 mit Einspritzung gemäß 8.
-
Die Kälteanlage 1 umfasst einen wärmeabgebenden Wärmeübertrager 5, ein Expansionsventil 7, einen wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 6 und ein Leitungssystem 4, das zwischen dem Auslass 24 und dem Einlass 22, dem zweiten Einlass 23 und den Wärmeübertragern 5, 6 einen Kältemittelkreislauf schließt, dessen Fließrichtung mittels Pfeilen angedeutet ist.
-
Der wärmeabgebende Wärmeübertrager 5 und der wärmeaufnehmende Wärmeübertrage 6 sind in Reihe geschaltet, wobei der wärmeabgebende Wärmeübertrager 5 eingangsseitig mit dem Auslass 24 der Scrollmaschine 2 verbunden ist. Zwischen dem wärmeabgebenden Wärmeübertrager 5 und dem wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 6 weist das Leitungssystem 4 eine Abzweigung auf, die über ein Regelventil 8 das Medium zu dem zweiten Einlass 23 für die Einspritzung führt. Zwischen der Abzweigung und dem wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 6 ist das Expansionsventil 8 angeordnet. Nach dem wärmeaufnehmenden Wärmeübertrager 6 wird das Medium durch das Leitungssystem 4 zu dem Einlass 22 der Scrollmaschine 2 geführt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kälteanlage
- 2
- Scrollmaschine
- 4
- Leitungssystem
- 5
- Wärmeübertrager
- 6
- Wärmeübertrager
- 7
- Expansionsventil
- 8
- Regelventil
- 10
- Gehäuse
- 11
- Gehäuseabschnitt
- 12
- Gehäuseabschnitt
- 13
- Gehäuseabschnitt
- 14
- Gehäuseabschnitt
- 20
- Öffnung
- 22
- Einlass
- 23
- zweiter Einlass
- 24
- Auslass
- 25
- Leitungskanal
- 26
- Leitungskanal
- 27
- Leitungskanal
- 28
- Plenum
- 40
- Druckkammer
- 45
- Verbindungskanal
- 60
- Transmissionseinheit
- 62
- Stifte
- 64
- Aufnahmen
- 70
- erster Antrieb
- 80
- zweiter Antrieb
- 110
- erste Antriebswelle
- 120
- erste Spiraleinheit
- 125
- Spiralrippenträger
- 130
- erste Spiralrippe
- 132
- Spiralrippenspitze
- 135
- Verbindungstruktur
- 136
- innerer Endabschnitt
- 138
- äußerer Endabschnitt
- 140
- erster Spiralkanal
- 141
- Spiralkanalboden
- 142
- innerer Endbereich
- 144
- äußerer Endbereich
- 145
- erster Spiralkanaltyp
- 146
- zweiter Spiralkanaltyp
- 147
- Einlauf
- 148
- Kanalverjüngung
- 205
- Wellenlager
- 206
- Wellenlager
- 210
- zweite Antriebswelle
- 211
- Welle
- 215
- Exzenterabschnitt
- 218
- Lager
- 220
- zweite Spiraleinheit
- 225
- Spiralrippenträger
- 226
- Fortsatz
- 230
- zweite Spiralrippe
- 232
- Spiralrippenspitze
- 235
- Verbindungstruktur
- 236
- innerer Endabschnitt
- 238
- äußerer Endabschnitt
- 240
- zweiter Spiralkanal
- 241
- Spiralkanalboden
- 242
- innerer Endbereich
- 244
- äußerer Endbereich
- 245
- erster Spiralkanaltyp
- 246
- zweiter Spiralkanaltyp
- AL
- Actionline
- O
- Umlaufbahn
- T1
- erste Kanaltiefe
- T2
- zweite Kanaltiefe
- X1
- erste Mittelachse
- X2
- zweite Mittelachse
- X3
- dritte Mittelachse
- δ
- Kurbelradius
- ω1
- Drehrichtung von 120 um X1
- ω2
- Drehrichtung von 220 um X2
- ω3
- Bewegung von 220 entlang der Umlaufbahn 0
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2018019372 A1 [0003]
- US 5713731 A [0005]
- EP 3540229 A1 [0019, 0107]
- WO 2018134739 A1 [0083]
