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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Verdrängermaschinen nach dem Spiralprinzip und betrifft einen Scrollverdichter als elektrischen Kältemittelantrieb, insbesondere als Kältemittelkompressor für Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage.
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Bei Kraftfahrzeugen sind regelmäßig Klimaanlagen eingebaut, die mit Hilfe einer einen Kältemittelkreislauf bildenden Anlage den Fahrzeuginnenraum klimatisieren. Derartige Anlagen weisen grundsätzlich einen Kreislauf auf, in dem ein Kältemittel geführt ist. Das Kältemittel, beispielsweise R-744 (Kohlenstoffdioxid, CO2) oder R-134a (1,1,1,2-Tetrafluorethan), wird an einem Verdampfer erwärmt und mittels eines (Kältemittel-)Verdichters beziehungsweise Kompressors verdichtet, wobei das Kältemittel anschließend über einen Wärmetauscher die aufgenommene Wärme wieder abgibt, bevor es über eine Drossel erneut zum Verdampfer geführt wird.
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Als Kältemittelverdichter wird häufig die Scroll-Technologie eingesetzt, um ein Kältemittel-ÖI-Gemisch zu verdichten. Das dabei entstehende Gas-Öl-Gemisch wird größtenteils getrennt, wobei das abgetrennte Gas in den Klimakreislauf eingebracht wird. Das abgetrennte Öl kann gegebenenfalls innerhalb des Scrollverdichters als geeigneterweise elektromotorisch angetriebenen Kältemittelverdichter zur Schmierung von bewegten Teile an diese herangeführt werden.
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Der Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Scrollverdichters für das Kältemittels bzw. das Kältemittel-Öl-Gemisch einer Kraftfahrzeugklimaanlage ist beispielsweise in der
DE 10 2012 104 045 A1 beschrieben. Wesentliche Bestandteile solcher Scrollverdichter sind zwei relativ zueinander bewegbare Scrollteile (Scrolls).
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Die Scrollteile sind hierbei in der Regel als ein feststehender, fixierter Scroll (Fixscroll, Verdrängerscroll) und als ein beweglicher, orbitierender Scroll (Gegenscroll, Rotorscroll) ausgeführt. Die beiden Scrolls sind grundsätzlich gleichartig aufgebaut und weisen jeweils eine Basisplatte (Grundkörper, Scrollscheibe) und eine spiralförmige (schneckenförmige), ausgehend von der Basisplatte sich in Axialrichtung erstreckende Wandung (Spiralwand, Scrollwand) auf. Im zusammengesetzten Zustand liegen die Spiralwände der beiden Scrolls verschachtelt ineinander und bilden zwischen den sich abschnittsweise berührenden Scroll-Wandungen mehrere Verdichterkammern.
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Wenn der bewegliche Scroll orbitiert, gelangt das angesaugte Gas-Öl-Gemisch über einen Einlass von einer Niederdruckkammer zu einer ersten, radial äußeren Verdichterkammer (Saugkammer) und von dort über weitere Verdichterkammern (Kompressionskammer) zur radial innersten Verdichterkammer (Ausstoßkammer) sowie von dort über einen zentralen Auslass, beispielsweise in Form einer Bohrung, und gegebenenfalls zwei benachbarte Nebenventile in Form ebenfalls von Bohrungen in der Basisplatte des feststehenden Scrolls in eine Auslass- oder Hochdruckkammer. Das Kammervolumen in den Verdichterkammern wird von radial außen nach radial innen kleiner, und der Druck des zunehmend verdichtenden Mediums wird größer. Während des Betriebs des Scrollverdichters steigt somit der Druck in den Verdichterkammern von radial außen nach radial innen an.
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Zum Antrieb des beweglichen Scrolls ist typischerweise ein Elektromotor vorgesehen, dessen Motorwelle mittels mindestens einem (A-seitigen) exzentrischen Wellen- oder Fügezapfen (Mitnehmer, Exzenter-Pin) mit dem beweglichen Scrollteil antriebstechnisch gekoppelt ist. Der Fügezapfen ist exzentrisch, also radial versetzt zu einer Mitten- oder Drehachse der Motorwelle, an der der Motorwellenstirnseite angeordnet, und steht dieser axial empor.
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Unter einer orbitierenden Bewegung ist hier und im Folgenden insbesondere eine exzentrische, kreisförmige Bewegungsbahn zu verstehen, bei welcher der bewegliche Scroll selbst nicht um die eigene Achse rotiert. Die orbitierende Bewegung des beweglichen Scrolls wird hierbei mittels eines Antirotationsmechanismus bewirkt, welcher die Eigenrotation des Scrolls verhindert, und mit der Motorwelle mechanisch gekoppelt ist.
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Aufgrund der Fertigungstoleranzen des beider Scrollkonturen zueinander und anderer Bauteile, welche im sogenannten Antirotationsmechanismus beteiligt sind, weicht die reale exzentrische Laufbahn des beweglichen Scrolls in der Regel von einer idealen exzentrischen Laufbahn zur erzwungenen radialen Anschmiegung ab.
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Zum Zwecke einer radialen Toleranzkompensation der exzentrischen Laufbahn des orbitierenden Scrolls ist hierbei typischerweise ein Ausgleichsgewicht, auch Exzenter oder „Swing Link“ genannt, vorgesehen, welches im Verdichterbetrieb eine Anpassung des (realen) exzentrischen Radius an eine ideale Laufbahn bewirkt. Das Ausgleichsgewicht stellt somit ein stetiges Anschmiegen des beweglichen Scrolls an den feststehenden Scroll sicher. Das Ausgleichsgewicht dient insbesondere zur statischen Auswuchtung des orbitierenden Scrolls, so dass Zentrifugalkräfte und Vibrationen des Scrolls reduziert werden.
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Zur Übertragung des Drehmoments durch die Motorwelle auf den Antirotationsmechanismus beziehungsweise auf den orbitierenden Scroll, ist der stirnseitige Fügebolzen der Motorwelle in der Regel formschlüssig in eine Aufnahme des Ausgleichsgewicht eingesteckt. Herkömmlicherweise ist der Fügebolzen hierbei mittels einer Presspassung oder Übermaßpassung in eine exzentrische Aufnahme der Motorwelle eingepresst.
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Das Einpressen des Fügebolzens in die Motorwelle führt nachteiligerweise zu einem Ausbauchen, also einer auswölbenden oder bombierenden Verformung, der Motorwelle im Bereich der Presspassung. Die Motorwelle ist in der Regel an ihrem Wellenende mittels eines Lagers, insbesondere mittels eines Kugellagers, rotierbar gelagert. Durch das Ausbauchen oder die Ausbauchung der der Motorwelle wird der Innenring des Kugellagers verformt, wodurch dessen Robustheit und Lebensdauer reduziert wird. Dadurch treten Lagerschäden auf.
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Um einen sicheren Halt des Fügebolzens in der Aufnahme der Motorwelle zu gewährleisten weisen solche Presspassungen für gewöhnlich lange Einpresslängen oder Einpresstiefen auf, wodurch in der Folge erhöhte Einpresskräfte zur Montage benötigt werden. Des Weiteren kommt es beim Einpressen zu einem Lufteinschluss in der Aufnahme der Motorwelle.
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Der hohe Druck in der Aufnahme und die schwellenden Belastung der Motorwelle können über die Lebensdauer des Scrollverdichters können einerseits zu einem ungewünschten Herauswandern und Lösen des Fügebolzens führen, wodurch die mechanische Kopplung zwischen der Motorwelle und dem Ausgleichsgewicht gelöst wird. Andererseits ist die Aufnahme exzentrisch, also zu einem Rand der Motorwelle hin versetzt angeordnet, so dass die Aufnahme eine geringere Wandstärke oder Wanddicke an der Wellenaußenseite aufweist, wodurch beim Einpressen eine vergleichsweise hohe Gefahr einer Schiefstellung des Fügebolzens vorliegt.
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In der Regel weist der Fügebolzen eine Spielpassung mit dem Ausgleichsgewicht oder Swing Link auf. Die Führungslänge des Fügebolzens in dem Ausgleichsgewicht ist hierbei vergleichsweise kurz, so dass es häufig zu einem Verkippen des Ausgleichsgewichts relativ zum Fügebolzen kommt. Dies bewirkt in der Folge höhere Kontaktkräfte zwischen den Bauteilen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Scrollverdichter anzugeben. Insbesondere soll eine verbesserte Fügeverbindung oder Kopplung zwischen der Motorwelle und dem Antirotationsmechanismus beziehungsweise dem Ausgleichsgewicht realisiert werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Antirotationsmechanismus für einen solchen Scrollverdichter anzugeben.
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Hinsichtlich des Scrollverdichters wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Antirotationsmechanismus mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf den Scrollverdichter angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den Antirotationsmechanismus übertragbar und umgekehrt.
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Der erfindungsgemäße Scrollverdichter ist als ein Verdichter oder Kompressor für ein Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet.
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Der Scrollverdichter weist beispielsweise einen feststehenden Scroll und einen beweglichen, dies bedeutet im angetriebenen Zustand - also im Betrieb (Verdichterbetrieb) - orbitierenden (oszillierenden) Scroll auf. Der bewegliche Scroll ist nachfolgend auch als orbitierender Scroll bezeichnet.
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Der Scrollverdichter weist weiterhin beispielsweise einen elektrischen oder elektromotorischen Antrieb auf, welcher über eine Motorwelle (Antriebswelle) den beweglichen Scroll antreibt. Die Motorwelle ist hierbei zumindest abschnittsweise in einem Lagerschild (nachfolgend auch als Center Plate bezeichnet) zwischen dem Antrieb und den Scrollteilen mittels eines Lagers rotierbar gelagert. Zur Umsetzung der Rotationsbewegung der Motorwelle in die orbitierende Bewegung des beweglichen Scrolls ist ein Antirotationsmechanismus vorgesehen.
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Erfindungsgemäß weist der Antirotationsmechanismus ein Ausgleichsgewicht (Swing Link, Exzenter) mit einem emporstehenden Fügebolzen (Mitnehmer, Exzenter-Pin) auf, welcher in eine exzentrische Aufnahme der Motorwelle formschlüssig eingesteckt ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist der zur Übertragung des Drehmoments vorgesehene Fügebolzen ein Teil des Ausgleichsgewichts und nicht Teil der Motorwelle. Dadurch ist ein besonders geeigneter Scrollverdichter realisiert.
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Unter einem „Formschluss“ oder einer „formschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass der Zusammenhalt der miteinander verbundenen Teile zumindest in einer Richtung durch ein unmittelbares Ineinandergreifen von Konturen der Teile selbst oder durch ein mittelbares Ineinandergreifen über ein zusätzliches Verbindungsteil erfolgt. Das „Sperren“ einer gegenseitigen Bewegung in dieser Richtung erfolgt also formbedingt.
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Erfindungsgemäß sind der vorzugsweise zylindrische Fügebolzen und das Ausgleichsgewicht als eine gemeinsame Baueinheit, insbesondere als eine vormontierte Baueinheit, ausgeführt. Dadurch ist die Montage des Antirotationsmechanismus effektiv von der Motorwelle auf das Ausgleichsgewicht verschoben, so dass bei einer Montagestrecke keine Station für das Einpressen des Fügebolzens in die Motorwelle notwendig ist. Die Befestigung des Fügebolzens ist also aus- oder vorgelagert.
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Da der Fügebolzen erfindungsgemäß lediglich formschlüssig in die Aufnahme der Motorwelle eingreift, ist die Gefahr eines Ausbauchens der Motorwelle aufgrund eines form- und/oder kraftschlüssigen Einpressens (Pressfit, Presspassung) vorteilhaft vermieden. Insbesondere wird somit das Risiko eines Lagerschadens für ein Hauptlager der Motorwelle vermieden oder zumindest wesentlich reduziert. Weiterhin wird auch eine initiale Schiefstellung des Fügebolzens beim Einpressen in die Motorwelle vermieden.
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Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
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Unter einem „Kraftschluss“ oder einer „kraftschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile aufgrund einer zwischen ihnen wirkenden Reibkraft gegen ein Abgleiten aneinander gehindert sind. Fehlt eine diese Reibkraft hervorrufende „Verbindungskraft“ (dies bedeutet diejenige Kraft, welche die Teile gegeneinanderdrückt, beispielsweise eine Schraubenkraft oder die Gewichtskraft selbst), kann die kraftschlüssige Verbindung nicht aufrechterhalten und somit gelöst werden.
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Unter einer „exzentrischen Aufnahme der Motorwelle“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Aufnahme oder Aussparung der Motorwelle verstanden, welche radial nach außen versetzt zu der Mitten- oder Drehachse der Motorwelle angeordnet ist. Der Fügebolzen steht dem Ausgleichsgewicht axial in Richtung der Motorwelle empor und ist im Montagezustand insbesondere radial und tangential formschlüssig in die Aufnahme eingesteckt oder eingeschoben. Dadurch ist eine zuverlässige Drehmomentübertragung von Motorwelle auf das Ausgleichsgewicht, und somit auf den beweglichen oder orbitierenden Scroll, realisiert.
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Unter „axial“ oder einer „Axialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung parallel (koaxial) zur Drehachse des Elektromotors, also parallel zur Motorwelle verstanden. Entsprechend wird hier und im Folgenden unter „radial“ oder einer „Radialrichtung“ insbesondere eine senkrecht (quer) zur Drehachse des Elektromotors orientierte Richtung entlang eines Radius der Motorwelle beziehungsweise des Elektromotors verstanden. Unter „tangential“ oder einer „Tangentialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung entlang des Umfangs der Motorwelle oder des Elektromotors (Umfangsrichtung, Azimutalrichtung), also eine Richtung senkrecht zur Axialrichtung und zur Radialrichtung, verstanden.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist der Fügebolzen fest mit dem Ausgleichsgewicht verbunden. Dies bedeutet, dass eine mechanische stabile (Füge-)Verbindung zwischen dem Fügebolzen und dem Ausgleichsgewicht realisiert ist. Dadurch ist eine zuverlässige und betriebssichere Übertragung des Motorwellen-Drehmoments auf den beweglichen Scroll gewährleistet.
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In einer geeigneten Weiterbildung ist der Fügebolzen mittels einer Spielpassung in die Aufnahme eingesetzt. Mit anderen Worten ist der Fügebolzen in der Motorwelle beziehungsweise in der Aufnahme lose geführt. Dadurch wird ein Lufteinschluss in der Aufnahme der Motorwelle vermieden, wodurch schwankende Einpresskräfte reduziert, und ein Herauswandern des Fügebolzens im Verdichterbetrieb vermieden wird. Des Weiteren wird somit die Gefahr eines Ausbauchens der Motorwelle weiter reduziert. Insbesondere besteht somit eine Spielpassung des Antirotationsmechanismus, insbesondere zwischen dem Fügebolzen und einem mit dem Ausgleichsgewicht lagernden Lager des orbitierenden Scrolls.
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Unter einer „Passung“ wird hier und im Folgenden insbesondere die maßliche Beziehung zwischen zwei Bauteilen bezeichnet, welche ohne Nacharbeit zusammenpassen sollen. In der Regel weisen diese Bauteile an der Fügestelle dieselbe Kontur, einmal als Innenteil, einmal als Außenteil auf, wobei im Fügezustand das Innenteil in das Außenteil eingesteckt oder eingesetzt ist. Der Durchmesser beider Konturen oder Teile wird als mit einer Toleranz versehenes Maß angegeben, wobei beide Konturen das gleiche Nennmaß aufweisen. Die Konturen unterscheiden sich jedoch hinsichtlich ihrer Toleranzfelder, innerhalb derer das jeweilige bei der Fertigung entstehende Istmaß der Kontur liegen muss.
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Bei der Fügeverbindung ergibt sich eine Spielpassung, wenn das Kleinstmaß des Außenteils stets größer oder zumindest gleich groß ist als das Größtmaß des Innenteils. Entsprechend ergibt sich eine sogenannte Presspassung oder Übermaßpassung, wenn das Größtmaß des Außenteils in jedem Fall kleiner ist als das Kleinstmaß des Innenteils.
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In dieser Weiterbildung bildet der Fügebolzen das Innenteil, welches in die Aufnahme der Motorwelle als Außenteil eingreift. Dies bedeutet, dass der Innendurchmesser der Aufnahme ein Kleinstmaß aufweist, welches stets größer oder gleich dem Außendurchmesser des Fügebolzens ist. In der Folge ergibt sich ein Spiel, also ein Spalt oder ein lichter Abstand, zwischen dem Fügebolzen und der Innenwand der Aufnahme, wodurch wird eine lose (axiale) Führung des Fügebolzens realisiert ist. Dadurch kann eine Luft der Aufnahme beim Einstecken des Fügebolzens entweichen.
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In einer denkbaren Ausgestaltung ist der Fügebolzen einstückig, also einteilig oder monolithisch, mit dem Ausgleichsgewicht ausgeführt. Dadurch entfällt ein Fügen des Fügebolzens mit dem Ausgleichsgewicht. Dadurch wird die Montage des Antirotationsmechanismus vereinfacht, wodurch die Bauteilekosten (engl.: bill of materials, BOM) reduziert werden.
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Das Ausgleichsgewicht ist in einer möglichen Ausgestaltungsform vorzugsweise aus einem Metall hergestellt, wobei die Oberfläche des angeformten Fügebolzens insbesondere gehärtet wird. Dies bedeutet, dass bei einer einstückigen Ausführung des Fügebolzens und des Ausgleichsgewicht, vorzugsweise eine Oberflächenhärtung (Randschichthärtung) zumindest im Bereich des Fügebolzens vorgesehen ist. Dadurch wird die mechanische Stabilität des Fügebolzens verbessert, so dass eine zuverlässige Drehmomentübertragung gewährleistet ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist der Fügebolzen form- und/oder kraftschlüssig mit dem Ausgleichsgewicht gefügt. Dies bedeutet, dass der Fügebolzen und das Ausgleichsgewicht als separate Bauteile ausgeführt sind, welche anschließend miteinander verbunden werden.
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Insbesondere ist der Fügebolzen mittels einer Press- oder Übermaßpassung mit dem Ausgleichsgewicht verbunden. Dies bedeutet, dass der Außendurchmesser des Fügebolzens stets größer ist als der Innendurchmesser einer diesen aufnehmenden Aufnahme des Ausgleichsgewichts. Mit anderen Worten wird der Fügebolzen im Gegensatz zum Stand der Technik in das Ausgleichsgewicht eingepresst und vorzugsweise mittels Spielpassung mit der Motorwelle gefügt.
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Für die Presspassung des Fügebolzens mit dem Ausgleichsgewicht sind weiterhin geringere Überschneidungen der Kleinst- und Größtmaße möglich, da im Verdichterbetrieb im Wesentlichen kein Herauswandern des Fügebolzens aus dem Ausgleichselement zu erwarten ist. Somit weist das Einpressen des Fügebolzens in das Ausgleichsgewicht geringere Einpresskräfte auf, als das Einpressen in die Motorwelle. Dadurch tritt bei einer Einpressstation ein geringerer Verschleiß auf, so dass die Montage des Scrollverdichters kostengünstiger wird.
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Das Ausgleichsgewicht dient funktionsgemäß insbesondere zur statischen Auswuchtung des orbitierenden Scrolls, so dass Zentrifugalkräfte und Vibrationen des Scrolls reduziert werden. Zu diesem Zwecke ist es notwendig, dass das Ausgleichsgewicht ein bestimmtes Mindestgewicht als Unwucht aufweist. Das Ausgleichsgewicht ist daher typischerweise aus einem Material mit einer hohen Dichte, wie beispielsweise Stahl, hergestellt. Dadurch tritt bei einer Presspassung des Fügebolzens mit dem Ausgleichsgewicht ein vergleichsweise geringes Ausbauchen am Ausgleichsgewicht auf. Insbesondere ist die Gefahr eines Ausbauchens bei einem Ausgleichsgewicht um Vergleich zu einer Motorwelle wesentlich geringer.
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In einer zweckmäßigen Dimensionierung ist die Führungslänge des Fügebolzens bei der Spielpassung in der Aufnahme größer dimensioniert, als eine Presslänge des Fügebolzens bei der Presspassung im Ausgleichsgewicht. Unter der Führungslänge wird hierbei insbesondere die axiale Höhe oder den axialen Abschnitt des zylindrischen Fügebolzens verstanden, welche in die Aufnahme der Motorwelle eingreift, wobei unter der Presslänge insbesondere diejenige axiale Höhe oder den axialen Abschnitt des zylindrischen Fügebolzens verstanden, welche zur Presspassung in das Ausgleichsgewicht eingepresst ist. In einer vorteilhaften Ausbildung ist die Führungslänge insbesondere mindestens doppelt so lang wie die Presslänge.
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Durch die größere Führungslänge des Fügebolzens wird die Gefahr einer Verkippung vorteilhaft reduziert, wodurch in der Folge der Verschleiß an den Kontaktflächen reduziert wird. Aufgrund der größeren Kontaktfläche zwischen Fügebolzen und Motorwelle wird die Flächenpressung vorteilhaft reduziert.
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In einer konstruktiv besonders einfachen Ausführung ist die Aufnahme als eine axiale Bohrung in die Stirnseite der Motorwelle eingebracht. Die Stirnseite ist hierbei dem Ausgleichsgewicht beziehungsweise dem Scroll zugewandt.
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Der erfindungsgemäße Antirotationsmechanismus ist für einen vorstehend beschriebenen Scrollverdichter vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. im Verdichterbetrieb setzt der Antirotationsmechanismus eine Rotationsbewegung der Motorwelle in eine orbitierende Bewegung eines Scrolls um. Der Antirotationsmechanismus weist hierbei erfindungsgemäß ein Ausgleichsgewicht mit einem axial emporstehenden Fügebolzen auf, welcher dazu vorgesehen und eingerichtet ist, in eine exzentrische Aufnahme der Motorwelle formschlüssig eingesteckt zu werden.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in perspektivischer Darstellung einen Scrollverdichter,
- 2 in Schnittansicht ausschnittsweise den Scrollverdichter,
- 3 in perspektivischer Explosionsdarstellung ausschnittsweise den Scrollverdichter, und
- 4 in Schnittansicht ausschnittsweise einen Antirotationsmechanismus des Scrollverdichters.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Scrollverdichter 2, welcher beispielsweise Kältemittelverdichter in einem nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs verbaut ist. Der beispielsweise modular aufgebaute elektromotorische Kältemittel- oder Scrollverdichter 2 weist einen elektrischen (elektromotorischen) Antrieb (Antriebsmodul) 4 und ein mit diesem gekoppelten Verdichterkopf (Verdichtermodul) 6 auf. Zwischen dem Antrieb 4 und dem Verdichterkopf 6 ist ein A-seitiges Lagerschild (Center Plate) 8 als mechanische Schnittstelle vorgesehen, mittels welchem der Verdichterkopf 6 antriebstechnisch an den Antrieb 4 angebunden ist.
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Das Lagerschild 8 bildet eine Zwischenwand zwischen einem Antriebsgehäuse 10 und einem Verdichtergehäuse 12. Der Verdichterkopf 6 ist mittels umfangsseitig verteilten, sich in eine Axialrichtung A des Scrollverdichters 2 erstreckenden Flanschverbindungen 14 mit dem Antrieb 4 verbunden (gefügt, geschraubt), welche in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen sind.
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Ein verdichterseitiger Gehäuseteilbereich des Antriebsgehäuses 10 ist als ein Motorgehäuse zur Aufnahme eines Elektromotors ausgebildet und einerseits durch eine nicht gezeigte, integrierte Gehäusezwischenwand zu einem mit einem Gehäusedeckel versehenen Elektronikgehäuse 16 mit einer den Elektromotor ansteuernden Motorelektronik (Elektronik) 18 und andererseits durch die Center Plate 8 verschlossen. Das Antriebsgehäuse 10 weist im Bereich des Elektronikgehäuses 16 einen Anschlussabschnitt 20 zur elektrischen Kontaktierung der Elektronik 18 an ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs auf.
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Der Scrollverdichter 2 weist einen (Kältemittel-)Einlass oder (Kältemittel-)Zulauf 22 zum Anschluss an den Kältemittelkreislauf und einen (Kältemittel-)Auslass 24 auf. Der Einlass 22 ist in einem dem Elektronikgehäuse 16 zugewandten Bereich des Motorgehäuses 10 angeformt. Der Auslass 24 ist an einem Boden eines Verdichtergehäuses 12 angeformt. Im angeschlossenen Zustand bildet der Einlass 22 die Niederdruck- oder Saugseite (Sauggasseite) und der Auslass 24 die Hochdruck- oder Pumpseite (Pumpenseite) des Kältemittelantriebs 2.
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Die 2 bis 4 zeigen den Scrollverdichter 2 jeweils ausschnittsweise ohne Gehäuse 10, 12 und ohne Center Plate 8. Die 2 zeigt eine seitliche Schnittansicht des Scrollverdichters 2, wobei die 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Scrollverdichters 2 in einem teilweise auseinandergenommenen Zustand zeigt.
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Wie in Verbindung mit 2 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, weist der Verdichterkopf 6 des Scrollverdichters 2 einen im Verdichtergehäuse 12 angeordneten beweglichen Scroll (Scrollteil) 26 auf. Dieser ist mittels eines Antirotationsmechanismus 28 antriebstechnisch mit einer Motorwelle 30 des Elektromotors gekoppelt, welche in die mechanischen Schnittstelle 8 mit A-seitigem Lagerschild geführt ist. Die Motorwelle 30 trägt einen wellen- und drehfest gefügten Rotor 32 des Elektromotors, und ist an deren gegenüberliegenden Wellenenden mittels zweier Kugellager 34, 36 einerseits in einem Lagersitz der Gehäusezwischenwand und andererseits in der Center Plate 8 rotierbar gelagert.
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Der Antirotationsmechanismus 28 weist ein Ausgleichsgewichts 38 als Swing Link oder Exzenter auf, welches über einen Fügebolzen (Fügestift, Exzenterpin, Wellenzapfen) 40 mit der Motorwelle 30 des Elektromotors gefügt ist.
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Das Ausgleichsgewicht 38 ist in einem im beweglichen Scroll 26 gehaltenen Wälz- oder Kugellager 42 gelagert. Der bewegliche Scroll 26 ist im (Verdichter-)Betrieb des Scrollverdichters 2 orbitierend angetrieben. Der Antirotationsmechanismus 28 setzt somit die Rotationsbewegung der Motorwelle 30 in eine orbitierende Bewegung des Scrolls 26 um.
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Der Scrollverdichter 2 weist zudem einen nicht näher gezeigten, starr, also gehäusefest im Verdichtergehäuse 12 befestigten feststehenden Scroll auf. Die beiden Scrolls 26 greifen mit deren schnecken- oder spiralförmigen Spiralwänden (Scrollwänden, Scrollspiralen) 26a ineinander, die von einer jeweiligen Basisplatte 26b axial emporragen. Zwischen den Scrolls 26, dies bedeutet zwischen deren Scrollwänden bzw. Scrollspiralen 26a und den Basisplatten 26b sind Verdichterkammern gebildet, deren Volumen bei Betrieb des Elektromotors verändert wird.
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Nachfolgend ist der Aufbau des Antirotationsmechanismus 28 anhand der 2 bis 4 näher erläutert.
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Wie insbesondere in der 3 ersichtlich ist, sind der Fügebolzen 40 und das Ausgleichsgewicht 38 fest miteinander verbunden. Vorzugsweise sind der Fügebolzen 40 und das Ausgleichsgewicht 38 als eine gemeinsame, vormontierte, Baueinheit ausgeführt.
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Das Ausgleichsgewicht 38 weist einen Exzenterabschnitt 38a zur Aufnahme des Fügebolzens 40 und einen Gewichtsabschnitt 38b zur statischen Auswuchtung eines orbitierenden Scrolls 26, also zur Reduzierung von Zentrifugalkräften und Vibrationen im Verdichterbetrieb des Scrollverdichters 2, auf. Der Exzenterabschnitt 38a ist mit einem Innenring des Kugellagers 42 gefügt.
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Der Fügebolzen 40 ist form- und/oder kraftschlüssig mit dem Ausgleichsgewicht 38, insbesondere mit dem Exzenterabschnitt 38a, gefügt. Der Exzenterabschnitt 38a weist hierzu eine axiale Bohrung 44 als Aufnahme für den Fügebolzen 40 auf, welche in Richtung der Motorwelle 30 mit einer Fase 46 als Einführhilfe für den Fügebolzen 40 versehen ist. Der Fügebolzen 40 ist mittels einer Press- oder Übermaßpassung in der Bohrung 44 befestigt. Dies bedeutet, dass der Außendurchmesser des Fügebolzens 40 größer ist, als der Innendurchmesser der Bohrung 44.
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In den 2 bis 4 sind der Fügebolzen 40 und die Bohrung 44 überlappend oder überlagert dargestellt. Der Überlappungs- oder Überschneidungsbereich zwischen dem Fügebolzen 40 und der Bohrung 44 entspricht dem Presssitz oder der Presslänge des Fügebolzens 40 in der Bohrung 44. Durch diese Pressfit-Verbindung ist der Fügebolzen mechanisch stabil in der Bohrung 44 befestigt.
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Die Motorwelle 30 weist an der dem Ausgleichsgewicht 38 zugewandten Stirnseite eine axiale Bohrung als wellenseitige Aufnahme 48 für den Fügebolzen 40 auf, welche exzentrisch zur Mittenachse der Motorwelle 30 angeordnet ist. Wie insbesondere in den 2 und 4 ersichtlich ist, ist der Fügebolzen 40 mittels einer Spielpassung formschlüssig in die Aufnahme 48 eingesetzt oder eingesteckt. Dies bedeutet, dass der Außendurchmesser des Fügebolzens 40 kleiner ist, als der Innendurchmesser der Aufnahme 48. Mit anderen Worten ist der Fügebolzen 48 in der Motorwelle 30 beziehungsweise in der Aufnahme 48 lose geführt.
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Die Führungslänge des Fügebolzens 40 bei der Spielpassung in der Aufnahme 48 ist größer dimensioniert, als eine Presslänge des Fügebolzens 40 bei der Presspassung im Ausgleichsgewicht 38 beziehungsweise in der Bohrung 44. Die Führungslänge ist hierbei insbesondere mindestens doppelt so lang wie die Presslänge.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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In einer alternativen Ausführungsform ist der Fügebolzen 40 einstückig, also einteilig oder monolithisch, mit dem Ausgleichsgewicht 38 ausgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Scrollverdichter
- 4
- Antrieb
- 6
- Verdichterkopf
- 8
- Lagerschild
- 10
- Antriebsgehäuse
- 12
- Verdichtergehäuse
- 14
- Flanschverbindung
- 16
- Elektronikgehäuse
- 18
- Motorelektronik
- 20
- Anschlussabschnitt
- 22
- Einlass
- 24
- Auslass
- 26
- Scroll
- 26a
- Spiralwand
- 26b
- Basisplatte
- 28
- Antirotationsmechanismus
- 30
- Motorwelle
- 32
- Rotor
- 34
- Kugellager
- 36
- Kugellager
- 38
- Ausgleichsgewicht
- 38a
- Exzenterabschnitt
- 38b
- Gewichtsabschnitt
- 40
- Fügebolzen
- 42
- Kugellager
- 44
- Bohrung
- 46
- Fase
- 48
- Aufnahme
- A
- Axialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012104045 A1 [0004]
