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Die Erfindung betrifft eine Scrollmaschine, bspw. in Form eines Scrollverdichters, der insbesondere für die Verdichtung von Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage eingesetzt wird.
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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 oder 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 eine sogenannte Scrollmaschine eingesetzt, um ein Kältemittel zu verdichten. Der Aufbau und die Funktionsweise einer solchen Scrollmaschine, eingesetzt als Verdichter für das Kältemittel einer Kraftfahrzeugklimaanlage, ist beispielsweise in
DE 10 2012 104 045 A1 beschrieben. Wesentliche Bestandteile einer solchen Scrollmaschine sind zwei relativ zueinander bewegbare Scrollteile („Scrolls“). Meist liegt im System auch Öl in Tropfenform oder als Nebel vor, das nach der Verdichtung zumindest teilweise von dem (nach der Verdichtung üblicherweise gasförmigen) Kältemittel abgetrennt wird. Das Kältemittel (gegebenenfalls mit Resten von Öl) wird dann in den Klimakreislauf eingebracht, während das abgetrennte Öl meist innerhalb der Scrollmaschine zur Schmierung von bewegten Teilen an diese herangeführt werden kann.
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Die Scrollteile sind 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 Förderkammern.
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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 beiden Scrolls weisen im Betrieb einen möglichst kleinen axialen Abstand zueinander auf, wobei bei jeder orbitierenden Bewegung zwischen den Spiralwänden im Wesentlichen sichelförmige (Verdichter- oder Förder-) Kammern gebildet werden, deren Volumen im Zuge der Bewegung der beiden Scroll zueinander (zumindest bei einem Verdichtungsprozess) von der Außenseite her entlang der Spiralwände in Richtung zur Mittelachse des jeweiligen Scrolls wandert und dabei zunehmend reduziert (und damit das darin geführte Medium verdichtet) wird.
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Zum Antrieb des beweglichen Scrolls ist typischerweise ein Elektromotor vorgesehen, dessen Motorwelle mittels eines (A-seitigen) exzentrischen Wellenzapfens (auch: „Wellenpin“) mit dem beweglichen Scrollteil antriebstechnisch gekoppelt ist.
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Im Sinne einer möglichst kompakten Bauart wird - insbesondere im Fall des Kältemittelverdichters - das Kältemittel durch den Motorraum des Elektromotors an den eigentlichen Scrollmaschine, d. h. die beiden ineinandergreifenden Scrolls, herangeführt. Das Kältemittel kann somit zur Kühlung des Elektromotors beitragen, ohne dass zusätzliche Kühlungsmaßnahmen - bspw. mittels eines gesonderten Kältemittels - vorgesehen werden müssten. Dies ist auch besonders effektiv, da die Elemente des Elektromotors, insbesondere Rotor und Stator unmittelbar mit dem Kältemittel in Kontakt stehen. Allerdings muss hierzu der Motorraum in Richtung auf einen elektrischen Anschlussbereich hinreichend abgedichtet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scrollmaschine zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Scrollmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Die erfindungsgemäße Scrollmaschine ist insbesondere als Scrollverdichter und in diesem Rahmen vorzugsweise zur Verdichtung von Kältemittel in einer Fahrzeugklimaanlage eingerichtet und vorgesehen. Die Scrollmaschine weist dabei einen elektrischen Antrieb auf, der wiederum eine Antriebswelle umfasst. Des Weiteren weist die Scrollmaschine einen ersten Scroll mit einer ersten Spiralwand auf. Insbesondere weist der erste Scroll eine erste Basisplatte auf, von der die erste Spiralwand in einer Axialrichtung vorsteht und dabei einen ersten Spiralgang bildet. Die Scrollmaschine weist außerdem einen zweiten, mit der Antriebswelle exzentrisch gekoppelten Scroll mit einer zweiten Spiralwand auf, die mit der ersten Spiralwand des ersten Scrolls unter Bildung einer Anzahl von Förderkammern (in einem bestimmungsgemäßen Verdichterbetrieb auch als „Verdichterkammern“ bezeichnet) in Eingriff steht. Insbesondere weist auch der zweite Scroll eine („zweite“) Basisplatte auf, von der die zweite Spiralwand in Axialrichtung vorsteht. Insbesondere greift die zweite Spiralwand exzentrisch zu dem ersten Scroll in den ersten Spiralgang des ersten Scrolls ein und bildet dabei in einem Verdichterbetrieb aufgrund einer Orbitation gegenüber dem ersten Scroll mit dessen Spiralwand die Anzahl von sich entlang der ersten Spiralwand bewegenden Verdichterkammern. Die Scrollmaschine weist ferner ein Antriebsgehäuse auf, in dessen Innenraum der Antrieb aufgenommen ist und das einen A-seitigen, insbesondere dem zweiten Scroll zugewandten, Lagerschild aufweist, an dem die Motorwelle gelagert ist. Die Scrollmaschine weist weiterhin ein abtriebsseitig mit dem Antriebsgehäuse gekoppeltes Verdichtergehäuse auf. Das Antriebsgehäuse weist bereichsweise eine doppelte Gehäusewand mit einer dabei gebildeten und vom Innenraum fluidisch getrennten Zwischenkammer auf. Ein Kältemittelanschluss (oder: Einlass) zur Zufuhr von Kältemittel, insbesondere zu den Scrolls, mündet dabei in die Zwischenkammer. Außerdem steht die Zwischenkammer fluidisch mit einem Scrollraum des Verdichtergehäuses - insbesondere mit einer im Scrollraum angeordneten Einlasskammer - in Verbindung.
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Unter „Scrollraum“ wird hier und im Folgenden insbesondere der Innenraum des Verdichtergehäuses verstanden, in dem bestimmungsgemäß beide Scrolls angeordnet sind. Dieser Scrollraum umfasst somit hier und im Folgenden insbesondere eine sogenannte Hochdruckkammer, die vorstehend genannte Einlass- oder Niederdruckkammer sowie eine Mitteldruck- oder Gegendruckkammer (auch: „Backpressure“-Kammer). Diese drei Kammern sind dabei vorzugsweise durch die beiden Scrolls voneinander räumlich getrennt. Insbesondere sind diese drei Kammern im bestimmungsgemäßen Betrieb mit Kältemittel (und einem gegebenenfalls mit diesem vermischten Öl) geflutet oder in Kontakt. Unter „A-seitig“ oder „A-Seite“ wird hier und im Folgenden insbesondere die Seite („Abtriebsseite“) insbesondere eines Motors oder Antriebs verstanden, an der ein sogenannter „Abtrieb“, d. h. ein zum Antrieb einer nachgelagerten Komponente dienendes, Antriebskraft vermittelndes Element, hier insbesondere die Antriebswelle, zur Kopplung mit der nachgelagerten Komponente (hier einer der beiden Scrolls) zugänglich ist. Die „B-Seite“ oder „B-seitig“ bezeichnet insbesondere entsprechend die andere Seite des Motors bzw. Antriebs. Insbesondere bei einem Elektromotor bezeichnet die B-Seite die der A-Seite abgewandte Seite des Rotors und Stators.
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Dadurch, dass die Zuführung des Kältemittels zu den Scrolls über die Zwischenkammer erfolgt, kann der Innenraum des Antriebsgehäuses „trocken“ gestaltet oder zumindest vom Kältemittel (und einem gegebenenfalls mit diesem vermischten Öl) freigehalten werden. Insbesondere können dadurch vorteilhafterweise Maßnahmen zur Abdichtung des Innenraums gegenüber weiteren elektrischen Komponenten entfallen oder zumindest einfacher gestaltet werden.
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Vorzugsweise erstreckt sich die Zwischenkammer um den vollen Umfang des Antriebsgehäuses.
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Bevorzugt ist der Innenraum des Antriebsgehäuses auch luftgeflutet, insbesondere also wie vorstehend beschrieben „trocken“ ausgelegt. Alternativ ist der Innenraum mit einem elektrisch isolierenden Fluid geflutet. Zumindest aber ist der Innenraum vorzugsweise vom Kältemittel (sowie dem gegebenenfalls mit diesem vermengten Öl) freigehalten. Dies ermöglicht auch, bspw. Wickeldraht für Motorwicklungen eines vorzugsweise als Antrieb eingesetzten und im Innenraum des Antriebsgehäuses angeordneten Elektromotors mit einem geringeren „Grad“ insbesondere bezüglich der Güte von Isoliermaßnahmen, insbesondere des Isolierlacks, auszuführen, konkret einzusetzen. Dadurch werden die Materialkosten vorteilhafterweise gesenkt.
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In einer bevorzugten Ausführung ist der A-seitige Lagerschild integral, insbesondere einstückig (d. h. monolithisch), mit dem Antriebsgehäuse ausgebildet. Insbesondere ist das Antriebsgehäuse als metallisches Gussteil, bspw. ein Aluminiumgussteil, ausgebildet. Der Lagerschild ist in diesem Fall also in einem Stück mit dem „übrigen“ Antriebsgehäuse gegossen. Diese Ausführung ist dahingehend vorteilhaft, dass dadurch eine vergleichsweise aufwendige separate Fertigung, insbesondere von Anschlussflächen zwischen dem Antriebsgehäuse und dem Lagerschild, entfallen kann.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung erfolgt bei der integralen Ausführung des A-seitigen Lagerschilds mit dem Antriebsgehäuse eine Abdichtung des Innenraums des Antriebsgehäuses gegenüber einem mit Kältemittel (oder gegebenenfalls einem Kältemittel-Öl-Gemisch) gefluteten Raum, insbesondere dem Scrollraum, vorzugsweise im Speziellen gegenüber der vorstehend genannten Gegendruckkammer, über eine axiale Wellendichtung zwischen dem A-seitigen Lagerschild und der Antriebswelle. Dies stellt vorteilhafterweise keinen oder nur einen geringen Mehraufwand gegenüber einem bisherigen Aufbau dar, denn eine solche Wellendichtung ist an dieser Stelle regelmäßig ohnehin vorhanden. Denn die vorstehend genannte Gegendruckkammer, die im Betrieb der Scrollmaschine üblicherweise zur Steuerung oder Regelung eines Anpressdrucks zwischen beiden Scrolls eingesetzt wird, ist regelmäßig in einer sogenannten „Centerplate“ angeordnet, bauraumbedingt auch zentral. Die Centerplate wird bisher üblicherweise durch den A-seitigen Lagerschild gebildet. Somit ist auch im Rahmen der hier und im Folgenden beschriebenen Erfindung die Gegendruckkammer vorzugsweise in dem (insbesondere integralen) A-seitigen Lagerschild angeordnet, insbesondere in diesen eingeformt. Um Druckverluste (oder allgemein: Leckage) in den Innenraum des Antriebsgehäuses zu vermeiden, kommt die vorstehend genannte Wellendichtung hier zur Abdichtung der Gegendruckkammer (und somit in der hier beschriebenen zweckmäßigen Weiterbildung insbesondere des gesamten Kältemittel führenden Bereichs) gegenüber dem Innenraum des Antriebsgehäuses zum Einsatz. Eine zusätzliche Abdichtungsmaßnahme ist somit vorteilhafterweise nicht erforderlich. Eine, insbesondere spanende, Bearbeitung des Antriebsgehäuses zur Ausbildung der Gegendruckkammer, eines Lagersitzes für ein A-seitiges Wellenlager und eines Dichtungssitzes für die Wellendichtung stellt dabei außerdem nur einen geringen Mehraufwand, insbesondere beim Spannen des Werkstücks, gegenüber der Ausbildung dieser Merkmale an der separaten Centerplate dar. Vorteilhafterweise ist ein Spannen des Antriebsgehäuses ohnehin erforderlich, um beispielsweise dessen Innenraum zur Aufnahme des Antriebs, insbesondere des Elektromotors, oder um sonstige Anschlussflächen und dergleichen auszubilden (endzubearbeiten).
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Bevorzugt weist der Antrieb - wie bereits angeführt - einen Elektromotor auf. Dieser wirkt vorzugsweise direkt auf die Antriebswelle. Insbesondere ist der Rotor direkt auf der Antriebswelle befestigt. Die Zwischenkammer in der Gehäusewand des Antriebsgehäuses erstreckt sich dabei in einer zweckmäßigen Ausführung über einen (insbesondere axialen) Bereich des Antriebsgehäuses, der einen Stator und den (insbesondere darin angeordneten) Rotor des Elektromotors zumindest zum Großteil überdeckt (in Axialrichtung gesehen). „Zum Großteil“ wird hier und im Folgenden insbesondere als mehr als 50, insbesondere mehr als 70 Prozent verstanden. Vorzugsweise überdeckt dieser Bereich des Antriebsgehäuses den Stator und Rotor vollständig.
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Des Weiteren ist zweckmäßigerweise eine, insbesondere von dem Antriebsgehäuse separat gefertigte, Strömungsführungsanordnung in der Zwischenkammer angeordnet, die zur Verteilung des (im bestimmungsgemäßen Verdichterbetrieb) strömenden Kältemittels über den Umfang des Antriebsgehäuses eingerichtet ist. Dadurch wird über die Zwischenkammer eine möglichst großflächige Kühlung des Innenraums durch das zu den Scrolls geleitete Kältemittelt ermöglicht. Die Strömungsführungsanordnung als separates Element ermöglicht eine möglichst einfache Fertigung des Antriebsgehäuses, insbesondere indem die Zwischenkammer als eine Art Tasche ausgeführt ist, die in Richtung auf die Seite des A-seitigen Lagerschilds - vorzugsweise über den gesamten Umfang des Antriebsgehäuses - (also in einer Stirn- oder Flanschfläche des Antriebsgehäuses) geöffnet ist. Dadurch kann mittels feststehenden oder gegebenenfalls beweglichen Kernen in der Gießform gearbeitet und der Einsatz von verlorenen Kernen vermieden werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die vorstehend beschriebene Strömungsführungsanordnung durch einen Stirnring gebildet, der die Zwischenkammer bis auf (wenigstens) einen Fluidport (der insbesondere eine Verbindungsöffnung zum Scrollraum darstellt) stirnseitig (d. h. abtriebsseitig) abschließt. Von diesem Stirnring stehen axial Leitbleche vor, die in die Zwischenkammer eingreifen und eine (um den Umfang des Antriebsgehäuses) mäandrierende Strömung hervorrufen. Die Leitbleche wirken dabei vorzugsweise mit axial vorspringenden Rippen in der Zwischenkammer zusammen, die sich insbesondere jeweils mit einem Leitblech in Umfangsrichtung gesehen abwechseln und sich vom „Grund“ der Zwischenkammer in Richtung auf die Abtriebsseite erstrecken.
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In einer Variante wird, insbesondere mittels einer Art Leitschaufel oder dergleichen, das einströmende Kältemittel in zwei Strömungsäste aufgeteilt, die in jeweils entgegensetzten Umfangs-Richtungen durch die Zwischenkammer strömen und durch den - insbesondere im Fall nur eines Fluidports - vorzugsweise diametral gegenüberliegenden Fluidport wieder austreten. In einer zweiten Variante strömt das Kältemittel für einen vollen Umlauf durch die Zwischenkammer.
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In einer alternativen Ausführung ist die Strömungsführungsanordnung durch ein gewendeltes (d. h. insbesondere helixartig geformtes) Band gebildet, das axial in die Zwischenkammer eingesetzt ist und einen ebenso gewendelten (optional mehrfachen) Umlauf des Kältemittels um den Innenraum zwischen dem Kältemittelanschluss und einer Verbindungsstelle zum Scrollraum des Verdichtergehäuses hervorruft.
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In einer zweckmäßigen Ausführung ist die Strömungsführungsanordnung (unabhängig von ihrer Ausgestaltung mit Leitblechen oder helixartig) als Spritzgießteil aus Kunststoff ausgeführt.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist der Antrieb, insbesondere der Stator des Elektromotors, thermisch an eine die Zwischenkammer radial innenseitig begrenzende Innenwand (die vorzugsweise aus Aluminium gefertigt ist) angebunden. Dadurch wird eine Wärmeableitung aus dem Stator begünstigt. Vorzugsweise ist der Stator dabei in die Innenwand (d. h. in den Innenraum des Antriebsgehäuses) eingepresst.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Scrollmaschine einen B-seitigen Lagerschild auf. Dieser ist vorzugsweise separat von dem Antriebsgehäuse gefertigt. An dem B-seitigen Lagerschilds ist insbesondere die Antriebswelle - insbesondere mittels eines Loslagers - des Weiteren (also zusätzlich zur A-seitigen Lagerung) gelagert. Der Innenraum des Antriebsgehäuses ist dabei mittels des B-seitigen Lagerschilds von einem ebenfalls von dem Antriebsgehäuse umschlossenen Elektronikraum (der insbesondere zur Aufnahme einer Motorelektronik dient) abgegrenzt, aber luftführungstechnisch verbunden. In einer alternativen Ausgestaltung bildet der B-seitige Lagerschild einen Gehäusedeckel auch für den Elektronikraum. In diesem Fall ist optional eine Leiterplatte der Motorelektronik freigestellt, weist also bspw. einen Durchbruch auf, so dass die Motorwelle durch diese hindurchgreifen kann und an dem durch den B-seitigen Lagerschild gebildeten (und auf der anderen Seite der Leiterplatte angeordneten) Gehäusedeckel gelagert ist.
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In einer weiteren alternativen Ausgestaltung entfällt der B-seitige Lagerschild, ist also nicht vorhanden. In diesem Fall ist sowohl eine Fest- als auch die Loslagerung der Motorwelle am A-seitigen Lagerschild angordnet. Eine B-seitige Lagerung der Motorwelle ist hierbei also nicht vorhanden.
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Da der B-seitige Lagerschild aufgrund der Führung des Kältemittels durch die Zwischenkammer keine Dichtfunktion zu dem Elektronikraum hin übernehmen braucht, kann der B-seitige Lagerschild vorteilhafterweise vergleichsweise einfach, bspw. als Blechteil ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der B-seitige Lagerschild in das Antriebsgehäuse - sofern dieser nicht auch den Gehäusedeckel des Elektronikraums bildet - eingepresst und dabei insbesondere thermisch an das Antriebsgehäuse angebunden (bspw. mittels seines bloßen Kontakts). Insbesondere kann auch eine Verschaltungseinheit für die Wicklungsdrähte des Elektromotors und/oder eine mediendichte Kontakt-Durchführung für die Wicklungsdrähte in den Elektronikraum entfallen, da in diesem Bereich bestimmungsgemäß keine Flüssigkeit, insbesondere kein Kältemittel, insbesondere kein Gemisch aus Kältemittel und Öl, allgemein ausgedrückt kein elektrisch leitfähiges Fluid, vorliegt. Die thermische Anbindung an das Antriebsgehäuse liegt vorzugsweise auch dann vor, wenn der B-seitige Lagerschild den Gehäusedeckel des Elektronikraums bildet.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die vorstehend genannte Leiterplatte der Motorelektronik thermisch an das Antriebgehäuse und/oder den B-seitigen Lagerschild angebunden. Vorzugsweise ist hierzu eine Kontaktfläche zwischen der Leiterplatte und dem Antriebsgehäuse und/oder dem Lagerschild möglichst großflächig gestaltet und/oder ein Wärmeleitmittel (bspw. Wärmeleitpaste) zwischengeschaltet.
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Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden insbesondere derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in einer Perspektivdarstellung schematisch eine Scrollmaschine,
- 2 in einer Teilschnittdarstellung schematisch einen Längsschnitt der Scrollmaschine,
- 3 in einer Perspektivdarstellung schematisch ein Antriebsgehäuse der Scrollmaschine,
- 4 in einer Perspektivdarstellung eine Strömungsführungsanordnung der Scrollmaschine,
- 5 in einer Detailansicht schematisch ein Fluidleitelement des Antriebsgehäuses,
- 6 in Ansicht gemäß 4 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Strömungsführungsanordnung, und
- 7 in Ansicht gemäß 2 schematisch die Scrollmaschine mit der Strömungsführungsanordnung gemäß 6.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Scrollmaschine, welche beispielsweise als Scrollverdichter 2, konkret als Kältemittelverdichter, in einem nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs verbaut ist. Der Scrollverdichter 2 ist elektromotorisch betrieben und weist dazu ein elektrisches (elektromotorisches) Antriebsmodul 4 und ein mit diesem gekoppeltes Verdichtermodul 6 auf. Zwischen dem Antriebsmodul 4 und dem Verdichtermodul 6 ist eine mechanische Schnittstelle 8 vorgesehen, mittels derer das Verdichtermodul 6 antriebstechnisch an das Antriebsmodul 4 angebunden ist. Das Verdichtermodul 6 ist dabei mittels umfangsseitig verteilten, sich in eine Axialrichtung A des Scrollverdichters 2 erstreckenden Flanschverbindungen 10 mit dem Antriebsmodul 4 verbunden, konkret verschraubt.
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Das Antriebmodul 4 weist ein Antriebsgehäuse 12 mit einem Innenraum 12a (s. 2) auf, das Verdichtermodul 6 ein Verdichter- oder „Scrollgehäuse 14“ mit einem „Scrollraum 14a“. In dem Innenraum 12a ist ein Elektromotor 16 angeordnet. Ein in 1 unten abgebildeter Gehäuseteilbereich des Antriebsgehäuses 12 bildet einen Elektronikraum 12b (s. 2), in dem eine den Elektromotor 16 ansteuernde Motorelektronik 18 angeordnet ist.
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Der Scrollverdichter 2 weist einen (Kältemittel-) Einlass 20 (oder auch: Anschluss) zum Anschluss an den Kältemittelkreislauf und einen (Kältemittel-) Auslass 22 auf. Der Einlass 20 ist in einem dem Elektronikraum 12b zugewandten Bereich des Antriebsgehäuses 12 angeformt. Der Auslass 22 ist an einem „Boden 24“ des Scrollgehäuses 14 angeformt. Im angeschlossenen Zustand bildet der Einlass 20 die Niederdruck- oder Saugseite (Sauggasseite) und der Auslass 22 die Hochdruck- oder Pumpseite (Pumpenseite) des Scrollverdichters 2. Konkret steht der Auslass 22 mit einer Hochdruckkammer 25 in Verbindung, die einen Teil des Scrollraums 14a bildet.
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Wie aus 2 ersichtlich ist im Bereich der mechanischen Schnittstelle 8 ein abtriebsseitiger Lagerschild 26 angeordnet. Dieser bildet eine Zwischenwand, auch als „Centerplate“ bezeichnet, zwischen dem Antriebsmodul 4 und dem Verdichtermodul 6, konkret zwischen dem Innenraum 12a und dem Scrollraum 14a.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, weist das Verdichtermodul 6 des Scrollverdichters 2 einen im Scrollgehäuse 14, konkret im Scrollraum 14a, angeordneten ersten, feststehenden Scroll 28 (Scrollteil, nachfolgend als fixierter Scroll, kurz „F-Scroll 28“ bezeichnet) und einen zweiten, beweglichen Scroll (Scrollteil, nachfolgend als orbitierender Scroll, kurz „O-Scroll 30“ bezeichnet) auf (der ebenfalls im Scrollraum 14a angeordnet ist). Der O-Scroll 30 ist mittels eines Exzenters, im Folgenden als „Swing Link 32“ bezeichnet, über einen Fügestift oder Wellenzapfen an eine (Antriebs- oder Motor-) Welle 36 des Elektromotors 16 gekoppelt, welche in den Lagerschild 26 geführt ist. An den Swing Link 32 ist ein Ausgleichsgewicht exzentrisch angebunden.
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Der Swing Link 32 ist in einem im O-Scroll 30 gehaltenen Wälz- oder Kugellager 38 gelagert. Ein weiteres Wälz- oder Kugellager 40 ist zur Lagerung der Welle 36 im Lagerschild 26 angeordnet. Der O-Scroll 30 ist mittels der Welle 36 und des exzentrisch in der Welle 36 eingebrachten Wellenzapfens 34 im Betrieb des Scrollverdichters 2 orbitierend angetrieben.
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Der F-Scroll 28 ist dagegen starr, also gehäusefest im Scrollgehäuse 14 befestigt. Beide Scrolls 28, 30 weisen jeweils zugeordnete schnecken- oder spiralförmige Spiralwände 28a, 30a (Scrollwände, Scrollspiralen) auf, die von einer jeweiligen Basisplatte 28b, 30b axial vorstehen. Die beiden Scrolls 28 und 30 greifen im montierten Zustand mit ihren Spiralwänden 28a, 30a ineinander. Zwischen den Scrolls 28, 30, dies bedeutet zwischen deren Scrollwänden 28a, 30a und den Basisplatten 28b, 30b sind dadurch (Förder- oder) Verdichterkammern 41 gebildet, deren Volumen sich bei Betrieb des Elektromotors verändert.
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Wie aus 2 und 3 ersichtlich ist, ist der A-seitige Lagerschild 26 als integraler Teil des Antriebsgehäuses 12 (d. h. einstückig mit dem Antriebsgehäuse 12) ausgebildet. Außerdem ist das Antriebsgehäuse 12 bereichsweise doppelwandig ausgebildet, so dass sich zwischen einer Außenwand 42 und einer Innenwand 44 eine umlaufende Zwischenkammer 46 bildet. Der Einlass 20 führt dabei in diese Zwischenkammer 46. Die Zwischenkammer 46 mündet im montierten Zustand in den Scrollraum 14a, konkret in eine Niederdruckkammer 47 des Scrollraums 14a, gegenüberliegend ist sie bis auf den Einlass 20 verschlossen. Außerdem ist die Zwischenkammer 46 fluidisch von dem Innenraum 12a getrennt. Des Weiteren ist in dem A-seitigen Lagerschild 26 eine Gegendruckkammer 48 (auch: „Backpressure-Kammer“) ausgebildet. Diese Gegendruckkammer 48 ist zum Innenraum 12a des Antriebsgehäuses 12 hin mittels einer Wellendichtung 50 abgedichtet, um Druckverluste zu vermeiden. Die Gegendruckkammer 48 stellt ebenfalls einen Teil des Scrollraums 14a dar. Die Niederdruckkammer 25, die Gegendruckkammer 48 und die Hochdruckammer 25 sind räumlich durch die beiden Scrolls 28 und 30 voneinander abgegrenzt.
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Im Betrieb wird das Kältemittel durch den Einlass 20 in die Zwischenkammer 46 des Antriebsgehäuses 12 und von dort in den Scrollraum 14a, konkret in die Niederdruckkammer 47, eingeleitet. Mittels des A-seitigen Lagerschilds 26 und der o. g. Wellendichtung 50 ist ein Eindringen des Kältemittels (und/oder Öls, also eines elektrisch leitfähigen Fluids), konkret aus der Gegendruckkammer 48, in den Innenraum 12a des Antriebsgehäuses 12 verhindert.
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In der Zwischenkammer 46 ist ferner eine Strömungsführungsanordnung 52 angeordnet, die dazu dient, dem Kältemittel innerhalb der Zwischenkammer 46 einen möglichst langen Strömungsweg um den Innenraum 12a herum „aufzuzwingen“.
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Im in 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Strömungsführungsanordnung 52 einen Stirnring 54 auf, der im bestimmungsgemäßen Montagezustand die Zwischenkammer 46 bis auf einen Fluidport 56 (oder: Durchlass), durch den ein Durchfluss in die Niederdruckkammer 47 ermöglicht ist, verdeckt. Von diesem Stirnring 54 stehen in Axialrichtung A mehrere Leitbleche 58 vor, die zumindest endseitig in durch (nicht näher dargestellte) Rippen in der Zwischenkammer 46 gebildete, axial ausgerichtete Taschen eingreifen und dem Kältemittel einen mäandrierenden Strömungsweg 60 vorgeben (vgl. die zwei Pfeile in 4).
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Dabei wird der Kältemittelstrom mittels einer im Einlass 20 ausgeformten Leitkontur 62, deren Form grob einer „Schneide“ einer Pelton-Schaufel gleicht (s. 5), in zwei Teile aufgeteilt, die in entgegengesetzter Umfangsrichtung vom Einlass 20 zum diametral gegenüberliegenden Fluidport 56 strömen (vgl. 4). Dadurch kann die Kühlung über den Umfang gleichmäßig verteilt werden. Ein Stator 70 des Elektromotors 16 ist dabei in das Antriebsgehäuse 12 eingepresst und liegt mithin bündig an der Innenwand 44 an. Das Antriebsgehäuse 12 ist als Aluminiumgussteil ausgebildet und weist somit eine vergleichsweise gute Wärmeleitfähigkeit auf, so dass die thermische Anbindung des Stators 70 an den Kältemittelkreislauf ermöglicht ist. So dient das Kältemittel auch zur Kühlung des Elektromotors 16.
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Mittels des Verdichtermoduls 6 wird das Kältemittel, konkret ein innerhalb des Scrollverdichters 2 gebildetes Gemisch aus Kältemittel und Öl, verdichtet, wobei das Öl der Schmierung der beiden Scrolls 28 und 30 dient, sodass eine Reibung verringert und folglich ein Wirkungsgrad erhöht ist. Auch dient das Öl der Abdichtung, um ein unkontrolliertes Entweichen von dem zwischen den beiden Scrolls 28 und 30 befindlichen Kältemittel zu vermeiden.
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In 6 und 7 ist schematisch ein alternatives Ausführungsbeispiel der Strömungsführungsanordnung 52 dargestellt. Diese ist hier durch ein insgesamt helixartig gewundenes (gewendelt, geschraubt) Band 72 gebildet, das den Einlass 20 mit dem Scrollraum 14a, konkret der Niederdruckkammer 47, verbindet. Dabei wird eine den Innenraum 12a ebenfalls helix- oder schraubenartig umlaufende Strömung des Kältemittels ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Band 72 durch zwei etwa Dreiviertel-Kreis-förmige, parallel angeordnete Ringe gebildet, die durch einen schräg angestellten Abschnitt verbunden sind. Eine durchgehende, d. h. stetig steigende Wendelung des Bands 72 ist aber ebenso möglich.
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In beiden Ausführungsbeispielen ist die Strömungsführungsanordnung 52 aus Kunststoff spritzgegossen.
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Wie aus 2 und 7 hervorgeht, ist das Antriebsgehäuse 12, konkret dessen Innenraum 12a, A-seitig, also zum Verdichtermodul 6 hin, mittels des monolithisch angebundenen A-seitigen Lagerschilds 26 unter Zusammenwirkung mit der Welle 36 und der Wellendichtung 50 verschlossen. B-seitig, also auf der der Abtriebsseite (und somit dem Verdichtermodul 6) abgewandten Seite, ist das Antriebsgehäuse 12 aber offen. Zur Lagerung der Welle 36 ist ein B-seitiger Lagerschild 80 vorhanden, der vergleichsweise einfach ausgebildet ist und einen Träger für ein Loslager 82 der Welle 36 bildet. Außerdem bildet der B-seitige Lagerschild 80 eine „thermische Brücke“, unter anderem für die thermisch an diesen angebundene Motorelektronik 18, zum Antriebsgehäuse 12 hin, in das er eingepresst oder auf andere Weise gehaltert ist. Der B-seitige Lagerschild 80 weist eine Anzahl von (offen gelassenen) Durchbrüchen 84 auf, durch die hindurch eine Kontaktierung von Spulenwicklungen 86 des Elektromotors 16 mit der Motorelektronik 18 erfolgt (vgl. 2). Eine Abdichtung ist hier nicht erforderlich.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Scrollverdichter
- 4
- Antriebsmodul
- 6
- Verdichtermodul
- 8
- Schnittstelle
- 10
- Flanschverbindung
- 12
- Antriebsgehäuse
- 12a
- Innenraum
- 12b
- Elektronikraum
- 14
- Scrollgehäuse
- 14a
- Scrollraum
- 16
- Elektromotor
- 18
- Motorelektronik
- 20
- Einlass
- 22
- Auslass
- 24
- Boden
- 25
- Hochdruckkammer
- 26
- Lagerschild
- 28
- F-Scroll
- 28a
- Spiralwand
- 28b
- Basisplatte
- 30
- O-Scroll
- 30a
- Spiralwand
- 30b
- Basisplatte
- 32
- Swing Link
- 36
- Welle
- 38
- Kugellager
- 40
- Kugellager
- 41
- Verdichterkammer
- 42
- Außenwand
- 44
- Innenwand
- 46
- Zwischenkammer
- 47
- Niederdruckkammer
- 48
- Gegendruckkammer
- 50
- Wellendichtung
- 52
- Strömungsführungsanordnung
- 54
- Stirnring
- 56
- Fluidport
- 58
- Leitblech
- 60
- Strömungsweg
- 62
- Leitkontur
- 70
- Stator
- 72
- Band
- 80
- Lagerschild
- 82
- Loslager
- 84
- Durchbruch
- 86
- Spulenwicklung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012104045 A1 [0003]
