DE102022106041A1

DE102022106041A1 - Orbitalkolbenverdichtungseinheit mit stufenweiser radialer Spaltausgleichsfunktion und Wärmepumpensystem

Info

Publication number: DE102022106041A1
Application number: DE102022106041.1A
Authority: DE
Inventors: David Huber; Alexander Glebov; Oliver Dippold
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-03-16
Filing date: 2022-03-16
Publication date: 2023-09-21

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Orbitalkolbenverdichter (1) mit einem durch eine Zylinder(innen)wand (2) bestimmten Zylinder (3), innerhalb dessen ein beweglicher Orbitalkolben (4) angeordnet ist, wobei eine Positionsbestimmungseinrichtung (7) des Orbitalkolbens (4) vorgehalten ist, die so ausgelegt ist, dass ein Spalt (6) zwischen der Außenoberfläche (5) des Orbitalkolbens (4) und der Zylinderinnenwand (2) nach Art eines Exzenters (8) aber (nur) gestuft in diskreten Positionen einstellbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Wärmepumpensystem mit einem als E-Kompressor ausgelegtem erfindungsgemäßen Orbitalkolbenverdichter (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Orbitalkolbenverdichter mit einem durch eine Zylinderinnenwand / Zylinderwand bestimmten Zylinder, innerhalb dessen ein beweglicher Orbitalkolben / Schwingkolben angeordnet ist.
Solche Orbitalkolbenverdichter, die auch als Schwingkolbenverdichter bezeichnet werden können, sind grundsätzlich schon bekannt. In der üblichen Ausgestaltung wird versucht, über möglichst enge Toleranzen und kurze Toleranzketten den radialen Spalt zwischen dem Kolben und dem Gehäuse auf einen definierten, sehr minimalen Spalt zu halten, wobei hier die Größenordnung von 0,005 bis 0,05 mm zu beachten ist. Dies ist insbesondere von Bedeutung, um einen Kontakt von relativ zu eineander beweglichen Teilen zu vermeiden und einen geringen, dichtenden Ölspalt zuzulassen. Bei einem zu großen Spalt verringert sich nämlich der Wirkungsgrad, da es zu Leckageverlusten des zu verdichtenden Kältemittels kommt. Technologisch ist es jedoch sehr aufwändig, diese Toleranzen einzuhalten und überhaupt zu erreichen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile abzustellen oder wenigstens zu mildern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Positionsbestimmungseinrichtung des Orbitalkolbens vorgehalten ist, die so ausgelegt ist, dass ein Spalt zwischen der Außenoberfläche des Orbitalkolbens und der Zylinder(innen)wand nach Art eines Exzenters, aber gestuft (ausschließlich / nur) in diskreten Positionen einstellbar ist.
Die Grundidee ist also die Verwendung eines Ausgleichsexzenters. Je nachdem, in welcher Winkellage dieses Bauteil zur Exzenterwelle montiert wird, verändert sich der Radialspalt. Dies geschieht durch eine sehr geringe, aber trotzdem vorhandene Exzentrizität zwischen dem Außendurchmesser des Ausgleichsexzenters und dem Innendurchmesser und zum Beispiel der verzahnen Innengeometrie. Durch diese stufenweise Veränderbarkeit der Exzentrizität, zum Beispiel über die Zähnezahl an der Innengeometrie, kann beispielsweise bei einer Montage des Zusammenbaus, stufenweise ausgewählt werden, in welcher Winkelstellung der Ausgleichsexzenter den geringsten noch gängigen / funktionalen Spalt aufweist. Es stellt sich der Vorteil ein, dass die Toleranzen der Komponenten gegebenenfalls ausgeglichen / aufgeweitet werden können, da der Spalt einstellbar ist. Ein erheblicher Kostenvorteil ist die Folge. Gegebenenfalls sonst noch sinnvolle Versuchsreihen mit variierten Radialspaltmaßen können vermieden werden oder aber zielgerichtet durchgeführt werden, um eine einfache Adaptierbarkeit zu erreichen. Diese Vorteile gleichen die Nachteile eines zusätzlichen Bauteils aus. Auch kann vernachlässigt werden, dass Unrundheiten und Koaxialitätsfehler auftreten können, die über den Drehwinkel einen veränderlichen Spalt nach sich ziehen.
Die Basis der Konstruktion ist ein stehendes Gehäuse, aufweisend eine Zylinderwand und einen axial anschließenden Boden / Deckel. Darin gelagert sind meistens Halbschalen, die zum Teil den Kolben / Orbitalkolben / Schwingkolben aufnehmen. Eine Drehbewegung wird durch eine zum Beispiel elektrisch angetriebene Antriebswelle / Exzenterwelle eingeleitet. Diese Drehbewegung wird über einen Exzenter mit einer Außenverzahnung auf ein Ausgleichsexzenterelement mit einer Innenverzahnung übertragen. Zwischen den drehenden Teilen und dem orbitierenden oder schwingenden Kolben / Orbitalkolben findet eine Entkoppelung über ein Wälzlager, zum Beispiel ein Nadellager, oder alternativ ein Gleitlager statt. Liegt ein vorbestimmter Punkt direkt auf einem weiteren vorbestimmten Punkt, ist der größtmögliche Ausgleich bzw. der kleinstmögliche Spalt / größtmögliche Überdeckung gewählt. Liegen die beiden besagten Punkte gegenüber, ergo um 180° versetzt, ist der größtmögliche Spalt eingestellt. Bewegt man den Ausgleichsexzenter zahnweise / stufenweise, kann der Spalt dadurch verändert werden. So ist es möglich, dass beispielsweise der Ausgleich gewählt werden kann, bei dem das System gerade noch ohne Klemmen drehen kann.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Positionsbestimmungseinrichtung einen Ausgleichsexzenter mit einem Außenteil, das eine polygonartig gestufte Koppelinnenfläche besitzt, die in eine gleichartig ausgeformte Außenfläche eines Innenteils formschlüssig eingreift, versehen ist. Ein ausschließlich in diskreten Positionen verlagerbarer Exzenter ist dann kostengünstig vorhaltbar.
Für einen langlebigen Betrieb ist es zuträglich, wenn die Koppelinnenfläche und die Koppelaußenfläche als eine Verzahnung oder als ein Polygonprofil ausgebildet sind. Die Verzahnung oder das Polygonprofil des einen Teils soll dann gegengleich zum anderen Teil ausgestaltet sein. Selbst bei häufiger Verstellung ist dann eine geringe Abnutzung zu erwarten.
Eine weitere Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil mit einer Exzenterwelle verbunden ist, die zum Antreiben des Orbitalkolbens ausgelegt ist. Auf diese Weise kann das Drehmoment einfach eingebracht werden.
Reibungsminimierend ist es auch, wenn zwischen dem Außenteil und dem Orbitalkolben ein Lager angeordnet ist. Dabei hat es sich bewährt, wenn das Lager als Wälz- oder Gleitlager ausgebildet ist. Insbesondere bei Wälzlagerausgestaltung hat sich die Wahl eines Nadellagers bewährt.
Es ist von Vorteil, wenn das Außenteil als Toleranzausgleichseinstellhülse ausgebildet ist, da eine Großserienfertigung dadurch erleichtert wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Wärmepumpensystem mit einem als E-Kompressor ausgelegtem Orbitalkolbenverdichter der erfindungsgemäßen Art oder ähnliches.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Orbitalkolbenverdichter / eine erfindungsgemäße Orbitalkolbenverdichtungseinheit mit stufenweiser radialer Spaltausgleichsfunktion.
Die Figur ist lediglich schematischer Natur und dient nur dem Verständnis der Erfindung.
In der 1 ist ein Orbitalkolbenverdichter 1 dargestellt. Der Orbitalkolbenverdichter 1 ist im Querschnitt dargestellt. Nur bestimmte Teile und nicht alle notwendigen Teile sind dargestellt. Der Orbitalkolbenverdichter 1 besitzt ein Gehäuse, aufweisend eine Zylinderwand 2, die auch als Zylinderinnenwand bezeichnet werden kann.
Die Zylinderwand 2 bestimmt zusammen mit einem Deckel und einem Boden einen Zylinder 3. Innerhalb des Zylinders 3 ist ein Orbitalkolben 4, der auch als Schwenkkolben bezeichnet werden kann, angeordnet. Der Orbitalkolben 4 besitzt eine Außenoberfläche 5. Zwischen der Zylinderwand 2 und der Außenoberfläche 5 gibt es einen einstellbaren Spalt 6, der nur angedeutet ist.
Mittels einer Positionsbestimmungseinrichtung 7 kann dieser Spalt 6 eingestellt werden. Die Positionsbestimmungseinrichtung 7 ist nämlich nach Art eines Exzenters 8 ausgestaltet. Dabei besitzt der Exzenter 8 einen Ausgleichsexzenter 9. Der Ausgleichsexzenter 9 besitzt ein Außenteil 10 innerhalb dessen ein Innenteil 11 angeordnet ist. Das Außenteil 10 besitzt eine Koppelinnenfläche 12.
Das Innenteil 11 besitzt eine Koppelaußenfläche 13. Sowohl die Koppelinnenfläche 12 als auch die Koppelaußenfläche 13 sind als Verzahnung 14 gestaltet. Das Außenteil 10 greift somit formschlüssig über die Verzahnung 14 in das Innenteil 11.
Innerhalb des Innenteils 11 ist eine Exzenterwelle 15 vorhanden. Die Exzenterwelle 15 dient als Antriebswelle.
Es gibt ferner ein Lager 16, das als Wälzlager 17, nämlich Nadellager 18 ausgestaltet ist. Ferner gibt es ein Drehgelenk 19. Über das Drehgelenk, das präziser auch als Schiebe-Drehgelenk bezeichnet werden kann, ist der Orbitalkolben 4 (zusätzlich) gelagert.
Ein Punkt 20 kennzeichnet ein Größtmaß und ein Punkt 21 eine Exzenterrichtung. Werden die beiden Punkte 20 und 21 übereinander gebracht, ist die größtmögliche Exzenterstellung erreicht.
Kältemittel kann über einen Einlass 22 in den Zylinder 3 eindringen und über einen Auslass 23 austreten.
Bezugszeichenliste

1: Orbitalkolbenverdichter
2: Zylinderwand / Zylinderinnenwand
3: Zylinder
4: Orbitalkolben
5: Außenoberfläche
6: Spalt
7: Positionsbestimmungseinrichtung
8: Exzenter
9: Ausgleichsexzenter
10: Außenteil
11: Innenteil
12: Koppelinnenfläche
13: Koppelaußenfläche
14: Verzahnung
15: Exzenterwelle
16: Lager
17: Wälzlager
18: Nadellager
19: Drehgelenk
20: Punkt / Größtmaß
21: Punkt / Exzenterrichtung
22: Einlass
23: Auslass

Claims

Orbitalkolbenverdichter (1) mit einem durch eine Zylinderinnenwand (2) bestimmten Zylinder (3), innerhalb dessen ein beweglicher Orbitalkolben (4) angeordnet ist, wobei eine Positionsbestimmungseinrichtung (7) des Orbitalkolbens (4) vorgehalten ist, die so ausgelegt ist, dass ein Spalt (6) zwischen der Außenoberfläche (5) des Orbitalkolbens (4) und der Zylinderinnenwand (2) nach Art eines Exzenters (8), aber gestuft in diskreten Positionen einstellbar ist.
Orbitalkolbenverdichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbestimmungseinrichtung (7) einen Ausgleichsexzenter (9) mit einem Außenteil (10), das eine polygonartig gestufte Koppelinnenfläche (12) besitzt, die in eine gleichartig ausgeformte Koppelaußenfläche (13) eines Innenteils (11) formschlüssig eingreift, versehen ist.
Orbitalkolbenverdichter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelinnenfläche (12) und die Koppelaußenfläche (13) als eine Verzahnung (14) oder als ein Polygonprofil ausgebildet sind.
Orbitalkolbenverdichter (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (11) mit einer Exzenterwelle (15) verbunden ist, die zum Antreiben des Orbitalkolbens (4) ausgelegt ist.
Orbitalkolbenverdichter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenteil (10) und dem Orbitalkolben (4) ein Lager (16) angeordnet ist.
Orbitalkolbenverdichter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (16) als Wälzlager (17) oder Gleitlager ausgebildet ist.
Orbitalkolbenverdichter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (17) als Nadellager (18) ausgelegt ist.
Orbitalkolbenverdichter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenteil (10) als Toleranzausgleichseinstellhülse ausgebildet ist.
Wärmepumpensystem, mit einem als E-Kompressor ausgelegtem Orbitalkolbenverdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.