DE102022111377A1

DE102022111377A1 - Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip

Info

Publication number: DE102022111377A1
Application number: DE102022111377.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Busch
Original assignee: OET GmbH
Current assignee: OET GmbH
Priority date: 2022-05-06
Filing date: 2022-05-06
Publication date: 2023-11-09
Also published as: WO2023213504A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip, insbesondere Scrollverdichter, mit einem Gehäuse (100), das ein Verdichtergehäuse (20) und ein Antriebsgehäuse (10) umfasst, wobei im Verdichtergehäuse (20) eine orbitierende Verdrängerspirale (21) und eine Gegenspirale (25) angeordnet sind, die so ineinander greifen, dass zwischen der Verdrängerspirale (21) und der Gegenspirale (25) variable Verdichtungskammern (23) gebildet sind, um ein durch einen Arbeitsmittelkreislauf strömendes Arbeitsmittel aufzunehmen und zu verdichten, wobei im Antriebsgehäuse (10) eine Antriebswelle (12) angeordnet ist, die mit der Verdrängerspirale (21) antriebsverbunden ist, wobei zwischen dem Antriebsgehäuse (10) und dem Verdichtergehäuse (20) eine Lagerplatte (30) angeordnet ist, die ein Lager (32) für die Antriebswelle (12) trägt, und wobei zwischen der Lagerplatte (30) und der orbitierenden Verdrängerspirale (21) ein Antirotationsmechanismus vorgesehen ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lagerplatte (30) vollständig innerhalb des Gehäuses (100) angeordnet ist, wobei die Lagerplatte (30) und das Lager (31) aus Materialien gebildet sind, deren Wärmeausdehnungskoeffizient um höchstens 20%, insbesondere um höchstens 10%, insbesondere um höchstens 5%, voneinander abweicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Eine derartige Verdrängermaschine ist beispielsweise aus DE 10 2016 118 525 B4 bekannt.
Die eingangs genannte DE 10 2016 118 525 B4 beschreibt eine Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip, insbesondere einen Scrollverdichter, mit einem Gehäuse, das aus Gründen des Korrosionsschutzes aus Aluminium gebildet ist. Das Gehäuse bildet eine Wandung, die einen Antriebsraum des Scrollverdichters von einem Verdichtungsraum trennt. Die Wandung trägt ein Antriebslager, das eine Antriebswelle lagert. Die Antriebswelle greift exzentrisch in eine orbitierende Verdrängerspirale ein, die wiederum im Spiraleingriff mit einer Gegenspirale steht. Durch eine orbitierende Bewegung der Verdrängerspirale, die durch die exzentrische Verbindung mit der Antriebswelle eingeleitet wird, entstehen variable Verdichtungskammern zwischen der Verdrängerspirale und der Gegenspirale, über die ein Arbeitsmittel verdichtet werden kann.
Bei dem bekannten Spiralverdichter ist ferner ein Antirotationsmechanismus vorgesehen. Der Antirotationsmechanismus umfasst einen Stift, der in eine Öffnung im Boden der Verdrängerspirale eingreift und so verhindert, dass die Verdrängerspirale rotiert. Auf diese Weise wird die Verdrängerspirale in die gewünschte orbitierende Bewegung gedrängt.
Die DE 10 2016 118 525 B4 hat erkannt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Stifte des Antirotationsmechanismus nicht direkt in die Wandung aus Aluminium eingesetzt sind, sondern vielmehr zwischen der Wandung aus Aluminium und der Verdrängerspirale eine Gleitplatte aus Stahl ausgebildet ist. Die Stifte des Antirotationsmechanismus sind in diese Gleitplatte eingesetzt und greifen in Öffnungen der Verdrängerspirale ein. Aus Gründen der Langlebigkeit sind auch die Stifte aus einem Stahl gebildet.
Die Wandung, die die Gleitplatte trägt, ist gleichzeitig eine Lagerplatte, die das Lager für die Antriebswelle trägt. Um eine gute Haltbarkeit zu gewährleisten, sind Antriebswellenlager üblicherweise aus Stahl gebildet.
Wegen der unterschiedlichen Materialien zwischen Lagerplatte und Lager kommt es im Betrieb der Verdrängermaschine zu einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung. Dies ist beim Einpressen des Lagers in die Lagerplatte zu berücksichtigen und kann dazu führen, dass das Lagerspiel im Teillastbetrieb der Verdrängermaschine sehr klein ist oder das Lager im Betrieb vorgespannt wird. Beides wirkt sich negativ auf die Lebensdauer des Lagers auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip anzugeben, die eine verbesserte Lebensdauer aufweist. Insbesondere das Lager der Antriebswelle soll durch die Erfindung eine erhöhte Lebensdauer aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Konkret beruht die Erfindung auf dem Gedanken, eine Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip, insbesondere einen Scrollverdichter, mit einem Gehäuse anzugeben, das ein Verdichtergehäuse und ein Antriebsgehäuse umfasst. Im Verdichtergehäuse sind eine orbitierende Verdrängerspirale und eine Gegenspirale angeordnet, die so ineinandergreifen, dass zwischen der Verdrängerspirale und der Gegenspirale variable Verdichtungskammern gebildet sind, um ein durch einen Arbeitsmittelkreislauf strömendes Arbeitsmittel aufzunehmen und zu verdichten. Im Antriebsgehäuse ist eine Antriebswelle angeordnet, die mit der Verdrängerspirale antriebsverbunden ist, wobei zwischen dem Antriebsgehäuse und dem Verdichtergehäuse eine Lagerplatte angeordnet ist, die ein Lager für die Antriebswelle trägt. Zwischen der Lagerplatte und der orbitierenden Verdrängerspirale ist ein Antirotationsmechanismus vorgesehen. Erfindungsgemäß ist die Lagerplatte vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet, wobei die Lagerplatte und das Lager aus Materialien gebildet sind, deren Wärmeausdehnungskoeffizient höchstens 20%, insbesondere höchstens 10%, insbesondere höchstens 5%, voneinander abweicht.
Die Erfindung macht sich im Wesentlichen zwei Effekte zunutze. Einerseits wird durch die Materialwahl von Lagerplatte und Lager erreicht, dass sich das Lager im Betrieb nicht mit der Lagerplatte verspannt, so dass die Lebensdauer des Lagers erhöht wird. Anderseits ist die Lagerplatte vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet. Das führt dazu, dass für die Lagerplatte ein anderes Material als für das Gehäuse gewählt werden kann. So kann das Gehäuse beispielsweise aus Aluminium bestehen und entsprechenden Korrosionsschutz bieten. Die Lagerplatte kann hingegen aus Stahl bestehen und eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um das Lager zu halten. Insofern beruht die Erfindung auch auf dem Gedanken einer Funktionstrennung zwischen dem Gehäuse und der Lagerplatte. Während im Stand der Technik das Gehäuse und die Lagerplatte oft einstückig ausgebildet sind, nutzt die Erfindung eine zweiteilige Ausgestaltung, so dass jedes Bauteil für die ihm zugewiesene Funktion optimal konfiguriert werden kann.
Indem also die Lagerplatte und das Lager aus Materialien gebildet sind, die einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, kann der Presssitz zwischen der Lagerplatte und dem Lager gut dimensioniert werden, was sich positiv auf die Lebensdauer des Lagers auswirkt.
Die Lagerplatte kann mit dem Gehäuse kraftschlüssig verbunden sein. Insbesondere kann die Lagerplatte durch einen Presssitz, eine Verschraubung, durch Nieten oder eine Stiftverbindung mit dem Gehäuse verbunden sein.
In einer Ausführungsform ist insbesondere vorgesehen, dass die Lagerplatte in einem Gehäusering befestigt ist, der zwischen dem Antriebsgehäuse und dem Verdichtergehäuse angeordnet ist. Bei dieser Variante steht eine gute Wartungsfreundlichkeit im Vordergrund. Das Gehäuse selbst weist das Antriebsgehäuse, den Gehäusering und das Verdichtergehäuse auf. Der Gehäusering ist vorzugsweise kraftschlüssig mit der Lagerplatte verbunden. Das Material des Gehäuserings entspricht vorzugsweise den Materialien des Antriebsgehäuses und des Verdichtergehäuses. Die Lagerplatte ist vorzugsweise aus einem anderen Material, insbesondere Stahl, gebildet.
Konkret ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Gehäusering ein anderes Material als die Lagerplatte und/oder das Verdichtergehäuse, aufweist. Das Material des Gehäuserings ist vorzugsweise korrosionsbeständig, insbesondere Aluminium.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Lagerplatte in dem Antriebsgehäuse befestigt ist. Bei einer solchen Variante entfällt ein separater Gehäusering. Die Bauteilvielfalt wird dabei reduziert, was sich positiv auf die Kosten der Herstellung auswirkt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lagerplatte in dem Verdichtergehäuse befestigt ist.
Eine weitere alternative Variante der Erfindung sieht vor, dass die Lagerplatte fest, insbesondere kraftschlüssig, mit der Gegenspirale verbunden ist. Die zuvor genannten kraftschlüssigen Verbindungen sind für alle Varianten einsetzbar.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die orbitierende Verdrängerspirale einen Verdrängerspiralboden aufweist, in welchem ein Dichtungselement befestigt ist. Das Dichtungselement bewirkt eine Abdichtung der orbitierenden Verdrängerspirale zur Lagerplatte und somit zum Antriebsgehäuse. Das erhöht die Effizienz der Verdrängermaschine.
Zwischen der Lagerplatte und der orbitierenden Verdrängerspirale, insbesondere dem Verdrängerspiralboden, kann außerdem eine Gleitplatte angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Gleitplatte vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Dichtungselement gegen die Gleitplatte abdichtet.
Die Gleitplatte ist vorzugsweise aus einem Material gebildet, das gute Gleit- und Dichtungseigenschaften aufweist. Das reduziert die Reibung innerhalb der Verdrängermaschine und erhöht deren Effizienz. Gleichzeitig werden, was für Anwendungen im Bereich der Elektromobilität wichtig ist, Vibrationen und Geräuschemissionen reduziert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur eine Teilquerschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt konkret einen Abschnitt einer Verdrängermaschine, insbesondere eines Scrollverdichters, mit einem Gehäuse 100. Das Gehäuse 100 ist in ein Antriebsgehäuse 10 und ein Verdichtergehäuse 20 unterteilt. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist zwischen dem Antriebsgehäuse 10 und dem Verdichtergehäuse 20 ein Gehäusering 31 angeordnet. Der Gehäusering 31 ist fest mit dem Antriebsgehäuse 10 und dem Verdichtergehäuse 20 verbunden. Vorzugsweise sind das Antriebsgehäuse 10, das Verdichtergehäuse 20 und der Gehäusering 31 aus einer Aluminiumlegierung gebildet.
Im Antriebsgehäuse 10 ist ferner eine Antriebswelle 12 angeordnet. Antriebsgehäuse 10 kann außerdem einen hier nicht dargestellten Elektromotor umfassen, der direkt die Antriebswelle 12 antreibt.
Die Antriebswelle 12 durchgreift eine Lagerplatte 30 und ist innerhalb der Lagerplatte 30 in einem Lager 32 gelagert. Das Lager 32 ist vorzugsweise mit einem Presssitz in der Lagerplatte 30 fixiert. Dem Lager 32 vorgelagert ist eine Wellendichtung 11, die die Antriebswelle 12 umgreift und so das Antriebsgehäuse 10 dicht gegenüber der Lagerplatte 30 verschließt.
Die Antriebswelle 12 greift über einen Ausgleichsmechanismus 13 in ein Exzenterlager 14 ein. Das Exzenterlager 14 steht mit einer orbitierenden Verdrängerspirale 21 in Eingriff, so dass Antriebsenergie über die Antriebswelle 12 und das Exzenterlager 14 an die orbitierende Verdrängerspirale 21 übertragen werden kann.
Bei der Verdrängermaschine gemäß der Figur ist ferner ein Antirotationsmechanismus 40 vorgesehen. Der Antirotationsmechanismus 40 umfasst einen Stift 41, der fest in der Lagerplatte 30 befestigt ist. Der Stift 41 greift mit Spiel in einen Ring 42 ein, der in einer Öffnung der Verdrängerspirale 21 angeordnet ist. Durch das Spiel zwischen dem Ring 42 und dem Stift 41 wird erreicht, dass die Verdrängerspirale 21 durch die Exzentrik an der Antriebswelle 12 in eine orbitierende Bewegung gedrängt wird. Eine einfache Rotation der Verdrängerspirale wird so verhindert.
Um eine gute Abdichtung zwischen der orbitierenden Verdrängerspirale 21 und der Lagerplatte 30 zu gewährleisten, trägt die Lagerplatte 30 ferner eine Gleitplatte 33. Die orbitierende Verdrängerspirale 21 umfasst ferner ein Dichtungselement 24, das gegen die Gleitplatte 33 gedrückt wird und so eine gute Dichtigkeit bewirkt. Das Dichtungselement 24 kann ein umlaufender O-Ring sein.
Wie in der Figur ferner gut erkennbar ist, ist die Lagerplatte 30 vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet. Die Lagerplatte 30 ist fest mit der Gegenspirale 25 verbunden. Die Verbindung kann insbesondere kraftschlüssig erfolgen. Beispielsweise können mit Presssitz eingefügte Befestigungsstifte die Lagerplatte 30 an der Gegenspirale 25 halten. Alternativ ist auch eine Verschraubung, ein Vernieten oder eine Toleranzringausführung möglich.
Die Lagerplatte 30 kann aus einem Stahl oder einem Gussmaterial gebildet sein. Vorzugsweise wird ein Material verwendet, das auch für die Herstellung des Wellenlagers 32 eingesetzt wird. Jedenfalls sollen die Lagerplatte 30 und das Wellenlager 32 aus Materialien gebildet sein, die gleiche oder zumindest ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Im Betrieb der Verdrängermaschine dehnen sich das Wellenlager 32 und die Lagerplatte 30 gleichmäßig aus. Der Presssitz zwischen dem Wellenlager 32 und der Lagerplatte 30 kann somit gut und genau dimensioniert werden, was sich positiv auf die Lebensdauer des Wellenlagers 32 auswirkt.
Bezugszeichen

10: Antriebsgehäuse
11: Wellendichtung
12: Antriebswelle
13: Ausgleichsmechanismus
14: Exzenterlager
20: Verdichtergehäuse
21: orbitierende Verdrängerspirale
22: Verdrängerspiralboden
23: Verdichtungskammer
24: Dichtungselement
25: Gegenspirale
30: Lagerplatte
31: Gehäusering
32: Lager
33: Gleitplatte
40: Antirotationsmechanismus
41: Stift
42: Ring
100: Gehäuse

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

DE 102016118525 B4 [0001, 0002, 0004]

Claims

Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip, insbesondere Scrollverdichter, mit einem Gehäuse (100), das ein Verdichtergehäuse (20) und ein Antriebsgehäuse (10) umfasst, wobei im Verdichtergehäuse (20) eine orbitierende Verdrängerspirale (21) und eine Gegenspirale (25) angeordnet sind, die so ineinander greifen, dass zwischen der Verdrängerspirale (21) und der Gegenspirale (25) variable Verdichtungskammern (23) gebildet sind, um ein durch einen Arbeitsmittelkreislauf strömendes Arbeitsmittel aufzunehmen und zu verdichten, wobei im Antriebsgehäuse (10) eine Antriebswelle (12) angeordnet ist, die mit der Verdrängerspirale (21) antriebsverbunden ist, wobei zwischen dem Antriebsgehäuse (10) und dem Verdichtergehäuse (20) eine Lagerplatte (30) angeordnet ist, die ein Lager (32) für die Antriebswelle (12) trägt, und wobei zwischen der Lagerplatte (30) und der orbitierenden Verdrängerspirale (21) ein Antirotationsmechanismus (40) vorgesehen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerplatte (30) vollständig innerhalb des Gehäuses (100) angeordnet ist, wobei die Lagerplatte (30) und das Lager (31) aus Materialien gebildet sind, deren Wärmeausdehnungskoeffizient um höchstens 20%, insbesondere um höchstens 10%, insbesondere um höchstens 5%, voneinander abweicht.
Verdrängermaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerplatte (30) mit dem Gehäuse (100) kraftschlüssig verbunden ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerplatte (30) in einem Gehäusering (31) befestigt ist, der zwischen dem Antriebsgehäuse (10) und dem Verdichtergehäuse (20) angeordnet ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusering (31) ein anderes Material als die Lagerplatte (30), insbesondere das gleiche Material wie das Antriebsgehäuse (10) und/oder das Verdichtergehäuse (20), aufweist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerplatte (30) in dem Antriebsgehäuse (10) befestigt ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerplatte (30) in dem Verdichtergehäuse (20) befestigt ist.
Verdrängermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerplatte (30) mit der Gegenspirale (25) fest, insbesondere kraftschlüssig, verbunden ist.
Verdrängermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die orbitierende Verdrängerspirale (21) einen Verdrängerspiralboden (22) aufweist, in welchem ein Dichtungselement (24) befestigt ist.
Verdrängermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lagerplatte (30) und der orbitierenden Verdrängerspirale (21), insbesondere dem Verdrängerspiralboden (22), eine Gleitplatte (33) angeordnet ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitplatte (33) vollständig innerhalb des Gehäuses (100) angeordnet ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (24) gegen die Gleitplatte (40) abdichtet.