DE3441285C2 - Spiralverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Ver­ dichter für eine Klimaanlage mit einer Vorrichtung zum Einstellen der Förderleistung des Verdichters.

Wenn bekannte Spiralverdichter in Fahrzeugklimaanlagen ver­ wendet werden, werden sie vom Fahrzeugmotor über eine elek­ tromagnetische Kupplung angetrieben. Wenn der Fahrgastraum eine gewünschte Temperatur erreicht hat, wird eine Steuerung der Verdichterleistung durch intermittierenden Betrieb des Verdichters mittels der elektromagnetischen Kupplung erreicht. Damit wird die verhältnismäßig große Last, die zum Antrieb des Verdichters erforderlich ist, an den Fahrzeugmotor inter­ mittierend angelegt.

Es ist daher erwünscht, einen Spiralverdichter mit einer Ein­ stellvorrichtung für die Förderleistung zu schaffen, die das Verdichtungsverhältnis entsprechend den Anforderungen steuert. Bei einem Spiralverdichter kann die Einstellung des Verdichtungsverhältnisses dadurch erreicht werden, daß das Volumen der abgedichteten Arbeitskammern gesteuert wird. Eine sol­ che Vorrichtung ist in der US-A-4,468,178 beschrieben. Dieses Patent beschreibt eine Vorrichtung mit einem durch die kreisför­ mige Endplatte einer der Spiralen gebildeten Lochpaar. Die Löcher sind an symmetrischen Stellen derart angeordnet, daß die Spiral­ wand der umlaufenden Spirale die Löcher gleichzeitig überstreicht, und das Öffnen und Schließen wird über Ventile gesteuert.

Wenn bei dieser Vorrichtung das Lochpaar zum Reduzieren der Ver­ dichterleistung geöffnet wird, strömt Fluid von den am weitesten außen liegenden Arbeitskammern durch das Lochpaar in die Ansaug­ kammer. Damit entsteht ein Druckverlust während des Hindurchgehens des Fluids durch das Lochpaar und der Druck in den äußersten Fluidtaschen steigt leicht an. Die Folge davon sind ein Leistungsverlust des Verdichters. Um dieses Problem zu lösen wurde bereits daran gedacht, die Zahl der Löcher zu erhöhen, den Durchmesser der Löcher zu vergrößern und die Form der Löcher länglich zu wählen etc., um die Querschnittsfläche der Löcher zum Erleichtern der Strömung des hindurchgehenden Fluids zu vergrößern. Dies stellen jedoch keine befriedigenden Lösungen dar.

Aus der DE-OS-33 00 838 ist ein Verdichter bekannt, bei dem zwei Auslaßöffnungen über eine Bypassleitung und ein Magnetventil mit der Saugleitung verbunden sind, um eine Kapazitätssteuerung zu erzielen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Spiralverdichter bezüglich seiner Möglichkeit zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zu verbessern. Der Spiralverdichter soll ferner einfach im Aufbau und leicht und zuverlässig herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird durch einen Spiralfluidverdichter der eingangs beschriebenen Art gelöst, der erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters;

Fig. 2 und 3 schematische Schnitte zur Erläuterung des Betriebs des Verdichters nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlmittelverdichters. Der Verdichter 1 umfaßt ein Verdichtergehäu­ se 10 mit einer Frontstirnplatte 11 aus Aluminium oder Alu­ miniumlegierung sowie ein becherförmiges Gehäuse 12, das an einer Stirnfläche der Frontstirnplatte 11 befestigt ist. In der Mitte der Frontstirnplatte 11 ist eine Öffnung 111 zum Hindurchgehen einer Antriebswelle 13 vorgesehen. Auf einer rückseitigen Oberfläche der Frontstirnplatte 11 ist ein ringförmiger hervorstehender Ansatz 112 gebildet, der dem becherförmigen Gehäuse gegenüberliegt und konzentrisch mit der Öffnung 111 ausgebildet ist. Eine äußere periphere Ober­ fläche des ringförmigen Ansatzes 112 erstreckt sich in eine innere Wand der Öffnung des becherförmigen Gehäuses 12. Auf diese Weise ist die Öffnung des becherförmigen Gehäuses 12 durch die Frontstirnplatte 11 abgedeckt. Ein O-Ring 14 sitzt zwischen der äußeren peripheren Oberfläche des ringförmigen Ansatzes 112 und der inneren Wand der Öffnung des becherför­ migen Gehäuses 12 und dichtet die aneinanderliegenden Ober­ flächen von Frontstirnplatte 11 und becherförmigen Gehäuse 12 gegeneinander ab.

Eine Ringmanschette 17 erstreckt sich von der Frontstirnflä­ che der Frontstirnplatte 11 in der Weise, daß sie die An­ triebswelle 13 umgibt und einen Radialdichtungsraum umgrenzt. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Ringman­ schette 17 von der Frontstirnplatte 11 getrennt ausgebildet. Deshalb ist die Ringmanschette 17 an der Frontstirnfläche der Frontstirnplatte 11 mittels Schrauben 18 befestigt. Ein O- ring ist zwischen der Stirnfläche der Frontstirnplatte 11 und der Stirnfläche der Ringmanschette 17 zum Abdichten der zusammengehörigen Oberflächen von Frontstirnplatte 11 und Ringmanschette 17 angeordnet. Alternativ dazu kann die Ring­ manschette 17 mit der Frontstirnplatte 11 einstückig ausge­ bildet sein.

Die Antriebswelle 13 ist durch die Ringmanschette 17 über ein Lager 19, das innerhalb des Vorderendes der Ringmanschet­ te 17 angeordnet ist, drehbar gelagert. Die Antriebswelle 13 besitzt an ihrem inneren Ende eine Scheibe 15, die in der Frontstirnplatte 11 über ein in der Öffnung 111 der Front­ stirnplatte 11 angeordnetes Lager 16 drehbar gelagert ist. Eine Radialdichtungseinrichtung 20 ist innerhalb des Radial­ dichtungsraums der Ringmanschette 17 mit der Antriebswelle 13 gekoppelt.

Eine Riemenscheibe 22 ist mittels eines Lagers 21, welches auf der Außenoberfläche der Ringmanschette 17 sitzt, drehbar gelagert. Eine Elektromagnetspule 23 ist mittels einer Trag­ platte 24 um die Außenoberfläche der Ringmanschette 17 herum befestigt und in einem ringförmigen Raum der Riemenscheibe 22 aufgenommen. Eine Ankerplatte 25 wird auf dem äußeren Ende der Antriebswelle 13, die sich von der Ringmanschette 17 aus erstreckt, elastisch getragen. Die Riemenscheibe 22, die Magnetspule 23 und die Ankerplatte 25 bilden eine Magnet­ kupplung. Im Betrieb wird die Antriebswelle durch eine ex­ terne Antriebsquelle, beispielsweise einen Kraftfahrzeugmo­ tor, über eine Rotationsübertragungsvorrichtung wie bei­ spielsweise die oben beschriebene Magnetkupplung angetrie­ ben.

Innerhalb der inneren Kammer des becherförmigen Gehäuses 12 befindet sich eine Anzahl von Elementen einschließlich eines feststehenden Spiralelements 26, eines umlaufenden Spiralelements 27, einer Antriebsvorrichtung 28 für das umlaufende Spiralelement 27 und einer Rotationsverhinderungs-/Drucklagereinrichtung 29 für diese. Die innere Kammer des becherförmigen Gehäuses 12 liegt zwischen der Innenwand des becherförmigen Gehäuses 12 und der rückwärtigen Oberfläche der Frontstirnplatte 11.

Das feststehende Spiralelement 26 umfaßt eine kreisförmige Endplatte 261 und Spiralwände 262, welche an einer Stirnfläche der Endplatte 261 befestigt sind bzw. sich von dieser aus erstrecken. Das feststehende Spiralelement 26 ist im Gehäuse 12 mittels geeigneter (nicht gezeigter) Befestigungsvorrichtungen derart befestigt, daß es innerhalb der inneren Kammer des becherförmigen Gehäuses 12 feststehend angeordnet ist. Die kreisförmige Endplatte 261 des feststehenden Spiralelements 26 teilt die innere Kammer des becherförmigen Gehäuses 12 in eine erste Kammer 31 und eine zweite Kammer 32. Ein Dichtring 30 ist in einer Umfangsnut der kreisförmigen Endplatte 261 angeordnet und bildet eine Dichtung zwischen der Innenwand des becherförmigen Gehäuses 12 und der Außenwand der kreisförmigen Endplatte 261. Die Spiralwände 272 des feststehenden Spiralelements 26 liegen innerhalb der ersten Kammer 31.

Das umlaufende Spiralelement 27, das in der ersten Kammer 31 angeordnet ist, umfaßt eine kreisförmige Endplatte 271 und Spiralwände 272, welche an einer Stirnfläche der Endplatte 271 befestigt sind und sich von dieser aus erstrecken. Die Spiralwände 262 und 272 greifen mit einer winkelmäßigen Versetzung von 180° und einer vorbestimmten radialen Versetzung ineinander. Die Spiralwände grenzen mindestens ein Paar von abgedichteten Arbeitskammern zwischen ihren ineinandergreifenden Oberflächen ein.

Die Antriebsvorrichtung 28, die mit dem umlaufenden Spiralelement 27 wirkungsmäßig verbunden ist, umfaßt ein Gehäuse 281, durch das das umlaufende Spiralelement über ein Lager 282 drehbar getra­ gen ist. Das Lager 282 sitzt zwischen der äußeren Umfangs­ fläche der Buchse 281 und einem Ansatz 273, der von der an­ deren Stirnfläche der kreisförmigen Endplatte 271 dem umlau­ fenden Spiralelement 27 axial hervorsteht. Die Buchse 281 ist mit einem inneren Ende der Scheibe 15 an einem Punkt radial ver­ setzt oder exzentrisch zur Achse der Antriebswelle 13 ver­ bunden.

Die Rotationsverhinderungs-/Drucklagereinrichtung 29 liegt zwischen der inneren Stirnfläche der Frontstirnplatte 11 und der Stirnfläche der Endplatte 271, die der inneren Stirn­ fläche der Frontstirnplatte 11 gegenüberliegt. Die Rotations­ verhinderungs-/Drucklagereinrichtung 29 umfaßt einen an der inneren Stirnfläche der Frontstirnplatte 11 befestigten fest­ stehenden Ring 291, einen an der Stirnfläche der Endplatte 271 befestigten umlaufenden Ring 292 und eine Mehrzahl von Lagerelementen, wie beispielsweise Kugeln 293, die zwischen Taschen 291a, 292a liegen, welche durch die Ringe 291 und 292 gebildet sind. Die Rotation der umlaufenden Spirale 27 während ihrer Umlaufbewegung wird durch die Wechselwirkung der Kugeln 293 mit den Ringen 291, 292 verhindert und die Axialdrucklast von der umlaufenden Spirale 27 wird von der Frontstirnplatte 11 über die Kugeln 293 getragen.

Das becherförmige Gehäuse 12 weist zwei Trennwände 121 und 122 auf, die zur Unterteilung in eine rückwärtige Kammer 322 und eine Auslaßkammer 323 von der Innenoberfläche des Gehäuses 12 axial hervorstehen. Die axiale Stirnfläche je­ der Trennwand 121, 122 liegt an einer rückwärtigen Stirnflä­ che der kreisförmigen Endplatte 261 an. Auf der axialen Stirn­ fläche jeder Trennwand 121, 122 sind jeweils Dichtringe 39, 40 zum Dichten der zugehörigen Flächen des Gehäuses 12 und der Endplatte 261 der feststehenden Spirale 26 angeordnet. Das becherförmige Gehäuse 12 besitzt eine zusätzliche Einlaßöffnung 33 zum Verbinden einer zweiten Ansaugkammer 321 mit einem äußeren Fluidkreislauf, eine erste Einlaßöffnung 34 zum Verbinden der Ansaugkammer 322 mit einem äußeren Fluidkreislauf und eine Fluidauslaßöffnung 35 zum Verbinden der Auslaßkammer 323 mit einem äußeren Fluidkreislauf. Die erste und zweite Einlaßöffnung 34, 33 sind mit einer Ansaugleitung 36 des Fluidkreislaufes über ein Dreiweg-Ventil 37 verbunden.

Die kreisförmige Endplatte 261 des feststehenden Spiralelements 26 besitzt ein Auslaßloch 264 an einer Stelle nahe des Mittelpunkts des Erzeugerkreises der Spiralwand 262 zur Verbindung der Arbeitskammer in der Mitte der Spiralelemente mit der Auslaßkammer 323 sowie ein Ansaugloch 265 an ihrem äußeren Umfangsbereich zur Ver­ bindung der Vorderkammer 31 mit der zweiten Ansaugkammer 321. Die kreisförmige Endplatte 261 des feststehenden Spiralelements 26 besitzt ferner ein Paar von Löchern 266, 267, die an symmetrischen Stellen derart angeordnet sind, daß die axiale Stirnfläche der Spiralwand 272 des umlaufenden Spiralelements 27 gleichzeitig über die Löcher 266 und 267 läuft. Die Löcher 266 und 267 stellen eine Verbindung zwischen den Arbeitskammern S₁, S₂ und der Ansaugkammer 322 dar.

Das Loch 266 liegt an einer durch den Evolventenwinkel Φ1 defi­ nierten Stelle und mündet entlang der inneren Seitenwand der Spiralwand 262. Das andere Loch 267 liegt an einer durch den Evol­ ventenwinkel (Φ1-π) definierten Stelle und mündet entlang der äußeren Seitenwand der Spiralwand 262. Der Bereich, in dem die Löcher 266 und 267 bevorzugt anzuordnen sind, ist, als Evolventen­ winkel definiert, durch Φ_end < Φ₁ < Φ_end -2π gegeben, wobei Φ_end der Endevolventenwinkel jeder der Spiralwände 262, 272 ist.

Die Löcher 266, 267 werden durch Bohren in die kreisförmige End­ platte 261 von der gegenüberliegenden Seite, von der sich die Spiralwand 262 erstreckt, gebildet.

Das Loch 266 wird an einer Stelle gebohrt, welche mit der Innen­ wand der Spiralwand 262 überlappt, so daß ein Bereich der Innen­ wand des Spiralelements 262 entfernt wird. Das Loch 267 wird an einer Stelle gebohrt, die mit der Außenwand der Spiralwand 262 überlappt, so daß ein Bereich der Außenwand der Spiralwand 262 entfernt wird. Bei dieser Anordnung ist die axiale Stirnfläche jeder Spiralwand mit einer Dichtung versehen, die eine axiale Dichtung zwischen dem Spiralelement und der gegenüberliegenden Endplatte bildet. Die Löcher 266, 267 sind so angeordnet, daß sie nicht mit den Arbeitskammern zwischen den Spiralwänden 262, 272 in Verbindung sind, wenn die Spiralwand 272 die Löcher vollständig überdeckt. Dies wird dadurch erreicht, daß sich ein ausreichend großer Bereich jedes Lochs in die Spiralwand 262 hineinerstreckt, was dazu führt, daß das Dichtelement in der Spiralwand 272 vollständig in Berührung mit der Endplatte 261 verbleibt, wenn die Spiralwand 272 die Löcher vollständig überdeckt.

Unter Bezug auf die Fig. 2 und 3 soll nachfolgend der Betrieb der Vorrichtung zur Änderung des Verdrängungsvolumens der Fluid­ taschen, d. h. des Volumens der abgedichteten Fluidtaschen beim Beginn der Verdichtung beschrieben werden.

Wenn während des Betriebs des Verdichters die zweite Ansaugkammer 321 mit der Ansaugleitung 36 des äußeren Fluidkreislaufs über die zweite Einlaßöffnung 33 durch Betätigung des Dreiweg-Ventils 37 verbunden ist und die Verbindung zwischen der ersten Ansaugkammer 322 und der Ansaugleitung 36 des äußeren Fluidkreislaufs unterbro­ chen ist, wird Fluid, das in die Vorderkammer 31 über die zweite Ansaugkammer 321 strömt, von denjenigen Arbeitskammern S₁, S₁′ aufgenommen, die von dem am weitesten außen liegenden Bereich der Spiralwände 262, 272 gebildet sind, wie das in Fig. 2 gezeigt ist. Bei der Umlaufbewegung des umlaufenden Spiralelements 27 wandert das Fluid in den Arbeitskammern S₁, S₂ zum Zentrum der Spiralele­ mente und wird über das Auslaßloch 264 in die Auslaßkammer 323 ausgestoßen. Das Volumen der Arbeitskammern S₁, S₂ ist durch die Berührungen der äußeren Abschlußenden jeder der Spiralelemente definiert.

Wenn durch Betätigung des Dreiweg-Ventils die erste Ansaugkammer 322 mit der Ansaugleitung 36 des äußeren Fluidkreislaufs über die zweite Einlaßöffnung 34 verbunden ist, strömt Fluid in die Vorderkammer 31 durch die Löcher 266, 267 ein und wird in die Arbeitskammern S₂, S₂′ aufgenommen, die nach dem Überstreichen der Löcher 266, 267 durch die gegenüberliegende Spiralwand 272 gebildet werden, wie das in Fig. 3 gezeigt ist. Als Folge davon beginnt die tatsächliche Verdichtung der Arbeitskammern S₂, S₂′ erst, nachdem das Spiralelement 272 über die Löcher 266, 267 hinweggegangen ist. Das Volumen der Arbeitskammern S₂, S₂′ ist zu dem Zeitpunkt, wenn die Taschen gegenüber der ersten Ansaugkammer 322 abgedichtet sind (und die Verdichtung tatsächlich beginnt), reduziert. Damit ist die Förderleistung des Verdichters reduziert.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist das Dreiweg-Ventil 37 außerhalb des Verdichters angeordnet. Alternativ dazu kann das Dreiweg-Ventil im Verdichter eingebaut sein.

Claims (2)

1. Spiralverdichter mit einem festen und einem umlaufenden Spiralelement (26, 27), die jeweils eine kreisförmige Endplatte (261, 271) und sich davon erstreckende Spiralwände (262, 272) auf­ weisen, wobei die Spiralwände mit einer winkelmäßigen und radialen Versetzung ineinander eingreifen, um eine Mehrzahl von Linienkon­ takten zum Umgrenzen von zumindest einem Paar von abgedichteten Arbeitskammern zu bilden, und wobei die kreisförmige Endplatte (261) des feststehenden Spiralelements (26) das Innere des Gehäuses (10) in eine antriebsseitige Vorderkammer (31), in die sich die Spiralwände erstrecken, und in eine rückwärtige Kammer (32) unterteilt, die durch eine erste Trennwand (121) in eine Auslaßkammer (323) sowie in eine erste Ansaugkammer (322) unterteilt ist, und wobei die erste Ansaugkammer (322) eine erste Einlaßöffnung (34) aufweist, und wobei ein erstes Ansaugloch (265) und zwei zweite Löcher (266, 267) in der kreisförmigen Endplatte (261) des feststehenden Spiralelements (26) gebildet sind, wobei das erste Ansaugloch (265) mit den radial äußeren Arbeitskammern und die zwei zweiten Löcher (266, 267) mit radial inneren Arbeitskammern in Verbindung stehen, und wobei die zweiten Löcher (266, 267) so angeordnet sind, daß gegenüberliegende Spiralwände (272) des umlaufenden Spiralelements (27) gleichzeitig über beide Löcher streichen, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der rückwärtigen Kammer (32) eine zweite Trennwand (122) zum Bilden einer zweiten Ansaugkammer (321) angeordnet ist und daß eine zweite Einlaßöffnung (33) für die zweite Ansaugkammer (321) und ein Dreiwege-Ventil (37) vorge­ sehen sind, wobei das Dreiwege-Ventil (37) die erste Einlaßöffnung (34) und die zweite Einlaßöffnung (33) mit einer Ansaugleitung (36) verbindet.

2. Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiweg-Ventil (37) in den Verdichter eingebaut ist.