DE69534835T2

DE69534835T2 - Verdrängungsregelbare Spiralmaschine

Info

Publication number: DE69534835T2
Application number: DE69534835T
Authority: DE
Inventors: Mark Sidney Bass; Roy J. Lima Doepker; Jean-Luc M. Dayton Caillat; Wayne R. Piqua Warner
Original assignee: Copeland Corp LLC
Current assignee: Copeland LP
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1995-11-01
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2015-11-02
Also published as: ES2370314T3; USRE40554E1; USRE40400E1; EP0747597A2; CN1137614A; KR970001976A; CN1280544C; EP1621771B1; CN1517553A; EP1621772A2; EP0747597A3; IN188063B; US5741120A; CN100557247C; JP2006300077A; KR100303943B1; ES2258766T3; ES2362965T3; CN1139727C; US6086335A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Leistungsmodulation von Verdichtern und insbesondere die Leistungsmodulation von Scroll-Verdichtern.
Die Leistungsmodulation ist häufig ein Merkmal, dessen Integrieren in Klimaanlagen- und Kälteverdichtern wünschenswert ist, um den breiten Belastungsbereich besser zu bewältigen, denen die Systeme unterzogen werden können. Für das Vorsehen dieses Leistungsmodulationsmerkmals wurden viele verschiedene Strategien eingesetzt, die vom Steuern des Saugeinlasses bis zum Umleiten des Druckgases zurück zum Saugeinlass reichen. Bei Scroll-Verdichtern wird die Leistungsmodulation häufig über eine Saugverzögerungsstrategie verwirklicht, die das Vorsehen von Öffnungen an verschiedenen Stellen umfasst, die es den zwischen den kämmenden Scrollwicklungen ausgebildeten Verdichtungskammern bei Öffnen erlauben, mit der Sauggaszufuhr in Verbindung zu treten, wodurch der Punkt verzögert wird, an dem die Verdichtung des Sauggases einsetzt. Dieses Verfahren der Leistungsmodulation senkt sogar das Verdichtungsverhältnis des Verdichters. Solche Systeme sind bei der Senkung der Leistung des Verdichters zwar wirksam, sie können aber nur einen vorbestimmten Betrag an Verdichterentlastung liefern, wobei der Betrag der Entlastung von der Positionierung der Entlastungsöffnungen entlang der Wicklungen abhängt. Zwar ist es möglich, durch Integrieren mehrerer solcher Öffnungen an verschiedenen Stellen eine Entlastung in mehreren Schritten vorzusehen, doch wird dieses Vorgehen recht teuer und erfordert zusätzlichen Raum zur Aufnahme der separaten Steuerungen für das Öffnen und Schließen jedes Satzes von Öffnungen.
Die vorliegende Erfindung behebt jedoch diese Unzulänglichkeiten, da sie einen praktisch durchgehenden Bereich der Entlastung von 100% bzw. voller Leistung bis hinunter zu praktisch null Leistung unter Verwendung lediglich eines einzigen Satzes von Steuerungen erlauben. Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße System ein Maximieren der Betriebsleistungsfähigkeit des Verdichters und/oder der Kälteanlage für jeden erwünschten Grad an Verdichterentlastung.
PCT 86/01262, worauf der Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 beruht, beschreibt einen Scroll-Verdichter oder eine Scroll-Pumpe mit positiver Verdrängung mit ersten und zweiten Scroll-Platten mit gewundenen, ineinander passenden Schaufeln. Die Flanken der Schaufeln an den Scroll-Platten sind ineinander passend und stehen in abdichtender Berührung miteinander und die Spitzen der Schaufeln stehen in abdichtender Berührung mit der anderen Platte. Eine der Platten hat eine im Allgemeinen mittige Öffnung, und die Gruppierung ist mit einer peripheren Öffnung an der Schnittstelle der Platten versehen. Ein Motor und Gestänge sind vorgesehen, um die Platten zu einer Orbitalbewegung zueinander zu veranlassen, und ein gezielt betätigbarer Mechanismus kann betätigt werden, um die Platten zu trennen, um die abdichtende Berührung aufzuheben und dadurch den Verdichter oder die Pumpe zu entlasten.
Erfindungsgemäß wird eine Scroll-Maschine nach dem beigefügten Anspruch 1 an die Hand gegeben.
In der vorliegenden Erfindung wird Verdichterentlastung durch zyklisches Bewirken einer axialen oder radialen Trennung der beiden Scrollelemente über vorbestimmte Zeiträume während des Betriebszyklus des Verdichters verwirklicht. Im Einzelnen gibt die vorliegende Erfindung eine Anordnung an die Hand, bei der ein Scrollelement in gepulster Weise axial oder radial hin zu und weg von dem anderen Scrollelement bewegt wird, um über den Spitzen oder Flanken der Wicklungen von durch die kämmenden Scrollwicklungen gebildeten Verdichtungstaschen höheren Drucks zu Taschen niedrigeren Drucks und schließlich zurück zur Ansaugung eine Leckstrecke zyklisch vorzusehen. Durch Steuern der relativen Zeit zwischen dem Abdichten und Aufheben der Dichtung der Spitzen oder Flanken der Scrollwicklungen kann praktisch jeder Grad an Verdichterentlastung mit einem einzigen Steuersystem verwirklicht werden. Weiterhin kann durch Erfassen verschiedenen Bedingungen in der Kälteanlage die Dauer der Belastung und der Entlastung des Verdichters für jeden Zyklus für eine vorgegebene Leistung gewählt werden, so dass die Gesamtleistungsfähigkeit des Systems maximiert wird. Wenn es zum Beispiel erwünscht ist, den Verdichter bei 50% Leistung zu betreiben, kann dies durch abwechselndes Betreiben des Verdichters fünf Sekunden in einem belasteten Zustand und fünf Sekunden in einem entlasteten Zustand oder sieben Sekunden in einem belasteten Zustand und sieben Sekunden in einem entlasteten Zustand verwirklicht werden, wobei das eine oder andere für die auftretenden spezifischen Betriebsbedingungen eine größere Leistungsfähigkeit bieten kann.
Die nachstehend beschriebenen verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungen bieten eine große Vielfalt an Anordnungen, durch welche ein Scrollelement bezüglich dem anderen axial oder radial hin- und herbewegt werden kann, um einen vollen Bereich der Verdichterentlastung zu ermöglichen. Die Fähigkeit, einen vollen Bereich der Leistungsmodulation mit einem einzigen Steuersystem vorzusehen, sowie die Fähigkeit, die Dauer des belasteten und entlasteten Betriebs zu wählen, bieten zusammen ein äußerst effizientes System bei relativ niedrigen Kosten.
Um die Systemleistungsfähigkeit bei manchen Anwendungen noch weiter zu verbessern, kann es zusätzlich wünschenswert sein, eine Leistungsmodulation mit verzögerter Ansaugung mit dem vorstehend erwähnten gepulsten Entlastungsvorgehen zu kombinieren. Wenn zum Beispiel die Betriebsbedingungen solcher Art sind, dass Systemdrücke direkt stromabwärts des Austrittsventils bei einem Wert unter dem Volllast-Auslegungswert liegen, führt das Verdichtungsverhältnis des Verdichters dazu, dass der Druck des verdichteten Fluids bei dessen Ausschieben aus der Verdichtungskammer zu hoch ist, ein Zustand, der als Überkompression bekannt ist. Die effizienteste Möglichkeit zur Senkung von Leistung unter diesen Bedingungen ist das Senken des Verdichtungsverhältnisses des Verdichters und somit des Drucks des verdichteten Fluids, das aus der Verdichtungskammer austritt, so dass es gleich oder nur geringfügig über dem Systemdruck direkt stromabwärts des Austrittsventils liegt, wodurch die aufgrund Überkompression verlorene Arbeit eliminiert wird. Wenn aber eine weitere Senkung der Leistung durch die Systembedingung angezeigt ist, nachdem der Zustand der Überkompression eliminiert wurde, ist die Verwendung einer gepulsten Leistungsmodulation effizienter, da dies das Erzeugen eines als Unterkompression bekannten Zustands vermeidet, bei welchem es sich um eine Situation handelt, in der der Druck des verdichteten Fluids bei Verlassen der Verdichtungskammer unter dem des Systems direkt stromabwärts des Austrittsventils liegt. Somit umfasst die vorliegende Erfindung auch ein System, in dem Leistungsmodulationsstrategien sowohl der gepulsten Art als auch der verzögerten Ansaugungsart kombiniert werden, was zu noch größerer Leistungsfähigkeit bei Systemen führt, die wahrscheinlich auf solche Betriebsbedingungen treffen, als dies durch eine der beiden Leistungsmodulationsstrategien allein verwirklicht werden könnte.
Ferner kann die vorliegende Erfindung auch ein Motorsteuermodul integrieren, das zur Steuerung verschiedener ihrer Betriebsparameter dient, um ihre Betriebsleistungsfähigkeit während Zeiträumen zu verbessern, da die Motorlast aufgrund Entlastung des Verdichters reduziert ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den Begleitzeichnungen hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Scroll-Kälteverdichters;
2 ist eine unvollständige Schnittansicht eines Scroll-Kälteverdichters, die eine weitere erfindungsgemäße Ausführung zeigt;
3 ist eine Ansicht ähnlich 2, zeigt aber den Verdichter in einem entlasteten Zustand;
4 ist eine unvollständige Schnittansicht eines Scroll-Kälteverdichters, die eine weitere erfindungsgemäße Ausführung zeigt;
5 ist eine vergrößerte Ansicht der in die in 4 gezeigte Ausführung integrierten Ventilanordnung;
6 ist ebenfalls eine unvollständige Schnittansicht eines Scroll-Kälteverdichters, die eine weitere erfindungsgemäße Ausführung zeigt;
7 bis 15 sind allesamt unvollständige Schnittansichten von erfindungsgemäßen Kälteverdichtern, bei denen das orbitierende Scrollelement axial hin- und herbewegt wird, um eine Verdichterentlastung zu bewirken;
16 bis 22 sind allesamt unvollständige Schnittansichten von erfindungsgemäßen Kälteverdichtern, bei denen das nicht orbitierende Scrollelement axial hin- und herbewegt wird, um eine Verdichterentlastung zu bewirken;
23 bis 28 sind allesamt unvollständige Schnittansichten von ertindungsgemäßen Kälteverdichtern, bei denen die Scrollelemente gemeinsam drehen;
29 bis 30 sind beide unvollständige Schnittansichten von weiteren allesamt erfindungsgemäßen Kälteverdichtern, bei denen das nicht orbitierende Scrollelement hin- und herbewegt wird; und
31 ist eine Schnittansicht einer noch weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen Scroll-Verdichters, der für den Antrieb durch eine Fremdantriebsquelle ausgelegt ist;
32 bis 34 sind unvollständige Schnittansichten anderer Anordnungen von Scroll-Verdichtern;
34A ist eine vergrößerte unvollständige Ansicht der in 34 gezeigten und von dem Kreis 34A umgebenen Ventilanordnung;
35 ist eine unvollständige Schnittansicht einer weiteren Anordnung eines Scroll-Verdichters;
36 ist ebenfalls eine unvollständige Schnittansicht einer noch weiteren erfindungsgemäßen Ausführung, die eine Anordnung für die radiale Entlastung des Verdichters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
37 ist eine Schnittansicht des in der Ausführung von 36 verwendeten Kurbelzapfens und Mitnehmereinsatzes, wobei der Schnitt entlang der Linien 37-37 derselben erfolgte;
38 ist eine Schnittansicht der in 36 gezeigten Ausführung, wobei der Schnitt entlang der Linien 38-38 derselben erfolgte;
39 ist eine Ansicht ähnlich 36, zeigt aber den Verdichter in einem entlasteten Zustand;
40 ist eine unvollständige Schnittansicht, die eine abgewandelte Version der Ausführung von 36 zeigt, alles gemäß der vorliegenden Erfindung;
41 ist eine unvollständige Schnittansicht, die einen Teil eines Scroll-Verdichters zeigt, der eine andere Ausführung der radialen Entlastungsanordnung von 36 integriert, alles gemäß der vorliegenden Ausführung;
42 ist eine Schnittansicht ähnlich 38, zeigt aber die Ausführung von 41;
43 ist eine unvollständige Schnittansicht, die eine noch weitere erfindungsgemäße Ausführung zeigt;
44 ist eine Ansicht eines Teils der in 43 gezeigten Ausführung in einem entlasteten Zustand;
45 ist eine schematische Ansicht, die ein erfindungsgemäßes Mittel für das Senken des Motorstromverbrauchs während Zeiträumen, in denen der Verdichter in einem entlasteten Zustand arbeitet, zeigt; und
46 ist eine Schnittansicht eines Verdichters, der sowohl eine zyklische Trennung der Scrollwicklungen als auch die Entlastung durch verzögertes Ansaugen integriert, allesamt gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
Unter Bezug nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 wird ein erfindungsgemäßer hermetischer Scroll-Verdichter gezeigt, der allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Scroll-Verdichter 10 ist im Allgemeinen von der Art, wie sie in dem U.S. Patent Nr. 5,102,316 der Anmelderin beschrieben wird, dessen Offenbarung durch Erwähnung hier aufgenommen wird, und umfasst einen äußeren Mantel 12, in dem ein Antriebsmotor mit Stator 14 und Rotor 16, eine Kurbelwelle 18, an der der Rotor 16 befestigt ist, obere und untere Lagergehäuse 20, 22 für das drehbare Lagern der Kurbelwelle 18 und eine Verdichteranordnung 24 angeordnet sind.
Die Verdichteranordnung 24 umfasst ein orbitierendes Scrollelement 26, das sich auf dem oberen Lagergehäuse 20 abstützt und mit der Kurbelwelle 18 über einen Kurbelzapfen 28 und einen Mitnehmereinsatz 30 antreibend verbunden ist. Ein zweites nicht orbitierendes Scrollelement 32 ist in kämmendem Eingriff mit dem Scrollelement 26 positioniert und ist mittels mehrerer Bolzen 34 und zugehöriger Einführungselemente 36 axial beweglich an dem oberen Lagergehäuse 20 befestigt. Eine Oldham-Kupplung 38 ist vorgesehen, die zwischen den Scrollelementen 26 und 32 wirkt, um eine relative Drehung dazwischen zu verhindern.
Eine Trennplatte 40 ist neben dem oberen Ende des Mantels 12 vorgesehen und dient der Ausbildung einer Druckkammer 42 an dem oberen Ende desselben.
Wenn bei Betrieb das orbitierende Scrollelement 26 bezüglich des Scrollelements 32 orbitiert, wird Sauggas über den Saugeinlass 44 in den Mantel 12 gesaugt und dann durch einen in dem nicht orbitierenden Scrollelement 32 vorgesehenen Einlass 46 in den Verdichter 24. Die an den Scrollelementen 26 und 32 vorgesehenen kämmenden Wicklungen bilden sich bewegende Fluidtaschen, die aufgrund der Orbitierbewegung des Scrollelements 26 zunehmend an Größe abnehmen und sich radial nach innen bewegen, wodurch das über den Einlass 46 eindringende Sauggas verdichtet wird. Das verdichtete Gas wird dann über das in dem Scrollelement 32 vorgesehene Austrittsfenster 48 und Durchlass 50 in die Druckkammer 42 ausgeschoben. Ein auf Druck ansprechendes geeignetes Austrittsventil 51 wird vorzugsweise in dem Austrittsfenster 48 sitzend vorgesehen.
Das Scrollelement 32 ist auch mit einer ringförmigen zylindrischen Aussparung 52 versehen, die in seiner oberen Fläche ausgebildet ist. Ein Ende eines im Allgemeinen unregelmäßig geformten zylindrischen Elements 54, in dem der Durchlass 50 vorgesehen ist, ragt in den Zylinder 52 und unterteilt diesen in obere und untere Kammern 56 und 58. Das andere Ende des zylindrischen Elements 54 ist dichtend an der Trennplatte 40 befestigt. Ein ringförmiger Ring 60 ist an dem oberen Ende des Scrollelements 32 befestigt und umfasst einen axial verlaufenden Flansch 62, der mit dem Zylinderelement 54 gleitend greifen kann, um dadurch das offene obere Ende der Kammer 56 abzudichten.
Das zylindrische Element 54 umfasst einen Durchlass 64 mit einem Ende, das in die obere Kammer 56 mündet. Eine Fluidleitung 66 ist mit dem anderen Ende des Durchlasses 64 verbunden und verläuft durch den Mantel 12 nach außen zu einem magnetbetätigten Ventil 68. Eine zweite Fluidleitung 70 verläuft von dem Ventil 68 zu der mit dem Saugeinlass 44 verbundenen Saugleitung 72, und eine dritte Fluidleitung 74 verläuft von dem Ventil 68 zu einer Druckleitung 76, die von der Druckkammer 42 nach außen verläuft.
Zum Vorspannen des Scrollelements 32 in dichtenden Eingriff mit dem Scrollelement 26 für normalen voll belasteten Betrieb ist ein Zapfloch 78 in dem Scrollelement 32 für das Verbinden zwischen der Kammer 58 und einer Verdichtungstasche bei einem Zwischendruck zwischen Saug- und Austrittdruck vorgesehen. Dadurch befindet sich die Kammer 58 bei einem Zwischendruck, der zusammen mit dem auf die obere Fläche des Scrollelements 32 im Bereich der Austrittsfenster 48 wirkenden Austrittdruck eine Vorspannkraft auf das Scrollelement ausübt, welche es axial in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 26 drückt. Gleichzeitig befindet sich das Magnetventil 68 in einer Position, in der es die obere Kammer 56 über die Fluidleitungen 66 und 70 in Fluidverbindung mit der Saugleitung 72 setzt.
Um den Verdichter 24 zu entlasten, wird das Magnetventil 68 als Reaktion auf ein Signal des Steuermoduls 80 betätigt, um die Fluidverbindung zwischen den Leitungen 66 und 70 zu unterbrechen und die Fluidleitung 66 in Verbindung mit der Druckleitung 76 zu setzen, wodurch der Druck in der Kammer 56 auf den des Druckgases erhöht wird. Die sich aus diesem Austrittdruck ergebende Vorspannkraft überwindet die abdichtende Vorspannkraft, wodurch das Scrollelement 32 veranlasst wird, sich axial nach oben weg von dem orbitierenden Scrollelement 26 zu bewegen. Diese Axialbewegung führt zum Erzeugen einer Leckstrecke zwischen den jeweiligen Wicklungsspitzen und Endplatten der Scrollelemente 26 und 32, wodurch im Wesentlichen eine fortgesetzte Verdichtung des Sauggases verhindert wird. Bei Eintreten der Entlastung bewegt sich das Austrittsventil 51 zu einer geschlossenen Stellung, wodurch das Rückströmen von Hochdruckfluid von der Druckkammer 42 oder dem stromabwärts liegenden System verhindert wird. Wenn die Verdichtung des Sauggases wieder aufgenommen werden soll, wird das Magnetventil 68 in eine Position betätigt, in der Fluidverbindung zwischen der oberen Kammer 56 und der Druckleitung 76 über die Leitungen 66 und 74 unterbrochen wird und die obere Kammer 56 über Fluidleitungen 66 und 70 in Verbindung mit der Saugleitung 72 gesetzt wird, wodurch die axial gerichtete Trennkraft vermindert wird. Dies erlaubt dann das Zusammenwirken des Zwischendrucks in Kammer 58 und des in Durchlass 50 wirkenden Austrittdrucks, um das Scrollelement 32 erneut in dichtenden Eingriff mit dem Scrollelement 26 zu bewegen.
Vorzugsweise hat das Steuermodul 80 einen oder mehrere damit verbundene geeignete Sensoren 82, um die erforderlichen Informationen für das Steuermodul 80 zu liefern, um den Grad der erforderlichen Entlastung für die zu diesem Zeitpunkt vorliegenden bestimmten Bedingungen zu ermitteln. Beruhend auf diesen Informationen sendet das Steuermodul 80 entsprechend zeitgesteuerte sequentielle Signale zum Magnetventil 68, um dieses zu veranlassen, die Fluidleitung 66 abwechselnd in Verbindung mit der Druckleitung 76 und der Saugleitung 72 zu setzen. Wenn zum Beispiel die Bedingungen anzeigen, dass der Betrieb des Verdichters 24 bei 50% der vollen Leistung wünschenswert ist, kann das Steuermodul 80 das Magnetventil zu einer Stellung betätigen, die die Fluidleitung 66 einen Zeitraum von beispielsweise 10 Sekunden in Verbindung mit der Saugleitung 72 setzt, woraufhin es so geschaltet wird, dass die Fluidleitung 66 über einen ähnlichen Zeitraum von 10 Sekunden in Fluidverbindung mit der Druckleitung 76 gesetzt wird. Ein weiteres derartiges Schalten des Magnetventils 68 führt zu einem Eintreten von Verdichtung während nur 50 Prozent der Betriebszeit, wodurch die Leistung des Verdichters 24 auf 50 Prozent seiner Volllastleistung gesenkt wird. Wenn sich die erfassten Bedingungen ändern, verändert das Steuermodul die relativen Zeiträume, bei denen der Verdichter 24 in belastetem und entlasteten Zustand betrieben wird, so dass die Leistung des Verdichters 24 als Reaktion auf veränderliche Systemanforderungen zwischen voll belastet oder 100% Leistung und voll entlastet oder 0% Leistung verändert werden kann.
2 und 3 zeigen einen Scroll-Verdichter 34 mit axialer Entlastung ähnlich dem von 1, mit dem Hauptunterschied der Anordnung für das Positionieren der oberen Kammer 56 in Fluidverbindung mit Saug- und Druckleitungen. Dementsprechend werden gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Wie dort gezeigt wird, wurde Durchlass 64 durch einen Durchlass 86 ersetzt, der in dem ringförmigen Element 60 vorgesehen ist, das an einem Ende in die obere Kammer 56 und am anderen Ende durch eine radial nach außen weisende Seitenwand mündet. Eine biegsame Fluidleitung 88 verläuft von dem äußeren Ende des Durchlasses 86 zu einem sich durch den Mantel 12 erstreckenden Stutzen 90, wobei eine zweite Leitung 92 den Stutzen 90 mit dem Magnetventil 68 verbindet. Wie bei 1 weist das Magnetventil 68 Fluidleitungen 70 und 74 auf, die mit der Saugleitung 72 und der Druckleitung 76 verbunden sind, und wird als Reaktion auf vom Sensor 82 erfasste Bedingungen durch das Steuermodul 80 gesteuert, um eine Bewegung des nicht orbitierenden Scrollelements 32 zwischen den in den 2 und 3 gezeigten Positionen in gleicher Weise wie vorstehend bezüglich der Ausführung von 1 beschrieben zu bewirken. Zwar beseitigt diese Ausführung die Notwendigkeit eines zusätzlichen Stutzens, der sich von der Hochdruck-Druckkammer 42 nach außen erstreckt, doch erfordert sie, dass die Fluidleitung 88 biegsam ist, um sich an eine axiale Bewegung des Scrollelements 32 und des zugehörigen ringförmigen Elements 60 anzupassen. Zu beachten ist auch, dass das zylindrische Element 54 in dieser Ausführung mittels einer Mutter 55, die das obere Ende desselben gewindeartig greift, dichtend an der Trennplatte 40 angebracht ist. Ferner wurde in dieser Ausführung das Austrittsventil 51 durch ein Austrittsrückschlagventil 93 ersetzt, das an dem Außenmantel befestigt ist. Zu beachten ist, dass das Vorsehen eines Rückschlagventils an einer Stelle entlang der Austrittströmstrecke höchst wünschenswert ist, um ein Rückströmen von verdichtetem Gas von dem System zu verhindern, wenn sich der Verdichter in einem entlasteten Zustand befindet.
Die 4 und 5 zeigen eine andere erfindungsgemäße Ausführung 94, bei der axial entlastendes, trennendes Druckfluid direkt von dem aus dem Verdichter austretenden Druckgas vorgesehen wird. In dieser Ausführung wird ein rohrförmiges Element 96 in geeigneter Weise an dem Trennelement 40 befestigt und umfasst einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 98, der in einer zylindrischen Aussparung angeordnet ist und diese in obere und untere Kammern 56 und 58 trennt. Das rohrförmige Element 96 bildet auch einen Durchlass 50 für das Leiten von verdichtetem Druckgas von dem Fenster 48 zu der Druckkammer 42. Eine axial verlaufende Bohrung 100 ist in dem rohrförmigen Element vorgesehen, die durch das obere Ende desselben nach außen mündet und zur Aufnahme eines Fluidkanals 102 ausgelegt ist. Der Fluidkanal 102 verläuft durch die Oberseite von Mantel 12 nach außen und ist mit dem Magnetventil 68 verbunden. Das Magnetventil hat auch Fluidkanäle 70 und 74, die mit jeweiligen Saug- und Druckleitungen 72, 76 verbunden sind, und wird als Reaktion auf Signale von entsprechenden Sensoren 82 in gleicher Weise wie oben beschrieben durch das Steuermodul 80 gesteuert.
Ein Ventilelement 104 ist in der Bohrung 100 axial beweglich angeordnet. Das Ventilelement 104 umfasst einen Teil 106 verringerten Durchmessers, der dazu dient, bei Einnehmen einer ersten Position in dem Element 96 vorgesehene, radial verlaufende Durchlässe 108 und 110 in Fluidverbindung zu setzen, um die obere Kammer 56 durch Saugwirkung abzulassen und bei Einnehmen einer zweiten Position den radialen Fluiddurchlass 110 in Fluidverbindung mit dem radialen Fluiddurchlass 112 zu setzen, um Druckgas von der Austritt-Strömstrecke 50 in die obere Kammer 56 einzulassen. Ferner ist ein Entgasungsdurchlass 113 vorgesehen, der zwischen dem Grund der Bohrung 100 und dem Durchlass 50 verbindet, um Gas von dem Bereich unter dem Ventil 104 während dessen Betrieb abzulassen. Ferner ist eine Feder 114 vorgesehen, die dazu dient, beim Vorspannen des Ventils 104 in seine zweite Position mitzuwirken, wohingegen druckbeaufschlagtes Druckfluid, das über den Durchlass 112 und den Durchlass 113 in die Bohrung 100 eindringt, dazu dient, das Ventilelement 104 in seine erste Position vorzuspannen.
Wie dargestellt sind das Ventilelement 104 und das Magnetventil 68 beide in einer Position für den voll belasteten Betrieb, wobei sich das Magnetventil 68 in einer Position zum Anordnen des Fluidkanals 102 in Verbindung mit der Saugleitung 72 befindet und das Ventilelement 104 sich in einer Position zum Entgasen der oberen Kammer 56 ins Innere des Mantels 12, der unter Saugdruck steht, befindet. Wenn es erwünscht ist, den Verdichter zu entlasten, wird das Magnetventil 68 zu einer Position betätigt, in der die Fluidleitung 102 in Verbindung mit der Fluidleitung 74 gesetzt wird, wodurch das druckbeaufschlagte Druckfluid auf das obere Ende des Ventilelements 104 wirken kann. Dieses druckbeaufschlagte Fluid veranlasst zusammen mit der Feder 114 das Ventilelement 104, sich nach unten zu bewegen, wodurch die Verbindung des radialen Durchlasses 110 mit dem radialen Durchlass 108 abgesperrt und die Verbindung zwischen dem radialen Durchlass 110 und dem radialen Durchlass 112 geöffnet wird. Das Austrittdruck-Fluid strömt dann in die obere Kammer 56, wodurch es die bei Zwischendruck vorspannende Kraft überwindet, die sich aus der Verbindung der Kammer 58 mit einer Verdichtungskammer bei Zwischendruck über Durchlass 78 ergibt, und das Scrollelement 32 veranlasst, sich axial nach oben, weg von dem orbitierenden Scrollelement 26 zu bewegen. Es ist zu beachten, dass die relativ kurze Strömstrecke für das Zuführen von Austrittdruck-Fluid zur oberen Kammer 56 eine schnelle Entlastung des Verdichters sicherstellt.
6 zeigt eine abgewandelte Ausführung, die der der 4 und 5 ähnelt, außer dass Magnetventil 68 in dem Mantel 12 angeordnet ist. Diese Ausführung beseitigt die Notwendigkeit eines zusätzlichen Fluidkanals durch den Hochdruckteil des Mantels, wobei sie nur eine Stromversorgung für das Betätigen des Magnetventils 68 benötigt. In jeder anderen Hinsicht sind Bauweise und Betrieb dieser Ausführung im Wesentlichen gleich bezüglich der in 4 und 5 gezeigten Ausführung und demgemäß werden entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Zwar betreffen die bisher beschriebenen Ausführungen Entlastungsanordnungen, bei denen das nicht orbitierende Scrollelement axial weg von dem orbitierenden Scrollelement bewegt wird, doch ist es auch möglich, diese gleichen Prinzipien auf das orbitierende Scrollelement anzuwenden. Die nachstehend beschriebenen 7 bis 15 veranschaulichen eine solche Reihe von Ausführungen.
Unter Bezug nun auf 7 wird ein Scrollverdichter 140 gezeigt, der den vorstehend beschriebenen Scrollverdichtern ähnelt, außer dass das nicht orbitierende Scrollelement 142 unbeweglich an dem Lagergehäuse 144 befestigt ist und das orbitierende Scrollelement 146 axial beweglich ist. Es wird auch festgestellt, dass der Verdichter 140 eine High-Side-Maschine ist, d.h. der Saugeinlass 149 ist direkt mit dem nicht orbitierenden Scrollelement 142 verbunden und das Innere des Mantels 12 steht unter Austrittdruck. In dieser Ausführung ist das orbitierende Scrollelement 146 axial beweglich und ist mittels einer zwischen dem orbitierenden Scrollelement 146 und dem Hauptlagergehäuse 144 ausgebildeten Druckkammer 148 in Eingriff mit dem nicht orbitierenden Scrollelement 142 vorgespannt. Eine ringförmige Aussparung 150 ist in dem Hauptlagergehäuse 144 vorgesehen, in der ein geeignetes ringförmiges elastisches Abdichtelement 152 angeordnet ist, das die untere Fläche des orbitierenden Scrollelements 146 dichtend berührt, um eine Fluidverbindung zwischen der Kammer 148 und dem Inneren des Mantels 12, der unter Austrittdruck steht, zu verhindern. Eine zweite ringförmige Dichtung 154 ist an dem Hauptlagergehäuse 144 vorgesehen, die eine Welle 18 umgibt, um ein Fluidlecken entlang dieser zu verhindern. Durch die Endplatte des orbitierenden Scrollelements 146 ist ein kleiner Durchlass 156 vorgesehen, um die Kammer 148 in Fluidverbindung mit einer Verdichtungskammer bei einem Druck zwischen Saug- und Austrittdruck zu setzen. Ferner verläuft ein Durchgang 158 in dem Hauptlagergehäuse von der Kammer 148 nach außen und ist mit einem Ende der Fluidleitung 160 verbunden. Das andere Ende der Fluidleitung 160 verläuft durch den Mantel 12 nach außen und ist mit dem Magnetventil 162 verbunden. Eine zweite Fluidleitung 164 verläuft zwischen dem Magnetventil 162 und der Saugleitung 148.
Bei Betrieb wird die Kammer 148 mit einem Fluid bei Zwischendruck versorgt, um dadurch das orbitierende Scrollelement 146 in abdichtenden Eingriff mit dem nicht orbitierenden Scrollelement 142 vorzuspannen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Magnetventil 162 in einer Position, in der es eine Fluidverbindung zwischen den Leitungen 160 und 164 verhindert. Um den Verdichter 140 zu entlasten, wird das Magnetventil 162 auf eine Stellung betätigt, in der es die Leitung 160 in Fluidverbindung mit der Fluidleitung 164 setzt, wodurch der Zwischendruck in der Kammer 148 durch Saugwirkung abgelassen wird. Der Druck in den Verdichtungstaschen veranlasst dann das orbitierende Scrollelement 146, sich wie dargestellt axial nach unten zu bewegen, wobei es die elastischen Dichtungen 152 zusammendrückt und dadurch eine Leckstrecke zwischen den jeweiligen Wicklungsspitzen und zugehörigen Endplatten der orbitierenden und nicht orbitierenden Scrollelemente 146, 142 bildet. Während der Durchlass 156 der Kammer 148 weiter Fluid bei einem Druck etwas über dem Saugdruck liefern kann, ist die relative Bemessung des Durchlasses 158, der Fluidleitungen 160 und 164 und des Durchlasses 158 so, dass es in der Kammer 148 nicht genügend Druck gibt, um das orbitierende Scrollelement 146 in abdichtenden Eingriff mit dem nicht orbitierenden Scrollelement 142 vorzuspannen, solange sich das Magnetventil 162 in einer Stellung zur Beibehaltung der Fluidverbindung zwischen der Saugleitung 149 und der Kammer 148 befindet. Das Magnetventil 162 wird zyklisch zwischen offener und geschlossener Stellung bewegt, um den Verdichter 140 im Wesentlichen in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben zyklisch zu belasten und zu entlasten.
8 zeigt eine abgewandelte Version 140a der Ausführung von 7, wobei mehrere Federn 166 vorgesehen sind. Die Federn 166 sitzen in Aussparungen 168, die im Lagergehäuse 144a vorgesehen sind, und liegen an der Endplatte des orbitierenden Scrollelements 146 an, um so beim Drücken des orbitierenden Scrollelements in dichtenden Eingriff mit dem nicht orbitierenden Scrollelement 142 mitzuwirken. Federn 166 dienen vorrangig zum Vorsehen einer anfänglichen Vorspannkraft für das orbitierende Scrollelement 146 bei ersten Anlassen des Verdichters 140a, wirken aber auch beim Vorsehen einer schnelleren Belastung des Verdichters 140a bei Schließen des Magnetventils 162 während des Betriebs mit.
9 zeigt eine weitere Abwandlung 140b der Ausführungen der 7 und 8. In dieser Ausführung ist der Mantel 12 mit einem Trennelement 170 versehen, um sein Inneres in eine Hochdruck-Druckkammer 172, mit der das Austrittsfenster 174 über einen Kanal 176 verbunden ist, und eine darunter befindliche Niedrigsaugdruckkammer, in der der Verdichter angeordnet ist, zu unterteilen. Zusätzlich wurde in dieser Ausführung die Wellendichtung 154 durch eine zweite ringförmige Dichtung 178 ersetzt, die radial einwärts und konzentrisch zur Dichtung 150b angeordnet ist. Dadurch steht der Bereich, in dem der Kurbelzapfen 28 und der Mitnehmereinsatz 30 angeordnet sind, unter Saugdruck, um dadurch Probleme in Verbindung mit dem Vorsehen von Schmierung derselben vom Ölsumpf, der ebenfalls unter Saugdruck steht, zu vermeiden. Zu beachten ist, dass der Ölsumpf in den Ausführungen der 7 und 8 unter Austrittdruck steht und daher keine Probleme bezüglich der Zufuhr von Schmiermittel zu diesen Antriebskomponenten verursacht.
Die Ausführung 140c von 10 ist im Wesentlichen identisch mit der von 9, außer dass zusätzlich zu der sich aus dem Zwischenfluiddruck in Kammer 148b ergebenden Vorspannkraft mehrere Federn 180 ebenfalls zwischen dem orbitierenden Scrollelement 156 und dem Hauptlagergehäuse 144 positioniert vorgesehen sind, die vorrangig dazu dienen, beim Anlassen mitzuwirken, aber auch beim Neubelasten des Verdichters 140c mitzuwirken, ähnlich wie vorstehend unter Bezug auf 8 beschrieben wurde.
In der Ausführung von 11 ist ein nicht orbitierendes Scrollelement 182 mit einer ringförmigen Aussparung 184 versehen, in der ein ringförmiges Kolbenelement 186 beweglich angeordnet ist. Die untere Fläche des ringförmigen Kolbenelements 186 liegt an einem sich radial nach außen erstreckenden Teil 187 der Endplatte 189 des orbitierenden Scrollelements 146 an, und darauf sind radial innere und äußere ringförmige Dichtungen 188, 190 vorgesehen, welche radial innere und äußere Wände der Aussparung 184 abdichtend berühren. Ein sich radial erstreckender Durchlass 192, der in dem nicht orbitierenden Scrollelement 182 vorgesehen ist, steht mit dem oberen Teil der Aussparung 184 in Verbindung und ist mit seinem äußeren Ende mit einem Fluidkanal 194 verbunden. Der Fluidkanal 194 verläuft durch den Mantel 12 nach außen zu dem Magnetventil 196. Ein zweiter Fluidkanal 198 verbindet das Magnetventil 196 mit der Saugleitung 200, während ein dritter Fluidkanal 202 das Magnetventil 196 mit der Druckleitung 204 verbindet.
Unter normalen Volllast-Betriebsbedingungen wird das orbitierende Scrollelement 146 durch den Zwischenfluiddruck in der Kammer 206, der in diese über den Entlastungskanal 208 eingelassen wird, axial in dichtenden Eingriff mit dem nicht orbitierenden Scrollelement 182 vorgespannt. Zu diesem Zeitpunkt wird der über dem ringförmigen Kolbenelement 186 angeordnete Bereich der Aussparung 184 über das Magnetventil 196 und die Kanäle 194 und 198 durch Saugwirkung abgelassen. Wenn die Bedingungen anzeigen, dass eine teilweise Entlastung des Verdichters wünschenswert ist, wird das Magnetventil 196 betätigt, um den Fluidkanal 194 über den Kanal 202 in Fluidverbindung mit der Druckleitung 204 zu setzen. Der Bereich über dem ringförmigen Kolben 186 wird dann durch Fluid bei Austrittdruck druckbeaufschlagt, wodurch wie dargestellt ein Vorspannen des orbitierenden Scrollelements 146 axial nach unten bewirkt wird. Wie vorstehend erläutert, führt ein zyklisches Schalten des Magnetventils 196 zu wiederholtem Be- und Entlasten des Verdichters, wobei das Maß der Entlastung durch zugehörige Sensoren und ein Steuermodul (nicht dargestellt) ermittelt wird. Zu beachten ist, dass in dieser Ausführung der Verdichter als High-Side-Maschine dargestellt ist und somit der Saugeinlass 200 direkt mit dem Saugeinlass des nicht orbitierenden Scrollelements 182 verbunden ist.
Die Ausführung 208 von 12 stellt eine Kombination der axialen Entlastungsanordnung von 11 und der Vorspannanordnung für das orbitierende Scrollelement von 9 dar, die beide oben beschrieben wurden. Dementsprechend werden Elemente, die in 9 und 11 gezeigten und diesbezüglich beschriebenen Elementen ähnlich sind, durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In dieser Ausführung ist die axiale Zwischendruck-Vorspannkammer 148b für das orbitierende Scrollelement völlig separat zur entlastenden Austrittdruck-Vorspannkammer, die durch die Aussparung 184 und den ringförmigen Kolben 186 gebildet wird.
In ähnlicher Weise stellt die Ausführung 210 von 13 eine Kombination der vorstehend beschriebenen Zwischendruck-Vorspannanordnung von 8 und der axialen Entlastungsdruck-Vorspannanordnung von 11 dar. Dementsprechend wurden entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in diesen jeweiligen Figuren.
14 zeigt eine Ausführung 212, bei der der Mantel 12 eine obere Kammer 214 bei Austrittdruck und einen unteren Teil 216 bei einem Druck zwischen Saugen und Ausschieben umfasst. Dementsprechend ist die Saugleitung 234 direkt mit dem nicht orbitierenden Scrollelement 224 verbunden. Zusätzlich kann eine geeignete ringförmige Dichtung 225 zwischen dem orbitierenden Scrollelement 222 und dem nicht orbitierenden Scrollelement 224 um den Außenumfang derselben vorgesehen werden. Das orbitierende Scrollelement 222 wird durch eine Zwischendruck in Kammer 216, der über einen Durchlass 226 zugeführt wird, in dichtende Beziehung zu dem nicht orbitierenden Scrollelement 224 vorgespannt. Um den Verdichter 212 zu entlasten, wird ein Magnetventil 228 vorgesehen, das eine erste Fluidleitung 230 aufweist, die sich durch den Mantel 12 erstreckt und mit einem Ende eines in dem unteren Lagergehäuse 233 vorgesehenen Durchlasses 231 verbunden ist. Eine zweite Fluidleitung 232 ist zwischen dem Saugeinlass 234 und dem Magnetventil 228 angeschlossen. Wenn das Magnetventil 228 geöffnet wird, wird der auf die untere Fläche des orbitierenden Scrollelements 222 wirkende Zwischendruck über den Durchlass 231, die Fluidleitung 230, das Magnetventil 228 und die Fluidleitung 232 abgelassen. Da Durchlass 231, Fluidleitungen 230 und 232 und Magnetventil 238 so bemessen werden, dass sie einen größeren Volumenfluss als durch den Durchlass 226 plus das Lecken in den zwischen dem Lagergehäuse und der Endplatte des orbitierenden Scrollelements 222 gebildeten Bereich vorsehen, wird die auf das orbitierende Scrollelement 222 wirkende Vorspannkraft gemindert, wodurch die Kraft des Fluids in der Verdichtungskammer das orbitierende Scrollelement 222 axial weg von dem nicht orbitierenden Scrollelement 224 bewegen kann. Sobald das Magnetventil 228 geschlossen ist, stellt der Leckstrom des Zwischendruckfluids in dem unteren Teil 216 des Mantels 12 kombiniert mit dem Strömen aus dem Durchlass 226 schnell die Vorspannkraft an dem orbitierenden Scrollelement 222 wieder her, wodurch eine volle Verdichtung wieder einsetzt. Wie bei jeder der obigen Ausführungen führt eine zyklische Betätigung des Magnetventils 228 als Reaktion auf ein Signal eines (nicht dargestellten) Steuermoduls, das sich aus den entsprechenden erfassten Systembedingungen ergibt, zu einem zyklischen Be- und Entlasten des Verdichters, wodurch die Modulation der Leistung von 100% bis hinunter auf 0% Leistung möglich wird.
15 zeigt eine Ausführung 236, die die Merkmale einer in 14 gezeigten Anordnung aus unterem Zwischendruck-Mantel und Vorspannung für das orbitierende Scrollelement mit der Austrittdruck-Entlastungsanordnung von 11 kombiniert. Dementsprechend werden entsprechende Teile derselben mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Zusätzlich werden, wie unter Bezug auf die 8, 10 und 13 beschrieben, mehrere Federn 238 vorgesehen, die in der in dem Hauptlagergehäuse 242 vorgesehenen Aussparung 240 positioniert sind und auf die untere Fläche der Endplatte des orbitierenden Scrollelements 222 wirken. Wie vorstehend erwähnt, dienen die Federn 238 vorrangig zum Vorspannen des orbitierenden Scrollelements 222 in dichtenden Eingriff mit dem nicht orbitierenden Scrollelement 182 während des ersten Anlassen und wirken auch beim Neubelasten des Verdichters 236 mit. Vollständige und verringerte Belastung des Verdichters 236 wird wiederum in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben mittels zyklischer Betätigung des Magnetventils 196 verwirklicht.
Unter Bezug nun auf 16 wird eine noch weitere Ausführung 244 der vorliegenden Erfindung gezeigt, die im Allgemeinen der von 1 ähnelt und einen Mantel 12 mit einer Trennplatte 246 aufweist, die dessen Inneres in eine Druckkammer 248 und eine untere Kammer 250 bei Saugdruck unterteilt. Ein zylindrisches Element 252 ist an der Platte 246 befestigt und bildet eine Strömstrecke 254 für das Leiten von verdichtetem Fluid von dem Austrittsfenster 256 des axial beweglichen nicht orbitierenden Scrollelements 258. Das nicht orbitierende Scrollelement 258 weist eine in der oberen Fläche desselben vorgesehene ringförmige Aussparung auf, die durch einen an dem zylindrischen Element 252 vorgesehenen, radial nach außen verlaufenden ringförmigen Flansch 264 in obere bzw. untere Kammern 260, 262 getrennt ist. Ein Durchlass 266 setzt die untere Kammer 262 in Fluidverbindung mit einer Verdichtungstasche bei Zwischendruck, um eine Vorspannkraft für das Drücken des nicht orbitierenden Scrollelements 258 in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 268 zu setzen. An dem nicht orbitierenden Scrollelement 258 ist ein ringförmiges Plattenelement 269 befestigt, greift mit dem rohrförmigen Element 252 abdichtend und gleitend und dient zum Absperren der Oberseite der Kammer 260. Ein auf Druck ansprechendes Austrittsrückschlagventil 270 ist ebenfalls an dem nicht orbitierenden Scrollelement 258 vorgesehen.
Ein Zweiwegemagnetventil 270 ist über eine Fluidleitung 274 mit dem Austrittkanal 272 und über eine Fluidleitung 276 und Durchlass 278 in dem rohrförmigen Element 252 mit der oberen Trennkammer 260 verbunden vorgesehen. Ein Ablassdurchlass 280 ist zwischen dem nicht orbitierenden Scrollelement 258 und der Platte 269 vorgesehen und verläuft zwischen der Trennkammer 260 und dem unteren Innenraum 250 des Mantels 12, der unter Saugdruck steht. Der Ablassdurchlass 280 dient zum kontinuierlichen Ablassen der Trennkammer 260 gegenüber Saugdruck. Wenn sich das Magnetventil 270 in einer geschlossenen Stellung befindet, wird der Verdichter 244 wie dargestellt voll belastet. Wenn aber das Magnetventil 270 als Reaktion auf ausgewählte erfasste Bedingungen durch das (nicht dargestellte) Steuermodul zu einer offenen Stellung betätigt wird, wird die Trennkammer 260 im Wesentlichen auf Austrittdruck druckbeaufschlagt, wodurch die kombinierte Kraft des Austrittdrucks und des Saugdrucks überwunden wird, die ein Vorspannen des nicht orbitierenden Scrollelements 258 hin zu dem orbitierenden Scrollelement 268 bewirkt. Dadurch bewegt sich das nicht orbitierende Scrollelement 258 wie dargestellt axial nach oben, wodurch der Verdichter 244 entlastet wird. Zu beachten ist, dass in dieser Ausführung die Größe der Leitungen 274 und 276 und des Durchlasses 278 relativ zur Größe des Ablassdurchlasses 280 gewählt werden muss, um den Aufbau ausreichenden Drucks in der Trennkammer 260 für das Bewirken einer Entlastung zu ermöglichen. Ferner wirkt sich die relative Größe dieser Durchlässe auf die Geschwindigkeit aus, mit der der Verdichter 244 zwischen belasteten und entlasteten Bedingungen zyklisch wechseln kann, sowie auf das zur Verwirklichung und Aufrechterhaltung der Entlastung erforderlichen Volumen des Druckgases.
Die Ausführung von 17 ist im Allgemeinen ähnlich zu der der oben beschriebenen 16, außer dass Federvorspannelemente 282 in der Zwischendruckkammer enthalten sind. Dementsprechend werden entsprechende Elemente durch die gleichen, gestrichene Bezugsziffern bezeichnet. Wie vorstehend erwähnt, dienen die Feder 280 vorrangig dem Mitwirken beim Vorspannen des nicht orbitierenden Scrollelements 258 in dichtende Beziehung zu dem orbitierenden Scrollelement 268 bei Anlassen, dienen aber auch dem Mitwirken beim Neubelasten des Verdichters 244. In jeder anderen Hinsicht ist der Betrieb des Verdichters 244 im Wesentlichen mit dem unter Bezug auf die obigen 1 und 16 beschriebenen Betrieb identisch.
Unter Bezug nun auf 18 wird eine weitere erfindungsgemäße Ausführung gezeigt, die allgemein mit 284 bezeichnet ist. Der Verdichter 284 umfasst einen Außenmantel 12 mit einer Trennplatte 286, die dessen Inneres in eine Druckkammer 290 und eine untere Kammer 292 bei Saugdruck unterteilt. An der Platte 286 ist ein zylindrisches Element 294 geeignet befestigt und greift mit einem zylindrischen Teil des axial beweglichen, nicht orbitierenden Scrollelements 296 gleitend und dichtend, um eine Druckfluid-Strömstrecke 298 von dem Austrittsfenster 300 zu bilden. Ein auf Druck ansprechendes Austrittsrückschlagventil 302 ist ebenfalls vorgesehen, wobei es an dem nicht orbitierenden Scrollelement 296 befestigt ist und dazu dient, ein Rückströmen von Druckfluid von der Kammer 290 in die Verdichtungskammern zu verhindern. Das nicht orbitierende Scrollelement 296 umfasst ein Paar ringförmiger gestufter Teile 304, 306 an seinem Außenumfang, die mit komplementären Teilen 308, 310 an dem Hauptlagergehäuse 312 zusammenwirken, um eine im Allgemeinen ringförmige Trennkammer 314 zu bilden. Zusätzlich umfasst das nicht orbitierende Scrollelement 296 einen radial nach außen ragenden Flanschteil 316, der mit einem radial nach innen ragenden Flanschteil 318 auf dem Hauptlagergehäuse 312 zusammenwirkt, um die axial trennende Bewegung des nicht orbitierenden Scrollelements 296 axial zu begrenzen.
Es wird auch ein Magnetventil 320 vorgesehen, das durch einen Durchlass 322 in dem Hauptlagergehäuse 312 und eine Fluidleitung 324 in Fluidverbindung mit der Kammer 314 steht. Fluidleitungen 326 und 328 dienen der Verbindung des Magnetventils 320 mit einer Druckleitung 330 bzw. einer Saugleitung 332.
Ähnlich wie oben beschrieben, befindet sich das Magnetventil 320 in einer Stellung, in der es Kammer 314 über einen Durchgang 322 und Fluidleitungen 324 sowie 328 in Fluidverbindung mit der Saugleitung 332 setzt, wenn der Verdichter 284 wie gezeigt unter normalem Volllastzustand arbeitet. Unter diesen Bedingungen bewirkt die sich aus dem Austrittdruck-Fluid in Kammer 290 ergebende Vorspannkraft, die auf die obere Fläche des nicht orbitierenden Scrollelements 296 in der Strömstrecke 298 wirkt, dass das nicht orbitierende Scrollelement 296 in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 334 gedrückt wird. Wenn es erwünscht ist, den Verdichter 284 zu entlasten, dient das Magnetventil 320 dazu, die Kammer 314 über Fluidleitungen 326, 324 und Durchgang 322 in Fluidverbindung mit dem Austrittdruck-Fluid zu setzen. Der sich in Kammer 314 ergebende Druck bewirkt dann ein Überwinden der Vorspannkraft, die auf das nicht orbitierende Scrollelement 296 ausgeübt wird, wodurch es veranlasst wird, sich wie dargestellt axial nach oben und aus dem dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 334 zu bewegen, wodurch der Verdichter 284 entlastet wird. Um den Verdichter 296 erneut zu belasten, bewirkt das Magnetventil 320 ein Ablassen des Austrittdruck-Fluids in Kammer 314 über den Durchlass 322 und die Fluidleitungen 324, 326 zur Saugleitung 332, wodurch die auf das nicht orbitierende Scrollelement 296 wirkende Vorspannkraft es axial nach unten zurück in den dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 334 bewegen kann. In ähnlicher Weise wie vorstehend erwähnt wird der Betrieb des Magnetventils 320 durch ein geeignetes (nicht dargestelltes) Steuermodul als Reaktion auf Systembedingungen gesteuert, die von einem oder mehreren Sensoren erfasst werden, um den Verdichter 284 nach Bedarf zyklisch zu be- und entlasten.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführung wird in 19 gezeigt, wobei sie im Allgemeinen bei 336 gezeigt wird und ähnlich der in 18 gezeigten Ausführung ist. Dementsprechend werden entsprechende Teile derselben mit den gleichen, gestrichenen Bezugsziffern bezeichnet. In dieser Ausführung steht der untere Teil 292' des Mantels 12' unter Zwischendruck, der über einen Durchlass 338 in einem orbitierenden Scrollelement 334' zugeführt wird, der auch dazu dient, eine nach oben gerichtete Vorspannkraft darauf auszuüben. Zusätzlich wird ein Ringelement 340, das gestufte Teile 308', 310' aufweist, separat hergestellt und an dem Hauptlagergehäuse 342 befestigt. Das Ringelement 340 weist auch einen Teil 344 auf, der sich in überliegender Beziehung zur Endplatte des orbitierenden Scrollelements 334' erstreckt und zur Begrenzung der Aufwärtsbewegung desselben dient, wenn sich der Verdichter 336 in einem entlasteten Zustand befindet. Zusätzlich wird eine innere biegsame Saugleitung 346 vorgesehen, die mit der Saugleitung 332' und dem nicht orbitierenden Scrollelement 296' verbunden ist. Ein Rückschlagventil 348 ist an der Verbindung der Leitung 346 mit dem nicht orbitierenden Scrollelement 296' vorgesehen und dient der Verhinderung eines Rückströmens von Fluid unter Verdichtung, wenn der Verdichter 336 entlastet wird. Ferner ist auch eine Saugsteuervorrichtung 350 optional in der Saugleitung 332' stromaufwärts des Punkts vorgesehen, an dem die Fluidleitung 328 angeschlossen ist. Die Saugsteuervorrichtung 350 wird durch ein (nicht dargestelltes) Steuermodul gesteuert und dient der Drosselung des Sauggasströmens durch die Saugleitung 332', so dass der verringerte Druck stromabwärts davon dazu beiträgt, die Kammer 314' während des Übergangs vom entlasteten Betrieb zum belasteten Betrieb oder auch bei erstem Anlassen des Verdichters 336 zu leeren. In jeder anderen Hinsicht ist der Betrieb einschließlich des zyklischen Belastens und Entlastens des Verdichters 336 im Wesentlichen gleich dem vorstehend beschriebenen Betrieb.
Eine noch weitere Ausführung wird in 20 veranschaulicht, welche allgemein mit 352 bezeichnet wird. Der Verdichter 352 umfasst ein nicht orbitierendes Scrollelement 354, das mittels mehrerer Einführungen 358, die durch Befestigungsmittel 360 ortsfest gehalten werden, axial beweglich an dem Hauptlagergehäuse 356 befestigt ist. Die Einführungen 358 und die Befestigungsmittel 360 wirken zusammen, um das nicht orbitierende Scrollelement 354 präzis und nicht drehend zu positionieren, während begrenzte axiale Bewegung desselben zugelassen wird. Ein separater ringförmiger geflanschter Ring 362 ist an dem nicht orbitierenden Scrollelement 354 befestigt und wirkt mit dem radial nach außen angeordneten ortsfesten geflanschten Ringelement 364 zusammen, um eine abgedichtete Trennkammer 366 dazwischen auszubilden. Das Ringelement 364 umfasst einen Durchlass 368, an dem ein Ende einer Fluidleitung 370 angeschlossen ist, deren anderes Ende mit dem Magnetventil 372 verbunden ist. Ähnlich wie vorstehend beschrieben weist das Magnetventil 372 Fluidleitungen 374 und 376 auf, die mit einer Druckleitung 378 bzw. einer Saugleitung 380 verbunden sind. Der Betrieb des Verdichters 352 ist im Wesentlichen identisch zu dem oben beschriebenen Betrieb, wobei das Magnetventil 372 dazu dient, die Kammer 366 zyklisch in Fluidverbindung mit dem Austrittdruck-Fluid und dem Saugdruck-Fluid zu setzen, um dadurch den Verdichter 352 zyklisch zu be- und entlasten.
21 stellt eine noch weitere Ausführung 382 der vorliegenden Erfindung dar. Der Verdichter 382 kombiniert die Trennkammeranordnung des Verdichters 352 mit der Sauggaszufuhranordnung und dem Zwischendruckmantel des in 19 gezeigten Verdichters 336. Dementsprechend werden entsprechende Teile desselben durch gleiche, zweifach gestrichene Ziffern bezeichnet und sein Betrieb ist im Wesentlichen gleich dem oben beschriebenen Betrieb.
22 zeigt eine weitere Abwandlung der vorliegenden Erfindung. Der Verdichter 384 ist im Wesentlichen gleich dem in 16 gezeigten, außer dass der Verdichter 384 ein Zweiwegeventil 386, das über einen Fluidkanal 390 mit einer Saugleitung 388 verbunden ist, eine wie nachstehend beschriebene abgewandelte Durchlassanordnung aufweist und auf das Abdeckelement 269 verzichtet, das die obere Kammer 260 bildet. Dementsprechend werden Teile, die gleichen Teilen des Verdichters 244 entsprechen, durch gleiche, zweifach gestrichene Ziffern bezeichnet. Zusätzlich ist die Befestigungsanordnung für das axial bewegliche nicht orbitierende Scrollelement 258'' im Wesentlichen identisch mit dem unter Bezug auf 20 beschriebenen, und daher werden entsprechende Teile desselben durch gleiche, gestrichene Ziffern angezeigt. In dieser Ausführung ist das Magnetventil ebenfalls über eine erste Fluidleitung 392, eine zweite innere biegsame Fluidleitung 394 und einen sich radial erstreckenden Durchlass 396, der in dem nicht orbitierenden Scrollelement 258'' vorgesehen ist, mit der Kammer 262'' verbunden. Ferner sind mehrere trennende Federn 398 vorgesehen, welche koaxial zu den Einführungen 358' positioniert sind und sich zwischen dem Hauptlagergehäuse 400 und der unteren Fläche des nicht orbitierenden Scrollelements 258'' erstrecken.
Unter normalem Volllastbetrieb wird das nicht orbitierende Scrollelement 258'' durch die kombinierte Kraft, die sich aus dem auf die obere Fläche des nicht orbitierenden Scrollelements 258'' in dem Durchlass 254'' wirkenden Austrittdruck und dem Zwischendruckfluid in der Kammer 262'', das dorthin über den Durchlass 266'' geleitet wird, ergibt, in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 268'' vorgespannt. Unter diesen Bedingungen befindet sich das Magnetventil 386 in einer geschlossenen Stellung, wodurch eine Fluidverbindung zwischen der Kammer 262'' und der Saugleitung 388 verhindert wird. Wenn die erfassten Systembedingungen anzeigen, dass es erwünscht ist, den Verdichter 384 zu entlasten, öffnet das Magnetventil 386, um dadurch die Kammer 262'' über den Durchlass 396 und die Fluidleitungen 394, 392 und 390 gegenüber der Saugleitung 388 abzulassen, wodurch die Zwischenvorspannkraft an dem nicht orbitierenden Scrollelement 258'' gemindert wird. Wenn diese Vorspannkraft gemindert wird, bewirkt die kombinierte Kraft aus dem Fluid unter Verdichtung zwischen den Scrollelementen und aus der durch die Federn 398 ausgeübten Kraft, dass das nicht orbitierende Scrollelement 258'' axial weg von und aus dem dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 268'' bewegt wird, wodurch der Verdichter 384 entlastet wird. Natürlich müssen der Durchgang 396, die Fluidleitungen 394, 392 und 390 sowie das Magnetventil 386 alle relativ zur Größe des Durchlasses 266'' bemessen sein, um ein adäquates Ablassen aus der Kammer 262'' sicherzustellen. Ein zyklisches Entlasten und Belasten des Verdichters 384 wird im Wesentlichen in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben als Reaktion auf Systembedingungen verwirklicht.
Die vorliegende Erfindung ist auch für den Einsatz bei dual drehenden Scroll-Verdichtern gut geeignet. Ausführungen dieser Art werden in den 23 bis 28 gezeigt.
Zunächst wird unter Bezug auf 23 ein dual drehender Scroll-Verdichter gezeigt, der allgemein bei 402 dargestellt wird. Der Verdichter 402 umfasst erste und zweite Scrollelemente 404, 406, die in einem Außenmantel 408 durch obere und untere Lagerelemente 410, 412 drehend gelagert sind, die voneinander axial versetzt sind. Das obere Lagerelement 410 ist in einem Plattenelement 415 ausgebildet, das auch zur Ausbildung einer Druckkammer 414 dient, in die aus dem Austrittsfenster 416 in dem oberen Scrollelement 404 austretendes verdichtetes Fluid über den Durchlass 418 geleitet wird. Ferner ist ein Austrittsrückschlagventil 420 vorgesehen, das über dem Austrittsfenster 416 liegt. Das untere Scrollelement 406 ist in einem unteren Gehäuse 422 gelagert und darin drehbar. Ein oberes Gehäuse 424 umgibt das obere Scrollelement 404, ist an dem unteren Gehäuse 422 befestigt und wirkt mit dem unteren Gehäuse 422 und dem oberen Scrollelement 404 zusammen, um eine Zwischendruck-Vorspannkammer 426 sowie eine Trennkammer 428 zu bilden. In dem oberen Scrollelement 404 ist ein Fluiddurchlass 430 vorgesehen, der von einer Verdichtungstasche bei Zwischendruck zur Vorspannkammer 426 verläuft, um dieser Fluiddruck zuzuführen, der in Verbindung mit dem auf das obere Scrollelement 404 in dem Durchlass 418 wirkenden Austrittdruck-Fluid dazu dient, das obere Scrollelement 404 während des Volllastbetriebs in dichtenden Eingriff mit dem unteren Scrollelement 402 vorzuspannen.
In dem oberen Scrollelement 404 ist auch ein zweiter Durchlass 432 vorgesehen, der von der Trennkammer 428 zu einer ringförmigen Aussparung 434 verläuft, die in dem Außenumfang eines oberen zylindrischen Nabenteils 436 des oberen Scrollelements 404 ausgebildet ist. Die ringförmige Aussparung 434 steht in Fluidverbindung mit einem Durchlass 438, der im Lager 410 vorgesehen ist und durch die Platte 415 radial nach außen verläuft.
Ferner ist auch ein Magnetventil 440 vorgesehen, dessen Betrieb dafür ausgelegt ist, durch ein (nicht dargestelltes) Steuermodul als Reaktion auf Systembedingungen gesteuert zu werden, die durch (ebenfalls nicht dargestellte) geeignete Sensoren erfasst werden. Das Magnetventil 440 umfasst einen ersten Fluidkanal 442, der mit Durchlass 438 verbunden ist, eine zweite Fluidleitung 444, die mit der Druckleitung 448 verbunden ist, und eine dritte Fluidleitung 450, die mit Saugleitung 452 verbunden ist.
Wenn der Verdichter 402 unter Volllastbedingungen arbeitet, ist das Magnetventil 440 in der Lage, die Trennkammer 428 über den Durchlass 432, die Aussparung 434, den Durchlass 438 und die Fluidleitungen 442 und 450 in Fluidverbindung mit der Saugleitung 452 zu setzen. Um den Verdichter 402 zu entlasten, bewirkt das Magnetventil ein Verbinden der Kammer 428 mit der Druckleitung 448, wodurch diese auf Austrittdruck druckbeaufschlagt wird. Die sich aus dem Austrittdruck-Fluid in Kammer 428 ergebende Kraft bewirkt ein Bewegen des Scrollelements 404 axial weg von dem Scrollelement 402 und aus dem dichtenden Eingriff mit diesem, wodurch der Verdichter entlastet wird. Ein zyklischer Betrieb des Magnetventils führt zu einem zyklischen Entlasten des Verdichters 402 in im Wesentlichen gleicher Weise wie vorstehend erläutert wurde.
24 veranschaulicht eine andere Ausführung eines dual drehenden Scroll-Verdichters 454 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Verdichter 454 ist vom Aufbau und Betrieb her im Wesentlichen identisch zu Verdichter 402, außer dass der Verdichter 454 keine Zwischendruck-Vorspannkammer enthält, sondern vielmehr nur Austrittdruck zum Vorspannen des oberen, axial beweglichen Scrollelements in dichtenden Eingriff mit dem unteren Scrollelement verwendet. Dementsprechend sind entsprechende Teile desselben durch die gleichen, gestrichenen Bezugsziffern bezeichnet.
Eine weitere Ausführung eines dual drehenden Scroll-Verdichters 456 wird in 25 gezeigt. Der Verdichter 456 ist im Wesentlichen identisch mit den Verdichtern 402 und 454, außer dass der Verdichter 456 an Stelle der im Verdichter 402 vorgesehenen Zwischendruck-Vorspannkammer mehrere Federn 458 verwendet, die sich zwischen einem radial nach innen verlaufenden Teil 460 des oberen Gehäuses 424'' und einer oberen Fläche des oberen Scrollelements 404'' erstrecken.
Dementsprechend werden Teile, die gleichen Teilen des Verdichters 402 entsprechen, durch die gleichen Bezugsziffern, doppelt gestrichen, bezeichnet. Die Federn 458 dienen dazu, mit dem Austrittdruck in Durchlass 418'' zusammen das obere Scrollelement 404'' axial in dichtenden Eingriff mit dem unteren Scrollelement 402'' vorzuspannen. In jeder anderen Hinsicht ist der Betrieb des Verdichters 456 im Wesentlichen mit dem vorstehend beschriebenen identisch.
26 zeigt eine weitere Ausführung eines dual drehenden Scroll-Verdichters 462. Der Verdichter 462 ist mit Ausnahme der nachstehenden Hinweise den Verdichtern 402, 454 und 456 sehr ähnlich und dementsprechend werden gleiche Teile desselben mit den gleichen, dreifach gestrichenen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Verdichter 452 ist wie dargestellt in dem unteren Teil eines hermetischen Mantels 464 und verglichen mit den Verdichtern 402, 454 und 456 in einer umgekehrten Stellung eingebaut. Ein Austrittsfenster 466 ist in dem Scrollelement 406'' vorgesehen und dient dem Ablassen verdichteten Fluids über ein Rückschlagventil 470 in eine Kammer 468, von wo es zu dem in dem oberen Teil des Mantels 464 angeordneten Motorraum 472 durch einen sich durch eine Antriebswelle 476 erstreckenden Durchlass 474 geleitet wird. In dem Motorraum 472 ist ein Antriebsmotor vorgesehen, der einen Stator 478 und einen an der Kurbelwelle 476 befestigten Rotor 480 aufweist. Das axial bewegliche Scrollelement 404'' ist in einem zylindrischen Lagergehäuse 482 drehbar gelagert, das in dem unteren Endteil 483 des Gehäuses 464 ausgebildet ist und mit diesem zusammen eine Austrittdruck-Vorspannkammer 484 bildet. Um der Kammer 484 Austrittdruck-Fluid zuzuführen, ist ein Durchlass 486 in dem Hauptlagergehäuse 488 vorgesehen, der mit einem zweiten Durchlass 490 in dem unteren Gehäuseteil 483 verbunden ist. Der Durchlass 490 mündet in die Kammer 484 und leitet somit Hochdruck-Druckfluid aus dem Motorraum 472 zu der Kammer 484, um während normalen Volllastbetriebs das Scrollelement 404'' in dichtenden Eingriff mit dem Scrollelement 406''' vorzuspannen. Ein zweiter Durchlass 432 verläuft von der Aussparung 434'' zum Fluidkanal 442'' durch den unteren Gehäuseteil 483. Zu beachten ist, dass die Kammer 484 alternativ durch Vorsehen eines Durchlasses durch die Endplatte des Scrollelements 404''' von einer Verdichtungstasche bei einem Druck zwischen Saugen und Ablassen zur Kammer 484 mit Zwischendruck-Fluid druckbeaufschlagt werden könnte, wodurch die Notwendigkeit der Durchlässe 486 und 490 beseitigt würde. Alternativ könnte der Kammer 484 Austrittdruck-Fluid mittels eines Durchlasses durch die Endplatte von Scrollelement 404'', der sich dorthin von der Steuertasche, in die das Fenster 466 mündet, erstreckt, zugeführt werden.
Der Betrieb des Verdichters 462 ist im Wesentlichen identisch mit dem des Verdichters 454 einschließlich des zyklischen Be- und Entlasten desselben als Reaktion auf die Betätigung des Magnetventils 440''', das von einem Steuermodul und zugehörigen Sensoren (nicht dargestellt) gesteuert wird.
27 ist auf eine andere Ausführung eines dual drehenden Scroll-Verdichters 494 gerichtet, bei dem das untere antreibende Scrollelement axial beweglich ist. Der Verdichter 494 umfasst ein Außengehäuse 496, in dem obere und untere Scrollelemente 498, 500 drehbar gelagert sind. Es ist eine Trennplatte 502 vorgesehen, die die Druckkammer 504 von der unteren Saugdruckkammer 506 trennt und auch einen zylindrischen Lagerteil 508 für das drehbare Lagern des oberen Scrollelements 498 mittels eines zylindrischen Teils 510 aufweist, dessen Inneres auch eine Druckfluid-Strömstrecke 512 von einem Austrittsfenster 514 an dem Austrittsrückschlagventil 516 vorbei zur Druckkammer 504 bildet. Das obere Scrollelement 498 umfasst eine ringförmige Höhlung 518, die in zugewandter Beziehung zum unteren Scrollelement 500 nach außen mündet. Ein ringförmiges Kolbenelement 520 ist darin beweglich angeordnet und dient als Reaktion auf Druckbeaufschlagung der über dem Kolbenelement 520 angeordneten Trennkammer 522 zum Ausüben einer Trennkraft auf das untere Scrollelement 500. Um der Kammer 522 Austrittdruck-Fluid zuzuführen, ist ein Durchlass 524 in dem Scrollelement 498 vorgesehen, der sich von der Kammer 522 durch den zylindrischen Teil 510 nach oben erstreckt und davon in eine ringförmige Aussparung 526 radial nach außen mündet. Ein zweiter Durchlass 528 verläuft durch die Platte 502 allgemein radial nach außen und ist mit der Fluidleitung 530 verbunden, die wiederum mit dem Magnetventil 532 verbunden ist. Das Magnetventil 532 umfasst ebenfalls eine Fluidleitung 534, die sich davon zum Druckkanal 536 erstreckt, sowie eine andere Fluidleitung 538, die sich davon zur Saugleitung 540 erstreckt.
Das untere Scrollelement 500 ist über ein unteres Lager 542 drehbar gelagert und umfasst einen mittleren Nabenteil 544 mit Keilnabeninnenprofil, der dafür ausgelegt ist, axial beweglich eine komplementär mit Keilnabe ausgebildete Antriebswelle 546 aufzunehmen. In der Endplatte des unteren Scrollelements 500 ist ein Zwischendruck-Entlastungskanal 548 ausgebildet und dient zum Leiten von vorspannendem Druckfluid von einer Zwischendruck-Verdichtungstasche zu einer Vorspannkammer 550 darunter. An dem oberen Scrollelement 498 ist ein Plattenelement 552 befestigt und umfasst eine ringförmige Aussparung 554, in der eine ringförmige Dichtung 556 angeordnet ist. Die Dichtung 556 greift mit der unteren Fläche des unteren Scrollelements 500, um die Kammer 550 gegenüber der Saugdruckkammer 506 abzudichten.
Unter Volllastbetrieb wird das untere Scrollelement 500 aufgrund der Kraft des Zwischendruck-Fluids in Kammer 550 axial nach oben in dichtenden Eingriff mit dem oberen Scrollelement 498 vorgespannt. Unter diesen Bedingungen ist das Magnetventil in einer Stellung, die Kammer 522 in Fluidverbindung mit der Saugleitung 540 zu setzen. Wenn die Systembedingungen anzeigen, dass eine niedrigere Leistungsabgabe erwünscht ist, wird das Magnetventil in eine Stellung betätigt, um die Kammer 522 in Fluidverbindung mit der Druckleitung 536 zu setzen, wodurch die Kammer 522 druckbeaufschlagt wird und eine axiale Abwärtsbewegung des Kolbens 520 bewirkt wird. Der Kolben 520 wiederum bewegt das untere Scrollelement 500 axial nach unten aus dem dichtenden Eingriff mit dem oberen Scrollelement 498. Wenn das Magnetventil zu einer Stellung zum Ablassen der Kammer 522 gegenüber der Saugleitung 540 zyklisch zurückgeführt wird, führt die sich aus dem Zwischendruck in Kammer 550 ergebende Vorspannkraft das untere Scrollelement 500 wieder zurück in dichtenden Eingriff mit dem oberen Scrollelement 498. Der zyklische Betrieb zwischen be- und entlastetem Arbeiten wird dann in gleicher Weise, ähnlich wie oben beschrieben, durch ein Steuermodul und zugehörige Sensoren gesteuert.
28 zeigt eine andere Ausführung eines dual drehenden Verdichters 558, der mit Ausnahme des Nachstehenden im Wesentlichen gleich dem unter Bezug auf 27 beschriebenen Verdichter ist. Dementsprechend werden dessen gleiche Teile durch gleiche, gestrichene Bezugsziffern bezeichnet. Der Verdichter 558 setzt Austrittdruck-Fluid ein, das der Kammer 550' über einen Durchlass 560 zugeführt wird, um das untere Scrollelement 500' in dichtenden Eingriff mit dem oberen Scrollelement 498' vorzuspannen. Ansonsten ist der Betrieb des Verdichters 558 im Wesentlichen gleich dem oben beschriebenen Betrieb.
Ein anderer Verdichter 562, der eine weitere erfindungsgemäße Ausführung integriert, wird in 29 gezeigt. Der Verdichter 562 ist mit Ausnahme des Nachstehenden ähnlich dem in 20 gezeigten Verdichter 352, und dementsprechend sind gleiche Teile desselben durch die gleichen Bezugsziffern, dreifach gestrichen, bezeichnet. Der Verdichter 562 enthält eine Trennplatte 564, die einen Teil des Außenmantels 566 bildet und sein Inneres in eine Hochdruck-Druckkammer 568 und einen Niederdruck-Saugteil 570 trennt. Die Trennplatte 564 weist einen mittleren zylindrischen Teil 572 auf, der dafür ausgelegt ist, einen zylindrischen Teil 574 des nicht orbitierenden, axial beweglichen Scrollelements 354''' dichtend beweglich aufzunehmen. Der zylindrische Teil 574 weist mehrere radiale Öffnungen 576 auf, die mit den Öffnungen 578 in Teil 572 ausgerichtet sind, um eine Druckgas-Strömstrecke 579 von dem Austrittsfenster 580 an dem Austrittrückschlagventil 582 vorbei zu der Druckkammer 568 zu bilden. Eine Abdeckplatte 584 ist an dem zylindrischen Teil 574 befestigt, um das obere Ende des Durchlasses 579 abzusperren, und bildet ferner zusammen mit dem zylindrischen Teil 572 eine Zwischendruck-Vorspannkammer 586 dazwischen aus. Ein Fluiddurchlass 588 verläuft von einer Verdichtungstasche bei Zwischendruck zu der Kammer 586 und dient zum Zuführen von Fluiddruck für das Vorspannen des axial beweglichen Scrollelements 354''' in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 590. Der Betrieb, einschließlich zyklisches Be- und Entlasten des Verdichters 562, ist im Wesentlichen identisch mit dem unter Bezug auf Verdichter 352 und die anderen vorstehenden beschriebenen Ausführungen beschriebenen Betrieb.
30 veranschaulicht einen Verdichter 592, der eine weitere erfindungsgemäße Abwandlung integriert. Der Verdichter 592 ist mit Ausnahme des Nachstehenden im Wesentlichen identisch mit Verdichter 562 von 29 und dementsprechend werden gleiche Teile desselben durch die gleichen Bezugsziffer, vierfach gestrichen, bezeichnet. Der Verdichter 592 enthält ein Zweiwegeventil 594 mit einer Fluidleitung 596, die mit der Kammer 586'''' verbunden ist, sowie eine zweite Fluidleitung 598, die mit der Saugleitung 380'''' verbunden ist. Ferner wurde auf die Elemente 362''' und 364''' verzichtet und an deren Stelle werden Vorspannfedern 600 vorgesehen, die in koaxial umgebender Beziehung zu den Einführungen 358'''' positioniert sind.
Unter Volllastbetriebsbedingungen spannt die sich aus dem Zwischenfluiddruck in Kammer 586'''' ergebende Vorspannkraft in gleicher Weise, wie vorstehend erläutert, das axial bewegliche nicht orbitierende Scrollelement 354'''' nach unten in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 590'''' vor und überwindet die aus den Federn 600 resultierende Trennkraft. Wenn die Bedingungen anzeigen, dass eine Entlastung erwünscht ist, schaltet das Magnetventil 594 von einem geschlossenen Zustand (der das Ablassen der Kammer 586'''' durch Saugwirkung während Volllastbetrieb verhinderte) zu einer offenen Stellung, wodurch die Kammer 586'''' gegenüber der Saugleitung 380'''' abgelassen wird und die auf das Scrollelement 354'''' ausgeübte Vorspannkraft gemindert wird. Wenn diese Vorspannkraft gemindert wird, bewirkt die Kraft der Federn 600 zusammen mit dem Druck des Fluids unter Verdichtung ein Bewegen des axial beweglichen Scrollelements 354'''' nach oben aus dem dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 590''''. Wie zuvor wird das Magnetventil 594 durch Steuermittel als Reaktion auf zugehörige Sensoren in zyklischer Weise betrieben, um den Verdichter 592 zyklisch zu be- und entlasten, um den erwünschten Grad an Leistungsmodulation zu verwirklichen.
Während die vorherigen Ausführungen vorrangig auf hermetische Motorverdichter gerichtet waren, ist die vorliegende Erfindung ebenso gut für den Einsatz bei Verdichtern geeignet, die einen Fremdantrieb verwenden, beispielsweise Verdichter für Kraftfahrzeugklimaanlagen. Die Verwendung der vorliegenden Erfindung in einem solchen Umfeld kann die Notwendigkeit teuerer Kupplungssysteme umgehen, die häufig in den heutigen Systemen eingesetzt werden.
31 veranschaulicht einen Verdichter 602, der eigens auf den Einsatz mit einer Fremdantriebsquelle gerichtet ist. Der Verdichter 602 ist mit Ausnahme des Nachstehenden von ähnlicher Konstruktion wie Verdichter 244 von 16 und dementsprechend werden gleiche Teile desselben durch die gleichen Bezugsziffern, dreifach gestrichen, bezeichnet.
Der Verdichter 602 enthält statt des Zweiwegemagnetventils von Verdichter 244 ein Dreiwegemagnetventil 604 und umfasst somit mit der Druckleitung 272''' verbundene Fluidleitungen 606 und eine mit der Saugleitung 610 verbundene zweite Fluidleitung 608. Zu beachten ist, dass ein Zweiwegemagnetventil bei Bedarf in der gleichen Anordnung verwendet werden könnte. Da das Magnetventil 604 dafür ausgelegt ist, während des Entlastens die obere Kammer 260''' direkt gegenüber der Saugleitung 610 abzulassen, wird auf einen im Verdichter 244 vorgesehenen, ständig offenen Ablassdurchlass 280 verzichtet. Die Antriebswelle 612 des Verdichters 602 verläuft durch geeignete Lagermittel 616 und Dichtmittel 618 aus dem Gehäuse 614 heraus und ist für die Verbindung mit einer geeigneten Fremdantriebsquelle, beispielsweise einem Kraftfahrzeugmotor, über eine herkömmliche Riemenscheiben- und Keilriemenanordnung oder dergleichen ausgelegt.
Bei Betrieb treibt die Fremdantriebsquelle die Antriebswelle 612 kontinuierlich an, wodurch eine kontinuierliche Orbitalbewegung des orbitierenden Scrollelements 268''' bewirkt wird. Wenn die Systembedingungen anzeigen, dass Kühlen erforderlich ist, wird das Magnetventil 604 durch geeignete Steuermittel zum Setzen der Kammer 260''' in Fluidverbindung mit der Saugleitung 610 positioniert, wodurch eine sich daraus ergebende Trennkraft gemindert wird und die Kammer 262''', der über den Durchlass 266''' Zwischendruck-Fluid zugeführt wird, eine Vorspannkraft erzeugen kann, welche – mit der sich aus dem Austrittdruck-Fluid, das auf die Fläche des nicht orbitierenden Scrollelements 258''' in Durchlass 254''' wirkt, ergebenden Vorspannkraft – das nicht orbitierende Scrollelement 258''' in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 268''' vorspannt. Wenn die Systembedingungen erfüllt sind, wird der Verdichter 602 durch Betätigen von Magnetventil 604 in eine Stellung entlastet, in der die Kammer 260''' in Fluidverbindung mit der Druckleitung 272''' gesetzt wird, was zum Erzeugen einer Trennkraft führt, die ein Bewegen des nicht orbitierenden Scrollelements axial aus dem dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 268''' bewirkt. Die zyklische Steuerung des Verdichters 602 kann in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben verwirklicht werden, wodurch die Notwendigkeit einer Kupplung umgangen wird, wenn ein solches System in einer Kraftfahrzeuganwendung eingesetzt wird.
Während die vorherigen Ausführungen allesamt auf die Verwendung des verdichteten Fluids zum Bewirken einer Entlastung der jeweiligen Verdichter gerichtet waren, ist es auch möglich, dieses Entlasten durch die Verwendung anderer Arten von Kraft erzeugenden Mitteln zur Bewirkung axialer Bewegung des einen oder anderen der beiden Scrollelemente zu verwirklichen. Solche Anordnungen werden unter Bezug auf die 32 bis 34 gezeigt und beschrieben.
Unter Bezug zunächst auf 32, wird ein hermetischer Verdichter 620 gezeigt, der ein Gehäuse 622 mit einer Platte 624 umfasst, die dazu dient, dessen Inneres in eine Druckkammer 626 und einen unteren Teil 628 bei Saugdruck zu trennen. Ein Lagergehäuse 630 ist in dem Mantel 622 befestigt und lagert drehend eine Kurbelwelle 632, die mit dem orbitierenden Scrollelement 634 angetrieben verbunden ist. Ein nicht orbitierendes axial bewegliches Scrollelement 636 ist mittels Einführungen 638 und Befestigungsmitteln 640 an dem Lagergehäuse 630 befestigt, so dass das Scrollelement 636 entlang der Führungen 638 gleitend beweglich ist, aber an einer Umfangs- oder Radialbewegung gehindert wird. Das nicht orbitierende Scrollelement 636 umfasst eine Druckvorspannkammer 642 in der oberen Fläche, in die ein Ende eines ringförmigen geflanschten Elements 644 ragt. Das andere Ende des geflanschten Elements 644 ist an der Platte 624 befestigt. Ein zylindrischer Teil 646 des nicht orbitierenden Scrollelements 636 ragt durch das ringförmige geflanschte Element 644 nach oben in die Druckkammer 626, um einen Austrittsdurchlass 648 zu bilden, der sich von dem Austrittsfenster 650 über das Austrittsrückschlagventil 652 nach oben erstreckt. Mehrere über den Umfang beabstandete radiale Öffnungen 654 sind neben dem oberen Ende des Teils 646 vorgesehen, um den Durchlass 648 in Fluidverbindung mit der Druckkammer 626 zu setzen. Eine Abdeckplatte 656 ist an dem oberen Ende des Teils 646 befestigt und umfasst ferner Öffnungen 658 darin, um ein Strömen von Druckfluid in die Druckkammer 626 zu ermöglichen. Das nicht orbitierende Scrollelement 636 umfasst auch einen Durchlass 660, der von einer Verdichtungstasche bei Zwischendruck zu einer Vorspannkammer 642 verläuft, wodurch der Kammer 642 Zwischendruck-Fluid zugeführt werden kann, um das nicht orbitierende Scrollelement 636 während des normalen Volllastbetriebs in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 634 axial vorzuspannen. Natürlich wird diese Zwischendruck-Vorspannkraft durch den gegen die oberen Flächen des nicht orbitierenden Scrollelements 636 wirkenden Austrittsdruck unterstützt.
Bei dieser Anordnung wird ein Entlastungsmechanismus 662 vorgesehen, der einen an einem zylindrischen geflanschten Lagerelement 666 gelagerten, eine geeignete Kraft ausübenden Aktor 664 umfasst, das wiederum an einem oben auf dem Mantel 622 vorgesehenen Stutzen 668 dichtend befestigt ist. Eine Aktorwelle 670 verläuft nach unten durch das Element 666 und den Stutzen 668 und ist mit ihrem unteren Ende mit der Abdeckplatte 656 verbunden. Der Aktor 664 kann von jeder Kraft ausübenden, geeigneten Ausführung sein, die eine Zugkraft an dem nicht orbitierenden Scrollelement 636 ausüben kann, beispielsweise ein elektrisch betätigtes Solenoid, eine pneumatische oder andere fluidbetätigte Kolben- und Zylindervorrichtung oder jede andere Art von mechanischer, magnetischer, elektromechanischer, hydraulischer, pneumatischer, gas- oder federartigen Vorrichtung. Der Betrieb des Aktors wird durch ein geeignetes Steuermodul 672 als Reaktion auf erfasste Systembedingungen gesteuert, die von geeigneten Sensoren 674 erfasst werden.
Wie vorstehend erwähnt, wirkt das Zwischendruck-Fluid in der Kammer 642 unter Volllastbetriebsbedingungen mit dem Austrittdruck-Fluid in dem Durchlass 648 zusammen, um das nicht orbitierende Scrollelement 636 in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 634 vorzuspannen. Wenn die Systembedingungen anzeigen, dass ein Entlasten erwünscht ist, bewirkt das Steuermodul 672 den Betrieb des Aktors 664, um eine Trennkraft auf das nicht orbitierende Scrollelement 636 auszuüben, wodurch es aus dem dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement bewegt wird. Wenn der Volllastbetrieb wieder aufgenommen werden soll, wird der Aktor 664 deaktiviert, wodurch die Vorspannkraft von der Zwischendruck-Kammer 642 und der Austrittsdruck in dem Durchlass 648 wieder das nicht orbitierende Scrollelement 636 in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 634 bewegen können. Der Aktor 664 wird so ausgelegt, dass er einen schnellen zyklischen Betrieb zulässt, um so das zyklische Be- und Entlasten des Verdichters 620 in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben zu ermöglichen.
33 zeigt eine abgewandelte Version der Anordnung von 32, wobei gleiche Teile durch die gleichen, gestrichenen Bezugsziffern bezeichnet werden. In dieser Ausführung ist ein Aktor 664' in einem Gehäuse 622' angeordnet, wobei sich Betätigungsverbindungen 676 davon nach außen erstrecken. In jeder anderen Hinsicht arbeitet der Verdichter 620' in gleicher Weise, wie der vorstehend unter Bezug auf 32 beschriebene Verdichter.
Unter Bezug nun auf 34 wird ein hermetischer Verdichter 880 gezeigt, der bei den Verdichtern der 4 und 33 verwendete, bestimmte Merkmale kombiniert. Der Verdichter 880 umfasst einen Außenmantel 882 mit einer Platte 884, die sein Inneres in eine obere Druckkammer 886 und eine untere Kammer 888 bei Saugdruck teilt. Ein Hauptlagergehäuse 890 ist in der unteren Kammer 888 angeordnet und dient zum drehbaren Lagern einer Antriebswelle 892, die mit einem orbitierenden Scrollelement 894, das ebenfalls an dem Hauptlagergehäuse 890 gelagert ist, angetrieben verbunden ist. Ein nicht orbitierendes Scrollelement 896 ist an dem Hauptlagergehäuse 890 axial beweglich befestigt und umfasst eine Höhlung am oberen Ende desselben, die durch radial innere bzw. äußere zylindrische Vorsprünge 898, 900 gebildet wird. Ein geflanschtes zylinderförmiges Element 902 ist an der Platte 884 dichtend befestigt und verläuft zwischen den Vorsprüngen 989 und 900 nach unten und greift mit diesen beweglich dichtend, um die Höhlung in eine obere Trennkammer 904 und eine untere Zwischendruck-Vorspannkammer 906 zu unterteilen. Ein Durchlass 907 in dem nicht orbitierenden Scrollelement 896 dient dazu, die Vorspannkammer 906 in Fluidverbindung mit einer Fluidtasche zu setzen, die gerade einer Verdichtung unterzogen wird und unter einem Druck zwischen Saugen und Ausschieben steht. Das Innere des Elements 902 wirkt mit dem Vorsprung 898 zusammen, um eine Druckgas-Strömstrecke 908 auszubilden, die von dem Austrittsfenster 910 zur Druckkammer 886 über ein Austrittsrückschlagventil 912 verläuft.
Wie am Besten unter Bezug auf 34A ersichtlich wird, ist eine axial verlaufende Bohrung 914 in dem Element 902 vorgesehen, in der ein Ventilelement 916 axial beweglich angeordnet ist. Das Ventilelement 916 umfasst einen Teil 918 verringerten Durchmessers neben dessen unteren Ende, der, wenn sich das Ventilelement in einer ersten Stellung befindet, bewirkt, dass die Trennkammer 904 durch radial verlaufende Durchlässe 920 und 922 in Fluidverbindung mit dem Austrittdruck-Fluid in dem Durchlass 908 gesetzt wird, und wenn es sich in einer zweiten Stellung befindet, dass die Trennkammer 904 über radial verlaufende Durchlässe 922 und 924 in Fluidverbindung mit dem Saugdruck-Fluid in Bereich 888 gesetzt wird. Ferner verläuft ein radialer Ablassdurchlass 926 von dem Grund der Bohrung 914 nach außen zum Austrittsdurchlass 908, um eine Bewegung des Ventilelements 916 darin zu erleichtern.
Wie dargestellt verläuft das Ventilelement 916 durch die Druckkammer 886 axial nach oben und durch den Mantel 882 nach außen und ist mit einem an dem Mantel 882 befestigten geeigneten Aktor 928 verbunden, der wie vorstehend erwähnt bewirkt, dass es zwischen der ersten und zweiten Stellung bewegt wird. Ein Stutzen 930 umgibt das Ventilelement 916, wo es durch den Mantel 882 tritt, und enthält geeignete Dichtungen, um ein Fluidlecken von der Druckkammer 886 zu verhindern. Der Aktor 928 kann jede geeignete Vorrichtung sein, die die Fähigkeit aufweist, das Ventilelement 916 zwischen der erwähnten ersten und zweiten Stellung hin- und herzubewegen, einschließlich zum Beispiel ein Solenoid oder eine andere elektrische, elektromechanische, mechanische, pneumatische oder hydraulisch betätigte Vorrichtung. Zu beachten ist, dass der Aktor bei Bedarf im Inneren des Mantels 882 eingebaut werden kann.
Unter Volllastbetrieb spannt ein Zwischenfluiddruck in der Vorspannkammer 906 zusammen mit dem gegen die Fläche des nicht orbitierenden Scrollelements 896 in Durchlass 908 wirkenden Austrittsdruck das nicht orbitierende Scrollelement 896 axial in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 894 vor. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Ventilelement 916 in einer Position, um die Trennkammer 904 über Durchlässe 922 und 924 in Fluidverbindung mit dem Bereich 888 bei Saugdruck zu setzen. Um den Verdichter 880 zu entlasten, bewirkt der Aktor 928 ein Bewegen des Ventilelements 916 in eine Position, in der es die Trennkammer 904 über Durchlässe 920 und 922 in Fluidverbindung mit dem Austrittdruck-Fluid in Durchlass 908 setzt, wodurch die Kammer 904 druckbeaufschlagt wird. Die aus der Druckbeaufschlagung der Kammer 904 resultierende Kraft bewegt das nicht orbitierende Scrollelement aus dem dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 894, um dadurch den Verdichter 880 zu entlasten. Um den Verdichter 880 erneut zu belasten, lässt der Aktor 928 das Ventil 916 zurück in seine Anfangsstellung kehren, in der der Austrittsdruck in der Kammer 904 gegenüber dem Bereich 888, der unter Saugdruck steht, durch die Durchlässe 922 und 924 abgelassen wird, wodurch der Zwischendruck in Kammer 906 und das Austrittdruck-Fluid in Durchlass 908 das nicht orbitierende Scrollelement zurück in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 894 bewegen können. Die zyklische zeitlich gepulste Betätigung des Aktors 928 lässt somit das Modulieren der Leistung des Verdichters 880 in im Wesentlichen gleicher Weise wie vorstehend beschrieben zu.
35 zeigt eine weitere Abwandlung der in den 32 und 33 gezeigten Anordnungen. In dieser Ausführung umfasst der Verdichter 678 ein nicht orbitierendes Scrollelement 680, das fest an dem Lagergehäuse 682 angebracht ist, und das orbitierende Scrollelement 684 ist axial beweglich ausgelegt. Der Verdichter 678 umfasst ein geeignetes, Kraft ausübendes Mittel 686 in Form einer ringförmigen, elektromagnetischen Spule, die an dem Lagergehäuse 682 in einer darin vorgesehenen Vertiefung 688 in einer unter dem orbitierenden Scrollelement 684 liegenden Beziehung befestigt ist. Ein geeignetes, magnetisch ansprechbares Element 690 ist in dem Kraft ausübenden Mittel 686 positioniert und liegt an der Unterfläche des orbitierenden Scrollelements 684 an. In dieser Ausführung bewirkt das Betätigen des Kraft ausübenden Mittel 686 das Ausüben einer axial nach oben gerichteten Kraft auf das orbitierende Scrollelement 684, wodurch es in dichtenden Eingriff mit dem nicht orbitierenden Scrollelement 680 gedrückt wird. Das Entlasten des Verdichters 678 wird durch Deaktivieren des Kraft ausübenden Mittels 686 verwirklicht, wodurch die dadurch erzeugte Vorspannkraft gemindert wird und die Trennkraft des Fluids unter Verdichtung das orbitierende Scrollelement 684 aus dem dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 680 bewegen kann. Eine zyklische, zeitlich gepulste Be- und Entlastung kann durch Steuern des Kraft ausübenden Mittels 686 in im Wesentlichen der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben problemlos verwirklicht werden.
Zu beachten ist, dass der Verdichter 678 zwar unter Verwendung eines elektromagnetischen, Kraft ausübenden Mittels beschrieben wurde, aber andere geeignete Kraft ausübende Mittel an dessen Stelle treten können, einschließlich mechanische, magnetische, elektromechanische, hydraulische, pneumatische Vorrichtungen oder Vorrichtungen in der Art von Gasfedern oder mechanischen Federn.
Die vorstehenden erfindungsgemäßen Ausführungen sind allesamt auf verschiedene Mittel für das Bewirken einer Entlastung durch axiale Trennung der jeweiligen Scrollelemente gerichtet. Die vorliegende Erfindung erwägt aber auch das Verwirklichen der Entlastung durch radiale Trennung der Flankenflächen der Scrollwicklungen, wodurch zwischen den Verdichtungstaschen eine Leckstrecke vorgesehen wird. Ausführungen, die dieses Entlastungsverfahren veranschaulichen, werden unter Bezug auf die 36 bis 44 gezeigt und beschrieben.
Unter Bezug nun auf 36 wird ein Verdichter gezeigt, der radial gerichtetes Entlasten umfasst und allgemein mit 692 bezeichnet ist. Der Verdichter 692 ist im Allgemeinen den zuvor beschriebenen Verdichtern ähnlich und umfasst einen Außenmantel 694 mit einer Druckkammer 696 und einer unteren Kammer 698 bei Saugdruck. Ein Lagergehäuse 700 ist in dem Mantel 694 gelagert und weist ein nicht orbitierendes Scrollelement 702 auf, das daran axial beweglich befestigt ist, sowie ein daran gelagertes orbitierendes Scrollelement 704, das dafür ausgelegt ist, durch die Kurbelwelle 706 angetrieben zu werden. Eine Zwischendruck-Vorspannkammer 708 ist an dem oberen Ende des nicht orbitierenden Scrollelements 702 vorgesehen, der von einer Verdichtungstasche über den Durchlass 710 Zwischendruck-Fluid zugeführt wird, um dadurch das nicht orbitierende Scrollelement in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 704 axial vorzuspannen.
Das Lagergehäuse 700 umfasst mehrere im Wesentlichen identische, über den Umfang beabstandete Kammern 712, in denen jeweils ein Kolben 714 beweglich angeordnet ist. Jeder Kolben 714 umfasst einen Zapfen 716, der davon axial nach oben durch die Öffnung 718 in der oberen Fläche des Lagergehäuses 700 und in eine entsprechend axial ausgerichtete Öffnung 720, die in dem nicht orbitierenden Scrollelement 702 vorgesehen ist, ragt. In jeder der Öffnungen 720 ist eine Feder 722 vorgesehen und verläuft zwischen einer zylindrischen Federhalterung 724, die an dem nicht orbitierenden Scrollelement 702 befestigt ist, und dem oberen Ende jedes der Zapfen 716 und dient zum Ausüben einer axial nach unten gerichteten Vorspannkraft darauf. Wie dargestellt umfasst jeder der Zapfen 716 einen oberen Teil 726 eines ersten Durchmessers und einen unteren Teil 728 eines größeren Durchmessers. Die Zapfen 716 sind in umgebender Beziehung zum Umfang des orbitierenden Scrollelements 704 positioniert. Eine ringförmige Sammleranordnung 729 ist an dem unteren Teil des Hauptlagergehäuses 700 befestigt und sperrt das untere Ende der jeweiligen Kammern 712 ab. Die Sammleranordnung 729 weist einen ringförmigen Durchlass 731 auf, von dem jeweilige axial verlaufende Durchlässe 733 nach oben in jede der Kammern 712 münden.
Wie ab Besten unter Bezug auf 37 ersichtlich ist, ist ein Exzenterzapfen 730 der Kurbelwelle 706 mittels einer Einführung 732, die drehend in der an dem orbitierenden Scrollelement 704 vorgesehenen Nabe 734 angeordnet ist, antreibend mit dem orbitierenden Scrollelement verbunden. Die Einführung 732 umfasst eine im Allgemeinen ovalförmige Öffnung 736 mit einer Fläche 738 entlang einer Seite derselben, die für die Aufnahme eines Exzenterzapfens 730 ausgelegt ist, der ebenfalls eine Fläche 740 aufweist, die mit der Fläche 738 greifen kann, wodurch die Antriebskräfte auf das orbitierende Scrollelement 704 übertragen werden. Die Öffnung 736 ist wie dargestellt so bemessen, dass die Einführung und das zugehörige orbitierende Scrollelement 704 sich zueinander bewegen können, so dass der Orbitradius, durch den sich das orbitierende Scrollelement bewegt, von einem Höchstwert, bei dem sich die Flankenflächen der Scrollwicklungen in dichtendem Eingriff miteinander befinden, zu einer minimalen Strecke, bei der die Flankenflächen voneinander beabstandet sind, verringert werden kann.
Der Verdichter 692 umfasst ferner ein Dreiwegemagnetventil 742 mit einer Fluidleitung 744, die mit dem ringförmigen Durchlass 731 verbunden ist, eine zweite Fluidleitung 746, die mit der Saugleitung 748 verbunden ist, und eine dritte Fluidleitung 750, die mit der Druckleitung 752 verbunden ist.
Unter Volllastbetrieb befindet sich das Magnetventil 742 in einer Position, um jede der Kammern 712 über Durchlässe 733, Durchlass 731 und Fluidleitungen 744 und 746 in Fluidverbindung mit der Saugleitung 748 zu setzen. Dadurch wird jeder der Kolben und zugehörigen Zapfen durch Federn 722 in einer abgesenkten Position gehalten, wodurch das orbitierende Scrollelement bei seinem vollen Höchstradius frei orbitieren kann. Da das axial bewegliche nicht orbitierende Scrollelement 702 durch die Vorspannkammer 708 in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 704 vorgespannt wird, arbeitet der Verdichter 692 bei voller Leistung. Um den Verdichter 692 zu entlasten, wird das Magnetventil betätigt, um die Druckleitung 752 mit der ringförmigen Kammer 731 in Fluidverbindung zu setzten, was wiederum jede der Kammern 712 mit Austrittdruck-Fluid beaufschlagt, um jeden der Kolben 714 und der zugehörigen Zapfen 716 zu einer Bewegung axial nach oben zu einer in 39 dargestellten voll angehobenen Stellung zu drücken. Da die Kraft des auf die jeweiligen Kolben 714 wirkenden Austrittdruck-Fluids nicht ausreicht, um die das orbitierende Scrollelement radial nach außen drückenden Kräfte zu überwinden, bewegen sich die Zapfen 716 nacheinander nach oben, wenn sich das orbitierende Scrollelement davon wegbewegt. Sobald sich alle Zapfen nach oben bewegt haben, befindet sich der Teil 728 großen Durchmessers der Zapfen 716 in einer Position, mit den bogenförmigen Ausschnitten 754 zu greifen, die um den Umfang des orbitierenden Scrollelements 704 vorgesehen sind, wie am Besten unter Bezug auf 38 ersichtlich ist, wodurch eine Reduzierung des Orbitradius des orbitierenden Scrollelements 704 auf einen Mindestwert bewirkt wird, an dem die Flankenflächen desselben nicht mehr in dichtender Beziehung stehen und der Verdichter voll entlastet ist. Zu beachten ist, dass die Zapfen 716 über den Umfang beabstandet sind, so dass mindestens zwei benachbarte Zapfen in Eingriff mit entsprechenden Ausschnitten 754 über die gesamte Umlaufbahn des orbitierenden Scrollelements 704 stehen. Wenn der Lastbetrieb wieder aufgenommen werden soll, wird das Magnetventil in eine Position zurückgeführt, in der die Kammer 712 über Durchlässe 733, 731 und Fluidleitungen 744 und 746 gegenüber der Saugleitung 748 abgelassen wird, wodurch Federn 722 jeden der Zapfen 716 und der zugehörigen Kolben 714 nach unten in eine Position vorspannen können, in der der Teil 726 verringerten Durchmessers der jeweiligen Zapfen in einer radial beabstandeten Beziehung zu den Ausschnitten 754 positioniert ist und das orbitierende Scrollelement 704 seinen vollen Orbitradius wieder einnehmen kann und die Verdichtung bei voller Leistung wieder aufgenommen wird.
40 zeigt eine abgewandelte Version der Ausführung der 36 bis 39 bei 756, wo ein Zweiwegeventil 758 benutzt wird, das Fluidleitungen 760 und 762 aufweist, die mit der Kammer 712 bzw. der Druckleitung 752' verbunden sind. In dieser Ausführung umfasst jede der Kammern 712 einen Durchlass 764 am unteren Ende derselben, der in ständiger Verbindung mit dem unteren Teil 698' des Mantels 694' steht, der unter Saugdruck steht. Dadurch wird jede der Kammern 712' ständig durch Saugwirkung abgelassen. Zum Entlasten des Verdichters 756 wird das Magnetventil geöffnet, wodurch jede der Kammern 712' in Fluidverbindung mit dem Austrittdruck-Fluid von der Druckleitung 752' gesetzt wird und jeder der Kolben 714' in eine angehobene Stellung vorgespannt wird. Die verbleibenden Teile des Verdichters 756 sind im Wesentlichen identisch mit denen des Verdichters 692 und sind entsprechend durch die gleichen, gestrichenen Bezugsziffern bezeichnet. Analog ist der Betrieb des Verdichters 756 in jeder anderen Hinsicht im Wesentlichen identisch mit dem des Verdichters 692.
Eine weitere Abwandlung der in den 36 bis 40 gezeigten Ausführungen wird in den 41 und 42 bei 766 gezeigt. In dieser Ausführung entfallen die Ausschnittbereiche 754 und stattdessen werden zwei kreisförmige Öffnungen 768 vorgesehen. Analog werden nur zwei Zapfen 716' vorgesehen. Der Durchmesser der kreisförmigen Öffnungen 768 in Bezug auf den Teil 726'' verringerten Durchmessers der Zapfen 714'' ist so gehalten, dass es dazwischen einen geringen Freiraum gibt, wenn das orbitierende Scrollelement 704'' bei seinem maximalen Orbitradius orbitiert. Wenn der Teil 728'' größeren Durchmessers der Zapfen 716'' in Öffnungen 768 bewegt wird, wird der Orbitradius des orbitierenden Scrollelements 704'' auf ein Minimum reduziert, wodurch die dichtende Beziehung zwischen den Flankenflächen der Scrollwicklungen unterbrochen wird.
Ferner wurden in dieser Ausführung die Federn 722 durch eine Zwischendruck-Vorspannanordnung mit einem Durchlass 770 in dem Scrollelement 702'' ersetzt, der sich von der Zwischendruck-Vorspannkammer 708'' in das obere Ende des Elements 724'' erstreckt. Dadurch werden die Zapfen 716'' mittels Zwischenfluidruck hin zu einer abgesenkten Position vorgespannt. In jeder anderen Hinsicht ist der Aufbau und Betrieb des Verdichters 766 im Wesentlichen identisch mit Verdichter 692, und daher sind entsprechende Teile mit den gleichen in 35 verwendeten Bezugsziffern doppelt gestrichen bezeichnet.
Eine andere Anordnung für das radiale Entlasten eines Scroll-Verdichters wird in den 43 und 44 gezeigt. Der Verdichter 772 ist im Allgemeinen vom Aufbau dem Verdichter 692 ähnlich und umfasst einen Außenmantel 774 mit einer Trennplatte 776, die sein Inneres in eine obere Druckkammer 778 und einen unteren Teil 780 bei Saugdruck teilt. Ein Hauptlagergehäuse ist in dem unteren Teil 780 befestigt und umfasst ein erstes Element 782, an dem ein axial bewegliches, nicht orbitierendes Scrollelement 784 mittels Einführungen 786 und Befestigungsmittel 788 befestigt ist und das auch das orbitierende Scrollelement 790 axial lagert. Ein zweites Element 792 des Hauptlagergehäuses ist an dem unteren Ende des Elements 782 befestigt, lagert eine antreibende Kurbelwelle 794 drehend und bildet zusammen mit dem ersten Teil 782 und dem orbitierenden Scrollelement 790 einen im Wesentlichen geschlossenen Hohlraum 796. Das orbitierende Scrollelement 790 umfasst eine mittlere Nabe 797 mit einer konisch geformten Außenfläche, die dafür ausgelegt ist, mit einem Exzenterzapfen 798 treibend zu greifen, der mittels eines dazwischen angeordneten Mitnehmereinsatzes 800 an der Kurbelwelle 794 vorgesehen ist. Der Zapfen 798 und der Mitnehmereinsatz 800 sind im Wesentlichen identisch zu dem in
37 gezeigten und berücksichtigen eine Schwankung des Orbitradius des orbitierenden Scrollelements 790 zwischen einem Höchstwert, bei dem die Flankenflächen der Wicklungen in dichtendem Eingriff stehen, und einem Mindestwert, bei dem die Flankenflächen der Wicklungen beabstandet sind.
Das nicht orbitierende Scrollelement 784 umfasst einen Hohlraum am oberen Ende desselben, in dem ein schwimmendes Dichtelement 802 angeordnet ist, um eine Zwischendruck-Vorspannkammer 804 zu bilden, der über einen Durchlass 806 Fluid unter Verdichtung bei einem Druck zwischen Saugen und Ausschieben zugeführt wird, um dadurch das nicht orbitierende Scrollelement 784 axial in dichtenden Eingriff mit dem orbitierenden Scrollelement 790 vorzuspannen. Das obere Ende der schwimmenden Dichtung 802 greift dichtend mit der Platte 776 und bildet zusammen mit dem nicht orbitierenden Scrollelement 784 über ein Austrittsrückschlagventil 812 und eine Öffnung 814 in der Platte 776 eine Druckfluid-Strömstrecke 808 von dem Austrittsfenster 810 zur Druckkammer 778.
Ein Kolbenelement 816 ist in dem Hohlraum 796 axial beweglich angeordnet und umfasst geeignete Dichtungen, um dadurch eine abgedichtete Trennkammer 816 am unteren Ende des Hohlraums 796 auszubilden. Mehrere Federn 820 erstrecken sich von einem radial nach innen verlaufenden Flanschteil 822 des Elements 782 in geeignete Vertiefungen 824, die in dem Kolbenelement 816 vorgesehen sind, und dienen zum Vorspannen des Kolbenelements 816 axial nach unten weg von dem Nabenteil 797. Ferner umfasst das Kolbenelement 816 eine konisch geformte, radial nach innen weisende Fläche 826 an dessen oberen Ende, die dafür ausgelegt ist, mit der äußeren konischen Fläche der mittigen Nabe 797 zu greifen und zu dieser komplementär ist.
Wie dargestellt ist auch ein Dreiwegeventil 828 vorgesehen, das über eine Fluidleitung 830 mit einer Trennkammer 818, über eine Fluidleitung 834 mit einer Saugleitung 832 und über eine Fluidleitung 838 mit einer Druckleitung 836 verbunden ist. Zu beachten ist aber, dass ein nur mit Saugen verbundenes Zweiwegeventil an Stelle des Dreiwegeventils 828 treten könnte. In einem solchen Fall wäre ein Zapfloch von der unteren Kammer 818 durch das Element 792, das in den Bereich 780 mündet, zum Ablassen des Austrittdruck-Fluids in einer in etwa ähnlichen Weise wie oben unter Bezug auf 38 beschrieben erforderlich.
Unter Volllastbetrieb befindet sich das Magnetventil 828 in einer Position, um die Trennkammer 818 über Fluidleitungen 830 und 834 in Fluidverbindung mit der Saugleitung 832 zu setzen, wodurch die Kammer 818 im Wesentlichen bei Saugdruck gehalten wird. Die Wirkung der Federn 820 hält das Kolbenelement in seiner axial abgesenkten Position, wie in 41 gezeigt wird, an der die konische Fläche 826 desselben von der äußeren konischen Fläche der Nabe 796 des orbitierenden Scrollelements 790 leicht beabstandet ist.
Wenn Entlasten erwünscht ist, wird das Magnetventil 828 auf eine Position betätigt, um die Druckleitung 836 über Fluidleitungen 838 und 830 in Fluidverbindung mit der Trennkammer 818 zu setzen, wodurch die Kammer 818 auf im Wesentlichen Austrittdruck druckbeaufschlagt wird. Die sich aus dieser Druckbeaufschlagung der Kammer 818 ergebende Vorspannkraft bewirkt ein Bewegen des Kolbens 816 axial nach oben, wobei die Vorspannkraft der Federn 820 überwunden wird und die konische Fläche 826 in Eingriff mit der äußeren konischen Fläche der Nabe 796 des orbitierenden Scrollelements 790 bewegt wird. Eine fortgesetzte Aufwärtsbewegung des Kolbens 816 zu einer in 44 dargestellten Position führt dazu, dass die konische Fläche 826 den Orbitradius des orbitierenden Scrollelements 790 verringert, so dass die Flankenflächen seiner Wicklungen nicht länger in dichtendem Eingriff mit den Flankenflächen des nicht orbitierenden Scrollelements stehen und eine weitere Verdichtung des Fluids endet. Um die Verdichtung wieder aufzunehmen, wird das Magnetventil in eine Position zum Ablassen der Kammer 818 über die Fluidleitungen 830 und 834 zur Saugleitung 832 betätigt, wodurch die Federn 820 das Kolbenelement 816 in seine abgesenkte Position vorspannen können, wie in 43 dargestellt wird.
Zu beachten ist, dass der Verdichter 772 zwar mit Federn 820 zum Vorspannen des Kolbens 816 axial nach unten dargestellt wird, es aber möglich ist, in einigen Anwendungen auf diese Vorspannelemente zu verzichten und sich darauf zu verlassen, dass die axiale Komponente der auf den Kolben 818 ausgeübten Kraft durch den Eingriff der konischen Fläche 826 mit der konischen Fläche an der Nabe 796 eine Bewegung des Kolbenelements weg von dem orbitierenden Scrollelement 790 bewirkt. Ferner soll das Magnetventil 828 mittels eines Steuermoduls und zugehöriger Sensoren (nicht dargestellt) als Reaktion auf sich verändernde Systembedingungen in zyklischer Weise in im Wesentlichen der gleichen Weise wie oben in Bezug auf die anderen Ausführungen beschrieben gesteuert werden.
Zu beachten ist auch, dass die in den verschiedenen oben beschriebenen Ausführungen enthaltenen Merkmale nicht allein auf den Einsatz in dieser Ausführung beschränkt betrachtet werden sollen. Vielmehr können Merkmale einer Ausführung in eine andere Ausführung zusätzlich zu oder an Stelle von bezüglich dieser anderen Ausführung offenbarten spezifischen Merkmalen aufgenommen werden. Das an dem Außenmantel vorgesehene Austrittsrückschlagventil einiger der Ausführungen kann zum Beispiel in anderen Ausführungen an Stelle des neben dem Austrittsfenster vorgesehenen Austrittsrückschlagventils treten oder umgekehrt. Analog kann das zur Verwendung mit der Ausführung der 19 und 21 offenbarte Saugsteuermodul auch in andere Ausführungen übernommen werden. Während in vielen Ausführungen das Magnetventil und die zugehörigen Fluidleitungen außerhalb des Mantels positioniert gezeigt wurden, können sie ferner bei Bedarf in dem Mantel angeordnet werden.
In jeder der obigen Ausführungen soll das orbitierende Scrollelement weiter angetrieben, während sich der Verdichter in einem entlasteten Zustand befindet. Die zum Antreiben des orbitierenden Scrollelements erforderliche Leistung ist, wenn der Verdichter entlastet ist (es findet keine Verdichtung statt), offensichtlich beträchtlich geringer als die bei voll belastetem Verdichter erforderliche Leistung.
Dementsprechend kann es wünschenswert sein, weitere Steuermittel vorzusehen, um die Motorleistungsfähigkeit während dieser Zeiten reduzierten Lastbetriebs desselben zu verbessern.
Eine solche Ausführung wird schematisch in 45 gezeigt, welche einen Motorverdichter 840 mit einem Magnetventil 842 zeigt, das über eine Fluidleitung 846 mit einer Druckleitung 844 und über eine Fluidleitung 850 mit einer Saugleitung 848 verbunden ist und dazu dient, einen Verdichterentlastungsmechanismus über eine Fluidleitung 852 gezielt in Fluidverbindung mit entweder der Saugleitung oder der Druckleitung zu setzen. Das Magnetventil 842 soll über eine Leitung 855 als Reaktion auf von Sensoren 856 erfassten Systembedingungen durch ein Steuermodul 854 gesteuert werden. Wie bisher beschrieben wurde, stellt das System eine schematische Darstellung einer der vorstehend beschriebenen Ausführungen dar, wobei zu beachten ist, dass das Magnetventil 842 ein Zweiwegeventil an Stelle der gezeigten Dreiwegeventilanordnung sein könnte. Um die Leistungsfähigkeit des Antriebsmotors während verringerten Lastbetriebs zu verbessern, wird auch ein Motorsteuermodul 858 vorgesehen, das über eine Leitung 860 mit der Verdichtermotorschaltung und über Leitung 862 mit einem Steuermodul 854 verbunden ist. Es wird erwogen, dass das Motorsteuermodul 858 als Reaktion auf ein Signal von dem Steuermodul 854 arbeitet, welches anzeigt, dass der Verdichter in einen entlasteten Betriebszustand gesetzt wird. Als Reaktion auf dieses Signal arbeitet das Motorsteuermodul, um einen oder mehrere der Verdichtermotor-Betriebsparameter zu verändern, um dadurch dessen Leistungsfähigkeit während des Zeitraums verringerter Last zu verbessern. Diese Betriebsparameter sollen alle variabel steuerbaren Faktoren umfassen, die die Motorbetriebsleistungsfähigkeit beeinflussen, einschließlich zum Beispiel Spannungsreduzierung oder Verändern der Laufkapazität des Motors. Sobald das Steuermodul 854 dem Motorsteuermodul 858 signalisiert, dass der Verdichter in den Volllastzustand zurückgeführt wird, bewirkt das Motorsteuermodul dann das Wiederherstellen der betroffenen Betriebsparameter, um die Motorleistungsfähigkeit unter Volllastbetrieb zu maximieren.
Die oben beschriebenen Verdichterentlastungsanordnungen sind insbesondere gut geeignet, um einen breiten Bereich der Leistungsmodulation auf relativ kostengünstige und effektive Weise vorzusehen und die Gesamtleistungsfähigkeit des Systems gegenüber vorbekannten Leistungsmodulationsanordnungen zu maximieren. Unter manchen Betriebsbedingungen, wie sie zum Beispiel auftreten, wenn ein Kondensatoreinlassdruck einen reduzierten Wert hat, kann es aber wünschenswert sein, das Verdichtungsverhältnis des Verdichters zu senken, um eine Überkompression des Kältemittels bei bestimmten Werten der Systemleistungsabsenkung zu vermeiden.
46 veranschaulicht einen Verdichter 864, der die Vorteile eines zyklischen oder gepulsten Entlastens, wie es vorstehend beschrieben wird, mit Mitteln für das Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses des Verdichters enthält, um so die Fähigkeit des Verdichters zu verbessern, die Leistungsfähigkeit unter allen Betriebsbedingungen zu maximieren. Der Verdichter 864 ist mit Ausnahme des Nachstehenden im Wesentlichen identisch zu Verdichter 10, der in Bezug auf 1 gezeigt und beschrieben wird, und dementsprechend werden gleiche Teile desselben durch die gleichen, gestrichenen Bezugsziffern bezeichnet.
Der Verdichter 864 umfasst ein Paar Fenster 866, 868 in dem nicht orbitierenden Scrollelement 32', die jeweils in Verdichtungstaschen 870, 872 münden. Die Fenster 866 und 868 stehen mit einem Durchlass 874 in Verbindung, der nach außen durch den Außenumfang des nicht orbitierenden Scrollelements 32' in den unteren Bereich 876 des Mantels 12', der unter Saugdruck steht, mündet. Es sind geeignete Ventilmittel 878 vorgesehen, um die Verbindung der Fenster 866, 868 mit dem Bereich 876 gezielt zu steuern. Vorzugsweise sind die Fenster 866, 868 in einem solchen Bereich angeordnet, dass sie vor dem Abdichten der Verdichtungstaschen gegenüber der Saugfluidzufuhr von dem Bereich 876 beginnen, mit den jeweiligen Verdichtungstaschen in Verbindung zu stehen.
Wenn bei Betrieb ermittelt wird, dass eine Reduzierung der Verdichterleistung erwünscht ist, wird auch eine Ermittlung anhand der Systembetriebsbedingungen durchgeführt, ob der Verdichter in einem Überkompressionsmodus oder einem Unterkompressionsmodus arbeitet. Wenn ermittelt wird, dass ein Überkompressionsmodus vorliegt, wird eine anfängliche Leistungsreduzierung durch Öffnen der Ventilmittel 878 höchst effizient ausgeführt, was somit die Taschen 870, 872 in Fluidverbindung mit dem Bereich 876 des Verdichters 864 setzt, der unter Saugdruck steht. Die Wirkung des Öffnens des Ventils 878 wird somit als Reduzierung der Betriebslänge der Wicklungen gesehen, da die Verdichtung nicht beginnt, bis die jeweiligen Taschen von der Sauggaszufuhr abgesperrt sind. Da das Volumen der Taschen bei Absperren derselben, wenn die Fenster 866, 868 gegenüber dem Bereich 876 offen sind, kleiner ist, als wenn die Fenster 866, 868 geschlossen wären, wird das Verdichtungsverhältnis des Verdichters reduziert. Dies eliminiert bzw. reduziert dann zumindest den Wert der Überkompression. Wenn eine zusätzliche Leistungsreduzierung erforderlich ist, nachdem die Fenster 866, 868 geöffnet wurden, kann das zyklische, gepulste Entlasten des Verdichters 864 in gleicher Weise wie oben beschrieben eingeleitet werden.
Wenn zunächst ermittelt wird, dass der Verdichter entweder in einem Unterkompressionsmodus oder an einem Punkt zwischen einem Unter- und Überkompressionsmodus arbeitet, führt das Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses desselben nur zu einer gesunkenen Leistungsfähigkeit. Daher wird unter diesen Bedingungen das zyklische, gepulste Entlasten des Verdichters 864 in gleicher Weise wie oben beschrieben eingeleitet, während Ventilmittel 878 und somit die Fenster 866, 868 in einer geschlossenen Stellung bleiben.
Auf diese Weise kann die Gesamtleistungsfähigkeit des Systems unabhängig von den auftretenden Betriebsbedingungen bei einem hohen Wert gehalten werden. Zu beachten ist, dass die 46 zwar das verzögerte Saugverfahren der Leistungsmodulation zeigt, das mit der Ausführung von 1 umgesetzt wird, es aber auch in Verbindung mit einer der anderen hier offenbarten Ausführungen eingesetzt werden könnte. Während das veranschaulichte verzögerte Saugverfahren der Leistungsmodulation nur den Einsatz eines einzigen Schritts zeigt, der durch einen einzigen Satz von Fenstern vorgesehen wird, ist es ferner möglich, mehrere Schritte durch Versehen mehrerer Fenster zu integrieren, die in beliebiger Anzahl abhängig von den Systembetriebsbedingungen geöffnet werden können. Ferner sollte die gezeigte spezifische Ventil- und Fensteranordnung nur beispielhaft gesehen werden, da es viele verschiedene Anordnungen gibt, mit denen über eine Strategie des verzögerten Ansaugens Leistungsmodulation verwirklicht werden kann. An Stelle der gezeigten Anordnung kann eine beliebige Anzahl dieser bekannten Strategien der verzögerten Ansaugung eingesetzt werden. Zu beachten ist auch, dass die Anordnung für das Steuern der Motorleistungsfähigkeit unter reduzierten Lastbedingungen, wie es unter Bezug auf 45 beschrieben wird, auch in die Ausführung von 46 übernommen werden kann.
Zwar ist es offensichtlich, dass die offenbarten bevorzugten Ausführungen der Erfindung wohl überlegt sind, um die oben genannten Vorteile und Merkmale an die Hand zu geben, doch ist ersichtlich, dass die Erfindung einer Abwandlung, Veränderung und Änderung unterliegen kann, ohne vom entsprechenden Schutzumfang oder der angemessenen Bedeutung der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Scroll-Verdichter, welcher folgendes umfasst: – ein erstes Scrollelement (26) mit einer ersten Endplatte und einer ersten davon abstehenden Spiralwicklung; – ein zweites Scrollelement (32) mit einer zweiten Endplatte und einer zweiten davon abstehenden Spiralwicklung, wobei das erste und das zweite Scrollelement so angeordnet sind, dass die erste und die zweite Spiralwicklung miteinander verzahnt sind; – einen festen Tragaufbau (20) für das Tragen des ersten und des zweiten Scrollelements für eine relative Orbitalbewegung zwischen diesen, wodurch die erste und die zweite Spiralwicklung sich bewegende Fluidtaschen dazwischen bilden, – eine drehend treibend mit dem ersten Scrollelement (26) gekoppelte Antriebswelle (18, 28), um die relative Orbitalbewegung zwischen dem ersten (26) und dem zweiten (32) Scrollelement zu bewirken; wobei das erste und das zweite Scrollelement (26, 32) zwischen einer ersten Beziehung, in der abdichtende Flächen des ersten und des zweiten Scrollelements (26, 32) in dichtender Beziehung stehen, um jeweilige der sich bewegenden Fluidtaschen zu verschließen, um eine druckbeaufschlagte Fluidquelle vorzusehen, und einer zweiten Beziehung, wobei mindestens eine der abdichtenden Flächen des ersten und des zweiten Scrollelements (26, 32) beabstandet sind, um eine Leckstrecke zwischen den sich bewegenden Fluidtaschen zu bilden, bewegbar sind, – einen Kraft ausübenden Aufbau (56, 58, 68) für das Bewegen des ersten und des zweiten Scrollelements (26, 32) zwischen der ersten und der zweiten Beziehung, während die Antriebswelle (18) weiter dreht, wodurch die Leistung des Verdichters moduliert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass: der Kraft ausübende Aufbau unabhängig vom Koppeln der Antriebswelle ist und betätigbar ist, um von der druckbeaufschlagten Fluidquelle erzeugte Kraft auf eines der Scrollelemente (32) auszuüben, um die Scrollelemente (26, 32) zyklisch zwischen der ersten und der zweiten Beziehung zu bewegen.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft ausübende Aufbau (68) in zeitlich gepulster Weise betätigt wird, um die Leistung des Verdichters zu modulieren.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 1, welcher weiterhin ein mit dem Kraft ausübenden Aufbau (68) wirkverbundenes Steuermodul (80) und mindestens einen Sensor (82) umfasst, wobei das Steuermodul dazu dient, den Kraft ausübenden Aufbau als Reaktion auf ein Signal von dem Sensor zu betätigen.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 1, welcher weiterhin einen mit der Antriebswelle (18) verbundenen Antriebsmotor (14, 16) und ein dem Motor zugeordnetes Steuermittel umfasst, wobei das Steuermittel dazu dient, einen Betriebsparameter des Motors zu steuern, wenn das erste und das zweite Scrollelement (26, 32) sich in der zweiten Beziehung befinden, um dadurch die Arbeitsleistungsfähigkeit des Motors zu verbessern.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter die am Motor angelegte Spannung ist.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter die Laufkapazität des Motors ist.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft ausübende Aufbau eine Fluiddruckkammer (56, 58) aufweist, die dazu dient, die Kraft an dem einen oder dem anderen des ersten und zweiten Scrollelements anzulegen.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluiddruckkammer (56, 58) dazu dient, eine Kraft auszuüben, um das eine oder das andere des ersten und zweiten Scrollelements zu bewegen.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft ausübende Aufbau einen direkt mit dem anderen des ersten und zweiten Scrollelements verbundenen Aktor aufweist, wobei der Aktor dazu dient, das andere des ersten und zweiten Scrollelements zwischen der ersten und der zweiten Betriebsbeziehung zu bewegen.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scrollmaschine eine Ablassströmstrecke (76) für das Leiten von verdichtetem Fluid von dem Verdichter und ein in der Strömstrecke angeordnetes Rückschlagventil (48) umfasst, um ein Rückwärtsströmen des verdichteten Fluids zu verhindern.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Scrollelement (26) um eine erste Achse dreht und das zweite Scrollelement (32) um eine zur ersten Achse versetzte zweite Achse dreht.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Scrollelement (32) an dem festen Tragaufbau nichtdrehend axial beweglich gelagert ist.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft ausübende Aufbau dazu dient, eine axiale Bewegung eines des ersten und zweiten Scrollelements (26, 32) zwischen der ersten Beziehung, in der sich das erste und zweite Scrollelement (26, 32) in der abdichtenden Beziehung befinden, um dadurch sich bewegende Fluidtaschen zu bilden, und der zweiten Beziehung, in der das erste und das zweite Scrollelement (26, 32) ausreichend axial getrennt sind, um die Fluidtaschen in Fluidverbindung zueinander zu bringen, zu bewirken, wodurch die Leistung des Verdichters moduliert werden kann.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (18) das erste Scrollelement (26) während der axialen Bewegung des einen Scrollelements weiter antreibt.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft ausübende Aufbau eine Fluiddruckkammer (58) und einen ersten Durchlass (78) für das in Verbindung bringen der Kammer (58) mit einer Quelle beaufschlagten Fluids aufweist, wobei das druckbeaufschlagte Fluid dazu dient, eine Kraft auf eines des ersten und des zweiten Scrollelements (26, 32) auszuüben, um das eine Scrollelement (32) in die erste oder die zweite Beziehung zu drücken.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft ausübende Aufbau einen zweiten Durchlass (66) für das Ablassen von druckbeaufschlagtem Fluid von der Kammer aufweist.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Durchlass (78) in der Endplatte des einen der Scrollelemente vorgesehen ist.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft ausübende Aufbau direkt mit dem einem der Scrollelemente (26, 32) verbunden ist.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft ausübende Aufbau einen Aktor aufweist, der dazu dient eine Welle axial hin- und herzubewegen, wobei ein Ende der Welle an dem einem Scrollelement befestigt ist.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft ausübende Aufbau betätigt wird, um über einen ersten vorbestimmten Zeitraum eine Bewegung des einen des ersten und zweiten Scrollelements (26, 32) in die erste Beziehung zuzulassen und über einen zweiten vorbestimmten Zeitraum eine Bewegung des einen Scrollelements in die zweite Beziehung zuzulassen.
Scroll-Verdichter nach Anspruch 20, welcher weiterhin Sensoren (82) für das Erfassen von Betriebsbedingungen und das Liefern eines diese anzeigenden Signals an ein Steuermodul (80) umfasst, wobei das Steuermodul dazu dient, die Leistung der Scrollmaschine entsprechend den erfassten Bedingungen durch Steuern der Dauer des ersten und des zweiten Zeitraums zu verändern.