EP2806165B1 - Scroll compressor and CO2 vehicle air conditioner with a scroll compressor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Scrollkompressor für eine CO2-Fahrzeugklimaanlage, sowie eine CO2-Fahrzeugklimaanlage mit einem solchen Scrollkompressor.The invention relates to a scroll compressor for a CO 2 vehicle air conditioning system, and a CO 2 vehicle air conditioning system with such a scroll compressor.
Zur Klimatisierung von Kraftfahrzeugen kommen nichtbrennbare Kältemittel zum Einsatz, um bei einem Unfall die Explosionsgefahr im Fahrzeuginnenraum zu vermeiden. Die bisher verwendeten Kältemittel sind allerdings wegen ihres hohen Treibhauspotentials entweder bereits verboten oder werden zumindest als problematisch eingestuft. Als umweltverträgliches, nichtbrennbares Kältemittel kommt CO2 (R744) in Frage, das die bisherigen Kältemittel bereits teilweise ersetzt. CO2-Klimaanlagen arbeiten allerdings mit hohen Betriebsdrücken, die besondere Anforderungen an die Festigkeit und Dichtigkeit der Anlagekomponenten stellen. Der mit dem hohen Betriebsdruck verbundene Vorteil besteht darin, dass durch die höhere Dichte von CO2 ein geringerer Volumenstrom notwendig ist, um eine relativ hohe Kälteleistung zu erbringen.Non-combustible refrigerants are used for the air conditioning of motor vehicles in order to avoid the risk of explosion inside the vehicle in the event of an accident. However, the refrigerants used so far are either already banned or at least classified as problematic because of their high global warming potential. As an environmentally friendly, non-combustible refrigerant CO 2 (R744) comes into question, which already partially replaces the existing refrigerant. However, CO 2 air conditioners operate with high operating pressures, which make special demands on the strength and tightness of the system components. The advantage associated with the high operating pressure is that the higher density of CO 2 requires a smaller volume flow to provide a relatively high refrigeration capacity.
Ein Scrollkompressor für eine CO2-Fahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus
Im Allgemeinen weisen derartige Scrollkompressoren drehzahlgeregelte elektrische Antriebe auf, um die Kälteleistung des Kompressors zu steuern. Im Zusammenhang mit Fahrzeugklimaanlagen, die mit herkömmlichen Niederdruckkältemittel arbeiten, sind auch einfach aufgebaute Scrollkompressoren bekannt, bei denen eine Leistungsregelung durch Ab- oder Zuschalten des Kompressors erfolgt.Generally, such scroll compressors have variable speed electric drives to control the cooling capacity of the compressor. In the context of vehicle air conditioners that work with conventional low-pressure refrigerant, also simple design scroll compressors are known in which a power control is done by switching off or on the compressor.
So offenbart
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Scrollkompressor für eine CO2-Fahrzeugklimaanlage anzugeben, der einfach aufgebaut ist und eine Leistungsregelung ermöglicht. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine CO2-Fahrzeugklimaanlage mit einem solchen Scrollkompressor anzugeben.The invention has for its object to provide a scroll compressor for a CO 2 vehicle air conditioning, which is simple in construction and allows power control. The invention is also based on the object of specifying a CO 2 vehicle air conditioning system with such a scroll compressor.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Scrollkompressor für eine CO2-Fahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der CO2-Fahrzeugklimaanlage wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 15 gelöst.According to the invention the object is achieved by a scroll compressor for a CO 2 vehicle air conditioner with the features of claim 1. With regard to the CO 2 vehicle air conditioning system, the object is achieved by the subject matter of
Die Erfindung hat mehrere Vorteile.The invention has several advantages.
Die Verwendung eines mechanischen Antriebs bzw. eines elektrischen Antriebs mit fester, d.h. zeitlich unveränderlicher Drehzahl ermöglicht eine im Vergleich zu drehzahlgeregelten Kompressoren kostengünstige Konstruktion. Die Leistungsregelung erfolgt durch die alternierende Bewegung der Gegenspirale relativ zur Verdrängerspirale in axialer Richtung. Dadurch wird temporär ein Druckausgleichsspalt zwischen der Gegenspirale und der Verdrängerspirale gebildet, so dass aus den radial weiter innen befindlichen Kammern des Kompressors verdichtetes Gas radial nach außen strömen kann. Dadurch wird der Druck im Scrollkompressor abgebaut. Die Verdrängerspirale läuft dabei weiter, so dass eine Kupplung zur Trennung des Kraftflusses zwischen Antrieb und Verdrängerspirale nicht erforderlich ist. Der erfindungsgemäße Scrollkompressor kann daher kupplungslos ausgeführt sein.The use of a fixed drive, i.e., fixed, electric drive. constant speed allows cost-effective design compared to variable speed compressors. The power control is effected by the alternating movement of the counter-spiral relative to the displacement spiral in the axial direction. As a result, a pressure compensation gap is temporarily formed between the counter-spiral and the displacement spiral, so that compressed gas can flow radially outward from the chambers of the compressor which are located radially further inside. This reduces the pressure in the scroll compressor. The positive displacement spiral continues to run, so that a clutch for separating the power flow between the drive and the displacement spiral is not required. The scroll compressor according to the invention can therefore be designed clutchless.
Die Ausführung des Scrollkompressors als kupplungsloser Kompressor führt zu einer signifikanten Verringerung des Massenträgheitsmomentes. Da die Verdrängerspirale im lastfreien Zustand mitläuft, entfällt bei dem erfindungsgemäßen Scrollkompressor das Anfahrmoment. Außerdem wird die Belastung der drehenden Bauteile stark verringert und der Verbrauch gesenkt. Der erfindungsgemäße Scrollkompressor ist sehr laufruhig und geräuscharm.The design of the scroll compressor as a clutchless compressor leads to a significant reduction in the mass moment of inertia. Because the displacement spiral runs in the no-load condition, eliminates the starting torque in the scroll compressor according to the invention. In addition, the load on the rotating components is greatly reduced and the consumption is reduced. The scroll compressor according to the invention is very quiet and quiet.
Die alternierende Bewegung der Gegenspirale wird durch eine axiale Lösekraft und eine dieser entgegengesetzte Schließkraft bewirkt. Erfindungsgemäß wird die axiale Lösekraft durch eine Feder aufgebracht, die zwischen der Verdrängerspirale und der Gegenspirale angeordnet ist. Die Lösekraft hebt die Gegenspirale von der Verdrängerspirale ab, so dass dazwischen der Druckausgleichsspalt entsteht und der Scrollkompressor abgeschaltet wird (Offenstellung). Für die axiale Schließkraft ist ein Kolben vorgesehen, der neben der Druckkammer an der Gegenspirale angreift. Die Schließkraft bringt die Gegenspirale in Anlage mit der Verdrängerspirale. Dabei wird der Druckausgleichsspalt geschlossen und der Scrollkompressor zugeschaltet (Schließstellung).The alternating movement of the counter-spiral is effected by an axial release force and an opposite closing force. According to the invention, the axial release force is applied by a spring which is arranged between the displacement spiral and the counter-spiral. The release force lifts the counter-spiral from the positive displacement spiral so that the pressure equalization gap is created in between and the scroll compressor is switched off (open position). For the axial closing force, a piston is provided which engages next to the pressure chamber on the counter-spiral. The closing force brings the counter-spiral into contact with the displacement spiral. The pressure equalizing gap is closed and the scroll compressor is switched on (closed position).
Die erfindungsgemäße Anordnung der Feder und des Kolbens führt zu einem kompakten und robusten Aufbau des Scrollkompressors, der durch die alternierende Bewegung der Gegenspirale leistungsregelbar ist. Die Anordnung des Kolbens neben der Druckkammer führt dazu, dass die Druckkammer direkt mit dem Auslass für das verdichtete Gas, der in der Gegenspirale ausgebildet ist, verbunden werden kann. Die Druckkammer kann daher einbautenfrei ausgeführt sein, wodurch Probleme mit der Dichtigkeit im Bereich der Druckkammer vermieden werden.The inventive arrangement of the spring and the piston leads to a compact and robust construction of the scroll compressor, which is power controlled by the alternating movement of the counter-spiral. The arrangement of the piston adjacent to the pressure chamber results in the pressure chamber being able to be connected directly to the outlet for the compressed gas formed in the counter-spiral. The pressure chamber can therefore be designed without installation, whereby problems with the tightness in the pressure chamber can be avoided.
Im Vergleich zum Stand der Technik ermöglicht die Erfindung die Konstruktion von Scrollkompressoren für CO2-Fahrzeugklimaanlagen, deren Massenträgheitsmoment insgesamt um den Faktor 3 niedriger ist, als bei bekannten Scrollkompressoren. In absoluten Zahlen ermöglicht die Erfindung den Bau von Scrollkompressoren mit einem maximalen Massenträgheitsmoment von 500 kgmm2.Compared to the prior art, the invention enables the construction of scroll compressors for CO 2 vehicle air conditioners whose mass moment of inertia is a total of a factor of 3 lower than in known scroll compressors. In absolute terms, the invention enables the construction of scroll compressors with a maximum mass moment of inertia of 500 kgmm 2 .
Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments are specified in the subclaims.
Durch die bevorzugte Anordnung der Feder gegenüber der Druckkammer lässt sich eine besonders platzsparende Bauweise realisieren. Wenn zusätzlich der Kolben einen Ringkolben umfasst, der koaxial zur Gegenspirale verschieblich angeordnet ist, ergibt sich insgesamt ein robuster Aufbau für die Einleitung der Löse- und Schließkraft in die Gegenspirale. Der Ringkolben hat überdies den Vorteil, dass die Schließkraft über eine relativ große Fläche eingeleitet wird, wodurch der für die Schließkraft erforderliche Anpressdruck des Kolbens gleichmäßig verteilt wird.Due to the preferred arrangement of the spring relative to the pressure chamber, a particularly space-saving design can be realized. If, in addition, the piston comprises an annular piston which is arranged so as to be displaceable coaxially with the counter-spiral, the overall result is a robust construction for the initiation of the release and closing force in the counter-spiral. The annular piston also has the advantage that the closing force is introduced over a relatively large area, whereby the pressure required for the closing force of the piston is evenly distributed.
Die ohnehin bestehenden Druckunterschiede zwischen der Hochdruck- und der Saugseite des Scrollkompressors werden zur Betätigung des Kolbens genutzt, wenn der Kolben in einer Kolbenführung gelagert ist, die alternierend mit der Hochdruck- und der Saugseite des Scrollkompressors verbindbar ist. Um zu verhindern, dass beim Abheben der Gegenspirale von der Verdrängerspirale verdichtetes Gas von der Hochdruckseite zur Saugseite strömt und die Verdrängerspirale rückwärts dreht, ist der Druckkammer ein Rückschlagventil in Strömungsrichtung nachgeordnet. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung hat die Druckkammer eine Doppelfunktion und dient einerseits zur Dämpfung von Gaspulsationen und andererseits als Führung für die Gegenspirale. Dazu bildet eine auf der Hochdruckseite angeordnete Rückwand der Gegenspirale den Boden der Druckkammer, wobei die Gegenspirale einen Flansch aufweist, der an einer Innenwand der Druckkammer axial beweglich anliegt. Diese Doppelfunktion trägt zur kompakten Bauweise des Scrollkompressors bei.The already existing pressure differences between the high pressure and the suction side of the scroll compressor are used to actuate the piston when the piston is mounted in a piston guide which is alternately connectable to the high pressure and the suction side of the scroll compressor. In order to prevent compressed gas flowing from the high-pressure side to the suction side when the counter-spiral is lifted from the positive-displacement spiral, and the positive-displacement spiral to rotate in the reverse direction, the pressure chamber is followed by a check valve in the direction of flow. In a further preferred embodiment, the pressure chamber has a dual function and serves on the one hand for damping gas pulsations and on the other hand as a guide for the counter-spiral. For this purpose, a arranged on the high pressure side rear wall of the counter-spiral forms the bottom of the pressure chamber, wherein the counter-spiral has a flange which bears axially movably on an inner wall of the pressure chamber. This dual function contributes to the compact design of the scroll compressor.
Die Dichtigkeit kann dadurch verbessert werden, wenn ein zur Saugseite abgeschlossener Aufnahmeraum für das Exzenterlager mit der Druckkammer fluidverbunden und eine Rückwand der Verdrängerspirale mit einem Anpressdruck beaufschlagbar ist.The tightness can be improved if a closed to the suction side receiving space for the eccentric bearing fluidly connected to the pressure chamber and a rear wall of the positive displacement spiral can be acted upon by a contact pressure.
Es hat sich gezeigt, dass eine relativ geringe Exzentrizität für eine ausreichende Verdichtung des Kältemittels genügt. Dazu kann der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Gegenspirale und dem Mittelpunkt der Verdrängerspirale maximal 1,5 mm, insbesondere maximal 1,2 mm, insbesondere maximal 1,0 mm, insbesondere maximal 0,8 mm, insbesondere maximal 0,6 mm, insbesondere maximal 0,4 mm, insbesondere maximal 0,2 mm betragen. Die Untergrenze kann 0,1 mm betragen.. Vorzugsweise weist die Gegenspirale einen Windungswinkel von 660° bis 720°, insbesondere von 680° bis 700° auf, wodurch eine ausreichende Verdichtung des Kältemittels erzielt wird.It has been found that a relatively low eccentricity is sufficient for a sufficient compression of the refrigerant. For this purpose, the distance between the center of the counter-spiral and the center of the displacement spiral maximally 1.5 mm, in particular at most 1.2 mm, in particular at most 1.0 mm, in particular maximally 0.8 mm, in particular maximally 0.6 mm, in particular maximally 0.4 mm, in particular not more than 0.2 mm. The lower limit may be 0.1 mm. Preferably, the counter-spiral has a winding angle of 660 ° to 720 °, in particular from 680 ° to 700 °, whereby a sufficient compression of the refrigerant is achieved.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass das Exzenterlager im Verdrängerraum zwischen der Verdrängerspirale und der Gegenspirale angeordnet ist und eine Lagerbuchse aufweist, die einstückig mit der Verdrängerspirale ausgebildet ist und deren Boden mit der Stirnseite der Windungen der Verdrängerspirale fluchtet. Somit ist die Lagerbuchse des Exzenterlagers in Richtung der Hochdruckseite vertieft angeordnet, wobei sich das Exzenterlager zumindest teilweise auf Höhe der Windungen der Gegenspirale befindet. Das Exzenterlager taucht also in die Gegenspirale ein. Das bei den bekannten Niederdruck-Scrollkompressoren zur Endverdichtung genutzte innerste Volumen zwischen der Verdrängerspirale und der Gegenspirale wird bei dieser Ausführung zumindest teilweise für die Ausbildung der Lagerbuchse und somit zur Aufnahme des Exzenterlagers genutzt. Dadurch werden etwaige Kippmomente verringert und die Laufruhe verbessert. Außerdem hat diese Ausführung den weiteren Vorteil, dass die vertieft angeordnete Lagerbuchse eine Auflagefläche für die Feder zwischen der Verdrängerspirale und der Gegenspirale bildet. Diese Ausgestaltung ist daher besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit der Anordnung der Feder gegenüber der Druckkammer.In a further preferred embodiment, it is provided that the eccentric bearing is arranged in the displacement space between the displacement spiral and the counter-spiral is and has a bearing bush, which is integrally formed with the positive displacement spiral and the bottom of which is aligned with the end face of the turns of the positive displacement spiral. Thus, the bearing bush of the eccentric bearing is recessed in the direction of the high pressure side, wherein the eccentric bearing is at least partially equal to the turns of the counter-spiral. The eccentric bearing thus plunges into the counter-spiral. The used in the known low-pressure scroll compressors for final compression innermost volume between the displacement spiral and the counter-spiral is used in this embodiment, at least partially for the formation of the bearing bush and thus for receiving the eccentric bearing. This reduces any overturning moments and improves smoothness. In addition, this embodiment has the further advantage that the recessed bearing bush forms a support surface for the spring between the displacement spiral and the counter-spiral. This embodiment is therefore particularly advantageous in connection with the arrangement of the spring relative to the pressure chamber.
Etwaige Kippmomente werden weiter verringert, wenn die Verdrängerspirale eine mittige Ausnehmung aufweist, in der zumindest teilweise ein Gegengewicht aufgenommen ist, das mit dem Exzenterlager verbunden ist. Vorzugsweise ist das Volumen der Druckkammer um den Faktor 5-7, insbesondere um den Faktor 6, größer als das Saugvolumen pro Umdrehung der Verdrängerspirale, wodurch Gaspulsationen wirksam verringert werden.Any tilting moments are further reduced if the displacement spiral has a central recess in which at least partially a counterweight is accommodated, which is connected to the eccentric bearing. Preferably, the volume of the pressure chamber by a factor of 5-7, in particular by a factor of 6, greater than the suction volume per revolution of the displacement spiral, whereby gas pulsations are effectively reduced.
Die Erfindung wird in weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying schematic drawings with reference to embodiments.
In diesen zeigen
- Figur 1
- einen Längsschnitt eines Scrollkompressors nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in der Offenstellung;
- Figur 2
- einen weiteren Längsschnitt durch den Scrollkompressor gemäß
Figur 1 , der den Aufbau des Exzenterlagers verdeutlicht; - Figur 3
- eine Detailansicht des Scrollkompressors gemäß
Figur 1 im Bereich des Gehäusedeckels; - Figur 4
- eine Detailansicht wie in
Figur 3 , wobei sich der Kompressor in der Schließstellung befindet; - Figur 5
- einen Längsschnitt durch einen Kompressor nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem elektrischen Antrieb mit konstanter bzw. fester Drehzahl;
- Figur 6
- einen Vergleich der Massenträgheit des gesamten Kompressors in kgmm2 mit dem Stand der Technik;
Figur 7- einen Vergleich der wirksamen Massenträgheit beim Zuschalten des Kompressors in kgmm2 mit dem Stand der Technik und
- Figur 8
- ein Vergleichsdiagramm für das Einschaltmoment in Nm.
- FIG. 1
- a longitudinal section of a scroll compressor according to an embodiment of the invention in the open position;
- FIG. 2
- a further longitudinal section through the scroll compressor according to
FIG. 1 , which illustrates the structure of the eccentric camp; - FIG. 3
- a detailed view of the scroll compressor according to
FIG. 1 in the area of the housing cover; - FIG. 4
- a detail view like in
FIG. 3 with the compressor in the closed position; - FIG. 5
- a longitudinal section through a compressor according to another embodiment of the invention with an electric drive with a constant or fixed speed;
- FIG. 6
- a comparison of the inertia of the entire compressor in kgmm 2 with the prior art;
- FIG. 7
- a comparison of the effective inertia when switching on the compressor in kgmm 2 with the prior art and
- FIG. 8
- a comparison diagram for the switch-on torque in Nm.
Der nachfolgend im Detail beschriebene Scrollkompressor ist für den Einsatz in einer CO2-Fahrzeugklimaanlage konzipiert, die typischerweise einen Gaskühler, einen inneren Wärmetauscher, eine Drossel, einen Verdampfer und einen Verdichter umfasst. Solche Anlage sind für Maximaldrücke über 100 bar ausgelegt. Der Verdichter ist ein Scrollkompressor, der auch als Spiralverdichter bezeichnet wird. Wie in den
Der Scrollkompressor umfasst ferner ein Gehäuse 30 mit einem Gehäusedeckel 31, der die Hochdruckseite des Kompressors verschließt und mit dem Gehäuse 30 verschraubt ist. Im Gehäuse 30 ist eine Gehäusezwischenwand 32 angeordnet, die einen Saugraum 33 begrenzt. Im Gehäuseboden 34 ist eine Durchtrittsöffnung ausgebildet, durch die sich eine Antriebswelle 11 erstreckt. Das außerhalb des Gehäuses 30 angeordnete Wellenende ist drehfest mit einem Mitnehmer 35 verbunden, der in die am Gehäuse 30 drehbar gelagerte Riemenscheibe eingreift, so dass von der Riemenscheibe ein Drehmoment auf die Antriebswelle 11 übertragen werden kann. Die Antriebswelle 11 ist einerseits im Gehäuseboden 34 und andererseits in der Gehäusezwischenwand 32 drehbar gelagert. Die Abdichtung der Antriebswelle 11 gegen den Gehäuseboden 34 erfolgt durch eine erste Wellendichtung 36 und gegen die Gehäusezwischenwand 32 durch eine zweite Wellendichtung 37.The scroll compressor further includes a
Die Antriebswelle 11 überträgt das Drehmoment auf eine Verdichtereinheit, die wie folgt aufgebaut ist.The drive shaft 11 transmits the torque to a compressor unit, which is constructed as follows.
Die Verdichtereinheit umfasst eine bewegliche Verdrängerspirale 13 und eine Gegenspirale 14. Die Verdrängerspirale 13 und die Gegenspirale 14 greifen ineinander ein. Die Gegenspirale 14 steht in Umfangsrichtung und in radialer Richtung fest. Die mit der Antriebswelle 11 gekoppelte bewegliche Verdrängerspirale 13 beschreibt eine kreisförmige Bahn, so dass in an sich bekannter Weise durch diese Bewegung mehrere Gastaschen oder Gaskammern erzeugt werden, die zwischen der Verdrängerspirale 13 und der Gegenspirale 14 radial nach innen wandern. Durch diese orbitierende Bewegung wird in die geöffnete äußere Gaskammer Kältemitteldampf angesaugt und mit der weiteren Spiralbewegung und der damit einhergehenden Verkleinerung der Gaskammer verdichtet. Der Kältemitteldampf wird von radial außen nach radial innen linear zunehmend verdichtet und im Zentrum der Gegenspirale 14 in eine Druckkammer 15 ausgestoßen.
Für die orbitierende Bewegung der Verdrängerspirale 13 ist ein Exzenterlager 12 vorgesehen, das mit der Antriebswelle durch einen Exzenterstift 38 verbunden ist (s.
For the orbiting movement of the
Eine Rotationsbewegung der Verdrängerspirale wird durch mehrere Führungsstifte 39 vermieden, die, wie in
Der in
Damit kann die Gegenspirale 14 von der Verdrängerspirale 13 in axialer Richtung abgehoben werden, wie in den
Die für die axiale Beweglichkeit der Gegenspirale 14 erforderliche Axialführung wird durch die Druckkammer 15 erfüllt, die außerdem Gaspulsationen dämpft. Die Druckkammer 15 hat daher eine Doppelfunktion:
- Sie ist der Gegenspirale in Strömungsrichtung nachgeordnet und steht mit dieser in Fluidverbindung durch den nicht dargestellten Auslass der
Gegenspirale 14. Der Auslass ist nicht exakt im Mittelpunkt der Gegenspirale 14 angeordnet, sondern befindet sich außermittig im Bereich der innersten Kammer zwischen der Verdrängerspirale 13 und derGegenspirale 14. Dadurch wird erreicht, dass der Auslass von der Lagerbuchse 26 desExzenterlagers 12 nicht abgedeckt wird und der endverdichtete Dampf indie Druckkammer 15 ausgestoßen werden kann.
- It is arranged downstream of the counter-spiral in the flow direction and is in fluid communication with the outlet of the counter-spiral 14 (not shown). The outlet is not arranged exactly in the center of the counter-spiral 14, but is located off-center in the region of the innermost chamber between the
displacement spiral 13 and the counter-spiral 14. This ensures that the outlet is not covered by the bearingbush 26 of theeccentric bearing 12 and the final compressed steam can be ejected into thepressure chamber 15.
Für die Axialführung der Gegenspirale 14 bildet die Druckkammer 15 am axialen Ende, das der Gegenspirale 14 zugewandt ist, eine innere Gleitfläche 42. Die Gleitfläche 42 ist bearbeitet und dichtet gegen die Gegenspirale 14 ab. Die Rückwand 21 der Gegenspirale 14 bildet den Boden der Druckkammer 15. Die Gegenspirale 14 schließt also direkt mit der Druckkammer 15 ab. Die Rückwand 21 weist ferner einen Flansch 22, insbesondere einen Ringflansch 22 auf, der an der Gleitfläche 42 der Druckkammer 15 anliegt. Der Flansch 22 dient als Axialführung der Gegenspirale 14 in der Druckkammer 15. Auf dem Außenumfang des Flansches 22 ist eine Nut mit einem Dichtmittel, beispielsweise einem Dichtring 43 ausgebildet. Die Druckkammer 15 wird durch eine Umfangswandung 44 begrenzt, die einen Anschlag 45 bildet und die axiale Bewegung der Gegenspirale 14 begrenzt.For the axial guidance of the counter-spiral 14, the
Die Druckkammer 15 ist im Gehäusedeckel 31 vorgesehen. Dadurch wird die Montage der axialbeweglichen Gegenspirale 14 vereinfacht. Außerdem weist sie einen rotationssymmetrischen Querschnitt auf.The
Für die alternierende Bewegung der Gegenspirale 14 zwischen der Offenstellung (
Wie in
Um die Gegenspirale 14 aus der in
Der Kolben 17 greift, wie in den
Der Ringkolben 17 weist einen Anpressring 47 auf, der mit einem Boden 48 des Kolbens verbunden ist. Der Kolbenboden 48 ist in einer Axialführung 18 axial verschieblich und druckdicht gelagert. Die Axialführung 18 ist als Ringkammer ausgebildet. Für die Betätigung des Ringkolbens 17 ist die Ringkammer mit einem Versorgungsanschluss 20c verbunden. Wie in
Die Leistungsregelung erfolgt bei dem Scrollkompressor durch Ein- bzw. Ausschaltung der Verdichterleistung, konkret durch die Änderung der Frequenz der zyklischen bzw. alternierenden Bewegung der Gegenspirale 14.The power control takes place in the scroll compressor by switching on or off the compressor power, specifically by changing the frequency of the cyclic or alternating movement of the counter-spiral 14th
Das in der Druckkammer 15 gesammelte verdichtete Gas strömt durch einen Auslass 49 aus der Druckkammer 15 in einen Ölabscheider 29, der vorliegend als Zyklonabscheider ausgebildet ist. Das verdichtete Gas strömt durch den Ölabscheider 29 und ein Rückschlagventil 19 in den Kreislauf der Klimaanlage. Das Rückschlagventil 19, das ein Zurückströmen des verdichteten Gases in den ausgeschalteten Scrollkompressor verhindert, ist beispielsweise auf Druckdifferenzen von 0,5 bis 1 bar ausgelegt.The compressed gas collected in the
Die Abdichtung der Verdrängerspirale 13 gegen die Gegenspirale 14 in axialer Richtung wird dadurch unterstützt, dass eine Rückwand 25 der Verdrängerspirale mit Hochdruck beaufschlagt wird. Dazu ist ein Aufnahmeraum 24, auch als Backpressure-Raum bezeichnet (
Der Aufnahmeraum 24 ist durch die eingangs beschriebene zweite Wellendichtung 37 vom Saugraum 33 fluiddicht getrennt. Ein Dicht- und Gleitring 52 ist zwischen der Verdrängerspirale 13 und der Gehäusezwischenwand 32 angeordnet und dichtet den Aufnahmeraum 24 gegen die Hochdruckseite ab. Der Dicht- und Gleitring 52 sitzt in einer Ringnut in der Gehäusezwischenwand 32. Zwischen der Gehäusezwischenwand 32 und der Verdrängerspirale 13 ist ein Spalt ausgebildet (nicht dargestellt). Die Verdrängerspirale 13 stützt sich deshalb in axialer Richtung nicht direkt auf der Gehäusezwischenwand 32 sondern auf dem Dicht- und Gleitring 52 ab und gleitet auf diesem. Der Dicht- und Gleitring 52 steht dazu aus der Ringnut vor und dichtet den Spalt ab. Der Spalt kann ca. 0,2 mm bis 0,5 mm breit sein.The receiving
Für den Anschluss an die Hochdruckseite verbindet eine Leitung 50 den Ölabscheider 29 mit dem Aufnahmeraum 24. Diese erstreckt sich durch den Gehäusedeckel 31, die Gegenspirale 14 und die Zwischenwand 32. Zwischen dem Ölabscheider 29 und dem Aufnahmeraum 24, konkret zwischen der Gegenspirale 14 und dem Gehäusedeckel 31, ist ein Druckminderer 53 angeordnet, der dafür sorgt, dass zwischen der Hochdruckseite und dem Aufnahmeraum 24 eine Druckdifferenz von ca. 10%-20% herrscht. Dadurch wird erreicht, dass in der Schließstellung der axiale Anpressdruck zwischen der Verdrängerspirale 13 und der Gegenspirale 14 und damit die axiale Dichtigkeit erhöht wird.
In thermischer Hinsicht ist der in
In thermal terms, the in
Damit ist es möglich, den Gehäusedeckel 31 beispielsweise aus Aluminium zu fertigen, ohne dass eine übermäßige Wärmeübertragung von der Hochdruckseite auf die Saugseite zu befürchten ist.This makes it possible to manufacture the
Der einzige Unterschied zwischen dem Scrollkompressor gemäß
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Scrollkompressors sind in den
- 1010
- Antriebdrive
- 1111
- Antriebswelledrive shaft
- 1212
- Exzenterlageeccentric position
- 1313
- VerdrängerspiraleVerdrängerspirale
- 1414
- Gegenspiraleagainst spiral
- 1515
- Druckkammerpressure chamber
- 1616
- Federfeather
- 1717
- Kolben / RingkolbenPiston / ring piston
- 1818
- Kolbenführungpiston guide
- 1919
- Rückschlagventilcheck valve
- 20a20a
- HochdruckanschlussHigh pressure port
- 20b20b
- SaugdruckanschlussSaugdruckanschluss
- 20c20c
- Versorgungsanschlusssupply terminal
- 2121
- Rückwand GegenspiraleRear wall counter-spiral
- 2222
- Flanschflange
- 2323
- Innenwandinner wall
- 2424
- Aufnahmeraumaccommodation space
- 2525
- Rückwand VerdrängerspiraleRear wall displacement spiral
- 2626
- Lagerbuchsebearing bush
- 2727
- Ausnehmungrecess
- 2828
- Gegengewichtcounterweight
- 2929
- Ölabscheideroil separator
- 3030
- GewichtWeight
- 3131
- Gehäusedeckelhousing cover
- 3232
- GehäusezwischenwandHousing partition
- 3333
- Saugraumsuction
- 3434
- Gehäusebodencaseback
- 3535
- Mitnehmertakeaway
- 3636
- erste Wellendichtungfirst shaft seal
- 3737
- zweite Wellendichtungsecond shaft seal
- 3838
- Exzenterstifteccentric
- 3939
- Führungsstifteguide pins
- 4040
- Führungsbohrungenguide bores
- 4141
- DruckausgleichsspaltPressure compensation gap
- 4242
- Gleitflächesliding surface
- 4343
- Dichtringseal
- 4444
- Wandungwall
- 4545
- Anschlagattack
- 4646
- zentrale Ausnehmungcentral recess
- 4747
- Anpressringcompression ring
- 4848
- Kolbenbodenpiston crown
- 4949
- Auslassoutlet
- 5050
- Leitungmanagement
- 5151
- Innenhülleinterior Skin
- 5252
- Gleit- und DichtringSliding and sealing ring
- 5353
- Druckmindererpressure reducer
Claims (15)
- A scroll compressor for a CO2 vehicle air conditioning system having a drive (10) which is connected by means of a drive shaft (11) to an eccentric bearing (12), and having a movable displacement spiral (13) which is rotatably connected to the eccentric bearing (12) and which engages into a counterpart spiral (14) such that, between the displacement spiral (13) and the counterpart spiral (14), radially inwardly travelling chambers are formed in order to compress the refrigerant and discharge it into a pressure chamber (15),
characterized in that
the drive (10) is a mechanical drive or an electric drive with a fixed rotational speed, and the counterpart spiral (14) is movable in an alternating manner relative to the displacement spiral (13) in an axial direction, wherein, between the counterpart spiral (14) and the displacement spiral (13), there is arranged at least one spring (16) for exerting an axial release force on the counterpart spiral (14), and at least one piston (17), adjacent to the pressure chamber (15), engages on the counterpart spiral (14), in order to exert an axial closing force on the latter. - The scroll compressor according to Claim 1,
characterized in that
the spring (16) is arranged opposite the pressure chamber (15). - The scroll compressor according to Claim 1 or 2,
characterized in that
the piston (17) comprises an annular piston which is arranged so as to be displaceable coaxially with respect to the counterpart spiral (14). - The scroll compressor according to one of Claims 1 to 3,
characterized in that
the piston (17) is mounted in a piston guide (18) which can be connected to a high-pressure side and to a suction side of the scroll compressor in an alternating manner. - The scroll compressor according to one of Claims 1 to 4,
characterized in that
a check valve (19) is positioned downstream of the pressure chamber (15) in the flow direction. - The scroll compressor according to Claim 5,
characterized in that
the connection (20) for the connecting of the piston guide (18) to the high-pressure side is arranged between the pressure chamber (15) and the check valve (19). - The scroll compressor according to one of Claims 1 to 6,
characterized in that
a rear wall (21), arranged on the high-pressure side, of the counterpart spiral (14) forms the base of the pressure chamber (15) and has a flange (22) which lies in an axially movable manner against an inner wall (23) of the pressure chamber (15). - The scroll compressor according to one of Claims 1 to 7,
characterized in that
a receiving space (24), which is closed off with respect to the suction side, for the eccentric bearing (12) is fluidically connected to the pressure chamber (15), and a rear wall (25) of the displacement spiral (13) can be acted on with a contact pressure. - The scroll compressor according to one of Claims 1 to 8,
characterized in that
the distance between the central point of the counterpart spiral (14) and the central point of the displacement spiral (13) is at most 1.5 mm, in particular at most 1.2 mm, in particular at most 1.0 mm, in particular at most 0.8 mm, in particular at most 0.6 mm, in particular at most 0.4 mm, in particular at most 0.2 mm. - The scroll compressor according to one of Claims 1 to 9,
characterized in that
the counterpart spiral (14) has a winding angle of 660° to 720°, in particular 680° to 700°. - The scroll compressor according to one of Claims 1 to 10,
characterized in that
the mass moment of inertia of the scroll compressor is at most 500 kgmm2. - The scroll compressor according to one of Claims 1 to 11,
characterized in that
the eccentric bearing (12) is arranged in the displacement chamber between the displacement spiral (13) and the counterpart spiral (14) and has a bearing bushing (26) which is formed in one piece with the displacement spiral (13) and the base (54) of which is in alignment with the face side of the windings of the displacement spiral (13). - The scroll compressor according to one of Claims 1 to 12,
characterized in that
the displacement spiral (13) has a central recess (27) in which there is at least partially received a counterweight (28) which is connected to the eccentric bearing (12). - The scroll compressor according to one of Claims 1 to 13,
characterized in that
the volume of the pressure chamber (15) is greater by a factor of 5-7, in particular by a factor of 6, than the suction volume per revolution of the displacement spiral (13), and/or the pressure chamber (15) is thermally insulated. - A vehicle air conditioning system that contains CO2 as refrigerant, having a scroll compressor according to Claim 1.
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