EP2932169A1

EP2932169A1 - Verdichtereinheit und nutzfahrzeug mit einer eine solche verdichtereinheit umfassenden kühlmaschine

Info

Publication number: EP2932169A1
Application number: EP13811863.3A
Authority: EP
Inventors: Norbert Flacke
Original assignee: Schmitz Cargobull AG
Current assignee: Schmitz Cargobull AG
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-10-21
Also published as: DE102012024362A1; WO2014091018A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdichtereinheit zum Verdichten von Kältemittel, mit einem elektrischen Antriebsmotor, der ein den Antriebsmotor (1) gegenüber der Umgebung (U) abkapselndes Motorgehäuse (30) aufweist, und mit einem durch den Antriebsmotor (1) angetriebenen Verdichter (2) zum Verdichten eines vom Verdichter (2) als Kältemittel-Ansaugstrom (K) angesaugten Kältemittels und ein Nutzfahrzeug mit einer eine solche Verdichtereinheit umfassenden Kühlmaschine. Die erfindungsgemäße Verdichtereinheit ermöglicht es, mit einfachen Mitteln auch bei einem Betrieb unter extremen Umgebungstemperaturen optimale Betriebstemperaturen sicher einzuhalten. Das erfindungsgemäße Nutzfahrzeug gewährleistet auch unter hohen Umgebungstemperaturen eine hohe Betriebssicherheit. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zumindest ein Abschnitt des Motorgehäuses (30) des Antriebsmotors (1) mindestens zeitweise mindestens von einem Teilstrom des Kältemittel-Ansaugstroms (K) umströmt ist.

Description

Verdichtereinheit und Nutzfahrzeug mit einer eine solche Verdichtereinheit umfassenden Kühlmaschine

Die Erfindung betrifft eine Verdichtereinheit zum

Verdichten von Kältemittel und ein Nutzfahrzeug mit einer Kältemaschine, die eine solche Verdichtereinheit umfasst.

Bei solchen Kältemaschinen wird ein zu kühlendes Medium durch einen Wärmetauscher geleitet, durch den gleichzeitig in räumlicher Trennung, jedoch in wärmeleitendem Kontakt mit dem kühlenden Medium ein Kältemittel strömt. Das

Kältemittel expandiert in einer endothermen Reaktion in dem Wärmetauscher (Verdampfer) und entzieht dadurch dem zu kühlenden Medium Wärme. Das aus dem Verdampfer- Wärmetauscher austretende Kältemittel wird von der

Verdichtereinheit in einem Ansaugstrom angesaugt, wieder verdichtet und in den einen weiteren Wärmetauscher

(Kondensator) ausgestoßen, wo es verflüssigt, um dann, üblicherweise über eine Drossel, wieder in den Verdampfer- Wärmetauscher geleitet zu werden.

Kältemaschinen mit Verdichtern zum Verdichten von

Kältemittel werden in der heutigen Zeit in vielen Bereichen des täglichen Lebens eingesetzt. Nur beispielhaft seien die Klimatisierung von Passagierbereichen in Fahrzeugen oder auch von Wohn- oder Gewerberäumen, sowie eine Kühlung im Supermarkt-, Industrie- und Marinebereich, oder aber auch im Bereich der so genannten "Transportkälte" genannt.

"Transportkälte" wird benötigt, wenn temperaturempfindliche Güter vom Erzeuger zum Weiterverarbeiter, Händler oder Endverbraucher transportiert werden. Für diese

Transportaufgaben werden in großem Umfang Nutzfahrzeuge mit thermisch isolierten Aufbauten eingesetzt, die jeweils mit einer Kältemaschine ausgestattet sind, um das in dem vom Aufbau umschlossenen Laderaum verstaute Gut beim Transport bei einer vorgegebenen Temperatur zu halten.

Eine für diese Zwecke geeignete Transportkältemaschine ist aus der EP 1 046 543 B1 bekannt. Diese für eine Vielzahl vergleichbar konzipierter Kältemaschinen exemplarische Maschine ist so aufgebaut, dass sie als selbstständige Baueinheit an dem jeweiligen Nutzfahrzeug montiert werden kann. Eine Besonderheit gegenüber anderen bekannten, auf ähnlichen Konzepten beruhenden Transportkühleinrichtungen besteht darin, dass bei der aus der EP 1 046 543 B1

bekannten Maschine der Verdichter von einem elektrischen Antriebsmotor angetrieben wird. Die elektrische Energie zum Antrieb des Motors wird von einer ebenfalls in der

Kältemaschine eingebauten Verbrennungsmotor-Generator- Kombination zur Verfügung gestellt, die jeweils in einem stationären, leistungsoptimierten Betriebspunkt betrieben werden kann. Verdichter und Antriebsmotor bilden bei der bekannten Kältemaschine eine Verdichtereinheit, die mittels eines Antriebsmotor und Verdichter gemeinsam aufnehmenden Gehäuses voll- oder halbhermetisch gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Kennzeichen solcher voll- oder

halbhermetisch abgeschlossener Verdichtereinheiten ist, dass Antriebsmotor und Verdichter eine gemeinsame Welle aufweisen und keine besondere Abdichtung der Welle des Verdichters gegen einen Austritt von Kältefluid in die Umgebung oder den Antriebsmotor erforderlich ist, da durch die hermetische Abschirmung von Verdichter und

Antriebsmotor sicher verhindert wird, dass Kältefluid in die Umgebung gelangt und dem Kältekreislauf entzogen wird. Gleichzeitig kann bei einer gemeinsamen hermetischen

Kapselung von Antriebsmotor und Verdichter das Kältefluid zum Kühlen des Antriebsmotors genutzt werden.

Aus der DE 10 2010 022 993 A1 ist eine auf einem ähnlichen Konzept beruhende Transportkältemaschine zum Kühlen des Innenraums eines Kofferaufbaus eines Kühlfahrzeugs bekannt. Auch bei dieser Maschine bilden der Antriebsmotor und der Verdichter eine Verdichtereinheit. Jedoch ist hier der Antriebsmotor mit seinem eigenen ihn dicht umschließenden Gehäuse an das ebenfalls eigene Gehäuse des Verdichters angeflanscht, so dass die Antriebswellen von Antriebsmotor und Verdichter koaxial zueinander ausgerichtet und direkt miteinander verbunden sein können. Bei dem Verdichter handelt es sich in diesem Fall um einen so genannten

"offenen Verdichter". Bei diesem Verdichtertyp ist die Öffnung, aus der seine Antriebswelle austritt, mittels einer gegen die Antriebswelle wirkenden Wellendichtung gegenüber der jeweiligen Umgebung abgedichtet. Allerdings ist diese Abdichtung nicht hermetisch, da aufgrund der Relativbewegung zwischen Dichtung und drehender

Antriebswelle das im Verdichtergehäuse unter Druck an der Wellendichtung anstehende Kältefluid durch den Dichtspalt, in dem die Relativbewegung stattfindet, ausgeschleppt wird. Das aus dem Verdichter austretende Kältemittel gelangt so unkontrolliert in das Motorgehäuse des angeflanschten

Antriebsmotors und expandiert dort. Infolgedessen steigt der Druck innerhalb des Motorgehäuses mit zunehmender Menge an eingeschlepptem Kältemittel an. Um zu verhindern, dass es in Folge dieses Druckanstiegs zu einer Beschädigung des Antriebsmotors kommt, ist an dem Motorgehäuse ein Ventil vorgesehen, das bei Erreichen eines Grenzdrucks öffnet, so dass das Kältemittel kontrolliert in die Umgebung austreten kann .

Der Vorteil eines auf einem offenen Verdichter beruhenden Maschinenkonzepts besteht in einer erhöhten

Wartungsfreundlichkeit und einer verbesserten

Energieeffizienz. Auch kann der Vorteil der verbesserten Kühlung, den eine hermetisch abgekapselte Anordnung von Antriebsmotor und Verdichter in einem gemeinsamen Gehäuse hat, unter normalen Betriebsbedingungen bei Verwendung einer auf einem offenen Verdichter beruhenden

Verdichtereinheit der voranstehend erläuterten Art dadurch kompensiert werden, dass der Antriebsmotor gezielt in einem Kühlluftström positioniert wird, der durch die

Kältemaschine geleitet wird. Jedoch steigen im praktischen Fahrbetrieb bei besonders hohen Umgebungstemperaturen die Betriebstemperaturen des Antriebsmotors so stark an, dass unter solch extremen Bedingungen zusätzliche Maßnahmen zur Kühlung des Motors erforderlich sind.

Um auch bei einer ebenfalls auf einem offenen Verdichter basierenden Verdichtereinheit, bei der der Antriebsmotor direkt an den Verdichter angeflanscht ist, eine Kühlung des Antriebsmotors durch Kältemittel zu ermöglichen, ist in der DE 101 01 975 A1 vorgeschlagen worden, Kältemittel im

Kreislauf über einen separaten äußeren Kühlmittelpfad aus dem Verdichtergehäuse in das Motorgehäuse und von dort über einen in die gemeinsame Antriebswelle von Verdichter und Antriebsmotor eingeformten Kanal zurück in den Verdichter zu führen. Das so durch das Motorgehäuse strömende

Kältemittel transportiert die vom Antriebsmotor produzierte Abwärme ab, so dass schädliche Temperaturspitzen vermieden werden. Allerdings setzt dies nicht nur eine vergleichbar komplizierte Gestaltung der Bauteile voraus, die von dem aus dem Motorgehäuse zurück in den Verdichter geleiteten Kältemittel durchflössen werden, sondern auch eine

druckfeste Auslegung des Motorgehäuses voraus. Beispiele für solche Verdichtereinheiten-Konzepte sind aus der

US 2,864,551 und der US 6,871,512 B2 bekannt.

Zu erwähnen ist in diesem Zusammenhang auch, dass bei stationär betriebenen Kältemaschinen bereits eine Kühlung des Antriebsmotors mittels Wasserkühlung vorgeschlagen worden ist.

Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, eine Verdichtereinheit zu schaffen, bei der mit einfachen

Mitteln auch bei einem Betrieb unter extremen

Umgebungstemperaturen optimale Betriebstemperaturen sicher eingehalten werden können.

Ebenso sollte ein Nutzfahrzeug mit einer Kältemaschine geschaffen werden, bei dem auch unter hohen

Umgebungstemperaturen eine hohe Betriebssicherheit

gewährleistet ist.

In Bezug auf die Verdichtereinheit ist diese Aufgabe in erfindungsgemäßer Weise dadurch gelöst worden, dass eine solche Verdichtereinheit die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt.

Hinsichtlich des Nutzfahrzeugs besteht die Lösung der oben angegebenen Aufgabe darin, dass bei der Kältemaschine eines solchen Nutzfahrzeugs eine erfindungsgemäße

Verdichtereinheit zum Einsatz kommt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke näher erläutert.

Eine erfindungsgemäße Verdichtereinheit zum Verdichten von Kältemittel umfasst somit in Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik einen elektrischen Antriebsmotor, der ein den Antriebsmotor gegenüber der Umgebung abkapselndes Motorgehäuse aufweist, und einen durch den Antriebsmotor angetriebenen Verdichter zum

Verdichten eines vom Verdichter als Kältemittel-Ansaugstrom angesaugten Kältemittels. Erfindungsgemäß ist nun das Motorgehäuse des Antriebsmotors zumindest abschnittsweise mindestens von einem Teilstrom des Kältemittel-Ansaugstroms umströmt, wobei die Umströmung nicht notwendig konstant, sondern bedarfsweise erfolgen kann. Erfindungsgemäß wird somit das Motorgehäuse des Antriebsmotors von dem

Kältemittelstrom angeströmt, der zur Verdichtereinheit strömt. Typischerweise wird der Antriebsmotor dazu in dem Kältemittel-Ansaugstrom angeordnet, der, nachdem er den mit der erfindungsgemäßen Verdichtereinheit verkoppelten

Wärmetauscher passiert hat, auf dem Weg zurück zum

Verdampfer ist. Anders als bei den bekannten Konzepten, muss somit bei einer erfindungsgemäßen Verdichtereinheit aufgrund dessen, dass bei ihr kein komprimiertes Kältefluid in den vom

Motorgehäuse umschlossenen Motorraum geleitet wird, auch das Motorgehäuse selbst keinen besonderen Anforderungen genügen. Es können somit weitestgehend konventionell ausgelegte Komponenten zum Einsatz kommen, wodurch sich die Kosten für die Herstellung einer erfindungsgemäßen

Verdichtereinheit minimieren lassen.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Verdichtereinheit an jeder Stelle im Ansaugstrom des Verdichters angeordnet werden, an der das Motorgehäuse des Antriebmotors in für den Wärmeabtransport ausreichender Weise von dem zur

Ansaugseite des Verdichters zurückströmenden

Kältemittelstrom umströmt wird. Eine als kompakte

Baueinheit fertig vormontierbare Ausgestaltung der

Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass sie einen Motorgehäusemantel umfasst, der das Motorgehäuse zumindest abschnittsweise unter Ausbildung eines mit einem

Ansauganschluss des Verdichters verbundenen Strömungskanal einhaust, durch den im Kühlbetrieb der Kältemittel- Ansaugstrom strömt.

Der Motorgehäusemantel kann dabei das Motorgehäuse

zumindest umfangsseitig vollständig mit einem gewissen Abstand ummanteln, so dass zwischen der Innenumfangsfläche des Mantels und der Außenumfangsfläche des Antriebmotors ein umlaufender, als Kanal für das Kältemittel dienender Spalt ausgebildet ist. Genauso ist es selbstverständlich möglich, jeweils nur an den Stellen des Motorgehäuses, an denen es zu einer besonders starken Wärmeentwicklung kommt oder an denen eine besonders effektive Wärmeabfuhr möglich ist, mittels einer geeigneten Ummantelung einen

Strömungskanal für den Kältemittel-Ansaugstrom auszubilden. Auch ist es denkbar, nach Art von Kühlschlangen einen rohrförmigen Kanal um das Motorgehäuse zu legen, durch den der Kältemittel-Ansaugstrom strömt und der in einem gut leitenden thermischen Kontakt mit dem Motorgehäuse steht. Ebenso kann es zweckmäßig sein, den das Motorgehäuse einhausenden Mantel so auszubilden, dass der Kältemittel- Ansaugstrom die vom Verdichter abgewandte Stirnseite des Motorgehäuses anströmt und sich von dort ausgehend

ebenfalls wie ein Mantel um das Motorgehäuse legt.

In vielen Anwendungsfällen wird es bei mittleren oder niedrigen Umgebungstemperaturen ausreichen, wenn die vom Antriebsmotor einer erfindungsgemäßen Verdichtereinheit erzeugte Wärme in konventioneller Weise durch einen

Luftstrom oder desgleichen abgeführt wird und die

erfindungsgemäße Kühlung durch den Kältemittel-Ansaugstrom erst bei hohen Temperaturen zum Einsatz kommt.

Dementsprechend ist bei einer praxisgerechten Ausgestaltung der Erfindung eine Regeleinrichtung zum Einstellen des Kältemittel-Ansaugstroms vorgesehen, der das Motorgehäuse umströmt. Diese Regeleinrichtung kann beispielsweise so eingestellt werden, dass der kühlende Kältemittelstrom nur dann um das Motorgehäuse geleitet wird, wenn eine bestimmte hohe Außentemperatur überschritten wird. Der zusätzliche Energieaufwand, der für die Verdichtung des durch die Abwärme des Antriebs einer erfindungsgemäßen

Verdichtereinheit zusätzlich erwärmten Kältemittels muss dann nur in diesem Betriebszustand aufgebracht werden. Auch bei einer erfindungsgemäßen Verdichtereinheit lässt sich eine besonders kompakte Bauform dadurch

bewerkstelligen, dass der Antriebsmotor mit seinem

Motorgehäuse dicht an eine ihm zugeordnete Seite eines Gehäuses des Verdichters angeschlossen ist und dass

gleichzeitig die miteinander verbundenen Antriebswellen von Antriebsmotor und Verdichter koaxial zueinander

ausgerichtet sind.

Soll dabei nach dem Muster des Standes der Technik ein offener Verdichter zum Einsatz kommen, der kostengünstig erhältlich und mit vergleichbar geringem Aufwand gewartet werden kann, so können dazu der vom Motorgehäuse umgrenzte Motorraum und der vom Gehäuse des Verdichters umgrenzte Kurbelraum gegeneinander mittels einer gegen die

Antriebswelle von Verdichter oder Antriebsmotor wirkenden Abdichtung abgedichtet sein. Auch hier wird es im Betrieb im Bereich des zwischen der stehenden Dichtung und der jeweiligen rotierenden Antriebswelle technisch unvermeidbar vorhandenen Dichtspalts zum Ausschleppen eines

Leckagestroms aus dem Verdichter kommen, der dann in das Motorgehäuse eindringt. Der Leckagestrom besteht dabei aus Kältemittel oder Öl, das im Kurbelraum des Verdichters vorhanden ist, wobei Kältemittel und Öl selbstverständlich auch als Gemisch austreten können. Um die ausgeschleppte Leckagemenge so gering wie möglich zu halten, kann es zweckmäßig sein, die Abdichtung als Wellendichtungspaket auszubilden, das durch mindestens zwei in Achsrichtung der Antriebswellen von Verdichter und Antriebsmotor mit Abstand zueinander angeordnete Wellendichtungen gebildet ist, die zwischen sich einen Dichtungsraum begrenzen. Bei einer derartigen Kaskade von mehreren Wellendichtungen stellt jede einzelne Wellendichtung ein erneutes Hindernis für ein Durchdringen von Kältemittel oder Öl in den Motorraum dar.

Allerdings lässt sich mit den derzeit verfügbaren

Abdichtungen nie vollständig verhindern, dass bei einem offenen Verdichter Kältemittel oder Öl über den Dichtspalt der Abdichtung in das Motorgehäuse gelangt. Das in den vom Motorgehäuse umschlossenen Motorraum gelangende Kältemittel expandiert wegen des dort niedrigeren Drucks, wodurch es zu einem Druckanstieg im Motorgehäuse kommt. Um dennoch ein leichtes und kostengünstig aus einem dünnen Blechmaterial oder desgleichen hergestelltes Motorgehäuse einsetzen zu können, kann bei einer erfindungsgemäßen Verdichtereinheit mindestens ein Auslass zum Ablassen von Kältemittel, Öl oder sonstigen Rückständen vorgesehen sein, die als

Leckagestrom über die Abdichtung aus dem Gehäuse des

Verdichters in das Motorgehäuse eintreten.

Im Fall, dass zur Abdichtung des Verdichtergehäuses gegenüber der Antriebswelle ein Wellendichtungspaket mit einem darin eingeschlossenen Dichtungsraum vorgesehen ist, kann es dazu zweckmäßig sein, einen solchen Auslass an den Dichtungsraum der Abdichtung anzuschließen. Auf diese Weise kann das aus dem Verdichter ausgeschleppte Leckagevolumen abgezogen werden, bevor es in den vom Motorgehäuse

umschlossenen Motorraum gelangt. Alternativ oder ergänzend kann es ebenso zweckmäßig sein, auch den Motorraum gegen einen zu hohen Überdruck der in ihm herrschenden Atmosphäre dadurch abzusichern, dass in dem Motorgehäuse vorhandenes und gasförmig expandiertes Kältemittel über einen Auslass abgelassen werden kann. Sofern vorhanden, erweist es sich selbstverständlich als zweckmäßig, den jeweils vorgesehenen Auslass mit einem Auslassventil zu versehen. Dies kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn der Auslass in die Umgebung geführt ist, da so ein kontrolliertes Ablassen möglich ist. Das jeweilige Auslassventil kann dabei so gestaltet und

ausgelegt sein, dass es sich selbsttätig öffnet, wenn der innerhalb des Motorraums oder innerhalb des Dichtungsraums in Folge der Verdampfung oder des Eindringens von

eingeschlepptem Kältemittel ansteigende Druck einen

Grenzdruck überschreitet.

Die Belastung der Umwelt durch aus der Verdichtereinheit austretendes Kältefluid kann dadurch minimiert werden, dass der Ausgang mindestens einer der jeweils vorgesehenen

Auslässe in dem Kältemittel-Ansaugstrom mündet. In diesem Fall wird also das in den Motorraum des Antriebsmotors oder den Dichtungsraum des Wellendichtungspakets eindringende Kältemittel nicht mehr in die Umgebung entlassen, sondern direkt wieder in den Kältemittelkreislauf zurückgeführt. Auf diese Weise steht eine Verdichtereinheit zur Verfügung, bei der zwar ein offener Verdichter mit einem bei Erreichen eines Überdrucks ebenso öffnenden Motorgehäuse miteinander kombiniert sind und der dementsprechend kostengünstig hergestellt und gewartet werden kann, bei dem aber dennoch sichergestellt ist, dass trotz eines unvermeidbaren

Leckagestroms allenfalls minimale Kältemittelmengen in die freie Umgebung gelangen.

Um jede Gefahr des Entstehens eines zu hohen Drucks im Motorgehäuse zu vermeiden, kann es dabei sinnvoll sein, bei Erreichen eines bestimmten Grenzdrucks im Motorraum das dort vorhandene, zu Gas expandierte Kältemittel in die Umgebung zu entlassen, wogegen im Bereich der Abdichtung aufgefangenes Leckagevolumen, bestehend aus Kältemittel, Öl oder sonstigen Rückständen, direkt wieder in den

Kältemittel-Ansaugstrom zurückgeführt wird. Die

Druckentlastung des Motorgehäuses setzt auch bei dieser Ausgestaltung im Sinne einer Notfunktion nur in dem selten eintretenden Fall ein, wenn die durch die Abdichtung in das Motorgehäuse eingeschleppte Kältemittelmenge größer ist als die aus dem Dichtungsraum zuvor aufgefangene

Kältemittelmenge .

Die Effektivität der Abfuhr von Kältemittel aus dem

optional im Bereich der Abdichtung vorhandenen

Dichtungsraum kann dadurch erhöht werden, dass der

Strömungskanal einen Bypass-Abschnitt aufweist und dass eine Regeleinrichtung zum Regeln des Kältemittel- Durchflusses durch den Bypass-Abschnitt vorgesehen ist. Ein solcher Bypass-Abschnitt des Strömungskanals für den

Kältemittelansaugstrom kann strömungstechnisch optimiert so ausgelegt werden, dass das durch den Bypass zur Ansaugseite des Verdichters strömende Kältemittel das aus dem

Auslassventil austretende Kältemittel mitreißt und von der Wellendichtung abführt.

Grundsätzlich zeigen sich die Vorteile einer

erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Verdichtereinheit bei allen Kältemaschinen, die bei hohen Temperaturen betrieben werden müssen und bei denen es möglich ist, den zum

Verdichter zurückgeführten Kältemittelstrom um das

Motorgehäuse zu leiten. Als besonders vorteilhaft erweist sich diese Möglichkeit bei Nutzfahrzeugen mit einem Laderaum und einer Kältemaschine zum Temperieren der im Laderaum enthaltenen Atmosphäre. Da solche Nutzfahrzeuge bei stark unterschiedlichen Temperaturen eingesetzt werden, erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn gerade die bei ihnen vorgesehenen Kühlmaschinen eine in

erfindungsgemäßer Weise ausgebildete und damit hoch

effektiv kühlbare Verdichtereinheit umfasst.

Jedoch erweist sich diese Möglichkeit ebenso auch im

Bereich der Busklimatisierung, der Bahnklimatisierung und der Transportkälte als allgemein vorteilhaft. Im Gedanken der vorliegenden Erfindung sind demnach auch Vorrichtungen zur Klimatisierung von Bussen und Bahnen, beispielsweise Eisenbahnen, Stadtbahnen etc. mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Verdichtereinheit, sowie Busse und Bahnen mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Verdichtereinheit enthalten. Ferner sind auch Transport kältevorrichtungen im allgemeinen Sinne, beispielsweise für Seecontainer,

Eisenbahnwagen und Kühlcontainer für Straßen- und/oder Schienentransport mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Verdichtereinheit versehen .

Wie schon erwähnt, kann je nach Auslegung nur ein Teilstrom des als Sauggas vom Verdichter einer erfindungsgemäßen Verdichtereinheit angesaugten Kältemittel-Ansaugstroms oder das gesamte Sauggas zur Kühlung des Motors vorgesehen sein. Somit kann je nach Anwendung eine gewünschte Wärmemenge durch das Sauggas vom Motor abgeführt werden. Dies schließt selbstverständlich die Möglichkeiten, die gesamte

Wärmemenge, die im Bereich des Motors entsteht, über den Kältemittel-Ansaugstrom abzuführen . Optional kann ein Rest der im Bereich des Antriebsmotors entstehenden Wärme über die natürliche Wärmeabstrahlung des Motorgehäuses, wiederum optional forciert durch einen gegen das Motorgehäuse oder seine Ummantelung geblasenen

Luftstrom, abgeführt werden. Damit können insbesondere luftgekühlte Kühlvorrichtungen auf eine gewünschte Größe dimensioniert, insbesondere verkleinert werden. Alternativ ist es möglich, bei einer entsprechenden Dimensionierung der Anlagenteile auf eine Luftkühlung auch gänzlich zu verzichten .

Für die ebenfalls bereits erwähnte Möglichkeit, den

jeweiligen zum Kühlen um das Motorgehäuse oder entlang von diesem geleiteten Kältemittel-Ansaugstrom zu regeln, können beispielsweise regelbare Strömungsquerschnitte für das Sauggas, das der Kühlung dient, implementiert werden.

Hierzu geeignete Einrichtungen sind beispielsweise Ventile oder Blenden. Regelparameter kann dabei beispielsweise die Temperatur des Motors oder des Motorgehäuses sein.

Als Verdichter kann in einer erfindungsgemäßen

Verdichtereinheit jeder regelbare Verdichter, insbesondere ein Axialkolbenverdichter mit stufenloser Hubregelung, wie ein Taumelscheibenverdichter oder Schwenkscheibenverdichter zur Anwendung kommen. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der im vom Verdichtergehäuse umgrenzten Volumen, d. h. im Kurbelraum, vorhandene Verdichterdruck zweckmäßigerweise größer oder gleich dem Saugdruck und kleiner oder gleich dem Hochdruck ist. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein

Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher

erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

Fig. 1 eine erste Ausführung einer Verdichtereinheit in einem Längsschnitt;

Fig. 2 eine zweite Ausführung einer Verdichtereinheit in einem Längsschnitt.

Die in den Figuren dargestellten Verdichtereinheiten V1,V2 umfassen jeweils einen elektrisch betriebenen Antriebsmotor 1 und einen Verdichter 2. Der Verdichter 2 ist in der Schwenkscheiben-Bauart ausgeführt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass alternativ jede andere Verdichter-Bauart eingesetzt werden kann, also beispielsweise ein

Scrollverdichter, ein Drehkolbenverdichter, ein

Radialkolbenverdichter oder ein Axialkolbenverdichter mit konstantem Kolbenhub.

Der Verdichter 2 dient zum Verdichten eines Kältemittels, bei dem es sich beispielsweise um ein handelsübliches synthetisches oder natürliches Kältemittel handelt.

Zum Verdichten umfasst der Verdichter 2 Kolben 3,4. Die Kolben 3,4 sind in Zylinderräumen 5,6 linear hin- und herbewegbar angeordnet, die in einem Zylinderblock 7 eingeformt sind. Die Kolben 3,4 sind jeweils über einen Pleuel 8,9 und jeweils einen Gleitstein 10,11 an einer Schwenkscheibe 12 angelenkt. In dem Zylinderblock 7 ist zusätzlich eine Antriebswelle 13 des Verdichters 2 mit ihrem vom Antriebsmotor 1 abgewandten Ende gelagert. Die Schwenkscheibe 12 steht mit der Antriebswelle 13 drehfest in Wirkeingriff. Sie ist jedoch relativ zur

Antriebswelle 13 um eine normal zur Antriebswelle 13 ausgerichtete und die Antriebswelle 13 durchstoßende

Schwenkachse schwenkbar und so in ihrer Neigung gegenüber der Antriebswelle 13 verstellbar. Die sich dabei ergebenden Schwenkrichtungen sind in den Figuren durch einen

Doppelpfeil 14 verdeutlicht.

Durch eine Änderung des zwischen der Antriebswelle 13 und der Schwenkscheibe 12 eingeschlossenen Neigungswinkels ß kann der Hub der Kolben 3,4 und damit das geometrische Hubvolumen stufenlos eingestellt werden. Je weiter der Neigungswinkel ß von 90° abweicht, d. h. je kleiner der Neigungswinkel ß wird, desto größer wird das Fördervolumen, da der Hub der Kolben 3,4 entsprechend größer wird. Bei alternativen, hier nicht gezeigten Ausführungsformen kann die Schwenkscheibe 12 auch die Form eines Schwenkringes haben .

Der Verdichter 2 weist ein Verdichtergehäuse 15 auf, das einen Kurbelraum 16 umgrenzt. In dem Kurbelraum 16 ist die Schwenkscheibe 12 auf der geführten Antriebswelle 13 gelagert. Dabei herrscht im Kurbelraum 16 ein

Kurbelraumdruck PK, der beim hier beschriebenen

Ausführungsbeispiel regelbar ist. Durch Verstellung des Kurbelraumdrucks PK kann in an sich bekannter Weise die Neigung der Schwenkscheibe 12 verstellt und damit

einhergehend das Hub- und Fördervolumen des Verdichters 2 geändert werden. Dies erfolgt dadurch, dass der

Kurbelraumdruck PK auf die dem Kurbelraum 16 zugeordnete Seite der Kolben 3,4 arbeitet, so dass bei erhöhtem Kurbelraumdruck PK der Saugbewegung der Kolben 3,4 eine erhöhte Kraft entgegenwirkt und folglich der bei der

Saugbewegung zurückgelegte Kolbenweg kleiner ist als bei einem niedrigen Kolbenraumdruck PK.

Um die Schmierung der sich im Kurbelraum 16 bewegenden Teile zu sichern, ist im Kurbelraum 16 eine bestimmte

Ölmenge vorhanden, von der jeweils mindestens eine

Teilmenge am Boden des Kurbelraums 16 als Ölsumpf S

sammelt .

Ferner umfasst der Verdichter 2 einen Zylinderkopf 17, in dem ein Saugraum 18, der mit einem Saugdruck beaufschlagt ist, sowie ein Druckraum 19 angeordnet sind, der mit einem Hochdruck beaufschlagt ist. Über den Saugraum 18 gelangt zu verdichtendes Kältemittel über ein Einlassventil 20 in die Zylinderräume 5,6 des Verdichters und wird dort durch die sich hin- und herbewegenden Kolben 3,4 verdichtet.

Das verdichtete Kältemittel gelangt durch Auslassventile 21 in den Druckraum 19, von wo aus es über einen hier nicht dargestellten Auslass einem hier ebenfalls nicht gezeigten Wärmetauscher zugeführt wird, durch den die zu kühlende Atmosphäre strömt.

Der Neigungswinkel ß kann in an sich bekannter Weise durch eine Verstellung des Verdichterdrucks im Kurbelraum 16 verstellt werden. Dazu kann eine ebenfalls an sich

bekannte, hier nicht gezeigte Regeleinrichtung vorgesehen sein. Für die Erhöhung des Verdichterdrucks ist der

Kurbelraum 16 über eine Druckgasverbindung 22 mit dem Druckraum 19 und für die Absenkung des Drucks über eine Entlastungsverbindung 23 mit dem Saugraum 18 verbunden.

Bei den hier beschriebenen Beispielen kann die

Druckgasverbindung 22 ungeregelt sein, während in der

Entlastungsverbindung 23 ein Regelventil 24 angeordnet ist. Alternativ kann jedoch auch ein Regelventil 25 in der

Druckgasverbindung 22 vorgesehen sein oder es kann ein solches Regelventil zusätzlich zum Regelventil 24 in die Druckgasverbindung 22 gesetzt werden, um sowohl die

Druckentlastung als auch die Druckbeaufschlagung jeweils separat regeln zu können. Alternativ zu einem Ventil wären beispielsweise auch verstellbare Blenden oder desgleichen denkbar. Der im Kurbelraum 16 vorherrschende

Kurbelraumdruck ist größer oder gleich dem Saugdruck und kleiner oder gleich dem Hochdruck, dem das Kältemittel im Druckraum 19 nach dem Verdichten ausgesetzt ist.

Mit ihrem vom Zylinderkopf 17 abgewandten Ende ist die Antriebswelle 13 des Verdichters durch eine Öffnung in der dem Antriebsmotor 1 zugeordneten Stirnseite 26 des

Verdichtergehäuses 15 geführt und greift dort formschlüssig und verdrehgesichert in eine Aufnahme der Antriebswelle 27 des Antriebsmotors 1. Auf diese Weise ist eine drehfeste, jedoch lösbare Verbindung zwischen den Antriebswellen 13,27 gebildet .

Die Abdichtung des Verdichtergehäuses 15 gegenüber dem Antriebsmotor 1 erfolgt verdichterseitig durch eine im Bereich der Stirnwandöffnung angeordnete und gegen die Antriebswelle 13 wirkende Stopfbuchse 28. Zusätzlich ist eine weitere Abdichtung durch eine

Wellendichtung 29 gebildet. Die Wellendichtung 29 sitzt dazu in einer stirnseitigen, als Aufnahme ausgebildeten Durchgangsöffnung eines den Antriebsmotor 1 aufnehmenden Motorgehäuses 30 und wirkt ebenfalls gegen die zugeordnete Umfangsfläche der in das Motorgehäuse 30 ragenden

Antriebswelle 13. Die Stopfbuchse 28 und die Wellendichtung 29 bilden so ein Wellendichtungspaket. Dabei begrenzen sie zwischen sich einen Dichtungsraum 31, der umfangsseitig durch die Innenumfangsflachen der Durchgangsöffnung oder einen dort eingesetzten Halter für die Wellendichtung 29 umgrenzt ist.

Der Antriebsmotors 1 ist bei den hier beschriebenen

Ausführungsbeispielen an eine Drehzahlregelvorrichtung 32 angeschlossen. Selbstverständlich ist auch ein stationärer, ungeregelter Betrieb möglich, wenn dies für den jeweiligen Einsatzfall ausreicht.

Der an sich konventionell aufgebaute Antriebsmotor 1 liegt mit der Stirnseite seines Motorgehäuses 30 dicht an der zugeordneten Stirnseite 26 des Verdichtergehäuses 15 und ist mit dem Verdichtergehäuse 15 in an sich bekannter Weise mittels hier nicht dargestellter Schrauben lösbar

verbunden.

Der Antriebsmotor 1 ist von einem Motorgehäusemantel 33 ummantelt, der jeweils mit gleichmäßigem Abstand um die Außenumfangsfläche des Motorgehäuses 30 gelegt ist und zudem mit Abstand die vom Verdichter 2 abgewandte

Stirnseite 34 des Motorgehäuses 30 abdeckt. Auf diese Weise ist das Motorgehäuse 30 umfangsseitig und auf an seiner Stirnseite 34 von einem Spalt 35 umhüllt. Der

Motorgehäusemantel 33 stößt dabei gegen die Stirnseite 26 des Verdichtergehäuses 15 und ist mit diesem dicht, aber ebenfalls lösbar verbunden.

Über einen nahe dem Verdichter 2 angeordneten Saugauslass 36 ist der vom Motorgehäusemantel 33 umgrenzte Spalt 35 an eine Saugleitung 37 angeschlossen, die zum Saugraum 18 des Verdichters 2 führt.

Zusätzlich ist in die Stirnseite des Motorgehäusemantels 33 ein Saugeinlass 38 eingeformt, an den eine Abströmleitung 39 des hier nicht gezeigten, von der jeweiligen

Verdichtereinheit V1,V2 versorgten Wärmetauschers

angeschlossen ist.

Durch die Abströmleitung 39 strömt ein Kältemittel- Ansaugstrom K von expandiertem Kältemittel zurück zum

Verdichter 2. Der in den Motorgehäusemantel 33 eintretende Kältemittel-Ansaugstrom K flutet den Spalt 35 und streicht dabei unter Aufnahme von Abwärme des Antriebsmotors 1 über die Außenflächen des Motorgehäuses 30. Anschließend wird der Kältemittel-Ansaugstrom K über die Abströmleitung 39 zur Ansaugseite des Verdichters 2 geleitet, dort in der voranstehend beschriebenen Weise verdichtet und dann wieder dem Wärmetauscher zugeführt.

Auf diese Weise wird die beim Betrieb des Antriebsmotors 1 entstehende Wärme mithilfe des Kältemittel-Ansaugstroms K sicher aus dem Motorgehäusemantel 33 abgeführt und eine effektive Kühlung des Antriebsmotors 1 auch bei hohen Umgebungstemperaturen gewährleistet . Wird die jeweilige Verdichtereinheit V1,V2 bei Temperaturen betrieben, die unterhalb einer Höchstgrenze liegen, kann auf eine Durchströmung des Spalts 35 verzichtet werden. Für diesen Fall ist bei der Verdichtereinheit VI eine vom

Saugeinlass 38 direkt zur Saugleitung 37 führende und damit den Spalt 35 umgehende Bypass-Leitung 40 vorgesehen, die temperaturabhängig geöffnet oder geschlossen wird.

Bei der Verdichtereinheit V2 sind Vorkehrungen getroffen worden, um die Entstehung von Überdruck im Motorgehäuse 30 durch einen in das Motorgehäuse 30 über die Dichtspalte der Stopfbuchse 28 und der Wellendichtung 29 unvermeidbar eingeschleppten Leckagestrom L zu verhindern. Dieser

Leckagestrom L besteht aus Kältemittel und Öl, und im

Motorgehäuse 30 expandierendes Kältemittel zu verhindern. Zu diesem Zweck ist einerseits aus dem Dichtungsraum 31 eine Ablaufleitung 41a geführt, die an der ümfangsseite des Motorgehäuses 30 im Spalt 35 nahe dem Saugauslass 36 des Motorgehäusemantels 33 mündet. Über die Ablaufleitung 41a läuft in den Dichtungsraum 31 gelangendes Kältemittel ab und wird von dem durch den Spalt 35 strömenden Kältemittel- Ansaugstrom K mitgenommen, bevor es in den vom Motorgehäuse 30 umschlossenen Motorraum gelangt.

Ein weiterer Auslass 41b führt ebenfalls nahe des

Saugauslasses 36 aus dem Motorgehäuse 30 in den Spalt 35. Über diesen Auslass 41b können Öl und andere flüssige Rückstände, die über den Leckagestrom L in den vom

Motorgehäuse 30 umgrenzten Motorraum gelangen und sich in Folge von Schwerkrafteinfluss an dessen in den Figuren dargestellten Einbaulage unterer Seite sammeln, abfließen. Auch die so in den Spalt 35 gelangenden flüssigen Rückstände werden vom Kältemittel-Ansaugstrom K mitgenommen und beispielsweise in einem hier nicht gezeigten Abscheider vom Kältemittel getrennt. Erforderlichenfalls können die Auslässe 41a, 41b jeweils mit einem bei einem bestimmten Druck in den Auslässen 41a, 41b selbsttätig öffnenden Ventil bestückt sein, das hier nicht dargestellt ist, um

beispielsweise bei stehender Verdichtereinheit V2 ein

Eindringen von Kältemittel aus dem Kältemittel-Ansaugstrom K in die Auslässe 41a, 41b zu verhindern.

Trotz des Auslasses 41a kann in das Motorgehäuse 30 gelangendes und darin expandierendes Kältemittel in an sich bekannter Weise über ein an den vom Motorgehäuse 30 umschlossenen Motorraum angeschlossenes Entlastungsventil 42 in die freie Umgebung U abgelassen werden, das

selbsttätig öffnet, wenn der Druck im Motorgehäuse 30 einen Grenzwert erreicht.

Auch bei der in Fig. 2 dargestellten Verdichtereinheit V2 ist eine Bypass-Leitung 43 vorgesehen, die in diesem Fall jedoch in den Motorgehäusemantel 33 integriert ist. Durch eine Ventilkombination 44 kann der Durchfluss durch den Spalt 35 oder die Bypass-Leitung 43 der jeweiligen

Umgebungstemperaturbelastung entsprechend geregelt werden.

BEZUGSZEICHEN

1 elektrischer Antriebsmotor 1

2 Verdichter

3,4 Kolben des Verdichters 2

5,6 Zylinderräume des Verdichters 2

7 Zylinderblock

8,9 Pleuel

10,11 Gleitsteine

12 Schwenkscheibe

13 Antriebswelle

14 die Schwenkrichtungen der Schwenkscheibe 12

15 Verdichtergehäuse

16 Kurbelraum

17 Zylinderkopf

18 Saugraum

19 Druckraum

20 Einlassventil

21 Auslassventile

22 Druckgasverbindung

23 Entlastungsverbindung

24 Regelventil

25 Regelventil

26 Stirnseite

27 Antriebswelle

28 Stopfbuchse

29 Wellendichtung

30 Motorgehäuse

31 Dichtungsraum

32 Drehzahlregelvorrichtung

33 Motorgehäusemantel

34 Stirnseite

35 einen Strömungskanal bildender Spalt

36 Saugauslass

37 Saugleitung

38 Saugeinlass

39 Abströmleitung

40 Bypass-Leitung

41a, 41b Ablaufleitung

42 Entlastungsventil (Auslassventil)

43 Leitung

44 Ventilkombination ß Neigungswinkel Schwenkscheibe 12

K Kältemittel-Ansaugstrom

L Leckagestrom

PK Kurbelraumdruck S Ölsumpf

U Umgebung

V1,V2 Verdichtereinheiten

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Verdichtereinheit zum Verdichten von Kältemittel, mit einem elektrischen Antriebsmotor, der ein den

Antriebsmotor (1) gegenüber der Umgebung (U)

abkapselndes Motorgehäuse (30) aufweist, und mit einem durch den Antriebsmotor (1) angetriebenen Verdichter (2) zum Verdichten eines vom Verdichter (2) als Kältemittel- Ansaugstrom (K) angesaugten Kältemittels,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zumindest ein Abschnitt des Motorgehäuses (30) des Antriebsmotors (1) mindestens zeitweise mindestens von einem Teilstrom des Kältemittel-Ansaugstroms (K) umströmt ist.

2. Verdichtereinheit nach Anspruch 1, d a d u r c h

g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sie einen

Motorgehäusemantel (33) umfasst, der das Motorgehäuse (30) zumindest abschnittsweise unter Ausbildung eines mit einem Ansauganschluss des Verdichters (2)

verbundenen Strömungskanals (35) einhaust, durch den im Kühlbetrieb der Kältemittel-Ansaugstrom (K) strömt.

3. Verdichtereinheit nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sich der

Strömungskanal (35) entlang der Umfangsflachen des Motorgehäuses (30) erstreckt.

4. Verdichtereinheit nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sich der

Strömungskanal (35) entlang der vom Verdichter (2) abgewandten Stirnseite (34) des Motorgehäuses (30) erstreckt .

5. Verdichtereinheit nach einem der voranstehenden

Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s eine Regeleinrichtung zum Einstellen des Kältemittel-Ansaugstroms (K) vorgesehen ist, der das Motorgehäuse (30) umströmt.

6. Verdichtereinheit nach einem der voranstehenden

Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Antriebsmotor (1) mit seinem Motorgehäuse (30) dicht an eine ihm zugeordnete Seite (26) eines Gehäuses (15) des Verdichters (2) angeschlossen ist und d a s s die miteinander verbundenen Antriebswellen (13,27) von Antriebsmotor (1) und Verdichter (2) koaxial zueinander ausgerichtet sind.

7. Verdichtereinheit nach Anspruch 6, d a d u r c h

g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der vom

Motorgehäuse (30) umgrenzte Motorraum und der vom Gehäuse (15) des Verdichters (2) umgrenzte Kurbelraum (16) gegeneinander mittels einer gegen die Antriebswelle (13) von Verdichter (2) oder Antriebsmotor (1) wirkende Abdichtung (28,29) abgedichtet sind.

8. Verdichtereinheit nach Anspruch 7, d a d u r c h

g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Abdichtung als Wellendichtungspaket ausgebildet ist, das durch mindestens zwei in Achsrichtung der Antriebswellen

(13,27) von Verdichter (2) und Antriebsmotor (1) mit Abstand zueinander angeordnete Wellendichtungen (28,29) gebildet ist, die zwischen sich einen Dichtungsraum (31) begrenzen .

9. Verdichtereinheit nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sie mindestens einen Auslass (41a, 41b, 42) zum Ablassen eines über die Abdichtung in das Motorgehäuse ( 30 ) eintretenden

Leckagestroms (L) aufweist.

10. Verdichtereinheit nach Anspruch 8 und 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s ein Auslass (41a) zum Ausschleusen des Leckagestroms (L) an die Abdichtung angeschlossen ist.

11. Verdichtereinheit nach einem der Ansprüche 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s am jeweiligen Auslass ein Auslassventil (42) an den

Motorraum angeschlossen ist.

12. Verdichtereinheit nach einem der Ansprüche 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s sich das jeweilige Auslassventil (42) selbsttätig öffnet, wenn der innerhalb des Motorraums oder innerhalb des Dichtungsraums (31) in Folge der Expansion von eingeschlepptem Kältemittel ansteigende Druck einen Grenzdruck überschreitet.

13. Verdichtereinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s mindestens einer der jeweils vorgesehenen Auslässe (41a, 41b) im Kältemittel-Ansaugstrom (K) mündet.

14. Verdichtereinheit nach Anspruch 2 und 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der

Strömungskanal (35) einen Bypass-Abschnitt (40,43) aufweist und d a s s eine Regeleinrichtung (44) zum Regeln des Kältemittel-Durchflusses durch den Bypass- Abschnitt (40,43) vorgesehen ist.

15. Nutzfahrzeug mit einem Laderaum und einer

Kältemaschine zum Temperieren der im Laderaum

enthaltenen Atmosphäre, wobei die Kühlmaschine eine gemäß einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildete Verdichtereinheit (V1,V2) umfasst.