WO2015028169A1

WO2015028169A1 - Radialverdichterlaufrad mit deckband und aerodynamischem lager zwischen deckband und gehäuse

Info

Publication number: WO2015028169A1
Application number: PCT/EP2014/063268
Authority: WO
Inventors: Andreas Vogt; Anton Dukart; Alister Clay; Steffen Derhardt
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2015-03-05
Also published as: DE102013217261A1; CN105492777A; EP3039298A1; US20160201686A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kompressor für einen Wärmepumpenkreislauf und/oder Kälteanlagenkreislauf, aufweisend ein Gehäuse und einen um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor, wobei das Gehäuse zumindest teilweise umfangsseitig des Rotors angeordnet ist, wobei der Rotor wenigstens eine Nabe und wenigstens eine an der Nabe radial außenseitig angeordnete Schaufel umfasst, wobei die Schaufel ausgebildet ist, einen Hauptfluidstrom zu fördern, wobei der Rotor ein radial außenseitig an der Schaufel angeordnetes Deckband umfasst, wobei das Deckband radial beabstandet zu dem Gehäuse angeordnet ist, wobei radial außenseitig an dem Deckband eine Lagerstruktur vorgesehen ist, die ausgebildet ist, einen Lagerfluidstrom zwischen dem Deckband und dem Gehäuse zur Ausbildung eines fluiddynamisches Lagers zur Lagerung des Rotors im Gehäuse auszubilden.

Description

Beschreibung

Titel

RADIALVERDICHTERLAUFRAD MIT DECKBAND UND AERODYNAMISCHEM LAGER ZWISCHEN DECKBAND UND GEHÄUSE Die Erfindung betrifft einen Kompressor für einen Wärmepumpenkreislauf und/oder Kälteanlagenkreislauf, aufweisend ein Gehäuse und einen um eine

Drehachse drehbar gelagerten Rotor, wobei das Gehäuse zumindest teilweise umfangsseitig des Rotors angeordnet ist, wobei der Rotor wenigstens eine Nabe und wenigstens eine an der Nabe radial außenseitig angeordnete Schaufel um- fasst, wobei die Schaufel ausgebildet ist, einen Hauptfluidstrom zu fördern, wobei der Rotor ein radial außenseitig an der Schaufel angeordneten Deckband um- fasst, wobei das Deckband radial beabstandet zu dem Gehäuse angeordnet ist, wobei radial außenseitig an dem Deckband eine Lagerstruktur vorgesehen ist, die ausgebildet ist, einen Lagerfluidstrom zwischen dem Deckband und dem Ge- häuse zur Ausbildung eines fluiddynamischen Lagers zur Lagerung des Rotors im Gehäuse auszubilden.

Stand der Technik Kompressoren für Wärmepumpenkreisläufe und/oder Kälteanlagenkreisläufe weisen einen Rotor auf, der drehbar mittels Wälz- oder Gleitlager gelagert ist und durch eine Antriebseinheit angetrieben wird. Die Kompressoren sind dabei ausgebildet, ein Fluid von einer Eingangsseite hin zu einer Ausgangsseite mit Druck zu beaufschlagen und somit das Fluid zu verdichten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kompressor bereitzustellen, der eine besonders gute Lagerung aufweist und gleichzeitig besonders kostengünstig herstellbar ist.

Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird mittels der Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein verbesserter Kompressor dadurch bereitgestellt werden kann, dass der Kompressor ein Gehäuse und einen um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor umfasst. Das Gehäuse ist zumindest teilweise umfangsseitig des Rotors angeordnet. Der Rotor weist wenigstens eine Nabe und wenigstens eine an der Nabe radial außenseitig angeordnete Schaufel auf. Die Schaufel ist ausgebildet, einen Hauptfluidstrom zu fördern. Der Rotor weist radial außenseitig an der Schaufel ein radial außenseitig an der Schaufel angeordneten Deckband auf. Das Deckband ist radial beabstandet zu dem Gehäuse angeordnet. Radial außenseitig an dem Deckband ist eine Lagerstruktur vorgesehen, die ausgebildet ist, einen Lagerfluidstrom zwischen dem Deckband und dem Gehäuse zur Ausbildung eines fluiddynamischen Lagers zur Lagerung des Rotors im Gehäuse auszubilden.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine fluiddynamische Lagerung des Rotors in dem Gehäuse bereitgestellt werden kann und somit auf herkömmliche Gleit- und Wälzlager verzichtet werden kann. Dadurch kann eine besonders leise Lagerung des Rotors bereitgestellt werden, die sowohl besonders kostengünstig ist als auch gleichzeitig eine besonders lange Lebensdauer aufweist.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Rotor eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite auf. Die Schaufeln sind ausgebildet, den Hauptfluidstrom von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite zu fördern. Die Lagerstruktur ist ausgebildet, den Fluidstrom von der Ausgangsseite zu der Eingangsseite zu fördern. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass bei einer Druckerhöhung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite im Hauptfluidstrom dieser den Lagerfluidstrom aufhebt und so eine zuverlässige fluiddynamische Lagerung des Ro- tors gewährleistet ist. Ferner kann dadurch eine besonders zuverlässige Lagerung auch bei niedrigen Drehzahlen des Rotors gewährleistet werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Eingangsseite radial innenseitig und die Ausgangsseite radial außenseitig an dem Rotor angeordnet, wobei die La- gerstruktur zumindest teilweise spiralförmig ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein besonders beruhigter Lagerfluidstrom, der sowohl in Umfangsrichtung rotiert als auch in axialer Richtung in Richtung des Eingangs gefördert wird, bereitgestellt werden kann.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Lagerstruktur ein Dichtelement, wobei das Dichtelement zwischen dem Deckband und dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Dichtelement ausgebildet ist, den Lagerfluidstrom in axialer Richtung zu begrenzen. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass der Kompressor einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist und der Lagerfluidstrom nicht das Fördervolumen des Kompressors unnötig reduziert.

Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn das Dichtelement als Labyrinthdichtung ausgebildet ist.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Lagerstruktur fischgrätenartig ausgebil- det und/oder wobei die Lagerstruktur eine Oberflächenrauheit (zum Beispiel nach

EN ISO 25178, früher Rauhigkeit genannt) im Bereich von 1 Rz bis 60 Rz aufweist. Dadurch kann die Lagerstruktur kostengünstig flächig ausgebildet werden.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Lagerstruktur wenigstens eine Aus- nehmung und/oder eine Ausbuchtung auf, die schräg oder quer zur Umfangsrichtung der Nabe angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Umfangsgeschwindigkeit des Lagerfluidstroms erreicht werden. Dadurch kann eine besonders stabile Lagerung des Rotors im Gehäuse gewährleistet werden. In einer weiteren Ausführungsform weist der Rotor eine weitere Nabe auf, wobei an der weiteren Nabe wenigstens eine radial außenseitig angeordnete weitere Schaufel vorgesehen ist. Die weitere Schaufel ist ausgebildet, einen weiteren Hauptfluidstrom zu fördern. Die weitere Nabe ist mit der Nabe über eine Welle gekoppelt. Der Rotor umfasst ein radial außenseitig an der weiteren Schaufel angeordnetes weiteres Deckband. Das weitere Deckband ist radial beabstandet zu dem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse umgreift das weitere Deckband zumindest umfangsseitig teilweise. Radial außenseitig ist an dem weiteren

Deckband eine weitere Lagerstruktur vorgesehen, die ausgebildet ist, einen weiteren Lagerfluidstrom zwischen dem weiteren Deckband und dem Gehäuse be- reitzustellen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Rotor durch die bei- den gegenüberliegend angeordneten Strukturen axial in seiner Position definiert festgelegt wird, ohne dass dafür zusätzliche Lagerstrukturen vorzusehen sind.

Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die weitere Lagerstruktur und die Lagerstruktur achsensymmetrisch zu einer zwischen den beiden Naben angeordneten Symmetrieachse ausgebildet sind. Dadurch kann vermieden werden, dass unterschiedliche axiale Lagerkräfte durch die Lagerstruktur und die weitere Lagerstruktur erzeugt werden, die zu einer ungleichmäßigen Ausrichtung des Rotors im Kompressor führen würden.

In einer weiteren Ausführungsform ist an der Welle zwischen den beiden Naben wenigstens ein Magnet angeordnet, wobei der Magnet drehmomentschlüssig mit der Welle verbunden ist. Radial außenseitig der Welle ist wenigstens ein Spulenkranz zur Bereitstellung eines Wechselmagnetfelds vorgesehen, wobei das Wechselmagnetfeld ausgebildet ist, in Wrkverbindung mit dem Magneten zu treten, um eine Drehbewegung des Rotors zu erzeugen. Dadurch kann der Rotor besonders einfach angetrieben werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht durch einen Kompressor gemäß einer ersten Ausführungsform;

Figur 2 einen Ausschnitt der in der Figur 1 gezeigten Schnittansicht;

Figur 3 eine Schnittansicht durch den in den Figuren 1 bis 2 gezeigten Kompressor entlang einer in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A;

Figur 4 eine schematische Schnittansicht durch einen Kompressor gemäß einer zweiten Ausführungsform; und

Figur 5 eine schematische Schnittansicht durch einen Kompressor gemäß einer dritten Ausführungsform. Figur 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Kompressor 10 gemäß einer ersten Ausführungsform und Figur 2 zeigt einen Ausschnitt der in der Figur 1 gezeigten Schnittansicht. Figur 3 zeigt eine Schnittansicht durch den in den Figuren 1 bis 2 gezeigten Kompressor 10 entlang einer in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A. Der Kompressor 10 umfasst einen Rotor 15 und ein Gehäuse 20. Das Gehäuse

20 umfasst ein erstes Gehäuseteil 25, das in den Figuren 1 und 2 linksseitig angeordnet ist. Ferner umfasst das Gehäuse 20 ein rechtsseitig in Figur 1 angeordnetes zweites Gehäuseteil 30. Der Rotor 15 ist mit einer Antriebseinheit 35 gekoppelt. Der Rotor 15 umfasst eine Welle 40, die mit der Antriebseinheit 35 ver- bunden ist. Die Welle 40 ist dabei drehbar um eine Drehachse 45.

Der Kompressor 10 weist eine Eingangsseite 50 und eine Ausgangsseite 55 auf. Die Eingangsseite 50 ist in der Ausführungsform einkanalig ausgebildet, wobei sich die Eingangseite 50 dann in zwei Zulaufkanäle 51 verzweigt. Somit sind die beiden Zulaufkanäle 51 hinsichtlich ihrer Durchströmung parallel geschaltet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Kompressor 10 mehrere unterschiedliche Eingangsseiten 50 mit entsprechend voneinander getrennten Zulaufkanälen 51 aufweist. So können die Zulaufkanäle 51 hinsichtlich ihrer

Durchströmung beispielsweise auch in Reihe geschaltet sein, wobei die Ausgangsseite 55 eines ersten Rotorabschnitts 1 10 in die Eingangsseite 50 eines zweiten Rotorabschnitts 1 15 mündet. Der Rotor 15 ist ausgebildet, ein Fluid 60 von der Eingangsseite 50 zu der Ausgangsseite 55 zu fördern und dabei einen eingangsseitig vorherrschenden Druck auf einen ausgangsseitig vorherrschenden Druck p₂ zu erhöhen. Das Fluid 60 kann dabei ein Kältemittel, beispielsweise C0₂, R-134a oder R-410A sein. Selbstverständlich sind auch andere Fluide denkbar. Wesentlich ist dabei jedoch, dass das Fluid 60 in seinem gasförmigen Phasenzustand oder seinem flüssigen Phasenzustand vorliegt. Der Kompressor 10 ist als Turboverdichter für einen Kälteanlagenkreislauf und/oder Wärmepumpenkreislauf gedacht. Selbstverständlich ist auch ein anderer Einsatzzweck denkbar. So ist denkbar, den Kompressor 10 in einem Heizkreislauf mit einem Solarkollektor einzusetzen und mittels des Kompressors 10 das im Heizkreislauf vorhandene Fluid zu fördern.

Der Rotor 15 weist linksseitig der Antriebseinheit 35 einen ersten Rotorabschnitt 1 10 und einen rechtsseitig der Antriebseinheit 35 angeordneten zweiten Rotorabschnitt 115 auf. Der erste Rotorabschnitt weist eine erste Nabe 65, erste Schaufeln 70 und ein erstes Deckband 75 auf. Die ersten Schaufeln 70 sind dabei radial außenseitig an der ersten Nabe 65 angeordnet und erstrecken sich von radial innen nach radial außen hin. Die ersten Schaufeln 70 sind dabei in Um- fangsrichtung in gleichmäßigem Abstand zueinander an der ersten Nabe 65 an- geordnet. Radial außenseitig schließt sich an die ersten Schaufeln 70 das erste

Deckband 75 an. Das erste Deckband 75 ist beabstandet radial außenseitig zu dem ersten Gehäuseteil 25 angeordnet. Das erste Gehäuseteil 25 umgreift um- fangsseitig das erste Deckband 75 und ist auf einer dem Deckband 75 zugewandten inneren erste Gehäusefläche 76 korrespondierend zu einer äußeren Umfangsfläche 77 des ersten Deckbands 75 ausgebildet. Durch die

beabstandete Anordnung ist zwischen dem ersten Gehäuseteil 25 und dem ersten Deckband 75 ein erster Spalt 80 mit einer Spaltbreite Si vorgesehen. Das erste Deckband 75 und die erste Nabe 65 begrenzen einen ersten Förderkanal 85. Durch die konusartige Ausgestaltung der ersten Nabe 65 und des ebenso konusartig ausgebildeten ersten Deckbands 75 verläuft der erste Förderkanal 85 in axialer Richtung von der Eingangsseite 50 hin zu der Antriebseinheit 35 radial von innen nach außen hin und weist einen sich nach radial außen hin verjüngenden Querschnitt auf. Die ersten Schaufeln 70 sind dabei ausgebildet, das Fluid 60 radial innenseitig anzusaugen und in axialer Richtung in Richtung der Ausgangsseite 55 bzw. der Antriebseinheit 35 im Betrieb zu fördern. Um den Druck weiter zu erhöhen, ist der Rotor 15 als Radialverdichter ausgebildet und fördert das Fluid 60 radial von innen nach außen hin, wobei der Druck p von der Eingangsseite 50 hin zu der Ausgangsseite 55 ansteigt. Um eine Unwucht des Rotors 15 zu vermeiden, sind auch die erste Nabe 65 und das erste Deckband 75 rotationssymmetrisch zu der Drehachse 45 ausgebildet. Die ersten Schaufeln 70 sind ferner in gleichmäßigem Abstand in Umfangsrichtung an der ersten Nabe 65 angeordnet. Der Rotor 15 weist eine zweite Nabe 90, zweite Schaufeln 95 und ein zweites

Deckband 100 auf. Die zweite Nabe 90 ist dabei rechtsseitig gegenüberliegend zu der linksseitigen Nabe 65 angeordnet. Radial außenseitig sind an der zweiten Nabe 90 die zweiten Schaufeln 95 vorgesehen. Radial außenseitig an dem der zweiten Nabe 90 gegenüberliegenden Ende der Schaufeln 95 ist das zweite Deckband 100 mit den zweiten Schaufeln 95 verbunden. Das zweite Deckband

100 ist über einen zweiten Spalt 105 beabstandet zu dem zweiten Gehäuseteil 30 mit einer Spaltbreite s₂ angeordnet. Eine innere zweite Gehäusefläche 108, die einer äußeren Umfangsfläche 107 des zweiten Deckbands 100 zugewandt ist, ist korrespondierend zu der äußeren Umfangsfläche 107 des zweiten Deckbands 100 ausgebildet. Die zweite Nabe 90 ist ebenso wie das zweite Deckband 100 konusartig ausgebildet. Das zweite Deckband 100 und die zweite Nabe 90 begrenzen einen zweiten Förderkanal 106. Der zweite Förderkanal 106 ist in axialer Richtung von der Eingangsseite 50 hin zu der Antriebseinheit 35 radial von innen nach radial außen geführt. Auch der zweite Förderkanal 106 ist von der Eingangsseite 50 hin zu der Ausgangsseite 55 verjüngend ausgebildet. Selbst- verständlich ist auch denkbar, dass die Förderkanäle 85, 106 auch einen konstanten oder verbreiternden Querschnitt aufweisen. Um eine Unwucht des Rotors 15 zu vermeiden, sind auch die zweite Nabe 90 und das zweite Deckband 100 rotationssymmetrisch zu der Drehachse 45 ausgebildet. Die zweiten Schaufeln 95 sind ferner in gleichmäßigem Abstand in Umfangsrichtung an der zweiten Na- be 90 angeordnet. Die zweiten Schaufeln 95 dienen ebenso wie die ersten

Schaufeln 70 dazu, das Fluid 60 von der Eingangsseite 50 hin zu der Ausgangsseite 55 durch den zweiten Förderkanal 106 zu fördern und dabei das Fluid 60 mit Druck p zu beaufschlagen. In der Ausführungsform ist der linksseitig von der Antriebseinheit 35 angeordnete

Rotorabschnitt 1 10 achsensymmetrisch zu dem rechtsseitig der Antriebseinheit angeordneten zweiten Rotorabschnitt 115 zu einer zwischen den beiden Rotorabschnitten 110, 1 15 angeordneten Symmetrieachse 120 ausgebildet. Jeweils ein Rotorabschnitt 1 10, 1 15 ist mit einem zugeordneten Zulaufkanal 51 der Ein- gangsseite 50 verbunden.

Selbstverständlich ist auch eine asymmetrische Ausgestaltung des Rotors 15 denkbar. Weist der Kompressor 10 mehrere Eingangsseiten 50 auf, so kann beispielsweise jedem Rotorabschnitt 110, 1 15 jeweils eine Eingangsseite 50 zuge- wiesen sein. Durch eine asymmetrische Ausgestaltung des Rotors 15 kann der

Rotor 15 auf die unterschiedlichen Eingangsseiten 50 angepasst werden.

Die Antriebseinheit 35 weist wenigstens einen Magneten 125 auf, der zwischen den beiden Rotorabschnitten 110, 115 angeordnet ist und mit der Welle 40 drehmomentschlüssig verbunden ist. Ferner umfasst die Antriebseinheit 35 einen

Spulenkranz 130 mit mehreren Spulen 155, der umfangsseitig die Welle 40 im Bereich der Magnete 125 umgreift. Der Spulenkranz 130 ist über eine Verbindung 135 mit einem Steuergerät 140 verbunden. Das Steuergerät 140 ist über eine weitere Verbindung 145 mit einer Energiequelle 150 verbunden. Das Steuergerät 140 ist ausgebildet, die im Spulenkranz 130 angeordneten Spulen 155 derart zu bestromen, dass ein Wechselmagnetfeld durch den Spulenkranz 130 bereitgestellt wird, das in Wirkverbindung mit den Magneten 125 tritt und eine Rotation der Welle 40 bewirkt, um den Rotor 15 in eine Drehbewegung zu versetzen.

Rotiert der Rotor 15 um die Drehachse 45, so wird durch die ersten Schaufeln 70 ein erster Hauptfluidstrom 160 von der Eingangsseite 50 zu der Ausgangsseite 55 über den ersten Förderkanal 85 gefördert. Der erste Hauptfluidstrom 160 wird durch die Ausgestaltung der ersten Schaufeln 70 radial von innen nach außen geführt und dabei mit Druck p₂ beaufschlagt. Der Druck p₂ an der Ausgangsseite 55 ist somit höher als an der Eingangsseite 50.

Im zweiten Rotorabschnitt 1 15 erfolgt die Förderung analog zum ersten Rotorabschnitt 1 10. Im zweiten Rotorabschnitt 1 15 wird mittels der zweiten Schaufeln 95 ein zweiter Hauptfluidstrom 161 in axialer Richtung der Antriebseinheit 35 und radial von innen nach außen gefördert und mit dem Druck beaufschlagt.

Aufgrund der Druckdifferenz zwischen der Ausgangsseite 55 und der Eingangsseite 50 strömt das in der Ausgangsseite 55 verdichtete Fluid 60 in den ersten bzw. zweiten Spalt 80, 105 als erster bzw. zweiter Lagerfluidstrom 165, 166 zwi- sehen den Deckbänder 75, 100 und den Gehäuseteilen 25, 30 ein. Die Spaltbreite Si , s₂ ist dabei derart gewählt, dass zwischen dem Gehäuseteil 25, 30 und dem Deckband 75, 100 der Lagerfluidstrom 165, 166 geringer ist als der Hauptfluidstrom 160, 161. Die Strömungsrichtung des Lagerfluidstroms 165, 166 ist von der Ausgangsseite 55 in Richtung der Eingangsseite 50.

Umfangsseitig ist an dem Deckband 75, 100 auf einer zum Gehäuseteil 25, 30 zugewandten äußeren Umfangsfläche eine Lagerstruktur 170, 175 vorgesehen. Die Lagerstruktur 170, 175 beschleunigt den in den Spalt 80, 105 einströmenden Lagerfluidstrom 165, 166 in Rotationsrichtung des Rotors 15. Dabei bildet sich ein Fluidfilm 176 zwischen dem Gehäuseteil 25, 30 und dem Deckband 75, 100 aus. Die Lagerstruktur 170, 175 kann dabei unterschiedlich ausgebildet sein, um den Lagerfluidstrom 165, 166 in Umfangsrichtung zu beschleunigen. So kann die Lagerstruktur 170, 175 als Oberflächenrauheit ausgebildet sein. In den Figuren 1 bis 3 wird die Beschleunigung mittels der Oberflächenrauheit des Deckbands 75, 100 erzeugt. Je nach Drehzahl genügt dabei eine Oberflächenrauheit im Bereich von 1 Rz bis 60 Rz. Alternativ ist auch denkbar, dass die Lagerstruktur 170, 175 Ausbuchtungen (vgl. Figur 5) und/oder Ausnehmungen (vgl. Figur 4) aufweist, die ausgebildet sind, den Lagerfluidstrom 165, 166 in Umfangsrichtung zu fördern. Somit weist der Lagerfluidstrom 165, 166 sowohl eine Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung auf, wobei die Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung überwiegt.

Wird der Lagerfluidstrom 165 in Umfangsrichtung auf eine vordefinierte Geschwindigkeit durch Rotation des Rotors 15 gebracht, baut sich am ersten/zweiten Deckband 75, 100 ein Druckpolster 185 des Fluidfilms 176 bzw. des Lagerfluidstroms 165, 166 mit einer Lagerkraft P₂ auf. Die gekrümmte Ausgestaltung des Deckbands 75, 100 und des Gehäuses 20 hat zur Folge, dass die Lagerkraft P₂ schräg zu einzelnen Achsen eines Koordinatensystems 190 verläuft. Das Koordinatensystem 190 ist beispielhaft als rechtwinkliges Koordinatensystem ausgebildet und soll zur erleichterten Richtungsbezeichnung der Kräfte dienen. Somit weist die Lagerkraft P^ P₂ eine in axialer Richtung x verlaufende Lagerkraft Ρχ_ΐ, Ρχ2 und eine senkrecht zur Drehachse 45 und zur x-Achse verlaufende Lagerkraft P_yi , Py2 auf. Die Lagerkräfte P_yi, P_y2 in y-Richtung sind dabei entgegen einer Gewichtskraft F des Rotors 15 ausgerichtet. Sind die Lagerkräfte P_yi, Py2 in y-Richtung bzw. das Druckpolster 185 stark genug, hebt der Rotor 15 ab und wird ausschließlich über das Druckpolster 185 getragen. Somit bildet der Lagerfluidstrom 165, 166 ein fluiddynamisches Fluidlager 180 zwischen dem ersten Deckband 75 und dem ersten Gehäuseteil 25 sowie dem zweiten Deckband 100 und dem zweiten Gehäuseteil 30 aus, durch das der Rotor 15 berührungslos in dem Gehäuse 20 gelagert werden kann. Dies erfolgt insbesondere dann, wenn die Spaltbreite Si , s₂ des Spalts 80, 105 an jeder Stelle des Spalts 80, 105 im Bereich von 1 bis 30 μηι, vorzugsweise zwischen 1 bis 20 μηι im Betrieb des Kompressors 10 liegt.

Durch das Gewicht des Rotors 15 oder auch durch andere Einflüsse ist die Drehachse 45 zum Beispiel in Richtung der Gewichtskraft F versetzt zu einer Gehäuseachse 195 angeordnet. Die Gehäuseachse 195 verläuft dabei auf der x- Achse des Koordinatensystems 190. Durch den Versatz des Rotors 15 ist die Spaltbreite Si , s₂ in Umfangsrichtung auch im Betrieb des Kompressors 10 unterschiedlich, wobei unterseitig die Spaltbreite Si , s₂ geringer ist als oberseitig des Rotors 15.

5

Während des Anlaufens bzw. des Beschleunigens des Rotors 15 auf Betriebsdrehzahl, also wenn die Lagerkräfte Pyi , Py2 in y-Richtung zusammen kleiner als die Gewichtskraft F sind, liegt die Lagerstruktur 170, 175 unterseitig am Gehäuseteil 25, 30 an. Während des Anlaufens bildet die Lagerstruktur 170, 175 l o zusammen mit den Gehäuseteilen 25, 30 jeweils ein Gleitlager aus, um den Rotor 15 im Gehäuse 20 zu lagern.

Aufgrund der symmetrischen Ausgestaltung der Deckbänder 75, 100, und der zugeordneten Gehäuseteile 25, 30 sowie aufgrund der sich einstellenden Spalt- 15 breiten Si und s₂ heben sich die axialen Lagerkräfte Ρχ_ΐ , Ρχ2 der beiden Rotorabschnitte 1 10, 1 15 auf, da sie in entgegensetzter Richtung aufgrund des von der Symmetrieachse 120 beidseitig wegströmenden Lagerfluidstroms 165, 166 gerichtet sind. Dadurch ist keine weitere axiale Fixierung des Rotors 15 in dem Gehäuse 20 notwendig.

20

Nach Durchströmen des Spalts 80, 105 wird der Lagerfluidstrom 165, 166 wieder eingangsseitig des Rotors 15 angesaugt und zusammen mit dem Hauptfluid- strom 160, 161 abermals verdichtet.

25 Aufgrund der bürstenlosen Ausgestaltung der Antriebseinheit 35 und der

beabstandeten Anordnung des Spulenkranzes 130 von der Welle 40 kann mittels des Lagerfluidstroms 165 der Rotor 15 zuverlässig in dem Gehäuse 20 gelagert und gleichzeitig ein Versatz der Drehachse 45 des Rotors 15 zu einer Gehäuseachse 195, die parallel zu der Drehachse 45 verläuft, ausgeglichen

30 werden.

Durch das Fluidlager 180 kann auf weitere Gleit- bzw. Wälzlager zur Lagerung des Rotors 15 verzichtet werden, so dass der Kompressor 10 besonders kostengünstig ausgebildet ist. Ferner kann eine besonders einfache Lagerung, insbe- 35 sondere bei einem besonders schnell drehenden Rotor 15 bereitgestellt werden.

Aufgrund des Verzichts von Gleit- bzw. Wälzlagern ist der Kompressor 10 insge- samt kleiner ausgeführt, so dass der Kompressor 10 einen kompakteren Bauraumbedarf aufweist.

Durch die Bereitstellung von zwei Rotorabschnitten 110, 115 symmetrisch zur Symmetrieachse 120 kann vollständig auf weitere Lagersysteme verzichtet werden. Ferner weist diese Ausgestaltung eine besonders hohe Förderleistung auf.

Figur 4 zeigt eine schematische Schnittansicht durch einen Kompressor 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dabei ist oberhalb der Drehachse 45 der Rotor 15 geschnitten und unterhalb der Drehachse 45 in Draufsicht dargestellt. Der Kompressor 200 ist im Wesentlichen identisch zu dem in Figur 1 gezeigten Kompressor 10 ausgebildet. Abweichend dazu weist die Lagerstruktur 175 zusätzlich fischgrätenartig angeordnete Ausnehmungen 205 auf, die umfangsseitig in gleichmäßigem Abstand an dem Deckband 75, 100 angeordnet sind. Es wird darauf hingewiesen, dass in Figur 4 der Rotor 15 achsensymmetrisch zur Symmetrieachse 120 ausgebildet ist, und die Ausnehmungen 205 auch auf dem rechtsseitig angeordneten zweiten Rotorabschnitt 115 (nicht dargestellt) vorgesehen sind. Ferner können die Ausnehmungen 205 selbstverständlich auch als Ausbuchtungen ausgeführt sein, die sich in Richtung des Gehäuseteils 25 radial nach außen hin erstrecken.

Die Lagerstruktur 175 ist in der Ausführungsform einreihig an dem Deckband 75, 100 angeordnet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass mehrere Reihen von der Lagerstruktur 175 in fischgrätenartig angeordneten Ausnehmungen 205 bzw. Ausbuchtungen umfangsseitig auf der zum Gehäuseteil 25, 30 zugewandten äußeren Umfangsfläche des Deckbands 75, 100 vorgesehen sind. Die Ausnehmungen 205 weisen einen ersten Ausnehmungsabschnitt 206 und einen zweiten Ausnehmungsabschnitt 207 auf. Die Ausnehmungsabschnitte 206, 207 schließen einen Öffnungswinkel α ein. Der Öffnungswinkel ist kleiner als 180°. Die Ausnehmungsabschnitte 206, 207 sind derart angeordnet, dass die Ausnehmungen 205 zur Drehrichtung des Rotors 15 hin geöffnet sind. Dadurch kann eine besonders hohe Umfangsgeschwindigkeit in dem Lagerfluidstrom 165 induziert werden, so dass besonders im Bereich der Ausnehmungen 205 ein besonders stabiles Druckpolster durch den Lagerfluidstrom 165 ausgebildet werden kann, das den Rotor 15 besonders gut lagert. Figur 5 zeigt eine Schnittansicht durch einen Kompressor 300 gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei der Rotor 15 in Draufsicht gezeigt ist. Der Kompressor 300 ist im Wesentlichen identisch zu den in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Kompressoren 10, 200 ausgebildet. Abweichend dazu weist die Lagerstruktur 175 Ausbuchtungen 305 auf, die spiralförmig umfangsseitig an dem Deckband

75 angeordnet sind. Die Ausbuchtungen 305 sind dabei schaufelartig ausgebildet. Alternativ können die Ausbuchtungen 305 in Umfangsrichtung zur Ausbildung einer Schraube verbunden sein. Dadurch kann bei einer Rotation gegen den Uhrzeigersinn der Lagerfluidstrom 165 besonders gut in Richtung eines radi- al innenseitig eingangsseitig angeordneten Dichtelements 310 der Lagerstruktur

170, 175 gefördert werden. Das Dichtelement 310 ist in der Ausführungsform als Labyrinthdichtung ausgebildet, wodurch ein Reibkontakt zwischen dem Rotor 15 und dem Gehäuse 20 vermieden werden kann. Dadurch kann ein besonders hoher Wirkungsgrad des Kompressors 300 sichergestellt werden. Ferner hat das Dichtelement 310 den Vorteil, dass der Lagerfluidstrom 165 sowohl von der Ausgangsseite 55 zu der Eingangsseite 50 gefördert werden kann und gleichzeitig durch die spiralförmige Ausgestaltung der Ausbuchungen 305 in Umfangsrichtung beschleunigt werden kann. Gleichzeitig staut sich der Lagerfluidstrom 165 vor dem Dichtelement 310 auf, so dass ein Druck p_s innerhalb des ersten Spalts 80 besonders hoch gehalten werden kann. Dadurch kann bereits eine stabile Lagerung auch bei niedrigen Drehzahlen des Rotors 15 gewährleistet werden.

In der Ausführungsform ist der erste/zweite Spalt 80, 105 sich von der Ausgangsseite 55 hin zur Eingangsseite 50 verjüngend ausgebildet. Selbstverständ- lieh ist auch denkbar, dass der Spalt 80, 105 eine konstante Spaltbreite Si , s₂ über den Spalt 80, 105 hinweg aufweist.

Es wird darauf hingewiesen, dass das Dichtelement 310 anstatt eingangsseitig auch an einer anderen Position umfangsseitig an dem Gehäuseteil 25, 30 bzw. dem Rotor 15 angeordnet werden kann. Selbstverständlich ist auch denkbar, das

Dichtelement an einer in Figur 1 oder 2 gezeigten Ausgestaltung des Rotors 15 vorzusehen. Auch ist denkbar, dass auf das Dichtelement 310 verzichtet wird.

Die Lagerstruktur 175 ist in den Figuren 1 bis 4 beispielhaft ausgebildet. Selbst- verständlich ist auch denkbar, dass anders ausgebildete Lagerstrukturen vorgesehen sind, wesentlich dabei ist jedoch, dass ein Lagerfluidstrom 165 durch die Lagerstruktur 175 hervorgehoben wird, der eine fluiddynamische Lagerstelle zwischen dem Rotor 15 und dem Gehäuse 20 bereitstellt, um auf Gleit- oder Wälzlager zur Lagerung des Rotors 15 verzichten zu können. Die Antriebseinheit 35 ist in der Ausführungsform beispielhaft. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die Antriebseinheit 35 andersartig ausgebildet ist. Die in den Figuren 1 bis 5 gezeigte Antriebseinheit 35 hat jedoch den Vorteil, dass durch die berührungslose Ausgestaltung der Antriebseinheit 35 zwischen der Welle 40 und dem Spulenkranz 130 die Welle 40 in radialer Richtung um die Spaltbreite Si , s₂ versetzbar ist, so dass je nach Belastung des Rotors 15 der La- gerfluidstrom 165 den Rotor 15 unabhängig von der Ausrichtung des Kompressors 10, 200, 300 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung lagern kann.

Claims

Ansprüche

Kompressor (10; 200; 300; 400) für einen Wärmepumpenkreislauf und/oder Kälteanlagenkreislauf, aufweisend ein Gehäuse (20) und einen um eine Drehachse (45) drehbar gelagerten Rotor (15),

- wobei das Gehäuse (20) zumindest teilweise umfangsseitig des Rotors (15) angeordnet ist,

- wobei der Rotor (15) wenigstens eine Nabe (65, 90) und wenigstens eine an der Nabe (65, 90) radial außenseitig angeordnete Schaufel (70, 95) umfasst,

- wobei die Schaufel (70, 95) ausgebildet ist, einen Hauptfluidstrom (160, 161) zu fördern,

- wobei der Rotor (15) ein radial außenseitig an der Schaufel (70, 95) angeordnetes Deckband (75, 100) umfasst,

- wobei das Deckband (75, 100) radial beabstandet zu dem Gehäuse (20) angeordnet ist,

- wobei radial außenseitig an dem Deckband (75, 100) eine Lagerstruktur (170, 175) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, einen Lagerfluidstrom (165, 166) zwischen dem Deckband (75, 100) und dem Gehäuse (20) zur Ausbildung eines fluiddynamisches Lagers (180) zur Lagerung des Rotors (15) im Gehäuse (20) auszubilden.

2. Kompressor (10; 200; 300; 400) nach Anspruch 1 , wobei der Rotor (15) eine Eingangsseite (50) und eine Ausgangsseite (55) umfasst, wobei die Schaufel (70, 95) ausgebildet ist, den Hauptfluidstrom (160, 161) von der Eingangsseite (50) zu der Ausgangsseite (55) zu fördern, wobei die Lagerstruktur (170, 175) ausgebildet ist, den Lagerfluidstrom (165, 166) von der Ausgangsseite (55) zu der Eingangsseite (50) zu fördern.

3. Kompressor (10; 200; 300; 400) nach Anspruch 2, wobei die Eingangsseite

(50) radial innenseitig und die Ausgangsseite (55) radial außenseitig an dem Rotor (15) angeordnet ist, wobei die Lagerstruktur (170, 175) zumindest teilweise spiralförmig ausgebildet ist.

4. Kompressor (10; 200; 300; 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lagerstruktur (170, 175) ein Dichtelement (310) umfasst, wobei das Dichtelement (310) zwischen dem Deckband (75, 100) und dem Gehäuse (20) angeordnet ist, wobei das Dichtelement (310) ausgebildet ist, den La- gerfluidstrom (165, 166) in axialer Richtung zu begrenzen.

Kompressor (10; 200; 300; 400) nach Anspruch 4, wobei das Dichtelement (310) als Labyrinthdichtung ausgebildet ist.

Kompressor (10; 200; 300; 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Lagerstruktur (170, 175) fischgrätenartig ausgebildet ist, und/oder wobei die Lagerstruktur (170, 175) eine Oberflächenrauheit im Bereich von 1 Rz bis 60 Rz aufweist.

Kompressor (10; 200; 300; 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lagerstruktur (170, 175) wenigstens eine Ausnehmung (205) und/oder eine Ausbuchtung (305) aufweist, die schräg oder quer zu Umfangsrichtung der Nabe (65, 90) angeordnet ist.

Kompressor (10; 200; 300; 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Rotor (15) eine weitere Nabe (90) umfasst, wobei an der weiteren Nabe (90) wenigstens eine radial außenseitig angeordnete weitere Schaufel (95) vorgesehen ist,

- wobei die weitere Schaufel (95) ausgebildet ist, einen weiteren Haupt- fluidstrom (161) zu fördern,

- wobei die weitere Nabe (90) mit der Nabe (65) über eine Welle (40) gekoppelt ist,

- wobei der Rotor (15) ein radial außenseitig an der weiteren Schaufel (95) angeordneten weiteren Deckband (100) umfasst,

- wobei das weitere Deckband (100) radial beabstandet zu dem Gehäuse (20) angeordnet ist,

- wobei das Gehäuse (20) das weitere Deckband (100) zumindest teilweise umfangsseitig umgreift,

- wobei radial außenseitig an dem weiteren Deckband (75, 100) eine weitere Lagerstruktur (175) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, einen weiteren Lagerfluidstrom (166) zwischen dem weiteren Deckband (75, 100) und dem Gehäuse (20) bereitzustellen. Kompressor (10; 200; 300; 400) nach Anspruch 8, wobei die weitere Lagerstruktur (175) und die Lagerstruktur (170) achsensymmetrisch zu einer zwischen den beiden Naben (65, 90) angeordneten Symmetrieachse (120) ausgebildet sind.

Kompressor (10; 200; 300; 400) nach Anspruch 8 oder 9, wobei an der Welle (40) zwischen den beiden Naben (65, 90) wenigstens ein Magnet (125) angeordnet ist, wobei der Magnet (125) drehmomentschlüssig mit der Welle (40) verbunden ist, wobei radial außenseitig der Welle (40) wenigstens ein Spulenkranz (130) zur Bereitstellung eines Wechselmagnetfeldes vorgesehen ist, wobei das Wechselmagnetfeld ausgebildet ist, in Wirkverbindung mit dem Magneten (125) zu treten, um eine Drehbewegung des Rotors (15) hervorzurufen.