WO2020177817A1 - Verfahren zum betreiben eines scrollverdichters, vorrichtung und klimaanlage - Google Patents

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Vitesco Technologies GmbH
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    • F04C23/008—Hermetic pumps

Definitions

  • a method is specified for operating a scroll compressor for an air conditioning system, in particular for an air conditioning system for a motor vehicle.
  • a device is specified which is designed to carry out such a method.
  • an air conditioning system with a scroll compressor is specified, in particular an air conditioning system for a motor vehicle.
  • An air conditioning system has a compressor, also called a compressor.
  • the compressor compresses an air conditioning agent for a refrigeration machine.
  • a method for operating a scroll compressor for an air conditioning system is specified, as well as a device which is designed to carry out the method.
  • the scroll compressor is designed in particular to be used in a motor vehicle.
  • the scroll compressor has a fixed scroll and a scroll that is movable relative thereto.
  • the movable scroll is arranged in a housing space.
  • a target mass flow rate for the scroll compressor is specified. If the target mass flow rate is specified smaller than a maximum
  • the scroll compressor's flow rate is a pressure on one of the
  • target mass flow rate should be smaller or set smaller than a maximum mass flow rate of the
  • the scroll compressor has the maximum flow rate when the leakage between the movable scroll and the fixed scroll is as low as possible. Then the loss is as small as possible and the
  • the delivery mass flow at one outlet of the scroll compressor is maximum. If the maximum flow rate is not required during operation, i.e. if the target flow rate is lower than the maximum flow rate, it is possible to consciously increase the leakage between the movable scroll and the fixed scroll by reducing the pressure in the housing space. For example, the pressure is reduced by 0.5 to 5 bar. The value of the reduction is particularly dependent on the refrigerant used, the prevailing process pressures and / or the design of the scroll compressor.
  • the movable scroll is pressed axially against the fixed scroll in order to seal the two scrolls against one another when normal operation is desired.
  • the pressure for pressing must be high enough that the movable spiral does not lift off undesirably during normal operation.
  • the pressure should also not be too high, as this leads to increased friction and increased wear.
  • the side facing away from the movable spiral leads to a reduction in a contact pressure of the movable spiral against the fixed spiral.
  • the movable spiral lifts off from the fixed spiral.
  • the pressure on the fixed spiral remote side of the movable spiral is no longer large enough to press the movable spiral against the fixed spiral. Lifting off creates the leak.
  • the flow rate of the scroll compressor decreases.
  • the pressure on the outlet side of the scroll compressor decreases.
  • the deliberate reduction of the pressure and the associated leakage enables simple and precise capacity control of the scroll compressor.
  • the mass flow conveyed over a period of time can be independent of a
  • the mass flow rate can thus be set independently of a speed of the movable scroll.
  • the scroll compressor has a pressure valve.
  • the pressure valve is coupled on the input side to the housing space in order to control the pressure on the side of the movable scroll in the housing space facing away from the fixed scroll.
  • the pressure can be reduced by means of the pressure valve.
  • the pressure is reduced by opening the pressure valve in order to enable the movable scroll to be lifted off the fixed scroll.
  • the pressure in the housing space can be adjusted by means of the pressure valve.
  • the conveyed mass flow of the scroll compressor starting from the reduced conveyed mass flow increase.
  • the pressure on the side of the movable scroll facing away from the fixed scroll in the housing space is increased. This moves the movable scroll in the direction of the fixed scroll. This reduces the leakage between the movable scroll and the fixed scroll. This increases the mass flow rate. So if there is a demand again after an idling, it is easy to realize the flow rate.
  • the pressure valve is closed.
  • the pressure is increased by 0.5 to 5 bar.
  • the value of the increase is particularly dependent on the refrigerant used, the prevailing process pressures and / or the design of the scroll compressor.
  • the side of the movable scroll facing away from the fixed scroll in the housing space is, for example, equipped with a high pressure outlet of the
  • the scroll compressor has a valve.
  • the inlet side of the valve is coupled to a high pressure outlet of the scroll compressor.
  • the valve is coupled to the housing space, in particular to the side of the valve facing away from the fixed spiral
  • valve By means of the valve it is possible to reduce the pressure on the side of the movable scroll facing away from the fixed scroll in the
  • Control housing space When the valve is open, the pressure is increased. In particular, the pressure valve is closed for this purpose.
  • the scroll compressor has a throttle as an alternative or in addition to the valve.
  • the throttle is between that
  • the throttle is formed, for example, in the movable scroll and / or a housing of the scroll compressor.
  • Several throttles and the valve can also be provided together. Alternatively, it is possible to approach the valve do without and only provide one or more throttles.
  • By means of the throttle it is possible to achieve pressure compensation between a high-pressure outlet of the scroll compressor and the housing space. This makes it possible to increase the pressure in the housing space, in particular when the pressure valve is closed.
  • the method steps are repeated as a function of the predefined target mass flow rate
  • the air conditioning system is designed as an air conditioning system for a motor vehicle.
  • the steps of the method are carried out repeatedly as a function of at least one predetermined one
  • the operating state of the motor vehicle includes, for example, an outside temperature, an inside temperature, a pressure of the refrigerant and / or other parameters that are relevant for the operation of the air conditioning system in the motor vehicle.
  • an air conditioning system has a scroll compressor described here according to at least one embodiment.
  • the air conditioning system is designed in particular for operation in a motor vehicle.
  • the air conditioning system is, for example, the air conditioning system of a motor vehicle.
  • Air conditioning system has a device described here in accordance with at least one embodiment.
  • the device is signal-coupled to the scroll compressor for controlling the operation of the scroll compressor.
  • the device is coupled to the pressure valve for signaling purposes in order to control the pressure valve for setting the pressure in the housing space.
  • the device is coupled to the valve for signaling purposes in order to control the valve for adjusting the pressure in the housing space.
  • the device controls both the pressure valve and the valve in order to reduce or increase the pressure in the housing space as desired.
  • the figure shows a schematic representation of part of an air conditioning system according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of part of an air conditioning system 100 according to an exemplary embodiment.
  • the air conditioning system 100 is in particular the air conditioning system of a motor vehicle or for use in one
  • the air conditioning system 100 has a scroll compressor 110.
  • the scroll compressor 110 is shown partially schematically in the figure.
  • the air conditioning system 100 has a device 200.
  • the device 200 is, for example, an electronic control unit (ECU).
  • the device 200 is, for example, a control unit of the
  • the device 200 has, for example, one or more processors, memories and / or further electronic components.
  • the scroll compressor 110 has a drive motor 106.
  • the drive motor 106 is an electric motor.
  • the scroll compressor 110 is indirectly coupled to the drive motor.
  • the drive motor 106 is an electric motor.
  • the scroll compressor 110 is indirectly coupled to the drive motor.
  • Drive motor the internal combustion engine of the motor vehicle.
  • the drive motor is the starter motor of the motor vehicle.
  • the coupling with the scroll compressor then takes place, for example, via a belt or the like.
  • the drive motor 106 is coupled to a movable scroll 102 of the scroll compressor 110.
  • the movable scroll 102 is also referred to as an orbiting scroll or orbiting scroll.
  • the drive motor 106 is configured to rotate the movable scroll 102 eccentrically.
  • the movable scroll 102 is pressed against a fixed scroll 101.
  • the movable scroll 102 is rotated relative to the fixed scroll 101.
  • the fixed scroll 101 and the movable scroll 102 are axially pressed against each other in order to realize a conveyed mass flow of a refrigerant. Due to the rotational movement of the movable scroll 102 relative to the fixed scroll 101, a refrigerant is compressed during operation.
  • Scroll compressor 1 10 thus functions as a compressor for air conditioning system 100.
  • the movable scroll 102 is arranged in a housing space 104 of a housing 103 of the scroll compressor 110.
  • the housing 103 surrounds the housing space 104.
  • the scroll compressor 110 has a pressure valve 107.
  • the pressure valve 107 is in particular a so-called pressure regulating valve or a pressure control valve.
  • the pressure valve 107 is, for example, connected to the device 200 for signaling purposes.
  • the pressure valve 107 is provided to a pressure in the
  • housing space 104 on a side 105 of the movable spiral 102 facing away from the fixed spiral 101, in particular to be able to reduce it.
  • the pressure valve 107 is connected, for example, on the inlet side to the housing space 101, in particular to the housing space 104 on the opposite side 105.
  • An output of the pressure valve 107 is for example with a
  • the pressure on the opposite side 105 can thus be set by opening and closing the pressure valve 107. By opening the pressure valve 107, in particular the pressure on the opposite side 105 can be reduced.
  • the housing space 104 is connected to a high pressure outlet 109 of the scroll compressor 110. This connection is implemented, for example, via one or more throttles 1 1 1. Alternatively or additionally, the connection is implemented by means of a valve 112.
  • the throttle 11 is formed, for example, in the movable scroll 102. Alternatively or in addition, the throttle is formed in the housing 103.
  • the valve 112 is, for example, a pressure control valve or a
  • High-pressure outlet 109 enables the pressure in the housing space 104 to be increased, in particular when the pressure valve 107 is closed.
  • the pressure valve 107 is closed and the valve 112 is opened.
  • the pressure valve 107 is opened and the valve 112 is closed.
  • a throttle 1 1 1 is provided, a
  • the pressure on the opposite side 105 in the housing space 104 is decisive for a distance 108 axially between the fixed spiral 101 and the movable spiral 102.
  • the distance 108 must be as small as possible or 0 in order to avoid undesired leakage .
  • the pressure in the housing space 104 on the opposite side 105 is selected in particular to be so large that the movable spiral 102 is pressed axially sufficiently firmly against the stationary spiral 101.
  • the pressure in the housing space 104 on the opposite side 105 is reduced.
  • the movable scroll 102 moves axially away from the fixed scroll 101 and the distance 101 increases. The desired leakage is thus achieved and the flow rate is reduced.
  • this enlarged distance 108 and the associated leakage are maintained for a predetermined leakage period.
  • the leakage period is particularly dependent on a predetermined one Target flow rate specified.
  • the intended leakage is maintained depending on which conveying mass flow is actually required.
  • the scroll compressor 110 thus has a simple power control or
  • the two spirals 101 and 102 can be moved axially away from one another. Due to the deliberately set leakage, compression is suspended. This takes place, for example, at defined time intervals.
  • Realized power control This takes place in particular without additional, extra complex actuators in order to move the two spirals 101, 102 away from one another or to move them towards one another.
  • the moving apart and moving towards one another of the two spirals 101, 102 is implemented by varying the pressure on the opposite side 105 of the movable spiral 102. If the compressive forces on the opposite side 105 are greater than on a side 114 of the movable scroll 102 facing the fixed scroll 101, the movable scroll 102 is pressed axially against the fixed scroll 101.
  • the scroll compressor 1 10 compresses.
  • the pressure on the opposite side 105 is lowered, for example, by means of the pressure valve 107, which can reduce the pressure on the opposite side 105, in the medium from there into the suction area 113 of the
  • Scroll compressor 1 10 is controlled.
  • the scroll compressor 110 If, starting from this situation, the scroll compressor 110 is to convey medium again, the pressure on the opposite side 105 of the movable spiral 102 is increased again. Thus, the scroll compressor 110 begins to deliver again.
  • the minimal pressure build-up that still results when the spirals 101, 102 are moved apart with the large spacing 108, is passed from the high pressure outlet 109 to the opposite side 105 of the movable spiral 102. This effect is self-reinforcing, so that the distance 108 decreases and closes again. This routing takes place, for example, through the throttle 1 1 1.
  • the pressure on the opposite side 105 is increased in that the medium is guided from a high pressure area downstream of the outlet 109 by means of the valve 112 to the opposite side 105.
  • Time intervals especially short time intervals, repeated in the seconds range, results in a flexible control of the average power of the
  • the method thus enables a power control or a
  • Power control of the scroll compressor 110 by moving the two spirals 101, 102 apart and together.
  • the power control or power control enables in particular an actuator system for the axial movement of one or both spirals 101, 102 to be dispensed with.
  • the power control or power control takes place only by controlling the pressure of the facing away side 105.
  • the scroll compressor 110 thus enables a power regulation or power control without additional components in the scroll compressor 110. A simple and reliable operation of the scroll compressor 110 is thus possible, in particular with a variable average power of the scroll compressor 110.

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Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Scrollverdichters (110) für eine Klimaanlage (100), wobei der Scrollverdichter (110) aufweist eine feststehende Spirale (101) und eine relativ dazu bewegliche Spirale (102), die in einem Gehäuseraum (104) angeordnet ist, umfasst die Schritte: - Vorgeben eines Soll-Fördermassenstroms für den Scrollverdichter (110), und, wenn der Soll-Fördermassestrom kleiner vorgegeben ist als ein maximaler Fördermassenstrom des Scrollverdichters(110): - Reduzieren eines Drucks auf einer der feststehenden Spirale (101) abgewandten Seite (105) der beweglichen Spirale (102) in dem Gehäuseraum (104), und dadurch - Abheben der beweglichen Spirale (102) von der feststehenden Spirale (101) zum Ausbilden einer Leckage zwischen der beweglichen Spirale (102) und der feststehenden Spirale (101), und dadurch - Reduzieren des Fördermassenstroms.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Scrollverdichters, Vorrichtung und Klimaanlage
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Scrollverdichters für eine Klimaanlage angegeben, insbesondere für eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug. Zudem wird eine Vorrichtung angegeben, die ausgebildet ist, ein derartiges Verfahren durchzuführen. Weiterhin wird eine Klimaanlage mit einem Scrollverdichter angegeben, insbesondere eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug.
Kraftfahrzeuge können mit einer Klimaanlage ausgestattet sein. Eine Klimaanlage weist einen Verdichter auf, auch Kompressor genannt. Mit dem Verdichter wird ein Klimamittel für eine Kältemaschine verdichtet.
Es ist wünschenswert, ein Verfahren zum Betreiben eines Scrollverdichters anzugeben, das einen verlässlichen Betrieb ermöglicht. Zudem ist es
wünschenswert, eine Vorrichtung anzugeben, die einen verlässlichen Betrieb eines Scrollverdichters ermöglicht. Weiterhin ist es wünschenswert, eine Klimaanlage anzugeben, die verlässlich betreibbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben eines Scrollverdichters für eine Klimaanlage angegeben, sowie eine Vorrichtung, die zum Durchführen des Verfahrens ausgebildet ist. Der Scrollverdichter ist insbesondere ausgebildet, in einem Kraftfahrzeug verwendet zu werden.
Der Scrollverdichter weist gemäß einer Ausführungsform eine feststehende Spirale und eine relativ dazu bewegliche Spirale auf. Die bewegliche Spirale ist in einem Gehäuseraum angeordnet.
Ein Sollfördermassestrom für den Scrollverdichter wird vorgegeben. Wenn der Sollfördermassestrom kleiner vorgegeben wird als ein maximaler
Fördermassestrom des Scrollverdichters, wird ein Druck auf einer der
feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum reduziert. Wenn der Sollfördermassestrom kleiner sein soll oder kleiner eingestellt werden soll als ein maximaler Fördermassestrom des
Scrollverdichters, wird ein Druck auf einer der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum reduziert. Dadurch hebt die bewegliche Spirale von der feststehenden Spirale ab. Dadurch wird eine Leckage zwischen der beweglichen Spirale und der feststehenden Spirale ausgebildet. Somit wird der Fördermassenstrom reduziert.
Der Scrollverdichter weist den maximalen Fördermassenstrom auf, wenn die Leckage zwischen der beweglichen Spirale und der feststehenden Spirale möglichst gering ist. Dann ist der Verlust möglichst gering und der
Fördermassestrom an einem Ausgang des Scrollverdichters ist maximal. Falls im Betrieb nicht der maximale Fördermassestrom benötigt wird, wenn also der Sollfördermassenstrom geringer ist als der maximale Fördermassenstrom, ist es mittels dem Reduzieren des Drucks in dem Gehäuseraum möglich, bewusst die Leckage zwischen der beweglichen Spirale und der feststehenden Spirale zu erhöhen. Beispielsweise wird der Druck um 0,5 bis 5 bar reduziert. Der Wert der Reduzierung ist insbesondere abhängig von dem verwendeten Kältemittel, den vorherrschenden Prozessdrücken und/oder der Bauart des Scrollverdichters.
Während des Betriebs des Scrollverdichters, der auch als Spiralverdichter oder Scrollkompressor bezeichnet werden kann, wird die bewegliche Spirale axial gegen die feststehende Spirale gedrückt, um die beiden Spiralen gegeneinander abzudichten, wenn ein Normalbetrieb gewünscht ist. Der Druck zum Anpressen muss hoch genug sein, dass die bewegliche Spirale im normalen Betrieb nicht ungewünscht abhebt. Der Druck sollte auch nicht zu hoch sein, da dies zu erhöhter Reibung und verstärktem Verschleiß führt.
Das bewusste Reduzieren des Drucks auf der der feststehenden Spirale
abgewandten Seite der beweglichen Spirale führt zu einem Reduzieren eines Anpressdrucks der beweglichen Spirale gegen die feststehende Spirale. Sobald der Druck eine gewisse untere Schwelle unterschreitet, hebt die bewegliche Spirale von der feststehenden Spirale ab. Der Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale ist nicht mehr groß genug, um die bewegliche Spirale gegen die feststehende Spirale zu drücken. Durch das Abheben entsteht die Leckage. Der Fördermassenstrom des Scrollverdichters nimmt ab. Der Druck ausgangsseitig des Scrollverdichters nimmt ab.
Das bewusste Reduzieren des Drucks und die damit verbundene Leckage ermöglicht eine einfache und präzise Leistungsregelung des Scrollverdichters. Der geförderte Massestrom über einen Zeitraum kann unabhängig von einer
Antriebsdrehzahl oder einem Mechanismus zur Veränderung des Flubvolumens erfolgen. Es ist zudem möglich, auf einen zusätzlichen Aktuator zu verzichten, der die bewegliche Spirale aktiv in Richtung der feststehenden Spirale bewegt oder von dieser wegbewegt. Die Bewegung der beweglichen Spirale in Richtung der feststehenden Spirale oder weg von dieser wird mittels des Drucks in dem
Gehäuseraum verursacht. Somit ist ein Auseinanderfahren der beiden Spiralen möglich, in dem der Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale reduziert wird.
Der Fördermassenstrom ist somit unabhängig von einer Drehzahl der beweglichen Spirale einstellbar. Beispielsweise ist es möglich, einen Antriebsmotor des
Scrollverdichters stets mit der gleichen Drehzahl laufen zu lassen und dennoch unterschiedliche Fördermasseströme zu realisieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Scrollverdichter ein Druckventil auf. Das Druckventil ist eingangsseitig mit dem Gehäuseraum gekoppelt, um den Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum zu steuern. Mittels des Druckventils ist der Druck reduzierbar. Beispielsweise wird der Druck mittels eines Öffnens des Druckventils reduziert, um ein Abheben der beweglichen Spirale von der feststehenden Spirale zu ermöglichen. Im Betrieb des Scrollverdichters ist mittels des Druckventils der Druck im Gehäuseraum einstellbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist es möglich, den Fördermassestrom des Scrollverdichters ausgehend von dem reduzierten Fördermassestrom zu erhöhen. Der Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum wird erhöht. Dadurch wird die bewegliche Spirale in Richtung hin zu der feststehenden Spirale bewegt. Hierdurch wird die Leckage zwischen der beweglichen Spirale und der feststehenden Spirale reduziert. Dadurch wird der Fördermassenstrom erhöht. Wenn also nach einem Leerlauf wieder ein Förderbedarf ist, ist ein Realisieren des Fördermassestroms einfach möglich. Beispielsweise wird das Druckventil geschlossen. Beispielsweise wird der Druck um 0,5 bis 5 bar erhöht. Der Wert der Erhöhung ist insbesondere abhängig von dem verwendeten Kältemittel, den vorherrschenden Prozessdrücken und/oder der Bauart des Scrollverdichters.
Die der feststehenden Spirale abgewandte Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum ist beispielsweise mit einem Hochdruckausgang des
Scrollverdichters verbunden. Da auch bei der gewünscht ausgebildeten Leckage dennoch ein kleiner Fördermassestrom herrscht, ist es möglich, mittels dieser Verbindung den Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem Gehäuseraum anzulegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Scrollverdichter ein Ventil auf. Das Ventil ist eingangsseitig mit einem Hochdruckausgang des Scrollverdichters gekoppelt. Das Ventil ist ausgangsseitig mit dem Gehäuseraum gekoppelt, insbesondere mit der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der
beweglichen Spirale. Mittels des Ventils ist es möglich, den Druck auf der der feststehenden Spirale abgewandten Seite der beweglichen Spirale in dem
Gehäuseraum zu steuern. Wenn das Ventil geöffnet ist, wird der Druck erhöht. Insbesondere ist hierzu das Druckventil geschlossen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Scrollverdichter alternativ oder zusätzlich zum Ventil eine Drossel auf. Die Drossel ist zwischen dem
Hochdruckausgang des Scrollverdichters und dem Gehäuseraum angeordnet. Die Drossel ist beispielsweise in der beweglichen Spirale und/oder einem Gehäuse des Scrollverdichters ausgebildet. Es können auch mehrere Drosseln und das Ventil gemeinsam vorgesehen sein. Alternativ dazu ist es möglich, auf das Ventil zu verzichten und lediglich eine oder mehrere Drosseln vorzusehen. Mittels der Drossel ist es möglich, einen Druckausgleich zwischen einem Hochdruckausgang des Scrollverdichters und dem Gehäuseraum zu realisieren. Hierdurch ist ein Erhöhen des Drucks in dem Gehäuseraum möglich, insbesondere wenn das Druckventil geschlossen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Verfahrensschritte in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Sollfördermassestrom wiederholt
durchgeführt. Insbesondere über einen gewissen Zeitraum ist es somit möglich, im Mittel den Sollfördermassestrom zu erreichen. Es wird für eine gewisse Zeitdauer der Druck reduziert und die gewünschte Leckage ermöglicht. Für eine weitere Zeitdauer wird der Druck wieder erhöht und die Leckage reduziert. Beispielsweise werden diese zwei Zustände mit unterschiedlichen Zeitdauern abwechselnd eingestellt, um den vorgegebenen Sollfördermassestrom zu erreichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Klimaanlage als Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Schritte des Verfahrens werden wiederholt durchgeführt in Abhängigkeit von mindestens einem vorgegebenen
Betriebszustand des Kraftfahrzeugs. Der Betriebszustand des Kraftfahrzeugs umfasst beispielsweise eine Außentemperatur, eine Innentemperatur, einen Druck des Kältemittels und/oder weitere Parameter, die für den Betrieb der Klimaanlage in dem Kraftfahrzeug relevant sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Klimaanlage einen hier beschriebenen Scrollverdichter gemäß zumindest einer Ausführungsform auf. Die Klimaanlage ist insbesondere zum Betrieb in einem Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Klimaanlage ist beispielsweise die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Die
Klimaanlage weist eine hier beschriebene Vorrichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform auf. Die Vorrichtung ist signaltechnisch mit dem Scrollverdichter gekoppelt zum Steuern des Betriebs des Scrollverdichters. Beispielsweise ist die Vorrichtung mit dem Druckventil signaltechnisch gekoppelt zum Steuern des Druckventils zum Einstellen des Drucks in dem Gehäuseraum. Beispielsweise ist die Vorrichtung mit dem Ventil signaltechnisch gekoppelt zum Steuern des Ventils zum Einstellen des Drucks in dem Gehäuseraum. Die Vorrichtung steuert insbesondere sowohl das Druckventil als auch das Ventil, um den Druck in dem Gehäuseraum wie gewünscht zu reduzieren oder zu erhöhen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den
nachfolgenden, in Verbindung mit der Figur erläuterten Beispielen.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer Klimaanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer Klimaanlage 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Klimaanlage 100 ist insbesondere die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise zum Einsatz in einem
Kraftfahrzeug ausgebildet.
Die Klimaanlage 100 weist einen Scrollverdichter 1 10 auf. Der Scrollverdichter 1 10 ist in der Figur teilweise schematisch dargestellt.
Die Klimaanlage 100 weist eine Vorrichtung 200 auf. Die Vorrichtung 200 ist beispielsweise eine elektronische Steuervorrichtung (englisch: electronic control unit, ECU). Die Vorrichtung 200 ist beispielsweise ein Steuergerät des
Kraftfahrzeugs, das ausgebildet ist, die Klimaanlage 100 zu steuern oder zu regeln. Hierfür weist die Vorrichtung 200 beispielsweise einen oder mehrere Prozessoren, Speicher und/oder weitere elektronische Bauteile auf.
Der Scrollverdichter 1 10 weist einen Antriebsmotor 106 auf. Der Antriebsmotor 106 ist ein Elektromotor. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist der Scrollverdichter 1 10 mit dem Antriebsmotor mittelbar gekoppelt. Beispielsweise ist der
Antriebsmotor die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs. Alternativ oder zusätzlich ist der Antriebsmotor der Startermotor des Kraftfahrzeugs. Die Kopplung mit dem Scrollverdichter erfolgt dann beispielsweise über einen Riemen oder ähnliches. Der Antriebsmotor 106 ist mit einer beweglichen Spirale 102 des Scrollverdichters 1 10 gekoppelt. Die bewegliche Spirale 102 wird auch als orbitierende Spirale oder orbitierender Scroll bezeichnet. Der Antriebsmotor 106 ist ausgebildet, die bewegliche Spirale 102 exzentrisch zu rotieren.
Die bewegliche Spirale 102 wird gegen eine feststehende Spirale 101 gedrückt. Im Betrieb wird die bewegliche Spirale 102 relativ zur feststehenden Spirale 101 rotiert. Die feststehende Spirale 101 und die bewegliche Spirale 102 werden axial aneinandergedrückt, um einen Fördermassestrom eines Kältemittels zu realisieren. Aufgrund der rotatorischen Bewegung der beweglichen Spirale 102 relativ zur feststehenden Spirale 101 wird ein Kältemittel im Betrieb verdichtet. Der
Scrollverdichter 1 10 fungiert so als Kompressor der Klimaanlage 100.
Die bewegliche Spirale 102 ist in einem Gehäuseraum 104 eines Gehäuses 103 des Scrollverdichters 1 10 angeordnet. Das Gehäuse 103 umgibt den Gehäuseraum 104.
Der Scrollverdichter 1 10 weist ein Druckventil 107 auf. Das Druckventil 107 ist insbesondere ein sogenanntes Druckregelventil oder ein Drucksteuerventil. Das Druckventil 107 ist beispielsweise mit der Vorrichtung 200 signaltechnisch verbunden. Das Druckventil 107 ist vorgesehen, um einen Druck in dem
Gehäuseraum 104 auf einer der feststehenden Spirale 101 abgewandten Seite 105 der beweglichen Spirale 102 einzustellen, insbesondere reduzieren zu können.
Das Druckventil 107 ist beispielsweise eingangsseitig mit dem Gehäuseraum 101 , insbesondere mit dem Gehäuseraum 104 an der abgewandten Seite 105 verbunden. Ein Ausgang des Druckventils 107 ist beispielsweise mit einem
Ansaugbereich 1 13 des Scrollverdichters 1 10 verbunden. Somit ist durch ein Öffnen und Schließen des Druckventils 107 der Druck auf der abgewandten Seite 105 einstellbar. Durch ein Öffnen des Druckventils 107 ist insbesondere der Druck auf der abgewandten Seite 105 reduzierbar. Der Gehäuseraum 104 ist mit einem Hochdruckausgang 109 des Scrollverdichters 1 10 verbunden. Diese Verbindung ist beispielsweise über eine oder mehrere Drosseln 1 1 1 realisiert. Alternativ oder zusätzlich ist die Verbindung mittels eines Ventils 1 12 realisiert. Die Drossel 1 1 1 ist beispielsweise in der beweglichen Spirale 102 ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist die Drossel in dem Gehäuse 103 ausgebildet. Das Ventil 1 12 ist beispielsweise ein Druckregelventil oder ein
Drucksteuerventil. Die Verbindung des Gehäuseraums 104 mit dem
Hochdruckausgang 109 ermöglicht ein Erhöhen des Drucks in dem Gehäuseraum 104, insbesondere bei geschlossenem Druckventil 107. Zur Erhöhung des Drucks in dem Gehäuseraum 104 wird beispielsweise das Druckventil 107 geschlossen und das Ventil 1 12 geöffnet. Zum Reduzieren des Drucks in dem Gehäuseraum 104 wird beispielsweise das Druckventil 107 geöffnet und das Ventil 1 12 geschlossen. In Ausführungsbeispielen, in denen die Drossel 1 1 1 vorgesehen ist, ist ein
Reduzieren des Drucks in dem Gehäuseraum 104 möglich, da ein Druckabbau durch das Ventil 107 größer ist als ein Druckaufbau durch die Drossel 1 1 1 .
Der Druck auf der abgewandten Seite 105 in dem Gehäuseraum 104 ist maßgeblich für einen Abstand 108 axial zwischen der feststehenden Spirale 101 und der beweglichen Spirale 102. Zum effizienten Fördern des Kältemittels muss der Abstand 108 möglichst gering sein beziehungsweise 0, um eine unerwünschte Leckage zu vermeiden. Der Druck in dem Gehäuseraum 104 auf der abgewandten Seite 105 wird dazu insbesondere so groß gewählt, dass die bewegliche Spirale 102 axial ausreichend fest gegen die feststehende Spirale 101 gedrückt wird.
Wenn eine Leckage gewünscht ist, um den Fördermassestrom des
Scrollverdichters zu reduzieren, wird der Druck in dem Gehäuseraum 104 auf der abgewandten Seite 105 reduziert. Somit bewegt sich die bewegliche Spirale 102 axial von der feststehenden Spirale 101 weg und der Abstand 101 vergrößert sich. Somit wird die gewünschte Leckage erzielt und der Fördermassestrom reduziert.
Beispielsweise wird dieser vergrößerte Abstand 108 und die damit einhergehende Leckage für einen vorgegebenen Leckagezeitraum aufrechterhalten. Der
Leckagezeitraum ist insbesondere in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sollfördermassestrom vorgegeben. In Abhängigkeit, welcher Fördermassestrom tatsächlich benötigt wird, wird die beabsichtige Leckage aufrechterhalten.
Sobald wieder ein erhöhter Fördermassenstrom gewünscht ist, wird der Druck auf der abgewandten Seite 105 im Gehäuseraum 104 wieder erhöht. Somit bewegt sich die bewegliche Spirale 102 wieder axial in Richtung zur feststehenden Spirale 101 . Der Abstand 108 wird verringert. Somit wird die Leckage verringert. Somit wird der Fördermassenstrom vergrößert.
Der Scrollverdichter 1 10 weist somit eine einfache Leistungsregelung oder
Leistungssteuerung auf. Der insgesamt im Mittel über einen längeren Zeitraum geförderte Massenstrom bei einem festgelegten Druckverhältnis wird durch
Variation des Abstands 108 eingestellt. Somit ist eine Variation des mittleren geförderten Volumens möglich. Hierbei ist es möglich, auf eine externe
Ansaugdrosselung oder Bypassdrosseln zu verzichten. Somit ist ein hoher
Wirkungsgrad des Scroll Verdichters 1 10 erzielbar. Die beiden Spiralen 101 und 102 sind axial voneinander wegbewegbar. Aufgrund der dadurch bewusst eingestellten Leckage wird die Verdichtung ausgesetzt. Dies erfolgt beispielsweise getaktet in definierten Zeitabständen. Somit ist eine Leistungsregelung oder
Leistungssteuerung realisiert. Dies erfolgt insbesondere ohne eine zusätzliche extra aufwändige Aktuatorik, um die beiden Spiralen 101 , 102 voneinander wegzubewegen oder aufeinander zuzubewegen.
Das Auseinanderfahren und das aufeinander Zufahren der beiden Spiralen 101 , 102 wird mittels einer Variation des Drucks auf der abgewandten Seite 105 der beweglichen Spirale 102 realisiert. Sind die Druckkräfte auf der abgewandten Seite 105 größer als auf einer der feststehenden Spirale 101 zugewandten Seite 1 14 der beweglichen Spirale 102, wird die bewegliche Spirale 102 axial gegen die feststehende Spirale 101 gepresst. Der Scrollverdichter 1 10 verdichtet.
Wird der Druck an der abgewandten Seite 105 abgesenkt, fahren die beiden Spiralen 101 , 102 auseinander aufgrund des höheren Innendrucks an der zugewandten Seite 1 14. Die Leckage wird dadurch groß genug, sodass sich die bewegliche Spirale 102 nahezu frei bewegt bei einer sehr kleinen Verlustleistung.
Die Absenkung des Drucks an der abgewandten Seite 105 erfolgt beispielsweise mittels des Druckventils 107, das den Druck an der abgewandten Seite 105 reduzieren kann, in dem Medium von dort in den Ansaugbereich 1 13 des
Scrollverdichters 1 10 abgesteuert wird.
Soll der Scroll Verdichter 1 10 ausgehend von dieser Situation wieder Medium fördern, wird der Druck auf der abgewandten Seite 105 der beweglichen Spirale 102 wieder erhöht. Somit beginnt der Scrollverdichter 1 10 wieder zu fördern. Dazu wird der minimale Druckaufbau, der sich auch bei auseinanderbewegten Spiralen 101 , 102 mit dem großen Abstand 108 noch ergibt, von dem Hochdruckausgang 109 an die abgewandte Seite 105 der beweglichen Spirale 102 geleitet. Dieser Effekt ist selbstverstärkend, sodass sich der Abstand 108 verringert und wieder schließt. Dieses Leiten erfolgt beispielsweise durch die Drossel 1 1 1 .
Alternativ oder zusätzlich wird der Druck auf der abgewandten Seite 105 erhöht, in dem Medium aus einem Hochdruckbereich stromabwärts des Ausgangs 109 mittels des Ventils 1 12 zur abgewandten Seite 105 geführt wird.
Dieses Öffnen und Schließen ermöglicht eine Einstellung der Leistung des
Scrollverdichters 1 10. Wird dieses Öffnen und Schließen in definierten
Zeitabständen, insbesondere kurzen Zeitabständen, im Sekundenbereich wiederholt, ergibt sich eine flexible Steuerung der mittleren Leistung des
Scrollverdichters 1 10.
Das Verfahren ermöglicht somit eine Leistungsregelung oder eine
Leistungssteuerung des Scrollverdichters 1 10 mittels Auseinanderfahren und Zusammenfahren der beiden Spiralen 101 , 102. Die Leistungsregelung oder Leistungssteuerung ermöglicht dabei insbesondere einen Verzicht einer Aktuatorik zur axialen Bewegung einer oder beider Spiralen 101 , 102. Die Leistungsregelung oder Leistungssteuerung erfolgt nur durch die Steuerung des Drucks an der abgewandten Seite 105. Somit ermöglicht der Scrollverdichter 110 eine Leistungsregelung oder Leistungssteuerung ohne zusätzliche Bauteile im Scrollverdichter 110. Somit ist ein einfacher und zuverlässiger betrieb des Scrollverdichters 110 möglich, insbesondere mit einer veränderbaren mittleren Leistung des Scrollverdichters 110.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines Scroll Verdichters (1 10) für eine Klimaanlage
(100), wobei der Scrollverdichter (1 10) aufweist eine feststehende Spirale (101 ) und eine relativ dazu bewegliche Spirale (102), die in einem Gehäuseraum (104) angeordnet ist, umfassend die Schritte:
- Vorgeben eines Soll-Fördermassenstroms für den Scrollverdichter (1 10), und, wenn der Soll-Fördermassestrom kleiner vorgegeben ist als ein maximaler
Fördermassenstrom des Scrollverdichters (1 10):
- Reduzieren eines Drucks auf einer der feststehenden Spirale (101 ) abgewandten Seite (105) der beweglichen Spirale (102) in dem Gehäuseraum (104), und dadurch
- Abheben der beweglichen Spirale (102) von der feststehenden Spirale (101 ) zum Ausbilden einer Leckage zwischen der beweglichen Spirale (102) und der feststehenden Spirale (101 ), und dadurch
- Reduzieren des Fördermassenstroms.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Scrollverdichter (1 10) ein Druckventil (107) aufweist, das eingangsseitig mit dem Gehäuseraum (104) gekoppelt ist, um den Druck auf der der feststehenden Spirale (101 ) abgewandten Seite (105) der beweglichen Spirale (102) in dem Gehäuseraum (104) zu steuern, umfassend:
- Reduzieren des Drucks mittels des Druckventils (107).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend die Schritte, wenn der
Fördermassestrom ausgehend von dem reduzierten Fördermassestrom erhöht werden soll:
- Anheben des Drucks auf der der feststehenden Spirale (101 ) abgewandten Seite (105) der beweglichen Spirale (102) in dem Gehäuseraum (104), und dadurch
- Bewegen der beweglichen Spirale (102) in Richtung hin zu der feststehenden Spirale (101 ) zum Reduzieren der Leckage zwischen der beweglichen Spirale (102) und der feststehenden Spirale (101 ), und dadurch
- Erhöhen des Fördermassenstroms.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Scrollverdichter (1 10) ein Ventil (1 12) aufweist, das eingangsseitig mit einem Hochdruckausgang (109) des
Scrollverdichters (1 10) gekoppelt ist und das ausgangsseitig mit dem Gehäuseraum (104) gekoppelt ist, um den Druck auf der der feststehenden Spirale (101 ) abgewandten Seite (105) der beweglichen Spirale (102) in dem Gehäuseraum (104) zu steuern, umfassend:
- Erhöhen des Drucks mittels des Ventils (1 12).
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Scrollverdichter (1 10) eine Drossel (1 1 1 ) aufweist, die zwischen dem Hochdruckausgang (109) des Scrollverdichters (1 10) und dem Gehäuseraum (104) gekoppelt ist, umfassend:
- Erhöhen des Drucks mittels eines Druckausgleichs durch die Drossel (1 1 1 ).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend:
- Wiederholtes Durchführen der Schritte in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Soll-Fördermassenstrom.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend:
- Vorgeben eines Leckagezeitraums, in dem die Leckage ausgebildet ist, in
Abhängigkeit von dem vorgegebenen Soll-Fördermassenstrom.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Klimaanalage (100) für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist, umfassend:
- Wiederholtes Durchführen der Schritte in Abhängigkeit von mindestens einem vorgegebenen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs.
9. Vorrichtung, die ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
10. Klimaanlage, aufweisend:
- eine Vorrichtung (200) nach 9 - einen Scroll Verdichter (110), wobei die Vorrichtung (200) signaltechnisch mit dem Scrollverdichter (110) gekoppelt ist zum Steuern des Betriebs des Scrollverdichters (110).
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