WO2021228460A1

WO2021228460A1 - Scrollverdichter eines elektrischen kältemittelantriebs

Info

Publication number: WO2021228460A1
Application number: PCT/EP2021/057475
Authority: WO
Inventors: Dennis RYMA
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2021-11-18
Also published as: CN115427687A; CN115552119A; DE102020210453B4; DE102020210452A1; US20230074153A1; DE102020210453A1; WO2021228459A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Scrollverdichter (6) eines elektrischen Kältemittelantriebs (2) aufweisend ein Gehäuse (20) mit einer Niederdruckkammer (46) und mit einer Hochdruckkammer (48) sowie mit Verdichterkammern (S, K, D, DD) und einer Gegendruckkammer (60), einen feststehenden Scroll (44) mit einer Basisplatte (44b) und mit einer Spiralwand (44a), wobei die Basisplatte (44b) des feststehenden Scrolls (44) die Hochdruckkammer (60) begrenzt, einen beweglichen Scroll (34) mit einer Basisplatte (34b) und mit einer Spiralwand (34a), welche in die Spiralwand (44a) des feststehenden Scrolls (44) eingreift und mit dieser die Verdichterkammern (S, K, D, DD) bildet, wobei die Basisplatte (34b) des beweglichen Scrolls (34) die Gegendruckkammer (60) begrenzt, wobei eine erste Fluidverbindung (64) vorgesehen ist, welche die Gegendruckkammer (60) mit der radial innersten Verdichterkammer (DD) verbindet, und wobei die erste Fluidverbindung (64) in einem Positonierungsbereich der radial innersten Verdichterkammer (DD) zwischen 75° bis 195° nach dem Merge-Winkel angeordnet ist.

Description

Beschreibung

Scrollverdichter eines elektrischen Kältemittelantriebs

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Verdrängermaschinen nach dem Spiral prinzip und betrifft einen Scrollverdichter eines elektrischen Kältemittelantriebs, insbesondere eines Kältemittelkompressors (Kältemittelverdichters) für Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage. Die Erfindung betrifft weiterhin einen elektrischen Käl temittelantrieb mit einem solchen Scrollverdichter.

Bei Kraftfahrzeugen sind regelmäßig Klimaanlagen eingebaut, die mit Hilfe einer einen Kältemittelkreislauf bildenden Anlage den Fahrzeuginnenraum klimatisieren. Derartige Anlagen weisen grundsätzlich einen Kreislauf auf, in dem ein Kältemittel geführt ist. Das Kältemittel, beispielsweise R-134a (1 ,1 ,1 ,2-Tetrafluorethan) oder R-744 (Kohlenstoffdioxid), wird an einem Verdampfer erwärmt und mittels eines (Kältemittel-)Verdichters beziehungsweise Kompressors verdichtet, wobei das Käl temittel anschließend über einen Wärmetauscher die aufgenommene Wärme wie der abgibt, bevor es über eine Drossel erneut zum Verdampfer geführt wird.

Als Kältemittelverdichter wird häufig die Scroll-Technologie eingesetzt, um ein Käl- temittel-ÖI-Gemisch zu verdichten. Das dabei entstehende Gas-Öl-Gemisch wird getrennt, wobei das abgetrennte Gas in den Klimakreislauf eingebracht wird, wäh rend das abgetrennte Öl gegebenenfalls innerhalb des Scrollverdichters als ge eigneterweise elektromotorisch angetriebenen Kältemittelverdichter zur Schmie rung von bewegten Teile an diese herangeführt werden kann.

Wesentliche Bestandteile des Scrollverdichters sind ein stationärer oder festste hender Scroll (Statorscroll, Fixscroll, engl.: fixed scroll) und ein beweglicher, orbi- tierender Scroll (Rotorscroll, Verdrängerscroll, engl.: movable, orbiting scroll). Die beiden Scrolls (Scrollteile) sind grundsätzlich gleichartig aufgebaut und weisen jeweils eine Basisplatte (base plate) und eine spiralförmige, ausgehend von der Basisplatte sich in Axialrichtung erstreckende Wandung (wrap) auf, welche nach folgend auch als Spiralwand bezeichnet ist. Im zusammengesetzten Zustand lie gen die Spiralwände der beiden Scrolls verschachtelt ineinander und bilden zwi schen den sich abschnittsweise berührenden Scroll-Wandungen mehrere Verdich terkammern.

Wenn der bewegliche Scroll orbitiert, gelangt das angesaugte Gas-Öl-Gemisch über einen Einlass von einer Niederdruckkammer zu einer ersten, radial äußeren Verdichterkammer (Saugkammer) und von dort über weitere Verdichterkammern (Kompressionskammer) zur radial innersten Verdichterkammer (Ausstoßkammer, Auslasskammer) sowie von dort über eine zentrale Auslassöffnung in eine Aus lass- oder Hochdruckkammer. Das Kammervolumen in den Verdichterkammern wird von radial außen nach radial innen kleiner, und der Druck des zunehmend verdichtenden Mediums wird größer. Während des Betriebs des Scrollverdichters steigt somit der Druck in den Verdichterkammern von radial außen nach radial innen an.

Während des Betriebs des Scrollverdichters werden aufgrund des in den Verdich terkammern erzeugten Drucks und der dadurch bedingten Axialkraft der bewegli che und der feststehende Scroll in axialer Richtung auseinander gedrückt, so dass ein Spalt und somit Leckagen zwischen den Verdichterkammern entstehen kön nen. Um dies möglichst zu vermeiden, wird - gegebenenfalls zusätzlich zu einem Ölfilm zwischen den Reibflächen der beiden Scrolls - der orbitierende Scroll ge gen den feststehenden Scroll gedrückt. Die entsprechende Axialkraft (Gegenkraft) wird erzeugt, indem auf der Basisplattenrückseite des orbitierenden Scrolls ein Aufnahme- oder Druckraum (Gegendruckkammer, engl.: back pressure chamber) vorgesehen ist, in der ein spezifischer Druck erzeugt wird.

Die resultierende Axialkraft der Gegendruckkammer ist vorzugsweise größer als die Summe der einzelnen axialen Kraftkomponenten aller Verdichterkammern. Jedoch ist hierbei ein notwendiger Kompromiss, dass die Axialkraft der Gegen- druckkammer nicht zu groß dimensioniert sein darf, da ansonsten Reibungsverlus te und Verschleiß der Spiralwände signifikant zunehmen. Das Gegendrucksystem (Back-Pressure-System) ist somit ausschlaggeben für die Performance und Leis tung eines Scrollverdichters.

Ist das Gegendrucksystem nicht in der Lage, einen ausreichend hohen Druck in der Gegendruckkammer aufzubauen, führt dies zu einem axialen Ablösen der Scrollteile. Dadurch entstehen axiale Spalte und es beginnt eine Leckage in radia ler Richtung von den radial inneren Kammern zur den radial äußeren Kammern Dadurch wird die Verdichtung des Kältemittels negativ beeinflusst und ein Betrieb in solchen Arbeitspunkten ist nicht möglich beziehungsweise nicht effizient mög lich.

Eine adaptive Anpassung des Gegendruck-Druckniveaus ist beispielsweise durch strömungsregelnde Bauteile realisierbar. Hierzu sind beispielsweise Kugelrück schlagventile, Blenden oder Düsen vorgesehen, mittels welchen ein Druckaus gleich zwischen der Hochdruckkammer und der Gegendruckkammer gesteuert und/oder geregelt wird. Die zusätzlichen Bauteile bewirken jedoch einen erhöhten Kosten- und Montageaufwand bei der Herstellung des Scrollverdichters.

Aus der DE 102012 104045 A1 ist es beispielsweise bekannt, dass in der Basis platte des orbitierenden Scrolls an einer bestimmten Position eine Fluidverbindung als Mitteldruckkanal (Durchgang, Öffnung, Backpressure-Port) eingebracht ist, welche zumindest eine der von den Scrolls gebildeten Verdichterkammern mit der Gegendruckkammer (Back-Pressure-Kammer) verbindet, so dass Kältemittelgas aus dem Verdichtungsprozess zwischen den Scroll-Spiralen direkt in die Gegen- bzw. Mitteldruckkammer gelangt. Aufgrund des Mitteldruckkanals im beweglichen Scroll in Verbindung mit der Gegendruckkammer wird somit der bewegliche Scroll selbst einstellend (automatisch) gegen den feststehenden Scroll gedrückt, sodass eine gewisse Dichtigkeit (axiale Dichtigkeit) gegeben ist. Alternativ kann der Mit teldruckkanal im feststehenden Scroll angeordnet und um den beweglichen Scroll herum zur Gegen- bzw. Mitteldruckkammer geführt werden. Die Gegendruck kammer ist hierbei mit einem in die Motorwelle eingebrachten Ölsaugkanal sowie mit einerweitern Fluidverbindung mit der Hochdruckkammer verbunden. Durch die Verbindung der Gegendruckkammer mit der Hochdruckseite wird im Betrieb ein vergleichsweise hoher Gegendruck erzeugt, wodurch beispielsweise ein Wärme pumpenbetrieb der Verdrängermaschine nachteilig beeinflusst oder unmöglich wird.

Die DE 102017 110913 B3 offenbart ein Gegendrucksystem mit einer Fluidver bindung zwischen der Gegendruckkammer und einer Verdichterkammer, und mit einer Fluidverbindung von der Hochdruckkammer zu der Gegendruckkammer. Die Fluidverbindung von der Hochdruckkammer zu der Gegendruckkammer ist hierbei strömungstechnisch hinter einem Ölabscheider der Hochdruckkammer angeord net, so dass lediglich Kühlmittel und kein Öl in die Gegendruckkammer zurückge führt werden soll. Dadurch werden Lager, wie beispielsweise ein Lager für die Mo torwelle, innerhalb der Gegendruckkammer nicht geschmiert, wodurch deren Le bensdauer nachteilig reduziert wird.

In Abhängigkeit von der Positionierung des Mitteldruckkanals (Gegendruck-Port, back pressure port) steigt bei dem bekannten Scrollverdichter der Druck in der Gegendruckkammer bei einem Druckverhältnis von beispielsweise 3 bar (Nieder- druck) zu 25 bar (Hochdruck) auf beispielsweise ca. 6 bar bis ca. 9 bar an. Bei dem bekannten Kältemittelscrollverdichter für eine Kraftfahrzeugklimaanlage ist der Mitteldruckkanal, ausgehend vom Anfang der Scrollspirale (Spiralwand) des beweglichen (orbitierenden) Scrolls bei etwa 405° positioniert. In der Veröffentlichung “Computer Modeling of Scroll Compressor with Seif Adjus- ting Back-Pressure Mechanism“, Tojo et al. , Purdue e-Pubs (Purdue University), International Compressor Engineering Conferenz, 1986, ist eine Modellrechnung des selbsteinstellenden Back-Pressure-Mechanismus bei einem Scrollverdichter beschrieben. Im Ergebnis der Untersuchung wird in Figur 12 dieser Veröffentli- chung ein Bereich des relativen Verdichterkammervolumens angegeben, in dem der Back-Pressure-Port (bei unterschiedlichen Port-Durchmessern) offen (fluid verbunden) sein soll. Dieser Bereich befindet sich zwischen 55% und ca. 100% des (relativen) Kammervolumens. In “A Scroll Compressorfor Air Conditioners“, Tojo et al. , Purdue e-Pubs (Purdue University), International Compressor Engineering Conferenz, 1984, ist in Figur 11 das praktisch gleiche p-v-Diagramm gezeigt, wobei dort der Bereich des relativen Verdichterkammervolumens, in dem der Back-Pressure-Port offen sein soll, zwi schen 55% und ca. 95% liegt.

In beiden p-V-Diagrammen ist in dem betrachten Volumenbereich ein (relativer) Druckabfall bzw. Druckanstieg um den Faktor 2 (von 2.0 auf 1.0 bzw. von 1.0 auf 2.0) erkennbar. Der Öffnungs-Startwert des Gegendruck-Ports liegt somit bei ca. 100% bzw. bei ca. 95% des relativen Verdichterkammervolumens.

In “Computer Modeling of Scroll Compressor with Seif Adjusting Back-Pressure Mechanism“, Tojo et al., Purdue e-Pubs (Purdue University), International Com- pressor Engineering Conferenz, 1986, zeigt Figur 5 den Verlauf des relativen Ver dichterkammervolumens in Abhängigkeit vom Rotationswinkel (Roll- oder Wellen winkel Theta, Q) des orbitierenden Scrolls. Der gezeigte Verlauf ist unterteilt in den Ansaugprozess, welcher dem Niederdruckbereich entspricht, den Kompressi onsprozess und den Auslassprozess. Bei dem auf das relative Volumen bezoge- nen Öffnungsbereich des Ports zwischen 55% und 100% bzw. 95% aus Figur 12 ergibt sich ein Winkelbereich von 0° bis 335° (bei 100% Öffnungs-Startvolumen) bzw. 0° bis 300° (bei 95% Öffnungs-Startvolumen), in welchem der Port positio niert sein soll. In “Dynamics of Compliance Mechanisms in Scroll Compressors, Part I: Axial Compliance”, Nieter et al., Purdue e-Pubs (Purdue University), International Com pressor Engineering Conferenz, 1990, ist die Winkelposition des Gegendruck- Ports (Figuren 7 und 8) diskutiert. Aus Figur 3 und Seite 309, vorletzter Absatz, vorletzter Satz, ergibt sich ein Winkelbereich von 360°, innerhalb dessen der Ge- gen- oder Mitteldruckkanal (Back-Pressure-Port, Gegendruck-Port) positioniert sein sollte. Aus der DE 102017 105 175 B3 ist ein Scrollverdichter mit einem orbitierenden Scroll bekannt, in welchen zwei Fluidverbindungen eingebracht sind. Weiterhin ist eine dritte Fluidverbindung von der Flochdruckkammer zur Gegendruckkammer realisiert. Die erste Fluidverbindung ist hierbei in einem mittleren Abschnitt der Scrollspirale, also in einem Abschnitt zwischen einem radial innenseitigen Spiral ende und einem radial außenseitigen Spiralanfang, angeordnet, wobei die zweite Fluidverbindung im Anfangsbereich angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die erste Fluidverbindung in einer Verdichterkammer zwischen der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer angeordnet ist, wobei die zweite Fluidverbindung derart platziert ist, dass sie im Bereich der Niederdruck- oder Saugkammer angeordnet ist. Die zweite Fluidverbindung liegt innerhalb der Spiralkontur des Scrolls, wird jedoch beim Schließen der Saugkammern durch die Spiralwand des feststehen den Scrolls verschlossen, so dass die zweite Fluidverbindung im Wesentlichen zu keinem Zeitpunkt eine Fluidverbindung zu einer Kompressionskammer aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängermaschine nach dem Spiralprinzip derart weiterzubilden, dass der Druck in der Gegendruckkammer in vorteilhafter Weise selbst einstellbar ist. Insbesondere soll durch ein geeignetes und variables Gegendrucksystem eine möglichst flexible und effektive Anpassung des Drucks in der Gegendruckkammer (Backpressure-Kammer) aufgrund unter schiedlicher Betriebsdrücke möglich sein. Auch sollen Leckagen zwischen den Verdichterkammern möglichst weitgehend reduziert und Reibungsverluste zwi schen dem feststehenden Scroll und dem orbitierenden Scroll vermieden oder zumindest möglichst minimal gehalten werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten elektrischen Kältemittelantrieb mit einem solchen Scrollverdichter anzugeben.

Hinsichtlich des Scrollverdichters wird die Aufgabe mit den Merkmalen des An spruchs 1 und hinsichtlich des Kältemittelantriebs mit den Merkmalen des An spruchs 11 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil dungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf den Scrollver dichter angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den Kältemittelantrieb übertragbar und umgekehrt. Der erfindungsgemäße Scrollverdichter ist für einen elektrischen Kältemittelan trieb, insbesondere für einen elektrischen Kältemittelverdichter, vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Der Scrollverdichter ist hierbei insbesondere zur Förderung und Verdichtung von Kältemittel einer Kraftfahrzeugklimaanlage aus gebildet. Der Scrollverdichter ist beispielsweise auch als ein Luftverdichter aus führbar, wobei das geförderte oder verdichtete Fluid insbesondere Luft ist.

Der Scrollverdichter weist ein (Verdichter-)Gehäuse mit einer Niederdruckkammer und mit einer Hochdruckkammer sowie mit Verdichterkammern (Verdichtungs kammern) und mit einer Gegendruckkammer auf. Der Scroll weist weiterhin einen feststehenden Scroll und einen beweglichen, dies bedeutet im angetriebenen Zu stand - also im Betrieb (Verdichterbetrieb) - orbitierenden (oszillierenden) Scroll auf, welche vorzugsweise zumindest teilweise in dem Gehäuse aufgenommen sind. Der bewegliche Scroll ist nachfolgend auch als orbitierender Scroll bezeich net. Bei den Scrolls kann es sich auch um drehende Scrolls, sogenannte co- rotierende Scrolls (engl.: Co-Rotating Scrolls), handeln, bei welchen ein Scroll zentrisch um eine Drehachse angetrieben ist, und über eine mechanische Verbin dung den zweiten, exzentrisch gelagerten Scroll antreibt. Die nachfolgenden Aus- führungen für bewegliche und feststehende Scrolls gelten hierbei sinngemäß auch entsprechend für solche drehende Scrolls.

Die Scrolls oder Scrollteile weisen jeweils eine Basisplatte (Bodenplatte) und eine sich hiervon im Wesentlichen senkrecht erstreckende Spiralwand (Scrollspirale) auf, wobei zwischen den ineinandergreifenden Spiralwänden der beiden Scrolls (Scrollteile) die insbesondere sichelförmigen Verdichterkammern gebildet sind. Die vorzugsweise im Wesentlichen symmetrisch ausgebildeten Spiralwände der Scrollteile weisen hierbei beispielsweise jeweils einen Spiralwinkel von etwa 720° auf. Die Basisplatte des feststehenden Scrolls begrenzt hierbei die Hochdruck- kammer, und die Basisplatte des beweglichen Scrolls begrenzt die Gegendruck kammer. Je nach Spirallänge der Scrolls weist der Scrollverdichter eine, zwei, oder mehrere Fluidverbindungen auf, mittels welchen die Gegendruckkammer mit den Verdich terkammern in Verbindung steht. Jede Fluidverbindung verbindet hierbei eine un terschiedliche Verdichterkammer mit der Gegendruckkammer. Die Fluidverbin dungen können hierbei unmittelbar, also die Gegendruckkammer direkt mit der jeweiligen Verdichterkammer verbindend, oder zumindest mittelbar ausgeführt sein. Die Fluidverbindungen wirken somit im Betrieb als Druckkanäle oder Druck leitungen (Mitteldruckkanäle), über welche die Gegendruckkammer strömungs technisch mit den zumindest zwei Verdichterkammern kommuniziert.

Nachfolgend werden die Verdichterkammern auch in Saugkammern, Kompressi onskammern und Ausstoßkammern unterschieden. Für symmetrische Scrolls exis tiert eine gerade Anzahl an Saug- beziehungsweise Kompressionskammern. Symmetrisch bedeutet hierbei, dass beide Spirallängen, also die Länge der Spi ralwände der feststehenden und orbitierenden Scrolls im Wesentlichen gleich lang sind, also dass die Spiralwände im Wesentlichen den gleichen Spiralwinkel auf weisen. Symmetrisch bedeutet weiterhin, dass die Form und die Wanddicke oder Wandstärke über den Spiralverlauf hinweg gleich oder zumindest ähnlich sind.

Die Saugkammern sind hierbei zur Niederdruckseite (Saugseite) geöffnet. Sobald die Saugkammern durch die orbitierende Bewegung der Scrolls verschlossen werden, werden sie zu Kompressionskammern, deren sichelförmiges Volumen im Zuge der orbitierenden Bewegung zur Spiralmitte hin sukzessiv verdichtet oder reduziert wird. Die zwei radial innersten Kompressionskammern werden hierbei als Ausstoßkammern bezeichnet. Die Ausstoßkammern verbinden oder vereinigen (verschmelzen) sich in einem auch als „Merging“ bezeichneten Prozess zu einer gemeinsamen Auslasskammer, welche das verdichtete Kältemittel über die Aus lassöffnung in die Hochdruckkammer fördert. Die Winkelposition, bei welcher sich die Ausstoßkammern zu der Auslasskammer vereinigen, ist nachfolgend auch als Merging-Winkel oder Merging-Angle bezeichnet. Die Winkelposition bezieht sich hierbei insbesondere auf eine Winkelstellung einer den beweglichen Scroll antrei benden Antriebs- oder Motorwelle. Sofern eine Scroll-Bauform vorliegt, bei welcher kein Merging der Ausstoßkam mern stattfindet, ist unter dem Merging-Winkel insbesondere ein Wellenwinkel der Motorwelle zwischen 90° und 180° vor dem vollständigen Ausstoß der innersten Kammer oder dem innersten Volumen zu verstehen.

Die Fluidverbindungen sind in den feststehenden Scroll und/oder in den bewegli chen Scroll eingebracht. Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die Fluidverbindungen ausschließlich in dem feststehenden Scroll oder ausschließlich in den beweglichen Scroll oder auf geteilt teilweise in den feststehenden Scroll und teilweise in den beweglichen Scroll eingebracht sind.

Erfindungsgemäß ist eine erste Fluidverbindung im Bereich der radial innersten Verdichterkammer angeordnet. Die radial innerste Verdichterkammer ist eine Ver dichterkammer, welche im Zuge der orbitierenden Bewegung des beweglichen Scrolls über eine Auslassöffnung, insbesondere über einen Flauptauslass (Haupt- auslass-Port), mit der Flochdruckkammer gekoppelt ist. Unter der radial innersten Verdichterkammer ist daher die Auslasskammer zu verstehen. Die erste Fluidver bindung kann hierbei in die Verdichterkammer selbst, also in die Basisplatten und/oder die Spiralwände, oder in die Auslassöffnung eingebracht sein.

Die erste Fluidverbindung ist hierbei in einem Positionierungsbereich der Auslass kammer zwischen 75° bis 195°, also zwischen 90° ± 15° bis 180° ± 15°, insbeson dere zwischen 90° bis 180°, vorzugsweise etwa 180°, nach dem Merge-Winkel angeordnet. Der Begriff „etwa“ bezeichnet bei einer Winkelangabe nachfolgend insbesondere einen gewissen Winkelbereich um den angegeben Winkelwert, bei spielsweise ± 5°. Beispielsweise ist ein Winkel von etwa 180° als 180° ± 5°, also als ein Winkelbereich zwischen 175° bis 185°, zu verstehen.

Unter dem Positonierungsbereich ist hier und im Folgenden insbesondere die Flä che oder Silouette oder Kontur der Auslasskammer bei einer Winkelstellung von 75° bis 195° nach dem Merge-Winkel zu verstehen. Dies bedeutet, dass die Aus lasskammer bei 75° nach dem Merge-Winkel eine erste Fläche aufweist, und dass die Auslasskammer bei 195° nach dem Merge-Winkel eine zweite Fläche aufweist, wobei die zweite Fläche kleiner als die erste Fläche ist. Die erste Fluidverbindung ist also derart in den feststehenden oder in den beweglichen Scroll eingebracht ist, dass sie im Bereich der ersten und/oder zweiten Fläche angeordnet ist.

Bei Scrollverdichtern mit Spirallängen ab etwa 720° ist in einer geeigneten Ausfüh rung eine zweite Fluidverbindung ausgehend von der ersten Fluidverbindung um einen Spiralwinkel von 320° bis 400°, insbesondere um einen Spiralwinkel von etwa 360°, nach außen versetzt angeordnet. Vorzugsweise ist ausgehend von der ersten Fluidverbindung alle 320° bis 400° Spiralwinkel, insbesondere alle 360°- Spiralwinkel, eine zusätzliche (zweite) Fluidverbindung vorgesehen. Geeigneter weise ist somit je 360°-Spiralwinkel eine Fluidverbindung zwischen der Gegen druckkammer und einer Verdichterkammer vorgesehen. Dadurch ist ein beson ders geeigneter Scrollverdichter gebildet. Insbesondere ist somit ein besonders flexibles Gegendrucksystem realisiert, welches in jedem Arbeitspunkt oder Be triebszustand des Scrollverdichters eine möglichst optimale axiale Kraftkompensa tion ermöglicht. Die vollständige Beobachtung des Verdichtungsverlaufes durch die zweite(n) Fluidverbindung(en) ermöglicht es, alle Verdichtungsprozesse und Phänomene (bspw. Backflow, Rückexpansion) zu beobachten. Dadurch kann bei angegebener Positionierung der Fluidverbindungen ein optimales Gegendruckni veau erreicht werden.

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich insbesondere auf einen Scroll verdichter, dessen Scrolls mindestens eine Spirallänge von 720° aufweisen. Der Scrollverdichter weist somit mindestens zwei Fluidverbindungen auf, welche in den feststehenden und/oder in den beweglichen Scroll eingebracht sind, und über welche die Gegendruckkammer mit einer der Anzahl der Fluidverbindungen ent sprechenden Anzahl an unterschiedlichen Verdichterkammern in Verbindung steht. Unter „axial“ oder einer „Axialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung parallel (koaxial) zur Längsachse des Scrollverdichters, also senk recht zu den Basisplatten verstanden. Entsprechend wird hier und im Folgenden unter „radial“ oder einer „Radialrichtung“ insbesondere eine senkrecht (quer) zur Längsachse orientierte Richtung entlang eines Radius der Basisplatten bezie hungsweise des Scrollverdichters verstanden. Unter „tangential“ oder einer „Tan gentialrichtung“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung entlang des Umfangs des Scrollverdichters oder der Spiralwände (Umfangsrichtung, Azi mutalrichtung), also eine Richtung senkrecht zur Axialrichtung und zur Radialrich tung, verstanden.

Das Gegendrucksystem weist somit eine Kombination von Fluidverbindungen der Gegendruckkammer zu den Verdichtungskammern zwischen den Scroll-Spiralen auf. Der Scroll benötigt theoretisch mindestens drei Fluidverbindungen (eine mitti ge im Bereich der Ausstoß- oder Auslasskammer und zwei in den Kompressions kammern für jeweils einen Verdichtungspfad). Bei symmetrischen beziehungswei se nahezu-symmetrischen Scrolls ist es jedoch möglich, die notwendige Anzahl der Fluidverbindungen in den Bereichen der Kompressions- und Ausstoßkammern auf zwei zu reduzieren, da bei (im Wesentlichen) symmetrischen Scrolls beide Verdichtungspfade die gleiche Verdichtung durchführen. Dies ist nachfolgend auch als „Ausnutzung der Symmetrie“ bezeichnet.

Die erste Fluidverbindung ist hauptsächlich im Bereich der Auslasskammer positi oniert. Die erste Fluidverbindung ist somit innerhalb der (radial) innersten Verdich terkammer angeordnet, aus welcher das verdichtete Fluid beziehungsweise das verdichtete Kältemittel durch den Hauptauslass-Port in die Hochdruckkammer ausgestoßen wird. Die nachfolgende (zweite) Fluidverbindung erfolgt an einer Po sition die 320° bis 400° Spiralwinkel weiter außen an der Spirale liegt. Die Fluid verbindung liegt somit in einem Bereich, in dem sie eine Verbindung zu den Kom pressionskammern herstellt.

Während eines Verdichtungszyklus sind beide Fluidverbindungen in jeweils unter schiedlichen Verdichtungsbereichen aktiv. Je nach Hoch- und Niederdruckniveau ist ein spezifischer Gegendruck notwendig, um die axiale Kraftkompensation zu gewährleisten. Durch die beiden Fluidverbindungen werden Kältemittelmassen ströme (mit Kältemittelmassenstrom ist immer auch ein gewisser Öl-Massenstrom Anteil gemeint) in und aus der Gegendruckkammer geleitet. Die treibende Kraft ist hierbei die Druckdifferenz zwischen den Verdichterkammern und der Gegendruck kammer. Ist der Druck einer fluidverbundenen Verdichterkammer niedriger als der Druck in der Gegendruckkammer, so strömt Kältemittel aus der Gegendruckkam mer in die Verdichterkammer und umgekehrt.

Insbesondere steht im Wesentlichen der vollständige Verdichtungszyklus unter einer aktiven Fluidverbindung zur Gegendruckkammer. Der Massenstrom durch die Gegendruckkammer kann durchaus als ein Verlust beziehungsweise als eine Leckage angesehen werden. Dieser Verlustmassenstrom wird stets möglichst klein gehalten, weshalb die Fluidverbindungen bei einer Ausführung als Bohrung in Durchmesserbereichen kleiner ein Millimeter (< 1 mm) dimensioniert sind. Je kleiner die Durchmesser der Fluidverbindungen ausgeführt sind, desto länger dauert es, bis das Gegendruckniveau zu einem gewünschten Zielwert konvergiert ist. Bei stationärer Betrachtung des Systems stellt sich stets der gleiche Gegen druck ein. Hier ist also ein Kompromiss aus Verlustmassenstrom und Reaktions geschwindigkeit des Gegendrucksystems wichtig.

In einer geeigneten Ausführungsform ist hierbei eine Gewichtung der Quer schnittsflächen der Fluidverbindungen, also deren strömungs- oder fluidtechni schen Durchmesser, vorgesehen, da die axialen Flächen der Verdichterkammern unterschiedlich groß sind. Dies bedeutet, dass die innere Fluidverbindung stets einen kleineren Durchmesser aufweist, als die nachfolgend äußeren Fluidverbin dungen. Mit anderen Worten sind die Durchmesser der Fluidverbindungen an die jeweilige axialen Flächen der fluidverbundenen Verdichterkammer angepasst.

Durch das Gegendrucksystem der mindestens zwei Fluidverbindungen ist eine selbstregelnde und hochdynamische Anpassung der axialen Kraftkompensation ermöglicht. Das Gegendrucksystem ermöglicht hierbei die Einstellung eines opti malen Druckniveaus in der Gegendruckkammer aufgrund der Fluidverbindungen zu den Verdichterkammern. Unter einem „optimalen Druckniveau“ ist hierbei ins besondere Gegendruck-Niveau zu verstehen, bei welchem ein Kompromiss aus (axialer) Anpresskraft, welche eine Leckage durch Minimierung der Spalte verhin dern soll, und Reibungsverlusten, welche zu Verlustleistungen und Verschleiß füh ren, maximal günstig ist. Mit anderen Worten liegt ein „optimales Druckniveau“ dann vor, wenn die aufgenommene Verdichter-Leistung zur Erreichung eines be stimmten Arbeitspunktes (bei gleichen Randbedingungen) ihr Minimum erreicht.

Dieses Druckniveau kann im Gegensatz zum Stand der Technik aufgrund der An ordnung der Fluidverbindungen über alle Arbeitsbereiche des Scrollverdichters in einem optimalen Zustand gehalten werden. So ist es beispielsweise bei Gegen drucksystemen gemäß dem Stand der Technik, welche einen Zugang zur Hoch druckkammer selbst haben, lediglich möglich, diese optimal in Arbeitspunkten ei nes Klimatisierungsbetriebs (Air conditioning, AC) einzustellen, jedoch nicht zeit gleich auch optimal in einem Arbeitspunkt eines Wärmepumpenbetriebs oder bei einer Konditionierung einer Fahrzeugbatterie eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, da solche Systeme im Allgemeinen bei diesen Ar beitspunkten ein zu hohes Backpressure-Niveau aufweisen.

Das Gegendrucksystem weist weiterhin eine erhöhte Effizienz aufgrund der ener getisch günstigen Fluidverbindungen auf. Im Gegensatz zu Gegendrucksystemen, welche eine Fluidverbindung zur Hochdruckkammer aufweisen, wird das Fluid be ziehungsweise das Kältemittel-Öl Gemisch direkt aus der Verdichtungskammer entnommen, bevor es vollständig verdichtet wurde. Dies ist energetische betrach tet günstiger, als das Kältemittel erst nach vollständiger Verdichtung aus der Hochdruckkammer zu entnehmen, und es danach auf das Gegendruck-Niveau zu expandieren (entspannen). Zusätzlich ergibt sich hierdurch eine geringere Gas temperatur innerhalb der Gegendruckkammer, wodurch die Belastbarkeit und Le bensdauer von Lagern des Scrollverdichters, insbesondere von einem Zentralplat tenlager (Centerplate-Lager) und von dem Lager des orbitierenden Scrolls, ver bessert wird. Ein wichtiger Punkt für eine lange Lebensdauer von Wälz- oder Gleitlagern ist de ren Schmierung. Im Allgemeinen befinden sich zwei Wälzlager innerhalb der Ge gendruckkammer. Bei anderen Gegendrucksystem gemäß dem Stand der Technik wird absichtlich das Öl innerhalb eines Ölabscheiders der Hochdruckkammer ab- geschieden und über einen separaten Pfad in die Saugseite oder Niederdruck kammer zurückgeführt. Bei dem Gegendrucksystem findet stattdessen eine er zwungene Schmierung durch die Fluidverbindungen statt. Hierbei wird im Ver gleich zum Stand der Technik auch Öl einer geringeren Temperatur für die Schmi- ereung verwendet. Aufgrund der dadurch erhöhten Viskosität ergibt sich ein ver- besserter Schmierfilm für das Lager.

Es entsteht ein sekundärer Ölkreislauf, welcher die Schmierung durch das Öl- Kältemittel-Gemisch gewährleistet. Zudem befindet sich das Öl in einer Art Kreis lauf und wird ebenfalls wieder in die äußere Verdichtungskammer zurückgeführt, wo es eine zusätzliche Abdichtung der Leckagespalte bewirkt (radial sowie axial). Weiterhin wird auch eine Schmierung des Antirotationsmechanismus und aller anderen beweglichen Bauteile innerhalb der Gegendruckkammer verbessert. Dadurch wird eine besonders hohe Effizienz des Scrollverdichters gewährleistet. Des Weiteren ist es mittels des Gegendrucksystems nicht möglich, dass sich der orbitierende Scroll von dem feststehenden Scroll im Verdichterbetrieb ablöst. Bei Verdichtern, deren Gegendrucksystem nicht jeden Betriebspunkt (bspw. Wärme pumpenpunkte) mit einer ausreichenden axialen Kraftkompensation versorgen kann, kommt es zum sogenannten Ablösen. Hierbei separiert sich der orbitierende Scroll axial vom feststehenden Scroll. Aufgrund der entstehenden Leckagespalte wird die Verdichtung vollständig unterbrochen oder extrem ineffizient.

Ein solcher Ablösevorgang ist in der Regel ein sich selbstverstärkender Vorgang. Beginnt das Ablösen während einer intakten Verdichtung, strömt Kältemittel auf- grund der hohen Druckunterschiede aus der innersten Verdichterkammer in die nachfolgenden äußeren Verdichterkammern, wodurch der Druck in den äußeren Verdichterkammern ansteigt. Als Folge wird eine noch größere axiale Anpresskraft durch die Gegendruckkammer benötigt. Wird diese nicht bereitgestellt, vergrößert sich der axiale Leckagespalt. Dies geschieht solange, bis die Verdichtung voll ständig zum Erliegen kommt, oder zumindest gewisse Verdichtungsverhältnisse nicht mehr erreicht werden können.

Vorzugsweise weist die radial äußere Fluidverbindung einen größeren Durchmes ser auf, als die radial innere Fluidverbindung, wodurch Druckerhöhungen aufgrund Leckagen schnell ausgeregelt werden. Aufgrund der größeren Querschnittsfläche der radial äußeren Fluidverbindung ist auch die Gewichtung zur Einstellung des Gegendrucks höher als bei der radial inneren Fluidverbindung. Somit wird der Le ckage eine höhere Gewichtung zugewiesen, wodurch eine „dynamische Rück kopplung“ entsteht und ein Ablöseprozess der Scrolls verhindert wird. Da das Ge gendrucksystem den gesamten Verdichtungsprozess beobachtet, reagiert es adaptiv auf Leckagen, welche den Druck in den außen liegenden Verdichterkam mern erhöhen, wobei die mindestens eine außenliegende Fluidverbindung in der Folge auch das Druckniveau in der Gegendruckkammer erhöht. Eine besonders hohe Reaktionsgeschwindigkeit des Gegendrucksystems ist beispielsweise dadurch realisierbar, dass unmittelbare oder direkte Fluidverbindungen in die Ba sisplatte des orbitierenden Scrolls eingebracht sind.

Die Fluidverbindungen sind vorzugsweise als Bohrungen des feststehenden und/oder beweglichen Scrolls ausgeführt. Dadurch besteht bei dem Gegendruck system keine Notwendigkeit von zusätzlichen strömungsregelnden Bauteilen oder einer Nachbearbeitung oder Einbringung anderer Verdichterkomponenten zur Er zeugung der Fluidverbindungen. Dadurch weist das Gegendrucksystem eine kon struktiv und herstellungstechnisch besonders einfache Umsetzung auf, bei wel cher keine zusätzlichen strömungsregelnden Bauteile benötigt werden.

Die beiden Scrollteile werden vorzugsweise spanend aus dem Vollen hergestellt, oder zumindest nachbearbeitet. Hierbei ist es möglich, die Einbringung der Fluid verbindungen direkt in den Herstellungsprozess zu implementieren, wodurch keine oder lediglich geringe Zusatzkosten bei der Herstellung des Scrollverdichters be wirkt werden. Das Gegendrucksystem weist hierbei eine verbesserte Prozessfä- higkeit auf, wodurch insbesondere Großserien-Produktionen des Scrollverdichters verbessert werden.

Somit weist der Scrollverdichter einen Kostenvorteil aufgrund der einfachen Bau weise (Bauteileinsparung) und einen funktionellen Vorsprung in Bezug auf Effizi enz, Verschleiß und Einsatzmöglichkeiten auf.

In einer denkbaren Ausführungsform sind mehr als zwei Fluidverbindungen vorge sehen, wobei die zweite und jede weitere Fluidverbindung symmetrisch bezüglich der Spirale beziehungsweise dem Spiralwinkel zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten sind alle Fluidverbindungen, welche nicht im Auslassbereich (also in einer Ausstoßkammer oder in der Auslasskammer) platziert sind, symmetrisch auf die Verdichtungspfade der Scrollverdichters aufgeteilt. Im Normalfall hat ein Scroll zwei mehr oder weniger symmetrische Verdichtungspfade, welche die glei chen Verdichtungszyklen erzeugen. Dadurch kann eine zweite Fluidverbindung, die innerhalb einer Kompressionskammer positioniert ist, und einen gewissen Strömungsquerschnitt besitzt, auch symmetrisch auf beide Verdichtungspfade mit dem jeweils halben Strömungsquerschnitt aufgeteilt werden. Dadurch ist eine symmetrische Rückführung des Verlustmassestroms realisiert. Eine derart sym metrische Rückführung des Verlustmassenstroms ist insbesondere vorteilhaft für eine gleichmäßigere Druckverteilung in den Verdichterkammern. In dieser sym metrischen Ausführungsform wird also nicht die Symmetrie der Verdichtungspfade genutzt, um die Anzahl der benötigten Fluidverbindungen auf zwei zu reduzieren. Diese Ausführungsform ist daher auch insbesondere für unsymmetrische Scrollva- rianten geeignet.

Beispielsweise ist mindestens eine Fluidverbindung je oder pro 360° Spiralwinkel vorgesehen. Dadurch ist jede Verdichtungskammer der Scrollspiralen unter stän diger Fluidverbindung mit der Gegendruckkammer, so dass sich bei korrekter Ge wichtung der Verbindungsdurchmesser mit den axialen Querschnittsflächen der Verdichtungskammern ein Gegendruck in der Gegendruckkammer ergibt, welcher eine optimale axiale Kraftkompensation ermöglicht. In einer konstruktiv besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungsform sind die Fluidverbindungen als Bohrungen ausgeführt. Insbesondere sind die Flu idverbindungen als senkrechte oder axiale Bohrungen in den oder jeden Scroll eingebracht. Beispielsweise sind die Fluidverbindungen in die Basis- oder Boden- platte des oder jedes Scrolls eingebracht.

In einer vorteilhaften Weiterbildung überlappt die erste Fluidverbindung zu keinem Zeitpunkt der Bewegung des beweglichen Scrolls mit der Auslassöffnung. Dies bedeutet, dass wenn die erste Fluidverbindung in dem beweglichen Scroll ange- ordnet ist, die Projektion der ersten Fluidverbindung auf die Basisplatte des fest stehenden Scrolls, zu keinem Zeitpunkt die Auslassöffnung schneidet, berührt, überstreicht, oder überfährt. Die erste Fluidverbindung ist also überlappungs- oder überschneidungsfrei hinsichtlich der Auslassöffnung. Mit anderen Worten ist die erste Fluidverbindung zu keinem Zeitpunkt axial fluchtend zur Auslassöffnung, oder einem Teil der Auslassöffnung, angeordnet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist keine der Fluidverbindungen mit der Nie derdruckkammer gekoppelt. Mit anderen Worten ist keine Fluidverbindung im Be reich der Saugkammern vorgesehen. Dies bedeutet, dass die Fluidverbindungen ausschließlich in den inneren Bereichen der Scrollteile, also im Bereich der Kom pressionskammern, der Ausstoßkammern und der Auslasskammer, angeordnet sind. Dadurch weist die Gegendruckkammer keine Verbindung zu der Saugseite beziehungsweise zu der Niederdruckkammer auf. In der Folge werden Verlust masseströme im Scrollverdichter reduziert.

Im Gegensatz zu Gegendrucksystemen, welche eine Fluidverbindung zur Saug seite besitzen, wird das Kältemittel-Öl Gemisch direkt in eine der äußeren Kom pressionskammer zurückgeführt. Dadurch findet keine vollständige Entspannung des Kältemittels vom Gegendruck-Niveau auf das Saugdruck-Niveau der Nieder- druckkammer statt. Somit ist bei dem Scrollverdichter der Verlustmassenstrom durch das Gegendrucksystem kein „vollständiger Verlust“, da der gesamte Mas senstrom in die Verdichterkammern zurückgeführt wird. Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Fluidver bindungen derart angeordnet sind, dass die Fluidverbindungen zu keinem Zeit punkt der orbitierenden Bewegung des beweglichen Scrolls gemeinsam verdeckt oder verschlossen sind. Mit anderen Worten ist zu jedem Zeitpunkt mindestens eine Fluidverbindung geöffnet. Dadurch ist es möglich, bei einer Abschaltung des Scrollverdichters einen Druckausgleich im System beziehungsweise in der Ge gendruckkammer zu bewirken. Dies bedeutet, dass der Druck in der Gegendruck kammer auch reduziert werden kann. Ansonsten ist bei zeitnahem (Neu-)Start des Scrollverdichters eine hohe axiale Anpresskraft vorhanden, ohne dass die Ver dichtungskräfte der Verdichterkammern dagegenwirken, da im Kältemittelkreislauf der Fahrzeugklimaanlage noch kein Flochdruck aufgebaut ist. Die Folge ist ein erhöhter Verschleiß der axialen Kontaktflächen und ein hohes „Losbrech-Moment“ welches durch den Antrieb des Scrollverdichters aufgebracht werden muss.

In einer zusätzlichen oder alternativen Ausbildung sind die Fluidverbindungen in die oder jede Spiralwand eingebracht.

Die Fluidverbindungen sind beispielsweise in die radialen Flanken der Scroll- spiralen beziehungsweise der Spiralwände eingebracht. Dies ist möglich, da die Verdichterkammern sowohl radiale (Spiralwand) als auch axiale (Basisplatte) Wände haben, die alle mit den gleichen Druck beaufschlagt sind. Der Unterschied ist hier jedoch, dass die radialen Fluidverbindungen im Zuge der orbitierenden Bewegung von der jeweils anderen Spiralwand zeitlich deutlich kürzer verdeckt wären als axial orientierte Fluidverbindungen in der Basisplatte.

In einer vorteilhaften Ausführung weist eine der Spiralwände einen stufenförmigen axialen Versatz auf, wobei eine Fluidverbindung im Bereich des Versatzes einge bracht ist. In einer geeigneten Ausführungsform ist die Spiralwand insbesondere die Spiralwand des beweglichen oder orbitierenden Scrolls.

Der stufenförmige axiale Versatz ist hierbei vorzugsweise als sogenannter Tip-Cut oder Wave-Guide der Spiralwand ausgeführt. Unter einem Tip-Cut ist hierbei eine Stufe am radial innenseitigen Spiralwandende zu verstehen, welche eine vorzeiti- ge, gedämpfte Verschmelzung (Merging) der Verdichter- beziehungsweise Aus stoßkammern bewirkt. In einer besonders geeigneten Ausführungsform ist die in nerste oder erste Fluidverbindung in den Tip-Cut eingebracht. Unter einem Wave- Guide ist hierbei eine Stufe zu verstehen, welche vom radial innenseitigen Spiral wandende versetzt oder beabstandet im Verlauf der Spiralwand angeordnet ist.

Der Tip-Cut oder Wave-Guide wird zu keinem Zeitpunkt des Verdichterbetriebs beziehungsweise der orbitierenden Bewegung durch eine Spiralflanke oder Spi ralwand überfahren, und ist daher nie geschlossen. Mit anderen Worten ist die Fluidverbindung stets geöffnet. Dadurch wird ein Einschieben von Partikeln durch das Überfahren der Fluidverbindung verhindert.

Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die oder jede Fluidverbindung mit einem Fliterbauteil versehen ist. Die Filterbauteile sind hierbei zur Verbesserung der Robustheit gegen Partikel, insbesondere bei Fluidverbin dungen mit kleinem Durchmesser, vorgesehen, sowie dafür geeignet und einge richtet.

Die Verhältnisse der Strömungsquerschnitte der Fluidverbindungen sind in gerin gem Maße variabel. Eine gewisse Mindestgröße beziehungsweise ein gewisser Mindestdurchmesser ist jedoch notwendig, sofern einfache Bohrungen als Fluid verbindung genutzt werden. Begründung hierfür ist, dass eine gewisse Reaktions geschwindigkeit des Gegendrucksystems gefordert wird, dies ist abhängig von der Füllgeschwindigkeit der Gegendruckkammer. Weiterhin soll eine gewisse Partikel- Resistenz realisiert sein. Dies bedeutet, dass kleinste Partikel die Bohrung bezie hungsweise Fluidverbindung nicht direkt verstopfen oder blockieren können. Im Automobilbereich sind in der Regel Partikelgrößen bis 200 pm (Mikrometer) zuläs sig.

Je kleiner die Strömungsdurchmesser der Fluidverbindungen dimensioniert sind, desto geringer fällt auch der Verlustmassenstrom aus. Durch die Nutzung von fei nen Filtergeweben (beispielsweise Betamesh mit 40 pm Meshgröße) innerhalb der Fluidverbindungen ist es möglich, auch sehr feine Fluidverbindungen, also Fluid- Verbindungen mit geringem Durchmesser, beispielsweise im Bereich von etwa 0,1 mm, zu nutzen.

Zusätzlich oder alternativ ist es beispielsweise möglich, ein Kombiteil aus Filter und Drossel-Geometrie in die Scrollbauteile einzubringen, um die Robustheit ge gen Partikelverstopfung zu verbessern. Dadurch können kleinere Strömungsquer schnitte realisiert werden, ohne die Gefahr einer Verstopfung zu erhöhen. Dadurch wird ein Betrieb in allgemeinen kraftfahrzeugüblichen Anwendungen und Ver schmutzungsgraden gewährleistet.

In einer besonders geeigneten Ausführung ist die erste Fluidverbindung in den feststehenden Scroll eingebracht. Dadurch ist die erste Fluidverbindung während des Verdichterbetriebs nie verschlossen, so dass stets eine Verbindung zur Ge gendruckkammer realisiert ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Fluidverbindung hierbei quer oder schräg in die Auslassöffnung beziehungsweise in eine Innenwandung der Aus lassöffnung eingebracht. Somit ist die Gefahr von Verschmutzungen oder Blocka den der ersten Fluidverbindung vorteilhaft reduziert.

Der feststehende Scroll weist beispielsweise neben der zentralen Auslassöffnung (Flauptauslass-Port) weitere hierzu radial beabstandete Auslassöffnungen auf, welche nachfolgend auch als Nebenventil-Ports bezeichnet sind. Die Auslassöff nungen, also der Flauptauslass- und die Nebenventil-Ports sind beispielsweise von einem Flatterventil abgedeckt oder abdeckbar. Die Nebenventil-Ports wirken mit dem Flatterventil somit als Vor- oder Flilfsauslassventile zusammen, mit wel chen eine Überkompression des Kältemittels im Verdichterbetrieb vermieden wird. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die erste Fluidverbindung in den Flauptauslass-Port und die zweite Fluidverbindung in einen Nebenventil- oder Ne- benauslass-Port des feststehenden Scrolls eingebracht ist.

In einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung sind alle Fluidverbindun gen in einem der Scrolls eingebracht. Mit anderen Worten sind die Fluidverbin- düngen ausschließlich in einem der Scrollteile angeordnet. Vorzugsweise sind die Fluidverbindungen hierbei in den orbitierenden Scroll eingebracht. Dadurch ist si chergestellt, dass die Fluidverbindungen gemeinsam oder im Wesentlichen zeit gleich hergestellt werden, wodurch Fertigungstoleranzen und somit Verlustmas seströme reduziert werden.

Zur Reduzierung von Verlustmassenströmen wird im Allgemeinen angestrebt, die Strömungsquerschnitte der Fluidverbindungen möglichst gering zu dimensionie ren. Die Fluidverbindungen werden hierbei vorzugsweise gemeinsam hergestellt, um Abweichungen aufgrund von Fertigungstoleranzen möglichst zu reduzieren. Werden beispielsweise zwei Fluidverbindungen als Bohrungen ausgeführt, und befinden sich die Bohrungen im Bereich von 0,3 mm (Millimeter) und haben dazu eine Fertigungstoleranz von 0,03 mm, ergibt sich hier eine Toleranzbreite von 10%. Bei zeitgleicher Fertigung zweier Fluidverbindungen kann davon ausgegan gen werden, dass eine Bohrungsabweichung gleichgerichtet ist, und nicht wesent lich variiert. Bei zwei getrennt gefertigten Bauteilen könnte die eine Fluidverbin dung beispielsweise einen Durchmesser von 0,27 mm und die andere einen Durchmesser von 0,33 mm haben. Bezogen auf die Querschnittsfläche (0,05726 mm² und 0,08553 mm²) würde sich schlechtesten Falls eine Abweichung von (0,05726 mm² / 0,08553 mm² = 0,67) 33% ergeben. Flierdurch könnte das Druckniveau in der Gegendruckkammer aufgrund von Produktionsunterschieden unterliegen.

Befinden sich beide Fluidverbindungen in einem Bauteil, und werden zudem in einer Aufspannung (zum Beispiel während einer Fräsbearbeitung) gefertigt, ver halten sich die Toleranzabweichungen bei beispielsweise beiden Bohrungen ähn lich. Zusätzliche Toleranzen entstehen nach der Fertigung noch durch teilweise notwendige Beschichtungen des Grundmaterials. Hierbei ergibt sich der vorste hend genannte Vorteil erneut, da sich die Fluidverbindungen im gleichen Bauteil befinden und gleichzeitig beschichtet werden.

Der erfindungsgemäße Kältemittelantrieb ist insbesondere als ein Kältemittelver dichter, beispielsweise als ein elektromotorischer Scroll-Verdichter, eines Kraft- fahrzeugs ausgeführt. Der Kältemittelantrieb ist hierbei zur Verdichtung eines Käl temittels einer Kraftfahrzeugklimaanlage vorgesehen, sowie dazu geeignet und eingerichtet. Der Kältemittelantrieb weist hierbei einen elektromotorischen Antrieb auf, welcher von einer Leistungselektronik gesteuert und/oder geregelt ist. Der Antrieb ist antriebstechnisch mit einem Verdichterkopf gekoppelt, wobei der Ver dichterkopf als ein vorstehend beschriebener Scrollverdichter ausgeführt ist. Die im Hinblick auf den Scrollverdichter angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den Kältemittelantrieb übertragbar und umgekehrt. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in Schnittansicht einen elektrischen Kältemittelverdichter mit einem Scrollverdichter mit einem integrierten Gegendrucksystem,

Fig. 2 in Schnittansicht ausschnittsweise den Scrollverdichter,

Fig. 3a, 3b eine Schnittdarstellung des Scrollverdichters entlang der Schnittlinie lll-lll gemäß Fig. 2 zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Verdich tungsprozesses,

Fig. 4 in Draufsicht den orbitierenden Scroll,

Fig. 5a, 5b in Draufsicht den orbitierenden Scroll mit einer projizierten Verdichter kammer,

Fig. 6 in aufeinanderfolgenden Schnittdarstellungen den Verdichtungspro zess des Scrollverdichters,

Fig. 7 ein Wellenwinkel-Druck-Diagramm des Verdichtungsprozesses,

Fig. 8 in Schnittansicht eine schematische Darstellung eines primären und sekundären Ölkreislaufs im Scrollverdichter,

Fig. 9 in Schnittansicht eine zweite Ausführungsform des Scrollverdichters,

Fig. 10 in Schnittansicht eine dritte Ausführungsform des Scrollverdichters,

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung des orbitierenden Scrolls gemäß Fig.

10,

Fig. 12 in Schnittansicht eine vierte Ausführungsform des Scrollverdichters,

Fig. 13 in Schnittansicht eine fünfte Ausführungsform des Scrollverdichters, und Fig. 14 in Schnittansicht eine sechste Ausführungsform des Scrollverdichters.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den glei chen Bezugszeichen versehen.

Der in Fig. 1 dargestellte Kältemittelantrieb 2 ist vorzugsweise als ein Kältemittel verdichter in einem nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf einer Klimaanla ge eines Kraftfahrzeugs verbaut. Der elektromotorische Kältemittelverdichter 2 weist einen elektrischen (elektromotorischen) Antrieb 4 sowie ein mit diesem ge- koppelten Scrollverdichter 6 als Verdichterkopf auf. Der Scrollverdichter 6 ist nach folgend auch verkürzt als Verdichter 6 bezeichnet.

Der Antrieb 4 einerseits und der Verdichter 6 andererseits sind beispielsweise modular aufgebaut, sodass beispielsweise ein Antrieb 4 an unterschiedliche Ver- dichter 6 koppelbar ist. Ein zwischen den Modulen 4 und 6 gebildeter Übergangs bereich weist eine mechanische Schnittstelle in Form eines Lagerschilds 8 auf.

Der Verdichter 6 ist antriebstechnisch über das Lagerschild 8 an den Antrieb 4 angebunden. Der Antrieb 4 weist ein topfartiges Antriebsgehäuse 10 mit zwei Gehäuseteilberei chen 10a und 10b, welche durch eine monolithisch integrierte Gehäusezwischen wand (Schottwand) 10c innerhalb des Antriebsgehäuses 10 voneinander fluiddicht getrennt sind. Das Antriebsgehäuse 10 ist vorzugsweise als ein Druckgussteil aus einem Aluminium-Material hergestellt.

Der verdichterseitige Gehäuseteilbereich ist als ein Motorgehäuse 10a zur Auf nahme eines Elektromotors 12 ausgebildet. Das Motorgehäuse 10a ist einerseits durch die (Gehäuse-)Zwischenwand 10c und andererseits durch das Lagerschild 8 verschlossen. Der an der Zwischenwand 10c gegenüberliegende Gehäuseteilbe- reich ist als ein Elektronikgehäuse 10b ausgebildet, in welchem eine nicht näher gezeigte Leistungselektronik (Motorelektronik) aufgenommen ist, welche den Be trieb des Elektromotors 12 - und somit des Verdichters 6 - steuert und/oder re gelt. Das Elektronikgehäuse 10b ist mit einem Gehäusedeckel (Elektronikdeckel) 14 zu einer dem Verdichter 6 abgewandten Stirnseite des Antriebs 4 hin verschlossen. Die Leistungselektronik wird bei einem geöffneten Gehäusedeckel 14 in einem durch das Elektronikgehäuse 10b gebildeten Elektronikfach 16 montiert, und ist weiterhin bei einem abgenommenen Gehäusedeckel 14 zu Wartungs- oder Repa raturzwecken problemlos zugänglich.

Das Antriebsgehäuse 10 weist etwa auf Höhe des Elektromotors 12 einen nicht näher dargestellten (Sauggas-)Einlass oder Saugport (Zulauf) zum Anschluss an den Kältemittelkreislauf der Klimaanlage auf. Über den Einlass strömt ein Fluid, insbesondere ein Sauggas, in das Antriebsgehäuse 10, insbesondere in das Mo torgehäuse 10a, ein. Von dem Motorgehäuse 10a aus fließt das Fluid durch das Lagerschild 10 zu dem Verdichter 6. Das Kältemittel wird anschließend mittels des Verdichters 6 verdichtet beziehungsweise komprimiert und tritt an einem boden seitigen (Kältemittel-)Auslass 18 (Ablauf) des Verdichters 6 in den Kältemittelkreis lauf der Klimaanlage aus.

Der Auslass 18 ist an dem Boden eines topfförmigen (Verdichter-)Gehäuses 20 des Verdichters 6 angeformt. Im angeschlossenen Zustand bildet der Einlass hier bei die Niederdruck- beziehungsweise Saugseite und der Auslass 18 die Hoch druck- beziehungsweise Pumpseite des Kältemittelverdichters 2.

Der insbesondere bürstenlose Elektromotor 12 umfasst einen drehfest mit einer Motorwelle 22 gekoppelten Rotor 24, welcher rotierbar innerhalb eines Stators 26 angeordnet ist. Die Motorwelle 22 ist mittels zwei Lagern 28 drehbar oder rotierbar gelagert. Das eine Lager 28 ist hierbei in einem Lagersitz 30 angeordnet, welcher an dem Gehäuseboden beziehungsweise an der Zwischenwand 10c des An triebsgehäuses 10 angeformt ist. Das andere Lager 28 ist in dem Lagerschild 8 aufgenommen. Das Lagerschild 8 weist hierbei einen Dichtring 32 zur Abdichtung gegenüber der Motorwelle 22 auf. Wie in Verbindung mit Fig. 2 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, weist der Scrollverdichter 6 einen im Verdichtergehäuse 20 angeordneten beweglichen Scroll (Scrollteil) 34 auf. Dieser ist mittels eines Ausgleichsgewichts 36 als Swing Link oder Exzenter über zwei Fügestifte oder Wellenzapfen 38, 40 an die Motor welle 22 des Elektromotors 12 gekoppelt. Der Wellenzapfen 38 ist hierbei als so genannter Exzenter-Pin und der Wellenzapfen 40 als sogenannter Limiter-Pin ausgeführt.

Das Ausgleichsgewicht 36 ist in einem im beweglichen Scroll 34 gehaltenen Lager 42 gelagert. Der bewegliche Scroll 34 ist im Betrieb des Scrollverdichters 6 orbitie- rend angetrieben.

Der Scrollverdichter 6 weist zudem einen starren, also gehäusefest im Verdichter gehäuse 20 befestigten, feststehenden Scroll (Scrollteil) 44 auf. Die beiden Scrolls (Scrollteile) 34, 44 greifen mit deren Schnecken- oder spiralförmigen Spiralwänden (Scrollwänden, Scrollspiralen) 34a, 44a ineinander, die von einer jeweiligen Basis platte 34b, 44b axial emporragen. Die Spiralwände 34a, 44a sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen. Der Scroll 44 weist weiterhin eine den Außenumfang bildende, umlaufende Begrenzungswand 44c auf.

Die Scrolls 34, 44 sind über eine Saug- oder Niederdruckkammer 46 des Verdich tergehäuses 22 mit dem Motorraum des Motorgehäuses 10a verbunden. Im Ver dichterbetrieb wird das Fluid von der Niederdruckkammer 46 zu einer Hochdruck kammer 48 des Verdichtergehäuses 20 gefördert. In der Hochdruckkammer 48 ist ein als Zyklonabscheider ausgeführter Ölabscheider 50 angeordnet. Das abge schiedene Öl wird über eine Öl-Rückführung 52 zur Schmierung von bewegten Teilen zurückgefördert (Fig. 8).

Zwischen dem Scroll 44 und der Hochdruckkammer 48, also am Boden der Basis platte 44b, ist ein Flatterventil (Fingerfeder-Ventil) 54 als Abdeck- oder Verschließ teil angeordnet, mit welchem eine zentrale, hochdruckseitige Auslassöffnung 56 des Scrollteils 44 abgedeckt ist. Unter einem Flatterventil 54 ist hierbei insbeson dere ein Rückschlagventil zu verstehen, welches ohne sonstigen äußeren Antrieb, lediglich aufgrund von Druckunterschieden auf den beiden Ventilseiten in Durch lassrichtung öffnet und sich selbsttätig wieder schließt, also die Auslassöffnung 56 abdeckt. Die Auslassöffnung 56 ist nachfolgend auch als Hauptauslass-Port bezeichnet. Radial beabstandet zu dem Hauptauslass-Port 56 sind zwei weitere Auslassöff nungen 58 (Fig. 3a, 3b), als sogenannte Vor- oder Hilfsauslässe (Pre-Outlets) vor gesehen. Die Auslassöffnungen 58 sind nachfolgend auch als Nebenventil-Ports bezeichnet.

Das Flatterventil 54 ist einerseits als Hauptventil für die Auslassöffnung 56 und andererseits als Vor- oder Hilfsauslassventil für die Auslassöffnungen 58 des Scrollteils 44 vorgesehen, mit welchen eine Überkompression des Kältemittels 2 im Verdichterbetrieb vermieden wird. Dadurch ist ein druckregulierter Kältemittel- ausstoß aus den Auslassöffnungen 56, 58 gewährleistet.

Zwischen dem A-seitigen Lagerschild 8 (Centerplate) und dem beweglicher Scroll 34 befindet sich eine Gegendruckkammer (Backpressure-Kammer) 60 als Teil ei nes nicht näher bezeichneten Gegendrucksystems. Die Gegendruckkammer 60 ist im Verdichtergehäuse 20 von der Basisplatte 34b des beweglichen Scrolls 34 be grenzt. Die Gegendruckkammer 60 erstreckt sich bereichsweise in die Basisplatte 34b des beweglichen Scrolls 34 hinein. Die Gegendruckkammer 60 ist mittels ei ner Abdichtung 62 gegenüber der Basisplatte 34b abgedichtet. Beim Betrieb des Kältemittelantriebs 2 wird das Kältemittel durch den Einlass in das Antriebsgehäuse 10 und dort in das Motorgehäuse 10a eingeleitet. Dieser Bereich des Antriebsgehäuses 10 bildet die Saug- oder Niederdruckseite des Scrollverdichters 6. Mittels der Gehäusezwischenwand 10b wird ein Eindringen des Kältemittels in das Elektronikfach 16 verhindert. Innerhalb des Antriebsgehäu- ses 10 wird das Kältemittel-Öl-Gemischentlang des Rotors 24 und des Stators 26 durch eine Öffnung zu der Saug- oder Niederdruckkammer 46 des Scrollverdich ters 6 gesaugt. Mittels des Scrollverdichters 6 wird das Gemisch aus Kältemittel und Öl verdichtet, wobei das Öl der Schmierung der beiden Scrolls 34, 44 dient, sodass eine Reibung verringert und folglich ein Wirkungsgrad erhöht ist. Auch dient das Öl der Abdichtung, um ein unkontrolliertes Entweichen von dem zwi schen den beiden Scrolls (Scrollteilen) 34, 44 befindlichem Kältemittel zu vermei den.

Das verdichtete Gemisch aus Kältemittel und Öl wird über den zentralen Haupt- auslass-Port 56 in der Basisplatte 44b des feststehenden Scrolls 44 in die Hoch druckkammer 48 innerhalb des Verdichtergehäuses 20 geleitet. Innerhalb des Öl abscheiders 50 wird das Gemisch aus Kältemittel und Öl in eine Rotationsbewe- gung versetzt, wobei das schwerere Öl aufgrund der erhöhten Trägheit und erhöh ten Masse zu den Wänden des Ölabscheiders 50 geleitet und unter Einwirkung der Schwerkraft g in einem unteren Bereich des Ölabscheiders 50 gesammelt wird, während das Kältemittel nach oben oder seitlich durch den Auslass 18 abge führt wird. Das Öl wird mittels der Öl-Rückführung 52, welche im unteren oder seit- liehen Bereich des Ölabscheiders 50 mündet, erneut zu dem Elektromotor 12 ge leitet. Mit anderen Worten ist die Hochdruckkammer 48 mittels der Öl-Rückführung 52 fluidtechnisch mit der Niederdruckseite verbunden. Die Öl-Rückführung 52 ist beispielsweise als ein Bypasskanal mit einem Drosselorgan in Form einer Blende ausgeführt (Fig. 8).

Unter „axial“ oder einer „Axialrichtung A“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Richtung parallel (koaxial) zur Drehachse des Elektromotors 12, also entlang der Längsrichtung des Kältemittelantriebs 2, verstanden. Entsprechend wird hier und im Folgenden unter „radial“ oder einer „Radialrichtung R“ insbesondere eine senkrecht (quer) zur Drehachse des Elektromotors 12 orientierte Richtung entlang eines Radius des Elektromotors 12 beziehungsweise der Scrollteile 34, 44 ver standen. Unter „tangential“ oder einer „Tangentialrichtung T“ wird hier und im Fol genden insbesondere eine Richtung entlang des Umfangs des Elektromotors (Um fangsrichtung, Azimutalrichtung) oder der Scrollteile 34, 44, also eine Richtung senkrecht zur Axialrichtung und zur Radialrichtung, verstanden. In den Figuren ist die Richtung der Schwerkraft mit g bezeichnet und beispielhaft dargestellt. Im Montagezustand des Verdichters 6 greift der Spiralkörper beziehungsweise die Spiralwand 34a des beweglichen Scrollteils 34 in die Frei- oder Zwischenräume der Spiralwand 44a des feststehenden Scrollteils 44 ein. Zwischen den Scrolls 34, 44, dies bedeutet zwischen deren Scrollwänden bzw. Scrollspiralen 34a, 44a und den Basisplatten 34b, 44b sind Verdichterkammern gebildet, deren Volumen im Verdichterbetrieb verändert wird. Nachfolgend werden die Verdichterkammern auch in Saugkammern S, Kompressionskammern K und Ausstoßkammern D un terschieden, wobei in den Figuren 3a und 3b eine Indizierung mit 1 oder 2 den jeweiligen Verdichtungspfad kennzeichnet.

Wie in der Fig. 3a ersichtlich ist, sind die Saugkammern S hierbei zur Nieder druckseite also zur Niederdruckkammer 46 geöffnet. Sobald die Saugkammern S durch die orbitierende Bewegung der Scrolls 34 verschlossen werden, werden sie zu Kompressionskammern K (Fig. 3b), deren sichelförmiges Volumen im Zuge der orbitierenden Bewegung zur Spiralmitte hin sukzessiv verdichtet wird. Die Winkel position der Motorwelle 22, bei welcher die Saugkammern S verschlossen werden, ist nachfolgend auch als 0°-Stellung bezeichnet. Die zwei radial innersten Kom pressionskammern K bilden hierbei die Ausstoßkammern D. Die Ausstoßkammern D verbinden oder vereinigen sich in einem auch als „Merging“ bezeichneten Pro- zess zu einer gemeinsamen Auslasskammer DD (Fig. 3a), welche mittels der Aus lassöffnung 56 das verdichtete Kältemittel-Öl-Gemisch in die Flochdruckkammer 48 fördert. Die Winkelposition der Motorwelle 22, bei welcher die Ausstoßkam mern D zu der Auslasskammer DD mergen, ist nachfolgend auch als Merging- Winkel oder Merging-Anlage bezeichnet.

Das erfindungsgemäße Gegendrucksystem ermöglicht eine flexible und effektive Anpassung des Drucks in der Gegendruckkammer 60. In dem Ausführungsbei spiel der Figuren 1 bis 8 steht die Gegendruckkammer 60 hierzu über zwei Fluid verbindungen 64, 66 mit den Verdichterkammern in Verbindung. Bei einem Scroll mit einer Scrolllänger 720° sind geeingeterweise mehr als zwei Fluidverbindungen (unter Ausnutzung der Symmetrie) vorgesehen. Jede Fluidverbindung verbindet hierbei eine unterschiedliche Verdichterkammer mit der Gegendruckkammer 60, wobei keine der Fluidverbindungen 64, 66 mit der Niederdruckkammer 46 kom- muniziert. Die Fluidverbindungen 64, 66 sind hierbei als axiale Bohrungen in die Basisplatte 34b des orbitierenden Scrolls 34 eingebracht.

Die Positionierung der Fluidverbindungen 64, 66 wird nachfolgend anhand der Figuren 4 bis 6 näher erläutert, wobei in der Fig. 4, der Fig. 5a und der Fig. 5b die Fluidverbindungen 64, 66 nicht explizit gezeigt sind. Nachfolgend ist das radial außenseitige Spiralende 68 der Spiralwand 34a mit einem Spiralwinkel von 0° be zeichnet. Dreht man nun einen Zeiger vom Spiralzentrum 70 (Spiralzentrum liegt nicht zwangsläufig im Zentrum der Bodenplatte) gegen den Uhrzeigersinn, so wird die gesamte Spiralkontur der Spiralwand 34a von außen nach innen abgefahren (Fig. 4). Der Spiralwandabschnitt 72, welcher einem Spiralwinkel von 360° ent spricht, und der Spiralwandabschnitt 74, welcher einem Spiralwinkel von 720° ent spricht, sind in den Figuren 4 und 5 ebenfalls gezeigt.

Da keine der Fluidverbindungen 64, 66 eine Verbindung zur Saugseite aufweisen soll, ist die radial außenseitige Fluidverbindung 66 in einem Winkel- oder Tole ranzbereich 76a angeordnet, welcher einem Spiralwinkel zwischen 360° ± 45°, also 315° bis 405°, entspricht. Der Toleranzbereich 76a der Positionierung resul tiert aus der Verdeckung der Fluidverbindung 66 durch den Spiral-Tip des festste henden Scrolls 44, also durch die axiale Auflagefläche der Spiralwand 44a, im Zu ge der orbitierenden Bewegung. Diese Verdeckung kann je nach Spiral- Wanddicke bis zu 90°, also einem Viertel einer Wellenumdrehung, betragen.

Die Fluidverbindung 66 ist sowohl auf der konkaven, als auch auf der konvexen Seite der Spiralwand 34a positionierbar, wobei die konvexe Anordnung um 180° versetzt oder gespiegelt angeordnet ist. Dies bedeutet, dass ein zweiter Toleranz bereich 76b für die konvexe Anordnung vorgesehen ist, in welchem die radial au ßenseitige Fluidverbindung 66 in einem Spiralwinkel zwischen 540° ± 45°, also 495° bis 595°, angeordnet ist. Je nachdem welche Seite gewählt wird, liegt die Fluidverbindung 66 in einem der beiden Verdichtungspfade.

Ein radialer Abstand 78 der Fluidverbindung 66 von der Flanke der Spiralwand 34a ist hierbei nicht größer, als die Wanddicke der Spiralwand 44a in dem ent- sprechenden Bereich, da ansonsten die Fluidverbindung 66 Kontakt zu einer der Ausstoßkammern D bekommen würde.

Die Fluidverbindung 64 ist hierbei im Bereich der radial innersten Verdichterkam- mer, also im Bereich der Ausstoßkammern D beziehungsweise der Auslasskam mer DD angeordnet. Die erste Fluidverbindung 64 ist somit innerhalb der (radial) innersten Verdichterkammer angeordnet, aus welcher das verdichtete Fluid bezie hungsweise das verdichtete Kältemittel durch den Flauptauslass-Port in die Floch- druckkammer ausgestoßen wird.

Hinsichtlich der Positionierung der inneren Fluidverbindung 64 ist keine direkte Winkelangabe des Spiralwinkels, wie beispielsweise 720°, möglich, da hier der Einfluss des Flauptauslass-Ports 56 und eines Tip-Cuts 80 eine wichtige Rolle spielen. Weiterhin kann im inneren Bereich des Scrollverdichters 6 kein „Sprung“ oder Wechsel bei einem zu großen Abstand zur Spiralflanke in eine andere Ver dichtungskammer erfolgen, da es bereits die innerste Verdichtungskammer ist.

Die Positionierung wird hier auf einen Positionierungsbereich bezogen, der für alle Scrollverdichter charakteristisch ist, nämlich im Bereich der Auslasskammer DD. Dieser Bereich entsteht nach Verschmelzung der beiden innersten Ausstoßkam mern D und ist durchgehend mit dem Flauptauslass-Port 56 in Fluidverbindung.

In der Fig. 6 ist in vier Teil-Darstellungen 82, 84, 86, 88 ein Verdichterprozess der Scrollteile 34, 44 gezeigt, wobei jede Teil-Darstellung 82, 84, 86, 88 im Uhrzeiger- sinn eine 90° Umdrehung der Welle, also einem Viertel des Orbitierungs-Zyklus des Scrolls 34, entspricht. Die Teil-Darstellung 82, 84, 86, 88 zeigen eine Schnittansicht des Scrollverdichters 6 mit Blick auf den feststehenden Scroll 44, wobei die Fluidverbindungen 64, 66 als Projektionen gezeigt sind, und wobei die kreisförmige Bewegung der Fluidverbindungen 64, 66 aufgrund der orbitierenden Bewegung des Scrolls 34 strichliniert gezeigt sind.

In der Fig. 6 schneidet die Bewegung der Fluidverbindung 64 die Auslassöffnung 56. In einer bevorzugten Ausführung ist die Fluidverbindung 64 jedoch so überlap- pungsfrei angeordnet, so dass die Bewegung zu keinem Zeitpunkt die Auslassöff nung 56 berührt.

Die Fig. 6 zeigt in der Teil-Darstellung 84 den Moment kurz vor der Verschmel- zung der Ausstoßkammern D zur Auslasskammer DD. Die Teil-Darstellung 88 zeigt diesen Bereich bei 180° Wellenumdrehung später. Der signifikante Positio nierungs-Bereich für die Fluidverbindung 64, um einen Großteil einer Ausstoß kammer D und der Auslasskammer DD beobachten zu können, ist durch die Sil houette der Auslasskammer DD bei 90° ± 15° nach dem sogenannten Merge- Angle, also der Winkelposition bei Verschmelzung der Ausstoßkammern D aus der Teil-Darstellung 84, gegeben. Dieser Bereich ist in der Darstellung der Fig. 5a als Projektion auf die Basisplatte 34 gezeigt. Eine vorteilhafte Positionierung der Fluidverbindung 64 liegt in einem Positionierungsbereich der Auslasskammer DD von 180° nach dem Merge-Winkel, wie es in der Teil-Darstellung 88 der Fig. 6 und in der projezierten Darstellung der Fig. 5b gezeigt ist. Der Positionierungsbereich von 180° nach dem Merge-Winkel (Fig. 5b) ist hierbei ein Teilbereich des Positio nierungsbereichs 90° nach dem Merge-Winkel (Fig. 5a).

Dies bedeutet, dass die Fluidverbindung 64 an einer Winkelposition innerhalb von 90° bis 180° nach dem Merge-Winkel in der Auslasskammer DD angeordnet ist.

Die nachfolgende (zweite) Fluidverbindung 66 ist an einer Position die 320° bis 400° Spiralwinkel weiter außen an der Spirale 34a angeordnet. Die Fluidverbin dung 66 liegt somit in einem Bereich, in dem sie eine Verbindung zu den Kom pressionskammern K herstellt. Die Fluidverbindungen 64, 66 sind hierbei derart angeordnet sind, dass die Fluidverbindungen 64, 66 zu keinem Zeitpunkt der orbi- tierenden Bewegung des beweglichen Scrolls 34 gemeinsam verdeckt oder ver schlossen sind. Mit anderen Worten ist zu jedem Zeitpunkt vorzugsweise mindes tens eine Fluidverbindung 64, 66 geöffnet (Fig. 6). Während eines Verdichtungszyklus sind beide Fluidverbindungen 64, 66 in jeweils unterschiedlichen Verdichtungsbereichen aktiv. Insbesondere steht im Wesentli chen der vollständige Verdichtungszyklus (Fig. 6) unter einer aktiven Fluidverbin dung zur Gegendruckkammer 60. Die Durchmesser der Fluidverbindungen 64, 66 sind hierbei mit den Querschnittsflächen der zugehörigen Verdichterkammern ge wichtet. Dies bedeutet, dass die innere Fluidverbindung 64 einen kleineren Durchmesser aufweist, als die nachfolgend äußere Fluidverbindung 66.

Die Funktionsweise des Gegendrucksystems ist nachfolgend anhand der Fig. 7 näher erläutert. In dem schematischen Wellenwinkel-Druck-Diagramm der Fig. 7 ist horizontal, also entlang der Abszissenachse (X-Achse), ein Wellenwinkel WW der Motorwelle 22 in Einheiten von Radiant (rad), und entlang der vertikalen Ordi- natenachse (Y-Achse) ein Druck p, beispielsweise in Bar (bar), aufgetragen. In der Fig. 7 sind drei horizontale Linien 90, 92, 94 gezeigt, welche unterschiedliche Druckniveaus kennzeichnen. Die Linie 90 entspricht einem Hochdruckniveau der Hochdruckkammer 48, die Linie 92 zeigt ein Gegendruckniveau der Gegendruck kammer 60, und die Linie 94 zeigt ein Niederdruckniveau der Niederdruckkammer 46.

In dem Diagramm der Fig. 7 sind drei Verdichtungsverläufe 96, 98, 100 für aufei nanderfolgende Verdichtungszyklen gezeigt, wobei der Verdichtungsverlauf 98 einen aktuellen Verdichtungszyklus darstellt, und wobei der Verdichtungsverlauf 96 einen vorherigen Verdichtungszyklus und der Verdichtungsverlauf 100 einen nachfolgenden Verdichtungszyklus zeigen. Der punktiert dargestellte Bereich 102 des Verlaufs 96 entspricht einer Überkompression.

In dem mit 104 bezeichneten Bereich des Verdichtungsverlaufs 98 ist die äußere Fluidverbindung 66 geöffnet, so dass eine aktive Fluidverbindung zwischen einer Kompressionskammer K und der Gegendruckkammer 60 besteht. In dem Bereich 106 ist schematisch ein Rückströmungsphänomen (Backflow) gezeigt, wobei am Punkt 108 der Merge-Winkel vorliegt, also die Ausstoßkammern D zur Auslass kammer DD verschmelzen. In dem Bereich 110 ist die innere Fluidverbindung 64 geöffnet, so dass eine aktive Fluidverbindung zwischen einer Ausstoßkammer D beziehungsweise der Auslasskammer DD und der Gegendruckkammer 60 be steht. Während eines Verdichtungszyklus 98 sind beide Fluidverbindungen 64, 66 in je weils unterschiedlichen Verdichtungsbereichen aktiv. Je nach Hochdruckniveau 90 und Niederdruckniveau 94 ist ein spezifischer Gegendruck notwendig, um die axiale Kraftkompensation des Gegendrucksystems zu gewährleisten. Durch die beiden Fluidverbindungen 64, 66 werden Kältemittelmassenströme 112 (mit Käl temittelmassenstrom ist immer auch ein gewisser Öl-Massenstrom Anteil gemeint) in und aus der Gegendruckkammer 60 geleitet. Die Massenströme 112 sind in der Fig. 7 als vertikale Pfeile gezeigt.

Die treibende Kraft ist hierbei die Druckdifferenz zwischen den Verdichtungskam mern K, D, DD und der Gegendruckkammer. Liegt der Druck einer fluidverbunde nen Verdichtungskammer niedriger als der in der Gegendruckkammer, so strömt Kältemittel aus der Gegendruckkammer in die Verdichtungskammer (Bereich 104 und Anfang Bereich 110). Ist es umgekehrt, so strömt Kältemittel aus der Verdich tungskammer in die Gegendruckkammer.

Durch die Fluidverbindungen 64, 66 ist ein interner Öl-Kreislauf realisiert, welcher Öl zu den Lagern 28, 42 in der Gegendruckkammer 60 fördert, und diese somit schmiert. Dies ist nachfolgend anhand der Fig. 8 näher erläutert.

In dem Scrollverdichter 6 sind im Verdichterbetrieb im Wesentlichen zwei Ölkreis läufe 114, 116 gebildet, welche in der Fig. 8 anhand von Pfeilen schematisch ge zeigt sind. In dem auch als Primärkreislauf bezeichneten Ölkreislauf 114 wird das Öl innerhalb eines Ölabscheiders 50 der Hochdruckkammer 48 abgeschieden und über einen separaten Pfad der Rückführung 52 in die Saugseite oder Nieder druckkammer 46 zurückgeführt.

Durch die Fluidverbindungen 64, 66 entsteht ein sekundärer Ölkreislauf (Sekun därkreislauf) 116, welcher die Schmierung der Lager 28, 42 durch das Öl- Kältemittel-Gemisch gewährleistet. Der Kreislauf 116 ist hierbei innerhalb der Scrollteile 34, 44 von der der Fluidverbindung 66 zur Fluidverbindung 64, also von außen nach innen, gerichtet. In der Gegendruckkammer 60 wird das Öl wieder in die äußere Verdichtungskammer zurückgeführt, wo es eine zusätzliche Abdich tung der Leckagespalte bewirkt.

In der Fig. 9 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Gegendrucksystems bezie hungsweise des Scrollverdichters 6 gezeigt. In dieser Ausführungsform weist der Scroll 34 drei als Bohrungen der Basisplatte 34b ausgeführte Fluidverbindungen 64, 66 und 118 auf, so dass (ohne Ausnutzung der Symmetrie) mindestens eine Fluidverbindung je oder pro 360° Spiralwinkel vorgesehen ist. Dadurch ist jede Verdichtungskammer K, D, DD der Scrollspiralen unter ständiger Fluidverbindung mit der Gegendruckkammer 60, so dass sich bei korrekter Gewichtung der Ver bindungsdurchmesser oder Querschnittsflächen der Fluidverbindungen 64, 66,

118 mit den axialen Querschnittsflächen der Verdichtungskammern ein Gegen druck in der Gegendruckkammer 60 ergibt, welcher eine optimale axiale Kraft kompensation ermöglicht.

Die Fluidverbindungen 66 und 118 sind symmetrisch zueinander angeordnet. Mit anderen Worten sind die Fluidverbindungen 66, 188 symmetrisch auf die Verdich tungspfade der Scrollverdichters 6 aufgeteilt. Dadurch ist eine symmetrische Rückführung des Massestroms ermöglicht, so dass eine gleichmäßigere Druckver teilung in den Verdichterkammern realisiert ist.

Die Fig. 10 und die Fig. 11 zeigen eine zweite Ausführungsform des Scrollverdich ters 6 beziehungsweise des Gegendrucksystems, bei welchem zwei Fluidverbin dungen 64, 66 vorgesehen sind, wobei die innere Fluidverbindung 64 als Bohrung in die Spiralwand 34a und die äußere Fluidverbindung 66 als Bohrung in die Ba sisplatte 34b eingebracht ist.

Die Fluidverbindung 64 ist beispielsweise im Bereich des Tip-Cuts 80 oder eines Wave-Guides 120 angeordnet. In dem in Fig. 11 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Fluidverbindung 64 in dem als stufenförmigen axialen Versatz ausgebildeten Wave-Guide 120 der Spiralwand 34a eingebracht, welcher benachbart zum Tip- Cut 80 angeordnet ist. Der Wave-Guide 120 wird zu keinem Zeitpunkt des Ver dichterbetriebs beziehungsweise der orbitierenden Bewegung durch eine Spiral- flanke oder Spiralwand 44a überfahren, und ist daher nie verschlossen. Mit ande ren Worten ist die Fluidverbindung 64 stets geöffnet. Dadurch wird ein Einschie ben von Partikeln durch das Überfahren der Fluidverbindung 64 verhindert. In der Fig. 12 ist eine dritte Ausführungsform des Scrollverdichters 6 beziehungs weise des Gegendrucksystems gezeigt. In dieser Ausführung sind die Fluidverbin dungen 64, 66 in die radialen Flanken der Spiralwand 34a eingebracht. Die Fluid verbindungen 64, 66 sind hierbei jeweils als zwei ineinander mündende Bohrun gen ausgeführt. Die zu den Verdichterkammern orientierten Bohrungen sind hier- bei schräg in die Spiralwand 34a eingebracht, wobei diese Bohrungen jeweils in eine axiale oder senkrechte Bohrung der Basisplatte 34b einmünden, welche von der Gegendruckkammerseite aus in die Basisplatte 34b eingebracht sind.

Die Fig. 13 zeigt eine vierte Ausführungsform, bei welcher die Fluidverbindung 64 in den feststehenden Scroll 44 und die Fluidverbindung 66 in den orbitierenden Scroll 34 eingebracht ist. Die Fluidverbindung 64 ist hierbei als drei ineinander mündende Bohrungen 122, 124, 126 ausgeführt. Die erste Bohrung ist radial und axial schräg in vom Außenumfang der Basisplatte 44b aus eingebracht und mün det in die Auslassöffnung 56. Die Bohrung ist hierbei mittels eines radial außensei- tigen Stopfens 128 verschlossen. Die axiale Bohrung 124 ist teilweise in die Be grenzungswand 44c und teilweise in das Lagerschild 8 eingebracht. Die radiale Bohrung 126 erstreckt sich von der Gegendruckkammer 60 zu der Bohrung 124.

In der Fig. 14 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel des Scrollverdichters 6 bezie- hungsweise des Gegendrucksystems gezeigt, bei welchem zur Verbesserung der Robustheit gegen Partikel in die Fluidverbindungen 64,66 jeweils ein Filterbauteil 130 eingesetzt ist. Die Filterbauteile 130 sind beispielsweise als feine Filtergewe be (beispielsweise Betamesh mit 40 pm Meshgröße) ausgeführt. Dadurch ist es möglich die Durchmesser der Fluidverbindungen 64, 66 kleiner auszuführen. Bei- spielsweise können die Fluidverbindungen 64, 66 einen Durchmesser von etwa 0,1 mm aufweisen, wobei die Fluidverbindung 66 vorzugsweise einen größeren Durchmesser als die Fluidverbindung 64 aufweist. Zusätzlich oder alternativ ist es beispielsweise möglich ein Kombiteil aus Filter und Drossel-Geometrie in die Scrollbauteile 34, 44 einzubringen, um die Robustheit gegen Partikelverstopfung zu verbessern. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu ver lassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbei spielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kom- binierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

So können alle Ausführungsvarianten sowohl im orbitierenden Scroll 34 auch im feststehenden Scroll 44 sinngemäß umgesetzt werden oder umgekehrt. Die Posi tionierungsbedingungen gelten für den Scroll 44 gleichermaßen wie für den Scroll 34. Weiterhin kann die Einbringung der Fluidverbindungen auch auf die Scrolls 34,

44 aufgeteilt werden und somit teilweise im beweglichen Scroll 34 und im festste henden Scroll 44 umgesetzt werden. Wesentlich ist, dass die Fluidverbindung 64 in einem Positonierungsbereich der Auslasskammer DD zwischen zwischen 90° ± 15° bis 180° ± 15°, insbesondere zwischen 90° bis 180°, vorzugsweise etwa 180°, nach dem Merge-Winkel angeordnet ist.

Bezugszeichenliste

2 Kältemittelantrieb

4 Antrieb 6 Scrollverdichter

8 Lagerschild 10 Antriebsgehäuse 10a Motorgehäuse 10b Elektronikgehäuse 10c Zwischenwand 12 Elektromotor 14 Gehäusedeckel 16 Elektronikfach 18 Auslass 20 Verdichtergehäuse

22 Motorwelle 24 Rotor 26 Stator 28 Lager 30 Lagersitz

32 Dichtring 34 Scroll 34a Spiralwand 34b Basisplatte 36 Ausgleichsgewicht

38 Wellenzapfen

40 Wellenzapfen

42 Lager

44 Scroll 44a Spiralwand 44b Basisplatte 44c Begrenzungswand 46 Niederdruckkammer Hochdruckkammer

Ölabscheider

Öl-Rückführung

Flatterventil

Auslassöffnung/Hauptauslass-Port

Auslassöffnung/Nebenventil-Port

Gegendruckkammer

Abdichtung

Fluidverbindung

Spiralende

Spiralzentrum

Spiralwandabschnitt

Spiralwandabschnitt a, 76b Toleranzbereich

Abstand

Tip-Cut , 84, 86, 88 Teil-Darstellung , 92, 94 Linie , 98, 100 Verdichtungsverlauf 2 Bereich 4, 104' Bereich 6 Bereich 8 Punkt 0, 110' Bereich 2 Pfeile 4 Ölkreislauf/Primärkreislauf 6 Ölkreislauf/Sekundärkreislauf 8 Fluidverbindung 0 Wave-GuideA/ersatz 2, 124, 126 Bohrung 8 Stopfen 0 Filterbauteil A Axialrichtung

R Radialrichtung

T Tangentialrichtung g Schwerkraft

S Saugkammer

K Kompressionskammer

D Ausstoßkammer DD Auslasskammer

WW Wellenwinkel

P Druck

Claims

Ansprüche

1. Scrollverdichter (6) eines elektrischen Kältemittelantriebs (2) aufweisend

- ein Gehäuse (20) mit einer Niederdruckkammer (46) und mit einer Hoch druckkammer (48) sowie mit Verdichterkammern (S, K, D, DD) und einer Gegendruckkammer (60),

- einen feststehenden Scroll (44) mit einer Basisplatte (44b) und mit einer Spiralwand (44a), wobei die Basisplatte (44b) des feststehenden Scrolls (44) die Hochdruckkammer (60) begrenzt,

- einen beweglichen Scroll (34) mit einer Basisplatte (34b) und mit einer Spiralwand (34a), welche in die Spiralwand (44a) des feststehenden Scrolls (44) eingreift und mit dieser die Verdichterkammern (S, K, D, DD) bildet, wobei die Basisplatte (34b) des beweglichen Scrolls (34) die Ge gendruckkammer (60) begrenzt,

- wobei eine erste Fluidverbindung (64) vorgesehen ist, welche die Gegen druckkammer (60) mit der radial innersten Verdichterkammer (DD) verbin det, welche im Zuge der Bewegung des beweglichen Scrolls (34) über ei ne Auslassöffnung (56) mit der Hochdruckkammer (48) gekoppelt ist, und

- wobei die erste Fluidverbindung (64) in einem Positonierungsbereich der radial innersten Verdichterkammer (DD) zwischen 75° bis 195° nach dem Merge-Winkel, bei welchem zwei Verdichterkammern (D) zu der radial in nersten Verdichterkammer (DD) verschmelzen, angeordnet ist.

2. Scrollverdichter (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der ersten Fluidverbindung (64) eine zweite Fluidver bindung (66, 118) um einen Spiralwinkel von 320° bis 400° nach außen ver setzt angeordnet ist, welche die Gegendruckkammer (60) mit einer von der radial innersten Verdichterkammer (DD) unterschiedlichen Verdichterkammer (K) verbindet.

3. Scrollverdichter () nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fluidverbindung (64) zu keinem Zeitpunkt der Bewegung des beweglichen Scrolls (34) mit der Auslassöffnung (56) überlappt.

4. Scrollverdichter (6) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass keine der Fluidverbindungen (64, 66, 118) mit der Niederdruckkammer (46) gekoppelt ist.

5. Scrollverdichter (6) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverbindungen (64, 66, 118) derart angeordnet sind, dass die Fluidverbindungen (64, 66, 118) zu keinem Zeitpunkt der Bewegung des be weglichen Scrolls (34) gemeinsam verschlossen sind.

6. Scrollverdichter (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Fluidverbindung (64, 66) in die oder jede Spiralwand (34a, 44a) eingebracht sind.

7. Scrollverdichter (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Spiralwände (34a) einen stufenförmigen axialen Versatz (120) aufweist, und dass eine Fluidverbindung (64) im Bereich des Versatzes (120) eingebracht ist.

8. Scrollverdichter (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fluidverbindung (64) in dem feststehenden Scroll (44) einge bracht ist.

9. Scrollverdichter (6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fluidverbindung (64) quer in die Auslassöffnung () eingebracht ist.

10. Scrollverdichter (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass alle Fluidverbindungen (64, 66) in den gleichen Scroll (34, 44) einge bracht sind.

11. Elektrischer Kältemittelantrieb (2), aufweisend eine Leistungselektronik und einen elektromotorischen Antrieb (4) sowie einen damit gekoppelten Scroll verdichter (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als Verdichterkopf.