WO2025252511A1

WO2025252511A1 - Spiralverdichter

Info

Publication number: WO2025252511A1
Application number: PCT/EP2025/064445
Authority: WO
Inventors: Hauke KRAUS
Original assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Priority date: 2024-06-06
Filing date: 2025-05-26
Publication date: 2025-12-11
Anticipated expiration: 2026-12-06
Also published as: DE102024115790A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen schmierölfrei betreibbaren Spiralverdichter (1) mit einem Gehäuse (9), welcher eine gehäusefeste Basisplatte (7) und eine bewegbare Basisplatte (8) aufweist, an denen in axialer Richtung abstehend eine gehäusefeste Spirale (2) beziehungsweise eine mit der bewegbaren Basisplatte (8) bewegbare Spirale (3) ausgebildet sind, bei dem die beiden Spiralen (2, 3) so angeordnet sind, dass sie radial sowie axial ineinander greifen, wobei die beiden Spiralen (2, 3) jeweils eine in mehreren Spiralwindungen (12a, 12b, 16a, 16b) verlaufende Spiralwand (11, 15) aufweisen, wobei die bewegbare Spirale (3) mittels eines Exzenterantriebs (4) in eine um die gehäusefeste Spirale (2) führende Orbitalbahn bewegbar ist, wobei zwischen den beiden Spiralwänden (11, 15) ausgebildete Spiralgänge (17a, 17b, 17c, 17d) sich im Betrieb des Spiralverdichters fortlaufend verengen, und bei dem sich die Spiralwände (11, 15) konstruktionsbedingt und/oder betriebsbedingt abschnittweise berühren können. Hierbei ist vorgesehen, dass mindestens ein Wandabschnitt (19a, 19b, 19c, 19d, 20a, 20b, 20c, 20d) mindestens einer der beiden Spiralwände (11, 15), in welchem ein potentieller Berührungsbereich (18a, 18b, 18c, 18d) der beiden Spiralwände liegt, derart geometrisch modifiziert ausgebildet ist, dass eine Berührung der beiden Spiralwände (11, 15) oder zumindest eine erhöhte Reibungskraft zwischen den beiden Spiralwänden in diesem Wandabschnitt ausgeschlossen ist.

Description

Spiralverdichter

Die Erfindung betrifft einen schmierölfrei betreibbaren Spiralverdichter mit einem Gehäuse, welcher eine gehäusefeste Basisplatte und eine bewegbare Basisplatte aufweist, an denen in axialer Richtung abstehend eine gehäusefeste Spirale beziehungsweise eine mit der bewegbaren Basisplatte bewegbare Spirale ausgebildet sind, bei dem die beiden Spiralen so angeordnet sind, dass sie radial sowie axial ineinander greifen, wobei die beiden Spiralen jeweils eine in mehreren Spiralwindungen verlaufende Spiralwand aufweisen, wobei die bewegbare Spirale mittels eines Exzenterantriebs in eine um die gehäusefeste Spirale führende Orbitalbahn bewegbar ist, wobei zwischen den beiden Spiralwänden ausgebildete Spiralgänge sich im Betrieb des Spiralverdichters fortlaufend verengen, und bei dem sich die Spiralwände konstruktionsbedingt und/oder betriebsbedingt abschnittweise berühren können.

Spiralverdichter beziehungsweise Scrollverdichter sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. In Fahrzeugen werden sie beispielsweise als Luftverdichter für eine Druckluftversorgungsanlage oder zur Verdichtung eines Kältemittels in einer Klimaanlage eingesetzt. In einer gängigen Bauweise sind zwei Spiralen ineinandergreifend angeordnet, von denen eine bewegbare auf einer Umlaufbahn um die andere, ortsfeste Spirale bewegbar ist. Hierzu ist die orbitierbare Spirale mittels einer Exzenteranordnung in einer Ebene quer zu einer geometrischen Mittenachse auslenkbar, ohne sich selbst um die eigene Längsachse zu drehen. Die beiden Spiralen kämmen im Betrieb des Spiralverdichters miteinander, wobei zwischen den beiden Spiralen ausgebildete Spiralgänge sich zunehmend verengen. Hierdurch wird bei einer Drehbewegung des Antriebs ein von außen angesaugtes oder zugeführtes Fluid in den Spiralgängen immer weiter verdichtet, und das verdichtete Fluid an einem zentralen Auslass abgeführt. Um Druckverluste bei der Verdichtungstätigkeit des Spiralverdichters zu minimieren, sind die ineinander verschachtelten Spiralen derart eng zueinander angeordnet, dass sich die relativ zueinander bewegbaren Spiralwände bei der Orbitalbewegung und der Bildung der fluidführenden Spiralgänge zumindest in Abschnitten der Spiralwindungen sehr nahekommen, sodass sie sich in diesen Bereichen gerade leicht berühren oder gerade nicht berühren. Derartige Spiralverdichter weisen einen hohen Wirkungsgrad auf und haben sich bereits vielfach bewährt.

Allerdings hat sich herausgestellt, dass sich bei solchen Spiralverdichtern an einzelnen Wandbereichen unerwünschte Schleifspuren ausbilden. Solche Schleifspuren können entstehen, wenn die Spiralwände der relativ zueinander bewegten Spiralen in den betreffenden Berührungsbereichen der Spiralwände mit relativ hohen Drücken aneinander gepresst werden, sodass bei der Relativbewegung der Spiralen erhebliche Reibkräfte auf die Wandoberflächen wirken. Diese Reibkräfte entstehen im Wesentlichen durch die Wärmeausdehnung der Spiralwände aufgrund einer starken Erhitzung des Spiralverdichters im Verdichtungsbetrieb. Sie können sich aber auch durch ungünstige Fertigungstoleranzen, Materialverformungen aufgrund hoher Zentrifugalkräfte und/oder hoher Fluiddrücke sowie durch Verschleiß an den Wellen und Lagern des Exzenterantriebs noch verstärken. Die Folge ist ein störender Verschleiß der Spiralwände an einem oder mehreren der betreffenden Wandabschnitte.

Aus der DE 10 2021 210 295 A1 ist ein Spiralverdichter zur Verdichtung eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs bekannt. Der Spiralverdichter weist eine gehäusefeste Spirale und ein darum orbitie- rende Spirale auf, welche axial und radial ineinander verschachtelt angeordnet sind. Die Spiralwände der Spiralen bilden zwischen den sich abschnittsweise berührenden Spiralwänden mehrere Förderkammern zur Verdichtung eines Gemisches aus Kältemittel und Öl aus. Das Öl dient der Schmierung der beiden Spiralen, sodass eine Reibung verringert und folglich der Wirkungsgrad des Spiralverdichters erhöht ist.

In bestimmten Anwendungsfällen kann eine Schmierung der Kontaktflächen der Spiralwände erfolgen, wenn das zu fördernde Fluid eine bestimmte Schmierfähigkeit aufweist. Dies ist beispielsweise in Kühlkreisläufen von Kompressoren mit Gemischen von Kältemitteln und Öl möglich, jedoch nicht oder zumindest nicht ohne größeren zusätzlichen Aufwand in einer Druckluftversorgunganlage, in der eine möglichst ölfreie sowie feuchtigkeitsarme Druckluft erzeugt werden soll.

Außerdem weisen viele Fahrzeuge bereits Spiralverdichter mit Kühlvorrichtungen an einer oder beiden Spiralen beziehungsweise deren Basisplatten auf, wodurch die Erhitzung und damit die Wärmeausdehnung der Spiralwände begrenzt werden kann.

Dennoch haben sich, beispielsweise bei kompakt bauenden Luftverdichtern mit einer hohen Förderleistung, wie sie in vielen Nutzfahrzeugen benötigt werden, trotz einer Kühlung unerwünschte Schleifspuren an den Spiralwänden gezeigt. Dadurch kann sich im Laufe der Betriebsdauer der Energieverbrauch des Spiralverdichters erhöhen, bei gleichzeitig sinkendem Wirkungsgrad und verkürzter maximaler Gebrauchsdauer.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen schmierölfrei betreibbaren Spiralverdichter vorzustellen, welcher verschleißarm im Betrieb ist und der zugleich einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht. Insbesondere soll ein solcher Spiralverdichter zur Drucklufterzeugung in einem Kraftfahrzeug geeignet sein.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den zugeordneten Unteransprüchen entnehmbar sind.

Die Erfindung betrifft daher einen schmierölfrei betreibbaren Spiralverdichter mit einem Gehäuse, welcher eine gehäusefeste Basisplatte und eine bewegbare Basisplatte aufweist, an denen in axialer Richtung abstehend eine gehäusefeste Spirale beziehungsweise eine mit der bewegbaren Basisplatte bewegbare Spirale ausgebildet sind, bei dem die beiden Spiralen so angeordnet sind, dass sie radial sowie axial ineinander greifen, wobei die beiden Spiralen jeweils eine in mehreren Spiralwindungen verlaufende Spiralwand aufweisen, wobei die bewegbare Spirale mittels eines Exzenterantriebs in eine um die gehäusefeste Spirale führende Orbitalbahn bewegbar ist, wobei zwischen den beiden Spiralwänden ausgebildete Spiralgänge sich im Betrieb des Spiralverdichters fortlaufend verengen, und bei dem sich die Spiralwände konstruktionsbedingt und/oder betriebsbedingt abschnittweise berühren können.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei diesem Spiralverdichter vorgesehen, dass mindestens ein Wandabschnitt mindestens einer der beiden Spiralwände, in welchem ein potentieller Berührungsbereich der beiden Spiralwände liegt, derart geometrisch modifiziert ausgebildet ist, dass eine Berührung der beiden Spiralwände oder zumindest eine erhöhte Reibungskraft zwischen den beiden Spiralwänden in diesem Wandabschnitt ausgeschlossen ist.

Unter einem Wandabschnitt wird ein Teilbereich einer Spiralwand einer Spirale des Spiralverdichters verstanden. Ein solcher Wandabschnitt weist eine radial äußere Wandseite und eine radial innere Wandseite auf.

Unter einem potentiellen Berührungsbereich wird ein sich radial zwischen der Spiralwand der gehäusefesten Spirale und der Spiralwand der orbitierbaren Spirale befindender Bereich verstanden, in dem sich die radial äußere Wandseite und die radial innere Wandseite der beiden Spiralwände berühren oder berühren können.

Die Erfindung löst das geschilderte technische Problem dadurch, dass an den Spiralwänden in den verschleißgefährdeten Bereichen relativ kleine geometrische Modifikationen ausgebildet sind, wie beispielsweise kleine Rücksprünge oder Abflachungen. Diese geometrischen Modifikationen sind ausreichend, um in den betreffenden Wandabschnitten Effekte wie Verformungen der Spiralwände durch Wärmeausdehnung und/oder Zentrifugalkräfte, Materialabnutzung im Exzenterantrieb oder Toleranzen bei der Herstellung der Komponenten sowie deren Montage zu kompensieren.

Sofern aufgrund des üblichen evolventenförmigen Kurvenverlaufs der Spiralwindungen der Spiralwände eine oder mehrere örtlich begrenzte Kontaktflächen beim Abwälzen der orbitierenden Spirale an der gehäusefesten Spirale konstruktiv bestehen würden, können durch die Ausbildung geeigneter örtlich begrenzter Rücksprünge oder dergleichen derartige Kontaktflächen gänzlich vermieden oder in ihrer Wirkung minimiert werden. Zumindest wird durch die Erfindung erreicht, dass aufgrund der oben genannten nachteiligen Effekte keine zusätzlichen erhöhten Reibungskräfte entstehen können und damit kein zusätzlicher Verschleiß an den vorhandenen Kontaktflächen erzeugt wird.

Ist hingegen die Geometrie und Anordnung der Spiralwände derart konzipiert, dass eigentlich an keiner Stelle eine Berührung vorgesehen ist, wird durch die Erfindung sichergestellt, dass es aufgrund der oben genannten nachteiligen Effekte nicht doch zu einer Berührung und damit zu einer verschleißbehaften Reibung zwischen den Spiralwänden kommen kann. Die an den erfindungsgemäß ausgebildeten geometrischen Modifikationen angrenzenden Bereiche der Spiralwände, also die Spiralwindungen außerhalb besagter Wandabschnitte, können konstruktiv unverändert bleiben. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Erfindung im Wesentlichen um eine Spiralwindungskonstruktion mit geometrischen Änderungen an den Windungskurven in bestimmten Bereichen.

In jedem Fall überwiegt der Vorteil des nahezu verschleißfreien Betriebs des Spiralverdichters im Bereich seiner Spiralwände im Vergleich mit einem aufgrund der geometrischen Modifikationen resultierenden geringfügigen Druckverlustes im Förderbetrieb des Spiralverdichters.

Gemäß einer Weiterbildung des beschriebene Spiralverdichters kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine geometrisch modifizierte Wandabschnitt einen Rücksprung, wie eine sich radial sowie axial erstreckende Abflachung aufweist, wobei dieser modifizierte Wandabschnitt zumindest auf einer radial äußeren Wandseite der Spiralwand ausgebildet ist.

Demnach wird durch eine örtlich begrenzte Abflachung eines Windungsbogens der Spiralwand einer der beiden Spiralen erreicht, dass ein potentieller Berührungsbereich, in welchem ohne diese geometrische Modifikation mit hoher Wahrscheinlichkeit unerwünschte Schleifspuren entstehen würden, vor einem solchen Verscheiß geschützt ist. Derartige Abflachungen können zweckmäßigerweise an mehreren betreffenden Windungsbögen an einer oder an beiden Spiralen ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Rücksprung jeweils an der radial äußeren Wandseite einer Spiralwand ausgebildet. Alternativ dazu kann ein solcher Rücksprung in Form einer Aushöhlung oder dergleichen an der radialen Innenseite einer Spiralwand ausgebildet sein.

Eine andere Ausführungsform des Spiralverdichters sieht vor, dass der mindestens eine geometrisch modifizierte Wandabschnitt eine nach radial innen gerichtete erste Abschrägung aufweist, welche auf der Höhe der Basisplatte oder axial beabstandet davon an der Spiralwand beginnt und in einem ersten Schrägungswinkel a zu einer auf der Basisplatte senkrecht stehenden geometrischen Längsachse verläuft.

In einer Untersuchung wurde an wenigstens einem Berührungsbereich der Spiralwände der beiden Spiralen eines Spiralverdichters Spuren von Verschleiß festgestellt, welche nicht über die gesamte Wandhöhe, sondern lediglich in einem Teilbereich der axialen Wandhöhe der Spiralwand auftraten. Demnach ist dieser Bereich am ehesten beziehungsweise am stärksten von Verschleiß betroffen. Durch eine nach radial innen gerichtete Abschrägung der Spiralwand in dem betreffenden Bereich können solche Verschleißspuren an der radial äußeren Wandseite gezielt verhindert werden. Eine derartige Abschrägung kann vorteilhaft mit einer Abflachung des Windungsbogens kombiniert werden. Dadurch ist eine dreidimensionale geometrische Änderung der Spiralwand realisiert, welche einen besonders wirksamen Verschleißschutz bietet, der an den erfahrungsgemäß unterschiedlich verlaufenden Verschleiß der Spiralwände in axialer Richtung besser angepasst ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine geometrisch modifizierte Wandabschnitt eine nach radial innen gerichtete zweite Abschrägung sowie eine nach radial außen gerichtete dritte Abschrägung aufweist, welche auf der Höhe der Basisplatte oder axial beabstandet davon an der Spiralwand beginnt, wobei die zweite Abschrägung in einem zweiten Schrägungswinkel ß und die dritte Abschrägung in einem dritten Schrägungswinkel y zu einer auf der Basisplatte senkrecht stehenden Längsachse verlaufen.

Durch eine nach radial außen gerichtete Abschrägung der Spiralwand in dem betreffenden Bereich können solche Verschleißspuren an der radial inneren Wandseite gezielt verhindert werden. Die zwei Abschrägungen, also nach radial innen und nach radial außen, können vorteilhaft miteinander kombiniert sein, wobei der Winkel der Abschrägung in Bezug zu einer auf der Basisplatte senkrecht stehenden Achse auf den beiden radialen Seiten der Spiralwand unterschiedlich sein kann.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine geometrisch modifizierte Wandabschnitt an einem in Bewegungsrichtung ersten potentiellen Berührungsbereich zwischen den beiden Spiralwänden ausgebildet ist. Bei einem Spiralverdichter mit einer gehäusefesten Spirale und einer orbitierenden, also bewegbaren Spirale, beginnt ein Umlauf mit dem Einsaugen des zu verdichtenden Fluids und endet mit dem Ausstößen des in dem Verdichter verdichteten Fluids. Es hat sich überaschenderweise herausgestellt, dass der in Laufrichtung bei einem Umlauf erste potentielle Berührungsbereich besonders verschleißanfällig ist. Daher ist es vorteilhaft, dass an dem betreffenden Wandabschnitt einer der beiden Spiralen eine geeignete geometrische Modifikation der Spiralwand ausgebildet ist. An den in Bewegungsrichtung nachfolgenden Berührungsbereichen können zusätzliche derartige geometrische Modifikationen ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine geometrisch modifizierte Wandabschnitt an einer radial äußeren Spiralwindung der Spiralwand ausgebildet ist. Es hat sich in Untersuchungen gezeigt, dass die geometrische Lage der Schleifspuren zwischen den Spiralwänden eher an den radial äußeren Spiralwindungen auftritt und dort erheblicher ist als an den radial inneren Spiralwindungen. Daher ist es vorteilhaft, wenn eine geometrische Modifikation an einer radial äußeren Spiralwindung zumindest einer der beiden Spiralen in einem Berührungsbereich ausgebildet ist. An den radial inneren Spiralwindungen einer oder beider Spiralen können jedoch zusätzliche geometrische Modifikationen ausgebildet sein.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug, wie ein Nutzfahrzeug oder einen Personenkraftwagen, mit einem Spiralverdichter, beispielsweise zur Drucklufterzeugung in einer Druckluftversorgungsanlage des Fahrzeugs, welcher gemäß einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut ist. Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch einen Teilbereich eines Spiralverdichters mit einer gehäusefesten Spirale und einer bewegbaren Spirale, Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Spiralverdichters gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Spiralverdichters,

Fig. 4 einen vereinfachten Längsschnitt durch einen Teilbereich einer Spiralwand eines Spiralverdichters gemäß Fig. 3 mit einer einseitigen Abschrägung, und Fig. 5 einen vereinfachten Längsschnitt durch einen Teilbereich einer Spiralwand eines Spiralverdichters gemäß Fig. 3 mit einer zweiseitigen Abschrägung.

Einige Bauelemente in den Figuren stimmen überein, sodass sie mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.

Die Fig. 1 zeigt demnach einen Spiralverdichter 1 , welcher eine gehäusefeste erste Spirale 2 und eine bewegbare zweite Spirale 3 aufweist, welche in einem lediglich abschnittweise dargestellten Gehäuse 9 angeordnet sind. Die gehäusefeste Spirale 2 ist einstückig an einer gehäusefesten Basisplatte 7 angeordnet und vorzugsweise einstückig zusammen mit dieser ausgebildet. Die bewegbare Spirale 3 ist einstückig an einer bewegbaren Basisplatte 8 angeordnet. Die beiden Spiralen 2, 3 sind radial und axial ineinander verschachtelt angeordnet. Die bewegbare Basisplatte 8 und die damit verbundene bewegbare Spirale 3 sind mittels eines Exzenterantriebs 4 in einer Ebene quer zu einer geometrischen Mittenachse 10 des Spiralverdichters 1 ausgelenkbar, sodass die bewegbare Spirale 3 im Betrieb eine um die gehäusefeste Spirale 2 orbitierende Bewegung vollführt. Der Exzenterantrieb 4 ist dazu über eine Antriebswelle 5 zum Antreiben der bewegbaren Spirale 3 mit dem Rotor einer elektrischen Antriebsmaschine 6 kraftschlüssig verbunden. Bei einem solchen Spiralverdichter 1 kann es sich beispielsweise um einen elektromotorisch angetriebenen Luftverdichter in einer Druckluftversorgungsanlage eines Nutzfahrzeugs handeln. Wie eine in der Fig. 2 dargestellte Querschnittsansicht eines bekannten Spiralverdichters 1.1 zeigt, weist die gehäusefeste Spirale 2 eine erste Spiralwand 11.1 auf, welche in einer radial äußeren Spiralwindung 12a von einem radial außen angeordneten Fluideinlass 13 ausgehend weiter in einer radial inneren Spiralwindung 12b zu einem zentralen Fluidauslass 14 verläuft. Der Fluideinlass kann auch radial oder tangential angeordnet und/oder ausgerichtet sein, also ohne eine axiale Bohrung in der gehäusefesten Basisplatte 7. Dementsprechend weist die bewegbare Spirale 3 eine zweite Spiralwand 15.1 auf, welche in einer radial äußeren Spiralwindung 16a und weiter in einer radial inneren Spiralwindung 16b verläuft. Die beiden ineinander verschachtelt angeordneten Spiralen 2, 3 kämmen miteinander, wobei die bewegbare Spirale 3 um die ortsfeste Spirale 2 orbitiert. Bei dieser Orbitalbewegung verengen sich zwischen den Spiralwänden 11.1, 15.1 ausgebildete, in dem gezeigten Beispiel vier, sichelförmige Spiralgänge 17a, 17b 17c, 17d, sodass bei einer Drehbewegung des Exzenterantriebs 4 von außen angesaugtes Fluid, beispielsweise angesaugte Luft, in den Spiralgängen 17a, 17b 17c, 17d immer weiter verdichtet wird, und das verdichtete Fluid, also die Druckluft, durch den zentralen Fluidauslass 14 abgeführt wird.

Wie bei dem in der Fig. 2 dargestellten bekannten Spiralverdichter 1.1 deutlich erkennbar ist, sind im vorliegenden Beispiel zwischen den beiden Spiralwänden 11.1 , 15.1 mehrere, vorliegend vier, Berührungsbereiche 18a, 18b, 18c, 18d vorhanden. Die relativ zueinander bewegbaren beiden Spiralen 2, 3 können im Verdichtungsbetrieb des bekannten Spiralverdichters 1.1 durch die eingangs genannten nachteiligen Einflüsse, wie Wärmeausdehnung, Materialverformung und andere, in diesen Berührungsbereichen 18a, 18b, 18c, 18d an den jeweils einander zugewandten radialen Wandaußenseiten und Wandinnenseiten von vier paarweise zueinander benachbarten Wandabschnitten 19a, 19b, 19c, 19d, 20a, 20b, 20c, 20d der beiden Spiralwände 11.1 , 15.1 Schleifspuren erzeugen. Diese Schleifspuren können den Energieverbrauch des Exzenterantriebs 4 erhöhen und die maximale Gebrauchsdauer des Spiralverdichters verkürzen. Hier setzt die Erfindung mit der Idee an, einen derartigen Verschleiß mittels geometrischer Modifikationen an den Spiralwänden 11.1 , 15.1 in den Berührungsbereichen 18a, 18b, 18c, 18d von vornherein zu verhindern. Im Unterschied zu dem bekannten Spiralverdichter 1.1 gemäß Fig. 2 ist an dem in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Spiralverdichter 1 in jedem der Berührungsbereiche 18a, 18b, 18c, 18d ein Rücksprung 31a, 31b, 31c, 31 d an einem der Spiralwände 11 , 15 ausgebildet. Im vorliegenden Beispiel ist ein erster Rücksprung 31a an einem ersten Wandabschnitt 19a und ein zweiter Rücksprung 31 b an einem zweiten Wandabschnitt 19b der Spiralwand 11 der gehäusefesten ersten Spirale 2 sowie ein dritter Rücksprung 31c an einem dritten Wandabschnitt 20c und ein vierter Rücksprung 31 d an einem vierten Wandabschnitt 20d der Spiralwand 15 der bewegbaren Spirale 3 ausgebildet. Die vier Rücksprünge 31a, 31 b, 31c, 31 d erstrecken sich jeweils radial sowie axial als eine Abflachung der radial äußeren Wandseite der betreffenden Spiralwand 11 , 15. Die Rücksprünge 31a, 31 b, 31c, 31 d können dabei jeweils an einer beliebigen Winkelposition um die Mittenachse 10 herum ausgebildet beziehungsweise angeordnet sein.

Die Fig. 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Teilbereich der gehäusefesten Spirale 2 oder der bewegbaren Spirale 3 des Spiralverdichters 1 gemäß der Erfindung. An der von der jeweiligen Basisplatte 7, 8 in axialer Richtung abstehenden Spiralwand 11 , 15 ist zusätzlich an dem jeweiligen Rücksprung 31a, 31 b, 31c, 31 d oder anstelle eines Rücksprungs in dem betreffenden Wandabschnitt 19a, 19b, 20c, 20d eine nach radial innen gerichtete erste Abschrägung 32 ausgebildet, die einen ersten Schrägungswinkel a gegenüber einer auf der Basisplatte 7, 8 senkrecht stehenden gedachten Längsachse 35 aufweist. Diese gedachte Längsachse 35 verläuft parallel zur Mittenachse 10 der bewegbaren Spirale 3.

Fig. 5 zeigt einen weiteren schematischen Längsschnitt durch einen Teilbereich der gehäusefesten Spirale 2 oder der bewegbaren Spirale 3 des Spiralverdichters 1 gemäß der Erfindung. Im Unterschied zu der ersten Abschrägung 32 gemäß Fig. 4 ist an der von der Basisplatte 7, 8 axial abstehenden Spiralwand 11 , 15 eine nach radial innen gerichtete zweite Abschrägung 33 mit einem anderen zweiten Schrägungswinkel ß sowie eine nach radial außen gerichtete dritte Abschrägung 34 mit einen dritten Schrägungswinkel y ausgebildet. Die beiden Spiralen 2, 3 kämmen im Verdichtungsbetrieb des Spiralverdichters 1 miteinander, wobei die bewegbare Spirale 3 um die gehäusefeste Spirale 2 orbitiert. Bei der Orbitalbewegung der bewegbaren Spirale 3 um die gehäusefeste Spirale 2 überstreicht die orbitierende Spirale 3 die potentiellen Berührungsbereiche 18a, 18b, 18c, 18d zwischen den beiden Spiralwänden 11 , 15. Aufgrund der an den beiden Wandabschnitten 19a, 19b der gehäusefesten Spirale 2 sowie der an den beiden weiteren Wandabschnitten 20c, 20d der bewegbaren Spirale 3 ausgebildeten Rücksprünge 31a, 31b, 31c, 31 d in Form von Abflachungen der Wandungen ist sichergestellt, dass die Orbitalbewegung der bewegbaren Spirale 3 im Betrieb des Spiralverdichters 1 gemäß der Erfindung keine oder allenfalls nur sehr geringe Schleifspuren an den Spiralwänden 11, 15 der beiden Spiralen 2, 3 verursacht. Dadurch kann der Spiralverdichter 1 hinsichtlich seiner Spiralwände 11 , 15 zuverlässig und dauerhaft, insbesondere nahezu unabhängig von thermischen Belastungen, Verformungskräften, Exzenterlagerverschleiß und/oder Fertigungstoleranzen, verschleißarm betrieben werden.

Bezugszeichenliste (Bestandteil der Beschreibung)

1 Spiralverdichter (gemäß der Erfindung)

I .1 Spiralverdichter (Stand der Technik)

2 Gehäusefeste Spirale

3 Orbitierbare Spirale

Exzenterantrieb

5 Antriebswelle

6 Elektrische Antriebsmaschine

7 Gehäusefeste Basisplatte

8 Bewegbare Basisplatte

9 Gehäuse

10 Geometrische Mittenachse

11 Spiralwand der bewegbaren Spirale

I I .1 Spiralwand der gehäusefesten Spirale (Stand der Technik)

12a Radial äußere Spiralwindung der gehäusefesten Spiralwand 11 , 11.1

12b Radial innere Spiralwindung der gehäusefesten Spiralwand 11 , 11.1

13 Fluideinlass

14 Fluidauslass

15 Spiralwand der bewegbaren Spirale

15.1 Spiralwand der bewegbaren Spirale (Stand der Technik)

16a Radial äußere Spiralwindung der Spiralwand 15, 15.1

16b Radial innere Spiralwindung der Spiralwand 15, 15.1

17a - 17d Erste bis vierte Spiralgänge

18a - 18d Erste bis vierte Berührungsbereiche

19a -19d Erste bis vierte Wandabschnitte der Spiralwand 11 , 11. der gehäusefesten Spirale 2

20a - 20d Erste bis vierte Wandabschnitte der Spiralwand 15, 15.1 der bewegbaren Spirale 3

31a - 31d Erste bis vierte Rücksprünge

32 Erste Abschrägung

33 Zweite Abschrägung 34 Dritte Abschrägung

35 Längsachse a Erster Schrägungswinkel ß Zweiter Schrägungswinkel y Dritter Schrägungswinkel

Claims

Patentansprüche

1. Schmierölfrei betreibbaren Spiralverdichter (1) mit einem Gehäuse (9), welcher eine gehäusefeste Basisplatte (7) und eine bewegbare Basisplatte (8) aufweist, an denen in axialer Richtung abstehend eine gehäusefeste Spirale (2) beziehungsweise eine mit der bewegbaren Basisplatte (8) bewegbare Spirale (3) ausgebildet sind, bei dem die beiden Spiralen (2, 3) so angeordnet sind, dass sie radial sowie axial ineinander greifen, wobei die beiden Spiralen (2, 3) jeweils eine in mehreren Spiralwindungen (12a, 12b, 16a, 16b) verlaufende Spiralwand (11, 15) aufweisen, wobei die bewegbare Spirale (3) mittels eines Exzenterantriebs (4) in eine um die gehäusefeste Spirale (2) führende Orbitalbahn bewegbar ist, wobei zwischen den beiden Spiralwänden (11 , 15) ausgebildete Spiralgänge (17a, 17b, 17c, 17d) sich im Betrieb des Spiralverdichters (1) fortlaufend verengen, und bei dem sich die Spiralwände (11 , 15) konstruktionsbedingt und/oder betriebsbedingt abschnittweise berühren können, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wandabschnitt (19a, 19b, 20c, 20d) mindestens einer der beiden Spiralwände (11, 15), in welchem ein potentieller Berührungsbereich (18a, 18b, 18c, 18d) der beiden Spiralwände (11 , 15) liegt, derart geometrisch modifiziert ausgebildet ist, dass eine Berührung der beiden Spiralwände (11 , 15) oder zumindest eine erhöhte Reibungskraft zwischen den beiden Spiralwänden (11 , 15) in diesem Wandabschnitt (19a, 19b, 20c, 20d) ausgeschlossen ist.

2. Spiralverdichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geometrisch modifizierte Wandabschnitt (19a, 19b, 20c, 20d) einen Rücksprung (31a, 31b, 31c, 31 d), wie eine sich radial sowie axial erstreckende Abflachung aufweist, wobei dieser modifizierte Wandabschnitt (19a, 19b, 20c, 20d) zumindest auf einer radial äußeren Wandseite der Spiralwand (11 , 15) ausgebildet ist.

3. Spiralverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geometrisch modifizierte Wandabschnitt (19a, 19b, 20c, 20d) eine nach radial innen gerichtete erste Abschrägung (32) aufweist, welche auf der Höhe der Basisplatte (7, 8) oder axial beabstandet davon an der Spiralwand (11, 15) beginnt und in einem ersten Schrägungswinkel (a) zu einer auf der Basisplatte (7, 8) senkrecht stehenden geometrischen Längsachse (35) verläuft.

4. Spiralverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geometrisch modifizierte Wandabschnitt (19a, 19b, 20c, 20d) eine nach radial innen gerichtete zweite Abschrägung (33) sowie eine nach radial außen gerichtete dritte Abschrägung (34) aufweist, welche auf der Höhe der Basisplatte (7, 8) oder axial beabstandet davon an der Spiralwand (11 , 15) beginnt, wobei die zweite Abschrägung (33) in einem zweiten Schrägungswinkel (ß) und die dritte Abschrägung (34) in einem dritten Schrägungswinkel (y) zu einer auf der Basisplatte (7, 8) senkrecht stehenden Längsachse (35) verlaufen.

5. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geometrisch modifizierte Wandabschnitt (19a, 19b, 20c, 20d) an einem in Bewegungsrichtung ersten potentiellen Berührungsbereich

(18a, 18b, 18c, 18d) zwischen den beiden Spiralwänden (11, 15) ausgebildet ist.

6. Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geometrisch modifizierte Wandabschnitt (19a, 19b, 20c, 20d) an einer radial äußeren Spiralwindung (12a, 16a) der Spiralwand (11 , 15) ausgebildet ist.

7. Fahrzeug, wie Nutzfahrzeug oder Personenkraftwagen, mit einem Spiralverdichter (1), beispielsweise zur Drucklufterzeugung in einer Druckluftversorgungsanlage oder zur Verdichtung eines Kältemittels in einer Klimaanlage des Fahrzeugs, welcher gemäß einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut ist.