WO2013092456A2

WO2013092456A2 - Scrollverdichter mit axial verschiebbarer scrollspirale

Info

Publication number: WO2013092456A2
Application number: PCT/EP2012/075705
Authority: WO
Inventors: Johann Vogelmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2014-06-19
Also published as: DE102011121365B4; DE102011121365A1; WO2013092456A3

Abstract

Scrollverdichter dienen der Gasverdichtung. Nachteilig an diesen ist eine sehr eingeschränkte Leistungsmodulation mit einhergehender schlechter Energieeffizienz. Die Leistungsmodulation soll mittels der Erfindung verbessert werden. Die Erfindung betrifft daher einen Scrollverdichter, mit zwei ineinandergreifenden Scrollelementen, die jeweils eine Endplatte und eine davon abstehende Scrollspirale aufweisen, wobei wenigstens ein Scrollelement relativ zu dem anderen Scrollelement orbitierend bewegbar gelagert ist, und wobei wenigstens ein Scrollelement in axialer Richtung der Orbitachse verschiebbar gelagert ist. Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass zwischen der Endplatte eines jeden Scrollelements und dem freien Ende der Scrollspirale des anderen Scrollelements eine Trennplatte angeordnet ist, wobei die Scrollspirale des erstgenannten Scrollelements die Trennplatte durchragt, und wobei die erste Trennplatte dichtend an dem freien Ende der Scrollspirale des anderen Scrollelements anliegt, und dass die Trennplatten, die am freien Ende eines in axialer Richtung der Orbitachse verschiebbar gelagerten Scrollelements anliegen, gemeinsam mit diesem in axialer Richtung der Orbitachse verschiebbar gelagert sind.

Description

BESCHREIBUNG

Scrollverdichter mit axial verschiebbarer Scrollspirale

Die Erfindung betrifft einen Scrollverdichter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Scrollverdichter ist eine Vorrichtung zur Verdichtung von Gasen und Dämpfen. Sie kann auch als Vakuumpumpe eingesetzt werden und wird dann gegebenenfalls als Scrollpumpe bezeichnet.

Der Scrollverdichter arbeitet nach dem Verdrängerprinzip. Er besteht aus zwei ineinander verschachtelten Scrollspiralen, von denen eine stationär ist und die andere über einen Exzenterantrieb auf einer kreisförmigen, orbitierenden Bahn bewegt wird. Dabei berühren sich die Spiralen mehrfach und bilden innerhalb der Wandungen der Scrollspiralen mehrere ständig kleiner werdende Kammern. Dadurch wird das zu verdichtende Gas radial von außen angesaugt, innerhalb der Scrollspiralen verdichtet und über eine Öffnung in der Spiralenmitte ausgestoßen.

Zur Erzeugung sehr hoher Drücke - etwa für Kältemaschinen oder Wärmepumpen - sind mehrere Scrollspiralenpaare seriell hintereinander auf gleicher Welle anordenbar, so dass sich die einzelnen Drücke addieren. Ein Vorteil des Scrollverdichters ist, dass die Scrollspiralen nicht aneinander reiben, wodurch ein ölfreier Betrieb möglich ist. Dies erlaubt auch einen Einsatz in der Medizintechnik.

Nachteilhaft ist allerdings eine mangelhafte Modellierbarkeit der Verdichtung. Scrollverdichter weisen nur ein enges Fenster an optimaler Orbitationsgeschwindigkeit auf, mit welcher eine energieeffiziente Verdichtung möglich ist. Die Leistungsmodulation ist jedoch ein Merkmal, das in Klimaanlagen- und Kälteverdichtern wünschenswert ist, um einen breiten Belastungsbereich bewältigen zu können.

Bekannte Lösungen zur Leistungsmodulation von Scrollverdichtern sehen beispielsweise ein Steuern des Saugeinlasses oder einen Bypass zwischen der Druckleitung zurück zur Ansaugseite vor. Hierdurch verlässt der Scrollverdichter jedoch seinen Energieeffizienten Betriebsbereich.

Eine weitere Lösung betrifft eine Saugverzögerungsstrategie. Bei dieser sind verschließbare Öffnungen an verschiedenen Stellen vorgesehen, die es den zwischen den kämmenden Scrollspiralen ausgebildeten Verdichtungskammern in geöffneter Stellung erlauben, mit der Sauggaszufuhr in Verbindung zu treten. Hierdurch setzt die Verdichtung des Sauggases weiter im Zentrum der Scrollspiralen ein und ist folglich geringer als bei vollem Durchlauf durch die Scrollspiralen. Dabei geht jedoch Verdichtungsarbeit in den weiter außen liegenden Verdichtungskammern verloren und der Scrollverdichter ist nicht energieeffizient. Außerdem ist die Leistungsmodulation von der Positionierung der Öffnungen entlang der Scrollspiralen abhängig. Die Anzahl der Öffnungen ist baulich begrenzt und es sind kostenintensive und bauraumbedürftige Aktuatoren für das Öffnen und Schließen der Öffnungen vorzusehen.

Die WO 1986 001262 A1 beschreibt einen Scrollverdichter mit positiver Verdrängung mit einem ersten und zweiten Scrollelement mit gewundenen, ineinander passenden Scrollspiralen. Die Flanken der Scrollspiralen sind ineinander passend und bilden durch abdichtende Berührung miteinander Verdichterkammern aus. Stirnseitig liegen die Scrollspiralen jeweils in einer Ebene abdichtend am gegenüberliegenden Scrollelement an. Eines der Scrollelemente hat eine axiale und im Allgemeinen mittige Öffnung zur Verbindung mit einer Druckleitung. Außerdem besteht eine radiale Öffnung zwischen den Scrollelementen, welche von den zwei Scrollspiralen ausgebildet wird. Mittels eines Motors ist eine radiale Orbitalbewegung zwischen den beiden Scrollelementen durchführbar. Außerdem ist ein betätigbarer Mechanismus vorgesehen, mittels dem die beiden Scrollelemente axial auseinandergezogen werden können, so dass die Stirnseiten der Scrollspiralen nicht mehr am gegenüberliegenden Scrollelement anliegen. Auf diese Weise wird ein Überlauf ausgebildet. Durch Zurückströmen von Gas aus einer höher verdichteten Verdichtungskammer in eine weniger stark verdichtete Verdichtungskammer sinkt die Verdichtung am Verdichterausgang. Dies entlastet die Pumpe unmittelbar, so dass weniger Energie für die Verdichtung aufgewandt werden muss. Das Gas durchströmt diesen Überlaufspalt jedoch exponentiell stark zu der Spalthöhe, so dass ein sehr genaues Spaltmaß einzustellen ist, um eine exakte Leistungsmodulation zu erreichen. Dies ist daher nur bei sehr geringen Spaltmaßen möglich und die Leistungsmodulation in der Praxis auf einen engen Leistungsbereich beschränkt.

DE 695 34 835 T2 sieht deshalb vor, die Trennung der Scrollelemente zyklisch zu bewirken. Neben der beschriebenen axialen Trennung umfasst diese Schrift auch eine radiale Trennung der beiden Scrollelemente. Damit entsteht eine zyklische, bzw. gepulste Leckage zwischen den Verdichtungskammern. Durch Steuern der relativen Zeit zwischen dem Abdichten und Aufheben der Dichtung der Spitzen oder Flanken der Scrollschnecken kann ein größerer Leistungsbereich moduliert werden. Nachteilig ist jedoch ein pulsierender Druck am Austritt des Verdichters, der beispielsweise bei pneumatisch betriebenen Geräten unerwünscht ist, so z.B. bei Dentalinstrumenten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Leistungsmodulation von Scrollverdichtern zu ermöglichen, wobei ein breites Leistungsband abzudecken ist und der Scrollverdichter stets in einem leistungseffizienten Bereich betreibbar sein soll. Weiterhin soll die Lösung kostengünstig, einfach herstellbar und sicher im Betrieb sein. Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei einem Scrollverdichter, mit einem ersten Scrollelement, das von einer ersten Endplatte und einer davon abstehenden ersten Scrollspirale gebildet ist, mit einem zweiten Scrollelement, das von einer zweiten Endplatte und einer davon abstehenden zweiten Scrollspirale gebildet ist, wobei die Scrollelemente Spiralachsen aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Scrollelemente derart angeordnet sind, dass die Scrollspiralen ineinander greifen, wobei wenigstens ein Scrollelement relativ zu dem anderen Scrollelement um eine parallel zu den Spiralachsen ausgerichtete Orbitachse orbitierend bewegbar gelagert ist, und wobei wenigstens ein Scrollelement in axialer Richtung der Orbitachse verschiebbar gelagert ist, sieht die Erfindung vor, dass zwischen der ersten Endplatte des ersten Scrollelements und dem freien Ende der zweiten Scrollspirale des zweiten Scrollelements eine erste Trennplatte angeordnet ist, wobei die erste Scrollspirale des ersten Scrollelements die erste Trennplatte durchragt, und wobei die erste Trennplatte dichtend an dem freien Ende der zweiten Scrollspirale des zweiten Scrollelements anliegt, dass zwischen der zweiten Endplatte des zweiten Scrollelements und dem freien Ende der ersten Scrollspirale des ersten Scrollelements eine zweite Trennplatte angeordnet ist, wobei die zweite Scrollspirale des zweiten Scrollelements die zweite Trennplatte durchragt, und wobei die zweite Trennplatte dichtend an dem freien Ende der ersten Scrollspirale des ersten Scrollelements anliegt, und dass die Trennplatten, die am freien Ende eines in axialer Richtung der Orbitachse verschiebbar gelagerten Scrollelements anliegen, gemeinsam mit diesem in axialer Richtung der Orbitachse verschiebbar gelagert sind. Mit dieser Lösung wird eine variable Verdichtung und ein variabler Förderstrom des Scrollverdichters erreicht, ohne auf einen Inverter, Bypass oder Überlauf zurückgreifen zu müssen. Die Förderung des Volumenstroms kann bei gleichbleibender Drehzahl durch mechanische Verstellung der Scrollelemente in axialer Richtung zueinander erfolgen, wodurch letztlich das Volumen der Verdichtungskammern zwischen den beiden Trennplatten anpassbar ist. Darüber hinaus ist es auch möglich das Druckverhältnis je nach Bedarf einzustellen. Durch die Variation des Verdichterraums ist das Druckverhältnis nicht fest vorgegeben sondern kann durch Verschieben der Trennplatten während der Orbitationsbewegung je nach Drucklage der Saug- und Druckseite angepasst werden. Hierdurch liegt die isentropische Verdichtereffizienz über einen weiten Druckbereich auf einem hohen Niveau. Für heutige Scrollverdichter liegt das Maximum ungefähr bei einem Druckverhältnis von Druckseite zu Saugseite von ca. 2,3. Um höhere Drücke zu erzeugen, werden bevorzugt mehrere erfindungsgemäße Scrollverdichter seriell hintereinander angeordnet.

Ein weiterer Vorteil ist die Entlastung der Endplatten der Scrollelemente. Der in den Verdichtungskammern herrschende Druck wirkt erfindungsgemäß axial auf die Trennplatten statt wie im Stand der Technik auf die Endplatte des Scrollelements. Verformungen der Scrollelemente durch den herrschenden Druck werden so vermieden. Außerdem wird die Lagerung der Scrollelemente entlastet.

Gemäß einer Ausbildung der Erfindung ist eine der Trennplatten axialfest in Richtung der Orbitachse gelagert, wobei das Scrollelement, welches mit dem freien Ende seiner Scrollspirale an der axialfest gelagerten Trennplatte anliegt, von einem ersten Kraftspeicher gegen die axialfest gelagerte Trennplatte gedrückt wird.

Hierdurch ist die Lagerung der Trennplatte einfach und kostengünstig. Gleichzeitig ist das Scrollelement, welches mit dem freien Ende seiner Scrollspirale an der axialfest gelagerten Trennplatte anliegt, weitestgehend axial fixiert, da es auf Anschlag zur axialfesten Trennplatte angeordnet ist. Auch die Lagerung dieses Scrollelements ist somit wenig komplex. Der Kraftspeicher übt die notwenige Kraft zur Abdichtung zwischen der Scrollspirale und der Trennplatte aus. Hierfür kann der Kraftspeicher als Feder ausgebildet sein. Ein aktiver Kraftspeicher zur Variierung der Anpresskraft ist nur in Ausnahmefällen vorzusehen, so zum Beispiel wenn eine Entlastung beim Start des Verdichters gewünscht wird.

Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit erfindungsgemäße Lösung mit einem Überlauf zwischen den Verdichterkammern durch ein Abheben des Scrollelements von der axial fixierten Trennplatte mittels eines aktiven Kraftspeichers zu kombinieren. Eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik wird hierbei dadurch erzielt, dass nur auf einer Seite des Scrollverdichters ein Spalt entsteht, wodurch die Regelung des Überlaufvolumens dosierter erfolgen kann.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine der Trennplatten mit Hilfe mindestens eines Aktuators in axialer Richtung der Orbitachse verschiebbar ist, wobei das Scrollelement, welches mit dem freien Ende seiner Scrollspirale an der verschiebbaren Trennplatte anliegt, von einem zweiten Kraftspeicher (dies kann auch ein Aktuator sein) gegen die verschiebbar gelagerte Trennplatte gedrückt wird. Verformungen der Trennplatten können durch Anordnung von (weiteren) Aktuatoren in Nähe des Auslasses in der Mitte des Scrollverdichters verhindert oder zumindest verringert werden.

Damit ist es möglich, mittels des Aktuators auch das anliegende Scrollelement axial zu verschieben. Durch den Kraftspeicher wird eine Anpresskraft zwischen der Stirnseite der Scrollspirale und der Trennplatte erzeugt, mittels derer eine Dichtwirkung erzielt wird. Der Kraftspeicher kann hierbei als Feder ausgebildet sein. Bevorzugt verändert sich die Kraft des Kraftspeichers bei einer axialen Verschiebung nur unwesentlich, sodass die Anpresskraft weitestgehend konstant ist.

Auch eine umgekehrte Ausbildung ist realisierbar. Bei dieser ist eines der Scrollelemente mit einem Aktuator in axialer Richtung der Orbitachse verschiebbar, wobei die Trennplatte, welche mit dem freien Ende der axial verschiebbaren Scrollspirale anliegt, von einem zweiten Kraftspeicher gegen die verschiebbar gelagerte Scrollspirale gedrückt wird.

Gemäß einer näheren Ausgestaltung der Erfindung sind die Trennplatten, welche von einem um die Orbitachse bewegbar gelagerten Scrollelement durchragt sind, gemeinsam mit diesem um die Orbitachse bewegbar gelagert. Damit wird ermöglicht, dass die Trennplatte mit dem Scrollelement gemeinsam orbitieren kann und gleichzeitig eine Dichtung zwischen dem Scrollelement und der durchragten Trennplatte ausbildbar ist. Bevorzugt ist die orbitierend gelagerte Trennplatte axialfest gelagert, damit die Lagerung einfach und kostengünstig auslegbar ist.

In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist zwischen einer Endplatte eines Scrollelements und einer von dessen Scrollspirale durchragten Trennplatte eine Leerlaufkammer ausgebildet, wobei die Leerlaufkammer mit einer Druckseite des Scrollverdichters hydraulisch verbunden ist. Das Andrücken der Trennplatten an die korrespondierenden Scrollspiralen erfolgt dann durch Ausnutzung des Drucks von der Druckseite. Die Anpresskraft stellt sich so automatisch je nach Betriebsbedingung ein. Bei geringer Verdichtung ist so die Reibkraft zwischen Scrollelement und Trennplatte gering. Dies beschleunigt das Anlaufverhalten des Scrollverdichters, da die Orbitations- geschwindigkeit schneller und mit weniger Leistung erreichbar ist. Ferner ist die Erfindung dadurch ergänzbar, dass wenigstens eine der Trennplatten eine Austrittsöffnung im Bereich eines um die Spiralachse ausgebildeten Spiralenkerns aufweist. Diese Austrittsöffnung verbindet den Kern der Scrollspiralen schließlich mit einer Druckleitung, sodass das komprimierte Gas an seinen Bestimmungsort geleitet werden kann. Dabei kann das komprimierte Gas zunächst in einen Bereich zwischen dem Scrollelement und der aufgeschobenen Trennplatte eingeleitet werden. Alternativ ist eine Druckleitung direkt an die Austrittsöffnung in der jeweiligen Trennplatte anschließbar.

In einer Weiterbildung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Trennplatte einen Schlitz mit der Form eines Negativabbilds der ersten Scrollspirale aufweist, wobei die erste Scrollspirale durch den Schlitz der ersten Trennplatte ragt. Damit ist eine Abdichtung zwischen der Trennplatte und der diese durchragenden Scrollspirale erzeugbar. Ein Übertritt von komprimiertem Gas in eine weniger stark komprimierende Verdichterkammer zwischen den Scrollspiralen wird verhindert. Entsprechend ist die Energieeffizienz des Scrollverdichters hoch.

Gleichermaßen sollte die zweite Trennplatte einen Schlitz mit der Form eines Negativabbilds der zweiten Scrollspirale aufweisen, wobei die zweite Scrollspirale durch den Schlitz der zweiten Trennplatte ragt. Auch hierdurch wird eine Abdichtung erzeugt und der Übertritt von Gas zwischen verschiedenen Verdichterkammern verhindert. Dadurch ist die Energieeffizienz des Scrollverdichters hoch.

Dabei sollte jeweils kein Spalt zwischen der Trennplatte und der diese durchragenden Scrollspirale vorgesehen sein. Vielmehr bietet sich eine Passung an. Damit Trennplatte und Scrollspirale noch axial verschiebbar zueinander sind, sollte die Passung eine Spielpassung oder Übergangspassung sein, welche insbesondere bei Betriebstemperatur des Scrollverdichters vorliegt. Bevorzugt ist die Passung eine H7/j6, H7/h6, H8/h9 oder H7/g6 Passung. Dabei ist die Passungsangabe auf die Breite des Schlitzes und die Wandstärke der Scrollspirale zu beziehen anstatt auf Bohrung und Welle. Durch diese Passungen wird ein Gasdurchtritt durch diese vermieden oder wenigstens auf ein Minimum reduziert. Zur stirnseitigen Abdichtung zwischen den Scrollelementen und den Trennplatten, sollte die erste Trennplatte in einer ersten Ebene senkrecht zur Orbitachse mit der zweiten Scrollspirale in Anlage sein, wobei die erste Trennplatte und die zweite Scrollspirale radial zur Orbitachse verschiebbar aneinander gelagert sind. Außerdem sollte die zweite Trennplatte in einer zweiten Ebene senkrecht zur Orbitachse mit der ersten Scrollspirale in Anlage sein, wobei die zweite Trennplatte und die erste Scrollspirale radial zur Orbitachse verschiebbar aneinander gelagert sind. Durch diese Anordnung wird zudem ermöglicht, dass die jeweilige Trennplatte bis zur Endplatte des Scrollelements auf dieses aufgeschoben werden kann. In dieser Stellung ist das Volumen der Verdichtungskammern maximal.

Weiterhin sollte wenigstens eine der Endplatten eine Öffnung im Bereich eines um die Spiralachse ausgebildeten Spiralenkerns aufweisen. An diese Öffnung ist direkt oder indirekt über einen Zwischenraum eine Druckleitung anschließbar. Alternativ kann die Druckleitung auch durch die Öffnung hindurchgeführt und mit einer Austrittsöffnung in der aufgeschobenen Trennplatte verbunden werden.

Ein geeigneter Antrieb zum Betrieb des Scrollverdichters sieht vor, dass die orbitierend bewegbar gelagerten Scrollspiralen über eine Oldhamkupplung mit einer Antriebseinheit verbunden sind, wobei jede Antriebseinheit mit einem Exzenterabstand zur Orbitachse der von dieser angetriebenen Scrollspirale angeordnet ist. Bevorzugt wird hierbei nur eine der Scrollspiralen orbitierend ausgebildet, wodurch auch nur eine Antriebseinheit und eine Oldhamkupplung notwendig sind. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass eine der Scrollspiralen radial zur Orbitachse fest gelagert ist.

Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen in: Fig. 1 einen Schnitt durch einen Scrollverdichter;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Scrollverdichter gemäß Fig. 1 ohne Darstellung der Lager und Antriebe in einer Stellung mit maximalem Verdichtungskammervolumen;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Scrollverdichter gemäß der Fig. 1 und 2 ohne Darstellung der Lager und Antriebe in einer leistungsgedrosselten Stellung;

Fig. 4 einen weiteren Schnitt durch einen Scrollverdichter;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht mit 90°-Schnitt von zwei ineinander geschachtelte Scrollspiralen mit aufgeschobenen Trennplatten;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Trennplatte; und Fig. 7 eine perspektivische Ansicht mit 90°-Schnitt von einer Scrollspirale mit einer aufgeschobenen Trennplatte.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen jeweils einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Scrollverdichter 1 . Dieser weist ein erstes Scrollelement 10 auf, das von einer ersten Endplatte 1 1 und einer davon abstehenden ersten Scrollspirale 12 gebildet ist. Mit diesem ersten Scrollelement 10 verschachtelt ist ein zweites Scrollelement 20, das von einer zweiten Endplatte 21 und einer davon abstehenden zweiten Scrollspirale 22 gebildet ist. Die Scrollelemente 10, 20 haben jeweils eine Spiralachse W1 , W2, wobei diese parallel zueinander ausgerichtet sind. Außerdem haben die Scrollspiralen 10, 20 jeweils einseitig in axialer Richtung ihrer Spiralachsen W1 , W2 eine offene Seite 14, 24. Diese liegt insbesondere jeweils der Endplatte 1 1 , 21 des zugehörigen Scrollelements 10, 20 gegenüber. Mit diesen offenen Seiten 14, 24 sind die Scrollspiralen 10, 20 zueinander ausgerichtet und greifen ineinander. Hierdurch sind sie außerdem axial zueinander verschiebbar. Eines der Scrollelemente 10, 20 ist relativ zu dem anderen Scrollelement 10, 20 um eine parallel zu den Spiralachsen W1 , W2 ausgerichtete Orbitachse A orbitierend bewegbar gelagert. Insbesondere ist dies wie man erkennt das zweite Scrollelement 20. Ferner ist eines der Scrollelemente 10, 20 in axialer Richtung der Orbitachse A verschiebbar gelagert. Dies trifft in der Darstellung ebenfalls auf das zweite Scrollelement 20 zu.

Zwischen der ersten Endplatte 1 1 des ersten Scrollelements 10 und dem freien Ende 26 der zweiten Scrollspirale 22 des zweiten Scrollelements 20 ist eine erste Trennplatte 30 angeordnet. Diese wird von der ersten Scrollspirale 12 des ersten Scrollelements 10 durchragt. Nicht erkennbar ist hierbei, dass die erste Trennplatte 30 einen Schlitz 31 mit der Form eines Negativabbilds der ersten Scrollspirale 12 aufweist, wobei die erste Scrollspirale 12 durch den Schlitz 31 der ersten Trennplatte 30 ragt. Eine solche Ausbildung der ersten Trennplatte 30 kann Fig. 6 entnommen werden. Die Durchragung ist in den Fig. 5 und 7 erkennbar. Außerdem liegt die erste Trennplatte 30 dichtend an dem freien Ende 26 der zweiten Scrollspirale 22 des zweiten Scrollelements 20 an. Dies ist neben den Fig. 1 bis 3 auch in Fig. 5 gezeigt. Insbesondere ist die erste Trennplatte 30 in einer ersten Ebene E1 senkrecht zur Orbitachse A mit der zweiten Scrollspirale 20 in Anlage. In der Anlagefläche sind sowohl die zweite Scrollspirale 20 als auch die erste Trennplatte 30 eben. Hierdurch sind die erste Trennplatte 30 und die zweite Scrollspirale 20 grundsätzlich radial zur Orbitachse A verschiebbar aneinander gelagert. Auch zwischen der zweiten Endplatte 21 des zweiten Scrollelements 20 und dem freien Ende 16 der ersten Scrollspirale 12 des ersten Scrollelements 20 ist eine Trennplatte 40, insbesondere eine zweite Trennplatte 40, angeordnet. Die zweite Scrollspirale 22 des zweiten Scrollelements 20 durchragt diese zweite Trennplatte 40. Auch hier erkennt man in den Fig. 1 bis 3 nicht, dass die zweite Trennplatte 40 einen Schlitz 41 mit der Form eines Negativabbilds der zweiten Scrollspirale 22 aufweist, wobei die zweite Scrollspirale 22 durch den Schlitz 41 der zweiten Trennplatte 40 ragt. Die zweite Trennplatte 40 ist ähnlich der in Fig. 6 dargestellten ersten Trennplatte 30 ausgebildet. Zusätzlich liegt die zweite Trennplatte 40 dichtend an dem freien Ende 16 der ersten Scrollspirale 12 des ersten Scrollelements 10 an. Insbesondere ist die zweite Trennplatte 40 in einer zweiten Ebene E2 senkrecht zur Orbitachse A mit der ersten Scrollspirale 12 in Anlage. In der Anlagefläche ist sowohl die erste Scrollspirale 12 als auch die zweite Trennplatte 40 eben. Damit sind auch die zweite Trennplatte 40 und die erste Scrollspirale 12 grundsätzlich radial zur Orbitachse A verschiebbar aneinander gelagert.

Der Aufbau der Scrollspiralen 12, 22 und der Trennplatten 30, 40 wie er im Schnitt der Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, geht auch aus den Fig. 5 bis 7 in perspektivischen Ansichten hervor. Fig. 5 zeigt dabei eine perspektivische Ansicht mit 90°-Schnitt von zwei ineinander geschachtelte Scrollspiralen 12, 22 mit aufgeschobenen Trennplatten 30, 40. Auf eine Darstellung der Endplatten 1 1 , 21 wurde verzichtet. In Fig. 6 erkennt man eine perspektivische Ansicht einer ersten Trennplatte 30 mit einem spiralförmigen ersten Schlitz 31 , durch welchen in den Fig. 5 und 7 jeweils eine erste Scrollspirale 12 hindurchgeführt ist. Fig. 7 zeigt insbesondere eine perspektivische Ansicht mit 90°-Schnitt von einer ersten Scrollspirale 12 mit einer aufgeschobenen ersten Trennplatte 30. Wie man in den Fig. 1 bis 7 erkennt, ist dabei kein Spalt zwischen der Trennplatte 30, 40 und der diese durchragenden Scrollspirale 12, 22 vorgesehen. Vielmehr liegt hier eine Passung vor. Damit Trennplatte 30, 40 und Scrollspirale 12, 22 noch axial verschiebbar zueinander sind, sollte die Passung eine Spielpassung oder Übergangspassung sein, welche insbesondere bei Betriebstemperatur des Scrollverdichters 1 vorliegt. Bevorzugt ist die Passung eine H7/j6, H7/h6, H8/h9 oder H7/g6 Passung, wobei die Passungsangabe auf die Breite des Schlitzes und die Wandstärke der Scrollspirale zu beziehen ist (anstatt wie meist üblich auf Bohrung und Welle). Hierdurch wird ein Gasdurchtritt durch die Passung vermieden oder wenigstens auf ein Minimum reduziert. Ferner sind die Trennplatten 30, 40, welche am freien Ende 16, 26 eines in axialer Richtung der Orbitachse A verschiebbar gelagerten Scrollelements 10, 20 anliegen, gemäß der Fig. 1 bis 3 gemeinsam mit diesem in axialer Richtung der Orbitachse A verschiebbar gelagert. Dies trifft insbesondere auf die erste Trennplatte 30 zu.

Diese erste Trennplatte 30 ist über mindestens einen Aktuator 60 gelagert, der zwischen der ersten Trennplatte 30 und einem Gehäuse 90 angeordnet ist. Wie im Schnitt erkennbar ist, besteht der Aktuator 60 aus mehreren und über den Umfang verteilten Einzelaktuatoren. Mittels dieses Aktuators 60 ist die erste Trennplatte 30 in axialer Richtung der Orbitachse A verschiebbar. Eventuelle weitere Aktuatoren oder Einzelaktuatoren können in Nähe der Orbitachse A auf die Trennplatte einwirken und so eine Durchbiegung der Trennplatte unter Druck verhindern oder verringern. Diese weiteren Aktuatoren oder Einzelaktuatoren können die Endplatte 1 1 durchgreifen und so bis an die Trennplatte 30 heranreichen.

Dabei weist das Gehäuse 90, wie man in den Fig. 1 bis 3 erkennt, eine parallel zur Orbitachse A ausgerichtete Gleitfläche 93 auf, mit welcher die erste Trennplatte 30 umfangseitig eine Dichtung ausbildet. Auch die erste Scrollspirale 12 ist aufgrund des Durchragens der ersten Trennplatte 30 radial zur Orbitachse A fest gelagert. Das zweite Scrollelement 20, welches mit dem freien Ende 26 seiner Scrollspirale 22 an der verschiebbaren ersten Trennplatte 30 anliegt, wird von einem zweiten Kraftspeicher 52 in axialer Richtung gegen die axial verschiebbar gelagerte erste Trennplatte 30 gedrückt. Dies sichert die Dichtung zwischen der ersten Trennplatte 30 und der zweiten Scrollspirale 22 auch bei höheren Gasdrücken.

Dahingegen ist die zweite Trennplatte 40 axialfest in Richtung der Orbitachse A gelagert. Sie liegt hierfür auf einer senkrecht zur Orbitachse A ausgerichteten Gleitfläche 91 auf, die insbesondere durch das Gehäuse 90 ausgebildet ist, und wird von einem Lager 92 geführt. Das erste Scrollelement 10, welches mit dem freien Ende 16 seiner Scrollspirale 12 an der axialfest gelagerten zweiten Trennplatte 40 anliegt, wird von einem ersten Kraftspeicher 51 axial gegen letztere gedrückt. Die zweite Trennplatte 40 wird von dem um die Orbitachse A bewegbar gelagerten zweiten Scrollelement 20 durchragt und ist aufgrund seiner Lagerung gemeinsam mit dem zweiten Scrollelement 20 um die Orbitachse A bewegbar.

Zum Antrieb des orbitierend bewegbar gelagerten zweiten Scrollelements 20 und der in radialer Richtung bewegungsgekoppelten zweiten Trennplatte 40 ist die zweite Scrollspirale 20 über eine Oldhamkupplung 71 mit einer Antriebseinheit 70 verbunden. Letztere ist mit einem Exzenterabstand zur Orbitachse A der zweiten Scrollspirale 20 angeordnet. Gemäß der Darstellungen weist die erste Trennplatte 30 eine Austrittsöffnung 32 im Bereich eines um deren Spiralachse W ausgebildeten Spiralenkerns 13 auf. Außerdem verfügt die erste Endplatte 1 1 des ersten Scrollelements 10 ebenfalls über eine Öffnung 15 im Bereich des um die erste Spiralachse W1 ausgebildeten Spiralenkerns 13. Damit ist der Spiralenkern 13 mit einem Raum zwischen dem ersten Scrollelement 10 in Bildrichtung oberhalb der ersten Trennplatte 30 und dem Gehäuse 90 strömungsverbunden. In diesen Raum kann nunmehr verdichtetes Gas einströmen. Mithin liegt der Raum auf der Druckseite p2 des Scrollverdichters 1 . Um das unter Druck stehende Gas an einen Bestimmungsort leiten zu können, weist das Gehäuse 90 einen Anschluss 94 im Bereich dieses Raumes auf, an welchen eine Druckleitung anschließbar ist.

Bei Aktivierung der Antriebseinheit 70 treibt diese das zweite Scrollelement 20 über die Oldhamkupplung 71 orbitierend an. Hierbei werden mehrere Verdichtungskammern zwischen den beiden Scrollspiralen 12, 22 sowie den Trennplatten 30, 40 ausgebildet, welche sich durch die Orbitation von außen nach innen verkleinern. Dies führt zu einer Verdichtung eines auf einer Ansaugseite p1 durch eine Eintrittsöffnung 95 des Gehäuses 90 angesaugten Gases. Das verdichtete Gas gelangt schließlich über die Austrittsöffnung 32 in der ersten Trennplatte 30 und die Öffnung 15 in der ersten Endplatte 1 1 des ersten Scrollelements 10 in den Raum auf der Druckseite p2. Von diesem kann das verdichtete Gas über den Anschluss 94 und eine Druckleitung an einen Bestimmungsort geleitet werden.

Zusätzlich kann durch eine Betätigung des Aktuators 60 eine axiale Bewegung des zweiten Scrollelements 20 erfolgen, indem die erste Trennplatte 30 axial verschoben wird. Hierdurch verändert sich das Volumen zwischen den Scrollspiralen 10, 20 sowie den Trennplatten 30, 40. In Fig. 1 ist hierbei ein relativ großes Volumen dargestellt. Durch eine Bewegung der ersten Trennplatte 30 und damit der zweiten Scrollspirale 20 in Bildrichtung oben, ist dieses Volumen maximal auf das in Fig. 2 gezeigte Volumen vergrößerbar. Umgekehrt ist das Volumen durch eine Bewegung der ersten Trennplatte 30 und damit des zweiten Scrollelements 20 in Bildrichtung nach unten beispielweise auf das in Fig. 3 gezeigte Volumen verkleinerbar. Über dieses Volumen ist schließlich das Fördervolumen des Scrollverdichters 1 einstellbar.

Wie man weiterhin in den Fig. 1 und 3 erkennt, wird zwischen dem ersten Scrollelement 10 und der ersten Trennplatte 30 eine erste Leerlaufkammer 81 sowie zwischen dem zweiten Scrollelement 20 und der zweiten Trennplatte 40 eine zweite Leerlaufkammer 82 ausgebildet. Da in den Leerlaufkammern 81 , 82 jeweils keine Verdichtungskammern ausgebildet werden - die hierfür notwendige korrespondierende Scrollspirale fehlt hier jeweils - ist dies für die Antriebsleistung unerheblich, da hier keine Verdichtungsarbeit zu leisten ist. Lediglich zwischen den Trennplatten 30, 40 werden Verdichtungskammern ausgebildet.

Die erste Leerlaufkammer 81 steht in radialer Richtung mit dem Raum auf der Druckseite p2 in Verbindung. Damit wirkt der Kraft des zweiten Kraftspeichers 52 eine auf die erste Trennplatte 30 wirkende Druckkraft entgegen. Folglich wird der Aktuator 60 bei höherem Druck auf der Druckseite p2 entlastet. Außerdem wird eine Wölbung der ersten Trennplatte 30 nach oben verhindert. Gegenüberliegend ist die zweite Leerlaufkammer 82 gemäß der Fig. 1 bis 3 in radialer Richtung mit einem Raum auf der Antriebsseite verbunden, der üblicherweise einen Gasdruck entsprechend der Ansaugseite p1 aufweist. Somit ist die zweite Trennplatte 40 gefährdet, sich durch den Druck in den Verdichtungskammern nach unten zu wölben. Ein Überlauf von hoch verdichtetem Gas in weniger stark verdichtete Kammern wäre die Folge. Dementsprechend muss die zweite Trennplatte 40 besonders steif ausgebildet werden. Alternativ kann der höhere Druck p2 in den Raum auf der Antriebsseite geleitet werden (sofern dieser dicht ist).

Alternativ bietet sich eine Lösung in Anlehnung an Fig. 1 an. Bei dieser könnte auch die zweite Leerlaufkammer 82 mit der Druckseite p2 verbunden werden. Dies ist beispielsweise durch eine Druckleitung realisierbar. Diese kann den in Bildrichtung oben liegenden Raum auf der Druckseite p2 mit dem Raum auf der Antriebsseite verbinden. Alternativ könnte auch eine Austrittsöffnung in der zweiten Trennplatte 40 im Bereich eines um die Spiralachse W2 der zweiten Scrollspirale 22 ausgebildeten Spiralenkerns 23 ausgebildet werden. Weiterhin kann die gesamte Antriebseinheit 70 in den Raum verlegt werden, in welchem anschließend der Druck der Druckseite p2 vorliegt. Bevorzugt wird jedoch eine Dichtung zwischen einem rotierenden aber nicht orbitierenden Bauteil und dem Gehäuse 90 vorgesehen, sodass wenigstens der Antriebsmotor nicht auf der Druckseite p2 liegt. Folglich ist die thermische Belastung für den Antriebsmotor geringer, der Antriebsmotor besser zugänglich und es bestehen weniger elektronische Probleme durch Kondensatbildung.

Der im Schnitt von Fig. 4 gezeigte Scrollverdichter 1 unterscheidet sich insbesondere in einem Merkmal von den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3. Die Ausgestaltung nach Fig. 4 weist im Gehäuse 90 keine parallel zur Orbitachse A ausgerichtete Gleitfläche 93 auf, mit welcher die erste Trennplatte 30 umfangseitig eine Dichtung ausbildet. Stattdessen besteht hier ein Spalt und es ist vorgesehen, dass die erste Trennplatte 30 auf der der ersten Endplatte 1 1 zugewandten Seite einen rohrformigen Stutzen 17 aufweist. Dieser setzt die in der ersten Trennplatte 30 vorgesehene Austrittsöffnung 32 fort. Weiterhin korrespondiert der Stutzen 17 mit einem am Anschluss 94 des Gehäuses 90 angebrachten Dichtring 96. Folglich steht der Raum zwischen dem ersten Scrollelement 10 und dem Gehäuse 90 sowie oberhalb der ersten Trennplatte 30 nicht mit der Druckseite p2 in Verbindung. Vielmehr herrscht hier der Druck der Ansaugseite p1. Die Anpressung erfolgt wie in Figur 1 über die Federn 51.

BEZUGSZEICHENLISTE

I Scrollverdic ter 52 zweiter Kraftspeicher

53 Federelement

10 erstes Scrollelement

I I erste Endplatte 60 Aktuator

12 erste Scrollspirale

13 Spiralenkern 70 Antriebseinheit

14 offene Seite 71 Oldhamkupplung

15 Öffnung

16 freies Ende 81 erste Leerlaufkammer

17 Stutzen 82 zweite Leerlaufkammer

20 zweites Scrollelement 90 Gehäuse

21 zweite Endplatte 91 Gleitfläche

22 zweite Scrollspirale 92 Lager

23 Spiralenkern 93 Gleitdichtung

24 offene Seite 94 Anschluss

26 freies Ende 95 Eintrittsöffnung

96 Dichtring

30 erste Trennplatte

31 erster Schlitz A Orbitachse

32 Austrittsöffnung E1 erste Ebene

E2 zweite Ebene

40 zweite Trennplatte p1 Ansaugseite

41 zweiter Schlitz p2 Druckseite

W1 erste Spiralachse

51 erster Kraftspeicher W2 zweite Spiralachse

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Scrollverdichter (1 ),

^■ mit einem ersten Scrollelement (10), das von einer ersten Endplatte (1 1 ) und einer davon abstehenden ersten Scrollspirale (12) gebildet ist,

^■ mit einem zweiten Scrollelement (20), das von einer zweiten Endplatte (21 ) und einer davon abstehenden zweiten Scrollspirale (22) gebildet ist,

^■ wobei die Scrollelemente (10, 20) Spiralachsen (W1 , W2) aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind,

^■ wobei die Scrollelemente (10, 20) derart angeordnet sind, dass die Scrollspiralen (12, 22) ineinander greifen,

^■ wobei wenigstens ein Scrollelement (10, 20) relativ zu dem anderen Scrollelement (10, 20) um eine parallel zu den Spiralachsen (W1 , W2) ausgerichtete Orbitachse (A) orbitierend bewegbar gelagert ist, und

^■ wobei wenigstens ein Scrollelement (10, 20) in axialer Richtung der Orbitachse (A) verschiebbar gelagert ist,

dadurch gekennzeichnet,

^■ dass zwischen der ersten Endplatte (1 1 ) des ersten Scrollelements (10) und dem freien Ende (26) der zweiten Scrollspirale (22) des zweiten Scrollelements (20) eine erste Trennplatte (30) angeordnet ist, wobei die erste Scrollspirale (12) des ersten Scrollelements (10) die erste Trennplatte (30) durchragt, und wobei die erste Trennplatte (30) dichtend an dem freien Ende (26) der zweiten Scrollspirale (22) des zweiten Scrollelements (20) anliegt,

^■ dass zwischen der zweiten Endplatte (21 ) des zweiten Scrollelements (20) und dem freien Ende (16) der ersten Scrollspirale (12) des ersten Scrollelements (20) eine zweite Trennplatte (40) angeordnet ist, wobei die zweite Scrollspirale (22) des zweiten Scrollelements (20) die zweite Trennplatte (40) durchragt, und wobei die zweite Trennplatte (40) dichtend an dem freien Ende (16) der ersten Scrollspirale (12) des ersten Scrollelements (10) anliegt, und

^■ dass die Trennplatten (30, 40), die am freien Ende (16, 26) eines in axialer Richtung der Orbitachse (A) verschiebbar gelagerten Scrollelements (10, 20) anliegen, gemeinsam mit diesem in axialer Richtung der Orbitachse (A) verschiebbar gelagert sind.

2. Scrollverdichter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass eine der Trennplatten (30, 40) axialfest in Richtung der Orbitachse (A) gelagert ist, wobei das Scrollelement (10, 20), welches mit dem freien Ende (16, 26) seiner Scrollspirale (12, 22) an der axialfest gelagerten Trennplatte (30, 40) anliegt, von einem ersten Kraftspeicher (51 ) gegen die axialfest gelagerte Trennplatte (30, 40) gedrückt wird.

3. Scrollverdichter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass eine der Trennplatten (30, 40) mit einem Aktuator (60) in axialer Richtung der Orbitachse (A) verschiebbar ist, wobei das Scrollelement (10, 20), welches mit dem freien Ende (16, 26) seiner Scrollspirale (12, 22) an der verschiebbaren Trennplatte (30, 40) anliegt, von einem zweiten Kraftspeicher (52) gegen die verschiebbar gelagerte Trennplatte (30, 40) gedrückt wird.

4. Scrollverdichter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Trennplatten (30, 40), welche von einem um die Orbitachse (A) bewegbar gelagerten Scrollelement (10, 20) durchragt sind, gemeinsam mit diesem um die Orbitachse (A) bewegbar gelagert sind.

5. Scrollverdichter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Endplatte (1 1 , 21 ) eines Scrollelements (10, 20) und einer von dessen Scrollspirale (12, 22) durchragten Trennplatte (30, 40) eine Leerlaufkammer (81 , 82) ausgebildet ist, wobei die Leerlaufkammer (81 , 82) mit einer Druckseite (p2) des Scrollverdichters (1 ) hydraulisch verbunden ist.

6. Scrollverdichter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Trennplatten (30, 40) eine Austrittsöffnung (32) im Bereich eines um die Spiralachse (W1 , W2) ausgebildeten Spiralenkerns (13, 23) aufweist.

7. Scrollverdichter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste Trennplatte (30) einen Schlitz (31 ) mit der Form eines Negativabbilds der ersten Scrollspirale (12) aufweist, wobei die erste Scrollspirale (12) durch den Schlitz (31 ) der ersten Trennplatte (30) ragt.

8. Scrollverdichter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Trennplatte (40) einen Schlitz (41 ) mit der Form eines Negativabbilds der zweiten Scrollspirale (22) aufweist, wobei die zweite Scrollspirale (22) durch den Schlitz (41 ) der zweiten Trennplatte (40) ragt.