DE102013200807A1 - Spiralverdichter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter (1) mit einer feststehenden ersten Spirale (2) und einer darin eingreifenden, orbitierenden zweiten Spirale (3). Erfindungswesentlich ist dabei, dass eine Pendelschiebermechanik (4) mit einem Innenring (5) und einem damit über Pendel (6) verbundenen feststehenden Außenring (7) vorgesehen ist, wobei der Innenring (5) einerseits mit einem Exzenter (8) antriebsverbunden ist und anderseits fest mit der zweiten Spirale (3) verbunden ist, so dass bei einem Antrieb des Exzenters (8) die zweite Spirale (3) aufgrund der Pendelschiebermechanik (4) die erforderliche orbitierende Bewegung bezüglich der ersten Spirale (2) ausführt.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralverdichter mit einer feststehenden ersten Spirale und einer darin eingreifenden, orbitierenden zweiten Spirale gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Spiralverdichter, üblicherweise auch Scroll-Verdichter genannt, sind Maschinen, die Gase verdichten können. Sie bestehen aus zwei ineinander verschachtelten Spiralen, deren gegenläufige Bewegung das Gas verdichtet. Spiralverdichter arbeiten dabei nach dem Verdrängerprinzip, wobei eine der beiden Spiralen stationär ist, während die andere über einen Exzenterantrieb auf einer kreisförmigen Bahn geführt wird. Dabei berühren sich die Spiralen mehrfach und bilden innerhalb der Windungen mehrere ständig kleiner werdende Kammern, wodurch das zu pumpende Gas außen angesaugt, innerhalb der Pumpe verdichtet und über einen Anschluss in der Spiralenmitte ausgestoßen wird. Derartige Spiralverdichter werden üblicherweise auch für Kompressoren bei Kältemaschinen oder Wärmepumpen eingesetzt.
- Aus der
DE 696 31 306 T2 ist ein gattungsgemäßer Spiralverdichter zum Verdichten eines Fluids bekannt, umfassend eine Gehäuseeinrichtung zum Ausbilden eines äußeren Grundgerüsts des Verdichters, welche mit einer Einlassöffnung zum Einleiten des Fluides in den Verdichter und einem Auslass versehen ist. Mittels einer Rotationsverhinderungseinrichtung wird dabei eine zweite bewegliche Spirale zu einer orbitierenden Bewegung gezwungen. Die Rotationsverhinderungseinrichtung besitzt hierzu eine Mehrzahl von Stift- und Ringzusammensetzungen, wobei jedes ein Paar von Stiften aufweist, die jeweils auf einem Verdichtergehäuse und der Spirale angebracht sind. Hierdurch soll im Wesentlichen eine identische Belastung auf jedes Paar von Stiften der Mehrzahl von Stift- und Ringzusammensetzungen einwirken. - Aus der
US 801,182 ist ebenfalls ein gattungsgemäßer Spiralverdichter bekannt. - Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Spiralverdichter der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen alternativen Aufbau einer Rotationsverhinderungseinrichtung auszeichnet.
- Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem an sich bekannten Spiralverdichter mit einer feststehenden ersten Spirale und einer darin eingreifenden, orbitierenden zweiten Spirale eine bisher verwendete Rotationsverhinderungseinrichtung bzw. Antirotationseinrichtung, welche die orbitierende Bewegung der zweiten Spirale erzeugt, durch eine Pendelschiebermechanik zu ersetzen. Eine derartige Pendelschiebermechanik bietet den großen Vorteil, die orbitierende Bewegung der zweiten Spirale mit vergleichsweise kleinen bewegten Massen und einer geringen Geräuschentwicklung realisieren zu können. Gleichzeitig bietet ein Spiralverdichter mit einer derartigen Pendelschiebermechanik einen hohen Wirkungsgrad im Vergleich zu bisherigen Spiralverdichtern. Unter dem Begriff „Spiralverdichter“ soll dabei ausdrücklich nicht nur ein Kompressor verstanden werden, welcher die Dichte des zu fördernden Fluides, beispielsweise des zu fördernden Gases, erhöht, sondern in gleicher Weise auch eine Expansionsmaschine, welche durch Expandieren des Gases in den Spiralräumen die Dichte des zu fördernden Fluids verringert. Hierdurch kann beispielsweise ein Elektromotor als Generator genutzt werden. In der gesamten vorliegenden Patentanmeldung kann somit der Begriff „Spiralverdichter“ durch die Begriffe „Kompressor“ oder „Expansionsmaschine“ ersetzt werden. Erfindungsgemäß weist nun die Pendelschiebermechanik einen Innenring und einen damit über Pendel verbundenen und feststehenden/stationären Außenring auf, wobei der Innenring einerseits drehbar mit einem Exzenter antriebsverbunden ist und andererseits fest mit der zweiten Spirale verbunden ist, so dass bei einem Antrieb des Exzenters die zweite Spirale aufgrund der Pendelschiebermechanik die erforderliche orbitierende Bewegung, insbesondere bezüglich der ersten Spirale, ausführt. Die Erfindung ersetzt somit das bisher zum Erzeugen der orbitierenden Bewegung erforderliche Scroll-Getriebe durch die Pendelschiebermechanik.
- Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Pendel gelenkig am Innenring gelagert und in in Radialrichtung verlaufenden Pendelführungsnuten im Außenring geführt. Gleichfalls ist auch eine umgekehrte Bauweise denkbar, bei welcher die Pendel gelenkig am Außenring gelagert und in in Radialrichtung verlaufenden Pendelführungsnuten im Innenring geführt sind. Beide Ausführungsformen erlauben dabei die Bereitstellung einer Rotationsverhinderungseinrichtung für die zweite Spirale, wobei rein theoretisch die Pendelschiebermechanik zusätzlich zur Förderung eines Fluides, beispielsweise eines separaten Fluides oder aber zur Vorverdichtung des im Spiralverdichter nachverdichteten Fluides ausgeführt sein können.
- Zweckmäßig weisen die Pendelführungsnuten im Eingangsbereich seitliche Nutwände mit einem Abgleitradius auf. Ein derartiger Abgleitradius, der in der Art von ausgerundeten Nutwänden ausgebildet ist, ermöglicht eine besonders leichtgängige Bewegung der Pendelschiebermechanik, wodurch insbesondere der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Spiralverdichters erhöht werden kann.
- Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Pendel als Doppelpendel mit einem Innenschenkel und einem damit gelenkig verbundenen Außenschenkel ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform sind weder im Innenring noch im Außenring Pendelführungsnuten angeordnet, sondern die Pendel jeweils am Innenring bzw. am Außenring gelenkig angebunden. Der Vorteil eines derartigen Doppelpendels liegt insbesondere in einer verschleißarmen und leichtgängigen Bewegung.
- In einer weiteren Ausführungsform sind die Pendel mit einem Gleitelement gelenkig verbunden, welches in der jeweiligen Pendelführungsnut geführt ist. Ein derartiges Gleitelement erleichtert unter Umständen die Gleitbewegung des Pendels in der Radialnut und ermöglicht darüber hinaus aufgrund einer kolbenmäßigen Ausbildung ein separates Verdichten bzw. Expandieren eines weiteren Fluids bzw. das Bereitstellen einer weiteren Verdichtungs-/Expansionsstufe. Durch die Pendelschiebermechanik lassen sich dabei prinzipiell zwei weitere Verdichtungsstufen realisieren, nämlich die erste zwischen dem Innenring und dem Außenring und die zweite zwischen dem Pendel und der Pendelführungsnut, so dass zusammen mit der ersten und zweiten Spirale rein theoretisch ein dreistufiger Verdichter bereitgestellt werden kann oder aber rein theoretisch drei separate Fluide verdichtet bzw. expandiert werden können.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Innenring einstückig oder einteilig mit der zweiten Spirale ausgebildet. Hierdurch erübrigt sich eine Montage der zweiten Spirale am Innenring, da diese bei einer einstückigen Ausbildung zusammen aus einem einzigen Stück hergestellt werden. Selbstverständlich ist auch eine einteilige Ausbildung der beiden genannten Komponenten denkbar, so dass die Spirale direkt oder indirekt über ein Zwischenstück mit dem Innenring verbunden werden kann.
- Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Dabei zeigen, jeweils schematisch:
-
1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Spiralverdichter, -
2a –c unterschiedliche mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Pendelschiebermechanik, -
3 eine Darstellung eines Pendels mit zusätzlichem Gleitelement, -
4a eine Darstellung der Pendelschiebermechanik mit einem asymmetrischen Pendel, -
4b ein symmetrisches Pendel wie es in einer Pendelführungsnut mit Abgleitradius geführt ist, -
5 eine Pendelschiebermechanik mit separatem Außenring, -
6 eine Darstellung wie in5 , wobei jedoch der Außenring in ein Gehäuse integriert ist, -
7 eine teilweise geschnittene Ansicht auf den Spiralverdichter mit Innenring und separat dazu ausgebildeter zweiter Spirale, die über ein Verbindungselement miteinander verbunden sind, -
8 eine Darstellung wie in7 , wobei jedoch Innenring und zweite Spirale einstückig ausgebildet sind, -
9 eine ähnliche Darstellung wie in7 , wobei jedoch der Innenring der Pendelschiebermechanik direkt mit der zweiten Spirale verbunden ist, -
10 eine weitere teilweise geschnittene Ansicht des erfindungsgemäßen Spiralverdichters, bei welcher sich Innenring, Pendel, Pendelführungsnuten und Außenring in einer Ebene befinden, -
11 eine Darstellung wie in10 , bei der sich jedoch der Außenring, die Pendel und der Innenring der Pendelschiebermechanik in unterschiedlichen Ebenen befinden. - Entsprechend den
1 sowie5 bis11 , weist ein erfindungsgemäßer Spiralverdichter1 eine feststehende erste Spirale2 sowie eine darin eingreifende, orbitierende zweite Spirale3 auf. Der Bereich um die Spiralen2 ,3 ist dabei von einem Deckel24 abgeschlossen. Der Spiralverdichter1 kann dabei durch einen Umschaltvorgang, das heißt eine Drehrichtungsumkehr, auch als Expansionsmaschine betrieben werden, so dass im Nachfolgenden zwar stets vom Spiralverdichter1 die Rede ist, hierunter aber selbstverständlich auch eine Expansionsmaschine1 fallen kann. Um nun die orbitierende Bewegung der zweiten Spirale3 relativ zur ersten Spirale2 zu realisieren, wird erfindungsgemäß ein bisher hierfür eingesetztes Scroll-Getriebe durch eine Pendelschiebermechanik4 ersetzt, die einen Innenring5 sowie einen damit über Pendel6 verbundenen feststehenden Außenring7 aufweist. Der Innenring5 ist dabei einerseits drehbar mit einem Exzenter8 antriebsverbunden, der seinerseits drehfest mit einer Welle9 , beispielsweise angetrieben von einem Elektromotor10 oder einer nicht gezeigten Riemenscheibe verbunden ist. Der Innenring5 ist andererseits fest mit der zweiten Spirale3 verbunden, so dass bei einem Antrieb des Exzenters8 die zweite Spirale3 aufgrund der Pendelschiebermechanik4 die erforderliche orbitierende Bewegung bezüglich der ersten Spirale2 ausführt. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz der Pendelschiebermechanik4 als Rotationsverhinderungseinrichtung für die zweite Spirale3 kann ein leicht laufender und geräuscharmer Betrieb des Spiralverdichters1 bzw. der Expansionsmaschine1 erreicht werden. Im Vergleich zu einem bisher hier eingesetzten Scroll-Getriebe besitzt die Pendelschiebermechanik4 auch deutlich geringere bewegte Massen, wodurch weniger Energie zum Betrieb des Spiralverdichters1 aufgewendet werden muss. - In den
2a bis2c sind unterschiedliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Pendelschiebermechanik4 dargestellt. Gemäß der2a sind die Pendel6 gelenkig am Außenring7 gelagert und in in Radialrichtung verlaufenden Pendelführungsnuten11 im Innenring5 geführt.2b zeigt hierzu die umgekehrte Ausführungsform, bei welcher die Pendel6 gelenkig am Innenring5 gelagert und in in Radialrichtung verlaufenden Pendelführungsnuten11 im Außenring7 geführt sind. Generell sollte die Pendelschiebermechanik4 zumindest drei Pendel6 aufweisen, vorzugsweise weist sie jedoch mehr, insbesondere sechs oder sieben Pendel6 auf. - Betrachtet man die
2c , so kann man erkennen, dass die Pendel6 als Doppelpendel mit jeweils einem Innenschenkel12 und einem Außenschenkel13 ausgebildet sind. Bei diesen Doppelpendeln ist der Außenschenkel13 gelenkig mit dem Außenring7 und gleichzeitig gelenkig mit dem Innenschenkel12 verbunden, wogegen der Innenschenkel12 über eine Art Kniegelenk gelenkig mit dem Außenschenkel13 und andererseits gelenkig mit dem Innenring5 verbunden ist. Pendelführungsnuten11 sind bei dieser Ausführungsform der Pendelschiebermechanik4 nicht erforderlich. Die als Doppelpendel ausgebildete Pendel6 ermöglichen einen sehr verschleißarmen Betrieb, da durch die als Doppelpendel ausgebildeten Pendel6 die bisher auftretende Reibung zwischen den Pendeln6 und dem Außenring7 deutlich reduziert werden kann. Der erfindungsgemäße Spiralverdichter1 zeichnet sich auch durch einen ruhigen Lauf aus. - Die Pendel
6 gemäß den2a ,2b ,3 und4b sind darüber hinaus symmetrisch ausgebildet, wobei selbstverständlich auch asymmetrische Pendel6 zum Einsatz kommen können, wie dies beispielsweise gemäß der4a dargestellt ist. Um darüber hinaus einen leichtgängigen Betrieb der Pendelschiebermechanik4 zu gewährleisten, können die Pendelführungsnuten11 im Eingangsbereich seitliche Nutwände14 mit einem Abgleitradius15 aufweisen, wie dies gemäß der Detaildarstellung in4b dargestellt ist. - Betrachtet man nochmals die Pendelschiebermechaniken
4 gemäß den2a bis2c , so kann man erkennen, dass die einzelnen Pendel6 symmetrisch über den Umfang verteilt, das heißt gleichmäßig über den Umfang verteilt, am Innenring5 bzw. am Außenring7 angeordnet sind, wobei selbstverständlich auch eine nicht gezeigte asymmetrische Anordnung am Umfang des Innenrings5 bzw. des Außenrings7 vorstellbar ist. Ebenfalls vorgesehen sein kann ein Gleitelement16 , wie dies gemäß der3 dargestellt ist, welches kolbenartig in der zugehörigen Pendelführungsnut11 gleitet. In diesem Fall ist somit das Pendel6 gelenkig am Innenring5 oder am Außenring7 und gelenkig am Gleitelement16 angebunden. - Betrachtet man die Ausführungsformen des Spiralverdichters
1 bzw. der Expansionsmaschine1 gemäß den5 und6 , so kann man in5 erkennen, dass der Außenring7 ein separates Bauteil in Bezug auf ein Gehäuse17 des Spiralverdichters1 ist, wogegen in der Darstellung gemäß der6 der Außenring7 Bestandteil des Gehäuses17 des Spiralverdichters1 ist. - Gemäß der
7 ist der Innenring5 über ein Verbindungselement18 mit der zweiten Spirale3 verbunden, wogegen in8 der Innenring5 einstückig mit der zweiten Spirale3 ausgebildet ist. Eine weitere alternative Ausführungsform hierzu ist in9 dargestellt, in welcher der Innenring5 direkt an der zweiten Spirale3 angebunden ist, beispielsweise über eine Fügeverbindung19 . Eine derartige Fügeverbindung19 kann beispielsweise eine thermische Fügeverbindung oder aber eine Verbindung mittels Schweißen, Löten oder Kleben sein. - Betrachtet man schließlich den Spiralverdichter
1 gemäß der10 , so kann man erkennen, dass bei diesem der Innenring5 , die Pendel6 sowie Teile des Außenrings7 in einer Ebene bezogen auf eine Achse20 des Spiralverdichters1 liegen. In ähnlicher Weise ist der Spiralverdichter1 gemäß der11 aufgebaut, wobei dort deutlich erkennbar ist, dass sich die Pendel6 zwischen zwei Ebenen erstrecken, wobei in der ersten Ebene ein Teil der Pendel6 und der Innenring5 der Pendelschiebermechanik4 angeordnet sind, wogegen in der zweiten Ebene ebenfalls ein Teil der Pendel6 sowie der Außenring7 angeordnet sind. Der Innenring5 und der Außenring7 sind somit über die sich über beide Ebenen erstreckenden Pendel6 miteinander wirkverbunden. Generell kann durch den Ersatz des bisher erforderlichen Scroll-Getriebes zur Erzeugung der orbitierenden Bewegung der zweiten Spirale3 mittels der erfindungsgemäßen Pendelschiebermechanik4 ein Spiralverdichter1 bzw. eine Expansionsmaschine1 geschaffen werden, die aufgrund geringer bewegter Massen weniger Energie zum Antrieb benötigt und zugleich geräuscharm und mit hohem Wirkungsgrad arbeitet. - Darüber hinaus ist es mit der erfindungsgemäßen Pendelschiebermechanik
4 möglich, weitere Fluide separat zu demjenigen zu fördern, das mittels der ersten und zweiten Spirale2 ,3 verdichtet bzw. expandiert wird. Der erfindungsgemäße Spiralverdichter1 kann somit in ersten Räumen21 ein Gas verdichten bzw. expandieren und in zweiten Räumen22 bzw. dritten Räumen23 weitere Fluide. Die ersten Räume21 liegen dabei zwischen der ersten und zweiten Spirale2 ,3 , wogegen die zweiten Räume zwischen dem Innenring5 , dem Außenring7 und den Pendeln6 angeordnet sind. Die dritten Räumen23 wiederum werden einerseits durch das Pendel6 bzw. Gleitelement16 und andererseits durch die Pendelführungsnut11 begrenzt. Rein theoretisch können somit mit dem erfindungsgemäßen Spiralverdichter1 bis zu drei separate Fluide verdichtet bzw. expandiert werden, wobei alternativ auch vorstellbar ist, dass die ersten, zweiten und dritten Räume21 ,22 und23 hintereinander geschaltete Verdichtungs- bzw. Expansionsstufen darstellen. - Der erfindungsgemäße Spiralverdichter
1 kann beispielsweise als Kompressor im Bereich von Klimaanlagen bzw. Kältemaschinen, insbesondere auch in Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
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- US 801182 [0004]
Claims (11)
- Spiralverdichter (
1 ) mit einer feststehenden ersten Spirale (2 ) und einer darin eingreifenden, orbitierenden zweiten Spirale (3 ), dadurch gekennzeichnet, dass eine Pendelschiebermechanik (4 ) mit einem Innenring (5 ) und einem damit über Pendel (6 ) verbundenen stationären Außenring (7 ) vorgesehen ist, wobei der Innenring (5 ) einerseits mit einem Exzenter (8 ) antriebsverbunden ist und anderseits fest mit der zweiten Spirale (3 ) verbunden ist, so dass bei einem Antrieb des Exzenters (8 ) die zweite Spirale (3 ) aufgrund der Pendelschiebermechanik (4 ) die erforderliche orbitierende Bewegung bezüglich der ersten Spirale (2 ) ausführt. - Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendel (
6 ) gelenkig am Innenring (5 ) gelagert und in in Radialrichtung verlaufenden Pendelführungsnuten (11 ) im Außenring (7 ) geführt sind, oder umgekehrt. - Spiralverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelführungsnuten (
11 ) im Eingangsbereich seitliche Nutwände (14 ) mit einem Abgleitradius (15 ) aufweisen. - Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendel (
6 ) asymmetrisch ausgebildet sind. - Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelführungsnuten (
11 ) symmetrisch oder asymmetrisch am Umfang des Innenrings (5 ) oder des Außenrings (7 ) angeordnet sind. - Spiralverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendel (
6 ) als Doppelpendel mit einem Innenschenkel (12 ) und einem damit gelenkig verbundenen Außenschenkel (13 ) ausgebildet sind. - Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (
7 ) ein separates Bauteil ist oder aber einen Bestandteil eines Gehäuses (17 ) des Spiralverdichters (1 ) bildet. - Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendel (
6 ) mit einem Gleitelement (16 ) gelenkig verbunden sind, welches in der jeweiligen Pendelführungsnut (11 ) geführt ist. - Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – der Innenring (
5 ) einstückig oder einteilig mit der zweiten Spirale (3 ) ausgebildet ist, oder – der Innenring (5 ) direkt mit der zweiten Spirale (3 ) verbunden ist, oder – der Innenring (5 ) mittels mindestens einem weiteren Bauteil mit der zweiten Spirale (3 ) verbunden ist. - Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass – der Innenring (
5 ), die Pendel (6 ) und der Außenring (7 ) in einer Ebene angeordnet sind, oder – zumindest eines dieser Teile (5 ,6 ,7 ) in einer abweichenden Ebene angeordnet ist. - Spiralverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass – zumindest drei, vorzugsweise sechs, Pendel (
6 ) vorgesehen sind, – ein Elektromotor (10 ) oder eine Riemenscheibe zum Antrieb des Exzenters (8 ) vorgesehen ist.
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