DE102016217267A1

DE102016217267A1 - Anordnung für eine Kälteanlage mit einem Spiralverdichter

Info

Publication number: DE102016217267A1
Application number: DE102016217267.0A
Authority: DE
Inventors: Volker Kirschner; Hans Christian Uibeleisen
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2018-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine Kälteanlage mit einem Spiralverdichter (12) zum Verdichten von Kältemittel, mit einem Antrieb und mit einem regelbaren Drehzahlwandler (14), der den Antrieb mit dem Spiralverdichter (12) koppelt. Um die Anpassbarkeit der Kühlleistung der Kälteanlage zu verbessern wird vorgeschlagen, dass der Drehzahlwandler (14) stufenlos regelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine Kälteanlage mit einem Spiralverdichter zum Verdichten von Kältemittel, mit einem Antrieb und mit einem regelbaren Drehzahlwandler, der den Antrieb mit dem Spiralverdichter koppelt, insbesondere gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Kälteanlage, die eine solche Anordnung aufweist.
Bei Kälteanlagen in Kraftfahrzeugen, die bspw. für Klimaanlagen genutzt werden, wird häufig der Klimakompressor indirekt über die im Kraftfahrzeug vorhandene Brennkraftmaschine angetrieben. Um die Kälteleistung regeln zu können, muss die Pumpleistung des Kompressors gesteuert werden können. Bei der Verwendung von Spiralverdichtern kann dies nur über die Regelung der Drehzahl des Spiralverdichters erfolgen.
Aus der DE 10 2006 035 364 A1 ist bekannt, den Spiralverdichter über einen Planetengetriebe an die Brennkraftmaschine anzusteuern. Daher sind verschiedene Übersetzungsstufen möglich. Dennoch lässt sich die Leistung des Spiralverdichters nicht exakt auf die notwendige Anforderungen einstellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform einer Anordnung für eine Kälteanlage mit einem Spiralverdichter zur Verfügung zu stellen, die sich insbesondere durch eine feinere Anpassung der Kälteleistung auszeichnet. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Kälteanlage bereitzustellen, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Kälteleistung der Kälteanlage feiner geregelt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den Spiralverdichter, der mit dem Antrieb gekoppelt ist, mit einem regelbaren Drehzahlwandler an den Antrieb zu koppeln, der stufenlos regelbar ist. Dadurch kann auch die Drehzahl des Spiralverdichters nahezu unabhängig von der Drehzahl des Antriebs eingestellt werden, so dass eine von der Drehzahl des Antriebs unabhängige Steuerung der Kälteleistung möglich ist.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass der Drehzahlwandler ein hydraulischer Wandler ist. Solche hydraulischen Wandler sind einfach anzusteuern und in der KFZ-Technik bereits bewährt.
Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Drehzahlwandler eine erste Welle, und eine zweite Welle aufweist, dass der Drehzahlwandler einen Arbeitsraum aufweist, in welchem erste Lamellen, die mit der ersten Welle gekoppelt sind, und zweite Lamellen, die mit der zweiten Welle gekoppelt sind, angeordnet sind und dass zur Steuerung und/oder Regelung des übertragenden Drehmoments zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle eine Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum eingeleitet und abgelassen werden kann. Wenn die Arbeitsflüssigkeit sich in dem Arbeitsraum befindet ist eine Kraftübertragung zwischen den ersten Lamellen und den zweiten Lamellen gegeben, so dass ein Drehmoment zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle übertragen werden kann. Ist die Arbeitsflüssigkeit abgelassen und durch ein Gas bspw. Luft ersetzt, ist die Übertragung der Kräfte zwischen den ersten Lamellen und den zweiten Lamellen stark reduziert, so dass nur ein sehr geringes Drehmoment übertragen wird. Generell erlaubt ein solcher Drehzahlwandler einen Schlupf zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle, so dass dadurch die Drehzahl des Spiralverdichters unabhängig von der Drehzahl des Antriebs eingestellt werden kann. Es versteht sich, dass die erste Welle oder die zweite Welle mit dem Antrieb gekoppelt und die jeweilige andere Welle mit dem Spiralverdichter gekoppelt wird, damit der Drehzahlwandler die Antriebsleistung des Antriebs auf den Spiralverdichter übertragen kann und gleichzeitig die Drehzahl variabel reduzieren kann.
Eine weitere besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass eine Pumpvorrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Arbeitsflüssigkeit eingeleitet und abgelassen werden kann und wird. Dadurch kann der Füllstand der Arbeitsflüssigkeit in dem Arbeitsraum gezielt verändert werden. Dadurch lässt sich das übertragende Drehmoment von dem Antrieb auf den Spiralverdichter einstellen, wodurch wiederum die Drehzahl des Spiralverdichters beeinflusst werden kann.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Arbeitsflüssigkeit Hydrauliköl ist. Solches Hydrauliköl ist bspw. in Kraftfahrzeugen für eine Vielzahl von Systemen in Verwendung, so dass es sich anbietet, dieses Hydrauliköl ebenfalls für den Drehzahlwandler zu verwenden.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Drehzahlwandler eine Viskokupplung ist. Solche Viskokupplungen haben sich im Kraftfahrzeugbau bewährt. Sie ermöglichen die Übertragung von Drehmomenten und gleichzeitiger Reduzierung der Drehzahl. Dadurch lassen sich mit einer Viskokupplung ein Drehmoment vom Antrieb auf den Spiralverdichter übertragen und gleichzeitig die Drehzahl des Spiralverdichters annähernd unabhängig von der Drehzahl des Antriebs einzustellen.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Drehzahlwandler eine erste Welle und eine zweite Welle aufweist, dass der Drehzahl eine an der ersten Welle gehaltenen Exzenter aufweist, dass der Drehzahlwandler ein Verdrängerelement aufweist, das durch den Exzenter angetrieben ist, dass der Drehzahlwandler einen äußeren Rotor aufweist, der mit der zweiten Welle gekoppelt ist, dass in dem Drehzahlwandler zwischen dem Verdrängerelement und dem äußeren Rotor mindestens zwei Kammern gebildet sind, deren Volumen durch das Verdrängerelement bei der Rotation der ersten Welle zu der zweiten Welle verändert wird, dass Überströmkanäle ausgebildet sind, welche jede der Kammern mit einem Ausgleichsvolumen verbindet, und dass ein Steuerelement vorgesehen ist, das den Strömungsquerschnitt der Überströmkanäle steuern kann. Wenn sich die erste Welle relativ zur zweiten Welle dreht werden somit die Volumen der Kammern verändert, so dass das Medium, dass sich in dem Drehzahlwandler befindet durch die Überströmkanäle in die Kammern ein- oder ausströmen muss. Wenn nun der Strömungsquerschnitt der Überströmkanäle variiert wird, wird somit dieser Ausgleich gebremst. Dadurch wird die Rotation der ersten Welle zu der zweiten Welle gebremst, wodurch ein Drehmoment zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle übertragen werden kann. Folglich kann durch Einstellung des Strömungsquerschnitts der Überströmkanäle ein übertragenes Drehmoment von der ersten Welle zu der zweiten Welle gesteuert werden. Somit kann mit Hilfe eines solchen Drehzahlwandlers, der ein Schlupf zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle erlaubt die Drehzahl des Spiralverdichters zumindest annähernd unabhängig von der Drehzahl des Antriebs eingestellt werden.
Eine günstige Variante sieht vor, dass die Überströmkanäle in dem äußeren Rotor gebildet sind. Dadurch können das Steuerelement und das Ausgleichsvolumen außen liegend angeordnet sein, was eine besonders einfache Anordnung ermöglicht.
Eine weitere günstige Variante sieht vor, dass die Überströmkanäle in dem Verdrängerelement ausgebildet sind. Dadurch kann eine sehr kompakte Bauweise erzielt werden.
Eine weitere besonders günstige Variante sieht vor, dass die Überströmkanäle in dem Gehäuse ausgebildet sind. Dadurch kann bspw. eine axiale Führung der Überströmkanäle erzielt werden, so dass eine in radialer Richtung kompakte Bauweise erzielt werden kann.
Es versteht sich, dass die Überströmkanäle in radialer oder axialer Richtung ausgebildet sein können. Je nachdem kann eine axial oder radial kompakte Bauweise erzielt werden.
In der Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen beziehen sich die Begriffe axial und radial auf eine der Wellen des Drehzahlwandlers.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass das Steuerelement ringförmig ausgebildet ist, und für jeden Überstromkanal eine Öffnung aufweist, dass die Öffnungen in einer Offenstellung fluchtend zu den Überströmkanälen liegen, dass die Öffnungen in einer Drosselstellung teilweise mit den Überströmkanälen überlappen und dass die Öffnungen in einer Schließstellung neben den Überströmkanälen liegen, so dass die Überströmkanäle verschlossen sind. Dadurch können mit einem einzelnen Steuerelement die Strömungsquerschnitte aller Überströmkanäle gesteuert werden. Folglich kann durch das Steuerelement das übertragende Drehmoment zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle eingestellt werden.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass mehrere Rotationssperrelemente vorgesehen sind, die eine Drehung des Verdrängerelements zu dem äußeren Rotor verändern und dass die Rotationssperrelemente die Kammern voneinander trennen. Somit bewirken die Rotationssperrelemente eine Doppelwirkung. Zum einen bilden sie die Kammern aus, durch welche das Drehmoment übertragen werden kann. Zum anderen bewirken sie die Rotationssperre des Verdrängerelements zum äußeren Rotor.
Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass das Verdrängerelement eine Außenmantelfläche aufweist, die n-fach rotationssymmetrisch ist, dass der äußere Rotor eine Innenmantelfläche aufweist, die (n + 1)-fach rotationssymmetrisch ist und die derart ausgebildet ist, dass sich das Verdrängerelement mit seiner Außenmantelfläche darauf abwälzen kann, und dass beim Abwälzen des Verdrängerelements auf der Innenmantelfläche des äußeren Rotors die Kammern gebildet werden. Insbesondere werden beim Abwälzen des Verdrängerelements auf der Innenmantelfläche des äußeren Rotors nicht nur die Kammern gebildet und aufgelöst, sondern auch das Volumen der jeweiligen Kammern verringert und wieder vergrößert. Dadurch wird eine Strömung durch die Überströmkanäle induziert, so dass die Drosselung der Überströmkanäle genutzt werden kann um ein Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Welle zu übertragen.
Eine günstige Lösung sieht vor, dass der Drehzahlwandler ein mechanischer Wandler ist. Das heißt es werden keine Fluide genutzt, um die Kraft zu übertragen. Solche mechanischen Drehzahlwandler sind in der Regel sehr verlustarm.
Eine weitere günstige Lösung sieht vor, dass der Drehzahlwandler ein Umschlingungsgetriebe mit einem Riemen oder einer Kette ist. Der Riemen oder die Kette kann dann an einem ersten konisches Rad mit in axialer Richtung variierendem Durchmesser und einem zweiten konischen Rad, das vorzugsweise einen in axialer Richtung variierenden Durchmesser aufweist, anliegen und somit je nach Lage des Riemens oder der Kette eine unterschiedliche Übersetzung zwischen den beiden Rädern bewirken. Solche stufenlosen Umschlingungsgetriebe ermöglichen eine variable Übersetzung. Dadurch kann durch Wahl der Übersetzung die Drehzahl des Spiralverdichters zumindest weitgehend unabhängig von der Drehzahl des Antriebs eingestellt werden.
Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass der Drehzahlwandler ein variables Reibradgetriebe ist. Auch solche Reibradgetriebe ermöglichen eine stufenlose Einstellung des Übersetzungsverhältnisses.
Ferner beruht die Erfindung auf dem allgemeinen Gedanken ein Kraftfahrzeug mit einer Kälteanlage, die eine Anordnung gemäß der vorstehenden Beschreibung aufweist, auszustatten, wobei eine Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs über den Drehzahlwandler mit dem Spiralverdichter gekoppelt ist. Dadurch übertragen sich die Vorteile der Anordnung auf das Kraftfahrzeug, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Prinzipskizze und Teilschnittdarstellung, wobei ein Spiralverdichter geschnitten dargestellt und ein daran angeordneter Drehzahlwandler nur schematisch angedeutet ist,
2 eine Längsschnittdarstellung durch einen Drehzahlwandler gemäß einer ersten Ausführungsform,
3 eine Querschnittdarstellung durch einen Drehzahlwandler gemäß einer zweiten Ausführungsform,
4 eine Querschnittdarstellung durch einen Drehzahlwandler gemäß einer dritten Ausführungsform und
5 eine Längsschnittdarstellung durch einen Drehzahlwandler gemäß einer vierten Ausführungsform.
Eine in den 1 und 2 dargestellte Anordnung 10 für eine Kälteanlage wird vorzugsweise für eine Kälteanlage in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine verwendet. Die Anordnung umfasst einen Spiralverdichter 12, der als Kompressor für die Kälteanlage dient. Dieser Spiralverdichter 12 ist über einen Drehzahlwandler 14 an einen Antrieb, insbesondere die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs, angeschlossen. Der Antrieb ist in den Figuren nicht dargestellt.
Der Spiralverdichter weist mindestens eine feste Spirale 16 und eine bewegliche Spirale 18 auf. Ferner weist der Spiralverdichter 12 einen Exzenter 20 auf, auf welchem die bewegliche Spirale 18 gelagert ist und durch welchen die bewegliche Spirale auf einer Kreisbahn bewegt wird. Die feste Spirale 16 und die bewegliche Spirale 18 sind ineinander angeordnet, so dass ein variables Volumen zwischen der festen Spirale 16 und der beweglichen Spirale 18 gebildet ist. Durch die Kreisbahnbewegung der beweglichen Spirale kann somit eine Pumpwirkung erzielt werden. Ein derart gebildeter Spiralverdichter 12 bildet eine volumetrische Pumpe deren Pumpvolumen fest mit der Drehzahl des Spiralverdichters 12 gekoppelt ist.
Um die Pumpleistung des Spiralverdichters und damit die Kälteleistung der Kälteanlage regulieren zu können, muss die Drehzahl des Spiralverdichters 12 ansteuerbar sein.
Dazu weist die Anordnung 10 den Drehzahlwandler 14 auf. Wie beispielhaft in 2 dargestellt kann der Drehzahlwandler 14 ein hydraulischer Drehzahlwandler sein. Beispielsweise kann dieser als Viskokupplung ausgebildet sein.
Der Drehzahlwandler 14 weist eine erste Welle 22 und eine zweite Welle 24 auf, zwischen welchen ein Drehmoment übertragen werden kann, wobei gleichzeitig ein Schlupf zwischen den beiden Wellen 22, 24 möglich ist. Dadurch kann der Antrieb, also die Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs, den Spiralverdichter 12 antreiben. Gleichzeitig kann die Drehzahl des Spiralverdichters 12 sich von der Drehzahl des Antriebs unterscheiden, da der Drehzahlwandler 14 einen Schlupf erlaubt.
Der Drehzahlwandler 14 weist mehrere erste Lamellen 26 und mehrere zweite Lamellen 28 auf, die in einem Arbeitsraum 30 angeordnet sind. Die ersten Lamellen 26 sind mit der ersten Welle 22 rotatorisch gekoppelt, während die zweiten Lamellen 28 mit der zweiten Welle 24 rotatorisch gekoppelt sind.
Der Arbeitsraum 30 ist durch eine Glocke 32 gebildet. Die Glocke 32 ist mit der ersten Welle 22 verbunden. Die ersten Lamellen 26 erstrecken sich von einer Außenwand der Glocke 32 radial nach innen. Die zweiten Lamellen 28 erstrecken sich von der zweiten Welle 24 aus radial nach außen. Ferner ist die zweite Welle 24 koaxial zu der Glocke 32 und damit koaxial zu der ersten Welle angeordnet.
In dem Arbeitsraum 30 liegen die ersten Lamellen 26 und zweiten Lamellen 28 in axialer Richtung nebeneinander und überlappen sich in radialer Richtung. Wird nun die erste Welle 22 gegenüber der zweiten Welle 24 gedreht streichen die ersten Lamellen 26 an den zweiten Lamellen 28 vorbei.
Um eine Drehmomentübertragung zu erzielen kann der Arbeitsraum 30 mit einem Arbeitsfluid gefüllt werden. Dieses Arbeitsfluid kann bspw. Hydrauliköl sein. Sowohl die ersten Lamellen 26 als auch die zweiten Lamellen 28 treiben das Arbeitsfluid in dem Arbeitsraum 30 an, wodurch Drehmomente zwischen den ersten Lamellen 26 und den zweiten Lamellen 28 übertragen werden können. Je nach Füllstand von Arbeitsfluid in dem Arbeitsraum 30 ergibt sich ein übertragenes Drehmoment. Folglich kann durch die Füllmenge an Arbeitsfluid in dem Arbeitsraum 30 das übertragbare Drehmoment eingestellt werden.
Somit kann auch die Drehzahl des Spiralverdichters 12 mit Hilfe des Füllstands an Arbeitsfluid im Arbeitsraum 30 eingestellt werden. Es versteht sich, dass der Drehzahlwandler 14 gemäß der ersten Ausführungsform die Drehzahl nur reduzieren kann. Daher kann die Drehzahl des Spiralverdichters 12 nicht beliebig unabhängig von der Drehzahl des Antriebs gesteuert werden, jedoch zumindest annähernd unabhängig.
Eine in der 3 dargestellte zweite Ausführungsform der Anordnung 10 für eine Kälteanlage unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Anordnung 10 für eine Kälteanlage durch den Aufbau des Drehzahlwandlers 14. Der Drehzahlwandler 14 gemäß der zweiten Ausführungsform weist einen an der ersten Welle 22 gehaltenen Exzenter 34 auf, welcher ein Verdrängerelement 36 antreibt, wenn die erste Welle 22 gedreht wird. Das Verdrängerelement 36 ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und weist an einer Außenfläche mindestens zwei, bspw. sieben, Axialnuten 38 auf. In den Axialnuten 38 sind Rotationssperrelemente 40 angeordnet, die eine Rotation des Verdrängerelements 36 behindern. Die Rotationssperrelemente 40 erlauben allerdings die Bewegung des Verdrängerelements 36 auf einer durch den Exzenter 34 vorgegebenen Kreisbahn.
Ferner weist der Drehzahlwandler 14 einen äußeren Rotor 42 auf, der vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist. Der äußere Rotor 42 mit der zweiten Welle 24 drehfest gekoppelt ist. Der äußere Rotor 42 umschließt einen Innenraum 44, in welchem der Exzenter 34 und das Verdrängerelement 36 angeordnet sind. An einer Innenmantelfläche 46 des äußeren Rotors 42 sind mindestens zwei, bspw. sieben, Axialnuten 48 ausgebildet. In den Axialnuten 48 sind die Rotationssperrelemente 40 aufgenommen. Dadurch verbinden die Rotationssperrelemente 40 die Axialnuten 38 des Verdrängerelements 36 mit den Axialnuten 48 des äußeren Rotors 42, so dass durch die Rotationssperrelemente 40 die Rotation des Verdrängerelements 36 zu dem äußeren Rotor 42 blockiert ist.
Durch die Rotationssperrelemente 40, das Verdrängerelement 36 und den äußeren Rotor 42 sind Kammern 50 ausgebildet, deren Volumen durch die Bewegung des Verdrängerelements 36 vergrößert oder verkleinert wird.
In dem äußeren Rotor 42 sind ferner Überströmkanäle 52 ausgebildet, welche eine fluidische Verbindung von den Kammern 50 zu einem nicht dargestellten Ausgleichsvolumen herstellen. Die Überströmkanäle 52 sind, wie bspw. in 3 dargestellt, radial ausgebildet und verbinden dadurch ein radial außen angeordnetes Ausgleichsvolumen mit den Kammern 50. Es ist aber auch möglich, dass die Überströmkanäle 52 in axialer Richtung ausgebildet sind, bspw. in einem Gehäuse des Drehzahlwandlers 14, so dass das Ausgleichsvolumen in axialer Richtung neben den Kammern 50 angeordnet ist.
Ferner weist der Drehzahlwandler 14 ein Steuerelement 54 auf, das vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist und mindestens zwei, bspw. sieben Öffnungen 56 aufweist. Vorzugsweise ist je Überströmkanal 52 eine Öffnung 56 vorgesehen. Die Öffnungen 56 sind derart in dem Steuerelement 54 angeordnet, dass sie zu Auslässen der Überströmkanälen 52 fluchtend angeordnet sein können.
Das Steuerelement 54 ist derart angeordnet, dass es den äußeren Rotor 42 umgibt, so dass die Öffnungen 56 des Steuerelements 54 fluchtend zu den Überströmkanälen 52 angeordnet sein können. In einer solchen Offenstellung begrenzt das Steuerelement 54 den Strömungsquerschnitt der Überströmkanäle nicht. Wird nun das Steuerelement 54 gegenüber dem äußeren Rotor 42 verdreht, verschieben sich die Öffnungen 56 gegenüber den Überströmkanälen 52, wodurch der zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt durch die Überströmkanäle 52 verringert wird. In einer solchen Drosselstellung kann durch das Steuerelement 54 die Durchströmung durch die Überströmkanäle 52 gebremst bzw. gedrosselt werden. Ferner ist auch eine Stellung möglich, bei welcher die Öffnungen 56 neben den Überströmkanälen 52 liegen. Dadurch schließt das Steuerelement 54 die Überströmkanäle 52 nahezu vollständig, so dass die Überströmkanäle in dieser Schließstellung nahezu geschlossen sind.
Durch das Steuerelement 54 lässt sich also der Strömungswiderstand von Arbeitsfluid, das sich in dem Ausgleichsvolumen und den Kammern 50 befindet, steuern. Um die Kreisbahnbewegung des Verdrängerelements 36 und damit eine Rotation der ersten Welle 22 gegenüber der zweiten Welle 24 zu ermöglichen, muss das Arbeitsfluid durch die Überströmkanäle 52 strömen. Werden diese nun durch das Steuerelement 54 gedrosselt wird ein Drehmoment zwischen der ersten Welle 22 und der zweiten Welle 24 übertragen. Somit kann mit Hilfe des Steuerelements 54 die Drehmomentübertragung des Drehzahlwandlers 14 gesteuert werden.
Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte zweite Ausführungsform der Anordnung 10 mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Anordnung 10 für eine Kälteanlage hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 4 dargestellte dritte Ausführungsform der Anordnung 10 für eine Kälteanlage unterscheidet sich von der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform der Anordnung 10 für eine Kälteanlage dadurch, dass die Kammern 50 ohne Rotationssperrelemente 40 gebildet sind. Stattdessen weist das Verdrängerelement 36 eine Außenmantelfläche 58 auf, die rotationssymmetrisch ausgebildet ist und derart an die Innenmantelfläche 46 des äußeren Rotors 42 angepasst ist, dass das Verdrängerelement 36 mit seiner Außenmantelfläche 58 auf der Innenmantelfläche 46 des äußeren Rotors 42 abrollen kann. Dabei ist die Außenmantelfläche 58 des Verdrängerelements 36 n-fach rotationssymmetrisch und die Innenmantelfläche 46 des äußeren Rotors 42 (n + 1)-fach rotationssymmetrisch.
Wird nun das Verdrängerelement 36 durch den Exzenter 34 auf die Kreisbahn gezwungen, rollt gleichzeitig das Verdrängerelement 36 auf der Innenmantelfläche 46 des äußeren Rotors 42 ab. Somit erfolgt also auch eine Rotation des Verdrängerelements 36 gegenüber dem äußeren Rotor 42. Dabei werden mehrere, bspw. vier Kammern zwischen dem Verdrängerelement 36 und dem äußeren Rotor 42 gebildet, deren Volumen durch die Rotation der ersten Welle 22 zu der zweiten Welle 24 und damit der Kreisbewegung des Verdrängerelements 36 relativ zu dem äußeren Rotor 42, vergrößert oder verkleinert werden.
Der Drehzahlwandler 14 gemäß der zweiten Ausführungsform weist ebenfalls Überströmkanäle 52 auf, welche die Kammern 50 mit dem Ausgleichsvolumen verbinden. Aufgrund der Konstruktion sind bei dem Drehzahlwandler 14 gemäß der dritten Ausführungsform ein Überstromkanal 52 mehr vorgesehen als Kammern 50 in dem Drehzahlwandler 14 gebildet sind. Dies ergibt sich dadurch, dass die Überströmkanäle 52 in dem äußeren Rotor 42 angeordnet sind, der eine n + 1 fache Symmetrie aufweist, während das Verdrängerelement 36 eine n-fache, beispielhaft 4 fache, wie in 4 dargestellt ist, Symmetrie aufweist. Daher ist es notwendig bei dem 5-fach rotationssymmetrischen äußeren Rotor 42 auch fünf Überströmkanäle 52 anzuordnen. Wären die Überströmkanäle in dem Verdrängerelement 36 angeordnet, würden N, also vier, Überströmkanäle 52 ausreichen.
Das Steuerelement 54 ist entsprechend dem Steuerelement 54 der zweiten Ausführungsform ausgebildet.
Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte dritte Ausführungsform der Anordnung 10 für eine Kälteanlage mit der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform der Anordnung 10 für eine Kälteanlage hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 5 dargestellte vierte Ausführungsform der Anordnung 10 für eine Kälteanlage unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Anordnung 10 für eine Kälteanlage dadurch, dass statt eines hydraulischen Drehzahlwandlers 14 ein mechanischer Drehzahlwandler 14 verwendet wird. Der mechanische Drehzahlwandler 14 ist wie bspw. in 5 dargestellt als Reibringgetriebe ausgebildet.
An der ersten Welle 22 ist ein erstes konisches Rad 60 gehalten. An der zweiten Welle 24 ist ein zweites konisches Rad 62 angeordnet. In dieser vierten Ausführungsform sind die erste Welle 22 und die zweite Welle 24 nicht koaxial zueinander angeordnet. Stattdessen liegen die erste Welle 22 und die zweite Welle 24 nebeneinander und überlappen in den jeweiligen zueinander zugewandten Endbereichen. Dadurch liegen das erste konische Rad 60 und das zweite konische Rad 62 radial nebeneinander, so dass ein Spalt 64 zwischen dem ersten konischen Rad 60 und dem zweiten konischen Rad 62 gebildet ist. Dabei sind die Konuswinkel des ersten konischen Rads 60 und des zweiten konischen Rads 62 und der Winkel der ersten Welle 22 zu der zweiten Welle 24 derart gewählt, dass der Spalt 64 über seine Länge eine vorzugsweise konstante Breite aufweist. Dies kann bspw. dadurch erzielt werden, dass die erste Welle 22 und die zweite Welle 24 achsparallel zueinander angeordnet sind und das erste konische Rad 60 und das zweite konische Rad 62 den gleichen Konuswinkel aufweisen.
Ferner weist der Drehzahlwandler 14 einen Reibring 66 auf, welcher durch den Spalt 64 verläuft und somit sowohl im Kontakt mit dem ersten konischen Rad 60 als auch mit dem zweiten konischen Rad 62 ist. Bei der beispielhaft in 5 dargestellten Stellung des Reibrings 66 berührt der Reibring 66 das zweite konische Rad 62 an einer Stelle, an der das zweite konische Rad 62 einen großen Durchmesser aufweist und das erste konische Rad 60 an einer Stelle an der das erste konische Rad 60 einen kleinen Durchmesser aufweist. Dadurch kann ein großes Übersetzungsverhältnis zwischen den Drehzahlen der ersten Welle 22 und der zweiten Welle 24 erzielt werden. Wird nun der Reibring 66 verschoben, so dass die Berührungsstelle zu dem ersten konischen Rad 60 und dem zweiten konischen Rad 62 in sich verschiebt, verändert sich auch das Übersetzungsverhältnis der ersten Welle 22 zu der zweiten Welle 24. Dies liegt daran, dass die Durchmesser, an den Stellen, an denen der Reibring 66 die beiden konischen Räder 60, 62 berührt, sich verändert. Wenn bspw. der Reibring 66 ganz rechts angeordnet wäre, würde der Reibring 66 das zweite konische Rad 62 an einer Stelle berühren, an der der Durchmesser kleiner ist während er das erste konische Rad 60 an einer Stelle berühren würde, an der der Durchmesser des ersten konischen Rads 60 groß ist. Dadurch würde sich das Übersetzungsverhältnis gegenüber der in 5 beispielhaft dargestellten Stellung gerade umkehren.
Somit ist durch den Drehzahlwandler 14 ein Getriebe mit einem variablen Übersetzungsverhältnis gebildet. Somit kann die Drehzahl des Spiralverdichters 12 weitgehend unabhängig von der Drehzahl des Antriebs eingestellt werden.
Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte vierte Ausführungsform der Anordnung 10 für eine Kälteanlage mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Anordnung 10 für eine Kälteanlage hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006035364 A1 [0003]

Claims

Anordnung für eine Kälteanlage mit einem Spiralverdichter (12) zum Verdichten von Kältemittel, mit einem Antrieb und mit einem regelbaren Drehzahlwandler (14), der den Antrieb mit dem Spiralverdichter (12) koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlwandler (14) stufenlos regelbar ist.
Anordnung für eine Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlwandler (14) ein hydraulischer Wandler ist.
Anordnung für eine Kälteanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass der Drehzahlwandler (14) eine erste Welle (22) und eine zweite Welle (24) aufweist, – dass der Drehzahlwandler (14) einen Arbeitsraum (30) aufweist, in welchem erste Lamellen (26), die mit der ersten Welle (22) gekoppelt sind, und zweite Lamellen (28), die mit der zweiten Welle (24) gekoppelt sind, angeordnet sind, und – dass zur Steuerung und/oder Regelung des übertragenen Drehmoments zwischen der ersten Welle (22) und der zweiten Welle (24) eine Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum (30) eingeleitet und abgelassen werden kann.
Anordnung für eine Kälteanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass der Drehzahlwandler (14) eine erste Welle (22) und eine zweite Welle (24) aufweist, – dass der Drehzahlwandler (14) einen an der ersten Welle (22) gehaltenen Exzenter (34) aufweist, – dass der Drehzahlwandler (14) ein Verdrängerelement (36) aufweist, das durch den Exzenter (34) angetrieben ist, – dass der Drehzahlwandler (14) einen äußeren Rotor (42) aufweist, der mit der zweiten Welle (24) gekoppelt ist, – dass in dem Drehzahlwandler (14) zwischen dem Verdrängerelement (36) und dem äußeren Rotor (42) mindestens zwei Kammern (50) gebildet sind, deren Volumen durch das Verdrängerelement (36) bei Rotation der ersten Welle (22) zu der zweiten Welle (24) verändert wird, – dass Überströmkanäle (52) ausgebildet sind, welche jede der Kammern (50) mit einem Ausgleichsvolumen verbindet, und – dass ein Steuerelement (54) vorgesehen ist, das einen Strömungsquerschnitt der Überströmkanäle (52) steuern kann.
Anordnung für eine Kälteanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, – dass das Steuerelement (54) ringförmig ausgebildet ist, und für jeden Überströmkanal (52) eine Öffnung (56) aufweist, – dass die Öffnungen (56) in einer Offenstellung fluchtend zu den Überströmkanälen (52) liegen, – dass die Öffnungen (56) in einer Drosselstellung teilweise mit den Überströmkanälen (52) überlappen, und – dass die Öffnungen (56) in einer Schließstellung neben den Überströmkanälen (52) liegen, so dass die Überströmkanäle (52) verschlossen sind.
Anordnung für eine Kälteanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, – dass mehrere Rotationssperrelemente (40) vorgesehen sind, die eine Drehung des Verdrängerelements (36) zu dem äußeren Rotor (42) verhindern, und – dass die Rotationssperrelemente (40) die Kammern (50) voneinander trennen.
Anordnung für eine Kälteanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, – dass das Verdrängerelement (36) eine Außenmantelfläche (58) aufweist, die n-fach rotationssymmetrisch ist, – dass der äußere Rotor (42) eine Innenmantelfläche (46) aufweist, die (n + 1)-fach rotationssymmetrisch ist und die derart ausgebildet ist, dass sich das Verdrängerelement (36) mit seiner Außenmantelfläche (58) darauf abwälzen kann, und – dass beim Abwälzen des Verdrängerelements (36) auf der Innenmantelfläche (46) des äußeren Rotors (42) die Kammern (50) gebildet werden.
Anordnung für eine Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass der Drehzahlwandler (14) ein mechanischer Wandler ist.
Anordnung für eine Kälteanlage nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlwandler (14) ein variables Umschlingungsgetriebe mit einem Riemen oder einer Kette ist.
Anordnung für eine Kälteanlage nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlwandler (14) ein variables Reibradgetriebe ist.
Kraftfahrzeug mit einer Kälteanlage, die eine Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bist 10 aufweist, wobei eine Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs über den Drehzahlwandler (14) mit dem Spiralverdichter (12) gekoppelt ist.