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Beschreibung

Titel

Scroll-Verdichter und Verfahren zum Betrieb des Scroll-Verdichters

Die Erfindung betrifft einen Scroll-Verdichter gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Betrieb des Scroll-Verdichters gemäß Patentanspruch 8.

Stand der Technik

Aus DE 102017 102645 A1 ist ein Scroll-Verdichter bekannt.

Offenbarung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Scroll-Verdichter und ein ver bessertes Verfahren zum Betrieb des Scroll-Verdichters bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird mittels eines Scroll-Verdichters gemäß Patentanspruch 1 und eines Verfahrens gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungs formen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein verbesserter Scroll-Verdichter kann dadurch bereitgestellt werden, dass der Scroll-Verdichter einen Stator, einen um eine Orbiterachse gegenüber dem Sta tor bewegbaren Orbiter und eine Kopplungseinrichtung aufweist, wobei der Sta tor und der Orbiter ineinander eingreifen und wenigstens einen Arbeitsraum zur Verdichtung eines in den Arbeitsraum füllbaren Fluids zumindest abschnittweise begrenzen, wobei die Kopplungseinrichtung eine am Stator angeordnete erste Kopplungseinheit und eine gegenüberliegend zu der ersten Kopplungseinheit am Orbiter angeordnete zweite Kopplungseinheit aufweist, wobei die erste Kopp lungseinheit mit der zweiten Kopplungseinheit magnetisch gekoppelt sind und die R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848 2 zweite Kopplungseinheit ein um die Orbiterachse wirkendes Kopplungsdrehmo ment in den Orbiter einleitet.

Dadurch kann ein besonders langlebiger und ruhig laufender Scroll-Verdichter bereitgestellt werden. Auch kann ein Antriebsmotor zum Antrieb des Orbiters in seiner Auslegung, insbesondere seines maximalen Drehmoments, schwächer gewählt werden. Dadurch kann insgesamt der Scroll-Verdichter besonders leicht und kostengünstig hergestellt werden.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Scroll-Verdichter einen Antriebsmo tor, der drehmomentschlüssig mit dem Orbiter verbunden ist, auf. Der An triebsmotor ist ausgebildet, ein um die Orbiterachse wirkendes Antriebsdrehmo ment zum Antrieb des Orbiters bereitzustellen, wobei das Antriebsdrehmoment und das Kopplungsdrehmoment an dem Orbiter zur Ausbildung eines Verdichter drehmoments wirken. Der Orbiter ist unter Aufrechterhaltung einer Schwenkrich tung von einer ersten Position über eine zweite Position wieder in die erste Posi tion bewegbar, wobei das Kopplungsdrehmomentzwischen der ersten Position des Orbiters und der zweiten Position des Orbiters gegen das Antriebsdrehmo ment wirkt, wobei in der zweiten Position der Orbiter gegenüber der ersten Posi tion verschwenkt ist, wobei zwischen der zweiten Position und der ersten Posi tion des Orbiters das Kopplungsdrehmoment und das Antriebsdrehmoment gleichgerichtet sind. Dadurch wird ein ungleicher Drehmomentverlauf des An triebsdrehmoments, insbesondere in der ersten Ordnung, reduziert und geglättet. Ferner wird eine Stromwelligkeit, wenn der Antriebsmotor geregelt wird, in einer Zuleitung zu dem Antriebsmotor reduziert. Dies entlastet einen Antriebsmotor zum Antrieb des Orbiters sowie eine Lageranordnung zur Lagerung des Orbiters.

In einer weiteren Ausführungsform ist ein Spalt zwischen der ersten Kopplungs einheit und der zweiten Kopplungseinheit angeordnet. Dadurch wird ein Ver schleiß des Scroll-Verdichters gering gehalten.

In einerweiteren Ausführungsform weist wenigstens eine der beiden Kopplungs einheiten einen zweipoligen Permanentmagneten oder einen mehrpoligen Per manentmagneten zur Ausbildung der magnetischen Kopplung mit der anderen R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848

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Kopplungseinheit auf. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Kopplungs einrichtung besonders kompakt ausgebildet ist und mit wenigen Bauteilen aus kommt.

In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Kopplungseinheit oder die zweite Kopplungseinheit wenigstens ein Blechpaket mit wenigstens zwei in ei nem Stapel nebeneinander angeordneten Lagen aus einem ferromagnetischen Material auf. Die Lagen sind in axialer Richtung bezogen auf die nebeneinander angeordnet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass im Betrieb des Scroll-Ver- dichters nur geringe Wirbelströme in dem Blechpaket erzeugt werden, sodass eine Überhitzung der Kopplungseinheit mit dem Blechpaket vermieden wird.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Stator eine spiralförmig ausgebil dete erste Wandung und der Orbiter eine spiralförmig ausgebildete zweite Wan dung auf, wobei die erste Wandung und die zweite Wandung ineinander eingrei- fen und den Arbeitsraum zumindest abschnittweise begrenzen, wobei die erste Kopplungseinheit an einem Gehäuse des Stators und die zweite Kopplungsein heit an einer zweiten äußeren Umfangsseite der zweiten Wandung des Orbiters befestigt sind. Von besonderem Vorteil ist, wenn die Befestigung beispielsweise stoffschlüssig ausgebildet ist. Die Anordnung der zweiten Kopplungseinheit an der zweiten äußeren Umfangsseite der zweiten Wandung hat ferner den Vorteil, dass in diesem Bereich die zweite Wandung außenseitig nicht den Arbeitsraum begrenzt und somit ausreichend Bauraum vorhanden ist, um die Kopplungsein richtung unterzubringen. Ferner wird ein äußerer Bauraum des Scroll-Verdichters durch die innenseitige Unterbringung der Kopplungseinrichtung nicht vergrößert.

In einerweiteren Ausführungsform ist eine Mitte einer maximalen Erstreckung der ersten Kopplungseinheit in tangentialer Richtung zu der Orbiterachse in einer Ebene angeordnet, wobei in der Ebene die Orbiterachse angeordnet ist.

Der oben beschriebene Scroll-Verdichter kann dadurch betrieben werden, dass ein Fluid in den Arbeitsraum eingeleitet wird, wobei der Orbiter um die Orbiter achse bewegt wird und das Fluid in dem Arbeitsraum verdichtet wird, wobei durch die magnetische Kopplung zwischen der ersten Kopplungseinheit und der zweiten Kopplungseinheit ein Kopplungsdrehmoment auf den Orbiterwirkt. R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848

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Von besonderem Vorteil ist, wenn der Orbiter unter Aufrechterhaltung einer Schwenkrichtung um die Orbiterachse von einer ersten Position über eine zweite Position erneut in die erste Position bewegt wird, wobei zum Antrieb des Orbiters ein um die Orbiterachse wirkendes Antriebsdrehmoment an dem Orbiter bereit gestellt wird, wobei das Antriebsdrehmoment und das Kopplungsdrehmoment zu sammen auf den Orbiter zur Ausbildung eines Verdichterdrehmoments wirken, wobei das Kopplungsdrehmoment zwischen der ersten Position des Orbiters und der zweiten Position des Orbiters gegen das Antriebsdrehmoment wirkt, wobei zwischen der zweiten Position und der ersten Position das Kopplungsdrehmo ment und das Antriebsdrehmoment gleichgerichtet sind.

In einerweiteren Ausführungsform zwischen einem ersten Arbeitspunkt und ei nem zeitlich auf den ersten Arbeitspunkt folgenden zweiten Arbeitspunkt wird das Fluid im Arbeitsraum verdichtet, wobei das Kopplungsdrehmoment an dem ers ten Arbeitspunkt zu Beginn der Verdichtung des Fluids entgegen dem Antriebs drehmoment wirkt. Dadurch kann Welligkeit des Antriebsdrehmoments beson ders stark reduziert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Da bei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Scroll-Verdichters gemäß einer ersten Ausführungsform;

Figur 2 eine Schnittansicht entlang einer in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A durch den in Figur 1 gezeigten Scroll-Verdichter in einer O ^p posi tion;

Figur 3 eine Schnittansicht entlang der in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A durch den in Figur 1 gezeigten Scroll-Verdichter in einer 180°-Posi- tion; R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848

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Figur 4 eine Schnittansicht entlang der in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A durch einen Scroll-Verdichter gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer O ^p position;

Figur 5 die in Figur 4 gezeigte Schnittansicht entlang der in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A durch den Scroll-Verdichter gemäß der zweiten Ausführungsform in einer 180°-Position und

Figur 6 einen Drehmomentverlauf über einen Schwenkwinkel eines Orbiters des Scroll-Verdichters um eine Orbiterachse des Orbiters.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Scroll-Verdichters 10 gemäß einer ersten Ausführungsform.

Der Scroll-Verdichter 10 weist einen Stator 15, einen Orbiter 20, einen An triebsmotor 25, eine Antriebswelle 30, eine Lageranordnung 35, einen Einlass 40, einen Auslass 45, ein Gehäuse 46 und eine Kopplungseinrichtung 50 auf.

Der Stator 15 ist ortsfest und unbeweglich und ist mit dem Gehäuse 46 des Scroll-Verdichters 10 mechanisch verbunden sein. Der Orbiter 20 ist drehfest mit der Antriebswelle 30 verbunden, die den Antriebsmotor 25 drehfest mit dem Orbi ter 20 verbindet. Die Antriebswelle 30 ist drehbar um eine Orbiterachse 55 gela gert. Der Orbiter 20 ist exzentrisch zu der Orbiterachse 55 angeordnet. Bei Akti vierung des Antriebsmotors 25 wird der Orbiter 20 um die Orbiterachse 55 ge führt und geschwenkt. Die Lageranordnung 35 ist ausgebildet, Kräfte aus dem exzentrisch um die Orbiterachse 55 geführten Orbiter 20 abzustützen.

Figur 2 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A durch den in Figur 1 gezeigten Scroll-Verdichter 10 in einer 0°-Position.

Der Stator 15 weist eine erste Grundplatte 70 und eine erste Wandung 75 auf.

Die erste Grundplatte 70 erstreckt sich im Wesentlichen in einer Drehebene senkrecht zu der Orbiterachse 55. In axialer Richtung kann die erste Grundplatte 70 gegenüberliegend zu dem Antriebsmotor 25 angeordnet sein und ist mit dem Gehäuse 46 mechanisch verbunden. Die erste Wandung 75 ist spiralförmig um R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848 6 die Orbiterachse 55 geführt und ist an einer Seite axial an der ersten Grundplatte 70 angeordnet und mit der ersten Grundplatte 70 verbunden. Die erste Grund platte 70 und die erste Wandung 75 können einstückig und materialeinheitlich aus einem nicht-magnetischen Werkstoff, beispielsweise Aluminium, hergestellt sein. Radial außenseitig zu der ersten Wandung 75 ist zwischen der ersten Wan dung 75 und dem ersten Gehäuse 46 der Einlass 40 angeordnet. In der ersten Grundplatte 70 kann im Wesentlichen in mittiger Lage zu der Orbiterachse 55 der Auslass 45 angeordnet sein.

Der Einlass 40 kann beispielsweise fluidisch mit einem Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe verbunden sein. Über den Einlass 40 kann ein Fluid 110, insbe sondere ein Kältemittel, beispielsweise R410, in vorzugsweise gasförmigem Zu stand, in den Scroll-Verdichter 10 eingeleitet werden. Der Auslass 45 kann bei spielsweise fluidisch mit einem Wärmetauscher der Wärmepumpe verbunden sein.

Der Orbiter 20 weist eine zweite Grundplatte 80 (in Figur 1 dargestellt) und eine zweite Wandung 85 (vgl. Figur 2) auf. Die zweite Wandung 85 ist spiralförmig um die Orbiterachse 55 geführt. Die zweite Wandung 85 ist axial an einer Seite mit der zweiten Grundplatte 80 verbunden. Die zweite Grundplatte 80 ist axial ver setzt zur ersten Grundplatte 70 angeordnet. Dabei ist die zweite Wandung 85 auf einer zum Stator 15 zugewandten Axialseite und somit auf einer zur ersten Grundplatte 70 abgewandten Seite an der zweiten Grundplatte 80 angeordnet. Vorzugsweise sind die zweite Grundplatte 80 und die zweite Wandung 85 einstü ckig und materialeinheitlich, beispielsweise aus einem nicht-magnetischen Werk stoff, beispielsweise Aluminium, hergestellt.

Die erste Grundplatte 70 und die zweite Grundplatte 80 sind axial versetzt zuei nander angeordnet. Axial zwischen der ersten Grundplatte 70 und der zweiten Grundplatte 80 sind die erste Wandung 75 und die zweite Wandung 85 derart zu einander angeordnet, dass die erste Wandung 75 und die zweite Wandung 85 ineinander eingreifen. Zusammen mit der ersten Grundplatte 70 und der zweiten Grundplatte 80 begrenzen die erste Wandung 75 und die zweite Wandung 85 ei nen Einlassbereich 90, einen Verdichterbereich 95, einen Auslassbereich 100 und einen Bewegungsraum 101. Der Einlassbereich 90 ist stromabwärtsseitig R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848

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In montiertem Zustand des Scroll-Verdichters 10, beispielsweise in der Wärme pumpe, wird über den Einlass 40 das Fluid 110 in den Einlassbereich 90 einge führt. Das Fluid 110 strömt in Umfangsrichtung entlang einer ersten äußeren Um fangsseite 115 der ersten Wandung 75 in Richtung des Verdichterbereichs 95.

Bei Einleitung eines Verdichterdrehmoments M _G in den Orbiter 20 wird der Orbi ter 20 in einer exzentrischen Bewegung um die Orbiterachse 55 bewegt. Dabei wird in Verbindung mit dem ortsfesten, stehenden Stator 15 wird der Arbeitsraum 105 in Umfangsrichtung bewegt und der Arbeitsraum 105 folgt der spiralförmigen Ausgestaltung der ersten Wandung 75 radial nach innen hin. Mit zunehmender Lauflänge wird ein Volumen des jeweiligen Arbeitsraums 105 reduziert und das im Arbeitsraum 105 vorhandene Fluid 110 komprimiert. Das komprimierte Fluid 110 wird in dem Arbeitsraum 105 in den Auslassbereich 100 gefördert und tritt über den Auslass 45 aus dem Scroll-Verdichter 10 aus.

Die Kopplungseinrichtung 50 weist eine erste Kopplungseinheit 60 und eine zweite Kopplungseinheit 65 auf. Die erste Kopplungseinheit 60 ist innenseitig an einer Gehäusekontur 125 des Gehäuses 46 des Stators 15 angeordnet und mit dem Gehäuse 46 mechanisch verbunden. In Figur 2 weist beispielhaft die erste Kopplungseinheit 60 einen mehrpolig ausgebildeten Permanentmagneten 131 auf, der in seiner Haupterstreckungsrichtung tangential zu der Orbiterachse 55 ausgerichtet ist. Der mehrpolige Permanentmagnet 131 weist mehrere Nord- und R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848 8

Südpole auf, die abwechselnd in Tangentialrichtung nebeneinander angeordnet sind. Die erste Kopplungseinheit 60 ist vorzugsweise mittels einer ersten stoff schlüssigen Verbindung 130 mit der Gehäusekontur 125 mechanisch verbunden. Die erste Kopplungseinheit 60 stellt durch den mehrpoligen Permanentmagneten 131 ein Magnetfeld 135 bereit, das schematisch mittels strichlierter Linien in Fi gur 2 angedeutet ist. Das Magnetfeld 135 ragt radial nach innen in den Bewe gungsraum 101.

Radial innenseitig gegenüberliegend zu der ersten Kopplungseinheit 60 ist die zweite Kopplungseinheit 65 in dem Bewegungsraum 101 angeordnet. Die zweite Kopplungseinheit 65 ist an einer zweiten äußeren Umfangsseite 140 der zweiten Wandung 85 angeordnet und mit der zweiten äußeren Umfangsseite 140 mittels einer zweiten Verbindung 145 verbunden. Vorzugsweise kann die zweite Verbin dung 145 eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung sein. Insbe sondere kann die zweite Kopplungseinheit 65 mittels einer Klebverbindung an der zweiten äußeren Umfangsseite 140 befestigt sein.

Die zweite Kopplungseinheit 65 weist ein ferritisches Material auf. Vorzugsweise weist die zweite Kopplungseinheit 65 eine Anordnung aus mehreren Lagen 150 aus ferritischem Material, beispielsweise Elektroblech, auf. Die Lagen 150 sind in einem Stapel axial nebeneinander angeordnet. Zusätzlich kann ein in Figur 2 nicht dargestelltes Haltemittel vorgesehen sein, um die mehreren Lagen 150 von Elektroblech miteinander zu verbinden und somit eine sichere Befestigung der zweiten Kopplungseinheit 65 an der zweiten Wandung 85 sicherzustellen.

Alternativ zu der in Figur 2 gezeigten Ausgestaltung der zweiten Kopplungsein heit 65 mit mehreren Lagen 150 von Elektroblech kann die zweite Kopplungsein heit 65 auch einen weiteren Permanentmagneten aufweisen, der beispielsweise eine gleiche oder ähnliche Polzahl aufweist wie der Permanentmagnet 131 der ersten Kopplungseinheit 60. Abweichend ist jedoch eine Polanordnung des wei teren Permanentmagneten gegenteilig zu dem Permanentmagneten 131 der ers ten Kopplungseinheit 60. So ist in radialer Richtung gegenüberliegend zu bei spielsweise einem Nordpol des Permanentmagneten 131 ein Südpol der zweiten Kopplungseinheit 65 zugewandt angeordnet. R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848

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Die erste Kopplungseinheit 60 weist auf einer der zweiten Wandung 85 zuge wandten Seite eine Innenseite 155 auf, wobei beispielhaft in Figur 2 die Innen seite 155 plan ausgebildet ist. In radialer Richtung gegenüberliegend zu der In nenseite 155 weist die zweite Kopplungseinheit 65 auf einer der zweiten Wan dung 85 abgewandten Seite eine Außenseite 160 auf, wobei die Außenseite 160 beispielhaft plan ausgebildet ist. Sowohl die Innenseite 155 als auch die Außen seite 160 sind beispielhaft tangential zu der Orbiterachse 55 ausgerichtet. Ferner sind in radialer Richtung die Innenseite 155 und die Außenseite 160 gegenüber liegend angeordnet. Zwischen der Innenseite 155 und der Außenseite 160 ist ein Spalt 165 ausgebildet. Der Spalt 165 wird in radialer Richtung durch einen Ab stand a der Innenseite 155 zu der Außenseite 160 festgelegt. In Figur 2 ist der Abstand a der Innenseite 155 zu der Außenseite 160 maximiert.

Durch den Spalt 165 ist sichergestellt, dass die Innenseite 155 nicht in Berühr kontakt mit der Außenseite 160 bei der Bewegung des Orbiters 20 um die Or biterachse 15 tritt. Dadurch wird ein Verschleiß, insbesondere ein Eintrag von Metallpartikeln, in das Fluid 110 vermieden. Ferner wird sichergestellt, dass trotz magnetischer Kopplung die zweite Kopplungseinheit 65 von der ersten Kopp lungseinheit 60 entfernt werden kann.

In Figur 2 ist der Orbiter 20 in der O ^p position bezogen auf eine Bewegung um die Orbiterachse 55 dargestellt. In der O ^p position ist der Abstand a maximiert. Dabei ist beispielsweise die zweite Kopplungseinheit 65 außerhalb eines effekti ven Wirkbereichs des Magnetfelds 135 angeordnet, sodass eine magnetische Kopplung zwischen der ersten Kopplungseinheit 60 und der zweiten Kopplungs einheit 65 im Wesentlichen aufgehoben ist.

Figur 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der in Figur 1 gezeigten Schnittebene A- A durch den in Figur 1 gezeigten Scroll-Verdichter 10 in einer 180 ^P Position.

In Figur 3 ist der Orbiter 20 um 180° gegenüber der in Figur 2 gezeigten Darstel lung verschwenkt und befindet sich somit in der 180° Position. In dieser Position ist der Abstand a zwischen der Innenseite 155 und der ersten Kopplungseinheit 60 und der Außenseite 160 der zweiten Kopplungseinheit 65 minimiert. Die zweite Kopplungseinheit 65 befindet sich im Wirkbereich des Magnetfelds 135, R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848 10 sodass die erste Kopplungseinheit 60 magnetisch mit der zweiten Kopplungsein heit 65 gekoppelt ist. In Figur 3 wird die zweite Kopplungseinheit 65 durch den Permanentmagneten 131 der ersten Kopplungseinheit 60 mit einer Kraft F ange zogen.

Die mehrlagige Ausgestaltung der zweiten Kopplungseinheit 65 und die Ausrich tung der Lagen 150 radial zu der Orbiterachse 55 hat den Vorteil, dass Wirbel ströme bei Bewegung der zweiten Kopplungseinheit 65 im Magnetfeld 135 der ersten Kopplungseinheit 60 vermieden werden und dadurch eine Überhitzung der zweiten Kopplungseinheit 65 im Betrieb des Scroll-Verdichters 10 vermieden wird. Ferner wird dadurch, insbesondere wenn die zweite Verbindung 145 als stoffschlüssige Verbindung ausgeführt wird, eine thermische Beschädigung der zweiten Verbindung 145, insbesondere eines ausgehärteten Klebstoffs, vermie den.

In den Figuren 2 und 3 ist beispielhaft im Umfangsrichtung die zweite Kopplungs einheit 65 schlanker als die erste Kopplungseinheit 60 ausgebildet. Diese Ausge staltung hat den Vorteil, dass die zweite Kopplungseinheit 65 sich besonders lange im Wrkbereich des Magnetfelds 135 bewegt wird und dadurch eine beson ders gute magnetische Kopplung zwischen der ersten Kopplungseinheit 60 und der zweiten Kopplungseinheit 65 sichergestellt werden kann.

Figur 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der in Figur 1 gezeigten Schnittebene A-A durch einen Scroll-Verdichter 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform in der O ^p position.

Der Scroll-Verdichter 10 ist mit der in Figur 2 gezeigten Orientierung dargestellt. Der Scroll-Verdichter 10 ist im Wesentlichen identisch zu dem in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Scroll-Verdichter 10 gemäß der ersten Ausführungsform ausge bildet. Im Folgenden wird ausschließlich auf die Unterschiede des in Figur 4 ge zeigten Scroll-Verdichters 10 gemäß der zweiten Ausführungsform gegenüber der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsform des Scroll-Verdich ters 10 eingegangen. R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848 11

Abweichend zu den Figuren 1 bis 3 weist die erste Kopplungseinheit 60 eine An ordnung von mehreren Lagen 150 aus Elektroblech auf. Die zweite Kopplungs einheit 65 weist beispielhaft den Permanentmagneten 131 auf. Die in Figur 4 ge zeigte Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine Masse, die um die Orbiterachse 55 rotiert, durch den in radialer Richtung schlank ausgebildeten Permanentmag neten 131 besonders geringgehalten ist. Durch die gegenüber den Figuren 1 bis 3 reduzierte Masse der zweiten Kopplungseinheit 65 ist die Lageranordnung 35 geringer bei der Führung des Orbiters 20 um die Orbiterachse 55 mechanisch belastet. Dadurch kann ein besonders langlebiger Scroll-Verdichter 10 bereitge stellt werden.

In Figur 4 ist, um eine besonders gute magnetische Kopplung zwischen der ers ten Kopplungseinheit 60 und der zweiten Kopplungseinheit 65 sicherzustellen, die erste Kopplungseinheit 60 in radialer Richtung und in Umfangsrichtung breiter als die in Figuren 2 und 3 die erste Kopplungseinheit 65 ausgebildet.

Figur 5 zeigt die in Figur 4 gezeigte Schnittansicht entlang der in Figur 1 gezeig ten Schnittebene A-A durch den Scroll-Verdichter 10.

In der 180°-Position ist der Abstand a zwischen der Außenseite 160 und der In nenseite 155 der ersten Kopplungseinheit 60 minimal. Durch die breite Ausge staltung der ersten Kopplungseinheit 60 in Umfangsrichtung wird eine besonders gute magnetische Kopplung zwischen der ersten Kopplungseinheit 60 und der zweiten Kopplungseinheit 65 erzielt.

Figur 6 zeigt ein Diagramm von am Orbiter 20 wirkender Drehmomente aufgetra gen über einem Schwenkwinkel w des Orbiters 20 um die Orbiterachse 55.

Dabei sind die jeweiligen Drehmomente M _A , MK, M _G beginnend bei der O ^p position über dem Schwenkwinkel w bezogen auf die O ^p position aufgetragen. Der Orbiter 20 wird unter Aufrechterhaltung einer Schwenkrichtung um die Orbiterachse 55 aus der O ^p position über die 180 ^P Position in Richtung einer 360 ^P Position, die der O ^p position entspricht geschwenkt. R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848

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In dem Diagramm ist ein erster Graph (strichlierte Linie) eines Verdichterdrehmo ments M _G über dem Schwenkwinkel w aufgetragen, wobei das Verdichterdreh moment M _G an dem Orbiter 20 anliegt und dazu genutzt wird, das Fluid 110 im Arbeitsraum 105 zu verdichten. Mittels einer durchgezogenen Linie ist ein zweiter Graph eines Antriebsdrehmoments M _A des Antriebsmotors 25 wirkend um die Orbiterachse 55 über dem Schwenkwinkel w aufgetragen. Eine strichpunktierte Linie zeigt einen dritten Graph eines Kopplungsdrehmoments M _K der Kopplungs einrichtung 50 aufgetragen über dem Schwenkwinkel w und wirkend um die Or biterachse 55. Der erste Graph entspricht einem Antriebsdrehmoment des An triebsmotors eines Scroll-Verdichter gemäß dem Stand der Technik.

Der Scroll-Verdichter 10 weist bei der Schwenkbewegung des Orbiters 20 begin nend von der O ^p position aus um die Orbiterachse 55 einen ersten Arbeitspunkt 170 und einen zweiten Arbeitspunkt 175 auf. Im Folgenden wird kurz auf das Ar beitsverfahren des Scroll-Verdichters für einen Arbeitsraum 105 eingegangen.

Beispielhaft wird der in den Figuren 2 bis 5 gezeigte Orbiter 20 um die Orbiter achse 55 geschwenkt. Am ersten Arbeitspunkt 170 ist das Fluid 110 im Wesentli chen vollständig aus dem Arbeitsraum 105 über den Auslass 45 ausgestoßen. Im ersten Arbeitspunkt 170 erreicht das Verdichterdrehmoment M _G zur Bewegung des Orbiters 20 um die Orbiterachse 55 ein erstes Minimum 180. Beispielhaft wird der erste Arbeitspunkt 170 nach Bewegung des Orbiters 20 um einen Start schwenkwinkel Ws aus der O ^p position erreicht.

Zwischen dem ersten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Arbeitspunkt 175 wird das Fluid 110, das in einem (weiteren) Arbeitsraum 105 angeordnet ist, verdich tet. Zwischen dem ersten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Arbeitspunkt 180 wird der Orbiter 20 um einen ersten Schwenkwinkel wi um die Orbiterachse 55 bewegt. Während des Verdichtens steigt das Verdichterdrehmoment M _G vom ersten Minimum 180 auf das erste Maximum 185 an. Am ersten Maximum 185 erreicht ein Druck des Fluids 110 im Arbeitsraum 105 ein Druckmaximum.

Am zweiten Arbeitspunkt 175 erreicht der Arbeitsraum 105 den Auslassbereich 100. Wird der Orbiter 20 weiter um die Orbiterachse 55 in Schwenkrichtung be wegt, wird über den Schwenkwinkel w des Orbiters 20 das komprimierte Fluid R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848

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110 wieder aus dem Arbeitsraum 105 ausgestoßen. Dabei wird der Orbiter 20 über die O ^p position hinwegbewegt, bis der erste Arbeitspunkt 170 wieder er reicht ist. Während des Ausstoßens kann radial außenseitig am Orbiter 20 zwi schen dem Orbiter 20 und dem Stator 15 Fluid 110 in einen weiter radial außen liegenden Arbeitsraum 105 eingebracht werden, um dieses Fluid 110 dann wie der zwischen dem ersten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Arbeitspunkt 175 zu komprimieren. Durch das abwechselnde Komprimieren und Ausstößen ist über den Schwenkwinkel w das Verdichterdrehmoment M _G wellig und schwankt zwi schen dem ersten Minimum 180 und dem ersten Maximum 185. Durch die Schwankung im Verdichterdrehmoment M _G wird zum einen der Antriebsmotor 25 und die Lageranordnung 35 mechanisch belastet. Zum anderen entsteht eine Stromwelligkeit, wenn versucht wird, mittels eines Reglers die Welligkeit im Ver dichterdrehmoment M _G elektrisch auszuregeln.

Die Kopplungseinrichtung 50 ist ausgebildet, diese Welligkeit des Verdichterdreh moments M _G aus Sicht des Antriebsmotors zu reduzieren, sodass die Funktions fähigkeit des Scroll-Verdichters 10 gewährleistet ist, zum anderen der An triebsmotor 25 entlastet ist.

Die magnetische Kopplung der ersten Kopplungeinheit 60 bewirkt, dass auf Grund des in der Bewegung des Orbiters 20 sich über den Schwenkwinkel w mit der zweiten Kopplungseinheit 65 zum einen die magnetische Anziehungskraft F in ihrem Wert schwankt. In der O ^p position und der 180 ^P Position ist eine Mitte der zweiten Kopplungseinheit 65 einer Haupterstreckungsrichtung in Tangential richtung in einer Ebene 200 (vgl. Figuren 2 und 3) gemeinsam mit einer Mitte der der ersten Kopplungseinheit 60 einer Haupterstreckungsrichtung in Tangential richtung angeordnet. Die Anziehungskraft F wirkt dabei in der Ebene 200 radial nach außen. Dadurch weist der dritte Graph des Kopplungsdrehmoments M _K in der O ^p position und der 180 ^P Position des Orbiters 20 jeweils einen Nulldurch gang im Kopplungsmoment M _K auf. Zwischen der O ^p position und der 180 ^P Posi- tion ist die Mitte der zweiten Kopplungseinheit 65 außerhalb der Ebene 200 an geordnet. Durch die Anziehungskraft F wirkt dadurch das Kopplungsmoment M _K auf den Orbiter 20. Durch eine Abnahme einer Feldstärke des Magnetfelds 135 mit zunehmendem Abstand a in Verbindung mit einem Versatz der Mitte der zweiten Kopplungseinheit 65 in Abhängigkeit des Schwenkwinkels w weist das R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848

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Kopplungsmoment M _{K Ü} ber den Schwenkwinkel w den schwankenden dritten Graph mit einem zweiten Maximum 190 und einem zweiten Minimum 195 auf. Das Kopplungsmoment M _K bildet dabei ein Drehmoment für den Antriebsmotor 25 ab, das der Antriebsmotor 25 aufzubringen hat, um den Orbiter 20 ohne Fluid 110 um die Orbiterachse 55 zu bewegen auch wenn der Antriebsmotor 25 nur die Kopplungseinrichtung 50 zu betätigen hat (also ohne Verdichtung des Fluid 110).

Die Kopplungseinrichtung 50 ist derart ausgerichtet, dass das zweite Maximum 190 und das zweite Minimum 195 des Kopplungsmoments M _K zwischen dem ersten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Arbeitspunkt während des Verdichtens des Fluids 110 im Arbeitsraum 105 am Orbiter 20 anliegt. Mit anderen Worten ist die zweite Kopplungseinheit 65 während des Verdichtens des Fluids 110 näher an der ersten Kopplungseinheit 60 angeordnet als während des Ausstoßens und Einleitens des Fluids 110 in den Arbeitsraum 105.

Im Folgenden werden die wirkenden Drehmomente M _G , MK, M _A beginnend beim ersten Arbeitspunkt 170 erläutert. Das Antriebsdrehmoment M _A , das der An triebsmotor 25 zum Antrieb des Orbiters 20 aufzubringen hat, entspricht einer Summe des Verdichterdrehmoments M _G und des Kopplungsdrehmoments MK. Das Verdichtermoment M _G ist das Moment das zur Bewegung des Orbiters 20 notwendig ist.

Zwischen der O ^p position und der 180°-Position wirkt das Kopplungsmoment M _K gegen das Antriebsdrehmoment M _A . Zwischen der 180°-Position und einer 360°- Position, die der O ^p position entspricht, wirkt das Kopplungsdrehmoment MK ZU dem Antriebsdrehmoment M _A unterstützend.

Die Kopplungseinrichtung 50 ist derart an dem Orbiter 20 und dem Gehäuse 46 angeordnet, dass bei Erreichen des ersten Arbeitspunkts 170 das Kopplungs drehmoment M _K gegen das Antriebsdrehmoment M _A und in Richtung des Ver dichterdrehmoments M _G wirkt. Anschließend an den ersten Arbeitspunkt 170 wird das Fluid 110 im Arbeitsraum 105 verdichtet, sodass der Druck des Fluids 110 zunimmt. Das Verdichterdrehmoment M _G , das zum Verdichten benötigt wird ist in dieser Phase des Scroll-Verdichters 10 nahe des ersten Minimums 180 und R. 394003 WO 2022/223385 PCT/EP2022/059848

- 15 - nimmt langsam zu. Zwischen dem der ersten Arbeitspunkt 170 und der 180°-Po- sition, also zu Beginn der Verdichtung, wirkt das Kopplungsmoment M _K in Rich tung dem Verdichterdrehmoment MG und gegen das Antriebsdrehmoment MA. Dadurch muss der Antriebsmotor 25 zusätzlich zum Verdichterdrehmoment M _G das Kopplungsdrehmoment M _K aufbringen um den Orbiter 20 zu bewegen.

In der 180°-Position, die bezogen auf den Schwenkwinkel w zwischen dem ers ten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Arbeitspunkt 175 liegt, ist der Abstand a zwischen der ersten Kopplungseinheit 60 und der zweiten Kopplungseinheit 65 sowie der Anziehungskraft F zu der Ebene 200 minimal. Nach Durchlaufen der 180°-Position wirkt das Kopplungsdrehmoment M _K gegen das Verdichterdrehmo ment MG, sodass das Antriebsdrehmoment MA durch das Kopplungsdrehmoment M _K reduziert ist und der Antriebsmotor 25 entlastet ist. Das Kopplungsdrehmo ment M _K unterstützt in dieser Phase des Verdichtens vor Erreichen des ersten Maximums des Verdichterdrehmoments M _G den Antriebsmotor 25.

Vorzugsweise ist die zweite Kopplungseinheit 65 am Orbiter 20 derart angeord net, dass ein zweiter Schwenkwinkel 002 zwischen dem ersten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Maximum 190 während des Verdichtens geringer ist als ein dritter Schwenkwinkel 003 zwischen dem zweiten Maximum 190 und dem zweiten Arbeitspunkt 175. Ferner kann das zweite Minimum 195 in einem vierten Schwenkwinkel U vor dem zweiten Arbeitspunkt 175 erreicht werden, der kleiner sein kann, als der zweite Schwenkwinkel 002 oder der dritte Schwenkwinkel 003. Der erste Schwenkwinkel 001 zwischen dem ersten Arbeitspunkt 170 und dem zweiten Arbeitspunkt 175 zum Verdichten des Fluids 110 ist größer als ein fünfter Schwenkwinkel 005 zwischen dem zweiten Maximum 190 und dem zweiten Mini mum 195.

Durch die oben beschriebene Ausgestaltung der Kopplungseinrichtung 50 ist die Welligkeit des Antriebsdrehmoments M _A stark reduziert und das Antriebsdrehmo ment MA deutlich glatter als das Verdichterdrehmoment MG.