Scrollmaschine und Fahrzeugklimaanlage

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Verdrängermaschinen nach dem Spiral prinzip und betrifft eine Scrollmaschine, insbesondere in Form eines Scrollverdich- ters, vorzugsweise als elektrischen Kältemittelantrieb, insbesondere als Kältemit telkompressor für Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage.

Bei Kraftfahrzeugen sind regelmäßig Klimaanlagen eingebaut, die mit Hilfe einer einen Kältemittelkreislauf bildenden Anlage den Fahrzeuginnenraum klimatisieren. Derartige Anlagen weisen grundsätzlich einen Kreislauf auf, in dem ein Kältemittel geführt ist. Das Kältemittel, beispielsweise R-744 (Kohlenstoffdioxid, CO2) oder R- 134a (1 ,1 ,1 ,2-Tetrafluorethan), wird an einem Verdampfer erwärmt und mittels ei nes (Kältemittel-) Verdichters oder Kompressors verdichtet, wobei das Kältemittel anschließend über einen Wärmetauscher die aufgenommene Wärme wieder ab gibt, bevor es über eine Drossel erneut zum Verdampfer geführt wird.

Als Kältemittelverdichter wird häufig eine sogenannte Scrollmaschine eingesetzt, um ein Kältemittel zu verdichten. Der Aufbau und die Funktionsweise einer sol chen Scrollmaschine, eingesetzt als Verdichter für das Kältemittel einer Kraftfahr zeugklimaanlage, ist beispielsweise in DE 102012 104045 A1 beschrieben. We sentliche Bestandteile einer solchen Scrollmaschine sind zwei relativ zueinander bewegbare Scrollteile („Scrolls“). Meist liegt im System auch Öl in Tropfenform oder als Nebel vor, das nach der Verdichtung zumindest teilweise von dem (nach der Verdichtung üblicherweise gasförmigen) Kältemittel abgetrennt wird. Das Käl temittel (gegebenenfalls mit Resten von Öl) wird dann in den Klimakreislauf einge bracht, während das abgetrennte Öl meist innerhalb der Scrollmaschine zur Schmierung von bewegten Teilen an diese herangeführt werden kann.

Die Scrollteile sind in der Regel als ein feststehender, fixierter Scroll (Fixscroll, Verdrängerscroll) und als ein beweglicher, orbitierender Scroll (Gegenscroll, Ro- torscroll) ausgeführt. Die beiden Scrolls sind grundsätzlich gleichartig aufgebaut und weisen jeweils eine Basisplatte (Grundkörper, Scrollscheibe) und eine spiral förmige (schneckenförmige), ausgehend von der Basisplatte sich in Axialrichtung erstreckende Wandung (Spiralwand, Scrollwand) auf. Im zusammengesetzten Zu stand liegen die Spiralwände der beiden Scrolls verschachtelt ineinander und bil den zwischen den sich abschnittsweise berührenden Scroll-Wandungen mehrere Förderkammern.

Zum Antrieb des beweglichen Scrolls ist typischerweise ein Elektromotor vorgese hen, dessen Motorwelle (A-seitig, d. h. abtriebsseitig) mittels eines exzentrischen Wellenzapfens (auch: „Wellenpin“) mit dem beweglichen Scrollteil antriebstech nisch gekoppelt ist.

Unter einer orbitierenden Bewegung ist hier und im Folgenden insbesondere eine exzentrische, kreisförmige Bewegungsbahn zu verstehen, bei welcher der beweg liche Scroll selbst nicht um die eigene Achse rotiert. Die beiden Scrolls weisen im Betrieb einen möglichst kleinen axialen Abstand zueinander auf, wobei bei jeder orbitierenden Bewegung zwischen den Spiralwänden im Wesentlichen sichelför mige (Verdichter- oder Förder-) Kammern gebildet werden, deren Volumen im Zuge der Bewegung der beiden Scroll zueinander (zumindest bei einem Verdich tungsprozess) von der Außenseite her entlang der Spiralwände in Richtung zur Mittelachse des jeweiligen Scrolls wandert und dabei zunehmend reduziert (und damit das darin geführte Medium verdichtet) wird.

Die orbitierende Bewegung des beweglichen Scrolls wird hierbei üblicherweise un ter Anderem mittels eines Antirotationsmechanismus bewirkt, welcher die Eigenro tation des Scrolls verhindert. Dieser ist meist zwischen den beweglichen Scroll und ein ortsfestes Element der Scrollmaschine geschaltet. Häufig ist der Antirotati onsmechanismus durch eine Anzahl von auf einer Kreisbahn angeordneten kreis förmigen, taschenartigen Öffnungen („Ringe“), meist in dem beweglichen Scroll, und zugeordnete Stifte („Pins“), meist in dem ortsfesten Element angeordnet, ge bildet. Die Stifte greifen hierbei in die kreisförmigen Öffnungen des beweglichen Scrolls ein, und bilden hierbei jeweils einen sogenannten Pin-Ring-Kontakt. Im (Verdichter-) Betrieb gleiten die Stifte an den kreisförmigen Öffnungswandungen ab, wodurch eine Eigenrotation verhindert wird. Zur Reibungsminderung und Ver besserung der Lebensdauer sind beispielsweise Laufringe (Gleitringe) in die Öff nungen eingesetzt. Aufgrund dieser Ausgestaltung wird der Antirotationsmecha nismus auch als „Pin-Ring-System“ bezeichnet.

Die Motorwelle ist in der Regel mittels eines Lagers in einem Lagerschild (auch als „Zentralplatte“ oder „center plate“ bezeichnet) gelagert. Die Stifte des Antirotati onsmechanismus sind dabei meist (insbesondere kraftschlüssig) in dem Lager schild fixiert.

Beispielsweise weisen derartige Antirotationsmechanismen sechs solcher Pin- Ring-Kontakte auf. Hierbei sind die Pin-Ring-Kontakte insbesondere 60° zueinan der versetzt angeordnet.

Derartige Antirotationsmechanismen weisen erkanntermaßen eine hohe Bauteil anzahl auf, wodurch die Herstellung und Montage der Scrollmaschine vergleichs weise aufwendig und kostenintensiv ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Scrollmaschine anzu geben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Scrollmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Des Weiteren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Fahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwick lungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Be schreibung dargelegt.

Die erfindungsgemäße Scrollmaschine dient insbesondere als Verdichter (Kom pressor) für Kältemittel einer Fahrzeugklimaanlage. Die Scrollmaschine weist da bei einen ersten Scroll mit einer ersten Basisplatte und einer von der ersten Basis platte (insbesondere axial) vorstehenden ersten Spiralwand auf. Die erste Spiral wand ist dabei einer ersten (d. h. insbesondere dem ersten Scroll zugeordneten) Spirallinie folgend ausgebildet und bildet einen ersten Spiralgang. Insbesondere weist der erste Scroll auch eine umlaufende Begrenzungswand auf. Die Scrollma- schine weist auch einen zweiten Scroll mit einer zweiten (d. h. insbesondere dem zweiten Scroll zugeordneten) Basisplatte und mit einer von der zweiten Basisplatte (insbesondere axial) vorstehenden zweiten Spiralwand auf. Die zweite Spiralwand ist einer zweiten Spirallinie folgend ausgebildet und greift in den ersten Spiralgang des ersten Scrolls ein. Dabei bildet die zweite Spiralwand gemeinsam mit der ers ten Spiralwand, insbesondere durch gemeinsame Berührungen (insbesondere aufgrund einer exzentrischen Anordnung zueinander) in einem bestimmungsge mäßen Betrieb eine Anzahl von (insbesondere sich entlang der ersten Spiralwand bewegenden) Förderkammern (in einem bestimmungsgemäßen Verdichterbetrieb auch als „Verdichterkammern“ bezeichnet). Die erste und die zweite Spiralwand weisen außerdem an deren Innenwandfläche und deren Außenwandfläche be reichsweise jeweils einen der jeweiligen Spirallinie (insbesondere azimutal) überla gerten Wandflächenverlauf auf, der auf den zugewandten Wandflächenverlauf der jeweils anderen Spiralwand abgestimmt ist. Dieser jeweilige, überlagerte Wandflä chenverlauf ist dabei derart ausgebildet, dass sich im bestimmungsgemäßen Be trieb - zumindest bereichsweise - eine Kontaktnormale einer Berührungsstelle ei ner der beiden Spiralwände (bspw. der ersten Spiralwand) ergibt und diese Kon taktnormale dabei schräg gegen eine lokale (d. h. insbesondere an der Position der Berührungsstelle angelegte) Normale der entsprechenden ersten bzw. zweiten (im vorliegenden Beispiel also zur ersten) Spirallinie angestellt ist. Vorzugsweise steht dabei die Kontaktkraft (insbesondere deren Vektor oder deren Richtung) an der Stelle, an der sich beide Spiralwände berühren, schräg zur Normalen der Spi rallinie an dieser Position.

Mithin ist die sich aufgrund der überlagerten Wandflächenverläufe ergebende Kon taktnormale auch schräg gegen eine Berührungsnormale zweier „idealer Spiral wände“ - d. h. insbesondere herkömmlicher Scrollwände - angestellt.

Unter „axial“ wird hierbei eine Richtung parallel (koaxial) zu einer Drehachse (Axi alrichtung) der Scrollmaschine verstanden. Insbesondere ist diese Axialrichtung dabei parallel zu einer Drehachse eines zumindest einen der vorstehend beschriebenen Scrolls antreibenden Antriebs, vorzugsweise eines Elektromotors, also auch senkrecht zu den Basisplatten der beiden Scrolls ausgerichtet. Unter „radial“ oder „Radialrichtung“ wird entsprechend eine Richtung, die senkrecht (quer) zur Drehachse der Scrollmaschine steht, verstanden. Unter „azimutal“ oder „tangential“ wird insbesondere eine Richtung entlang des Umfangs der Scrollma schine, bspw. zur gegebenenfalls vorhandenen Begrenzungswand des ersten Scrolls (auch als „Umfangsrichtung“, „Azimutalrichtung“ oder „Tangentialrichtung“ bezeichnet), also eine Richtung senkrecht zur Axialrichtung und zur Radialrich tung, verstanden.

Unter „Berührungsstelle“ wird hier und im Folgenden insbesondere ein Berüh rungspunkt, meist eine lokale, diesen Berührungspunkt enthaltende Berührungsli nie an der Position der jeweiligen Spiralwand verstanden, an der sich im bestim mungsgemäßen Betrieb beide Spiralwände verstanden. Optional handelt es sich - bspw. aufgrund von Fertigungstoleranzen oder aufgrund eines durch den überla gerten Wandflächenverlauf optional azimutal vergrößerten Berührungsbereichs - auch um eine Berührungsfläche.

Vorzugsweise sind beide Scrolls um einen Exzenterradius parallel zueinander ver- setzt gelagert. Dabei ist wenigstens einer der beiden Scrolls exzentrisch zu der o. g. Drehachse gelagert.

Aufgrund der schräg zur lokalen Normalen der entsprechenden Spirallinie ange- stellten Kontaktnormalen wird ein azimutaler Formschluss zwischen den beiden Spiralwänden ermöglicht, der wiederum wenigstens zu einer Rotationshemmung, vorzugsweise zu einer Sperrung einer Rotation des ersten und/oder des zweiten Scrolls gegenüber dem jeweiligen anderen und/oder um eine Rotationsachse des entsprechenden Scrolls (insbesondere also der eingangs beschriebenen Eigenro tation) führt. Im theoretischen Idealzustand von als „echte“ Spiralen ausgebildeten Spiralwänden würden sich diese unter einer normal zur jeweiligen Spirallinie ste henden Kontaktnormalen berühren, so dass eine Rotation lediglich aufgrund von Reibschluss und somit mit geringerer Sicherheit oder aufgrund von nicht ausrei chenden Kontaktkräften nicht unterbunden werden kann. Zudem kommt häufig ein eingangs ebenfalls beschriebenes (insbesondere radiales) Toleranzausgleichsele ment, insbesondere der „Swing Link“, zum Einsatz, der eine geringfügige radiale Verschiebung der Scrolls zueinander ermöglicht, um die Anschmiegung der Spiral wände aneinander zu verbessern. Dabei kann aber auch zumindest bereichsweise der Spalt zwischen der ersten und zweiten Spiralwand geringfügig vergrößert wer den („radiale Entschmiegung“), was wiederum die reibungsbedingte Hemmung verschlechtern oder sogar aufheben würde. Die Eigenrotation soll im Stand der Technik durch einen eingangs beschriebenen Antirotationsmechanismus unter bunden werden. Die erfindungsgemäße Ausbildung der ersten und zweiten Spiral- wände, insbesondere also die der Spirallinie überlagerten Wandflächenverläufe, erlaubt dagegen bereits selbst eine (wie vorstehend beschrieben insbesondere formschlüssige) Hemmung der Eigenrotation und ermöglicht somit, dass ein her kömmlicher Antirotationsmechanismus entfallen kann. Somit kann vorteilhafter weise die Bauteilanzahl und somit auch das Gewicht der Scrollmaschine sowie insbesondere auch Bauraum reduziert werden.

Optional sind die jeweiligen Wandflächenverläufe auch derart gewählt, dass die sogenannten Schmiegungsradien der beiden Spiralwände aneinander angegli chen sind. Unter „Schmiegungsradius“ wird dabei insbesondere der lokale Radius im Bereich der Berührungsstelle der jeweiligen Spiralwand verstanden. Bei stark unterschiedlichen Schmiegungsradien liegt somit auch im toleranzbehafteten Fer tigungszustand eine der Linien- oder Punktberührung angenäherte Berührungs stelle vor, während bei aneinander angenäherten Schmiegungsradien vielmehr eine Flächenberührung vorliegt. Dies kann wiederum zu einer geringeren Belas- tung der beiden Spiralwände führen, da sich die Kontaktkraft zwischen den beiden Scrolls auf einen größeren Flächenbereich verteilt.

Gegebenenfalls führt also der jeweilige überlagerte Wandflächenverlauf auch lokal zu einem gegenüber einem Berührungsbereich zwischen zwei Spiralen über einen größeren Winkelbereich erstreckten Berührungsbereich. In diesem Fall wird auch eine Spaltlänge zwischen den beiden Spiralwänden verlängert, so dass eine Dichtwirkung in Azimutal- oder Tangentialrichtung verbessert werden kann. Unter „Formschluss“ zwischen zwei Teilen wird hier und im Folgenden insbeson dere verstanden, dass eine Relativbewegung dieser beiden Teile zueinander zu mindest in einer Raumrichtung durch ein unmittelbares aneinander Anliegen von Konturen der Teile selbst unterbunden wird. Das vorstehend beschriebene Flem- men oder Sperren der Eigenrotation in dieser Richtung, also in azimutaler oder tangentialer Richtung erfolgt also formbedingt.

Unter „einer Spirallinie folgend“ wird hier und im Folgenden insbesondere verstan den, dass eine „neutrale Faser“, insbesondere eine Art Symmetrie- oder Mittellinie, der jeweiligen Spiralwand durch die Spirallinie beschrieben wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten und zweiten Spirallinie jeweils um eine „Archimedi sche Spirale“. Zur Steigerung der mechanischen Festigkeit nimmt üblicherweise eine Wanddicke oder Wandstärke von außen („einlaufseitig“) nach innen (d. h. in Richtung auf das Spiralzentrum zu. Dies wird bspw. dadurch erreicht, dass die je weiligen Wandflächen mit einem zum Spiralzentrum hin zunehmenden „Offset“ (oder: Abstand) zur Spirallinie versetzt angeordnet sind. Für die radial „innere“ Wandfläche ist somit die Steigung der Spirale geringfügig steiler als für die Spiralli nie, während sie für die „äußere“ Wandfläche flacher ist. Somit nimmt der Abstand der inneren und der äußeren Wandfläche zur neutralen Faser in Richtung auf das Spiralzentrum hin zu. Im Fall der vorliegenden Erfindung folgt die entsprechende Wandfläche der jeweiligen Spiralwand dagegen bereichsweise dem überlagerten Verlauf. Vorzugsweise nimmt aber auch hier die Wandstärke der jeweiligen Spiral wand zum Spiralzentrum hin im Ganzen betrachtet zu.

Unter „überlagert“ wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass der grundlegende Verlauf der ersten und zweiten Spiralwände weiterhin der zugeord neten Spirallinie folgt, lokal aber von dieser abweicht - mehr als durch den vorste hend beschriebenen Offset.

Auch die zweite Spiralwand bildet insbesondere einen Spiralgang, in dem die erste Spiralwand im bestimmungsgemäßen Montagezustand einliegt. In einer Variante ist die Scrollmaschine derart ausgebildet, dass im bestimmungs gemäßen Betriebt einer der beiden Scrolls relativ zu dem anderen um diesen orbi- tiert. Hierbei ist vorzugsweise einer der beiden Scrolls, insbesondere der erste, ortsfest, während der andere, insbesondere der zweite, beweglich gelagert ist. In diesem Fall dient wie vorstehend beschrieben die erfindungsgemäße Scrollkontur zur Hemmung der Eigenrotation, d. h. um eine Orbitation des zweiten Scrolls zu ermöglichen.

In einer alternativen Variante sind die beiden Scrolls der Scrollmaschine als soge nannte „co-rotating“ Scrolls ausgebildet. In diesem Fall rotieren beide Scrolls mit gleicher Drehrichtung um deren jeweilige Rotationsachse. In beiden Varianten be wegen sich die Förderkammern in Richtung Spiralzentrum. In dieser alternativen Variante kann die erfindungsgemäße Scrollkontur vorteilhafterweise dazu genutzt werden, dass nur einer der Scrolls angetrieben ist und dieser den anderen Scroll aufgrund der formschlüssigen Rotationshemmung „mitschleppt“. Anders ausge drückt wird die Rotation des einen auf den anderen Scroll „übertragen“.

Zum einfacheren Verständnis wird im Folgenden auf die orbitierende Variante Be zug genommen und einer der beiden Scrolls, konkret der zweite Scroll, als orbitie- render Scroll (auch: „O-ScroN“) bezeichnet. In diesem Fall wird der andere, konkret erste Scroll vorzugsweise als feststehender Scroll (auch: „F-Scroll“) bezeichnet.

Die folgenden Ausführungen sind aber auch gleichermaßen auf co-rotating Scrolls anwendbar.

In einer zweckmäßigen Ausführung wird im Verdichterbetrieb durch den jeweiligen Wandflächenverlauf eine Art Verzahnung der ersten Spiralwand mit der zweiten Spiralwand gebildet. Je „signifikanter“ dabei die einzelnen „Zähne“ ausgebildet sind, desto höher ist erkanntermaßen auch die Hemm- oder Sperrwirkung gegen die Eigenrotation (oder alternativ die „Mitnahmewirkung“ gegenüber dem nicht an getriebenen Scroll im Fall der co-rotating Scrolls). Ebenso können dabei auch radi ale Verschiebungen durch das vorstehend genannte radiale Toleranzausgleich selement vergleichsweise gut kompensiert werden. Unter „Signifikanz“ wird in die sem Fall insbesondere eine gegenüber dem übrigen oder zumindest angrenzenden Bereich des Wandflächenverlaufs abweichende radiale „Höhe“, die vorzugsweise als Abstand der Wandfläche zu der vorgenannten Spirallinie, insbe sondere der „neutralen Faser“ bemessen ist, insbesondere ein oberhalb eines Re ferenzwerts liegender Wert dieser „Höhe“ verstanden. Optional kann die Signifi- kanz auch als ein oberhalb eines Referenzwerts liegendes Verhältnis dieses

Werts zu einem Radius, mit dem die beiden Scrolls umeinander, insbesondere der O-Scroll um den F-Scroll, orbitieren (der sogenannte „Orbitationsradius“), oder zu einer (insbesondere mittleren) Wandstärke der entsprechenden Spiralwand ver standen werden.

In einer bevorzugten Ausführung ist der jeweilige Wandflächenverlauf der beiden Spiralwände stetig ausgebildet. Insbesondere weist der Wandflächenverlauf also keine Unstetigkeiten wie Knicke, Ecken, Stufen oder dergleichen auf. Dadurch können Toträume beim Abgleiten der Spiralwände aneinander, die zumindest the- oretisch zu einer „Überkompression“ von eingeschlossenem Fluid oder zu einer Art Kavitation oder Vakuumbildung führen könnten, vermieden werden.

In einer zweckmäßigen Ausführung ist der jeweilige Wandflächenverlauf durch eine Überlagerung der jeweiligen Spirallinie mit einer sinusartigen Wellenform ge- bildet. Diese Ausführung führt somit bereits zu einem stetigen Wandflächenver lauf. Ein „Wellenberg“ würde in diesem Fall somit einen „Zahn“ des Wandflächen verlaufs bilden.

In einer alternativen Ausführung ist der jeweilige Wandflächenverlauf durch eine Überlagerung der jeweiligen Spirallinie mit einem, insbesondere abgerundeten so wie zweckmäßigerweise stetigen, Polygonalzug gebildet. Unter „abgerundetem“ Polygonalzug wird dabei insbesondere verstanden, dass dessen „Ecken“ abgerun det ausgestaltet sind. Optional sind hierbei auch die eigentlich geradlinigen Ab schnitte zwischen den Ecken geringfügig abgerundet (dies kann bspw. aufgrund der Überlagerung auftreten). Alternativ oder optional auch zusätzlich (bspw. ab hängig von der Länge des eigentlich geradlinigen Abschnitts) weist der jeweilige Wanddickenverlauf hierbei zumindest nahezu geradlinige Abschnitte zwischen den dann die „Zähne“ bildenden (abgerundeten) „Ecken“ des Polygonalzugs auf. Zur Bildung des überlagerten Wandflächenverlaufs wird bspw. der zu überla gernde Kurvenzug (also bspw. der sinusartige Wellenverlauf oder der Polygonal zug) von der Spirallinie subtrahiert oder dieser aufaddiert, optional unter Hinzu rechnung der beabsichtigten Wanddicke der jeweiligen Spiralwand.

In einerweiteren zweckmäßigen Ausführung sind einander zugewandte Wandflä chenverläufe der ersten und zweiten Spiralwand unter Berücksichtigung des Orbi- tationsradius aufeinander abgestimmt. Dies ermöglicht vorteilhafterweise ein un gehindertes aber dennoch dichtendes Abgleiten der beiden Spiralwände aneinan der. Die Abstimmung aufeinander unter Berücksichtigung des Orbitationsradius ist dabei insbesondere im Fall eines (zumindest relativ auf die umliegenden Bereiche des Wanddickenverlaufs gesehenen) Vorsprungs eines der Wandflächenverläufe derart gestaltet, dass eine - insbesondere zu dem Vorsprung korrespondierende - Einbuchtung des zugewandten Wandflächenverlaufs in ihrer Ausdehnung um den Orbitationsradius gegenüber dem Vorsprung vergrößert ist. Dieser Vorsprung (im Fall der überlagerten sinusartigen Wellenform also ein „Wellenberg“ oder der vor stehend beschriebene „Zahn“) kämmt somit in einer um Orbitationsradius gegen über sich selbst vergrößerten Einbuchtung (oder: Wellental oder „Auswaschung“) der gegenüberliegenden Spiralwand, unabhängig davon, ob der Vorsprung außen seitig oder innenseitig zu der entsprechenden Spiralwand angeordnet ist. In Zah lenwerten beispielhaft veranschaulicht, würde also einem teilkreisförmigen Vor sprung, der sich mit einem Radius von beispielsweise 0,5 Millimeter von dem „ide alen“ (oder herkömmlichen, glatten) Spiralverlauf der Wandfläche erhebt, eine Ein buchtung in der gegenüberliegenden Wandfläche mit einem Radius von 0,5 Milli meter zuzüglich dem Orbitationsradius zugeordnet sein. Zudem ist diese Einbuch tung in dem Bereich ausgeformt, an dem im bestimmungsgemäßen Verdichterbe trieb die eine Spiralwand mit dem Vorsprung die andere Spiralwand „touchiert“. Dadurch kann dieser Vorsprung verklemmungsfrei durch die Einbuchtung abglei ten.

In einerweiteren zweckmäßigen Ausführung ist die radiale Erstreckung (also ins besondere die vorstehend genannte Höhe) eines solchen radialen Vorsprungs oder auch die („Tiefe“) einer korrespondierenden Einbuchtung des entsprechen den Wandflächenverlaufs, der sich aus der Überlagerung der entsprechenden Spi rallinie ergibt, auf ein vorgegebenes Maß begrenzt, insbesondere damit keine Ver klemmungen und/oder Schäden an den Scrolls entstehen. Dieses Maß ist dabei vorzugsweise durch ein Verhältnis der radialen Erstreckung zur Wanddicke defi niert, bspw. dergestalt, dass an der korrespondierenden Stelle eine Restwanddi cke von mindestens 50 bis 60 Prozent erhalten bleibt. Optional kann dabei vorge geben sein, dass die vorstehend genannte „neutrale Faser“ nicht geschnitten wird. Beispielsweise darf insbesondere eine Einbuchtung nicht mehr als 20 bis 25 Pro- zent von einem „glatten“ Wandverlauf in Richtung auf die neutrale Faser einneh men.

In einer bevorzugten Ausführung erstreckt sich im Bereich der überlagerten Wand flächenverläufe der jeweilige Berührungsbereich zwischen der ersten und der zweiten Spiralwand über einen Winkelbereich von etwa (d. h. insbesondere +/- 2 Grad) 10 bis 30 Grad, insbesondere von 15 bis 20 Grad. Mithin verkürzt sich der Berührungsbereich in Richtung auf das Spiralzentrum, d. h. dessen azimutale Länge wird kleiner. In einer vorteilhaften Ausführung erstrecken sich die die überlagerten Wandflä chenverläufe nicht über die gesamte Länge der jeweiligen Spiralwand, aber we nigstens über einen Winkelbereich von 360 Grad. Dadurch ist wenigstens eine „Umdrehung“ der jeweiligen Spiralwand mit den überlagerten Wandflächenverläu fen versehen. Dies ist dahingehend von Vorteil, dass dadurch an wenigstens zwei Stellen die Spiralwände mit ihren überlagerten Wandflächenverläufen aneinander anliegen, so dass die Hemm- bzw. Sperrwirkung gegen die Eigenrotation erhöht ist. Vorzugsweise erstrecken sich die überlagerten Wandflächenverläufe dabei von einem Einlauf des ersten Spiralgangs oder der entsprechenden Spiralwand (also insbesondere von einem äußeren Ende der jeweiligen Spiralwand) in Kompressi- onsrichtung, d. h. auf das Spiralzentrum. Insbesondere bleibt das Spiralzentrum der ersten und der zweiten Spiralwand, das vorzugsweise einen Winkelbereich von wenigstens 90 Grad (ausgehend vom inneren Ende der jeweiligen Spiral wand) bis zu 180 oder 270 Grad überdeckt, frei von dem jeweiligen überlagerten Wandflächenverlauf. Durch das Freibleiben der Spiralzentrums von den überlager ten Wandflächenverläufen wird vorteilhafterweise verhindert, dass in diesem Be reich aufgrund der erforderlichen Verkürzung der Wellenlänge des sinusartigen Verlaufs (oder des Polygonalzugs) und somit auch zunehmend „steileren“ Vor- Sprüngen (Zähne) eine Verklemmung der Spiralwände, gegebenenfalls aufgrund von Fertigungstoleranzen, auftritt. Ein Kontakt der Spiralwände unter der schräg gestellten Kontaktnormalen möglichst weit außen an der jeweiligen Spirale ist auch vorteilhaft, da dann die Kontaktkräfte zur Verhinderung der Eigenrotation auf grund eines großen Flebelarms (in Bezug auf das Drehzentrum) vergleichsweise klein sind. Beispielsweise wird ein Verhältnis von überlagertem Wandflächenver lauf zu „glattem“ Wandflächenverlauf (d. h. einer „klassisch“ ausgeformten Spiral wand ohne überlagerten Wellen- oder Polygonalzug) von etwa 1 :3 angestrebt, also bspw. eine Spiralwindung mit dem überlagerten Wandflächenverlauf zu drei Spiralwindungen ohne überlagerten Wandflächenverlauf. Optional ist auch der Einlauf frei von dem überlagerten Wandflächenverlauf und nur ein Abschnitt der jeweiligen Spiralwand zwischen dem äußeren Ende und dem inneren Ende mit dem überlagerten Wandflächenverlauf versehen.

Die erfindungsgemäße Fahrzeugklimaanlage weist die vorstehend beschriebene Scrollmaschine auf. Somit weist auch die Fahrzeugklimaanlage in entsprechenden erfindungsgemäßen oder zweckmäßigen Ausführungen alle vorstehend beschrie benen Merkmale sowie auch deren Vorteile auf.

Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden insbesondere derart zu ver- stehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemein sam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in einer Teilschnittdarstellung ausschnittsweise und schematisch eine Scrollmaschine gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 in perspektivischer Darstellung schematisch einen feststehenden Scroll gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 3 in einer Teilschnittdarstellung lll-lll gemäß Fig. 1 in Aufsicht auf den fest stehenden Scroll schematisch diesen und einen in diesen eingesetzten bewegbaren Scroll gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 4 in perspektivischer Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen mit einem elektromotorischen Antriebsmodul und mit ei nem Verdichtermodul, und

Fig. 5 in Ansicht gemäß Fig. 3 einen Teil der Scrollmaschine gemäß Fig. 4.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Anhand der Figuren 1 bis 3 ist nachfolgend eine gewöhnliche Scrollmaschine, ein- gesetzt als Scrollverdichter 2, beschrieben. Der Scrollverdichter 2 ist in Fig. 1 in ei ner schematischen Teil-Schnittdarstellung gezeigt. Der Scrollverdichter 2 weist ei nen in einem (Verdichter-) Gehäuse 4 angeordneten beweglichen Scroll (als „O- Scroll 6“ bezeichnet) auf. Dieser ist exzentrisch zu einer Antriebswelle 7 mittels ei nes Wellenzapfens 8, dieser wiederum mittels eines Fügestifts 10, an die Antriebs- welle 7 eines nicht dargestellten Elektromotors gekoppelt. Der exzentrische Wel lenzapfen 8 ist in einem im O-Scroll 6 gehaltenen Wälz- oder Kugellager 12 gela gert. Der O-Scroll 6 ist im (Verdichter-) Betrieb des Scrollverdichters 2 aufgrund seiner exzentrischen Kopplung mit der Antriebswelle 7 orbitierend angetrieben. Der Scrollverdichter 2 weist zudem einen starr im Gehäuse 4 befestigten festste henden Scroll (als „F-Scroll 14“ bezeichnet) auf. Die beiden Scrolls 6, 14 weisen jeweils eine Schnecken- oder spiralförmige Spiralwand (Scrollspirale) 6a, 14a auf. Diese sind jeweils einer zugeordneten Spirallinie 6b, 14b (s. Fig. 3) folgend ausge bildet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine archimedische Spirale dar- stellen. Die Spiralwände 6a, 14a ragen von einer jeweiligen Basisplatte 6c, 14c axial empor. Die Spiralwand 14a des F-Scrolls 14 bildet einen zugeordneten Spi ralgang 14d. In diesen greift die Spiralwand 6a des O-Scrolls 6 ein. Der F-Scroll 14 weist weiterhin eine umfangsseitig geschlossene Begrenzungswand 14e auf. Zwischen den Scrolls 6, 14, dies bedeutet zwischen deren Spiralwänden 6a, 14a und den Basisplatten 6c, 14c sind Förderkammern, hier als Verdichterkammern 16 bezeichnet, gebildet, deren Volumen bei Betrieb des Scrollverdichters 2 verändert, im Verdichterbetrieb konkret verringert, wird.

Im Betrieb wird ein Gas-Öl-Gemisch durch die Volumenänderung der Verdichter kammern 16 zunehmend komprimiert, wodurch radiale, azimutale (tangentiale) und axiale Fluidkräfte auf die Scrollteile 6, 14 wirken. In Fig. 1 sind die radialen Kräfte als horizontale Pfeile und die axialen Kräfte als vertikale Pfeile dargestellt, wobei die azimutalen Kräfte etwa senkrecht zur Zeichenebene wirken. Die einzel nen Kräfte in den Verdichterkammern 16 resultieren in einer Radialkraft FR und ei ner Axialkraft FA sowie einer nicht näher gezeigten Tangentialkraft. Durch diese Kräfte werden im Betrieb auch (Dreh-)Momente erzeugt, welche insbesondere auf den beweglich gelagerten O-Scroll 6 einwirken. Insbesondere wird hierbei ein den beweglichen Scroll 6 verkippendes Drehmoment erzeugt, wodurch eine axiale Verkippung oder Wankbewegung des beweglichen Scrolls 6 bewirkt wird. Diese Verkippung wird durch Abstützung der Basisplatte 6c des O-Scrolls 6 an der Spi ralwand 14a des F-Scrolls 14 teilweise verhindert. Die Tangentialkraft führt aller dings zu einer Eigenrotation des O-Scrolls 6, die es zu unterbinden gilt.

Um den radial nach innen zunehmenden Druck besser aufnehmen zu können, sind die Spiralwand 6a und die Spiralwand 14a mit nach innen auf das Spiralzent rum zu zunehmender Wandstärke ausgebildet. Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den feststehenden F-Scroll 14 des Scrollverdichters 2, wobei Fig. 3 den feststehenden Scroll 14 mit der einge setzten Spiralwand 6a des beweglichen O-Scrolls 6 in einer Teilschnittdarstellung lll-lll zeigt. In die Begrenzungswand 14e sind zwei Einlässe 18a, 18b als Ein gangsöffnungen für das Gas-Öl-Gemisch eingebracht, wobei ein zentraler Auslass 20 als Ausgangsöffnung etwa mittig in der Basisplatte 14c angeordnet ist. Wie ins besondere in der Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Einlässe 18a, 18b an einem jeweili gen Spiralanfang der Spiralwände 6a, 14a angeordnet. Zwischen der Begrenzungswand 14e und der Spiralaußenseite des Spiralverlaufs der Spiralwand 14a ist gewöhnlicherweise ein radialer Kammerverschluss 22 vor gesehen, welcher sich von dem Einlass 18a entlang der Spiralrichtung zu dem Einlass 18b erstreckt. Wie insbesondere in der Draufsicht der Fig. 3 erkenntlich ist, weist der F-Scroll 14 in einem Winkelbereich zwischen den Einlässen 18a und 18b im Wesentlichen keine axiale Abstützung für die Basisplatte 6c des O-Scrolls 6 auf.

Anhand der Figuren 4 und 5 ist nachfolgend ein Ausführungsbeispiel eines erfin- dungsgemäßen Scrollverdichters näher erläutert, bei welchem eine Tendenz ins besondere des O-Scrolls 6 zur Eigenrotation, die durch die vorstehend beschrie bene Tangentialkraft hervorgerufen wird, vermieden wird.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des gemäß der Erfindung ausgestalteten Scrollverdichters 2, welcher beispielsweise als Kältemittelverdichter in einem nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs verbaut ist. Der elektromotorische Scrollverdichter 2 weist ein elektrisches (elekt romotorisches) Antriebsmodul 26 und ein mit diesem gekoppeltes Verdichtermodul 28 auf. Über eine zwischen dem Antriebsmodul 26 und dem Verdichtermodul 28 gebildete mechanische Schnittstelle 30 ist das Verdichtermodul 28 antriebstech nisch an das Antriebsmodul 26 angebunden. Die mechanische Schnittstelle 30 dient als ein abtriebsseitiger („A-seitiger“) Lagerschild und bildet eine Zwischen wand 32 (s. auch Fig. 1). Das Verdichtermodul 28 ist mittels umfangsseitig verteil ter, sich in eine Axialrichtung A des Scrollverdichters 2 erstreckenden Flanschver- bindungen 36 mit dem Antriebsmodul 26 verbunden (gefügt, geschraubt).

Ein Gehäuseteilbereich eines Antriebsgehäuses 38 des Scrollverdichters 2 ist als ein Motorgehäuse 38a zur Aufnahme eines nicht näher gezeigten Elektromotors ausgebildet und einerseits durch eine nicht gezeigte, integrierte Gehäusezwi- schenwand zu einem mit einem Gehäusedeckel 38b versehenen Elektronikge häuse 38c mit einer den Elektromotor ansteuernden Motorelektronik (Elektronik)

40 und andererseits durch die mechanische Schnittstelle 30 mit dem Lagerschild verschlossen. Das Antriebsgehäuse 38 weist im Bereich des Elektronikgehäuses 38c einen Anschlussabschnitt 42 mit zur Elektronik 40 geführten Motoranschlüs sen 42a und 42b zur elektrischen Kontaktierung der Motorelektronik 40 an ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs auf. Das Antriebsgehäuse 38 weist einen Kältemittel-Einlass oder Kältemittel-Zulauf 44 zum Anschluss an den Kältemittelkreislauf und einen Kältemittel-Auslass 46 auf. Der Auslass 46 ist an dem Boden des vorstehend beschriebenen (Verdichter-) Ge häuses 4 des Verdichtermoduls 28 angeformt. Im angeschlossenen Zustand bildet der Einlass 44 die Niederdruck- oder Saugseite (Sauggasseite) und der Auslass 46 die Hochdruck- oder Pumpseite (Pumpenseite) des Scrollverdichters 2.

Zwischen dem A-seitigen Lagerschild und dem O-Scroll 6 befindet sich in der durch den Lagerschild gebildeten Zwischenwand 32 eine Gegendruckkammer (Backpressure-Kammer) 50 (s. Fig. 1). Beim Betrieb wird das Kältemittel durch den Zulauf 44 in das Antriebsgehäuse 38 und dort in das Motorgehäuse 38a ein geleitet. Dieser Bereich des Antriebsgehäuses 38 bildet die Saug- oder Nieder druckseite. Mittels der integrierten Gehäusezwischenwand wird ein Eindringen des Kältemittels in das Elektronikgehäuse 38c verhindert. Innerhalb des Antriebsge häuses 38 vermengt sich das Kältemittel mit in dem Kältemittelkreislauf, insbeson- dere im Bereich innerhalb des Antriebsgehäuses 38, vorhandenem Öl (meist Öl nebel) und wird entlang des Rotors und des Stators des Elektromotors durch eine Öffnung (oder mehrere Öffnungen) in der Zwischenwand 32 zum Verdichtermodul 28 gesaugt. Mittels des Verdichtermoduls 28 wird das Gemisch aus Kältemittel und Öl verdichtet, wobei das Öl der Schmierung der beiden Scrolls 6, 14 dient, so- dass eine Reibung verringert und folglich ein Wirkungsgrad erhöht ist. Auch dient das Öl der Abdichtung, um ein unkontrolliertes Entweichen von dem zwischen den beiden Scrolls (Scrollteilen) 6, 14 befindlichen Kältemittel zu vermeiden.

Das verdichtete Gemisch aus Kältemittel und Öl wird über den zentralen Auslass 20 in der Basisplatte 14c des feststehenden F-Scrolls 14 in eine Hochdruckkam mer 52 (s. Fig. 1) innerhalb des Verdichtergehäuses 4 geleitet. In der Hochdruck kammer 52 befindet sich beispielsweise ein Ölabscheider (Zyklonabscheider). In nerhalb des Ölabscheiders wird das Gemisch aus Kältemittel und Öl in eine Rotationsbewegung versetzt, wobei das Öl aufgrund seiner höheren Dichte ge genüber dem gasförmigen Kältemittel zu den Wänden des Ölabscheiders geleitet und in einem unteren Bereich des Ölabscheiders gesammelt wird, während das Kältemittel nach oben oder seitlich durch den Auslass 46 abgeführt wird.

Um nun die vorstehend beschriebene Eigenrotation des O-Scrolls 6 zu unterbin den, werden erfindungsgemäß, wie in Fig. 5 dargestellt, die Spiralwand 6a und die Spiralwand 14a gegenüber der Ausführung gemäß Fig. 2 und 3 verändert. Der F- Scroll 14 stellt dabei einen ersten Scroll und der O-Scroll 6 einen zweiten Scroll dar. Die Spiralwand 6a weist eine innere Wandfläche 60 und eine äußere Wand fläche 62 auf. Entsprechend weist auch die Spiralwand 14a eine innere Wandflä che 64 und eine äußere Wandfläche 66 auf. Sowohl die jeweilige innere Wandflä che 60 bzw. 64 als auch die jeweilige äußere Wandfläche 62, 66 weisen einen Verlauf („Wandflächenverlauf 68“) auf, der mittels einer Überlagerung der entspre- chend zugeordneten Spirallinie 6b bzw. 14b mit einerweiteren Funktion oder Form derart gebildet ist, dass ein Kontakt zwischen den beiden Spiralwänden 6a, 14a nicht normal zur jeweiligen Spirallinie 6b bzw. 14b erfolgt, sondern in einem Win kel. Anders ausgedrückt steht an dieser Stelle eine zugeordnete Kontaktnormale 69 schräg zu einer Normalen 70 der Spirallinie 6b, 14b an dieser Stelle. Dadurch kann an der Kontaktstelle eine tangential wirkende Kraft formschlüssig in die bei den Spiralwände 6a, 14a eingeleitet werden und somit eine Verdrehung der bei den Scrolls 6 und 14 gegeneinander unterbunden werden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Wandflächenverläufe 68 dadurch gebildet, dass der Kontur - und damit auch der jeweiligen Spirallinie 6b bzw. 14b - der Wandflächen 60, 62, 64, 66 eine sinusartige Wellenform überlagert wird. Die sich hierbei durch die „Wellenberge“ ergebenden, grob radial ausgerichteten Vor sprünge 71 bilden eine Art „Zahn“, der im bestimmungsgemäßen Verdichterbetrieb auf der Innenseite der Spiralwand 6a bzw. 46a im Bereich einer korrespondieren- den Vertiefung 72 (einem Wellental) abgleitet. Dies steigert erkanntermaßen einen Formschluss zur Vermeidung der Eigenrotation. Im vorliegenden Ausführungsbei spiel liegen an zwei solchen Stellen derartige Kontaktstellen zwischen den beiden Spiralwänden 6a, 14a vor. Wie in Fig. 5 weiter zu erkennen ist, ist die Amplitude, insbesondere die Höhe oder der Abstand gegenüber der jeweiligen Spirallinie 6b, 14b, des durch die Überlage rung gebildeten Wandflächenverlaufs 68 vergleichsweise flach gewählt. Dadurch wird vermieden, dass sich beim Aneinander-Abgleiten der beiden Spiralwände 6a und 14a „Toträume“ ergeben.

Die Wandflächenverläufe 68 jeweils einander zugewandter Wandflächen, also der Wandflächen 60 und 66 sowie 62 und 64, sind außerdem aufeinander abge stimmt. So ist die jeweilige Vertiefung 72 größer, bspw. mit einem größeren Ra dius, ausgestaltet, damit der jeweils zugeordnete Vorsprung 71 (der anderen Spi ralwand 6a bzw. 14a) darin abgleiten kann. Die Abmessungen der Vertiefungen 72 unterscheiden sich dabei um den Orbitationsradius von den Abmessungen der korrespondierenden Vorsprünge 71, sind konkret um den Orbitationsradius vergrö ßert. Die (Abmessungen der) einzelnen Vorsprünge 71 sind dabei derart gewählt, dass die entsprechend vergrößerten Vertiefungen 72 nicht bis an die Spirallinien 6b, 14b heranreichen.

Der jeweilige überlagerte Wandflächenverlauf 68 erstreckt außerdem sich lediglich über einen Winkelbereich von etwa 360 Grad von einem „freien“ oder äußeren Ende der jeweiligen Spiralwand 6a bzw. 14a in Richtung Spiralzentrum. Dadurch wird einerseits für eine volle Umdrehung ein die Eigenrotation unterbindendes „An schmiegen“ der beiden Spiralwände 6a und 14a aneinander ermöglicht, und ande rerseits vermieden, dass aufgrund der zunehmenden Krümmung der jeweiligen Spiralwand 6a bzw. 14a die Wellenlänge der sinusartigen Wellenform verkürzt und damit auch die „relative“ Zahnhöhe der Vorsprünge 71 erhöht werden würde, was unerwünscht ist. Außerdem kann über die außenseitige Anordnung der Vor sprünge 71 und Vertiefungen 72 ein vergleichsweise großer Hebelarm genutzt werden, um mittels der formschlüssigen Kontakte die Eigenrotation zu unterbin den. Erkanntermaßen braucht ein Bereich konkret der Spiralwand 14a in dem Bereich, in dem außenseitig keine Berührung durch den O-Scroll 6 erfolgen kann, außen seitig nicht mit dem Wandflächenverlauf 68 ausgestattet sein. Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausfüh rungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfin dung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele be schriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.

Bezugszeichenliste

2 Scrollverdichter 4 Gehäuse 6 O-Scroll

6a Spiralwand 6b Spirallinie 6c Basisplatte 8 Wellenzapfen 10 Fügestift

12 Kugellager 14 F-Scroll

14a Spiralwand 14b Spirallinie 14c Basisplatte

14d Spiralgang 14e Begrenzungswand 16 Verdichterkammer 18a Einlass 18b Einlass

20 Auslass

22 Kammerverschluss 26 Antriebsmodul 28 Verdichtermodul 30 Schnittstelle

32 Zwischenwand 36 Flanschverbindung 38 Antriebsgehäuse 38a Motorgehäuse 38b Gehäusedeckel 38c Elektronikgehäuse 40 Motorelektronik 42 Anschlussabschnitt 42a Motoranschluss 42b Motoranschluss 44 Kältemittel-Einlass 46 Kältemittel-Auslass 50 Gegendruckkammer

52 Hochdruckkammer 60 Wandfläche 62 Wandfläche 64 Wandfläche 66 Wandfläche

68 Wandflächenverlauf

69 Kontaktnormale

70 Normale

71 Vorsprung 72 Vertiefung

A Axialrichtung FA Axial kraft FR Radialkraft