Digital-Scroll-Technologie

Die Digital - Scroll -Technologie wird heute in Verdichtern, hier in einer Wärmepumpe eingesetzt. Sie ermöglicht bei konstanter Drehzahl eine stufenlos einstellbare Leistung von 10% – 100%.
Das Prinzip des Scroll-Kompressors wurde bereits 1905 in Amerika als Patent angemeldet, konnte jedoch durch Fertigungs- und Dichtungsprobleme zunächst nicht realisiert werden. In den 70er Jahren hat die Volkswagen AG Lader für Kfz-Motoren mit Scroll Verdichtern gebaut, der eigentliche Siegeszug dieser Technologie findet jedoch erst seit den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts statt.

Scroll-Verdichter

Der Scroll-Verdichter arbeitet mit zwei Archimedischen Spiralflächen (Spiralen mit konstantem Windungsabstand). Die mit der Bodenfläche verbundene Spirale - schwarz - steht fest (Stator), während die um 180° gedrehte Spirale der Deckelfläche - rot - gegen Erstere über einen Excenter verschoben wird.

Illustration
Bildquelle: Andreas Gasper

In Bild 1 stellt der Bereich a Umgebungsdruck dar. Über die Bilder 2, 3 und 4 öffnen sich zwei Taschen und nehmen Gas aus der Umgebung auf (blaue Pfeile).

Nach einem Umlauf, schließen die sichelförmigen Flächen. Eines der nun gegen den Aussendruck abgeschotteten Volumen wird in Bild 1 mit b bezeichnet.

Im Verlauf des nächsten Umlaufs, wird das Volumen des Bereichs b auf c reduziert und entsprechend das eingeschlossene Gas komprimiert.

Während des dritten Umlaufs vereinigen sich die beiden c Volumen (Bild 3) und ihr Gesamtvolumen ist nach dem Umlauf schließlich auf d (Bild 1) verdichtet.

In dieser Darstellung ist das Volumen d in Bild 2 maximal komprimiert. Zu diesem Zeitpunkt strömt das komprimierte Gas durch die Mitte des Statordeckels aus.

Tatsächlich geschehen bei jedem Umlauf alle Prozesse. Während in die Außentaschen Gas eingesaugt wird, werden Innen die eingeschlossenen Gase weiter verdichtet und schließlich axial ausgestoßen.

Digitale Scroll Technologie von Copeland

Die Druckregelung erfolgt über eine gesteuerte Trennung der beiden Spiralen um etwa 1mm. Dazu wird eine Verbindung zwischen Druckseite und Ansaugseite über ein Magnetventil programmiert geöffnet und geschlossen. Bei geöffnetem Ventil trennt ein Steuerkolben den Stator von der beweglichen Spirale. Ergebnis ist voller Druckausgleich zwischen Druckseite und Ansaugseite. Es kann kein Druckgas erzeugt werden. Wird das Ventil geschlossen, werden die Spiralen wieder zusammengeschoben und es erfolgt normaler Kompressorbetrieb. Das Verhältnis von Verschlusszeit des Ventils zu Gesamtzyklus bestimmt die Kapazität des Verdichters.
Wenn in einem Zyklus von 15 sec das Magnetventil für 7,5 sec geschlossen ist, beträgt die Kapazität 50%. Auf diese Weise ist eine Steuerung von 10% bis 100% möglich. Die optimalen Zykluszeiten hängen von der Größe des Verdichters und von der Einsatzart ab und sind experimentell ermittelt.

2012-10-19
Technologie-Medien | Dipl. Phys. Andreas Gasper
Badische Str. 11
42389 Wuppertal

Zurück