DE102015119188A1

DE102015119188A1 - Spitzendichtung

Info

Publication number: DE102015119188A1
Application number: DE102015119188.1A
Authority: DE
Inventors: Daniel R. Crum; Joseph E. Ziolkowski
Original assignee: Trane International Inc
Current assignee: Trane International Inc
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2016-05-12
Also published as: US10451068B2; CN105587665A; US20160131136A1; DK180107B1; DK201570722A1

Abstract

Es wird eine Spitzendichtung für Scrollwicklungen in einem Scrollverdichter bereitgestellt. Die Spitzendichtung kann Oberflächenmerkmale zum Bilden eines gewundenen Strömungswegs in einer Dichtungsnut einer Scrollwicklung umfassen. Die Oberflächenmerkmale können beim Ausbilden von einem oder mehr Kontraktions- und/oder Expansionsbereichen in dem gewundenen Strömungsweg helfen. Der gewundene Strömungsweg kann beim Bereitstellen eines Widerstands gegenüber dem Fluidstrom helfen und dabei helfen, eine Leckage durch die Dichtungsnut zu reduzieren.

Description

Gegenstand
Die Offenbarung in dieser Schrift bezieht sich auf einen Verdichter beispielsweise in einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-System (HVAC-System nach engl. „heating, ventilation and air conditioning“). Insbesondere bezieht sich die Offenbarung in dieser Schrift auf eine Spitzendichtung für einen Scrollverdichter in einem HVAC-System.
Hintergrund
Ein Scrollverdichter bezieht sich im Allgemeinen auf eine Fluidverdichtungs- und Expansionsvorrichtung, die zwei Scrollelemente umfasst, welche ineinandergreifende spiralförmige oder evovelntenförmige Scrollwicklungen umfassen, welche um entsprechenden Achsen erzeugt sind. Eine repräsentative Scrollwicklung umfasst Flankenoberflächen, welche in beweglichem Linienkontakt oder nahem Kontakt an die Flankenoberfächen der anderen jeweiligen Scrollwicklung angrenzen, um eine Mehrzahl beweglicher Verdichtungskammern zu bilden. In Abhängigkeit von der relativen Bewegung der Scrollwicklungen bewegen sich die Kammern für die Fluidverdichtung von dem radial äußeren Ende der Scrollwicklungen zu den radial inneren Enden der Scrollwicklungen oder für die Fluidausdehnung von dem radial innere Ende der Scrollwicklungen zu dem radial äußeren Ende der Scrollwicklungen.
Scrollvorrichtungen sind typischerweise mit einer Spitzendichtung an der Spitzenoberfläche der Scrollwicklung ausgestattet. Die Spitzendichtung kann in einer Spitzendichtungsnut angeordnet sein, die in der Spitzenoberfläche ausgebildet ist. Die Spitzendichtung kann dabei helfen, einen Fluidverlust zwischen der Mehrzahl sich bewegender Verdichtungskammern zu verhindern/reduzieren.
In einem HVAC-System kann ein Scrollverdichter verwendet werden, um ein Kühlmittel zu verdichten, unter Berücksichtigung dessen, dass ein Scrollverdichter auch in anderen Fluidverdichtungssystemen auf geeignete Weise verwendet werden kann.
Zusammenfassung
Die in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen betreffen eine Spitzendichtung eines Verdichters, insbesondere eines Scrollverdichters. Im Allgemeinen umfasst die Spitzendichtung eine Seite mit Oberflächenmerkmalen, die dabei helfen können, einen gewundenen Fluidweg bereitzustellen, wenn die Spitzendichtung beispielsweise in einer Dichtungsnut angeordnet ist. Im Allgemeinen können die Oberflächenmerkmale einen Widerstand gegenüber einem Fluidstrom bereitstellen, wenn das Fluid durch die Spitzendichtung fließt. Die Spitzendichtung kann dabei helfen, eine Leckage in dem Verdichter, z. B. eine Bypassleckage, zu verhindern/reduzieren.
Die in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen können im Allgemeinen auf eine Scrollwicklung in einem Scrollverdichter anwendbar sein. Die in dieser Schrift beschriebenen Ausführungsformen der Spitzendichtung können im Allgemeinen auch für die Verwendung an anderen Vorrichtungen oder Anwendungen geeignet sein, die von deren Vorteilen profitieren können.
In einigen Ausführungsformen kann eine Spitzendichtung für eine Scrollwicklung in einem Scrollverdichter eine erste Seite entlang einer Länge der Spitzendichtung und eine zweite Seite entlang der Länge der Spitzendichtung aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die erste Seite Oberflächenmerkmale umfassen, die derart konfiguriert sind, dass sie einem Fluidstrom Widerstand leisten, wenn der Fluidstrom entlang der Länge der Spitzendichtung strömt. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Seite derart konfiguriert sein, dass sie während des Betriebs des Scrollverdichters gegen die Scrollwicklung gedrückt wird, um die Abdichtung bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Seite im Vergleich zu der ersten Seite relativ glatt sein.
In einigen Ausführungsformen kann die erste Seite Oberflächenmerkmale umfassen, die eine Mehrzahl vorstehender Strukturelemente umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Mehrzahl von Strukturelementen eine Breite aufweisen, und die Breite der Mehrzahl vorstehender Strukturelemente kann im Wesentlichen senkrecht zu der Länge L verlaufen. In einigen Ausführungsformen kann die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente entlang der Länge der Spitzendichtung versetzt sein.
Andere Merkmale und Aspekte der Systeme, Verfahren, und Steuerungskonzepte werden unter Berücksichtigung der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt ein schematisches Diagramm eines HVAC-Systems dar, mit dem die in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen ausgeübt werden können.
2A und 2B stellen einen Scrollverdichter dar. 2A stellt eine teilweise Querschnittansicht des Scrollverdichters dar. 2B stellt eine Querschnittansicht der Scrollwicklungen des Scrollverdichters beispielsweise entlang einer Linie 2B-2B in 2A dar.
3A bis 3D stellen gemäß einer Ausführungsform eine Spitzendichtung mit Oberflächenmerkmalen bereit. 3A stellt eine isometrische Ansicht der Spitzendichtung dar. 3B stellt eine Querschnittansicht entlang einer Linie ähnlich der Linie 3B-3B in 2B dar, welche Scrollwicklungen mit montierter Spitzendichtung darstellt. 3C ist eine teilweise Detailansicht von 3B. 3D ist eine teilweise Detailansicht eines Teils 3D in 3A.
4A bis 4D stellen zusätzliche Ausführungsformen von in Scrollwicklungen montierten Spitzendichtungen dar. 4A bis 4C stellen Querschnittansichten von Ausführungsformen einer Spitzendichtung mit unterschiedlichen Oberflächenmerkmalen dar. 4D ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 4D in 4C.
5A und 5B stellen perspektivische Ansichten von zwei zusätzlichen Ausführungsformen von Spitzendichtungen dar.
An dieser Stelle wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, in welchen gleiche Bezugszeichen durchweg entsprechende Teile darstellen.
Ausführliche Beschreibung
Ein Scrollverdichter kann in einem HVAC-System oder anderen geeigneten Anwendungen zum Verdichten eines Fluids (z. B. Kühlmittel) verwendet werden. Der Scrollverdichter umfasst typischerweise Scrollwicklungen zum Verdichten des Fluids. Die Scrollwicklungen können mit einer Spitzendichtung an der Spitzenoberfläche der Scrollwicklung ausgestattet sein. In einigen Fällen kann die Spitzendichtung in einer Spitzendichtungsnut angeordnet sein, die in der Spitzenoberfläche ausgebildet ist. Die Spitzendichtung kann dabei helfen, ein Abdichten zwischen sich bewegenden Kammern, welche durch die Scrollwicklungen ausgebildet sind, bereitzustellen.
Die in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen beziehen sich auf eine Spitzendichtung. In einigen Ausführungsformen kann die Spitzendichtung Oberflächenmerkmale zum Helfen beim Ausbilden eines gewundenen Strömungswegs in der Dichtungsnut der Scrollwicklungen umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Oberflächenmerkmale beim Ausbilden von einem oder mehr Kontraktions- und/oder Expansionsbereichen in dem gewundenen Strömungsweg helfen. In einigen Ausführungsformen können die Oberflächenmerkmale vorstehende und/oder vertiefte Strukturen von der Oberfläche der Spitzendichtung umfassen. Die Oberflächenmerkmale umfassen z. B. raue Oberflächenmerkmale, zufällige Oberflächenmerkmale, gemischte Geometrien, kombinierte Geometrien und/oder ein Labyrinthgeometriemerkmal, welches regelmäßige und/oder unregelmäßige Oberflächenmuster aufweisen kann. Der gewundene Strömungsweg kann beim Bereitstellen eines Widerstands gegenüber dem Fluidstrom helfen und dabei helfen, beispielsweise eine Bypassleckage durch die Dichtungsnut zu reduzieren.
Es wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, die einen Teil dieser Schrift bilden, und in denen auf dem Wege der Veranschaulichung Ausführungsformen dargestellt sind, die ausgeführt werden können. Es versteht sich, dass die in dieser Schrift verwendeten Termini dem Zwecke der Beschreibung der Figuren und Ausführungsformen dienen und nicht als den Umfang einschränkend zu betrachten sind.
1 stellt ein schematisches Diagramm eines typischen HVAC-Systems 100 dar, das einen Verdichter 110, einen Kondensator 120, eine Expansionsvorrichtung 130 und einen Verdampfer 140 umfasst. Der Verdichter 110 kann derart konfiguriert sein, dass er ein Kühlmittel verdichtet. In einigen Ausführungsformen kann der Verdichter 110 ein Scrollverdichter sein. Die in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen können mit einem HVAC-System 100, wie dargestellt, oder anderen HVAC-Systemen verwendet werden, unter Beachtung dessen, dass die in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen auch in anderen Anwendungen in geeigneter Weise verwendet werden können.
2A stellt einen Scrollverdichter 200 dar. Der Scrollverdichter 200 umfasst ein Gehäuse 210, einen Motor 220, der derart konfiguriert ist, dass er eine erste Scrollwicklung 230 antreibt, und eine zweite Scrollwicklung 240.
Das Kühlmittel kann über einen Einlass 214 in den Scrollverdichter 200 geleitet werden. Das Kühlmittel kann von der ersten und der zweiten Scrollwicklung 230, 240 verdichtet werden und über eine Ablassöffnung 250 und einen Auslass 212 aus dem Scrollverdichter 200 geleitet werden.
Unter Bezugnahme auf 2B ist eine Querschnittansicht der ersten und der zweiten Scrollwicklung 230, 240 dargestellt, welche an einer Linie 2B-2B in 2A abgenommen wurde. Die erste und die zweite Scrollwicklung 230, 240 kann, wie dargestellt, eine Mehrzahl sich bewegender Verdichtungskammern bilden (z. B. eine erste sich bewegende Verdichtungskammer 251 und eine zweite sich bewegende Verdichtungskammer 252). Das Fluid (z. B. Kühlmittel) kann in den sich bewegenden Kammern 251, 252 verdichtet werden und das verdichtete Fluid kann von der Ablassöffnung 250 aus dem Scrollverdichter 200 geleitet werden.
Eine Spitzendichtung 241 der ersten Scrollwicklung 240 kann eine Dichtungsnut 242 umfassen. Die Dichtungsnut 242 kann derart konfiguriert sein, dass sie eine Spitzendichtung aufnimmt. Zum Beispiel stellt 3A bis 3D eine Ausführungsform einer Spitzendichtung 300 dar, die in einer Dichtungsnut (z. B. der Dichtungsnut 242) einer Scrollwicklung angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf 3A weist die dargestellte Spitzendichtung 300 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Die Spitzendichtung 300 kann mindestens eine relativ glatte Seite 310 und mindestens eine Seite (z. B. die erste und die zweite Seite 301, 302) umfassen, die relativ rau ist (z. B. einschließlich der Oberflächenmerkmale 312). Wie in 3C dargestellt, können die erste und die zweite Seite 301 und 302 derart angeordnet sein, dass sie einen gewundenen Strömungsweg in eine Bypassleckage 343 bereitstellen, die zwischen der Spitzendichtung 300 und der Dichtungsnut 342 ausgebildet ist. (Nachstehend ausführlicher dargestellt in Bezug auf 3B–3C).
Die Spitzendichtung 300 weist ein erstes Ende 303 und ein zweites Ende 304 auf. In einigen Ausführungsformen können die Oberflächenmerkmale 312 im Allgemeinen eine gesamte Länge L der Spitzendichtung 300 zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 303, 304 einnehmen. In einigen Ausführungsformen können die Oberflächenmerkmale 312 teilweise die Länge L der Spitzendichtung 300 einnehmen, beispielsweise um Herstellungskosten der Spitzendichtung 300 zu sparen, ohne viele Leistungsvorteile zu opfern. In einigen Ausführungsformen können die Oberflächenmerkmale 312 teilweise einen Teil der Länge L einnehmen, der sich relativ nah an dem zweiten Ende 304 befindet. In einigen Ausführungsformen kann der Teil relativ nah an dem ersten Ende 303 relativ glatt sein oder keine Oberflächenmerkmale für einen gewundenen Weg wie beispielsweise die Oberflächenmerkmale 312 umfassen. In der dargestellten Ausführungsform befindet sich das zweite Ende 304 verhältnismäßig näher an einer Ablassöffnung (z. B. der Ablassöffnung 250 in 2B) als das erste Ende 303. In einigen Ausführungsformen können relativ mehr Oberflächenmerkmale, z. B. eine höhere Dichte von Oberflächenmerkmalen 312 nahe des zweiten Endes 304 im Vergleich zum ersten Ende 303, ausgebildet sein oder umgekehrt. In einigen Ausführungsformen kann die Dichte der Oberflächenmerkmale 312 vom zweiten Ende 304 zum ersten Ende 303 abnehmen oder umgekehrt.
3B stellt eine Querschnittansicht dar, die beispielsweise entlang einer Linie 3B-3B in 2B abgenommen wurde. 3B stellt die Spitzendichtung 300 dar, die in den Dichtungsnuten 342 der Scrollwicklungen 330 angeordnet ist. Es ist verständlich, dass eine der Scrollwicklungen (nicht beide) eine Dichtungsnut 342 und eine Spitzendichtung 300 aufweisen kann. In der dargestellten Ausführungsform können die Querschnitte der Spitzendichtung 300 und der Dichtungsnuten 342 eine rechteckige Form aufweisen. Die Dichtungsnut 342 ist typischerweise größer als die Spitzendichtung 300. Im Betrieb kann die Spitzendichtung 300 in die Dichtungsnut 342 gleiten und gegen eine Basis 331 der Scrollwicklung 330 gedrückt werden, beispielsweise durch verdichtetes Fluid. Wie in 3B und 3C dargestellt, können die relativ glatten Oberflächen 310 (oder die nichtgewundene Oberfläche) der Spitzendichtung 300 (in 2B jeweils als Oberflächen 310b und 310a dargestellt) während des Betriebs eine Dichtung mit der Basis 331 der Scrollwicklung 330 und einer Dichtungswand 345 der Dichtungsnut 342 bereitstellen.
Es ist zu beachten, dass die Querschnittsformen der Spitzendichtung 300 und der Dichtungsnut 342 ausschließlich der Veranschaulichung dienen. Die Querschnittsformen der Spitzendichtung 300 und der Dichtungsnut 342 können derart konfiguriert sein, dass sie andere Formen als die in 3B und 3C dargestellte rechteckige Form umfassen.
Unter Bezugnahme auf 3C ist die Bypassleckage 343 (gepunkteter schattierter Bereich) typischerweise zwischen zwei benachbarten ersten und zweiten Verdichtungskammern 351, 352 angeordnet, wobei die erste Verdichtungskammer 351 im Vergleich zu der zweiten Verdichtungskammer 352 einen verhältnismäßig höheren Druck aufweist. Die Bypassleckage 343 stellt einen Leckagefluiddurchlass zwischen den Verdichtungskammern 351, 352 bereit, was verursacht, dass verdichtetes Fluid in der Verdichtungskammer 351 durch die Bypassleckage 343 in die Verdichtungskammer 352 austritt.
Die Spitzendichtung 300 kann Oberflächenmerkmale 312 (wie in 3A und 3D dargestellt) umfassen, die dabei helfen, einen gewundenen Strömungsweg zu bilden, um beim Verhindern oder zumindest beim Reduzieren einer Leckage durch die Bypassleckage 343 zu helfen.
Unter Bezugnahme auf 3D können die Oberflächenmerkmale 312 der Spitzendichtung 300 die Strukturelemente 370 umfassen. Die Strukturelemente 370 können im Allgemeinen derart konfiguriert sein, dass sie Widerstand gegenüber dem Fluidstrom bereitstellen, wenn das Fluid durch die Oberflächenmerkmale 312 strömt. In der dargestellten Ausführungsform können die Strukturelemente 370 vorstehende Strukturen entlang der Länge L der Spitzendichtung 300 aufweisen (siehe 3A). In den dargestellten Ausführungsformen sind einige der Strukturelemente 370 entlang der gesamten Länge L abgesetzt, und ein oder mehr Strukturelemente 370 dehnen sich im Allgemeinen transvers in Bezug auf die Länge L aus. Unter Bezugnahme auf 3C und 3D können die Strukturelemente 370, wenn die Spitzendichtung 300 in der Dichtungsnut 342 angeordnet ist, den Fluidstrom dazu drängen, sich beim Strömen entlang der Oberflächenmerkmale 370 auszudehnen oder zusammenzuziehen, was dabei helfen kann, einen Widerstand gegenüber dem Fluidstrom bereitzustellen, um eine Leckage durch die Bypassleckage 343 zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.
Die Spitzendichtung 300 in der dargestellten Ausführungsform kann einen rechteckigen Querschnitt entlang der Länge L aufweisen. Die Strukturelemente 370 können vorstehende Strukturen 370a und 370b aufweisen, die entsprechend der ersten und der zweiten Seite 301 und 302 des rechteckigen Querschnitts entsprechen. Die vorstehenden Strukturen 370a und 370b weisen entsprechend eine Breite w1 und w2 auf. Die Breite w1 und die Breite w2 dehnen sich in Richtungen aus, die im Wesentlichen senkrecht in Bezug auf die Länge L verlaufen. Da das Fluid in eine Richtung entlang der Länge L strömt, können die Konfigurationen der vorstehenden Strukturen 370a und 370b (z. B. die Geometrie der Breite w1 und w2) dabei helfen, einen Widerstand gegenüber dem Fluidstrom entlang der Länge L bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 3B, 3C und 3D zusammen weist die Dichtungsnut 342 in der dargestellten Ausführungsform im Allgemeinen einen rechteckigen Querschnitt auf und die Spitzendichtung 300 weist ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Dichtungsnut 342 ist im Allgemeinen größer als die Spitzendichtung 300. Die Spitzendichtung 300 umfasst im Allgemeinen zwei relativ glatte Oberflächen 310 (z. B. 310a, 310b). Im Betrieb werden die glatten Oberfläche 310 typischerweise gegen die Dichtungswand 345 der Dichtungsnut 342 und die Basis 331 der Scrollwicklung 330 gedrückt, was beim Bereitstellen einer Abdichtung an der Dichtungswand 345 und der Basis 331 helfen kann.
Unter Bezugnahme auf 3B und 3C weist die erste sich bewegende Verdichtungskammer 351 einen verhältnismäßig hohen Druck als die zweite sich bewegende Verdichtungskammer 352 auf. In der ersten sich bewegenden Verdichtungskammer 351 kann ein Druck von der ersten sich bewegende Verdichtungskammer 351 die Spitzendichtung 300 gegen die Dichtungswand 345 der Dichtungsnut 342 drücken, wobei die Dichtungswand 345 sich verhältnismäßig nah an der Schnittstelle 380 befindet. In der zweiten sich bewegenden Verdichtungskammer 352 kann der Druck von der ersten sich bewegende Verdichtungskammer 351 die Spitzendichtung 300 gegen die Dichtungswand 345 der Dichtungsnut 342 in die zweite sich bewegende Verdichtungskammer 352 drücken, wobei die Dichtungswand 345 sich verhältnismäßig weiter von der Schnittstelle 380 entfernt befindet. Folglich ist in Bezug auf den Leckagedurchlass 343, welcher zwischen der ersten sich bewegenden Kammer 351 und der zweiten sich bewegenden Kammer 352 ausgebildet ist, ein Teil des Leckagedurchlasses 343 in der zweiten sich bewegenden Verdichtungskammer 352 (z. B. ein Leckagedurchlass der zweiten sich bewegenden Verdichtungskammer 343a in 3C) verhältnismäßig größer als der Leckagedurchlass 343 der ersten Verdichtungskammer 351.
Die erste und die zweite Seite 301, 302 der Spitzendichtung 300 können Strukturelemente 370 (wie in 3D dargestellt) umfassen, um durch das Ausbilden eines gewundenen Strömungswegs in der Dichtungsnut 342 einen Widerstand gegenüber dem Fluidstrom bereitzustellen. In Bezug auf den Leckagedurchlass 343 können die Strukturelemente 370 an der ersten und der zweiten Seite 301, 302 der Spitzendichtung 300 den gewundenen Strömungsweg in der Dichtungsnut 342 bereitstellen, um den Kühlmittelbypass durch den Leckagedurchlass 343 in den Dichtungsnuten 342 beider von der ersten sich bewegenden Verdichtungskammer 351 und der zweiten sich bewegenden Verdichtungskammer 352 zu reduzieren. In einigen Ausführungsformen kann die Wirkung der Spitzendichtung 300 in der Dichtungsnut 342 der zweiten sich bewegenden Verdichtungskammer 352 auffallender sein, da der Leckagedurchlass 343 der zweiten sich bewegenden Verdichtungskammer 352 verhältnismäßig größer ist.
Es ist in einigen Ausführungsformen zu beachten, dass die Querschnitte der Spitzendichtung 300 und/oder der Dichtungsnut 342 derart konfiguriert sein können, dass sie andere Formen als einen rechteckigen Querschnitt aufweisen (z. B. einen trapezförmigen Querschnitt). Im Allgemeinen ist, wenn die Spitzendichtung 300 in der Dichtungsnut 342 angeordnet ist, die Dichtungsnut 342 größer als die Spitzendichtung 300, was die Bypassleckage 343 erzeugt. Im Allgemeinen kann die Spitzendichtung 300 mindestens eine Dichtungsseite (z. B. die relativ glatten Seiten 310) entlang der Länge L umfassen, um eine Abdichtung der Dichtungswand 345 der Scrollwicklung 330 bereitzustellen, wobei die Dichtungsseite z. B. 360 beim Betrieb gegen die Dichtungswand 345 gedrückt wird. In einigen Ausführungsformen kann die Dichtungsseite relativ glatt sein. Die Spitzendichtung 300 kann ferner mindestens eine Spaltseite (z. B. die erste oder die zweite Seite 301, 302 der Spitzendichtung 300) umfassen, die den Seiten 346, 347 der Nut 342 gegenüberliegt.. Die Spaltseite kann derart konfiguriert sein, dass sie Oberflächenmerkmale 370 umfasst, um einen Widerstand beispielsweise gegenüber einem Fluidstrom bereitzustellen, der entlang der Länge L strömt.
Es ist zu beachten, dass die Spitzendichtung 300 im Allgemeinen Oberflächenmerkmale wie beispielsweise Oberflächentexturen, Oberflächenstrukturelemente oder eine Kombination aus beiden enthalten kann, die beim Bereitstellen eines Widerstands gegenüber einem Fluidstrom helfen kann, der entlang der Länge L strömt. In einigen Ausführungsformen können ferner andere Strukturelemente und/oder Oberflächentexturen wie beispielsweise Vertiefungen, Öffnungen, Schlitze, Vorsprünge, senkrecht zu einer Strömungsrichtung ausgerichtete Rillen, Sandtexturen, durch einen oder mehrere Ätzmittel oder einen Perlenstrahlprozess erzeugte zufällige Muster und Dellen in der Spitzendichtung 300 dabei helfen, einen Widerstand gegenüber dem Fluidstrom bereitzustellen, der entlang der Länge L strömt.
4A bis 4C stellen drei unterschiedliche Ausführungsformen von Oberflächenmerkmalen bereit, die entsprechend in den Spitzendichtungen 400a, 400b und 400c enthalten sein können. 4A bis 4C stellen Querschnittansichten der Spitzendichtungen 400a–400c beispielsweise entlang einer Linie 4A-4A, wie in 3B dargestellt, dar.
Im Allgemeinen können die Oberflächenmerkmale, wie in 4A bis 4C dargestellt, im Allgemeinen eine Mehrzahl vorstehender Strukturelemente 410a, 410b und 410c umfassen, die jeweils durch die Täler 411a, 411b und 411c voneinander abgesetzt sind. Wenn ein Fluidstrom 460a, 460b, 460c (durch Pfeile in 4A bis 4C dargestellt) entsprechend durch die Spalte 442a, 442b und 442c strömt, können die vorstehenden Strukturelemente 410a, 410b und 410c bewirken, dass sich der Fluidstrom 460a–460c kontrahiert, während die Täler 411a, 411b und 411c es dem Fluidstrom 460a–460c ermöglichen können, sich zu expandieren. Die Kontraktionen und Expansionen des Fluidstroms 460a–460c können dabei helfen, einen Widerstand gegenüber dem Fluidstrom 460a–460c bereitzustellen, wenn er entsprechend in den Spalten 442a bis 442c strömt.
In einigen Ausführungsformen können die Strukturelemente 410a, wie in 4A dargestellt, im Allgemeinen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Winkel 444a des rechteckigen Querschnitts der Strukturelemente 410a im Allgemeinen derart konfiguriert, dass er gegen die Richtung des Fluidstroms 460a weist.
In einigen Ausführungsformen können die Strukturelemente 410b, wie in 4B dargestellt, im Allgemeinen einen kegeligen Teil 412b aufweisen. Eine Oberseite 413b der Strukturelemente 410b kann, wie in 4B dargestellt, einen flachen Teil aufweisen. Es ist zu beachten, dass die Oberseite 413b möglicherweise keinen flachen Teil umfasst. In den dargestellten Ausführungsformen sind die Strukturelemente 410b durch Täler 411b versetzt.
In einigen Ausführungsformen können die Strukturelemente 410c, wie in 4C dargestellt, im Allgemeinen einen entsprechenden ersten und einen zweiten Teil 414c und 415c aufweisen. In einigen Ausführungsformen können der erste und der zweite Teil 414c und 415c geneigt sein, unter Berücksichtigung dessen, dass einer von dem ersten und dem zweiten Teil 414c, 415c möglicherweise nicht geneigt ist. In einigen Ausführungsformen können die Teile 414c und 415c derart konfiguriert sein, dass sie unterschiedliche Neigungsgrade aufweisen. Der zweite geneigte Teil 415c kann, wie dargestellt, verhältnismäßig steiler als der erste geneigte Teil 414c sein. Der verhältnismäßig steilere zweite geneigte Teil 415c kann derart konfiguriert sein, dass er in Richtung des Fluidstroms 460c ausgerichtet ist.
Unter Bezugnahme auf 4D ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 4D in 4C dargestellt. Die geometrischen Merkmale der Strukturelemente 410c können beispielsweise durch Abmessungen und/oder Neigungswinkel des ersten und des zweiten Teils 414c und 415c definiert sein. Eines der Strukturelemente 410c kann, wie in 4D dargestellt, durch eine Höhe H4, eine Länge L4, einen Neigungswinkel α4, eine Zahnlänge S4 zwischen den dargestellten Strukturelementen 410c und den benachbarten Strukturelementen und eine Entfernung D4 zwischen dem Strukturelement 410c zu einer Unterseite 447c einer Dichtungsnut definiert sein. Es ist zu beachten, dass die Abmessungen und/oder der/die Neigungswinkel optimiert werden können. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen ein Verhältnis von D4/S4 und/oder ein Verhältnis von H4/L4 die Effektivität und/oder den Herstellungsprozess der Spitzendichtung beeinflussen. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen, wenn D4/S4 zu gering ist, die Effektivität der Oberflächenmerkmale verringert sein. In einigen Ausführungsformen kann, wenn H4/L4 zu gering ist, die Effektivität der Oberflächenmerkmale reduziert sein. In einigen Ausführungsformen können, wenn D4/S4 und/oder H4/L4 zu groß sind, die Leistungsvorteile der Oberflächenmerkmale ebenfalls reduziert sein. Die Einschätzung der Abmessungen, des/der Neigungswinkel(s) und Verhältnisse kann dabei helfen, eine optimale, bevorzugte Konfiguration zu erstellen. In einigen Ausführungsformen liegt das Verhältnis von D4/S4 im Bereich von 0,05 bis 0,20. In einigen Ausführungsformen liegt das Verhältnis von H4/L4 im Bereich von 1,0 bis 1,5.
Es ist zu beachten, dass, auch wenn 4D eine Ausführungsform der Abmessungen eines Oberflächenmerkmals zeigt, derartige allgemeine Abmessungen auf ein beliebiges der in dieser Schrift beschriebenen Oberflächenmerkmale anwendbar sein können. Zum Beispiel ist zu beachten, dass ein beliebiges der in dieser Schrift beschriebenen Oberflächenmerkmale im Allgemeinen Eigenschaften zum Definieren der Abmessungen und Verhältnisse der Oberflächenmerkmale aufweisen kann, wie beispielsweise eine oder mehr Längen L, Breiten W, Höhen H und/oder Neigungswinkel (wie z. B. α). Diese können optimiert und/oder ausgewertet werden, um eine gewünschte Strömungswiderstandswirkung zu erzielen.
5A und 5B stellen entsprechend zwei weitere Ausführungsformen der Dichtungsspitze 500a, 500b dar. Die Dichtungsspitze 500a, 500b kann Oberflächenmerkmale in Form entsprechend der Strukturelemente 501a, 501b aufweisen. In 5A können die Strukturelemente 501a eine Mehrzahl von Vorsprüngen 510a umfassen. Die Vorsprünge 510a können diverse Geometrien, Formen und Abmessungen (z. B. Höhe, Durchmesser) aufweisen. In den dargestellten Ausführungsformen weisen die Vorsprünge 501a im Allgemeinen eine Säulenform auf.
In 5B können die Strukturelemente 501b im Allgemeinen eine Mehrzahl von Vertiefungen 510b umfassen. Die Vertiefungen 510b können diverse Formen, Geometrien und Abmessungen (z. B. Tiefe, Durchmesser) aufweisen.
5A und 5B stellen ebenfalls dar, dass eine Spitzendichtung (z. B die Spitzendichtung 500a, 500b) mehr als eine Reihe Strukturelemente (z. B. die Strukturelement 501a, 501b) entlang einer Länge der Spitzendichtung aufweisen kann (siehe die Länge L in 3A). In einigen Ausführungsformen können die Strukturelemente in jeder Reihe, wie in 5A und 5B dargestellt, relativ versetzt entlang der Länge der Spitzendichtung angeordnet sein.
Es ist zu beachten, dass die Oberflächenmerkmale, wie sie in dieser Schrift dargestellt sind, separat oder in Kombination verwendet werden können. In einigen Ausführungsformen kann die Spitzendichtung unterschiedliche Typen von Oberflächenmerkmalen umfassen. Unter Bezugnahme auf 3A beispielsweise können in einigen Ausführungsformen die Konfigurationen der Oberflächenmerkmale der Spitzendichtung 300 entlang der Länge L variieren. Zum Beispiel kann/können eine Steigung, eine Frequenz, Formen, Abmessungen und/oder Geometrien der Oberflächenmerkmale entlang der Länge L variieren. In einigen Ausführungsformen können die Konfigurationen (z. B. eine Steigung, eine Frequenz, Formen, Abmessungen und/oder Geometrien) der Oberflächenmerkmale der Spitzendichtung 300 entlang der Länge L relativ gleichmäßig sein. In einigen Ausführungsformen können die Konfigurationen (z. B. eine Steigung, eine Frequenz, Formen, Abmessungen und/oder Geometrien) der Oberflächenmerkmale der Spitzendichtung 300 von einem Ende (z. B. dem ersten Ende 303) der Spitzendichtung 300 zu dem anderen Ende (z. B. dem zweiten Ende 304) der Spitzendichtung 300 zunehmend rauer sein. Zum Beispiel kann die Rauheit der Spitzendichtung 300 eine Korrelation mit dem Druck des Fluidstroms aufweisen. In einigen Ausführungsformen gilt, dass, je höher der Druck ist, der in dem Fluidstrom (z. B. relativ nah an dem zweiten Ende 304 in 3A) vorhanden ist, desto verhältnismäßig rauer die Spitzendichtung 300 in den entsprechenden Positionen ist. Der Ausdruck „Rauheit“ bezieht sich im Allgemeinen auf eine Eigenschaft der Spitzendichtung zum Bereitstellen eines Widerstands gegenüber einem Fluidstrom. Die größere Rauheit korreliert mit dem größeren Widerstand, wenn ein Fluidstrom an der Oberfläche vorbeiströmt. In einigen Ausführungsformen kann die Rauheit durch eine Steigung oder Frequenz der Oberflächenmerkmale 312 der Spitzendichtung 300 bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen ist, je mehr Oberflächenmerkmale 312 in einem bestimmten Bereich verwendet werden (z. B. mehr Dichte/Frequenz), desto rauer die Spitzendichtung 300. Es ist zu beachten, dass die Rauheit auch durch andere Eigenschaften der Oberflächenmerkmale bereitgestellt werden, z. B. Oberflächentexturen, Strukturen, Strukturmaterialzusammensetzungen, Formen, Abmessungen und/oder Geometrien. Es versteht sich, dass in einigen Ausführungsformen eine oder mehr Seiten der Spitzendichtung relativ glatt sein können oder ihnen Oberflächenmerkmale fehlen, die einen gewundenen Strömungsweg erzeugen und anderweitig als Dichtungsstrukturen geeignet sind.
In einigen Ausführungsformen können die Oberflächenmerkmale (z. B. eine Form, Geometrie und Abmessungen) auf Grundlage von Eigenschaften des Fluidstroms (z. B. einem Druck, einer Geschwindigkeit, einer Durchflussrate) optimiert werden. In einigen Ausführungsformen können die Oberflächenmerkmale durch Computational-Fluid-Dynamic-Modellierung optimiert werden. Zum Beispiel kann eine Tiefe, eine Steigung und/oder eine Geometrie der Oberflächenmerkmale (Schärfe der Oberflächenmerkmale) derart optimiert werden, dass ein gewünschter Strömungswiderstand erhalten wird.
In einigen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Abdichten in einem Scrollverdichter das Abdichten zwischen einer ineinandergreifenden ersten und zweiten Wicklung mit einer Dichtung umfassen; und das Leiten der Kühlmittelströmung an einen gewunden Strömungsweg, der zwischen der ersten und der zweiten Windung und der Dichtung definiert ist, und der gewundene Strömungsweg umfasst eine Mehrzahl von Kontraktionen und Expansionen.
Es ist zu beachten, dass die in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen im Allgemeinen mit einer beliebigen Dichtung verwendet werden können, die einen Spalt zwischen einer Dichtungsnut, die die Dichtung aufnimmt, ausbildet. Die Oberflächenmerkmale können dabei helfen, die Leckage durch den Spalt zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.
Aspekte
Ein beliebiger der Aspekte 1–8 kann mit einem beliebigen der Aspekte 9–25 kombiniert werden. Ein beliebiger der Aspekte 9–15 kann mit einem beliebigen der Aspekte 16–25 kombiniert werden. Ein beliebiger der Aspekte 16–23 kann mit den Aspekten 24–25 kombiniert werden. Aspekt 24 kann mit Aspekt 25 kombiniert werden.
Aspekt 1. Eine Spitzendichtung für Scrollelemente in einem Scrollverdichter, umfassend:
eine erste Seite entlang einer Länge der Spitzendichtung; und
eine zweite Seite entlang der Länge der Spitzendichtung;
wobei die erste Seite Oberflächenmerkmale umfasst, die derart ausgebildet sind, dass sie einen Widerstand gegenüber einem Fluidstrom bereitstellen, wenn der Fluidstrom entlang der Länge der Spitzendichtung strömt, und die zweite Seite derart ausgebildet ist, dass sie während des Betriebs des Scrollverdichters gegen ein Scrollelement drückt, um eine Abdichtung bereitzustellen.
Aspekt 2. Spitzendichtung nach Aspekt 1, wobei die zweite Seite in Bezug auf die erste Seite relativ glatt ist.
Aspekt 3. Spitzendichtung nach Aspekten 1–2, wobei die ersten Oberflächenmerkmale eine Mehrzahl vorstehender Strukturelemente umfasst.
Aspekt 4. Spitzendichtung nach Aspekt 3, wobei die Mehrzahl von Strukturelementen eine Breite aufweist und die Breite der Mehrzahl vorstehender Strukturelemente im Wesentlichen senkrecht zu der Länge L verläuft.
Aspekt 5. Spitzendichtung nach Aspekten 3–4, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente entlang der Länge der Spitzendichtung versetzt ist.
Aspekt 6. Spitzendichtung nach Aspekten 3–5, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente einen rechteckigen Querschnitt umfasst.
Aspekt 7. Spitzendichtung nach Aspekten 3–5, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente einen kegeligen Teil umfasst.
Aspekt 8. Spitzendichtung nach Aspekten 3–5, wobei ein Querschnitt der Mehrzahl vorstehender Strukturelemente eine geneigte erste Seite und eine geneigte zweite Seite umfasst und die geneigte erste Seite steiler als die geneigte zweite Seite ist.
Aspekt 9. Eine Spitzendichtung für Scrollelemente in einem Scrollverdichter, umfassend:
eine erste Seite entlang einer Länge der Spitzendichtung; und
eine zweite Seite entlang der Länge der Spitzendichtung;
wobei die erste Seite eine relativ raue Seite ist und die zweite Seite derart ausgebildet ist, dass sie gegen ein Scrollelement gedrückt wird und eine relativ glatte Seite ist.
Aspekt 10. Spitzendichtung nach Aspekt 9, wobei die erste Seite eine Mehrzahl vorstehender Strukturelemente umfasst.
Aspekt 11. Spitzendichtung nach Aspekt 10, wobei die Mehrzahl von Strukturelementen eine Breite aufweist und die Breite der Mehrzahl vorstehender Strukturelemente im Wesentlichen senkrecht zu der Länge L verläuft.
Aspekt 12. Spitzendichtung nach Aspekten 10–11, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente entlang der Länge der Spitzendichtung versetzt ist.
Aspekt 13. Spitzendichtung nach Aspekten 10–12, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente einen rechteckigen Querschnitt umfasst.
Aspekt 14. Spitzendichtung nach Aspekten 10–12, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente einen kegeligen Teil umfasst.
Aspekt 15. Spitzendichtung nach Aspekten 10–12, wobei ein Querschnitt der Mehrzahl vorstehender Strukturelemente eine geneigte erste Seite und eine geneigte zweite Seite umfasst und die geneigte erste Seite steiler als die geneigte zweite Seite ist.
Aspekt 16. Scrollverdichter, umfassend:
ein erstes Scrollelement;
ein zweites Scrollelement; und
eine Spitzendichtung;
wobei das erste Scrollelement eine Dichtungsnut umfasst, die derart konfiguriert ist, dass sie die Spitzendichtung aufnimmt, wobei die Spitzendichtung eine relativ glatte Seite umfasst, die eine Abdichtung mit dem zweiten Scrollelement bildet, wobei die Spitzendichtung eine relativ raue Seite umfasst, die einer Unterseite der Spitzennut gegenüberliegt.
Aspekt 17. Scrollverdichter nach Aspekt 16, wobei die relativ raue Seite eine Mehrzahl vorstehender Strukturelemente umfasst.
Aspekt 18. Scrollverdichter nach Aspekt 17, wobei die Mehrzahl von Strukturelementen eine Breite aufweist und die Breite der Mehrzahl vorstehender Strukturelemente im Wesentlichen senkrecht zu der Länge L verläuft.
Aspekt 19. Scrollverdichter nach Aspekten 17–18, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente entlang der Länge der Spitzendichtung versetzt ist.
Aspekt 20. Scrollverdichter nach Aspekten 17–19, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente einen rechteckigen Querschnitt umfasst.
Aspekt 21. Scrollverdichter nach Aspekten 17–19, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente einen kegeligen Teil umfasst.
Aspekt 22. Scrollverdichter nach Aspekten 16–19, wobei ein Querschnitt der Mehrzahl vorstehender Strukturelemente eine geneigte erste Seite und eine geneigte zweite Seite umfasst und die geneigte erste Seite steiler als die geneigte zweite Seite ist.
Aspekt 23. Scrollverdichter nach Aspekten 16–22, wobei die Spitzendichtung, die erste Wicklung und die zweite Wicklung einen gewundenen Strömungsweg mit einer Mehrzahl von Kontraktionen und Expansionen umfassen.
Aspekt 24. Verfahren zum Bereitstellen einer Abdichtung zwischen einer ineinandergreifenden ersten und zweiten Wicklung in einem Scrollverdichter, umfassend:
Abdichten zwischen einer ineinandergreifenden ersten und zweiten Wicklung mit einer Dichtung; und
Leiten eines Kühlmittelstroms an einen gewundenen Strömungsweg, welcher zwischen der ersten und der zweiten Wicklung und der Dichtung definiert ist, und wobei der gewundene Strömungsweg eine Mehrzahl von Kontraktionen und Expansionen umfasst.
Aspekt 25. Scrollverdichter, umfassend:
ein erstes Scrollelement;
ein zweites Scrollelement; und
eine Spitzendichtung;
wobei das erste Scrollelement eine Dichtungsnut umfasst, die derart ausgebildet ist, dass sie die Spitzendichtung aufnimmt, wobei die Spitzendichtung eine relativ glatte Seite umfasst, die eine Abdichtung mit dem zweiten Scrollelement bildet, wobei die Spitzendichtung eine relativ raue Seite umfasst, die einer Dichtungswand der Spitzennut gegenüberliegt.
In Bezug auf die vorstehende Beschreibung versteht sich, dass detaillierte Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die dargestellten Ausführungsformen ausschließlich als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Umfang und das Wesen der Erfindung durch die umfassende Bedeutung der Patentansprüche dargestellt sind.

Claims

Eine Spitzendichtung für Scrollelemente in einem Scrollverdichter, umfassend: eine erste Seite entlang einer Länge der Spitzendichtung; und eine zweite Seite entlang der Länge der Spitzendichtung; wobei die erste Seite Oberflächenmerkmale umfasst, die derart ausgebildet sind, dass sie einen Widerstand gegenüber einem Fluidstrom bereitstellen, wenn der Fluidstrom entlang der Länge der Spitzendichtung strömt, und die zweite Seite derart ausgebildet ist, dass sie während des Betriebs des Scrollverdichters gegen ein Scrollelement drückt, um eine Abdichtung bereitzustellen.
Spitzendichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Seite eine relativ raue Seite hat, die einen gewundenen Pfad in Richtung der Länge der ersten Seite bereitstellt.
Spitzendichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Seite in Bezug auf die erste Seite relativ glatt ist.
Spitzendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenmerkmale eine Mehrzahl vorstehender Strukturelemente umfasst.
Spitzendichtung nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl von Strukturelementen eine Breite haben und die Breite der Mehrzahl vorstehender Strukturelemente senkrecht zu der Länge verläuft und die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente entlang der Länge der Spitzendichtung versetzt ist.
Spitzendichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente einen rechteckigen Querschnitt umfasst.
Spitzendichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente einen kegeligen Teil umfasst.
Spitzendichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei ein Querschnitt der Mehrzahl vorstehender Strukturelemente eine geneigte erste Seite und eine geneigte zweite Seite umfasst und die geneigte erste Seite steiler als die geneigte zweite Seite ist.
Scrollverdichter, umfassend: ein erstes Scrollelement; ein zweites Scrollelement; und eine Spitzendichtung; wobei das erste Scrollelement eine Dichtungsnut umfasst, die derart ausgebildet ist, dass sie die Spitzendichtung aufnimmt, wobei die Spitzendichtung eine relativ glatte Seite umfasst, die eine Abdichtung mit dem zweiten Scrollelement bildet, wobei die Spitzendichtung eine relativ raue Seite umfasst, die einer Unterseite der Spitzennut gegenüberliegt.
Scrollverdichter nach Anspruch 9, wobei die relativ raue Seite einen gekrümmten Pfad in einer Richtung einer Länge der Spitzendichtung bereitstellt.
Scrollverdichter nach Anspruch 9 oder 10, wobei die relativ raue Seite eine Mehrzahl vorstehender Strukturelemente umfasst.
Scrollverdichter nach Anspruch 11, wobei die Mehrzahl von Strukturelementen eine Breite aufweist und die Breite der Mehrzahl vorstehender Strukturelemente senkrecht zu der Länge L verläuft und die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente entlang der Länge der Spitzendichtung versetzt ist.
Scrollverdichter nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente einen rechteckigen Querschnitt umfasst.
Scrollverdichter nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Mehrzahl vorstehender Strukturelemente einen kegeligen Teil umfasst.
Scrollverdichter nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei ein Querschnitt der Mehrzahl vorstehender Strukturelemente eine geneigte erste Seite und eine geneigte zweite Seite umfasst und die geneigte erste Seite steiler als die geneigte zweite Seite ist.
Scrollverdichter nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Spitzendichtung, das erste Scrollelement und das zweite Scrollelement einen gewundenen Strömungsweg mit einer Mehrzahl von Kontraktionen und Expansionen ausbilden.
Verfahren zum Bereitstellen einer Abdichtung zwischen einer ineinandergreifenden ersten und zweiten Wicklung in einem Scrollverdichter, umfassend: Abdichten zwischen einer ineinandergreifenden ersten und zweiten Wicklung mit einer Dichtung; und Leiten eines Kühlmittelstroms an einen gewundenen Strömungsweg, welcher zwischen der ersten und der zweiten Wicklung und der Dichtung definiert ist, und wobei der gewundene Strömungsweg eine Mehrzahl von Kontraktionen und Expansionen umfasst.