-
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe insbesondere einen Verdichter mit einem Rotor, der in einem Lager drehbar gelagert ist sowie einer Gleitringdichtung mit einem feststehenden und einem drehenden Dichtring, der mit Öl aus einem weiteren Raum der Baugruppe geschmiert wird.
-
Stand der Technik
-
Wird ein Verdichter, beispielsweise ein Axialkolbenverdichter, in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage eingesetzt, dient er dazu, ein Kältemittel aus einem Wärmetauscher, in welchem es unter Wärmeaufnahme verdampft, anzusaugen und auf einen höheren Druck zu verdichten, so dass es in einem weiteren Wärmetauscher die Wärme auf einem höheren Temperaturniveau wieder abgeben kann. Anschließend erfährt das Kältemittel in einem Expansionsorgan eine Drosselung auf das Druckniveau des ersten Wärmetauschers.
-
Ein wichtiger Punkt bei einem derartigen Verdichter ist die Abdichtung desselben gegen die Umwelt, um einen Verlust des Kältemittels, insbesondere einen Austritt desselben in die Atmosphäre zu vermeiden. In dem Bereich, in dem der Verdichter mit einer Antriebsvorrichtung (z.B. mit einer Magnetkupplung oder einer Riemenscheibe) verbunden ist, also beispielsweise im Bereich einer Antriebswelle ist eine anspruchsvolle Konstruktion notwendig, da in diesem Bereich bewegliche Teile vorgesehen sind, was besondere Anforderungen an die jeweiligen Dichtungen bzw. Dichtvorrichtungen stellt.
-
Die Förderleistung moderner Axialkolbenverdichter, d.h. der Kolbenhub derselben, wird im allgemeinen durch die Differenz zwischen dem Druck in einem durch das Verdichtergehäuse definierten Triebwerksraum und dem Druck, der auf einer Auslassseite des Verdichters vorherrscht, geregelt. Das heißt also, dass der Triebwerksraum mit sehr hohen Drücken bis hin zum maximal erreichbaren Verdichterdruck beaufschlagt sein kann. Diesen Drücken – bei CO2 als Kältemittel handelt es sich um Drücke von bis zu etwa 60 bar in Betrieb und von bis zu etwa 80 bar bei Stillstand des Verdichters- müssen die Dichtungen des Verdichters, insbesondere die Dichtung im Bereich der Antriebswelle gewachsen sein.
-
Für Wellenabdichtungen von Axialkolbenverdichtern, die mit dem Kältemittel R134a betrieben werden, werden üblicherweise Radialwellenringe verwendet, die bei den geringen Druckdifferenzen, welche zwischen Triebwerksraum und Umwelt auftreten und gegen welche abgedichtet werden muss, eine ausreichend zuverlässige Abdichtung bei geringen Kosten gewährleisten. Radialwellendichtringe, welche auch als mehrstufige Ausführungsform mit ein bis drei Dichtlippen aus einem Elastomer vorliegen können, werden im Allgemeinen auf der Außenseite des Gehäuses in einen Einstich eingesetzt.
-
In jüngster Zeit wird jedoch nicht zuletzt aufgrund der höheren Umweltverträglichkeit der Einsatz des Kältemittels CO2 als Ersatz für das Kältemittel R134a diskutiert, da CO2 neben einer höheren Umweltverträglichkeit eine Vielzahl von weiteren Vorteilen gegenüber R134a bietet. Aufgrund des höheren Druckniveaus, welche das Kältemittel CO2 im Vergleich mit R134a erfordert, sind aber technisch anspruchsvollere Abdichtungen erforderlich.
-
Daher werden üblicherweise Axialgleitringdichtungen verwendet, bei denen durch Zusammenwirken von einem Gleitring und einem Gegenring, die gegebenenfalls gegeneinander vorgespannt sein können, eine ausreichende Abdichtung gegenüber der auftretenden hohen Druckdifferenz zwischen Triebwerksraum und Umwelt möglich ist. Eine Vorspannung, die zwischen Gleitring und Gegenring anliegt bzw. wirksam ist, dient insbesondere dazu, Bauteiltoleranzen auszugleichen.
-
Aus der
DE102005033707A1 ist bekannt, dass die Axialgleitringdichtung (bezüglich der Antriebswelle) radial inwendig auf Höhe eines zwischen dem Gleitring und dem Gegenring angeordneten Spaltes mit einem im Verdichter vorherrschenden Druck beaufschlagt ist. Da durch diese konstruktive Maßnahme das im Verdichter befindliche Öl mit den der Antriebswelle zugewandten Bereichen der Gleitringdichtung in Kontakt gelangt, wird diesem der Eintritt in den Spalt zwischen Gleit- und Gegenring, wo es eine dichtende Wirkung entfalten kann, ermöglicht bzw. erleichtert.
-
Ein Problem stellt dabei immer die ausreichende und effiziente Schmierung der Gleitringdichtungen dar, die zwar mit Öl aus dem Treibraum geschmiert werden, deren Benetzung aber nicht optimal gegeben ist.
-
Aus der
WO99009340 ist eine Cartridge-Pumpe bekannt, die doppelte Gleitringdichtungen aufweist und Ölkammern mit konischer Ausgestaltung besitzt, die für die Konvektion von heißem Öl angepasst sind. Das Öl dient hier vorrangig der Wärmeabfuhr und nicht zu Dichtung eines Dichtspalts.
-
Es ist daher Aufgabe Erfindung durch konstruktive Gestaltung des Bauraums die Ölversorgung des Dichtspalts zu optimieren.
-
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Baugruppe mit einem Rotor, der in einem Lager drehbar gelagert ist, sowie einer Gleitringdichtung mit einem feststehenden und einem drehenden Dichtring, die jeweils eine zum Rotor parallele Außenfläche aufweisen und mit Öl aus einem Öl befüllten Raum der Baugruppe geschmiert sind, wobei ein Dichtspalt zwischen feststehenden und drehenden Dichtring in einem Bauraum liegt, der sich konisch auf den Dichtspalt zu erweitert.
-
Die Verwendung von Gleitringen mit einer Außenfläche die parallel zur Innenfläche und er Welle verläuft ermöglich den Einsatz von konventionellen und kommerzielle einfach erhältlichen Gleitringen. Durch die Gestaltung des Bauraums als konisch sich erweiternder Raum wird ein Zustrom zur dichtenden und zu ölenden Dichtspaltfläche erreicht. Insbesondere wird die Erfindung für eine Baugruppe, die ein Verdichter ist, eingesetzt.
-
Es ist von Vorteil, dass der Rotor eine Welle treibt, auf der der drehende Dichtring sitzt, während ein Gehäuse den feststehenden Dichtring enthält.
-
Vorteilhafterweise weist ist Gehäuse eine Kammer ausgebildet, die schräge von der Welle wegführende Wände aufweist.
-
Dadurch dass die Kammer weitere schräge Wände in Richtung auf die Welle zu bis auf die Höhe des Dichtspalts aufweist, wird der Strömungsverlauf des Öls optimiert
-
Der sich drehende Dichtring weist eine Stufe zum feststehenden Dichtring auf und fängt dadurch das Öl besonders gut auf.
-
Es ist von Vorteil, dass der sich drehenden Dichtring eine geringere Dicke als der feststehende Dichtring aufweist und so die drehenden Masse optimiert ist.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung der beispielhaften Ausführungsform.
-
Die Baugruppe1 stellt beispielsweise einen Ausschnitt aus einem Verdichter dar. Auf der linken Seite der Zeichnung wäre dann beispielsweise der Arbeitsbereich des Verdichters vorgesehen. Die Anordnung umfasst eine Antriebswelle 8. Diese wird auf übliche Weise, beispielsweise über eine Riemenscheibe von der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs in Rotation versetzt. Die Antriebswelle ist hier lediglich abschnittsweise dargestellt. Die Riemenscheibe wird auf das rechte, hier nicht dargestellte Ende der Antriebswelle 8 aufgesetzt und auf bekannte Weise drehfest mit dieser verbunden. Die Antriebswelle ragt in ein Gehäuse 7 des Kompressors 1 und treibt aber einen Flansch 12, mit dem sie drehfest verbunden ist, eine in einem Triebraum untergebrachte Fördereinrichtung an, die beispielsweise als Axialkolbenmaschine ausgebildet sein kann. Einzelheiten der Fördereinrichtung sind hier nicht wiedergegeben.
-
Ausgangspunkt für die von Fliehkräften verursachte Schmiermittelströmung ist ein im Betrieb des CO2-Kompressors 1 in Rotation versetzbares Bauteil. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich hier um den Flansch 12. Dieser begrenzt den Triebraum, in dem eine geeignete Kompressoreinheit, beispielsweise eine Axialkolbenpumpe, untergebracht ist und die aber den Flansch 12, der daher auch als Mitnehmerflansch bezeichnet wird, angetrieben wird. Der Flansch 12 wirkt mit dem im Triebraum vorhandenen Schmiermittel, beispielsweise einem Öl, zusammen, welches gemeinsam mit dem im Triebraum vorhandenen CO2 bei einer Rotation des Flansches 12 nach außen geschleudert wird und quasi einen Flüssigkeitsring auf der Innenfläche bildet, die den Triebraum umgibt. Durch die Fliehkräfte wird das Schmiermittel so nach außen geschleudert, dass in dem Flüssigkeitsring ein Überdruck aufgebaut wird. Dieser bewirkt, dass das Schmiermittel- gegebenenfalls gemeinsam mit dem CO2- zu der Dichtungseinrichtung 13 geführt wird.
-
Die in 1 dargestellte Schmiereinrichtung schließt mindestens einen vom Flüssigkeitsring in Richtung zur Welle 8 verlaufende Öleinfuhrbohrung 9 ein, über die das unter einem Überdruck stehende Medium aus dem Flüssigkeitsring in Richtung zur Dichtungseinrichtung gedrückt wird. Die Dichtungseinrichtung besteht aus einem rotierenden Gleitring 3a und eine feststehend Gleitring 3b, die an ihrer Kontaktfläche einen Dichtungsspalt 4 ausbilden. Der feststehenden Gleitring 3b wird in einem Gehäuse 7 gehalten und ist fest verbaut. Er besitzt einen einfachen ringförmigen Aufbau, wobei die Außenfläche des Rings parallel zur Welle verläuft.
-
Der rotierende Gleitring 3a ist ebenfalls als Ring mit einer zur Welle parallelen Außenfläche versehen, wobei der drehende Gleitring 3a einen Stufe 11 aufweist, die seine Dicke an der Stelle der Stufe auf etwa die Hälfte reduziert. Die Tiefe der Stufe in Wellenrichtung ist dabei mit höchstens 2 mm sehr gering. Durch die Stufe erstreckt sich der Dichtspalt nicht über die gesamte Dicke des drehenden Rings 3a, sondern nur entlang einer reduzierten Kontaktfläche. Die Dicke des rotierenden Rings ist dabei geringer als die Dicke des feststehenden Gleitrings gewählt. Dadurch wird eine geringerer Masse rotierend an der Welle bewegt. Die Welle 8 liegt in Lagerbuchsen 2 im Gehäuse 7. Das Gehäuse 7 weist im gesamten Bereich der drehenden Gleitdichtung 3a einen Bauraum 5 auf, der eine Ausnehmung aus dem Gehäuse 7 darstellt. Dieser Bauraum 5 umgibt die rotierende Gleitdichtung 3a vollständig und weißt zwei schräge Wandungen auf. Die erste schräge Wandung 6a erstreckt sich von der Seite des Triebraums in Richtung auf den Dichtspalt und führt zu einer konischen, stetigen Erweiterung des Bauraums 5. Die Erweiterung wird in einem Punkt 13 umgekehrt, der der Position der Stufe 11 im drehenden Gleitring entspricht. Von diesem Punkt 13 erstreckt sich eine zweite schräge Wandung 6b in Richtung auf die Welle zu. Der Bauraum 5 endet am feststehenden Gleitring 3b.
-
Die Öleinführbohrung 9 führt das Öl in den Bauraum 5 nur auf Niveau des sich drehenden Ringes 3a. Durch die Rotation der Welle 8 wird das Öl gegen die schräge Wandung 6a und 6b geschleudert und kehrt wieder in den Triebraum über einen Abfluss zurück, wie er schematisch mit dem Bezugszeichen 10 dargestellt ist.
-
Die Gestaltung des Einbauraums ist so, dass sich das geschleuderte Öl durch die Fliehkraft der Rotation des Gleitringes 3a in die Richtung des feststehenden Gegenringes 3b gezwungen fließt, um den Dichtspalt 4 zu erreichen.
-
Das Öl wird die erste Schräge entlang auf den Punkt 13 zubewegt und läuft die zweite Schräge 6b direkt in die durch die Stufe 11 gebildete Nut am Dichtspalt. Durch diese bauliche Maßnahme wird der Dichtspalt optimal benetzt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Baugruppe /Verdichter
- 2
- Lager
- 3a
- drehender Gleitring
- 3b
- feststehender Gleitring
- 4
- Dichtspalt
- 5
- Bauraum
- 6a
- erste schräge Wandung
- 6b
- zweite schräge Wandung
- 7
- Gehäuse
- 8
- Welle
- 9
- Ölzufuhrbohrung
- 10
- Ablauf
- 11
- Stufe
- 12
- Flansch
- 13
- Punkt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102005033707 A1 [0008]
- WO 99009340 [0010]
