DE102015217448A1

DE102015217448A1 - Compressor with thrust bearing

Info

Publication number: DE102015217448A1
Application number: DE102015217448.4A
Authority: DE
Inventors: Jan Hinrichs; Said Jennaoui; Daniel Korth
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-03-16

Abstract

Es wird ein Kompressor mit Axiallager für eine Welle, die mit einer Gleitringdichtung gegen den Antrieb gedichtet ist, vorgeschlagen, wobei die Welle von einem Lager und dem Axiallager gestützt ist und die Gleitringdichtung einen Dichtspalt aufweist, der mit einem Ölsammelraum und mindestens einer Öleinlassbohrung in Verbindung steht.It is proposed a thrust bearing compressor for a shaft sealed with a mechanical seal against the drive, the shaft being supported by a bearing and the thrust bearing and the mechanical seal having a sealing gap in communication with an oil collecting space and at least one oil inlet bore stands.

Description

Die Erfindung betrifft einen einem Kompressor mit Axiallager für eine Welle, die mit einer Gleitringdichtung gegen den Antrieb gedichtet ist, wobei die Welle von einem Lager und dem Axiallager gestützt ist und die Gleitringdichtung einen Dichtspalt aufweist, der mit einem Ölsammelraum und mindestens einer Öleinlassbohrung in Verbindung steht. The invention relates to a compressor with a thrust bearing for a shaft which is sealed with a mechanical seal against the drive, wherein the shaft is supported by a bearing and the thrust bearing and the mechanical seal has a sealing gap which communicates with an oil collecting space and at least one oil inlet bore stands.

Stand der Technik State of the art

Kompressoren für Fahrzeugklimaanlagen werden über Wellen, die mit einem Antrieb in Verbindung stehen getrieben. Die Wellen werden von Axiallagern gehalten. Die Wellen müssen dabei gegen Leckagen mit Gleitringdichtungen abgedichtet sein. Benutzt man R744 als Kühlmittel, stellen die im Vergleich zu den bisherigen Kühlmitteln erhöhten Drücke und Temperaturen eine Herausforderung für die Wellendichtungen dar. Im Vordergrund stehen dabei die Aufgaben die Wellendichtungen zu schmieren und zu kühlen. Die im Stand der Technik verwendeten Kühlungen bzw. Schmierungen über Schmiermittelzufuhr mittels Bohrungen im Gehäuse, sowie Ölsammeltaschen, axial zur Welle angeordnet, reichen nicht aus. Compressors for vehicle air conditioners are driven by shafts that communicate with a drive. The waves are held by thrust bearings. The waves must be sealed against leaks with mechanical seals. Using R744 as a coolant, the increased pressures and temperatures compared to previous coolants pose a challenge for the shaft seals. The focus here is on lubricating and cooling the shaft seals. The cooling or lubrications used in the prior art via lubricant supply by means of bores in the housing, and oil collecting pockets, arranged axially to the shaft, are not sufficient.

Axiallager sind aus dem Stand der Technik für die Aufnahmen von Wellen bekannt. Als Beispiel ist hier die DE 2013002029A1 ein Turbolader mit Axiallagerscheibe angeführt. Die Axiallagerscheibe ist aus einem mit Kohlestofffasern verstärkten, keramischen Werkstoff gefertigt, wobei in die Axiallagerscheibe Ölführnuten eingebracht sind. Über die Ölführnuten kann Kühlöl und/oder Schmieröl einfach und zuverlässig im Bereich des Axiallagers geführt werden. Auch Schleuderscheiben sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine Schleuderscheibe hat die grundsätzliche Aufgabe, durch Rotation auf ihrer Oberfläche auftreffende Fluide nach außen abzuschleudern. Thrust bearings are known from the prior art for the recording of waves. As an example, here is the DE 2013002029A1 a turbocharger with thrust washer listed. The thrust washer is made of a reinforced with carbon fibers, ceramic material, wherein in the thrust bearing oil guide grooves are introduced. Cooling oil and / or lubricating oil can be guided simply and reliably in the region of the axial bearing via the oil guide grooves. Centrifugal discs are also known from the prior art. A centrifugal disk has the fundamental task to throw off fluids impinging on its surface by rotation to the outside.

Aus der DE102009055348A1 ist eine Schleuderscheibe bekannt, die durch ihre Geometrie die Kapillarwirkung herabgesetzt und so verhindert, dass Leckagefluid zwischen die Schleuderscheibe und die benachbarte Baugruppe gezogen wird. Dadurch kann das Leckagefluid bei Stillstand der Schleuderscheibe vorzugsweise nach unten in ein Leckagereservoir abfließen. From the DE102009055348A1 a slinger is known which reduces the capillary action by its geometry and thus prevents leakage fluid being drawn between the slinger and the adjacent assembly. As a result, the leakage fluid can preferably flow down into a leakage reservoir when the centrifugal disk is at a standstill.

Den bisher bekannten Lösungen gelingt es nicht in der baulichen Enge eines Kompressors die Aufgabenstellung der Kühlung und Schmierung mit einer geeigneten Lagerung zu verbinden. The previously known solutions do not succeed in the structural tightness of a compressor to connect the task of cooling and lubrication with a suitable storage.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Axiallager zu schaffen, das eine Doppelfunktion aufweist und auch als Schleuderscheibe dient. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung einen Verdichter mit der verbesserten Funktion herzustellen. It is therefore an object of the invention to provide a thrust bearing, which has a dual function and also serves as a centrifugal disc. It is another object of the invention to produce a compressor with the improved function.

Gelöst wird die Aufgabe mit einem Kompressor mit Axiallager für eine Welle, die mit einer Gleitringdichtung gegen den Antrieb gedichtet ist, wobei die Welle von einem Lager und dem Axiallager gestützt ist und die Gleitringdichtung einen Dichtspalt aufweist, der mit einem Ölsammelraum und mindestens einer Öleinlassbohrung in Verbindung steht, wobei das Axiallager einen Rand aufweist, der als Schleuderscheibe dient. Durch die Integration einer Funktion Schleuderscheibe in das Axiallager ist eine bessere Schmierung und Kühlung der Gleitringdichtungen möglich. Das ist besonders bei hohen Drehzahlen und daher hohen Reibungswärmeverlusten in der Gleitringdichtung von Bedeutung, und erhöht somit die Lebensdauer des Kompressors. The object is achieved with a compressor with axial bearing for a shaft which is sealed with a mechanical seal against the drive, wherein the shaft is supported by a bearing and the thrust bearing and the mechanical seal has a sealing gap which is provided with an oil collecting space and at least one oil inlet hole in Connection stands, wherein the thrust bearing has an edge which serves as a slinger. By integrating a centrifugal disc function into the axial bearing, better lubrication and cooling of the mechanical seals is possible. This is particularly important at high speeds and therefore high frictional heat losses in the mechanical seal of importance, and thus increases the life of the compressor.

Besonders vorteilhaft ist es, dass der Rand Ölsammeleinrichtungen aufweist, um besonders viel Öl wie eine Pumpe zu fördern. It is particularly advantageous that the edge oil collecting means to promote a particularly large amount of oil such as a pump.

Vorteilhafterweise weist der Rand mindestens eine Nut entlang mindestens eines Kreisabschnittes auf, was einer einfachen Ausführungsform ohne großen Ölsammelvolumen entspricht. Advantageously, the edge has at least one groove along at least one circular section, which corresponds to a simple embodiment without a large oil collection volume.

Dabei kann der Rand eine ringförmige Nut entweder auf einer oder auf beiden Seiten der Scheibe des Axiallagers aufweisen. In this case, the edge may have an annular groove either on one or both sides of the disc of the thrust bearing.

Es ist weiterhin von Vorteil, dass der Rand taschenförmige Ausbildungen aufweist. Eine gute Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die taschenförmigen Ausbildungen in Drehrichtung des Axiallagers verjüngen. It is also advantageous that the edge has pocket-shaped formations. A good embodiment is characterized in that the pocket-shaped formations taper in the direction of rotation of the thrust bearing.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besitzt schaufelartige Ausbildungen. A further advantageous embodiment has blade-like formations.

Um besonders viel Öl zu sammeln, ist es von Vorteil, dass die Ölsammeleinrichtungen über ihren Verlauf unterschiedliche Tiefen aufweisen. To collect extra oil, it is advantageous that the oil collecting devices have different depths over their course.

Der Schmierkreislauf wird angetrieben, indem der Rand über Ölzuführbohrungen drehbar ist, die mit dem Ölsammelraum verbunden sind. The lubrication circuit is driven by the edge being rotatable over oil supply bores connected to the oil collection space.

Der Schmierkreislauf wird weiterhin optimiert, indem der Ölsammelraum mit mindestens einer Ölablassbohrung versehen ist. The lubrication circuit is further optimized by providing the oil collection chamber with at least one oil drain hole.

Beschreibung der Erfindung Description of the invention

Die Erfindung wird anhand der Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. The invention will be illustrated with reference to the figures and explained in more detail in the following description.

1 und 2 zeigen jeweils einen Schnitt durch eine Baugruppe an einem Kompressor, 1 and 2 each show a section through an assembly on a compressor,

3 zeigt einen Schnitt entlang eines Axiallagers, 3 shows a section along an axial bearing,

4 zeigt eine Aufsicht auf ein Axiallager sowie einen Längsschnitt durch das Axiallager, 4 shows a plan view of a thrust bearing and a longitudinal section through the thrust bearing,

5 zeigt vier Ausführungsbeispiele des Rands des Axiallagers. 5 shows four embodiments of the edge of the thrust bearing.

Die Baugruppe in 1 stellt beispielsweise einen Ausschnitt aus einem Kompressor 1 beispielsweise einem CO2-Kompressor dar. Auf der linken Seite der Zeichnung wäre dann beispielsweise der Arbeitsbereich des Verdichters vorgesehen. The assembly in 1 for example, represents a section of a compressor 1 For example, a CO2 compressor. On the left side of the drawing would then be provided, for example, the work area of the compressor.

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 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 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich hier um ein Axiallager 12. Das Axiallager 12 ist als scheibenförmiges Bauteil mit einer Öffnung 8a für die Welle ausgebildet und weist an am äußeren Radius der Scheibe einen Rand 14 für die Ölmitnahme auf. Das Axiallager stellt somit eine Kombination von zwei Funktiotnen dar: das Lager für eine Welle zu bilden und als Schleuderscheibe Öl zu transportieren. Die in 1 dargestellte Schmiereinrichtung schließt mindestens einen vom Rand 14 in Richtung zur Welle 8 verlaufende Öleinfuhrbohrung 9 ein, über die das unter durch den Rand gesammelte Medium in Richtung auf eine 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. Die Welle 8 liegt in Lagerbuchsen 2 im Gehäuse 7. Das Gehäuse 7 weist im gesamten Bereich der drehenden Gleitdichtung 3a einen Ölsammelraum 5 auf, der eine Ausnehmung aus dem Gehäuse 7 darstellt. Die Öleinführbohrung 9 führt das Öl in den Ölsammelraum 5 auf Niveau des sich drehenden Ringes 3a. In 2 ist in einem versetzten Schnittbild ebenfalls das Axiallager 12 dargestellt und eine Ölablassbohrung 10. Die Ölablassbohrung 10 verbindet den Ölsammelraum 5 mit dem Treibraum des Komprssors und führt somit Schmiermittel zurück in den Kreislauf. Durch das Einbringen einer Ölablassbohrung 10 wird der Schmierkreislauf wesentlich effizienter und wirkt durch die erhöhten Volumenströme an Öl besser als Kühlkreislauf. The arrangement comprises a drive shaft 8th , This is set in the usual manner, for example via a pulley of the internal combustion engine of the motor vehicle in rotation. The drive shaft is shown here only in sections. The pulley is on the right, not shown here end of the drive shaft 8th mounted and rotatably connected in a known manner with this. The drive shaft protrudes into a housing 7 of the compressor 1 and drives a mounted in a drive room conveyor, which may be formed, for example, as an axial piston machine. Details of the conveyor are not shown here. The starting point for the lubricant flow caused by centrifugal forces is during operation of the CO2 compressor 1 rotatable component. At the in 1 and 2 illustrated embodiment is here a thrust bearing 12 , The thrust bearing 12 is as a disk-shaped component with an opening 8a formed for the shaft and has at the outer radius of the disc an edge 14 for oil taking on. The thrust bearing thus represents a combination of two Funktiotnen: to form the bearing for a shaft and to transport oil as a slinger. In the 1 shown lubrication includes at least one of the edge 14 towards the wave 8th running oil import hole 9 a, over which the medium collected by the edge is pressed in the direction of a sealing device. The sealing device consists of a rotating seal ring 3a and a fixed sliding ring 3b , which at its contact surface a sealing gap 4 form. The stationary seal ring 3b is in a housing 7 kept and is firmly installed. It has a simple annular structure, wherein the outer surface of the ring is parallel to the shaft. The rotating seal ring 3a is also provided as a ring with an outer surface parallel to the shaft. The wave 8th lies in bearing bushes 2 in the case 7 , The housing 7 points throughout the area of the rotating sliding seal 3a an oil collection room 5 on, a recess from the housing 7 represents. The oil inlet hole 9 leads the oil into the oil collection room 5 at the level of the spinning ring 3a , In 2 is in a staggered sectional image also the thrust bearing 12 represented and an oil drain hole 10 , The oil drain hole 10 connects the oil collection room 5 with the blowing space of the compressor and thus leads lubricant back into the circulation. By introducing an oil drain hole 10 the lubrication circuit becomes much more efficient and works better than the cooling circuit due to the increased volume flows of oil.

In 3 ist das Axiallager in einer Aufsicht von der Antriebsseite her dargestellt. Das Axiallager 12 umfasst die Welle 8 und weist den Rand 14 auf, auf dem mindestens einen Ölsammelvorrichtung 6, beispielsweise wie dargestellt eine Ölsammeltasche 6a angebracht ist. Die Ölsammeltaschen 6a sind zur Axiallager-Drehrichtung orientiert. In dem dargestellten Beispiel weisen die Ölsammeltaschen eine sich in Drehrichtung D verjüngende Struktur auf, so dass Öl über die größere Fläche gesammelt wird und in Richtung der Öleinlassbohrungen 9 gedrückt wird. Die Ölauslassbohrungen 10 sind im Gehäuse 7 angeordnet. Durch die Ölsammeltaschen wird das Öl zu den Ölzufuhrbohrungen geführt, die auch unter einem Winkel zur Welle 8 in Richtung des Drehsinns eingebracht sind, um den Widerstand im Schmierkreislauf möglichst gering zu halten. Damit kann mehr Öl an die Gleitringdichtung transportiert werden, die besser geschmiert und gekühlt werden kann. Durch die Ölsammeltaschen am Axiallager wird auch Öl geschleppt, wenn das Ölniveau im Kompressor niedrig ist. In 3 the thrust bearing is shown in a plan view from the drive side. The thrust bearing 12 includes the wave 8th and points the edge 14 on, on the at least one oil collector 6 For example, as shown, an oil collection bag 6a is appropriate. The oil collection bags 6a are oriented to the axial bearing direction of rotation. In the illustrated example, the oil collection pockets have a tapered structure in the direction of rotation D, so that oil is collected over the larger area and towards the oil inlet holes 9 is pressed. The oil outlet holes 10 are in the case 7 arranged. The oil collection pockets guide the oil to the oil supply wells, which are also at an angle to the shaft 8th are introduced in the direction of rotation in order to minimize the resistance in the lubrication circuit. This allows more oil to be transported to the mechanical seal, which can be better lubricated and cooled. The oil collection pockets on the thrust bearing also carry oil when the oil level in the compressor is low.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Axiallagers 12 mit Rand 14, der als Schleuderscheibe dient. Das Axiallager weist eine kreisrunde Öffnung 8a zur Aufnahme und Lagerung einer Welle auf. Die Scheibe des Axiallagers zeigt Strukturen, die aber für die Erfindung nicht weiter relevant sind. Die Funktion der Schleuderscheibe befindet sich in einem ringförmigen Rand 14, der das eigentliche Lager umgibt. Im Bespiel der 4 ist die Ölsammeleinrichtung 6 eine Ringnut 6b, die auf beiden Seiten der Schleuderscheibe eingebracht ist. 4 shows an embodiment of the thrust bearing 12 with edge 14 which serves as a slinger. The thrust bearing has a circular opening 8a for receiving and supporting a shaft. The disc of the thrust bearing shows structures that are not relevant to the invention. The function of the centrifugal disc is in an annular rim 14 that surrounds the actual camp. In the example of the 4 is the oil collector 6 an annular groove 6b , which is introduced on both sides of the centrifugal disc.

Die 5 zeigt weitere Ausführungsformen des Rings 14, der als Schleuderscheibe und Ölmitnehmer fungiert. In der Ausführungsform oben links werden in den Ring 14 keilfömige Nuten 6c eingebracht, die am äußeren Radius der Scheibe offen sind. Die Nuten 6c besitzen einen Tiefenverlauf, wobei die Tiefe von einem Anfangswert t1 in Drehrichtung zu einem Endwert t2 geringer wird. Im Beispiel sind vier Nuten 6c als Ölsammeleinrichtungen dargestellt. Ihre Zahl kann je nach baulicher Ausgestaltung größer oder kleiner sein. Im Beispiel 5 recht oben ist nochmals die ringförmige Nut 6b dargestellt, die sowohl gegen den äußeren als auch gegen den inneren Radius eine ringfömige Wand besitzt. Im Beispiel links unten wird der Rand 14 mit einer schaufelrad-ähnlichen Struktur versehen. Auf der Basis eines Rings sind Schaufeln 15 als Erhebungen auf der Ringstruktur zu erkennen. Die Schaufeln 15 sind in Drehrichtung aus dem Radius des Rings um einen Winkel α verkippt. Durch die Schaufelstruktur bilden sich Ölsammeltaschen 6d, die nach außen offen sind und in etwa trapezförmige Ausnehmungen bilden. Die Tiefe der Ausnehmung ist in dieser Ausführung gleichmäßig ausgestaltet, aber es wäre auch möglich die Tiefen wie im Beispiel 5 oben links auszugestalten und einen Tiefenverlauf vorzusehen. Im Beispiel 5 unten rechts werde die Ölsammeleinrichtungen durch Taschen gebildet, deren Formen trapezförmig sind, wobei die Ölsammeltaschen 6a in Drehrichtung verjüngt sind. The 5 shows further embodiments of the ring 14 acting as a slinger and Ölmitnehmer. In the embodiment above left are in the ring 14 wedge-shaped grooves 6c introduced, which are open at the outer radius of the disc. The grooves 6c have a depth profile, the depth becoming smaller from an initial value t1 in the direction of rotation to a final value t2. In the example are four grooves 6c shown as oil collection facilities. Their number can be larger or smaller depending on the structural design. For example 5 right above is again the annular groove 6b represented, both against the outer and against the inner radius has a ringfömige wall. In the example below left, the border 14 provided with a paddle wheel-like structure. On the base of a ring are shovels 15 to recognize as surveys on the ring structure. The shovels 15 are tilted in the direction of rotation of the radius of the ring by an angle α. Due to the blade structure, oil collection pockets form 6d , which are open to the outside and form approximately trapezoidal recesses. The depth of the recess is made uniform in this embodiment, but it would also be possible the depths as in the example 5 to design on the top left and provide a depth profile. For example 5 bottom right, the oil collection devices are formed by pockets whose shapes are trapezoidal, with the oil collection pockets 6a are tapered in the direction of rotation.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kompressor compressor
22: Lagerbuchsen bushings
33: Gleitring sliding ring
3a3a: rotierender Gleitring rotating seal ring
3b3b: feststehender Gleitring fixed sliding ring
44: Dichtungsspalt seal gap
55: Ölsammelraum Oil collection chamber
66: Ölsammelvorrichtung Oil collection device
6a6a: Ölsammeltasche Oil collection pocket
6b6b: Ringnut ring groove
6c6c: keilförmige Nut wedge-shaped groove
6d6d: trapezförmige Ausnehmung trapezoidal recess
77: Gehäuse casing
88th: Antriebswelle drive shaft
8a8a: Öffnung opening
99: Öleinlassbohrung Oil inlet bore
1010: Ölablassbohrung Oil drain hole
1212: Axiallager thrust
1414: Rand edge
1515: Schaufel shovel
D D: Drehrichtungdirection of rotation
αα: Winkel angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2013002029 A1 [0003]
DE 102009055348 A1 [0004]

Claims

Compressor with thrust bearing ( 12 ) for a shaft with a mechanical seal ( 3 ) is sealed against the drive, wherein the shaft of a bearing and the thrust bearing ( 12 ) and the mechanical seal ( 3 ) a sealing gap ( 4 ) provided with an oil collecting space ( 5 ) and at least one oil inlet bore ( 9 ), characterized in that the thrust bearing ( 12 ) a border ( 14 ), which serves as a slinger.

Compressor with thrust bearing ( 12 ) according to claim 1, characterized in that the edge ( 14 ) Oil collecting facilities ( 6 ) having.

Compressor with thrust bearing ( 12 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the edge ( 14 ) at least one groove ( 6b ) along at least one circular section.

Compressor with thrust bearing ( 12 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the edge ( 14 ) an annular groove ( 6b ) has either on one or both sides of the disc of the thrust bearing.

Compressor with thrust bearing ( 12 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the edge ( 14 ) pocket-shaped formations ( 6a ) having.

Compressor with thrust bearing ( 12 ) according to claim 5, characterized in that the pocket-shaped formations ( 6a ) in the direction of rotation of the thrust bearing ( 12 ) rejuvenate.

Compressor with thrust bearing ( 12 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the edge ( 14 ) blade-like formations ( 6d ) having.

Compressor with thrust bearing ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the oil collecting devices ( 6 ) have different depths over their course.

Compressor with thrust bearing ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the edge is rotatable via oil supply bores which are connected to the oil collecting space.

Compressor with thrust bearing ( 12 ) according to the preceding claims, characterized in that the oil collecting space is provided with at least one oil drain hole.