DE102016108317A1 - Apparatus for compressing a gaseous fluid - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Verdichtung eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kältemittels. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse (2) mit einer Kurbelkammer (7) und eine um eine Rotationsachse drehbare Antriebswelle (4) auf. Die Antriebswelle (4) ist mit mindestens einem Lager (12, 13) am Gehäuse (2) gehaltert angeordnet und mit mindestens einer Wellendichtung (11) zum Gehäuse (2) hin fluiddicht abgedichtet. Die Vorrichtung (1) weist innerhalb des Gehäuses (2) mindestens eine Durchgangsöffnung (15) als kommunizierende Verbindung zwischen der Kurbelkammer (7) und einem Bereich mit der Wellendichtung (11) sowie dem mindestens einen Lager (12, 13) auf und ist mit mindestens einer mit der Antriebswelle (4) bewegten Strömungsleiteinrichtung (18, 19) zum Fördern des Fluids in den Bereich mit der Wellendichtung (11) sowie dem mindestens einen Lager (12, 13) zur Kühlung und Schmierung der Wellendichtung (11) und des mindestens einen Lagers (12, 13) ausgebildet. Die Strömungsleiteinrichtung (18, 19) ist dabei innerhalb der Kurbelkammer (7) im Bereich einer Mündung der mindestens einen Durchgangsöffnung (15) angeordnet.The invention relates to a device (1) for compressing a gaseous fluid, in particular a refrigerant. The device has a housing (2) with a crank chamber (7) and a drive shaft (4) rotatable about a rotation axis. The drive shaft (4) is arranged with at least one bearing (12, 13) supported on the housing (2) and sealed with at least one shaft seal (11) to the housing (2) towards fluid-tight. The device (1) has within the housing (2) at least one passage opening (15) as a communicating connection between the crank chamber (7) and a region with the shaft seal (11) and the at least one bearing (12, 13) and is with at least one with the drive shaft (4) moving Strömungsleiteinrichtung (18, 19) for conveying the fluid in the area with the shaft seal (11) and the at least one bearing (12, 13) for cooling and lubrication of the shaft seal (11) and the at least a bearing (12, 13) is formed. The flow-guiding device (18, 19) is arranged inside the crank chamber (7) in the region of an opening of the at least one passage opening (15).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verdichtung eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kältemittels. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Kurbelkammer und eine um eine Rotationsachse drehbare Antriebswelle auf. Die Antriebswelle ist mit mindestens einem Lager am Gehäuse gehaltert angeordnet und mit mindestens einer Wellendichtung zum Gehäuse hin fluiddicht abgedichtet.The invention relates to a device for compressing a gaseous fluid, in particular a refrigerant. The device comprises a housing with a crank chamber and a drive shaft rotatable about a rotation axis. The drive shaft is arranged with at least one bearing supported on the housing and sealed with at least one shaft seal to the housing in a fluid-tight manner.
Aus dem Stand der Technik bekannte Verdichter für mobile Anwendungen, insbesondere für Klimatisierungssysteme von Kraftfahrzeugen, zum Fördern von Kältemittel durch den Kältemittelkreislauf, im Weiteren auch als Kältemittelverdichter bezeichnet, werden unabhängig vom Kältemittel oft als Kolbenverdichter mit variablem Hub beziehungsweise mit variablem Hubvolumen oder als Scrollverdichter ausgebildet. Die Verdichter werden dabei entweder über eine Kupplung oder über eine Riemenscheibe und damit kupplungslos angetrieben. Speziell bei über einen Riemen und eine Riemenscheibe angetriebenen Kältemittelverdichtern stellt sich die Drehzahl über die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, insbesondere über die Drehzahl des Antriebsmotors, ein. Die Kolbenverdichter mit variablem Hub gewährleisten einen gleichmäßigen Betrieb des Klimatisierungssystems, da der Verdichter unabhängig von der Drehzahl des Antriebsmotors eine erforderliche konstante oder variable Leistung aufweist. Wenn der Antriebsmotor beispielsweise im Leerlauf oder mit geringer Drehzahl betrieben wird, ist ein hohes Hubvolumen erforderlich. Wird der Antriebsmotor im Vergleich dazu mit einer hohen Drehzahl betrieben, ist die Hubfrequenz des Verdichters sehr viel höher, sodass der Verdichter bei geringerem Hubvolumen eine äquivalente Leistung aufweist. Die Kolbenverdichter mit variablem Hubvolumen werden entweder mit einer Taumelscheibe oder mit einem Schwenkring als Antriebselement ausgebildet. Der Hub der Kolben innerhalb der Zylinder stellt sich aufgrund der Gaskräfte im Triebraum und in den Arbeitsräumen der Zylinder sowie den dynamischen Massenkräften der Kolben und der Taumelscheibe oder des Schwenkrings ein.Compressors known from the prior art for mobile applications, in particular for air conditioning systems of motor vehicles, for conveying refrigerant through the refrigerant circuit, hereinafter also referred to as a refrigerant compressor, are often formed independently of the refrigerant as a reciprocating compressor with variable stroke or variable displacement or as a scroll compressor , The compressors are driven either via a clutch or a pulley and thus clutchless. Especially in the case of refrigerant compressors driven via a belt and a pulley, the rotational speed adjusts via the speed of the motor vehicle, in particular via the rotational speed of the drive motor. The reciprocating variable displacement compressors ensure smooth operation of the air conditioning system because the compressor has a constant or variable power required irrespective of the speed of the drive motor. For example, when the drive motor is operated at idle or low speed, a high displacement is required. By contrast, if the drive motor is operated at a high speed, the stroke frequency of the compressor is much higher, so that the compressor has an equivalent power at a lower stroke volume. The piston compressors with variable displacement are formed either with a swash plate or with a pivot ring as a drive element. The stroke of the piston within the cylinder is due to the gas forces in the drive chamber and in the working spaces of the cylinder and the dynamic inertia forces of the piston and the swash plate or the swivel ring.
Aus
Die zum Stand der Technik gehörenden Verdichter
In
In der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Verdichter bereitzustellen, bei welchem das durch das Kurbelgehäuse strömende Fluid-Schmiermittel-Gemisch aktiv zur Wellendichtung geleitet wird, um eine ausreichende Schmierung und Kühlung der Wellendichtung und der Lager sicherzustellen und damit die Lebensdauer von Wellendichtung und Lagern sowie des Verdichters zu maximieren. Der Verdichter soll eine einfache Konstruktion aus einer minimalen Anzahl an Komponenten bei minimalem Platzbedarf aufweisen. Zudem sollen die Kosten für die Herstellung, die Wartung, die Montage und den Betrieb minimal sein. Die vom Verdichter aufzunehmende Leistung sollte sich bei gleicher Leistung zum Verdichten des Fluids nicht oder nur maginal erhöhen.The object of the invention is to provide a compressor in which the fluid-lubricant mixture flowing through the crankcase is actively conducted to the shaft seal in order to ensure adequate lubrication and cooling of the shaft seal and the bearings and thus to maximize the life of the shaft seal and bearings as well as the compressor. The compressor should have a simple design of a minimum number of components with minimal space requirements. In addition, the cost of manufacturing, maintenance, installation and operation should be minimal. The power to be absorbed by the compressor should not or only magically increase with the same power for compressing the fluid.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen des selbstständigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by the subject matter with the features of the independent patent claim. Further developments are specified in the dependent claims.
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verdichtung eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kältemittels, gelöst. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Kurbelkammer und eine um eine Rotationsachse drehbare Antriebswelle auf. Die Antriebswelle ist mit mindestens einem Lager am Gehäuse gehaltert angeordnet und mit mindestens einer Wellendichtung zum Gehäuse hin fluiddicht abgedichtet.The object is achieved by a device according to the invention for compressing a gaseous fluid, in particular a refrigerant. The device comprises a housing with a crank chamber and a drive shaft rotatable about a rotation axis. The drive shaft is arranged with at least one bearing supported on the housing and sealed with at least one shaft seal to the housing in a fluid-tight manner.
Nach der Konzeption der Erfindung ist innerhalb des Gehäuses mindestens eine Durchgangsöffnung als kommunizierende Verbindung zwischen der Kurbelkammer und einem Bereich mit der Wellendichtung sowie dem mindestens einen Lager ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine mit der Antriebswelle bewegte Strömungsleiteinrichtung zum Fördern des Fluids in den Bereich mit der Wellendichtung sowie dem mindestens einen Lager zur Kühlung und Schmierung der Wellendichtung und des mindestens einen Lagers auf. Die Strömungsleiteinrichtung ist dabei innerhalb der Kurbelkammer im Bereich einer Mündung der mindestens einen Durchgangsöffnung angeordnet. Die mindestens eine Strömungleiteinrichtung dient dabei der aktiven Förderung des mit Schmiermittel gemischten gasförmigen Fluids durch die mindestens eine Durchgangsöffnung zur Wellendichtung und dem mindestens einen Lager. Alternativ kann durch Umkehr der Strömungsrichtung des gasförmigen Fluids auch eine aktiv saugende Wirkung erzeugt werden, wobei das Fluid-Schmiermittel-Gemisch aus dem Bereich der Wellendichtung und des mindestens einen Lagers abgesogen wird, wobei das Fluid-Schmiermittel-Gemisch aus der Kurbelkammer zuströmt. Die Strömungsleiteinrichtung kann dabei jede geometrische Form aufweisen, welche es ermöglicht, durch eine rotatorische Bewegung das Fluid-Schmiermittel-Gemisch, vorzugsweise richtungsgebunden, zu beschleunigen.According to the concept of the invention, at least one passage opening is formed within the housing as a communicating connection between the crank chamber and a region with the shaft seal and the at least one bearing. The device according to the invention has at least one flow guiding device moved with the drive shaft for conveying the fluid into the region with the shaft seal and the at least one bearing for cooling and lubricating the shaft seal and the at least one bearing. The flow-guiding device is arranged inside the crank chamber in the region of an opening of the at least one passage opening. The at least one flow guiding device serves to actively convey the gaseous fluid mixed with lubricant through the at least one passage opening to the shaft seal and the at least one bearing. Alternatively, by reversing the direction of flow of the gaseous fluid, an actively sucking action may also be produced, wherein the fluid-lubricant mixture is sucked out of the area of the shaft seal and the at least one bearing, wherein the fluid-lubricant mixture flows from the crank chamber. In this case, the flow-guiding device can have any geometric shape which makes it possible to accelerate the fluid-lubricant mixture, preferably direction-bound, by means of a rotational movement.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsleiteinrichtung als zusätzlich und von der Antriebswelle unabhängige Komponente sowie mit der Antriebswelle verbunden ausgebildet. Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsleiteinrichtung einstückig mit der Antriebswelle ausgebildet.According to a preferred embodiment of the invention, the flow guide is designed as an additional and independent of the drive shaft component and connected to the drive shaft. According to an alternative embodiment of the invention, the flow guide is formed integrally with the drive shaft.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eines der Lager als ein Radiallager ausgebildet. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass mindestens eines der Lager als ein Axiallager ausgebildet ist.According to a development of the invention, at least one of the bearings is designed as a radial bearing. A further advantageous embodiment of the invention is that at least one of the bearings is designed as a thrust bearing.
Das Axiallager weist bevorzugt ein Aufnahmeelement auf, welches fest mit der Antriebswelle verbunden ist und einstückig mit der Antriebswelle rotiert. Unter der einstückigen Ausbildung und Rotation ist zu verstehen, dass sich die Antriebswelle und das Aufnahmeelement gleichsinnig sowie mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit drehen. Das Aufnahmeelement ist dabei eine Komponente oder ein Bereich der Antriebswelle. Die Strömungsleiteinrichtung ist vorteilhaft am Aufnahmeelement des Axiallagers ausgebildet.The thrust bearing preferably has a receiving element which is fixedly connected to the drive shaft and rotates integrally with the drive shaft. Under the one-piece design and rotation is to be understood that the drive shaft and the receiving element rotate in the same direction and at the same rotational speed. The receiving element is a component or an area of the drive shaft. The flow guide is advantageously formed on the receiving element of the thrust bearing.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Aufnahmeelement des Axiallagers scheibenförmig mit einem Außendurchmesser und einem Innendurchmesser ausgebildet. Dabei ist das Aufnahmeelement im Bereich des Innendurchmessers mit der Antriebswelle verbunden.According to a further preferred embodiment of the invention, the receiving element of the axial bearing is disc-shaped with an outer diameter and an inner diameter. In this case, the receiving element is connected in the region of the inner diameter with the drive shaft.
Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsleiteinrichtung am Außendurchmesser des Aufnahmeelements ausgebildet. Die am Außendurchmesser des Aufnahmeelements ausgebildete Strömungsleiteinrichtung wird auch als erste Strömungsleiteinrichtung bezeichnet. Die erste Strömungsleiteinrichtung ist vorteilhaft am Außendurchmesser des Aufnahmeelements radial nach außen ausgerichtet angeordnet.According to a first alternative embodiment of the invention, the flow guide is formed on the outer diameter of the receiving element. The formed on the outer diameter of the receiving element flow guide is also referred to as a first flow guide. The first flow guide is advantageously arranged aligned radially outwardly on the outer diameter of the receiving element.
Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsleiteinrichtung im Bereich des Innendurchmessers des Aufnahmeelements ausgebildet. Die am Innendurchmesser des Aufnahmeelements ausgebildete Strömungsleiteinrichtung wird auch als zweite Strömungsleiteinrichtung bezeichnet. Die zweite Strömungsleiteinrichtung ist im Bereich des Innendurchmessers des Aufnahmeelements als Verbindungselement zur Antriebswelle ausgebildet.According to a second alternative embodiment of the invention, the flow guide is formed in the region of the inner diameter of the receiving element. The formed on the inner diameter of the receiving element flow guide is also referred to as a second flow guide. The second flow guide is formed in the region of the inner diameter of the receiving element as a connecting element to the drive shaft.
Nach einer dritten alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung sowohl die erste, am Außendurchmesser des Aufnahmeelements ausgebildete Strömungsleiteinrichtung als auch die zweite, am Innendurchmesser des Aufnahmeelements ausgebildete Strömungsleiteinrichtung auf.According to a third alternative embodiment of the invention, the device has both the first, on the outer diameter of the receiving element formed Strömungsleiteinrichtung and the second, formed on the inner diameter of the receiving element flow guide.
Die erste und/oder die zweite Strömungsleiteinrichtung sind bevorzugt als mindestens eine Laufschaufel ausgebildet. Dabei weist jede Strömungsleiteinrichtung vorteilhaft eine Vielzahl von Laufschaufeln auf. Unter einer Vielzahl von Laufschaufeln sind dabei mindestens zwei beziehungsweise zwei oder mehr als zwei Laufschaufeln zu verstehen.The first and / or the second flow guiding device are preferred as at least one Blade formed. In this case, each flow guide advantageously has a multiplicity of moving blades. In this case, a multiplicity of moving blades mean at least two or two or more than two moving blades.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Verdichtung des gasförmigen Fluids als ein Kolbenverdichter mit variablem Hubvolumen ausgebildet. Die Vorrichtung weist dann vorteilhaft ein Gehäuse mit mindestens einer Zylinderbohrung auf, wobei innerhalb der mindestens einen Zylinderbohrung ein Kolben radial fixiert angeordnet ist. Der Kolben ist dabei mit einem Antriebselement derart verbunden, bei einer Rotation des Antriebselements auf dem Antriebselement entlang bewegt zu werden, sodass die Rotation der Antriebswelle mit dem Antriebselement in eine lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens umgewandelt wird. Die bevorzugt als riemengetriebener Kältemittelverdichter für mobile Anwendungen ausgebildete Vorrichtung wird über eine Kupplung oder über eine Riemenscheibe und damit kupplungslos angetrieben. Das Antriebselement kann dabei als Schwenkring oder als Taumelscheibe ausgebildet sein. Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Verdichtung des gasförmigen Fluids als ein Scrollverdichter ausgebildet.According to a development of the invention, the device for compressing the gaseous fluid is designed as a reciprocating compressor with variable displacement. The device then advantageously has a housing with at least one cylinder bore, wherein a piston is arranged radially fixed within the at least one cylinder bore. The piston is in this case connected to a drive element in such a way that it is moved along the drive element during a rotation of the drive element, so that the rotation of the drive shaft with the drive element is converted into a linear reciprocation of the piston. The device, which is preferably designed as a belt-driven refrigerant compressor for mobile applications, is driven via a clutch or via a pulley and thus without a clutch. The drive element can be designed as a swivel ring or as a swash plate. According to an alternative embodiment of the invention, the device for compressing the gaseous fluid is designed as a scroll compressor.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bevorzugt in einem Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs verwendet.The device according to the invention is preferably used in a refrigerant circuit of an air conditioning system of a motor vehicle.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verdichtung des gasförmigen Fluids weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:
- – optimale Schmierung sowie Kühlung und damit maximale Lebensdauer der Wellendichtung und der Lager,
- – damit verbunden maximale Lebensdauer der Vorrichtung und minimale Wartungskosten,
- – einfache Konstruktion aus einer minimalen Anzahl an Komponenten bei minimalem Platzbedarf,
- – minimale Kosten für Herstellung, Montage und Betrieb sowie
- – minimaler Einfluss auf die im Betrieb aufzunehmende Leistung.
- - optimum lubrication and cooling and thus maximum service life of the shaft seal and the bearings,
- - associated with maximum device life and minimal maintenance costs,
- - simple construction of a minimum number of components with minimal space requirements,
- - minimum costs for manufacture, installation and operation as well
- - minimal influence on the power to be absorbed during operation.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:Further details, features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
In
Im Unterschied zu den in den
Bei der Ausgestaltungsform nach
In weiteren nicht dargestellten Ausgestaltungsformen sind entweder die ersten Strömungsleiteinrichtungen
Je nach Ausgestaltung, Ausrichtung und Anordnung der Strömungsleiteinrichtungen
Die Strömungsleiteinrichtungen
In der Ausgestaltungsform mit lediglich den ersten Strömungsleiteinrichtungen
In der Ausgestaltungsform mit lediglich den zweiten Strömungsleiteinrichtungen
In der Ausgestaltungsform mit beiden Strömungsleiteinrichtungen
Zudem können die Strömungsleiteinrichtungen
Zum anderen können die Strömungsleiteinrichtungen
Die nicht dargestellte Ausgestaltungsform der Antriebswelle
In
Die schaufelförmig ausgebildeten ersten Strömungsleiteinrichtungen
Die ebenfalls schaufelförmig ausgebildeten zweiten Strömungsleiteinrichtungen
Die Schaufeln der zweiten Strömungsleiteinrichtungen
Das Aufnahmeelement
Die Anzahl und die jeweilige Ausgestaltungsform der schaufelförmigen Strömungsleiteinrichtungen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1', 11 ', 1
- Vorrichtung zur Verdichtung, Verdichter Device for compaction, compressor
- 22
- Gehäuse casing
- 2a2a
- vorderes Gehäuseelement, Kurbelgehäuse front housing element, crankcase
- 2b2 B
- hinteres Gehäuseelement rear housing element
- 33
- Kolben piston
- 4', 44 ', 4
- Antriebswelle drive shaft
- 55
- Antriebselement driving element
- 66
- Zylinderbohrung bore
- 77
- Kurbelkammer crank chamber
- 88th
- Ansaugkammer suction
- 99
- Ausstoßkammer discharge chamber
- 1010
- Riemenscheibe pulley
- 1111
- Dichtung, Wellendichtung Seal, shaft seal
- 1212
- Lager, Radiallager Bearings, radial bearings
- 1313
- Lager, Axiallager Bearing, thrust bearing
- 14', 1414 ', 14
-
Aufnahmeelement Axiallager
13 antriebswellenseitigReceiving element thrustbearing 13 drive shaft side - 14a14a
-
Außendurchmesser Aufnahmeelement
14 Axiallager13 Outerdiameter receiving element 14 thrust13 - 14b14b
-
Innendurchmesser Aufnahmeelement
14 Axiallager13 Innerdiameter receiving element 14 thrust13 - 14c14c
-
Lauffläche Axiallager
13 Tread thrustbearing 13 - 1515
- Durchgangsöffnung Through opening
- 16'a, 16a, 17a16a, 16a, 17a
-
Strömungsrichtung in Bereich Wellendichtung
11 Flow direction inarea shaft seal 11 - 16'b, 16b, 17b16'b, 16b, 17b
-
Strömungsrichtung aus Bereich Wellendichtung
11 Flow direction out ofrange shaft seal 11 - 1818
- erste Strömungsleiteinrichtung first flow guide
- 1919
- zweite Strömungsleiteinrichtung second flow guide
- 2020
- Drehrichtung der Antriebswelle Direction of rotation of the drive shaft
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- JP 07158566 A [0006] JP 07158566 A [0006]
Claims (10)
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---|---|---|---|
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KR1020170024281A KR101865174B1 (en) | 2016-05-04 | 2017-02-23 | Device for compressing a gaseous fluid |
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Family Applications (1)
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- 2017-02-23 KR KR1020170024281A patent/KR101865174B1/en active IP Right Grant
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Also Published As
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---|---|
KR20170125697A (en) | 2017-11-15 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative |
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