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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kältemittelantrieb, insbesondere einen Kältemittelverdichter für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem elektromotorischen Antrieb und mit einem Verdichter für ein Kältemittel. Ein derartiger Kältemittelverdichter ist z. B. aus der
DE 11 2013 005 946 T5 bekannt. Das Kältemittel ist beispielsweise ein chemisches Kältemittel oder Kohlenstoffdioxid (CO
2).
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Bei Kraftfahrzeugen sind regelmäßig Klimaanlagen eingebaut, die mit Hilfe einer einen Kältemittelkreislauf bildenden Anlage den Fahrzeuginnenraum klimatisieren. Derartige Anlagen weisen grundsätzlich einen Kreislauf auf, in dem ein Kältemittel geführt ist. Das Kältemittel, beispielsweise R-134a (1,1,1,2-Tetrafluorethan) oder R-744 (Kohlenstoffdioxid), wird an einem Verdampfer erwärmt und mittels eines (Kältemittel-)Verdichters beziehungsweise Kompressors verdichtet, wobei das Kältemittel anschließend über einen Wärmetauscher die aufgenommene Wärme wieder abgibt, bevor es über eine Drossel erneut zum Verdampfer geführt wird.
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In derartigen Anwendungen sind beispielsweise Scroll-Maschinen als Kompressoren beziehungsweise Verdichter für das Kältemittel grundsätzlich möglich. Derartige Scrollverdichter weisen typischerweise zwei relativ zueinander bewegbare Scroll-Teile auf, die im Betrieb nach Art einer Verdrängerpumpe arbeiten. Die beiden Scroll-Teile sind hierbei typischerweise als ein ineinander verschachteltes (schneckenförmiges) Spiralen- oder Scrollpaar ausgeführt. Mit anderen Worten greift eine der Spiralen zumindest teilweise in die andere Spirale ein. Die erste (Scroll-)Spirale ist hierbei in Bezug auf ein Verdichtergehäuse feststehend (stationärer Scroll, Fix-Scroll), wobei die zweite (Scroll-)Spirale (beweglicher Scroll) mittels des Elektromotors innerhalb der ersten Spirale orbitierend angetrieben ist.
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Zur Regelung und/oder Steuerung ist der Elektromotor an eine (Motor-)Elektronik angeschlossen. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen (Verschmutzungen, Feuchtigkeit) ist die Motorelektronik in der Regel in einem Elektronikgehäuse aufgenommen. Das Elektronikgehäuse ist hierbei zweckdienlicherweise in der Nähe eines den Elektromotor aufnehmenden Motorgehäuses angeordnet.
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Der Elektromotor ist in der Regel bürstenlos mit einem Stator und einem darin drehbar gelagerten Rotor ausgeführt. Der Stator trägt eine Drehfeld- oder Statorwicklung. Die Phasenenden der Statorwicklung sind hierzu von dem Motorgehäuse zu dem Elektronikgehäuse geführt und dort mit einem Wechselrichter (Inverter) der Motorelektronik gekoppelt.
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Für einen schnellen und zuverlässigen Anlauf und Betrieb des Verdichters ist eine vergleichsweise hohe Leistung des Elektromotors notwendig. Mit anderen Worten sind vergleichsweise große (Dreh-)Ströme zum Antrieb des Rotors notwendig, damit der Verdichter in kurzer Zeit auf eine Betriebsgeschwindigkeit beschleunigbar ist. Bei einem Beaufschlagen der Statorwicklungen mit einem großen Strom entsteht eine signifikante Wärmeentwicklung. Zur Kühlung wird der Elektromotor im Betrieb von dem Kältemittel und/oder einem Motorfluid (Motoröl) umspült. Dies bedingt eine fluiddichte und druckdichte Trennung zwischen dem Motorgehäuse und dem Elektronikgehäuse, sodass die Leistungselektronik der Motorelektronik nicht beschädigt oder zerstört wird. Zu diesem Zwecke sind die Phasenenden beziehungsweise die mit diesen und der Elektronik kontaktierten Leitungen gegenüber den Gehäusen abgedichtet. Aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der eingesetzten Dichtungen und/oder der Gehäuse besteht hierbei im Betrieb des Kältemittelverdichters die Gefahr von Leckagen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten elektrischen Kältemittelantrieb anzugeben, welcher insbesondere hinsichtlich einer fluiddichten und druckdichten Trennung zwischen einem Motorgehäuse und einem Elektronikgehäuse verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße elektrische Kältemittelantrieb ist insbesondere für den Einsatz als Kältemittelverdichter für das Verdichten eines Kältemittels einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs geeignet und eingerichtet. In einer bevorzugten Einbausituation ist der nachfolgend auch als Kältemittelverdichter bezeichnete Kältemittelantrieb hierzu in einem Kältemittelkreislauf der Klimaanlage angeordnet. Das Kältemittel tritt über einen niederdruckseitigen Einlass in den Kältemittelverdichter ein, wird innerhalb des Kältemittelverdichters verdichtet und tritt über einen hochdruckseitigen Auslass in den Kältemittelkreislauf aus.
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Der elektrische Kältemittelverdichter weist erfindungsgemäß einen elektromotorischen Antrieb mit einem Motorgehäuse auf, in welchen ein Elektromotor mit einer rotierbaren Motorwelle aufgenommen ist. Der Elektromotor umfasst einen Stator mit einer Statorwicklung (Drehfeldwicklung) und einen darin drehbar gelagerten Rotor, welcher drehfest an die Motorwelle angebunden ist. Das Motorgehäuse ist A-seitig mit einem Lagerschild gefügt, durch welches die Motorwelle zumindest teilweise zu dem Verdichter hindurchragt. Der vorzugsweise als Scroll-Verdichter ausgebildete Verdichter ist hierbei geeigneterweise mit dem Lagerschild überstehenden Teil (A-seitiges Wellenende) der Motorwelle antriebstechnisch gekoppelt oder koppelbar. Gegenüberliegend zum Lagerschild ist eine fluiddichte und druckdichte Gehäusezwischenwand angeordnet, mit welcher ein Elektronikgehäuse als Teil des Motorgehäuses gebildet und vom die Motorkomponenten aufnehmenden Gehäuseteil getrennt wird. Unter fluiddicht ist hierbei insbesondere eine gasdichte Abdichtung gegenüber dem (gasförmigen) Kältemittel im Motorgehäuse zu verstehen.
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Das Elektronikgehäuse nimmt eine den Elektromotor steuernde und/oder regelnde Motorelektronik auf und ist mittels eines Gehäusedeckels verschlossen beziehungsweise reversibel verschließbar. Mit anderen Worten bilden das Motorgehäuse und das Elektronikgehäuse vorzugsweise ein gemeinsames, etwa topfartiges Antriebsgehäuse, welches an den gegenüberliegenden Stirnseiten von dem Lagerschild einerseits und dem Gehäusedeckel andererseits verschlossen ist. Das Motorgehäuse und das Elektronikgehäuse sind hierbei insbesondere als durch die Gehäusezwischenwand voneinander getrennte beziehungsweise separate Gehäuseteilbereiche des Antriebsgehäuses ausgebildet.
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Zur elektrischen Kontaktierung der Statorwicklungen des Stators mit einer Leistungselektronik (Brückenschaltung) der Motorelektronik ist in die Gehäusezwischenwand eine Anzahl von Durchgangsöffnungen eingebracht. In den Durchgangsöffnungen ist jeweils eine Durchkontaktierung eingesetzt, mit welcher das Motorgehäuse und das Elektronikgehäuse fluiddicht und druckdicht getrennt sind. Mit anderen Worten dichten die Durchkontaktierungen die Durchgangsöffnungen der Gehäusezwischenwand permeationssicher ab. Die Durchkontaktierungen umfassen jeweils einen stift- oder pinartigen Anschlussbolzen (Phasenverlängerung), welcher an ein jeweils zugeordnetes Phasenende der Statorwicklung kontaktiert ist. Mit anderen Worten weist die Gehäusezwischenwand eine der Anzahl der Phasenenden entsprechende Anzahl von Durchgangsöffnungen und Durchkontaktierungen auf.
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Das Antriebsgehäuse ist hierbei vorzugsweise als ein Druckgussteil aus einem Aluminiummaterial hergestellt, wobei die einstückige oder monolithisch integrierte Gehäusezwischenwand das Motorgehäuse und das Elektronikgehäuse voneinander separiert. Die Durchkontaktierungen sind hierbei zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass der eingefasste Anschlussbolzen elektrisch isoliert gegenüber der Gehäusezwischenwand gehalten ist.
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Durch die Trennung von Motorgehäuse und Elektronikgehäuse mittels einer Gehäusezwischenwand ist ein besonders kompakter und bauraumreduzierter Kältemittelantrieb realisiert. Durch die Durchkontaktierungen werden die für die Kontaktierung und Führung benötigten Durchgangsöffnungen der Gehäusezwischenwand zuverlässig und betriebssicher abgedichtet.
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Der Elektromotor des Antriebs ist geeigneterweise bürstenlos und enthält rotorseitige Permanentmagneten sowie statorseitig die als Drehfeldwicklung ausgeführte Statorwicklung, vorzugsweise in Form einer Anzahl von Spulen, welche auf sternförmig angeordneten, radial einwärts gerichteten Statorzähnen eines (Stator-)Blechpakets, vorzugsweise mittels Spulenträgern, aufgesetzt sind. Die Spulenenden werden geeigneterweise zu einer vorzugsweise 6-phasigen Motor- oder Drehfeldwicklung verschaltet. Die Verschaltung der Spulenenden erfolgt innerhalb des Motorgehäuses. Lediglich die sechs Phasenenden der Statorwicklung werden über die Durchkontaktierungen (mechanisch) in das Elektronikgehäuse geführt und dort mit einer Leistungselektronik, vorzugsweise mit einer Brückenschaltung mit zwei B6-Brücken mit entsprechend zwölf Leistungshalbleiterschaltern, elektrisch verbunden. Deren Versorgung erfolgt somit über einen Zwischenkreis der Motorelektronik mit einer Anzahl von vorzugsweise in Gruppen (Dreiergruppen) angeordneten Zwischenkreiskondensatoren, wobei die Anzahl vorzugsweise achtzehn beträgt.
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In einer geeigneten Weiterbildung ist die Durchkontaktierung mittels eines zylindrischen Pressverbands, insbesondere eines Querpressverbands (Schrumpfpressverband), in der Durchgangsöffnung befestigt. Vorzugsweise erfolgt die Montage der Durchkontaktierungen mittels des Querpressverbands zusammen mit dem Fügen des Stators in dem Motorgehäuse. Durch den Querpressverband wird eine gleichmäßige Pressung und somit Abdichtung über den gesamten Umfang der Durchkontaktierung gewährleistet. Des Weiteren werden keine zusätzlichen Befestigungsmittel wie Schrauben oder Kleber benötigt, wodurch die Herstellung des Kältemittelantriebs besonders aufwandsarm und kostengünstig ist.
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Zur Herstellung des Querpressverbands sind die Durchkontaktierungen und die Durchgangsöffnungen vorzugsweise als Passteile gepaart und werden miteinander thermisch gefügt. Hierbei weisen die Durchkontaktierungen vor dem Fügen ein Übermaß gegenüber den Durchgangsöffnungen auf. Um die Durchkontaktierung in die Durchgangsführung einzusetzen ist es insbesondere notwendig, dass die Gehäusezwischenwand auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, sodass die Durchgangsöffnungen aufgrund der dadurch bewirkten Wärmeausdehnung aufgeweitet werden. Somit wird eine umlaufbiegebelastete Querpressverbindung zwischen der Durchkontaktierung und der jeweiligen Durchgangsöffnung der Gehäusezwischenwand realisiert.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Anschlussbolzen elektronikseitig mittels Widerstandshartlöten an ein Kontaktelement der Motorelektronik kontaktiert. Durch das Widerstandshartlöten sind einerseits eine zuverlässige elektrische Kontaktierung sowie andererseits eine besonders mechanisch feste Verbindung zwischen dem Anschlussbolzen und dem Kontaktelement sichergestellt. Der Anschlussbolzen ist somit motorseitig an das Phasenende und elektronikseitig an das Kontaktelement angeschlossen. Mit anderen Worten ist der Anschlussbolzen als eine elektrisch leitfähige und mechanisch stabile Leitung zwischen dem Phasenende und dem Kontaktelement ausgestaltet.
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In einer möglichen Ausgestaltungsform, insbesondere bei einer schwimmend im Elektronikgehäuse gelagerten Motorelektronik, ist das Kontaktelement flexibel ausgestaltet. Dadurch ist eine zuverlässige und betriebssichere mechanische Verbindung und elektrische Kontaktierung der Phasenenden oder Phasenanschlüsse der Statorwicklung des Elektromotors mit den entsprechenden Kontaktstellen der Leistungselektronik gewährleistet. Hierzu weist das Kontaktelement beispielsweise ein erstes Kontaktteil zur Stator- beziehungsweise Phasenwicklung und ein zweites Kontaktteil zur Kontaktierung mit der Kontaktstelle sowie einen dazwischen angeordneten flexiblen/elastischen Kontaktabschnitt auf. Der Kontaktabschnitt ist hierzu beispielsweise als ein Kupfergeflecht oder dergleichen ausgeführt. Dadurch ist ein Längen- und/oder Zugausgleich ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausführung weist die oder jede Durchgangsöffnung eine Hinterschneidung unter Bildung einer elektronikseitigen Sickenöffnung und einer motorseitigen Einführöffnung auf. Die Hinterschneidung bildet hierbei elektronik- und motorseitige Anlageflächen für Dichtungselemente der Durchkontaktierung aus, wodurch die Abdichtung zwischen dem Motorgehäuse und dem Elektronikgehäuse wesentlich erleichtert und verbessert wird.
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In einer geeigneten Ausbildung ist der Anschlussbolzen der Durchkontaktierung mittels einer flanschförmigen Isolierhülse (Dichtkragen) als Dichtungselement, insbesondere im Bereich der Hinterschneidung der Durchgangsöffnung, zumindest abschnittsweise umgeben. Die Isolierhülse weist hierbei einen den Anschlussbolzen umfassenden Rohrabschnitt sowie ein hieran stirnseitig angeformten und umfangsseitig überstehenden Flanschkragen auf. Der Rohrabschnitt sitzt vorzugsweise im Bereich des Bundes der zentralen Öffnung der Hinterschneidung ein, das bedeutet, der Rohrabschnitt ist von der Hinterschneidung insbesondere dichtend eingefasst. Der Flanschkragen liegt hierbei elektronik- oder motorseitig gegen die jeweilige Anlagefläche der Hinterschneidung an. Vorzugsweise dient die Isolierhülse hierbei gleichzeitig als eine Druckscheibe zur Aufnahme von im Betrieb auftretenden Druckbelastungen.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Isolierhülse aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem Polytetrafluorethylen-Material hergestellt. Dadurch ist eine kostengünstige und zuverlässige Isolierhülse gewährleistet.
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Der Anschlussbolzen ist motorseitig mittels eines umfangsseitig an der Durchgangsöffnung, insbesondere im Bereich der Einführöffnung, anliegenden, metallischen C-Rings (C-Dichtung) abgedichtet. In dieser besonders zuverlässig dichtenden Ausführung liegt der C-Ring vorgespannt und umfangsseitig an dem insbesondere metallischen Gehäusematerial der Gehäusezwischenwand an. Alternativ liegt in dem C-Ring ein flexibles Metallrohr.
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Der C-Ring ist vorzugsweise eine Metalldichtung mit einem offenen C-Profil als Querschnittsform. Die C-Form bewirkt hierbei eine vergleichsweise große Rückverformungselastizität, wodurch eine effektive Abdichtung sichergestellt ist. Der C-Ring ist hierbei vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Antriebsgehäuse beziehungsweise wie die Gehäusezwischenwand hergestellt, sodass auch im Falle einer thermischen Expansion der Gehäusezwischenwand eine zuverlässige und effektive Abdichtung zwischen Motorgehäuse und Elektronikgehäuse gewährleistet ist. Dadurch ist eine zuverlässige Abdichtung über einen weiten Temperaturbereich sowie über einen weiten (Kältemittel-)Druckbereich sichergestellt.
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In einer möglichen Weiterbildung weist der Anschlussbolzen einen umfangsseitig verbreiterten Mittelabschnitt auf. Der Mittelabschnitt ist hierbei insbesondere einerseits mittels des C-Rings gegen die Einführöffnung und andererseits mittels der Isolierhülse im Bereich der Hinterschneidung abgedichtet. Diese Weiterbildung ist insbesondere vorteilhaft bei einem Einsatz von chemischen Kältemitteln.
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Die Durchkontaktierung der Phasenanschlüsse durch die Gehäusezwischenwand des Antriebsgehäuses erfolgt mittels elektrisch leitenden, bolzenartigen Anschluss-/Durchführungselementen (-pins). Diese weisen vorzugsweise den beispielsweise aus Kupfer bestehenden, zylindrischen zentralen Anschluss- oder Kontaktbolzen auf. Dieser hat vorzugsweise in Axialrichtung unterschiedliche Durchmesser. Dabei weist der Mittelabschnitt als mittlerer Bolzenbereich einen größeren Durchmesser auf als ein sich (axial) anschließender Anschlussbereich zur Kontaktierung mit dem vorzugsweise flexiblen Kontaktelement auf. Gegenüberliegend ist ein ebenfalls durchmesserreduzierter Anschlussbereich mit dem jeweiligen Spulen- bzw. Phasenende kontaktiert. Die spulen- oder phasenseitige Kontaktierung erfolgt vorzugsweise innerhalb des Motorgehäuses und dabei geeigneterweise möglichst nahe der dem Elektronikgehäuse abgewandten Gehäuseseite der Gehäusezwischenwand des Antriebsgehäuses in einer Verschaltungseinheit (Verschaltungs(ring-)gehäuse).
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In die Gehäusezwischenwand ist an den vorbestimmten Positionen die der Anzahl der (Motor-)Phasen entsprechende Anzahl von Durchgangsöffnungen eingebracht. Diese sind geeigneterweise mit einem (angeformten) domartigen, zylinderförmigen Dichtkragen umgeben, welcher zumindest teilweise in der Eingangsöffnung einsitzt. Auch weist geeigneterweise die motorseitige und dabei auf der entsprechenden Stirnseite des Stators angeordnete Verschaltungseinheit (Verschaltungsringscheibe oder -anordnung) derartige domförmige Halte- und Dichtstrukturen zur Aufnahme eines entsprechenden Abschnitts der Phasendurchkontaktierung auf.
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Jeder der vorzugsweise sechs Anschlussbolzen ist axial abschnittsweise von einem Kunststoffmaterial als Dichtkragen umgeben. Dieses ist wiederum geeigneterweise stufenartig mit zwei unterschiedlich großen Durchmesserabschnitten ausgeführt. An diesen isolierenden Abschnitt schließt sich geeigneterweise der C-Ring mit einem einliegendem Dichtrohr an. Dadurch sitzt der Anschlussbolzen in der entsprechenden Dichthülse des statorseitigen Verschaltungsrings und der Einführöffnung der Durchgangsöffnung gas- bzw. fluiddicht ein.
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Die Durchführung der Anschluss- oder Phasenbolzen durch die Gehäusezwischenwand in den Elektronikgehäuseteil erfolgt über die Durchkontaktierung. Dort erfolgt (elektronikseitig) die mechanische und elektrische Verbindung mit dem flexiblen Kontaktelement. Über den flexiblen Kontaktabschnitt und den mit diesem verbundenen weiteren buchsenartigen Kontaktabschnitt erfolgt beispielsweise eine Schraubverbindung und Kontaktierung mit einem eine Leiterplattenseite der Motorelektronik kontaktierten Kontaktelement.
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Bei einem Einsatz von Kältemitteln mit vergleichsweise hohen Betriebsdrücken wie beispielsweise R-744 (Kohlenstoffdioxid) ist in einer hierfür besonders geeigneten alternativen Weiterbildung vorgesehen, dass der Anschlussbolzen von einer flansch- oder manschettenförmigen Keramikhülse umgeben ist. die Keramikhülse ist hierbei im Montagezustand motorseitig, das bedeutet im Bereich der Einführöffnung, angeordnet. Dadurch ist eine permeationssichere Abdichtung der Durchkontaktierung auch bei höheren (Kältemittel-)Drücken und unterschiedlichen Kältemitteln realisiert.
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Zum Zwecke einer zuverlässigen Abdichtung ist in einer vorteilhaften Ausbildung vorgesehen, dass der C-Ring im Bereich der Einführöffnung zwischen der Keramikhülse und einem gegen die Hinterschneidung abgestützten Stützring angeordnet ist. Dadurch ist insbesondere bei einem im Betrieb auftretenden, motorseitigen Überdruck des Kältemittels eine sichere Abdichtung realisiert. Der C-Ring wird hierbei axial über den Stützring an der Gehäusezwischenwand beziehungsweise der motorseitigen Anlagefläche der Hinterschneidung abgestützt.
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Zur Abdichtung der Keramikhülse gegenüber dem darin einsitzenden Anschlussbolzen ist in einer geeigneten Ausführung vorgesehen, dass die Keramikhülse mittels einer Lötverbindung an den Anschlussbolzen mechanisch fest und dichtend angebunden ist.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischen und vereinfachten Darstellungen:
- 1 in einer perspektivischen Seitenansicht einen elektromotorischen Kältemittelverdichter mit einem elektromotorischen Antrieb und mit einem Verdichter,
- 2 in Seitenansicht den Kältemittelverdichter ohne Gehäuse,
- 3 ausschnittsweise in perspektivischer Darstellung einen Rotor des Elektromotors mit dem Verdichter,
- 4 in perspektivischer Darstellung einen Verschaltring des Elektromotors mit einer Durchkontaktierung der Phasenenden einer Statorwicklung,
- 5 in perspektivischer Darstellung den Verschaltring mit unterschiedlichen Montagezuständen der Durchkontaktierung,
- 6 in perspektivischer Darstellung eine B-seitige Statorstirnseite des Elektromotors bei abgenommenen Verschaltring,
- 7 in perspektivischer Schnittdarstellung eine alternative Ausführungsform der Durchkontaktierung, und
- 8 in Schnittdarstellung ausschnittsweise die alternative Durchkontaktierung.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der in 1 dargestellte Kältemittelantrieb 2 ist vorzugsweise als ein Kältemittelverdichter in einem nicht näher dargestellten Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs verbaut. Der elektromotorische Kältemittelverdichter 2 weist einen elektrischen (elektromotorischen) Antrieb 4 sowie ein mit diesem gekoppelten Verdichter (Verdichterkopf) 6 auf. Der Antrieb 4 einerseits und der Verdichter 6 andererseits sind modular aufgebaut, sodass beispielsweise ein Antrieb 4 an unterschiedliche Verdichter 6 koppelbar ist. Ein zwischen den Modulen 4 und 6 gebildeter Übergangsbereich weist eine mechanische Schnittstelle 8 mit einem antriebsseitigen Lagerschild 10 auf. Der Verdichter 6 ist antriebstechnisch über die mechanische Schnittstelle 8 an den Antrieb 4 angebunden.
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Zur Montage oder Befestigung ist der Verdichter 6 mittels sechs umfangsseitig verteilten Flanschverbindungen 12 an den Antrieb 4 gefügt. Die Flanschverbindungen 12 sind hierbei radial überstehend an den Außenumfang des Kältemittelverdichters 2 als laschenartige Flansche 12a, 12b, 12c angeformt. Die Flansche 12a, 12b und 12c weisen hierbei jeweils eine axiale Höhe entlang einer Axialrichtung A des Kältemittelverdichters 2 auf.
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Jede Flanschverbindung 12 weist einen Flansch 12a des Antriebs und einen Flansch 12b des Lagerschilds 10 sowie einen Flansch 12c des Verdichters 6 auf, welche jeweils miteinander fluchtende Schraubenaufnahmen 14 aufweisen, in die jeweils eine Befestigungsschraube 16 vom Verdichter 6 aus einschraubbar ist. Hierzu weisen insbesondere die Schraubenaufnahmen 14 der Flansche 12a des Antriebs 4 ein Innengewinde auf, in welches die Befestigungsschraube 16 kraftschlüssig verschraubbar ist. Durch die somit sechs Befestigungsschrauben 16 ist der Verdichter 6 betriebssicher und rüttelfrei an dem Antrieb 4 befestigt. In den Figuren sind die Flanschverbindungen 12 lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
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Der Antrieb 4 umfasst ein topfartiges Antriebsgehäuse 18 mit zwei Gehäuseteilbereichen 18a und 18b, welche durch eine monolithisch integrierte Gehäusezwischenwand 18c innerhalb des Antriebsgehäuses 18 voneinander fluiddicht getrennt sind. Das Antriebsgehäuse 18 ist vorzugsweise als ein Druckgussteil aus einem Aluminum-Material hergestellt.
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Wie in einer zusammenschauenden Betrachtung mit der 2 deutlich wird, ist der verdichterseitige Gehäuseteilbereich als ein Motorgehäuse 18a zur Aufnahme eines Elektromotors 20 ausgebildet. Das Motorgehäuse 18a ist einerseits durch die (Gehäuse-)Zwischenwand 18c und andererseits durch das Lagerschild 10 verschlossen. Der an der Zwischenwand 18c gegenüberliegende Gehäuseteilbereich ist als ein Elektronikgehäuse 18b ausgebildet, in welchem eine den Elektromotor 20 ansteuernde Motorelektronik 22 aufgenommen ist.
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Der insbesondere bürstenlose Elektromotor 20 umfasst einen, in 3 näher dargestellten, drehfest mit einer Motorwelle 24 gekoppelten Rotor 26, welcher rotierbar innerhalb eines Stators 28 angeordnet ist. Der Stator 28 umfasst ein (Stator-)Blechpaket 28a mit zwölf nach innen gerichteten Statorzähnen, auf welche eine Stator- beziehungsweise Drehfeldwicklung 28b des Elektromotors 20 aufgebracht ist. Die Spulenwicklungen der einzelnen Motorphasen der Statorwicklung 28b sind auf lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehenen Spulen- oder Wicklungskörpern 30 aufgewickelt, welche wiederum auf die Statorzähne aufgesetzt sind.
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Das Elektronikgehäuse 18b ist mit einem Gehäusedeckel (Elektronikdeckel) 32 zu einer dem Verdichter 6 abgewandten Stirnseite des Antriebs 4 hin verschlossen. Die Motorelektronik 22 wird bei einem geöffneten Gehäusedeckel 32 in dem Elektronikgehäuse 18b montiert und ist weiterhin bei einem abgenommenen Gehäusedeckel 32 zu Wartungs- oder Reparaturzwecken problemlos zugänglich.
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Das Antriebsgehäuse 18 weist im Bereich des Elektronikgehäuses 18b einen Gehäuseanschlussabschnitts 34 zur elektrischen Kontaktierung der Elektronik 22 an ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs auf. Der Gehäuseanschlussabschnitt 34 umfasst zwei Motoranschlüsse 34a und 34b, welche zu der Elektronik 22 geführt und mit dieser innerhalb des Elektronikgehäuses 18b elektrisch kontaktiert sind.
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Das Antriebsgehäuse 18 weist etwa auf Höhe des Gehäuseanschlussabschnitts 34 einen (Kältemittel-)Einlass 36 zum Anschluss an den Kältemittelkreislauf auf. Über den Einlass 36 strömt ein Kältemittel des Kältemittelkreislaufes in das Antriebsgehäuse 18, insbesondere in das Motorgehäuse 18a, ein. Von dem Motorgehäuse 18a aus fließt das Kältemittel durch das Lagerschild 10 zu dem insbesondere als Scrollverdichter ausgestalteten Verdichter 6. Das Kältemittel wird anschließend mittels des Verdichters 6 verdichtet beziehungsweise komprimiert und tritt an einem bodenseitigen (Kältemittel-)Auslass 38 des Verdichters 6 in den Kältemittelkreislauf der Klimaanlage aus.
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Der Auslass 38 ist an dem Boden eines topfförmigen Verdichtergehäuses 40 des Verdichters 6 angeformt. Im angeschlossenen Zustand bildet der Einlass 36 hierbei die Niederdruck- beziehungsweise Saugseite und der Auslass 38 die Hochdruck- beziehungsweise Pumpseite des Kältemittelverdichters 2.
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Die Spulenwicklungen werden als Spulen auf die Wicklungsträger 30 und mit diesen auf die Statorzähne des Blechpakets 28a aufgesetzt. Jeder der rahmenartigen Wicklungsträger 30 trägt hierbei eine Spule oder Spulenwicklung als Teil der Statorwicklung 28b. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Spulenenden mittels eines stirnseitig auf den Stator 28 aufgesetzten Verschaltrings 40 geeigneterweise zu einer 6-phasigen Motor- oder Drehfeldwicklung 28b verschaltet. Die Verschaltung der Spulenenden erfolgt hierbei innerhalb des Motorgehäuses 18b. Im elektromotorischen Betrieb erzeugen die bestromten Wicklungen der Statorwicklung 28b das statorseitige Magnetfeld, das in Wechselwirkung mit Permanentmagneten des um die zentrale Stator- oder Motorachse A rotierenden Rotors 26 des bürstenlosen Elektromotors 20 tritt.
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Innerhalb des Verschaltrings 40 werden die Spulenenden der Statorwicklung 28b des bürstenlosen Elektromotors 20 in einer Stern- oder Dreiecksschaltung verschaltet. Wie insbesondere in den 4, 5 und 6 erkenntlich, ist der Elektromotor 20 in diesem Ausführungsbeispiel 6-phasig ausgeführt, und weist somit sechs Phasenenden oder Phasenanschlüsse 42 auf. Die Phasenenden 42 sind jeweils an Anschlussbolzen 44 einer Durchkontaktierung 46 kontaktiert, welche dichtend, insbesondere druckdicht und gasdicht, und elektrisch isoliert durch die Gehäusezwischenwand 18c zwischen dem Motorgehäuse 18a und dem Elektronikgehäuse 18b in dieses führt und dort mit der Elektronik 22 kontaktiert ist.
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In der 4 ist eine erste Ausführungsform der Durchkontaktierungen 46 dargestellt. Die zentralen Anschlussbolzen 44 dieser Durchkontaktierungen 46 sind auf der dem Elektromotor 20 beziehungsweise dessen Stator 28 zugewandten Seite des Verschaltrings 40 - und somit innerhalb des Motorgehäuses 18a - geeigneterweise über (vorzugsweise L-förmige) Brückenkontakte 48 mit den zugeordneten Phasenenden 42 der Statorwicklung 28b des Elektromotors 20 kontaktiert.
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Die 4 bis 6 zeigen die elektrisch isolierten und hochdichten Durchkontaktierungen 46, welche als Gehäusedurchführungen in entsprechenden Durchgangsöffnungen 50 (7) der Gehäusezwischenwand 18c einsitzen. Die Durchkontaktierungen 46 sind im Bereich des Verschaltrings 40 auf der (B-seitigen) Statorstirnseite angeordnet. Die Durchkontaktierungen 46 sind hierbei zumindest teilweise in zylinderartigen Aufnahmebuchsen oder Dichtkrägen 52 des Verschaltrings 40 dichtend eingesetzt.
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Wie in der 5 ersichtlich ist, sind die Anschlussbolzen 44 als Phasenanschlusskontakte oder -pins mit (Bolzen-)Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers versehen. So schließt sich an einen umfangsseitig verbreiterten Mittelabschnitt 54 mit einem vergleichsweise großen Durchmesser ein im Montagezustand mit einem flexiblen Kontaktelement 56 insbesondere widerstandshartgelöteten Anschlussabschnitt 58 mit einem vergleichsweise geringem Durchmesser an.
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Der Anschlussabschnitt 58 sowie teilweise der Mittelabschnitt 54 des Anschlussbolzens 44 sind von einer (entsprechend) stufig ausgeführten, flanschartigen, Isolierhülse 60 umschlossen. Die Isolierhülse 60 ist beispielsweise aus einem Polytetrafluorethylen-Kunststoff hergestellt. An die Isolierhülse 60 schließt sich zu dem Dichtkragen 52 hin und darin anliegend vorzugsweise ein C-Ring (C-Dichtung) 62 an, welcher umfangsseitig auf den Mittelabschnitt 54 aufgesetzt ist. In dem C-Ring 62 liegt in diesem Ausführungsbeispiel ein flexibles Metallrohr 64 ein. Dadurch ist im Füge- oder Montagezustand deine gewisse Vorspannung des C-Rings 62 realisiert, sodass beim Sitz der Durchkontaktierung 48 in dem verschaltringseitigen, hülsenartigen Dichtkragen 52 einerseits und dem zwischenwandseitigen Durchgangsöffnungen 50 andererseits, eine hohe Dichtigkeit, insbesondere (auch) Gasdichtheit, gegeben ist.
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Wie in der 6 dargestellt, schließt sich an den zentralen Mittelabschnitt 54 zum Stator 28 hin ein weiterer Anschlussabschnitt 66 mit wiederrum verringertem Durchmesser an. Dieser Anschlussabschnitt 66 ist mittels des Brückenkontakts 48 an das jeweilige Phasenende 42 kontaktiert. In der 6 sind weiterhin zwei Kontaktbrücken 68 erkennbar, mittels welchen jeweils zwei Phasenenden 42 der Statorwicklung 28a in Serienschaltung kontaktiert sind.
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Anhand der 7 und der 8 ist eine alternative Ausführungsform der Durchkontaktierung 46 dargestellt, welche insbesondere für den Einsatz von Kohlenstoffdioxid (CO2) als Kältemittel des Kältekreislaufs geeignet und eingerichtet ist. Die 7 und 8 zeigen ausschnittsweise die Gehäusezwischenwand 18c im Bereich einer Durchgangsöffnung 50. Wie in den Figuren vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, weist die Durchgangsöffnung 50 eine Hinterschneidung 70 auf, welche die Durchgangsöffnung 50 in eine elektronikseitige Sickenöffnung 50a und eine motorseitige Einführöffnung 50b unterteilt.
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Die in der Durchgangsöffnung 50 einsitzende Durchkontaktierung 46 weist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich eine Keramikhülse 72 sowie einen Stützring 74 auf. Wie insbesondere in der 8 ersichtlich ist, ist die Keramikhülse 72 mittels einer Lötverbindung 76 mechanisch fest und dichtend an den in dieser Ausführung im Wesentlichen zylindrischen Anschlussbolzen 44 befestigt.
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Die etwa flanschartige Keramikhülse 72 ist auf den Anschlussbolzen 44 aufgesetzt, wobei der in dieser Ausführung insbesondere metallische C-Ring 62 entlang einer Radialrichtung R zwischen der Zylinderfläche des Rohrabschnitts der Keramikhülse 72 und der Innenwand der Einführöffnung 50b bei einem Fügevorgang vorgespannt wird. Die Durchkontaktierung 46 wird insbesondere thermisch mittels eines Querpressverbands in die Durchgangsöffnung 50 gefügt. Vorzugsweise wird die Durchkontaktierung 46 im Zuge eines (thermischen) Fügens des Stators 28 mit dem Motorgehäuse 18a montiert. Dadurch ist die metallische C-Dichtung 62 sicher und einfach montierbar.
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Bei einem (motorseitigen) (Kältemittel-)Überdruck wird der C-Ring 62 mit dem Stützring 74 in Axialrichtung A gegen die Hinterschneidung 70 abgestützt. Im Falle eines derartigen Überdrucks wird die Keramikhülse 72 - wie insbesondere in 8 ersichtlich - ebenfalls zumindest teilweise an der Hinterschneidung 70 axial abgestützt.
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Elektronikseitig ist die flanschförmige Isolierhülse 60 in die Sickenöffnung 50a eingesetzt. Der Rohrabschnitt der Isolierhülse 60 sitzt hierbei dichtend in der zentralen Aussparung der Hinterschneidung 70 ein, wobei der radial überstehende Flanschkragen als eine Druckscheibe an der Hinterschneidung 70 anliegt. Wie in der Schnittdarstellung der 7 deutlich wird, steht der Anschlussbolzen 44 der Isolierhülse 60 innerhalb der Sickenöffnung 50a axial empor. Auf diesen emporstehenden Anschlussabschnitt 58 des Anschlussbolzens 44 ist ein Anschlussbereich des flexiblen Kontaktelements 56 aufgesetzt und mittels Widerstandshartlötens daran befestigt. Dadurch sind einerseits eine besonders effektive elektrisch leitende Kontaktierung sowie andererseits eine mechanisch stabile Befestigung realisiert.
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Im Falle eines (motorseitigen) (Kältemittel-)Unterdrucks wird der C-Ring 62 zur Motorseite hin gezogen, wobei er an dem Bund oder (Flansch-)Kragen der Keramikhülse 72 abgestützt beziehungsweise gehalten wird. Durch die mechanisch feste Fixierung der Keramikhülse 72 an dem Anschlussbolzen 44 mittels der Lötverbindung 76 wird die wirkende Axialkraft in den Anschlussbolzen 44 eingeleitet. Durch die mechanisch stabile Befestigung an dem Kontaktelement 56 presst dieses hierbei entlang der Axialrichtung A auf die Isolierhülse 60. Die Isolierhülse 60 liegt auf der Hinterschneidung 70 auf, und stützt somit die axialen Kräfte an der Gehäusezwischenwand 18c ab. Dadurch sitzt die Durchkontaktierung 46 auch bei hohen (Kältemittel-)Drücken, wie sie beispielsweise bei Kohlenstoffdioxid als Kältemittel auftreten, stets permeationsdicht innerhalb der Durchgangsöffnung 50 ein.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kältemittelantrieb/Kältemittelverdichter
- 4
- Antrieb/Modul
- 6
- Verdichter/Modul
- 8
- Schnittstelle
- 10
- Lagerschild
- 12
- Flanschverbindung
- 12a, 12b, 12c
- Flansch
- 14
- Schraubenaufnahme
- 16
- Befestigungsschraube
- 18
- Antriebsgehäuse
- 18a
- Gehäuseteilbereich/Motorgehäuse
- 18b
- Gehäuseteilbereich/Elektronikgehäuse
- 18c
- Gehäusezwischenwand
- 20
- Elektromotor
- 22
- Motorelektronik
- 24
- Motorwelle
- 26
- Rotor
- 28
- Stator
- 28a
- Statorblechpaket
- 28b
- Statorwicklung/Drehfeldwicklung
- 30
- Spulenkörper/Wickelkörper
- 32
- Gehäusedeckel
- 34
- Gehäuseanschlussabschnitt
- 34a, 34b
- Motoranschluss
- 36
- Einlass
- 38
- Auslass
- 40
- Verschaltring
- 42
- Phasenende/Phasenanschluss
- 44
- Anschlussbolzen
- 46
- Durchkontaktierung
- 48
- Brückenkontakt
- 50
- Durchgangsöffnung
- 50a
- Sickenöffnung
- 50b
- Einführöffnung
- 52
- Aufnahmebuchse/Dichtkragen
- 54
- Mittelabschnitt
- 56
- Kontaktelement
- 58
- Anschlussabschnitt
- 60
- Isolierhülse
- 62
- C-Ring/C-Dichtung
- 64
- Metallrohr
- 66
- Anschlussabschnitt
- 68
- Kontaktbrücke
- 70
- Hinterschneidung
- 72
- Keramikhülse
- 74
- Stützring
- 76
- Lötverbindung
- A
- Axialrichtung
- R
- Radialrichtung
