DE102018210153A1

DE102018210153A1 - Entkopplungsanordnung für einen Kompressor in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018210153A1
Application number: DE102018210153.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Pawelski; Wolfram Halupka; Eva Lenz; Andreas Gubalke; Jörg Scharf; Viktor Pahl
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-24

Abstract

Eine Entkopplungsanordnung für einen Kompressor in einem Kraftfahrzeug, mit einem Rahmenelement zur Befestigung der Entkopplungsanordnung an einer Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs, wobei auf dem Rahmenelement zumindest drei Entkopplungseinheiten angeordnet sind, welche geeignet sind, um den Kompressor zu tragen, und wobei jede der Entkopplungseinheiten ein Entkopplungselement aufweist, welches entlang einer Entkopplungsachse des jeweiligen Entkopplungselements komprimierbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass jede der Entkopplungsachsen mit einer Ebene, die durch die Angriffspunkte der Entkopplungselemente an dem Rahmenelement gebildet wird, einen Winkel zwischen 35° und 55° einschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entkopplungsanordnung für einen Kompressor in einem Kraftfahrzeug, mit einem Rahmenelement zur Befestigung der Entkopplungsanordnung an einer Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs, wobei auf dem Rahmenelement zumindest drei Entkopplungseinheiten angeordnet sind, welche geeignet sind, um einen Kompressor zu tragen, und wobei jede der Entkopplungseinheiten ein Entkopplungselement aufweist, welches entlang einer Entkopplungsachse des jeweiligen Entkopplungselements komprimierbar ist.
Kraftfahrzeuge weisen regelmäßig eine Klimaanlage auf, die genutzt wird, um die Luft im Fahrzeuginnenraum je nach Bedarf zu kühlen oder zu erwärmen. Eine solche Klimaanlage weist üblicherweise einen Kompressor auf, der genutzt wird, um ein Kühlmittel zu komprimieren. Oftmals handelt es sich dabei um einen sogenannten Scrollkompressor, bei dem eine Rotationsbewegung eines Motors in eine orbitierende Bewegung umgesetzt wird. Unter einer orbitierenden Bewegung wird dabei insbesondere eine Bewegung eines beweglichen Teils des Kompressors verstanden, bei dem sich der Mittelpunkt dieses Teils auf einer im Regelfall kreisförmigen Bahn um einen Fixpunkt bewegt, der bewegliche Teil des Kompressors dabei aber keine Rotation um sich selbst ausführt. Durch das Zusammenwirken mit einem schneckenförmigen Statoranteil des Kompressors kann so die gewünschte Kompressionswirkung erzielt werden.
Die angesprochene orbitierende Bewegung erzeugt sowohl Vibrationen als auch Luftschall. Diese werden von den Passagieren als störend empfunden, wenn sie sich bis in den Fahrgastinnenraum fortpflanzen. Der Kompressor wird daher meistens an ein entkoppeltes Aggregat angebunden, dessen Trägheit die mechanische Übertragung von Schwingungen bis in den Fahrgastinnenraum vermeiden soll. In einigen Fällen ist eine solche Anordnung des Kompressors aber nicht möglich, und der Kompressor muss zwingend direkt mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden werden. In diesem Fall ist es wünschenswert, eine Möglichkeit zur Verfügung zu stellen, um den Kompressor wirksam zu entkoppeln. Aus dem Stand der Technik sind dabei verschiedene Konzepte bekannt, bei denen ein-oder zweistufig mit Gummientkopplungselementen die Einleitung von Kräften reduziert werden soll. Aus Gründen der Betriebsfestigkeit, des Bauraums und allgemein konzeptbedingt sind diese Gummielemente aber so steif, dass für niedrige Drehzahlen, also zum Beispiel im Bereich von 10-15 Hz, keine ausreichende Entkopplung erreicht wird.
Aus der DE 20 2006 015 443 U1 ist ein Gehäuse für ein Klimagerät mit einem Verdichter bekannt, in das der Verdichter von oben in eine Öffnung eingesetzt werden kann. Auf dem Boden der Öffnung sind drei L-förmige Entkopplungselemente angeordnet, wobei der untere Schenkel des L als Auflagefläche für den Verdichter dient und der seitliche Schenkel als seitliche Abstützung fungiert. Im oberen Bereich der Seitenwand des Gehäuses sind drei weitere Entkopplungselemente angeordnet, die den oberen Bereich des Kompressors zur Seite hin abstützen. Es werden also insgesamt sechs Entkopplungselemente benötigt, von denen jedes einzelne Entkopplungselement sehr spezifische Aufgaben übernimmt.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, einen elektrischen Kompressor eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs zu verbinden und gleichzeitig eine Übertragung von Vibrationen und Schall in den Fahrgastinnenraum auch bei niedrigen Drehzahlen des Kompressors effizient zu vermeiden, wobei nach Möglichkeit eine kostengünstige Herstellung möglich sein soll.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine gattungsgemäße Entkopplungsanordnung, bei der jede der Entkopplungsachsen mit einer Ebene, die durch die Angriffspunkte der Entkopplungseinheiten an dem Rahmenelement gebildet wird, einen Winkel zwischen 35° und 55° einschließt. Vorzugsweise schließen die Entkopplungsachsen mit der zuvor beschriebenen Ebene jeweils einen Winkel zwischen 40° und 50°, beispielsweise 45°, ein. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung bewirkt so, dass jede der Entkopplungseinheiten in der Lage ist, sowohl Kräfte in horizontalen Richtungen als auch Kräfte in vertikaler Richtung zumindest anteilsweise aufzunehmen. Die zumindest drei Entkopplungseinheiten arbeiten somit in jedem Fall effektiv zusammen, so dass keine der Entkopplungseinheiten und somit keines der Entkopplungselemente besonders hohen Belastungen ausgesetzt ist. Hieraus resultiert unter anderem die Möglichkeit, die Entkopplungselemente so auszugestalten, dass sie ein sehr feinfühliges Ansprechverhalten zeigen. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem ein relativ weiches Material, beispielsweise ein weiches Gummi, für die Herstellung des dämpfenden Anteils der Entkopplungselemente verwendet wird.
Unter einer Entkopplungsachse wird dabei insbesondere eine Achse des jeweiligen Entkopplungselements verstanden, entlang derer das Entkopplungselement im Einsatz typischerweise komprimiert oder gedehnt wird. Die Entkopplungsachse ist oftmals gleich mit der Längsachse des Entkopplungselements.
Unter einem Angriffspunkt einer Entkopplungseinheit an dem Rahmenelement wird insbesondere ein beliebiger Punkt verstanden, an dem die Entkopplungseinheit das Rahmenelement berührt. Wichtig ist dabei nur, dass für jede Entkopplungseinheit ein Punkt gewählt wird, der äquivalent zu den für die anderen Entkopplungseinheiten gewählten Punkten ist. Ein solcher Punkt kann beispielsweise die Stelle sein, an der eine Schraube oder ein Bolzen die Entkopplungseinheit mit der Rahmeneinheit verbindet. Die Ebene, die durch die Angriffspunkte der Entkopplungseinheiten an dem Rahmen gebildet wird, kann auch als Rahmenebene bezeichnet werden, wenn der Rahmen eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweist, die in Richtung des Kompressors weist.
Durch eine geeignete Neigung der Elemente gegeneinander wird für jeden Freiheitsgrad eine ausreichende, aber nicht zu hohe Steifigkeit des Lagersystems erreicht, um sowohl die Entkopplungsfunktion zu gewährleisten, als auch die notwendige Fixierung gegenüber Bewegungen aus dem Fahrbetrieb sicherzustellen. Die genannte Fixierung wird über die Kombination der mindestens drei Entkopplungselemente kostengünstig erreicht, ohne, dass jedes Entkopplungselemente alle Freiheitsgrade abdecken müsste.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Anordnung der Entkopplungseinheiten achsensymmetrisch zu einer Achse, die durch die Mitte eines der Entkopplungselemente und den Mittelpunkt einer gedachten Verbindungslinie zwischen dem zweiten Entkopplungselement und dem dritten Entkopplungselement verläuft, ist. Eine solche Anordnung stellt ein günstiges Verhältnis der in die einzelnen Entkopplungselemente eingeleiteten Kräfte zueinander sicher.
Eine kosteneffiziente Ausgestaltung ergibt sich, wenn die Anordnung exakt drei Entkopplungseinheiten aufweist. Die drei Entkopplungselemente bilden dann ein Dreieck. In dieser Konfiguration gestaltet sich die Zusammenarbeit der einzelnen Entkopplungselemente miteinander besonders günstig. Zudem ergibt sich durch die minimale Anzahl von Entkopplungselementen eine kostengünstige Entkopplungsanordnung. Das Dreieck kann insbesondere ein gleichschenkliges Dreieck sein, bei dem die beiden gleich langen Schenkel länger als der dritte Schenkel des Dreiecks ist. Der kurze Schenkel des Dreiecks kann dann senkrecht zur Drehachse des Kompressors stehen.
Vorteilhafterweise ist die Entkopplungsanordnung derart ausgestaltet, dass eine Projektion der Entkopplungsachse eines ersten Entkopplungselements auf die Ebene, die durch die Schwerpunkte der Entkopplungselemente gebildet wird, mit Projektionen der Entkopplungsachsen eines zweiten Entkopplungselements und eines dritten Entkopplungselements auf die Ebene, die durch die Schwerpunkte der Entkopplungselemente gebildet wird, jeweils einen Winkel zwischen 70° und 90°, bevorzugt zwischen 75° und 85°, bildet. Mit anderen Worten bilden die Entkopplungselemente ein Dreieck, in dem sich, von oben gesehen, zwei der Entkopplungsachsen nahezu antiparallel oder im Grenzfall antiparallel gegenüberstehen. Die Entkopplungsachsen der beiden einander gegenüberliegenden Entkopplungselemente weisen in der Projektion in einer bevorzugten Ausgestaltung aber dennoch einen kleinen Winkel zueinander auf, so das keine Richtungen existieren, in denen sich der Kompressor in der Horizontalen bewegen könnte, die dann nur von dem dritten Entkopplungselement aufgefangen werden müssten.
Die einzelnen Entkopplungseinheiten können derart ausgestaltet sein, dass die Entkopplungseinheiten jeweils ein erstes Verbindungselement zur Verbindung der Entkopplungseinheit mit dem Rahmen und ein zweites Verbindungselement zur Verbindung der Entkopplungseinheit mit dem Kompressor aufweisen, wobei das jeweilige Entkopplungselement jeweils zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungselement angeordnet ist. Die ersten Verbindungselemente und die zweiten Verbindungselemente vermitteln so auf einfache Art und Weise die Verbindung zwischen dem Entkopplungselement und dem Kompressor bzw. zwischen dem Entkopplungselement und der Karosserie.
Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Entkopplungseinheiten jeweils eine Verliersicherung aufweisen, die beim Versagen eines der Entkopplungselemente den Bewegungsspielraum des zugehörigen zweiten Verbindungselements in Bezug auf das Rahmenelement beschränkt. Eine solche Verliersicherung bewirkt, dass der Kompressor auch beim Versagen eines Entkopplungselements oder mehrerer Entkopplungselemente keine unkontrollierten Bewegungen innerhalb des Fahrzeugs ausführen kann und somit die Funktion sowohl der Klimaanlage als auch des Fahrzeugs im Allgemeinen bis zu einer Reparatur des defekten Entkopplungselemente aufrechterhalten werden kann. Unter einem Versagen eines der Entkopplungselemente wird dabei insbesondere eine Zerstörung des Entkopplungselements, beispielsweise ein Zerreißen des Entkopplungselements, oder ein Loslösen des Entkopplungselements von zumindest einem der beiden Verbindungselemente verstanden. Auch ein teilweises Versagen, so dass sich beispielsweise die Federkonstante des Entkopplungselements stark verringert, kann durch die beschriebene Verliersicherung kompensiert werden und kann somit unter dem allgemeinen Begriff des Versagens verstanden werden. Insbesondere kann die Verliersicherung beim Versagen des jeweiligen Entkopplungselements die Bewegung des zugehörigen zweiten Verbindungselements auf weniger als 150%, vorzugsweise weniger als 120% des regulären Hubs der jeweiligen Entkopplungseinheit begrenzen.
Die ersten Verbindungselemente und die zweiten Verbindungselemente können aus Metall hergestellt sein. Insbesondere kann es sich bei den ersten Verbindungselementen und den zweiten Verbindungselementen um Strangpressprofile handeln. Solche Strangpressprofile lassen sich einfach in großer Stückzahl herstellen.
Eine einfache Ausgestaltung der Verliersicherung ergibt sich, wenn das zweite Verbindungselement um das erste Verbindungselement herum greift. Das erste Verbindungselement kann somit einen Anschlag für das zweite Verbindungselement bilden. Eine Bewegung des zweiten, mit dem Kompressor verbundenen Verbindungselements von dem ersten Verbindungselement weg kann so wirkungsvoll begrenzt werden, da eine Bewegung relativ zueinander in die angesprochene Richtung nicht möglich ist, deren Umfang die Entfernung zwischen dem zweiten Verbindungselement und dem Anschlag in Form des ersten Verbindungselements im Ruhezustand überschreitet, da ansonsten die beiden Verbindungselemente in direkten Kontakt miteinander geraten und so eine weitere Bewegung blockiert wird. Ein zweites Verbindungselement, das um das erste Verbindungselement herumgreift, kann beispielsweise realisiert werden, indem das zweite Verbindungselement einen L-förmigen oder U-förmigen Querschnitt aufweist. Allgemein kann das zweite Verbindungselement dann einen Vorsprung aufweisen, der in einen Hohlraum, der sich von dem zweiten Verbindungselement aus gesehen hinter dem ersten Verbindungselement befindet, eingreift. Der Abstand, in dem das zweite Verbindungselement um das erste Verbindungselement herumgreift sollte zweckmäßigerweise größer sein, als der gewünschte Bewegungsspielraum des ersten Verbindungselements bzw. des Kompressors in Richtung des zweiten Verbindungselements, diesen aber nur wenig überschreiten, so dass einerseits die normale, gewünschte Dämpfungsfunktion durch die Entkopplungselemente ungestört ausgeführt werden kann, und andererseits eine unkontrollierte Bewegung des Kompressors außerhalb des gewünschten Bereichs bereits nach einer kurzen Distanz unterbunden wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Rahmenelement jeweils einen Anschlag nach unten hin für die zweiten Verbindungselemente aufweist. Eine solche Ausgestaltung kann ein weiteres Detail der Verliersicherung sein. Das zweite Verbindungselement ist dann in seiner Bewegung nach unten durch den Anschlag so eingeschränkt, dass eine Auslenkung aus der Ruheposition des Kompressors nur in diesem vorbestimmten Maß möglich ist. Insbesondere in Kombination mit dem zuvor beschriebenen Anschlag nach oben hin in Form des ersten Verbindungselements ergibt sich so eine effektive Verliersicherung, die relativ einfach ausgestaltet ist. Unter einem Anschlag wird dabei insbesondere ein stabiles, steifes Bauelement oder ein entsprechender Teil eines Bauelements verstanden, der in der Lage ist, eine Bewegung eines zweiten Verbindungselements in Richtung des Anschlags zu blockieren. Ein Anschlag kann beispielsweise in Form einer Lasche oder eines Bodens einer Mulde ausgestaltet sein.
Der Anschlag kann vorteilhafterweise in Form einer Tasche ausgestaltet sein. Hierunter wird insbesondere ein einseitig offener Hohlraum oder ein Hohlraum mit einem U-förmigen Querschnitt verstanden. In diesen Hohlraum kann das zweite Verbindungselement dann eingreifen, beispielsweise mit einem Vorsprung oder einer Zunge. Auch hier wird die Grundidee umgesetzt, den Bewegungsspielraum des ersten Verbindungselement mechanisch einzugrenzen. Im Regelbetrieb wird der Bewegungsspielraum des ersten Verbindungselements und somit das gesamte Kompressors durch das Entkopplungselement vorgegeben. Bei besonders großen Belastungen oder beim Versagen des Entkopplungselements wird aber der Spielraum durch die genannten Anschläge oder Taschen, in anderen Worten also durch eine feste Begrenzung des möglichen Bewegungsspielraums des ersten Verbindungselements begrenzt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die ersten Verbindungselemente und die zweiten Verbindungselemente jeweils zumindest auf einer Seite einen Überzug aus einem weichen Material auf. Vorzugsweise handelt es sich bei der zumindest einen Seite jeweils um die Seite, die zu dem jeweils anderen Verbindungselement hinweist. Somit kann bei einem Kontakt der beiden Verbindungselemente ein Aufeinandertreffen von Metall auf Metall verhindert werden. Es ergibt sich dann eine rudimentäre Dämpfung, sodass das Entkopplungselement prinzipiell als zweistufig aufgebaut angesehen werden kann und vermieden wird, dass die Kennlinie des Entkopplungselements einen Bereich mit extremer Steigung aufweist. Das weiche Material kann beispielsweise ein Gummi oder ein Polymer sein.
Die Entkopplungselemente können jeweils eine Federkonstante zwischen 10 N/mm und 30 N/mm, bevorzugt zwischen 15 N/mm und 25 N/mm, besonders bevorzugt etwa 20 N/mm, aufweisen. Es wird so erreicht, dass auch niederfrequente Schwingungen im Bereich von 10-15 Hz effektiv gedämpft werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass, wenn ein Kompressor an der Entkopplungsanordnung befestigt ist, der Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Kompressors und dem Schwerpunkt des die Entkopplungselemente aufspannenden Dreiecks weniger als 10 cm, bevorzugt weniger als 5 cm, besonders bevorzugt weniger als 2 cm, beträgt. Die auf die Entkopplungselemente wirkende Kraft kann dadurch minimiert werden, was die Lebensdauer der Entkopplungselemente erhöht und gleichzeitig eine relativ kleine Dimensionierung der Entkopplungselemente ermöglicht. Das durch die Entkopplungselemente aufgespannte Dreieck kann insbesondere durch die Schwerpunkte der Entkopplungselemente aufgespannt werden.
Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Entkopplungsanordnung wird es möglich, dass die drei Entkopplungselemente identisch ausgestaltet sind. Es ergeben sich so geringere Herstellungs- und Lagerkosten, da eine kleinere Anzahl von verschiedenen Teilen produziert und vorgehalten werden muss.
Ebenfalls ist es mit Vorteil möglich, dass die drei ersten Verbindungselemente und die drei zweiten Verbindungselemente jeweils identisch ausgestaltet sind. Auch hier ergibt sich eine größere Kosteneffizienz durch die Verwendung von Gleichteilen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1: Eine Explosionsdarstellung eines Scroll-Kompressors gemäß Stand der Technik,
2: eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Entkopplungsanordnung mit einem eingebauten Kompressor,
3: einen Schnitt durch die Entkopplungsanordnung aus 2,
4: eine schematische Draufsicht auf die Entkopplungsanordnung aus 2,
5: eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Entkopplungsanordnung,
6: eine schematische Draufsicht auf die Entkopplungsanordnung aus 5,
7: eine perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Entkopplungsanordnung,
8: eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entkopplungsanordnung mit montiertem Kompressor,
9: eine weitere Seitenansicht der Entkopplungsanordnung aus 8,
10: eine perspektivische geschnittene Ansicht der Entkopplungsanordnung aus 8 und 9, und
11: eine Kennlinie einer erfindungsgemäßen Entkopplungsanordnung.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Scroll-Kompressors gemäß Stand der Technik. Zu erkennen sind verschiedene Komponenten des Kompressors, nämlich der Inverter 2, der Motor 4, das Zentralgehäuse 6 sowie der Schneckenverdichter 8 mit der orbitierenden Schnecke 10. Im rechten Bereich der Figur ist das Prinzip des Scroll-Kompressors dargestellt. Die orbitierende Schnecke 10 bewegt sich innerhalb des feststehenden Kompressorteils 12 auf einer Kreisbahn, so das eine Verdichtung eines im Außenbereich 14 des Kompressors einströmenden Mediums bei gleichzeitigem Transport des Mediums nach innen erreicht werden kann.
2 zeigt einen Kompressor 16, der auf einer erfindungsgemäßen Entkopplungsanordnung 18 montiert ist. Teil der Entkopplungsanordnung 18 ist das Rahmenelement 20, dass im gezeigten Ausführungsbeispiel als ein verstärkter Blechboden ausgestaltet ist. Zu erkennen sind weiterhin die erste Entkopplungseinheit 22 sowie die zweite Entkopplungseinheit 24, die jeweils sowohl mit dem Rahmenelement 20 als auch mit dem Kompressor 16 verbunden sind. Eine dritte Entkopplungseinheit ist nicht sichtbar, da sie von dem Kompressor 16 verdeckt wird. Die erste Entkopplungseinheit 22 weist ein erstes Verbindungselement 22.1 auf, welches als ein metallisches Strangpressprofil ausgeführt ist. Das erste Verbindungselement 22.1 ist mit dem Rahmenelement 20 verbunden, beispielsweise verschraubt oder vernietet. Etwas schräg oberhalb des ersten Verbindungselements 22.1 ist das zweite Verbindungselement 22.2 angeordnet, welches mit dem Kompressor 16 verbunden ist. Das zweite Verbindungselement 22.2 ist ebenfalls als Strangpressprofil ausgestaltet und zwar derart, dass der Kompressor 16 daran befestigt werden kann und die Übertragung ausreichend großer Kräfte möglich ist. Zwischen dem ersten Verbindungselement 22.1 und dem zweiten Verbindungselement 22.2 ist das erste Entkopplungselement 22.3 angeordnet. Diese besteht aus einem Gummiblock, der im dargestellten Ausführungsbeispiel quaderförmig ausgestaltet ist. Eine beispielsweise zylindrische Ausgestaltung wäre aber ebenfalls denkbar. Das erste Entkopplungselement 22.3 ist zwischen zwei im eingebauten Zustand zueinander parallelen Flächen angeordnet, von denen eine Fläche zu der im ersten Verbindungselement 22.1 und die zweite Fläche zu dem zweiten Verbindungselement 22.2 gehört.
Die zweite Entkopplungseinheit 24 ist identisch zu der ersten Entkopplungseinheit 22 aufgebaut und weist entsprechend ein erstes Verbindungselement 24.1, ein zweites Verbindungselement 24.2 und ein Entkopplungselement 24.3 auf. In Zusammenspiel mit der nicht sichtbaren dritten Entkopplungseinheit können durch Kompression der Entkopplungselemente 22.3, 24.3 sowie des nicht sichtbaren Entkopplungselements Bewegungen des Kompressors 16 in alle drei Raumrichtungen gedämpft werden. Das Dreieck 27, welches zur Verdeutlichung eingezeichnet wurde, beschreibt die Lage der drei Verschraubungspunkte der Entkopplungseinheiten 22, 24 sowie 26 (nicht sichtbar) mit dem Kompressor zueinander. Als Kreuz 28 ist der Schwerpunkt des beschriebenen Dreiecks 27 eingezeichnet. Weiterhin ist als Viereck 30 der Schwerpunkt des Kompressors 16 dargestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen dem Schwerpunkt 28 und dem Schwerpunkt 30 sehr gering, was zu einer vorteilhaften Verteilung der auftretenden Kräfte zwischen den drei Entkopplungseinheiten 22 führt.
3 zeigt einen Schnitt durch die Entkopplungsanordnung gemäß 2, auf der kein Kompressor montiert ist. Der Schnitt verläuft durch die erste Entkopplungseinheit 22 und durch den Mittelpunkt der Verbindungslinie der zweiten Entkopplungseinheit 24 mit der dritten Entkopplungseinheit 26. Mit anderen Worten verläuft der Schnitt also entlang der Winkelhalbierenden des Dreiecks aus 2, die zu dem Winkel an der ersten Entkopplungseinheit 22 gehört. Die Entkopplungsanordnung 18 ist insgesamt achsensymmetrisch zu dieser Linie aufgebaut.
Im Gegensatz zu 2 ist nun die dritte Entkopplungseinheit 26 sichtbar, da diese nicht mehr von dem Kompressor 16 verdeckt wird. Die erste Entkopplungseinheit 22 ist ebenfalls als Schnitt dargestellt. Das erste Verbindungselement 22.1 der ersten Entkopplungseinheit 22 weist eine Bohrung bzw. ein Loch 32 auf, mithilfe dessen das erste Verbindungselement 22.1 mit dem Rahmenelement 20 verschraubt oder vernietet werden kann. In gleicher Art und Weise weist das zweite Verbindungselement 22.2 ebenfalls ein Loch 34 auf, durch das eine Schraube oder ein Bolzen geführt werden kann, um das zweite Verbindungselement mit dem Kompressor 16 zu verbinden. Die Löcher 32 und 34 können jeweils ein Innengewinde aufweisen. In der geschnittenen Darstellung der ersten Entkopplungseinheit 22 ist gut zu erkennen, dass das erste Verbindungselement 22.1 und das zweite Verbindungselement 22.2 jeweils als Strangpressprofile ausgeführt sind. Das Entkopplungselement 22.3 ist als quaderförmiger Gummiblock mit in etwa quadratischem Querschnitt ausgeführt. Andere Querschnittsformen, beispielsweise eine runde oder sechseckige Querschnittsform, sind ebenfalls möglich. Das Entkopplungselement 22.3 ist an seinen Stirnseiten jeweils mit dem ersten Verbindungselement 22.1 und mit dem zweiten Verbindungselement 22.2 verbunden. Dies kann in geeigneter Art und Weise beispielsweise durch eine Klebeverbindung geschehen. Da im gezeigten Ausführungsbeispiel alle drei Entkopplungseinheiten identisch ausgeführt sind, gilt das mit Bezug auf die erste Entkopplungseinheit 22 Beschriebene jeweils auch für die zweite Entkopplungseinheit 24 und die dritte Entkopplungseinheit 26.
Das Prinzip der erfindungsgemäßen Verliersicherung wird ebenfalls anhand der 3 deutlich. Das Rahmenelement 20 weist eine Mulde bzw. Vertiefung 36 auf, die von einem Vorsprung des ersten Verbindungselements 22.1 teilweise überdeckt wird. Das zweite Verbindungselement 22.2 greift in die Mulde 36 ein. Es ist im unteren Teil im wesentlichen L-förmig geformt. Wird das zweite Verbindungselement 22.2 nach oben in Richtung des Kompressors bewegt, so wird der maximale Hub der Bewegung limitiert, da der untere Schenkel des L-förmigen zweiten Verbindungselement 22.2 an dem Vorsprung 31 anschlägt. Nach unten hin ist die Bewegung des zweiten Verbindungselement 22.2 ebenfalls begrenzt, da der untere Schenkel 38 des L-förmigen zweiten Verbindungselements 22.2 in dieser Richtung auf den Boden der Mulde 36 auftrifft. Auch in der Horizontalen ist die Bewegung des zweiten Verbindungselements 22.2 durch die Seitenwände der Mulde 32 begrenzt. Entsprechendes gilt natürlich ebenso für die zweite Entkopplungseinheit 24 und die dritte Entkopplungseinheit 26. Da der Kompressor 16 mit den zweiten Verbindungselementen 22.2, 24.2 und 26.2 verbunden ist und diese Verbindungselemente jeweils in alle Raumrichtungen nur eingeschränkt beweglich sind, da durch die Mulden 36 bzw. die ersten Verbindungselemente 22.1, 24.1 und 26.1 jeweils ein Anschlag in die entsprechende Richtung vorhanden ist, kann auch der Kompressor 16 als Ganzes lediglich Bewegungen in diesem Rahmen ausführen. Hierdurch wird erreicht, dass beim Versagen eines oder mehrerer der Entkopplungselemente 22.3, 24.3 und 26.3 dennoch keine unkontrollierten Bewegungen des Kompressors 16 möglich sind. Es wird dadurch eine zuverlässige Verliersicherung bzw. „Fail-Safe“-Komponente bereitgestellt.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Entkopplungsanordnung gemäß der 2 und 3. Dargestellt sind der Kompressor 16, die erste Entkopplungseinheit 22, die zweite Entkopplungseinheit 24 und die dritte Entkopplungseinheit 26. Es ist zu erkennen, dass die erste Entkopplungseinheit 22 bzw. deren Entkopplungsachse sowohl mit der zweiten Entkopplungseinheit 24 als auch mit der dritten Entkopplungseinheit 26 bzw. mit den jeweils zugehörigen Entkopplungsachsen einen Winkel von 90° bildet. Die zweite Entkopplungseinheit 24 und die dritte Entkopplungseinheit 26 sind einander gegenüber liegend angeordnet, so das zwischen ihren Orientierungen ein Winkel von 180° besteht. Mit anderen Worten sind die Projektionen der Entkopplungsachsen der zweiten Entkopplungseinheit 24 und der dritten Entkopplungseinheit 26 auf die von dem Rahmenelement 20 definierte Ebene kollinear und bilden mit der Projektion der Entkopplungsachse der ersten Entkopplungseinheit 22 auf die von dem Rahmenelement 20 gebildete Ebene einen Winkel von 90°.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Entkopplungsanordnung 18, in die wiederum ein Kompressor 16 eingesetzt ist. Die erste Entkopplungseinheit 22 ist identisch zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel aufgebaut und wird daher an dieser Stelle nicht weiter beschrieben. Der wesentliche Unterschied zum zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt in der Orientierung der zweiten und dritten Entkopplungseinheiten 24 und 26 relativ zur ersten Entkopplungseinheit 18. Im Vergleich zu dem in den Figuren drei und vier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Entkopplungseinheit 24 um einen kleinen Winkelbetrag von etwa 10° in Richtung der ersten Entkopplungseinheit 22 gedreht. Gleiches gilt für die wiederum durch den Kompressor 16 verdeckte dritte Entkopplungseinheit 26, sodass die zuvor beschriebene Achsensymmetrie aufrecht erhalten bleibt.
6 zeigt das Ausführungsbeispiel aus 5 in einer schematischen Draufsicht analog zu 4. die beschriebene Anstellung der beiden Entkopplungseinheiten 24 und 26 zueinander wird in dieser Darstellung besonders deutlich. Das gezeigte Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass auch die zweite Entkopplungseinheit 24 und die dritte Entkopplungseinheit 26 zur Dämpfung von Kräften, die in der Zeichnung in horizontaler Richtung auftreten, beitragen können. Die Kräfte werden insgesamt also besser auf die drei Entkopplungseinheiten 22, 24 und 26 verteilt.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Entkopplungsanordnung 18, an der wiederum ein Kompressor 16 befestigt ist. Das Ausführungsbeispiel ist grundsätzlich ähnlich zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich jedoch in der Ausrichtung der Entkopplungseinheiten 22, 24 und 26. Wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen sind auch hier die Entkopplungseinheiten 22, 24 und 26 grundsätzlich unterhalb des Kompressors 16 angeordnet. Im in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Entkopplungselemente 22.3, 24.3 und 26.3 von den ersten Verbindungseinheiten 22.1, 24.1 und 26.1 aus gesehen jeweils nach oben und in Richtung des Schwerpunkts des Kompressors 16. Mit anderen Worten sind die kompressornahen Enden der Entkopplungseinheiten 22.3, 24.3 und 26.3 einander näher als die entsprechenden kompressorfernen Enden. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verhältnisse hier umgekehrt: die unteren, mit den jeweiligen ersten Verbindungselementen 22.1, 24.1 und 26.1 verbundenen Enden der Entkopplungseinheiten 22.3, 24.3 und 26.3 befinden sich weiter innen bzw. näher am Schwerpunkt des Kompressors 16 als die oberen, mit den jeweiligen zweiten Verbindungselementen 22.2, 24.2 und 26.2 verbundenen Enden der Entkopplungseinheiten 22.3, 24.3 und 26.3. Die in 2 gezeigte Ausführungsform benötigt somit weniger Fläche auf dem Rahmenelement 20, als die in 7 gezeigte Ausführungsform, da die ersten Verbindungselemente nach innen eingerückt sind.
8 verdeutlicht noch einmal die bereits im Zusammenhang mit 3 beschriebene Verliersicherung. Es ist zu erkennen, wie das zweite Verbindungselement 22.2 mit einem Vorsprung 38 in die Tasche 36 eingreift, während eben diese Tasche 36 teilweise von den ersten Verbindungselement 22.1 verschlossen wird. Das zweite Verbindungselement 22.2 greift somit hakenartig in die Tasche 36 ein und wird durch das erste Verbindungselement 22.1 daran gehindert, die Tasche 36 zu verlassen.
Die 9 und 10 verdeutlichen den Bewegungsspielraum, den das erste Verbindungselement 22.1 innerhalb der Tasche 36 hat. Hierzu sind Pfeile in alle Raumrichtungen eingezeichnet, in die sich das zweite Verbindungselement 22.2 und somit auch der Kompressor 16 bewegen kann. Die Seitenflächen des zweiten Verbindungselements 22.2, die in Kontakt mit der Mulde oder dem ersten Verbindungselement 22.1 geraten können, sind mit einem weichen Gummiüberzug versehen, sodass auch bei einer großen Auslenkung ein Metall-Metall-Kontakt vermieden wird. Optional kann auch die Tasche 36 an ihren Seitenwänden mit einem solchen Überzug ausgestattet sein.
11 zeigt eine typische resultierende Kennlinie für das Gesamtsystem in einer beliebigen Raumrichtung. Auf der x-Achse ist die Auslenkung in Millimetern angegeben und auf den y-Achse ist die wirkende Kraft in Newton aufgetragen. Es ist zu erkennen, dass bei geringen Auslenkungen bis zu etwa 3 mm relativ feinfühlig auf die Kräfte reagiert wird und die Kennlinie sehr flach verläuft. Dies ist der Bereich, in dem sich die Entkopplungselemente wie eine ideale Feder mit einer Federkonstante von etwa 25 N/mm verhalten. In den anschließenden Bereichen verläuft die Kennlinie immer steiler, was bedeutet, dass auch sehr große Kräfte bis zu 1000 N aufgenommen werden können, ohne dass eine sehr große Auslenkung des Kompressors aus seiner Sollposition heraus auftritt.
Bezugszeichenliste

2: Inverter
4: Motor
6: Zentralgehäuse
8: Schneckenverdichter
10: Schnecke
12: feststehender Kompressorteil
14: Außenbereich des Kompressors
16: Kompressor
18: Entkopplungsanordnung
20: Rahmenelement
22: Entkopplungseinheit
22.1: erstes Verbindungselement
22.2: zweites Verbindungselement
22.3: Entkopplungselement
24: Entkopplungseinheit
24.1: erstes Verbindungselement
24.2: zweites Verbindungselement
24.3: Entkopplungselement
26: Entkopplungseinheit
26.1: erstes Verbindungselement
26.2: zweites Verbindungselement
26.3: Entkopplungselement
27: Dreieck
28: Schwerpunkt des Dreiecks
30: Schwerpunkt des Kompressors
31: Vorsprung
32: Loch
34: Loch
36: Mulde
38: Vorsprung/Schenkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202006015443 U1 [0004]

Claims

Entkopplungsanordnung (18) für einen Kompressor (16) in einem Kraftfahrzeug, mit einem Rahmenelement (20) zur Befestigung der Entkopplungsanordnung (18) an einer Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs, wobei auf dem Rahmenelement (20) zumindest drei Entkopplungseinheiten (22, 24, 26) angeordnet sind, welche geeignet sind, um einen Kompressor (16) zu tragen, und wobei jede der Entkopplungseinheiten (22, 24, 26) ein Entkopplungselement (22.3, 24.3, 26.3) aufweist, welches entlang einer Entkopplungsachse des jeweiligen Entkopplungselements (22, 24, 26) komprimierbar ist, wobei jede der Entkopplungsachsen mit einer Ebene, die durch die Angriffspunkte der Entkopplungseinheiten (22, 24, 26) an dem Rahmenelement (20) gebildet wird, einen Winkel zwischen 35° und 55° einschließt.
Entkopplungsanordnung (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Entkopplungseinheiten (22, 24, 26) achsensymmetrisch zu einer Achse, die durch die Mitte eines der Entkopplungselemente (22, 24, 26) und den Mittelpunkt einer gedachten Verbindungslinie zwischen dem zweiten Entkopplungselement (24) und dem dritten Entkopplungselement (26) verläuft, ist.
Entkopplungsanordnung (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung exakt drei Entkopplungseinheiten (22, 24, 26) aufweist.
Entkopplungsanordnung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Projektion der Entkopplungsachse eines ersten Entkopplungselements (22) auf die Ebene, die durch die Schwerpunkte der Entkopplungselemente (22, 24, 26) gebildet wird, mit Projektionen der Entkopplungsachsen eines zweiten Entkopplungselements (24) und eines dritten Entkopplungselements (26) auf die Ebene, die durch die Schwerpunkte der Entkopplungselemente (22, 24, 26) gebildet wird, jeweils einen Winkel zwischen 70° und 90°, bevorzugt zwischen 75° und 85°, bildet.
Entkopplungsanordnung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungseinheiten (22, 24, 26) jeweils ein erstes Verbindungselement (22.1, 24.1, 26.1) zur Verbindung der Entkopplungseinheit (22, 24, 26) mit dem Rahmenelement (20) und ein zweites Verbindungselement (22.2, 22.4, 22.6) zur Verbindung der Entkopplungseinheit (22, 24, 26) mit dem Kompressor (16) aufweisen, wobei das jeweilige Entkopplungselement (22.3, 24.3, 26.3) jeweils zwischen dem ersten Verbindungselement (22.1, 24.1, 26.1) und dem zweiten Verbindungselement (22.2, 24.2, 26.2) angeordnet ist.
Entkopplungsanordnung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungseinheiten (22, 24, 26) jeweils eine Verliersicherung aufweisen, die beim Versagen eines der Entkopplungselemente (22.3, 24.3, 26.3) den Bewegungsspielraum des zugehörigen zweiten Verbindungselements (22.2, 24.2, 26.2) in Bezug auf das Rahmenelement (20) beschränkt.
Entkopplungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweites Verbindungselement (22.2, 24.2, 26.2) um das erste Verbindungselement (22.1, 24.1, 26.1) herum greift.
Entkopplungsanordnung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenelement (20) jeweils einen Anschlag (36) nach unten hin für die zweiten Verbindungselemente (22.2, 24.2, 26.2) aufweist.
Entkopplungsanordnung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Verbindungselemente (22.1, 24.1, 26.1) und die zweiten Verbindungselemente (22.2, 24.2, 26.2) jeweils zumindest auf einer Seite einen Überzug aus einem weichen Material aufweisen.
Entkopplungsanordnung (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ein Kompressor (16) an der Entkopplungsanordnung (18) befestigt ist, der Abstand zwischen dem Schwerpunkt (30) des Kompressors und des Schwerpunkts (28) des durch die Entkopplungselemente (22.3, 24.3, 26.3) aufgespannten Dreiecks weniger als 10 cm, bevorzugt weniger als 5 cm, besonders bevorzugt weniger als 2 cm, beträgt.