DE102019123902A1

DE102019123902A1 - Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter eines gasförmigen Fluids

Info

Publication number: DE102019123902A1
Application number: DE102019123902.8A
Authority: DE
Inventors: Petr Czyz; Balthasar Schillemeit; Steffen Koch; Pavel Pitel
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-03-11
Also published as: WO2021045377A1; KR20210153763A; CN114207282A; US20220341411A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf, speziell eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung weist ein eine Kammer (3) umschließendes Gehäuse (2) mit mindestens zwei Durchlassöffnungen (6a, 6b) auf. Dabei ist das Gehäuse (2) zwischen mit Enden zueinander ausgerichteten, rohrförmigen Verbindungsleitungen (5) ausgebildet. Innerhalb mindestens einer der Durchlassöffnungen (6a, 6b) ist ein Einsatzelement (8a, 8b) zum Verringern der Querschnittsfläche der Durchlassöffnung (6a, 6b) angeordnet.Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kältemittels, in einem Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung weist ein eine Kammer umschließendes Gehäuse mit mindestens zwei Durchlassöffnungen auf. Das Gehäuse ist zwischen mit Enden beziehungsweise Stirnseiten zueinander ausgerichteten, rohrförmigen Verbindungsleitungen ausgebildet.
Aus dem Stand der Technik bekannte Verdichter für mobile Anwendungen, insbesondere für Klimatisierungssysteme von Kraftfahrzeugen, zum Fördern von Kältemittel durch einen Kältemittelkreislauf, im Weiteren auch als Kältemittelverdichter bezeichnet, werden unabhängig vom Kältemittel oft als Kolbenverdichter mit variablem Hub beziehungsweise mit variablem Hubvolumen, auch als Verdrängung bezeichnet, oder als Scrollverdichter ausgebildet. 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.
Während des Betriebs des Verdichters werden Druckimpulse, auch als Druckpulsationen bezeichnet, erzeugt, welche über Verbindungsleitungen des Kältemittelkreislaufs an das in der Fahrgastzelle angeordnete Klimagerät übertragen werden. Das Klimagerät wirkt aufgrund der Konstruktion als eine große, ebene Fläche und damit in der Art eines Lautsprechers beziehungsweise Verstärkers der Pulsationen. Die unter ungünstigen Umständen, insbesondere Resonanzvereinbarungen, entstehenden Geräusche wirken damit direkt auf den Fahrer ein.
Aus genannten Gründen sind herkömmliche Verdichter mit einer Vorrichtung zum Dämpfen und Reduzieren der auftretenden Druckpulsationen ausgebildet. Die Funktion der Vorrichtung zum Dämpfen der Druckpulsationen besteht dabei im Verändern eines Strömungsquerschnitts, insbesondere einer sprunghaften Veränderung des Strömungsquerschnitts, für das vom Verdichter verdichtete Fluid. Die sprunghafte Veränderung des Strömungsquerschnitts bewirkt ein Erhöhen eines Druckpulsationsverlustes, was wiederum die Druckpulsation reduziert, welche durch die Verbindungsleitung des Kältemittelkreislaufs in das Fahrzeuginnere übertragen wird und Geräusche erzeugt.
In der EP 2 357 330 A1 wird ein Schalldämpfer für den Einsatz in einer rohrförmigen, einen Hohlraum bildenden Komponente mit einem Strömungskanal und mindestens einer Resonatorkammer offenbart. Die Resonatorkammer ist über einen Verbindungskanal mit dem Strömungskanal verbunden.
Derartige nahezu bauraumneutrale Einbauten in Verbindungsleitungen, welche als Schalldämpfer wirken sollen, weisen entweder eine unzureichende Schalldämpfung auf oder sind lediglich innerhalb eines speziellen Frequenzbereichs wirksam.
Aus dem Stand der Technik sind zudem sogenannte Reflexions-Schalldämpfer mit einem ein zylindrisches Volumen umschließenden Gehäuse mit an den sich gegenüberliegend angeordneten Stirnseiten ausgebildeten Öffnungen zum Einströmen sowie Ausströmen des Fluids bekannt. Die Öffnungen weisen jeweils einen wesentlich kleineren Durchmesser als das Gehäuse auf, sodass die an den Öffnungen ausgebildeten sprunghaften Veränderungen des Durchmessers für das durch das Gehäuse strömende Fluid jeweils die sprunghafte Veränderung des Strömungsquerschnitts bewirken. Infolge des mit der sprunghaften Veränderung vom geringen Innendurchmesser der Verbindungsleitung des Kältemittelkreislaufs zum großen Innendurchmesser des Gehäuses beziehungsweise zum Innenvolumen des Schalldämpfers erzeugten Impedanzsprungs werden als Druckpulsation in der Leitung auftretende Schallwellen gedämpft.
Die bekannten Schalldämpfer weisen neben einem hohen Platzbedarf meist zusätzlich herzustellende Elemente sowie eine sehr aufwändig zu fertigende Innenanordnung auf, welche jeweils die Herstellungskosten und den Fertigungsaufwand erhöhen.
Aus der DE 11 2015 000 105 T5 geht ein Schalldämpfer hervor, welcher einen Hohlraum umschließt. Der Schalldämpfer weist zwei topfförmige Elemente auf, welche an zueinander ausgerichteten und aneinander anliegend angeordneten offenen Enden durch Verlöten oder Verschweißen miteinander verbunden werden. Die offenen Enden sind jeweils an einer ersten Stirnseite der Elemente vorgesehen. Zudem ist jeweils ein an einer zur ersten Stirnseite distal angeordneten zweiten Stirnseite ein Boden der topfförmigen Elemente als ein fester Bestandteil einer Verbindungsleitung eines Kältemittelkreislaufs ausgebildet. Der Boden weist jeweils eine Durchlassöffnung mit einem geringeren Durchmesser als die Verbindungsleitung auf.
Dabei ist die Verbindungsleitung im Bereich des Übergangs zum topfförmigen Element mit einer größeren Wandstärke ausgebildet, was beispielsweise neben einem erhöhten Materialbedarf auch Einschränkungen beim Umformen verursacht sowie einen größeren Aufwand, insbesondere beim Biegen der Verbindungsleitungen, bedarf.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Schalldämpfer weisen einen sehr großen Bauraum auf, um eine signifikante Dämpfungswirkung zu erreichen. In modernen Kraftfahrzeugen, insbesondere in Personenkraftwagen, ist der Bauraum jedoch sehr beschränkt, sodass die vorgesehenen Schalldämpfer entweder keine ausreichende Dämpfungswirkung erreichen oder auf ein Schalldämpfer ganz verzichtet werden muss.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen, speziell eines Verdichters eines gasförmigen Fluids in einem Kältemittelkreislauf, bereitzustellen beziehungsweise zu verbessern, welcher eine maximale Schalldämpfung über einen großen Frequenzbereich bewirkt. Dabei sollen insbesondere eine verbesserte Dämpfungscharakteristik mit größerer Dämpfungsleistung als bei herkömmlichen Schalldämpfern mit gleicher Dimensionierung beziehungsweise mindestens eine ähnliche Dämpfungscharakteristik mit mindestens gleicher Dämpfungsleistung und geringerem Platzbedarf der Vorrichtung erreicht und insbesondere ein niederfrequenter Dämpfungsabfall vermieden werden. Die Druckverluste sollen minimal sein. Mit dem Dämpfen der Druckpulsationen sollen unter anderem Geräuschemissionen vermieden werden, welche den Komfort, beispielsweise für Insassen eines Fahrgastraums beeinflussen. Die Vorrichtung soll eine einfache Konstruktion aus einer minimalen Anzahl an Komponenten bei minimalem Platzbedarf, einem minimalen Materialeinsatz und damit ein minimales Gewicht aufweisen. Zudem sollen die Kosten für die Herstellung und Montage minimal sein.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kältemittels, gelöst. Die Vorrichtung weist ein eine Kammer umschließendes Gehäuse mit mindestens zwei Durchlassöffnungen auf. Das Gehäuse ist zwischen mit Enden beziehungsweise Stirnseiten zueinander ausgerichteten, rohrförmigen Verbindungsleitungen ausgebildet.
Nach der Konzeption der Erfindung ist innerhalb mindestens einer der Durchlassöffnungen ein Einsatzelement zum Verringern der Querschnittsfläche der Durchlassöffnung angeordnet.
Die vorteilhaft jeweils als Öffnungen mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildeten Durchlassöffnungen weisen jeweils vorzugsweise einen Durchmesser auf, welcher einem Innendurchmesser der Verbindungsleitungen entspricht. Die insbesondere zwei Durchlassöffnungen sind bevorzugt auf einer gemeinsamen Achse ausgerichtet angeordnet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse rotationssymmetrisch um eine Längsachse ausgebildet. Dabei ist vorzugsweise ein Innendurchmesser des Gehäuses größer als der Innendurchmesser der Verbindungsleitungen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse zwei Gehäuseelemente auf, welche mit als offene Enden ausgebildeten ersten Stirnseiten zueinander ausgerichtet und an den ersten Stirnseiten, insbesondere durch Löten oder Schweißen, miteinander verbunden sind. Dabei kann jedes Gehäuseelement als ein fester Bestandteil eines Endes einer Verbindungsleitung ausgebildet sein.
Die Gehäuseelemente weisen an einer zur ersten Stirnseite in einer Längsrichtung x distal ausgerichteten zweiten Stirnseite vorteilhaft jeweils einen Boden auf. Dabei ist insbesondere innerhalb des Bodens jeweils eine Durchlassöffnung vorgesehen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind eine erste Durchlassöffnung als eine Einlassöffnung und eine zweite Durchlassöffnung als eine Auslassöffnung der Kammer ausgebildet. Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung sind vorzugsweise auf einer Symmetrieachse der Vorrichtung, insbesondere der Längsachse des Gehäuses, ausgerichtet angeordnet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass innerhalb der Einlassöffnung ein erstes Einsatzelement und innerhalb der Auslassöffnung ein zweites Einsatzelement jeweils zum Verringern der Querschnittsfläche der Durchlassöffnung angeordnet sind.
Das jeweilige Einsatzelement weist vorzugsweise im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders, insbesondere eines Hohlkreiszylinders, auf. Dabei ist das Einsatzelement bevorzugt mit einem Außendurchmesser ausgebildet, welcher dem Durchmesser der Durchlassöffnung beziehungsweise dem Innendurchmesser der Verbindungsleitung entspricht. Nach dem Einstecken des Einsatzelements in die Durchlassöffnung liegt das Einsatzelement mit einer Mantelfläche mit dem Außendurchmesser an der Umfangswandung der Durchlassöffnung beziehungsweise an der Innenfläche der Wandung der Verbindungsleitung an. Das Einsatzelement ist dabei mittels einer Presspassung fixiert.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das vorzugsweise aus einem Kunststoff ausgebildete Einsatzelement eine Gesamtlänge L_i auf und ist mit einer bestimmten Länge L₀ in die Kammer hineinragend angeordnet. Dabei ist die in die Kammer hineinragende Länge L₀ des Einsatzelements geringer als die Gesamtlänge L_i und größer oder gleich Null. Neben der Gesamtlänge L_i und dem Innendurchmesser kann das Einsatzelement je nach Bedarf auch mit einer in die Kammer hineinragenden Länge L₀ ausgebildet sein.
Mit der Integration des mindestens einen Einsatzelements in die Vorrichtung sowie der gezielten Auslegung und Anordnung des Einsatzelements werden Druckpulsationen des Verdichters, speziell auch bei gezielten Störfrequenzen, gedämpft.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Einsatzelement mit einem Einströmbereich ausgebildet. Der Einströmbereich weist einen konstanten Außendurchmesser und einen sich in Strömungsrichtung des Fluids stetig verringernden Innendurchmesser auf. Der Einströmbereich ist am vom Fluid angeströmten Ende des ersten Einsatzelements vorgesehen.
Das zweite Einsatzelement ist vorzugsweise mit einem Ausströmbereich ausgebildet, welcher einen konstanten Außendurchmesser und einen sich in Strömungsrichtung des Fluids stetig vergrößernden Innendurchmesser aufweist. Der Ausströmbereich ist am vom Fluid abgeströmten Ende des zweiten Einsatzelements vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen wird bevorzugt in einem Kältemittelverdichter eines Kältemittelkreislaufs, insbesondere eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs, verwendet. Dabei ist eine der Durchlassöffnungen, insbesondere die Auslassöffnung der Vorrichtung, bevorzugt mit einem Ansaugbereich des Verdichters verbunden, während die Einlassöffnung vorteilhaft als Verbindung zu einer Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs ausgebildet ist. Die Vorrichtung ist sowohl für elektrisch angetriebene als auch für mechanisch angetriebene Verdichter vorgesehen.
Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen der konzeptionsgemäßen Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kältemittels, gelöst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

- Aufweiten jeweils eines Endes einer Verbindungsleitung bis zu einem Innendurchmesser einer Kammer und Ausbilden des Endes der Verbindungsleitung als ein Gehäuseelement mit einem Boden und einem offenen Ende beziehungsweise einer offenen Stirnseite,
- Aufweiten eines ersten Gehäuseelements im Bereich des aufgeweiteten Endes und Erzeugen eines Flansches einer Flanschverbindung der Gehäuseelemente derart, dass der Innendurchmesser des ersten Gehäuseelements am offenen Ende einem Außendurchmesser des zweiten Gehäuseelements am offenen Ende zuzüglich eines Spiels zum Zusammenstecken der Gehäuseelemente entspricht,
- Einlegen von vorgefertigten Einsatzelementen in in den Gehäuseelementen ausgebildete Durchlassöffnungen und
- Ineinanderstecken der Gehäuseelemente, insbesondere des zweiten Gehäuseelements in das erste Gehäuseelement, an der Flanschverbindung sowie
- fluiddichtes Verbinden der Gehäuselemente, insbesondere durch Verschweißen oder Verlöten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:

- Reduzieren von sich störend auf die Innenraumakustik eines Kraftfahrzeuges auswirkenden Druckpulsationen beziehungsweise Vermeiden von Geräuschemissionen, welche den Komfort, beispielsweise für Insassen des Fahrgastraums, beeinflussen,
- verbesserte Dämpfungscharakteristik mit größerer Dämpfungsleistung als bei herkömmlichen Schalldämpfern mit gleicher Dimensionierung beziehungsweise mindestens ähnlicher Dämpfungscharakteristik mit mindestens gleicher Dämpfungsleistung und geringerem Platzbedarf,
- minimale Druckverluste sowie minimaler Einfluss auf die im Betrieb aufzunehmende Leistung des Verdichters,
- einfache Konstruktion aus einer minimalen Anzahl an Komponenten bei minimalem Platzbedarf sowie
- minimale Kosten für Herstellung und Montage.

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:

1: eine Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter innerhalb einer von einem Gehäuse umschlossenen Kammer in einer axialen Längsschnittdarstellung aus dem Stand der Technik,
2a und 2b: eine Gegenüberstellung einer herkömmlichen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter jeweils in einer axialen Längsschnittdarstellung mit Berechnungsparametern,
3a: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter mit Einsatzelementen innerhalb der vom Gehäuse umschlossenen Kammer in einer axialen Längsschnittdarstellung,
3b: unterschiedliche Zustände eines Gehäuseelements des Gehäuses der Vorrichtung nach 3a während der Herstellung,
4: eine Gegenüberstellung von Übertragungsverlusten beziehungsweise Dämpfungsverhalten herkömmlicher Schalldämpfer und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen abhängig von der Frequenz,
5a und 5b: Detaildarstellungen der Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter unter Variation der Gesamtlänge des Einsatzelements mit konstantem Innendurchmesser sowie Gegenüberstellung von Übertragungsverlusten beziehungsweise Dämpfungsverhalten der Vorrichtungen abhängig von der Frequenz sowie
6a und 6b: Detaildarstellungen der Vorrichtung zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter unter Variation des Innendurchmessers des Einsatzelements mit konstanter Gesamtlänge und in das Volumen der Vorrichtung sowie in die Verbindungsleitung des Einsatzelements hineinreichender Länge sowie Gegenüberstellung von Übertragungsverlusten beziehungsweise Dämpfungsverhalten der Vorrichtungen abhängig von der Frequenz.

Aus 1 geht eine Vorrichtung 1' zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter innerhalb einer von einem Gehäuse 2' umschlossenen Kammer 3 in einer axialen Längsschnittdarstellung aus dem Stand der Technik hervor.
Das die Kammer 3 umschließend ausgebildete Gehäuse 2' weist ein erstes Gehäuseelement 2a' und ein zweites Gehäuseelement 2b' auf, welche an zueinander gewandten und aneinander anliegenden offenen Enden durch Verlöten oder Verschweißen miteinander verbunden sind. Die offenen Enden sind jeweils an einer ersten Stirnseite der Gehäuseelemente 2a', 2b' vorgesehen. An einer zur ersten Stirnseite distal angeordneten zweiten Stirnseite weisen die Gehäuseelemente 2a', 2b' jeweils einen Boden 4a, 4b auf. In den jeweils als ein fester Bestandteil einer Verbindungsleitung 5 eines Kältemittelkreislaufs ausgebildeten Böden 4a, 4b der Gehäuseelemente 2a', 2b' ist eine Durchlassöffnung 6a', 6b' vorgesehen. Die Durchmesser der Durchlassöffnungen 6a', 6b' sind vorzugsweise identisch und geringer als der Innendurchmesser der Verbindungsleitung 5.
Die Anbindung der Verbindungsleitung 5 an den Boden 4a, 4b ist jeweils mit einem Übergangsbereich 7' ausgebildet. Innerhalb des Übergangsbereichs 7' weist die Verbindungsleitung 5 einen konstanten Außendurchmesser auf, welcher dem Außendurchmesser der Verbindungsleitung 5 auch in von der Vorrichtung 1' entfernten Abschnitten des Kältemittelkreislaufs entspricht und sich im Bereich des Bodens 4a, 4b erweitert.
Der Innendurchmesser der Verbindungsleitung 5 ist in Richtung zur Vorrichtung 1' hin bis zum Übergangsbereich 7' konstant und nimmt innerhalb des Übergangsbereichs 7' stetig ab. Der Innendurchmesser der Verbindungsleitung 5 ist jeweils im Bereich des Bodens 4a, 4b minimal und entspricht dem Durchmesser der jeweiligen Durchlassöffnung 6a', 6b'. Die Wandstärke der Verbindungsleitung 5 nimmt im Übergangsbereich in Richtung der Vorrichtung 1' stetig zu.
In den 2a und 2b sind eine herkömmliche Vorrichtung 1' und eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter jeweils in einer axialen Längsschnittdarstellung mit Berechnungsparametern gegenübergestellt.
Das Dämpfungsverhalten DTL eines Reflexions-Schalldämpfers, auch als Durchgangsdämpfungsmaß D_TL bezeichnet, kann abhängig von der zu dämpfenden Frequenz beziehungsweise Wellenlänge und des vorhandenen Bauraums anhand folgender Formel ausgelegt werden (Quelle: Wallin, H.-P., Carlsson, U., Abom, M., Boden, H., & Glab, R. (2012). Sound and vibration [Book]. Stockholm, Sweden: The Marcus Wallenberg Laboratory.): $D_{T L} = 10 log (1 + {(\frac{S_{1}}{2 \cdot S_{2}} - \frac{S_{2}}{2 \cdot S_{1}})}^{2} {sin}^{2} (k L)) [dB]$
Der vorhandene Bauraum wird durch den Innendurchmesser der Kammer 3 vorgegeben. Das innere Volumen der Kammer 3 beziehungsweise das vom Gehäuse 2' umschlossene Volumen wird anhand der Länge L in Längsrichtung x sowie der Querschnittsfläche S₂ definiert. S₁ entspricht der Querschnittsfläche der Durchlassöffnungen 6a', 6b' zum Einströmen in die Kammer 3 sowie zum Ausströmen aus der Kammer 3, während k mit k = 2π/λder Wellenzahl entspricht. Damit ist das Dämpfungsverhalten DTL der als Reflexions-Schalldämpfer ausgebildeten Vorrichtung 1' auch vom Strömungsquerschnitt S₁ der Einlassöffnung 6a' und der Auslassöffnung 6b' sowie dem inneren Strömungsquerschnitt S₂ der Kammer 3 abhängig.
Beim Durchströmen der Vorrichtung 1' mit der Kammer 3 und den Durchlassöffnungen 6a', 6b' erfahren die Druckpulsationen eine Reduktion in Höhe des Durchgangsdämpfungsmaßes DTL.
Das Dämpfungsverhalten DTL eines Reflexions-Schalldämpfers wird folglich durch die Länge der Kammer 3, insbesondere des inneren Volumens der Kammer 3, und ein Ausdehnungsverhältnis bestimmt. Unter dem Ausdehnungsverhältnis, auch als Expansionsverhältnis bezeichnet, ist das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser der Kammer 3 und dem Durchmesser der Durchlassöffnungen 6a', 6b' zu verstehen.
Um das Dämpfungsverhalten DTL des Reflexions-Schalldämpfers bei konstantem inneren Volumen der Kammer 3, insbesondere bei gleichbleibender Länge L und gleichbleibender Querschnittsfläche S₂ , das heißt im Wesentlichen gleichen Gehäuse 2 mit konstantem Bauraum, zu verbessern, kann die Querschnittsfläche S₁ der Durchlassöffnungen 6a, 6b, speziell der Einlassöffnung 6a beziehungsweise der Auslassöffnung 6b, auf eine Querschnittsfläche S₁* verringert werden. Dabei wird insbesondere das Ausdehnungsverhältnis verändert.
Ebenso kann das Ausdehnungsverhältnis und damit das Dämpfungsverhalten D_TL des Reflexions-Schalldämpfers mit geringerem Bauraum konstant gehalten werden.
Wie speziell aus 2b hervorgeht, werden die Querschnittsflächen der Durchlassöffnungen 6a, 6b der Vorrichtung 1 jeweils durch das Anordnen eines Einsatzelements 8a, 8b verringert. Dabei wirkt sich zum einen eine Länge L_i der querschnittsveränderten Strecke der Einsatzelemente 8a, 8b auf das Dämpfungsverhalten DTL aus. Zum anderen wird das Dämpfungsverhalten DTL auch durch ein Hineinragen der Einsatzelemente 8a, 8b in die Kammer 3 beeinflusst. Die Einsatzelemente 8a, 8b sind dabei mit einem Bereich einer Länge L₀ innerhalb der Kammer 3 angeordnet.
In 3a ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter mit Einsatzelementen 8a, 8b innerhalb einer vom Gehäuse 2 umschlossenen Kammer 3 in einer axialen Längsschnittdarstellung gezeigt.
Das Gehäuse 2 ist mit einem ersten Gehäuseelement 2a und einem zweiten Gehäuseelement 2b ausgebildet. Die Gehäuseelemente 2a, 2b sind an zueinander ausgerichteten und aneinander anliegend angeordneten offenen Enden, insbesondere durch Verlöten oder Verschweißen, miteinander verbunden. Die Gehäuseelemente 2a, 2b sind dabei jeweils mit einer ersten Stirnseite zueinander angeordnet. An einer zur ersten Stirnseite in der Längsrichtung x distal ausgerichteten zweiten Stirnseite weisen die Gehäuseelemente 2a, 2b jeweils einen Boden 4a, 4b auf. Die Gehäuseelemente 2a, 2b sind mit den Böden 4a, 4b jeweils als ein fester Bestandteil einer Verbindungsleitung 5 eines Kältemittelkreislaufs ausgebildet. Innerhalb der Böden 4a, 4b ist jeweils eine Durchlassöffnung 6a, 6b vorgesehen. Die Durchmesser der Durchlassöffnungen 6a, 6b und die Innendurchmesser der Verbindungsleitungen 5 sind vorzugsweise identisch. Die Verbindungsleitungen 5 sind sowohl mit einem konstanten Außendurchmesser als auch einem konstanten Innendurchmesser und damit einer konstanten Wandstärke ausgebildet.
Das die Kammer 3 umschließende Gehäuse 2 weist mit den Durchlassöffnungen 6a, 6b eine Einlassöffnung 6a sowie eine Auslassöffnung 6b auf, welche jeweils im Boden 4a, 4b der Gehäuseelemente 2a, 2b ausgebildet sind. Das beim Durchströmen des Verdichters zu verdichtende Fluid strömt in der Längsrichtung x durch die Verbindungsleitung 5 und die Einlassöffnung 6a in die Kammer 3 der Vorrichtung 1 ein und durch die Auslassöffnung 6b aus der Kammer 3 in die Verbindungsleitung 5 wieder aus. Dabei ist die Einlassöffnung 6a als Verbindung zu einer Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs ausgebildet, während die Auslassöffnung 6b über die Verbindungsleitung 5 mit einem Ansaugbereich des Verdichters verbunden ist. Die Einlassöffnung 6a und die Auslassöffnung 6b sind koaxial zueinander beziehungsweise auf einer gemeinsamen Achse ausgerichtet, welche auch der Symmetrieachse oder der Längsachse der Vorrichtung 1 entspricht.
Beim Herstellen der Vorrichtung 1 wird unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs jeweils ein Ende einer Verbindungsleitung 5 bis zu einem finalen Durchmesser kaltverformend aufgeweitet, wobei das Ende der Verbindungsleitung 5 dann ein Gehäuseelement 2a, 2b mit dem Boden 4a, 4b darstellt. Aus 3b gehen das erste Gehäuseelement 2a des Gehäuses 2 der Vorrichtung 1 nach 3a in vier unterschiedlichen Zuständen und das zweite Gehäuseelement 2b in drei unterschiedlichen Zuständen jeweils während der Herstellung hervor.
Nach dem Aufweiten zweier Verbindungsleitungen 5 bis zu einem Innendurchmesser der später zu erzeugenden Kammer 3 innerhalb von zwei dargestellten Schritten wird das erste Gehäuseelement 2a am offenen Ende in einem weiteren, insbesondere einem dargestellten dritten Schritt weiter aufgeweitet, um einen Flansch einer Flanschverbindung der Gehäuseelemente 2a, 2b herzustellen. Das erste Gehäuseelement 2a wird an der offenen Stirnseite derart aufgeweitet, dass der Innendurchmesser nunmehr dem Außendurchmesser des zweiten Gehäuseelements 2b im aufgeweiteten Bereich zuzüglich eines Spiels zum Zusammenstecken der Gehäuseelemente 2a, 2b entspricht.
Nach dem Einlegen der vorgefertigten Einsatzelemente 8a, 8b in die Gehäuseelemente 2a, 2b und dem Ineinanderstecken der Gehäuseelemente 2a, 2b, insbesondere dem Einstecken des zweiten Gehäuseelements 2b in das erste Gehäuseelement 2a, werden die Gehäuseelemente 2a, 2b beispielsweise miteinander verlötet oder verschweißt, um eine fluiddichte Verbindung des Gehäuses 2 zu gewährleisten.
Die im Wesentlichen hohlzylinderförmigen, speziell hohlkreiszylinderförmigen Einsatzelemente 8a, 8b, insbesondere zum Verringern der Querschnittsflächen S₁ der Durchlassöffnungen 6a, 6b, werden vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt und weisen einen Außendurchmesser auf, welcher dem Innendurchmesser der Verbindungsleitung 5 entspricht. Damit wird, insbesondere mittels einer Presspassung, ein fluiddichtes Einlegen des Einsatzelements 8a, 8b in das jeweilige Gehäuseelement 2a, 2b sichergestellt. Unter dem fluiddichten Einlegen ist zu verstehen, dass das Einsatzelement 8a, 8b mit der äußeren Mantelfläche fluiddicht an der Innenfläche der Verbindungsleitung 5 anliegt und damit der gesamte Massenstrom des Fluids durch das jeweilige Einsatzelement 8a, 8b hindurchgeleitet wird. Das Auftreten eines Bypassstroms des Fluids an der Außenseite des Einsatzelements 8a, 8b wird verhindert. Die vorzugsweise aus einem Kunststoff ausgebildeten Einsatzelemente 8a, 8b sind sehr flexibel zu formen, wobei auch der Einsatz anderer einfach verformbarer Materialien für die Einsatzelemente 8a, 8b vorgesehen sein können.
Die Einsatzelemente 8a, 8b werden in der Form, speziell bezüglich der gesamten Länge L_i und der Querschnittsfläche S₁*, auf die erforderlichen Einsatzgebiete, insbesondere spezifischen Frequenzbereiche, in welchen eine gezielte Dämpfung erreicht werden soll, angepasst. Dabei kann neben der gesamten Länge L_i und einem Innendurchmesser des Einsatzelements 8a, 8b auch die Länge L₀ des Einsatzelements 8a, 8b innerhalb der Kammer 3 variiert werden.
Die Vorrichtung 1 weist im zusammengesteckten und verbundenen Zustand der Gehäuseelemente 2a, 2b mit einer Wandstärke von etwa 1,5 mm bevorzugt eine Länge von etwa 50 mm mit einem Außendurchmesser von etwa 37 mm auf. Die Gehäuseelemente 2a, 2b sind im zusammengefügten Bereich mit einer Überlappung von etwa 5 mm zueinander angeordnet.
Bei einer Ausbildung einer herkömmlichen Vorrichtung 1' mit einem Innendurchmesser der Kammer 3 von 48 mm und einem Innendurchmesser der Verbindungsleitungen 5 von 16 mm ergibt sich ein Ausdehnungsverhältnis von 3. Im Falle einer platzsparenden Ausführungsform der Vorrichtung 1 mit einem Innendurchmesser der Kammer 3 von 36 mm und gleicher Länge L wird der Durchmesser der Durchlassöffnungen 6a, 6b auf 12 mm reduziert, um das Ausdehnungsverhältnis und damit das Dämpfungsverhalten D_TL konstant zu halten. Dabei bleiben im Vergleich der herkömmlichen Vorrichtung 1' mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 neben der Länge L und dem Ausdehnungsverhältnis auch die resultierende Leistung gleich.
In 4 sind Übertragungsverluste beziehungsweise Dämpfungsverhalten abhängig von der Frequenz eines aus dem Stand der Technik bekannten Reflexions-Schalldämpfers, einer herkömmlichen Vorrichtung 1' gemäß 1 und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gemäß 3a, zum Dämpfen von Druckpulsationen innerhalb eines Kältemittelkreislaufs mit R134a als Kältemittel vergleichend gegenübergestellt.
Dabei wird deutlich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in der platzsparenden Ausführungsform eine insbesondere im Bereich niederer Frequenzen, beispielsweise im Bereich bis etwa 800 Hz, auftretende Lücke im Dämpfungsverhalten zwischen einem aus dem Stand der Technik bekannten Reflexions-Schalldämpfer und der herkömmlichen Vorrichtung 1' gemäß 1 schließen kann. Speziell im angegebenen Frequenzbereich ist die Druckpulsationsdämpfungsleistung der Vorrichtung 1 größer als die der herkömmlichen Vorrichtung 1'.
In den 5a und 5b sind Detaildarstellungen der Vorrichtung 1 zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter, insbesondere den Gehäuseelementen 2a, 2b mit den Einsatzelementen 8a, 8b, unter Variation der Gesamtlänge L_i der Einsatzelemente 8a, 8b mit einem konstanten Innendurchmesser von 12 mm sowie die Übertragungsverluste beziehungsweise Dämpfungsverhalten der Vorrichtungen 1 mit den unterschiedlichen Einsatzelementen 8a, 8b abhängig von der Frequenz innerhalb eines Kältemittelkreislaufs gegenübergestellt. Die Einsatzelemente 8a, 8b sind jeweils nicht in die Kammer 3 der Vorrichtung 1 hineinragend angeordnet. Die Länge L₀ der Einsatzelemente 8a, 8b innerhalb Kammer 3 ist jeweils Null.
Die Gesamtlänge L_i der Einsatzelemente 8a, 8b variiert zwischen 5 mm (a), 10 mm (b), 25 mm (c) und 50 mm (d), während der Innendurchmesser den Wert von 12 mm aufweist.
Aus 5b geht deutlich hervor, dass das Dämpfungsverhalten der Vorrichtung 1 mit größer werdender Gesamtlänge L_i der Einsatzelemente 8a, 8b verbessert wird.
Aus den 6a und 6b sind Detaildarstellungen der Vorrichtung 1 zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter, insbesondere den Gehäuseelementen 2a, 2b mit den Einsatzelementen 8a, 8b, unter Variation des Innendurchmessers der Einsatzelemente 8a, 8b jeweils mit konstanter Gesamtlänge L_i und konstanter in das Volumen der Vorrichtung 1 sowie in die Verbindungsleitung 5 hineinreichender Länge L₀ sowie die Übertragungsverluste beziehungsweise Dämpfungsverhalten der Vorrichtungen 1 mit den unterschiedlichen Einsatzelementen 8a, 8b abhängig von der Frequenz innerhalb eines Kältemittelkreislaufs gegenübergestellt. Die Gesamtlänge L_i der Einsatzelemente 8a, 8b beträgt jeweils 65 mm, während die Einsatzelemente 8a, 8b jeweils mit einer Länge L₀ von 15 mm in die Kammer 3 der Vorrichtung 1 hineinragend angeordnet sind.
Der Innendurchmesser der Einsatzelemente 8a, 8b variiert zwischen 11 mm (d), 12 mm (e) und 13 mm (f).
Aus 6b geht deutlich hervor, dass ab einer bestimmten Frequenz das Dämpfungsverhalten, speziell das hochfrequente Dämpfungsverhalten der Vorrichtung 1 gegenüber einem bekannten Reflexions-Schalldämpfer verbessert wird. Insbesondere wird dabei zudem das Dämpfungsverhalten der Vorrichtung 1 mit geringer werdendem Innendurchmesser der Einsatzelemente 8a, 8b verbessert.
Mit der Ausbildung und dem Anordnen der Einsatzelemente 8a, 8b innerhalb der Gehäuseelemente 2a, 2b wird eine gewünschte Innengeometrie der Vorrichtung 1 erzeugt, welche insbesondere den niederfrequenten Druckpulsationsdämpfungseffekt erhöht und gleichzeitig den Druckabfall bei der Strömung des Fluids durch die Vorrichtung 1 reduziert.
Der verbesserte Druckpulsationsdämpfungseffekt tritt folglich vor allem bei Betriebszuständen mit einem geringen zu fördernden Massenstrom und damit bei einer geringen Last des Verdichters auf, welche als sehr kritisch in Bezug auf Druckpulsationen im Fahrzeug anzusehen sind.
Wie speziell aus den 5a und 6a hervorgeht, sind die ersten Einsatzelemente 8a jeweils mit einem Einströmbereich ausgebildet. Innerhalb des Einströmbereichs weist das Einsatzelement 8a bei einem konstanten Außendurchmesser einen sich in Strömungsrichtung des Fluids verringernden Innendurchmesser auf, welcher ab dem Ende des Einströmbereichs konstant bleibt. Damit nimmt die Wandstärke des ersten Einsatzelements 8a innerhalb des Einströmbereichs in Richtung der Kammer 3 stetig zu.
Ebenso ist der Innendurchmesser des nicht dargestellten zweiten Einsatzelements in Strömungsrichtung des Fluids bis zu einem Ausströmbereich konstant und nimmt innerhalb des Ausströmbereichs stetig zu, sodass die Wandstärke des zweiten Einsatzelements innerhalb des Ausströmbereichs in der von der Kammer 3 wegweisenden Richtung stetig abnimmt.
Der Innendurchmesser der Einsatzelemente 8a, 8b ist jeweils im Bereich des zur Kammer 3 hin offenen Endes minimal.
Bezugszeichenliste

1, 1': Vorrichtung
2, 2': Gehäuse
2a, 2a': erstes Gehäuseelement
2b, 2b': zweites Gehäuseelement
3: Kammer
4a: Boden erstes Gehäuseelement 3a
4b: Boden zweites Gehäuseelement 3b
5: Verbindungsleitung
6a, 6a': Durchlassöffnung, Einlassöffnung, Strömungspfad Fluid
6b, 6b': Durchlassöffnung, Auslassöffnung, Strömungspfad Fluid
7': Übergangsbereich
8a: erstes Einsatzelement
8b: zweites Einsatzelement
D_TL: Dämpfungsverhalten, Durchgangsdämpfungsmaß
S₁: Querschnittsfläche Durchlassöffnungen 6a, 6b, 6a', 6b'
S₁*: verringerte Querschnittsfläche
S₂: Querschnittsfläche inneres Volumen Kammer 3 in Längsrichtung x
L: Länge inneres Volumen Kammer 3
L_i: Länge querschnittsveränderte Strecke, Länge Einsatzelement 8a, 8b
L₀: Länge Einsatzelement 8a, 8b innerhalb Kammer 3
k: Wellenzahl
λ: Wellenlänge
x: Längsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2357330 A1 [0005]
DE 112015000105 T5 [0009]

Claims

Vorrichtung (1) zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter eines gasförmigen Fluids, insbesondere eines Kältemittels, aufweisend ein eine Kammer (3) umschließendes Gehäuse (2) mit mindestens zwei Durchlassöffnungen (6a, 6b), wobei das Gehäuse (2) zwischen mit Enden zueinander ausgerichteten, rohrförmigen Verbindungsleitungen (5) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb mindestens einer der Durchlassöffnungen (6a, 6b) ein Einsatzelement (8a, 8b) zum Verringern der Querschnittsfläche der Durchlassöffnung (6a, 6b) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnungen (6a, 6b) jeweils einen Durchmesser aufweisen, welcher einem Innendurchmesser der Verbindungsleitungen (5) entspricht.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnungen (6a, 6b) auf einer gemeinsamen Achse ausgerichtet angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) rotationssymmetrisch um eine Längsachse ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zwei Gehäuseelemente (2a, 2b) aufweist, welche mit als offene Enden ausgebildeten ersten Stirnseiten zueinander ausgerichtet und an den ersten Stirnseiten miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gehäuseelement (2a, 2b) als ein fester Bestandteil eines Endes einer Verbindungsleitung (5) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseelemente (2a, 2b) an einer zur ersten Stirnseite in einer Längsrichtung x distal ausgerichteten zweiten Stirnseite jeweils einen Boden (4a, 4b) aufweisen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Bodens (4a, 4b) jeweils eine Durchlassöffnung (6a, 6b) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Durchlassöffnung (6a) als eine Einlassöffnung (6a) und eine zweite Durchlassöffnung (6b) als eine Auslassöffnung (6b) der Kammer (3) ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (6a) und die Auslassöffnung (6b) auf einer Symmetrieachse der Vorrichtung (1) ausgerichtet angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Einlassöffnung (6a) ein erstes Einsatzelement (8a) und innerhalb der Auslassöffnung (6b) ein zweites Einsatzelement (8b) jeweils zum Verringern der Querschnittsfläche der Durchlassöffnung (6a, 6b) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (8a, 8b) im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (8a, 8b) einen Außendurchmesser aufweist, welcher im Wesentlichen einem Innendurchmesser der Verbindungsleitung (5) entspricht.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (8a, 8b) mit einer Gesamtlänge L_i ausgebildet ist, wobei das Einsatzelement (8a, 8b) mit einer Länge L₀ in die Kammer (3) hineinragend angeordnet ist, wobei die Länge L₀ geringer als die Gesamtlänge L_i und größer oder gleich Null ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (8a, 8b) aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einsatzelement (8a) mit einem Einströmbereich ausgebildet ist, welcher einen konstanten Außendurchmesser und einen sich in Strömungsrichtung des Fluids stetig verringernden Innendurchmesser aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einsatzelement (8b) mit einem Ausströmbereich ausgebildet ist, welcher einen konstanten Außendurchmesser und einen sich in Strömungsrichtung des Fluids stetig vergrößernden Innendurchmesser aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchlassöffnung (6b) mit einem Ansaugbereich des Verdichters verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung (1) zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter eines gasförmigen Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 18, aufweisend folgende Schritte: - Aufweiten jeweils eines Endes einer Verbindungsleitung (5) bis zu einem Innendurchmesser einer Kammer (3) und Ausbilden des Endes der Verbindungsleitung (5) als ein Gehäuseelement (2a, 2b) mit einem Boden (4a, 4b) und einem offenen Ende, - Aufweiten eines ersten Gehäuseelements (2a) im Bereich des aufgeweiteten Endes und Erzeugen eines Flansches einer Flanschverbindung der Gehäuseelemente (2a, 2b) derart, dass der Innendurchmesser des ersten Gehäuseelements (2a) am offenen Ende einem Außendurchmesser des zweiten Gehäuseelements (2b) am offenen Ende zuzüglich eines Spiels zum Zusammenstecken der Gehäuseelemente (2a, 2b) entspricht, - Einlegen von vorgefertigten Einsatzelementen (8a, 8b) in in den Gehäuseelementen (2a, 2b) ausgebildete Durchlassöffnungen (6a, 6b) und - Ineinanderstecken der Gehäuseelemente (2a, 2b) an der Flanschverbindung sowie - fluiddichtes Verbinden der Gehäuselemente (2a, 2b).
Verwendung einer Vorrichtung (1) zum Dämpfen von Druckpulsationen für einen Verdichter eines gasförmigen Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem Kältemittelkreislauf, insbesondere eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs.