DE102019127746A1

DE102019127746A1 - Vorrichtungen zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids und Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019127746A1
Application number: DE102019127746.9A
Authority: DE
Inventors: Dirk Gutberlet; Michael Friedl; Kadir Dursun
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: KR20210156850A; CN114072993A; US20220307503A1; DE102019127746B4; KR102629937B1; JP2022545708A; JP7366243B2; WO2021075781A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen (1) zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids. Eine Vorrichtung (1) weist einen Stator (5) und einen Rotor (8) auf, welche sich entlang einer gemeinsamen Längsachse (9) erstreckend innerhalb eines Gehäuses (2) angeordnet sind, wobei der Stator (5) den Rotor (8) in radialer Richtung umschließt. Zwischen einer Innenseite einer Wandung des Gehäuses (2) und einer Außenseite einer Wandung des Stators (5) ist ein Zwischenraum (10) ausgebildet. Das Gehäuse (2) weist ein erstes Gehäuseelement (2-1a, 2-1b) und ein zweites Gehäuseelement (2-2a, 2-2b) auf, welche jeweils mit zueinander ausgerichteten Auflageflächen (3) das Gehäuse (2) verschließend aneinander anliegend angeordnet sind. Dabei ist zwischen den Auflageflächen (3) der Gehäuseelemente ein Dichtelement (11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7, 11-8) vorgesehen. Das Dichtelement (11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7, 11-8) weist die Form einer Kreisringscheibe mit einer umfänglich umlaufenden Ausformung (17) und mindestens einem Dichtbereich (18, 18-1, 18-2, 18-3) auf. Die Ausformung (17) korrespondiert in Umfangsrichtung mit einer Kontur der Auflageflächen (3). Der Dichtbereich (18, 18-1, 18-2, 18-3) ist den Zwischenraum (10) zumindest teilweise verschließend ausgebildet.Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtungen (1) zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids sowie eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen (1).

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids, speziell eines Kältemittels. Die Vorrichtungen können als Verdichter im Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Eine Vorrichtung weist einen Stator sowie einen Rotor auf, welche sich entlang einer gemeinsamen Längsachse erstreckend innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Dabei umschließt der Stator den Rotor in radialer Richtung. Zwischen einer Innenseite einer Wandung des Gehäuses und einer Außenseite einer Wandung des Stators ist ein Zwischenraum ausgebildet. Das Gehäuse weist Gehäuseelemente auf, welche jeweils mit zueinander ausgerichteten Auflageflächen, das Gehäuse verschließend aneinander anliegend angeordnet sind. Zwischen den Auflageflächen der Gehäuseelemente ist ein Dichtelement angeordnet.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.
Aus dem Stand der Technik bekannte Verdichter für mobile Anwendungen, insbesondere für Klimatisierungssysteme von Kraftfahrzeugen, zum Fördern von Kältemittel durch einen Kältemittelkreislauf, auch als Kältemittelverdichter bezeichnet, werden unabhängig vom Kältemittel oft als Kolbenverdichter mit variablem Hubvolumen oder als Scrollverdichter ausgebildet. Die Verdichter werden dabei entweder über eine Riemenscheibe oder elektrisch angetrieben. Dabei weist ein elektrisch angetriebener Verdichter einen Elektromotor zum Antreiben des jeweiligen Verdichtungsmechanismus auf. Im Verdichter auftretende Verluste führen insbesondere zum Erzeugen von Wärme, sodass speziell die Wärme vom Elektromotor abzuführen ist, um einen sicheren Betrieb des Verdichters mit maximaler Lebensdauer zu gewährleisten. So wird beispielsweise während des Betriebs des Verdichters Wärme, zum Beispiel von einer Wandung eines Gehäuses, direkt an das zu verdichtende Kältemittel übertragen, was sich auf den Gesamtwirkungsgrad des Verdichters auswirkt. Der Gesamtwirkungsgrad des Verdichters sollte maximal sein.
Um die den Betrieb und insbesondere den Gesamtwirkungsgrad des Verdichters bestimmenden Parameter zu berücksichtigen und deren Wirkungen aneinander anzupassen, ist der Massenstrom des zu verdichtenden Kältemittels beziehungsweise eines Kältemittel-Öl-Gemisches auf einem optimalen Strömungspfad durch das Gehäuse des Verdichters beziehungsweise durch den Elektromotor zu leiten und zu steuern. Herkömmliche Elektromotore der elektrisch angetriebenen Verdichter sind mit einem ringförmigen Statorkern mit daran angeordneten Spulen und einem Rotor ausgebildet, wobei der Rotor innerhalb des Statorkerns angeordnet ist. Rotor und Stator sind auf einer gemeinsamen Symmetrieachse beziehungsweise Drehachse des Rotors ausgerichtet.
Aus dem Stand der Technik sind elektrisch angetriebene Verdichter bekannt, bei welchen eine Gehäusedichtung ausschließlich zum gegeneinander Abdichten zweier einzelner, aneinander anliegender Gehäuseelemente vorgesehen und ausgebildet ist. Die Gehäusedichtung erfüllt dabei lediglich die Funktion des Abdichtens des Gehäuses bei verschiedenen Drücken und Temperaturen gegen ein Austreten von Kältemittel beziehungsweise Öl aus dem Verdichter in die Umgebung. Um gleichzeitig eine gezielte Strömung des Massenstroms des Kältemittels oder des Kältemittel-ÖI-Gemischs durch das Gehäuse des Verdichters beziehungsweise durch den Elektromotor zu gewährleisten, weisen herkömmliche Verdichter zusätzliche Komponenten, wie Einsatzelemente zum Blockieren sowie Verschließen möglicher Strömungspfade und damit zum Verhindern unerwünschter Strömungen oder zum Leiten, Führen und Umlenken gewünschter Strömungen, auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Verdichters, welche sich mit einer möglichst geringen Anzahl an Einzelkomponenten auf einfache Weise und damit zeitsparend montieren lässt. Die Einzelkomponenten sollen dabei die Vielzahl von bekannten und erforderlichen Funktionen der Vorrichtung, insbesondere auch bezüglich der Aufnahme von Wärme durch das Fluid, erfüllen. Die Vorrichtung soll konstruktiv einfach realisierbar sein, auch um Kosten bei der Herstellung zu minimieren. Dabei sollen insbesondere die Komplexität des Aufbaus der Vorrichtung minimiert werden und gleichzeitig die Abdichtung der Vorrichtung zur Umwelt gewährleistet sein. Der Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung ist zu maximieren.
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 Verdichten eines dampfförmigen Fluids gelöst. Die Vorrichtung weist einen unbeweglichen Stator und einen Rotor auf, welche sich entlang einer gemeinsamen Längsachse erstreckend innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Dabei ist der Stator den Rotor in radialer Richtung an einer Außenseite des Rotors, den Rotor umschließend positioniert.
Zwischen einer Innenseite einer Wandung des Gehäuses und einer Außenseite einer Wandung des Stators ist ein Zwischenraum ausgebildet. Das Gehäuse weist ein erstes Gehäuseelement und ein zweites Gehäuseelement auf, welche jeweils mit zueinander ausgerichteten Auflageflächen, das Gehäuse verschließend aneinander anliegend angeordnet sind. Dabei ist zwischen den Auflageflächen der Gehäuseelemente ein Dichtelement vorgesehen.
Nach der Konzeption der Erfindung weist das Dichtelement die Form einer Kreisringscheibe mit einer umfänglich umlaufenden Ausformung und mindestens einem Dichtbereich auf. Die Ausformung korrespondiert in Umfangsrichtung mit einer Kontur der Auflageflächen der Gehäuseelemente. Der Dichtbereich ist den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Stator zumindest teilweise verschließend ausgebildet.
Das Dichtelement weist vorteilhaft eine Außenkontur der Auflagefläche der Gehäuseelemente beziehungsweise des Gehäuses im Bereich der Auflageflächen nachbildende Form auf.
Der zwischen der Innenseite der Wandung des Gehäuses und der Außenseite der Wandung des Stators ausgebildete Zwischenraum weist bevorzugt die Form eines Kreiszylinderrings auf.
Das Dichtelement ist vorzugsweise stets in einer senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung aufgespannten Ebene ausgerichtet.
Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist das Dichtelement die Form einer Kreisringscheibe mit konstanter Breite auf. Dabei entspricht ein Außendurchmesser des Dichtelements im Wesentlichen einem Außendurchmesser der Auflagefläche der Gehäuseelemente, während ein Innendurchmesser des Dichtelements im Wesentlichen einem Durchmesser der Außenseite der Wandung des Stators entspricht. Damit weist das Dichtelement eine einen Strömungsquerschnitt des zwischen dem Gehäuse und dem Stator ausgebildeten Zwischenraums nahezu vollständig verschließende äußere Form auf.
Als Breite der Kreisringscheibe ist stets eine sich in der senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung aufgespannten Ebene erstreckende Ausdehnung zu verstehen.
Das Dichtelement weist bevorzugt mindestens einen ersten Dichtbereich auf, welcher als eine geschlossene Fläche ausgebildet ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Dichtelement mindestens einen zweiten Dichtbereich aufweist, welcher mit mindestens einer Durchströmöffnung beziehungsweise mit mindestens einer Ausnehmung zum Durchströmen des Fluids durch das Dichtelement oder innerhalb des vom Gehäuse umschlossenen Volumens am Dichtelement vorbei ausgebildet ist.
Die mindestens eine Durchströmöffnung kann beispielsweise mit einem kreisrunden oder einem ovalen Strömungsquerschnitt ausgebildet sein. Bei einer Anordnung einer Vielzahl von Durchströmöffnungen können die Form beziehungsweise die Größe der Strömungsquerschnitte der Durchströmöffnungen identisch sein oder untereinander variieren.
Unter einer Vielzahl ist dabei stets eine Anzahl von mindestens zwei zu verstehen.
Die mindestens eine Ausnehmung kann beispielsweise die Form eines Einschnitts aufweisen, welcher sich von einem am Innendurchmesser des Dichtelements angeordneten Innenrand in radialer Richtung nach außen in den Dichtbereich hinein erstreckend ausgebildet ist.
Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist das Dichtelement die Form einer Kreisringscheibe auf, wobei ein Außendurchmesser des Dichtelements im Wesentlichen einem Außendurchmesser der Auflagefläche der Gehäuseelemente entspricht, während ein Innendurchmesser des Dichtelements mit einem Innendurchmesser der Auflagefläche korrespondierend ausgebildet ist. Das Dichtelement ist mit dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser vorzugsweise in der gemeinsamen Ebene angeordnet.
Dabei weist das Dichtelement vorteilhaft mindestens einen eine Strömungsrichtung des Fluids beeinflussenden Dichtbereich auf, welcher aus einer senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung aufgespannten Ebene in Hauptströmungsrichtung des Fluids durch die Vorrichtung hervorragend ausgerichtet angeordnet ist.
Der Dichtbereich ist bevorzugt als eine geschlossene Fläche ausgebildet.
Die Aufgabe wird auch durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids, aufweisend ein Gehäuse mit einem ersten Gehäuseelement und einem zweiten Gehäuseelement gelöst, welche jeweils mit zueinander ausgerichteten Auflageflächen das Gehäuse verschließend aneinander anliegend angeordnet sind. Dabei ist zwischen den Auflageflächen ein Dichtelement angeordnet, welches die Form einer Kreisringscheibe mit einer umfänglich umlaufenden Ausformung und mindestens einem Dichtbereich aufweist. Ein Außendurchmesser des Dichtelements entspricht im Wesentlichen einem Außendurchmesser der Auflagefläche, während ein Innendurchmesser des Dichtelements mit einem Innendurchmesser der Auflagefläche sowie die Ausformung in Umfangsrichtung mit einer Kontur der Auflageflächen korrespondierend ausgebildet sind.
Das Dichtelement weist konzeptionsgemäß mindestens einen eine Strömungsrichtung des Fluids beeinflussenden Dichtbereich auf, welcher aus einer senkrecht zu einer Längsachse der Vorrichtung aufgespannten Ebene in Hauptströmungsrichtung des Fluids durch die Vorrichtung hervorragend ausgerichtet angeordnet ist.
Der mindestens eine die Strömungsrichtung des Fluids beeinflussende Dichtbereich kann die Form eines Kreisringabschnittes mit konstantem Innendurchmesser und konstantem Außendurchmesser aufweisen. Dabei ist der Dichtbereich vorzugsweise im Bereich eines Außendurchmessers am Innendurchmesser des Dichtelements, aus der senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung aufgespannten Ebene abragend angeordnet.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine die Strömungsrichtung des Fluids beeinflussende Dichtbereich in einem Winkel im Bereich von 20° bis 70°, insbesondere im Bereich von 30° bis 50°, zur Richtung der Längsachse der Vorrichtung ausgerichtet angeordnet. Bei einer Ausbildung einer Vielzahl von die Strömungsrichtung des Fluids beeinflussenden Dichtbereichen können die Anordnung, insbesondere die Winkel zur Richtung der Längsachse der Vorrichtung, beziehungsweise die Abmessungen der Dichtbereiche identisch sein oder untereinander variieren.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der mindestens eine die Strömungsrichtung des Fluids beeinflussende Dichtbereich mindestens ein Leitelement zum Leiten der Strömung des Fluids aufweist. Das Leitelement ist an einem Innendurchmesser des Dichtbereichs ausgebildet.
Das Leitelement ist zudem bevorzugt in einem Winkel im Bereich von 60° bis 90°, insbesondere im Bereich von 70° bis 80°, zur Richtung der Längsachse der Vorrichtung ausgerichtet angeordnet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Dichtelement mit Durchführöffnungen zur Aufnahme von Verbindungselementen des Gehäuses ausgebildet. Dabei ist der den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem Stator zumindest teilweise verschließende mindestens eine Dichtbereich in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Durchführöffnungen angeordnet.
Der Stator und der Rotor sind bevorzugt innerhalb des ersten Gehäuseelements angeordnet.
Das erste Gehäuseelement weist vorzugsweise einen Einlass zum Ansaugen des zu verdichtenden dampfförmigen Fluids in das Gehäuse auf, sodass das Fluid durch das erste Gehäuseelement und dabei direkt zum Stator beziehungsweise zum Rotor sowie anschließend in das zweite Gehäuseelement geleitet werden kann.
Innerhalb des zweiten Gehäuseelements ist vorteilhaft ein Verdichtungsmechanismus angeordnet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die am Dichtelement umfänglich umlaufende und in Umfangsrichtung mit einer Kontur der Auflageflächen der Gehäuseelemente korrespondierende Ausformung auf einer Oberseite wulstartig und einer Unterseite des Dichtelements ausgebildet.
Anstatt der Ausbildung einer Vorrichtung mit einer Vielzahl von Einzelkomponenten zum Erfüllen einer Vielzahl von erforderlichen Funktionen ist das Dichtelement als eine Komponente der Vorrichtung derart ausgebildet, die Strömung des Fluids, insbesondere eines Kältemittels, eines Kältemittel-Öl-Gemisches beziehungsweise eines Öls im Inneren eines Verdichters, aktiv zu leiten, um ein optimales Gleichgewicht zwischen Durchflussmenge und Wärmemanagement zu gewährleisten. Dabei ist die Gehäusedichtung mit einer konstruktiv integrierten Funktion eines Kältemittel-Öl-Managements ausgebildet.
Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben der voranstehenden Vorrichtung zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids gelöst.
Dabei werden das Fluid durch einen Einlass in ein erstes Gehäuseelement eines Gehäuses eingeleitet und ein im ersten Gehäuseelement angeordneter Stator sowie ein Rotor einer Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichtungsmechanismus vom Fluid beaufschlagt. Das Fluid wird durch einen zwischen benachbart angeordneten Spulen des Stators ausgebildeten Zwischenraum, einen zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildeten Spalt sowie den Rotor geleitet.
Anschließend wird das Fluid durch ein zwischen dem ersten Gehäuseelement und einem zweiten Gehäuseelement angeordnetes Dichtelement hindurch in das zweite Gehäuseelement zu einem Verdichtungsmechanismus geleitet.
Nach der Konzeption der Erfindung wird ein durch einen zwischen einer Innenseite einer Wandung des Gehäuses und einer Außenseite einer Wandung des Stators ausgebildeten Zwischenraum geleiteter Teilmassenstrom des Fluids als ein Bypassstrom durch das erste Gehäuseelement mittels des zwischen den Gehäuseelementen angeordneten Dichtelements gesteuert.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der Zwischenraum zum Durchleiten des Teilmassenstroms zumindest teilweise verschlossen.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mittels des Dichtelements eine Strömungsrichtung des Teilmassenstroms beim Einleiten in das zweite Gehäuseelement zielgerichtet zum Verdichtungsmechanismus eingestellt wird.
Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die Verwendung der Vorrichtung zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids, insbesondere eines Verdichters eines Kältemittels, in einem Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids mit dem als eine multifunktionale Komponente ausgebildeten Dichtelement sowie das Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung weisen zusammenfassend weitere diverse Vorteile auf:

- Integrieren von Funktionen zusätzlicher Komponenten in vorhandenes Element, dadurch minimale Anzahl an Komponenten, was die Ausbildung zusätzlicher Komponenten erübrigt, wobei insbesondere das Dichtelement eine Vielzahl von Funktionen, beispielsweise bezüglich eines hermetischen Abdichtens des Gehäuses und einer gezielten Durchleitung des Fluids durch die Vorrichtung, erfüllt, damit
- einfache Konstruktion und Montage, was auch die Kosten bei der Herstellung, insbesondere durch minimalen Zeitaufwand und minimalen Verschnitt, verringert sowie
- verbessern von Effizienz und Leistung der Vorrichtung durch gezieltes Steuern der Fluidströmung, beispielsweise direkt an zu wirkende Stellen, was zu einem Vergrößern des Gesamtwirkungsgrads der Vorrichtung führt und eine erforderliche Überdimensionierung der Vorrichtung vermeidet.

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 Verdichten eines dampfförmigen Fluids mit einem geöffneten Gehäuse in Blickrichtung auf einen Stator mit Spulen 6 und einem Statorkern sowie einen Rotor eines Elektromotors in einer perspektivischen Ansicht,
2a und 2b: eine Vorrichtung nach 1 mit einem an einer Dichtfläche des Gehäuses angeordneten herkömmlichen Dichtelement sowie erfindungsgemäßen Dichtelement jeweils in einer Draufsicht,
3a und 3b: eine Vorrichtung nach 1 mit einem geschlossenen Gehäuse und einem zwischen zwei Gehäuseelementen angeordneten herkömmlichen Dichtelement sowie erfindungsgemäßen Dichtelement jeweils in einer Schnittdarstellung,
4a und 4b: Vorrichtungen nach den 3a und 3b jeweils in einer perspektivischen Detailschnittdarstellung,
5: eine Gegenüberstellung von Wirkungsgraden, insbesondere Gesamtwirkungsgraden, von Vorrichtungen mit herkömmlichen und erfindungsgemäßen Dichtelementen abhängig von der Drehzahl der Vorrichtung,
6a bis 6f: alternative Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dichtelements mit unterschiedlich ausgebildeten Dichtbereichen, Durchströmöffnungen und Ausnehmung jeweils in einer perspektivischen Ansicht beziehungsweise einer perspektivischen Detailansicht,
7a bis 7c: ein erfindungsgemäßes Dichtelement nach 6b in einer Draufsicht, einer seitlichen Schnittdarstellung sowie einer Detailansicht der Schnittdarstellung,
8a und 8b: eine Vorrichtung nach 1 mit einem geschlossenen Gehäuse und einem zwischen zwei Gehäuseelementen angeordneten herkömmlichen Dichtelement in einer Schnittdarstellung sowie das herkömmliche Dichtelement in einer perspektivischen Ansicht und
9a bis 9c und 10a bis 10c: jeweils eine Vorrichtung nach 1 mit einem geschlossenen Gehäuse und einem zwischen zwei Gehäuseelementen angeordneten erfindungsgemäßen Dichtelement in einer Schnittdarstellung sowie das jeweilige Dichtelement in perspektivischen Ansichten.

In 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids mit einem geöffneten Gehäuse 2 in Blickrichtung auf einen Stator 5 mit Spulen 6 und einem zumindest teilisolierten Statorkern 7 sowie einen Rotor 8 eines Elektromotors als eine Vorrichtung zum Antreiben des Verdichters, speziell für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs zum Fördern von Kältemittel durch einen Kältemittelkreislauf, in einer perspektivischen Ansicht gezeigt.
Bei dem Elektromotor, beispielsweise einem Wechselstrommotor mit drei Leitungsdrähten, auch als Phasenleiter oder Phasen bezeichnet, ist der Statorkern 7 in radialer Richtung an einer Außenseite des Rotors 8 und damit den Rotor 8 umfänglich umschließend angeordnet. Der vorzugsweise als ein Blechpaket mit einer das Blechpaket zumindest teilweise umgebenden Isolierung ausgebildete Statorkern 7 und der Rotor 8 erstrecken sich jeweils entlang einer Längsachse 9, welche auch der Längsachse des Stators 5 und der Rotationsachse des Rotors 8 entspricht.
Das geöffnete Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 ist im Bereich einer Auflagefläche 3 verschließbar. Dabei liegen zwei Gehäuseelemente mit zueinander ausgerichteten Auflageflächen 3, das Gehäuse 2 hermetisch dicht verschließend, aneinander an. Die Gehäuseelemente werden mittels Verbindungselementen 4 miteinander verbunden und fixiert. Zwischen den Auflageflächen 3 der Gehäuseelemente, auch als Dichtflächen der Gehäuseelemente bezeichnet, wird zudem ein nicht dargestelltes Dichtelement angeordnet.
Zwischen einer Innenseite der Wandung des Gehäuses 2 und einer Außenseite einer Wandung des Stators 5, insbesondere einer Außenseite einer Wandung des Statorkerns 7, ist ein erster Zwischenraum 10 beziehungsweise ein Spalt ausgebildet. Der erste Zwischenraum 10 weist im Wesentlichen die Form eines Kreiszylinderrings auf, welcher im Bereich der Verbindungselemente 4 des Gehäuses 2 umfänglich in einzelne Abschnitte unterteilt ist.
Die Spulen 6 sind jeweils aus einem um einen sich in radialer Richtung der Wandung des Statorkerns 7 nach innen erstreckenden, isolierten Bereich gewickelten Leitungsdraht als elektrischer Leiter ausgebildet. Als Leitungsdraht im Bereich der Spulen 6 dient jeweils vorteilhaft ein lackierter und gewickelter Kupferdraht, wobei die nicht gewickelten Enden der Leitungsdrähte als Anschlussleitungen vorzugsweise mit einem Kunststoff ummantelt isoliert sind. Die sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden Bereiche des Statorkerns 7 weisen jeweils die Form eines Steges auf und sind gleichmäßig über den Umfang einer Außenwandung des Statorkerns 7 verteilt angeordnet. Zwischen benachbart zueinander ausgerichteten Spulen 6 ist jeweils ein Spulenzwischenraum, auch als Statorzwischenraum bezeichnet, ausgebildet.
Das mit der Vorrichtung 1 zu verdichtende dampfförmige Fluid, insbesondere ein Kältemittel beziehungsweise Kältemittel-Öl-Gemisch, wird nach dem Einsaugen in das Gehäuse 2 der Vorrichtung 1 zur Aufnahme von Wärme über Komponenten des Elektromotors geleitet und anschließend einem Verdichtungsmechanismus der Vorrichtung 1 zugeführt. Damit wird einerseits das dampfförmige Fluid vor dem Verdichten innerhalb des Verdichtungsmechanismus weiter überhitzt, insbesondere um den Verdichtungsmechanismus zerstörende Flüssigkeitsschläge zu vermeiden. Andererseits wird im Elektromotor erzeugte Wärme abgeführt, um einen sicheren Betrieb des Verdichters mit maximaler Lebensdauer zu gewährleisten.
Aus den 2a und 2b geht jeweils eine Vorrichtung 1', 1 nach 1 mit einem an der Dichtfläche 3 des Gehäuses 2 angeordneten herkömmlichen Dichtelement 11', gemäß 2a, sowie einem erfindungsgemäßen Dichtelement 11, gemäß 2b, jeweils in einer Draufsicht hervor. Dabei wird jeweils die rotationssysmmetrische und koaxiale Anordnung des Stators 5 mit den Spulen 6 und dem Statorkern 7 sowie des Rotors 8 zur Längsachse 9 beziehungsweise zueinander deutlich.
An der an einer offenen Stirnseite des Gehäuses 2 ausgebildeten Auflagefläche 3 liegt das zwei Gehäuseelemente hermetisch dicht miteinander verbindende und damit das Gehäuse 2 verschließende Dichtelement 11, 11' an. Das Dichtelement 11, 11' ist dabei mit Durchführöffnungen 13 zur Aufnahme jeweils eines Verbindungselements 4 ausgebildet. Infolge des Hindurchführens der Verbindungselemente 4 durch die Durchführöffnungen 13 des Dichtelements 11, 11' beziehungsweise des Auflegens des Dichtelements 11, 11' auf die Verbindungselemente 4 wird das Dichtelement 11, 11' während der Montage der Vorrichtung 1, 1', insbesondere während des Verschließens des Gehäuses 2, am Gehäuse 2 gehaltert. Damit wird ein Verrutschen des Dichtelements 11, 11' in Bezug zum Gehäuse 2 verhindert.
Das herkömmliche Dichtelement 11' ist gemäß 2a als ein Kreisring beziehungsweise eine Kreisringscheibe ausgebildet und weist im Wesentlichen die Form der Auflagefläche 3 des Gehäuses 2 auf. Dabei entspricht der Außendurchmesser des Dichtelements 11' dem Außendurchmesser der Auflagefläche 3, während der Innendurchmesser des Dichtelements 11' mit dem Innendurchmesser der Auflagefläche 3 korrespondiert. Damit ist in den Bereichen der Durchführöffnungen 13 der Verbindungselemente 4 des Gehäuses 2 die Breite des Kreisrings größer als in den Bereichen, welche zwischen den Durchführöffnungen 13 ausgebildet sind. Die Wandstärke des Dichtelements 11' ist konstant.
Dabei ergibt sich die Breite der Kreisringscheibe stets in der senkrecht zur Längsachse 9 der Vorrichtung 1, 1' aufgespannten Ebene, während die Wandstärke eine Abmessung der Kreisringscheibe in Richtung der Längsachse 9 darstellt.
Aufgrund der Ausbildung des herkömmlichen Dichtelements 11', welches der Auflagefläche 3 der Gehäuseelemente nachgebildet ist, wird das zu verdichtende dampfförmige Fluid in Strömungsrichtung 14'a jeweils durch den zwischen der Wandung des Gehäuses 2 und dem Stator 5 ausgebildeten ersten Zwischenraum 10 als ersten Strömungspfad sowie durch den zwischen benachbart zueinander angeordneten Spulen 6 ausgebildeten zweiten Zwischenraum 12, einen Spalt zwischen Stator 5 und Rotor 8 sowie den Rotor 8 als zweiten Strömungspfad geleitet. Der in die Vorrichtung 1 angesaugte Massenstrom des Fluids wird somit in Teilmassenströme durch die Zwischenräume 10, 12 aufgeteilt, wobei einer der beiden Teilmassenströme durch die ersten Zwischenräume 10, insbesondere auf der Außenseite des Stators 5 entlang, am Elektromotor vorbei und der andere der beiden Teilmassenströme durch den Elektromotor hindurch strömt.
Das erfindungsgemäße Dichtelement 11 ist gemäß 2b als ein Kreisring beziehungsweise eine Kreisringscheibe mit konstanter Breite derart ausgebildet, dass neben der Auflagefläche 3 des Gehäuses 2 auch der zwischen der Innenseite der Wandung des Gehäuses 2 und der Außenseite der Wandung des Statorkerns 7 ausgebildete Strömungsquerschnitt des ersten Zwischenraums 10 verschlossen ist. Dabei entspricht der Außendurchmesser des Dichtelements 11 dem Außendurchmesser der Auflagefläche 3, während der Innendurchmesser des Dichtelements 11 im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Wandung des Statorkerns 7 entspricht.
Aufgrund der Ausbildung des erfindungsgemäßen Dichtelements 11, welches am Außendurchmesser dem Außendurchmesser der Auflagefläche 3 der Gehäuseelemente und am Innendurchmesser des Außendurchmessers des Stators 5 nachgebildet ist, wird das zu verdichtende dampfförmige Fluid in Strömungsrichtung 14a durch den zwischen benachbart angeordneten Spulen 6 ausgebildeten zweiten Zwischenraum 12, einen Spalt zwischen Stator 5 und Rotor 8 sowie den Rotor 8 geleitet. Der zwischen der Wandung des Gehäuses 2 und dem Stator 5 ausgebildete Strömungsquerschnitt des ersten Zwischenraums 10 ist durch das Dichtelement 11 verschlossen. Damit wird der in die Vorrichtung 1 angesaugte Massenstrom des Fluids ausschließlich durch den Elektromotor, insbesondere durch den zweiten Zwischenraum 12 und damit zwischen den Spulen 6, sowie den Rotor 8 durch den Elektromotor hindurchgeleitet.
Um zusätzlich einen zweiten Teilmassenstrom gezielt durch den ersten Zwischenraum 10 und damit zur Aufnahme von Wärme von der Innenseite der Wandung des Gehäuses 2 sowie der Außenseite der Wandung des Statorkerns 7 hindurchzuführen, kann das Dichtelement 11 mit Durchströmöffnungen 15 ausgebildet sein. Die Durchströmöffnungen 15 sind folglich in den Strömungsquerschnitt des ersten Zwischenraums 10 verschließenden Bereichen des Dichtelements 11 vorgesehen. Je nach Anzahl und Abmessung der Durchströmöffnungen 15 wird der durch den Zwischenraum 10 geleitete Massenstrom des zu verdichtenden Fluids gesteuert.
In den 3a und 3b sowie 4a und 4b ist jeweils eine Vorrichtung 1', 1 nach 1 beziehungsweise nach den 2a und 2b mit einem geschlossenen Gehäuse 2 und einem zwischen zwei Gehäuseelementen 2-1a, 2-2a angeordneten herkömmlichen Dichtelement 11', gemäß 3a und 4a, sowie einem erfindungsgemäßen Dichtelement 11, gemäß 3b und 4b, jeweils in einer Schnittdarstellung sowie einer perspektivischen Detailschnittdarstellung gezeigt. Die Detailschnittdarstellungen der 4a und 4b zeigen jeweils einen Ausschnitt der Anordnung des Dichtelements 11', 11 zwischen den Gehäuseelementen 2-1a, 2-2a.
Ein erstes Gehäuseelement 2-1a und ein zweites Gehäuseelement 2-2a sind über die Verbindungselemente 4, das Gehäuse 2 hermetisch verschließend miteinander verbunden. Zwischen den Auflageflächen 3 der Gehäuseelemente 2-1a, 2-2a ist jeweils ein herkömmliches Dichtelement 11' gemäß der 2a beziehungsweise ein erfindungsgemäßes Dichtelement 11 gemäß der 2b angeordnet.
Das erste Gehäuseelement 2-1a, welches im Wesentlichen zur Aufnahme des Elektromotors mit dem Stator 5 und dem nicht dargestelltem Rotor 8 ausgebildet ist, weist einen Einlass 16 zum Ansaugen des zu verdichtenden dampfförmigen Fluids in das Gehäuse 2 auf. Das zweite Gehäuseelement 2-2a dient vorrangig der Aufnahme von Komponenten des vom Elektromotor angetriebenen Verdichtungsmechanismus der Vorrichtung 1', 1, insbesondere von Komponenten zum Lagern und Übertragen einer Drehbewegung. Das in das erste Gehäuseelement 2-1 a in Strömungsrichtung 14'a, 14a eingeleitete Fluid wird durch das erste Gehäuseelement 2-1a und den Elektromotor hindurch in das zweite Gehäuseelement 2-2a geführt.
Da das herkömmliche Dichtelement 11' nach den 3a und 4a lediglich die Außenkontur der Auflagefläche 3 der Gehäuseelemente 2-1a, 2-2a aufweist, verbleibt zwischen der Wandung des Gehäuses 2 und dem Statorkern 7 ein die Gehäuseelemente 2-1a, 2-2a übergreifender erster Zwischenraum 10 als geöffneter erster Strömungspfad für das Fluid. Damit wird das in Strömungsrichtung 14'a durch den Einlass 16 in das Gehäuse 2 einströmende Fluid in den durch den ersten Zwischenraum 10 führenden Strömungspfad sowie durch den Stator 5, insbesondere durch den zwischen benachbart angeordneten Spulen 6 ausgebildeten zweiten Zwischenraum 12, und den Rotor 8 als zweiten Strömungspfad geleitet. Innerhalb des zweiten Gehäuseelements 2-2a werden die beiden Teilmassenströme wieder vermischt und dem Verdichtungsmechanismus zugeführt. Der Massenstrom des Fluids wird beim Durchströmen des Gehäuses 2 ungesteuert und unbeeinflusst in die Teilmassenströme aufgeteilt.
Im Vergleich zum herkömmlichen Dichtelement 11' weist das als eine Kreisringscheibe mit konstanter Breite ausgebildete erfindungsgemäße Dichtelement 11 nach den 3b und 4b eine neben der Außenkontur der Auflagefläche 3 der Gehäuseelemente 2-1a, 2-2a nachbildende auch den Strömungsquerschnitt des ersten Zwischenraums 10 als ersten Strömungspfad verschließende Form auf. Dabei ist das Dichtelement 11 mit dem Innendurchmesser im Bereich des Außendurchmessers der Wandung des Statorkerns 7 angeordnet. Damit wird das in Strömungsrichtung 14a durch den Einlass 16 in das Gehäuse 2 einströmende Fluid ausschließlich durch den Elektromotor, das heißt durch den Stator 5, insbesondere durch den zwischen benachbart angeordneten Spulen 6 ausgebildeten zweiten Zwischenraum 12, und durch den Rotor 8 als zweiten Strömungspfad in das zweite Gehäuseelement 2-2a geleitet und anschließend dem Verdichtungsmechanismus zugeführt. Der erste Strömungspfad ist verschlossen. Durch den ersten Zwischenraum 10 wird kein Fluid geleitet.
Aus 5 geht eine Gegenüberstellung von Wirkungsgraden, insbesondere Gesamtwirkungsgraden, von Vorrichtungen 1' zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids mit einem herkömmlichen Dichtelement 11' und Vorrichtungen 1 mit einem erfindungsgemäßen Dichtelement 11 jeweils abhängig von der Drehzahl der Vorrichtung 1', 1, insbesondere des Verdichtungsmechanismus hervor.
Dabei wird deutlich, dass durch ein Versperren des zwischen der Innenseite der Wandung des Gehäuses 2 und der Außenseite der Wandung des Stators 5 ausgebildeten Strömungsquerschnitts des ersten Zwischenraums 10 einer Vorrichtung 1 mit einem erfindungsgemäßen Dichtelement 11 für das zu verdichtende Fluid und damit durch ein Blockieren des Bypasses, durch welchen zumindest ein Teilmassenstrom des Fluids bei einer Vorrichtung 1' mit herkömmlichem Dichtelement 11' am zu kühlenden Elektromotor vorbei geleitet wird, der Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung 1 vergrößert wird. Speziell beim Betrieb der Vorrichtung 1 im Bereich unterer Drehzahlen, insbesondere zwischen 1.500 1/min und 2.500 1/min, kann der Gesamtwirkungsgrad zwischen 1 % und 2 % verbessert werden. Das Erhöhen des Gesamtwirkungsgrades der Vorrichtung 1 mit einem erfindungsgemäßen Dichtelement 11 gegenüber einer Vorrichtung 1' mit herkömmlichem Dichtelement 11' wird über den gesamten Drehzahlbereich festgestellt.
In den 6a bis 6f sind alternative Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dichtelements 11 jeweils mit einer Ausformung 17 und mit unterschiedlich ausgebildeten Dichtbereichen 18, 18-1, 18-2, Durchströmöffnungen 15 sowie Ausnehmungen 19 jeweils in einer perspektivischen Ansicht beziehungsweise einer perspektivischen Detailansicht, gezeigt.
Die Dichtelemente 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6 sind jeweils als in der Form eines Kreisrings beziehungsweise einer Kreisringscheibe mit umfänglich konstanter Breite b ausgebildet und weisen Durchführöffnungen 13 zur Aufnahme jeweils eines Verbindungselements 4 zum Verbinden der nicht dargestellten Gehäuseelemente 2-1a, 2-2a auf. Die Durchführöffnungen 13, speziell in einer Anzahl von sechs, sind gleichmäßig über den Umfang des Kreisrings verteilt angeordnet. Die Breite b der Kreisringscheibe ist dabei derart vorgesehen, dass der Außendurchmesser des Dichtelements 11 dem Außendurchmesser der Auflagefläche 3 des nicht dargestellten Gehäuses 2 und der Innendurchmesser des Dichtelements 11 im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Wandung des nicht dargestellten Stators 5 im Anordnungsbereich des Dichtelements 11 innerhalb der Vorrichtung 1 entspricht.
Die Dichtelemente 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6 sind zudem jeweils mit einer wulstartigen Ausformung 17 versehen, welche sich vollumfänglich auf einer Oberseite, von der Oberseite hervorragend, erstreckt. Auf einer Unterseite des Dichtelements 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6 ist eine Gegenseite der Ausformung 17, insbesondere eine in die Unterseite hineinragende Einwölbung, ausgebildet. Die Ausformung 17 ist umfänglich geschlossen und im Wesentlichen am Außendurchmesser der Kreisringscheibe verlaufend, die Außenkontur der Dichtfläche 3 der nicht dargestellten Gehäuseelemente 2-1a, 2-2a nachbildend angeordnet. Lediglich im Bereich der Durchführöffnungen 13 sind die Ausformungen 17 zum Innendurchmesser der Dichtfläche 3 hin, die Durchführöffnungen 13 zumindest teilweise umgebend ausgebildet.
Das Dichtelement 11-1 aus 6a stellt eine Basisausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtelements 11 mit geschlossenen Dichtbereichen 18 dar. Die Dichtbereiche 18 sind dabei derart ausgebildet, dass der zwischen der Wandung des Gehäuses 2 und dem Stator 5 ausgebildete Strömungsquerschnitt des ersten Zwischenraums 10 durch das Dichtelement 11 zumindest nahezu vollständig verschlossen ist. Das Dichtelement 11-1 dichtet damit neben den aneinander anliegenden Gehäuseelementen 2-1a, 2-2a auch den Strömungsquerschnitt des Zwischenraums 10 ab, sodass das Fluid nicht durch den Zwischenraum 10 als möglicher Strömungspfad hindurchströmt.
Das im Vergleich zum herkömmlichen Dichtelement 11' am Innendurchmesser in radialer Richtung bis zum Stator 5 ausgedehnte Dichtelement 11-1 dient dem Vermeiden unerwünschter Bypassströmungen entlang der Außenseite des Stators 5 und zwingt das Fluid, entlang der Innenseite des Stators 5 und damit zwischen dem Stator 5 und dem Rotor 8 hindurchzuströmen. Um jedoch ein gezieltes und gesteuertes Aufteilen des Fluids in Teilmassenströme sowie ein axial ausgerichtetes Durchströmen zumindest eines Teilmassenstroms des Fluids zwischen der Wandung des Gehäuses 2 und der Außenseite des Stators 5 als Bypassstrom zu ermöglichen, sind im vollflächig geschlossenen Dichtbereich 18 an vorbestimmten Positionen Durchströmöffnungen 15 beziehungsweise Ausnehmungen 19 vorgesehen.
Die Dichtelemente 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6 gemäß der 6b bis 6f weisen neben ersten, geschlossenen Dichtbereichen 18-1, ähnlich den Dichtbereichen 18 des Dichtelements 11-1 aus 6a, zweite Dichtbereiche 18-2 mit zusätzlichen Durchströmöffnungen 15 beziehungsweise Ausnehmungen 19 auf, um zumindest einen Teilmassenstrom des zu verdichtenden Fluids gezielt durch den ersten Zwischenraum 10 und damit zur Aufnahme von Wärme von der Innenseite der Wandung des Gehäuses 2 sowie der Außenseite der Wandung des Statorkerns 7 hindurchzuleiten. Die Durchströmöffnungen 15 und Ausnehmungen 19 der Dichtelemente 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6 sind jeweils in einem ansonsten den Strömungsquerschnitt des ersten Zwischenraums 10 verschließenden Dichtbereich 18 des Dichtelements 11-1 aus 6a vorgesehen. Je nach Anordnung, Anzahl und Abmessung der Durchströmöffnungen 15 beziehungsweise auch der Form der Ausnehmung 19 als zu variierende Parameter wird der durch den Zwischenraum 10 geleitete Teilmassenstrom des zu verdichtenden Fluids gesteuert. Die Ausnehmungen 19 sind als Einschnitte ausgebildet, welche sich jeweils von einem Innenrand beziehungsweise vom Innenradius der Kreisringscheibe in radialer Richtung nach außen erstrecken.
So ist das Dichtelement 11-2 aus 6b mit jeweils vier Durchströmöffnungen 15 in zwei benachbart zueinander angeordneten zweiten Dichtbereichen 18-2 ausgebildet. Jeweils benachbart angeordnete Durchströmöffnungen 15 der vier Durchströmöffnungen 15 sind gleichmäßig zueinander beabstandet. Die Durchströmöffnungen 15 sind jeweils auf einem gleichen Radius der Kreisringscheibe vorgesehen.
Das Dichtelement 11-3 aus 6c weist einen zweiten Dichtbereich 18-2 mit einer einzelnen Durchströmöffnung 15 auf. Ein dazu benachbart angeordneter zweiter Dichtbereich 18-2 ist mit zwei Durchströmöffnungen 15 sowie einer Ausnehmung 19 versehen. Die Ausnehmung 19 ist dabei in Umfangsrichtung zwischen den Durchströmöffnungen 15 angeordnet und in der Form einer Halbkreisfläche, das heißt mit einem halbkreisförmigen Strömungsquerschnitt, ausgebildet.
Das Dichtelement 11-4 aus 6d weist einen zweiten Dichtbereich 18-2 mit einer einzelnen Durchströmöffnung 15, ähnlich dem Dichtelement 11-3 aus 6c, auf. Der dazu benachbart angeordnete zweite Dichtbereich 18-2 ist im Unterschied zum Dichtelement 11-3 mit drei Durchströmöffnungen 15 versehen, welche gleichmäßig zueinander beabstandet und auf einem gleichen Radius der Kreisringscheibe angeordnet sind.
Das in einer perspektivischen Detailansicht dargestellte Dichtelement 11-5 gemäß 6e ist mit einem zweiten Dichtbereich 18-2, ähnlich dem Dichtelement 11-3 aus 6c, mit zwei Durchströmöffnungen 15 sowie einer Ausnehmung 19 versehen. Die Ausnehmung 19 ist in Umfangsrichtung zwischen den Durchströmöffnungen 15 angeordnet und in rechtwinkliger Form, das heißt mit einem rechtwinkligen Strömungsquerschnitt, ausgebildet.
Das ebenfalls in perspektivischer Detailansicht dargestellte Dichtelement 11-6 gemäß 6f ist mit einem zweiten Dichtbereich 18-2, ähnlich dem Dichtelement 11-5 aus 6e, jedoch ausschließlich mit der in rechtwinkliger Form ausgebildeten Ausnehmung 19 versehen.
Aus den 7a bis 7c geht das Dichtelement 11-2 nach 6b in einer Draufsicht, einer seitlichen Schnittdarstellung sowie einer Detailansicht der Schnittdarstellung mit den Durchführöffnungen 13, der wulstartigen Ausformung 17 sowie den unterschiedlichen Dichtbereichen 18-1, 18-2, wobei in den zweiten Dichtbereichen 18-2 die Durchströmöffnungen 15 ausgebildet sind, hervor.
Insbesondere in der Schnittdarstellung nach 7b wird die wulstartig, vollumfänglich, von der Oberseite der Kreisringscheibe hervorragend und in die Unterseite der Kreisringscheibe hineinragend ausgebildete Ausformung 17 deutlich.
In 7c ist gezeigt, dass das Dichtelement 11-2 als Beispiel für alle aufgeführten Dichtelemente 11, als ein beschichtetes und damit Mehrkomponenten-System ausgebildet ist. Als Grundmaterial wird ein Stahl verwendet, welcher insbesondere vollflächig beispielsweise mit Nitrilkautschuk, kurz als NBR für Nitrile Butadiene Rubber bezeichnet, beschichtet ist.
In 8a ist eine Vorrichtung 1' nach 1 mit einem geschlossenen Gehäuse 2 und einem zwischen zwei Gehäuseelementen 2-1b, 2-2b angeordneten herkömmlichen Dichtelement 11' in einer Schnittdarstellung gezeigt, während aus 8b das herkömmliche Dichtelement 11' in einer perspektivischen Ansicht hervorgeht.
Dabei strömt das zu verdichtende Fluid in Strömungsrichtung 14'b vom ersten, zur Aufnahme des Elektromotors mit den nicht dargestellten Stator 5 und Rotor 8 beziehungsweise zur Aufnahme von Komponenten des vom Elektromotor angetriebenen Verdichtungsmechanismus, insbesondere von Komponenten zum Lagern und Übertragen einer Drehbewegung, ausgebildete Gehäuseelement 2-1b in das zweite, den Verdichtungsmechanismus umschließende zweite Gehäuseelement 2-2b über.
Die näheren Erläuterungen zur Ausbildung des herkömmlichen Dichtelements 11' mit den Durchführöffnungen 13 für die Verbindungselemente 4 können der voranstehenden Beschreibung, insbesondere zu 2a, entnommen werden.
Da das Fluid aufgrund der Ausbildung des herkömmlichen Dichtelements 11' in Strömungsrichtung 14'b ungeleitet in das vom zweiten Gehäuseelement 2-2b in Verbindung mit dem Verdichtungsmechanismus umschlossene Volumen einströmt, kommt es beim Eintreten in bestimmte, beispielsweise als lediglich einseitig geöffnete Vertiefungen ausgebildete Freiräume zu Rückströmungen innerhalb der Freiräume, welche der gewünschten Strömungsrichtung entgegengesetzt ausgerichtet sind. Die Rückströmungen führen zu Strömungsverlusten und damit zu zusätzlichen Energieverlusten, welche den Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung 1' verringern.
Aus den 9a und 10a geht jeweils eine Vorrichtung 1 nach 1 mit einem geschlossenen Gehäuse 2 und einem zwischen zwei Gehäuseelementen 2-1b, 2-2b angeordneten erfindungsgemäßen Dichtelement 11-7, 11-8 in einer Schnittdarstellung hervor, während in den 9b und 10b das jeweilige Dichtelement 11-7, 11-8 in einer perspektivischen Ansicht und in den 9c und 10c in einer Draufsicht gezeigt ist.
Im Vergleich zum herkömmlichen Dichtelement 11' aus den 8a und 8b sind die Dichtelemente 11-7, 11-8 als alternative Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dichtelements 11 neben den Durchführöffnungen 13 für die Verbindungselemente 4 und der Ausformung 17 mit zusätzlichen, die Strömung des Fluids im Wesentlichen in der Strömungsrichtung 14b beeinflussenden Dichtbereichen 18-3 ausgebildet.
Die Dichtelemente 11-7, 11-8 sind jeweils als ein Kreisring beziehungsweise eine Kreisringscheibe ausgebildet, welche im Wesentlichen die Form der Auflagefläche 3 des Gehäuses 2 nachbildet. Dabei entspricht der Außendurchmesser des Dichtelements 11-7, 11-8 dem Außendurchmesser der Auflagefläche 3 und ist konstant, während der in der Ebene des Außendurchmessers angeordnete Innendurchmesser des Dichtelements 11-7, 11-8 mit dem Innendurchmesser der Auflagefläche 3 korrespondiert. Die Durchmesser sind in einer gemeinsamen senkrecht zur Längsachse 9 der Vorrichtung 1 aufgespannten Ebene ausgerichtet. In den Bereichen der Durchführöffnungen 13 der Verbindungselemente 4 des Gehäuses 2 ist der Innendurchmesser des Kreisrings geringer als in den Bereichen, welche in Umfangsrichtung zwischen den Durchführöffnungen 13 ausgebildet sind.
Um den Massenstrom des zu verdichtenden Fluids gezielt in das zweite Gehäuseelement 2-2b, insbesondere zum Verdichtungsmechanismus, zu führen, weist das Dichtelement 11-7, 11-8 zusätzliche Dichtbereiche 18-3 auf. Die zusätzlichen Dichtbereiche 18-3 können als den Strömungsquerschnitt des ersten Zwischenraums 10 zumindest teilweise verschließende Komponenten des Dichtelements 11-7, 11-8 und damit den insbesondere durch den ersten Zwischenraum 10 zur Aufnahme von Wärme von der Innenseite der Wandung des Gehäuses 2 sowie der Außenseite der Wandung des Statorkerns 7 hindurch geleiteten Teilmassenstrom ausgebildet sein und sind in Richtung der Längsachse 9 der Vorrichtung 1 beziehungsweise in Strömungsrichtung 14b des Fluids aus der Ebene, in welcher der Außendurchmesser des Dichtelements 11-7, 11-8 angeordnet ist, hervorragend ausgerichtet.
Die Dichtbereiche 18-3 weisen jeweils die Form eines Kreisringabschnittes mit konstantem Innendurchmesser und konstantem Außendurchmesser auf. Im Bereich der Außendurchmesser sind die Dichtbereiche 18-3 am Innendurchmesser des die Auflagefläche 3 des Gehäuses 2 zwischen den Durchführöffnungen 13 der Verbindungselemente 4 nachbildenden Bereich mit dem Dichtelement 11-7, 11-8, vorzugsweise durchgängig, verbunden. Die Dichtbereiche 18-3 sind als Teilabschnitte des Dichtelements 11-7, 11-8 in einem bestimmten Winkel zur Richtung der Längsachse 9 der Vorrichtung 1 ausgerichtet. Der Winkel weist dabei bevorzugt Werte im Bereich von 20° bis 70°, insbesondere im Bereich von 30° bis 50°, auf.
Die Dichtbereiche 18-3 eines Dichtelements 18-3 können je nach Bedarf in Anordnung, insbesondere Wert des Winkels, Anzahl und Abmessung untereinander variieren.
Bei der Ausführungsform des Dichtelements 11-8 nach den 10a bis 10c weisen die Dichtbereiche 18-3 zusätzliche Leitelemente 20 auf, welche an einem Innendurchmesser des Dichtbereichs 18-3 angeordnet sind. Während die Dichtbereiche 18-3 im Bereich des Außendurchmessers in einem bestimmten Winkel zur Richtung der Längsachse 9 der Vorrichtung 1 aus der senkrecht zur Längsachse 9 aufgespannten Ebene heraus ausgerichtet sind, sind die zusätzlichen Leitelemente 20 in Richtung der senkrecht zur Längsachse 9 aufgespannten Ebene zurück abgewinkelt. Dabei weist der Winkel zwischen der Richtung der Längsachse 9 der Vorrichtung 1 und dem Leitelement 20 bevorzugt Werte im Bereich von 60° bis 90°, insbesondere im Bereich von 70° bis 80°, auf.
Die Dichtbereiche 18-3 der Dichtelemente 11-7, 11-8 dienen als strömungsführende Leitkomponenten oder mit den zusätzlichen Leitelementen 20 insbesondere dem aktiven Beeinflussen der Strömungsrichtung 14b des Fluids beim Eintritt in das zweite Gehäuseelement 2-2b beziehungsweise in den Verdichtungsmechanismus der Vorrichtung 1. Je nach Anordnung, insbesondere im Winkel zur Längsachse 9 der Vorrichtung 1, Anzahl, Abmessung und Form der Dichtbereiche 18-3 als zu variierende Parameter wird die Ströungsrichtung 14b gesteuert.
Die erfindungsgemäßen Dichtelemente 11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7, 11-8 sind zum aktiven Beeinflussen der Strömung eines Fluids, insbesondere eines Kältemittels beziehungsweise eines Kältemittel-Öl-Gemisches innerhalb eines Verdichters eines Kältemittelkreislaufs eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs, ohne den Einsatz separater Komponenten ausgebildet, um ein optimales Gleichgewicht zwischen einer freien und einer geführten Strömung und damit ein Strömungsmanagment und Wärmemanagement zu gewährleisten.
Die Durchströmöffnungen 15 beziehungsweise die Ausnehmungen 19 dienen ebenso dem Steuern des Ölflusses innerhalb des Gehäuses 2, wobei das Öl aus dem zweiten Gehäuseelement 2-2a in das als Motorgehäuse ausgebildete erste Gehäuseelement 2-1a zurückfließen kann, um beispielsweise ein Motorlager zu schmieren.
Bezugszeichenliste

1,: Vorrichtung
2: Gehäuse
2-1a, 2-1b: erstes Gehäuseelement
2-2a, 2-2b: zweites Gehäuseelement
3: Auflagefläche, Dichtfläche Gehäuseelemente 2-1, 2-2
4: Verbindungselement Gehäuse 2
5: Stator
6: Spule
7: Statorkern
8: Rotor
9: Längsachse
10: erster Zwischenraum Gehäuse 2 Stator 5
11-1 bis 11-8, 11': Dichtelement
12: zweiter Zwischenraum Spulen 6
13: Durchführöffnung Verbindungselement 4
14a, 14b, 14'a, 14'b: Strömungsrichtung
15: Durchströmöffnung
16: Einlass
17: Ausformung
18, 18-3: Dichtbereich Dichtelement 11-1, 11-7, 11-8
18-1: erster Dichtbereich 11-2, 11-3, 11-4
18-2: zweiter Dichtbereich 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6
19: Ausnehmung
20: Leitelement Dichtbereich 18-3
b: Breite

Claims

Vorrichtung (1) zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids, aufweisend einen Stator (5) und einen Rotor (8), welche sich entlang einer gemeinsamen Längsachse (9) erstreckend innerhalb eines Gehäuses (2) derart angeordnet sind, dass der Stator (5) den Rotor (8) in radialer Richtung umschließt und dass zwischen einer Innenseite einer Wandung des Gehäuses (2) und einer Außenseite einer Wandung des Stators (5) ein Zwischenraum (10) ausgebildet ist, wobei das Gehäuse (2) aus einem ersten Gehäuseelement (2-1a, 2-1b) und einem zweiten Gehäuseelement (2-2a, 2-2b) ausgebildet ist, welche jeweils mit zueinander ausgerichteten Auflageflächen (3) das Gehäuse (2) verschließend aneinander anliegend angeordnet sind, wobei zwischen den Auflageflächen (3) ein Dichtelement (11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7, 11-8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7, 11-8) die Form einer Kreisringscheibe mit einer umfänglich umlaufenden Ausformung (17) und mindestens einem Dichtbereich (18, 18-1, 18-2, 18-3) aufweist, wobei die Ausformung (17) in Umfangsrichtung mit einer Kontur der Auflageflächen (3) korrespondiert und der Dichtbereich (18, 18-1, 18-2, 18-3) den Zwischenraum (10) zumindest teilweise verschließt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6) die Form einer Kreisringscheibe mit konstanter Breite (b) aufweist, wobei ein Außendurchmesser des Dichtelements (11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6) im Wesentlichen einem Außendurchmesser der Auflagefläche (3) und ein Innendurchmesser des Dichtelements (11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6) im Wesentlichen einem Durchmesser der Außenseite der Wandung des Stators (5) entspricht.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6) mindestens einen Dichtbereich (18, 18-1) aufweist, welcher als eine geschlossene Fläche ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6) mindestens einen Dichtbereich (18-2) aufweist, welcher mit mindestens einer Durchströmöffnung (15) und/oder mindestens einer Ausnehmung (19) zum Durchströmen des Fluids ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmöffnung (15) mit einem kreisrunden oder ovalen Strömungsquerschnitt ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (19) die Form eines Einschnitts aufweist, welcher sich von einem am Innendurchmesser des Dichtelements (11-3, 11-5, 11-6) angeordneten Innenrand in radialer Richtung nach außen erstreckend ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11-7, 11-8) die Form einer Kreisringscheibe aufweist, wobei ein Außendurchmesser des Dichtelements (11-7, 11-8) im Wesentlichen einem Außendurchmesser der Auflagefläche (3) entspricht und ein Innendurchmesser des Dichtelements (11-7, 11-8) mit einem Innendurchmesser der Auflagefläche (3) korrespondierend ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11-7, 11-8) mindestens einen eine Strömungsrichtung (14b) des Fluids beeinflussenden Dichtbereich (18-3) aufweist, welcher aus einer senkrecht zur Längsachse (9) der Vorrichtung (1) aufgespannten Ebene in Hauptströmungsrichtung des Fluids durch die Vorrichtung (1) hervorragend ausgerichtet angeordnet ist.
Vorrichtung (1) zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids, aufweisend ein Gehäuse (2) mit einem ersten Gehäuseelement (2-1b) und einem zweiten Gehäuseelement (2-2b), welche jeweils mit zueinander ausgerichteten Auflageflächen (3) das Gehäuse (2) verschließend aneinander anliegend angeordnet sind, wobei zwischen den Auflageflächen (3) ein Dichtelement (11-7, 11-8) angeordnet ist, welches die Form einer Kreisringscheibe mit einer umfänglich umlaufenden Ausformung (17) und mindestens einem Dichtbereich (18-3) aufweist, wobei ein Außendurchmesser des Dichtelements (11-7, 11-8) im Wesentlichen einem Außendurchmesser der Auflagefläche (3) entspricht und ein Innendurchmesser des Dichtelements (11-7, 11-8) mit einem Innendurchmesser der Auflagefläche (3) sowie die Ausformung (17) in Umfangsrichtung mit einer Kontur der Auflageflächen (3) korrespondierend ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11-7, 11-8) mindestens einen eine Strömungsrichtung (14b) des Fluids beeinflussenden Dichtbereich (18-3) aufweist, welcher aus einer senkrecht zu einer Längsachse (9) der Vorrichtung (1) aufgespannten Ebene in Hauptströmungsrichtung des Fluids durch die Vorrichtung (1) hervorragend ausgerichtet angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtbereich (18-3) als eine geschlossene Fläche ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dichtbereich (18-3) die Form eines Kreisringabschnittes mit konstantem Innendurchmesser und konstantem Außendurchmesser aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dichtbereich (18-3) im Bereich eines Außendurchmessers am Innendurchmesser des Dichtelements (11-7, 11-8) aus der senkrecht zur Längsachse (9) der Vorrichtung (1) aufgespannten Ebene abragend angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dichtbereich (18-3) in einem Winkel im Bereich von 20° bis 70°, insbesondere im Bereich von 30° bis 50°, zur Richtung der Längsachse (9) der Vorrichtung (1) ausgerichtet angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Dichtbereich (18-3) mindestens ein Leitelement (20) aufweist, welches an einem Innendurchmesser des Dichtbereichs (18-3) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (20) in einem Winkel im Bereich von 60° bis 90°, insbesondere im Bereich von 70° bis 80°, zur Richtung der Längsachse (9) der Vorrichtung (1) ausgerichtet angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7, 11-8) Durchführöffnungen (13) zur Aufnahme von Verbindungselementen (4) des Gehäuses (2) aufweist, wobei der mindestens eine Dichtbereich (18, 18-1, 18-2, 18-3) in Umfangsrichtung zwischen benachbart angeordneten Durchführöffnungen (13) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7, 11-8) in einer senkrecht zur Längsachse (9) der Vorrichtung (1) aufgespannten Ebene ausgerichtet angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) und der Rotor (8) innerhalb des ersten Gehäuseelements (2-1a) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (2-1a) einen Einlass (16) zum Ansaugen des zu verdichtenden dampfförmigen Fluids in das Gehäuse (2) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdichtungsmechanismus innerhalb des zweiten Gehäuseelements (2-2a, 2-2b) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der Innenseite der Wandung des Gehäuses (2) und der Außenseite der Wandung des Stators (5) ausgebildete Zwischenraum (10) die Form eines Kreiszylinderrings aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die umfänglich umlaufende Ausformung (17) auf einer Oberseite wulstartig und einer Unterseite des Dichtelements (11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7, 11-8) ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung (1) zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei - das Fluid durch einen Einlass (16) in ein erstes Gehäuseelement (2-1a) eines Gehäuses (2) eingeleitet wird und ein im ersten Gehäuseelement (2-1a) angeordneter Stator (5) und ein Rotor (8) einer Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichtungsmechanismus vom Fluid beaufschlagt werden, wobei das Fluid durch einen zwischen benachbart angeordneten Spulen (6) des Stators (5) ausgebildeten Zwischenraum (12), einen zwischen dem Stator (5) und dem Rotor (8) ausgebildeten Spalt sowie den Rotor (8) geleitet wird, - das Fluid durch ein zwischen dem ersten Gehäuseelement (2-1a, 2-1b) und einem zweiten Gehäuseelement (2-2a, 2-2b) angeordnetes Dichtelement (11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7, 11-8) hindurch in das zweite Gehäuseelement (2-2a, 2-2b) zu einem Verdichtungsmechanismus geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch einen zwischen einer Innenseite einer Wandung des Gehäuses (2) und einer Außenseite einer Wandung des Stators (5) ausgebildeten Zwischenraum (10) geleiteter Teilmassenstrom des Fluids als Bypassstrom durch das erste Gehäuseelement (2-1a, 2-1b) mittels des zwischen den Gehäuseelementen (2-1a, 2-1b, 2-2a, 2-2b) angeordneten Dichtelements (11, 11-1, 11-2, 11-3, 11-4, 11-5, 11-6, 11-7, 11-8) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (10) zum Durchleiten des Teilmassenstroms zumindest teilweise verschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Dichtelements (11-7, 11-8) eine Strömungsrichtung des Teilmassenstroms beim Einleiten in das zweite Gehäuseelement (2-2b) zielgerichtet zum Verdichtungsmechanismus eingestellt wird.
Verwendung einer Vorrichtung zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids, nach einem der Ansprüche 1 bis 22 als Verdichter eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs.