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Die Erfindung betrifft eine Dichtanordnung zum Steckverbinden elektrischer Anschlüsse durch ein Gehäuse, insbesondere einer Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters, wie eines Elektromotors, speziell zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids, beispielsweise eines Kältemittels. Die Dichtanordnung weist ein Aufnahmeelement zur Aufnahme von Steckverbindern zum Übertragen elektrischer Energie und Daten sowie ein zwischen dem Gehäuse und dem Aufnahmeelement angeordnetes Dichtelement auf. Das Aufnahmeelement ist mit einem Flansch mit einer in Richtung des Gehäuses weisenden Dichtfläche ausgebildet.
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Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters, insbesondere einen Elektromotor, mit der Dichtanordnung zum Steckverbinden elektrischer Anschlüsse sowie ein Verfahren zum Montieren der Dichtanordnung an der Vorrichtung zum Antreiben des Verdichters. Der Verdichter kann im Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
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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.
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Ein elektrisch angetriebener Verdichter weist neben dem Elektromotor zum Antreiben des jeweiligen Verdichtungsmechanismus einen Wechselrichter zum Antreiben des Elektromotors auf. Der Wechselrichter dient zum Umwandeln von Gleichstrom einer Fahrzeugbatterie in Drehstrom, welcher dem Elektromotor durch elektrische Verbindungen zugeführt wird.
Der Wechselrichter weist Steckeranschlüsse für als Stifte ausgebildete Steckverbinder zum elektrischen Verbinden mit Anschlüssen des Elektromotors auf, welche wiederum mit Anschlussleitungen von Leitungsdrähten der Spulen des Stators elektrisch verbunden sind. Die Anschlüsse des Elektromotors sind in einem Steckergehäuse ausgebildet, welches an einer in axialer Richtung des Stators ausgerichteten Stirnseite des Stators angeordnet ist.
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Herkömmlich werden die elektrisch angetriebenen Verdichter mit einer Steckverbindung für Anschlüsse zum Übertragen von elektrischer Energie ausgebildet, welche über Schraubverbindungen und mit zwei Dichtelementen, insbesondere einer Axialdichtung und einer Radialdichtung, mit dem Gehäuse verbunden sind.
Die Anforderungen an den Schutz vor Korrosion, speziell bei Komponenten aus dem Kraftfahrzeugbereich, sind sehr hoch. Eine aus dem Stand der Technik bekannte, an einem aus einem Metall ausgebildeten Gehäuse anliegende Dichtung kann die Oberflächenmigration von korrosiven Stoffen, insbesondere ins Innere des Gehäuses, lediglich für eine bestimmte Zeit verzögern. Bekannte beispielsweise als O-Ring ausgebildete Dichtungen, Formdichtungen oder Flachdichtungen können die gestiegenen Anforderungen nicht mehr erfüllen. Um das Dichtverhalten zu verbessern und beispielsweise elektronische Komponenten des Wechselrichters effektiver vor Feuchtigkeit zu schützen, ist neben der Radialdichtung auch die Axialdichtung vorgesehen. Die Steckverbindungen weisen folglich eine Radialdichtung oder eine Axialdichtung oder eine Kombination aus beiden oder mehreren Dichtungen auf.
Gehäuse aus höherwertigen Metalllegierungen können zwar einer längeren Beaufschlagung standhalten, sind aber sehr kostenintensiv.
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Aus der
DE 10 2012 105 065 A1 gehen eine Dichtung, ein Steckergehäuse und ein Stecker hervor. Die Dichtung ist mit einer die Dichtung in einer Steckrichtung durchsetzenden beidseitig offenen Aufnahme ausgebildet, an deren einem in Steckrichtung ausgerichteten Ende ein die Aufnahme umschließender Dichtflansch vorgesehen ist. Der Dichtflansch ist mit in der Steckrichtung weisenden Axialdichtflächen ausbildet. Die in der Aufnahme aufgespannte Ebene ist orthogonal zur Steckrichtung ausgerichtet. Die Dichtung weist zudem einen sich entgegen der Steckrichtung vom Dichtflansch weg erstreckenden Dichtkragen mit Radialdichtflächen auf. Am Dichtflansch sind Rastelemente zum Verrasten der Dichtung mit dem Stecker angeordnet. Sowohl die Axialdichtfläche als auch die Radialdichtflächen sind eben ausgebildet, sodass der Migrationsweg für korrosive Substanzen entlang der Dichtflächen und damit die Lebensdauer beziehungsweise Funktionsdauer der mit der Dichtung abzudichtenden Vorrichtung sehr begrenzt ist.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Steckverbindungen sind zudem mit einer hohen Anzahl an Komponenten ausgebildet, welche eine ausgedehnte Montagezeit erfordern. Der mögliche Bauraum innerhalb des Gehäuses der Verdichter und folglich auch der Bauraum für die elektrische Steckverbindung ist sehr gering. Des Weiteren verursacht die aus der Vielzahl an Komponenten ausgebildete Steckverbindung hohe Materialkosten, Herstellungskosten und Lagerkosten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Dichtanordnung einer Steckverbindung zum Steckverbinden elektrischer Anschlüsse für eine Vorrichtung zum Antreiben eines elektrisch angetriebenen Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere eines Elektromotors, welche die hohen Anforderungen an die Korrosionsfestigkeit erfüllt, sich auf einfache Weise und damit zeitsparend montieren lässt. Die Dichtanordnung soll eine möglichst geringe Anzahl an Einzelkomponenten aufweisen sowie konstruktiv einfach realisierbar sein, auch um die Kosten bei der Herstellung zu minimieren. Mit der Dichtanordnung soll die Lebensdauer beziehungsweise die Funktionsdauer der mit der Dichtung abzudichtenden Vorrichtung maximiert werden.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Dichtanordnung einer Steckverbindung zum Steckverbinden elektrischer Anschlüsse durch ein Gehäuse, insbesondere einer Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters, gelöst. Die Dichtanordnung weist eine Steckverbindung mit einem Aufnahmeelement zur Aufnahme von Steckverbindern zum Übertragen von elektrischer Energie und Daten, vorzugsweise in unabhängigen Übertragungsbereichen, insbesondere in unterschiedlichen Spannungsbereichen, sowie ein zwischen dem Gehäuse und dem Aufnahmeelement angeordnetes Dichtelement auf. Das Aufnahmeelement ist mit einem Flansch mit einer in Richtung des Gehäuses weisenden Dichtfläche ausgebildet.
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Nach der Konzeption der Erfindung weisen die Dichtfläche des Flansches eine erste Kontur und das Gehäuse im Bereich der Anordnung der Dichtfläche um eine Durchgangsöffnung herum eine zweite Kontur jeweils in Form mindestens einer die Durchgangsöffnung vollständig umlaufenden Ausnehmung sowie Ausformung auf. Die an der Dichtfläche und dem Gehäuse vorgesehenen Konturen sind miteinander korrespondierend ausgebildet und angeordnet.
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Das erfindungsgemäß als eine kombinierte Axialdichtung und Radialdichtung vorgesehene Dichtelement ist mit einem in einer radialen Richtung wirkenden ersten Bereich, das Aufnahmeelement in der radialen Richtung vollumfänglich umschließend, sowie mit einem in einer axialen Richtung wirkenden zweiten Bereich als eine einstückige Komponente ausgebildet. Dabei ist das Dichtelement mit dem zweiten Bereich zwischen der Dichtfläche des Flansches mit der ersten Kontur und dem Gehäuse mit der zweiten Kontur angeordnet.
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Unter der axialen Richtung ist dabei im Wesentlichen die Längsrichtung der Steckverbinder beziehungsweise der Steckverbindung zu verstehen. Die radiale Richtung ist orthogonal zur Längsrichtung der Steckverbinder und damit zur axialen Richtung der Steckverbindung ausgerichtet.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Flansch in radialer Richtung vom Aufnahmeelement abragend, das Aufnahmeelement vollumfänglich umschließend ausgebildet. Dabei ist die Dichtfläche des Flansches in einer in radialer Richtung aufgespannten Ebene, in axialer Richtung zum Gehäuse hin weisend, ausgerichtet angeordnet.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die jeweils mindestens eine Ausnehmung der Kontur in Form einer Nut mit einer in axialer Richtung ausgerichteten Tiefe ausgebildet, während die jeweils mindestens eine Ausformung der Kontur in Form einer von der jeweiligen Fläche hervorstehenden Erhebung beziehungsweise Kante mit einer in axialer Richtung ausgerichteten Höhe ausgebildet ist.
Die Ausnehmung und die Ausformung der jeweiligen Kontur sind vorzugsweise parallel zueinander verlaufend angeordnet.
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Das Dichtelement ist mit dem zweiten Bereich vorteilhaft einen zwischen den Konturen ausgebildeten Spalt, insbesondere die jeweils als Feder und Nut miteinander korrespondierenden Ausnehmungen und Ausformungen, ausfüllend sowie abdichtend angeordnet. Der zweite Bereich des Dichtelements ist dabei vorzugsweise in Form einer Labyrinthdichtung ausgebildet.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Dichtelement mit einer sich in axialer Richtung erstreckenden Öffnung zum Aufnehmen des Aufnahmeelements ausgebildet.
Dabei weist der erste Bereich des Dichtelements eine in der axialen Richtung ausgerichtete hohlzylinderförmige Wandung mit einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite auf. Im montierten Zustand der Steckverbindung im Gehäuse ist das Dichtelement mit dem ersten Bereich innerhalb der Durchgangsöffnung des Gehäuses zwischen dem Aufnahmeelement und dem Gehäuse angeordnet, wobei eine innere Oberfläche der Wandung als eine erste Radialdichtfläche in radialer Richtung am Aufnahmeelement anliegt, während eine äußere Oberfläche der Wandung als eine zweite Radialdichtfläche am Gehäuse anliegt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der zweite Bereich des Dichtelements im Wesentlichen in einer in radialer Richtung aufgespannten Ebene ausgerichtet angeordnet ist. Dabei liegt das Dichtelement im montierten Zustand der Steckverbindung im Gehäuse mit dem zweiten Bereich mit einer ersten Axialdichtfläche an der Dichtfläche des Flansches und mit einer zweiten Axialdichtfläche am Gehäuse an. Das Dichtelement ist folglich mit dem zweiten Bereich vollumfänglich um die Durchgangsöffnung des Gehäuses herum zwischen dem Aufnahmeelement und dem Gehäuse angeordnet.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Bereich des Dichtelements an der zur ersten Stirnseite distal ausgebildeten zweiten Stirnseite um die Öffnung zum Aufnehmen des Aufnahmeelements herum vollumfänglich mit dem zweiten Bereich des Dichtelements verbunden.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Aufnahmeelement am Gehäuse fixierbar. Der Flansch des Aufnahmeelements weist vorzugsweise Durchgangsöffnungen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln, insbesondere von Schrauben von Schraubverbindungen, auf. Dabei ist jedes der beispielsweise sechs Befestigungsmittel durch eine Durchgangsöffnung hindurchgeführt angeordnet.
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Die Dichtanordnung kann zudem mit einer als eine elektrische Verriegelung konfigurierten Interlockverbindung ausgebildet sein, welche mit den Steckverbindern der Steckverbindung elektrisch leitend gekoppelt ist. Die Interlockverbindung ist vorteilhaft am Aufnahmeelement fixiert und kann im montierten Zustand zumindest bereichsweise innerhalb des Aufnahmeelements integriert angeordnet sein. Dabei weist das Aufnahmeelement vorzugsweise Ausnehmungen auf, welche mit der äußeren Form der Interlockverbindung korrespondieren. Die Ausformungen sind bevorzugt auf einer zu den Steckverbindern und in ein vom Gehäuse umschlossenes Volumen ausgerichteten Seite des Aufnahmeelements ausgebildet. Die Interlockverbindung kann folglich innerhalb der im Aufnahmeelement ausgebildeten Ausformungen integriert, eingelegt und fixiert werden.
Die Interlockverbindung ist vorzugsweise aus Stromschienen zum elektrischen Verbinden der jeweiligen Steckverbinder ausgebildet. Die insbesondere paarweise angeordneten Stromschienen der Interlockverbindung sind vorteilhaft jeweils U-förmig ausgebildet, wobei die Schenkel der U-förmigen Stromschienen zum elektrischen Kontaktieren mit den jeweiligen Steckverbindern konfiguriert sind.
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Die Aufgabe wird auch durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids, insbesondere einen Elektromotor, gelöst. Die Vorrichtung weist einen Rotor und einen unbeweglichen Stator, welche sich entlang einer gemeinsamen Längsachse erstrecken, sowie ein Gehäuse auf.
Der Stator ist vorteilhaft in radialer Richtung an einer Außenseite des Rotors, den Rotor umschließend, positioniert.
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Nach der Konzeption der Erfindung ist die Vorrichtung mit einer Verbindungsanordnung zum Übertragen elektrischer Energie und Daten mit einer voranstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Dichtanordnung zum Steckverbinden elektrischer Anschlüsse durch das Gehäuse ausgebildet.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindungsanordnung an einer ersten in einer axialen Richtung ausgerichteten Stirnseite des Stators vorgesehen. Die in der axialen Richtung ausgerichtete Stirnseite ist in einer senkrecht zur Längsachse ausgerichteten Ebene angeordnet. Unter der axialen Richtung ist dabei die Richtung der Längsachse des Stators zu verstehen, welche auch der Längsachse und der Rotationsachse des Rotors sowie der Längsrichtung der Steckverbinder beziehungsweise der Steckverbindung entspricht.
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Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die Verwendung der Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters, insbesondere eines Elektromotors, zum Verdichten eines dampfförmigen Fluids für einen Verdichter eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs.
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Die erfindungsgemäße Dichtanordnung beziehungsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids mit der Dichtanordnung weisen zusammenfassend weitere diverse Vorteile auf:
- - hocheffizienter Korrosionsschutz für elektrische Steckverbinder durch Verlängern des Migrationsweges für korrosive Medien bei im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen unverändertem Bauraum,
- - minimale Anzahl an Komponenten, insbesondere durch die einteilige Ausbildung des Dichtelements mit axial und radial wirkendem Bereich, wobei auch der Abstand zwischen herkömmlich getrennt ausgebildeten Dichtelementen als Dichtfläche genutzt wird, damit wird eine robustere und sicherere Dichtanordnung bereitgestellt,
- - einfache Montage der Dichtanordnung sowie
- - minimaler Aufwand bezüglich Montagezeit, Materialkosten und Herstellungskosten.
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Mit der erfindungsgemäßen Dichtanordnung werden die hohen Anforderungen an die Korrosionsfestigkeit und die Lebensdauer, insbesondere von elektrischen Steckverbindungen als in einem Metallgehäuse integrierte Komponenten für Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich, kosteneffizient erfüllt.
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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: einen elektrisch angetriebenen Verdichter mit einem Elektromotor als eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichtungsmechanismus in einer Schnittdarstellung,
- 2a bis 2c: eine erste Steckverbindung zum Steckverbinden elektrischer Anschlüsse eines Elektromotors als eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids mit separaten Dichtelementen aus dem Stand der Technik in einer Seitenansicht, in einer Draufsicht sowie in einer perspektivischen Ansicht,
- 3: eine zweite Steckverbindung mit separaten Dichtelementen aus dem Stand der Technik in einer Schnittdarstellung,
- 4: eine erfindungsgemäße Steckverbindung mit einem Dichtelement in einer perspektivischen Ansicht,
- 5a und 5b: die Steckverbindung aus 4 ohne Dichtelement in Kombination mit dem Gehäuse des Verdichters jeweils in einer perspektivischen Explosionsdarstellung und
- 6a: eine Detailansicht des Dichtbereiches zwischen dem Gehäuse des Verdichters und der Steckverbindung aus dem Stand der Technik in einer Schnittdarstellung sowie
- 6b und 6c: eine Detailansicht des Dichtbereiches zwischen dem Gehäuse des Verdichters und der Steckverbindung in geschlossenem sowie geöffnetem Zustand jeweils in einer Schnittdarstellung.
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Aus 1 geht ein elektrisch angetriebener Verdichter 1 mit einem in einem Gehäuse 2 angeordneten Elektromotor 3 als eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichtungsmechanismus 4 in einer Schnittdarstellung hervor. Der Elektromotor 3 wird über eine Schaltvorrichtung 5 mit elektrischer Energie versorgt.
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Der Elektromotor 3 weist einen Stator 6 mit einem im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Statorkern und auf dem Statorkern aufgewickelte Spulen sowie einen innerhalb des Stators 6 angeordneten Rotor 7 auf. Der Rotor 7 wird in eine Rotationsbewegung versetzt, wenn den Spulen des Stators 6 über eine Verbindungsanordnung 8 elektrische Energie zugeführt wird. Die Verbindungsanordnung 8 ist an einer Stirnseite des Stators 6 ausgebildet und weist eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen auf.
An der mit der Verbindungsanordnung 8 ausgebildeten Stirnseite des Stators 6 ist ein Trägerelement 9 zum Halten von Verbindungsanschlüssen mit Komponenten elektrischer Verbindungen zwischen den Spulen des Elektromotors 3 und der Schaltvorrichtung 5 angeordnet. Die Verbindungsanschlüsse sind mit elektrisch leitenden, stiftförmigen Steckverbindern ausgebildet, welche Anschlussleitungen der Spulen mit Elementen der Schaltvorrichtung 5 elektrisch leitend verbinden.
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Der Rotor 7 ist koaxial innerhalb des Stators 6 und um eine Rotationsachse drehbar angeordnet. Eine Antriebswelle 10 kann integral mit dem Rotor 7 oder als ein separates Element ausgebildet sein.
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Der Elektromotor 3 sowie der als Scrollverdichter mit einer feststehenden und einer orbitierenden Spirale ausgebildete Verdichtungsmechanismus 4 sind innerhalb eines vom Gehäuse 2 umschlossenen Volumens angeordnet. Dabei ist das Gehäuse 2 aus einem ersten Gehäuseelement zur Aufnahme des Elektromotors 3 und einem zweiten Gehäuseelement zur Aufnahme des Verdichtungsmechanismus 4 sowie vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus einem Aluminium, ausgebildet.
Die orbitierende Spirale des Verdichtungsmechanismus 4, in welchem das dampfförmige Fluid, speziell ein Kältemittel, verdichtet wird, wird über die mit dem Rotor 7 des Elektromotors 3 verbundene Antriebswelle 10 angetrieben. Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der Verdichtungsmechanismus auch mit einer Taumelscheibe ausgebildet sein.
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Die Schaltvorrichtung 5 zum Steuern des Betriebs des Elektromotors 3 weist eine mit verschiedenen Schaltelementen 11 und Buchsen ausgebildete Leiterplatte 12 auf. Auf der Leiterplatte 12 sind unterschiedliche Ansteuerschaltungen und Komponenten elektrisch verbunden montiert, welche mit elektrischer Energie aus einer Stromleitung einer externen Stromquelle versorgt werden. Die Buchsen dienen insbesondere zur Aufnahme von Steckverbindern als elektrische Verbindung zwischen den Steckverbindern und der Leiterplatte.
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In den 2a bis 2c ist eine erste Steckverbindung 20' zum Steckverbinden elektrischer Anschlüsse eines Elektromotors als eine Vorrichtung zum Antreiben eines Verdichters eines dampfförmigen Fluids mit separat und folglich voneinander getrennt ausgebildeten Dichtelementen 24a', 25' aus dem Stand der Technik in einer Seitenansicht, in einer Draufsicht sowie in einer perspektivischen Ansicht gezeigt, während aus 3 eine zweite Steckverbindung 20' mit separaten beziehungsweise voneinander getrennt ausgebildeten Dichtelementen 24b', 25' aus dem Stand der Technik in einer Schnittdarstellung hervor geht.
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Die Steckverbindung 20' zum Steckverbinden der elektrischen Anschlüsse des Elektromotors weist ein Aufnahmeelement 21' zur Aufnahme von Steckverbindern 22 zum Übertragen von elektrischer Energie auf. Die Steckverbinder 22 sind jeweils innerhalb einer Durchführung 23 in das Aufnahmeelement 21' eingeführt sowie durch das Aufnahmeelement 21' hindurchgeführt angeordnet.
Das Aufnahmeelement 21' der Steckverbindung 20' ist zudem mit einem in radialer Richtung wirkenden ersten Dichtelement 24a', 24b' sowie einem in axialer Richtung wirkenden zweiten Dichtelement 25' ausgebildet, welche einen Schutz vor Umwelteinflüssen, insbesondere Korrosion, von außen gewährleisten. Dabei sind das erste Dichtelement 24a' der ersten Steckverbindung 20' gemäß den 2a bis 2c als eine Formdichtung und das erste Dichtelement 24b' der zweiten Steckverbindung 20' gemäß 3 als ein O-Ring ausgebildet, während die zweiten Dichtelemente 25' jeweils als eine Flachdichtung ausgebildet sind.
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Das Aufnahmeelement 21' ist über vier Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, mit dem Gehäuse verbunden. Dabei ist jede Schraube durch eine im Aufnahmeelement 21' ausgebildete Durchgangsöffnung 26 hindurchgeführt angeordnet.
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Damit weist die Steckverbindung 20' jeweils unter anderem mehrere Befestigungsmittel und zwei separat zu montierende Dichtelemente 24a', 24b', 25', speziell das in radialer Richtung wirkende erste Dichtelement 24a', 24b' sowie das in axialer Richtung wirkende zweite Dichtelement 25' und damit eine Vielzahl an Komponenten auf, welche wiederum eine lange Montagezeit erfordern.
Die Angaben der radialen und der axialen Richtung beziehen sich jeweils auf die Ausrichtung der Steckverbinder 22, welche in Längsrichtung im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Längsrichtung der Steckverbinder 22 entspricht dabei auch der axialen Richtung der Steckverbindung 20'. Die radiale Richtung ist jeweils orthogonal zur Längsrichtung der Steckverbinder 22 und damit zur axialen Richtung der Steckverbindung 20' ausgerichtet.
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In 4 ist eine erfindungsgemäße Steckverbindung 20 zum Steckverbinden mit einem Dichtelement 24 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, während aus den 5a und 5b die Steckverbindung aus 4 ohne das Dichtelement 24 in Kombination mit dem Gehäuse 2 des Verdichters jeweils in einer perspektivischen Explosionsdarstellung hervorgeht.
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Die Steckverbindung 20 ist als eine integrale Komponente zum Übertragen von elektrischer Energie und Daten auf unterschiedlichen Spannungsebenen mit einem Aufnahmeelement 21 vorgesehen. Das Aufnahmeelement 21 ist zur Aufnahme von ersten Steckverbindern 22-1 und zweiten Steckverbindern 22-2 ausgebildet.
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Die jeweils die Form eines geraden Stiftes aufweisenden Steckverbinder 22-1, 22-2 sind jeweils innerhalb einer Durchführung 23-1, 23-2 in das Aufnahmeelement 21 eingeführt sowie durch das Aufnahmeelement 21 hindurchgeführt angeordnet. Dabei ist jeder Steckverbinder 22-1, 22-2 innerhalb des Aufnahmeelements 21 von einer Durchführung 23-1, 23-2 umfänglich umschlossen und damit zum Aufnahmeelement 21 hin dicht angeordnet. Dabei kann das Aufnahmeelement 21 mit den Durchführungen 23-1, 23-2 als eine zusammenhängende Einheit und einteilige Komponente, insbesondere als ein einteiliges Spritzgusselement, ausgebildet sein. Die einteilige Ausbildung wird innerhalb eines Formgebungsprozesses erreicht.
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Die Steckverbindung 20 ist mit einem sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung wirkenden Dichtelement 24 ausgebildet, welches einen Schutz vor Umwelteinflüssen, insbesondere Korrosion, von außen gewährleistet. Damit ist neben den innerhalb der Durchführungen 23-1, 23-2 angeordneten und durch das Gehäuse 2 nach außen zum Wechselrichter beziehungsweise der Leiterplatte geführten Steckverbindern 22-1, 22-2 auch das Aufnahmeelement 21 selbst zum Gehäuse 2 hin abgedichtet. Das Eindringen korrosiver Medien in das vom Gehäuse 2 des Verdichters umschlossene Volumen wird verhindert. Das Aufnahmeelement 21 weist einen Flansch 21a mit einer in Richtung des Gehäuses 2 weisenden Dichtfläche auf. Der Flansch 21a ist in radialer Richtung vom Aufnahmeelement 21 hervorragend, das Aufnahmeelement 21 vollumfänglich umschließend ausgebildet. Die Dichtfläche ist dabei in einer in radialer Richtung aufgespannten Ebene, in axialer Richtung weisend, ausgerichtet. Das Dichtelement 24 liegt mit einem in axialer Richtung wirkenden Bereich an der Dichtfläche des Flansches 21a des Aufnahmeelements 21 an.
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Das als eine kombinierte Axialdichtung und Radialdichtung vorgesehene Dichtelement 24 ist als eine zusammenhängende und damit einstückige Komponente, vorzugsweise aus einem Elastomer ausgebildet.
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Das Aufnahmeelement 21 ist über sechs Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben von Schraubverbindungen, mit dem Gehäuse 2 verbunden. Dabei ist jedes Befestigungsmittel, das heißt jede Schraube, durch eine im Aufnahmeelement 21, insbesondere im Flansch 21a des Aufnahmeelements 21, ausgebildete Durchgangsöffnung 26 hindurch geführt angeordnet.
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Eine zwischen den ersten Steckverbindern 22-1 und den zweiten Steckverbindern 22-2 zum Steuern des Übertragens von elektrischer Energie im Niederspannungsbereich sowie im Hochspannungsbereich als elektrische Verriegelung ausgebildete Interlockverbindung 27, weist Stromschienen auf. Die paarweise angeordneten und jeweils U-förmig ausgebildeten Stromschienen sind im montierten Zustand innerhalb des Aufnahmeelements 21 angeordnet. Dabei sind die Schenkel der U-förmigen Stromschienen zum elektrischen Kontaktieren mit den jeweiligen Steckverbindern 22-1, 22-2 konfiguriert. Die Stromschienen der Interlockverbindung 27 sind vorzugsweise als gestanzte und geformte Bleche ausgebildet.
Das Aufnahmeelement 21 weist auf einer zu den Steckverbindern 22-1, 22-2 und damit in das vom Gehäuse 2 umschlossene Volumen ausgerichteten Seite Ausnehmungen auf, welche mit den Formen der Stromschienen korrespondieren. Damit können die einzelnen Stromschienen der Interlockverbindung 27 jeweils innerhalb der im Aufnahmeelement 21 ausgebildeten Ausnehmungen integriert werden. Die Stromschienen werden in die Ausnehmungen des Aufnahmeelements 21 eingelegt und fixiert.
Mit dem Einlegen der Stromschienen in die Ausnehmungen des Aufnahmeelements 21, insbesondere einem Einklipsen in gewünschter Position, werden die Stromschienen gleichzeitig in elektrischen Kontakt mit den jeweiligen Steckverbindern 22-1, 22-2 gebracht und derart elektrisch leitende Verbindungen zwischen den entsprechenden Steckverbindern 22-1, 22-2 hergestellt und die Steckverbinder 22-1, 22-2 elektrisch leitend gekoppelt.
Die Stromschienen der Interlockverbindung 27 werden innerhalb des Aufnahmeelements 21 vormontiert. Anschließend wird die Steckverbindung 20 in das Gehäuse 2 des Verdichters verbracht.
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Die Steckverbindung 20 zum Übertragen von elektrischer Energie und Daten auf unterschiedlichen Spannungsebenen wird bei der Montage mit den im Aufnahmeelement 21 in axialer Richtung ausgerichtet angeordneten Steckverbindern 22-1, 22-2 voran in einer Montagerichtung 28 in das Gehäuse 2 eingesteckt. Dabei wird die Steckverbindung 20 mit dem Dichtelement 24 sowie den vormontierten Stromschienen der Interlockverbindung 27 mit den Steckverbindern 22-1, 22-2 voran durch eine im Gehäuse 2 ausgebildete Durchgangsöffnung 29 hindurchgeführt. Auf der nicht dargestellten Leiterplatte sind Buchsen zur Aufnahme der Steckverbinder 22-1, 22-2 vorgesehen.
Im montierten Zustand liegt das einteilig ausgebildete Dichtelement 24 in radialer Richtung mit einem ersten Bereich innerhalb der Durchgangsöffnung 29 am Aufnahmeelement 21 und am Gehäuse 2 an, während das Dichtelement 24 in axialer und damit in Montagerichtung 28 mit einem zweiten Bereich vollumfänglich um die Durchgangsöffnung 29 herum zwischen dem Aufnahmeelement 21 und dem Gehäuse 2 angeordnet ist.
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Das Aufnahmeelement 21 weist in Richtung einer vom Flansch 21a wegweisenden Stirnseite einen ebenen Bereich und an der Stirnseite eine Kontur mit einer aus der Ebene herausragenden Ausformung auf, welche das Aufnahmeelement 21 vollumfänglich umschließen, was insbesondere aus den 5a und 5b hervorgeht. Die Ausformung sichert das Dichtelement 24 gegen axiale Verschiebungen während der Montage beziehungsweise Demontage der Steckverbindung 20 am Gehäuse 2.
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Das Dichtelement 24 ist mit einer in axialer Richtung verlaufenden Öffnung zum Durchstecken des Aufnahmeelements 21 mit den Steckverbindern 22-1, 22-2 und den Durchführungen 23-1, 23-2 der Steckverbinder 22-1, 22-2 versehen. Sowohl der erste Bereich als auch der zweite Bereich des Dichtelements 24 sind vollumfänglich um die Öffnung zum Durchstecken des Aufnahmeelements 21 ausgebildet.
Der erste Bereich des Dichtelements 24 weist eine in axialer Richtung ausgerichtete hohlzylinderförmige Wandung mit einer freien ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite auf. Im montierten Zustand der Steckverbindung 20 im Gehäuse 2 liegt die innere Oberfläche der Wandung als eine erste Radialdichtfläche am Aufnahmeelement 21 an, während die äußere Oberfläche der Wandung als eine zweite Radialdichtfläche am Gehäuse 2 anliegt.
Der zweite Bereich des Dichtelements 24 ist als eine in radialer Richtung aufgespannten Ebene ausgerichtete im Wesentlichen flache Dichtung ausgebildet, welche im montierten Zustand der Steckverbindung 20 einerseits mit einer ersten Axialdichtfläche an der Dichtfläche des Flansches 21a am Aufnahmeelement 21 und andererseits mit einer zweiten Axialdichtfläche am Gehäuse 2 anliegt.
Der erste Bereich des Dichtelements 24 ist an der zur ersten Stirnseite distal ausgebildeten zweiten Stirnseite mit dem zweiten Bereich des Dichtelements 24 um die Öffnung zum Durchstecken des Aufnahmeelements 21 vollumfänglich verbunden.
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Der zweite Bereich des Dichtelements 24 ist in der Form einer Labyrinthdichtung ausgebildet. Dabei weist zum einen die Dichtfläche des Flansches 21a des Aufnahmeelements 21 eine erste Kontur 21-1 in Form mindestens einer vollständig umlaufenden Ausnehmung sowie mindestens einer vollständig umlaufenden Ausformung auf. Die in der Form einer in die Dichtfläche eingebrachten Nut ausgebildete Ausnehmung mit einer in axialer Richtung ausgerichteten Tiefe und die in der Form einer von der Dichtfläche hervorstehenden Erhebung beziehungsweise Kante ausgebildete Ausformung mit einer in axialer Richtung ausgerichteten Höhe sind parallel zueinander verlaufend angeordnet.
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Zum anderen weist das Gehäuse 2 im Bereich der Anordnung der Dichtfläche des Flansches 21a des Aufnahmeelements 21 eine zweite Kontur 21-2 auf, welche in Form mindestens einer die Durchgangsöffnung 29 vollständig umlaufenden Ausnehmung mit einer in axialer Richtung ausgerichteten Tiefe sowie mindestens einer die Durchgangsöffnung 29 vollständig umlaufenden Ausformung mit einer in axialer Richtung ausgerichteten Höhe mit der am Flansch 21 a des Aufnahmeelements 21 vorgesehenen ersten Kontur 21-1 korrespondierend ausgebildet ist. Dabei wirken die Ausnehmung der ersten Kontur 21-1 mit der Ausformung der zweiten Kontur 21-2 und die Ausformung der ersten Kontur 21-1 mit der Ausnehmung der zweiten Kontur 21-2 zusammen.
Das Dichtelement 24 ist mit dem zweiten Bereich einen zwischen den Konturen 21-1, 21-2 ausgebildeten Spalt, insbesondere die jeweils als Feder und Nut miteinander korrespondierenden Ausnehmungen und Ausformungen, ausfüllend sowie abdichtend angeordnet.
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Mit der Ausbildung der Konturen 21-1, 21-2 und dem Abdichten des zwischen den Konturen 21-1, 21-2 ausgebildeten Spaltes wird der Migrationsweg für das korrosive Medium zwischen dem Gehäuse 2 und dem Aufnahmeelement 21, insbesondere in radialer Richtung, im Vergleich zum Einsatz eines ausschließlich als Flachdichtung ausgebildeten Dichtelements deutlich verlängert.
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Die Anordnung des Dichtelements 24 zwischen der Steckverbindung 20, insbesondere dem Aufnahmeelement 21, und dem Gehäuse 2 mit dem verlängerten Migrationsweg speziell für das korrosive Medium, geht aus den 6b und 6c hervor, welche eine Detailansicht des Dichtbereiches zwischen dem Gehäuse 2 des Verdichters mit der Durchgangsöffnung 29 zur Installation der Steckverbindung 20 und der Steckverbindung 20 in einem geschlossenen sowie einem geöffneten Zustand jeweils in einer Schnittdarstellung zeigen. Im Vergleich dazu geht aus 6a eine Detailansicht des Dichtbereiches zwischen dem Gehäuse 2 des Verdichters und der Steckverbindung 20' aus dem Stand der Technik in einer Schnittdarstellung hervor.
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Die Radialdichtflächen des ersten Bereiches des Dichtelements 24 und die Axialdichtflächen des zweiten Bereiches des Dichtelements 24 sind, insbesondere von den an den Konturen 21-1, 21-2 anliegenden Abschnitten abgesehen, im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet.
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Wie aus 6a hervorgeht, setzt sich der Migrationsweg für das korrosive Medium zwischen dem Gehäuse 2 und dem Aufnahmeelement 21' durch die Dichtanordnung aus dem Stand der Technik aus dem Abschnitt A1 entlang des ersten Dichtelements 24a' und den Abschnitt H entlang des zweiten Dichtelements 25' zusammen. Die Gesamtlänge La des Migrationsweges wird mit 100 % festgelegt.
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Im Vergleich dazu wird die Gesamtlänge Lb des Migrationswegs für das korrosive Medium zwischen dem Gehäuse 2 und dem Flansch 21a des Aufnahmeelements 21 durch die erfindungsgemäße Dichtanordnung nach den 6b und 6c entlang des Dichtelements 24 auf etwa 150 % verlängert. Dabei setzt sich der Migrationsweg aus den Abschnitten H des ersten Bereiches als Radialdichtung des Dichtelements 24, welcher dem Abschnitt H des zweiten Dichtelements 25' aus dem Stand der Technik entspricht, und den Abschnitten A2, C, E und G des zweiten Bereiches als Axialdichtung des Dichtelements 24 zusammen, welche in der Gesamtheit dem Abschnitt A1 des zweiten Dichtelements 25' aus dem Stand der Technik entsprechen.
Im Bereich der Axialdichtung wird der Migrationsweg der erfindungsgemäßen Dichtanordnung um die Abschnitte B, D und F verlängert, welche jeweils im Wesentlichen der Ausdehnung einer Flanke der Ausnehmungen beziehungsweise der Ausformungen der Konturen 21-1, 21-2 entsprechen.
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Mit der Ausbildung der Ausnehmungen und Ausformungen der Konturen 21-1, 21-2 der erfindungsgemäßen Dichtanordnung müssen die korrosiven Medien, wie Salzwasser, im Vergleich zu einer Dichtanordnung aus 6a mit einer ebenen Dichtfläche entlang der als Metalloberfläche, insbesondere Aluminiumoberfläche, des Gehäuses 2 ausgebildeten Dichtflächen zwischen Dichtelement 24 und Gehäuse 2 eine um etwa 1,5mal größere Entfernung überwinden, um in das vom Gehäuse 2 umschlossene Volumen vorzudringen. Dadurch wird die Lebensdauer beziehungsweise die Funktionsdauer des Verdichters, speziell der im Gehäuse 2 angeordneten Komponenten des Verdichters, unter Beibehaltung des vorhandenen Bauraums deutlich verlängert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verdichter
- 2
- Gehäuse
- 3
- Elektromotor
- 4
- Verdichtungsmechanismus
- 5
- Schaltvorrichtung
- 6
- Stator mit Statorkern
- 7
- Rotor
- 8
- Verbindungsanordnung
- 9
- Trägerelement
- 10
- Antriebswelle
- 11
- Schaltelement
- 12
- Leiterplatte
- 20, 20'
- Steckverbindung
- 21, 21'
- Aufnahmeelement Steckverbindung 20, 20'
- 21a
- Flansch Aufnahmeelement 21
- 21-1
- erste Kontur Flansch 21a
- 21-2
- zweite Kontur Gehäuse 2
- 22, 22-1, 22-2
- Steckverbinder
- 23, 23-1, 23-2
- Durchführung
- 24
- Dichtelement
- 24a', 24b'
- erstes Dichtelement
- 25'
- zweites Dichtelement
- 26
- Durchgangsöffnung Befestigungsmittel
- 27
- Interlockverbindung
- 28
- Montagerichtung
- 29
- Durchgangsöffnung Gehäuse 2
- A1, A2, B - H
- Abschnitt Migrationsweg
- La, Lb
- Länge Migrationsweg
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012105065 A1 [0006]
