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Die
Erfindung betrifft eine Wellendichtung (Lippendichtung), die so
ausgelegt ist, dass sie in Gleitkontakt mit einer Außenumfangsfläche einer
rotierenden Welle gebracht wird und so das Lecken eines Fluids längs der
Außenumfangsfläche verhindert,
wobei die Wellendichtungsausbildung wirksam wird, wenn sie in einem
Kompressor für
einen Dampf-Kompressionskühler
Verwendung findet.
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Bei
einer bekannt gewordenen Wellendichtung (Lippen- oder Stopfbüchsendichtung)
für einen Kompressor,
wie er in der nicht geprüften
japanischen Patentveröffentlichung
(Kokai)
JP 11-270696 A beschrieben
ist, wird das Herauslecken eines Kühlmittels (insbesondere eines
flüssigen
Kühlmittels
und eines Schmieröls)
aus einem Gehäuse
nach außen längs einer
Außenumfangsfläche einer
rotierenden Welle (im Folgenden Welle genannt) unter Ausnutzung
einer Pumpwirkung verhindert, die durch die Drehung der rotierenden
Welle erzeugt wird, indem Spiralnuten in einer Gleitfläche einer
aus Harz bestehenden Lippendichtung eingebracht werden, die dazu
bestimmt ist, in Gleitkontakt mit der rotierenden Welle zu kommen.
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Unter „Pumpwirkung” ist eine
Wirkung zu verstehen, bei der ein Fluid (im vorliegenden Fall ein flüssiges Kühlmittel
und ein Schmieröl),
die in den Spiralnuten verbleiben, sich längs der Spiralnuten bewegen,
sobald sie einer durch eine Reibkraft erzeugten Kraft ausgesetzt
sind, die bei einer Kontaktfläche
zwischen dem Kühlmittel
und der rotierenden Welle erzeugt wird, und zwar wenn die Drehung
in der gleichen Drehrichtung, wie die der Welle, wie dies bei einer
Schraubenpumpe bzw. Schneckenpumpe der Fall ist, erfolgt.
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Da
aber die Wellendichtfunktion unter Verwendung der Pumpwirkung es
erfordert, dass die Windungsrichtung der Spiralnuten entgegengesetzt zur
Drehrichtung der Welle ist, macht ein Kompressor, der sich im Uhrzeigersinn
dreht, eine Lippendichtung mit im Gegenuhrzeigersinn gewundenen
Spiralen erforderlich, während
ein Kompressor, der sich im Gegenuhrzeigersinn dreht, eine Lippendichtung
erfordert, deren Spiralnuten im Uhrzeigersinn gewunden sind.
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Daher
kann eine Lippendichtung für
einen Kompressor, der sich im Uhrzeigersinn dreht, im allgemeinen
nicht als Lippendichtung für
einen im Gegenuhrzeigersinn drehenden Kompressor herangezogen werden;
dies macht es nicht nur schwierig, die Anzahl der im Vorratslager
zu haltenden Lippendichtungen zu vermindern, steigert vielmehr auch
die Gefahr, dass eine Lippendichtung mit im Uhrzeigersinn gewundenen
Nuten fehlerhaft in einen Kompressor eingebaut wird, der sich im
Uhrzeigersinn dreht, wenn es darum geht, Lippendichtung in Kompressoren
zu installieren.
- WO
96/02777 A1 beschreibt eine Wellendichtung, die in Gleitkontakt
mit einer Außenumfangsfläche einer
sich drehenden Welle gebracht werden kann, um ein Lecken des Fluids
längs dieser
Außenumfangsfläche zu verhindern.
Dabei weist diese Wellendichtung zwei Arten von Spiralnuten auf,
die sich in entgegengesetzter Richtung erstrecken.
- DE 70 16 874 U beschreibt
eine Wellendichtung mit Gleitflächenteilen,
welche in Form von Rippen vorgesehen sind, die sich bogenförmig um
eine kegelstumpfförmige
Fläche
eines Flansches des Dichtungsrings erstrecken, und sich schneiden.
- JP 11-270696 A (Abstract)
beschreibt eine Wellendichtung mit Festschmierstoffschichten.
- FR 1 562 688 A beschreibt
eine weitere Wellendichtung.
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Im
Hinblick auf die vorstehende Situation liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Lippendichtung zu schaffen, die üblicherweise für Kompressoren
verwendet werden kann, die im Uhrzeigersinn drehen und solche, die
im Gegenuhrzeigersinn drehen.
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Im
Hinblick auf die Erreichung dieses Ziels ist nach einem ersten Aspekt
der Erfindung eine Wellendichtung vorgesehen, die so ausgelegt ist,
dass sie in Gleitkontakt mit einer Außenumfangsfläche 102a einer
drehenden Welle 102 eines Kompressors gebracht werden kann,
um das Herauslecken von Fluid längs
der Außenumfangsfläche 102a zu
verhindern, wobei die Wellendichtungsausbildung sich dadurch auszeichnet,
dass eine Vielzahl erster Nuten 111b und zweiter und dritter
Nuten 111c, 111d in einer Gleitfläche 111a einer
Wellendichtungsausbildung geformt sind, die in Kontakt mit der Außenumfangsfläche 102a gebracht
wird, wobei die Vielzahl erster Nuten wie konzentrische Kreise gebildet
sind und die zweiten und dritten Nuten sich so erstrecken, dass sie
die Vielzahl der ersten Nuten 111b derart schneiden, dass
Winkel α, β zwischen
der Vielzahl erster Nuten 111b und der zweiten und dritten
Nuten 111c, 111d jeweils spitz sind, wobei die
zweiten und dritten Nuten weiterhin derart ausgeformt sind, dass
verlängerte
Linien L1, L2, die hiervon abgehen, einander schneiden und dass
die Vielzahl erster Nuten 111b eine Vielzahl von Umfangsnuten
darstellen, die in einer axialen Richtung ausgerichtet sind, wenn
die Wellendichtung auf der rotierenden Welle 102 des Kompressors
installiert ist.
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Wenn
bei dieser Konstruktion die sich drehende Welle 102 beispielsweise
in einer durch den Pfeil in 3B angegebenen
Richtung sich dreht, werden Kühlmittel
und Schmieröl
in der zweiten Nut 111c aufgrund einer Pumpwirkung fließen, während, wenn
die rotierende Welle 102 in entgegengesetzter Richtung
zu der durch den Pfeil angegebenen Richtung dreht, wird der Kühlmittel-
und Schmiermittelstrom in der dritten Nut 111d aufgrund
der Pumpwirkung fließen.
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Da
somit die Wellendichtung sowohl für einen im Uhrzeigersinn drehenden
Kompressor als auch einen im Gegenuhrzeigersinn drehenden Kompressor
verwendet werden kann, lässt
sich nicht nur die Anzahl der auf Lager zu haltenden Wellendichtungen
vermindern, sondern auch die Produktion fehlerhafter auf falsche
Montage zurückzuführender Produkte
kann verhindert werden.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Wellendichtungsausbildung
vorgesehen, eine Auslegung derart, dass sie in Gleitkontakt mit
einer Außenumfangsfläche 102a einer
drehenden Welle 102 gebracht werden kann, die durch ein
Gehäuse 101,
das innen mit Fluid gefüllt
ist, geführt
ist, um so das Herauslecken des Fluids längs der Außenumfangsfläche 102a zu
verhindern, wobei die Wellendichtung sich dadurch auszeichnet, dass
eine Vielzahl erster Nuten 111b und zweiter und dritter
Nuten 111c, 111d in einer Gleitfläche 111a der
Wellendichtung ausgebildet sind, die in Kontakt mit der Außenumfangsfläche 102a gebracht
wird, wobei die Vielzahl von ersten Nuten als konzentrische Kreise
ausgebildet sind und die zweiten und dritten Nuten so verlaufen,
dass die Vielzahl erster Nuten 111b derart schneiden, dass
die zwischen der Vielzahl erster Nuten 111b und zweiter
und dritter Nuten 111c bzw. 111d gebildeten Winkel α, β spitz sind
und wobei die zweiten und dritten Nuten 111c, 111d weiterhin
derart ausgebildet sind, dass Verlängerungslinien L1, L2 hiervon
einander innerhalb des Gehäuses 101 schneiden.
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Wenn
bei dieser Konstruktion die Drehwelle 102 sich beispielsweise
in einer durch den in 3B angegebenen Pfeil gezeigten
Richtung dreht, so fließen
Kühlmittel
und Schmieröl
in der zweiten Nut 111c aufgrund einer Pumpwirkung, während, wenn
die Drehwelle 102 sich in einer Richtung, entgegengesetzt
zu der durch den Pfeil angegebenen Drehrichtung, dreht, Kühlmittel
und Schmieröl
in der dritten Nut 111d aufgrund der Pumpwirkung fließen.
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Da
somit die Wellendichtungsausbildung sowohl für einen Kompressor, der im
Uhrzeigersinn dreht, wie für
einen im Gegenuhrzeigersinn drehenden Kompressor verwendet werden
kann, kann nicht nur die Anzahl der auf Lager zu haltenden Wellendichtungen
vermindert werden, sondern auch die Produktion defekter auf fehlerhafte
Montage zurückzuführender
Produkte kann verhindert werden.
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Nach
einem dritten Aspekt, der nicht in den Ansprüchen enthalten ist, ist eine
Wellendichtungsausbildung beschrieben, die in Gleitkontakt mit einer Außenumfangsfläche 102a einer
sich dreh henden Welle 102 gebracht werden kann, vorgesehen,
um das Herauslecken des Fluids längs
der Außenumfangsfläche 102a zu
verhindern, wobei die Wellendichtung sich dadurch auszeichnet, dass
zwei Arten von Spiralnuten 111e, die sich in der Richtung,
in der die Nuten sich winden, unterscheiden, in einer Gleitfläche 111a der
Wellendichtungsausbildung geformt sind, die in Kontakt mit der Außenumfangsfläche 102a gebracht
wird.
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Selbst
wenn die rotierende Welle 102 entweder im Uhrzeigersinn
oder im Gegenuhrzeigersinn sich dreht, lassen sich Kühl- und
Schmiermittel aufgrund der Pumpwirkung abdichten.
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Übrigens
werden die den jeweiligen Mitteln gegebenen Bezugszeichen dafür verwandt,
um entsprechende Beziehungen mit spezifischen in den später zu beschreibenden
Ausführungsformen
gegebenen Mitteln herzustellen.
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Beispielsweise
Ausführungsformen
der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert werden,
in denen
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1 ein
Schnitt durch einen Kompressor nach einer Ausführungsform der Erfindung ist;
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2A ist
ein Schnitt durch eine Wellendichtung nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung und 2B ist eine Stirnansicht einer
ersten Lippendichtung;
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3A ist
eine vergrößerte Darstellung
eines Teils von 2 – dort mit einer elliptischen
Ausbildung umgeben – und 3B ist
eine vergrößerte Vorderansicht
eines Gleitteils, wenn die Wellendichtungsausbildung 110 in
den Kompressor 100 eingebaut ist;
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4 ist
eine Vorderansicht einer ersten Lippendichtung nach einer ersten
Modifikation der ersten Ausführungsform;
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die 5A und 5B sind
Vorderansichten einer ersten Lippendichtung nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung und
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6 ist
eine Vorderansicht einer ersten Lippendichtung nach der dritten
Ausführungsform
der Erfindung.
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Erste Ausführungsform
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Nach
der ersten zu beschreibenden Ausführungsform wird eine Wellendichtung
nach der Erfindung in Anwendung auf einen bekannten Kompressor vom
Volutentyp (scroll-type compressor), im Folgenden einfach als „Kompressor” 100 bezeichnet
für einen
Fahrzeugkühlzyklus
(einer Fahrzeugklimaanlage) vorgestellt und 1 zeigt
einen Schnitt durch den Kompressor 100.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 101 ein vorderes Gehäuse (casing) und Bezugszeichen 102 eine
Welle (Drehwelle) für
den Antrieb einer sich drehenden Volute 103 (scroll). Diese
Welle 102 ist durch das vordere Gehäuse 101 geführt und
verfügt über eine
nicht dargestellte elektromagnetische Kupplung, die an einem Außenendteil
hiervon angebracht ist, um die Antriebskraft von einer nicht dargestellten
Maschine, die ein Fahrzeug antreibt, aufzunehmen.
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Die
Welle 102 ist drehbar im vorderen Gehäuse 101 durch ein
Lager 104 gelagert, das im vorderen Gehäuse 101 eingebracht
ist und eine Wellendichtung 110 ist innerhalb eines Spaltes
angeordnet, der zwischen dem vorderen Gehäuse 101 und der Welle 102 belassen
ist, um zu verhindern, dass Kühlmittel
und Schmieröl
aus dem Kompressor 100 herauslecken, wenn darin Kühlmittel
und Schmieröl
enthalten sind.
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2A ist
ein Detailschnitt durch die Wellendichtungseinrichtung 110;
das Bezugszeichen 111 bezeichnet eine erste Lippendichtung,
die so ausgelegt ist, dass sie in Gleitkontakt mit einer Außenumfangsfläche 102a der
Welle 102 hauptsächlich
zur Abdichtung von Kühlmittel
und Kühlöl gebracht
wird, welche beide versuchen, aus dem Kompressor 100 längs der
Außenumfangsfläche 102a auszutreten. Das
Bezugszeichen 112 bezeichnet eine zweite Lippendichtung
einer Auslegung derart, dass sie in Gleitkontakt mit der Außenumfangsfläche 102a, hauptsächlich zum
Abdichten gasförmigen
Kühlmittels,
gebracht werden kann. Im Falle der vorliegenden Ausführungsform
besteht diese erste Lippendichtung 111 aus fluorhaltigem
Kunststoff und die zweite Lippendichtung aus Nitrilkautschuk.
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Das
Bezugszeichen 113 steht für einen metallischen Kern,
der die Gestalt der zweiten Lippendichtung 112 hält und die
zweite Lippendichtung (Stopfbüchsendichtung)
ist mit dem Kern 113 durch Wärmeeinwirkung verbunden worden.
Das Bezugszeichen 114 bezeichnet einen metallischen Stützring, um
einen übermäßigen Anstieg
im Gleitwiderstand (Reibkraft) zu begrenzen, der auftreten würde, wenn die
zweite Lippendichtung 112 übermäßig durch den Druck innerhalb
des Kompressors 100 gepresst würde.
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Das
Bezugszeichen 115 steht für einen metallischen Befestigungsring
zur Befestigung der ersten Lippendichtung 111 an die zweite
Lippendichtung 112, indem der erste Lippenring 111 gegen
den Stützring 114 gedrückt wird
und dieser Fixierring 115 ist an den Kern 113 fixiert
bzw. befestigt, indem ein Teil 113a des Kerns 113 aus
dem gestrichelt angedeuteten Zustand in einen in ausgezogenen Linien
gezeigten Zustand geklemmt, d. h. plastisch verformt wird.
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Zusätzlich bezeichnet
das Bezugszeichen 116 einen Schnappring, um die Wellendichtungseinrichtung 110 am
vorderen Gehäuse 101 zu
befestigen.
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2B ist
eine Vorderansicht und zeigt die erste Lippendichtung 111 (die
erste Lippendichtung 111, bevor sie an der zweiten Lippendichtung 112 befestigt
ist) allein und, geformt in einer Gleitfläche 111a (siehe 2A)
der ersten Lippendichtung 111, die in Kontakt mit der großen Umfangsfläche 102a der
Welle 102 gebracht werden soll, sind eine Vielzahl erster Nuten 111b vorgesehen,
welche wie konzentrische Ringe ausgebildet sind, sowie zweite und
dritte Nuten 111c, 111d, die so verlaufen, dass
sie sich mit der Vielzahl der ersten Nuten 111b derart
schneiden, dass die zwischen der Vielzahl erster Nuten 111b und den
zweiten und dritten Nuten 111c, 111d jeweils gebildeten
Winkel α, β spitz werden
(0° < α, β < 90°).
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Darauf
hinzuweisen ist, dass die ersten bis dritten Nuten 111b bis 111d dadurch
gebildet werden, dass Schnitte mit einem Werkzeug, beispielsweise einer
Schneidvorrichtung in eine Gleitfläche 111a einer ersten
Lippendichtung 111, die gestanzt ist, in Toroidkammer-ähnlicher-Weise
(doughnut-like fashion) aus einem fluorhaltigen Kunststoffbahnmaterial durch
Pressbearbeitung gestanzt wird, bevor die erste Lippendichtung 111 an
die zweite Lippendichtung 112 (in einem in 2B gezeigten
Zustand) fixiert wird.
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Aufgrund
hiervon existieren Schneidlinien nur in der ersten Lippendichtung 111,
bevor sie an die zweite Lippendichtung 112 an Stellen entsprechend den
ersten bis dritten Nuten 111b bis 111d fixiert
wird und erst, wenn die erste Lippendichtung 111 an die zweite
Lippendichtung 112 befestigt und die Wellendichtungsausbildung 110 im
Kompressor 100 montiert ist, d. h., bis die Gleitfläche 111a der
ersten Lippendichtung 111 in Kontakt mit der Außenumfangsfläche 102a der
Welle 102 kommt, erst dann öffnen sich die Schneidlinien
unter Bildung von V-Nuten und werden dann zu einer Vielzahl erster
Nuten 111b, die eine Vielzahl von Umfangsnuten bilden,
die konzentrisch in einer Axialrichtung, wie in 3A gezeigt, ausgerichtet.
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3A zeigt
zusätzlich
eine vergrößerte Darstellung
des durch eine Elipse in 2A umgebenen
Teils, und 3B ist eine vergrößerte Vorderdarstellung
des Gleitteils 111a, wenn die Wellendichtungsausbildung 110 in
dem Kompressor 100 eingebaut ist.
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Wie 3B erkennen
lässt,
sind die zweiten und dritten Nuten 111c, 111d derart
ausgebildet, dass diese verlängernden
Linien L1, L2 einander innerhalb des Kompressors 100 schneiden,
wenn die Wellendichtungsausbildung 110 im Kompressor 100 eingebaut
ist. Der Ausdruck „verlängernde
Linien L1, L2, die hiervon sich erstrecken und einander innerhalb des
Kompressors 100 schneiden” bedeutet, dass es um Linien
geht, auf denen die zweiten und dritten Nuten 111c, 111d relativ
zueinander geneigt sind und umfasst beide Fälle, wo ein Punkt der Schnittstelle der
verlängerten
Linien L1, L2 nicht auf der Gleitfläche 111a, wie in 3B gezeigt,
existiert und den Fall, wo der Schnittpunkt der verlängerten
Linien L1, L2 auf der Gleitfläche 111a,
wie in 4 gezeigt, existiert.
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Bei
dieser Ausführungsform
fließen,
da die Vielzahl erster Nuten 111b, die als konzentrische Kreise
ausgebildet sind und die zweiten und dritten Nuten, die so verlaufen,
dass sie sich mit der Vielzahl erster Nuten 111b derart
schneiden, dass die zwischen der Vielzahl erster Nuten 111b und
den zweiten und dritten Nuten 111c bzw. 111d gebildeten
Winkel α, β spitz werden
(0° < α, β < 90°) gebildet
werden, wenn die Welle 102 sich beispielsweise in einer durch
einen Pfeil in 3B angegebenen Richtung dreht,
fließen
also das Kühlmittel
und das Schmieröl nach
innen in einen Kompressor in der zweiten Nut 111c aufgrund
der Pumpwirkung, während,
wenn die Welle 102 sich in entgegengesetzter Richtung zu
der durch den Pfeil angegebenen Richtung dreht, Kühlmittel
und Schmieröl
nach innen im Kompressor 100 in der dritten Nut 111d aufgrund
der Pumpwirkung fließen.
Unter dem Wart „Nuten” sind eigentliche
Nuten, Rillen, Längsvertiefungen
etc. zu verstehen.
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Da
somit die erste Lippendichtung 111 für einen Kompressor gemeinsam
verwendet werden kann, der sich im Uhrzeigersinn drehen kann, als auch
für einen
Kompressor, der sich im Gegenuhrzeigersinn drehen kann, kann nicht
nur die Anzahl der ersten auf Lager genommenen Lippendichtungen 111 vermindert
werden, sondern auch die Produktion fehlerhafter Produkte aufgrund
fehlerhaften Zusammenbaus kann verhindert werden.
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Während vier
Paare zweiter Nuten 111c und dritter Nuten 111d nach
dieser Ausführungsform
vorgesehen sind, ist die Erfindung hierauf nicht begrenzt. Auch
können
nach dieser Ausführungsform, wie
in 4 gezeigt, die zweiten Nuten 111c und
die dritten Nuten 111d einander schneiden.
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Zweite Ausführungsform
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Während die
zweiten Nuten 111c und die dritten Nuten 111d völlig unabhängig voneinander
in der ersten Ausführungsform
sind, sind bei dieser in den 5A, 5B gezeigten
Ausführungsform eine
zweite Nut 111c und eine dritte Nut 111d so ausgelegt,
dass sie miteinander auf einer Seite verbunden sind, wo ein Überschneidungspunkt
ihrer verlängerten
Linien L1, L2 existiert.
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Zusätzlich zeigt 5A ein
Beispiel einer Auslegung derart, dass ein Paar von zweiten Nuten 111c und
dritten Nuten 111d sich nicht mit anderen Paaren zweiter
Nuten 111c und dritter Nuten 111d schneidet, während 5B ein
Beispiel einer Auslegung derart zeigt, dass ein Paar von zweiten
Nuten 111c und dritten Nuten 111d sich mit anderen
Paaren zweiter Nuten 111c und dritter Nuten 111d schneidet.
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Dritte Ausführungsform
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Nach
dieser Ausführungsform
sind wenigstens zwei Arten von Spiralnuten 111d in einer
Gleitfläche 111a einer
ersten Lippendichtung 111 ausgebildet, die zueinander unterschiedlich
in der Richtung sind, in der die Nut sich windet (in den Richtungen,
in denen die Nuten drehen).
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Nach
diesen Ausführungsformen
können, obwohl
die Welle 102 sich entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn
dreht, Kühlmittel
und Schmieröl
aufgrund der Pumpwirkung abgedichtet werden.
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Während die
Erfindung auf einen Kompressor nach diesen Ausführungsformen ihre Anwendung findet,
ist die Anwendung der Erfindung hierauf nicht begrenzt, kann vielmehr
auf andere Typen rotierender Vorrichtungen ihre Anwendung finden.
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Nur
der Erläuterung
wegen wurde die Erfindung anhand spezifischer Ausführungsformen
beschrieben. Es ist klar, dass zahlreiche Modifikationen vom Fachmann
ohne vom Basiskonzept und vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen,
vorgenommen werden können.