DE10328641A1

DE10328641A1 - Mechanischer Kompressor für eine Fahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE10328641A1
Application number: DE10328641A
Authority: DE
Inventors: Christoph Loy; Heiko Dröse; Klaus Gebauer; Thomas Reske; Harry Nissen; Thomas Küppers; Dikran-Can Magzalci
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-09-14
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2004-03-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Kompressor mit einer im Kompressorgehäuse angeordneten Antriebswelle für eine Taumelscheibe, einer an der Antriebswelle außerhalb des Kompressorgehäuses angeordneten Riemenscheibe und einer an der Antriebswelle riemenscheibenseitig angeordneten Gleitringdichtung zum Abdichten der Antriebswelle gegenüber dem Kompressorgehäuse. Sie löst die Aufgabe, einen derartigen Kompressor so zu gestalten, dass wenigstens ein Teil der an der Gleitringdichtung entstehenden Reibungswärme auf einfache Weise abgeführt wird. Dazu ist die Gleitringdichtung (7/8) luftgekühlt.

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Kompressor für eine Fahrzeugklimaanlage mit einer Antriebswelle, einer antriebsseitig an dieser angeordneten Riemenscheibe und einer Gleitringdichtung zum Abdichten der Antriebswelle gegenüber dem Kompressorgehäuse.
Die Verwendung des Kältemittels CO₂ in Fahrzeugklimaanlagen erfordert ein höheres Druckniveau im Vergleich zu einem herkömmlichen Kältemittel, insbesondere dem Kältemittel R134a. Daher sind auch höhere Anforderungen an die in der Fahrzeugklimaanlage und im Kompressor eingesetzten Dichtungen zu stellen. Im Kompressor wird zur Abdichtung der Antriebswelle für eine in der Regel mehrere Hubkolben antreibende Taumelscheibe üblicherweise eine (Axial-) Gleitringdichtung verwendet, die zwei in axialer Richtung gegeneinander vorgespannte Gleitringe aufweist, von denen einer drehfest mit der Antriebswelle verbunden und gegenüber dieser abgedichtet und der andere fest am Gehäuse angeordnet und gegenüber diesem abgedichtet ist. Eine derartige Gleitringdichtung kann den im Kurbelgehäuse des Kompressors herrschenden hohen Drücken von etwa 40 bis 50 bar standhalten. Allerdings entsteht beim Betrieb des Kompressors an den gegeneinander vorgespannten und sich relativ zueinander drehenden Gleitringen ein hohes Maß an Reibungswärme, die die Lebensdauer der Gleitringdichtung verkürzen kann. Daher ist es von Vorteil, wenn die auftretende Reibungswärme gezielt ganz oder zu einem großen Teil abgeführt wird.

Zur Abführung der Reibungswärme ist in der DE 199 47 007 A1 , deren Gegenstand eine Wellenabdichtung, insbesondere für Axialkolbenverdichter, ist, vorgeschlagen worden, den antriebsseitigen Gleitring fest, insbesondere stoffschlüssig, mit der Antriebswelle oder dem Gehäuse bzw. dem Gehäusedeckel zu verbinden. Dadurch ist dieser Gleitring integral und gasdicht mit dem entsprechenden, eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Bauteil verbunden, so dass entstehende Reibungswärme in dieses und über dieses abgeführt wird. Der Vorteil liegt in einer geringeren Erwärmung der Gleitringdichtung insgesamt, verbunden mit einer Reduzierung der Gefahr von thermischen und mechanischen Verwertungen und Verformungen, sowie in einer Erhöhung der Standzeit. Allerdings muss bei einem Austausch einer verschlissenen Gleitringdichtung auch das Bauteil, mit dem der eine Gleitring unlösbar verbunden ist, mit ausgetauscht werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen mechanischen Kompressor für eine Fahrzeugklimaanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass die in diesem angeordnete Gleitringdichtung auf alternative und einfache Weise gekühlt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kompressor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung besteht darin, dass ein mechanischer Kompressor, der eine im Kompressorgehäuse angeordnete Antriebswelle für eine Taumelscheibe, eine an der Antriebswelle außerhalb des Kompressorgehäuses angeordnete Riemenscheibe sowie eine an der Antriebswelle riemenscheibenseitig angeordnete, aus zwei in axialer Richtung gegeneinander vorgespannten Gleitringen bestehende (Axial-)Gleitringdichtung zum Abdichten der Antriebswelle gegenüber dem Kompressorgehäuse aufweist, mit einer Luftkühlungseinrichtung für die Gleitringdichtung versehen ist. Durch diese wird zumindest ein wesentlicher Teil der an der Gleitringdichtung entstehenden Reibungswärme abgeführt. Der Vorteil liegt in einer Verringerung der an der Gleitringdichtung auftretenden Temperaturen und einer Erhöhung der Standzeit der Gleitringdichtung.

Die Luftkühlung kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass die Riemenscheibe zugleich als Kühlluft-Gebläserad ausgebildet ist, oder dass am Eintritt der Antriebswelle in das Kompressorgehäuse ein drehfest mit dieser verbundenes Kühlluft-Gebläserad angeordnet ist, so dass beim Betreiben des Kompressors Kühlluft auf die riemenscheibenseitige Stirnwandung des fest und dicht mit dem Kompressorgehäuse verbundenen Gleitringes der Gleitringdichtung gefördert wird. In der Stirnwandung sind in radial-axialer Richtung Kühlluftkanäle angeordnet, die einen Kühlluftdurchsatz in der Stirnwandung ermöglichen, indem die geförderte Luft zur Gleitringdichtung gelangt, an dieser vorbeiströmt, dabei erwärmt und durch die nachfolgende Kühlluft aus dem Kompressorgehäuse verbracht wird. An der Gleitringdichtung entstehende Reibungswärme wird so über den kompressorgehäuseseitigen Gleitring aus dem Kompressorgehäuse abgeführt, und es wird eine durch Wärmeübertragung erfolgende allgemeine Erwärmung des Kompressors verringert. Alternativ dazu ist die Luftkühlungseinrichtung durch die Ausbildung und Anordnung des Kühlluft-Gebläserades auch so gestaltbar, dass der Kühlluftdurchsatz durch einen erzeugten Unterdruck aus den Kühlluftkanälen gesaugt wird.

Vorzugsweise sind sechs bis zehn Kühlluftkanäle im gleichen Abstand zueinander ausgebildet.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Axialschnitt durch einen mechanischen CO₂-Kompressor, teilweise vereinfacht. Dieser weist eine in einem Kompressorgehäuse 1 gelagerte Antriebswelle 2 für eine Taumelscheine 3 auf, die mehrere Hobkolben 4 antreibt, von denen nur einer in dem dargestellten Schnitt zu sehen ist. An der Antriebswelle 2 sind außerhalb des Kompressorgehäuses 1 eine drehfest mit dieser verbundene Riemenscheibe 5 für einen Antriebsriemen und zwischen dieser und dem Kompressorgehäuse 1 ein Kühlluft-Gebläserad 6, ebenfalls drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden, angeordnet. Zum Abdichten der Antriebswelle 2 gegenüber dem Kompressorgehäuse 1 ist eine aus zwei Gleitringen 7 und 8 gebildete (Axial-)Gleitringdichtung vorgesehen. Der Gleitring 7 ist dabei mit O-Ringen 9 und 10 in einer in axialer Richtung am Kompressorgehäuse 1 ausgebildeten konzentrischen, nutartigen Ausfräsung fest und dichtend eingepasst. An diesen grenzt taumelscheibenseitig der Gleitring 8, der mit der Antriebswelle 2 drehfest über einen nicht dargestellten Mitnehmer verbunden ist und in axialer Richtung durch eine ebenfalls nicht dargestellte Druckfeder an den Gleitring 7 angedrückt ist, so dass die beiden Gleitringe 7 und 8 im Bereich einer jeweils an diesen ausgebildeten Gleitfläche gegeneinander vorgespannt anliegen, und der über einen O-Ring 11 gegenüber der Antriebswelle 2 abgedichtet ist. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle 2 dreht sich somit der Gleitring 8 mit und gleitet mit seiner Gleitfläche auf der des feststehenden Gleitringes 7, wobei infolge der Vorspannung und des im Kompressorgehäuses 1 vorhandenen Ölnebels der zwischen den Gleitringen 7 und 8 gegebene Spalt dicht gehalten und eine ausreichende Abdichtung gegenüber der hohen Druckdifferenz sichergestellt ist, die zwischen dem Innern des Kompressorgehäuses 1 und dessen Umgebung gegeben ist.
In einem riemenscheibenseitig am Kompressorgehäuse 1 ausgebildeten hohlzylindrischen Ansatz 12, der von den Luftleitschaufeln 13 des Kühlluft-Gebläserades 6 umgeben ist, sind, konzentrisch und im gleichen Abstand von jeweils 45° voneinander angeordnet, acht radial-axial ausgerichtete zylindrische Bohrungen 14 mit einem Bohrungsdurchmesser von 2 mm als Luftführungskanäle eingebracht, die in einen konzentrischen Hohlraum 15 münden, der an die riemscheibenseitige Stirnseite des Gleitrings 7 grenzt und zwischen dieser und dem Kompressorgehäuse 1 in der Ausfräsung ausgebildet ist. Acht weitere derartige Bohrungen 16 gleichen Durchmessers, die mit den Bohrungen 14 korrespondieren, sind zwischen dem Hohlraum 15 und der außenseitig gegebenen Kehle des Ansatzes 12 mit der Stirnwandung des Kompressorgehäuses 1 ausgebildet. Alternativ können die Bohrungen 16 versetzt zu den Bohrungen 14 angeordnet sein.
Beim Betreiben des Kompressors wird durch die Drehbewegung des Kühlluft-Gebläserades 6 eine Luftbewegung erzeugt, die Umgebungsluft durch die Bohrungen 14, den Hohlraum 15 und die Bohrungen 16 drückt. Der erzeugte Luftstrom streicht an der riemenscheibenseitigen Stirnseite des Gleitringes 7 vorbei und nimmt Reibungswärme auf, die insbesondere durch die Relativbewegung der Gleitringe 7 und 8 zueinander erzeugt wird, und führt diese aus dem Kompressorgehäuse 1 in dessen Umgebung ab. Durch Wärmeübertragung wird auf diese Weise auch Reibungswärme aus dem Gleitring 8 und weiteren, an die Gleitringdichtung angrenzenden Bauteilen abgeführt.

1: Kompressorgehäuse
2: Antriebswelle
3: Taumelscheibe
4: Hubkolben
5: Riemenscheibe
6: Gebläserad
7: Gleitring
8: Gleitring
9: O-Ring
10: O-Ring
11: O-Ring
12: Ansatz
13: Luftleitschaufel
14: Bohrung
15: Hohlraum
16: Bohrung

Claims

Mechanischer Kompressor mit einer im Kompressorgehäuse angeordneten Antriebswelle für eine Taumelscheibe, einer an der Antriebswelle außerhalb des Kompressorgehäuses angeordneten Riemenscheibe und einer an der Antriebswelle riemenscheibenseitig angeordneten Gleitringdichtung zum Abdichten der Antriebswelle gegenüber dem Kompressorgehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitringdichtung (7/8) luftgekühlt ist.
Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der riemenscheibenseitigen Stirnwandung des Kompressorgehäuses (1) Luftführungskanäle (12, 14) angeordnet sind, die von der Außenseite der Stirnwandung zu einem an die Gleitringdichtung (7/8) grenzenden Hohlraum (15) ausgebildet sind, dass die Riemenscheibe (5) zugleich als Kühlluft-Gebläserad ausgebildet ist, oder dass am Eintritt der Antriebswelle (2) in das Kompressorgehäuse (1) ein drehfest mit dieser verbundenes Kühlluft-Gebläserad (6) angeordnet ist, und dass dieses (6) beim Betreiben des Kompressors Luft durch die Kanäle (12, 14) fördert.
Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens sechs Zuführkanäle (12) und sechs Abführkanäle (14), jeweils im gleichen Abstand voneinander, in radial-axialer Richtung zur Gleitringdichtung (7/8) ausgebildet sind.