DE10347693B4 - Verringerung von NVH (Rauschen, Schwingungen, Härte) und Gaspulsation in einem Klimaanlagenverdichter - Google Patents
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Abstract
Description
- Technisches Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verdichter und insbesondere auf Schalldämpfer zur Geräuschminderung in Verdichtern.
- Hintergrund der Erfindung
- Existierende Verdichter, wie z. B. in Fahrzeugen eingesetzte Klimaanlagenverdichter, sind relativ laut. Dementsprechend enthalten viele Verdichter ein eingebautes Strömungsgeräuschsteuergerät oder einen Schalldämpfer. Leider stellen diese Geräte gewöhnlich einen voluminösen Anbau am Verdichtergussteil oder -gehäuse dar, der die Gesamtgröße und -masse des Verdichters wesentlich erhöht. Außerdem kommunizieren diese Schalldämpfer mit dem Förderstrom oder dem Saugstrom typischerweise durch eine lange, enge Passage. Diese Passage ist genau genommen ein Kommunikationskanal, der nicht derart durchströmt wird, dass das Innere des Schalldämpfers effektiv genutzt wird. Ein Nachteil ist ein großer Strömungsverlust infolge der Struktur des Kommunikationskanals. Der Strömungsverlust bedeutet einen Druckverlust in der Strömung infolge des verengten Strömungsdurchgangsquerschnitts. Je höher der Strömungsverlust, desto mehr Leistung ist erforderlich, um dieselbe Menge Kältemittel durch eine Passage zu fördern.
- Sowohl die
DE 100 31 679 A1 als auchDE 100 18 008 A1 beschreiben Verdichteranordnungen nach dem Taumelscheibenprinzip, in denen ein in Verlängerung der Antriebswelle zur Verfügung stehender Bauraum in Schalldämpferkonstruktionen einbezogen wird, wobei der Einsatz eines nachgeschalteten Hauptschalldämpfers vorgesehen ist. - In der
DE 100 31 679 A1 wird dabei ein zweiseitig wirkender Kolbenverdichter mit einem Paar entgegengesetzt gerichteter Ausstoßkammern offenbart. Die Kammern sind derart ausgebildet, dass das Pulsieren des aus dem Verdichtungsraum durch Zylinderbohrungen ausgestoßenen, verdichteten Kältemittelgases vermindert wird. - Aus der
DE 100 18 008 A1 geht ein Kolbenverdichter hervor, der neben einer Auslasskammer eine zusätzliche Schalldämpferkammer aufweist. Die Anordnung und Ausbildung der Kammern sowie deren Verbindungen bewirken eine Verringerung der Druckpulsationen des verdichteten Kältemittelgases im externen Kältemittelkreislauf. - Es besteht Bedarf zur Bereitstellung eines Verdichters, durch den nicht nur der Strömungsverlust durch den Schalldämpfer, sondern auch die Gesamtgröße, das Gewicht und die Kosten des Verdichters verringert werden.
- Kurze Zusammenfassung der Erfindung
- Die Erfindung stellt einen Schalldämpfer für einen Verdichter bereit, der sich im bestehenden hinteren Gehäuseteil des Verdichtergehäuses befindet. Auf diese Weise stellt die Erfindung einen Verdichter bereit, der sowohl eine geringere Größe und ein geringeres Gewicht im Vergleich zu existierenden Verdichtern mit externen Schalldämpfern aufweist als auch den Strömungsverlust verringert. Der Wirkungsgrad des Verdichters wird wiederum durch stromlinienförmige Strömung mit geringerer Turbulenz gesteigert (d. h. weniger Energieverbrauch). Außerdem besitzt das hintere Gehäuse durch den integrierten Schalldämpfer eine zusätzliche Steifigkeit, die zu geringeren Schwingungen führt. Vorzugsweise ist die Schalldämpferkammer innerhalb der Auslasskammer ausgebildet, und die Auslasskammer ist außerdem in einen ersten und einen zweiten Abschnitt unterteilt. Der Förderstrom, der in den ersten Abschnitt der Auslasskammer eintritt, muss vor Erreichen des zweiten Abschnitts der Auslasskammer zwecks Austritt durch einen Auslassanschluss durch die Schalldämpferkammer fließen. Im Allgemeinen wird die Schalldämpferkammer durch eine Schalldämpferwand gebildet, die Einengungen zum Regeln der Strömung vom ersten Abschnitt zum zweiten Abschnitt der Auslasskammer enthält. Zusätzliche Merkmale umfassen eine weitere Unterteilung der Auslasskammer in mehrere kleinere Hohlräume sowie eine Bereitstellung von Hochdruckfluid direkt zum zweiten Abschnitt und zum Auslassanschluss.
- Kurzbeschreibung der Zeichnungen
- Die hier enthaltenen Zeichnungen, die einen Teil der Spezifikation bilden, stellen verschiedene Aspekte der Erfindung bildlich dar und dienen der Erklärung der Prinzipien dieser Erfindung. In den Zeichnungen ist
-
1 eine perspektivische Ansicht eines in Übereinstimmung mit den Lehren der Erfindung konstruierten hinteren Gehäuses und Schalldämpfers; -
2 eine Draufsicht des in1 gezeigten hinteren Gehäuses und Schalldämpfers; -
3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie 3-3 in2 ; -
4 eine der1 ähnliche perspektivische Ansicht, die jedoch einen Teil des Zylinderblocks teilweise aufgebrochen zeigt. - Obwohl die Erfindung anhand von bestimmten Vorzugsausgestaltungen beschrieben wird, ist eine Beschränkung auf diese Ausgestaltungen nicht beabsichtigt. Im Gegenteil, es ist vorgesehen, sämtliche Alternativen, Modifikationen und Entsprechungen zu erfassen, wie sie im durch die beigefügten Patentansprüche definierten Sinn und Geltungsbereich enthalten sind.
- Ausführliche Beschreibung der Erfindung
- Die
1 bis3 stellen ein hinteres Gehäuse20 mit einem Schalldämpfer40 zur Verringerung von Rauschen, Schwingungen und Härte in einem (nicht gezeigten) Verdichter dar. Im Allgemeinen bietet der Schalldämpfer40 eine Dämpfungswirkung zur Verringerung der Fluidströmungsturbulenz sowie von Pulsationen in der Strömung. Im Ergebnis der verringerten Strömungsturbulenz und Pulsationen sind Rauschen und Schwingungen reduziert. Außerdem wird der Wirkungsgrad durch stromlinienförmige Strömung mit geringerer Turbulenz erhöht. - Das hintere Gehäuse
20 bildet ein Element eines Gehäuses für den Verdichter. Das hintere Gehäuse20 enthält eine Endwand23 und ist an einem Ende des Verdichters zwecks Strömungkommunikation in den Verdichter hinein und aus ihm heraus angeordnet. Das hintere Gehäuse20 enthält eine Außenwand22 , die am Umfang der Endwand23 axial aus ihr herausragt. Die Außenwand22 ist ringförmig ausgebildet. Das hier verwendete „ringförmig” bedeutet eine Ringstruktur (d. h. mit keinem bestimmten Anfang oder Ende), wobei jedoch eine Kreisform nicht erforderlich ist. - Die Außenwand
22 bildet eine Vielzahl von als Gewindebohrungen24 dargestellten Verbindungsbohrungen. Typischerweise wird ein Gewindebefestigungselement zum Verbinden des hinteren Gehäuses20 mit dem Hauptgehäuse über die Gewindebohrungen24 verwendet. Wie in4 dargestellt, ist das hintere Gehäuse20 unmittelbar in Strömungsrichtung nach einem Zylinderblock15 angeordnet, der eine Vielzahl von sich in ihren jeweiligen Bohrungen17 hin- und herbewegenden (nicht dargestellten) Kolben enthält. Der Zylinderblock15 ist in4 teilweise aufgebrochen dargestellt. Wie noch ausführlicher beschrieben wird, versorgt das hintere Gehäuse20 den Verdichter, insbesondere die Kolbenbohrungen17 , mit Niederdruckfluid und leitet das durch den Verdichter erzeugte und über die Bohrungen17 geförderte Hochdruckfluid. - Zur Realisierung des zuvor dargestellten Sachverhalts ist eine Innenwand
32 innerhalb des hinteren Gehäuses20 geformt. Wie die Außenwand22 ragt die Innenwand32 aus der Endwand23 des hinteren Gehäuses20 axial heraus. Die Innenwand32 ist vollständig von der Außenwand22 umschlossen. Die Innenwand32 , die eine ringförmige und insbesondere eine blütenförmige Gestalt besitzt, ist mit einer Vielzahl von Vorsprüngen und Mulden zur Erleichterung der Kooperation mit dem Einlass und dem Auslass der Zylinderbohrungen versehen, wie in4 dargestellt. Das Volumen zwischen der Außenwand22 und der Innenwand32 bildet die Einlasskammer25 , die zur Versorgung des Verdichters mit Niederdruckfluid verwendet wird. Die Versorgung von Niederdruckfluid erfolgt über einen Einlassanschluss26 , der mit der Einlasskammer25 in Fluidkommunikation steht, wie am besten in2 zu erkennen ist. Es ist innerhalb der Innenwand32 eine Auslasskammer35 zum Aufnehmen des Hochdruckfluids vom Verdichter ausgebildet. Die Auslasskammer35 steht mit einem durch eine gestrichelte Linie in2 dargestellten Auslassanschluss28 in Fluidkommunikation. - Entsprechend der Erfindung ist ein Schalldämpfer
40 zur Verringerung von Rauschen, Schwingungen und Härte der Fluidströmung im hinteren Gehäuses20 integral geformt. Wie in den Figuren gezeigt, enthält der Schalldämpfer40 eine Schalldämpferwand42 , die axial aus der Endwand23 herausragt. Die Schalldämpferwand42 ist ringförmig ausgebildet und besitzt vorzugsweise eine Kreisform, wie in den Figuren zu erkennen ist. Die Schalldämpferwand42 befindet sich innerhalb der Innenwand32 und ist von ihr vollständig umschlossen. Damit ist die Schalldämpferkammer45 vollständig von der Auslasskammer35 umgeben. Demzufolge ist die Auslasskammer35 am besten als das Volumen zwischen der Innenwand32 und der Schalldämpferwand42 definiert, obwohl zu erkennen sein wird, dass das Ausströmfluid sowohl durch die Auslasskammer35 als auch durch die Schalldämpferkammer45 strömt. Deshalb ist die Auslasskammer35 ringförmig ausgebildet und vollständig von der Einlasskammer25 umschlossen. Die Schalldämpferwand42 bildet ein als die Schalldämpferkammer45 bezeichnetes definiertes Innenvolumen. - Weil der Schalldämpfer
40 in das hintere Gehäuse20 und die Auslasskammer35 integriert ist, sind ersichtlicherweise die gesamten Außenabmessungen des hinteren Gehäuses20 unverändert geblieben. Die zuvor genannten Wände (sowie die Kammern, Anschlüsse und Kanäle, die sie zum Leiten des Fluidstroms bilden) sind direkt in das hintere Gehäuse20 eingegossen worden, wodurch jede zusätzliche maschinelle Bearbeitung eliminiert wurde. Außerdem wird der Kältemittelstrom derart durch die Auslasskammer35 im Schalldämpfer40 geleitet, dass er das gesamte Innenvolumen effektiv ausnutzt, Strömungsturbulenz und Pulsationen reduziert, was wiederum Rauschen und Schwingungen verringert. Die integrierte Form des Schalldämpfers bietet dem hinteren Gehäuse zusätzliche Steife, die geringere Schwingungen zur Folge hat. - Zum Leiten des Stroms erstrecken sich mindestens zwei Trennwände
52 ,54 zwischen der Schalldämpferwand42 und der Innenwand32 . Wie in den Figuren zu sehen ist, enthält die bildlich dargestellte Ausgestaltung des hinteren Gehäuses20 und des Schalldämpfers40 dritte Trennwand56 , die sich zwischen der Schalldämpferwand42 und der Innenwand32 erstreckt. Die Trennwände52 ,54 ,56 sind zwecks Unterteilung der Auslasskammer35 in einen ersten, einen zweiten und einen dritten, als35a ,35b bzw.35c bezeichneten Abschnitt im Abstand zueinander angeordnet. Der zweite Abschnitt35b ist zur Übertragung des Hochdruckfluids mit dem Auslassanschluss28 fluidisch verbunden. Erster und dritter Abschnitt35a ,35c der Auslasskammer35 stehen nicht miteinander oder mit dem zweiten Abschnitt35b in direkter Fluidkommunikation, sondern mit der Schalldämpferkammer45 . Wie am besten in1 zu erkennen, enthält die Schalldämpferwand42 eine erste Öffnung44a , die den ersten Abschnitt35a mit der Schalldämpferkammer45 verbindet. Außerdem bildet die Schalldämpferwand42 eine zweite Öffnung44b , die den zweiten Abschnitt35b mit der Schalldämpferkammer45 fluidisch verbindet. Da die Schalldämpferwand42 komplett ringförmig ist, hat sie einen Wandteil zwischen dem zweiten Abschnitt35b der Auslasskammer35 und der Schalldämpferkammer45 . Schließlich bildet die Schalldämpferwand42 eine dritte Öffnung44c , die den dritten Abschnitt35c mit der Schalldämpferkammer45 fluidisch verbindet. - In der bildlich dargestellten Ausgestaltung enthält der zweite Abschnitt
35b der Auslasskammer35 außerdem eine Abschirmwand58 im zweiten Abschnitt35b zwecks Bildung einer Abschirmkammer35d . Die Abschirmwand58 enthält eine Öffnung59 , die den zweiten Abschnitt35b mit der Abschirmkammer35d fluidisch verbindet. Die Abschirmkammer35d ist zwecks Fluidkommunikation direkt mit dem Auslassanschluss28 verbunden. - Im Betrieb saugen die Zylinderbohrungen
17 Fluid aus der Einlasskammer25 (versorgt über den Einlassanschluss26 ) mit einem relativ niedrigen Druck an. Der Verdichter und seine Zylinderkolben beaufschlagen das Fluid und fördern das Fluid mit einem relativ hohen Druck in die Auslasskammer35 . Wie in4 dargestellt, enthält der Zylinderblock15 eine Vielzahl von Zylinderbohrungen17 . An einem Ende jeder Bohrung17 bildet der Zylinderblock15 eine Saugöffnung18 und eine Auslassöffnung19 . Typischerweise wird die Strömung durch die Saugöffnung18 und die Auslassöffnung19 mithilfe eines Einwegeventils zwecks Absicherung der richtigen Strömungsrichtung geregelt. Wie dargestellt, ist das hintere Gehäuse20 für die Verwendung mit einem Zylinderblock15 mit sieben Zylinderbohrungen17 und sieben Sätzen Saug- und Auslassöffnungen18 ,19 ausgelegt. - Damit ist zu erkennen, dass der Verdichter Hochdruckfluid durch die Auslassöffnung
19 in die Auslasskammer35 und insbesondere in den ersten Abschnitt35a , den zweiten Abschnitt35b , den dritten Abschnitt35c und die Abschirmkammer35d fördert. Das Hochdruckfluid im ersten und dritten Abschnitt35a ,35c der Auslasskammer35 ist für eine Strömung durch die erste und dritte Öffnung44a ,44c und in die Schalldämpferkammer45 erforderlich. Dieser Fluidstrom folgt dann einem Weg durch die zweite Öffnung44b in der Schalldämpferwand42 und in den zweiten Abschnitt35b der Auslasskammer35 . Anschließend folgt der Strom einem Weg durch die Öffnung59 in der Abschirmwand58 in die Abschirmkammer35d und tritt über den Auslassanschluss28 aus, der direkt in Kommunikation mit der Abschirmkammer steht. - Der durch die Schalldämpferwand
42 , die Trennwände52 ,54 ,56 , die Abschirmwand58 und ihre jeweiligen Öffnungen definierte Strömungsweg bewirkt eine Verringerung der Turbulenz und Pulsationen im Förderstrom, wodurch Rauschen und Schwingungen des Verdichters reduziert werden. Die Öffnungen44a ,44b ,44c in der Schalldämpferwand42 sowie die Öffnung59 in der Abschirmwand58 wirken als Einschnürungen, die die Strömung von einer Kammer zur nächsten regulieren. Da diese Einschnürungen den Druck des Fluids oder seine Durchflussmenge nicht wesentlich ändern, haben diese Einschnürungen einen Dämpfungseffekt mit Verringerung der Turbulenz und der Pulsationen im Fluidstrom. Es ist zu erkennen, dass durch stromlinienförmige Strömung mit geringerer Turbulenz der Wirkungsgrad des Verdichters erhöht wird (d. h. niedrigerer Energieverbrauch). Vorzugsweise sind die Öffnungen44a und44c als Einkerbungen in einem oberen Ende der Schalldämpferwand42 und im Allgemeinen kleiner als die größere Öffnung44b , die ebenfalls eine Einkerbung in der Schalldämpferwand42 hat, darstellt. Vorzugsweise ist die Öffnung59 ebenfalls eine Einkerbung, die in der Abschirmwand58 ausgebildet ist. - Erster und zweiter Abschnitt
35a ,35b der Auslasskammer35 stehen nur durch die Schalldämpferkammer45 in Fluidkommunikation. Die Einschnürungen sind für eine Reduzierung der Turbulenz des Fluidstroms ausgelegt. Analog dazu stehen dritter und zweiter Abschnitt35c ,35b der Auslasskammer35 nicht direkt in Fluidkommunikation. Die Einschnürungen dämpfen die Turbulenz des Fluidstroms aus dem ersten und dritten Abschnitt35a ,35c der Auslasskammer35 zum zweiten Abschnitt35b der Auslasskammer35 . - Außerdem ist zu erkennen, dass der Verdichter und ein oder zwei Kolbenzylinder
17 Hochdruckfluid direkt an den nahe des Auslassanschlusses28 befindlichen zweiten Abschnitt35b der Auslasskammer liefern. Wenn die Abschirmwand58 wie dargestellt verwendet wird, liefert eine Auslassöffnung19 Hochdruckfluid direkt zur Abschirmkammer35d , die in direkter Fluidkommunikation mit dem Auslassanschluss28 steht. Damit wird die Versorgung von Hochdruckfluid durch den erfindungsgemäßen Schalldämpfer40 weder verzögert noch gefährdet. - Entsprechend wird von den mit dem Fachgebiet vertrauten Personen erkannt werden, dass die Erfindung einen Schalldämpfer bereitstellt, der integraler Bestandteil des hinteren Gehäuses eines Verdichters ist. Auf diese Weise werden durch den Schalldämpfer die Gesamtgröße, das Gewicht und die Kosten des Verdichters verringert. Außerdem bietet der integrierte Schalldämpfer zusätzliche Steife, die geringere Schwingungen zur Folge hat. Darüber hinaus sind zusätzliche maschinelle Bearbeitungen nicht erforderlich, da der Schalldämpfer direkt in das hintere Gehäuse eingegossen werden kann. Schließlich wird der Kältemittelstrom derart durch die Auslasskammer und den Schalldämpfer geleitet, dass er das gesamte Innenvolumen effektiv ausnutzt, ohne einen wesentlichen Strömungsverlust oder eine Verzögerung in der Fluidversorgung zu verursachen. Der Wirkungsgrad des Verdichters wiederum wird durch stromlinienförmige Strömung mit geringerer Turbulenz erhöht.
Claims (8)
- Schalldämpfer für einen Kolbenverdichter, der sich in einem in Hubrichtung unmittelbar an einen Zylinderblock (
15 ) anschließenden hinteren Gehäuseteil befindet, in dem mindestens eine Einlasskammer (25 ), mindestens eine Auslasskammer (35 ) und mindestens eine Schalldämpferkammer (45 ) untergebracht sind, wobei die Auslasskammer (35 ) in mehrere Bereiche (35a ,35b ,35c ) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bereiche (35a ,35c ) der Auslasskammer (35 ) nur über die Schalldämpferkammer (45 ) miteinander in Fluidkommunikation stehen, mindestens ein Bereich (35b ) der Auslasskammer direkt mit dem Auslassanschluss (28 ) für das Hochdruckfluid verbunden ist und mindestens ein Bereich (35a ) der Auslasskammer nur über die Schalldämpferkammer (45 ) mit dem Bereich (35b ) der Auslasskammer, der direkt mit dem Auslassanschluss (28 ) für das Hochdruckfluid verbunden ist, in Fluidkommunikation steht. - Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Gehäuseteil eine Endwand (
23 ), eine auf der Endwand (23 ) aufsitzende ringförmige Außenwand (22 ), eine auf der Endwand (23 ) aufsitzende Innenwand (32 ) und eine auf der Endwand (23 ) aufsitzende Schalldämpferwand (42 ) umfasst, wobei die Schalldämpferwand (42 ) ringförmig ausgebildet ist, die Innenwand (32 ) die Schalldämpferwand (42 ) als geschlossene Figur umgibt und die Außenwand (22 ) die Innenwand (32 ) umgibt, sich die Schalldämpferwand (42 ), die Innenwand (32 ) und die Außenwand (22 ) von der Endwand (23 ) bis zu einer Montageebene für das Ansetzen weiterer Baugruppen erstrecken, wobei der Zwischenraum zwischen Außenwand (22 ) und Innenwand (32 ) als Einlasskammer (25 ) dient, der Zwischenraum zwischen Innenwand (32 ) und Schalldämpferwand (42 ) als Auslasskammer (35 ) dient, der durch Trennwände (52 ,54 ,56 ) zwischen Innenwand (32 ) und Schalldämpferwand (42 ) in mehrere Bereiche (35a ,35b ,35c ) unterteilt wird, und der Raum innerhalb der Schalldämpferwand (42 ) als Schalldämpferkammer (45 ) dient. - Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslasskammer (
35 ) mindestens zwei Bereiche (35a ,35c ) umfasst, die nur über die Schalldämpferkammer (45 ) mit dem Bereich (35b ) der Auslasskammer, der direkt mit dem Auslassanschluss (28 ) für das Hochdruckfluid verbunden ist, in Fluidkommunikation stehen. - Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich (
35b ) der Auslasskammer, der direkt mit dem Auslassanschluss (28 ) für das Hochdruckfluid verbunden ist, durch mindestens eine Abschirmwand (58 ) mindestens eine Abschirmkammer (35d ) gebildet wird, die mit dem Rest dieses Bereiches (35b ) der Auslasskammer direkt in Fluidkommunikation steht. - Schalldämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Abschirmkammer (
35d ) direkt mit dem Auslassanschluss (28 ) für das Hochdruckfluid verbunden ist. - Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bereiche (
35a ,35c ), die nur über die Schalldämpferkammer (45 ) mit dem Bereich (35b ) der Auslasskammer, der direkt mit dem Auslassanschluss (28 ) für das Hochdruckfluid verbunden ist, in Fluidkommunikation stehen, unterschiedlich groß sind. - Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkommunikation zwischen den einzelnen Bereichen (
35a ,35b ,35c ) der Auslasskammer und der Schalldämpferkammer (45 ) über Öffnungen (44a ,44b ,44c ) in der Schalldämpferwand (42 ) erfolgt. - Schalldämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (
44a ,44b ,44c ) in der Schalldämpferwand (42 ) Einkerbungen am der Endwand (23 ) abgewandten Ende der Schalldämpferwand (42 ) sind.
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