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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Dichtungssysteme, und insbesondere ein Dichtungssystem für drehbare Wellen.
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Die vorliegende Erfindung findet zum Beispiel bei drehbaren Wellen mechanischer und elektrischer Kompressoren Anwendung. Ein elektrischer Kompressor ist eine zum Aufladen eines Verbrennungsmotors verwendete und mit einem Elektromotor arbeitende Vorrichtung.
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Ein elektrischer Kompressor weist eine Welle auf, die sich mit bis zu 300.000 U/min drehen kann und sich über mindestens zwei Kammern erstreckt. Die erste Kammer kann Rotationsführungsmittel und/oder Antriebsmittel der Welle enthalten. In einem elektrischen Kompressor kann die erste Kammer einen Elektromotor und Rotationsführungsmittel, wie Kugellager, enthalten. Die zweite Kammer kann das mit dem Ende der Welle verbundene Rad des Kompressors enthalten.
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In einer solchen Vorrichtung ist es erforderlich, dass eine maximale Abdichtung der Welle zwischen der ersten und der zweiten Kammer aufrechterhalten wird. Tatsächlich können Verschmutzungen des Motors, wie Öl aus der zweiten Kammer, an dem Abschnitt der Welle zwischen den zwei Kammern in die erste Kammer eindringen.
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Derzeit ist zur Vermeidung, dass Verschmutzungen in die erste Kammer eindringen, ein Dichtungssystem am Abschnitt der Welle zwischen den zwei Kammern angeordnet. Dieses System besteht aus einer Dichtung, die in einer direkt in der Welle ausgebildeten Vertiefung angeordnet ist. Bei dieser Art von Dichtungen kann die Geometrie der Vertiefung einen negativen Einfluss auf die Abdichtung haben. So kann die Wand der Vertiefung, in der die Dichtung angeordnet ist, nicht vollkommen glatt oder verschmiert sein.
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Wenn sich die Welle dann dreht, ist die Dichtung nicht immer in optimalem Kontakt mit der Wand der Vertiefung. Ein Fehler in der Geometrie der Dichtung kann ebenfalls die gleiche Wirkung haben.
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Es besteht also nach wie vor ein Problem von Restleckagen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen oder mehrere der Nachteile der Vorrichtungen des Stands der Technik auszugleichen, indem ein verbessertes Dichtungssystem für drehbare Wellen vorgeschlagen wird, durch das sich die Verschmutzung der ersten Kammer, und insbesondere des Elektromotors, vermeiden lässt.
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Hierzu schlägt die vorliegende Erfindung ein Dichtungssystem für drehbare Wellen mechanischer oder elektrischer Kompressoren vor, wobei die Welle mit mindestens einer Kammer verbunden ist, in der ein Kompressorrad angeordnet ist, und mindestens ein Führungsmittel umfasst, wobei das Dichtungssystem mindestens ein Dichtungsmittel umfasst, das dem Führungsmittel mit Bezug auf das Rad vorgelagert angeordnet ist.
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Durch ein solches Dichtungsmittel lässt sich eine maximale Abdichtung gegenüber Verschmutzungen aus der zweiten Kammer des Kompressors erzielen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Dichtungsmittel eine Scheibe, bevorzugt eine nachgiebige Scheibe.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Dichtungsmittel an einer Seite des Lagers senkrecht zur Längsachse X der Welle des Kompressors angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Dichtungsmittel mit seinem Ende, das seinem Außendurchmesser entspricht, zwischen einem äußeren Ring des Lagers und dem Boden eines Gehäuses des Lagers in einem Körper des Kompressors eingeklemmt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Ende des Dichtungsmittels, das dem Innendurchmesser des Dichtungsmittels entspricht, zur axialen Reibung an einem inneren Ring des Führungsmittels ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Ende des Dichtungsmittels, das dem Innendurchmesser des Dichtungsmittels entspricht, zur axialen Reibung an einem Anschlag der Welle ausgebildet.
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Der Vorteil des Vorliegens eines solchen Dichtungsmittels besteht darin, dass sich durch den stromaufwärts vom Dichtungsmittel , d.h. auf der Seite des Kompressorrads 3, erzeugten Überdruck eine Anpresskraft des Dichtungsmittels auf den drehenden Abschnitt, gegen den es reibt, ausüben lässt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das System mindestens eine Dichtung.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das System zwei Dichtungen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das System eine zwischen den zwei Dichtungen einmündende Lüftungsöffnung.
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Die Erfindung betrifft auch einen mit einem Dichtungssystem gemäß der Erfindung ausgestatteten mechanischen oder elektrischen Kompressor.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Durchlesen der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die als Beispiel beigefügten Figuren besser verstanden und deutlicher. Es zeigen:
- - 1 eine schematische Darstellung einer Längsschnittansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
- - 2 eine schematische Darstellung einer Längsschnittansicht einer Ausführungsform eines Teils einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dichtungssystem für eine drehbare Welle.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die drehbare Welle eine Welle für einen mechanischen oder elektrischen Kompressor.
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Im Rahmen der Erfindung wird unter elektrischem Kompressor, u.a. ein volumetrischer und beispielsweise zentrifugaler oder radialer Kompressor verstanden, der von einem Elektromotor zum Vorverdichten eines Verbrennungsmotors angetrieben wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Elektromotor ein Asynchronmotor für Gleich- oder Wechselstrom.
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Insbesondere ist der Elektromotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein variabler Reluktanzmotor (gemäß englischer Terminologie auch als SRM-Maschine für geschalteten Reluktanzmotor bezeichnet).
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Motor ein Permanentmagnetmotor.
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In der folgenden Beschreibung bezeichnet der Begriff Kompressor uneingeschränkt mechanische oder elektrische Kompressoren, sofern nicht anders angegeben.
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Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, ist die Welle 10 eine klassische längliche Welle von zylindrischer Form.
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Die Welle 10 ist in einer Bohrung 13 eines feststehenden Stücks 14 des Kompressors angeordnet, das den Körper des Kompressors bildet. Unter feststehendem Stück wird ein Stück verstanden, das nicht rotatorisch oder translatorisch angetrieben wird.
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Die Welle 10 dreht sich im Allgemeinen mit einer Geschwindigkeit zwischen einschließlich 0 und 300.000 U/min und bevorzugt von 50.000 bis 80.000 U/min.
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Wie in 1 veranschaulicht, erstreckt sich die Welle 10 in und zwischen mindestens zwei Kammern 1, 2. Insbesondere ragt ein Ende der Welle in das Innere einer ersten Kammer 1 des Kompressors hinein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält die erste Kammer 1 Antriebsmittel der Welle, die Rotationsführungsmittel 4 aufweisen. Zum Beispiel weist die erste Kammer 1 einen Elektromotor für einen elektrischen Kompressor auf. Das andere Ende der Welle ragt in das Innere einer zweiten Kammer 2 des Kompressors. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die zweite Kammer 2 das Kompressorrad 3. Die Welle 10 wird so durch die in der erste Kammer 1 angeordneten Führungsmittel 4 rotatorisch angetrieben und versetzt selbst das in der zweiten Kammer 2 angeordnete Kompressorrad 3 in Rotation.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Führungsmittel 4 durch mindestens ein Lager 4 gebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gibt es zwei Lager 4, die auf beiden Seiten des Elektromotors (nicht dargestellt) angeordnet sind.
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Um eine maximale Abdichtung gegenüber Verschmutzungen aus der zweiten Kammer 2 des Kompressors zu erhalten, sieht die Erfindung ein Dichtungssystem vor, das mindestens ein den Führungsmitteln 4 bezüglich des Rads 3 vorgelagert angeordnetes Dichtungsmittel 8 umfasst.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Dichtungssystem gemäß der Erfindung zwischen der ersten und der zweiten Kammer so angeordnet, dass die Abdichtung zwischen den zwei Kammern geschaffen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Dichtungsmittel 8 eine Scheibe, bevorzugt eine nachgiebige Scheibe.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist dieses Dichtungsmittel 8 an einer Seite des Lagers senkrecht zur Längsachse X der Welle 10 des Kompressors angeordnet. Insbesondere ist das Dichtungsmittel 8 an der zum Rad 3 hin ausgerichteten Seite des Lagers 4 angeordnet.
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Im Rahmen der Erfindung ist das Dichtungsmittel 8 bezüglich des Körpers 14 des Kompressors fixiert.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Dichtungsmittel 8 mit seinem Ende, das dem Außendurchmesser 81 entspricht, zwischen dem äußeren Ring des Lagers und dem Boden des Gehäuses 42 des Lagers in dem Körper 14 eingeklemmt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Ende, das dem Innendurchmesser 82 des Dichtungsmittels 8 entspricht, zur axialen Reibung an dem inneren Ring 43 des Lagers 4 ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Welle 10 einen nicht dargestellten Anschlag auf. Auf diese Weise ist das Ende, das dem Innendurchmesser 82 des Dichtungsmittels 8 entspricht, zur axialen Reibung an dem Anschlag der Welle 10 ausgebildet.
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Der Vorteil des Vorliegens eines solchen Dichtungsmittels besteht darin, dass sich durch den stromaufwärts vom Dichtungsmittel, d.h. an der Seite des Kompressorrads 3, erzeugten Überdruck eine Anpresskraft des Dichtungsmittels auf den drehenden Abschnitt, gegen den es reibt, ausüben lässt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind der Innendurchmesser und der Außendurchmesser derart eingestellt, dass ein Ausgleich geschaffen wird zwischen:
- - hoher Anpresskraft für eine gute Abdichtung und
- - einer geringen Reibung.
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Die Dimensionen des Innen- und Außendurchmessers der Scheibe haben einen doppelten Einfluss sowohl auf die Flexibilität als auch auf die mit dem Druck beaufschlagte Fläche.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke des Dichtungsmittels 8 zur Optimierung der Flexibilität des Dichtungsmittels ausgebildet.
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In einem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Dichtungsmittel 8 die folgenden Dimensionen auf:
- - Außendurchmesser 22 mm
- - Innendurchmesser 8,1 mm
- - Dicke 0,2 bis 0,3 mm
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Dichtungsmittel aus Stahl oder Inox-Federbandstahl.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Dichtungsmittel eine reibungshemmende Oberflächenbehandlung, und zum Beispiel eine Behandlung auf Basis von Polytetrafluorethylen (oder PTFE).
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der innere Ring des Lagers oder der Anschlag der Welle, sofern vorhanden, eine reibungshemmende Oberflächenbehandlung, und zum Beispiel eine Behandlung auf Basis von PTFE.
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Gemäß einer Variante der Erfindung umfasst das Dichtungssystem auch mindestens eine Dichtung 5, 6. Die Dichtung 5, 6 umschließt die Welle und ist in einer Vertiefung angeordnet.
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Im Rahmen der Erfindung wird unter Dichtung ein Abdichtungsabschnitt verstanden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Systems gemäß der Erfindung umfasst die Welle mindestens eine auf der Seite der ersten Kammer 1 des Kompressors angeordnete Dichtung 5. In dieser Ausführungsform lässt sich durch die Dichtung die Abdichtung am Übergang zwischen der Welle und der ersten Kammer aufrechterhalten.
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Gemäß einer Ausführungsform dieser Variante umfasst die Welle eine auf der Seite der zweiten Kammer 2 des Kompressors angeordnete Dichtung. In dieser Ausführungsform lässt sich durch die Dichtung die Abdichtung am Übergang zwischen der Welle und der ersten Kammer aufrechterhalten.
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Gemäß einer anderen Variante der Erfindung sind zwei Dichtungen 5, 6 in zwei Vertiefungen angeordnet. Eine erste Dichtung 5 ist auf der Seite der ersten Kammer 1 des Kompressors angeordnet, eine zweite Dichtung 5' ist auf der Seite der zweiten Kammer 2 des Kompressors angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform dieser anderen Variante umfasst der Körper des Kompressors eine Lüftungsöffnung 7, die so angeordnet ist, dass sie in einen Raum zwischen den zwei Dichtungen 5, 6 mündet. Durch diese Lüftungsöffnung 7 lassen sich Verschmutzungen, die aus der zweiten Kammer 2 kommen, entfernen. Es ist in der Tat möglich, dass Verschmutzungen die auf der Seite der zweiten Kammer 2 angeordnete Dichtung durchdringen. Das Vorliegen der Lüftungsöffnung 7 vermeidet somit die Ansammlung dieser Verschmutzungen zwischen den zwei Dichtungen 5, 6.
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Der Umfang der vorliegenden Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend angegebenen Einzelheiten und erlaubt Ausführungsformen unter zahlreichen anderen speziellen Formen ohne das Anwendungsgebiet der Erfindung zu verlassen. Daher müssen die vorliegenden Ausführungsformen als Veranschaulichung angesehen und können modifiziert werden, ohne dass vom Umfang, der in den Ansprüchen definiert ist, abgewichen wird.
