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Die
Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere einen Seitenkanalverdichter,
mit einem Gehäuseteil
und einem in diesem um eine axiale Drehachse drehbar angeordneten
Laufrad, welches vom Gehäuseteil
um einen Dichtspalt beabstandet ist, der mittels einer Dichtungseinrichtung
abgedichtet ist, die einen Dichtring aufweist.
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Ein
derartiger Seitenkanalverdichter ist beispielsweise aus der
DE 100 41 332 C1 oder
der
EP 0 708 248 B1 zu
entnehmen. Bei einem Seitenkanalverdichter wird der Wirkungsgrad
wesentlich mit bestimmt durch einen Leckstrom, welcher sich aufgrund der
Druckverhältnisse über den
Dichtspalt hinweg zwischen einem vom Gehäuseteil gebildeten Seitenkanal
und einer Laufradnabe des Laufrads ausbildet. Für einen möglichst hohen Wirkungsgrad
ist ein derartiger Leckstrom zu vermeiden. Hierzu ist üblicherweise
eine Dichtungseinrichtung zum Verschließen des Dichtspalts zwischen
dem Laufrad und dem Gehäuseteil
vorgesehen. Gemäß der
DE 100 41 332 C1 oder
der
EP 0 708 248 B1 ist
ein als Dichtungsband ausgeführter
Dichtring aus Kunststoff oder aus Metall vorgesehen, welcher mit
Hilfe eines Halterings gegen das Gehäuseteil mittels Fixierschrauben
verspannt ist. Gemäß der
DE 100 41 332 C1 ist
der Dichtring als ein geschlitzter Ring ausgebildet, so dass er
bei der Montage aufgeweitet werden kann, um den Spalt zum Laufrad
hin möglichst
zu minimieren.
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Beim
Betrieb des Seitenkanalverdichters besteht allerdings aufgrund der
variierenden Temperatur- und Druckbelastung die Gefahr, dass sich
der Dichtring in nicht definierter Art und Weise bewegt, also zwischen
den Fixierungsschrauben sowohl in axialer als auch in radialer Richtung
wandert. Zum einen können
hierdurch unerwünschte
Leckströme auftreten.
Zum anderen besteht die Gefahr eines erhöhten Verschleißes des
Dichtrings, was letztendlich zu dauerhaften Einbußen des
Wirkungsgrads und zu einer dauernden Kennlinienverschlechterung
führt.
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Zudem
ist für
eine möglichst
genaue Abdichtung des Dichtspalts eine sehr genaue und exakte und
damit aufwändige
und kostenintensive Montage des Dichtrings mit dem Haltering und
den Fixierschrauben notwendig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Seitenkanalverdichter
anzugeben, welcher auch über
eine lange Betriebsdauer hohe Wirkungsgrade erzielt.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch einen Verdichter, insbesondere einen Seitenkanalverdichter,
mit einem Gehäuseteil
und einem in diesem um eine axiale Drehachse drehbar angeordneten
Laufrad, welches vom Gehäuseteil
um einen Dichtspalt beabstandet ist, der mittels einer Dichtungseinrichtung
abgedichtet ist, die einen umlaufenden Dichtring aufweist. Zur Gewährleistung
der Dichtfunktion umfasst die Dichtungseinrichtung ein Federelement,
das den Dichtring gegen eine Anlagefläche insbesondere am Gehäuseteil
drückt.
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Aufgrund
des Federelements wird daher dauernd eine elastische Federspannung
auf den Dichtring übertragen.
Hierdurch wird der besondere Vorteil erzielt, dass bei Volumenänderungen
während
des Betriebs, beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen,
diese Volumenänderungen aufgrund
der aufgebrachten Federspannung dynamisch ausgeglichen werden. Der
Dichtring wird also den Volumenänderungen
automatisch nachgeführt. Hierdurch
wird gewährleistet,
dass der verbleibende Spalt zwischen den beiden rotierenden Teilen,
nämlich
dem Gehäuseteil
einerseits und dem Laufrad andererseits, für alle Betriebszustände möglichst
klein und konstant gehalten wird, so dass ein konstant guter Wirkungsgrad
erzielt ist. Zudem ist aufgrund der über das Federelement eingebrachten
elastischen Federspannung die Gefahr reduziert, dass der Dichtring
angeschliffen wird, was bei einem herkömmlichen Dichtring, der nach
dem Stand der Technik fest eingespannt ist, zwangsweise zu einer
Schädigung oder
zumindest zu einer Kennlinienverschlechterung führt. Zudem ist die Montage
auch sehr toleranzunempfindlich und damit einfach. Da die Vorspannung nicht
mehr wie bisher mittels einer bei der Montage einzustellenden Fixierschraube,
sondern vielmehr automatisch aufgrund der Federkraft des Federelements
erfolgt, ist die Gefahr einer Fehlmontage deutlich reduziert.
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Zur
Gewährleistung
oder Aufrechterhaltung eines notwendigen Spaltmaßes bzw. Toleranzspielraums
zwischen dem Gehäuseteil
und dem Laufrad ist in einer zweckdienlichen Weiterbildung vorgesehen,
dass die Anlagefläche
ein Wandungsbereich einer in das Gehäuseteil eingearbeiteten Nut
ist und der Wandungsbereich derart orientiert und ausgebildet ist,
dass bei anliegendem Dichtring dieser im normalen Betrieb den Toleranzspielraum
zum Laufrad aufweist. Der Dichtring wird demnach mit einer Teilfläche gegen
eine Seitenwand der Nut gepresst und überlappt mit einer weiteren
Teilfläche
den abzudichtenden Dichtspalt sowie eine dem Dichtspalt benachbarte
Teilfläche
des Laufrads.
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Zweckdienlicherweise
ist ein am Dichtring anliegender und auf diesen einwirkender Spannring vorgesehen,
auf den wiederum das Federelement einwirkt. Der Spannring überträgt die vom
Federelement ausgeübte
Federspannung auf den Dichtring. Da der Spannring über die
Umfangsfläche
des Dichtring gegen diesen gepresst wird, ist eine gleichmäßige, homogene Übertragung
der elastischen Federspannung auf den Dichtring über dessen Umfang hinweg gewährleistet,
so dass über
den gesamten Umfang des Dichtrings eine homogene Abdichtung erzielt
wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Federvorspannung
des Federelements über
ein Stellelement einstellbar ist. Durch diese Maßnahme werden bei der Montage
in einfacher Weise Toleranzschwankungen bzw. Schwankungen in der
Maßgenauigkeit
des Dichtrings bzw. des Spannrings problemlos ausgeglichen.
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Gemäß einer
bevorzugten ersten Alternative ist die Federspannung des Federelements
in radialer Richtung wirksam, so dass der Dichtring zur Anlagefläche hin
radial aufgeweitet oder in radialer Richtung zusammengepresst wird.
Das Federelement ist hierbei insbesondere als eine Druck- oder Zugfeder
ausgebildet.
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Gemäß einer
bevorzugten ersten Ausführungsvariante
zur Ausgestaltung eines in radialer Richtung wirksamen Federelements
ist dieses als ein Federring ausgebildet, der mit seinem Umfang
am Dichtring anliegt. Unter Federring wird hierbei ein Ring verstanden,
welcher in seiner Radialrichtung eine Federspannung aufweist.
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Gemäß einer
bevorzugten zweiten Ausführungsvariante
der in radialer Richtung wirksamen Federspannung ist vorgesehen,
dass der Spannring oder der Dichtring eine Trennstelle mit zwei
gegenüberliegenden
Ringenden aufweist, an denen das Federelement angreift. Die beiden
Ringenden werden hierbei entweder auseinandergedrückt oder
zusammengezogen, um den Spann- oder Dichtring radial aufzuweiten
bzw. zusammenzupressen.
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Zweckdienlicherweise
ist hierbei vorgesehen, dass das Federelement zwei Federschenkel aufweist,
deren Federspannung jeweils auf eines der beiden Ringenden einwirkt.
Die beiden Federschenkel sind hierbei insbesondere die Freienden
eines in etwa U-förmig
gebogenen Federdrahts oder einer in etwa U-förmig gebogenen Blattfeder.
Im Bereich der U-förmigen
Verbindung ist das Federelment an einem Fixpunkt gegengelagert.
Die Freienden wirken elastisch auf die Ringenden ein.
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Zur
Einstellung der Federvorspannung ist zweckdienlicherweise zwischen
den beiden Federschenkeln das Stellelement angeordnet. Durch diese Maßnahme wird
gleichzeitig die Federvorspannung für beide Federschenkel eingestellt,
so dass insgesamt symmetrische Federkräfte ausgeübt werden.
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Das
Federelement mit den beiden Federschenkeln liegt vorzugsweise auf
einem Zwischenelement auf, welches zwischen dem Federelement und
einer sich in radialer Richtung erstreckenden Seitenwand des Gehäuseteils
angeordnet ist. Dieses Zwischenelement weist hierbei nutartige Führungen für die Ringenden
des Dichtrings und/oder des Spannrings auf. Durch die nutartigen
Führungen
insbesondere für
den Spannring ist im Bereich des Federelements eine kontrol lierte Übertragung
der Federspannung gewährleistet.
Das Zwischenelement ist im einfachsten Fall ein einfaches Stanzteil.
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Um
einen sicheren Angriff des Federelements an den Ringenden zu gewährleisten,
ist das Federelement gegen ein axiales Wandern oder Verschieben
durch ein Fixierelement gesichert.
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Gemäß einer
bevorzugten zweiten Alternative ist vorgesehen, dass die Federspannung
in axialer Richtung wirksam ist und den Dichtring axial gegen die
Anlagefläche
presst.
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Das
Dichtprinzip mit den separaten Federelement, welches auf den Dichtring
einwirkt, ist daher sowohl zur Radial- als auch zur Axialabdichtung
prinzipiell geeignet. Bei der ersten Alternative zur Radialabdichtung
wird der Dichtring in Richtung auf eine umlaufende Innen- oder Außenumfangsfläche des Laufrads
gepresst, wobei deren Flächensenkrechte sich
in radialer Richtung erstreckt. Bei der zweiten Alternative zur
Axialabdichtung wird der Dichtring in Richtung auf eine ringartige
Stirnfläche
des Laufrads gepresst, deren Flächensenkrechte
sich in Axialrichtung erstreckt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen jeweils in schematischen und teilweise stark vereinfachten
Prinzipdarstellungen:
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1 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts aus einem
Seitenkanalverdichter im Bereich eines Seitenkanals,
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2 eine
vergrößerte, ausschnittsweise Darstellung
einer ersten Ausführungsform
einer in radialer Richtung wirkenden Dichtungseinrichtung bei einer
axialen Blickrichtung,
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3 eine
Schnittansicht gemäß dem Schnitt
III-III in 2,
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4 eine
Schnittansicht gemäß dem Schnitt
IV-IV in 2,
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5 eine
zweite Ausführungsformenier
einer in radialer Richtung wirkenden Dichtungseinrichtung,
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6 eine
stark vereinfachte Prinzip-Darstellung einer in axialer Richtung
wirkenden Dichtungseinrichtung,
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7 eine
ausschnittsweise Schnittdarstellung eines Seitenkanalverdichters
im Bereich der Dichtungseinrichtung, bei der der Dichtring gegen eine
Innen-Umfangsfläche
des Laufrads gedrückt wird,
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8 eine
Schnittdarstellung ähnlich
wie in 7, bei der der Dichtring gegen eine Außenumfangsfläche des
Laufrads gedrückt
wird und
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9 eine
zu den 7 und 8 ähnliche Querschnittsdarstellung,
bei der der Dichtring in axialer Richtung gegen eine stirnseitige
Seitenfläche des
Laufrads gepresst wird.
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In
den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Der
in 1 ausschnittsweise dargestellte Seitenkanalverdichter
weist ein zweiteiliges Gehäuse mit
einem Gehäusegrundteil 2 und
einem Gehäusedeckel 4 auf.
Im Gehäuse
ist ein Laufrad 6 angeordnet, welches um eine axiale Drehachse
drehbar gelagert ist. In der Figur ist die Axialrichtung 8 durch
einen Doppelpfeil angedeutet. Das Laufrad 6 wird über einen
hier nicht dargestellten Antriebsmotor und über eine Antriebswelle angetrieben.
Das Laufrad 6 weist ein Nabenteil 10 auf, welches
sich in Radialrichtung 12 erstreckt und endseitig in einem
Tragring 14 endet, auf den über den Umfang verteilt eine
Vielzahl von einzelnen Förderschaufeln 16 angeordnet
sind. Der Tragring 14 übersteht
im Ausführungsbeispiel beidseitig
in Axialrichtung 8 das Nabenteil 10. Im überstehenden
Bereich bildet der Tragring 14 daher eine zylindrische
Innenumfangsfläche
aus, welche sich in Axialrichtung 8 zu den beiden Gehäuseteilen 2, 4 hin
erstreckt.
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Zwischen
dem Laufrad 6, insbesondere dem Tragring 14, und
den beiden Gehäuseteilen 2, 4 befindet
sich ein als Dichtspalt 18 bezeichneter Spalt, welcher
zur Vermeidung von Leckströmen
abzudichten ist. Die Gehäuseteile 2, 4 sind
im wesentlichen der Kontur des Laufrads 6 angepasst und
zwar insbesondere im Bereich des Nabenteils 10 sowie des Tragrings 14.
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Zur
Abdichtung des Dichtspalts ist eine Dichtungseinrichtung vorgesehen.
Diese weist einen Dichtring 20 auf, der beispielsweise
aus Kunststoff, insbesondere Teflon, oder auch aus Metall besteht, und
mittels Federkraft gegen eine Anlagefläche 22 am Gehäuseteil 2, 4 gepresst
wird. Im Ausführungsbeispiel
der 1 wird die Federkraft mittels eines insbesondere
als Metallband ausgeführten
Spannrings 24 auf den Dichtring übertragen. Der Dichtring 20 sowie
der Spannring 24 liegen gemeinsam in einer Dichtnut 26 ein.
Diese ist in das jeweilige Gehäuseteil 2, 4 eingearbeitet
und erstreckt sich in axialer Richtung, so dass der Nutgrund sich
in Radialrichtung 12 und die beiden Seitenwandungen 28 sich
in Axialrichtung 8 erstrecken. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist
die Anlagefläche 22 durch
die obere, zu den Förderschaufeln 16 hin
orientierte Seitenwandung 28 gebildet. Gegen diese Seitenwandung 28 wird
der Dichtring 20 gepresst. Der Dichtring 20 überragt
hierbei in axialer Richtung 8 den Dichtspalt 18 und
steht in axialer Richtung 8 über einen Teilbereich der Innenumfangsfläche des
Tragrings 14 über.
Die Innenumfangsfläche
des Tragrings 14 weißt
hierbei einen geringfügig
größeren Radius
oder Durchmesser als die die Anlagefläche 22 bildenden Seitenwandung 28 auf,
so dass bei an der Anlagefläche 22 anliegendem
Dichtring 20 noch ein kleiner Toleranzspielraum zwischen
dem Dichtring 20 und der Innenumfangsfläche des Tragrings 14 besteht.
Dadurch wird vermieden, dass das Laufrad 6 auf dem Dichtring 20 schleift.
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Eine
erste Ausführungsvariante
der Dichtungseinrichtung ist in den 2 bis 4 dargestellt.
Gemäß 2 liegt
der Dichtring 20 außen
und der Spannring 24 innen in der Dichtnut 26 ein.
Beide Ringe 20, 24 sind geschlitzt ausgebildet,
weisen also einen Spalt sowie gegenüberliegende Ringenden 30 auf.
Im Gehäuseteil 2, 4 ist
ein sich in radialer Richtung 12 erstreckender Einbauraum 32 für ein Federele ment 34 vorgesehen.
Das Federelement 34 ist im Ausführungsbeispiel nach Art eines
u-förmig
gebogenen Federdrahts mit zwei Federschenkeln 34A, B ausgebildet.
Das Federelement 34 weist im vorderen Bereich der Federschenkel 34A,
B eine Abkröpfung auf
und ist insgesamt in den Einbauraum 32 eingelegt und dort
mittels einer Fixierschraube 35 fixiert und insbesondere
gegen ein Verschieben in Axialrichtung 8 gesichert. Die
Federschenkel 34A, B liegen auf einem Zwischenelement 36 auf,
welches zwischen den Federschenkel 34A, B und einer sich
radial erstreckenden Seitenwandung des Gehäuseteils 2, 4 eingeklemmt
ist. Das Zwischenelement 36 weist in seinem radial äußeren Randbereich
zwei gegenüberliegende
Führungsnuten 38 auf,
in denen jeweils die Ringenden 30 des Spannrings 24 einliegen.
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Die
Federspannung der Federschenkel 34A, B wirkt hierbei in
Umfangsrichtung auf die Ringenden 30 ein, weiten demnach
den Spannring 24 auf, so dass insgesamt vom Spannring 24 auf
den Dichtring 20 eine in radialer Richtung 12 über die
gesamte Umfangsfläche
wirkende Federkraft ausgeübt
wird.
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Im
Bereich der Abkröpfung
der beiden Federschenkel 34A, B ist eine weitere als Einstellschraube 42 ausgebildete
Schraube vorgesehen. Über
dieses Einstell- oder
Justierelement wird bei der Montage die Federvorspannung des Federelements 34 eingestellt.
Hierzu ist der Schaft der Einstellschraube 42 beispielsweise
exzentrisch ausgebildet, so dass durch Drehen an der Einstellschraube 42 die Federschenkel 34A,
B nach Außen
gedrückt
werden.
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Zur
axialen Sicherung des Spannrings 24 sowie des Dichtrings 20 sind
weitere Fixierschrauben 35 vorgesehen, die über den
Umfang der beiden Ringe 20, 24 verteilt sind.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform nach 5 wird
der Dichtring 20 in radialer Richtung über den Spannring 24 zusammengepresst.
Bei dieser Ausführungsvariante
sind die beiden Ringenden 30 des Spannrings 24 über eine
als Spiralfeder ausgebildete Zugfeder 44 miteinander verbunden.
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Bei
der Ausführungsvariante
gemäß 6 wird
der Dichtring 20 in axialer Richtung 8 gegen die Anlagefläche 22 gepresst,
die sich nunmehr in radialer Richtung 12 erstreckt. Bei
dieser Ausführungsvariante
wirkt eine nach Art einer Spiralfeder ausgebildete Druckfeder 46 unmittelbar
auf den Dichtring 20 ein. Die Druckfeder 46 stützt sich
hierbei in ihrem rückwärtigen Ende
am Gehäuseteil 2, 4 ab.
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Die
unterschiedlichen Dichtalternativen gemäß den Ausführungsbeispielen nach den 2 bis 4, 5 bzw. 6 werden
nochmals anhand der 7 bis 9 beispielhaft
dargestellt. Die Ausführungsvariante
nach 7 entspricht hierbei der Ausführungsvariante nach 1,
bei der die Dichtungseinrichtung gemäß den 2 bis 4 verwendet
wird, bei der also der Dichtring 20 radial nach außen aufgeweitet
wird.
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Bei
der Ausführungsvariante
nach 8 wird der Dichtring 20 – wie im
Ausführungsbeispiel nach 5 beispielhaft
gezeigt – radial
zusammengepresst. Der Dichtring 20 dichtet den Dichtspalt 18 zu
einer äußeren Umfangsfläche des
Tragrings 14 ab. Um ein Schleifen zu verhindern, weist
diese Außenumfangsfläche einen
geringeren Radius auf als die Anlagefläche 22.
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Bei
der Ausführungsvariante
gemäß 9 wird
eine Axialdichtung eingesetzt, wie sie beispielhaft stark vereinfacht
in 6 dargestellt ist. Bei dieser Dichtungseinrichtung
wird der Dichtring 20 gegen die sich nunmehr in Radialrichtung 12 erstreckende Anlagefläche 22 gepresst
und der Dichtring 20 überragt
den Dichtspalt 18 sowie eine Teilfläche des Tragrings 14 in
radialer Richtung 12. Im Ausführungsbeispiel der 9 ist
zur Ausübung
der in axialer Richtung 8 wirkenden Federkraft ein nach
Art eines Federpackets 48 ausgebildetes Federelement vorgesehen
bei dem zwischen zwei Halteringen über den Umfang verteilt mehrere
Druckfedern 46 zur Ausbildung einer vorgefertigten Baueinheit
zusammengefügt
sind.
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Allen
Ausführungsvarianten
ist gemeinsam, dass der Dichtring
20 mittels der Federkraft
des jeweiligen Federelements gegen die Anlagefläche
22 zur Abdich tung
des Dichtspalts
18 gepresst wird. Aufgrund der elastischen
Federkraft ist eine dynamische Anpassung des Dichtrings
20 während des
Betriebs des Seitenkanalverdichters erzielt. Dies hat den Vorteil,
dass bei der Montage die Spaltmaße, die Vorspannung etc. nicht
hochgenau zur Gewährleistung einer
ausreichenden Abdichtung eingestellt werden müssen. Die Montage ist dadurch
erheblich vereinfacht und insbesondere ist eine Fehlmontage ausgeschlossen.
Weiterhin entfällt
bei dieser Ausführungsvariante
der beim Stand der Technik gemäß der
DE 100 41 332 C1 erforderliche
Haltering, welcher in Axialrichtung gegen den Dichtring verspannt
wird.
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Da über das
Federelement der Dichtring 20 automatisch und dynamisch
nachgeführt
wird, sind unterschiedliche thermisch bedingte Verformungen des
Dichtrings 20, des Spannrings 24 sowie des Gehäuseteils 2, 4 nicht
kritisch. Zudem wird eine unkontrollierte Ausdehnung oder ein Verschieben
des Dichtrings 20 vermieden und damit sicher gestellt,
dass das Laufrad 6 nicht am Dichtring 20 schleift.
Ein weiterer Vorteil ist in den verbesserten Notlaufeigenschaften
zu sehen. Falls beispielsweise bei einem Lagerschaden der Tragring 14 auf
den Dichtring 20 aufsetzt, so kann dieser aufgrund der
elastischen Lagerung nachgeben, wodurch die Reibung zwischen dem
Dichtring 20 und dem Tragring 14 gering gehalten
wird. Aufgrund der dynamischen Anpassung des Dichtrings 20 an
die jeweils aktuellen Raumverhältnisse
ist ein derartiger Seitenkanalverdichter zudem weniger empfindlich
im Hinblick auf Form- und Maßtoleranzen
bei der Herstellung der einzelnen Teile des Seitenkanalverdichters,
wie beispielsweise Dichtring 20, Dichtnut 26,
Durchmesser des Tragrings 14 bzw. der Anlagefläche 22,
Breite des Dichtspalts 18 etc. Insgesamt wird durch die
Anordnung des Federelements ein gleichmäßiges Anlegen des Dichtrings 20 an
die Dichtnut 26 auch unter wechselnden Kraft- und Temperatureinflüssen gewährleistet.
Notwendige Toleranzspielräume
beeinflussen hierbei die Dichtwirkung nicht.
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- 2
- Gehäusegrundteil
- 4
- Gehäusedeckel
- 6
- Laufrad
- 8
- Axialrichtung
- 10
- Nabenteil
- 12
- Radialrichtung
- 14
- Tragring
- 16
- Förderschaufel
- 18
- Dichtspalt
- 20
- Dichtring
- 22
- Anlagefläche
- 24
- Spannring
- 26
- Dichtnut
- 28
- Seitenwandung
- 30
- Ringende
- 32
- Einbauraum
- 34
- Federelement
- 34A,
B
- Federschenkel
- 36
- Zwischenelement
- 35
- Fixierschraube
- 38
- Führungsnut
- 42
- Einstellschraube
- 44
- Zugfeder
- 46
- Druckfeder
- 48
- Federpacket