DE2844664A1

DE2844664A1 - Verbrennungsmotorisch betriebene waermepumpe

Info

Publication number: DE2844664A1
Application number: DE19782844664
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Hofbauer; Helmut Ing Grad Leptien
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1978-10-13
Filing date: 1978-10-13
Publication date: 1980-04-24
Also published as: US4308001A

Description

V O L K S W A G E N W E R K

AKTIENGESELLSCHAFT

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Verbrennungsmotorisch "betriebene Wärmepumpe

Die Erfindung· betrifft eine Wärmepumpe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Bei bekannten Wärmepumpen dieser Art, wie sie beispielsweise für Gebäudeheizungen Einsatz finden und bei denen bekanntlich ferner Wärmetauscher sowie ein Regelsystem vorhanden sind, bilden die Brennkraftmaschine und der Kompressor zwei Einheiten, die in konstruktiv aufwendiger Weise zusammengeflanscht werden. Dies mag sich aus den schwer zu lösenden Dichtproblemen erklären, da auf jeden Fall der Zutritt des im Kompressor enthaltenen Kältemittels, beispielsweise Frigen, in die Räume der Brennkraftmaschine unterbunden werden muß. Sofern nämlich das Kältemittel beispielsweise in das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine eindringt, wird es von dieser angesaugt und verbrannt, wobei giftige Gase entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpe der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art zu schaffen, die konstruktiv einfacher als die beschriebenen bekannten Wärmepumpen aufgebaut ist und infolgedessen kleiner und leichter ist sowie weniger Kraftstoff als bekannte Wärmepumpen verbraucht. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Hauptanspruchs; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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Bei der Erfindung "bilden also der Kompressor un'J die diesen antreibende Brennkraftmaschine von vornherein, eine Baueinheit, ohne daß eine gegenseitige Beeinträchtigung der KonatrukU-onsmöglichkeiten für Kompressor und Brennkraftmaschine auftritt. Die Erfindung sieht vielmehr lediglich eine Unterteilung des genein::umen Zylinderblocks - und damit auch einer gemeinsamen Kurbelwelle und eines gemeinsamen Kurbelgehäuses - in einen maschinenseitigen und oinen kompressorseitigen Teil bzw. Bereich vor, indem zwischen den beiden Zylindergruppen ein beispielsweise durch einen r.ich~ mit einem Kolben bestückten Zylinder gewonnener Abstand bleibt, in 'Jem eine Gleitringdichtung untergebracht ist. Ba dieser Abstand, v/Le gesagt, durch einen kolbenfreien Zylinder gewonnen sein kann, braucht er bei der Ausbildung des Zylinderblocks nicht durch beson'Jore konstruktive Maßnahmen berücksichtigt zu werden; es genüg-t; vielmehr, in den betreffenden Zylinder keinen Kolben einctL::etz~n.

In dem so gewonnenen Abstand definiert 'lie C-Iei^}; ringdichtung zusammen mit der Bundfläche an der Kurbelwelle zwei ff/iume, nämlich einen inneren und einen äußeren Raum, die infolge der Abdichtung des Abstands gegenüber dem maschinenseitigen Kurbelgehäuse zur Erzeugung einer Druckdifferenz ausgenutzt werden können, 'S Le ein dichtes Anliegen des Dichtrings der Gleitringdichtung an dor Bundfläche sicherstellt. Eine Möglichkeit zur Erzeugung eines derartigen Differenzdrucks ist Gegenstand des Anspruchs f.

Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang·, daß box Stillstand der Wärmepumpe sich im Kältekreislauf der Druck ausgleicht und im kornpressorseitigen Teil des Kurbelgehäuses ein relativ hoher Druck, ■beispielsweise 4 bar, entsteht, der den Dichtring der Gleitringdichtung dann besonders fest an die Bundflä'he drückt. Im Betrieb der Wärmepumpe kann zwecks Verringerung der Reibverluste zwischen Gleitring und Bundfläche das kompressorseiti£e Kurbel/Gehäuse in einfacher Weise evakuiert werden.

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Ebenfalls günstig hinsichtlich der Abdichtung gegen das Kältemittel erweist sich die Maßnahme des Anspruchs 10, da bei Anordnung der Schwungscheibe auf dem maschinenseitigen Teil der Kurbelwelle - außerhalb des Riementriebs der Brennkraftmaschine - das kompressorseitige Kurbelgehäuse hermetisch abgeschlossen werden kann; der kompressorseitige Teil der Kurbelwelle braucht dann nämlich aus dem Kurbelgehäuse nicht auszutreten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur erläutert, die den hier interessierenden Bereich einer Wärmepumpe im Längsschnitt wiedergibt.

Angedeutet sind in dem gemeinsamen Zylinderblock 1 vier Zylinder 2, 2', 3 und 4> von denen die Zylinder 2 und 2' Bestandteile der Brennkraftmaschine, der Zylinder 4 einen Bestandteil des Kompressors bildet und der dazwischenliegende Zylinder 3 nicht mit einem Kolben bestückt ist. Die Kolben in den Zylindern 2, 2' und 4 sind in der Figur nicht dargestellt, da sie einen üblichen Aufbau besitzen, der für die Erfindung unwesentlich ist.

Die gemeinsame Kurbelwelle 5 ist durch Lagerstühle geführt, die sich zwischen den einzelnen Zylinderbereichen erstrecken und von denen im Zusammenhang mit der Erfindung nur die in der Figur mit 6, 7 und- 8 bezeichneten interessieren.

Während die Kurbelwelle 5 im Bereich der motorseitigen Zylinder 2 und 2' sowie des kompressorseitigen Zylinders 4 zum Angriff von mit den Kolben verbundenen Pleueln eingerichtet ist, trägt sie im Bereich des den Abstand definierenden "neutralen" Zylinders 3 die Scheibe 5'> die die Bundfläche 9 zur Abstützung des Dichtrings 10 der Gleitringdichtung 11 bildet. Diese Gleitringdichtung enthält ferner die Dichtmanschette 12, die mittels des umlaufenden Rings 13 mit dem Dichtring verbunden ist, sowie die Druckfeder 14> die sich an dem Bund 15 des Bundlagers 16 abstützt und dabei den Dichtring 10 gegen die Bund-

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fläche 9 drückt. Gemäß der Darstellung in der unteren Hälfte der Figur ist dem Bundlager 16 der O-Ring 17 zur Abdichtung eines eventuellen Spalts zwischen dem Lagerstuhl 7 und dem Bundlager 16 zugeordnet. Diese Dichtaufgabe kann aber, wie in der oberen Hälfte der Figur dargestellt, bei entsprechender Einspannung des freien Endes der Dichtmanschette 12 auch von dieser gelöst werden.

Die so eingespannte Gleitringdichtung definiert demgemäß zusammen mit der Scheibe 5' zwei gegeneinander abgedichtete Räume 18 und 19» und da der Durchmesser der Dichtmanschette 12 kleiner ist als der Durchmesser des Dichtrings 10, wird die Kraft, mit der der Dichtring 10 gegen die Bundfläche 9 gedrückt wird, und damit die Dichtwirkung auch bestimmt durch die Druckdifferenz zwischen diesen beiden Räumen. Dies wird zur Erhöhung der Dichtwirkung ausgenutzt, indem durch zumindest einen Kanal 20 der innere Raum 18 verbunden wird mit dem maschinenseitigen Teil des Kurbelgehäuses, während der Druck im äußeren Raum 19 bestimmt xiird durch den Druck in dem kompressorseitigen Teil des Kurbelgehäuses. In dem inneren Raum 18 herrscht demgemäß ein niedrigerer Druck als in dem äußeren Raum 19·

Die Kurbelwelle 5 ist aus Montagegründen zweiteilig ausgeführt. Im Endergebnis ergibt sich jedoch eine gemeinsame Kurbelwelle für die Brennkraftmaschine und den Kompressor im Zuge eines gemeinsamen Zylinderblocks. Verständlicherweise wird man der Baueinheit auch einen gemeinsamen Zylinderkopf zuordnen.

Die Schwungscheibe ist außerhalb des Kurbelgehäuses maschinenseitig auf dem Kurbelwellenende 5" angeordnet, so daß das kompressorseitige Kurbelgehäuse bei 22 hermetisch abgeschlossen werden kann, ohne daß eine Durchführung für die Kurbelwelle vorgesehen sein muß. Die Ölwanne 21 besteht aus zwei Bereichen 21' und 21", die dichtend an den Lagerstuhl 7 herangezogen sind. Dagegen lassen die Ölwannenbereiche einen Druckausgleich zwischen den von ihnen jeweils übergriffenen Be-

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reichen des Kurbelgehäuses zu. Hilfsweise können hierzu die Lagerctühls 6 und 3 nit Durchbrüchen 6' und 8' versehen sein.

Verständlicherweise läßt sich die Erfindung auch bei einer Rotationskolbenmaschine mit v'orteil einsetzen.

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Claims

V O L K S W A G E N W E R K

AKTIENGESELLSCHAFT

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ANSPRÜCHE

Wärmepumpe mit einem Kompressor und einer diesen antreibenden Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor und die Brennkraftmaschine konstruktiv zu einer Baueinheit mit einem mehrere Zylinder (2,3,4) enthaltenden Zylinderblock (1) zusammengefaßt ist, die teils Kompressorzylinder (4)> teils Maschinenzylinder (2) sind, xrobei zwischen den Kompressorzylindern (4) einerseits und den Maschinenzylindern (2) andererseits ein Abstand zur Aufnahme einer Gleitringdichtung (11) verbleibt, die sich, eine gemeinsame Kurbelwelle (5) umschließend, zwischen einer Bundfläche (9) an dieser und einem maschinenseitig benachbarten, ebenfalls dichtenden Lagerstuhl (7) für diese dichtend erstreckt.
2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand durch einen kolbenfreien Zylinder (3) in dem gemeinsamen Zylinderblock (i) gebildet ist.
3. Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit einen gemeinsamen Zylinderkopf enthält.
4. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Bundfläche (9) durch eine Scheibe (5¹) auf der

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Vorsitzen Jer Vorstand: Tem S^imucker, Vorsitzender - Horst liaclcs.Tinnn - PfOl. Dr. tec.hr. E'r.st Fia:q - Or. jur. Peter Fr^rfc

dos Aulsictitsrats: Gunter rtditwicn · Herst Münzr.er · Dr rei.p.l Werner C Scrnrjl Gottlieb M. Sir-.r-i · Prof. Or. rer. ool. Fneor.cfi >;τ?₆

".ims i..fi£..j_u-r. sin- _der Gasellichatl: Woüsbiirn Arpisjarirht Woi'sburg HRE ΠΕ

ORIGINAL INSPECTED

Kurbelwelle (5) im Bereich des kolbenfreien Zylinders (5) gebildet ist.
5. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitringdichtung (11) an dem Lagerstuhl (7) festgelegt ist und auf der Bundfläche (9) gleitet.
6. Wärmepumpe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitringdichtung (11) einen auf der Bundfläche (9) gleitenden Dichtring (1O) und eine diesen mit dem Lagerstuhl (7) verbindende Manschette (12) enthält, deren Barchmesser kleiner als derjenige des Dichtrings (IO) ist, und daß Maßnahmen zur Wahrung eines gegenüber dem Druck außerhalb der Gleitringdichtung (11) niedrigeren Drucks innerhalb desselben getroffen sind.
7. Wärmepumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (18) innerhalb der Gleitringdichtung (11) mit dem maschinenseitigen, dagegen der - in dem Abstand liegende - Raum (19) außerhalb der Gleitringdichtung (11) mit dem kompressorseitigen Teil eines gemeinsamen Kurbelgehäuses in Verbindung steht.
8. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 5 his 75 dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerstuhl (7) mit einem geschlossenen Bundlager (16) für die Kurbelwelle (5) ausgerüstet ist, an dessen kompressorseitigem Bund eine Manschette (12) der Gleitringdichtung dicht befestigt ist und dem eine umlaufende Dichtung (12,17) am Lagerstuhl (7) zugeordnet ist.
9. Wärmepumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Dichtung durch einen eingespannten Bereich der Manschette (12) gebildet ist.
10. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwungscheibe auf dem maschinenseitigen Teil

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der Kurbelwelle (5) angeordnet ist und das kompressorseitige Ende der Kurbelwelle (5) innerhalb des Kurbelgehäuses liegt.

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