DE3421247A1

DE3421247A1 - Dichtungsanordnung fuer einen kompressor zur fahrzeugklimatisierung

Info

Publication number: DE3421247A1
Application number: DE19843421247
Authority: DE
Inventors: Frederick R. Ann Arbor Mich. Hatch
Original assignee: Mather Co
Current assignee: Mather Co
Priority date: 1983-06-09
Filing date: 1984-06-07
Publication date: 1984-12-13
Also published as: GB2141797A; GB8414591D0; JPS6017277A; GB2141797B

Description

Dichtungsanordnung für einen Kompressor zur Fahrzeugklimatisierung

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für einen Kompressor zur Fahrzeugklimatisierung.

Dichtungsanordnungen für rotierende Wellen von Kompressoren zur Fahrzeugklimatisierung sind je nach der Drehzahl der Kompressorwelle und je nach der Umgebungstemperatur ganz unterschiedlichen Betriebsbedingungen ausgesetzt. Eine bekannte Dichtungsanordnung für diesen Zweck enthält einen drehbaren Kohlenstoffring, der in Dichtungseingriff mit der polierten Oberfläche eines stationären Keramikringes steht.

Der äußere Umfang des Keramikringes ist so ausgebildet, daß sich eine Halterung am Hauptgehäuse des Kompressors ergibt. Der Kohlenstoff-Dichtungsring rotiert mit der Kompressorwelle und steht unter einer gewissen Vorspannung in Dichtungseingriff mit dem Keramikring. Die Betriebseigenschaften einer solchen Dichtungsanordnung sind zwar zufriedenstellend; ihre Herstellung ist jedoch außerordentlich aufwendig.

Es sind ferner bereits ringförmige Dichtungsanordnungen bekannt, die ein Dichtungselement aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) enthalten, um eine drehbare Welle abzudichten. Die US-PS 3, 572,732 und 3, 771,799 zeigen Beispiele derartiger PTFE-Dichtungsanordnungen. Wegen der vorliegenden Arbeitsbedingungen sind diese ringförmigen PTFE-

Dichtungsanordnungen jedoch ungeeignet zur Wellenabdichtung bei Kompressoren zur Fahrzeugklimatisierung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Dichtungsanordnung für Kompressoren zur Fahrzeugklimatisierung zu schaffen, die sich insbesondere durch eine einfachere Herstellung auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 eine Perspektivansicht der Elemente

der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung im auseinandergezogenen Zustand,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Dichtungs

anordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch einen Kompressor zur Fahrzeugklimatisierung, enthaltend die erfindungsgemäße Dichtungs·

anordnung,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein abgewan

deltes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Figuren 1 und 2 veranschaulichen ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 10. Dabei zeigt Fig. 1 eine Perspektivansicht der einzelnen Elemente der Dichtungsanordnung 10 im auseinandergezogenen Zustand, während Fig. 2 einen Schnitt durch die Dichtungsanordnung im zusammengebauten Zustand veranschaulicht. Die Dichtungsanordnung 10 enthält vier Elemente, nämlich ein ringförmiges äußeres Gehäuse 12, eine innere ringförmige Dichtung 14, ein PTFE-Dichtungselement 16 und einen Sicherungsring 18.

Das Gehäuse 12 besitzt einen äußeren zylindrischen Teil 20, der an einem Ende radial nach innen abgebogen ist und hier eine äußere Ringwand 22 bildet.

Der innere Umfang dieser Ringwand 22 geht in einen axial nach innen verlaufenden zylindrischen Teil 24 über, dessen inneres Ende sich wiederum radial erstreckt und hier eine innere Ringwand 26 bildet, die auf diese Weise in radialer und axialer Richtung gegenüber der äußeren Ringwand 22 versetzt ist.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, bilden der äußere zylindrische Teil 20, die äußere Ringwand 22 und der innere zylindrische Teil 24 zusammen einen nach innen gerichteten ringförmigen Hohlraum 28, der zur Aufnahme der ringförmigen Dichtung 14 dient.

Weiterhin bildet der innere zylindrische Teil 24 eine radial nach innen gerichtete Fläche 2 4a, die - wie noch näher erläutert wird - dazu dient, ein geeignetes Werkzeug aufzunehmen, das einen Dehnungsmechanxsmus enthält, der sich nach außen dehnen läßt und durch Eingriff mit der Fläche 24a ein Abziehen der Dichtungsanordnung 10 von einem Kompressor ermöglicht.

Wie Fig. 2 zeigt, besitzt das Dichtungselement 16 einen Außendurchmesser, der etwa gleich dem Innendurchmesser des äußeren zylindrischen Teiles 20 ist. Ein Randbereich einer Fläche des äußeren Umfanges des Dichtungselementes 16 steht dichtend in Eingriff mit der ringförmigen Dichtung 14.

Der Sicherungsring 18 enthält einen radial nach innen gerichteten Flansch 18a, der mit der Innenseite des äußeren Umfanges des Dichtungselementes 16 in Eingriff steht und die Dichtung 14 in den Hohlraum 28 eindrückt, so daß sich eine Abdichtung zwischen dem äußeren Gehäuse 12 und dem Dichtungselement 16 ergibt. Der Sicherungsring 18 besitzt einen sich in axialer Richtung erstreckenden Teil 18b, dessen Stirnfläche an der Innenfläche eines nach innen gerichteten Flansches 20a des Gehäuses 12 anliegt; durch diesen Flansch 20a werden die einzelnen Teile im Gehäuse 12 gesichert.

Die ringförmige Dichtung 14 besteht zweckmäßig aus einem Elastomer-Material, wie beispielsweise Neopren. Das PTFE-Dichtungselement 16 enthält zweck-

mäßig ein pulverförmiges Graphit-Füllmaterial, wodurch die Gleitfähigkeit zwischen dem Dichtungselement 16 und der hiermit in Berührung stehenden rotierenden Welle verbessert wird. Eine PTFE-Verbindung, die 15 Gew.-% Graphit-Füllmaterial enthält, hat sich für die erfindungsgemäße Anwendung als brauchbar erwiesen.

Das Dichtungselement 16 wird zweckmäßig in einem Sinterverfahren hergestellt, bei dem eine vorgefertigte Mischung von PTFE-Granualt und pulverförmigem Graphit in eine hohle Form eingebracht wird, um eine hohle zylindrische Hülse zu fertigen. Die Mischung wird beispielsweise einem Druck von 562-843 kg/cm² während einer Zeitdauer von 3 bis 10 s ausgesetzt. Die so hergestellte Hülse besitzt beispielsweise einen äußeren Durchmesser von 32 mm, einen inneren Durchmesser von 7 mm und eine Länge von etwa 5 mm. Die nach diesem Verfahren hergestellte Hülse weist insgesamt eine verhältnismäßig gleichmäßige Dichte auf, besitzt jedoch keine besonders ausgeprägten Festigkeitseigenschaften.

Um die gewünschte Festigkeit zu erzielen, wird die Hülse aus der Form entnommen und in einen Härteofen eingebracht. In diesem Ofen wird die Hülse zweckmäßig auf eine Temperatur zwischen 360 und 382°C erhitzt und während einer Zeitdauer von 1,5 bis 4 Stunden auf dieser Härtungstemperatur gehalten. Dann läßt man die Hülse langsam auf Raumtemperatur abkühlen. Sobald die Hülse Raumtemperatur erreicht

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hat, wird sie aus dem Ofen entfernt.

Anschließend wird die Hülse in einzelne gesonderte Dichtungselemente 16 geteilt. Zunächst wird die Hülse auf einer Drehbank eingespannt, um den Außen- und Innendurchmesser konzentrisch zu gestalten. Auf der Drehbank wird beispielsweise ein Außendurchmesser der Hülse von 3 mm und ein Innendurchmesser von 0,8 mm hergestellt. Sind auf diese Weise die Innen- und Außenfläche konzentrisch ausgebildet, so wird wenigstens eine Stirnfläche der Hülse rechtwinklig zur Innen- bzw. Außenfläche abgestochen.

Sodann wird die Hülse in gesonderte Elemente mit einer Stärke zwischen 0,064 und 0,127 mm unterteilt, wozu ein Schneidwerkzeug, beispielsweise eine Messerklinge,Verwendung findet, so daß die einander gegenüberliegenden Flächen der Dichtungselemente völlig glatt sind und keine Bearbeitungsriefen enthalten.

Hiernach wird das Dichtungselement 16 in dem Gehäuse 12 in der Weise gehaltert, wie dies in Fig.2 dargestellt, ist. Während des Zusammenbaues der Elemente besitzt das Dichtungselement 16 noch eine ebene Gestalt. Vor dem Aufbringen der Dichtungsanordnung 10 auf eine rotierende Welle wird das Dichtungselement 16 gestreckt, so daß es

^O eine leicht gekrümmte Form erhält. Zu diesem Zweck wird durch das Dichtungselement 16 ein sich verjüngender Dorn hindurchgedrückt, dessen Konus-

winkel zwischen 7 und 15° liegt. Man beginnt hierbei mit dem Ende des Dornes mit kleinem Durchmesser, während der Enddurchmesser des Dornes etwa den Durchmesser der Welle entspricht, mit der das Dichtungselement zusammenwirken soll. Bei diesem Vorgang wird das Material des Dichtungselementes 16 gestreckt; aufgrund einer gewissen Elastizität des verwendeten Materiales verringert sich jedoch der Innendurchmesser des Dichtungselementes 16 nach dem Streckvorgang wieder etwas, so daß sich ein guter Dichtungssitz zwischen dem Innendurchmesser des Dichtungselementes 16 und dem Außendurchmesser der abzudichtenden Welle ergibt. Der Durchmesser der Welle beim obigen Beispiel ist etwa 1,66 mm.

Die so hergestellte Dichtungsanordnung 10 gemäß Fig. 2 kann dann auf eine Welle 34 aufgebracht werden, wobei sie über einen Konusteil auf den Wellenbereich 34a gelangt. Bei diesem Aufschieben weist dabei das innere Ende des Dichtungselementes in Vorwärtsrichtung.

Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt durch einen ^5 Kompressor 30 zur Fahrzeugklimatisierung. In dem Gehäuse 32 ist eine Welle 34 drehbar gelagert. Zur Aufnahme der Dichtungsanordnung 10 dient eine ringförmige Ausnehmung 32a des Gehäuses 32. Das innere Ende der Dichtungsanordnung 10 liegt an einer Stufe 32b des Gehäuses 32 an. Ein Sprengring 36 greift in eine Nut der Ausnehmung 32a ein und sichert die Dichtungsanordnung 10 im

Gehäuse 32. Eine benachbarte Ringnut 32c in der Ausnehmung 32a dient zur Aufnahme eines Dichtungsringes 38, der eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem äußeren Umfang des Gehäuses 12 und dem Gehäuse 3 2 des Kompressors 30 herstellt.

Der Durchmesser der öffnung der inneren Ringwand 26 ist zweckmäßig um 0,076 bis 0,31 mm größer als der Außendurchmesser des Wellenbereiches 34a. Dem-

^Q gemäß liegt bei dem angenommenen Beispiel der Durchmesser der Ringwand 26 in der Größenordnung von 1,5 bis 1,72 mm. Der verhältnismäßig enge Sitz zwischen der öffnung in der Ringwand 26 und dem äußeren Umfang des Wellenbereiches 34a verhindert, daß das Dichtungselement 16 durch die öffnung zwischen der Ringwand 26 und der Welle nach außen gezogen wird; weiterhin verhindert oder minimiert dieser enge Spalt den Eintritt von Fremdteilchen zwischen die Dightungsflächen des Dichtungselementes 16 und der Welle 34.

Die Dichtungsanordnung 10 begrenzt zusammen mit dem Gehäuse 32 auf der Innenseite der Dichtungsanordnung 10 eine Kammer 40, die einen unter Druck stehenden Nebel, bestehend aus Freon und Schmieröl, enthält. Das unter Druck stehende Fluid in der Kammer 40 übt auf die nach innen gerichtete Seite 16a des Dichtungselementes 16 einen Druck derart aus, daß das Dichtungselement 16 in Berührung mit der Oberfläche des Wellenbereiches 34a gehalten wird.

Die in Fig. 4 als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Dichtungsanordnung entspricht weitgehend der Dichtungsanordnung gemäß den Figuren 1, 2 und 3. Sie enthält ein äußeres Gehäuse 52, eine innere ringförmige Dichtung 54, ein PTFE-Dichtungselement 56 und einen Sicherungsring 58. Angrenzend an die Innenseite des Dichtungselementes 56 ist jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel eine gesonderte Scheibe 60 aus fluorhaltigem Äthylenpropylen (FEP) oder aus Perfluoralkoxy (PFA) vorgesehen. Die Scheibe 60 besitzt zweckmäßig eine Stärke zwischen 0,0025 und 0,025 mm. Sie kann entweder

durch Wärme auflaminiert sein oder lose an dem ι κ

PTFE-Dichtungselement anliegen.

Es wurde festgestellt, daß die PFA oder FEP-Scheibe 60 ein Dichtungssystem ergibt, das verglichen mit der Anordnung der Figuren 1 bis 3 - eine verringerte Permeabilität gegenüber Helium aufweist. Das PTFE-Dichtungselement 56 ergibt eine gute Verschleißfestigkeit bei Berührung mit einer rotierenden Welle, während die PFA- oder FEP-Scheibe 60 die Permeabilität der Dichtungsanordnung gegenüber Helium herabsetzt. Ein solches Dichtungssystem ist besonders dann zweckmäßig, wenn Helium benutzt wird, um die Dichtungsanordnung zu testen.

^ou Es wurde oben erwähnt, daß 15 % Graphit-Füllmaterial zu guten Ergebnissen führen. Es ver-

steht sich jedoch, daß gute Resultate auch mit zahlreichen anderen Füllstoffen, wie Molybdändisulfide, Glasfaser und dgl., mit Füllstoffanteilen von beispielsweise 5 oder 10 % erzielt werden können.

Claims

Patentansprüche:

Kombination einer ringförmigen Dichtungsanordnung mit einem Kompressor zur Fahrzeugklimatisierung, enthaltend ein Hauptgehäuse mit einer gegenüber diesem vorstehenden rotierenden Welle, wobei die ringförmige Dichtungsanordnung zur Halterung im Hauptgehäuse des Kompressors bestimmt ist und die drehbare Welle derart abdichtet, daß in dem Hauptgehäuse eine innere Kammer begrenzt wird, in der sich ein unter Druck stehendes Gemisch von Freon und Schmieröl befindet, wobei diese Dichtungsanordnung ein ringförmiges Gehäuse enthält, das koaxial zur drehbaren Welle abgedichtet im Hauptgehäuse des Kompressors angeordnet ist, ferner ein ringförmiges Dichtungselement aus Polytetrafluoräthylen, dessen äußerer ringförmiger Umfang in Dichtungseingriff mit dem Gehäuse der Dichtungsanordnung steht und dessen innerer ringförmiger Umfang in Dichtungseingriff mit der drehbaren Welle steht, wobei dieser innere Umfang des Dichtungselementes sich in axialer Richtung nach innen - relativ zum äußeren Umfang - in Längsrichtung der Welle in die unter Druck stehende Kammer hinein

erstreckt, wobei das unter Druck stehende

Gemisch von Freon und Schmieröl eine Kraft auf die der Kammer zugewandte Seite des Dichtungselementes ausübt und hierdurch den inneren Umfang des Dichtungselementes

in Dichtungseingriff mit der rotierenden Welle drückt.

2. Kombination nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das äußere ringförmige Gehäuse

der Dichtungsanordnung einen äußeren zylindrischen Teil und einen ringförmigen Wandteil enthält, der sich in etwa radialer Richtung nach innen von dem einen Ende des zylindrischen Teiles erstreckt, wobei der

erste ringförmige Wandteil eine nach innen gerichtete, ringförmige Vertiefung aufweist, ferner enthaltend eine ringförmige Dichtung zum Eingriff in die nach innen gerichtete

^so ringförmige Vertiefung des Gehäuses und

zum Dichttmgseingriff mit dem Gehäuse, wobei ferner das ringförmige Dichtungselement aus Polytetrafluoräthylen einen äußeren Umfang besitzt, dessen Durchmesser etwa gleich

^^ dem inneren Durchmesser des zylindrischen

Teiles ist, wobei das Dichtungselement in das Gehäuse eingreift und in Dichtungseingriff mit dem ringförmigen Dichtungselement steht, und wobei weiterhin ein innerer Sicherungsring in dem Gehäuse angeordnet ist

und das Dichtungselement in Dichtungseingriff mit dem Dichtungsring hält, wobei Elemente

am äußeren Gehäuse vorgesehen sind, die den

Dichtungsring innerhalb des Gehäuses halten.

3. Kombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Wandteil des Gehäuses eine nach außen weisende ringförmige Vertiefung enthält, die zum Eingriff eines Werkzeuges dient, mit dessen Hilfe sich die Dichtungsanordnung vom Kompressor abziehen läßt.

4. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement aus PoIytetrafluoräthylen einen Graphitfüllstoff enthält.

5. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Scheibe aus

fluorhaltigem Äthylenpropylen auf der der

Kammer zugewandten Seite des Dichtungselementes

vorgesehen ist.

6. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Scheibe aus

Perfluoralkoxy auf der der Kammer zugewandten

Seite des Dichtungselementes vorgesehen ist.

7. Ringförmige Dichtungsanordnung zur koaxialen Anordnung auf einer rotierenden Welle, ent-

haltend

- ein äußeres ringförmiges Gehäuse mit einem

äußeren zylindrischen Teil und einem ringförmigen Wandteil, der sich etwa radial nach innen von einem Ende des zylindrischen Teiles aus erstreckt, wobei dieser ringförmige Wand

teil eine nach innen gerichtete ringförmige Vertiefung aufweist,

- eine ringförmige Dichtung, die in der nach

innen gerichteten ringförmigen Vertiefung des

Gehäuses angeordnet ist und in Dichtungseingriff mit dem Gehäuse steht,

- ein ringförmiges Dichtungselement aus PoIytetrafluoräthylen, dessen Außendurchmesser

etwa gleich dem Innendurchmesser des äußeren zylindrischen Teiles ist, wobei dieses Dichtungselement in dem Gehäuse angeordnet ist und in Dichtungseingriff mit der ringförmigen Dichtung steht, und wobei der innere

ringförmige Umfang des Dichtungselementes in Dichtungseingriff mit der drehbaren Welle steht,

~5 - einen inneren ringförmigen Sicherungsring,

der im Gehäuse angeordnet ist und das Dichtungselement in Dichtungseingriff mit der Dichtung hält,

- sowie Elemente am äußeren Gehäuse, die den

Dichtungsring im Gehäuse halten.

8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Wandteil des Gehäuses eine nach außen gerichtete ringförmige Vertiefung enthält, die zum

Eingriff eines Werkzeuges dient, mit dessen

Hilfe die Dichtungsanordnung von der drehbaren Welle abgezogen werden kann.

9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement aus

Polytetrafluoräthylen einen Graphitfüllstoff enthält.

10. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Scheibe

aus fluorhaltigem Äthylenpropylen benachbart zu einer Seite des Dichtungselementes vorgesehen ist.

ii. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch= gekennzeichnet, daß eine ringförmige Scheibe aus Perfluoralkoxy neben der einen Seite des Dichtungselementes angeordnet ist.

12. Ringförmige Dichtungsanordnung zur koaxialen Anbringung auf einer rotierenden Welle, enthaltend

- ein äußeres ringförmiges Gehäuse mit einem

ersten zylindrischen Teil, einem ersten ringförmigen Wandteil, der sich etwa radial nach innen von einem Ende des ersten zylindrischen

Teiles aus erstreckt, ferner einen zweiten

zylindrischen Teil, dessen eines Ende mit dem inneren ringförmigen Umfang des ersten ringförmigen Wandteiles verbunden ist und der sich axial nach innen relativ zu dem

einen Ende des ersten zylindrischen Teiles

erstreckt, ferner einen zweiten ringförmigen

sich/
Wandteil, der/etwa radial nach innen vom entgegengesetzten Ende des zweiten zylindrischen Teiles aus erstreckt, wobei der erste und zweite zylindrische Teil und der erste ringförmige Wandteil zusammen eine ringförmige Vertiefung bilden, wobei der zweite zylindrische Teil eine radial nach innen gerichtete Fläche bildet, die zum

Eingriff eines passenden Abziehwerkzeuges dient,

- eine ringförmige Dichtung, die zum Eingriff ²^ in die ringförmige Vertiefung des Gehäuses

und zum Dichtungseingriff mit dem Gehäuse bestimmt ist,

- ein ringförmiges Dichtungselement aus PoIytetrafluoräthylen, dessen äußerer Umfang einen Durchmesser besitzt, der etwa gleich dem inneren Durchmesser des ersten zylindrischen Teiles ist, wobei dieses Dichtungselement zum Eingriff in dieses Gehäuse und zum Dichtungseingriff mit der ringförmigen

Dichtung bestimmt ist, wobei das Dichtungselement mit seinem inneren ringförmigen Um-

fang in Dichtungseingriff mit der dreh

baren Welle steht,

- einen inneren Sicherungsring, der zum Eingriff in das Gehäuse bestimmt ist, um das Dichtungselement in Dichtungseingriff mit der ringförmigen Dichtung zu drücken,

- Elemente am äußeren Gehäuse zur Halterung des Dichtungsringes in dem Gehäuse.

13. Dichtungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement aus Polytetrafluoräthylen einen Graphitfüllstoff enthält.

14. Dichtungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Scheibe aus fluorhaltigem Äthylenpropylen benachbart zu einer Seite des Dichtungselementes ange

ordnet ist.

15. Dichtungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Scheibe

²^ aus Perfluoralkoxy neben einer Seite des

Dichtungselementes angeordnet ist.