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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtungsbaugruppe
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Insbesondere betrifft sie eine Wellendichtungsbaugruppe,
die Fluid, wie beispielsweise Kühlmittel
und Schmiermittel) daran hindert, aus einem Kompressor zu entweichen.
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Eine
typische Wellendichtungsbaugruppe 50 ist folgendermaßen aufgebaut.
Wie in den 4 und 4A dargestellt,
ist die Dichtungsbaugruppe 50 zwischen einer Antriebswelle 61 und
einem Kompressorgehäuse
angeordnet, um Entweichen von Fluid aus der Innenseite zur Außenseite
des Kompressors zu verhindern. Ein erster Lippenring 51,
der aus synthetischem Gummi hergestellt ist, hat eine Lippe 51a.
Die Lippe 51a ist an einem radial inneren Bereich des ersten
Lippenrings 51 ausgebildet. Ein Haltering 52,
der aus Metall hergestellt ist, hält die Position der Lippe 51a,
so dass sie mit einer Antriebswelle 61 in Kontakt ist.
Ein zweiter Lippenring 53, der aus Fluorharz hergestellt
ist, hat eine Lippe 53a. Die Lippe 53a ist an
einem radial inneren Bereich des zweiten Lippenrings 53 angeordnet
und hin zur Innenseite des Kompressors gekrümmt (rechte Seite in 4).
Ein Spiral-Pumpspalt 53b ist in der Lippe 53a um
die Achse des zweiten Lippenrings 53 herum ausgebildet.
Ein dritter Lippenring 54, der aus synthetischem Gummi
hergestellt ist, hat eine Lippe 54a. Der erste Lippenring 51,
der Haltering 52, der zweite Lippenring 53 und
der dritte Lippenring 54 sind in dieser Reihenfolge von
der Innenseite zur Außenseite
des Kompressors angeordnet, wie in 4 dargestellt.
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Die
Ringe 51 bis 54 werden fest in einem zylindrischen
Rahmen 55 zusammen gehalten. Dementsprechend berühren der
erste und zweite Lippenring 52, 53 den Haltering 52 und
den Rahmen 55.
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Wenn
die Antriebswelle 61 dreht oder wenn der Kompressor betrieben
wird, wirkt Hochdruckgas in dem Kompressor auf die Lippe 53a des
zweiten Lippenrings 53.
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Dementsprechend
wird die Lippe 53a mit einer vorherbestimmten Kraft, die
Entweichen von Fluid aus dem Kompressor verhindert, gegen die Antriebswelle 61 gedrückt. In
diesem Zustand hat der Pumpspalt 53b der Lippe 53a einen
Spiral-Pumpeffekt und fördert
das Fluid zwischen der Lippe 53a und der Antriebswelle 16 zurück. Dies
verbessert außerdem
das Fluid-Abdichtvermögen
des zweiten Lippenrings 53.
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Wenn
die Antriebswelle 61 nicht dreht oder wenn der Kompressor
nicht betrieben wird, berührt die
Lippe 51a des ersten Lippenrings 51 elastisch
die Antriebswelle 61. Dies verhindert das Entweichen von
Fluid aus dem Kompressor. Wenn die Antriebswelle 61 nicht
dreht, ist der Druck in dem Kompressor relativ niedrig und die Lippe 53a des
zweiten Lippenrings 53 wird mit einer relativ kleinen Kraft
gegen die Drehwelle 61 gedrückt. Dem entsprechend hat die Wellendichtungsbaugruppe
einen ersten Lippenring 51, um das schwache Abdichtvermögen des
zweiten Lippenrings 51 zu kompensieren.
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Wenn
die Antriebswelle 61 dreht, erlaubt die Lippe 51a des
ersten Lippenrings 51, dass Fluid in dem Kompressor hin
zum zweiten Lippenring 53 strömt. Die Position der Lippe 51a bezüglich der
Antriebswelle 61 wird durch den Haltering 52 gehalten, wenn
Hochdruck an die Innenseite des ersten Lippenrings 51 angelegt
wird.
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Das
Fluid (hauptsächlich
Schmiermittel) das bei der Lippe 51a des ersten Lippenrings 51 entweicht,
schmiert und kühlt
die Lippen 51a, 53a des ersten und zweiten Lippenrings 51, 53.
Dementsprechend werden die Lippen 51a, 53a nicht
durch Reibung abgetragen. Dies verbessert die Lebensdauer des ersten
und zweiten Lippenrings 51, 53.
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Die
Lippe 54a des dritten Lippenrings 54 berührt elastisch
die Antriebswelle 61 und verhindert, dass Fremdpartikel
eindringen. Dementsprechend treten Fremdpartikel nicht zwischen
der Lippe 53a und der Antriebswelle 61 ein, was
die Leistungsfähigkeit
des zweiten Lippenrings 53 daran hindert, sich zu verschlechtern.
Wenn die Drehung der Antriebswelle 61 angehalten wird,
verhindert der dritte Lippenring 54 das Entweichen von
Fluid, welches zwischen dem ersten Lippenring 51 und dem
zweiten Lippenring 53 zurückbleibt.
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Jedoch
erlaubt der erste Lippenring 51, dass Fluid (Kühlmittelgas)
während
der Drehung der Antriebswelle 61 entweicht. Die Abdichtung,
die zwischen dem zweiten Lippenring 53 und dem Haltering 52 ausgebildet
ist, und zwischen dem zweiten Lippenring 52 und dem Rahmen 55 ausgebildet
ist, hat ein niedrigeres Abdichtvermögen verglichen mit dem Kontaktbereichs-Abdichtvermögen, das
zwischen dem ersten Lippenring 51 und dem Haltering 52 und zwischen
dem ersten Lippenring 51 und dem Rahmen 55 ausgebildet
wird. Dementsprechend ist es wahrscheinlich, dass, wie in 4A dargestellt, Kühlmittelgas,
welches hinter den ersten Lippenring 51 entweicht, zwischen
dem zweiten Lippenring 53 und dem Haltering eindringt und
zwischen dem zweiten Lippenring 53 und dem Rahmen 55 eindringt.
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Wenn
die Drehung der Antriebswelle 61 angehalten wird, verhindert
der dritte Lippenring 54, dass Fluid, welches zwischen
dem ersten Lippenring 51 und dem zweiten Lippenring 53 zurückbleibt,
entweicht. Mit anderen Worten strömt das Fluid (insbesondere
Kühlmittelgas)
zwischen dem zweiten Lippenring 53 und dem Haltering 52 sowie
zwischen dem zweiten Lippenring 53 und dem Rahmen 55 nicht
aus dem Kompressor, nachdem die Antriebswelle 62 angehalten
wurde. Wenn die Antriebswelle 61 für eine relativ lange Zeitspanne
angehalten wird, kann das Kühlmittelgas
zwischen dem zweiten Lippenring 53 und dem Haltering 52 sowie
zwischen dem zweiten Lippenring 52 und dem Gehäuse 55 durch
kühlere
Temperaturen verflüssigt
werden. Wenn die Antriebswelle 61 in diesem Zustand dreht, erhöht sich
die Temperatur um die Wellendichtungsbaugruppe 50. Dann
verdampft das verflüssigte Kühlmittel
zwischen dem zweiten Lippenring 53 und dem Gehäuse 55,
was den zweiten Lippenring 53 radial nach Innen bewegt.
Dies kann den zweiten Lippenring 53 von dem Gehäuse 55 lösen. Da
der zweite Lippenring 55 und der Haltering 52 durch
den Rahmen 55 mittels Reibung und Druck zusammengehalten
werden, löst
der zweite Lippenring 53 auch den Haltering 52 von
dem Rahmen 55. Dementsprechend kann der Haltering 52 die
Anfangsposition der Lippe 51a des ersten Lippenrings 51 bezüglich der Antriebswelle 61 nicht
halten. Infolgedessen kann es sein, dass der erste Lippenring 51 ein
Fluid entweichen lässt,
was verursacht, dass der erste und zweite Lippenring 51, 53 frühzeitig
abgetragen werden.
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Andererseits
kann der gelöste
zweite Lippenring 53 durch den Haltering 52 den
ersten Lippenring 51 von der Antriebswelle 61 anheben.
Wenn dann die Antriebswelle 61 dreht, kann folglich der erste
Lippenring 61 mehr Fluid entweichen lassen, wie der zweite
Lippenring 53 und der dritte Lippenring 54 aufhalten
können.
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EP-A-0
851 159 offenbart eine herkömmliche Dichtungsbaugruppe
für eine
Drehwelle, die sich durch ein Gehäuse erstreckt und von diesem
unterstützt
wird, wobei die Baugruppe verhindert, dass Fluid vom Gehäuse entweicht,
dabei weist die Dichtungsbaugruppe folgende Elemente auf: einen
ersten Lippenring, der die Welle umgibt, dabei hat der erste Lippenring
einen ersten Peripherieabschnitt, der sich im Wesentlichen in einer
Radialrichtung bezüglich der
Welle erstreckt und einen ersten Lippenabschnitt der die Fläche der
Welle berührt,
wobei der erste Lippenabschnitt die Fläche der Welle elastisch berührt und
der erste Lippenring eine vorherbestimmte Form hat, die verhindert,
dass Fluid von der Innenseite des Gehäuses entweicht, wenn die Welle
angehalten wird und erlaubt, dass Fluid von der Innenseite des Gehäuses entweicht,
wenn die Welle dreht; einen Haltering, der die Welle benachbart
zum ersten Lippenring umgibt, dabei hat der Haltering einen zweiten Peripherieabschnitt,
der sich im Wesentlichen in einer Radialrichtung bezüglich der
Welle erstreckt, wobei ein Haltering den ersten Lippenring unterstützt, so dass
der erste Lippenring im Wesentlichen seine Form beibehält; ein
zweiter Lippenring, der die Welle umgibt und benachbart zum Haltering,
auf der gegenüberliegenden
Seite des Halterings vom ersten Lippenring angeordnet ist, wobei
der zweite Lippenring einen dritten Peripherieabschnitt hat, der
sich im Wesentlichen in einer Radialrichtung bezüglich der Welle erstreckt und
einen zweiten Lippenabschnitt hat, der sich im Wesentlichen entlang
der Fläche
der Welle erstreckt, wobei der erste Peripherieabschnitt eine zugewandte
Fläche
hat, die dem dritten Peripherieabschnitt zugewandt ist, wobei ein
zweiter Lippenabschnitt die Fläche
der Welle elastisch berührt,
um im Wesentlichen Entweichen von Fluid von der Innenseite des Gehäuses zu
verhindern; und ein Rahmen zum Zusammenhalten der Ringe durch Festklemmen des
ersten, zweiten und dritten Peripherieabschnitts.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wellendichtungsbaugruppe
für Kompressoren
bereitzustellen, die verhindern, dass Fluid zwischen die Peripherie
des zweiten Lippenrings und den Rahmen eindringt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Wellendichtungsbaugruppe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Andere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich,
welche beispielhaft die Prinzipien ihrer Erfindung veranschaulichen.
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Die
Merkmale der vorliegenden Erfindung, von denen ausgegangen wird,
dass sie neu sind, werden insbesondere in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt. Die
Erfindung, zusammen mit deren Aufgabe und Vorteilen kann am besten
unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der momentan bevorzugten
Ausführungsbeispiele
zusammen mit den beigefügten
Zeichnungen verstanden werden, in denen folgendes dargestellt ist:
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1 ist
eine Querschnittsdarstellung eines verdrängungsvariablen Kompressors
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung,
welche die Wellendichtungsbaugruppe aus 1 darstellt;
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2A ist
eine Vergrößerung eines
kreisförmigen
Bereichs aus 2;
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3(a) ist eine Teilvergrößerung aus 2;
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3(b) ist eine Darstellung, welche einen Vorsprung
darstellt, wenn keine Kraft angelegt wird;
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4 ist
eine Querschnittsdarstellung, die eine Wellendichtungsbaugruppe
vom Stand der Technik darstellt; und
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4A ist
eine Vergrößerung eines
kreisförmigen
Bereichs aus 4.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein
verdrängungsvariabler
Kompressor für ein
Fahrzeugklimaanlagensystem gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
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Wie
in 1 dargestellt, ist ein vorderes Gehäuseelement 11 an
ein Vorderende des Zylinderblocks 12 gekoppelt. Ein hinteres
Gehäuselement 13 ist
an ein Hinterende des Zylinderblocks 12 über eine Ventilplatte 14 gekoppelt.
Eine Kurbelkammer 15 ist zwischen dem vorderen Gehäuseelement
und dem Zylinderblock 12 definiert.
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Eine
Antriebswelle 16 führt
durch die Kurbelkammer 15 und ist drehbar durch das vordere
Gehäuseelement 11 und
den Zylinderblock 12 unterstützt. Das Vorderende der Antriebswelle 16 erstreckt sich
durch die Vorderwand des vorderen Gehäuseelements 11. Die
Antriebswelle 16 ist mit einem Fahrzeugmotor (nicht dargestellt) über einen
Kupplungsmechanismus, wie beispielsweise einer Elektromagnet-Kupplung,
verbunden. Wenn dementsprechend der Motor betrieben wird und der
Kupplungsmechanismus in Eingriff ist, dreht die Antriebswelle 16.
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Eine
Nabe 17 erstreckt sich durch die Vorderwand des vorderen
Gehäuses 11 und
umgibt das Vorderende der Antriebswelle 16. Eine Wellendichtungsbaugruppe 18 ist
in der Nabe 17 untergebracht und dichtet die Antriebswelle 16.
Die Details der Wellendichtungsbaugruppe 18 werden später beschrieben.
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Ein
Rotor 19 ist an der Antriebswelle 16 in der Kurbelkammer 15 befestigt.
Eine Taumelscheibe 20 wird durch die Antriebswelle 16 so
unterstützt, dass
sie auf der Oberfläche
der Antriebswelle 16 gleitet und sich bezüglich der
Antriebswelle 16 neigt. Ein Gelenkmechanismus 21 ist
zwischen dem Rotor 19 und der Taumelscheibe 20 angeordnet.
Der Gelenkmechanismus 21 ermöglicht es der Taumelscheibe 20,
zusammen mit der Antriebswelle 16 zu drehen und axial auf
der Oberfläche
der Antriebswelle 16 zu gleiten. Wenn sich das Zentrum
der Taumelscheibe 20 hin zum Zylinderblock 12 bewegt,
verkleinert sich die Neigung der Taumelscheibe 20. Wenn
das Zentrum der Taumelscheibe 20 sich hin zum Rotor 19 bewegt,
vergrößert sich
die Neigung der Taumelscheibe 20.
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Zylinderbohrungen 12a sind
in dem Zylinderblock 12 um die Achse der Antriebswelle 16 ausgebildet.
Jede Zylinderbohrung nimmt einen einzigen Kolben 22 auf.
Jeder Kolben 22 ist an die Peripherie der Taumelscheibe 20 über Schuhe 23 gekoppelt.
Die Drehung der Taumelscheibe 20 wird in eine Hin- und Herbewegung
jedes Kolbens 22 in der entsprechenden Zylinderbohrung 12a umgewandelt.
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Eine
Ansaugkammer 24 und eine Ausstoßkammer 25 sind jeweils
in dem hinteren Gehäuseelement 13 definiert.
Die Ventilplatte 14 hat Ansaugmündungen 26, Ansaugventile 27,
Ausstoßmündungen 28 und
Ausstoßventile 29.
Wenn jeder Kolben 22 sich vom oberen Totpunkt zum unteren
Totpunkt bewegt, wird Kühlmittelgas
in der Ansaugkammer 24 in die entsprechende Zylinderbohrung 12a über die
entsprechende Ansaugmündung 26 und
das entsprechende Ansaugventil 27 gezogen. Wenn jeder Kolben 22 sich
vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt bewegt, wird Kühlmittelgas
in der entsprechenden Zylinderbohrung 12a auf einen vorherbestimmten
Druck komprimiert und zur Ausstoßkammer 25 über die
entsprechende Ausstoßmündung 28 und das
entsprechende Ausstoßventil 29 ausgestoßen.
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Ein
Entlastungskanal 30 verbindet die Kurbelkammer 15 mit
der Ansaugkammer 24. Ein Druckbeaufschlagungskanal 31 verbindet
die Ausstoßkammer 25 mit
der Kurbelkammer 15. Ein Elektromagnet-Verdrängungssteuerventil 23 ist
in dem Druckbeaufschlagungskanal 23 angeordnet. Das Steuerventil 32 hat
eine Magnetspule 32a und einen Ventilkörper 32b. Das Erregen
und Entregen der Magnetspule 32a veranlasst den Ventilkörper 32b den
Druckbeaufschlagungskanal 31 zu öffnen und zu schließen. Die
Erregung und Entregung der Magnetspule 32a wird durch einen
Computer (nicht dargestellt) entsprechend einer Kühllast gesteuert.
Dementsprechend wird der Öffnungsbetrag
des Druckbeaufschlagungskanals 31 durch den Ventilkörper 32b eingestellt,
der den Druck in der Kurbelkammer 15 verändert. Dies
stellt den Unterschied zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 15 und
dem Druck in der Zylinderbohrung 12a ein. Infolgedessen
wird die Neigung der Taumelscheibe 20 verändert, wodurch
der Hub jedes Kolbens 22 und die Verdrängung verändert wird.
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Mit
anderen Worten verursacht das Entregen der Magnetspule 32a,
dass der Ventilkörper 32b den Druckbeaufschlagungskanal 31 öffnet, was
die Ausstoßkammer 25 und
die Kurbelkammer 15 verbindet. Dementsprechend wird Hochdruck-Kühlmittelgas
in der Ausstoßkammer 25 zur
Kurbelkammer 15 über den
Druckbeaufschlagungskanal 31 zugeführt, was den Druck in der Kurbelkammer 15 erhöht. Die
Erhöhung
des Drucks in der Kurbelkammer 15 minimiert die Neigung
der Taumelscheibe 20 und den Hub und die Verdrängung jedes
Kolbens 22. Wenn die Magnetspule 32a erregt wird,
schließt
der Ventilkörper 32b den
Druckbeaufschlagungskanal 31, was den Druck in der Kurbelkammer
senkt, während
der Entlastungskanal 30 den Druck freigibt. Die Abnahme des
Drucks in der Kurbelkammer 15 maximiert die Neigung der
Taumelscheibe 20 und den Hub und die Verdrängung jedes
Kolbens 22.
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Nun
wird ein Wellenabdichtmechanismus 18 beschrieben.
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Wie
in 2 dargestellt, sind ein erster Lippenring 35,
ein Metallhaltering 36, ein zweiter Lippenring 37,
ein Metall-Formhaltering 38, ein dritter Lippenring 39 und
ein Metall-Endring 40 in dieser Reihenfolge angeordnet.
Der erste Lippenring 35 und der dritte Lippenring 39 sind
aus synthetischem Gummi, wie beispielsweise einem Acrylnitrilbutadin-Gummi,
hergestellt. Der zweite Lippenring 37 ist aus Fluorharz,
wie beispielsweise PTFE (Polytetrafluorethylen) hergestellt.
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Ein
zylindrischer Metallrahmen 41 hat einen Vorderrand 41a und
einen Hinterrand 41b. Die Peripherien der Ringe 35–40 werden
durch Reibung und Druck fest zwischen dem Vorderrand 41a und
dem Hinterrand 41b des Rahmens 41 zusammengehalten,
wie in 2 dargestellt. Der Rahmen 41 und die Ringe 35–40 sind
in der Nabe 17 untergebracht. Eine axiale Bewegung des
Rahmens 41 wird durch eine Stufe 17a und einen
Sprengring 42 begrenzt.
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Der
erste Lippenring 35 wird durch eine Ausformung ausgebildet,
welche die Innen- und Außenfläche des
Rahmens 41 in der Umgebung des Hinterrands 41b bedeckt.
Ein Peripherieteil des ersten Lippenrings 35, der die Umfangsfläche des
Rahmens 41 bedeckt, bildet eine äußere Dichtung 35a aus,
welche die Innenfläche 17b der
Nabe 17 berührt.
Die äußere Dichtung 35a hat
Vorsprünge,
um deren Abdichtfunktion zu verbessern. Ein Innenteil des ersten Lippenrings 35,
der die Innenfläche
des Rahmens 41 berührt,
bzw. ein erster Peripherieabschnitt, der fest zwischen dem Haltering 36 und
dem Hinterrand 41b des Rahmens 41 gehalten wird,
bildet eine innere Dichtung 35b.
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Eine
Lippe 35c ist am radialen Innenteil des ersten Lippenrings 35 ausgebildet.
Die Lippe 35c erstreckt sich nach hinten und radial nach
innen. Ein distales Eck der Lippe 35c berührt die
Fläche 16a der Antriebswelle 16.
Wie in 2A dargestellt, bildet eine
Kegelendfläche 51 einen
vorherbestimmten Winkel θ1
bezüglich
der Fläche 16a der
Antriebswelle 16 (oder der Achse der Antriebswelle 16).
Eine Seitenfläche
S2 der Lippe 35c bildet einen vorherbestimmten Winkel θ2 bezüglich der
Fläche 16a der
Antriebswelle 16. Die Position der Lippe 35c des
ersten Lippenrings 35 wird so bestimmt, dass die Bedingung θ1 < θ2 erfüllt wird.
Gemäß Experimenten,
die von den Erfindern durchgeführt
wurden, dichtet der erste Lippenring 35 die Antriebswelle 16 effektiv,
wenn er unter der Bedingung von θ1 < θ2 angeordnet
wird, während
die Antriebswelle 16 nicht dreht. Jedoch wurde auch bestimmt,
dass unter diesem Zustand, das Entweichen von Fluid zugelassen wurde,
während
die Antriebswelle 16 dreht.
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Der
zweite Lippenring 37 wird wie eine Scheibe mit einem Loch
in seinem Zentrum vor dem Einbau geformt. Der zweite Lippenring 37 ist
aus einer Platte aus Fluorharz hergestellt. Der Innenbereich des
zweiten Lippenrings 37 ist in einer Kurve nach hinten verformt,
wenn er auf der Antriebswelle 16 installiert wird. Der
verformte Zentralbereich des zweiten Lippenrings 37 bildet
eine Lippe 37a aus. Eine Abdichtfläche 37b der Lippe 37a,
die eine vorherbestimmte axiale Abmessung hat, berührt die
Fläche 16a der
Antriebswelle 16. Ein Spiral-Pumpspalt 37c ist
auf der Abdichtfläche 37b der
Lippe 37a um die Achse L ausgebildet. Wenn die Antriebsfläche 16 dreht,
dient der Pumpspalt 37c als Pumpe.
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Der
Haltering 36 ist durch Verformen des Innenbereichs einer
ringförmigen
Scheibe 36a bzw. einem zweiten Peripherieabschnitt ausgebildet.
Der verformte Abschnitt bildet ein Halteteil 36b. Der Halteteil 36b erstreckt
sich nach hinten und ist zwischen der Lippe 35c des ersten
Lippenrings 35 und der Lippe 37a des zweiten Lippenrings 37 angeordnet.
Das Distalende des Halteteils 36b berührt eine Innenfläche der
Lippe 35c des ersten Lippenrings 35 und unterstützt die
Lippe 35c bezüglich
der Fläche 16a der Antriebswelle 16 (um
die Beziehung θ1 < θ2 beizubehalten).
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Der
dritte Lippenring 39 wird durch Formgebung so ausgebildet,
dass er die Vorderseite und die radiale Außenendfläche eines Formhalterings 38 bedeckt.
Der Außendurchmesser
des Formhalterings 38 ist kleiner als der Innendurchmesser
des Rahmens 41. Der Außendurchmesser
des zweiten und dritten Lippenrings 37, 39 ist
im Wesentlichen gleich zu dem des Rahmens 41. Dementsprechend
berührt, obwohl
der Formhaltering 38 zwischen dem dritten Lippenring 39 und
dem zweiten Lippenring 37 angeordnet ist, der Peripherieteil
des dritten Lippenrings 39 den zweiten Lippenring 37.
Die Lippe 39a des dritten Lippenrings 39 berührt die
Fläche 16a der
Antriebswelle 16.
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Wie
in 3(a) dargestellt, werden der
erste und der zweite Lippenring 35, 37, um den
Außenrand des
Halterings 36, in dem Rahmen 41 gegeneinander gedrückt. Das
heißt
der Kontakt zwischen der inneren Dichtung 35b des ersten
Lippenrings 35 und einem Außenabschnitt 37e,
bzw. ein dritter Peripherieabschnitt, des zweiten Lippenrings 37 tritt
radial außerhalb
der ringförmigen
Scheibe 36a des Halterings 36 auf. Der Außendurchmesser
des Halterings 36 ist kleiner als der Innendurchmesser
des Rahmens 41. Der Außendurchmesser
der inneren Dichtung 35b und der Außendurchmesser des zweiten
Lippenrings 37 sind im Wesentlichen gleich zu dem des Innendurchmessers
des Rahmens 41. Dementsprechend berühren die innere Dichtung 35b und
der zweite Lippenring 37 einander in dem Rahmen 41 um
die ringförmige
Scheibe 36a des Halterings 36 (an Flächen 35d, 37d).
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Ein
Vorsprung 43 ist einstückig
auf der zugewandten Fläche
bzw. Stirnfläche 35d der
inneren Dichtung 35b des ersten Lippenrings 35 ausgebildet. Der
Vorsprung 43 erstreckt sich in der Richtung der Achse L.
Wie in 3(b) dargestellt, ist die Länge des
Vorsprungs 43 von der Fläche 35d in der Axialrichtung,
wenn nicht zusammengedrückt,
größer als die
Dicke der ringförmigen
Scheibe 36a des Halterings 36, oder der Abstand
zwischen den zugewandten Flächen
bzw. Stirnflächen 35d und 37d nach
dem Zusammenbau. Dementsprechend wird, wie in 3(a) dargestellt, der Vorsprung 43, der
aus synthetischem Gummi, der elastischer als Fluorharz ist, gegen
die Stirnfläche 37d des
zweiten Lippenrings 37 gedrückt und auf die Dicke der ringförmigen Scheibe 36a des
Halterings 36 zusammengedrückt, wenn die Ringe 35–40 in
dem Rahmen 41 zusammengehalten werden. Mit anderen Worten
wird der Kontakt unter Druck zwischen dem ersten Lippenring 35 und
dem zweiten Lippenring 37 hauptsächlich durch die Kompression
des Vorsprungs 43 erreicht, wenn die Ringe 35–40 in
dem Rahmen 41 gehalten werden.
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Nun
wird die Funktion der Wellendichtungsbaugruppe beschrieben.
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Wenn
der Kompressor betrieben wird, wirkt Hochdruck von der Kurbelkammer 15 auf
die Lippe 37a des zweiten Lippenrings 37. Dementsprechend wird
die Dichtfläche 37b der
Lippe 37a gegen die Fläche 16a der
Antriebswelle 16 gedrückt,
was Entweichen von Fluid (Kühlmittelgas
und Schmieröl)
von der Kurbelkammer 15 verhindert. In diesem Zustand führt der
Spiral-Pumpspalt 37c mit der relativ zu ihm drehenden Fläche 16a der
Antriebswelle 16 Pumpen aus und fördert Fluid zurück zwischen
die Lippe 37a und die Antriebswelle 16. Dies verbessert
das Fluid-Abdichtvermögen des
zweiten Lippenrings 37.
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Wenn
der Kompressor nicht betrieben wird, verhindert der elastische Kontakt
der Lippe 35c des ersten Lippenrings 35 mit der
Fläche 16a der
Antriebswelle 16, Entweichen von Fluid aus der Kurbelkammer 15.
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Wenn
der Kompressor betrieben wird, erlaubt die Lippe 35c des
ersten Lippenrings 35, dass Fluid von der Kurbelkammer 15 hin
zum zweiten Lippenring 37 strömt. Die Lippe 35c wird
durch den Halteabschnitt 36b des Halterings 36 unterstützt und
die Position der Lippe 35c bezüglich der Welle 16 wird beibehalten,
wenn Hochdruck von der Kurbelkammer 15 an den ersten Lippenring 35 angelegt
wird. Wenn die Antriebswelle 16 dreht, schmiert und kühlt das Fluid
(hauptsächlich
Schmieröl),
welches durch die Lippe 35c des ersten Lippenrings 35 entweicht,
die Lippen 35c, 37a des ersten und zweiten Lippenrings 35, 37.
Dementsprechend wird Abtragen der Lippen 35c, 37a durch
Reibung und Hitze begrenzt, was die Lebensdauer des ersten und zweiten
Lippenrings 35, 37 verlängert.
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Die
Lippe 39a des dritten Lippenrings 39 berührt elastisch
die Fläche 16a der
Antriebswelle 16 und verhindert, dass Fremdpartikel in
die Wellenabdichtbaugruppe 18 eintreten. Dementsprechend
wird das Fluid-Abdichtvermögen
des zweiten Lippenrings 37 nicht durch Fremdpartikel gesenkt,
welche zwischen die Fläche 16a der
Antriebswelle 16 und die Abdichtfläche 37b der Lippe 37a eintreten.
Wenn die Drehung der Antriebswelle 16 angehalten wird,
verhindert der dritte Lippenring 39 das Entweichen von Fluid,
welches zwischen dem ersten Lippenring 35 und dem zweiten
Lippenring 37 zurückbleibt.
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Wie
bereits erwähnt,
erlaubt der erste Lippenring 35, dass Fluid (Kühlmittelgas)
entweicht, während
die Antriebswelle 16 dreht. Der Kontakt zwischen dem zweiten
Lippenring 37 (aus Fluorharz hergestellt) und dem Haltering 36 sowie
der Kontakt zwischen dem zweiten Lippenring 37 und dem
Rahmen 41 bildet eine schwächere Abdichtung als der Kontakt
zwischen dem ersten Lippenring 35 (aus synthetischem Gummi
hergestellt) und dem Haltering 36 sowie dem Kontakt zwischen
dem ersten Lippenring 35 und dem Rahmen 41.
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Jedoch
wird in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel der erste Lippenring 35 in
dem Rahmen 41 gegen den zweiten Lippenring 37 gedrückt und
zwar um den Haltering 36 herum. Mit anderen Worten wird
Entweichen von Fluid durch Kontakt zwischen dem zweiten Lippenring 37 und
dem Haltering 36 sowie zwischen der Außenendfläche des zweiten Lippenrings 37 und
dem Rahmen 41 verhindert.
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Dementsprechend
tritt das Fluid, welches während
der Drehung der Antriebswelle 16 hinter den ersten Lippenring 35 entweicht,
nicht zwischen der äußeren Kantenfläche des
zweiten Lippenrings 37 und dem Rahmen 41 ein.
Infolgedessen ist das Problem des Stands der Technik gelöst. Das
heißt,
der zweite Lippenring 37 wird nicht von dem Gehäuse 41 gelöst, wenn
das verflüssigte
Kühlmittel,
welches von dem ersten Lippenring 37 entwichen ist, verdampft. Deshalb
werden die Ringe 35–40 auch
weiterhin fest in dem Rahmen 41 gehalten. Die vorherbestimmte Position
des ersten Lippenrings 35 bezüglich der Antriebswelle 16 wird
aufrecht erhalten.
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Das
veranschaulichte Ausführungsbeispiel hat
die folgenden Vorteile.
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Das
Verdampfen von verflüssigtem
Kühlmittel,
welches von dem ersten Lippenring 35 entwichen ist, tritt
nicht an der äußeren Kante
des zweiten Lippenrings 37 auf, was das Lösen des
zweiten Lippenrings 37 von dem Rahmen 41 verhindert.
Dementsprechend lässt
der erste Lippenring 35 eine geeignete Menge an Fluid während der
Drehung der Antriebswelle entweichen.
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Der
Vorsprung 43 erstreckt sich in der Richtung der Achse L
der Antriebswelle 16. Das heißt der erste Lippenring 35 wird
gegen den zweiten Lippenring 37 in der Richtung der Achse
L gedrückt.
Dementsprechend wird dadurch ein Druckkontakt zwischen dem ersten
Lippenring 35 und dem zweiten Lippenring 37 erreicht,
ohne einen speziellen Montageschritt zur Baugruppe vom Stand der
Technik aus 4 hinzuzufügen.
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Der
Vorsprung 43 ist einstückig
auf den ersten Lippenring 35 ausgebildet, was das Ausbilden des
Vorsprungs 43 vereinfacht. Das heißt wenn der Vorsprung 43 auf
dem zweiten Lippenring 37 ausgebildet wäre, der aus einer Lage Fluorharz
hergestellt ist, müsste
der Vorsprung 43 im Voraus auf der Lage ausgebildet werden.
Außerdem
würde das
Ausschneiden des zweiten Lippenrings 37 aus der Fluorharzlage
eine hohe Genauigkeit erfordern und wäre ein komplizierter Herstellungsprozess.
Daher ist der erste Lippenring 35 aus synthetischem Gummi
durch Formgebung ausgebildet und zwar um den Rahmen 41.
Dementsprechend ist es möglich,
den Vorsprung 43 einstückig
mit dem ersten Lippenring 35 auszubilden, indem die Form
bei der Formgebung verändert wird.
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Der
Pumpspalt 37c ist auf der Abdichtfläche 37b ausgebildet,
um das Abdichtvermögen
des zweiten Lippenrings 37 zu verbessern. Der zweite Lippenring 37 lässt sehr
wenig von dem Fluid entweichen, wenn überhaupt, welches während der
Drehung der Antriebswelle 16 hinter den ersten Lippenring 35 entweicht.
Dementsprechend existiert eine relativ große Menge an Fluid zwischen
dem ersten Lippenring 35 und dem zweiten Lippenring 37 während der
Drehung der Antriebswelle 16. Mit anderen Worten tendiert
im Stand der Technik eine relativ große Menge an Fluid dazu, zwischen
der äußeren Endfläche des zweiten
Lippenrings 37 und dem Gehäuse 41 einzutreten.
Daher ist es wichtig, dass der erste Lippenring 35 während der
Drehung der Antriebswelle 16 Fluid entweichen lässt, aber
nicht zuviel Fluid entweichen lässt.
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Die
Wellenabdichtbaugruppe 18 hat den dritten Lippenring 39,
der vorderhalb des zweiten Lippenrings 37 angeordnet ist.
Wenn dementsprechend die Drehung der Antriebswelle 16 angehalten
wird, verhindert der dritte Lippenring 39 das Entweichen von
Fluid, welches zwischen dem ersten Lippenring 35 und dem
zweiten Lippenring 37 zurückbleibt. Mit anderen Worten
läuft das
Fluid zwischen dem zweiten Lippenring 37 und dem Haltering 36 oder
dem Rahmen 41 nicht aus dem Kompressor, nachdem die Drehung
der Antriebswelle 16 angehalten wird. Deshalb ist es wichtig,
dass der erste Lippenring 35 während der Drehung der Antriebswelle 16 Fluid
entweichen lässt,
aber nicht zuviel Fluid entweichen lässt.
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Jenen
die mit dem Stand der Technik vertraut sind, sollte ersichtlich
sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen
Formen ausgebildet sein kann, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen.