EP1662141B1

EP1662141B1 - Axialkolbenverdichter

Info

Publication number: EP1662141B1
Application number: EP20050022276
Authority: EP
Inventors: Otfried Schwarzkopf
Original assignee: Valeo Compressor Europe GmbH
Current assignee: Valeo Compressor Europe GmbH
Priority date: 2004-11-27
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2025-10-12
Also published as: DE502005005604D1; DE102004057367A1; EP1662141A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Axialkolbenverdichter, insbesondere einen Verdichter für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Kompressoren sind beispielsweise aus der DE 196 47 861 , der EP 0 688 953 , der EP 0 838 590 , der EP 0 911 517 , der US 5,704,769 , sowie der US 5,733,107 bekannt. Die vorstehend näher bezeichneten Druckschriften beziehen sich auf Verdichter mit einem nicht variablen Hubvolumen, d.h. der Kippwinkel der die Kolben antreibenden Schrägscheibe ist nicht veränderbar. Weiterhin weisen derartige und insbesondere die in den zitierten Druckschriften beschriebenen Verdichter häufig doppelt oder beidseitig wirkende Kolben auf. Bei solchen Konstruktionen sind üblicherweise das Triebwerk sowie ein dieses umgebender Triebwerksraum in bezug auf die axiale Erstreckung mittig angeordnet. Daran sind in der Regel zu beiden Seiten zwei Zylinderblöcke angeschlossen, in denen jeweils ein Ende der beiden Kolbenenden der Kolben geführt ist. Üblich sind bei diesen Konstruktionen meist drei doppelt wirkende Kolben.
Betrachtet man einen derartigen, doppelt wirkenden Kolben, so ist, wenn sich das eine Kolbenende in seinem zugeordneten Zylinderblock bzw. der zugeordneten Zylinderbohrung in der oberen Totpunktlage befindet, das andere Kolbenende in seinem zugeordneten Zylinderblock bzw. der ihm zugeordneten Zylinderbohrung in der unteren Totpunktlage. Wie bei allen Verdichtern solcher Bauart üblich, werden die Zylinderblöcke, genauer gesagt die Zylinderbohrungen, durch eine Ventilplatten-Baugruppe abgeschlossen, welche in der Regel aus einer Ventilplatte, aus Saugventilen, Druckventilen und Ventilanschlägen besteht.
An die Baugruppe der Ventilplatte wiederum schließt sich ein Zylinderkopf an, der eine Sauggaskammer von einer Druckgaskammer trennt. Aufgrund der erläuterten Verdichterkonstruktion sind Zylinderblock, Ventilplatten-Baugruppe sowie der Zylinderkopf paarweise vorhanden.
Bei den erwähnten Verdichtern gibt es lediglich zwei Drucklagen, nämlich den Druck im Ansaugzustand des Verdichters (Ansaugdruck), sowie den Druck nach dem Verdichtungsvorgang (Verdichtungsdruck). Zwischen diesen beiden Drucklagen gibt es keine weitere Drucklage. Ein im Triebwerk durch Leckagegas (Kolben) verursachter Druck, der größer als der Ansaugdruck (und kleiner als der Verdichtungsdruck) ist, wird durch einen Kurzschluß bzw. eine Verbindung zur Saugseite verhindert.
Bei einem über dem Kippwinkel der Schrägscheibe regelbaren Verdichter hingegen wird der Schrägscheiben-Kippwinkel durch Variation des Drucks im Triebwerksraum verändert. Der Druck im Triebwerksraum kann auf Drücke zwischen dem Hochdruckniveau (d.h. also dem Verdichtungsdruck) und dem Niederdruckniveau (Ansaugdruck) variiert werden.
Die Verdichter gemäß dem Stand der Technik werden meist durch ein aus dem Verdichtergehäuse herausgeführtes Wellenende angetrieben. Hierzu werden beispielsweise Magnetkupplungen und Riemenscheiben verwendet, über die der Verdichter mit der Motordrehzahl antreibbar ist.
Da bei einer Konstruktion basierend auf dem Konzept einer doppelt wirkenden Kolbenanordnung zwei Zylinderköpfe eingesetzt werden müssen, muß durch eine zentrale Bohrung eines Zylinderkopfes die Welle aus dem Verdichtergehäuse geführt werden. Zum Antrieb wird wie bereits vorstehend erwähnt, üblicherweise eine Magnetkupplung eingesetzt. Als Wellenabdichtung werden für das Kältemittel R134a vorrangig Lippendichtungen in ein- bis mehrstufigen Ausführungen eingesetzt. Weiterhin im Gespräch sind Axialgleitringdichtungen, insbesondere verbunden mit dem Wunsch, Leckagen für das Kältemittel R134a weiter zu reduzieren oder auch für die Anwendung von CO₂ als Kältemittel. Anzumerken bleibt an dieser Stelle, daß auch in Verbindung mit CO₂ als Kältemittel Lippendichtungen in der Diskussion sind.
Üblicherweise korrespondiert bei Verdichtern mit einer doppelt wirkenden Kolbenanordnung die Wellenabdichtung, unabhängig davon, welcher Bauart sie ist, mit dem niedrigeren Druckniveau. Dazu ist das Triebwerk inklusive Antriebswelle und Wellenabdichtung mit dem Saugdruck beaufschlagt. Die Beaufschlagung des Triebwerks (trotz eventuell vorhandener Leckagen) mit dem Saugdruck wird, wie bereits vorstehend ausgeführt, durch einen Kurzschluß zwischen Triebwerkskammer und Sauggaskammer erzielt.
Bei den vorstehend näher beschriebenen Verdichtern beinhaltet der die Wellenabdichtung beinhaltende Zylinderkopf etwa in konzentrischer Anordnung eine Wellenabdichtungskammer, sowie eine ringförmige Saugkammer und eine ringförmige Druckkammer.
Im Gegensatz hierzu ist beispielsweise durch den Serienverdichter "DKS-15" der Zexel Corporation eine Konstruktion bekannt, bei der die Wellenabdichtung direkt in der zentral angeordneten Sauggaskammer integriert ist. Dies heißt in anderen Worten, daß die Wellenabdichtungskammer, welche im Zentrum befindlich ist, mit einer ringförmigen Saugkammer zusammenfällt. Demzufolge ist die Druckgaskammer konzentrisch und ringförmig um die Sauggaskammer herum angeordnet.
Eine solche Anordnung ist beispielsweise auch aus der EP 0 838 590 bekannt, während gemäß der DE 196 47 861 , der EP 0 911 517 , der US 5,704,769 und der US 5,733,107 , sowie der EP 0 688 953 eine Aufteilung des Zylinderkopfes in drei Kammern erfolgt.
Ähnliche Verdichterkonstruktionen in bezug auf eine Unterteilung des Zylinderkopfes in zwei Kammern sind beispielsweise aus der EP 1 164 289 , der EP 1 233 180 , der EP 1 239 154 und der DE 102 06 748 bekannt. Bei den in diesen Druckschriften beschriebenen Verdichtern handelt es sich im wesentlichen um hinsichtlich ihres Kolbenhubes regelbare Verdichter, bei denen die Kolben einseitig wirksam sind.
Wie bereits erwähnt, sind die Wellenabdichtungen in der Regel in der zentral liegenden Sauggaskammer angeordnet. Bei Verdichtern, deren Kolbenhub regelbar ist, ist die Wellenabdichtung in der Regel in axialer Erstreckung auf der dem Zylinderkopf gegenüber liegenden Seite angeordnet.
Eine Anordnung der Wellenabdichtung, insbesondere einer mechanischen Axialgleitringdichtung im Zylinderkopf bzw. in der Sauggaskammer hat den Vorteil, daß die Wellenabdichtung einerseits vergleichsweise gut durch das in der Sauggaskammer befindliche Sauggas gekühlt werden kann und andererseits durch den niedrigsten Druck innerhalb des Verdichters beaufschlagt wird (wie dies bei Verdichtern mit ungeregeltem Hub der Fall ist).
Nachteilig an den Gegenständen der EP 1 164 289 , der EP 1 233 180 , der EP 1 239 154 sowie der DE 102 06 748 ist, daß die Ölversorgung der Wellenabdichtung im Betrieb nicht optimal gelöst ist, das Kältemittel vergleichsweise wenig kühlend wirksam werden kann, daß sich die Wellenabdichtung, insbesondere der Dichtspalt, in einer Art Totraum befinden (schlechte Ölzirkulation) und daß bei Verdichterstillstand keine Ölvorlage an den Dichtringen anliegen kann (Öl fließt vom Dichtspalt weg), was bei langen Stillstandszeiten zwangsläufig zu Leckagen führt.
Schließlich sei ergänzend noch auf den Stand der Technik gemäß US 4 229 145 A hingewiesen, die einen beidseitig wirkenden Axialkolbenverdichter beschreibt, wobei die Abdichtung der Antriebswelle durch eine in einer Saug- bzw. Einlaßkammer positionierte Wellenabdichtung realisiert ist. Bei derartigen Verdichtern ist es - wie bereits erwähnt - nachteilig, daß die Ölversorgung der Wellenabdichtung im Betrieb nicht optimal gelöst ist und auch das Kältemittel vergleichsweise wenig kühlend wirksam werden kann. Ferner befindet sich die Wellenabdichtung, insbesondere der Dichtspalt, in einer Art Totraum, was eine schlechte Ölzirkulation mit sich bringt, wobei weiterhin zu berücksichtigen ist, daß bei einem Verdichter-Stillstand keine Ölvorlage an den Dichtringen anliegen kann, da das Öl vom Dichtspalt wegfließt, was bei langen Stillstandszeiten zwangsläufig zu Leckagen führt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter anzugeben, bei welchem die Ölversorgung sowohl bei längeren Stillstandszeiten als auch im Betrieb des Verdichters sowie die Sauggaskühlung der Wellenabdichtung verbessert sind.
Diese Aufgabe wird durch einen Verdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei bevorzugte Weiterentwicklungen und Ausführungsformen in den Unteransprüchen beschrieben sind.
Ein erfindungsgemäßer Verdichter umfaßt ein Gehäuse, einen Zylinderblock, mindestens einen im Zylinderblock axial hin- und herbeweglichen Kolben und einen Zylinderkopf. Eine Sauggaskammer ist im wesentlichen im Zylinderkopf angeordnet, und der Verdichter weist weiterhin einen Sauggaseintritt und eine Antriebswelle auf. Ein wesentlicher Punkt eines erfindungsgemäßen Verdichters ist es, daß die Antriebswelle zwischen der Sauggaskammer und dem Sauggaseintritt nach außen hin abgedichtet ist, und zwar durch eine Wellenabdichtung. Dadurch ist gewährleistet, daß die Ölversorgung der Wellenabdichtung auch bei längeren Stillstandszeiten sowie im Betrieb des Verdichters optimiert ist, da das Öl nicht aus der Kammer herausfließen kann (internes Dichtelement bzw. Ölniveausicherung), während die Sauggaskühlung der Wellenabdichtung ebenfalls ein optimales Niveau erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wellenabdichtung innerhalb einer gesonderten Wellenabdichtungskammer angeordnet, wodurch ein montage- und wartungsfreundlicher (z.B. bei Montage der Wellenabdichtung von außen) Axialkolbenverdichter entsteht. Die Wellenabdichtungskammer ist vorzugsweise zwischen der Saugkammer und dem Sauggaseintritt angeordnet, was einen konstruktiv geringen Aufwand sicherstellt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Umfangswand der Wellenabdichtungskammer und wenigstens einem Teil der darin angeordneten Wellenabdichtung ein Ringraum begrenzt, in den der Sauggaseintritt mündet. Der Ringraum kommuniziert vorzugsweise mit einem Axialspalt zwischen der Stirnseite der Wellenabdichtung und der dieser Stirnseite zugewandten Seitenwand der Wellenabdichtungskammer. Die Breite des Ringraumes und/oder des Axialspaltes beträgt dabei etwa zwischen 1,5 mm und 5,0 mm. Die vorstehend erwähnten Ausführungsformen stellen konstruktiv einfache Varianten eines erfindungsgemäßen Verdichters dar, wobei durch die Tatsache, daß der mittlere Durchmesser der Wellenabdichtungskammer nicht deutlich größer als der mittlere Durchmesser der Wellenabdichtung selbst ist, der Vorteil erzielt wird, daß das im Kältemittelstrom mitgeführte Öl bzw. die im Kältemittelstrom mitgeführte Ölmenge tendenziell größer ist als bei einer relativ weitläufigen Wellenabdichtungskammer. Weiterhin ist die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels vergleichsweise größer und der Kühleffekt durch Turbulenzen und die entsprechend erzwungene Konvektion größer als bei einem Verdichter mit einer größeren Wellenabdichtungskammer.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Zylinderkopf einteilig ausgebildet, was einen geringen Fertigungsaufwand sicherstellt. Einer alternative Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf zweiteilig ausgeführt ist. Dabei können die Bauteile des Zylinderkopfes aus gleichen Werkstoffen, z.B. Aluminium, oder aus unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise aus Aluminium und Stahl, bestehen. Bauteile, die große Kavitäten enthalten, können aus einem festen Werkstoff konstruiert werden (dies ist insbesondere für die Anwendung von CO₂ als Kältemittel von großem Vorteil), während das Bauteil, welches die Wellenabdichtung beinhaltet, aus einem Werkstoff, der eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, ausgebildet ist. Ein möglicher Werkstoff hierfür ist Aluminium, der sich neben seiner guten Wärmeleitfähigkeit auch durch ein geringes Gewicht auszeichnet. Dadurch ist eine hinreichende Wärmeabfuhr an die Umgebung sichergestellt.
Eine mit der Antriebswelle drehfest verbundene Riemenscheibe weist vorzugsweise Strömungselemente auf, die bei einer Drehung derselben eine Luftströmung bewirken, die auf den Zylinderkopf und das die Wellenabdichtung aufnehmende Bauteil des Verdichters, also beispielsweise die Wellenabdichtungskammer, gerichtet sind. Die Riemenscheibe ist dabei an der der Sauggaskammer zugewandten Seite des Verdichters angeordnet. Neben ihrer Funktionalität hinsichtlich des Antriebs des erfindungsgemäßen Verdichters übernimmt die Riemenscheibe demnach eine zweite Funktion, nämlich die, den Verdichter entsprechend zu kühlen. Dadurch wird mit geringen konstruktiven Mitteln eine optimale Wärmeabfuhr erreicht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Wellenabdichtungskammer derart ausgebildet, daß bei einem Stillstand des Verdichters eine Ölvorlage in derselben gehalten wird. Dies stellt eine optimale Ölversorgung sicher, wobei vorzugsweise in der Wellenabdichtungskammer zum Halten der Ölvorlage eine Ölsperrwand und/oder eine Labyrinthdichtung und/oder eine Dichtlippe angeordnet ist bzw. sind. Die Abdichtung im Bereich der Welle ermöglicht eine optimale Ölversorgung, wobei die bevorzugten Ausführungsformen hinsichtlich der Dichtungsart einfach und kostengünstig herstellbar sind.
Die Ölvorlage erreicht bevorzugt mindestens die Unterkante eines Dichtspaltes der Wellenabdichtung. Dies impliziert, daß der in die Wellenabdichtungskammer führende Sauggaseintritt sowie der aus dieser herausführende Sauggasaustritt (in Richtung zur Sauggaskammer) in bezug auf die Einbaulage des Verdichters so angeordnet sind, daß sie sich keinesfalls an der Unterseite der Wellenabdichtungskammer befinden oder so angeordnet sind, daß ein vollständiges Entleeren der Kammer beispielsweise bei Verdichterstillstand ermöglicht wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform liegen sämtliche Öffnungen und Aussparungen der Wellenabdichtungskammer, insbesondere die Öffnungen für die Verbindungen zwischen der Wellenabdichtungskammer und dem Sauggaseintritt bzw. der Wellenabdichtungskammer und der Sauggaskammer oberhalb der Unterkante des Dichtspaltes der Wellenabdichtung. Dadurch wird ein Auslaufen des Öls, das die Ölvorlage bilden soll, insbesondere bei einem Verdichterstillstand, wirkungsvoll verhindert. Die Öffnung in der Wellenabdichtungskammer für die Verbindung zwischen Wellenabdichtungskammer und Sauggaseintritt ist derart angeordnet, daß sie zwischen Unterkante und Oberkante des Dichtspaltes liegt. Dies stellt eine effiziente Kühlung sicher. Bevorzugt liegt die Öffnung für die Verbindung zwischen Wellenabdichtungskammer und Sauggaseintritt mittig zwischen der Unterkante und der Oberkante des Dichtspaltes.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Öffnungen für die Verbindungen zwischen der Wellenabdichtungskammer und dem Sauggaseintritt bzw. der Wellenabdichtungskammer und der Sauggaskammer zudem auf einem unterschiedlichen Niveau in der Wellenabdichtungskammer angeordnet. Auch durch die Anordnung auf unterschiedlicher Höhe wird die Kühlfunktion verbessert. Auch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters fördert eine optimale Kühlfunktion für den Verdichter: In besagter Ausführungsform ist der Sauggaskanal derart ausgebildet, daß aus diesem austretendes Sauggas bzw. das gesamte aus diesem austretende Sauggas hauptsächlich den Bereich des Dichtspaltes der Wellenabdichtung anströmt und/oder um die Wellenabdichtung herumgelenkt wird. Durch eine derartige Konstruktion wird ferner eine Art "Totraum" hinsichtlich der Kühlung vermieden.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, soll die Wellenabdichtung bei einem erfindungsgemäßen Verdichter nicht nur im wesentlichen durch das Sauggas und das mitgeführte Öl gekühlt werden, sondern auch durch eine Wärmeabfuhr nach außen, d.h. also eine Wärmeabfuhr an die Umgebung, welche direkt oder indirekt über die Gehäuseteile erfolgen kann. Dazu ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Zylinderkopf mindestens zweiteilig ausgebildet, wobei zwischen wenigstens zwei Bauteilen des besagten Zylinderkopfes eine thermische Isolierung angeordnet ist, so daß sich im Bereich der Wellenabdichtung ein vergleichsweise kühles Bauteil befindet, das insbesondere aus einem thermisch gut leitenden Werkstoff wie beispielsweise Aluminium hergestellt ist. Die thermische Isolierung umfaßt bevorzugt ein Stahlblech, welches auf einer oder auf beiden Seiten, d.h. also auf einer dem Zylinderblock zugewandten Seite des Stahlblechs und/oder auf einer dem Zylinderblock abgewandten Seite des Stahlblechs elastomerbeschichtet ist.
Die Wellenabdichtung umfaßt in einer besonderen Ausführungsform eine Lippendichtung oder eine Axialgleitringdichtung. Dies stellt eine konstruktiv leicht ausführbare Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters sicher. Ferner sind in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform am Zylinderkopf Kühlrippen angeordnet, welche für eine gute Wärmeabfuhr sorgen.
Zur Erhöhung der Sicherheit ist vorzugsweise in bzw. an der Verbindung zwischen Sauggaseintritt und Wellenabdichtungskammer ein Rückschlagventil angeordnet.
Die Erfindung wird nachfolgend in Hinsicht auf weitere Vorteile und Merkmale beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1: eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters im Querschnitt;
Fig. 2: eine vereinfachte Darstellung der Fig. 1 mit einer vergrößerten Detailansicht einer Wellenabdichtungskammer im Querschnitt entlang einer Schnittebene I-I sowie als schematische Darstellung;
Fig. 3: wiederum eine vereinfachte Darstellung der Fig. 1 mit einer Detaildarstellung eines internen Dichtelements (a) sowie einer Detailansicht einer Lagerung (b) der Antriebswelle (jeweils in Schnittansicht); und
Fig. 4: nochmals eine vereinfachte Schnittansicht eines Verdichters gemäß der Fig. 1 mit einer Detailansicht der Wellenabdichtungskammer (im Querschnitt, entlang einer Schnittebene I-I (a)), sowie eine schematische Ansicht der Wellenabdichtung (b) .

Wie beispielsweise der Fig. 1 zu entnehmen ist, weist die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdichters 1 ein Gehäuse 2, einen Zylinderblock 3 und einen Zylinderkopf 4 auf. Im Zylinderblock 3 sind sieben Kolben (nicht dargestellt) axial hin- und herbewegbar gelagert. Eine Sauggaskammer 5 ist im wesentlichen im Zylinderkopf 4 angeordnet und steht mit einem Sauggaseintritt 6 in Verbindung. Der Verdichter wird über eine Riemenscheibe 12 mittels einer Antriebswelle 7 angetrieben. Bei dem vorliegenden Verdichter handelt es sich um einen Verdichter mit variablem Kolbenhub, wobei der Kolbenhub durch eine Druckdifferenz, die zwischen Sauggasseite und einer Triebwerkskammer 7a herrscht, geregelt wird. Je nach der Größe der Druckdifferenz wird eine Schwenk- bzw. Schrägscheibe 7b mehr oder weniger aus ihrer vertikalen Lage ausgelenkt bzw. verschwenkt. Je größer der daraus resultierende Schwenkwinkel ist, desto größer ist der Kolbenhub, und dementsprechend wird ein um so höherer Druck an der Auslaßseite des Verdichters (DP) zur Verfügung gestellt.
Eine Abdichtung der Antriebswelle nach außen erfolgt durch eine Wellenabdichtung 8, wobei besagte Wellenabdichtung 8 zwischen der Sauggaskammer 5 und dem Sauggaseintritt 6 innerhalb einer gesonderten Wellenabdichtungskammer 9 angeordnet ist. Die Wellenabdichtungskammer 9 ist in ihren gesamten Abmessungen zwischen der Sauggaskammer 5 und dem Sauggaseintritt 6 angeordnet. Zwischen einer Umfangswand der Wellenabdichtungskammer 9 und der darin angeordneten Wellenabdichtung 8 ist ein Ringraum 10 begrenzt, in den der Sauggaseintritt 6 mündet. Der Ringraum 10 ist dabei mit einem Axialspalt 11 versehen, welcher zwischen einer Stirnseite der Wellenabdichtung 8 und der dieser Stirnseite zugewandten Seitenwand der Wellenabdichtungskammer 9 angeordnet ist. Die Breite des Ringraums 10 bzw. des Axialspaltes 11 beträgt in etwa 3,0 mm, wobei an dieser Stelle festzuhalten ist, daß eine Breite von etwa 1,5 mm und 5,0 mm die Strömungsverhältnisse im Kompressor günstig beeinflussen kann.
Der Zylinderkopf 4 der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist zweiteilig ausgebildet und setzt sich aus zwei Bauteilen 4a und 4b sowie einer Isolierung 16 zusammen. Dadurch wird erreicht, daß Teile, die einer hohen Belastung unterliegen bzw. einem hohen Druck ausgesetzt sind, aus einem entsprechend zähen Werkstoff (Stahl) gefertigt sind (Teil 4b), während Teile, die geringeren Belastungen unterliegen (Teil 4a), dafür aber für die Wärmeabfuhr optimiert sind, aus einem leichteren, thermisch gut leitfähigen Werkstoff (Aluminium) gebildet sind. Die beiden Teile sind durch die thermische Isolierung 16 voneinander getrennt. Diese besteht aus einem Stahlblech, das in etwa eine Dicke von 0,3 mm aufweist und beidseitig elastomerbeschichtet ist. Selbstverständlich sind auch Stahlbleche denkbar, die nur einseitig elastomerbeschichtet sind. Wenn von beiden Seiten die Rede ist, so sind die beiden Seiten gemeint, die dem Zylinderblock 3 zugewandt bzw. dem Zylinderblock 3 abgewandt sind. Wie erwähnt ist das Bauteil 4a, welches die Wellenabdichtung 8 aufnimmt, wegen der benötigten guten Wärmeableitung aus Aluminium gefertigt, während das Bauteil 4b, welches die Sauggaskammer 5 und vor allem den Druckgasauslaß (DP) beherbergt, aus Stahl gefertigt ist.
Die Antriebswelle 7 ist mit der Riemenscheibe 12 drehfest verbunden, wobei die Riemenscheibe 12 an der der Sauggaskammer 5 zugewandten Seite des Verdichters 1 angeordnet ist. Die Riemenscheibe weist Strömungselemente 31 auf, die bei Drehung derselben eine auf den Zylinderkopf 4, d.h. also insbesondere auf das Bauteil 4a des Zylinderkopfes, welches die Wellenabdichtung umfaßt, gerichtete Luftströmung (angedeutet durch die Pfeile 32a und 32b) bewirken.
Die Wellenabdichtungskammer 9 ist derart ausgebildet, daß bei einem Stillstand des Verdichters 1 eine Ölvorlage 14 in der Wellenabdichtungskammer 9 gehalten wird (vgl. hierzu Fig. 2). Aus der schematischen Darstellung in Fig. 2 ist ferner ersichtlich, daß in einer Verbindung 33 zwischen Sauggaseintritt 6 und Wellenabdichtungskammer 9 ein Rückschlagventil 15 angeordnet ist. Die Verbindung zwischen Wellenabdichtungskammer 9 und Sauggaskammer 5 ist mit dem Bezugszeichen 34 gekennzeichnet.
Wie aus Fig. 3, insbesondere aus der Detailzeichnung (a) in der Figur 3 ersichtlich ist, ist an der Antriebswelle 7 eine Dichtlippe 17 angeordnet, welche die Triebwerkskammer gegen die mit Saugdruck beaufschlagten Bauteile des Verdichters abdichtet. An die Dichtlippe 17 anschließend ist ferner ein Lager 35 (vgl. auch Fig. 3 (b))angeordnet.
Die Ölvorlage in der Wellenabdichtungskammer 9 übersteigt, wie aus Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 4 (insbesondere Fig. 4 (a)) ersichtlich ist, eine Unterkante 36 eines Dichtspaltes der Wellenabdichtung 8. Im Detail ist die Entstehung des besagten Spaltes in Fig. 4 dargestellt. In einer vereinfachten Darstellung besteht die Dichtungs- bzw. Dichtringgeometrie aus einem Ring 38, der mit dem Zylinderkopf 4 verbunden ist, und einem Ring 39, der mit der Welle rotiert und mit einer Feder vorgespannt ist. Aus der Detailzeichnung der Kammer 9 in Fig. 4 sind die Unterkante 36 des Dichtspaltes sowie auch die Oberkante 37 des Dichtspaltes ersichtlich. Ferner sind die Verbindungen 33 und 34 eingezeichnet, wobei die Verbindung 33 wie bereits vorstehend erwähnt diejenige zwischen Wellenabdichtungskammer 9 und Sauggaseintritt 6 ist, und die Verbindung 34 diejenige zwischen Wellenabdichtungskammer 9 und der Sauggaskammer 5 ist. Zum sicheren Halten der Ölvorlage sind die in der Wellenabdichtungskammer 9 angeordneten Öffnungen für die Verbindungen 33 und 34 oberhalb der Unterkante 36 des Dichtspaltes der Wellenabdichtung 8 angeordnet. Die Öffnung für die Verbindung 33 ist derart angeordnet, daß sie mittig zwischen Unterkante 36 und Oberkante 37 des Dichtspaltes liegt. Um ideale Strömungsverhältnisse und eine ideale Kühlwirkung zu haben, sind die Öffnungen für die Verbindungen 33 und 34, die in der Wellenabdichtungskammer 9 angeordnet sind, auf einem unterschiedlichen Niveau in der Wellenabdichtungskammer 9 angeordnet (vgl. hierzu wiederum Fig. 4 (a)). Der Sauggaskanal 13 ist ferner derart ausgebildet, daß das Sauggas, das aus dem Sauggaskanal austritt, einerseits den Bereich des Dichtspaltes der Wellenabdichtung 8 anströmt und andererseits um die Wellenabdichtung 8 herumgelenkt wird. Dies stellt ideale Strömungsverhältnisse sicher. Letztendlich sei noch angemerkt, daß am Zylinderkopf 4 Kühlrippen 30 angeordnet sind.
Obwohl die Erfindung anhand einer Ausführungsform mit fester Merkmalskombination beschrieben wird, umfaßt sie doch auch die denkbaren weiteren vorteilhaften Kombinationen dieser Merkmale, wie sie insbesondere, aber nicht erschöpfend, durch die Unteransprüche angegeben sind. Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Bezugszeichenliste

1: Verdichter
2: Gehäuse
3: Zylinderblock
4: Zylinderkopf
4a: Bauteil des Zylinderkopfes 4, das die Wellenabdichtung umfaßt
4b: Bauteil des Zylinderkopfes 4, das die Sauggaskammer und den Auslaß für Druckgas (DP) umfaßt
5: Sauggaskammer
6: Sauggaseintritt
7: Antriebswelle
7a: Triebwerkskammer
7b: Schwenkscheibe
8: Wellenabdichtung
9: Wellenabdichtungskammer
10: Ringraum
11: Axialspalt
12: Riemenscheibe
13: Sauggaskanal
14: Ölvorlage
15: Rückschlagventil
16: Isolierung
17: Dichtlippe
30: Kühlrippe
31: Strömungselemente
32a: Pfeil
32b: Pfeil
33: Verbindung Wellenabdichtungskammer 9 - Sauggaseintritt 6
34: Verbindung Wellenabdichtungskammer 9 - Sauggaskammer 5
35: Lager
36: Unterkante Dichtspalt
37: Oberkante Dichtspalt
38: Ring
39: Ring

Claims

Axialkolbenverdichter (1) mit einem Gehäuse (2), einem Zylinderblock (3), mindestens einem im Zylinderblock (3) axial hin- und herbeweglichen Kolben, einem Zylinderkopf (4), einer im wesentlichen im Zylinderkopf (4) angeordneten Sauggaskammer (5), die mit einem Sauggaseintritt (6) in den Verdichter in Verbindung steht, und mit einer Antriebswelle (7),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebswelle (7) zwischen der Sauggaskammer (5) und dem Sauggaseintritt (6) nach außen hin durch eine Wellenabdichtung (8) abgedichtet ist ,wobei die Wellenabdichtung (8) innerhalb einer gesonderten Wellenabdichtungskammer (9) angeordnet ist, und daß zwischen der Umfangswand der Wellenabdichtungskammer (9) und wenigstens einem Teil der darin angeordneten Wellenabdichtung (8) ein Ringraum (10) begrenzt ist, in den der Sauggaseintritt (6) mündet.
Verdichter (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Wellenabdichtungskammer (9) zwischen der Sauggaskammer (5) und dem Sauggaseintritt (6) angeordnet ist.
Verdichter (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Wellenabdichtungskammer (9) und die Sauggaskammer (5) in axialer Erstreckung der Verdichterlängsachse hintereinander bzw. aneinandergereiht angeordnet sind.
Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der oder ein Ringraum (10) mit einem Axialspalt (11) zwischen einer Stirnseite der Wellenabdichtung (8) und der dieser Stirnseite zugewandten Seitenwand der Wellenabdichtungskammer (9) kommuniziert.
Verdichter (1) nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Breite des Ringraumes (10) und/oder Axialspaltes (11) etwa zwischen 1,5 mm und 5,0 mm beträgt.
Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Zylinderkopf (4) einteilig ausgebildet ist.
Verdichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Zylinderkopf (4) mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet ist.
Verdichter (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Bauteil, welches die Wellenabdichtung (8) umfaßt bzw. aufnimmt, aus einem Werkstoff, der eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet ist.
Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine mit der Antriebswelle (7) drehfest verbundene Riemenscheibe (12), die an der der Sauggaskammer (5) zugewandten Seite des Verdichters (1) angeordnet ist, und die Strömungselemente (31) aufweist, die bei Drehung der Riemenscheibe (12) eine auf den Zylinderkopf (4) und das die Wellenabdichtung (8) aufnehmende Bauteil des Verdichters (1) gerichtete Luftströmung (32a, 32b) bewirkt.
Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Wellenabdichtungskammer (9) derart ausgebildet ist, daß bei Stillstand des Verdichters (1) eine Ölvorlage (14) in der Wellenabdichtungskammer (9) gehalten wird.
Verdichter (1) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Wellenabdichtungskammer (9) zum Halten der Ölvorlage (14) eine Ölsperrwand und/oder eine Labyrinthdichtung und/oder eine Dichtlippe (17) aufweist.
Verdichter (1) nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ölvorlage (14) mindestens die Unterkante (36) eines Dichtspaltes der Wellenabdichtung (8) erreicht.
Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
sämtliche Öffnungen und Aussparungen der Wellenabdichtungskammer (9), insbesondere die Öffnungen für die Verbindungen (33, 34) zwischen Wellenabdichtungskammer (9) und Sauggaseintritt (6) bzw. Wellenabdichtungskammer (9) und Sauggaskammer (5) oberhalb der Unterkante (36) des bzw. eines Dichtspaltes der Wellenabdichtung (8) angeordnet sind.
Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnung für die Verbindung (33) zwischen Wellenabdichtungskammer (9) und Sauggaseintritt (6) derart in der Wellenabdichtungskammer angeordnet ist, daß sie zwischen Unterkante (36) und Oberkante (37) des Dichtspaltes liegt.
Verdichter (1) nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnung für die Verbindung (33) mittig zwischen Unterkante (36) und Oberkante (37) des Dichtspaltes liegt.
Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnungen für die Verbindungen (33, 34) zwischen Wellenabdichtungskammer (9) und Sauggaseintritt (6) bzw. Wellenabdichtungskammer (9) und Sauggaskammer (5) auf einem unterschiedlichen Niveau in der Wellenabdichtungskammer (9) angeordnet sind.
Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Sauggaskanal (13) derart ausgebildet ist, daß das aus demselben austretende Sauggas hauptsächlich den/einen Bereich des/eines Dichtspaltes der Wellenabdichtung (8) anströmt und/oder um die Wellenabdichtung (8) herumgelenkt wird.
Verdichter (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen wenigstens zwei Bauteilen des Zylinderkopfes (4) eine thermische Isolierung (16) angeordnet ist.
Verdichter (1) nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß
die thermische Isolierung (16) ein Stahlblech umfaßt, welches auf einer oder auf beiden Seiten, d.h. auf einer dem Zylinderblock (3) zugewandten Seite und/oder auf einer dem Zylinderblock (3) abgewandten Seite, elastomerbeschichtet ist.
Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Wellenabdichtung (8) eine Lippendichtung oder eine Axialgleitringdichtung umfaßt.
Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
am Zylinderkopf (4) Kühlrippen (30) angeordnet sind.
Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
in bzw. an der Verbindung (33) von Sauggaseintritt (6) und Wellenabdichtungskammer (9) ein Rückschlagventil (15) angeordnet ist.