EP2764248B1

EP2764248B1 - Verdichter mit druckentlastungsnut

Info

Publication number: EP2764248B1
Application number: EP12773223.8A
Authority: EP
Inventors: Michael Krug; Jan Hinrichs
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: KR20140105434A; CN103842653B; EP2764248A2; US9273590B2; DE112012004151A5; CN103842653A; WO2013050114A3; US20160176266A1; US20140196683A1; DE102011114904A1; WO2013050114A2; US9744831B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter mit einem Druckraum, der durch mindestens zwei Gehäuseteile abgegrenzt ist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen solchen Verdichter für die Verwendung in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges.
Verdichter dieser Art sind bekannt. Ihr Druckraum wird durch mindestens zwei Gehäuseteile abgegrenzt, welche mittels einer Verbindungseinrichtung verbunden werden, die eine Anpresskraft zwischen den Dichtflächen aufbringt.
Aus der DE 102 31 211 A1 ist ein derartiger Verdichter bekannt, bei dem mehrere den Druckraum bildende Gehäuseteile miteinander verschraubt sind. Eine Verschraubung von Gehäuseteilen ist eine einfache und kostengünstige Möglichkeit der Verbindung der druckbeaufschlagten Gehäuseteile. Bekannte Verdichter sind allerdings häufig derart gestaltet, dass sie im Betrieb oder im Falle einer Fehlfunktion mit hohen Innendrücken beaufschlagt werden, was eine großzügige und Bauraum verbrauchende Gestaltung der Schraubverbindungen zur Verbindung der Gehäuseteile erforderlich macht, um die Möglichkeit einer unerwünschten Ablösung eines Gehäuseteils auszuschließen.
Aus der EP 1 297 256 B1 ist eine Sicherheitseinrichtung für Verdichter bekannt, die eine Vermeidung von Drücken, welche die Festigkeit der Verbindungseinrichtung zwischen den Gehäuseteilen überfordern würde, ermöglicht. Diese Sicherheitseinrichtung erfordert jedoch den Einbau zusätzlicher Bauteile in den Verdichter und zieht somit eine Vergrößerung des benötigten Bauraums und Gewichts nach sich.
Das Dokument US 2002 / 076342 offenbart einen Verdichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Verdichter bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Zu bevorzugende Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bietet den Vorteil, dass mit einer verhältnismäßig einfachen Sicherheitseinrichtung der Höchstdruck, gegen den eine Verbindungseinrichtung eine Anpresskraft zwischen den Gehäuseteilen aufbringen muss, vorbestimmt werden kann. Dadurch ist es möglich, die Verbindungseinrichtung kleiner zu dimensionieren, als bei bekannten Verdichtern unter gleichen Einsatzbedingungen, wodurch Kosten- und Bauraumvorteile entstehen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verdichter mit einem Druckraum vorgeschlagen, der durch mindestens zwei Gehäuseteile abgegrenzt ist und insbesondere für die Verwendung in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges vorgesehen bzw. geeignet ist. Dabei weisen die Gehäuseteile Dichtflächen auf, welche mittels einer Verbindungseinrichtung verbunden werden, die eine Anpresskraft zwischen den Dichtflächen aufbringt. In mindestens einer Dichtfläche wenigstens eines Gehäuseteils ist dabei wenigstens eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut angeordnet. Zusätzlich ist wenigstens eine Entlastungsöffnung an diesem mindestens einen Gehäuseteil angeordnet, welche diese Nut mit der Umgebung des Gehäuses verbindet, wobei die wenigstens eine Entlastungsöffnung von der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut ausgeht, und wobei die Nut so angeordnet ist, dass sich bei Überschreiten eines vorbestimmten Höchstdrucks im Druckraum das Druck aufbauende Medium, insbesondere ein Kühlmittel, in der Nut sammeln und zumindest teilweise durch die Entlastungsöffnung entweichen kann.
Im Folgenden wird die Erfindung in Bezug auf einen Verdichter für die Verwendung in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges beschrieben, insbesondere in einem elektrisch oder mittels Hybridantrieb betriebenen Kraftfahrzeug. Die Erfindung ist aber auch in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor anwendbar. Ferner kann die Erfindung auch in Klimaanlagen bei stationären Anwendungen, insbesondere Gebäuden, oder für druckbeaufschlagte Gehäuse bei anderen Anwendungen eingesetzt werden.
In der DE 198 07 691 A1 wird ein Kompressor mit mindestens zweiteiligem Gehäuse für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs offenbart, welcher eine Dichtungseinrichtung aufweist, die in die Fläche eines zweiten Gehäuseteils eingebracht ist. Um radial nach außen auf einen dünnwandigeren Wandbereich wirkende Druckkräfte zu vermeiden, weist diese Dichtungseinrichtung eine Nut auf, in die ein Dichtring eingelegt ist. Durch die Dichtungseinrichtung wird sichergestellt, dass der im Druckraum gegebene Druck nicht den dünnwandigeren Wandbereich erreichen kann. Zur Sicherheit ist in diesem Wandbereich noch eine Entlastungsbohrung vorgesehen, über die unter den zweiten Wandbereich gelangendes Kühlmittel an die Umgebung austreten kann.
Ein in dieser Druckschrift offenbarter Kompressor weist damit keine von einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut ausgehende Entlastungsöffnung auf, sondern lediglich eine Entlastungsbohrung, die von einer Nut beabstandet ist. Bei einem erfindungsgemäßen Verdichter geht eine Entlastungsöffnung direkt von einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut aus, sodass in der gesamten in Umfangsrichtung verlaufenden Nut im Wesentlichen der Druck der Umgebung des Verdichters herrscht.
Damit weist ein erfindungsgemäßer Verdichter gegenüber dem Kompressor nach der DE 198 07 691 A1 den Vorteil auf, dass eine, bezogen auf eine Längsachse des Verdichters, axiale Druckkraft zwischen zwei Gehäuseteilen begrenzt werden kann, wohingegen in einem Kompressor nach der DE 198 07 691 A1 lediglich eine radiale Druckkraft vermieden wird. Diese Begrenzung der axialen Druckkraft ermöglicht insbesondere eine kleinere Dimensionierung einer Verbindungseinrichtung zwischen Gehäuseteilen, ohne dass eine benötigte minimale Anpresskraft zwischen den Gehäuseteilen zur Aufrechterhaltung eines Druckraums im inneren des Verdichters unterschritten wird.
Ferner weist ein erfindungsgemäßer Verdichter den Vorteil auf, dass die in Umfangsrichtung verlaufende Nut insbesondere keine Dichtungsfunktion aufweisen muss, und so hinsichtlich ihrer Funktion einer Druckminderung optimiert ausgebildet sein kann.
Unter einem Verdichter im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zu verstehen, mittels welcher Kühlmittel einer Klimaanlage, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, komprimiert - also verdichtet - werden kann. Ein solcher, auch halbhermetisch genannter, Verdichter weist dabei vorzugsweise eine Kolbeneinrichtung auf, welche mittels einer Welle angetrieben wird, um das Kühlmittel zu verdichten. Bevorzugt ist diese Welle komplett innerhalb des Gehäuses des Verdichters gelagert. Die Kolbeneinrichtung ist in einem Gehäuse des Verdichters angeordnet, welches mehrere Gehäuseteile, bevorzugt zumindest einen Gehäusetopf und einen Gehäusedeckel, aufweist. Diese Gehäuseteile grenzen einen Druckraum des Verdichters ab. Dazu sind an denjenigen Bereichen der Gehäuseteile, welche einander berühren, Dichtflächen angeordnet, welche - vermittelt durch eine Verbindungseinrichtung - eine ausreichend hohe Anpresskraft zueinander aufbringen, um den Druckraum bei normalem Betriebsdruck gegen die Umgebung des Verdichters abzugrenzen. Bevorzugt sind die Dichtflächen planar ausgebildet.
Unter einem Druckraum im Sinne der Erfindung ist ein durch Gehäuseteile abgegrenztes Volumen zu verstehen, innerhalb dessen bevorzugt eine Kolbeneinrichtung eines Verdichters angebracht ist. Der Druckaufbau im Druckraum erfolgt dabei mittels Kompression eines Druck aufbauenden Mediums, insbesondere des Kühlmittels des Verdichters, durch die Kolbeneinrichtung des Verdichters.
Unter Gehäuseteilen im Sinne der Erfindung sind diejenigen Teile zu verstehen, die in ihrer Gesamtheit das Gehäuse des Verdichters bilden, welches den Druckraum gegen die Umgebung, insbesondere hinsichtlich der Durchlässigkeit von Kühlmittel, abgrenzt. Bevorzugt besteht ein Verdichtergehäuse aus zwei oder mehreren Gehäuseteilen. Die Grenzflächen der einzelnen Gehäuseteile gegeneinander weisen Dichtflächen auf.
Unter einer Dichtfläche eines Gehäuseteils im Sinne der Erfindung ist eine Fläche eines Gehäuseteils zu verstehen, welche mit einer korrespondierenden Dichtfläche eines anderen Gehäuseteiles derart benachbart anliegt, dass bei Verbindung der beiden Dichtflächen mittels einer Verbindungseinrichtung ein ausreichend großer Anpressdruck zwischen beiden Dichtflächen aufgebracht werden kann, dass das druckbeaufschlagte Medium im Druckraum, bevorzugt das Kühlmittel, bis zum Erreichen eines beispielsweise durch die Gestaltung des Verdichters vorbestimmten Höchstdrucks am Entweichen gehindert wird.
Unter einer Verbindungseinrichtung ist im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zu verstehen, mittels welcher eine Anpresskraft zwischen den Dichtflächen der Gehäuseteile des Verdichters aufgebracht werden kann. Eine Verbindungseinrichtung weist bevorzugt mehrere Verbindungselemente auf, durch welche das Aufbringen der Anpresskraft zwischen den Dichtflächen erfolgt. Druckbeaufschlagbare Gehäuse, welche Gehäuseteile aufweisen, welche durch lösbare Verbindungselemente verbunden werden, werden als halbhermetische Gehäuse bezeichnet.
Unter einer Anpresskraft zwischen den Dichtflächen von Gehäuseteilen ist im Sinne der Erfindung eine Kraft zu verstehen, welche der wechselseitigen Entfernung einzelner Gehäuseteile voneinander unter dem Einfluss des druckbeaufschlagten Mediums im Druckraum entgegenwirkt. Die aus der, von der Verbindungseinrichtung erzeugten, Anpresskraft resultierende Flächenpressung in einer Dichtfläche des Verdichters ist vorzugsweise mehr als doppelt so groß wie die dieser Flächenpressung entgegen wirkende Kraft, welche durch Anliegen des maximalen Betriebsdrucks zwischen den verbundenen Gehäuseteilen erzeugt wird. Die Anpresskraft bewirkt insbesondere auch, dass das druckbeaufschlagte Medium, insbesondere Kühlmittel, nicht zwischen den Gehäuseteilen entweichen kann.
Unter einem Höchstdruck im Druckraum des Verdichters ist im Sinne der Erfindung derjenige Druck zu verstehen, bei dessen Anliegen im Druckraum die Verbindungseinrichtung des Verdichters gerade noch in der Lage ist, mit einer vorbestimmten Sicherheit, insbesondere einer Reserve an Anpresskraft, eine ausreichende Anpresskraft zwischen den Dichtflächen der Gehäuseteile sicherzustellen. Diese ist nötig, um den durch den Höchstdruck vermittelten Kräften zum Lösen der Verbindung zwischen den Dichtflächen entgegenzuwirken und so druckbeaufschlagtes Medium, insbesondere Kühlmittel, bis zum Erreichen des Höchstdrucks am Entweichen zu hindern.
Unter einer in einer Dichtfläche eines Gehäuseteils in Umfangsrichtung verlaufenden Nut ist im Sinne der Erfindung eine Nut zu verstehen, welche ein Volumen ausnimmt, das sich aus der Dichtfläche, bevorzugt der Ebene der Dichtfläche, in das zur Dichtfläche gehörige Gehäuseteil erstreckt, wobei der Oberflächenbereich, in dem sich die Nut erstreckt, in Umfangsrichtung zwischen einer inneren, die Dichtfläche abschließenden Randkontur und einer äußeren, die Dichtfläche abschließenden Randkontur verläuft. Die Nut ist dabei derart gestaltet, dass sich das bei Überschreiten des Höchstdrucks aus dem Druckraum austretende, Druck aufbauende Medium in der Nut sammeln und zumindest teilweise durch eine Entlastungsöffnung entweichen kann. Der Nutdurchmesser muss dabei derart ausgelegt werden, dass Gehäuseteile bei maximalem Betriebsdruck nicht bis zur Nut auseinander klaffen können.
Unter einer Entlastungsöffnung im Sinne der Erfindung ist eine Öffnung zu verstehen, welche eine Verbindung von der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut bis hin zur Umgebung des Verdichters herstellt. Die Entlastungsöffnung ist dabei als ein zur Führung von Druck aufbauendem Medium fähiger Kanal ausgebildet, welcher zum Zwecke der Druckentlastung aus Gehäuseteilen oder der Verbindungseinrichtung ausgenommen wurde, oder als ein Volumen, welches ohnehin in Ausnehmungen zur Durchführung von Elementen der Verbindungseinrichtung angeordnet ist. Eine Entlastungsöffnung, bevorzugt deren radial inneres Ende, geht von der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut aus, wobei im Sinne der Erfindung unter "ausgehen" zu verstehen ist, dass eine Entlastungsöffnung nicht von der Nut beabstandet ist, insbesondere einer der Kanäle oder Ausnehmungen der Entlastungsöffnung im vorliegenden Sinne.
Unter der Umgebung des Gehäuses ist im Sinne der Erfindung ein Bereich zu verstehen, welcher im Wesentlichen mit Atmosphärendruck beaufschlagt ist, bevorzugt ein Bereich, welcher durch die normalen Umgebungsbedingungen im Verbauraum einer Klimaanlage, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, gekennzeichnet ist.
Unter einer Druckeinwirkung, insbesondere unter einer Einwirkung eines Drucks nahe dem Höchstdruck, können sich die Verbindungselemente einer Verbindungseinrichtung des Verdichters ausdehnen, wobei die Dichtflächen auf ihrer dem Druckraum zugewandten Seite auseinander klaffen können. Dabei verbleibt das gesamte druckbeaufschlagte Medium im Druckraum, solange der Druck nicht den Höchstdruck überschreitet. Bei Annäherung an diesen Höchstdruck vergrößert sich durch das Auseinanderklaffen der Gehäuseteile der druckbeaufschlagte Anteil der Dichtflächen und damit die der Anpresskraft entgegen wirkende Kraft auf die Verbindungseinrichtung.
Um die druckbeaufschlagte Fläche auf ein definiertes Maß zu begrenzen, wird in wenigstens eine Dichtfläche eines Gehäuseteils eine erfindungsgemäße, in Umfangsrichtung verlaufende Nut eingebracht und mit der Umgebung des Verdichters über eine Entlastungsöffnung in Verbindung gebracht, so dass eine Druckentlastung stattfinden kann, sobald die Gehäuseteile an ihren Dichtflächen bis zur Position der erfindungsgemäßen Nut auseinander klaffen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verdichters weist dessen Verbindungseinrichtung mehrere Verbindungselemente auf. Vorzugsweise ragen diese Verbindungselemente durch Ausnehmungen in den Dichtflächen der zu verbindenden Gehäuseteile. Die Mittelpunkte dieser Ausnehmungen sind vorzugsweise im Wesentlichen in gleichen Abständen von derjenigen Randkontur der Dichtfläche angeordnet, die dem Druckraum zugewandt ist.
Unter Verbindungselementen im Sinne der Erfindung sind dabei Elemente zu verstehen, mittels welchen eine Anpresskraft zwischen den Dichtflächen verschiedener Gehäuseteile aufgebracht werden kann. Bevorzugt sind die Verbindungselemente als Schrauben oder als Bolzen ausgebildet und ragen durch Ausnehmungen, welche in den Dichtflächen der zu verbindenden Gehäuseteile angeordnet sind. In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Verbindungselemente beispielsweise als Klammern ausgebildet, welche an dafür vorgesehenen und bevorzugt ausgebildeten Koppelbereichen auf der umgebungszugewandten Seite der zu verbindenden Gehäuseteile angebracht werden. Um die nötige Anpresskraft aufzubringen sind diese Klammern vorzugsweise mit entsprechenden Federeigenschaften ausgebildet.
Unter Ausnehmungen in den Dichtflächen der zu verbindenden Gehäuseteile sind im Sinne der Erfindung Ausnehmungen zu verstehen, welche sich von der Oberfläche einer Dichtfläche in oder durch ein Gehäuseteil erstrecken. Bevorzugt sind diese Ausnehmungen als Nuten oder Bohrungen ausgeführt, besonders bevorzugt als Durchgangsbohrungen oder Sackbohrungen. Im Falle einer Verwendung von Schrauben als Verbindungselemente können die Ausnehmungen auch ein Innengewinde aufweisen, welches zur Verschraubung mit einer Schraube geeignet ist. Im Falle einer Verwendung von Bolzen als Verbindungselemente können die Ausnehmungen auch Passungen aufweisen, welche dazu geeignet sind, eine Ausnehmung mit einem verwendeten Bolzen zu verstiften.
Weitere besonders bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verdichters unterscheiden sich voneinander insbesondere dadurch, dass die mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut, bezogen auf die Ausnehmungen, und bevorzugt deren Mittelpunkte, für die Verbindungselemente, entweder einen gleichbleibend größeren oder einen gleichbleibend kleineren oder einen im Wesentlichen gleichbleibend identischen oder einen variablen Abstand zum Gehäuseinneren aufweist.
In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verdichters ist die Entlastungsöffnung durch wenigstens einen Entlastungskanal in wenigstens einer der Dichtflächen gebildet, wobei sich dieser Entlastungskanal von der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut bis zur Umgebung des Verdichters erstreckt.
Unter einem Entlastungskanal im Sinne der Erfindung ist dabei ein Kanal zu verstehen, welcher von der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut in einer Dichtfläche ausgeht und geeignet ist, ein Medium aus dem Druckraum, insbesondere Kühlmedium, von der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut unmittelbar oder mittelbar an die Umgebung abzuführen. Insbesondere ist eine Abführung von der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut durch den Entlastungskanal zu einem oder mehreren weiteren Entlastungskänalen, zu einer Ausnehmung für ein Verbindungselement oder weiteren, mit der Umgebung verbundenen, Volumen oder direkt in die Umgebung des Verdichters vorgesehen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung wird die Entlastungsöffnung durch wenigstens einen Entlastungskanal in wenigstens einer der Dichtflächen gebildet, wobei dieser Entlastungskanal von der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut bis zu einer Ausnehmung für ein Verbindungselement verläuft.
Dazu ist in einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verdichters vorgesehen, dass wenigstens eines der Verbindungselemente derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das in der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut angesammelte Medium in die Umgebung des Verdichters entweichen kann. Bevorzugt ist bei einer Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung als Schraubverbindung ein Entweichen des Mediums durch mindestens eine Durchgangsausnehmung in mindestens einem Gehäuseteil und eine Nut in diesem Gehäuseteil, bevorzugt in Richtung des Schraubenkopfes vorgesehen. Bei Verwendung einer Passverbindung hingegen ist ein Entweichen des Mediums über eine Nut in mindestens einem zur Verstiftung verwendeten Bolzen oder in mindestens einer der Ausnehmungen des Gehäuseteils, welche mit Bolzen verstiftet werden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verdichters weist die Entlastungsöffnung wenigstens einen Entlastungskanal auf, welcher sich von wenigstens einer der Ausnehmungen für Verbindungselemente, insbesondere Durchgangsbohrungen, wenigstens eines der Gehäuseteile bis zur Umgebung des Verdichters erstreckt. Ein derartiger Entlastungskanal ist insbesondere dann vorgesehen, wenn sich die in Umfangsrichtung verlaufende Nut in einem im Wesentlichen identischen Abstand zum Gehäuseinneren wie die entsprechende Durchgangsbohrung befindet, wobei die Nut in mindestens eine Durchgangsausnehmung mündet.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verdichters ist in der, in Umfangsrichtung verlaufenden, Nut wenigstens ein Dichtelement angeordnet. In diesem Fall ist die Nut vorzugsweise nahe am Druckraum des Verdichters angeordnet.
Unter einem Dichtelement im Sinne der Erfindung ist ein Element zu verstehen, welches im Falle eines Eintritts von druckbeaufschlagtem Medium in die in Umfangsrichtung verlaufende Nut bis zu einem vorbestimmen Höchstdruck vorgesehen ist, um ein Austreten des druckbeaufschlagten Mediums, insbesondere eines Kühlmittels, bevorzugt eines CO₂-haltigen Kühlmittel oder CO₂, zu verhindern.
Beispielhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verdichters ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen in Zusammenhang mit den Figuren, welche im Einzelnen zeigen:

Fig. 1:: eine beispielhafte Ausführung der Dichtfläche eines Gehäuseteils eines erfindungsgemäßen Verdichters;
Fig. 2:: einen Verdichter nach dem Stand der Technik bei Höchstdruck;
Fig. 3:: eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verdichters mit Entlastungsnut bei Betriebsdruck;
Fig. 4:: die beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verdichters mit Entlastungsnut aus Fig. 3 bei Höchstdruck;
Fig. 5:: eine weitere beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verdichters mit Entlastungsnut bei Höchstdruck;
Fig. 6:: eine weitere beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verdichters mit Entlastungsnut bei Höchstdruck;
Fig. 7 a:: den radialen Druckverlauf in der Dichtfläche zwischen zwei Gehäuseteilen eines Verdichters nach dem Stand der Technik bei Betriebsdruck;
Fig. 7 b:: den radialen Druckverlauf in der Dichtfläche zwischen zwei Gehäuseteilen eines Verdichters nach dem Stand der Technik bei Höchstdruck;
Fig. 7 c:: die radialen Druckverläufe in der Dichtfläche zwischen zwei Gehäuseteilen eines erfindungsgemäßen Verdichters bei Betriebsdruck und bei Höchstdruck.

Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung der Dichtfläche 25 eines Gehäuses 20 eines erfindungsgemäßen Verdichters 10. Die Dichtfläche 25 ist planar ausgeführt und durch zwei im Wesentlichen konzentrische Kreise mit unterschiedlichen Radien begrenzt. In der Dichtfläche 25 sind dabei mehrere Ausnehmungen von Schraubenbohrungen 21 angeordnet, wobei sich diese Schraubenbohrungen 21 orthogonal von der Dichtfläche 25 in das Gehäuse 20 erstrecken. Die neun in diesem Ausführungsbeispiel aus dem Gehäuse 20 im Bereich der Dichtfläche 25 ausgenommenen Schraubenbohrungen 21 sind in gleichen Abständen auf den Umfang der Dichtfläche 25 verteilt angeordnet. Die radialen Abstände der einzelnen Schraubenbohrungen 21 vom inneren Rand der Dichtfläche sind im Wesentlichen identisch. Die Dichtfläche 25 weist eine erfindungsgemäße Nut 40 auf. Diese Nut 40 verläuft in Umfangsrichtung des Gehäuses 20 bzw. der Dichtfläche 25 in einem im Wesentlichen gleichbleibenden radialen Abstand zum inneren Rand der Dichtfläche. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel verläuft die Nut 40 in der Dichtfläche 25 in der radialen Position, in welcher auch die Schraubenbohrungen 21 angeordnet sind. Dadurch schneidet die Nut 40 alle neun Schraubenbohrungen 21 des Gehäuses 20 und wird dadurch an neun Stellen unterbrochen. Die radiale Breite der Nut 40 ist im Verhältnis zur radialen Breite der Schraubenbohrung 21 klein.
Fig. 2 zeigt einen Verdichter 100 nach dem Stand der Technik mit einem Druckraum unter Höchstdruck 13. Dieser Verdichter 10 weist ein Gehäuse 20 und einen Gehäusedeckel 30 auf. Das Gehäuse 20 und der Gehäusedeckel 30 sind an ihren jeweiligen Dichtflächen 125 und 135 derart verbunden, dass im Inneren des Verdichters 10 ein Druckraum 13 entsteht, wobei im Bereich der Dichtflächen 125 und 135 eine Gummi-Metall-Dichtung 60 angeordnet ist. Die beiden Gehäuseteile 20 und 30 sind mittels mehrerer Gehäuseschrauben 150, welche durch Schraubendurchgangsbohrungen 32 im Gehäusedeckel 30 geführt werden und in Gewindebohrungen 21 im Gehäuse 20 verschraubt sind, verbunden. In Fig. 2 ist der Verdichter bei Beaufschlagung mit Höchstdruck, der dem Berstdruck entspricht, dargestellt. In diesem Betriebszustand klaffen durch die, mittels des anliegenden Höchstdrucks aufgebrachte, Flächenpressung auf die Innenwände des Druckraums 13 des Verdichters 10 die Dichtflächen des Gehäusedeckels 135 und des Gehäuses 125 auseinander. Dadurch entsteht ein Spalt 31 zwischen den beiden Dichtflächen 135 und 125. Durch die Öffnung dieses Spaltes 31 kann druckbeaufschlagtes Medium E aus dem ursprünglichen Druckraum in diesen Spalt eindringen und nun auch dort eine Flächenpressung gegen die durch die Gehäuseschrauben 150 aufgebrachte Verbindungskraft aufbringen. Dadurch steigt bei Höchstdruck der Durchmesser der druckbeaufschlagten Fläche im Verdichter D_H. In Verdichtern 10 nach dem Stand der Technik ist es deshalb notwendig, die Gehäuseschrauben 150 derart groß zu dimensionieren, dass sie der steigenden Flächenpressung bei gleichzeitig steigendem Durchmesser der druckbeaufschlagten Fläche solange standhalten, bis nur noch an der Außenkante D_HS abgedichtet wird, um ein Versagen der Schraubenverbindung zu vermeiden.
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verdichters 10 mit Entlastungsnut bei Betriebsdruck. Die hier dargestellte beispielhafte Ausführung unterscheidet sich von einem in Fig. 2 dargestellten Verdichter 10 nach dem Stand der Technik durch kleiner gestaltete Gehäuseschrauben 50, die aufgrund der Anordnung erfindungsgemäßer Nuten 40a und 40b in den Dichtflächen 35 und 25 nicht mehr so groß gestaltet werden müssen wie die Verbindungsschrauben 150 in Fig. 2. Der erfindungsgemäße Verdichter 10 in Fig. 3 ist dabei mit einer Druckbeaufschlagung bei Betriebsdruck im Druckraum 12 dargestellt, so dass der Durchmesser der druckbeaufschlagten Fläche bei Betriebsdruck D_B kleiner ist als der in Fig. 2 dargestellte Durchmesser D_HS, da bei Betriebsdruck die Dichtflächen 35 und 25 des Gehäusedeckels 30 und des Gehäuses 20 nicht auseinander klaffen. Im Einzelnen weist die hier beschriebene beispielhafte Ausführung des Verdichters 10 eine Nut 40a in der Dichtfläche 35 des Gehäusedeckels 30 sowie eine Nut 40b in der Dichtfläche 25 des Gehäuses 20 auf. Diese Nuten verlaufen in Umfangsrichtung der jeweiligen Dichtfläche und erstrecken sich im Ausführungsbeispiel über deren gesamten Umfang. An jeder Position im Umfang der jeweiligen Dichtfläche, an der Gewindebohrungen 21 beziehungsweise Schraubendurchgangsbohrungen 32 angeordnet sind, erstreckt sich in radialer Richtung ein Entlastungskanal 27 oder 37 in der Dichtfläche des Gehäuses 20 oder des Gehäusedeckels 30. Die Nuten 40a und 40b sind derart ausgebildet, dass sich in ihnen druckbeaufschlagtes Medium E sammeln kann. Ebenso sind die Entlastungskanäle 27 und 37 derart ausgebildet, dass sie druckbeaufschlagtes Medium E von der jeweiligen Nut 40 zu den Schraubendurchgangsbohrungen 32 leiten können.
Fig. 4 zeigt die beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verdichters aus Fig. 3 bei Beaufschlagung des Druckraums 13 mit Höchstdruck. In diesem Betriebszustand klaffen die Gehäuseteile 20 und 30 im Bereich ihrer inneren Dichtflächen 25 und 35 auseinander, so dass ein Spalt 31 entsteht. Durch die Entstehung dieses Spaltes 31 vergrößert sich der Durchmesser der druckbeaufschlagten Fläche auf den Durchmesser D_HE, welcher jedoch kleiner ist als der Durchmesser D_HS der druckbeaufschlagten Fläche bei Höchstdruck in einem Verdichter 10 nach dem Stand der Technik. Bei Höchstdruck öffnet sich der Spalt 31 zwischen den Dichtflächen 25 und 35 radial nach außen bis zu den Nuten 40a und 40b, woraufhin sich diese mit druckbeaufschlagtem Medium E füllen, welches über die Entlastungskanäle 27 und 37 zu der jeweiligen Schraubendurchgangsbohrung 32 abgeführt wird und über diese in die Umgebung 11 des Verdichters 10 entweichen kann. Dabei ist insbesondere eine Nut im Kopf derjenigen Gehäuseschrauben 50 vorgesehen, durch deren Schraubendurchgangsbohrungen 32 druckbeaufschlagtes Medium geführt wird. Die radiale Position der Nuten 40a und 40b beschränkt den maximal möglichen Durchmesser D_HE der druckbeaufschlagten Fläche bei Höchstdruck derart, dass eine kleinere Auslegung der Gehäuseschrauben 50 möglich wird, weil durch die Beschränkung des Durchmessers D_HE die durch das druckbeaufschlagte Medium aufbringbare Kraft zur Lösung der Schraubverbindungspartner 21, 30 und 50 ebenfalls begrenzt wird.
Fig. 5 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verdichters 10 mit Entlastungsnut bei Höchstdruck. In der hier dargestellten Ausführung erfolgt die Abführung des druckbeaufschlagten Mediums E aus den Nuten 40a und 40b ebenfalls über Entlastungskanäle 27 und 37 in der Dichtfläche 25 des Gehäuses 20 und der Dichtfläche 35 des Gehäusedeckels 30. Die Entlastungskanäle 27 und 37 sind dabei, bezogen auf die Dichtflächen, entlang der Nuten 40a und 40b, nicht an den Umfangspositionen der Gehäuseschrauben 50 angeordnet, sondern an Umfangspositionen zwischen diesen Verbindungselementen. Die Entlastungskanäle 27 und 37 erstrecken sich dabei radial von den Nuten 40a und 40b bis zum äußeren radialen Rand desjenigen Gehäuseteils 20 oder 30, aus dem sie ausgenommen sind, und stellen somit eine Verbindung zur Umgebung 11 des Verdichters unter Umgebungsdruck her, an die druckbeaufschlagtes Medium E aus dem Druckraum des Verdichters 13 über den Spalt 31, die Nuten 40a und 40b sowie die Entlastungskanäle 27 und 37 abgeführt werden kann. In der beschriebenen Ausführung sind ein oder mehrere Paare von Entlastungskanälen 27 und 37 vorgesehen; ferner können ein oder mehrere Entlastungskanäle 27 und/oder 37 unabhängig voneinander an beliebigen Stellen im Umfang der jeweiligen Dichtfläche 25 und/oder 35 vorgesehen sein.
Fig. 6 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verdichters 10 mit Entlastungsnut bei Höchstdruck. Die hier gezeigte Ausführung unterscheidet sich von den in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigten Ausführungen durch Anordnung und Gestaltung der Entlastungskanäle. Die in Fig. 6 gezeigte Ausführung sieht einen oder mehrere Entlastungskanäle 27 und/oder 37 an den Umfangspositionen von Gehäuseschrauben 50 vor. Die Entlastungskanäle 27 und/oder 37 erstrecken sich radial von den Nuten 40a und 40b bis zu der radialen Position der jeweiligen Schraubendurchgangsbohrung 32. Zusätzlich sind im Gehäusedeckel 30 ein oder mehrere Entlastungsbohrungen 38 vorgesehen, welche sich radial von einer Schraubendurchgangsbohrung 32 bis zur Umgebung 11 des Verdichters 10 erstrecken. Die Entlastungsbohrungen 38 sind nicht in der Dichtfläche des Gehäusedeckels, also an der Oberfläche des Gehäusedeckels, sondern vollständig innerhalb der Grenzen des Volumens des Gehäusedeckels 30 angeordnet. Druckbeaufschlagtes Medium E, welches bei Höchstdruck aus dem Druckraum 13 des Verdichters 10 entweicht, kann sich also in den Nuten 40a und 40b sammeln und wird anschließend über die Entlastungskanäle 27 und/oder 37, über entsprechende Schraubendurchgangsbohrungen 32 und Entlastungsbohrungen 38 in die Umgebung 11 des Verdichters 10 abgeführt. Soll dieser Weg des abzuführenden druckbeaufschlagten Mediums E sichergestellt werden, muss der druckraumferne Teil der Schraubendurchgangsbohrungen 32 jenseits der schraubenaxialen Position der Entlastungsbohrung 38 im Gehäusedeckel undurchlässig für das druckbeaufschlagte Medium verschlossen werden. In diesem Fall weist der Gehäusedeckel 30 eine oder mehrere teilweise verschlossene Schraubendurchgangsbohrungen 33 auf.
Fig. 7a zeigt einen radialen Druckverlauf in der Dichtfläche zwischen zwei Gehäuseteilen eines Verdichters 10 nach dem Stand der Technik bei Betriebsdruck. Die Dichtfläche 135 des Gehäusedeckels 30 und die Dichtfläche 125 des Gehäuses 20 liegen bei Betriebsdruck aufeinander auf. Der radiale Druckverlauf in der Dichtfläche bei Betriebsdruck G_BS nimmt über die gesamte Dichtfläche radial von innen nach außen ab, wobei am radial inneren Rand der Dichtflächen der volle Betriebsdruck im Druckraum 12 anliegt, und am äußeren radialen Rand der Dichtflächen der Umgebungsdruck der Umgebung 11 anliegt.
Fig. 7b zeigt den radialen Druckverlauf in der Dichtfläche zwischen zwei Gehäuseteilen eines Verdichters 10 nach dem Stand der Technik bei Höchstdruck. Wenn der Druckraum 13 des Verdichters 10 mit Höchstdruck beaufschlagt ist, klaffen die Dichtfläche 135 des Gehäusedeckels 30 und die Dichtfläche 125 des Gehäuses 20 in einem spitzen Winkel auseinander, wodurch der Spalt 31 entsteht. Dadurch liegt in einem radialen Bereich der Dichtflächen vom inneren radialen Rand der Dichtflächen 125 und 135 bis nahe am äußeren Rand der Dichtflächen der volle Höchstdruck des Druckraums 13 an den Dichtflächen an. Nur im äußeren radialen Randbereich der Dichtflächen bis hin zum äußeren Rand der Dichtflächen zeigt der radiale Druckverlauf G_HS in der Dichtfläche bei Höchstdruck idealisiert einen linear sinkenden Verlauf bis hin zur Umgebung 11 des Verdichters 10 unter Umgebungsdruck.
Fig. 7c zeigt die radialen Druckverläufe in den Dichtflächen 25 und 35 zwischen zwei Gehäuseteilen 20 und 30 eines erfindungsgemäßen Verdichters 10 bei Betriebsdruck und bei Höchstdruck. In der hier dargestellten Ausführung weisen die Dichtfläche 25 des Gehäuses 20 und die Dichtfläche 35 des Gehäusedeckels 30 jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 40a beziehungsweise 40b auf. Die radialen Druckverläufe in der Dichtfläche bei Betriebsdruck G_BE und bei Höchstdruck G_HE sind im Gegensatz zu den entsprechenden Druckverläufen bei einem Verdichter nach dem Stand der Technik radial auf den Bereich zwischen dem inneren radialen Rand der Dichtflächen und der radialen Position der Nuten 40a und 40b beschränkt. Auf die radiale Erstreckung der Dichtflächen bezogen, liegt ab der radialen Position der Nuten 40a und 40b der Umgebungsdruck der Umgebung 11 an.

Bezugszeichenliste

10: erfindungsgemäßer Verdichter
100: Verdichter nach dem Stand der Technik
11: Umgebung unter Umgebungsdruck
12: Druckraum unter Betriebsdruck
13: Druckraum unter Höchstdruck

20: Gehäuse
21: Gewindebohrung
25: erfindungsgemäße Dichtfläche des Gehäuses
25: Dichtfläche des Gehäuses nach dem Stand der Technik
27: Entlastungskanal in der Dichtfläche des Gehäuses

30: Gehäusedeckel
31: Spalt
32: Schraubendurchgangsbohrung
33: verschlossene Schraubendurchgangsbohrung
35: erfindungsgemäße Dichtfläche des Gehäusedeckels
135: Dichtfläche des Gehäusedeckels nach dem Stand der Technik
37: Entlastungskanal in der Dichtfläche des Gehäusedeckels
38: Entlastungsbohrung im Gehäusedeckel

40a: Nut in der Dichtfläche des Gehäusedeckels
40b: Nut in der Dichtfläche des Gehäuses

50: erfindungsgemäße Gehäuseschraube
150: Gehäuseschraube nach dem Stand der Technik

60: Gummi-Metall-Dichtung
D_B: Durchmesser der druckbeaufschlagten Fläche bei Betriebsdruck
D_HS: Durchmesser der druckbeaufschlagten Fläche in einem Verdichter nach dem Stand der Technik bei Höchstdruck
D_HE: Durchmesser der druckbeaufschlagten Fläche in einem erfindungsgemäßen Verdichter bei Höchstdruck

G_BS: radialer Druckgradient in der Dichtfläche eines Verdichters nach dem Stand der Technik bei Betriebsdruck
G_BE: radialer Druckgradient in der Dichtfläche eines erfindungsgemäßen Verdichters bei Betriebsdruck
G_HS: radialer Druckgradient in der Dichtfläche eines Verdichters nach dem Stand der Technik bei Höchstdruck
G_HE: radialer Druckgradient in der Dichtfläche eines erfindungsgemäßen bei Höchstdruck

E: Entweichendes druckbeaufschlagtes Medium

Claims

Verdichter (10) mit einem Druckraum (12;13), der durch mindestens zwei Gehäuseteile (20;30) abgegrenzt ist, insbesondere für die Verwendung in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs,
wobei die Gehäuseteile (20;30) Dichtflächen (25;35) aufweisen, welche mittels einer Verbindungseinrichtung verbunden werden, die eine Anpresskraft zwischen den Dichtflächen (25;35) aufbringt,
gekennzeichnet dadurch, dass
an mindestens einer Dichtfläche (25;35) wenigstens eines Gehäuseteils (20;30) mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut (40a;40b) angeordnet ist und dass
wenigstens eine Entlastungsöffnung an mindestens einem der Gehäuseteile (20;30) angeordnet ist, welche die Nut (40a;40b) mit der Umgebung (11) des Verdichters verbindet,
wobei die wenigstens eine Entlastungsöffnung von der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut (40a;40b) ausgeht,
und wobei die Nut (40a;40b) so angeordnet ist, dass sich bei Überschreiten eines vorbestimmten Höchstdrucks im Druckraum (13) druckaufbauendes Medium (E) in der Nut (40a;40b) sammeln und zumindest teilweise durch die Entlastungsöffnung entweichen kann,
und wobei sich unter einer Druckeinwirkung die Verbindungselemente einer Verbindungseinrichtung des Verdichters (10) ausdehnen können, wobei die Dichtflächen (25;35) auf ihrer dem Druckraum (13) zugewandten Seite auseinander klaffen können, um so den Druck in die Nut zu entlasten.
Verdichter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung mehrere Verbindungselemente (50) aufweist.
Verdichter (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Verbindungselemente (50) durch Ausnehmungen (21;32) in den Dichtflächen (25;35) der zu verbindenden Gehäuseteile (20;30) ragen.
Verdichter (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese Ausnehmungen (21;32) im Wesentlichen in gleichen Abständen von derjenigen Randkontur der Dichtfläche (25;35) angeordnet sind, die dem Druckraum (12;13) zugewandt ist.
Verdichter (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung verlaufende Nut (40a;40b) bezogen auf die Ausnehmungen (21;32) für die Verbindungselemente (50) einen größeren oder kleineren oder im Wesentlichen identischen Abstand zum Druckraum (12;13) aufweist.
Verdichter (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung verlaufende Nut (40a;40b) bezogen auf die Ausnehmungen (21;32) für die Verbindungselemente (50) einen variablen Abstand zum Druckraum (12;23) aufweist.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (50) der Verbindungseinrichtung als Schrauben oder Bolzen ausgestaltet sind und durch Durchgangsbohrungen (32) in wenigstens einem Gehäuseteil (20;30) geführt werden, welche in die Ausnehmungen in den Dichtflächen (25;35) münden.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsöffnung wenigstens einen Entlastungskanal (27;37) in wenigstens einer Dichtfläche (25;35) eines Gehäuseteils (20;30) aufweist, wobei sich dieser Entlastungskanal (37) von der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut (40a;40b) bis zur Umgebung (11) des Verdichters (10) erstreckt.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsöffnung wenigstens einen Entlastungskanal (27;37) aufweist, wobei dieser Entlastungskanal (27;37) von der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut (40a;40b) bis zu einer Ausnehmung (21;32) für ein Verbindungselement (50) verläuft, und wobei druckaufbauendes Medium (E) durch wenigstens eine Ausnehmung (21;32) für Verbindungselemente (50) entweichen kann.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Entlastungskanal (27;37) in wenigstens einer der Dichtflächen (25;35) ausgebildet ist.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eines der Verbindungselemente (50) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das in der in Umfangsrichtung verlaufenden Nut (40a;40b) angesammelte Medium (E) in die Umgebung (11) des Verdichters (10) entweichen kann.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Entlastungsöffnung wenigstens eine Entlastungsbohrung (38) aufweist, welcher sich von wenigstens einer der Durchgangsbohrungen (32) wenigstens eines der Gehäuseteile (20;30) bis zur Umgebung (11) des Verdichters (10) erstreckt, wobei die Entlastungsbohrung (38) von der Dichtfläche (25;35) des Gehäuseteils (20;30) beabstandet ist.
Verdichter (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
in wenigstens einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut (40a;40b) wenigstens ein Dichtelement angeordnet ist.