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WO2015090881A1 - Kompressor für eine kraft-wärme-maschine - Google Patents

Kompressor für eine kraft-wärme-maschine Download PDF

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Publication number
WO2015090881A1
WO2015090881A1 PCT/EP2014/075716 EP2014075716W WO2015090881A1 WO 2015090881 A1 WO2015090881 A1 WO 2015090881A1 EP 2014075716 W EP2014075716 W EP 2014075716W WO 2015090881 A1 WO2015090881 A1 WO 2015090881A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sealing
compressor
ring
radial
radial groove
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/075716
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Hinrichs
Said Jennaoui
Original Assignee
Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magna Powertrain Bad Homburg GmbH filed Critical Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Priority to DE112014005773.8T priority Critical patent/DE112014005773A5/de
Publication of WO2015090881A1 publication Critical patent/WO2015090881A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/18—Lubricating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/02—Lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/06—Cooling; Heating; Prevention of freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/08—Cooling; Heating; Preventing freezing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal
    • F16J15/3408—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface
    • F16J15/3412—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal at least one ring having an uneven slipping surface with cavities

Definitions

  • the invention relates to a compressor for a power-heat engine according to the preamble of claim 1.
  • Compressors of the type discussed here are known.
  • International Patent Application Publication No. WO 01/1276 A1 discloses a compressor which is adapted to compress a gaseous refrigerant under normal conditions, namely carbon dioxide.
  • the compressor has a drive shaft and a sealing device encompassing the drive shaft, which has two sealing elements, namely a sliding ring and a counter ring.
  • the two sealing elements lie sealingly against each other, each with a sealing surface, so that a sealing gap is formed between the sealing surfaces.
  • a centrifugal lubricating device which is adapted to lubricate the sealing device.
  • the sliding ring and the mating ring have an identical diameter in the region of the sealing surfaces, wherein none of the sealing surfaces projects radially beyond the other sealing surface. In order not to let the friction in the region of the sealing gap become too great, the diameter of the sealing elements in the region of the sealing gap is comparatively small. Therefore, the sealing surfaces have a comparatively small extent. However, such small areas are difficult to machine, especially with very great effort or not to läppen with the actual desired precision plan.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a compressor in which the disadvantages mentioned do not occur.
  • the object is achieved by providing a compressor with the features of claim 1. This is characterized by the fact that one of the sealing elements in the region of the sealing surfaces has a larger diameter than the other
  • the sealing element with the larger diameter has in its sealing surface at least one radial groove which extends in the direction of the sealing gap. That sealing element which has the larger diameter can be plangeläppt with comparatively little effort and high quality, so that there is an improved sealing effect. The fact that only one of the sealing elements has a larger diameter, an increased friction in the region of the sealing gap is avoided.
  • the problem of a larger centrifugal effect for the lubricant is countered by the fact that the sealing element with the larger diameter in its sealing surface has at least one radial groove extending in the direction of the sealing gap, so that lubricant can get into the radial groove, where its spin-related Tan - Gentialiolo is deflected in a radially inward movement, so that it is promoted efficiently to the sealing gap. Efficient cooling and lubrication is guaranteed.
  • the sliding ring and / or the counter ring preferably have a ceramic material, more preferably at least one of the sealing elements consists of a ceramic material. Particularly preferably, both the sliding ring and the counter ring on a ceramic material or consist of such.
  • a ceramic material is particularly suitable for, on the one hand, an effective seal also with respect to a gas under normal conditions. to provide migen refrigerant, and on the other hand to withstand the occurring in the region of the sealing gap thermal stress undamaged due to a relative movement between the seal ring and the mating ring.
  • An axial direction here and in the following refers to a direction along which the drive shaft extends or which runs parallel to a rotational axis of the drive shaft.
  • a radial direction refers to a direction that is perpendicular to the axial direction.
  • a circumferential direction responds to a direction which concentrically surrounds the axial direction.
  • the compressor is preferably adapted for use in a power-heat engine configured as an air conditioner or a heat pump. Particularly preferably, the compressor is set up for use in one
  • the compressor is preferably designed for the compression of carbon dioxide as a refrigerant, in particular as a refrigerant of an air conditioning system of a motor vehicle.
  • the compressor is designed as an axial piston pump.
  • the radial groove preferably has - measured in the axial direction - a depth which is at least 5% to at most 20%, preferably at least 10% to at most 15%, particularly preferably 13% of a - also measured in the axial direction - thickness of the sealing element which having the radial groove. In this way, the sealing element is weakened by the radial groove at most to a negligible extent, at the same time ensuring efficient supply of the sealing gap with lubricant.
  • a compressor which is characterized in that the counter-ring in the region of its sealing surface has a larger diameter than the sliding ring.
  • the sliding ring in the region of its sealing surface has a larger diameter than the counter ring.
  • a compressor preferred, which is characterized in that the seal ring is rotatably coupled to the drive shaft, wherein the counter-ring is rotatably coupled to a housing of the compressor. During operation of the compressor, the mating ring then remains fixed in space, while the sliding ring rotates together with and synchronously with the drive shaft in the compressor housing. The sealing surface of the sliding ring rubs on the sealing surface of the counter ring.
  • a first coupling device is provided, through which the sliding ring is rotatably coupled to the drive shaft. It is provided a second coupling means by which the counter-ring is rotatably coupled to the housing.
  • the sliding ring is rotatably mounted together with the drive shaft, wherein the counter-ring is rotatably coupled to a housing of the compressor, and wherein the counter-ring in the region of the sealing surface has a larger diameter than the sliding ring.
  • An embodiment of the compressor is preferred, which is characterized in that the sliding ring is biased with its sealing surface against the sealing surface of the mating ring.
  • a spring element is preferably provided which urges the sliding ring against the mating ring.
  • the spring element acts on the counter ring and urges it against the seal ring.
  • the bias advantageously causes an increased sealing effect in the region of the sealing surfaces, in particular with respect to the gaseous refrigerant under normal conditions.
  • the radial groove is formed to open edge to a peripheral surface of the sealing element.
  • this embodiment has very favorable lubricating and cooling properties for the sealing gap.
  • the radial groove - seen in plan view - is formed substantially rectangular.
  • the radial groove is rectangular.
  • it extends with a long side of the rectangle parallel to the radial direction, that is, has radially inward.
  • a substantially rectangular or rectangular radial groove is particularly easy to introduce into the sealing surface, in particular by sintering without mechanical processing.
  • the substantially rectangular or rectangular radial groove preferably has rounded corners, in particular two radially inwardly pointing, rounded corners on a narrow side of the rectangle, because this optimally exploits the advantages of the sintering method, with no need for mechanical reworking.
  • rounded corners are manufacturing technology in the sintering process, especially for ceramic materials, easier to produce than sharp-edged corners, especially in the radially inner region of the radial groove.
  • a bottom surface of the radial groove also passes over rounded areas in wall surfaces thereof.
  • the radial groove - seen in plan view - is formed schaufeiförmig.
  • the top view responds to a viewing direction along the axial direction on the sealing surface.
  • the shovel-shaped radial groove preferably has transverse to the radial direction curved wall surfaces.
  • the shovel-shaped radial groove opens radially outward. This indicates that a - perpendicular to Measured radial direction - width of the radial groove increases with increasing radial distance to the longitudinal axis of the drive shaft.
  • the blade shape of the radial groove supports in a particularly suitable manner a promotion of the lubricant in the radial groove to the sealing gap, ie radially inward.
  • the lubricant is deflected in particular by the curved wall surfaces, so that its tangential movement is deflected very efficiently into a radially inwardly directed movement, whereby the efficiency of the cooling and lubrication of the sealing gap is further improved.
  • the compressor which is characterized in that the radial groove extends - seen in the radial direction - up to the sealing gap. In this way, it is ensured that lubricant, which enters the radial groove, is conveyed up to the sealing gap, where it can efficiently cool and lubricate it.
  • the radial groove - in the radial direction - partially hineinerstreckt in the sealing gap.
  • the diameter of the sealing surface of that sealing element having the smaller diameter at least increased by the amount by which the radial groove in the sealing gap extends into it.
  • the sealing effect remains radial within the radial groove, although at the same time a particularly efficient delivery of the lubricant to the sealing gap and even partially into it is achieved, which increases its cooling and lubricating effect.
  • an embodiment of the compressor is preferred, which is characterized in that a plurality of radial grooves in the sealing surface is provided.
  • a plurality of radial grooves in the sealing surface is provided.
  • four, six, eight, ten or twelve radial grooves are provided, particularly preferably eight radial grooves.
  • the radial grooves are preferably - seen in the circumferential direction - arranged symmetrically distributed. This means in particular, that the radial grooves - seen in the circumferential direction - in pairs equal angular distances from each other, or that they are arranged distributed uniformly over the circumference of the sealing element.
  • a plurality of radial grooves increases the efficiency of the cooling and lubrication of the sealing gap, wherein a symmetrical arrangement on the one hand from the manufacturing point of view is advantageous and on the other hand ensures a particularly uniform cooling and lubrication along the circumferential direction.
  • Figure 1 is a schematic partial sectional view of an embodiment of a compressor
  • Figure 2a is a representation of a first embodiment of a sealing element in plan view
  • FIG. 2b shows a sectional view of the sealing element along the line A-A according to FIG. 2a), and FIG. 3 shows a view of a second exemplary embodiment of a sealing element in plan view.
  • the compressor 1 which is designed for compression of a gaseous refrigerant under normal conditions and for use in a power-heat engine, has a drive shaft 3, which is rotatably mounted about an axis of rotation D for driving the compressor. In this case, only a partial section of the compressor 1 is shown above the axis of rotation D in FIG. It is a drive shaft 3 encompassing sealing means 5 is provided which has exactly two sealing elements, namely a sliding ring 7 and a counter ring 9.
  • the sliding ring 7 has a first sealing surface 1 1, wherein the counter-ring 9 has a second sealing surface 13.
  • the sliding ring 7 is pressed by a spring element 15 against the counter ring 9, so that the sealing surfaces 1 1, 13 in the region of a sealing gap 17 are close to each other.
  • the sealing gap 17 is defined by the region in which the sealing surfaces 1 1, 13 rest against each other and are pressed firmly against each other.
  • the sliding ring 7 is rotatably coupled to the drive shaft 3 and therefore rotates during operation of the compressor 1 together with this and synchronous to it about the rotation axis D. Furthermore, the slide ring 7 is sealed relative to the drive shaft 3 by a first O-ring seal 19.
  • the counter-ring 9 is rotatably coupled to a housing 21 of the compressor 1, so that it is arranged fixed in space in any case relative to the housing 21 during operation of the compressor 1 anyway. Furthermore, the counter-ring 9 is sealed relative to the housing 21 by a second O-ring seal 23.
  • the sliding ring 7 is rotatably coupled via a first coupling means, not shown, with the drive shaft 3, wherein the counter-ring 9 is rotatably coupled via a second coupling means, not shown, with the housing 21.
  • a centrifugal lubrication device 25 is provided, via which lubricant for cooling and lubrication can be fed to the sealing gap 17 in a manner known per se during operation of the compressor along an arrow P.
  • the counter-ring 9 has a larger diameter than the sliding ring 7. This makes it possible to lug the sealing surface 13 of the counter-ring 9 very smoothly with high quality and goodness, resulting in a particularly good sealing effect in the region of the sealing gap 17 is achieved.
  • the sealing surface 11 of the sliding ring 7 is not or preferably only used to a limited extent. lent their diameter larger than that of a conventional
  • At least one radial groove is introduced into the sealing surface 13 of the counter ring 9, which extends in the direction of the sealing gap 17.
  • FIG. 2a shows a first embodiment of a sealing element, in this case specifically the counter-ring 9 in plan view of the sealing surface 13.
  • the same and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so reference is made to the preceding description.
  • the counter ring 9 has a central bore 27, through which the drive shaft 3 extends in the assembled state.
  • the exemplary embodiment of the mating ring 9 illustrated here has eight radial grooves, of which only one is designated by the reference numeral 29 for the sake of better clarity. It can clearly be seen that the radial grooves 29, starting from a peripheral surface 31 of the counter ring 9, extend inwards and thus towards the sealing gap 17, as viewed in the radial direction.
  • the radial grooves 9 are formed in the illustrated embodiment rectangular with rounded corners 33. From the illustration according to FIG. 2 a) it is also clear that bottom surfaces 35 of the radial grooves 29 merge over curved regions in wall surfaces 37. In this case, the rectangular radial grooves 29 extend in the radial direction and are thus aligned with the axis of rotation D. It can also be seen that the eight radial grooves 29 are distributed symmetrically along the circumferential direction.
  • Figure 2b shows a sectional view of the embodiment of the counter-ring 9 according to Figure 2a) along the line A-A.
  • Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. It is particularly clear that a depth t of the radial grooves 29 is preferably at least 5% to at most 20%, preferably at least 10% to at most 15%, particularly preferably 13% of a thickness d of the counter-ring 9.
  • Figure 3 shows a representation of a second embodiment of a sealing element, in this case specifically of the counter-ring 309 in plan view.
  • Identical and functionally identical elements are increasingly represented by the reference numbers used previously by 300, as far as the modified embodiment of the counter-ring 309 is concerned.
  • the same and functionally identical elements are denoted by identical reference numerals. Reference is made in this regard to the preceding description.
  • the mating ring 309 eight radial grooves 329 which, however, in contrast to the embodiment of the mating ring 9 according to Figure 2 - seen in plan view - are formed schaufeiförmig.
  • the radial grooves 329 have curved wall surfaces 337 transverse to the radial direction.
  • a width b namely a distance between opposite wall surfaces 337 of the radial grooves 329 becomes larger with increasing radial distance to the rotation axis D.
  • the radial grooves 329 thus open outwards to the circumferential surface 331. It is shown that the radial grooves 329 shown in FIG. 3 are particularly suitable, owing to their snow-shrouded geometry, for efficiently guiding the lubricant to the sealing gap 17.
  • the radial grooves 29, 329 effect a deflection of the lubricant impinging on the sealing surface 13 and / or the peripheral surface 31, 331 and in particular a deflection of the tangential movement of the lubricant in a radially inwardly directed movement to the sealing gap 17.
  • the radial grooves 29, 329 results in a counteraction to the rotation-induced centrifugal effect.
  • the radial grooves 29, 329 to improve the reliability of the compressor 1, to an improved heat dissipation from the region of the sealing gap 17 and to an improved tightness of the sealing device 5 at.
  • the radial grooves 29, 329 also reduce the use of material in the area of the sealing device 5.
  • the compressor 1 in particular due to the particularly flat sealing surface 13 has a sealing device 5 with increased sealing effect, at the same time efficient cooling and lubrication of the sealing gap 17 is ensured by the radial grooves 29, 329.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Mechanical Sealing (AREA)

Abstract

Es wird ein Kompressor (1) für eine Kraft-Wärme-Maschine, eingerichtet zur Kompression eines unter Normalbedingungen gasförmigen Kältemittels, mit einer Antriebswelle (3) und einer die Antriebswelle (3) umgreifenden Dichtungseinrichtung (5), die zwei Dichtelemente, nämlich einen Gleitring (7) und einen Gegenring (9, 309) auf- weist, die mit je einer Dichtfläche (11, 13, 313) dichtend aneinander liegen, sodass zwischen den Dichtflächen (11, 13, 313) ein Dichtspalt (17) ausgebildet ist, wobei eine Fliehkraft-Schmiereinrichtung (25) zur Schmierung der Dichtungseinrichtung (5) vor- gesehen ist, vorgeschlagen. Der Kompressor (1) zeichnet sich dadurch aus, dass eines der Dichtelemente (7, 9, 309) im Bereich der Dichtflächen (11, 13, 313) einen größeren Durchmesser aufweist als das andere Dichtelement (7, 9, 309), wobei das Dichtelement (7, 9, 309) mit dem größeren Durchmesser in seiner Dichtfläche (11, 13, 313) mindestens eine Radialnut (29, 329) aufweist, die sich in Richtung zu dem Dichtspalt (17) hin erstreckt.

Description

Kompressor für eine Kraft- Wärme-Masch ine
Die Erfindung betrifft einen Kompressor für eine Kraft-Wärme-Maschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 . Kompressoren der hier angesprochenen Art sind bekannt. Aus der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 01 /1 1276 A1 geht ein Kompressor hervor, der eingerichtet ist zur Kompression eines unter Normalbedingungen gasförmigen Kältemittels, nämlich Kohlendioxid. Der Kompressor weist eine Antriebswelle und eine die Antriebswelle umgreifende Dichtungseinrichtung auf, die zwei Dichtelemente, nämlich einen Gleitring und einen Gegenring aufweist.
Die beiden Dichtelemente liegen mit je einer Dichtfläche dichtend aneinander, sodass zwischen den Dichtflächen ein Dichtspalt ausgebildet ist. Es ist eine Fliehkraft-Schmiereinrichtung vorgesehen, die eingerichtet ist zur Schmierung der Dichtungseinrichtung. Der Gleitring und der Gegenring weisen im Bereich der Dichtflä- chen einen identischen Durchmesser auf, wobei keine der Dichtflächen radial über die andere Dichtfläche vorsteht. Um die Reibung im Bereich des Dichtspalts nicht zu groß werden zu lassen, ist der Durchmesser der Dichtelemente im Bereich des Dichtspalts vergleichsweise klein ausgebildet. Daher weisen auch die Dichtflächen eine vergleichsweise kleine Ausdehnung auf. Solch kleine Flächen sind allerdings schwierig zu bearbeiten, insbesondere nur mit sehr großem Aufwand oder gar nicht mit der eigentlich gewünschten Präzision plan zu läppen. Es besteht die Gefahr, dass zumindest eine der Dichtflächen ballig ausgebildet wird, wodurch keine vollflächige Anlage mehr möglich ist, sodass letztlich die Dichtwirkung der Dichtungseinrichtung nicht optimal ist. Werden jedoch die Dichtflächen bezüglich ihres Durchmessers vergrößert, steigt die Reibung in der Dichtungseinrichtung, was nicht zuletzt deren thermische Belastung unzulässig erhöhen kann. Schließlich ergibt sich auch das Problem, dass mit einem vergrößerten Durch-messer im Bereich des Dichtspalts eine erhöhte Schleuderwirkung für das Schmiermittel auftritt, was in Hinblick auf eine effiziente Kühlung und Schmierung des Dichtspalts Probleme bereitet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kompressor zu schaffen, bei welchem die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Kompressor mit den Merkmalen des An- spruchs 1 geschaffen wird. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass eines der Dichtelemente im Bereich der Dichtflächen einen größeren Durchmesser aufweist als das andere
Dichtelement. Das Dichtelement mit dem größeren Durchmesser weist in seiner Dichtfläche mindestens eine Radialnut auf, die sich in Richtung zu dem Dichtspalt hin erstreckt. Dasjenige Dichtelement, welches den größeren Durchmesser aufweist, kann mit vergleichsweise geringem Aufwand und hoher Qualität plangeläppt werden, sodass sich eine verbesserte Dichtwirkung ergibt. Dadurch, dass nur eines der Dicht-elemente einen größeren Durchmesser aufweist, wird eine erhöhte Reibung im Bereich des Dichtspalts vermieden. Dem Problem einer größeren Schleuderwirkung für das Schmiermittel wird dadurch begegnet, dass das Dichtelement mit dem größeren Durchmesser in seiner Dichtfläche die wenigstens eine Radialnut aufweist, die sich in Richtung zu dem Dichtspalt hin erstreckt, sodass Schmiermittel in die Radialnut gelangen kann, wo seine schleuderbedingte Tan- gentialbewegung in eine radial nach innen gerichtete Bewegung umgelenkt wird, sodass es effizient zu dem Dichtspalt hin gefördert wird. Eine effiziente Kühlung und Schmierung ist damit gewährleistet.
Der Gleitring und/oder der Gegenring weisen bevorzugt ein keramisches Material auf, besonders bevorzugt besteht wenigstens eines der Dichtelemente aus einem keramischen Material. Besonders bevorzugt weisen sowohl der Gleitring als auch der Gegenring ein keramisches Material auf beziehungsweise bestehen aus einem solchen. Ein keramisches Material ist dabei besonders geeignet, um einerseits eine wirksame Dichtung auch gegenüber einem unter Normalbedingungen gasför- migen Kältemittel bereitzustellen, und andererseits die im Bereich des Dichtspalts auftretende thermische Belastung aufgrund einer Relativbewegung zwischen dem Gleitring und dem Gegenring unbeschädigt auszuhalten.
Eine axiale Richtung spricht hier und im Folgenden eine Richtung an, entlang derer sich die Antriebswelle erstreckt, beziehungsweise die parallel zu einer Dreh- achse der Antriebswelle verläuft. Eine radiale Richtung spricht eine Richtung an, die senkrecht auf der Axialrichtung steht. Eine Umfangsrichtung spricht eine Richtung an, welche die Axialrichtung konzentrisch umgreift.
Der Kompressor ist vorzugsweise eingerichtet zur Verwendung in einer Kraft- Wärme-Maschine, die als Klimaanlage oder als Wärmepumpe ausgebildet ist. Be- sonders bevorzugt ist der Kompressor eingerichtet zur Verwendung in einer
Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Der Kompressor ist vorzugsweise eingerichtet zur Kompression von Kohlendioxid als Kältemittel, insbesondere als Kältemittel einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Vorzugsweise ist der Kompressor als Axialkolbenpumpe ausgebildet. Die Radialnut weist vorzugsweise - in axialer Richtung gemessen - eine Tiefe auf, die mindestens 5 % bis höchsten 20 %, vorzugsweise mindestens 10 % bis höchstens 15 %, besonders bevorzugt 13 % einer - ebenfalls in axialer Richtung gemessenen - Dicke des Dichtelements beträgt, welches die Radialnut aufweist. Auf diese Weise wird das Dichtelement durch die Radialnut höchstens in vernachläs- sigbarem Maße geschwächt, wobei zugleich eine effiziente Versorgung des Dichtspalts mit Schmiermittel gewährleistet ist.
Es wird auch ein Kompressor bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass der Gegenring im Bereich seiner Dichtfläche einen größeren Durchmesser aufweist als der Gleitring. Alternativ ist es auch möglich, dass der Gleitring im Bereich seiner Dichtfläche einen größeren Durchmesser aufweist als der Gegenring. Es wird auch ein Ausführungsbeispiel eines Kompressors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Gleitring drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt ist, wobei der Gegenring drehfest mit einem Gehäuse des Kompressors gekoppelt ist. Im Betrieb des Kompressors bleibt dann der Gegenring raumfest angeordnet, während der Gleitring sich gemeinsam mit und synchron zu der Antriebswelle in dem Kompressorgehäuse dreht. Dabei reibt die Dichtfläche des Gleitrings auf der Dichtfläche des Gegenrings. Vorzugsweise ist eine erste Kopplungseinrichtung vorgesehen, durch welche der Gleitring mit der Antriebswelle drehfest gekoppelt ist. Es ist eine zweite Kopplungseinrichtung vorgesehen, durch welche der Gegenring drehfest mit dem Gehäuse gekoppelt ist. Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der Gleitring gemeinsam mit der Antriebswelle drehbar gelagert ist, wobei der Gegenring drehfest mit einem Gehäuse des Kompressors gekoppelt ist, und wobei der Gegenring im Bereich der Dichtfläche einen größeren Durchmesser aufweist als der Gleitring. Hierdurch ist dasjenige Dichtelement bezüglich seines Durchmessers größer aus- gebildet, welches drehfest in dem Gehäuse und somit bei einem Betrieb des Kompressors raumfest angeordnet ist. Dies ist unter konstruktionstechnischen Aspekten, aber auch bei Betrachtung der im Betrieb des Kompressors wirkenden Kräfte, insbesondere der Fliehkräfte, eine besonders günstige Ausgestaltung, weil das rotierende Dichtelement den kleineren Durchmesser aufweist, somit kleiner baut und kleineren Fliehkräften unterliegt.
Es wird ein Ausführungsbeispiel des Kompressors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Gleitring mit seiner Dichtfläche gegen die Dichtfläche des Gegenrings vorgespannt ist. Insbesondere ist bevorzugt ein Federelement vorgesehen, welches den Gleitring gegen den Gegenring drängt. Alternativ ist es auch möglich, dass das Federelement auf den Gegenring wirkt und diesen gegen den Gleitring drängt. Die Vorspannung bewirkt in vorteilhafter Weise eine erhöhte Dichtwirkung im Bereich der Dichtflächen insbesondere gegenüber dem unter Normalbedingungen gasförmigen Kältemittel. Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Kompressors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Radialnut zu einer Umfangsfläche des Dichtelements hin randoffen ausgebildet ist. Auf diese Weise kann über die Fliehkraft- Schmiereinrichtung an die Umfangsfläche herangeführtes Schmiermittel ungehindert in die Radialnut eindringen, wo es zu dem Dichtspalt weitertransportiert wird. Dadurch weist diese Ausgestaltung sehr günstige Schmier- und Kühleigenschaften für den Dichtspalt auf.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Kompressors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Radialnut - in Draufsicht gesehen - im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Radial nut rechteckförmig ausgebildet. Vorzugsweise erstreckt sie sich mit einer langen Seite des Rechtecks parallel zu der radialen Richtung, weist also radial nach innen. Eine im Wesentlichen rechteckförmige oder rechteckförmige Radialnut ist besonders einfach in die Dichtfläche einbringbar, insbesondere durch Sintern ohne mechanische Bearbeitung. Vorzugsweise weist die im Wesentlichen rechteckförmige oder rechteckför- mige Radialnut abgerundete Ecken auf, insbesondere zwei radial nach innen weisende, abgerundete Ecken an einer Schmalseite des Rechtecks, weil dies die Vorteile des Sinterverfahrens optimal ausnutzt, wobei eine mechanische Nachbearbeitung entfällt. Dabei sind abgerundete Ecken fertigungstechnisch im Sinterverfahren, insbesondere für keramische Werkstoffe, einfacher herzustellen als scharfkan- tige Ecken, insbesondere im radial inneren Bereich der Radialnut. Vorzugsweise geht auch eine Bodenfläche der Radialnut über abgerundete Bereiche in Wandflächen derselben über.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Kompressors bevorzugt, bei welchem die Radialnut - in Draufsicht gesehen - schaufeiförmig ausgebildet ist. Die Drauf- sieht spricht dabei eine Blickrichtung entlang der Axialrichtung auf die Dichtfläche an. Die schaufeiförmig ausgebildete Radialnut weist vorzugsweise quer zur Radialrichtung gekrümmte Wandflächen auf. Besonders bevorzugt öffnet sich die schaufeiförmige Radialnut nach radial außen. Dies spricht an, dass eine - senkrecht zur Radialrichtung gemessene - Breite der Radialnut mit zunehmendem radialen Abstand zur Längsachse der Antriebswelle zunimmt. Die Schaufelform der Radialnut unterstützt in besonders geeigneter Weise eine Förderung des Schmiermittels in der Radialnut zu dem Dichtspalt hin, also nach radial innen. Dabei wird das Schmiermittel insbesondere durch die gekrümmten Wandflächen abgelenkt, so- dass seine Tangentialbewegung sehr effizient in eine radial nach innen gerichtete Bewegung umgelenkt wird, wodurch sich die Effizienz der Kühlung und Schmierung des Dichtspalts weiter verbessert.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Kompressors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Radialnut sich - in radialer Richtung gesehen - bis zu dem Dichtspalt erstreckt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass Schmiermittel, welches in die Radialnut gelangt, bis an den Dichtspalt herangefördert wird, wo es diesen effizient kühlen und schmieren kann.
Es ist auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem sich die Radialnut - in radialer Richtung gesehen - bereichsweise in den Dichtspalt hineinerstreckt. Um dabei die Dichtwirkung zwischen den Dichtflächen nicht zu verringern, ist in diesem Fall vorzugsweise auch der Durchmesser der Dichtfläche desjenigen Dichtelements, das den kleineren Durchmesser aufweist, im Vergleich zu einer herkömmlichen Gleitringdichtung wenigstens um den Betrag vergrößert, um den die Radialnut sich in den Dichtspalt hinein erstreckt. Somit bleibt die Dichtwirkung ra- dial innerhalb der Radialnut dieselbe, wobei allerdings zugleich eine besonders effiziente Förderung des Schmiermittels zu dem Dichtspalt hin und sogar teilweise in diesen hinein erreicht wird, was dessen Kühl- und Schmierwirkung erhöht.
Schließlich wird ein Ausführungsbeispiel des Kompressors bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Mehrzahl von Radialnuten in der Dichtfläche vor- gesehen ist. Bevorzugt sind vier, sechs, acht, zehn oder zwölf Radialnuten vorgesehen, besonders bevorzugt acht Radialnuten. Die Radialnuten sind vorzugsweise - in Umfangsrichtung gesehen - symmetrisch verteilt angeordnet. Dies bedeutet insbesondere, dass die Radialnuten - in Umfangsrichtung gesehen - paarweise gleiche Winkel-abstände zueinander aufweisen, beziehungsweise dass sie gleichmäßig über den Umfang des Dichtelements verteilt angeordnet sind. Eine Mehrzahl von Radialnuten erhöht die Effizienz der Kühlung und Schmierung des Dichtspalts, wobei eine symmetrische Anordnung einerseits aus fertigungstechni- sehen Gesichtspunkten vorteilhaft ist und andererseits eine besonders gleichmäßige Kühlung und Schmierung entlang der Umfangsrichtung gewährleistet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher definiert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Teilschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels ei- nes Kompressors;
Figur 2a) eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Dichtelements in Draufsicht;
Figur 2b) eine Schnittdarstellung des Dichtelements entlang der Linie A-A gemäß Figur 2a), und Figur 3 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Dichtelements in Draufsicht.
Figur 1 zeigt eine schematische Teilschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kompressors 1 . Der Kompressor 1 , der eingerichtet ist zur Kompression eines unter Normalbedingungen gasförmigen Kältemittels und zum Einsatz in einer Kraft-Wärme-Maschine weist eine Antriebswelle 3 auf, die zum Antrieb des Kompressors um eine Drehachse D drehbar gelagert ist. Dabei ist in Figur 1 nur ein Teilausschnitt des Kompressors 1 oberhalb der Drehachse D dargestellt. Es ist eine die Antriebswelle 3 umgreifende Dichtungseinrichtung 5 vorgesehen, die genau zwei Dichtelemente, nämlich einen Gleitring 7 und einen Gegenring 9 aufweist. Der Gleitring 7 weist eine erste Dichtfläche 1 1 auf, wobei der Gegenring 9 eine zweite Dichtfläche 13 aufweist. Der Gleitring 7 wird durch ein Federelement 15 gegen den Gegenring 9 gepresst, sodass die Dichtflächen 1 1 , 13 im Bereich eines Dichtspalts 17 dicht aneinander liegen. Dabei ist der Dichtspalt 17 definiert durch den Bereich, in dem die Dichtflächen 1 1 , 13 aneinander anliegen und fest aufeinander gepresst werden.
Der Gleitring 7 ist drehfest mit der Antriebswelle 3 gekoppelt und rotiert daher im Betrieb des Kompressors 1 mit dieser gemeinsam und synchron zu ihr um die Drehachse D. Weiterhin ist der Gleitring 7 gegenüber der Antriebswelle 3 durch eine erste O-Ring-Dichtung 19 gedichtet. Der Gegenring 9 ist drehfest mit einem Gehäuse 21 des Kompressors 1 gekoppelt, sodass er auch im Betrieb des Kompressors 1 jedenfalls relativ zu dem Gehäuse 21 raumfest angeordnet ist. Weiterhin ist der Gegenring 9 gegenüber dem Gehäuse 21 durch eine zweite O-Ring- Dichtung 23 gedichtet.
Der Gleitring 7 ist über eine nicht dargestellte erste Kopplungseinrichtung mit der Antriebswelle 3 drehfest gekoppelt, wobei der Gegenring 9 über eine nicht dargestellte zweite Kopplungseinrichtung mit dem Gehäuse 21 drehfest gekoppelt ist.
Es ist eine Fliehkraft-Schmiereinrichtung 25 vorgesehen, über die in an sich be- kannter Weise im Betrieb des Kompressors entlang eines Pfeils P dem Dichtspalt 17 Schmiermittel zur Kühlung und Schmierung zuführbar ist.
Der Gegenring 9 weist im Bereich seiner Dichtfläche 13 einen größeren Durchmesser auf als der Gleitring 7. Dadurch ist es möglich, die Dichtfläche 13 des Gegenrings 9 mit hoher Qualität und Güte sehr plan zu läppen, wodurch eine beson- ders gute Dichtwirkung im Bereich des Dichtspalts 17 erzielt wird. Die Dichtfläche 1 1 des Gleitrings 7 ist dagegen nicht oder bevorzugt nur in geringem Maß bezüg- lieh ihres Durchmessers größer ausgebildet, als dies bei einer herkömmlichen
Gleitringdichtung der Fall ist. Dadurch ist es möglich, die erhöhte Dichtwirkung zu erhalten, ohne zugleich die Reibung im Bereich des Dichtspalts 17 unnötig zu vergrößern.
Es zeigt sich allerdings, dass radial außen an dem Gegenring 9 eine erhöhte Schleuderwirkung für das Schmiermittel auftritt, wodurch dieses tendenziell von dem Dichtspalt 17 weggedrängt wird, was ohne zusätzliche Maßnahmen die Effizienz der Kühlung und Schmierung des Dichtspalts 17 herabsetzen würde.
Um diese negativen Auswirkungen zu vermeiden, ist in die Dichtfläche 13 des Gegenrings 9 wenigstens eine Radialnut eingebracht, die sich in Richtung zu dem Dichtspalt 17 hin erstreckt.
Figur 2a) zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Dichtelements, hier konkret des Gegenrings 9 in Draufsicht auf die Dichtfläche 13. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Der Gegenring 9 weist eine Zent- ralbohrung 27 auf, durch die sich in montiertem Zustand die Antriebswelle 3 erstreckt. In Figur 2a) ist erkennbar, dass das hier dargestellte Ausführungsbeispiel des Gegenrings 9 acht Radialnuten aufweist, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eine mit dem Bezugszeichen 29 gekennzeichnet ist. Klar erkennbar ist, dass sich die Radialnuten 29 von einer Umfangsfläche 31 des Gegen- rings 9 ausgehend - in radialer Richtung gesehen - nach innen und damit zu dem Dichtspalt 17 hin erstrecken. Dabei sind sie hier zu der Umfangsfläche 31 hin randoffen ausgebildet. Weiterhin sind die Radialnuten 9 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckförmig mit abgerundeten Ecken 33 ausgebildet. Aus der Darstellung gemäß Figur 2a) wird auch klar, dass Bodenflächen 35 der Radialnu- ten 29 über gekrümmte Bereiche in Wandflächen 37 übergehen. Dabei erstrecken sich die rechteckförmigen Radialnuten 29 in radialer Richtung und sind somit zu der Drehachse D hin ausgerichtet. Es zeigt sich auch, dass die acht Radialnuten 29 symmetrisch entlang der Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind.
Figur 2b) zeigt eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels des Gegenrings 9 gemäß Figur 2a) entlang der Linie A-A. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei wird insbesondere deutlich, dass eine Tiefe t der Radialnuten 29 vorzugsweise mindestens 5 % bis höchstens 20 %, vorzugsweise mindestens 10 % bis höchstens 15%, besonders bevorzugt 13 % einer Dicke d des Gegenrings 9 beträgt.
Figur 3 zeigt eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Dichtelements, hier konkret des Gegenrings 309 in Draufsicht. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den zuvor verwendeten Bezugszeichen vermehrt um 300 dargestellt, soweit das abgewandelte Ausführungsbeispiel des Gegenrings 309 be- troffen ist. Im Übrigen sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Es wird insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen. Auch hier weist der Gegenring 309 acht Radialnuten 329 auf, die jedoch im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel des Gegenrings 9 gemäß Figur 2 - in Draufsicht gesehen - schaufeiförmig ausgebildet sind. Insbesondere weisen die Radialnuten 329 quer zur Radialrichtung gekrümmte Wandflächen 337 auf. Es zeigt sich außerdem, dass eine Breite b, nämlich ein Abstand zwischen gegenüberliegenden Wandflächen 337 der Radialnuten 329 mit zunehmendem radialen Abstand zu der Drehachse D größer wird. Die Radialnuten 329 öffnen sich also nach außen zu der Umfangsfläche 331 . Dabei zeigt sich, dass die in Figur 3 dargestellten Radialnuten 329 aufgrund ihrer schaufeiförmigen Geometrie besonders geeignet sind, das Schmiermittel effizient zu dem Dichtspalt 17 hinzuleiten. Generell bewirken die Radialnuten 29, 329 eine Umlenkung des auf die Dichtfläche 13 und/oder die Umfangsfläche 31 , 331 auftreffenden Schmiermittels und insbesondere eine Umlenkung der Tangentialbewegung des Schmiermittels in eine radial nach innen gerichtete Bewegung zu dem Dichtspalt 17 hin. Somit ergibt sich aufgrund der Radialnuten 29, 329 eine Gegenwirkung zu der rotationsbedingten Schleuderwirkung. Damit tragen die Radialnuten 29, 329 zur Verbesserung der Funktionssicherheit des Kompressors 1 , zu einer verbesserten Wärmeabfuhr aus dem Bereich des Dichtspalts 17 und zu einer verbesserten Dichtheit der Dichtungseinrichtung 5 bei.
Durch die Radialnuten 29, 329 reduziert sich außerdem ein Materialeinsatz im Be- reich der Dichtungseinrichtung 5.
Insgesamt zeigt sich, dass der Kompressor 1 insbesondere aufgrund der besonders planen Dichtfläche 13 eine Dichtungseinrichtung 5 mit erhöhter Dichtwirkung aufweist, wobei zugleich eine effiziente Kühlung und Schmierung des Dichtspalts 17 durch die Radialnuten 29, 329 gewährleistet ist.
Bezuaszeichenliste
1 Kompressor 337 Wandfläche
3 Antriebswelle
5 Dichteinrichtung
7 Gleitring
9 Gegenring
1 1 erste Dichtfläche
13 zweite Dichtfläche
15 Federelement
17 Dichtspalt
19 erste O-Ring-Dichtung
21 Gehäuse
23 zweite O-Ring-Dichtung
25 Fliehkraft-Schmiereinrichtung
27 Zentralbohrung
29 Radialnut
31 Umfangsfläche
33 Ecken
35 Bodenfläche
37 Wandfläche
D Drehachse
P Pfeil
d Dicke
t Tiefe
b Breite
309 Gegenring
313 Dichtfläche
329 Radialnut
331 Umfangsfläche

Claims

Patentansprüche
Kompressor (1 ) für eine Kraft-Wärme-Maschine, eingerichtet zur Kompression eines unter Normalbedingungen gasförmigen Kältemittels, mit einer Antriebswelle (3) und einer die Antriebswelle (3) umgreifenden Dichtungseinrichtung (5), die zwei Dichtelemente, nämlich einen Gleitring (7) und einen Gegenring (9, 309) aufweist, die mit je einer Dichtfläche (1 1 , 13, 313) dichtend aneinander liegen, sodass zwischen den Dichtflächen (1 1 , 13, 313) ein Dichtspalt (17) ausgebildet ist, wobei eine Fliehkraft-Schmiereinrichtung (25) zur Schmierung der Dichtungseinrichtung (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Dichtelemente (7, 9, 309) im Bereich der Dichtflächen (1 1 , 13, 313) einen größeren Durchmesser aufweist als das andere Dichtelement (7, 9, 309), wobei das Dichtelement (7, 9, 309) mit dem größeren Durchmesser in seiner Dichtfläche (1 1 , 13, 313) mindestens eine Radialnut (29, 329) aufweist, die sich in Richtung zu dem Dichtspalt (17) hin erstreckt.
Kompressor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenring (9, 309) im Bereich der Dichtfläche (1 1 , 13, 313) einen größeren Durchmesser aufweist als der Gleitring (7).
Kompressor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (7) drehfest mit der Antriebswelle (3) gekoppelt ist, wobei der Gegenring (9, 309) drehfest mit einem Gehäuse (21 ) des Kompressors (1 ) gekoppelt ist.
Kompressor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (7) mit seiner Dichtfläche (1 1 ) gegen die Dichtfläche (13, 313) des Gegenrings (9, 309) vorgespannt ist.
5. Kompressor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Radialnut (29, 329) zu einer Umfangsfläche (31 , 331 ) des Dichtelements (7, 9, 309) hin randoffen ausgebildet ist.
6. Kompressor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Radialnut (29) - in Draufsicht gesehen - im Wesentlichen rechteckförmig, vorzugsweise rechteckförmig, bevorzugt mit abgerundeten Ecken, ausgebildet ist.
7. Kompressor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Radialnut (329) - in Draufsicht gesehen - schaufeiförmig ausgebildet ist.
8. Kompressor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die wenigstens eine Radialnut (29, 329) - in radialer Richtung gesehen - bis zu dem Dichtspalt (17) oder bereichsweise in diesen hinein erstreckt.
9. Kompressor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Radialnuten (29, 329) vorgesehen ist, vorzugsweise vier, sechs, acht, zehn oder zwölf Radialnuten (29, 329), besonders bevorzugt acht Radialnuten (29, 329), wobei die Radialnuten (29, 329) vorzugsweise - in Umfangsrichtung gesehen - symmetrisch verteilt angeordnet sind.
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