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Die Erfindung betrifft einen einem Kompressor mit Axiallager für eine Welle, die mit einer Gleitringdichtung gegen den Antrieb gedichtet ist, wobei die Welle von einem Lager und dem Axiallager gestützt ist und die Gleitringdichtung einen Dichtspalt aufweist, der mit einem Ölsammelraum und mindestens einer Öleinlassbohrung in Verbindung steht.
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Stand der Technik
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Kompressoren für Fahrzeugklimaanlagen werden über Wellen, die mit einem Antrieb in Verbindung stehen getrieben. Die Wellen werden von Axiallagern gehalten. Die Wellen müssen dabei gegen Leckagen mit Gleitringdichtungen abgedichtet sein. Benutzt man R744 als Kühlmittel, stellen die im Vergleich zu den bisherigen Kühlmitteln erhöhten Drücke und Temperaturen eine Herausforderung für die Wellendichtungen dar. Im Vordergrund stehen dabei die Aufgaben die Wellendichtungen zu schmieren und zu kühlen. Die im Stand der Technik verwendeten Kühlungen bzw. Schmierungen über Schmiermittelzufuhr mittels Bohrungen im Gehäuse, sowie Ölsammeltaschen, axial zur Welle angeordnet, reichen nicht aus.
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Axiallager sind aus dem Stand der Technik für die Aufnahmen von Wellen bekannt. Als Beispiel ist hier die
DE 2013002029A1 ein Turbolader mit Axiallagerscheibe angeführt. Die Axiallagerscheibe ist aus einem mit Kohlestofffasern verstärkten, keramischen Werkstoff gefertigt, wobei in die Axiallagerscheibe Ölführnuten eingebracht sind. Über die Ölführnuten kann Kühlöl und/oder Schmieröl einfach und zuverlässig im Bereich des Axiallagers geführt werden. Auch Schleuderscheiben sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine Schleuderscheibe hat die grundsätzliche Aufgabe, durch Rotation auf ihrer Oberfläche auftreffende Fluide nach außen abzuschleudern.
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Aus der
DE102009055348A1 ist eine Schleuderscheibe bekannt, die durch ihre Geometrie die Kapillarwirkung herabgesetzt und so verhindert, dass Leckagefluid zwischen die Schleuderscheibe und die benachbarte Baugruppe gezogen wird. Dadurch kann das Leckagefluid bei Stillstand der Schleuderscheibe vorzugsweise nach unten in ein Leckagereservoir abfließen.
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Den bisher bekannten Lösungen gelingt es nicht in der baulichen Enge eines Kompressors die Aufgabenstellung der Kühlung und Schmierung mit einer geeigneten Lagerung zu verbinden.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Axiallager zu schaffen, das eine Doppelfunktion aufweist und auch als Schleuderscheibe dient. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung einen Verdichter mit der verbesserten Funktion herzustellen.
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Gelöst wird die Aufgabe mit einem Kompressor mit Axiallager für eine Welle, die mit einer Gleitringdichtung gegen den Antrieb gedichtet ist, wobei die Welle von einem Lager und dem Axiallager gestützt ist und die Gleitringdichtung einen Dichtspalt aufweist, der mit einem Ölsammelraum und mindestens einer Öleinlassbohrung in Verbindung steht, wobei das Axiallager einen Rand aufweist, der als Schleuderscheibe dient. Durch die Integration einer Funktion Schleuderscheibe in das Axiallager ist eine bessere Schmierung und Kühlung der Gleitringdichtungen möglich. Das ist besonders bei hohen Drehzahlen und daher hohen Reibungswärmeverlusten in der Gleitringdichtung von Bedeutung, und erhöht somit die Lebensdauer des Kompressors.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass der Rand Ölsammeleinrichtungen aufweist, um besonders viel Öl wie eine Pumpe zu fördern.
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Vorteilhafterweise weist der Rand mindestens eine Nut entlang mindestens eines Kreisabschnittes auf, was einer einfachen Ausführungsform ohne großen Ölsammelvolumen entspricht.
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Dabei kann der Rand eine ringförmige Nut entweder auf einer oder auf beiden Seiten der Scheibe des Axiallagers aufweisen.
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Es ist weiterhin von Vorteil, dass der Rand taschenförmige Ausbildungen aufweist. Eine gute Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die taschenförmigen Ausbildungen in Drehrichtung des Axiallagers verjüngen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besitzt schaufelartige Ausbildungen.
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Um besonders viel Öl zu sammeln, ist es von Vorteil, dass die Ölsammeleinrichtungen über ihren Verlauf unterschiedliche Tiefen aufweisen.
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Der Schmierkreislauf wird angetrieben, indem der Rand über Ölzuführbohrungen drehbar ist, die mit dem Ölsammelraum verbunden sind.
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Der Schmierkreislauf wird weiterhin optimiert, indem der Ölsammelraum mit mindestens einer Ölablassbohrung versehen ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird anhand der Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 und 2 zeigen jeweils einen Schnitt durch eine Baugruppe an einem Kompressor,
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3 zeigt einen Schnitt entlang eines Axiallagers,
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4 zeigt eine Aufsicht auf ein Axiallager sowie einen Längsschnitt durch das Axiallager,
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5 zeigt vier Ausführungsbeispiele des Rands des Axiallagers.
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Die Baugruppe in 1 stellt beispielsweise einen Ausschnitt aus einem Kompressor 1 beispielsweise einem CO2-Kompressor dar. Auf der linken Seite der Zeichnung wäre dann beispielsweise der Arbeitsbereich des Verdichters vorgesehen.
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Die Anordnung umfasst eine Antriebswelle 8. Diese wird auf übliche Weise, beispielsweise über eine Riemenscheibe von der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs in Rotation versetzt. Die Antriebswelle ist hier lediglich abschnittsweise dargestellt. Die Riemenscheibe wird auf das rechte, hier nicht dargestellte Ende der Antriebswelle 8 aufgesetzt und auf bekannte Weise drehfest mit dieser verbunden. Die Antriebswelle ragt in ein Gehäuse 7 des Kompressors 1 und treibt eine in einem Triebraum untergebrachte Fördereinrichtung an, die beispielsweise als Axialkolbenmaschine ausgebildet sein kann. Einzelheiten der Fördereinrichtung sind hier nicht wiedergegeben. Ausgangspunkt für die von Fliehkräften verursachte Schmiermittelströmung ist ein im Betrieb des CO2-Kompressors 1 in Rotation versetzbares Bauteil. Bei dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich hier um ein Axiallager 12. Das Axiallager 12 ist als scheibenförmiges Bauteil mit einer Öffnung 8a für die Welle ausgebildet und weist an am äußeren Radius der Scheibe einen Rand 14 für die Ölmitnahme auf. Das Axiallager stellt somit eine Kombination von zwei Funktiotnen dar: das Lager für eine Welle zu bilden und als Schleuderscheibe Öl zu transportieren. Die in 1 dargestellte Schmiereinrichtung schließt mindestens einen vom Rand 14 in Richtung zur Welle 8 verlaufende Öleinfuhrbohrung 9 ein, über die das unter durch den Rand gesammelte Medium in Richtung auf eine Dichtungseinrichtung gedrückt wird. Die Dichtungseinrichtung besteht aus einem rotierenden Gleitring 3a und eine feststehend Gleitring 3b, die an ihrer Kontaktfläche einen Dichtungsspalt 4 ausbilden. Der feststehenden Gleitring 3b wird in einem Gehäuse 7 gehalten und ist fest verbaut. Er besitzt einen einfachen ringförmigen Aufbau, wobei die Außenfläche des Rings parallel zur Welle verläuft. Der rotierende Gleitring 3a ist ebenfalls als Ring mit einer zur Welle parallelen Außenfläche versehen. Die Welle 8 liegt in Lagerbuchsen 2 im Gehäuse 7. Das Gehäuse 7 weist im gesamten Bereich der drehenden Gleitdichtung 3a einen Ölsammelraum 5 auf, der eine Ausnehmung aus dem Gehäuse 7 darstellt. Die Öleinführbohrung 9 führt das Öl in den Ölsammelraum 5 auf Niveau des sich drehenden Ringes 3a. In 2 ist in einem versetzten Schnittbild ebenfalls das Axiallager 12 dargestellt und eine Ölablassbohrung 10. Die Ölablassbohrung 10 verbindet den Ölsammelraum 5 mit dem Treibraum des Komprssors und führt somit Schmiermittel zurück in den Kreislauf. Durch das Einbringen einer Ölablassbohrung 10 wird der Schmierkreislauf wesentlich effizienter und wirkt durch die erhöhten Volumenströme an Öl besser als Kühlkreislauf.
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In 3 ist das Axiallager in einer Aufsicht von der Antriebsseite her dargestellt. Das Axiallager 12 umfasst die Welle 8 und weist den Rand 14 auf, auf dem mindestens einen Ölsammelvorrichtung 6, beispielsweise wie dargestellt eine Ölsammeltasche 6a angebracht ist. Die Ölsammeltaschen 6a sind zur Axiallager-Drehrichtung orientiert. In dem dargestellten Beispiel weisen die Ölsammeltaschen eine sich in Drehrichtung D verjüngende Struktur auf, so dass Öl über die größere Fläche gesammelt wird und in Richtung der Öleinlassbohrungen 9 gedrückt wird. Die Ölauslassbohrungen 10 sind im Gehäuse 7 angeordnet. Durch die Ölsammeltaschen wird das Öl zu den Ölzufuhrbohrungen geführt, die auch unter einem Winkel zur Welle 8 in Richtung des Drehsinns eingebracht sind, um den Widerstand im Schmierkreislauf möglichst gering zu halten. Damit kann mehr Öl an die Gleitringdichtung transportiert werden, die besser geschmiert und gekühlt werden kann. Durch die Ölsammeltaschen am Axiallager wird auch Öl geschleppt, wenn das Ölniveau im Kompressor niedrig ist.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Axiallagers 12 mit Rand 14, der als Schleuderscheibe dient. Das Axiallager weist eine kreisrunde Öffnung 8a zur Aufnahme und Lagerung einer Welle auf. Die Scheibe des Axiallagers zeigt Strukturen, die aber für die Erfindung nicht weiter relevant sind. Die Funktion der Schleuderscheibe befindet sich in einem ringförmigen Rand 14, der das eigentliche Lager umgibt. Im Bespiel der 4 ist die Ölsammeleinrichtung 6 eine Ringnut 6b, die auf beiden Seiten der Schleuderscheibe eingebracht ist.
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Die 5 zeigt weitere Ausführungsformen des Rings 14, der als Schleuderscheibe und Ölmitnehmer fungiert. In der Ausführungsform oben links werden in den Ring 14 keilfömige Nuten 6c eingebracht, die am äußeren Radius der Scheibe offen sind. Die Nuten 6c besitzen einen Tiefenverlauf, wobei die Tiefe von einem Anfangswert t1 in Drehrichtung zu einem Endwert t2 geringer wird. Im Beispiel sind vier Nuten 6c als Ölsammeleinrichtungen dargestellt. Ihre Zahl kann je nach baulicher Ausgestaltung größer oder kleiner sein. Im Beispiel 5 recht oben ist nochmals die ringförmige Nut 6b dargestellt, die sowohl gegen den äußeren als auch gegen den inneren Radius eine ringfömige Wand besitzt. Im Beispiel links unten wird der Rand 14 mit einer schaufelrad-ähnlichen Struktur versehen. Auf der Basis eines Rings sind Schaufeln 15 als Erhebungen auf der Ringstruktur zu erkennen. Die Schaufeln 15 sind in Drehrichtung aus dem Radius des Rings um einen Winkel α verkippt. Durch die Schaufelstruktur bilden sich Ölsammeltaschen 6d, die nach außen offen sind und in etwa trapezförmige Ausnehmungen bilden. Die Tiefe der Ausnehmung ist in dieser Ausführung gleichmäßig ausgestaltet, aber es wäre auch möglich die Tiefen wie im Beispiel 5 oben links auszugestalten und einen Tiefenverlauf vorzusehen. Im Beispiel 5 unten rechts werde die Ölsammeleinrichtungen durch Taschen gebildet, deren Formen trapezförmig sind, wobei die Ölsammeltaschen 6a in Drehrichtung verjüngt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kompressor
- 2
- Lagerbuchsen
- 3
- Gleitring
- 3a
- rotierender Gleitring
- 3b
- feststehender Gleitring
- 4
- Dichtungsspalt
- 5
- Ölsammelraum
- 6
- Ölsammelvorrichtung
- 6a
- Ölsammeltasche
- 6b
- Ringnut
- 6c
- keilförmige Nut
- 6d
- trapezförmige Ausnehmung
- 7
- Gehäuse
- 8
- Antriebswelle
- 8a
- Öffnung
- 9
- Öleinlassbohrung
- 10
- Ölablassbohrung
- 12
- Axiallager
- 14
- Rand
- 15
- Schaufel
- D
- Drehrichtung
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2013002029 A1 [0003]
- DE 102009055348 A1 [0004]
