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Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit, insbesondere für einen Kompressor, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 9 der Erfindung betrifft dieselbe ferner einen Kompressor, insbesondere Kältemittelverdichter, mit einer solchen Ventileinheit.
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Ventileinheiten für Kompressoren, beispielsweise für Kompressoren als Kältemittelverdichter zur Verwendung in einer Fahrzeug-Klimaanlage, sind seit geraumer Zeit in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. So beschreibt die
WO 95/29338 A1 eine Ventileinheit in Form eines Saug- oder Druckventils für Kolbenverdichter mit einer Ventilplatte, in der Fachwelt auch als Ventilsitz bezeichnet, in welcher/m wenigstens eine Durchtrittsöffnung respektive Ventilbohrung angeordnet ist, und mit einer gegenüber der Ventilplatte beweglichen, federkraftbelasteten Ventilplatte oder mit einer Ventillamelle. Die Ventillamelle ist dazu selbst federelastisch, beispielsweise aus Federstahl ausgebildet und einenends fest eingespannt, wogegen das andere, freie Ende während der bestimmungsgemäßen Funktion des Ventils federelastisch von der Ventilbohrung weg auslenkbar ist und so dieselbe freigibt. Aus der
US 2002/0157717 A1 ist ebenfalls eine Ventileinheit mit einer Ventillamelle bekannt, deren Auslenkbewegung mittels eines sogenannten Niederhalters begrenzt ist. Weitere Ventileinheiten bzw. Verdichter respektive Kompressoren mit besagten Ventileinheiten sind aus der
DE 29 11 746 A1 , der
DE 43 26 366 A1 und der
DE 10 2008 004 809 A1 bekannt. Aus der Praxis ist es im Zusammenhang mit besagten Ventillamellen bekannt, dass in der Interaktion der Ventillamelle mit besagtem Niederhalter ein sogenanntes Ventilflattern mit störenden Geräuschen und Beeinträchtigung der Funktion des Ventils auftreten kann. Um diesem nachteiligen Umstand zu begegnen, ist es bekannt, durch analytische Vorauslegung und Erprobung unterschiedlicher Geometrien für besagte Ventillamelle und den Niederhalter eine für einzelne Betriebspunkte optimierte Konfiguration mit einem zufriedenstellenden Öffnungs- und Schließverhalten bei minimalem Druckverlust auszuwählen. Ferner ist es zur Reduktion der Schwingungen bekannt, die Lamelle mit einer schwingungsdämpfenden Beschichtung zu versehen. So beschreibt die
DE 29 11 746 A1 eine als Drucklamelle verwendete und beidenends zwischen einer Ventillamelle und einem Drucklamellenfänger eingespannte Ventillamelle aus Federstahl, welche auf beiden Seiten mit einer schwingungsdämpfenden Schicht beschichtet ist. Darüber hinaus ist aus dieser Druckschrift eine in Sandwichbauweise ausgebildete Ventillamelle bekannt, welche zur Schwingungsdämpfung aus zwei aus Federstahl bestehenden Lamellenkörpern besteht, die durch eine gemeinsame mittleren Schicht aus einer PTFE-Mischung voneinander getrennt sind und gleichzeitig an ihren Außenseiten jeweils mit einer weiteren Schicht aus einer PTFE-Mischung (PTFE = Polytetrafluorethylen) beschichtet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Hinblick auf den Stand der Technik alternative Ventileinheit zu schaffen, welche bei einfacher und kostengünstiger Bauweise eine verbesserte Ventildynamik mit zumindest reduzierter Schwingungs- bzw. Flatterneigung aufweist und überdies leicht an ein größeres Betriebspunktespektrum wie es beispielsweise bei CO2-Kältemittelverdichtern zu verzeichnen ist, anpassbar ist. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kompressor, insbesondere Kältemittelverdichter, mit einer solchen Ventileinheit zur Verfügung zu stellen.
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Ausgehend von einer Ventileinheit, insbesondere für einen Kompressor, mit einem eine Ventilbohrung aufweisenden Ventilsitz für ein die Ventilbohrung abdichtendes, federelastisches Schließelement, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das federelastische Schließelement durch ein Lamellenpaket aus zwei oder mehr aufeinander liegenden, federelastischen Einzellamellen gebildet ist, wobei das Lamellenpaket einen ersten Endabschnitt ausbildet, der fest eingespannt ist und einen zweiten, freien Endabschnitt ausbildet, der während der bestimmungsgemäßen Funktion der Ventileinheit federelastisch von der Ventilbohrung weg auslenkbar ist.
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Hierdurch ist eine Ventileinheit geschaffen, welche einfach und kostengünstig an ein größeres Betriebspunktespektrum derselben anpassbar ist allein durch Auswahl und Vereinigung einer bestimmten Anzahl von Einzellamellen zu besagtem Lamellenpaket, wodurch zum einen die herkömmlich bei einer einzigen Lamelle infolge Interaktion mit einem Niederhalter zu verzeichnende Schwingungs- bzw. Flatterneigung verhindert, zumindest jedoch wirkungsvoll minimiert ist. Zum anderen kann durch diese Maßnahme der herkömmlich favorisierte Niederhalter zur Begrenzung der Auslenkung des Schließelements in Form des Lamellenpakets entbehrlich sein.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Um eine besonders hohe Wirkung der erfindungsgemäßen Ventileinheit zu erzielen, ist vorgesehen, dass zumindest zwei benachbarte Einzellamellen des Lamellenpakets im Bereich des zweiten, freien Endabschnitts derart lose aufeinander liegen, dass sie während der bestimmungsgemäßen Funktion der Ventileinheit im besagten Bereich tangential eine Relativverschiebung zueinander ausführen. Beim Öffnungsvorgang, angeregt durch eine Druckdifferenz, biegt sich der freie Endabschnitt des gesamten Lamellenpaketes. Dabei können sich die besagten benachbarten Einzellamellen an ihren Kontaktflächen tangential gegeneinander verschieben. Durch die Reibung zwischen den Kontaktflächen ist vorteilhaft ein Dämpfungseffekt zu verzeichnen, der zur Verhinderung, zumindest jedoch zur Minimierung der Schwingungs- und Flatterneigung der Einzellamellen des Lamellenpakets vorteilhaft beiträgt. Um bei beispielsweise einer experimentellen oder simulativen Anpassung der Ventilcharakteristik an unterschiedliche Betriebszustände erforderlichenfalls lokal die Steifigkeit anpassen zu können, ist in Fortbildung der Erfindung vorgesehen, dass ein Teil einer Mehrzahl Einzellamellen im Bereich des besagten zweiten, freien Endabschnitts zumindest abschnittsweise untereinander fest verbunden ist. Um weitere Möglichkeiten der Anpassung der Ventilcharakteristik an unterschiedliche Betriebszustände zu eröffnen, ist vorgesehen, dass die oder ein Teil der Einzellamellen zumindest im Bereich des besagten zweiten, freien Endabschnitts unterschiedliche Abmessungen, demgemäß eine unterschiedliche Länge, Breite und/oder Dicke, und/oder eine unterschiedliche Gestalt und/oder Beschaffenheit, um beispielsweise den Reibungseffekt einstellen zu können, aufweisen. Eine weitere Möglichkeit der Reduktion der Schwingungs- und Flatterneigung der Einzellamellen des Lamellenpakets ergibt sich dadurch, dass die zumindest zwei benachbarten, lose aufeinander liegenden Einzellamellen zumindest im Bereich des besagten zweiten, freien Endabschnitts unter Vermittlung wenigstens eines Dämpfungsmittels aufeinander liegen. Bevorzugt ist dabei das wenigstens eine Dämpfungsmittel durch eine Dämpfungsschicht auf zumindest einer der betreffenden zwei benachbarten Einzellamellen oder durch eine separate und zwischen die betreffenden zwei benachbarten Einzellamellen angeordnete Dämpfungslamelle gebildet. Weiter bevorzugt besteht besagte Dämpfungsschicht oder Dämpfungslamelle aus einem Elastomer. Wie die Erfindung weiter vorsieht, kann bei Bedarf dem Schließelement in Form des Lamellenpakets im Hinblick auf ausgewählte Betriebszustände der Ventileinheit ein die Auslenkbewegung desselben begrenzender Niederhalter zugeordnet sein.
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Die Erfindung betrifft auch einen Kompressor, insbesondere Kältemittelverdichter, mit zumindest einer Ventileinheit der vorbeschriebenen Art.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:
- 1 äußerst schematisch eine Schnittdarstellung einer Ventileinheit nach dem Stand der Technik mit einer einzigen federelastischen Ventillamelle,
- 2 ein Kraft (FFeder)-Weg (SVentil)-Diagramm, welches die Federkennlinie der Ventillamelle nach 1 darstellt (Stand der Technik),
- 3 äußerst schematisch eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Ventileinheit mit einem erfindungswesentlichen Lamellenpaket,
- 4 ein Kraft (FFeder)-Weg (SVentil)-Diagramm, welches die Federkennlinie des Lamellenpakets nach 3 darstellt, und
- 5 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Ventileinheit mit einem vorteilhaft weitergebildeten Lamellenpaket.
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1 zeigt zunächst eine Ventileinheit 1 nach dem Stand der Technik für einen im Detail nicht zeichnerisch dargestellten Kompressor 2 als insbesondere Kältemittelverdichter zur Verwendung in einer Fahrzeug-Klimaanlage. Die Ventileinheit 1 verfügt über einen eine Ventilbohrung 3 aufweisenden Ventilsitz 4 für ein besagte Ventilbohrung 3 abdichtendes, federelastisches Schließelement. Das Schließelement ist durch eine einzige Ventillamelle 5 konstanter Dicke gebildet und besteht üblicherweise aus einem Federstahl. Die Ventillamelle 5 ist gemeinsam mit einem Niederhalter 6 mittels eines sich am Ventilsitz 4 abstützenden Einspannmittels 7 einseitig fest eingespannt. Der Niederhalter 6 hat den Zweck, die maximale Auslenkung der Ventillamelle 5 zu begrenzen und ein in bestimmten Betriebszuständen der Ventileinheit 1 zu verzeichnendes Schwingen oder Flattern der Ventillamelle 5 zu verringern.
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Die charakteristische Federkennlinie 8 einer solchen einzigen Ventillamelle 5 ist 2 zu entnehmen. Diese ist durch einen anfangs annähernd linearen Verlauf 9 gekennzeichnet. Sobald die Ventillamelle 5 während der bestimmungsgemäßen Funktion der Ventileinheit 1 so weit ausgelenkt ist, das sie mit dem Niederhalter 6 in Kontakt steht, geht die Federkennlinie 8 in einen stark nichtlinearen Verlauf 10 über. Im Übergangsbereich 11 vom linearen Verlauf 9 in den nicht linearen Verlauf 10 können instabile Zustände in Form eines verstärkten Flatterns der Ventillamelle 5 auftreten, die bedingt durch Resonanzeffekte aus der Interaktion der Ventillamelle 5 mit dem Niederhalter 6 resultieren.
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Um diesem nachteiligen Umstand zu begegnen, wird unter Verweis auf 3 eine Ventileinheit 12 mit einem eine Ventilbohrung 13 aufweisenden Ventilsitz 14 für ein besagte Ventilbohrung 13 abdichtendes, federelastisches Schließelement vorgeschlagen, welches durch ein Lamellenpaket 15 gebildet ist. Das Lamellenpaket 15 ist aus zwei oder mehr, gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus fünf unmittelbar aufeinander liegenden, federelastischen Einzellamellen 15a-e gebildet, wobei die unmittelbar über der Ventilbohrung 13 angeordnete Einzellamelle 15a die Dichtfunktion einer herkömmlichen einzigen Ventillamelle 5 nach 1 übernimmt.
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Das Lamellenpaket 15 respektive deren Einzellamellen 15a-e bildet/n einen ersten Endabschnitt 16 aus, der mittels eines sich vorliegend am Ventilsitz 14 abstützenden Einspannmittels 17 fest eingespannt ist. Darüber hinaus bildet/n das Lamellenpaket 15 respektive deren Einzellamellen 15a-e einen zweiten, freien Endabschnitt 18 aus, der während der bestimmungsgemäßen Funktion der erfindungsgemäßen Ventileinheit 12 federelastisch von der Ventilbohrung 13 weg auslenkbar ist.
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Hierdurch ist eine einfache und kostengünstige, an ein großes Betriebspunktespektrum anpassbare Ventileinheit 12 geschaffen, wobei allein durch Auswahl und Vereinigung einer bestimmten Anzahl von Einzellamellen 15a-e zu besagtem Lamellenpaket 15 herkömmlich zu verzeichnende Schwingungs- bzw. Flatterneigung einer einzigen Ventillamelle 5 in Kombination mit besagten Niederhalter 6 verhindert, zumindest jedoch wirkungsvoll minimiert ist. Wie ersichtlich, ist gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der besagte herkömmlich favorisierte Niederhalter 6 entbehrlich.
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Wie der 3 weiter zu entnehmen ist, weisen die Einzellamellen 15a-e eine unterschiedliche Länge auf derart, dass deren Länge sich ausgehend von der Einzellamelle 15a zur Einzellamelle 15e hin verringert. Das Lamellenpaket 15 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel sozusagen stufenförmig ausgebildet. Demgegenüber können die Einzellamellen 15a-e unterschiedlicher Länge auch derart angeordnet sein, dass besagte stufenförmige Anordnung nach 3 nicht zu verzeichnen ist, indem sich beispielsweise längere mit kürzeren Einzellamellen 15a-e abwechseln. All den möglichen Anordnungen der Einzellamellen 15a-e ist jedoch gemein, dass diese je nach Anordnung die Form der Durchbiegung des Lamellenpakets 15 bestimmen und den Ventilhub sozusagen selbstständig begrenzen.
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Hieraus resultiert eine nichtlineare Federkennlinie 19.1, 19.2 über dem gesamten Ventilhub, die je nach Gestaltung und Anordnung der Einzellamellen 15a-e des Lamellenpakets 14 an unterschiedliche Betriebszustände angepasst ist (vgl. 4). 4 zeigt insoweit beispielgebend zwei derartige Federkennlinien 19.1, 19.2 für je ein Lamellenpaket 15, das für unterschiedliche Betriebszustände ausgelegt ist. Durch die erfindungsgemäße Ventileinheit 12 wird der bei einer herkömmlichen Federkennlinie 8 (vgl. 2) zu verzeichnende kritische Übergangsbereich 11 vom linearen Verlauf 9 zum nicht linearen Verlauf 10 vorteilhaft vermieden.
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Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese konkrete Ausgestaltung, sondern erfasst auch ein Lamellenpaket 15 deren Einzellamellen 15a-e eine unterschiedliche Länge, Breite und/oder Dicke (vgl. 3, 5) und/oder eine unterschiedliche Gestalt und/oder Beschaffenheit aufweisen (nicht zeichnerisch dargestellt). Unter einer unterschiedlichen Gestalt wird beispielsweise ein unterschiedlicher Querschnitt der Einzellamellen 15a-e verstanden, woraus beispielsweise eine unterschiedlich große Kontaktfläche zwischen benachbarten Einzellamellen 15a-e und/oder eine unterschiedliche Federwirkung resultiert. Unter einer unterschiedlichen Beschaffenheit wird beispielsweise ein unterschiedlicher Werkstoff zur Ausbildung der Einzellamellen 15a-e verstanden. So beschränkt sich die Erfindung nicht auf Ausführungsformen, bei denen sämtliche Einzellamellen 15a-e einheitlich aus beispielsweise einem Federstahl, einem federelastischen Kunststoff oder einem federelastischen Verbundwerkstoff bestehen, sondern erfasst auch ein Lamellenpaket 15, deren Einzellamellen 15a-e aus einem unterschiedlichen Werkstoff, beispielsweise der vorgenannten Art bestehen. Durch sämtliche vorstehenden Maßnahmen ist das Verhalten der erfindungsgemäßen Ventileinheit 12 in weiten Grenzen einstellbar.
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Darüber hinaus ist vorgesehen, dass zumindest zwei benachbarte, bevorzugt jedoch sämtliche benachbarten Einzellamellen 15a-e lose aufeinander liegen derart, dass während der bestimmungsgemäßen Funktion der Ventileinheit 12 zumindest im Bereich des zweiten, freien Endabschnitts 18 der Einzellamellen 15a-e Kontaktreibung zwischen den Kontaktflächen benachbarter Einzellamellen 15a-e durch tangentiale Relativverschiebung bewirkt ist. Wie bereits oben ausgeführt, ist durch diese Maßnahme vorteilhaft ein Dämpfungseffekt zu verzeichnen, der zur Verhinderung, zumindest jedoch zur Minimierung der Schwingungs- und Flatterneigung der Einzellamellen 15a-e des Lamellenpakets 15 vorteilhaft beiträgt. Über die Wahl der Abmaße, der Gestalt und der Beschaffenheit der Einzellamellen 15a-e sind die Reibwirkung zwischen den relativ zueinander verschiebbaren Kontaktflächen und damit der erzielbare Dämpfungseffekt in weiten Grenzen einstellbar.
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Um das Verhalten der Ventileinheit 12 bzw. dessen Lamellenpakets 15 noch besser einstellen zu können, ist die Möglichkeit gegeben, die Steifigkeit des Lamellenpakets 15 lokal zu erhöhen, indem ein Teil einer Mehrzahl vorgesehener Einzellamellen 15a-e im Bereich des besagten zweiten, freien Endabschnitts 18 zumindest abschnittsweise untereinander fest verbunden wird, beispielsweise durch Stoffschluss, wie Schweißen oder Kleben (nicht zeichnerisch dargestellt).
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5 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungswesentlichen Lamellenpakets 15. Danach ist zwischen den lose aufeinanderliegenden Einzellamellen 15a-e jeweils ein Dämpfungsmittel, vorliegend in Form einer Dämpfungslamelle 20 angeordnet. D. h., die Einzellamellen 15a-e liegen in diesem Fall nicht unmittelbar, sondern unter Vermittlung besagter Dämpfungslamelle 20 aufeinander. Bevorzugt besteht die Dämpfungslamelle 20 aus einem Elastomer, beispielsweise aus einem elastomeren Kunststoff oder einem Gummi. Durch die Wahl oder Ausbildung des Elastomers sind das Reibverhalten zwischen der Dämpfungslamelle 20 und den jeweils benachbarten Einzellamellen 15a-e und damit der erzielbare Dämpfungseffekt in weiten Grenzen einstellbar.
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Statt besagter Dämpfungslamellen 20 kann auch vorgesehen sein, die betreffenden Einzellamellen 15a-e zumindest im Bereich ihrer Kontaktflächen mit einer Dämpfungsschicht aus beispielsweise einem Elastomer zu versehen (nicht zeichnerisch dargestellt). Die besagte Dämpfungsschicht kann beispielsweise nach einem an sich bekannten Kunststoff-Spritzgießverfahren auf die betreffenden Einzellamellen 15a-e aufgebracht werden/sein.
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Ungeachtet der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ventileinheit 12, kann es sich im Hinblick auf ausgewählte Betriebszustände derselben gegebenenfalls dennoch als vorteilhaft erweisen, auch hier einen den Federhub des Lamellenpakets 15 begrenzenden Niederhalter 21 vorzusehen, welcher beispielgebend in 5 mittels gestrichelter Linienführung schematisch angedeutet ist und sich über den Endbereich der die Ventilbohrung 13 abdichtenden Einzellamelle 15a erstreckt. 5 zeigt insoweit einen Niederhalter 21, der als ein vom Lamellenpaket 15 unabhängiges Bauteil ausgebildet ist.
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Alternativ kann der Niederhalter 21' (strich-punktierte Linienführung) auch Bestandteil des Lamellenpakets 15 sein, indem dieser die gemäß 3 bzw. 5 jeweils oben liegende Einzellamelle 15e ersetzt oder zusätzlich als ebenfalls federelastische oder als starre Abschlusslamelle angeordnet wird und sich bis über den Endbereich zumindest einer der darunter angeordneten Einzellamellen 15a-d erstreckt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventileinheit
- 2
- Kompressor
- 3
- Ventilbohrung
- 4
- Ventilsitz
- 5
- Ventillamelle
- 6
- Niederhalter
- 7
- Einspannmittel
- 8
- Federkennlinie
- 9
- linearer Verlauf
- 10
- nicht linearer Verlauf
- 11
- Übergangsbereich
- 12
- Ventileinheit
- 13
- Ventilbohrung
- 14
- Ventilsitz
- 15
- Lamellenpaket
- 15a-e
- Einzellamellen
- 16
- erster Endabschnitt
- 17
- Einspannmittel
- 18
- zweiter Endabschnitt
- 19.1
- Federkennlinie
- 19.2
- Federkennlinie
- 20
- Dämpfungslamelle
- 21
- Niederhalter
- 21'
- Niederhalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 9529338 A1 [0002]
- US 2002/0157717 A1 [0002]
- DE 2911746 A1 [0002]
- DE 4326366 A1 [0002]
- DE 102008004809 A1 [0002]
