DE102017109773A1

DE102017109773A1 - Hubkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102017109773A1
Application number: DE102017109773.2A
Authority: DE
Inventors: Jakub Pasek; Marius Burkauskas; Mirco Göpfert; André Jorke
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2017-05-08
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2018-11-08
Also published as: WO2018206371A1

Abstract

Die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine zur Verdichtung eines Fluides, insbesondere Umgebungsluft, für ein Druckluftsystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Zylindergehäuse, einen Kolben, der in einem Kolbenraum des Zylindergehäuses auf- und abwärts bewegbar ist, und einen Zylinderkopf mit einer Ventilträgerplatte und ein Lamellenventil.Das Lamellenventil liegt in einer ersten Stellung flächig an der Ventilträgerplatte an. Weiterhin weist das Lamellenventil mindestens eine Stützfläche auf, die mit einer Anschlagfläche in Kontakt bringbar ist, wenn bei der Abwärtsbewegung des Kolbens, bei der das Lamellenventil durch die Saugkraft in Richtung der Abwärtsbewegung von der Ventilträgerplatte abgehoben wird, das Lamellenventil in eine zweite Stellung bewegt wird.Um eine erhöhte Betriebssicherheit zu erreichen ist erfindungsgemäß vorgesehen, zwischen Zylindergehäuse und Zylinderkopf ein Zwischenelement mit Anschlagflächen vorzusehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine oder Verdichter zur Verdichtung eines Fluides, insbesondere Umgebungsluft, für ein Druckluftsystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Zylindergehäuse, einen Kolben, der im Kolbenraum des Zylindergehäuses auf- und abwärts bewegbar ist und einen Zylinderkopf.
Der Zylinderkopf eines derartigen Verdichters weist in der Regel eine Ventilträgerplatte auf, an der dann je Zylinder ein Lamellenventil befestigt ist. Dieses Lamellenventil weist Bereiche auf, die als Anschlagohr bekannt sind, wobei ein oder zwei Anschlagohren vorgesehen sein können, die jeweils eine Stützfläche aufweisen. In einer ersten Stellung des Lamellenventils liegt das Lamellenventil flächig an der Ventilträgerplatte an. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens, bei der das Lamellenventil durch die Saugkraft in Richtung der Abwärtsbewegung von der Ventilträgerplatte abgehoben wird, bewegt sich das Lamellenventil in eine zweite Stellung, bei der die Stützflächen auf Anschlagflächen aufschlagen wodurch die Bewegung begrenzt wird.
Die Anschlagflächen sind bei jeder Bewegung in die zweite Stellung, die Offenstellung des Ventils, einem Schlag ausgesetzt, bei dem ein Anschlagohr mit der Stützfläche auf die Anschlagfläche schlägt. Um dieser Belastung auf die Anschlagflächen wiederstehen zu können, ist es erforderlich, dass dieser Bereich eine erhöhte Dämpfungseigenschaft, Druckfestigkeit und Verschleißfestigkeit aufweist. Dies erreicht man, wenn das Zylindergehäuse beispielsweise aus Grauguss gefertigt wird oder wenn Einsteckbuchsen verwendet werden die entsprechende Eigenschaften aufweisen.
Weiterhin werden Beschichtungen eingesetzt die die Verschleißfestigkeit verbessern. Ein weiteres Problem bei bestehenden Konstruktionen ist das Abscheren oder Abbrechen der Ohren. Durch das Aufeinanderschlagen der Bauteile bildet sich eine scharfe Kante zwischen Zylinderwand und Anschlagfläche, die dann eine Scherwirkung auf das Lamellenventil ausübt bis das Ohr abbricht. Dies führt regelmäßig zum Ausfall des Kompressors.
Aus der DE 10 2008 052 744 A1 ist ein Verfahren bekannt, mittels dem Formkörper hergestellt werden, die eine Anschlagfläche aufweisen. Durch das Herstellungsverfahren ist die Form der Anschlagfläche an die Verformung des Lamellenventils angepasst. Allerdings ist das Verfahren sehr aufwendig.
Bekannt ist zudem, dass das Lamellenventil eine Haltelasche auf der gegenüberliegenden Seite der Ohren aufweist, mittels der das Lamellenventil zwischen der Ventilträgerplatte und dem Zylindergehäuse geklemmt bzw. gehalten wird. Die genaue Position des Lamellenventils wird dabei mittels zweier Stifte sichergestellt.
Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, eine verbesserte Lösung vorzuschlagen, die eine erhöhte Betriebssicherheit des Kompressors mit sich bringt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Hubkolbenmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine, zur Verdichtung eines Fluides, insbesondere Umgebungsluft, für ein Druckluftsystem eines Kraftfahrzeugs, umfasst ein Zylindergehäuse, einen Kolben, der in einem Kolbenraum des Zylindergehäuse auf- und abwärts bewegbar ist, und einen Zylinderkopf mit einer Ventilträgerplatte und einem Lamellenventil.
Das Lamellenventil liegt in einer ersten Stellung flächig an der Ventilträgerplatte an. Weiterhin weist das Lamellenventil mindestens eine Stützfläche auf, die mit einer Anschlagfläche in Kontakt bringbar ist, wenn bei der Abwärtsbewegung des Kolbens, bei der das Lamellenventil durch die Saugkraft in Richtung der Abwärtsbewegung von der Ventilträgerplatte abgehoben wird, das Lamellenventil in eine zweite Stellung bewegt wird.
Um eine erhöhte Betriebssicherheit zu erreichen ist erfindungsgemäß vorgesehen, zwischen Zylindergehäuse und Zylinderkopf ein Zwischenelement mit Anschlagflächen vorzusehen. Das Zwischenelement ist sehr leicht austauschbar und bietet die Möglichkeit die Auslegung des Zwischenblechs an die Betriebsbedingungen der Hubkolbenmaschine bzw. des Kompressors anzupassen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Lamellenventil eine Haltelasche aufweist und das Zwischenelement einen Halteflächenbereich umfasst, wobei das Lamellenventil derart zwischen Ventilträgerplatte und Zwischenelement angeordnet ist, dass das Lamellenventil in der ersten Stellung gehalten wird.
Je nach Ausführung des Kompressors kann das Zwischenelement Kühlkanalabschnitte zur Durchleitung eines Kühlfluides aufweisen. So kann eine kühlmittelleitende Verbindung zwischen Zylinderkopf und Zylindergehäuse aufgebaut bzw. hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführung kann die Stützfläche des Lamellenventils im Bereich eines Anschlagohrs positioniert sein, wobei ein oder mehr Anschlagohren vorgesehen sein können, die mit einer oder mehr Anschlagflächen in Kontakt bringbar sind. Die Anzahl und Größe der Stützfläche kann so einfach an die Betriebsbedingungen des Kompressors angepasst werden.
Zur Abdichtung können jeweils ein Dichtelement zwischen Zylindergehäuse und Zwischenelement sowie Zwischenelement und Ventilträgerplatte angeordnet sein. Dabei kann es sich um ein separates Dichtelement oder um eine Dichtungsmasse aus Silikon handeln, die auf die Zwischenplatte aufgetragen wird.
Das Zylindergehäuse kann aus einer Aluminiumlegierung und das Zwischenelement aus einem stoßfesten und/oder schlagfesten Material bestehen.
In einer bevorzugten Ausführung kann weiterhin vorgesehen sein, dass zumindest die eine Anschlagfläche und der Halteflächenbereich am Zwischenelement angeformt sind.
Zur weiteren Verbesserung der Funktion und zum Ausgleich von Toleranzen kann vorgesehen sein, dass die Bereiche mit der/den Anschlagflächen und der Haltefläche des Zwischenelementes zumindest bereichsweise durch das Zylindergehäuse gestützt werden. Durch die Stützung kann eine gewisse Vorspannung erzeugt werden, mit der diese Bereiche vorgespannt werden um Schwingungen zu reduzieren.
Alternativ kann aber auch vorgesehen sein die Anschlagflächen derart einzubauen, dass die Anschlagflächen eine Federwirkung aufweisen, durch die das aufeinanderschlagen von Anschlagfläche und Anschlagohr gedämpft wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Anschlagfläche aus mehreren Teilflächenbereichen besteht, die unterschiedliche Winkel α, β zur Ventilträgerplatte aufweisen. Dadurch erreicht man einen gezielten Verlauf der Kräfte beim Aufschlagen der Stützfläche auf die Anschlagfläche.
Weiterhin kann mindestens eine Anschlagfläche einen Übergangsbereich aufweisen, in dem die Berührung von Stützfläche und Anschlagfläche linienförmig erfolgt.
Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.
In diesen zeigen:

1 das Lamellenventil in der zweiten Stellung entsprechend dem StdT
2 das Lamellenventil in der zweiten Stellung mit Zwischenelement
3 das Zwischenelement mit den Dichtungen
4 ein weitere Ausführungsform der Anschlagfläche

1 zeigt den Aufbau eines Kompressors 1 entsprechend dem StdT. Dabei ist das Lamellenventil 6 in der zweiten Stellung, also der Offenstellung, dargestellt. in der nicht dargestellten ersten Stellung liegt das Lamellenventil 6 an der Ventilträgerplatte 5 an und verschließt dabei die Ansaugöffnung 21, durch die Luft bei der Kolbenbewegung nach unten in den Zylinderraum 3 eingesaugt wird. Durch das Ansaugen wirkt eine Kraft auf das Lamellenventil 6, durch die sich dieses nach unten bewegt bis es auf die Anschlagfläche 9 trifft bzw. schlägt. Im der dargestellten Ausführung ist die Anschlagfläche 9 eine Fläche die in das Zylindergehäuse 2 eingearbeitet ist. Um eine gezielte Verformung zu erreichen ist diese etwas nach innen schräg ausgeführt. Ist die Kraft auf das Lamellenventil zu groß oder ist die Anschlagfläche 9 durch das ständige Schlagen verformt, wirken Scherkräfte auf das Lamellenventil und es kommt an der Kante zwischen Kolbenraum 3 und Anschlagfläche 9 zu einer Abscherung des Stützflächenbereiches 7 bzw. Lamellenohres des Lamellenventils 6.
Auf der rechten Seite weist das Lamellenventil 6 eine Haltelasche 12 auf, die zwischen Ventilträgerplatte 5 und Zylindergehäuse 2 gehalten bzw. geklemmt ist. Zur Abdichtung ist eine Dichtung 13a vorgesehen.
2 zeigt die erfindungsgemäße Ausführung, hier ist ein Zwischenelement 11 zwischen der Ventilträgerplatte 5 und dem Zylindergehäuse 2 angeordnet. In 3 ist das Zwischenelement 11 beispielhaft für einen zweistufigen Kompressor in der Draufsicht dargestellt. Das Zwischenelement 11 besteht aus einem dünnen Blech, das im Bereich der Zylinderräume 3 ausgespart ist. Weiterhin sind Aussparungen für die Kühlkanäle 23 und die Schraubenverbindungen zu erkennen. Die einzelnen Öffnungen sind zueinander durch Dichtungselemente 13 getrennt, die auf der Ober- und Unterseite des Zwischenelementes 11 auf das Blech aufgebracht sind. Das Dichtungselement 13 kann beispielsweise ein Silikonmaterial sein, das auf das Blech aufgetragen wird.
Wie in 1 ist auch in 2 das Lamellenventil 6 in der Offenstellung, der zweiten Stellung dargestellt. Das Lamellenventil 6 hat auf der rechten Seite eine Haltelasche 12, die zwischen der Ventilträgerplatte 5 und dem Zwischenelement 11 geklemmt und mittels nicht dargestellter Stifte fixiert ist (3, Pos. 22). Im Ruhezustand, der ersten Stellung, liegt das Lamellenventil 6 durch diese Klemmung flächig an der Ventilträgerplatte 5 an.
Bewegt sich der Kolben 19 nach unten, wird das Lamellenventil 6 von der Ventilträgerplatte 5 durch die durch die Ansaugöffnung 21 einströmende Luft abgehoben bzw. nach unten bewegt, bis dieses mit den Stützflächen 7 an den Anschlagohren 8 auf den Anschlagflächen 9 des Zwischenelementes 11 in Kontakt kommt.
Die Anschlagflächen 9 sich dazu derart ausgeführt, dass die Stützwirkung für das Lamellenventil 6 derart erfolgt, dass eine gewünschte Durchbiegung des Ventils erfolgt.
Die Ausbuchtungen oder Vertiefungen im Zwischenelement 11 für die Anschlagohren 8 und die Haltelachen 12 können durch Tiefziehen oder auch einem Biegeverfahren hergestellt sein. Zur Abstützung der Ausbuchtungen sind Vertiefungen im Zylindergehäuse vorgesehen, die wie hier dargestellt, vollständig die Form der Ausbuchtungen haben. Alternativ können in dem Zylindergehäuse aber auch größere Vertiefungen vorgesehen sein, um eine größere Toleranz bei der Ausformung der Ausbuchtungen im Zwischenelement 11 zulassen zu können. Es entsteht dann unterhalb der Anschlagfläche 9 ein Hohlraum zwischen Zwischenelement 11 und Zylindergehäuse 2.
In 4 ist eine alternative Gestaltung des Zwischenelementes 11 im Bereich der Anschlagflächen 9 dargestellt. Zum Einen weist der Anschlagbereich zwei unterschiedliche Winkel α, β auf, und zum Anderem ist der Anschlagbereich nur durch eine relativ kleine Stützfläche 23 gestützt. Beide Optionen können auch unabhängig voneinander vorgesehen sein. Der Vorteil bei der Verwendung unterschiedlicher Winkel mit dem dazwischen liegenden Übergangsbereich 18 liegt darin, dass die Ohrenbereiche des Lamellenventils 6 nicht vollflächig aufschlagen, sondern ein gewisse Abrollbewegung erfolgt bei der die Aufschlagkraft gedämpft. Die relativ kleine Abstützung im Stützflächenbereich 23 erlaubt, dass die Ausbuchtungen mit einem gewissen Übermaß bzw. überbogen gefertigt werden kann, so dass der Einbau des Zwischenelements 11 mit einer Vorspannung erfolgen kann.
Bezugszeichenliste

1: Hubkolbenmaschine
2: Zylindergehäuse
3: Kolbenraum
4: Zylinderkopf
5: Ventilträgerplatte
6: Lamellenventil
7: Stützfläche
8: Anschlagohr
9: Anschlagfläche
10: Haltefläche
11: Zwischenelement
12: Haltelasche
13: Dichtung
14: Kühlkanalabschnitte
15: Kühlkanal
16: Ausbuchtung
17: Ausbuchtungen
18: Übergangsbereich
19: Kolben
20: Halteflächenbereich
21: Ansaugöffnung
22: Fixierstiftlöcher
23: Stützfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008052744 A1 [0005]

Claims

Hubkolbenmaschine (1) zur Verdichtung eines Fluides, insbesondere Umgebungsluft, für ein Druckluftsystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Zylindergehäuse (2), einen Kolben, der in einem Kolbenraum (3) des Zylindergehäuses (2) auf- und abwärts bewegbar ist, und einen Zylinderkopf (4) mit einer Ventilträgerplatte (5) und ein Lamellenventil (6), das in einer ersten Stellung flächig an der Ventilträgerplatte anliegt, wobei das Lamellenventil (6) mindestens eine Stützfläche (7) aufweist, die mit einer Anschlagfläche (9) in Kontakt bringbar ist, wenn bei der Abwärtsbewegung des Kolbens, bei der das Lamellenventil (6) durch die Saugkraft in Richtung der Abwärtsbewegung von der Ventilträgerplatte (5) abgehoben wird, das Lamellenventil (6) in eine zweite Stellung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zylindergehäuse (2) und Zylinderkopf (4) ein Zwischenelement (11) mit Anschlagflächen (9) vorgesehen ist.
Hubkolbenmaschine (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellenventil (6) eine Haltelasche (12) aufweist und das Zwischenelement (11) einen Halteflächenbereich (10) umfasst, wobei das Lamellenventil (6) derart zwischen Ventilträgerplatte (5) und Zwischenelement (11) angeordnet ist, dass das Lamellenventil (6) in der ersten Stellung gehalten wird.
Hubkolbenmaschine (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (11) Kühlkanalabschnitte (14) zur Durchleitung eines Kühlfluides aufweist.
Hubkolbenmaschine (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche (7) des Lamellenventils (6) im Bereich eines Anschlagohrs (8) positioniert ist, wobei ein oder mehr Anschlagohren (8) vorgesehen sein können, die mit einer oder mehr Anschlagflächen (9) in Kontakt bringbar sind.
Hubkolbenmaschine (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Dichtelement (13) zwischen Zylindergehäuse (2) und Zwischenelement (11) sowie Zwischenelement (11) und Ventilträgerplatte (5) angeordnet ist.
Hubkolbenmaschine (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (13) eine Dichtungsmasse aus Silikon ist, die auf die Zwischenplatte aufgetragen ist.
Hubkolbenmaschine (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zylindergehäuse (2) aus einer Aluminiumlegierung und das Zwischenelement (11) aus einem stoßfesten und/oder schlagfesten Material bestehen.
Hubkolbenmaschine (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Anschlagfläche (9) und/oder der Halteflächenbereich (10) am Zwischenelement (11) angeformt sind.
Hubkolbenmaschine (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (9) und der Halteflächenbereich (10) des Zwischenelements (11) zumindest bereichsweise durch das Zylindergehäuse (2) gestützt werden.
Hubkolbenmaschine (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anschlagfläche (9) aus mehreren Teilflächenbereichen besteht, die unterschiedliche Winkel α, β zur Ventilträgerplatte (5) aufweisen.
Hubkolbenmaschine (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anschlagfläche (9) einen Übergangsbereich (18) aufweist, in dem die Berührung von Stützfläche (7) und Anschlagfläche (9) linienförmig erfolgt.