EP2193274B1 - Hubkolbenmaschine - Google Patents

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Publication number
EP2193274B1
EP2193274B1 EP08785372.7A EP08785372A EP2193274B1 EP 2193274 B1 EP2193274 B1 EP 2193274B1 EP 08785372 A EP08785372 A EP 08785372A EP 2193274 B1 EP2193274 B1 EP 2193274B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reciprocating piston
piston machine
machine according
radial shaft
sealing ring
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Not-in-force
Application number
EP08785372.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2193274A1 (de
Inventor
Jan Hinrichs
Jens Dittmar
Tilo SCHÄFER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
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
Publication of EP2193274A1 publication Critical patent/EP2193274A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2193274B1 publication Critical patent/EP2193274B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/10—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F04B27/1036—Component parts, details, e.g. sealings, lubrication

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating engine according to the preamble of claim 1.
  • Reciprocating engines of the type discussed here are known ( US 2001/053328 A1 ). They are used in particular as a refrigerant compressor for regulating the passenger compartment temperature of a motor vehicle.
  • Such reciprocating engines comprise a pivoting element which has a variable pivot angle with respect to a plane on which the axis of rotation of a shaft of the reciprocating engine is perpendicular.
  • the pivoting element is pivotally connected to at least one driver element, via which the pivoting element also cooperates with the shaft, so that upon rotation of the shaft and the pivoting element rotates.
  • Such machines also have at least one parallel to the shaft arranged piston which is movably mounted in a bore of the cylinder block of the reciprocating engine.
  • the drive space is in communication with a refrigerant supply path and with a refrigerant return path.
  • the amount of refrigerant present in the drive chamber such as CO 2 in a CO 2 compressor, can be adjusted via the refrigerant supply path and via the refrigerant return path.
  • At least one radial shaft sealing ring is provided in the refrigerant return path, which cooperates with the shaft and preferably separates the refrigerant supply path from the refrigerant return path.
  • at least one screen and at least one throttle arranged in the refrigerant recirculation path.
  • the screen absorbs any particles present in the refrigerant, which can otherwise cause clogging of the throttle.
  • the known reciprocating engines have the disadvantage that the arranged in the refrigerant return path radial shaft seal, the sieve and the throttle cause a considerable installation effort.
  • Object of the present invention is therefore to provide a reciprocating engine, which is characterized by a particularly simple installation.
  • the reciprocating engine is characterized in that the radial shaft seal, the screen and the throttle form an assembly.
  • the radial shaft seal, the screen and the throttle are thus not spatially separated from each other in the reciprocating engine arranged, but quasi formed in the form of a module.
  • a reciprocating engine which is characterized in that the refrigerant return path is at least partially formed in the shaft of the reciprocating engine. Via an opening in the peripheral surface of the shaft, the refrigerant recirculation path is then in communication with the drive chamber, so that refrigerant which is present in the drive chamber via the refrigerant recirculation path can be removed.
  • the refrigerant supply path is at least partially formed in a cooperating with the shaft bearings.
  • the rolling bearing receiving the shaft is advantageously lubricated by the oil-rich refrigerant, in particular an oil-CO 2 mixture.
  • the refrigerant supply path is in communication with the drive chamber via an opening in the rolling bearing.
  • Another preferred embodiment of the reciprocating engine is characterized in that the throttle and the radial shaft sealing ring are integrally formed.
  • the throttle and the radial shaft sealing ring are integrally formed.
  • This measure also leads to a particularly simple manufacturing method of the assembly and also to a much simplified installation of the radial shaft seal, the screen and the throttle, in contrast to a complex assembly of the individual elements in different, so spatially separated areas of the refrigerant recirculation path.
  • a reciprocating engine in which the assembly consisting of the radial shaft seal, the screen and the throttle is arranged in a cylinder head of the reciprocating engine.
  • the assembly is also provided to arrange the assembly directly at one end of the shaft, wherein the shaft is arranged at least partially in a recess in the cylinder head.
  • a reciprocating engine which is characterized in that the refrigerant supply path to the high pressure side of the reciprocating engine is in communication and thus oil-rich refrigerant, such as CO 2 , the drive chamber can be supplied.
  • the refrigerant return path is in communication with the suction region of the reciprocating engine, which is supplied in this way low-oil refrigerant from the drive chamber.
  • a reciprocating engine which is characterized in that the consisting of radial shaft seal, sieve and throttle assembly is axially fixed, for example in a shaft receiving bore in the cylinder head of the reciprocating engine by suitable means.
  • suitable means for example, a snap ring or a snapping lip contour, which is formed on the module, may be provided.
  • FIG. 1 shows a portion of a reciprocating engine 1 in a sectional view with a cylinder block 3 and a cylinder head 5.
  • a bore 7 is introduced, in which a piston, not shown here, is displaceable by means of a pivot member, also not shown.
  • a valve arrangement 8 is provided which is provided at the right end of the bore 7 present in the cylinder block 3.
  • the valve assembly 8 allows for a movement of the piston, not shown to the left in the bore 7, a suction of a refrigerant from a suction region, not shown, and with a movement of the piston to the right in the bore 7 an ejection of the refrigerant in a high-pressure region of the reciprocating engine, not shown 1.
  • the reciprocating engine 1 also has a shaft 9, which is driven for example via the belt drive of the drive machine of a motor vehicle and which rotates about a rotation axis M.
  • the shaft 9 is mounted in the cylinder block 3 by means of a bearing, here a rolling bearing 11 surrounding the shaft 9. Seen to the left of the rolling bearing 11 is a shaft 9 surrounding drive chamber 13, in which, among other things, not shown here Swivel element is arranged. Furthermore, a certain amount of refrigerant, in particular CO 2 , is present in the drive chamber 13.
  • a refrigerant supply path 15 is provided, in which refrigerant can pass through a bore 17 in the cylinder head 5 into a space 19 surrounding the shaft 9. Refrigerant present in the refrigerant supply path 15 then passes from the space 19 via an opening, not visible here, in the rolling bearing 11 into the drive chamber 13.
  • the preferably oil-rich refrigerant flowing through the rolling bearing 11 lubricates the rolling bearing 11 in an advantageous manner.
  • the refrigerant supply path 15 is connected to the high pressure side of the reciprocating piston engine 1, not shown here. It is therefore in the flowing into the bore 17 coolant in particular oil-rich coolant, such as an oil-CO 2 mixture.
  • Oil-rich refrigerant thus passes, as by means of the arrow 21 in FIG. 1 is indicated, from the high pressure region of the reciprocating piston engine 1 via the bore 17, the space 19 and the opening, not shown, in the rolling bearing 11 in the drive chamber 13, where it affects the operating conditions of the reciprocating engine 1.
  • FIG. 1 makes it clear that a refrigerant return path 23 is provided in the reciprocating engine 1.
  • the refrigerant return path 23 directs refrigerant out of the drive chamber 13 initially via a bore 25 at least partially introduced into the shaft 9 into a space 27 provided in the cylinder head 5. From there, the refrigerant finally reaches the cylinder head 5 existing bore 29 to the suction region of the reciprocating piston engine 1, not shown here.
  • the refrigerant recirculation flow follows the indicated arrow profile 31.
  • a radial shaft seal 33 is provided, which is arranged in a bore 35 in the cylinder head 5 and the shaft 9 sealingly surrounds.
  • the radial shaft seal 33 separates the space 19 from the space 27, so that two separate refrigerant paths are present in the reciprocating engine 1.
  • a throttle 37 In the bore 35, or in the space 27 formed therein, between the radial shaft seal 33 and a throttle 37 further comprises a sieve 39 is provided which serves to trap particles present in the recycled refrigerant.
  • the throttle 37 is thus protected against blockage and the reciprocating engine 1 thus against functional impairment.
  • FIG. 1 makes it clear that the radial shaft sealing ring 33, the screen 39 and the throttle 37 form an assembly or a module which is arranged in the region of the refrigerant return path 23.
  • the assembly formed from radial shaft sealing ring 33, screen 39 and throttle 37 is arranged by way of example in the bore 35 formed in the cylinder head 5.
  • the radial shaft seal 33, the screen 39 and the throttle 37 for example, in the bore 35 of the cylinder head 5 as a unit or module, so that a complex separate assembly of the radial shaft seal 33, the strainer 39 and the throttle 37 is omitted in different areas of the cylinder head 5.
  • the assembly of these elements is thus considerably simplified by the training as an assembly.
  • FIG. 2 shows a portion of a reciprocating engine in a sectional view with an embodiment of an assembly according to the invention, consisting of a radial shaft seal, a sieve and a throttle.
  • an assembly according to the invention consisting of a radial shaft seal, a sieve and a throttle.
  • the same parts are provided with the same reference numerals, so far as the description to FIG. 1 is referenced.
  • FIG. 2 shows an assembly 41, in which the in FIG. 1 shown radial shaft seal 33 and the throttle 37 are integrally formed as a component 43.
  • the screen 39 is surrounded by the component 43, or is embedded in this.
  • the assembly 41 is characterized particularly compact and can easily during assembly of the reciprocating engine 1, for example, in the bore 35 of the cylinder head 5, are used.
  • FIG. 2 makes it clear that the assembly 41 is disposed directly at one end of the shaft 9.
  • the assembly 41 is preferably fixed axially in the shaft 9 receiving bore 35 of the cylinder head 5, for example by means of a snap ring or formed on the assembly 41 flexible lip.
  • the component 43 has at its right end according to FIG. 2 an opening 45, which allows a flow of refrigerant from the bore 25 in the shaft 9 to the only indicated here bore 29 in the cylinder head 5.
  • the opening 45 has a much smaller Diameter than the remaining area of the component 43 and thus acts as a throttle for the refrigerant flow.
  • a first sealing region 47 between the component 43 and the shaft 9 and a second sealing region 49 between the inner surface of the bore 35 and the component 43 separates the refrigerant return path, not shown here, from the refrigerant supply path, so that the component 43 also acts as a radial shaft sealing ring.
  • FIG. 3 shows a section of another embodiment of the assembly 41.
  • the radial shaft seal 33 and the throttle 37 are no longer integrally combined to form a component 43.
  • a throttle 37 is inserted in a radial shaft seal 33.
  • the radial shaft sealing ring 33 is formed as an elastic part, for example made of an elastomer.
  • the throttle 37 is preferably made of a hard material, for example of metal, but in a particularly preferred manner of a hard plastic.
  • the throttle 37 is connectable to the radial shaft seal 33. It can therefore simply be clamped in these, for example.
  • the throttle 37 can be glued into the radial shaft seal 33.
  • the throttle 37 has an opening 45 whose diameter is substantially smaller than the remaining areas of the assembly 41 and in particular the radial shaft seal 33rd
  • the radial shaft sealing ring 33 has a first sealing region 47, which can create elastic and sealing against the peripheral surface of a shaft 9. Dashed here is a first position of the first Sealing region 47 shown, which assumes this when no shaft 9 is in engagement with the radial shaft sealing ring 33. If, on the other hand, this is pushed onto a shaft 9, the first sealing region 47 is widened, resulting in an elastic restoring force which acts in the radial direction towards the central axis of the shaft 9. As a result, the first sealing region 47 is pressed sealingly against the surface of the shaft 9. This results in a very safe and dense system.
  • the radial shaft seal 33 also has a second sealing region 49, which -as in FIG. 2 shown for engagement with the inner wall of a bore 35 is determined.
  • the second sealing portion 49 at least one projection 51 - here three projections 51 - on, wherein preferably the diameter measured at the highest point of a projection 51 has excess with respect to the inner diameter of the bore 35.
  • the screen 39 is held by a support ring 53.
  • This can be made of metal, plastic or another material. It is only essential that the screen 39 is embedded in the support ring 53 so that it is held securely by this.
  • the support ring 53 is clamped between the radial shaft seal 33 and the throttle 37, so that it is securely held in position by these elements.
  • a stiffening frame 55 is embedded in the radial shaft sealing ring 33 of the exemplary embodiment shown here, which comprises a solid material, preferably consists of this.
  • the solid material may be metal or other suitable material.
  • the stiffening frame 55 has a cross-sectionally angular or hook-shaped shape, which comprises a first leg 57 and a second leg 59.
  • the second leg 59 has a first region 59a, whose inner wall facing the sieve is aligned with an inner wall 61 of the radial shaft sealing ring 33.
  • a second region 59 b is further outwardly offset in the radial direction, so that it springs back from the inner wall 61.
  • sufficient elastic material is present in the region of the inner wall 61 to ensure a resilient or clamping bearing of the throttle 37.
  • the - seen in cross-section angle or hook-shaped stiffening frame 55 introduces into the radial shaft sealing ring 33 radial biasing forces by which the support ring 53 with the sieve 39 and the throttle 37 are held securely. Even with an increased pressure, which can be caused by contamination of the screen 39, it can not come to a deformation of the screen 39 and the support ring 53, or the support ring 53 can not be pushed out of its predetermined clamping position. Likewise, the throttle 37 is held securely in its clamping seat due to the radial biasing forces.
  • the first leg 57 of the stiffening frame 55 causes increased axial stability of the assembly 41.
  • the subject of the present patent application allows a particularly simple assembly of the individual components such as radial shaft seal 33, screen 39 and throttle 37 by the execution of these elements as an assembly.
  • the radial shaft seal 33, the screen 39 and the throttle 37 form an assembly 41, in which the above-mentioned elements are not spatially separated, but preferably immediately adjacent to each other spatially or formed integrally.
  • the assembly 41 is special made compact, so that a particularly simple installation is possible.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Hubkolbenmaschinen der hier angesprochenen Art sind bekannt ( US 2001/053328 A1 ). Sie werden insbesondere als Kältemittelverdichter zur Regulierung der Fahrgastzellentemperatur eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Derartige Hubkolbenmaschinen umfassen ein Schwenkelement, das einen variablen Schwenkwinkel gegenüber einer Ebene aufweist, auf der die Drehachse einer Welle der Hubkolbenmaschine senkrecht steht. Das Schwenkelement ist gelenkig mit wenigstens einem Mitnehmerelement verbunden, über welches das Schwenkelement außerdem mit der Welle zusammenwirkt, sodass bei einer Drehung der Welle sich auch das Schwenkelement dreht. Durch die Regelung der Druck- und Massenverhältnisse in einem das Schwenkelement aufnehmenden Triebraum, kann der Schwenkwinkel des Schwenkelements verändert werden. Derartige Maschinen weisen auch wenigstens einen parallel zur Welle angeordneten Kolben auf, der in einer Bohrung des Zylinderblocks der Hubkolbenmaschine beweglich gelagert ist. Der Triebraum steht mit einem Kältemittelzuführungspfad sowie mit einem Kältemittelrückführungspfad in Verbindung. Mittels eines Regelventils kann über den Kältemittelzuführungspfad und über den Kältemittelrückführungspfad die Menge des im Triebraum vorhandenen Kältemittels, wie beispielsweise CO2 bei einem CO2-Verdichter, eingestellt werden. In dem Kältemittelrückführungspfad ist wenigstens ein Radialwellendichtring vorgesehen, der mit der Welle zusammenwirkt und den Kältemittelzuführungspfad vorzugsweise von dem Kältemittelrückführungspfad trennt. Ferner sind in dem Kältemittelrückführungspfad wenigstens ein Sieb und mindestens eine Drossel angeordnet. Das Sieb fängt im Kältemittel vorhandene Partikel auf, die ansonsten ein Verstopfen der Drossel bewirken können. Die bekannten Hubkolbenmaschinen weisen den Nachteil auf, dass der im Kältemittelrückführungspfad angeordnete Radialwellendichtring, das Sieb sowie die Drossel einen erheblichen Montageaufwand verursachen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hubkolbenmaschine zu schaffen, die sich durch eine besonders einfache Montage auszeichnet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Die Hubkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass der Radialwellendichtring, das Sieb und die Drossel eine Baugruppe bilden. Der Radialwellendichtring, das Sieb und die Drossel sind also nicht räumlich voneinander getrennt in der Hubkolbenmaschine angeordnet, sondern quasi in Form eines Moduls ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Montage einer hier angesprochenen Hubkolbenmaschine wesentlich zu vereinfachen.
  • Besonders bevorzugt wird eine Hubkolbenmaschine, die sich dadurch auszeichnet, dass der Kältemittelrückführungspfad zumindest bereichsweise in der Welle der Hubkolbenmaschine ausgebildet ist. Über eine Öffnung in der Umfangsfläche der Welle steht der Kältemittelrückführungspfad dann mit dem Triebraum in Verbindung, sodass über den Kältemittelrückführungspfad im Triebraum vorhandenes Kältemittel abgeführt werden kann.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Hubkolbenmaschine ist vorgesehen, dass der Kältemittelzuführungspfad zumindest bereichsweise in einem mit der Welle zusammenwirkenden Wälzlager ausgebildet ist. Auf diese Weise wird das die Welle aufnehmende Wälzlager in vorteilhafter Weise durch das ölreiche Kältemittel, insbesondere ein Öl-CO2-Gemisch, geschmiert. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Kältemittelzuführungspfad über eine Öffnung in dem Wälzlager in Verbindung mit dem Triebraum steht.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Drossel und der Radialwellendichtring einstückig ausgebildet sind. Durch diese Ausgestaltung ist es in vorteilhafter Weise möglich, sowohl den Montage- als auch den Herstellungsaufwand einer Baugruppe, bestehend aus Radialwellendichtring, Drossel und Sieb, wesentlich zu reduzieren. Durch eine einstückige Ausgestaltung der Drossel und des Radialwellendichtrings sind eine besonders kostengünstige Herstellung und eine besonders einfache Montage möglich. In dem einstückig ausgebildeten Bauteil, welches einerseits die Funktion eines Radialwellendichtrings und andererseits die Funktion einer Drossel aufweist, kann ferner vorgesehen sein, dass das Sieb von dem Radialwellendichtring umgeben ist, also quasi in das einstückig ausgebildete Bauteil eingebettet ist. Auch diese Maßnahme führt zu einem besonders einfachen Herstellungsverfahren der Baugruppe und überdies zu einer wesentlich vereinfachten Montage des Radialwellendichtrings, des Siebs und der Drossel, im Gegensatz zu einer aufwändigen Montage der einzelnen Elemente in verschiedenen, also räumlich voneinander getrennten Bereichen des Kältemittelrückführungspfads.
  • Auch bevorzugt wird eine Hubkolbenmaschine, bei der die aus dem Radialwellendichtring, dem Sieb sowie der Drossel bestehende Baugruppe in einem Zylinderkopf der Hubkolbenmaschine angeordnet ist. Vorzugsweise ist auch vorgesehen, die Baugruppe unmittelbar an einem Ende der Welle anzuordnen, wobei die Welle zumindest bereichsweise in einer Ausnehmung in dem Zylinderkopf angeordnet ist.
  • Besonders bevorzugt wird auch eine Hubkolbenmaschine, die sich dadurch auszeichnet, dass der Kältemittelzuführungspfad mit der Hochdruckseite der Hubkolbenmaschine in Verbindung steht und somit ölreiches Kältemittel, wie beispielsweise CO2, dem Triebraum zugeführt werden kann. Insbesondere ist auch vorgesehen, dass der Kältemittelrückführungspfad mit dem Saugbereich der Hubkolbenmaschine in Verbindung steht, dem auf diese Weise ölarmes Kältemittel aus dem Triebraum zugeführt wird.
  • Schließlich wird eine Hubkolbenmaschine bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die aus Radialwellendichtring, Sieb und Drossel bestehende Baugruppe beispielsweise in einer die Welle aufnehmenden Bohrung in dem Zylinderkopf der Hubkolbenmaschine mittels geeigneten Mitteln axial fixiert ist. Hierzu kann beispielsweise ein Sprengring oder eine aufschnappende Lippenkontur, die an der Baugruppe ausgebildet ist, vorgesehen sein.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Schnittdarstellung eines Bereichs einer Hubkolbenmaschine mit einer schematisch dargestellten Baugruppe,
    Figur 2
    eine Schnittdarstellung eines Bereichs einer Hubkolbenmaschine mit einem Ausführungsbeispiel einer Baugruppe, und
    Figur 3
    eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines weiteren Ausführungsbeispeiels einer Baugruppe.
  • Figur 1 zeigt einen Bereich einer Hubkolbenmaschine 1 in Schnittdarstellung mit einem Zylinderblock 3 und einem Zylinderkopf 5. In den Zylinderblock 3 ist eine Bohrung 7 eingebracht, in der ein hier nicht dargestellter Kolben mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Schwenkelements verlagerbar ist.
  • Aus Figur 1 erkennbar ist eine Ventilanordnung 8, die am rechten Ende der im Zylinderblock 3 vorhandenen Bohrung 7 vorgesehen ist. Die Ventilanordnung 8 ermöglicht bei einer Bewegung des hier nicht dargestellten Kolbens nach links in der Bohrung 7 ein Ansaugen eines Kältemittels aus einem nicht dargestellten Saugbereich und bei einer Bewegung des Kolbens nach rechts in der Bohrung 7 einen Ausstoß des Kältemittels in einen nicht dargestellten Hochdruckbereich der Hubkolbenmaschine 1.
  • Die Hubkolbenmaschine 1 weist ferner eine Welle 9 auf, die beispielsweise über den Riementrieb der Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs angetrieben wird und die sich um eine Drehachse M dreht.
  • Die Welle 9 ist mittels eines Lagers, hier eines die Welle 9 umgebenden Wälzlagers 11, in dem Zylinderblock 3 gelagert. Links gesehen von dem Wälzlager 11 befindet sich ein die Welle 9 umgebender Triebraum 13, in dem unter anderem das hier nicht dargestellte Schwenkelement angeordnet ist. Ferner ist in dem Triebraum 13 eine bestimmte Menge an Kältemittel, insbesondere CO2, vorhanden.
  • In der Hubkolbenmaschine 1 ist ein Kältemittelzuführungspfad 15 vorgesehen, in welchem Kältemittel über eine Bohrung 17 im Zylinderkopf 5 in einen die Welle 9 umgebenden Raum 19 gelangen kann. In dem Kältemittelzuführungspfad 15 vorhandenes Kältemittel gelangt dann von dem Raum 19 aus über eine hier nicht erkennbare Öffnung in dem Wälzlager 11 in den Triebraum 13. Das das Wälzlager 11 durchströmende, vorzugsweise ölreiche Kältemittel schmiert das Wälzlager 11 in vorteilhafter Weise.
  • Der Kältemittelzuführungspfad 15 ist mit der hier nicht dargestellten Hochdruckseite der Hubkolbenmaschine 1 verbunden. Es handelt sich daher bei dem in die Bohrung 17 hineinströmenden Kühlmittel insbesondere um ölreiches Kühlmittel, wie beispielsweise ein Öl-CO2-Gemisch.
  • Ölreiches Kältemittel gelangt somit, wie mittels des Pfeilverlaufs 21 in Figur 1 angedeutet ist, vom Hochdruckbereich der Hubkolbenmaschine 1 über die Bohrung 17, den Raum 19 und die nicht dargestellte Öffnung im Wälzlager 11 in den Triebraum 13, wo es die Betriebszustände der Hubkolbenmaschine 1 beeinflusst.
  • Figur 1 macht deutlich, dass auch ein Kältemittelrückführungspfad 23 in der Hubkolbenmaschine 1 vorgesehen ist. Der Kältemittelrückführungspfad 23 leitet Kältemittel aus dem Triebraum 13 heraus zunächst über eine zumindest bereichsweise in die Welle 9 eingebrachte Bohrung 25 in einen im Zylinderkopf 5 vorgesehenen Raum 27. Von dort aus gelangt das Kältemittel schließlich über eine im Zylinderkopf 5 vorhandene Bohrung 29 zu dem hier nicht dargestellten Saugbereich der Hubkolbenmaschine 1.
  • Bei der Rückführung des Kältemittels aus dem Triebraum 13 heraus, folgt der Kältemittelrückführungsstrom dem angedeuteten Pfeilverlauf 31.
  • Um einen Kurzschluss zwischen dem Kältemittelzuführungspfad 15 und dem Kältemittelrückführungspfad 23 zu verhindern, ist ein Radialwellendichtring 33 vorgesehen, der in einer Bohrung 35 in dem Zylinderkopf 5 angeordnet ist und die Welle 9 dichtend umgibt. Der Radialwellendichtring 33 trennt den Raum 19 von dem Raum 27, sodass zwei getrennte Kältemittelpfade in der Hubkolbenmaschine 1 vorhanden sind.
  • In der Bohrung 35, beziehungsweise in dem darin ausgebildeten Raum 27, ist zwischen dem Radialwellendichtring 33 und einer Drossel 37 ferner ein Sieb 39 vorgesehen, das dazu dient, in dem zurückgeführten Kältemittel vorhandene Partikel abzufangen. Die Drossel 37 wird so vor einer Verstopfung und die Hubkolbenmaschine 1 somit vor einer Funktionsbeeinträchtigung geschützt.
  • Figur 1 macht deutlich, dass der Radialwellendichtring 33, das Sieb 39 sowie die Drossel 37 eine Baugruppe oder ein Modul bilden, welches im Bereich des Kältemittelrückführungspfads 23 angeordnet ist. In Figur 1 ist die aus Radialwellendichtring 33, Sieb 39 und Drossel 37 gebildete Baugruppe beispielhaft in der in dem Zylinderkopf 5 ausgebildeten Bohrung 35 angeordnet.
  • Es ist somit in vorteilhafter Weise möglich, den Radialwellendichtring 33, das Sieb 39 sowie die Drossel 37 beispielsweise in die Bohrung 35 des Zylinderkopfs 5 als Einheit oder Modul einzubringen, sodass eine aufwändige separate Montage des Radialwellendichtrings 33, des Siebs 39 und der Drossel 37 in verschiedenen Bereichen des Zylinderkopfs 5 entfällt. Die Montage dieser Elemente wird damit durch die Ausbildung als Baugruppe wesentlich vereinfacht.
  • Figur 2 zeigt einen Bereich einer Hubkolbenmaschine in Schnittdarstellung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baugruppe, bestehend aus einem Radialwellendichtring, einem Sieb und einer Drossel. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen wird.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 zeigt eine Baugruppe 41, bei welcher der in Figur 1 gezeigte Radialwellendichtring 33 und die Drossel 37 einstückig als Bauteil 43 ausgebildet sind. Das Sieb 39 ist von dem Bauteil 43 umgeben, beziehungsweise ist in dieses eingebettet. Die Baugruppe 41 wird dadurch besonders kompakt und kann bei der Montage der Hubkolbenmaschine 1 leicht, beispielsweise in die Bohrung 35 des Zylinderkopfs 5, eingesetzt werden.
  • Figur 2 macht deutlich, dass die Baugruppe 41 unmittelbar an einem Ende der Welle 9 angeordnet ist. Die Baugruppe 41 ist vorzugsweise axial in der die Welle 9 aufnehmenden Bohrung 35 des Zylinderkopfs 5, beispielsweise mittels eines Sprengrings oder einer an der Baugruppe 41 ausgebildeten flexiblen Lippe, fixiert.
  • Das Bauteil 43 weist an seinem rechten Ende gemäß Figur 2 eine Öffnung 45 auf, die einen Kältemittelstrom von der Bohrung 25 in der Welle 9 zu der hier nur angedeuteten Bohrung 29 in dem Zylinderkopf 5 ermöglicht. Die Öffnung 45 weist einen wesentlich kleineren Durchmesser als der übrige Bereich des Bauteils 43 auf und wirkt somit als Drossel für den Kältemittelstrom.
  • Ein erster Dichtbereich 47 zwischen dem Bauteil 43 und der Welle 9 und ein zweiter Dichtbereich 49 zwischen der Innenfläche der Bohrung 35 und dem Bauteil 43 trennt den hier nicht dargestellten Kältemittelrückführungspfad von dem Kältemittelzuführungspfad, sodass das Bauteil 43 auch als Radialwellendichtring wirkt.
  • Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Baugruppe 41. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel von Figur 2 sind der Radialwellendichtring 33 und die Drossel 37 nicht mehr einstückig zu einem Bauteil 43 zusammengefasst. Stattdessen ist eine Drossel 37 in einen Radialwellendichtring 33 eingesteckt. Vorzugsweise ist der Radialwellendichtring 33 als elastisches Teil ausgebildet, beispielsweise aus einem Elastomer hergestellt. Die Drossel 37 besteht vorzugsweise aus einem harten Werkstoff, beispielsweise aus Metall, in besonders bevorzugter Weise jedoch aus einem harten Kunststoff. Die Drossel 37 ist mit dem Radialwellendichtring 33 verbindbar. Sie kann daher zum Beispiel einfach in diesen geklemmt werden. Selbstverständlich sind auch andere Verbindungsmechanismen möglich, beispielsweise kann die Drossel 37 in den Radialwellendichtring 33 eingeklebt werden. Die Drossel 37 weist eine Öffnung 45 auf, deren Durchmesser wesentlich kleiner ist als die übrigen Bereiche der Baugruppe 41 und insbesondere den Radialwellendichtring 33.
  • Der Radialwellendichtring 33 weist einen ersten Dichtbereich 47 auf, der sich elastisch und dichtend an die Umfangsfläche einer Welle 9 anlegen kann. Gestrichelt ist hier eine erste Position des ersten Dichtbereichs 47 dargestellt, die dieser einnimmt, wenn sich keine Welle 9 im Eingriff mit dem Radialwellendichtring 33 befindet. Ist dieser dagegen auf eine Welle 9 aufgeschoben, wird der erste Dichtbereich 47 aufgeweitet, wodurch sich eine elastische Rückstellkraft ergibt, die in radialer Richtung zur Mittelachse der Welle 9 hin wirkt. Dadurch wird der erste Dichtbereich 47 dichtend an die Oberfläche der Welle 9 angedrückt. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr sichere und dichte Anlage.
  • Der Radialwellendichtring 33 weist darüber hinaus einen zweiten Dichtbereich 49 auf, der -wie in Figur 2 dargestellt- zur Anlage an der Innenwandung einer Bohrung 35 bestimmt ist. In dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der zweite Dichtbereich 49 mindestens einen Vorsprung 51 - hier drei Vorsprünge 51 - auf, wobei vorzugsweise der am höchsten Punkt eines Vorsprungs 51 gemessene Durchmesser Übermaß bezüglich des Innendurchmessers der Bohrung 35 aufweist. Hierdurch werden die Vorsprünge 51 beim Einbringen des Radialwellendichtrings 33 in die Bohrung 35 komprimiert und bewirken so eine besonders dichte Anlage des zweiten Dichtbereichs 49 an der Innenwandung der Bohrung 35.
  • In der vergrößerten Ausschnittsdarstellung der Figur 3 erkennt man, dass das Sieb 39 von einem Stützring 53 gehalten wird. Dieser kann aus Metall, Kunststoff oder einem anderen Material gebildet sein. Wesentlich ist lediglich, dass das Sieb 39 so in den Stützring 53 eingelassen ist, dass es von diesem sicher gehalten wird. Der Stützring 53 ist zwischen den Radialwellendichtring 33 und die Drossel 37 geklemmt, so dass er von diesen Elementen sicher in seiner Position gehalten wird.
  • Bei einer längeren Betriebszeit und/oder einem hohen Partikelanteil in dem durch das Sieb strömenden Kohlendioxid kann es zu einer Verschmutzung des Siebs kommen. Dies führt zu einem Druckaufbau vor dem Sieb, wodurch Kräfte in dieses eingeleitet werden, die ein Einbeulen oder Lösen des Siebs 39 beziehungsweise des Stützrings 53 bewirken können. Um dies zu vermeiden, ist in den Radialwellendichtring 33 des hier dargestellten Ausführungbeispiels ein Versteifungsrahmen 55 eingelassen, der ein festes Material umfasst, vorzugsweise aus diesem besteht. Das feste Material kann Metall oder ein anderes geeignetes Material sein. Der Versteifungsrahmen 55 weist eine im Querschnitt winkel- oder hakenförmige Gestalt auf, die einen ersten Schenkel 57 und einen zweiten Schenkel 59 umfasst.
  • Der zweite Schenkel 59 weist einen ersten Bereich 59a auf, dessen dem Sieb zugewandte Innenwandung mit einer Innenwandung 61 des Radialwellendichtrings 33 fluchtet. Ein zweiter Bereich 59b ist in radialer Richtung gesehen weiter nach außen versetzt, so dass er von der Innenwandung 61 zurückspringt. Hierdurch ist im Bereich der Innenwandung 61 genügend elastisches Material vorhanden, um eine federnde beziehungsweise klemmende Lagerung der Drossel 37 zu gewährleisten.
  • Der -im Querschnitt gesehen- winkel- beziehungsweise hakenförmige Versteifungsrahmen 55 leitet in den Radialwellendichtring 33 radiale Vorspannkräfte ein, durch die der Stützring 53 mit dem Sieb 39 sowie die Drossel 37 sicher gehalten werden. Auch bei einem erhöhten Druck, der durch eine Verschmutzung des Siebs 39 entstehen kann, kann es nicht zu einer Verformung des Siebs 39 beziehungsweise des Stützrings 53 kommen, beziehungsweise der Stützring 53 kann nicht aus seiner vorgegebenen Klemmposition gedrückt werden. Ebenso wird die Drossel 37 aufgrund der radialen Vorspannkräfte sicher in ihrem Klemmsitz gehalten. Der erste Schenkel 57 des Versteifungsrahmens 55 bewirkt eine erhöhte axiale Stabilität der Baugruppe 41.
  • Der Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung ermöglicht eine besonders einfache Montage der einzelnen Bauelemente wie Radialwellendichtring 33, Sieb 39 und Drossel 37 durch die Ausführung dieser Elemente als Baugruppe.
  • Die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele der Baugruppe 41 dienen dabei als rein beispielhafte Ausführungsformen. Denkbar sind auch andere Anordnungen der Baugruppe 41, welche die drei im Kältemittelrückführungspfad 23 angeordneten Elemente Radialwellendichtring, Sieb und Drossel in vorteilhafter Weise möglichst kompakt zusammenfassen, sodass diese vorzugsweise im selben Bereich des Kältemittelrückführungspfads 23 in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind.
  • Denkbar ist beispielsweise auch eine einstückige Ausbildung des Radialwellendichtrings 33 und des Siebs 39, ebenso eine einstückige Ausführung des Siebs 39 und der Drossel 37 oder eine einstückige Ausbildung aller drei Elemente Radialwellendichtring 33, Sieb 39 und Drossel 37.
  • Entscheidend ist, dass der Radialwellendichtring 33, das Sieb 39 und die Drossel 37 eine Baugruppe 41 bilden, in der die oben genannten Elemente nicht räumlich voneinander getrennt, sondern vorzugsweise unmittelbar räumlich nebeneinander liegen oder einstückig ausgebildet sind. Dadurch ist die Baugruppe 41 besonders kompakt ausgeführt, sodass eine besonders einfache Montage möglich ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hubkolbenmaschine
    3
    Zylinderblock
    5
    Zylinderkopf
    7
    Bohrung
    8
    Ventilanordnung
    9
    Welle
    11
    Wälzlager
    13
    Triebraum
    15
    Kältemittelzuführungspfad
    17
    Bohrung
    19
    Raum
    21
    Pfeilverlauf
    23
    Kältemittelrückführungspfad
    25
    Bohrung
    27
    Raum
    29
    Bohrung
    31
    Pfeilverlauf
    33
    Radialwellendichtring
    35
    Bohrung
    37
    Drossel
    39
    Sieb
    41
    Baugruppe
    43
    Bauteil
    45
    Öffnung
    47
    Erster Dichtbereich
    49
    Zweiter Dichtbereich
    51
    Vorsprung
    53
    Stützring
    55
    Versteifungsrahmen
    57
    Erster Schenkel
    59
    Zweiter Schenkel
    61
    Innenwandung
    59a
    Erster Bereich
    59b
    Zweiter Bereich
    M
    Drehachse

Claims (19)

  1. Hubkolbenmaschine (1), insbesondere Kältemittelverdichter für Kraftfahrzeuge, mit einer Welle (9) und mit einem Triebraum (13), der mit einem Kältemittelrückführungspfad (23) in Verbindung steht, in dem wenigstens ein Radialwellendichtring (33), mindestens ein Sieb (39) sowie zumindest eine Drossel (37) angeordnet sind und der außerdem mit einem von dem Kältemittelrückführungspfad (23) getrennten Kältemittelzuführungspfad (15) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialwellendichtring (33), das Sieb (39) und die Drossel (37) eine Baugruppe (41) bilden.
  2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelrückführungspfad (23) zumindest bereichsweise in der Welle (9) ausgebildet ist.
  3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelzuführungspfad (15) zumindest bereichsweise in einem mit der Welle (9) zusammenwirkenden Wälzlager (11) angeordnet ist.
  4. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (37) und der Radialwellendichtring (33) einstückig ausgebildet sind.
  5. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (39) von dem Radialwellendichtring (33) umgeben ist.
  6. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (41) in einem Zylinderkopf (5) angeordnet ist.
  7. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelzuführungspfad (15) mit einem Hochdruckbereich der Hubkolbenmaschine (1) in Verbindung steht.
  8. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelrückführungspfad (23) mit einem Saugbereich der Hubkolbenmaschine (1) in Verbindung steht.
  9. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (41) unmittelbar an einem Ende der Welle (9) angeordnet ist.
  10. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (41) in einer die Welle (9) aufnehmenden Bohrung (35) in dem Zylinderkopf (5) der Hubkolbenmaschine (1) axial fixiert ist.
  11. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialwellendichtring 33 ein elastisches Materialumfasst, vorzugsweise aus einem elastischen Material besteht.
  12. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material ein Elastomer ist.
  13. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduch gekennzeichnet, dass die Drossel 37 in den Radialwellendichtring (33) einsetzbar, vorzugsweise einklemmbar ist.
  14. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel 37 mit dem Radialwellendichtring 33 verbindbar ist.
  15. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (39) von einem Stützring (53) gehalten wird.
  16. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Radialwellendichtring (33) ein Versteifungsrahmen (55) vorgesehen ist.
  17. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund des Versteifungsrahmens (55) radiale Vorspannkräfte in den Radialwellendichtring (33) einleitbar sind.
  18. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsrahmen (55) -im Querschnitt gesehen- hakenförmig ausgebildet ist.
  19. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtbereich (49) des Radialwellendichtrings (33) mindestens einen Vorsprung (51) umfasst.
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