EP4337860B1

EP4337860B1 - Radialkolbenpumpe, sowie verfahren zur herstellung einer radialkolbenpumpe

Info

Publication number: EP4337860B1
Application number: EP22727022.0A
Authority: EP
Inventors: Ulf MÜLLER; Tim Müller
Original assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components GmbH
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2022-04-29
Publication date: 2025-09-17
Anticipated expiration: 2042-04-29
Also published as: WO2022238148A1; EP4337860A1; DE102021204713A1; CN117337360A; US20240240623A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, insbesondere Radialkolbenverdichter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Radialkolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18, 19, 20 und/oder 21.
Eine Radialkolbenpumpe ist ein Element der Fluidtechnik. Bei dieser, auch als Pumpe nach dem Radialkolbenprinzip anzusprechenden, Pumpe sind die Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen im Gegensatz zu einem Axialkolbenverdichter radial und senkrecht zur Antriebswelle angeordnet. Die Förder- bzw. Hubbewegung jedes einzelnen Arbeitskolbens wird durch einen auf der Antriebswelle befindlichen Exzenter hervorgerufen. In der Regel umfasst der Radialkolbenpumpe mehrere Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen, die sich sternförmig und radial von der Antriebswelle erstrecken. Die Radialkolbenpumpe pumpt ein Fluid aus einem Niederdruckraum in einen Hochdruckraum.
Radialkolbenpumpen finden beispielsweise als Verdichter für Kühlmittel in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, insbesondere auch in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, Verwendung. Eine Radialkolbenpumpe kann auch als Radialkolbenverdichter bzw. Kältemittelverdichter nach dem Radialkolbenprinzip angesprochen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung einer Radialkolbenpumpe, insbesondere eines Kältemittelverdichters nach dem Radialkolbenprinzip, deren Hubfunktion mittels Kreisexzenter auf die Kolben übertragen wird. Die Ventile für den Gaswechselvorgang sind bei einer derartigen Radialkolbenpumpe bevorzugt wie folgt angeordnet. Die Einlassventile sind bezüglich der Drehachse der Exzenterwelle radial angeordnet, d.h. in der Nähe der Kopfseite des jeweiligen Kolbens. Die Auslassventile sind hingegen vorzugsweise axial angeordnet, was bezüglich des Bauraumes Vorteile bringt sowie die Gestaltungsfreiheit für die Einlassventile erhöht, insbesondere größerer Ventildurchmesser, größere Biegelänge, eventuell. mehrere Einlassventile etc.
Eine Radialkolbenpumpe umfasst ferner einen Deckel. Der Deckel ist beispielsweise als vormontierte Unterbaugruppe ausgeführt und umfasst neben dem Deckel, eine Dichtung, ein Einlassventilblech mit einem Zungenventil sowie zwei Befestigungspins, die die Unterbaugruppe zusammenhalten. Das Einlassventil, insbesondere Ventilblech mit einem Zungenventil, liegt vorzugsweise im Grund einer zylinderförmigen Ausdrehung oberhalb des Arbeitsraumes am Pumpengrundkörper auf. Der Deckel, vorzugsweise mit Dichtung, drückt von außen auf das Ventilblech gegen den Bund der zylinderförmigen Ausdrehung. Wenn sich der Kolben von der oberen Endlage in die untere Endlage bewegt, entsteht im Arbeitsraumraum zwischen Kolbenkopf und Deckel ein Unterdruck und das Einlassventil öffnet in den Arbeitsraum und Frischgas wird eingesaugt. Nach Erreichen des unteren Totpunktes (UT) des Kolbens bewegt sich der Kolben wieder nach oben, das Einlassventil schließt und das im Arbeitsraum befindliche Fluid, insbesondere Gas, wird komprimiert. Bei CO2-Verdichtern steigt der Druck im Arbeitsraum beispielsweise auf bis zu 140bar an. Oberhalb des Deckels ist der Niederdruckbereich dessen Druckniveau ca. 35bar hat. D.h., dass der Deckel, insbesondere inklusive des Einlassventils, radial mit einer Druckdifferenz von 140 - 35 bar über die Fläche des Deckels nach außen gedrückt wird.
Die entstehende Druckkraft muss durch eine geeignete Deckelbefestigung aufgenommen werden. Nach dem Stand der Technik ist der Deckel beispielsweise mit Schrauben befestigt, d.h. es ist eine Deckelverschraubung je Zylindereinheit vorgesehen. Die Verschraubung verursacht zusätzlichen radialen Bauraum sowie zusätzliche Kosten für Teile und Montage.
Eine Radialkolbenpumpe umfassend eine Antriebswelle mit einem Exzenter, sowie mindestens eine Kolben-Arbeitsraum-Kombination, wobei die Kolben-Arbeitsraum-Kombination einen Arbeitsraum und einen Kolben umfasst, wobei die Radialkolbenpumpe mindestens zwei Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen umfasst, die sich radial von der Antriebswelle erstrecken, wobei die Radialkolbenpumpe mit einem Gehäuse ausgestattet ist, welches zu mindestens abschnittsweisen Aufnahme der Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen eingerichtet ist, wobei jeder Arbeitsraum mit einem Deckel verschlossen ist, wobei die Radialkolbenpumpe mit mindestens einem Haltering zur Fixierung sämtlicher Deckel der Radialkolbenpumpe ausgestattet ist, ist bereits aus der CN 102 439 312 A bekannt geworden.
Wenngleich hier bereits eine brauchbare Radialkolbenpumpe vorgeschlagen wird, so besteht dennoch Verbesserungsbedarf.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe eine verbesserte Radialkolbenpumpe bereitzustellen, insbesondere soll eine Radialkolbenpumpe bereitgestellt werden, die leichter und/oder schneller montiert werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Radialkolbenpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Radialkolbenpumpe mit mindestens einem Haltering zur Fixierung sämtlicher Deckel der Radialkolbenpumpe ausgestattet ist. Die sich hieraus ergebenden Vorteile liegen insbesondere darin, dass nur ein Bauteil benötigt wird, welches die Haltekraft der Deckel übernimmt. Entsprechend ergibt sich eine Bauteilreduzierung und/oder Bauteilvereinfachung. Ein weiterer möglicher Vorteil liegt in dem Entfall von kostenintensiver Bearbeitung wie Bohren und Gewindeschneiden sowie zusätzlicher Montageschritte wie beispielsweise Verschrauben je Zylinder. Es ergibt sich insbesondere eine Reduzierung der Herstellkosten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Radialkolbenpumpe mindestens drei, vorzugsweise sechs, Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen umfasst, die sternförmig um die Antriebswelle angeordnet sind. Entsprechend können mehrere Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen mittels einer Antriebswelle, insbesondere Exzenterwelle, angetrieben werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen in einem Pumpengrundkörper aufgenommen sind. Hierdurch kann eine entsprechend kompakte Bauweise der Radialkolbenpumpe realisiert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Deckel eine Kontaktfläche für den Haltering aufweist. Eine definierte Kontaktfläche kann entsprechend auf die Innenfläche des Halterings abgestimmt werden, insbesondere hinsichtlich einer geeigneten Wölbung und einer entsprechenden Anpassung an den Durchmesser des Halterings, so dass beispielsweise ein vorteilhafter Formschluss oder eine ausreichende Presspassung erreicht werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Deckel und/oder der Pumpengrundkörper einen Anlagebund für den Haltering aufweist, wobei der Anlagebund insbesondere eine sich radial erstreckende Fläche als Anschlag für den Haltering aufweist. Der Anlagebund kann als Anschlag für den Haltering dienen, einerseits beispielsweise als entsprechender Anschlag bei der Montage des Halterings. Ferner kann beispielsweise bei vollständiger Anlage des Halterings an dem Anlegebund sichergestellt sein, dass der bzw. die Deckel die richtige Winkelstellung aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Radialkolbenpumpe mindestens zwei Halteringe zur Fixierung sämtlicher Deckel der Radialkolbenpumpe aufweist, wobei die Halteringe axial hintereinander angeordnet sind. Grundsätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fixierung der Deckel durch einen einzigen Haltering vorgenommen wird. Es kann jedoch Bedarf an einer größeren Anzahl von Einlässen bzw. Einlassventilen oder an einer besonderen Anordnung eines Einlasses bzw. Einlassventils vorgesehen sein, so dass es vorteilhaft sein kann, die Halteringe um die Einlassventilöffnungen herum anzuordnen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen Haltering und Deckel eine Presspassung vorgesehen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Innendurchmesser des Halterings einen Innendurchmesser gemäß Toleranzklasse IT 7 oder IT 8 aufweist.
Es ist vorgesehen, dass die Radialkolbenpumpe mit einem Gehäuse ausgestattet ist, welches zur mindestens abschnittsweisen Aufnahme der Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen eingerichtet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Haltering in das Gehäuse oder mindestens eine Gehäusekomponente integriert ist, wobei das Gehäuse der Radialkolbenpumpe aus mindestens zwei Gehäusekomponenten, nämlich einem Hochdruckgehäuse und einem Statorgehäuse zur Aufnahme eines Rotors und eines Stators eines Elektromotors, ausgebildet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gehäusekomponenten miteinander verschraubt sind, insbesondere, dass die Gehäusekomponenten gemeinsam mittels einer Schraube verschraubt sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Pumpengrundkörper einen Flansch aufweist, welcher der Verschraubung mit dem Gehäuse und/oder den weiteren Gehäusekomponenten dient.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gehäusekomponenten Fluidkanäle der Radialkolbenpumpe, oder zumindest Teilbereiche davon, ausbilden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gehäusekomponente planparallele axiale Dichtflächen aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Oberflächen der Dichtflächen der Gehäusekomponente mit konzentrischen Rillen, insbesondere mit einer Welligkeit in radialer Richtung, ausgestattet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ergänzend oder alleinig zwischen den Dichtflächen Dichtungen angeordnet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Oberflächen der Dichtflächen eine oder mehrere geometrische Formen aufweisen, die von einer planen oder annähernd planen Fläche abweichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Schwankungen im Abstand der Gehäusekomponenten zueinander durch die Elastizität kompensiert werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, vorteilhafte Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 20, 21, 22 und/oder 23 gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen

Fig. 1: ein Radialkolbenpumpe ohne Haltering in einer geschnittenen Ansicht;
Fig. 1a: eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereiches einer Radialkolbenpumpe gemäß Fig. 1;
Fig. 1b: eine Draufsicht auf einen Deckel einer Radialkolbenpumpe zur Verdeutlichung seiner Fläche;
Fig. 2: eine Prinzipdarstellung einer Kolben-Arbeitsraumkombination einer Radialkolbenpumpe zur Verdeutlichung seiner Wirkungsweise;
Fig. 2a: beispielhafte Anordnungen von Einlassventil(en) und Auslassventilen(ein) einer Kolben-Arbeitsraumkombination einer Radialkolbenpumpe;
Fig. 2b: beispielhafte Anordnungen von Einlassventil(en) und Auslassventilen(ein) einer Kolben-Arbeitsraumkombination einer Radialkolbenpumpe;
Fig. 3: ein erfindungsgemäßer Radialkolbenpumpe in einer geschnittenen Ansicht;
Fig. 4: ein erfindungsgemäßer Radialkolbenpumpe in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 5: eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereiches einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe;
Fig. 6: eine nochmals vergrößerte Darstellung eines Teilbereiches gemäß Fig. 5;
Fig. 7-9: eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereiches einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe zur Verdeutlichung von Montageschritten;
Fig. 10: eine schematische Darstellung des Fluidflusses in einem Teilbereich einer Radialkolbenpumpe;
Fig. 11-13: eine schematische Darstellung einer Montagevariante;
Fig. 14-15: eine schematische Darstellung einer Montagevariante;
Fig. 16-18: eine schematische Darstellung einer Montagevariante;
Fig. 19: ein Haltering in einer möglichen Montageposition;
Fig. 20: eine schematische Darstellung einer möglichen Montageposition zweier Halteringe;
Fig. 21: eine schematische Darstellung einer möglichen Montageposition eines Halterings.

Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet:

L: Längsachse
F: Fluid
W: Werkzeug
WHZ: Heizbares Werkzeug
S: Schweißwerkzeug

1: Antriebswelle
2 (a - e): Kolben-Arbeitsraum-Kombination
3: Pumpengrundkörper
4 (a): Haltering
5: Anlagebund
6: Gehäuse
7: Hochdruckgehäuse
8: Statorgehäuse

11: Exzenter

21: Arbeitsraum
22: Kolben
23(a - e): Deckel
24: Einlassventil
25: Auslassventil
26: Dichtung
27: Flansch
28: Schraube

41: Schlitz

251: Fluidauslass
252: Hochdruckkanal

241: Fluideinlass
232: Kontaktfläche

Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann ein ggf. beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen "ein/eine" und "der/die/das" auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass die Ausdrücke "weist auf" und/oder "aufweisend", wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck "und/oder" jedes beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Elemente.
Zunächst wird auf Fig. 1 bzw. 1a Bezug genommen.
Eine Radialkolbenpumpe umfasst im Wesentlichen eine Antriebswelle 1 mit einem Exzenter 11, sowie mindestens eine Kolben-Arbeitsraum-Kombination 2, die in einem Pumpengrundkörper 3 aufgenommen ist. Zur Definition der axialen Richtung ist eine Längsachse L der Antriebswelle 1 in der Fig. 1 eingezeichnet. Die Kolben-Arbeitsraum-Kombination 2 umfasst im Wesentlichen einen Arbeitsraum 21 und einen Kolben 22. Der Arbeitsraum 21 ist kolbenkopfseitig mit einem Deckel 23 verschlossen.
In der Regel umfasst die Radialkolbenpumpe mindestens zwei Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 2, 2a, 2b, ..., die sich radial von der Antriebswelle 1 erstrecken. Vorzugsweise umfasst die Radialkolbenpumpe mindestens drei, vorzugsweise sechs, Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 2, 2a, 2b, ..., die sich entsprechend sternförmig von der Antriebswelle 1 erstrecken. Entsprechend ist jede Kolben-Arbeitsraum-Kombination 2, 2a, 2b, ... mit einem Deckel 23, 23a, ... versehen. Die Kolben-Arbeitsraumkombinationen 2, 2a, 2b, ... können in einem Gehäuse 6 aufgenommen sein.
Ferner ist in dem Deckel 23 bzw. kopfseitig des Arbeitsraumes 21 ein Fluideinlass 241 vorgesehen. Auch ist in dem Arbeitsraum 21, vorzugsweise in der Wandung des Arbeitsraumes 21, ein Fluidauslass 251 vorgesehen. Der Fluideinlass 241 ist mit einem Einlassventil 24 ausgestattet, welches den Fluideinlass 241 wahlweise verschließen oder freigeben kann. Der Fluidauslass 251 ist mit einem Auslassventil 25 ausgestattet, welches den Fluidauslass 251 wahlweise verschließen oder freigeben kann.
Wie beispielsweise in Fig. 10 dargestellt, strömt das zu komprimierende Fluid F über den Fluideinlass 241 bzw. das Einlassventil 24 in den Arbeitsraum 21, wird dort durch die Hubbewegung des Kolbens 22 komprimiert und verlässt den Arbeitsraum 21 durch das Auslassventil 25 bzw. den Fluidauslass 251. Die Ausgestaltung der Ventile, beispielsweise als Federblechventil, ist dem Fachmann hinreichend bekannt und bedarf hier keiner weiteren Erläuterung.
Die Fig. 1a veranschaulicht die wirkenden Systemdrücke und die beteiligten Druckflächen des radial zur Antriebswelle 1 angeordneten Deckels 23. Der Deckel 23 umfasst ferner eine Dichtung 26. Das Einlassventil 24, insbesondere umfassend ein Ventilblech mit einem Zungenventil, liegt im Grund einer zylinderförmigen Ausdrehung oberhalb des Arbeitsraumes am Pumpengrundkörper 3 auf. Der Deckel 23 drückt von außen auf das Ventilblech gegen den Bund der zylinderförmigen Ausdrehung. Wenn sich der Kolben von der oberen Endlage in die untere Endlage bewegt, entsteht im Arbeitsraum zwischen Kolbenkopf und Deckel 23 ein Unterdruck und das Einlassventil 24 öffnet in den Arbeitsraum und Frischgas wird eingesaugt. Nach Erreichen des unteren Totpunktes des Kolbens (UT) bewegt sich der Kolben 22 wieder nach oben, das Einlassventil schließt und das im Arbeitsraum befindliche Gas wird komprimiert. Das komprimierte Gas verlässt den Arbeitsraum 21 entsprechend durch den Fluidauslass 251 bzw. Auslassventil 25.
Die Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Kolben-Arbeitsraum-Kombination einer Radialkolbenpumpe zur Verdeutlichung seiner Wirkungsweise, insbesondere ist hier der Fluidstrom von dem Fluideinlass 241 über den Arbeitsraum 21 in den Fluidauslass 251 dargestellt.
In der Fig. 2a ist eine Variante einer Kolben-Arbeitsraum-Kombination 2 mit zwei Fluideinlässen 251 bzw. zwei Einlassventilen 24 und einem Fluidauslass 241 bzw. Auslassventil 25 und in der Fig. 2b eine Variante einer Kolben-Arbeitsraum-Kombination 2 mit Fluideinlass 241 bzw. einem Einlassventil und einem Fluidauslass 251 bzw. einem Auslassventil 25 dargestellt.
Die Ausgestaltung der weiteren Komponenten und der Funktionsweise einer Radialkolbenpumpe, wie beispielsweise der Ventile, welche beispielsweise als Federblechventil ausgestaltet sein können, ist dem Fachmann hinreichend bekannt und bedarf hier keiner weiteren Erläuterung.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Radialkolbenpumpe mit mindestens einem, vorzugsweise einem, Haltering 4 zur Fixierung sämtlicher Deckel 23, 23a bis 23e der Radialkolbenpumpe ausgestattet ist. Mit anderen Worten, es ist insbesondere vorgesehen, die Deckel 23 (a-e) aller Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 2 (a-e) mittels nur eines gemeinsamen Halteringes 4 gleichzeitig zu fixieren. Insbesondere in den Fig. 3 und 4 ist dies am Beispiel eines 6-Zylinder-Radialkolbenverdichters gezeigt. Somit erzeugt der Haltering 4 die notwendige Haltekraft, um alle Deckel 23 unter Betriebsbedingungen in Position zum Arbeitsraum 21 bzw. Pumpengrundkörper 3 zu halten.
Es kann ferner vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Deckel 23 und/oder der Pumpengrundkörper 3 einen Anlagebund 5 für den Haltering 4 aufweist. Ein derartiger Anlagebund 5 ist beispielsweise in Fig. 6 gut erkennbar und ist insbesondere als radial ausgerichtete Fläche ausgestaltet. Mit dem Anlagebund 5 kann die axiale Position des Halteringes 4 an dem Pumpengrundkörper 3 und/oder Deckel 23 sichergestellt werden. Durch den Anlagebund 5 am Deckel 23 ist bei Montage des Halteringes 4 vorzugsweise gleichzeitig die Winkellage des Deckels 23 zum Pumpengrundkörper 3 fixiert.
Ferner kann der Deckel 23 mit einer Kontaktfläche 232 für den Haltering 4 ausgestattet sein. An einer derartigen Kontaktfläche 232 kann der Haltering 4 formschlüssig aufliegen. Insbesondere die Kombination des Anlagebundes 5 und der Kontaktfläche 232 kann den Haltering 4 in seiner Position relativ auf dem Deckel 23 als auch in seiner Winkellage bzw. Konzentrizität zur Pumpenlängsachse führen oder sicherstellen, bspw. im gefügten Zustand oder auch bereits bei der Montage.
Damit der Haltering 4 einer möglichen Deckelbewegung, insbesondere infolge der Druckverhältnisse, vom Pumpengrundkörper 3 nach außen entgegenwirkt, sollte die Paarung aller Deckel 23 zum Haltering 4 eine Presspassung erhalten. D.h. der Außendurchmesser aller Berührungspunkte der Kontaktflächen 232 sollte größer sein als der Innendurchmesser des Halteringes 4 bei gleicher Temperatur. Diese Pressüberdeckung führt dazu, dass der Haltering 4 - ähnlich einer vorgespannten Feder - den Deckel 23 zum Pumpengrundkörper 3 mit einer definierten Haltekraft fixiert, vorzugsweise durch eine definierte Pressüberdeckung von Halteringinnendurchmesser zu den Deckelkontaktflächen, die in allen Betriebspunkten eine ausreichende Haltekraft des Deckels 23 zum Pumpengrundkörper 3 sicherstellt.
Die Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereiches einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe.
Wie in der Figur 5 dargestellt, ist vorgesehen, dass die Radialkolbenpumpe mit einem Gehäuse 6 ausgestattet ist, welches zur mindestens abschnittsweisen Aufnahme der Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 2, 2a, 2b, ... eingerichtet ist. Weiter vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse 6 der Radialkolbenpumpe aus mindestens zwei Gehäusekomponente, insbesondere einem Hochdruckgehäuse 7, und/oder einem Statorgehäuse 8, insbesondere zur Aufnahme eines Rotors und eines Stators eines Elektromotors, ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Haltering 4 in das Gehäuse 6 oder mindestens eine Gehäusekomponente 7, 8 integriert ist. Grundsätzlich ist vorgesehen, dass die Gehäusekomponente mit integriertem Haltering und die weiteren Gehäusekomponenten das Gehäuse der Radialkolbenpumpe bilden. Wie weiter dargestellt, kann es vorgesehen sein, dass die Gehäusekomponenten zur Bildung des Pumpengehäuses miteinander verschraubt werden. Vorzugsweise werden die Gehäusekomponenten gemeinsam mittels einer Schraube 28 verschraubt. Hierzu kann es vorgesehen sein, dass der Pumpengrundkörper 3 einen Flansch 27 oder dgl. aufweist, welcher der Verschraubung mit den weiteren Gehäusekomponenten dient.
Bevorzugt können mittels der miteinander verschraubten Gehäuseteile Fluidkanäle der Radialkolbenpumpe, oder zumindest Teilbereiche davon, ausgebildet werden. Ein solcher, zusammengesetzter Kanal ist beispielsweise der Hochdruckkanal 252.
Die Gehäusekomponenten können verschiedene Druckbereiche innerhalb der Radialkolbenpumpe oder nach außen hin abgrenzen bzw. abdichten. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gehäusekomponente planparallele axiale Dichtflächen aufweist. Durch derart ausgestaltete Dichtflächen kann ein dichter Anschluss zur benachbarten Gehäusekomponente, wie beispielsweise dem Hochdruckgehäuse 7 oder dem Statorgehäuse 8, bereitgestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Oberflächen der Dichtflächen der Gehäusekomponente mit konzentrischen Rillen, insbesondere mit einer Welligkeit in radialer Richtung, ausgestattet sind. Durch die konzentrische Rille bzw. Rillen kann die Dichtwirkung weiter verbessert werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass ergänzend oder alleinig zwischen den Dichtflächen Dichtungen angeordnet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Oberflächen der Dichtflächen eine oder mehrere geometrische Formen aufweisen, die von einer planen oder annähernd planen Fläche abweichen. So kann es vorgesehen sein, dass zur gezielten Ausbildung von Kontaktflächen oder Linienkontakten die Dichflächen eine konkave oder konvexe Form aufweisen.
So kann beispielsweise eine plane Dichtfläche einer Gehäusekomponente mit der konvexen Oberfläche einer anderen Gehäusekomponente zur Anlage und damit zum Ausbilden einer Dichtfläche gebracht werden. Durch das Kontaktieren einer planen und einer konvexen Oberfläche, wird vorteilhaft ein definierter Linienkontakt zwischen beiden Oberflächen ausgebildet. Ein solcher Linienkontakt kann vorzugsweise die Funktion einer Dichtung zwischen entsprechenden Komponenten ganz oder zumindest teilweise abbilden. Vorteilhaft kann eine der Oberflächen ein elastisches Verhalten aufweisen, so dass Schwankungen im Abstand der Komponenten zueinander durch die Elastizität kompensiert werden können.
Die Fig. 6 zeigt eine nochmals vergrößerte Darstellung eines Teilbereiches gemäß Fig. 5.
Es kann ferner vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Haltering 4 einen genau bearbeiteten Innendurchmesser aufweist. Bevorzugt sollte der Innendurchmesser des Halterings 4 in der Toleranzklasse IT 7...8 liegen.
Es sollten ferner kleine Toleranzen für die Höhe des Deckels 23, insbesondere hinsichtlich der Anlagefläche des Deckels zum Pumpengrundkörper und/oder der Kontaktfläche 232 des Deckels 23 zum Haltering 4, eingehalten werden.
Vorzugsweise sollte eine ausreichende Druckfestigkeit für die Materialien, an denen der Kontaktdruck entsteht, insbesondere am kritischsten Kontakt Deckel/Haltering, gewählt werden.
Weitere Details der Erfindung ergeben sich insbesondere aus einer Beschreibung der Montage einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe, insbesondere hinsichtlich der Montage des Halterings 4. Es versteht sich, dass hier nur einige ausgewählte Montageschritte dargestellt sind, wie sie für das Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens hilfreich sind. Die Herstellung der Radialkolbenpumpe kann weitere, dem Fachmann bekannte, Schritte bzw. Zwischenschritte umfassen.
Eine Fixierung des Halterings 4 kann beispielsweise durch einen thermischen Querpressverband zwischen den Deckeln 23 und dem Haltering 4 vorgenommen werden.
Es wird eine Erwärmung des Halteringes 4, mittels einer Wärmequelle bzw. eines heizbaren Werkzeuges WHZ, vor der Montage vorgenommen. Durch die thermische Ausdehnung des Halterings 4 wird eine Überdeckung zwischen Haltering 4 und Deckel 23 eliminiert, um kraftfrei Fügen zu können. Im erwärmten Zustand bildet sich zwischen der Anlagefläche des Halteringes 4 und den Kontaktflächen 232 der Deckel 23 ein radiales Spiel aus und der Haltering 4 kann nahezu kraftfrei gefügt werden. Nach der Montage kühlt sich der Haltering 4 ab und die Überdeckung stellt sich wieder ein bzw. aufgrund der Schrumpfung des Durchmessers wird ein Fugendruck auf alle Deckel 23 erzeugt. Der sich mindestens einstellende Fugendruck, insbesondere an jedem Kontakt Deckel / Haltering, sollte dabei so groß sein, dass der Deckel 23 bei der max. Druckdifferenz zwischen Hoch- und Niederdruck nicht vom Pumpengrundkörper 3 abhebt. Ein derartiges Verfahren ist in den Fig. 11 bis 13 schematisch dargestellt. Bei der Montage des Halteringes 4 kann der Haltering 4 zur Anlage bzw. zum Anschlag an den Anlagebund 5 gebracht werden.
Eine Fixierung des Halterings 4 kann beispielsweise durch einen Längspressverband zwischen den Deckeln 23 und dem Haltering 4 vorgenommen werden. Der Haltering 4 wird mit Überdeckung auf den Deckel 23 geschoben. Der Haltering 4 dehnt sich elastisch. Die Überdeckung erzeugt eine Kraft. Ein derartiges Verfahren ist in den Fig. 14 und 15 schematisch dargestellt. Bei dem Aufschieben des Halteringes 4 auf den Deckel 23 kann der Haltering 4 auch zur Anlage bzw. zum Anschlag an den Anlagebund 5 gebracht werden.
Eine Fixierung des Halterings 4 kann beispielsweise auch durch eine Schweißverbindung vorgenommen werden. Der Haltering 4 ist vorzugsweise einmal mit einem Schlitz 41 versehen bzw. als offener Ring ausgestaltet und wird über die Deckel 23 gefügt, dann gespannt bzw. mittels eines Werkzeuges W zusammengedrückt, sodass der Haltering an allen Kontaktflächen der Deckel 23 anliegt. In diesem Zustand ist der Spalt der Ringenden ca. 2mm groß. Dann erfolgt der Schweißprozess mittels eines Schweißgerätes S, der den geschlitzten Haltering (ca: 2mm Spalt) durch Zugabe von Schweißzusatz, insbesondere flüssiges Metall, verschließt. Nach erfolgtem Schweißvorgang kühlt sich der Schweißzusatzwerkstoff ab, schrumpft dementsprechend und erzeugt so eine Zugspannung im Haltering 4. Die Genauigkeitsanforderungen an den Haltering 4 bzw. die Deckel 23 können bei dieser Variante geringer sein. Ein derartiges Verfahren ist in den Fig. 16 bis 18 schematisch dargestellt. Bei der Montage des Halteringes 4 kann der Haltering 4 zur Anlage bzw. Anschlag an Anlagebund 5 gebracht werden.
Prinzipiell (nicht gezeigt) ist es jedoch auch denkbar, dass die Deckel vor dem Fügen des Halteringes werden mittels einer Vorrichtung/Werkzeug W elastisch (radial) nach "innen" gedrückt, um so einen Fügespalt für den Haltering für die Zeit des Fügens bereitzustellen. Wenn kein Spalt ausgebildet wird, kann zumindest die Überdeckung während der Montage etwas reduziert werden. Der Vorteil ist hierbei, dass der thermischen Querpressverband damit entfallen könnte (Kosten, Temperaturwirkung im Haltering bzw. Auswirkung auf dessen Gefüge). Zudem kann die Aufschiebe-/Füge-Kraft gegenüber dem "normalen" bzw. oben beschriebenen" Längspressverband reduziert.

Das Verfahren im Prinzip:

Erforderlich hierfür ist, dass der Deckel elastisch federn/ausweichen kann (gestrichelt), um einen Fügespalt auszubilden (zumindest im Bereich der Kontaktfläche 232). Dies kann geometrisch durch den Deckel 23 bzw. dessen geometrische Gestaltung erreicht werden.
In der Figur ist (schematisch) gezeigt: ein Werkzeug W drückt bzw. deformiert den Deckel 23 elastisch, insbesondere die Kontaktläche 232 weicht elastisch zurück/radial nach innen, so dass ein Spalt ausgebildet oder die Überdeckung zwischen Haltering und Deckel 23 reduziert ist. Nach entfernen des Werkzeugs federt der Deckel 23 bzw. die Kontaktfläche 232 elastisch zurück, so dass sich eine Überdeckung ausbildet. Damit das Werkzeug beim Fügen des Halteringes 4 nicht im Weg ist und die Kontakfläche 232 dennoch zuverlässig elastisch verformen kann, sind vorzugsweise andere geometrische Ausgestaltungen für den Deckel zu wählen, als zuvor gezeigt.
Prinzipiell (nicht gezeigt) kann das elastische Verhalten auch durch ein Element erreicht werden, welches zwischen Deckel und Pumpengehäuse/ Zylindergehäuse angeordnet ist. Es muss dabei die Dichtheit und damit das nicht abheben des Deckels gewährleistet sein
In den Fig. 19 bis 21 sind vorteilhafte Positionen der Ventile 24, 25 bzw. Einlass/Auslass 251, 241 in Bezug auf den Deckel 23 dargestellt. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Fluideinlass 251 bzw. das Einlassventil 24 außermittig des Deckels 23 angeordnet ist, um Platz für den Haltering 4 zu schaffen. Als Ventil 24, 25 kommt beispielsweise ein Zungenventil, ggf. mit Anschlag in Frage.
Vorteilhafte Anpassungen können insbesondere bei der Ringbreite oder Ringhöhe, bei dem Ringwerkstoff (Rohrmaterial, geschweißt, gezogen...), dem Deckelwerkstoff (Sintermaterial, geschmiedetes Material...) vorgenommen werden. Es können ein oder mehrere Halteringe 4 pro Radialkolbenpumpe verwendet werden, wie beispielsweise in Fig. 20 dargestellt, Halteringe 4 und 4a. Die Halteringe sind in diesem Falle bevorzugt axial hintereinander angeordnet. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Haltering 4 eine Montagefase an der Innenseite zur vereinfachten Montage aufweist.
Die hier vorgeschlagene Radialkolbenpumpe kann bevorzugt als Klimakompressor, vorzugsweise mit einem Elektromotor als Antrieb, eingesetzt werden. Bei dem Fluid handelt es sich entsprechend bevorzugt um ein Kältemittel.

Claims

Radialkolbenpumpe, insbesondere Radialkolbenverdichter, umfassend
- eine Antriebswelle (1) mit einem Exzenter (11), sowie Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen (2), wobei die Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen (2) je einen Arbeitsraum (21) und einen Kolben (22) umfasst, wobei

- die Radialkolbenpumpe mindestens zwei Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen (2, 2a, 2b, ...) umfasst, die sich radial von der Antriebswelle (1) erstrecken, wobei die Radialkolbenpumpe mit einem Gehäuse (6) ausgestattet ist, welches zu mindestens abschnittsweisen Aufnahme der Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen (2, 2a, 2b, ...), eingerichtet ist,

- wobei jeder Arbeitsraum (21) mit einem Deckel (23 (a-e)) verschlossen ist,
wobei
die Radialkolbenpumpe mit mindestens einem Haltering (4) zur Fixierung sämtlicher Deckel (23 (a-e)) der Radialkolbenpumpe ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (4) in das Gehäuse (6) integriert ist, oder das Gehäuse (6) der Radialkolbenpumpe aus mindestens zwei Gehäusekomponenten, nämlich einem Hochdruckgehäuse (7) und einem Statorgehäuse (8) zur Aufnahme eines Rotors und eines Stators eines Elektromotors, ausgebildet ist und der Haltering (4) in mindestens eine Gehäusekomponente (7, 8) integriert ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialkolbenpumpe mindestens drei Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen (2, 2a, 2b, ...) umfasst, die sternförmig um die Antriebswelle (1) angeordnet sind.
Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen (2, 2a, 2b, ...) in einem Pumpengrundkörper (3) aufgenommen sind.
Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (23) eine Kontaktfläche (232) für den Haltering (4) aufweist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (23) und/oder der Pumpengrundkörper (3) einen Anlagebund (5) für den Haltering (4) aufweist, wobei der Anlagebund (5) eine sich radial erstreckende Fläche als Anschlag für den Haltering (4) aufweist.
Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialkolbenpumpe mindestens zwei Halteringe (4, 4a) zur Fixierung sämtlicher Deckel (23 (a-e)) der Radialkolbenpumpe aufweist, wobei die Halteringe (4, 4a) axial hintereinander angeordnet sind.
Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Haltering (4) und Deckel (23) eine Presspassung vorgesehen ist.
Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Halterings (4) einen Innendurchmesser gemäß Toleranzklasse IT 7 oder IT 8 aufweist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) zur mindestens abschnittsweisen Aufnahme des Pumpengrundkörpers (3 eingerichtet ist.
Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekomponenten (7, 8) miteinander verschraubt sind.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpengrundkörper (3) einen Flansch (27) aufweist, welcher der Verschraubung mit dem Gehäuse (6) und/oder den weiteren Gehäusekomponenten (7, 8) dient.
Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekomponenten (7, 8) Fluidkanäle der Radialkolbenpumpe, oder zumindest Teilbereiche davon, ausbilden.
Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekomponente (7, 8) planparallele axiale Dichtflächen aufweist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Dichtflächen der Gehäusekomponente mit konzentrischen Rillen ausgestattet sind.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ergänzend oder alleinig zwischen den Dichtflächen Dichtungen angeordnet sind.
Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Dichtflächen eine oder mehrere geometrische Formen aufweisen, die von einer planen oder annähernd planen Fläche abweichen.
Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schwankungen im Abstand der Gehäusekomponenten zueinander durch die Elastizität kompensiert werden können.
Verfahren zur Herstellung einer Radialkolbenpumpe gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fixierung des Halterings (4) durch thermischen Querpressverband zwischen den Deckeln (23 (a-e)) und dem Haltering (4) vorgenommen wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Erwärmung des Halteringes (4) vor der Montage

- Fügen des Halterings (4) auf die Deckel (23 (a-e))

- Abkühlen des Halterings (4).
Verfahren zur Herstellung einer Radialkolbenpumpe gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fixierung des Halterings (4) durch Längspressverband zwischen den Deckeln (23 (a-e)) und dem Haltering (4) vorgenommen wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Aufschieben des Halterings (4) mit Überdeckung auf die Deckel (23 (a-e))

- Elastische Dehnung des Halterings (4).
Verfahren zur Herstellung einer Radialkolbenpumpe gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fixierung des Halterings (4) durch Schweißverbindung vorgenommen wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Schlitzen des Halterings (4) zur Erzeugung eines Schlitzes

- Fügen des Halterings (4) auf die Deckel (23 (a-e))

- Spannen des Halterings (4), vorzugsweise mittels eines Werkzeugs (W)

- Verschließen des Schlitzes.
Verfahren zur Herstellung einer Radialkolbenpumpe gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Deckel dazu eingerichtet ist, dass er elastisch federn und/oder ausweichen kann, um einen Fügespalt auszubilden, mindestens jedoch im Bereich der Kontaktfläche 232, gekennzeichnet dadurch, dass
- die Deckel vor dem Fügen des Halteringes mittels einer Vorrichtung/Werkzeug (W) elastisch, radial, nach innen gedrückt werden, um einen Fügespalt für den Haltering für die Zeit des Fügens bereitzustellen.