WO2014154239A1 - Bimetall ventilbegrenzung - Google Patents

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Andreas Kuhnekath
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Pierburg Pump Technology Gmbh
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    • Y10T137/7888—With valve member flexing about securement
    • Y10T137/7891—Flap or reed
    • Y10T137/7892—With stop

Definitions

  • the invention relates to an automotive positive displacement pump with a pumping chamber which is accessible via a check valve 5.
  • the check valve in this case has a valve body which covers a valve opening.
  • Such positive displacement pumps are widely used in the automotive field. They promote fluids, generally liquids, especially liquid coolants or lubricants. However, the positive displacement pumps can also be designed as a lubricated gas pump or a lubricated vacuum pump.
  • Automotive positive displacement pumps are designed for a temperature range of - 40 ° C to + 160 ° C. In this temperature interval, lubricants often have large viscosity differences.5 Decreasing ambient temperatures justify an increasing viscosity of such lubricants. In order to avoid damage, this increased viscosity must be counteracted constructively with an enlargement of the valve opening cross-section of the check valve, so that even at low temperatures of up to -40 ° C. a sufficiently rapid passage of the lubricant can be ensured.
  • JP 571 469 68 describes a valve spring made of a bimetal adapted to the temperature of the fluid.
  • the document JP 581 606 75 discloses a fluid pressure regulator with a disc-like valve spring made of a bimetal. As a result, the opening behavior of the valve body is highly temperature dependent.
  • the invention relates to an automotive positive displacement pump with a pumping chamber.
  • the pumping chamber is accessible via a check valve.
  • the check valve has a valve body and a Ventilwegbegrenzer, wherein the valve body in its closed position covers the valve opening and closes.
  • the valve travel limiter defines the opening position of the valve body at maximum opening and has a mechanical temperature element that increases the valve travel with decreasing temperature and decreases with increasing temperature.
  • the behavior of the valve body is not significantly affected by the lubricant temperature, is therefore in the Essentially independent of temperature.
  • the opening stroke of the valve at low lubricant temperature is set as large as possible, whereas the opening stroke is set as small as possible at high lubricant temperature.
  • the valve body is designed as a leaf spring.
  • This leaf spring represents a mechanically simple and at the same time inexpensive embodiment of a valve body.
  • the leaf spring is elastic or flexible.
  • valve travel limiter is formed by a bimetallic sheet.
  • the Ventilwegbegrenzer is, in contrast to the valve body, primarily rigid.
  • the valve limiter consists of a metal with a high linear expansion coefficient and a metal with a low linear expansion coefficient.
  • valve travel limiter If a lubricant with a lower temperature, ie a lubricant with a higher viscosity, is applied to the valve travel limiter, then the valve travel limiter is bent further in the opening direction and the maximum opening travel of the valve Check valve increased.
  • a lubricant with a higher temperature ie a lubricant with a lower viscosity
  • the valve bends away aliar further in the closing direction and the maximum opening travel of the check valve is correspondingly reduced.
  • the valve path limiter thus has both the function of a wegbegrenzenden component, as well as a temperature-variable component. In addition, it is robust, reliable, easy to assemble and inexpensive to manufacture.
  • the valve travel limiter may also be designed as a shape memory material body, in particular of nitinol.
  • a shape memory material an element can be realized in a simple manner, which realizes a temperature-dependent opening path limitation of the valve.
  • the function of the shape memory material body is based on the so-called two-way (memory) effect.
  • Such shape memory alloys can remember the two-way effect on two forms - one at high and one at low temperature.
  • valve travel limiter can also be designed as a wax element.
  • a wax element is inexpensive, structurally simple and can be designed fail-safe.
  • valve body and the valve wegbegrenzer are each formed as a tongue, which are fixed with its one tongue end to the pumping chamber wall.
  • shape of the valve body and the valve limiter similar to the shape of the Be valve opening.
  • both components can be fixed with a single fastener, whereby the assembly is greatly simplified.
  • a single check valve is provided.
  • a plurality of non-return valves may be arranged side by side on the pump chamber wall.
  • the check valve may also be "double-ended in a" butterfly arrangement ", ie, extending from the attachment means, two wings, namely the tongue-shaped valve travel limiters and associated valve bodies, extend across the two valve ports of the pumping chamber
  • the two valve bodies, which cover the valve openings, are attached to the pump chamber wall only with a single fastener.
  • This attachment means can be formed by a screw, for example Valve openings doubled, and thus an increase in the valve opening cross-section is realized.
  • the check valve is assigned to the outlet side.
  • the check valve can also be provided on the inlet side, ie on the suction side.
  • the automobile positive displacement pump is an oil lubricated vacuum pump or a lubricant pump.
  • the fluid to be pumped is preferably a lubricating oil, in particular when the unit to be supplied is an internal combustion engine to be lubricated. It may also be an oil-lubricated vacuum pump, wherein not only the air, but also the lubricant must be ejected via the pumping chamber outlet.
  • Figure 1 shows a perspective view of an automotive positive displacement pump with a check valve
  • Figure 2 shows a wing of the check valve of Figure 1 enlarged.
  • an automotive displacement pump 10 which in the present case is a lubricant-lubricated vacuum pump.
  • the positive displacement pump 10 provides a negative pressure of less than 100 mbar for secondary units, for example, a combustion booster, etc. available.
  • the vacuum pump 10 is lubricated with a liquid lubricant.
  • the positive displacement pump 10 has a pump housing 12.
  • This pump housing 12 surrounds a pumping chamber 14 having a plurality of pumping chamber walls 20.
  • a double-tongued check valve 22 is arranged at one of the two end-side Pump chamber walls 20.
  • This check valve 22 is attached via a fastening means 24 to the pump chamber wall 14, and opens or closes the two associated valve openings 30th
  • the check valve 22 according to the invention will be described below with reference to Figure 2, which shows an example of a wing of the double-ended check valve 22.
  • the check valve 22 for the positive displacement pump 10 shown in FIG. 1 has in each case a valve travel limiter 26 and a valve body 28. Both the valve travel limiter 26 and the valve body 28 cover the valve opening 30 provided in the pumping chamber wall 20.
  • the valve body 28 is formed as a leaf spring 29.
  • This leaf spring 29 has a certain bias of the valve body 28 in the closing direction. By this bias is an ⁇ réellescid. Defined limit pressure.
  • the check valve 22 is opened by moving the valve body 28 in the opening direction.
  • the valve body 28 abuts against the valve 26, so that the entire valve path d is opened.
  • the valve travel limiter 26 which is formed by a temperature element formed as a bimetallic sheet, is in a rather wide open position. Increases the valve Wegbeskyr 26 surrounding temperature of the lubricant, then moves the Ventilwegbeskyr 26 in the closing direction and the valve opening d decreases. As a result, the amount of lubricant that flows through the valve opening 30, significantly reduced, while shortening the closing time.
  • a particular advantage is that the check valve 22 is hardly different in its outer shape and in its connection dimensions of a conventional non-return or pressure relief valve, so that the present embodiment can be replaced with little effort against a conventional valve.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Automobil-Verdrängerpumpe (10) mit einer Pumpkammer (14), die über ein Rückschlagventil (22) zugänglich ist. Das Rückschlagventil (22) weist dabei einen Ventilkörper (28) auf, der eine Ventilöffnung (30) bedeckt. Zudem ist ein Ventilwegbegrenzer (26) vorgesehen, der ein mechanisches Temperaturelement (27) aufweist. Dieses Temperaturelement (27) vergrößert den Ventilweg (d) mit abnehmender Temperatur und verkleinert den Ventilweg mit zunehmender Temperatur.

Description

B E S C H R E I B U N G
Bimetall Ventilbegrenzung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Automobil-Verdrängerpumpe mit einer Pumpkammer, die über ein Rückschlagventil zugänglich 5 ist. Das Rückschlagventil weist dabei einen Ventilkörper auf, der eine Ventilöffnung bedeckt.
Derartige Verdrängerpumpen werden im Automobilbereich vielfältig eingesetzt. Sie fördern Fluide, im Allgemeinen Flüssigkeiten, insbesondere flüssige Kühlmittel oder Schmiermittel. Die i o Verdrängerpumpen können aber auch als geschmierte Gaspumpe oder geschmierte Vakuumpumpe ausgebildet sein .
Automobil-Verdrängerpumpen werden für einen Temperaturbereich von - 40 °C bis + 160 °C ausgelegt. In diesem Temperaturintervall weisen Schmiermittel häufig große Viskositätsunterschiede auf.5 Abnehmende Umgebungstemperaturen begründen eine zunehmende Viskosität derartiger Schmiermittel. Dieser erhöhten Viskosität muss, um Beschädigungen zu vermeiden, konstruktiv mit einer Vergrößerung des Ventil-Öffnungsquerschnitts des Rückschlagventils entgegengewirkt werden, so dass auch bei0 niedrigen Temperaturen von bis zu - 40 °C ein ausreichend schneller Durchtritt des Schmiermittels sichergestellt werden kann.
Die erhöhte Viskosität des Schmiermittels und der hierfür erforderliche große Ventil-Öffnungsquerschnitt des Rückschlagventils führen jedoch zu großen Schließzeiten des Rückschlagventils. Die langen Schließzeiten verursachen bei einer hohen Pumpendrehzahl und warmem Schmiermittel einen hohen Rückfluss, der eine Verschlechterung des Wirkungsgrades begründet.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ventile zum Schutz von Verdrängerpumpen vor Beschädigungen bekannt. So wird beispielsweise in der JP 571 469 68 eine Ventilfeder aus einem an die Temperatur des Fluides angepassten Bimetall beschrieben. Auch die Druckschrift JP 581 606 75 offenbart einen Fluiddruckregler mit einer scheibenartigen Ventilfeder aus einem Bimetall. Hierdurch ist das Öffnungs verhalten des Ventilkörpers in hohem Maße temperaturabhängig.
Demgegenüber ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Automobil-Verdrängerpumpe mit einem verbesserten Wirkungsgrad zu schaffen.
Die Erfindung betrifft eine Automobil-Verdrängerpumpe mit einer Pumpkammer. Die Pumpkammer ist dabei über ein Rückschlagventil zugänglich. Das Rückschlagventil weist einen Ventilkörper und einen Ventilwegbegrenzer auf, wobei der Ventilkörper in seiner Schließposition die Ventilöffnung bedeckt und verschließt. Der Ventilwegbegrenzer definiert die Öffnungsposition des Ventilkörpers bei maximaler Öffnung und weist ein mechanisches Temperaturelement auf, das den Ventilweg mit abnehmender Temperatur vergrößert und mit zunehmender Temperatur verkleinert.
Das Verhalten des Ventilkörpers wird durch die Schmiermitteltemperatur nicht wesentlich beeinflusst, ist also im Wesentlichen temperaturunabhängig. Durch den temperaturabhängigen Ventilwegbegrenzer wird der Öffnungsweg des Ventils bei geringer Schmiermitteltemperatur so groß wie möglich eingestellt, wohingegen der Öffnungsweg bei hoher Schmiermitteltemperatur so klein wie möglich eingestellt wird.
Bei niedriger Schmiermitteltemperatur ist damit sichergestellt, dass das Schmiermittel trotz seiner hohen Viskosität vollständig und relativ widerstandsarm durch den großen Öffnungsquerschnitt bzw. Ventilöffnungsweg hindurch fließen kann. Bei hoher Schmiermitteltemperatur ist dagegen sichergestellt, dass der Ventilwegbegrenzer einen geringen Schließweg hat und dadurch schneller schließt. Dadurch ist der Wirkungsgrad insbesondere bei hohen Drehzahlen der Pumpe verbessert.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Ventilkörper als eine Blattfeder ausgeführt. Diese Blattfeder stellt eine mechanisch einfache und zugleich preiswerte Ausführung eines Ventilkörpers dar. Zudem ist die Blattfeder elastisch bzw. flexibel ausgeführt.
Vorteilhafterweise wird der Ventilwegbegrenzer von einem Bimetallblatt gebildet. Der Ventilwegbegrenzer ist, im Gegensatz zum Ventilkörper, vorrangig steif ausgebildet. Der Ventil wegbegrenzer besteht aus einem Metall mit einem hohen linearen Ausdehnungskoeffizienten sowie aus einem Metall mit einem niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten.
Liegt an dem Ventilwegbegrenzer ein Schmiermittel mit einer niedrigeren Temperatur an, also ein Schmiermittel mit einer höheren Viskosität, so ist der Ventilwegbegrenzer weiter in Öffnungsrichtung gebogen und der maximale Öffnungsweg des Rückschlagventils vergrößert. Bei Anliegen eines Schmiermittels mit einer höheren Temperatur, also einem Schmiermittel mit einer niedrigeren Viskosität, biegt sich der Ventil weg begrenzer weiter in die Schließrichtung und der maximale Öffnungsweg des Rückschlagventils ist dementsprechend verkleinert.
Der Ventilweg begrenzer hat somit sowohl die Funktion eines wegbegrenzenden Bauteils, als auch die eines temperaturveränderlichen Bauteils. Zudem ist er robust, zuverlässig, einfach zu montieren und preiswert herzustellen.
Alternativ kann der Ventilwegbegrenzer auch als ein Formgedächtniswerkstoff-Körper, insbesondere aus Nitinol, ausgeführt sein. Mit einem Formgedächtniswerkstoff kann auf einfache Art und Weise ein Element realisiert werden, das eine temperaturabhängige Öffnungsweg-Begrenzung des Ventils realisiert. Die Funktion des Formgedächtniswerkstoff-Körpers beruht dabei auf dem sogenannten Zweiweg-(Memory)-Effekt. Derartige Formgedächtnislegierungen können sich durch den Zweiweg- Effekt an zwei Formen - eine bei hoher und eine bei niedriger Temperatur - erinnern.
Als weitere alternative Ausführungsform kann der Ventilwegbegrenzer auch als ein Wachselement ausgeführt sein. Ein Wachselement ist preiswert, konstruktiv einfach und kann fail- safe ausgelegt werden.
Vorzugsweise sind der Ventilkörper und der Ventil wegbegrenzer jeweils als Zunge ausgebildet, die mit ihrem einen Zungenende an der Pumpkammerwand fixiert sind . Dabei kann die Form des Ventilkörpers und des Ventilbegrenzers ähnlich zu der Form der Ventilöffnung sein. Somit können beide Bauelemente mit einem einzigen Befestigungselement fixiert sein, wodurch die Montage stark vereinfacht wird.
Bevorzugt ist ein einziges Rückschlagventil vorgesehen. In einer weiteren Ausführungsform können aber auch mehrere Rückschlagventile nebeneinander an der Pumpkammerwand angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Rückschlagventil auch „doppelzüngig in einer „Schmetterlingsanordnung" ausgebildet sein, d.h., ausgehend von dem Befestigungsmittel, erstrecken sich zwei Flügel, nämlich die zungenförmigen Ventilwegbegrenzer und die zugeordneten Ventilkörper, über die beiden Ventilöffnungen der Pumpkammer. Die zwei Ventilweg begrenzer und die zwei Ventilkörper, welche die Ventilöffnungen bedecken, sind nur mit einem einzigen Befestigungsmittel an der Pumpkammerwand angebracht. Dieses Befestigungsmittel kann dabei beispielsweise durch eine Schraube gebildet werden. Diese „Schmetterlingsanordnung" weist dabei den Vorteil auf, dass durch geringen konstruktiven Aufwand die Anzahl der Ventilöffnungen verdoppelt, und damit eine Vergrößerung des Ventilöffnungsquerschnittes realisiert wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Rückschlagventil der Auslassseite zugeordnet. Darüber hinaus kann das Rückschlagventil zusätzlich auch auf der Einlassseite, d.h. auf der Saugseite, vorgesehen sein. Die letztere Anordnung ist für den Fall vorgesehen, in dem die Pumpe rückwärts läuft, wie dies bei einer mechanischen Verdrängerpumpe beim Rückwärts lauf des Verbrennungsmotors vorkommen kann. In bevorzugter Weise ist die Automobil-Verdrängerpumpe eine ölgeschmierte Vakuumpumpe oder eine Schmiermittelpumpe. Das zu pumpende Fluid ist vorzugsweise ein Schmieröl, insbesondere dann, wenn das zu versorgende Aggregat ein zu schmierender Verbrennungsmotor ist. Es kann sich auch um eine ölgeschmierte Vakuumpumpe handeln, wobei über den Pumpkammer-Auslass nicht nur die Luft, sondern auch das Schmiermittel ausgestoßen werden muss.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den folgenden Figuren 1 und 2 schematisch dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Automobil- Verdrängerpumpe mit einem Rückschlagventil, und
Figur 2 zeigt einen Flügel des Rückschlagventils der Figur 1 vergrößert.
In der Figur 1 ist eine Automobil-Verdrängerpumpe 10 dargestellt, die vorliegend eine mit Schmiermittel geschmierte Vakuumpumpe ist. Die Verdrängerpumpe 10 stellt einen Unterdruck von unter lOOmbar für Sekundäraggregate, beispielsweise einen Brenn kraftverstärker usw. zur Verfügung. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades und zur Verringerung des mechanischen Verschleißes ist die Vakuumpumpe 10 mit einem flüssigen Schmiermittel geschmiert.
Die Verdrängerpumpe 10 weist ein Pumpengehäuse 12 auf. Dieses Pumpengehäuse 12 umgibt eine Pumpkammer 14 mit mehreren Pumpkammerwänden 20. An einer der beiden stirnseitigen Pumpkammerwände 20 ist ein doppelzüngiges Rückschlagventil 22 angeordnet. Dieses Rückschlagventil 22 ist über ein Befestigungsmittel 24 an der Pumpkammerwand 14 angebracht, und öffnet oder schließt die beiden zugeordneten Ventilöffnungen 30.
Das erfindungsgemäße Rückschlagventil 22 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figur 2 beschrieben, die exemplarisch einen Flügel des doppelzüngigen Rückschlagventils 22 zeigt. Das Rückschlagventil 22 für die in Figur 1 abgebildete Verdrängerpumpe 10 weist jeweils einen Ventilwegbegrenzer 26 und einen Ventilkörper 28 auf. Sowohl der Ventilwegbegrenzer 26, als auch der Ventilkörper 28 bedecken die in der Pumpkammerwand 20 vorgesehene Ventilöffnung 30.
Der Ventilkörper 28 ist als Blattfeder 29 ausgebildet. Diese Blattfeder 29 weist eine gewisse Vorspannung des Ventilkörpers 28 in Schließrichtung auf. Durch diese Vorspannung ist ein Öffnungsbzw. Grenzdruck definiert. Wenn der Schmiermitteldruck innerhalb der Pumpkammer 14 den Grenzdruck überschreitet, wird das Rückschlagventil 22 durch das Bewegen des Ventilkörpers 28 in Öffnungsrichtung geöffnet. Wenn der Druck des Schmiermittels weiter ansteigt, schlägt der Ventilkörper 28 gegen den Ventil wegbegrenzer 26, so dass der gesamte Ventilweg d geöffnet ist.
Bei einer geringen Schmiermitteltemperatur befindet sich der Ventilwegbegrenzer 26, der von einem als Bimetall-Blatt ausgebildeten Temperaturelement gebildet wird, in einer eher weit geöffneten Position . Erhöht sich die den Ventil wegbegrenzer 26 umgebende Temperatur des Schmiermittels, so bewegt sich der Ventilwegbegrenzer 26 in die Schließrichtung und der Ventilöffnungsweg d verkleinert sich. Dadurch ist die Menge des Schmiermittels, welche die Ventilöffnung 30 durchströmt, deutlich reduziert, wobei sich gleichzeitig die Schließzeit verkürzt. Ein besonderer Vorzug besteht darin, dass das Rückschlagventil 22 sich in seiner äußeren Form und in seinen Anschlussdimensionen kaum von einem herkömmlichen Rückschlag- oder Überdruckventil unterscheidet, so dass die vorliegende Ausführung mit nur geringem Aufwand gegen ein konventionelles Ventil ausgetauscht werden kann.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Automobil-Verdrängerpumpe ( 10) mit einer Pumpkammer (14), die über ein Rückschlagventil (22) zugänglich ist, durch das Schmiermittel fließt, wobei das Rückschlagventil (22) einen Ventilkörper (28) aufweist, der eine Ventilöffnung (30) bedeckt,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Ventilwegbegrenzer (26) vorgesehen ist, der ein mechanisches Temperatureiement (27) aufweist, das den Ventilweg (d) mit abnehmender Temperatur vergrößert und mit zunehmender Temperatur verkleinert.
2. Automobil-Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 1, wobei der Ventilwegbegrenzer (26) von dem mechanischen Temperaturelement (27) gebildet ist.
3. Automobil-Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 1, wobei der Ventilkörper (28) eine Blattfeder (29) ist.
4. Automobil-Verdrängerpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Temperaturelement (27) von einem Bimetall-Blatt gebildet ist.
5. Automobil-Verdrängerpumpe (10) in Abhängigkeit von Anspruch 4, wobei das Temperaturelement von einem Formgedächtniswerkstoff-Körper, insbesondere aus IMitinol, gebildet ist. Automobil-Verdrängerpumpe (10) in Abhängigkeit von Anspruch 4, wobei das Temperaturelement ein Wachselement aufweist.
Automobil-Verdrängerpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Ventilkörper (28) und der Ventilwegbegrenzer (26) jeweils als Zunge ausgebildet sind, die jeweils mit einem Zungenende an der Pumpkammerwand (20) fixiert sind.
Automobil-Verdrängerpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Rückschlagventil (22) einem Pumpkammer - Auslassventil (15) zugeordnet ist.
Automobil-Verdrängerpumpe (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Automobil- Verdrängerpumpe (10) eine ölgeschmierte Vakuumpumpe ist.
Automobil-Verdrängerpumpe ( 10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9, wobei die Automobil- Verdrängerpumpe (10) eine Schmiermittelpumpe ist.
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