WO2022013062A1 - Radialkolbenpumpe - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, umfassend eine Pumpenwelle (1) mit einem Exzenter (11), sowie mindestens eine Kolben-Arbeitsraum- Kombination (2), wobei die Kolben-Arbeitsraum-Kombination (2) 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 Pumpenwelle (1) erstrecken, wobei jeder Arbeitsraum (21) mit einem Auslassventil (24) ausgestattet ist, wobei das Auslassventil (24) eine Ventilöffnung (241) und eine Ventilzunge (242) umfasst, wobei die Ventilöffnung wahlweise von der Ventilzunge verschlossen bzw. freigegeben werden, wobei die Radialkolbenpumpe mit einer ringförmigen Ventilzungenanordnung (4) ausgestattet ist.

Description

Radialkolbenpumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, insbesondere einen Radialkolbenverdichter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Radialkolbenpumpe ist ein Element der Fluidtechnik. Bei dieser Pumpe sind die Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen im Gegensatz zu einer Axialkolbenpumpe radial und senkrecht zur Antriebswelle angeordnet. Die Förder- bzw. Flubbewegung jedes einzelnen Arbeitskolbens wird durch einen auf der Pumpenwelle befindlichen Exzenter hervorgerufen. In der Regel umfasst die Radialkolbenpumpe mehrere Kolben- Arbeitsraum-Kombinationen, die sich sternförmig und radial von der Pumpenwelle erstrecken. Die Radialkolbenpumpe pumpt ein Fluid aus einem Niederdruckraum in einen Hochdruckraum.

Radialkolbenpumpen finden beispielsweise als Radialkolbenverdichter für Kühlmittel in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, insbesondere auch in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, Verwendung.

Bei Radialkolbenpumpen kommt in der Regel mindestens ein Auslassventil zum Einsatz, welches den Gasaustausch in dem Arbeitsraum steuert, sprich es öffnet sich, wenn der Druck im Arbeitsraum größer als im Hochdruckraum ist und es schließt, wenn der Druck im Arbeitsraum kleiner als im Hochdruckraum ist. Als Ventilbauart kommt hier vorzugsweise ein Federblechventil zum Einsatz. Das Federblechventil umfasst im Wesentlichen eine Ventilöffnung, die von einer Ventilzunge, vorzugsweise aus einem Federblech, wahlweise verschlossen bzw. freigegeben werden kann.

Nach dem Stand der Technik ist das Auslassventil in der Regel derart positioniert, dass die Ventilöffnung bzw. die Öffnungsrichtung der Ventilzunge radial zur Pumpenwelle ausgerichtet sind. Die Bauart der Radialkolbenpumpe bedingt somit, dass für jede Kolben-Arbeitsraum-Kombination eine einzelne Ventilzunge mit ggf. weiteren Ventilkomponenten erforderlich ist.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, eine verbesserte Radialkolbenpumpe vorzuschlagen, insbesondere eine Radialkolbenpumpe mit geringerem Montageaufwand vorzuschlagen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Radialkolbenpumpe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, indem die Radialkolbenpumpe mit einer ringförmigen Ventilzungenanordnung ausgestattet ist. Die ringförmige Ventilzungenanordnung kann eine zu den Auslassventilen bzw. Ventilöffnungen korrespondierende Anzahl von Ventilzungen aufweisen. Es muss entsprechend nicht jedes Auslassventil bzw. Ventilöffnung einzeln mit einem Ventil bzw. Ventilzunge belegt werden. Hieraus ergeben sich insbesondere Herstellungs- und Montagevorteile.

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 entsprechend vorgesehen sein, dass die Ventilzungenanordnung ein Trägerblech, sowie eine zu der Anzahl der Ventilöffnungen korrespondierende Anzahl von Ventilzungen umfasst. Die Ausgestaltung des Ventils als Federblechventil eignet sich besonders gut für die vorliegende Erfindung, da eine Einheit aus mehreren Ventilzungen, die zusammen mit den Ventilöffnungen entsprechende Federblechventile bilden, sehr einfach aus beispielsweise einem kreisförmigen Halbzeug durch Stanzungen erzeugt werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich die Ventilzungen vorzugsweise in Umfangsrichtung oder radial der Ventilzungenanordnung erstrecken.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trägerblech der Ventilzungenanordnung als flache ringförmige Scheibe ausgestaltet ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trägerblech der Ventilzungenanordnung als ringförmige flache Scheibe ausgestaltet ist, wobei sich die Ventilzungen vorzugsweise in tangentialer Richtung erstrecken. Eine ringförmige flache kann einfach vor den Ventilöffnungen angeordnet werden, die in einer bevorzugten Ausführungsform der Radialkolbenpumpe mit einer sternförmigen und radialen Anordnung der Kolben- Arbeitsraum-Kombination ebenfalls auf einer kreisförmigen Bahn um die Pumpenwelle angeordnet sind. Insofern können dann durch das Anlegen einer derartigen Ventilzungenanordnung alle Ventile gleichzeitig mit einer Federzunge beaufschlagt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ventilzungenanordnung nach Art einer Tellerfeder ausgestaltet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Radialkolbenpumpe mindestens drei Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen umfasst, die sich sternförmig von der Pumpenwelle erstrecken. Insbesondere für diese Bauweise treten die Vorteile der Erfindung besonders zu Tage. Viele Kolben-Arbeitsraum- Kombinationen mit entsprechend vielen Ventilen, insbesondere Federblechventilen, können über eine gemeinsame Ventilzungenanordnung bestückt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ventilöffnung in der Wandung des Arbeitsraumes angeordnet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ventilöffnung als Bohrung ausgestaltet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ventilöffnung in einem Winkel von 0° bis 45° zur Längsachse der Welle ausgerichtet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Arbeitsraum kopfseitig mit einem Zylinderkopf ausgestattet ist, wobei der Zylinderkopf eine Zylinderkopfplatte und einen sich senkrecht von der Zylinderkopfplatte erstreckenden Zapfen aufweist, wobei der Zapfen in den Arbeitsraum hineinragt. Der Zapfen kann eine stabilisierende Wirkung auf die Wandung des Arbeitsraumes entfalten, so dass diese grundsätzlich dünner gebaut werden kann, so dass auch die Ventilöffnung eine geringere Länge und daher strömungsoptimierter ausgestaltet sein kann. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Zapfen mit einer Aussparung versehen ist, die eine Zuleitung aus dem Arbeitsraum zu der Ventilöffnung bildet.

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 eine Radialkolbenpumpe gemäß dem Stand der Technik in einer schematischen seitlichen Ansicht;

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen

Radialkolbenpumpe (zu illustrativen Zwecken ohne Pumpenwelle);

Fig. 3 eine geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen

Radialkolbenpumpe;

Fig. 4 eine seitliche geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen

Radialkolbenpumpe;

Fig. 4a ein Detail "4a" gemäß Fig. 4;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Zylinderkopfes einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe;

Fig. 5a eine seitliche geschnittene teilweise Darstellung einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe

Fig. 6 eine seitliche geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen

Radialkolbenpumpe mit Schnittlinie "Fig.6a-Fig. 6a";

Fig. 6a ein Detail gemäß Schnitt "Fig.6a-Fig. 6a" gemäß Fig. 6;

Fig. 7 eine Ventilzungenanordnung in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 8 eine Ventilzungenanordnung in einer seitlichen Ansicht;

Fig. 8a eine Detailvergrößerung gemäß Fig. 8; Fig. 9 eine Ventilzungenanordnung in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 10 eine Ventilzungenanordnung in einer seitlichen Ansicht;

Fig. 11 eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;

Fig. 12 eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe in einer seitlichen geschnittenen Ansicht;

Fig. 12a ein Detail „Fig. 12a“ gemäß Fig. 12;

Fig. 13 eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe in einer seitlichen geschnittenen Ansicht;

Fig. 14 eine Ventilzungenanordnung in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 15 eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe in einer seitlichen geschnittenen Ansicht;

Fig. 16 eine Ventilzungenanordnung in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 17 eine Ausschnittvergrößerung wie Fig. 12, jedoch mit schräger

Ventilöffnung und Ventilzungenanordnung nach Art einer Tellerfeder.

Folgende Bezugszeichen werden in den Abbildungen verwendet:

L Längsachse der Radialkolbenpumpe OT oberer Totpunkt h Höhe

1 Pumpenwelle

2 Kolben-Arbeitsraum-Kombination 3 Gehäuse

4 Ventilzungenanordnung

11 Exzenter

21 Arbeitsraum

22 Kolben

23 Zylinderkopf

24 Auslassventil

41 Trägerblech

231 Zylinderkopfplatte

232 Zapfen

233 Aussparung

241 Ventilöffnung

242 Ventilzunge / Blechzunge

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Eine Radialkolbenpumpe umfasst im Wesentlichen eine Pumpenwelle 1 mit einem Exzenter 11 , sowie mindestens eine Kolben-Arbeitsraum-Kombination 2. Zur Definition der axialen Richtung ist eine Längsachse L der Pumpenwelle 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 kopfseitig mit einem Zylinderkopf 23 verschlossen. In der Regel umfasst die Radialkolbenpumpe mindestens zwei Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 2, 2a, 2b, ..., die sich radial von der Pumpenwelle 1 erstrecken. Vorzugsweise umfasst die Radialkolbenpumpe mindestens drei, vorzugsweise sechs, Kolben-Arbeitsraum-Kombinationen 2, 2a, 2b, ..., die sich entsprechend sternförmig von der Pumpenwelle 1 erstrecken. Die vorgenannten Komponenten können in einem gemeinsamen Gehäuse 3 aufgenommen sein.

Gemäß dem Stand der Technik ist in dem Zylinderkopf 23 bzw. kopfseitig des Arbeitsraumes 21 ein Auslassventil 24, vorzugsweise in Form eines Federblechventils, vorgesehen. Das Auslassventil 24 ist vorzugsweise als Federblechventil ausgeführt und umfasst eine Ventilöffnung 241, die von einem Ventilzunge 242 wahlweise verschlossen bzw. freigegeben werden kann. Gemäß dem Stand der Technik ist diese Ventilöffnung in der Regel 241 radial zur Pumpenwelle 1 ausgerichtet.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Radialkolbenpumpe mit einer ringförmigen Ventilzungenanordnung 4 ausgestattet ist. Die Ventilzungenanordnung 4 umfasst im Wesentlichen ein Trägerblech 41 und mindestens zwei Ventilzungen, vorzugsweise so viele Ventilzungen 242 wie Auslassventile 24 bzw. Ventilöffnungen 241 vorhanden sind. Die Ventilzungen 242 sind vorzugsweise an dem Trägerblech 41 angebracht bzw. sind Trägerblech 41 und Ventilzungen 242 einteilig ausgestaltet. Herstellungstechnisch werden die Ventilzungen 242 aus einer ringförmigen flachen Scheibe, vorzugsweise aus Blech, freigestanzt.

Weiter vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ventilöffnung 241 in axialer Richtung, also 0° im Hinblick auf die Längsachse L der Welle 1 ausgerichtet ist. Mit anderen Worten, die Ventilöffnung 241 ist nicht radial, wie im Stand der Technik, sondern axial ausgerichtet. Die Ventilöffnung 241 ist vorzugsweise in der Wand des Arbeitsraumes 21 vorgesehen. Die Ventilöffnung 241 kann aber auch in einem Winkel vom 0° bis 45° zur Längsachse L der Welle 1 ausgerichtet sein, vgl. beispielsweise Fig. 17. Die Ventilzungenanordnung 4 kann dann in einem Arbeitsgang vor allen Ventilöffnungen 241 angeordnet werden und es müssen nicht einzelne Ventilzungen an jedem Auslassventil 24 angebracht werden. Hieraus erwächst eine Reduktion des Montageaufwandes.

In der Fig. 5, 5a ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer Zuleitung zu der Ventilöffnung dargestellt. Hierzu ist vorgesehen, dass der Zylinderkopf 23 eine Zylinderkopfplatte 231 und einen sich senkrecht von der Zylinderkopfplatte 231 erstreckenden Zapfen 232 aufweist. Ferner ist vorgesehen, dass der in den Arbeitsraum 21 ragende Zapfen 232 mit einer Aussparung 233 versehen, die eine Zuleitung aus dem Arbeitsraum 21 zu der Ventilöffnung 241 bildet.

Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass der Zapfen 232 einen Durchmesser aufweist, welcher dem Durchmesser des Arbeitsraumes 21 entspricht, ggf. unter Abzug einer technisch notwendigen Toleranz. Ferner ist vorgesehen, dass der Zapfen 232 in einem Abschnitt des Arbeitsraumes 21 eingebracht ist. Hierdurch kann der Zapfen 232 die Arbeitsraumwandung in vorteilhafter Weise unterstützen.

Es ist von Vorteil, wenn die Ventilzungenanordnung 4 als ebenes Blech - wie beispielsweise in Fig. 2, 14, 16 dargestellt - gestaltet ist, da so bei Einbringung der Aussparungen zur Ausbildung der jeweiligen Ventilzungen 242 die Ventilzungenanordnung 4 ihre flache Form weitestgehend beibehält.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung einer ebenen Ventilzungenanordnung 4 ist, wenn sich die Ventilzungen 242 des jeweiligen kolbenzugehörigen Ventils auf den Blechschnitt gesehen in Umfangsrichtung erstrecken. Der Vorteil ist, dass so ein in Umfangsrichtung gesehen nur ein sehr kurzer Abschnitt der Arbeitsraumwand geschwächt werden muss - nämlich nur so weit, wie das Ventilzunge 242 breit ist. Bei Anordnung des Federblechs 242 in radiale Richtung erstreckt sich die Schwächung der Arbeitsraumwand über einen Bereich, der mindestens so groß ist, wie das Ventilzunge 242 lang ist. In der Regel ist das Ventilzunge 242 wesentlich länger als breit.

Fig. 16 zeigt tangentiale Federblechausrichtungen. Durch diese Anordnung reduziert sich die Breite der Ventilauflage im Gehäuse gegenüber Federblechausrichtungen in Umfangsrichtung - Fig. 14. Somit ergibt sich bei Anordnung der Ventilzungen in Umfangsrichtung eine kleinere Höhe h, in der die Wanddicke Arbeitsraumwand / Ventilauflage am geringsten ist.

Eine weitere Ausführungsform der Ventilzungenanordnung 4 ist in den Fig. 9, 10, 11, 17 dargestellt. Hier ist die Ventilzungenanordnung 4 nach Art einer Tellerfeder ausgestaltet. Das Öffnen des Ventils erfolgt, in dem die Ventilzungenanordnung partiell im Bereich der unter dem Blech liegenden Auslassöffnung elastisch verformt wird. Dabei hebt das Blech zur Auflage ab und gibt den Strömungspfad frei. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass nur ein sehr kleiner Bereich der Arbeitsraumwand des Gehäuses - in Nähe des Ventils - dünnwandig ausgeführt werden muss, ventilferne Wandbereiche können somit dickwandiger ausgeführt sein. Die Arbeitsraumwandung / Ventilauflage kann somit zur Drehachse der Welle hin aufgrund der kegelförmigen Auflage wieder zunehmen, woraus sich eine höhere Stabilität der Arbeitsraumwand ergibt.

Die Ausführungsformen können grundsätzlich auch miteinander kombiniert werden, d.h. auch eine tellerfederförmige Ventilzungenanordnung kann mit einzelnen Ventilzungen 242 ausgestattet sein.

Es 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.

Claims

1 Ansprüche

1. Radialkolbenpumpe, umfassend

- eine Pumpenwelle (1) mit einem Exzenter (11), sowie mindestens eine Kolben- Arbeitsraum-Kombination (2), wobei die Kolben-Arbeitsraum-Kombination (2) 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 Pumpenwelle (1) erstrecken, wobei jeder Arbeitsraum (21) mit einem Auslassventil (24) ausgestattet ist, wobei das Auslassventil (24) eine Ventilöffnung (241) und eine Ventilzunge (242) umfasst, wobei die Ventilöffnung wahlweise von der Ventilzunge verschlossen bzw. freigegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialkolbenpumpe mit einer ringförmigen Ventilzungenanordnung (4) ausgestattet ist.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilzungenanordnung (4) ein Trägerblech (41), sowie eine zu der Anzahl der Ventilöffnungen (241) korrespondierende Anzahl von Ventilzungen (242) umfasst.

3. Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ventilzungen (242) vorzugsweise in Umfangsrichtung oder radial der Ventilzungenanordnung (4) erstrecken.

4. Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerblech (41) der Ventilzungenanordnung (4) als flache ringförmige Scheibe ausgestaltet ist.

5. Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilzungenanordnung (4) nach Art einer Tellerfeder ausgestaltet ist. 2

6. Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialkolbenpumpe mindestens drei Kolben- Arbeitsraum-Kombinationen (2, 2a, 2b, ...) umfasst, die sich sternförmig von der Pumpenwelle (1) erstrecken.

7. Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilöffnung (241) in der Wandung des Arbeitsraumes (21) angeordnet ist.

8. Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilöffnung (241) als Bohrung ausgestaltet ist.

9. Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilöffnung (241) in einem Winkel von 0° bis 45° zur Längsachse (L) der Welle (1) ausgerichtet ist.

10. Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (21) kopfseitig mit einem Zylinderkopf (23) ausgestattet ist, wobei der Zylinderkopf (23) eine Zylinderkopfplatte (231) und einen sich senkrecht von der Zylinderkopfplatte (231) erstreckenden Zapfen (232) aufweist, wobei der Zapfen (232) in den Arbeitsraum (21) hineinragt.

11.Radialkolbenpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (232) mit einer Aussparung (233) versehen ist, die eine Zuleitung aus dem Arbeitsraum (21) zu der Ventilöffnung (241) bildet.