Hubkolbenmaschine

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hubkolbenmaschinen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie werden insbesondere zur Regulierung der Fahrgastzellentemperatur in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Bei den hier angesprochenen Hubkolbenmaschinen kann es sich um Axialkolbenmaschinen oder aber auch um Radialkolbenmaschinen handeln. Derartige Hubkolbenmaschinen weisen wenigstens einen Kolben auf, der in einer in einem Zylinderblock vorgesehenen Zylinderbohrung verlagerbar ist. Die hier angesprochenen Hubkolbenmaschinen weisen auch eine mit dem wenigstens einen Kolben zusammenwirkende Ventileinrichtung auf. Die Ventileinrichtung umfasst eine Ventilträger und ein Saugventil, welches eine Anzahl an Ventilfingern aufweist. Mit seiner Unterseite stützen sich das Saugventil und dessen Ventilfinger an einer Anlagefläche der Ventilträger ab. Ein Ventilfinger deckt jeweils eine Saugbohrung ab, die einen Kältemittelfluss von einem Saugraum in die den Kolben aufnehmenden Zylinderbohrung gewährleistet. Als bevorzugtes Kältemittel ist beispielsweise CO ₂ -GaS vorgesehen. Bei einer Bewegung des Kolbens in der Zylinderbohrung von der Ventileinrichtung weg, muss die Saugkraft des Kolbens die Haftkraft des Ventilfingers auf den Ventilträger überwinden, sodass sich der Ventilfinger schließlich von dem Ventilträger löst und die Saugbohrung frei gibt. Einige Kältemittel erfordern eine Verkleinerung des Durchmes- sers der Saugbohrung, wodurch der Druck auf den Ventilfinger von der Saugraumseite aus her kleiner wird und folglich eine größere Haftkraft überwunden werden muss. Insbesondere bei solchen Hub-

kolbenmaschinen hat es sich gezeigt, dass die Saugkraft des Kolbens häufig nicht ausreicht, um die Haftkraft des Ventilfingers an dem Ventilträger zu überwinden, also den Ventilfinger von dem Ventilträger zu lösen und damit die Saugbohrung frei zu geben. Die Hub- kolbenmaschine weist dadurch schlechtere Starteigenschaften und einen verminderten Wirkungsgrad auf.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Hubkolbenmaschine zu schaffen, die den oben genannten Nachteil nicht aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass in den Ventilträger und/oder in der den Ventilträger zugewandten Unterseite des Ventilfingers mindestens eine Vertiefung vorgesehen ist, die bereichsweise zwischen dem Ventilfinger und dem Ventilträger angeordnet ist und die bereichsweise mit der Zylinderbohrung in Verbindung steht. Die Erfindung bewirkt somit in vorteilhafter Weise eine Verkleinerung der Auflagefläche des Ventilfingers auf dem Ventilträger, wodurch die Haftkraft zwischen der Anlagefläche dem Ventilträger und dem Ventilfinger verringert wird. Durch die wenigstens eine Vertiefung, die bereichsweise mit der Zy- linderbohrung in Verbindung steht und die bereichsweise zwischen dem Ventilträger und dem Ventilfinger angeordnet ist, wird die Unterseite des Ventilfingers quasi belüftet, also mit dem Kältemittel unterströmt. Dadurch müssen geringere Kräfte aufgebracht werden, um die Haftkraft des Ventilfingers auf dem Ventilträger zu überwinden und damit den Ventilfinger von dem Ventilträger zu lösen, das Saugventil also in einen geöffneten Zustand zu verlagern. Somit können auch Saugbohrungen mit einem kleineren Durchmesser vorgesehen sein, welche die Haftkraft des Ventilfingers erhöhen und damit eine

höhere Saugkraft erforderlich machen, um das Saugventil zu öffnen. Durch die Vertiefungen, die einerseits mit der Zylinderbohrung in Verbindung stehen und andererseits zwischen dem Ventilträger und dem Ventilfinger vorgesehen sind, haftet der Ventilfinger durch die verringerte Auflagefläche nicht mehr so stark auf dem Ventilträger.

Besonders bevorzugt wird eine Hubkolbenmaschine, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung im Bereich eines Ventilfingerarms in dem Ventilträger und/oder in der dem Ventilträger zugewandten Unterseite des Ventilfingers vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme wird eine besonders effektive Verminderung der Haftkraft bewirkt und damit eine Verminderung der auf das Saugventil auszuübenden Saugkraft.

Weiterhin bevorzugt wird eine Hubkolbenmaschine, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung die Form einer länglichen Nut hat. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders gute Belüftung der Unterseite des Ventilfingers und/oder Ventilarms, sodass die zu überwindende Haftkraft des Ventilfingers auf dem Ventilträger weiter verringert wird.

Auch wird eine Hubkolbenmaschine bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung kreisförmig ausgebildet ist. Auch diese Maßnahme führt zu einer Verringerung der Haftkraft des Ventilfingers und/oder Ventilarms auf dem Ventilträger. Grundsätzlich ist eine beliebige Ausgestaltung der mindestens einen Vertiefung denkbar, sodass die vorliegende Erfindung nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

Weiterhin bevorzugt wird eine Hubkolbenmaschine, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung in der dem Ventil-

träger zugewandten Unterseite des Ventilfingers angeordnet ist und sich über die gesamte Breite des Ventilfingerarms erstreckt. Hierdurch wird eine sehr effektive Verringerung der Auflagefläche erzielt, die zu einer effektiven Verringerung der Haftkraft des Ventilfingers auf den Ventilträger führt.

Weiterhin wird eine Hubkolbenmaschine bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung in dem Ventilträger vorgesehen ist und diese sich über die gesamte Breite des Ventilfingerarms und über beide Seitenränder des Ventilfingerarms hin- auserstreckt. Durch diese Ausgestaltung wird eine besonders gute Unterströmung der Unterseite des Ventilfingerarms und eine Verringerung der Auflagefläche bewirkt, wodurch die Haftkraft wesentlich reduziert wird.

Schließlich wird eine Hubkolbenmaschine bevorzugt, die sich da- durch auszeichnet, dass mehrere Vertiefungen vorgesehen sind. Durch mehrere Vertiefungen wird die Auflagefläche weiter reduziert, sodass eine Belüftung der Unterseite des Ventilfingers an mehreren Stellen stattfinden kann und außerdem die Auflagefläche des Ventilfingers wesentlich verringert wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Bereichs einer

Ventileinrichtung, und

Figur 2 einen Schnitt durch die Ventileinrichtung gemäß Figur 1.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Bereichs einer Ventileinrichtung 1. Die Ventileinrichtung 1 weist einen Ventilträger 3 und ein plattenförmiges Saugventil 5 auf. Die Ventileinrichtung 1 wirkt mit einem in einer Zylinderbohrung verschiebbar gelagerten, hier nicht dargestellten Kolben zusammen. Bei einer Bewegung des Kolbens in der Zylinderbohrung von der Ventileinrichtung weg entstehen Saugkräfte, welche die Haftkraft mindestens eines Ventilfingers 7 an dem Ventilträger 3 überwinden müssen, um den Ventilfinger 7 von dem Ventilträger 3 zu lösen und eine hier nicht dargestellte Saugbohrung freizugeben. Bedingt durch den Herstellungsprozess, der vorzugsweise einen Stanzprozess umfasst, ist der mindestens eine Ventilfinger 7 vorzugsweise einstückig mit dem Saugventil 5 ausgebildet.

Das Saugventil 5 weist vorzugsweise eine Anzahl an Ventilfingern 7 auf, von denen jeweils einer genau einer Saugbohrung zugeordnet ist. Auch ist jedem Ventilfinger 7 ein in einer Zylinderbohrung gelagerter Kolben zugeordnet.

Der Ventilfinger 7 umfasst einen Ventilfingerarm 9 und einen Ventilfingerkopf 11. Der Ventilfingerkopf 11 deckt die hier nicht dargestellte Saugbohrung ab, die in geöffnetem Zustand des Saugventils, wenn der Ventilfingerkopf 11 die Saugbohrung also nicht abdeckt, eine Fluidverbindung zwischen einem Saugbereich und der Zyliπderboh- rung gewährleistet. Das Saugventil 5 und dessen Anzahl an Ventilfingern 7, von denen hier lediglich einer dargestellt ist, liegt auf einer Anlagefläche 13 des Ventilträgers 3 auf. Damit sich der Ventilfinger 7 unabhängig von dem übrigen Saugventil 5 frei bewegen kann, ist um den Ventilfinger 7 herum eine Ausnehmung 15 in dem Saugventil 5 vorgesehen. In dem Bereich der Ausnehmung 15 ist ferner eine Aus-

lassbohrung 17 in den Ventilträger 3 angeordnet, die eine Fluidver- bindung zwischen der Zylinderbohrung und einem von dem Saugbereich abgetrennten Druckraum schafft.

Auf der der Anlagefläche 13 gegenüberliegenden Fläche des Ventil- trägers 3 ist ein hier nicht dargestelltes Druckventil angeordnet, welches ebenfalls Ventilfinger aufweist, die die Auslassbohrung 17 verschließen. Wenn sich der Kolben in der Zylinderbohrung auf die Ventilanordnung 1 zu bewegt, wird das hier nicht dargestellte Druckventil durch den Druck des verdichteten Kältemittels von der der An- lagefläche 13 gegenüberliegenden Fläche des Ventilträgers 3 weggedrückt, sodass ein Kältemittelfluss zwischen der Zylinderbohrung und dem Druckraum stattfinden kann.

Wie oben bereits ausgeführt wurde, müssen zur öffnung des Saugventils 5, also zum Abheben des Ventilfingers 7 von der nicht darge- stellten Saugbohrung unter dem Ventilfingerkopf 11 , Haftkräfte ü- berwunden werden, welche zwischen dem Ventilfinger 7 und der Anlagefläche 13 dem Ventilträger 3 herrschen. Die Haftkraft zwischen dem Ventilfinger 7 und der Anlagefläche 13 ist umso größer, je größer die Auflagefläche des Ventilfingers 7 auf dem Ventilträger 3 ist. Unter Auflagefläche ist dabei die Summe der Bereiche zu verstehen, in denen sich der Ventilfinger 7 und der Ventilträger 3 berühren. Bei bestimmten, insbesondere gasförmigen Kältemitteln ist es erforderlich, die Saugbohrung mit einem kleineren Durchmesser zu versehen. Dadurch verringert sich die auf die hier nicht erkennbare Unter- seite des Ventilfingers 7 wirkende Kraft durch das in dem Saugraum vorhandene Kältemittel. Entsprechend vergrößert sich die Haftkraft zwischen dem Ventilfinger 7 und der Anlagefläche 13, die durch die Saugkraft des Kolbens überwunden werden muss.

Zur Verbesserung der Starteigenschaften weist die vorliegende Erfindung in des Ventilträgers 3 und/oder in der dem Ventilträger 3 zugewandten, hier nicht erkennbaren Unterseite des Ventilfingers 7 mindestens eine Vertiefung 19 auf, die bereichsweise zwischen dem Ventilfinger 7 und dem Ventilträger 3 angeordnet ist und die bereichsweise mit der hier nicht erkennbaren Zylinderbohrung in Verbindung steht. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform sind mehrere Vertiefungen 19 in dem Ventilträger 3 vorgesehen, die äußerst effektiv die Auflagefläche des Ventilfingers 7 auf der Anlageflä- che 13 verringern. Vorzugsweise sind die Vertiefungen 19 im Bereich des Ventilfingerarms 9 vorgesehen. Es ist jedoch auch denkbar, Vertiefungen 19 im Bereich des Ventilfingerkopfs 11 anzuordnen. Entscheidend ist dabei, dass die Vertiefungen 19 nicht mit der hier nicht erkennbaren Saugbohrung in Verbindung stehen, da sich sonst ein Kurzschluss zwischen dem Saugraum und der Zylinderbohrung ergeben würde.

Die Vertiefung 19 ist hier in Form einer länglichen Nut ausgeführt, die sich in dem Ventilträger 3 über die gesamte Breite des Ventilfingerarms 9 erstreckt und über dessen Seitenränder 21 und 23 hin- ausreicht. Die in dem Ventilträger 3 vorgesehene Vertiefung 19 steht so einerseits mit der sich an die Ventileinrichtung 1 anschließenden Zylinderbohrung in Verbindung und ist andererseits zwischen dem Ventilfinger 7 und dem Ventilträger 3 angeordnet, beziehungsweise wird von dem Ventilfinger 7 abgedeckt. über die Vertiefungen 19 kann somit leichter Kältemittel aus dem Saugraum gelangen, welches die Unterseite des Ventilfingers 7, also die auf der Anlagefläche 13 aufliegende Seite des Ventilfingers 7 quasi unterströmt. Einerseits durch die Unterströmung und andererseits durch die geringere Auflagefläche des Ventilfingers 7 auf der Anlagefläche 13 des Ventilträ-

gers 3 sind so geringere Haftkräfte zu überwinden, die zwischen dem Ventilfinger 7 und dem Ventilträger 3 herrschen. Das Startverhalten und der Wirkungsgrad der Hubkolbenmaschine werden dadurch wesentlich verbessert.

Es kann auch vorgesehen sein, die mindestens eine Vertiefung 19 kreisförmig auszubilden. Auch hier ist entscheidend, dass ein Bereich der Vertiefung 19 von dem Ventilfinger 7 beziehungsweise von dem Ventilträger 3 abgedeckt wird und andererseits mit der Zylinderbohrung in Verbindung steht.

Für den Fall, dass Vertiefungen nicht in dem Ventilträger 3, sondern in die hier nicht erkennbare, dem Ventilträger 3 zugewandten Unterseite des Ventilfingers 7 eingebracht sind, muss sich die Vertiefung 19 in jedem Fall bis zu den Seitenrändern 21 und/oder 23 erstrecken, sodass also die in die Unterseite des Ventilfingers 7 einge- brachte Vertiefung 19 noch in Verbindung mit der Zylinderbohrung steht. Auch hier kann die Vertiefung 19 verschiedene Formen aufweisen. Insbesondere ist es denkbar, in der Unterseite des Ventilfingers 7 wenigstens eine Vertiefung 19 vorzusehen, die sich über die gesamte Breite des Ventilfingerarms 9, also von einem Seitenrand 21 bis zu dem anderen Seitenrand 23 erstreckt. Dadurch wird die Auflagefläche des Ventilfingers 7 auf der Anlagefläche 13 sehr effektiv vermindert.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Ventileinrichtung 1 gemäß Figur 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.

In Figur 2 erkennbar ist die Saugbohrung 25, die von dem Ventilfingerkopf 11 des Ventilfingers abgedeckt wird und an die sich auf der gegenüberliegenden Seite des Saugventils 5 ein Saugraum anschließt, aus dem zu verdichtendes Kältemittel durch die Saugboh- rung 25 in die Zylinderbohrung gelangen soll. Figur 2 macht noch einmal deutlich, dass die mindestens eine Vertiefung 19 einerseits mit der Zylinderbohrung in Verbindung steht und andererseits insbesondere von dem Ventilfingerarm 9 des Ventilfingers 7 abgedeckt ist. Für den Fall, dass sich Vertiefungen 19 in der Unterseite 27 des Ventilfingers 7 befinden, wird die Vertiefung 19 von dem Ventilträger 3 abgedeckt.

Wie oben bereits ausgeführt wurde, kann auch vorgesehen sein, im Bereich des Ventilfingerkopfs 11 Vertiefungen 19 vorzusehen, die wiederum in dem Ventilträger 3 und/oder in die Unterseite 27 des Ventilfingers 7 eingebracht sind. In jedem Fall ist darauf zu achten, dass die Vertiefungen 19 nicht in Fluidverbindung mit der Saugbohrung 25 stehen, da sich dadurch ein Kurzschluss zwischen dem Saugbereich und der Zylinderbohrung ergeben würde.

Die vorliegende Erfindung bewirkt in vorteilhafter Weise eine Verrin- gerung der Auflagefläche zwischen dem Ventilfinger 7 und dem Ventilträger 3, wodurch die Haftkraft zwischen diesen beiden Elementen wesentlich verringert wird. Dadurch, dass die Vertiefungen 19 einerseits mit der Zylinderbohrung in Verbindung stehen und andererseits zwischen dem Ventilträger 3 und dem Ventilfinger 7 angeordnet sind, wird der Ventilfinger 7 von seiner Unterseite 27 her quasi belüftet, was wiederum die Haftkräfte zwischen dem Ventilfinger 7 und dem Ventilträger 3 wesentlich verringert. Die auf das Saugventil 5 genauer gesagt, auf den Ventilfinger 7 wirkenden Kräfte, können somit we-

sentlich besser definiert werden. Außerdem werden das Startverhalten und der Wirkungsgrad der Hubkolbenmaschine wesentlich verbessert. Im übrigen bewirkt die hier vorliegende Erfindung eine Verminderung von Geräuschen, welche durch die Bewegungen des Ventilfingers 7 verursacht werden.

Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung in analoger Weise für Axialkolbenmaschinen und für Radialkolbenmaschinen eingesetzt werden kann.

Bezugszeichenliste

I Ventileinrichtung 3 Ventilträger 5 Saugventil

7 Ventilfinger

9 Ventilfingerarm

I 1 Ventilfingerkopf 13 Anlagefläche 15 Ausnehmung

17 Auslassbohrung

19 Vertiefung

21 Seitenwand

23 Seitenwand 25 Saugbohrung

27 Unterseite