Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hubkolbenmaschinen der hier angesprochenen Art sind bekannt (
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hubkolbenmaschine zu schaffen, die sich durch eine besonders einfache Montage auszeichnet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Die Hubkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass der Radialwellendichtring, das Sieb und die Drossel eine Baugruppe bilden. Der Radialwellendichtring, das Sieb und die Drossel sind also nicht räumlich voneinander getrennt in der Hubkolbenmaschine angeordnet, sondern quasi in Form eines Moduls ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Montage einer hier angesprochenen Hubkolbenmaschine wesentlich zu vereinfachen.
Besonders bevorzugt wird eine Hubkolbenmaschine, die sich dadurch auszeichnet, dass der Kältemittelrückführungspfad zumindest bereichsweise in der Welle der Hubkolbenmaschine ausgebildet ist. Über eine Öffnung in der Umfangsfläche der Welle steht der Kältemittelrückführungspfad dann mit dem Triebraum in Verbindung, sodass über den Kältemittelrückführungspfad im Triebraum vorhandenes Kältemittel abgeführt werden kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Hubkolbenmaschine ist vorgesehen, dass der Kältemittelzuführungspfad zumindest bereichsweise in einem mit der Welle zusammenwirkenden Wälzlager ausgebildet ist. Auf diese Weise wird das die Welle aufnehmende Wälzlager in vorteilhafter Weise durch das ölreiche Kältemittel, insbesondere ein Öl-CO2-Gemisch, geschmiert. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Kältemittelzuführungspfad über eine Öffnung in dem Wälzlager in Verbindung mit dem Triebraum steht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hubkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Drossel und der Radialwellendichtring einstückig ausgebildet sind. Durch diese Ausgestaltung ist es in vorteilhafter Weise möglich, sowohl den Montage- als auch den Herstellungsaufwand einer Baugruppe, bestehend aus Radialwellendichtring, Drossel und Sieb, wesentlich zu reduzieren. Durch eine einstückige Ausgestaltung der Drossel und des Radialwellendichtrings sind eine besonders kostengünstige Herstellung und eine besonders einfache Montage möglich. In dem einstückig ausgebildeten Bauteil, welches einerseits die Funktion eines Radialwellendichtrings und andererseits die Funktion einer Drossel aufweist, kann ferner vorgesehen sein, dass das Sieb von dem Radialwellendichtring umgeben ist, also quasi in das einstückig ausgebildete Bauteil eingebettet ist. Auch diese Maßnahme führt zu einem besonders einfachen Herstellungsverfahren der Baugruppe und überdies zu einer wesentlich vereinfachten Montage des Radialwellendichtrings, des Siebs und der Drossel, im Gegensatz zu einer aufwändigen Montage der einzelnen Elemente in verschiedenen, also räumlich voneinander getrennten Bereichen des Kältemittelrückführungspfads.
Auch bevorzugt wird eine Hubkolbenmaschine, bei der die aus dem Radialwellendichtring, dem Sieb sowie der Drossel bestehende Baugruppe in einem Zylinderkopf der Hubkolbenmaschine angeordnet ist. Vorzugsweise ist auch vorgesehen, die Baugruppe unmittelbar an einem Ende der Welle anzuordnen, wobei die Welle zumindest bereichsweise in einer Ausnehmung in dem Zylinderkopf angeordnet ist.
Besonders bevorzugt wird auch eine Hubkolbenmaschine, die sich dadurch auszeichnet, dass der Kältemittelzuführungspfad mit der Hochdruckseite der Hubkolbenmaschine in Verbindung steht und somit ölreiches Kältemittel, wie beispielsweise CO2, dem Triebraum zugeführt werden kann. Insbesondere ist auch vorgesehen, dass der Kältemittelrückführungspfad mit dem Saugbereich der Hubkolbenmaschine in Verbindung steht, dem auf diese Weise ölarmes Kältemittel aus dem Triebraum zugeführt wird.
Schließlich wird eine Hubkolbenmaschine bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die aus Radialwellendichtring, Sieb und Drossel bestehende Baugruppe beispielsweise in einer die Welle aufnehmenden Bohrung in dem Zylinderkopf der Hubkolbenmaschine mittels geeigneten Mitteln axial fixiert ist. Hierzu kann beispielsweise ein Sprengring oder eine aufschnappende Lippenkontur, die an der Baugruppe ausgebildet ist, vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Aus
Die Hubkolbenmaschine 1 weist ferner eine Welle 9 auf, die beispielsweise über den Riementrieb der Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs angetrieben wird und die sich um eine Drehachse M dreht.
Die Welle 9 ist mittels eines Lagers, hier eines die Welle 9 umgebenden Wälzlagers 11, in dem Zylinderblock 3 gelagert. Links gesehen von dem Wälzlager 11 befindet sich ein die Welle 9 umgebender Triebraum 13, in dem unter anderem das hier nicht dargestellte Schwenkelement angeordnet ist. Ferner ist in dem Triebraum 13 eine bestimmte Menge an Kältemittel, insbesondere CO2, vorhanden.
In der Hubkolbenmaschine 1 ist ein Kältemittelzuführungspfad 15 vorgesehen, in welchem Kältemittel über eine Bohrung 17 im Zylinderkopf 5 in einen die Welle 9 umgebenden Raum 19 gelangen kann. In dem Kältemittelzuführungspfad 15 vorhandenes Kältemittel gelangt dann von dem Raum 19 aus über eine hier nicht erkennbare Öffnung in dem Wälzlager 11 in den Triebraum 13. Das das Wälzlager 11 durchströmende, vorzugsweise ölreiche Kältemittel schmiert das Wälzlager 11 in vorteilhafter Weise.
Der Kältemittelzuführungspfad 15 ist mit der hier nicht dargestellten Hochdruckseite der Hubkolbenmaschine 1 verbunden. Es handelt sich daher bei dem in die Bohrung 17 hineinströmenden Kühlmittel insbesondere um ölreiches Kühlmittel, wie beispielsweise ein Öl-CO2-Gemisch.
Ölreiches Kältemittel gelangt somit, wie mittels des Pfeilverlaufs 21 in
Bei der Rückführung des Kältemittels aus dem Triebraum 13 heraus, folgt der Kältemittelrückführungsstrom dem angedeuteten Pfeilverlauf 31.
Um einen Kurzschluss zwischen dem Kältemittelzuführungspfad 15 und dem Kältemittelrückführungspfad 23 zu verhindern, ist ein Radialwellendichtring 33 vorgesehen, der in einer Bohrung 35 in dem Zylinderkopf 5 angeordnet ist und die Welle 9 dichtend umgibt. Der Radialwellendichtring 33 trennt den Raum 19 von dem Raum 27, sodass zwei getrennte Kältemittelpfade in der Hubkolbenmaschine 1 vorhanden sind.
In der Bohrung 35, beziehungsweise in dem darin ausgebildeten Raum 27, ist zwischen dem Radialwellendichtring 33 und einer Drossel 37 ferner ein Sieb 39 vorgesehen, das dazu dient, in dem zurückgeführten Kältemittel vorhandene Partikel abzufangen. Die Drossel 37 wird so vor einer Verstopfung und die Hubkolbenmaschine 1 somit vor einer Funktionsbeeinträchtigung geschützt.
Es ist somit in vorteilhafter Weise möglich, den Radialwellendichtring 33, das Sieb 39 sowie die Drossel 37 beispielsweise in die Bohrung 35 des Zylinderkopfs 5 als Einheit oder Modul einzubringen, sodass eine aufwändige separate Montage des Radialwellendichtrings 33, des Siebs 39 und der Drossel 37 in verschiedenen Bereichen des Zylinderkopfs 5 entfällt. Die Montage dieser Elemente wird damit durch die Ausbildung als Baugruppe wesentlich vereinfacht.
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Das Bauteil 43 weist an seinem rechten Ende gemäß
Ein erster Dichtbereich 47 zwischen dem Bauteil 43 und der Welle 9 und ein zweiter Dichtbereich 49 zwischen der Innenfläche der Bohrung 35 und dem Bauteil 43 trennt den hier nicht dargestellten Kältemittelrückführungspfad von dem Kältemittelzuführungspfad, sodass das Bauteil 43 auch als Radialwellendichtring wirkt.
Der Radialwellendichtring 33 weist einen ersten Dichtbereich 47 auf, der sich elastisch und dichtend an die Umfangsfläche einer Welle 9 anlegen kann. Gestrichelt ist hier eine erste Position des ersten Dichtbereichs 47 dargestellt, die dieser einnimmt, wenn sich keine Welle 9 im Eingriff mit dem Radialwellendichtring 33 befindet. Ist dieser dagegen auf eine Welle 9 aufgeschoben, wird der erste Dichtbereich 47 aufgeweitet, wodurch sich eine elastische Rückstellkraft ergibt, die in radialer Richtung zur Mittelachse der Welle 9 hin wirkt. Dadurch wird der erste Dichtbereich 47 dichtend an die Oberfläche der Welle 9 angedrückt. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr sichere und dichte Anlage.
Der Radialwellendichtring 33 weist darüber hinaus einen zweiten Dichtbereich 49 auf, der -wie in
In der vergrößerten Ausschnittsdarstellung der
Bei einer längeren Betriebszeit und/oder einem hohen Partikelanteil in dem durch das Sieb strömenden Kohlendioxid kann es zu einer Verschmutzung des Siebs kommen. Dies führt zu einem Druckaufbau vor dem Sieb, wodurch Kräfte in dieses eingeleitet werden, die ein Einbeulen oder Lösen des Siebs 39 beziehungsweise des Stützrings 53 bewirken können. Um dies zu vermeiden, ist in den Radialwellendichtring 33 des hier dargestellten Ausführungbeispiels ein Versteifungsrahmen 55 eingelassen, der ein festes Material umfasst, vorzugsweise aus diesem besteht. Das feste Material kann Metall oder ein anderes geeignetes Material sein. Der Versteifungsrahmen 55 weist eine im Querschnitt winkel- oder hakenförmige Gestalt auf, die einen ersten Schenkel 57 und einen zweiten Schenkel 59 umfasst.
Der zweite Schenkel 59 weist einen ersten Bereich 59a auf, dessen dem Sieb zugewandte Innenwandung mit einer Innenwandung 61 des Radialwellendichtrings 33 fluchtet. Ein zweiter Bereich 59b ist in radialer Richtung gesehen weiter nach außen versetzt, so dass er von der Innenwandung 61 zurückspringt. Hierdurch ist im Bereich der Innenwandung 61 genügend elastisches Material vorhanden, um eine federnde beziehungsweise klemmende Lagerung der Drossel 37 zu gewährleisten.
Der -im Querschnitt gesehen- winkel- beziehungsweise hakenförmige Versteifungsrahmen 55 leitet in den Radialwellendichtring 33 radiale Vorspannkräfte ein, durch die der Stützring 53 mit dem Sieb 39 sowie die Drossel 37 sicher gehalten werden. Auch bei einem erhöhten Druck, der durch eine Verschmutzung des Siebs 39 entstehen kann, kann es nicht zu einer Verformung des Siebs 39 beziehungsweise des Stützrings 53 kommen, beziehungsweise der Stützring 53 kann nicht aus seiner vorgegebenen Klemmposition gedrückt werden. Ebenso wird die Drossel 37 aufgrund der radialen Vorspannkräfte sicher in ihrem Klemmsitz gehalten. Der erste Schenkel 57 des Versteifungsrahmens 55 bewirkt eine erhöhte axiale Stabilität der Baugruppe 41.
Der Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung ermöglicht eine besonders einfache Montage der einzelnen Bauelemente wie Radialwellendichtring 33, Sieb 39 und Drossel 37 durch die Ausführung dieser Elemente als Baugruppe.
Die in den
Denkbar ist beispielsweise auch eine einstückige Ausbildung des Radialwellendichtrings 33 und des Siebs 39, ebenso eine einstückige Ausführung des Siebs 39 und der Drossel 37 oder eine einstückige Ausbildung aller drei Elemente Radialwellendichtring 33, Sieb 39 und Drossel 37.
Entscheidend ist, dass der Radialwellendichtring 33, das Sieb 39 und die Drossel 37 eine Baugruppe 41 bilden, in der die oben genannten Elemente nicht räumlich voneinander getrennt, sondern vorzugsweise unmittelbar räumlich nebeneinander liegen oder einstückig ausgebildet sind. Dadurch ist die Baugruppe 41 besonders kompakt ausgeführt, sodass eine besonders einfache Montage möglich ist.
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.