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Dokumentenidentifikation DE102007026119A1 20.12.2007
Titel Differenzialdruckventil
Anmelder TGK Co. Ltd., Hachioji, Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Shiota, Toshiyuki, Hachioji, Tokyo, JP;
Miura, Yoichi, Hachioji, Tokyo, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 05.06.2007
DE-Aktenzeichen 102007026119
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse F16K 15/02(2006.01)A, F, I, 20070605, B, H, DE
Zusammenfassung In einem Differenzialdruckventil (1) umgibt ein hohler zylindrischer und vorstehender Bereich (14) mit Fenstern (15, 16) an einem Ventilelement (4) einen hohlen zylindrischen Ventilsitz (7). Die Fenster (15, 16) sind in Umfangsrichtung unregelmäßig verteilte Öffnungen eines Hülsenventils. Zwischen den Flächen von Regionen des Umfangs des hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereiches (14), die in Umfangsrichtung durch die Fenster (15, 16) separiert sind, liegt eine Flächendifferenz vor, sodass aufgebrachter Druck eine Querlast (Q) am Ventilelement (4) generiert. Das Ventilelement (4) führt Öffnungs- und Schließoperationen in einem Status durch, in dem der hohle zylindrische und vorstehende Bereich (14) in Querrichtung gegen den hohlen zylindrischen Ventilsitz (7) gepresst wird. Dies vermeidet ein Arbeitsgeräusch des Ventils.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Differenzialdruckventil, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Differenzialdruckventile sind zweckmäßig bei kupplungslosen Kompressoren mit variabler Verdrängung in Klimaanlagen von Automobilen.

In einer Klimaanlage eines Automobils nutzt der Kompressor den Motor des Automobils als Antriebsquelle. Da dann die Drehzahl des Kompressors abhängig von der Fahrkondition in einem weiten Bereich variiert, wird ein Kompressor mit variabler Verdrängung eingesetzt. Zwischen dem Kompressor und dem Motor kann eine elektromagnetische Kupplung vorgesehen sein.

Wegen der elektromagnetischen Kupplung nimmt das Gewicht des Fahrzeugs zu und werden die Herstellungskosten des Fahrzeugs erhöht. Ferner wird im Betrieb der Kupplung, erhebliche elektrische Leistung verbraucht. Deshalb werden auch Kompressoren mit variabler Verdrängung, jedoch des sogenannten kupplungslosen Typs verwendet, d. h. der Kompressor wird direkt mit dem Motor des Fahrzeugs verbunden. Wenn die Klimaanlage nicht eingeschaltet ist, wird der Kompressor in einen Zustand gesteuert in welchem seine Verdrängung ein Minimum wird. Jedoch ist bei der minimalen Verdrängung dennoch eine kleine Verdrängung unvermeidlich und zirkuliert eine kleine Menge Kältemittel im Kühlkreis. Da dann auch das Verdampfer-Gebläse steht, wird im Verdampfer kein Wärmeaustausch durchgeführt und gelangt kaltes Kältemittel in den Verdampfer. Der Verdampfer kein vereisen und ist fallweise abzutauen. Obwohl das Kältemittel Kompressoröl enthält, verbleibt im Betriebszustand mit minimaler Verdrängung Öl im Kondensator, im Verdampfer, etc., ohne zum Kompressor zurückgeführt zu werden, was zum Fressen des Kompressors führen kann.

Bei einem Kompressor mit variabler Verdrängung des kupplungslosen Typs kann, wie bekannt, in einer Passage, in die aus der Abgabekammer des Kompressors Kältemittel eingeführt wird, ein Differenzialdruckventil mit einer Rückschlagventilstruktur vorgesehen werden. Ein Ventilelement des Rückschlagventils an einer Stromabseite eines Ventilsitzes wird durch eine sehr schwache Feder in Ventilschließrichtung beaufschlagt, um Druckverluste bei der Strömung des Kältemittels in Ventilöffnungsrichtung zu minimieren. Im Gegensatz dazu ist im Differenzialdruckventil eine wesentlich stärkere Feder verwendet. Das Differenzialdruckventil schließt, wenn der Abgabedruck niedrig ist; beispielsweise wenn die Klima anlage nicht in Betrieb ist, und öffnet, sobald der Abgabedruck gleich oder höher wird als ein bestimmter Druckwert. Wenn der Kompressor mit minimaler Verdrängung betrieben wird, und der Auslassanschluss der Abgabekammer vom Differenzialdruckventil verschlossen ist, dann nimmt der Druck in der Abgabekammer progressiv zu, bis die Feder überwunden wird. Kältemittel strömt durch das Differenzialdruckventil ab. Der Druck in der Abgabekammer sinkt, sodass das Differenzialdruckventil wieder schließt. Dieser Vorgang wiederholt sich, wobei ein Hunting-Phänomen auftritt und das Ventilelement wiederholt auf den Ventilsitz schlägt und Vibrationsgeräusche und andere Geräuscheerzeugt.

Bei dem aus JP-A-2000-346217 [0019] bis [0046] bekannten Differenzialdruckventil wird beim Öffnen der Öffnungsquerschnitt verringert, wodurch verhindert wird, dass der Druck in der Abgabekammer zu rasch abfällt, und das Auftreten des Hunting-Phänomens unterdrückt wird.

Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung des aus JP-A-2000-346217 bekannten Differenzialdruckventils, das in 5 bis 8 gezeigt wird.

Ein Ventilelement 100 des konventionellen Differenzialdruckventils hat in 5 drei Öffnungen 100a bis 100c als Ausschnitte eines vorstehenden Bereiches des Ventilelements 100. Die Öffnungen 100a bis 100c werden in Richtung zum vordersten Ende des Ventilelementes größer. Durch Kombinieren des Ventilelements 100 mit einem hohlen zylindrischen Ventilsitz 103 kann die erwähnte Strömungsratensteuerung in JP-A-2000-346217 realisiert werden.

6 zeigt das bekannte Differenzialdruckventil geschlossen. Das Ventilelement 100 ist durch eine Spiralfeder 102 gegen eine Sitzfläche 103a des Ventilsitzes 103 in einem Gehäuse 101 gepresst. Komprimiertes Kältemittel wird durch einen Einlassanschluss 104 eingeführt. Das Ventilelement 100 besitzt den hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereich 106, der sich um eine Dichtungsfläche 105 erstreckt, die auf die Sitzfläche 103a aufgesetzt ist. In dem Bereich 106 fungiert eine äußere periphere Fläche 103b des Ventilsitzes 103 als eine Führungsfläche, wenn sich das Ventilelement 100 axial bewegt.

7 zeigt in Draufsicht das Positions-Verhältnis zwischen den drei Öffnungen 100a bis 100c des Ventilelements 100. Die Öffnungen 100a bis 100c haben in Umfangsrichtung dieselbe Größe und sind auch in gleichen Intervallen von jeweils 120 Grad angeordnet.

Da jedoch, sobald das Ventilelement 100 geringfügig geöffnet hat, der Druck radiale Kräfte auf den Bereich 106 erzeugt, die in Querrichtung gleichförmig wirken, d. h. in Querrichtung ausgeglichen sind, bewegt sich das Ventilelement 100 manchmal aus irgendwelchen Gründen ungleichförmig seitlich, sodass der Bereich 106 gegen die äußere periphere Fläche 103b schlägt und Geräusche erzeugt.

Auch kann die Spiralfeder 102 wegen der Windungssteigung das Ventilelement 100 nicht immer gleichförmig gegen die Sitzfläche 103 pressen. Es kann die dichtende Fläche 105 einseitig stärker angedrückt werden. Wenn wie in 8 das Ventilelement 100 unter dem anstehenden Druck öffnet, wird es gekippt und werden die Öffnungsquerschnitte der Öffnungen 100a bis 100c aufgrund der Schrägstellung verschieden, sodass das Ventilelement 100 zu taumeln beginnt und wiederholt gegen den Ventilsitz 103 schlägt, was in weiter gesteigertem Geräusch resultiert.

Es ist ein Gegenstand der Erfindung ein Differenzialdruckventil ohne Arbeitsgeräusche anzugeben, insbesondere für einen Kompressor mit variabler Verdrängung.

Dieser Gegenstand wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt.

Im Differenzialdruckventil wird beim Öffnen eine Querlast generiert, die den hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereich des Ventilelements gegen die äußere Umfangsfläche des Ventilsitzes presst, sodass das Ventilelement stets an dem an dem Ventilsitz gleiten muss. Dies verhindert, dass das Ventilelement bei wiederholtem Öffnen und Schließen gegen den Ventilsitz schlägt. Eine Geräuschbildung wird somit unterdrückt.

Es zeigen:

1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Differenzialdruckventils in geschlossenem Zustand,

2 die Gestalt eines Ventilelements des erfindungsgemäßen Differenzialdruckventils,

3 in Draufsicht Öffnungen im Differenzialdruckventil gemäß der Erfindung,

4 einen schematischen Querschnitt zum Erklären eines Status, in welchem am Ventilelement eine Querlast generiert wird,

5 perspektivisch die Gestalt eines Ventilelements eines konventionellen Differenzialdruckventils,

6 das konventionelle Differenzialdruckventil in geschlossenem Zustand,

7 in Draufsicht positionsbezogene Verhältnisse zwischen drei Öffnungen des Ventilelements des konventionellen Differenzialdruckventils, und

8 Druckeinwirkungen im konventionellen Differenzialdruckventil.

Das erfindungsgemäße Differenzialdruckventil 1 weist in den 1 bis 4 ein Gehäuse 2, einen Körper 3, ein Ventilelement 4 und eine Spiralfeder 5 auf. Das Gehäuse 2, das beispielsweise aus Messing besteht, ist z. B. in eine Passage eingepasst, die zu einer Abgabekammer eines Kompressors führt. Zentral ist im Gehäuse 2 ein Einlassanschluss 6 geformt, der mit einem hohlen zylindrischen Ventilsitz 7 integral ist. Am unteren Ende des Ventilsitzes 7 ist eine Sitzfläche 8 angeformt, die dem Ventilelement 4 gegenüber liegt. Außen wird der Ventilsitz von einer zylindrischen Fläche begrenzt. Der Körper 3 der beispielsweise aus einem Kunstharz hergestellt ist, ist mit dem Gehäuse 2 durch Verstemmen oder Bördeln verbunden, und besitzt mehrere Auslassanschlüsse 9 entlang des Umfangs eines Bodens des Körpers 3. Am Boden ist ein hohler zylindrischer Bereich 10 vorgesehen, der sich nach oben erstreckt, und einen hohlen Zylinder 11 an der Unterseite des Ventilelements 4 in axialer Richtung führt. Der hohle zylindrische Bereich 10 und der Zylinder 11 am Ventilelement 4 formen miteinander eine Dämpferkammer, um das Ventilelement zu hindern, in axialer Richtung zu vibrieren. Im Boden des Körpers 3 verhindert eine Ölablassöffnung 12, dass sich im Kältemittel enthaltenes Kühler-Öl in der Dämpferkammer sammelt.

Das Ventilelement 4 hat ferner außen einen hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereich 14, der integral außerhalb einer dichtenden Fläche 13 gebildet ist, die auf die Sitzfläche 8 des Ventilsitzes 7 aufsetzbar ist. Der Bereich 14 umgibt die zylindrischen Peripherie des Ventilsitzes 7 von außen und bewirkt, dass sich das Ventilelement 4 unter Verwendung der Peripherie des Ventilsitzes 7 als Führungsfläche axial bewegt (Hülsenventilfunktion).

Die Spiralfeder 5 ist auf den hohlen zylindrischen Bereich 10 des Körpers 3 aufgesetzt und steht mit ihrem oberen Ende in Kontakt mit einer unteren Fläche des Ventilelements 4. Die Spiralfeder 5 beaufschlagt das Ventilelement 4 in Ventilschließrichtung.

Solange der Druck des Kältemittels im Einlassanschluss unterhalb der Kraft der Spiralfeder 5 liegt, wird kein Kältemittel zu den Auslassanschlüssen 9 geliefert.

Wie in 2 gezeigt, sind im hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereich 14 des Ventilelementes 4 zwei Fenster 15 und 16 ausgebildet, die Öffnungen gleicher Größen sind.

Der hohle zylindrische und vorstehende Bereich 14 hat eine Höhe etwa entsprechend der Länge des Ventilsitzes 7. Die Fenster 15 und 16 weisen axiale Seitenflächen 15a und 16a, mit einem vorbestimmten Winkel, schräggestellte Flächen 15b und 16b, und Grundflächen 15c und 16c, parallel zu der dichtenden Fläche 13 auf. Die Querschnittsgrößen der Öffnungen variiert in Relation zu der ebenen Sitzfläche 8 in axialer Richtung progressiv, wenn das Ventilelement 4 abhebt oder aufsetzt.

Wie in 3 gezeigt, sind die Fenster 15 und 16 um die Achse des Ventilelementes 4 unregelmäßig verteilt, und zwar so, dass die Mitten der Grundflächen 15c und 16c voneinander einerseits um 150° separiert sind und andrerseits um 210°.

Wenn das Ventilelement 4 zu öffnen beginnt, nimmt die Querschnittsgröße der Öffnung der dann relativ zur Sitzfläche 8 gebildeten Kältemittelpassage progressiv zu. Wenn hingegen das Ventilelement 4 schließt, nimmt diese Querschnittsgröße progressiv ab.

Die Bereiche der inneren Wandflächen des hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereichs 14 des Ventilelementes 4, welche bei geöffnetem Ventil den in den Einlassanschluss 6 eingeführten Kältemitteldruck in radialer Richtung aufnehmen, sind aufgrund der verschiedenen Umfangsabstandsintervalle von 150° und 210° zwischen den Fenstern 15, 16, unterschiedlich groß.

Die aus der radialen Druckeinwirkung resultierende Querkraft oder Last ist somit für das Ventilelement einseitig und presst den Bereich 14 gegen den Ventilsitz 7.

Wenn der Druck P im Einlassanschluss 6 das Ventilelement 4 nach unten in 4 abhebt, beginnt Kältemittel entlang der gesamten Peripherie durch einen Spalt zwischen dem Ventilelement 4 und dem Ventilsitz 7 durchzuströmen. Auf die innere Umfangsflächen des hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereiches 14 des Ventilelementes 4 übt der Druck dann eine Querkraft oder Last.

Die Flächen von Regionen des Bereichs 14, die durch die Fenster 15 und 16 separiert sind, sind in Umfangsrichtung ungleichförmig groß. Die durch die Fenster 15 und 16 separierte, in Umfangsrichtung längere Region (210°) hat eine größere druckaufnehmende Fläche als die in Umfangsrichtung kürzere Region (150°), sodass eine größere Querlast (in 4 eine Last in einer Richtung nach links) auf der in Umfangsrichtung längeren Region generiert wird. Das Ventilelement 4 wird bei einer axialen Öffnungs- oder Schließoperation in Querrichtung gegen den hohlen zylindrischen Ventilsitz 7 gepresst, sodass es an dem Ventilsitz 7 gleitet. Das Ventilelement 4 kann deswegen nicht seitlich gegen den Ventilsitz 7 schlagen und auch keine Geräusche erzeugen.

Spezifisch ist es bei dem erfindungsgemäßen Differenzialdruckventil nur erforderlich, am Ventilelement 4 eine Querlast zu generieren, solange das Ventil offen ist. Es könnten auch drei Öffnungen oder mehr oder nur eine im hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereich 14 vorgesehen sein. Es ist nur erforderlich, keine regelmäßige Verteilung vorzusehen.

Dieselben vorteilhaften Effekte könnten auch mit einer Feder erreicht werden, die den hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereich 14 gegen die äußere Peripherie des Ventilsitzes 7 presst. Es könnte beispielsweise eine Blattfeder entweder mit dem hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereich integral ausgebildet oder von diesem separat geformt und an der inneren peripheren Oberflächenseite des hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereiches 14 angeordnet werden, um die Querlast am Ventilelement zu generieren.

Dieses Differenzialdruckventil kann sowohl in einem Kompressor mit variabler Verdrängung des kupplungslosen Typs oder mit einer Kupplung eingesetzt werden, und auch in anderen technischen Gebieten, wenn es bei einem Druck nicht kleiner als ein vorbestimmter Differenzialdruck öffnen soll.


Anspruch[de]
Differenzialdruckventil (1), das zum Öffnen bei einem einen vorbestimmten Wert überschreitenden Differenzialdruck zwischen einem Einlassanschluss (6) und wenigstens einem Auslassanschluss (9) in einer Passage angeordnet ist, mit einem hohlen zylindrischen Ventilsitz, an dem angrenzend an eine Sitzfläche (8) eine äußere periphere Fläche vorgesehen ist,

einem Ventilelement (4) mit einer dichtenden Fläche (13), die relativ zum Ventilsitz (7) zu diesem hin und von diesem weg bewegbar ist,

einem hohlen zylindrischen und vorstehendem Bereich (14) am Ventilelement (4), der sich von der Peripherie der dichtenden Fläche (13) wegerstreckt, den Ventilsitz (7) umgibt, und zumindest eine Öffnung (15, 16) aufweist, und

einer Feder (5) zum Beaufschlagung des Ventilelements (4) in Ventilschließrichtung,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Differenzialdruckventil ein Mittel zum Generieren einer Querlast (Q) oder Querkraft am Ventilelement (4) zum seitlichen Anpressen des hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereichs (14) gegen die äußere periphere Fläche des Ventilsitzes (7) bei Öffnungs- und Schließbewegungen des Ventilelements (4) aufweist.
Differenzialdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassanschluss (6) mit einer Abgabekammer eines Kompressors mit variabler Verdrängung im Kühlkreis einer Automobil-Klimaanlage verbunden ist. Differenzialdruckventil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Generieren der Querkraft (Q) bzw. Querlast am Ventilelement (4) relativ zum Ventilsitz (7) eine bezüglich der Achse des Ventilelements (4) einseitig größere radiale Druckbeaufschlagungsfläche an dem Bereich (14) ist, vorzugsweise eine radiale Druckbeaufschlagungsfläche gebildet durch eine unregelmäßige Anordnung zumindest der einen oder der mehreren Öffnungen (15, 16) mit unterschiedlichen Intervallen in Umfangsrichtung im hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereich (14), vorzugsweise durch die Anordnung mehrere mit unterschiedlichen Intervallen in Umfangsrichtung im hohlen zylindrischen und vorstehenden Bereich (14) ausgeschnittene Öffnungen (15, 16) jeweils mit der Form eines Fensters. Differenzialdruckventil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Generieren der Querkraft (Q) bzw. Querlast am Ventilelement (4) relativ zum Ventilsitz (7) zumindest eine einseitig wirkende Feder zwischen dem Bereich (14) und dem Ventilsitz (7) ist, vorzugsweise eine mit dem Bereich (14) einstückige oder separate und am Bereich (14) angebrachte Blattfeder. Differenzialdruckventil gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilelement (4) ein hohler Zylinder (11) vorsteht, der in einen einseitig offenen, axialen zylindrischen Bereich (10) eines das Ventilelement (4) enthaltenden Körpers (3) axial beweglich eingreift, und dass zwischen dem Zylinder (11) und dem Bereich (10) eine Dämpferkammer zum Dämpfen von axialen Vibrationen des Ventilelements (4) definiert ist.






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