AT526496B1

AT526496B1 - Überdruckventil zum geregelten Ablassen eines Überdrucks eines Gases

Info

Publication number: AT526496B1
Application number: ATA50548/2022A
Authority: AT
Original assignee: Ventrex Automotive Gmbh
Priority date: 2022-07-21
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2025-05-15
Also published as: CN119585555A; DE112023002336A5; WO2024016041A1; AT526496A1

Abstract

Überdruckventil zum geregelten Ablassen eines Überdrucks eines Gases, insbesondere CO2, aus einem Kältemittelkreislauf eines Fahrzeugs, umfassend einen Ventilkörper (1), der einen Gaseingang (11) und einen Gasausgang (12) sowie einen den Gaseingang (11) und Gasausgang (12) verbindenden Strömungskanal (13) aufweist, einen Dichtkolben (2), der im Strömungskanal (13) gegenüber einer am Ventilkörper (1) angeordneten, konisch ausgebildeten Dichtfläche (14) in der Achse des Ventilkörpers (1) verschieblich angeordnet ist und eine konische Kolbendichtfläche (21) aufweist, die im geschlossenen Zustand an der Dichtfläche (14) anliegt und den Strömungskanal (13) verschließt, eine Einstellschraube (4) zur Einstellung des Öffnungsdrucks die im Ventilkörper (1) dem Dichtkoben (2) im Strömungskanal (13) in Strömungsrichtung nachgeordnet ist, und eine Feder (3), insbesondere eine Druckfeder, die zwischen dem Dichtkolben (2) und der Einstellschraube (4) angeordnet ist und den Dichtkolben (2) entgegen der Dichtfläche (14) mit einer Schließkraft beaufschlagt, und wobei der Dichtkolben (2), der Ventilkörper (1) und die Feder (3) derart ausgebildet sind, dass bei Übersteigen eines definierten Druckniveaus am Gaseingang (11) der Dichtkolben (2) entgegen der Feder (3) in Öffnungsrichtung verstellt wird und einen Durchtrittsquerschnitt für das Gas frei gibt und bei Unterschreiten eines Druckniveaus aus dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand rückführbar ist. Die Kolbendichtfläche (21) weist bezüglich der Achse des Dichtkolbens (2) einen Kolbenwinkel (α) zwischen 26° bis 35°, insbesondere von 26,5° bis 28,5°, auf, wobei die Dichtfläche (14) des Ventilkörpers (1) bezüglich der Achse des Ventilkörpers (1) einen Ventilkörperwinkel (β) von 27° bis 38° aufweist, insbesondere 30° bis 31°, wobei das Verhältnis des Ventilkörperwinkel (β) zum Kolbenwinkel (α) 15/14 ≤ β/α ≤ 124/108 beträgt.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Überdruckventil zum geregelten Ablassen eines Überdrucks eines Gases aus einem Kältemittelkreislauf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Überdruckventilen bekannt, mit denen ein Druckniveau eines Gases, das einen definierten Grenzwert übersteigt, aus einem Fluidkreislauf abgeführt bzw reduziert wird. In Klimatisierungssystemen mit R744 (CO) als Kältemittel im Automotivsektor sind üblicherweise mehrere UÜberdruckventile verbaut. Das Hochdrucküberdruckventil oder auch High Pressure Relief Valve (HPRV) ist dabei direkt am Verdichter bzw. Kompressor des Hochdruckkreislaufs verbaut. Hier schützt das Hochdrucküberdruckventil das System vor unzulässig hohen Drücken von über 160 + 10 bar. Diese können u.a. bei Fehlfunktion des Kompressors bzw. dessen Regelung und Steuerung auftreten. Im Niederdruckkreislauf, im Regelfall direkt im Expansionsventil, befinden sich das Niederdrucküberdruckventil. Dieses dient zur Absicherung des Niederdruckkreislaufs vor Drücken über 120 + 10 bar. Da bei gängigen Systemen in automobilen R744-Klimasystemen zwei Expansionsventileinheiten vorgesehen sind, werden meist auch zwei Niederdrucküberdruckventile verbaut.

[0003] Aus dem Stand der Technik sind ebenfalls im Automobilsektor bei der Klimatisierung Überdruckventile bekannt, die ein in einem Kältemittelkreislauf strömendes Gas, meistens CO» (R744) als Kältemittel, bei Übersteigen eines definierten Druckniveaus aus dem Kühlmittelkreislauf abführen. So ist beispielsweise aus dem Stand der Technik ein Überdruckventil bestehend aus einem Dichtsitz, einer Edelstahlkugel als Dichtelement, einem Druckstück und Ventilkörper sowie dazugehöriger Druckfeder bekannt. Dabei wird die Kugel über ein Zwischenstück in Position gehalten. Das Zwischenstück begrenzt jedoch den Bewegungsspielraum der Kugel auf wenige Zehntelmillimeter. Das Zwischenstück ist am vorderen, die Kugel aufnehmenden Ende bis zur Auflagefläche der Feder kreuzweise geschlitzt, sodass das ausströmende Medium durch diese Schlitze durchströmen kann. Die Dichtkugel wird dabei mittels eines Kegels zentriert und dichtet so den Dichtsitz ab.

[0004] Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise aus der WO 2008129209 A1 aus der CN 110762263 A Überdruckventile bekannt. In diesen wird ein Dichtkörper mit einem halbkugelförmigen bzw. kugelförmigen Teil, der den Dichtsitz abdichtet und einem flachen Teil, auf den eine Feder einwirkt, offenbart. Weiters sind aus der US 10180192 B2, der CN 211550653 U, der CN 112762207 A und der KR 102138568 B1 Überdruckventile bekannt, die einen sehr komplizierten Aufbau aufweisen und deren Funktionsweise aufwendig gestaltet ist.

[0005] Aus der EP 3026313 A1 und der EP 3026312 A1 sind Regelventile zur Steuerung des Fluidflusses von Kraftstoff bekannt mit dem die Geräuschbildung über das Ventil reduziert werden soll.

[0006] Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Systeme ist, dass diese meist einen aufwendigen Aufbau aufweisen und daher meist im Aufbau und auch im Zusammenbau kompliziert und teuer sind. Weiters neigen die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme, insbesondere mit Kugeln als Dichtkörper, dazu, beim Auslösen, also beim UÜbersteigen des kritischen Drucks, zu verkanten bzw. unsauber zu schließen, oder zu einem sogenannten Flattern, also einem ständigen Öffnen und Schließen des Dichtkörpers, das nachteilig zu schwankenden Druckpegeln führt.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Überdruckventil bereitzustellen, dass einen einfachen Aufbau gewährleistet und bei Erreichen des Offnungsdrucks zuverlässig den Überdruck aus dem Klimatisierungssystem ausleitet und Fehlfunktionen zuverlässig verhindert.

[0008] Diese Aufgabe wird bei einem Überdruckventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Kolbendichtfläche einen Kolbenwinkel zwischen 26° bis 35°, insbesondere von 26,5° bis 28,5°, aufweist wobei die Dichtfläche des Ventilkörpers einen Ventilkörperwinkel von 27° bis 38° aufweist, insbesondere 30° bis 31°, wobei das Verhältnis des Ventilkörperwinkel zum Kolbenwin-

kei 15/14 <= B/a = 124/108 beträgt.

[0009] Durch den erfindungsgemäßen Winkelunterschied wird eine besonders gute Dichtfunktion zwischen der Dichtfläche des Ventilkörpers und der Kolbendichtfläche erreicht. Weiters wird durch die unterschiedlichen Winkel eine hohe Dichtheit auch bei hohen Temperaturen ermöglicht. Ebenso wird durch die erfindungsgemäßen Winkel eine hohe Dichtheit auch bei mehrmaligem Auslösen des Überdruckventils bzw. auch nach dem Schließen ein konstanter Öffnungsdruck und Durchfluss erreicht, sodass die Funktion des Überdruckventils auch bei mehrmaligem Öffnen und Schließen erhalten bleibt.

[0010] Als Kolbenwinkel a wird jeweils im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung der Winkel zwischen der Kolbendichtfläche und der Achse des Kolbens bezeichnet. Als Ventilkörperwinkel Bß wird jeweils der Winkel der Dichtfläche des Ventilkörpers, in Bezug auf die Achse des Ventilkörpers gesehen, verstanden.

[0011] Besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Überdruckventils werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche näher definiert:

[0012] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Dichtkolben eine der Kolbendichtfläche in Achsrichtung des Dichtkolben nachgelagerte Führungsfläche aufweist, an der der Dichtkolben in dem Ventilkörper geführt ist, und dass die Kolbendichtfläche in einen im Dichtkolben ausgebildeten Öffnungsverstärkungsbereich mündet, der zwischen der Kolbendichtfläche und der Führungsfläche angeordnet ist, wobei der Dichtkolben im Bereich des Öffnungsverstärkungsbereichs eine in Öffnungsrichtung gesehen größere projizierte Fläche als die im Eingang größere projizierte Fläche als die im Eingang des Strömungskanals angeordnete Stirnfläche des Dichtkolbens aufweist.

[0013] Durch den Öffnungsverstärkungsbereich wird ein zuverlässiges Öffnen des Überdruckventils gewährleistet, sodass bei Überschreiten des eingestellten Uberdrucks am Gaseingang der Dichtkolben zuerst in OÖffnungsrichtung gering verstellt wird, der Druck des Mediums sodann auf den Offnungsverstärkungsbereich trifft, eine größere Kraft entgegen der Feder bewirkt und so der Durchfluss des Gases durch das Uberdruckventil hindurch zuverlässig gewährleistet wird. Durch den Offnungsverstärkungsbereich wird also die Offnung des UÜberdruckventils zuverlässig gewährleistet, wobei ein Flattern, also ein ständiger Wechsel zwischen Öffnen und Schließen, des UÜberdruckventils zuverlässig verhindert werden kann.

[0014] Um den Durchfluss des Gases durch das Überdruckventil besonders vorteilhaft gewährleisten zu können, kann vorgesehen sein, dass der Offnungsverstärkungsbereich in die Führungsfläche übergeht, wobei im Übergangsbereich zwischen dem OÖffnungsverstärkungsbereich und der Führungsfläche und/oder in der Führungsfläche Durchtrittsausnehmungen im Dichtkolben ausgebildet sind, über die das Gas im geöffneten Zustand in einen dem Dichtkolben nachgeordneten Gassammelraum strömt in den der überschüssige Druck im geöffneten Zustand des Dichtkolben strömt und über diesen dann über den Strömungskanal, insbesondere über die Einstellschraube, und den Gasausgang in die Umgebung entweichen kann.

[0015] Bei der vorliegenden Erfindung zugrunde gelegten Untersuchungen wurde überraschend festgestellt, dass das Verhältnis des Durchmessers des Dichtkolbens zum Durchmesser des Ventilkörpers im Führungsbereich das Schließverhalten sowie die Dichtheit des Uberdruckventils positiv beeinflusst. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das Verhältnis des Durchmessers des Dichtkolbens an der Führungsfläche zum Durchmesser des Ventilkörpers im Bereich der Führungsfläche des Dichtkolbens 291/290 <= D1/D2 <= 668/645, insbesondere 291/290 <= D1/D2 = 148/145 beträgt,

wobei der Durchmesser des Ventilkörpers an der Führungsfläche 6,52 mm <= D1 = 6,68 mm, insbesondere 6,62 mm = D1 = 6,66 mm, beträgt.

[0016] Eine vorteilhafte Ausbildung des Überdruckventils wird bereitgestellt, indem die Durchtrittsausnehmungen als eine Anzahl von, insbesondere vier gleichmäßig über den Umfang des Dichtkolbens verteilte, umfänglich angeordneten Abflachungen ausgebildet sind, wobei insbesondere die Durchtrittsausnehmungen stufenförmig im Ubergangsbereich zwischen OÖffnungsver-

stärkungsbereich und der Führungsfläche und in der Führungsfläche ausgebildet sind.

[0017] Das Schließverhalten des Überdruckventils wird weiters positiv beeinflusst, wenn insbesondere das Gas aus dem Gassammelraum definiert über die Einstellschraube ausströmt. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die projizierte Durchtrittsfläche A3 des Gases an der Einstellschraube 0,7*Pi mm? <= A3 <= 1,01 *Pi mm®, insbesondere 0,74*Pi mm®* <= A3 <= 1,0041*Pi mm®, beträgt.

[0018] Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass die Einstellschraube im Ventilkörper im Bereich des Gasausgangs angeordnet ist und diesen verschließt, wobei die Einstellschraube eine Anzahl von Durchtrittöffnungen aufweist, die mit dem Strömungskanal, insbesondere dem Gassammelraum verbunden sind, und über die Druck aus dem Gassammelraum in die Umgebung entweichen kann.

[0019] Um eine hohe Dichtheit des Überdruckventils kostengünstig und auch bei höheren Temperaturen einfach bewerkstelligen zu können, kann optional vorgesehen sein, dass der Dichtkolben aus einem Thermoplast, insbesondere PEEK oder PEKEKK und der Ventilköper aus einem Metall, insbesondere einer Aluminiumlegierung oder einer Stahllegierung, besteht.

[0020] Um die maximale Verstellung des Dichtkolbens in Öffnungsrichtung zu begrenzen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Einstellschraube einen in Richtung des Dichtkolbens gerichteten Anschlag-Fortsatz und/oder der Dichtkolben einen in Richtung der Einstellschraube gerichteten Anschlag-Fortsatz aufweist, wobei der Anschlag-Fortsatz den maximalen Verfahrweg in Offnungsrichtung des Dichtkolbens derart begrenzt, dass die Führungsfläche bei maximaler Öffnung des UÜberdruckventils in Kontakt mit der der Führungsfläche gegenüberliegenden Fläche des Ventilkörpers ist. Durch den Anschlagfortsatz kann somit ein Herausrutschen des Dichtkolbens aus der Führungsfläche besonders einfach verhindert werden, sodass bei mehrmaligem Öffnen und Schließen des UÜberdruckventils die Funktion besonders zuverlässig gewährleistet bleibt und ein Verkanten des Dichtkolbens im Ventilkörper vorteilhaft verhindert wird.

[0021] Bei aus dem Stand der Technik bekannten Überdruckventilen nimmt die Federkraft im Laufe der Zeit, insbesondere beim Einsatz bei erhöhten Temperaturen, ab und der Öffnungsdruck sinkt ebenfalls deutlich, im Extremfall sogar unter den Grenzwert, bei dem das Überdruckventil auslöst. Um dies besonders effektiv zu verhindern kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Feder im vorgespannten Zustand eingesetzt ist, sodass bei Erreichen der Betriebstemperatur, insbesondere der Maximalbetriebstemperatur zwischen 100 °C und 200 °C, bevorzugt zwischen von 150°C bis 160°C, des UÜberdruckventils die optimale Vorspannung der Feder vorliegt, wobei die Feder insbesondere auf Betriebstemperatur vorgewärmt eingesetzt ist. Optional hat sich herausgestellt, dass bei Verwendung von Federstählen die Feder, wenn sie im warmen Zustand, also beispielsweise bei Betriebstemperatur oder höheren Temperaturen, im Überdruckventil eingebaut wird, die geforderte Federkraft bei höheren Temperaturen eingeprägt bzw. die Feder vorgespannt wird, und über längere Zeit die Federkraft erhalten bleibt.

[0022] Weitere Vorteile an der Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

[0023] Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben:

[0024] Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Überdruckventils,

[0025] Fig. 2 zeigt eine weitere Schnittansicht des Überdruckventils gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht,

[0026] Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Überdruckventils in geöffneter Position,

[0027] Fig. 4 zeigt eine Frontansicht des Dichtkolbens, und [0028] Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht des Dichtkolbens gemäß Fig. 4.

[0029] In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Überdruckventil in einer Schnittansicht entlang der Achse des Ventilkörpers 1 dargestellt. Das Überdruckventil umfasst einen Ventilkörper 1, in dem ein Dichtkolben 2 koaxial zur Achse des Ventilkörpers 1 angeordnet ist. Der Ventilkörper 1 weist einen Gaseingang 11 und einen Gasausgang 12 auf, wobei der Gaseingang 11 und der Gasausgang 12 über einen Strömungskanal 13 verbunden sind, sodass Gas, beispielsweise CO», aus einem Kältemittelkreislauf eines Fahrzeugs über den Gaseingang 11 in den Ventilkörper 1 eintreten kann und bei Auslösen des Uberdruckventils über den Gasausgang 12 bzw. den Strömungskanal 13 durch den Ventilkörper 1 durchtritt und in die Umgebung entweicht. Der Dichtkolben 2 ist im Strömungskanal 13 gegenüber einer am Ventilkörper 1 angeordneten Dichtfläche 14 im Ventilkörper 1 angeordnet. Der Dichtkolben 2 weist eine konische Kolbendichtfläche 21 auf, die in geschlossenem Zustand des UÜberdruckventils an der Dichtfläche 14 des Ventilkörpers 1 anliegt und so den Strömungskanal 12 abdichtet bzw. verschließt. Im Bereich des Gasausgangs 12 des Ventilkörpers 1 ist eine Einstellschraube 4 zur Einstellung des OÖffnungsdrucks angeordnet. Die Einstellschraube 4 ist im Strömungskanal 13 dem Dichtkolben 2 nachgeordnet, liegt also in Bezug auf die Achse des Ventilkörpers 1 in Strömungsrichtung des Gases vom Gaseingang 11 zum Gasausgang 12 koaxial zum Dichtkolben 2 hinter diesem.

[0030] Zwischen dem Dichtkolben 2 und der Einstellschraube 4 ist eine Feder 3 angeordnet, die als Druckfeder ausgebildet ist. Die Feder 3 übt eine Druckkraft zwischen der Einstellschraube 4 und dem Dichtkolben 2 aus, sodass der Dichtkolben 2 in Schließrichtung, also in Richtung des Gaseingangs 11, mit der Kolbendichtfläche 21 gegen die Dichtfläche 14 des Ventilkörpers 1 gedrückt wird. Wird die Einstellschraube 14, die mit einem Gewinde in den Ventilkörper 1 eingeschraubt ist, verstellt, ändert sich der Abstand zwischen dem Dichtkörper 2 und der Einstellschraube 4 und die Feder 3 wird vorgespannt bzw. der Druck auf den Dichtkolben 2 erhöht bzw. reduziert. Mit Hilfe der Einstellschraube 4 kann also der Offnungsdruck des Dichtkolbens 2 verändert werden und die Vorspannung der Feder 3, also die Schließkraft, eingestellt werden.

[0031] Die Kolbendichtfläche 21 ist in einem Kolbenwinkel a von 27° ausgebildet, wobei der Kolbenwinkel a zwischen der Achse des Dichtkolbens 2 und der Kolbendichtfläche 21 liegt. Die Dichtfläche 14 des Ventilkörpers 1 weist einen Ventilkörperwinkel ß von 30,5° auf, wobei der Ventilkörperwinkel Bß zwischen der Achse des Ventilkörpers 1 und der Dichtfläche 14 liegt. Der Winkelunterschied zwischen dem Kolbenwinkel a der Kolbendichtfläche 21 und dem Ventilkörperwinkel ß der Dichtfläche 14 liegt bei der vorliegenden Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 bei 3,5°. Bei der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen hat sich vorteilhaft herausgestellt, dass der Kolbenwinkel a vorteilhaft zwischen inkl. 26° und inkl. 35°, bevorzugt zwischen inkl. 26,5° und inkl. 28,5°, aufweist und der Ventilkörperwinkel ß der Dichtfläche 14 zwischen inkl. 27° und inkl. 38°, besonders vorteilhaft von inkl. 30° bis inkl. 31°, aufweist. Vorteilhaft hat sich ebenfalls herausgestellt, dass das Verhältnis von dem Ventilkkörperwinkel Bß zu dem Kolbenwinkel a vorteilhaft von 15/14 <= B/a = 124/108 beträgt. Der Winkelunterschied zwischen dem Kolbenwinkel a und dem Ventilkörperwinkel ß liegt dabei vorteilhaft optional zwischen 1,5° und 5°.

[0032] Der Dichtkolben 2 weist eine in Achsrichtung des Dichtkolben 2 in Richtung des Gasausgangs 12 gelegene Führungsfläche 22 auf. In der Führungsfläche 22 ist der Dichtkolben 2 im Ventilkörper 1 geführt und gleitet an der Führungsfläche 22 beim Öffnen und Schließen entlang. Die Kolbendichtfläche 21 mündet in einen im Dichtkolben 2 ausgebildeten Öffnungsverstärkungsbereich 23, der zwischen der Kolbendichtfläche 21 und der Führungsfläche 22 angeordnet ist. Der Offnungsverstärkungsbereich 23 ist bei der Ausführungsform der Fig. 1 bis 5 der Kolbendichtfläche 21 nachgelagert und durch einen parallel zur Achse des Ventilkörpers 1 verlaufenden Flächenbereich, der dann einen größeren Winkel aufweist und in die Führungsfläche 22 mündet, ausgebildet. Der Offnungsverstärkungsbereich 23 dient beim Öffnen des UÜberdruckventils der Vergrößerung der Druckfläche für das austretende Gas und ermöglicht dabei eine zuverlässigere Öffnung des UÜberdruckventils bei Anliegen eines definierten Druckniveaus im Gaseingang 11. Optional hat sich herausgestellt, dass eine besonders vorteilhafte Verstärkung der Offnungsbewegung des Dichtkolbens 2 erreicht wird, wenn der Öffnungsverstärkungsbereich 23 eine in Offnungsrichtung des Dichtkolbens 2 gesehen größere projizierte Fläche als die im Gaseingang 11 des Strömungskanals 13 angeordnete Stirnfläche 24 des Dichtkolbens 2 aufweist.

[0033] Im Öffnungsverstärkungsbereich 23 sind optionale Durchtrittsausnehmungen 25 ausgebildet, die in die Führungsfläche 22 münden und durch die das Gas über die Führungsfläche 22 bzw. den Öffnungsverstärkungsbereich 23 selbst in einen Gassammelraum 6 hinter dem Dichtkolben 2 strömen kann.

[0034] Im Folgenden wird anhand der bevorzugten Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 die Funktion des erfindungsgemäßen UÜberdruckventils beispielshaft beschrieben:

[0035] Ist das Überdruckventil in einem Kältemittelkreislauf eines Fahrzeugs angeordnet, steht der in dem Kältemittelkreislauf führende Druck an der Stirnfläche 24 des Dichtkolbens 2 an. Übersteigt der Druck im Kältemittelkreislauf ein am UÜberdruckventil eingestelltes Niveau, erhöht sich die Kraft an der Stirnfläche 24 und übersteigt die Schließkraft der Feder 3 und der Dichtkolben 2 wird in Öffnungsrichtung verschoben und das Überdruckventil öffnet. Öffnet das Überdruckventil, so wird der Dichtkolben 2 in Richtung des Gasausgangs 12 verschoben und das Gas strömt, wie in Fig. 2 dargestellt, in den Öffnungsverstärkungsbereich 23. Im Öffnungsverstärkungsbereich 23 ist die projizierte Fläche des Dichtkolbens 2 vergrößert, wodurch eine stärkere Offnungsbewegung entgegen der Schließkraft der Feder 3 in Richtung des Gasausgangs 12 auf den Dichtkolben 12 aufgebracht und der Dichtkolben 2 weiters in Richtung des Gasausgangs 12 bzw. der Einstellschraube 4 verstellt wird. Durch die Verschiebung des Dichtkolbens 2 innerhalb des Ventilkörpers 1 kann das Gas über die Durchtrittsausnehmungen 25 in den Gassammelraum 6 eintreten und über diesen und die Einstellschraube 4 entlang der in der Fig. 3 dargestellten Pfeile aus dem Überdruckventil austreten. Am Ende des Gasausgangs 12 bzw. des Strömungskanals 13 ist eine Dichtfolie 27 angeordnet, die beim erstmaligen Öffnen des Überdruckventils aufreißt und derart das Auslösen des Überdrucks anzeigt. Sinkt der Druck im Kältemittelkreislauf unter den Grenzwert ab, übersteigt die Schließkraft der Feder 3 wieder die Druckkraft des Gases und die Feder 3 drückt den Dichtkolben 2 wieder in Richtung des Gaseingangs 11, wodurch die Kolbendichtfläche 21 mit der Dichtfläche 14 des Ventilkörpers 1 in Kontakt kommt und das Uberdruckventil wieder verschließt.

[0036] Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtkolbens 2 in einer Frontansicht, mit Sicht auf die Stirnfläche 24 des Dichtkolbens 2. Der Dichtkolben 2 weist bei dieser Ausführungsform vier Durchtrittsausnehmungen 25 auf, die gleichmäßig über den Umfang des Dichtkolbens 2 verteilt angeordnet sind. Die Durchtrittsausnehmungen 25 sind dabei, wie in Fig. 5 dargestellt, als Abflachungen ausgebildet und im Ubergangsbereich zwischen dem Öffnungsverstärkungsbereich 23 und der Führungsfläche 22 und in der Führungsfläche 22 angeordnet. Die Durchtrittsausnehmungen 25 weisen dabei eine stufenförmige Ausbildung auf und ermöglichen so das Strömen des Gases über den Öffnungsverstärkungsbereich 23 und die Führungsfläche 22 in den Gassammelraum 6.

[0037] Bei Untersuchungen hat sich vorteilhaft herausgestellt, dass das Verhältnis D1/D2 des Durchmesser D1 des Ventilkörpers 1 (Fig. 2) in der Führungsfläche 22 des Dichtkolbens 2 zum Durchmesser D2 des Dichtkolbens 2 an der Führungsfläche 22 (Fig. 3) zum inkl. 291/290 bis inkl. 668/645 beträgt. Der Durchmesser D1 des Ventilkörpers 1 an der Führungsfläche 22 beträgt dabei vorteilhaft von inkl. 6,52 bis inkl. 6,68 mm, besonders bevorzugt von inkl. 6,62 bis inkl. 6,66 mm. Das Verhältnis D1/D2 ermöglicht derart eine besonders hohe Dichtheit und beeinflusst das Schließverhalten positiv, sodass selbst bei Temperaturdehnungen kein Verstopfen bzw Verklemmen des Dichtkolbens 2 im Ventilkörper 1 auftritt.

[0038] Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, weist die Einstellschraube 4 im Bereich des Gasausgangs 12 eine Anzahl von Durchtrittsöffnungen 41 auf, die den Gassammelraum 6 mit der Umgebung verbinden. Der Strömungskanal 13 setzt sich somit vom Gaseingang 11 über den Gassammelraum 6 durch die Durchtrittsöffnungen 41 in die Umgebung bzw. den Gasausgang 12 fort, sodass Gas durch das UÜberdruckventil über den Strömungskanal 13 des UÜberdruckventils entweichen kann. Vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass die projizierte Durchtrittsfläche des Gases an der Einstellschraube 4 0,7*Pi mm? bis inkl. 1,01*Pi mm?®, besonders bevorzugt von inkl. 0,74*Pi mm? bis inkl. 1,0041 *Pi mm® beträgt. Dies führt zu einem besonders vorteilhaften Schließverhalten, also einem vorteilhaften Druckverhältnis, zwischen dem Gas im Gassammelraum 6 und dem in

das Überdruckventil einströmenden Gases im Gaseingang 11, sodass ein zuverlässiges Verschließen bzw. eine zuverlässige Schließbewegung des Dichtkolbens 2 erreicht wird.

[0039] Bei der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform besteht der Dichtkolben 2 aus einem thermoplastischen Material PEKEKK und der Ventilkörper 1 aus einer Aluminiumlegierung. Optional kann vorgesehen sein, dass der Dichtkolben 2 auch aus einem anderen Thermoplast, beispielsweise PEEK und der Ventilkörper 1 aus einem anderen Metall, beispielsweise einer Stahllegierung, besteht.

[0040] Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Fig. 1 bis 5 weist die Einstellschraube 4 einen in Richtung des Dichtkolbens 2 gerichteten Anschlagfortsatz 8 auf. Auch die Dichtkolben 2 weisen einen in Richtung der Einstellschraube 4 gerichteten Anschlagfortsatz 8 auf, wobei die jeweiligen Anschlagfortsätze 8 den maximalen Verfahrweg des Dichtkolbens 2 in Öffnungsrichtung begrenzen, sodass bei Vorliegen der maximalen Öffnung die beiden Anschlagfortsätze 8 aneinander anliegen. Durch die Anschlagfortsätze 8 wird bei maximaler Öffnung des Uberdruckventils sicher gewährleistet, dass die Führungsfläche 22 mit der der Führungsfläche 22 gegenüberliegenden Fläche des Ventilkörpers 1 steht und daher ein Verkanten des Dichtkolbens 2 im Ventilkörper 1 vorteilhaft verhindert wird.

[0041] Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überdruckventils sieht vor, dass die Feder im vorgespannten Zustand in den Ventilkörper 1 des Überdruckventils eingesetzt wird. Die Feder 3 wird dabei bevorzugt in einem vorgewärmten Zustand, also bei einer Temperatur, die der Maximalbetriebstemperatur, beispielsweise zwischen 100 °C und 200 °C, bevorzugt zwischen 150 °C und 160 °C, entspricht, aufgeheizt und sodann in das Überdruckventil eingebaut. Die Feder 3 liegt sodann im eingebauten Zustand in optimaler Vorspannung vor, sodass eine besonders hohe Dichtheit des Überdruckventils erzeugt wird.

[0042] Optional zu den in den Fig. 1 bis 5 dargestellten, stufenförmigen Durchtrittsausnehmungen 25 können diese auch in anderen Formen, beispielsweise als kreisförmige oder halbkreisförmige Öffnungen, ausgebildet und im Dichtkolben 2 im Bereich der Führungsfläche 22 oder dem OÖffnungsverstärkungsbereich 23 angeordnet sein.

Claims

Patentansprüche

1. Überdruckventil zum geregelten Ablassen eines Überdrucks eines Gases, insbesondere

CO», aus einem Kältemittelkreislauf eines Fahrzeugs, umfassend

- einen Ventilkörper (1), der einen Gaseingang (11) und einen Gasausgang (12) sowie einen den Gaseingang (11) und Gasausgang (12) verbindenden Strömungskanal (13) aufweist,

- einen Dichtkolben (2), der im Strömungskanal (13) gegenüber einer am Ventilkörper (1) angeordneten, konisch ausgebildeten Dichtfläche (14) in Richtung der Achse des Ventilkörpers (1) verschieblich angeordnet ist und eine konische Kolbendichtfläche (21) aufweist, die im geschlossenen Zustand an der Dichtfläche (14) anliegt und den Strömungskanal (13) verschließt, ”

- eine Einstellschraube (4) zur Einstellung des Öffnungsdrucks, die im Ventilkörper (1) dem Dichtkoben (2) im Strömungskanal (13) in Strömungsrichtung nachgeordnet ist, und

- eine Feder (3), insbesondere eine Druckfeder, die zwischen dem Dichtkolben (2) und der Einstellschraube (4) angeordnet ist und den Dichtkolben (2) entgegen der Dichtfläche (14) mit einer Schließkraft beaufschlagt, und

- wobei der Dichtkolben (2), der Ventilkörper (1) und die Feder (3) derart ausgebildet sind, dass bei Ubersteigen eines definierten Druckniveaus am Gaseingang (11) der Dichtkolben (2) entgegen der Feder (3) in Öffnungsrichtung verstellt wird und einen Durchtrittsquerschnitt für das Gas frei gibt und bei Unterschreiten eines Druckniveaus aus dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand rückführbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass,

- die Kolbendichtfläche (21) bezüglich der Achse des Dichtkolbens (2) einen Kolbenwinkel (a) zwischen 26° bis 35°, insbesondere von 26,5° bis 28,5°, aufweist, wobei die Dichtfläche (14) des Ventilkörpers (1) bezüglich der Achse des Ventilkörpers (1) einen Ventilkörperwinkel (ß) von 27° bis 38° aufweist, insbesondere 30° bis 31°, wobei das Verhältnis des Ventilkörperwinkels (ß) zum Kolbenwinkel (a) 15/14 <= B/a = 124/108 beträgt.

2. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass,

- der Dichtkolben (2) eine der Kolbendichtfläche (21) in Achsrichtung des Dichtkolbens (2) nachgelagerte Führungsfläche (22) aufweist, an der der Dichtkolben (2) in dem Ventilkörper (1) geführt ist, und ”

- dass die Kolbendichtfläche (21) in einen im Dichtkolben (2) ausgebildeten Offnungsverstärkungsbereich (23) mündet, der zwischen der Kolbendichtfläche (21) und der Führungsfläche (22) angeordnet ist, wobei der Dichtkolben (2) im Bereich des Öffnungsverstärkungsbereichs (23) eine in Offnungsrichtung gesehen größere projizierte Fläche als die im Eingang des Strömungskanals (13) angeordnete Stirnfläche (24) des Dichtkolbens (2) aufweist.

3. Überdruckventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsverstärkungsbereich (23) in die Führungsfläche (22) übergeht, wobei im Ubergangsbereich zwischen dem OÖffnungsverstärkungsbereich (23) und der Führungsfläche (22) und/oder in der Führungsfläche (22) Durchtrittsausnehmungen (25) im Dichtkolben (2) ausgebildet sind, über die das Gas im geöffneten Zustand in einen dem Dichtkolben (2) nachgeordneten Gassammelraum (6) strömt, in den der überschüssige Druck im geöffneten Zustand des Dichtkolbens (2) strömt und über diesen dann über den Strömungskanal (13), insbesondere über die Einstellschraube (4), und den Gasausgang (12) in die Umgebung entweichen kann.

4. Überdruckventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers des Ventilkörpers (D1) im Bereich der Führungsfläche (22) des Dichtkolbens zum Durchmesser (D2) des Dichtkolbens (2) an der Führungsfläche (22) 291/290 = D1/D2s 668/645, insbesondere 291/290 <= D1/D2 = 148/145 beträgt, wobei der Durchmesser (D1) des Ventilkörpers (1) an der Führungsfläche (22) 6,52 mm <= D1 = 6,68 mm, insbesondere 6,62 mm <= D1 = 6,66 mm, beträgt.

5. Überdruckventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsausnehmungen (25) als eine Anzahl von, insbesondere vier, gleichmäßig über den Umfang des Dichtkolbens (2) verteilten, umfänglich angeordneten Abflachungen ausgebildet sind, wobei insbesondere die Durchtrittsausnehmungen (25) stufenförmig im UÜbergangsbereich zwischen OÖffnungsverstärkungsbereich (23) und der Führungsfläche (22) und in der Führungsfläche (22) ausgebildet sind.

6. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die projizierte Durchtrittsfläche (A3) des Gases an der Einstellschraube (4) 0,7*Pi mm?

7. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschraube (4) im Ventilkörper (1) im Bereich des Gasausgangs (12) angeordnet ist und diesen verschließt, wobei die Einstellschraube (4) eine Anzahl von Durchtrittöffnungen (41) aufweist, die mit dem Strömungskanal (13), insbesondere dem Gassammelraum (6) verbunden sind, und über die Druck aus dem Gassammelraum (6) in die Umgebung entweichen kann. 8. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkolben (2) aus einem Thermoplast, insbesondere PEEK oder PEKEKK, und der Ventilköper (1) aus einem Metall, insbesondere einer Aluminiumlegierung oder einer Stahllegierung, besteht. 9. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschraube (4) einen in Richtung des Dichtkolbens (2) gerichteten Anschlag-Fortsatz (8) und/oder der Dichtkolben (2) einen in Richtung der Einstellschraube (4) gerichteten Anschlag-Fortsatz (8) aufweist, wobei der Anschlag-Fortsatz (8) den maximalen Verfahrweg in Öffnungsrichtung des Dichtkolbens (2) derart begrenzt, dass die Führungsfläche (22) auch bei maximaler Öffnung des Überdruckventils in Kontakt mit der der Führungsfläche (22) gegenüberliegenden Fläche des Ventilkörpers (1) ist. 10. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (3) im vorgespannten Zustand eingesetzt ist, sodass bei Erreichen der Betriebstemperatur, insbesondere der Maximalbetriebstemperatur zwischen 100 °C und 200 °C, bevorzugt zwischen von 150 °C bis 160 °C, des Uberdruckventils die optimale Vorspannung der Feder (3) vorliegt, wobei die Feder (3) insbesondere auf Betriebstemperatur vorgewärmt eingesetzt ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

8. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkolben (2) aus einem Thermoplast, insbesondere PEEK oder PEKEKK, und der Ventilköper (1) aus einem Metall, insbesondere einer Aluminiumlegierung oder einer Stahllegierung, besteht.

9. Überdruckventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschraube (4) einen in Richtung des Dichtkolbens (2) gerichteten Anschlag-Fortsatz (8) und/oder der Dichtkolben (2) einen in Richtung der Einstellschraube (4) gerichteten Anschlag-Fortsatz (8) aufweist, wobei der Anschlag-Fortsatz (8) den maximalen Verfahrweg in Öffnungsrichtung des Dichtkolbens (2) derart begrenzt, dass die Führungsfläche (22) auch bei maximaler Öffnung des Überdruckventils in Kontakt mit der der Führungsfläche (22) gegenüberliegenden Fläche des Ventilkörpers (1) ist.

10. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (3) im vorgespannten Zustand eingesetzt ist, sodass bei Erreichen der Betriebstemperatur, insbesondere der Maximalbetriebstemperatur zwischen 100 °C und 200 °C, bevorzugt zwischen von 150 °C bis 160 °C, des Uberdruckventils die optimale Vorspannung der Feder (3) vorliegt, wobei die Feder (3) insbesondere auf Betriebstemperatur vorgewärmt eingesetzt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen