DE10058516A1 - Mehrwegeventil - Google Patents

Abstract

Das Mehrwegeventil (1) ist für ein Überdrucksystem, insbesondere zur Umschaltung zwischen zwei Betriebsarten einer CO¶2¶-Klimaanlage vorgesehen. Der die Schließkörper (20, 21) tragende Ventilschaft (29) ist mit mindestens einem seiner Enden in einem Sackloch (28) innerhalb des Ventilgehäuses (2, 12) eingeschlossen, so dass es sich dort im Innendruckbereich des Ventilgehäuses (2) befindet und die Stellbewegung im differenzdrucklosen Bereich erfolgt. Auf diese Weise kann das Ventil besonders kompakt, temperaturbelastbar und mit geringer Wäremeträgheit ausgeführt sein. Zwei endseitig in eine Gehäusebohrung (11) eingesetzte und endseitig angeflanschte Gehäuseendteile (12, 13) begründen eine kompakte, leicht herstellbare und für hohe Drücke geeignete Ventilkonstruktion.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil für ein Über­ drucksystem, insbesondere zur Umschaltung zwischen zwei Be­ triebsarten einer CO2-Klimaanlage, mit mehreren in Ventil­ schliessrichtung in einem Ventilgehäuse hintereinander an­ geordneten Ventilkammern, in die jeweils mindestens ein An­ schlussstutzen des Ventils mündet und durch die sich ein Schliesskörper aufweisender, axialverschiebbarer Ventil­ schaft erstreckt, und zwischen denen ein für den Schliess­ kontakt mit einem der Schliesskörper bestimmter Ventilsitz vorgesehen ist und mit mindestens einem, an einem Ende des Ventilschaftes angeordneten, elektromechanischen Stellan­ trieb für die Axialverschiebung des Ventilschaftes und sei­ ner Schliesskörper.

Mehrwegeventile dieser Art sind beispielsweise bekannt un­ ter der Typenbezeichnung <SV400 Series< der Firma CIRCLE SEAL CONTROLS, INC. Ihr Stellantrieb hat einen gegen die Kraft einer Feder wirkenden Elektromagneten. Für die Auf­ rechterhaltung einer von zwei Einstellpositionen des Ven­ tils muss die Magnetspule somit erregt bleiben, mit dem Nachteil, dass das Ventil bei Spannungsabfall, wie er z. B. beim Anlassen eines Fahrzeuges an der Bordspannung auf­ tritt, seine Einstellposition unkontrolliert ändert. Für eine ausreichende Stellkraft an einem Hochdruckventil hat der Stellantrieb einen grösseren Raumbedarf als das Ventil­ gehäuse sowie ein entsprechend hohes Gewicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrwegeven­ til der genannten Art zu finden, das die genannten Nachtei­ le bekannter Konstruktionen vermeidet und sich durch eine kompakte, einfache und damit kostengünstig herstellbare Bauweise auszeichnet, verbunden mit einer besonderen Eig­ nung für hohe Temperatur- und Druckbelastungen sowie mit einer geringen Wärmeträgheit, wie sie insbesondere für die Anwendung an einer Klimaanlage mit wahlweisem Wärmepumpen­ betrieb anzustreben ist.

Die Lösung der genannten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass der Ventilschaft einschliesslich zumindest eines seiner endseitigen Lager im Ventilgehäuse einge­ schlossen ist, so dass es sich dort im Innendruckbereich des Ventilgehäuses befindet. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentan­ sprüche.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Mehrwegeventil mit sei­ nem Stellantrieb in einer ersten, eine Hochdruckver­ bindung bildenden Stellposition,

Fig. 2 eine Darstellung des Ventils nach Fig. 1 in einer zweiten Stellposition,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch ein Mehrwegeventil ent­ sprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Er­ findung,

Fig. 4 eine Darstellung des Ventils entsprechend Fig. 3 in einer zweiten Stellposition und

Fig. 5 einen Axialschnitt durch ein Mehrwegeventil entspre­ chend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.

Das als Dreiwegeventil ausgeführte Ventil 1 hat ein z. B. quaderförmiges Ventilgehäuse 2 an dessen einen Aussenseite eine die Anschlussstutzen 3, 4 und 5 tragende Anschlussplat­ te 6 flanschartig befestigt ist. Die Anschlussstutzen 3 bis 5 setzen sich gleichachsig in Querbohrungen 7 bis 9 des Ventilgehäuses 2 fort. Die Gehäusekammer 10 des Ventils 1 ist durch eine zylindrische Bohrung 11 gebildet, in die beidseitig Gehäuseendteile 12 und 13 eingeschoben und über Flanschflächen 14 und 15 dichtend befestigt sind. Im Unter­ schied zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 bilden die Gehäuseendteile 12 und 13 nicht nur einen endseitigen Ver­ schluss der Gehäusekammer 10, sondern bilden jeweils einen Gehäusekammerteil 16, 17. Ausserdem haben sie an ihrer inne­ ren Stirnseite einen der Ventilsitze 18 und 19, so dass die Schliesskörper 20 und 21 des Ventils 1 zwischen diesen Ven­ tilsitzen 18 und 19 angeordnet sind. Am Umfang des in die zylindrische Bohrung 11 eingreifenden Teils der Gehäuseend­ teile 12 und 13 sind angrenzend an die Ventilsitze 18, 19 ausserdem O-Ringe 22 und 23 vorgesehen, durch die die Ven­ tilkammern 24 und 25 bzw. 25 und 26 gegeneinander abgedich­ tet sind.

Der die Schliesskörper 20 und 21 tragende Ventilschaft 29 erstreckt sich entlang der Achse der Gehäusebohrung 11 und ist in den Gehäuseendteilen 12 und 13 axial verschiebbar gelagert. An seinem einen Ende ist als Stellantrieb ein elektrisch angetriebener Stellmotor 30 mit einer selbsthem­ mend axialbeweglichen Triebspindel 31 angeordnet. Mit sei­ nem anderen Ende ist der Ventilschaft 29 in einem Sackloch 28 des Gehäuseendteiles 12 axial verschiebbar gelagert, so dass dort keine Abdichtung nach aussen erforderlich ist.

Die Schliesskörper 20 und 21 des Ventils 1 haben die Form von Ringscheiben und sind auf den Ventilschaft 29 aufge­ schoben und dort z. B. durch einen Presssitz unmittelbar und/oder einen aufgepressten Ring befestigt. Ausserdem stützen sie sich an Schultern 32, 33 des Ventilschaftes 29 ab, die durch abgestufte Schaftdurchmesser gebildet sind. Für eine gute Abdichtung in ihrer Schliessposition an den zugehörigen Ventilsitzen 18 und 19 sind die ringscheiben­ förmigen Schliesskörper 20 und 21 auf ihrer den Ventilsit­ zen 18, 19 zugekehrten Seite mit einer gummiartigen bzw. nichtmetallischen Beschichtung versehen.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 sind die An­ schlussstutzen 3 und 4 für eine Hochdruckverbindung gegen­ über einem relativ dazu niederen Druck am Anschlussstutzen 5 vorgesehen, so dass die Schliesskörper 20, 21 mit dem Druck des gegenüber dem niederen Druck abzusperrenden Medi­ ums gegen den jeweiligen Ventilsitz 18 oder 19 gedrückt werden, wie es die Darstellungen der Fig. 1 und Fig. 2 zei­ gen.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 ist demgegenüber für Hochdruck an dem Anschlussstutzen 5 und dazu relativ niedrigeren Druck an den Anschlussstutzen 3 und 4 vorgese­ hen, indem die Ventilsitze 34 und 35 im Gegensatz zu den Ventilsitzen 18, 19 des ersten Ausführungsbeispieles einan­ der abgekehrt angeordnet sind. Hierzu hat die die Gehäuse­ kammer 36 bildende innere Bohrung 37 zur Bildung von Ven­ tilsitzflächen in ihrem mittleren Längsbereich 38 im Be­ reich der Einmündung des Anschlussstutzens 4 einen kleine­ ren Durchmesser. Somit wirkt der höhere Druck entsprechend der Darstellung in Fig. 4 auf den Schliesskörper 21 und drückt diesen gegen den Ventilsitz 34.

Die bei hohem Niveau, beispielsweise zwischen 30 bar und 140 bar, liegenden Druckverhältnisse am Ventil 1 ergeben sich z. B. beim Betrieb einer Klimaanlage zwischen Kühl- und Wär­ mepumpenbetrieb, wie sie u. a. durch die DE-A-198 06 654 be­ kannt ist.

Die Umschaltung des Ventils 1 erfolgt ohne Differenzdruck in den Gehäusekammerteilen 16 und 17 bzw. 39 und 40. Dieser Rest­ druck führt bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 zu einer Kraft entsprechend der Grösse des Querschnittes des Ven­ tilschafts 29 im Bereich 41, an dem er nach aussen abgedichtet ist. Gegen diese Kraft erfolgt die Stellbewegung durch den als Schrittmotor 30 ausgeführten Stellmotor, um eine Verstellung des Ventils 1 von der Position nach Fig. 1 oder 3 in diejenige nach Fig. 2 oder 4 auszuführen. Die Verstellbewegung in Gegen­ richtung erfolgt nach Zurückfahren des selbsthemmenden Schritt­ motors 30 durch die genannte, durch den Restdruck im Ventil 1 bewirkte Kraft. Folglich kann der Schrittmotor 30 nach Ausfüh­ rung der Stellbewegung ausser Kontakt mit dem Ventilschaft 29 gefahren werden.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem die zuvor genannte Stellkraft durch Fehlen eines Differenzdruckes zwischen dem Restdruck innerhalb des Gehäusekammerteils 17 bzw. 39 und dem Stellmotor 30 nicht aufgebracht werden muss. Dies wird durch Einkapselung der Steilmechanik 42 eines elektromagnetischen Axialantriebs 43 erreicht, so dass dieser bei Ausführung der Stellbewegung unter demselben Restdruck steht. Da folglich nur geringe Stellkräfte erforderlich sind, hat der elektromagneti­ sche Stellantrieb 43 nur eine geringe Baugrösse bei entspre­ chend geringer Wärmeträgheit. Ausserdem kann die temperatur­ empfindliche Wicklung 44 ausserhalb des glockenförmig ange­ flanschten Antriebsgehäuses 45 angeordnet sein.

Der in dem zylindrischen Antriebsgehäuse 45 geführte Mag­ netkern 46 wird bei erregter Wicklung 44 entgegen der Kraft einer Schraubenfeder 47 in Richtung zu der Gehäusekammer 10 bewegt, so dass die Rückwärtsbewegung durch die Rückstell­ kraft dieser Schraubenfeder 47 ausgeführt wird. Ein bis zum Magnetkern 46 verlängerter Ventilschaft 48 führt somit die Schaltbewegungen des Ventils aus, die ebenfalls bei Druck­ ausgleich im Ventilerfolgen. Nachdem sich in dem somit ge­ schalteten Kanalnetz, z. B. der genannten Klimaanlage, der Betriebsdruck wieder aufgebaut hat, wird der betreffende Schliesskörper 20, 21 durch diesen Druck in Schliessposition gehalten, so dass während des Betriebs die elektrische Spannung an der Wicklung 44 abgeschaltet bleiben kann.

Claims (9)

1. Mehrwegeventil für ein Überdrucksystem, insbesondere zur Umschaltung zwischen zwei Betriebsarten einer CO2- Klimaanlage, mit mehreren in Ventilschliessrichtung in ei­ nem Ventilgehäuse (2) hintereinander angeordneten Ventil­ kammern (24, 25, 26), in die jeweils mindestens ein An­ schlussstutzen (3 bis 5) des Ventils (1) mündet und durch die sich ein Schliesskörper (20, 21) aufweisender, axialver­ schiebbarer, endseitig gelagerter Ventilschaft (29, 48) er­ streckt, und zwischen denen ein für den Schliesskontakt mit einem der Schliesskörper (20, 21) bestimmter Ventilsitz (18, 19; 34, 35) vorgesehen ist und mit mindestens einem, an einem Ende des Ventilschaftes (29, 48) angeordneten, elekt­ romechanischen Stellantrieb (30, 43) für die Axialverschie­ bung des Ventilschaftes (29, 48) und seiner Schliesskörper (20, 21), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (29, 48) einschliesslich zumindest eines seiner endseitigen Lager im Ventilgehäuse (2) eingeschlossen ist, so dass es sich dort im Innendruckbereich des Ventilgehäuses (2) be­ findet.

2. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass beide endseitigen Lager des Ventilschaftes (48) und der Stellantrieb (43) im Ventilgehäuse (2, 45) einge­ schlossen sind, so dass sämtliche eine Stellbewegung aus­ führenden Teile des Ventils sich im Innendruckbereich des Ventilgehäuses (2, 45) befinden.

3. Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass der Ventilschaft (29) mit seinem dem Stellantrieb (30) gegenüberliegenden endseitigen Lager in einer Sack­ lochbohrung (28) gelagert ist und der Stellantrieb ein Schrittmotor (30) mit einer selbsthemmenden, in Kontakt mit dem Ventilschaft (29) beweglichen Triebspindel (31) ist.

4. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, dass die Schliesskörper (20, 21) ring­ förmig den Ventilschaft (29) umschliessen und dieser zur Bildung von Anlageflächen (32, 33) für die Schliesskörper (20, 21) abgestufte Durchmesser aufweist.

5. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (2) einen Ge­ häuseblock mit einer zylindrischen Bohrung (11) aufweist, mit beidseitig in diese eingeschobenen und angeflanschten Gehäuseendteilen (12, 13).

6. Mehrwegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseendteile (12, 13) jeweils ein Gehäusekammer­ teil (16, 17) umschliessen und an ihrer inneren Stirnseite einen der Ventilsitze (18, 19) aufweisen, so dass die Schliesskörper (20, 21) zwischen den Ventilsitzen (18, 19) angeordnet sind.

7. Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, dass die Ventilsitze (34, 35) zwei einander abgekehrte Sitzflächen aufweisen, so dass sie zwi­ schen zwei Schliesskörpern (20, 21) angeordnet sind.

8. Mehrwegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Stellmechanik (42) des Stellantriebs (43) in einem glockenförmig angeflanschten Antriebsgehäuse (45) an­ geordnet.ist, wobei die Stellmechanik (42) einen Magnetkern (46) aufweist, der an einer Feder (47) anliegt.

9. Mehrwegeventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, dass der Stellantrieb (43) eine Magnetwicklung (44) aufweist, die ausserhalb des Antriebsgehäuses (45) angeord­ net ist.