DE10148960A1

DE10148960A1 - Druckbegrenzungsventil

Info

Publication number: DE10148960A1
Application number: DE10148960A
Authority: DE
Inventors: Volker Seibel
Original assignee: LuK Fahrzeug Hydraulik GmbH and Co KG
Current assignee: ixetic Bad Homburg GmbH
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2002-04-11

Abstract

Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, wie für Klimaanlagen, mit einem Ventilkörper, der durch eine in Schließrichtung des Ventils wirkende Kraft, wie Federkraft, hermetisch dichtend gegen einen Dichtsitz gedrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, wie zum Beispiel für Kälteanlagen, insbesondere Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge, mit einem Kolben/Ventilkörper, der durch eine in Schließrichtung des Ventiles wirkende Kraft, wie Federkraft, hermetisch dichtend gegen einen Dichtsitz gedrückt wird. Zur Absicherung von druckbeaufschlagten Maschinenteilen gegen unzulässig hohe Druckbelastungen werden bekanntermaßen derartige Druckbegrenzungsventile eingesetzt. Bei R134a-Kraftfahrzeug-Kälteanlagen wird die Abdichtung des Ventilsitzes innerhalb derartiger Druckbegrenzungsventile üblicherweise durch ein Elastomerbauteil sichergestellt. Andererseits sind in hydraulischen Anwendungen bei derartigen Druckbegrenzungsventilen auch vollmetallische Dichtflächen von Ventilkolben und Ventilsitz bekannt.

Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, daß zum Beispiel bei hohen Systemdrücken, wie bei CO₂-Klimaanlagen, die erforderlichen Flächenpressungen auf das Elastomerbauteil sehr hoch sind und zum Versagen des Dichtsitzes führen. Des weiteren ist bei diesen Elastomerbauteilen die Permeation des Kältemittels eine Funktion der nach "Aussen" offenen Flächen und der Permeabilität des Werkstoffes, sodass bei dickwandigen Elastomerbauteilen ein entsprechender Gasmolekül-Verluststrom entsteht.

Andererseits sind bei anderen Maschinen oder Anlagen mit hohen Drücken, insbesondere in hydraulischen Anwendungen, Druckbegrenzungsventile bekannt, die als Dichtkörper und als Dichtsitz jeweils metallische Werkstoffe benutzen. Diese Werkstoffe können jedoch bei Gasen, je nach Oberflächenbeschaffenheit, eine ungenügende Dichtwirkung aufweisen oder bei entsprechend hochwertig bearbeiteten Oberflächen sehr kostenintensive Bearbeitungen benötigen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien zu schaffen, welches diese Nachteile nicht aufweist.

Die Aufgabe wird durch ein Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien gelöst, wie für Kälteanlagen, insbesondere Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge, mit einem Ventilkörper, der durch eine in Schließrichtung des Ventiles wirkende Kraft, wie Federkraft, hermetisch dichtend gegen einen Dichtsitz gedrückt wird, wobei der Ventilkörper im wesentlichen zylindrisch ist und auf der dem Dichtsitz zugewandten Seite eine geeignete Aufnahme hat, in welche ein Einsatz mit einem Trägerelement für eine Elastomerbeschichtung angeordnet ist.

Das hat den Vorteil, daß nach dem Herstellen des Ventilkörpers der aus einem handelsüblichen, preiswerten Elastomermetallblech bestehende Einsatz in den Ventilkörper einfach eingebracht werden kann. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung des Druckbegrenzungsventil ragt der mit dem Ventilkörper und dem Trägerelement zusammenwirkende Ventilsitz kragenförmig aus dem Ventilgehäuse hervor und ist beispielsweise mit einer im Umfang geschlossenen Fläche gegen den Ventilkörper wirksam, welche die dichtende Oberfläche gegen die Elastomerschicht des Einsatzes darstellt. Vorzugsweise ist die Ringfläche so dimensioniert, daß einerseits die erforderliche Flächenpressung für die Dichtwirkung, wie bei hohen Drücken beim Einsatz von CO₂ erforderlich, erreicht wird und andererseits die zulässige Flächenpressung für die Elastomerbeschichtung nicht überschritten wird.

Bevorzugt wird weiterhin ein Druckbegrenzungsventil, bei welchem das Trägerelement eine elastomerbeschichtete Metallplatte, ist. Erfindungsgemäß wird die Elastomer- oder Gummischicht mit dem Trägermetall fest verbunden, wie zum Beispiel aufvulkanisiert. Das erlaubt eine kostengünstige Verwendung von im Handel befindlichen elastomerbeschichteten Metallplatten. Bei einem erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil ist die Elastomer- oder Gummischicht sehr darin, vorzugsweise 0,2 mm oder dünner.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Druckbegrenzungsventil für gasförmige Me dien, wie für Klimaanlagen, mit einem Ventilkörper, der durch eine in Schließ richtung des Ventiles wirkende Kraft, wie Federkraft, hermetisch dichtend gegen einen Dichtsitz gedrückt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß der Ventilkörper im wesentlichen zylindrisch ist und daß mindestens eine der beiden für die Abdich tung des Ventilsitzes in Wirkverbindung stehenden Flächen mit einem elasto merbeschichteten Trägerelement versehen ist, während die andere Fläche aus Metall ist.

Bevorzugt wird ein Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, bei dem der mit dem Ventilkörper und dem Trägerelement zusammenwirkende Ventilsitz kragenförmig aus dem Ventilgehäuse vorragt und die dichtende Oberfläche des Ventilsitzes durch eine im Umfang geschlossenen Fläche eines elastomerbe schichteten Trägerelements gebildet wird.

Weiterhin wird ein Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien bevorzugt, bei dem das Trägerelement eine elastomerbeschichtete Metallplatte ist, wobei die Elastomerschicht mit dem Metall fest verbunden, wie aufvulkanisiert ist und wobei die Elastomerschicht sehr dünn, vorzugsweise 0,2 mm oder dünner ist.

Die Erfindung wird nun anhand einiger bevorzugter Beispiele mittels der Fig. 1 bis 6 beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen teilweisen Schnitt und eine teilweise Außenansicht eines erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils.

Fig. 2 zeigt derartige Ansichten eines weiteren Ventils.

Fig. 3 zeigt derartige Ansichten eines dritten Ventils.

Fig. 4 zeigt derartige Ansichten eines vierten Ventils.

Fig. 5 zeigt derartige Ansichten eines fünften Ventils.

Fig. 6 zeigt derartige Ansichten eines sechsten Ventils.

Das erfindungsgemäße Ventil in Fig. 1 besitzt ein Ventilgehäuse 1, das teilweise mit einer zum Eindrehen in ein Gewinde geeigneten Kontur, z. B. einem Außensechskant 2 und einem Außengewinde 3 versehen ist. Dadurch kann das Ventil in ein entsprechendes Bauteil eines hier nicht dargestellten Klimakompressors als Druckbegrenzungsventil zur Absicherung eingeschraubt werden. Andere Lösungen zur Befestigung im abzusichernden Bauteil, wie z. B. Sicherungsringe, verbördeln etc., sind ebenso denkbar. Das Ventilgehäuse 1 besitzt ferner einen Innenraum 4, in dem ein Ventilkolben 5 mittels einer Feder 6 gegen einen im Ventilgehäuse befindlichen kragenförmigen Dichtsitz 7 gepreßt wird. Die Feder 6 stützt sich auf der anderen Seite gegen einen Gegenhalter, beispielsweise einen Gewindering 8 ab, der einen Durchflusskanal 9 zum freien Durchfluss des das Druckbegrenzungsventil durchströmenden Mediums besitzt. Der Ventilkörper 5, der im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, kann an seiner dem Ventilsitz zugewandten Seite eine zylindrische Ausnehmung 10 besitzen, in welcher ein Einsatz 11 mit einer Elastomerbeschichtung 12 eingebracht ist. Es ist ebenso möglich, den Einsatz direkt (z. B. kleben, schweißen) mit dem Ventilkörper 5 zu verbinden. Auf der der Feder zugewandten Seite besitzt der Ventilkörper 5 einen durchmesserreduzierten Bund 13, über den die Feder 6 mit ihrem Innendurchmesser am Ventilkörper geführt wird, so daß sie sich gegen dem größeren Durchmesser des Ventilkörpers 5 abstützt. Auf der dem Hochdruckbereich des Kältemittels zugewandten Seite besitzt der Ventilkörper 1 eine Öffnung 14, durch die das unter Hochdruck stehende Medium auf die Elastomerdichtfläche 10 des Ventilkörpers wirksam wird.

Die Funktion des Druckbegrenzungsventils stellt sich wie folgt dar:
Wenn der im Kanal 14 wirksame Druck des Kältemittels die durch die Federkraft vorgegebene Öffnungskraft des Druckbegrenzungsventils überschreitet, wird der Ventilkörper 5 mit seinem Einsatz 11 und der Elastomerbeschichtung 12 nach rechts gegen die Federkraft von seinem Sitz 7 weggedrückt. Dadurch kann das Kältemittel durch den Kanal 14 an der Elastomerfläche 12 entlang in den Außenbereich 15 um den kragenförmigen Dichtsitz 7 strömen und weiter entlang des hohlzylindrischen Kanals 16 um den Ventilkörper 5 in den Federraum und durch den Kanal 9 in einen druckentlasteten Bereich. Somit wird der im Bereich des Kanals 14 wirksame Druck begrenzt und kann nicht weiter ansteigen.

Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des Druckbegrenzungsventils, nur ist hier ein ringförmiger Gummi-Metall-Dichtkörper 17 am kragenförmigen Dichtsitz 7 angebracht, während der Ventilkörper 5 vollmetallisch ausgebildet ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Ventils, ähnlich dem Ventil in Fig. 1, nur ist hier der elastomerbeschichtete Einsatz 11 nicht in eine zylindrische Vertiefung eingesetzt, sondern flach auf dem Ventilkolben 5 befestigt. Das kann z. B. durch Schweißen, Löten, Kleben oder ähnliche Befestigungsmethoden erfolgen.

In Fig. 4 wird ein topfförmig gezogener Gummimetalleinsatz 11 über einen im wesentlichen zylindrischen Ventilkörper 5 gestülpt, wobei der Ventilkörper 5 deswegen im Durchmesser gegenüber den vorher gezeigten Versionen reduziert ist. Alle anderen Bauteile der Darstellung entsprechen im wesentlichen den Bauteilen aus Fig. 1, so dass sich eine Beschreibung erübrigt.

Fig. 5 zeigt ein entsprechendes Druckbegrenzungsventil, bei der die Elastomerbeschichtung 12 direkt auf den Ventilkörper 5 aufgebracht ist. Dies ist eine Variante gegenüber der Verwendung der handelsüblichen elastomerbeschichteten Bleche als Dichtkörper, hat aber ebenso die Vorteile, daß eine ausgesprochen dünne Elastomerschicht eine verbesserte Abdichtung hinsichtlich der Leckage der Gasmoleküle durch entsprechende Schichtdicken aufweist. Die Elastomerbeschichtung kann in einfacher Weise auf den entsprechenden Ventilkörper aufgebracht werden.

Fig. 6 zeigt weiterhin eine entsprechende Ventileinrichtung, bei der die Elastomerbeschichtung auf dem Gehäuseteil mit dem Dichtsitz aufgebracht ist. Auch hier gelten hinsichtlich der Abdichtung und der einfachen Herstellung alle Vorteile der vorher beschriebenen Ventilvarianten.

Im Stand der Technik werden bisher dickwandigere Elastomerkörper als Einsatz oder Ventilkörper als Vollelastomerkörper ausgeführt. Hier hat sich gezeigt, daß durch die entsprechend große Wandstärke des Elastomerkörpers Gas durchdiffundiert und somit eine wünschenswerte Dichtheit nicht garantiert ist. Weiterhin hat sich als nachteilig herausgestellt, daß bei den bei CO₂- Klimaanlagen wirksamen Drücken dieser Elastomerkörper mit der Zeit verschleißt und zerstört wird, da wegen der bei CO₂-Klimaanlagen auftretenden Kräfte durch die hohen Drücke diese dem Stand der Technik bisher entnommene Dichtung diesem Einsatzfall nicht standhalten kann. Versuche haben bewiesen, daß die in den Figuren dargestellte Dichtungsanordnung mittels eines elastomerbeschichteten Einsatzes 11 oder 17 den den CO₂- Anwendungen entsprechenden Anforderungen standhält. Somit besitzen die erfindungsgemäßen Ventile die Vorteile der einfachen Konstruktion, der Verwendung preiswerter Bauteile durch das Benutzen handelsüblicher elastomerbeschichteter Metallbleche zur Herstellung des Einsatzes 11 oder 17, eine gute Haltbarkeit für die speziellen Anforderungen in CO₂-Klimaanlagen und eine verringerte Permeation, das heißt eine verringerte Gasdurchdringung gegenüber den bisher verwendeten dickeren Elastomerkörpern.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen offenbarte Merkmalskombinationen zu beanspru chen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Aus bildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des je weiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Tei lungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindun gen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteran sprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verste hen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Ab änderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Ele mente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kom bination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemei nen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebe nen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Ver fahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegens tand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

1. Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, wie für Klimaanlagen, mit einem Ventilkörper, der durch eine in Schließrichtung des Ventils wirkende Kraft, wie Federkraft, hermetisch dichtend gegen einen Dichtsitz gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper im wesentlichen zylind risch ist und auf der dem Dichtsitz zugewandten Seite eine geeignete Auf nahme hat, mittels welcher ein Einsatz mit einem Trägerelement für eine E lastomerbeschichtung angeordnet ist.

2. Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, wie für Klimaanlagen, mit einem Ventilkörper, der durch eine in Schließrichtung des Ventiles wirkende Kraft, wie Federkraft, hermetisch dichtend gegen einen Dichtsitz gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper im wesentlichen zylind risch ist und daß mindestens eine der beiden für die Abdichtung des Ventil sitzes in Wirkverbindung stehenden Flächen mit einem elastomerbeschich teten Trägerelement versehen ist, während die andere Fläche aus Metall ist.

3. Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Ventilkörper und dem Trägerelement zusammenwirkende Ventilsitz kragen förmig aus dem Ventilgehäuse vorragt und die dichtende Oberfläche mit ei ner Kreisringfläche gegen das Elastomer wirksam ist.

4. Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringflä che so dimensioniert ist, daß die erforderliche Flächenpressung für die Dichtwirkung erreicht wird und die zulässige Flächenpressung für die Elasto merbeschichtung nicht überschritten wird.

5. Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Träger element eine Metallplatte ist, welche elastomerbeschichtet ist.

6. Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elasto merschicht mit dem Metall fest verbunden, wie aufvulkanisiert, ist.

7. Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elasto merschicht sehr dünn, vorzugsweise 0,2 mm oder dünner ist.

8. Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, wie für Klimaanlagen, mit einem Ventilkörper, der durch eine in Schließrichtung des Ventils wirkende Kraft, wie Federkraft, hermetisch dichtend gegen einen Dichtsitz gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper auf der dem Dichtsitz zugewandten Seite mit einer geeigneten Beschichtung, wie eine Elastomer beschichtung, versehen ist.

9. Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, wie für Klimaanlagen, mit einem Ventilkörper, der durch eine in Schließrichtung des Ventils wirkende Kraft, wie Federkraft, hermetisch dichtend gegen einen Dichtsitz gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das den Dichtsitz bildende Gehäuseteil mit einer geeigneten Beschichtung, wie einer Elastomerbeschichtung verse hen ist.

10. Druckbegrenzungsventil, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die dem Dichtsitz zugewandte Seite des Ventilkörpers eine zy lindrische Vertiefung hat, in welcher der Einsatz angeordnet ist.

11. Druckbegrenzungsventil, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Einsatz topfförmig über den Kolben/Ventilkörper angeord net ist.

12. Druckbegrenzungsventil, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Einsatz als zylindrischer Teil auf dem Kolben/Ventilkörper angeordnet ist.

13. Druckbegrenzungsventil für gasförmige Medien, wie für Klimaanlagen, mit einem Ventilkörper, der durch eine in Schließrichtung des Ventiles wirkende Kraft, wie Federkraft, hermetisch dichtend gegen einen Dichtsitz gedrückt wird, gekennzeichnet durch mindestens ein in den Anmeldeunterlagen offen bartes erfinderisches Merkmal.