DE10153710A1 - Umkehrventil, für Kühl- und Klimaanlagen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein elektrisch betriebenes Umkehrventil für eine Kühl- oder Klimaanlage, das die Aufgabe hat, die Strömungsrichtung des Kältemittels zum Abtauen des Verdampfers, oder zum Aufheizen eines Raumes, zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer umzukehren.
• Die Offenlegungsschrift 25 11 370 bezieht sich auf ein druckgesteuertes Umkehrventil mit einem eine Schieberkammer aufweisenden Gehäuse und einem in der Schieberkammer angeordneten Steuerglied, das zwei am Gehäuse angeordnete Zylinder und zwei in den Zylindern angeordneten verschieden große Kolben hat, welche untereinander mit dem Steuerglied verbunden sind. Das Steuerglied ist in zwei Stellungen verschiebbar und Leitungen, die mit den Räumen an den gegenüberliegenden Seiten der Kolben strömungsverbunden sind, dienen der Druckspeisung.
• Aus der Offenlegungsschrift US-PS 29 76 701 ist ein weiteres Umkehrventil bekannt. Bei diesem haben die beiden Kolben gleichen Durchmesser und die für die Betätigung notwendigen Druckunterschiede werden dadurch erzeugt, daß das Druckmittel von der einen Seite zu anderen Seite wenigstens eines Kolben überströmen kann.
• Der Umschaltvorgang dieser Umkehrventile ist abhängig von der Druckdifferenz zwischen der Saugseite und der Druckseite des Verdichters. Die Nachteile vorstehender Ausführungen sind die relativ komplizierte Bauart für größere Leistungen, die schlagartige Umkehrung des Steuergliedes und die Abhängigkeit der Umkehrung des Steuerkolbens von der Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite des Verdichters und die mögliche Bildung einer Dampfwolke und von Tröpfchen.
• In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt.
• Ein die Drehzahl und, oder die Drehrichtung veränderlicher Elektromotor bewegt über ein Ritzel an der Motorachse ein Zahnsegment am Kragen des Steuerkolbens zwischen zwei Endstellungen.
• Diese Ausführung eines Umkehrventils erlaubt eine kompakte Ausführung eine relativ weiche Drehbewegung des Steuerkolbens und ist besonders für Anlagen mittlerer und größerer Leistung geeignet.
• Fig. 1-6 zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Schnittzeichnung und den Antrieb des Steuerkolbens.
• Fig. 2 eine waagerechte Schnittansicht zur Darstellung des Motorantriebs in der Ebene der Motorachse, das Zahnsegment und die Anordnung der Anschläge.
• Fig. 3 eine schematische Schnittzeichnung mit dem Antrieb des Steuerkolbens über ein Zahnrad als Zwischenglied.
• Fig. 4 einen Querschnitt in der Ebene wie Fig. 2, jedoch mit dem Antrieb des Steuerkolbens über ein Zahnrad.
• Fig. 5 einen Schnitt durch den Steuerkolben, die Anordnung des Kragens und der Rippen.
• Fig. 6 einen Querschnitt des Steuerkolbens im Zylinder, die vier um 90° versetzten Rohranschlüsse, die Steuerschächte und in der Darstellung den Kältemittelkreislauf.
• Bei einer Kühlanlage mit einem eingebauten Umkehrventil strömt im Betriebszustand "kühlen" das Kältemittel vom Kompressor (37) als Heißgas über eine Leitung zum Rohrstutzen Einlaß (12) des Umkehrventils, wird im Steuerschacht (19) umgelenkt, verläßt danach über den Rohrstutzen Auslaß (14) das Umkehrventil und wird über die Druckleitung (43) zum Kondensator (38) weitergeführt. Im Kondensator (38) wird das gasförmige Kältemittel abgekühlt, fließt flüssig weiter zum Sammler (40), wird danach im Ventil (41) entspannt und strömt weiter zum Verdampfer (39).
• Vom Verdampfer (39) strömt das Kältemittel über eine Leitung zum Rohranschluß (15) wird im Steuerschacht (18) umgelenkt, verläßt über den Rohrstutzen (13) das Umkehrventil und kehrt über die Saugleitung (42) zum Kompressor (37) zurück. Der Kreislauf ist geschlossen. In diesem Betriebszustand ist der Kondensator (38) heiß und der Verdampfer (39) kalt. Nach einer bestimmten Betriebszeit vereist der Verdampfer (39) und muß abgetaut werden. Das Umkehrventil wird aktiviert. Durch umpolen des Stromkreises für die Hilfswicklung zum Kollektor (27) wird die Drehrichtung des Elektromotors (25) umgekehrt. Der Elektromotor (25) bewegt über das Ritzel (26) das Zahnsegment (21) und damit den Steuerkolben (17) in der Gegenrichtung bis zum Anschlag (24) am Unterbrecher (34). Die Wirkungsweise des Verdampfers (39) und des Kondensators (38) ist umgekehrt. Die Anlage arbeitet als Wärmepumpe, das heißt der Verdampfer (39) wird heiß und taut ab, oder wird bei einer Klimaanlage zur Beheizung benutzt. Der Steuerkolben (17) mit den um 180° versetzten Steuerschächten (18 und 19) hat in dieser Stellung eine Drehrichtung um 90° gemacht. Der Steuerschacht (18) ist nun mit dem Rohrstutzen (12 und 15), und der Steuerschacht (19) mit dem Rohrstutzen (14 und 13) strömungsverbunden.
• Nach Ablauf des Heizbetriebs wird die Drehrichtung des Elektromotors (25) wieder umgekehrt und die Anlage arbeitet wieder wie eingangs beschrieben.
• Bei Umkehrventilen mit großer Leistung wird der Abstand zwischen dem Ritzel (26) und dem Zahnsegment (21) so groß, daß es zweckmäßig ist zur Überbrückung des Abstandes ein Zahnrad (44) vorzusehen.
• Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführung ist eine Abwandlung des vorstehend beschriebenen Aufbaues und erfordert in der Herstellung einen gering höheren Aufwand. Das Zahnrad (44) ist in der Lagerstütze (46) gelagert, die Lagerstütze (47) sieht den Einbau eines Kugellagers (45) vor.
• Für die gasdichte Trennung des Zylinderraumes gegenüber dem Gehäuseraum ist der Schleifring (35) am Kragen (20) zuständig der eine Feinabdichtung ermöglicht. Um den belastenden Druck des Schleifringes (35) gegenüber der Ringfläche am Gehäuse (11) sicherzustellen, drückt die Spiralfeder (33) mit der Kugel (32) auf den Bügel (28), der seinerseits den Elektromotor (25) und die Schleifbürstenhalterung mit dem Gehäusedeckel (31) lagemäßig sichert. Die Lagerstützen sind Bestandteil des Gehäusedeckel (31), der außerdem den Unterbrecher (34) aufnimmt.
• An den Steuerschächten (18 und 19) sind in Strömungsrichtung Rippen (36) angeordnet, um beim Umschalten des Umkehrventils sich evtl. bildende Flüssigkeitströpfchen zu zerstören.
• Die Erfindung sieht vor, Teile des Umkehrventils aus Kunststoff zu fertigen und teilweise mit Teflon zu beschichten.
• Zur besseren Übersicht über den momentanen Betriebszustand der Anlage, ist eine Kontrolllampe am Gerät anzubringen.

Claims (7)

1. Umkehrventil für eine Kühl- oder Klimaanlage zum Umkehren der Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator, bestehend aus einem Zylinder mit einem zwischen zwei Stellungen verschieblichen Steuerglied, einem in den Zylinder mündenden Einlaß, einem in den Zylinder mündenden Auslaß und zwei Rohranschlüssen, von denen einer mit dem Kondensator und einer mit dem Verdampfer strömungsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerglied ein Steuerkolben (17) verwendet wird, daß der Antrieb des Steuerkolbens (17) elektronisch erfolgt, daß der Zylinder (10) mit dem Steuerkolben (17) und das Gehäuse (11) mit dem Antrieb aus einer Einheit besteht und daß der Zylinder (10) und das Gehäuse (11) gasdicht getrennt sind.

2. Umkehrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (17) einen ringförmigen Kragen (20) hat, der für die Untersetzung der Kolbenbewegung ein Zahnsegment (21), für den Unterbrecher (34) zwei Anschläge (23 und 24) und für die gasdichte Trennung des Zylinders (10) zum Gehäuse (11) einen Schleifring (35) besitzt.

3. Umkehrventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Ritzel (26) und Zahnsegment (21) mit einem Zahnrad (44) überbrückt wird.

4. Umkehrventil nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Steuerschächten (18 und 19) Rippen (36) vorgesehen sind die mitgerissene Tröpfchen zerstören um Flüssigkeitsschläge am Kompressor (37) zu vermeiden.

5. Umkehrventil nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Teile des Umkehrventils aus kältemittelbeständigem Kunststoff gefertigt sind.

6. Umkehrventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (10) und der Steuerkolben (17) ganz oder teilweise mit Teflon beschichtet sind.

7. Umkehrventil nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß am Umkehrventil eine Kontrolllampe, grün und oder rot, vorgesehen ist, die den Betrieb der Anlage anzeigt.