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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befüllanlage für Kfz-Klimaanlagen mit einer steuerbaren CO2-Ventilanordnung.
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Steuerbare Ventilanordnungen sind im Stand der Technik bekannt, bspw. als 3/2-Wege Ventilanordnung. Üblicherweise werden in diesen Ventilanordnungen Ventile mit Schiebesitzanordnungen verwendet, die mittels geeigneter O-Ringdichtungen gegenüber der Umgebung abgedichtet sind.
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Bei Anwendungen mit einem hohen Betriebsdruck und/oder mit einem gesundheitsschädlichen Gas sind derartige Ventilanordnungen jedoch nachteilhaft, da eine dauerhafte Dichtigkeit über die Betriebsdauer nicht sicher gewährleistet ist.
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Die
DE 21 14 508 A offenbart einen Hauptzylinder einer hydraulischen. Fahrzeugbremsanlage mit zwei Kippventilen, die durch einen käfigartigen Kolben gesteuert werden. Von den beiden parallel angeordneten, gleich ausgebildeten Kippventilen ist ein erstes mit einem zu einer Hochdruckpumpe führenden Abfluss für Hydraulikflüssigkeit verbunden und das andere mit einem Zufluss von der Hochdruckpumpe. Der Kolben steht in Verbindung mit einem Kanal zum Anschluss an einen Radzylinder einer Radbremse. In einer ersten, unbetätigten Stellung der Bremse wirkt der Kolben so auf einen Schaft des zur Abflussseite hin angeordneten Kippventils, dass dieses geöffnet gehalten wird, während die Verbindung zur Hochdruckpumpe unterbrochen ist. Bei Verschiebung des Kolbens durch Pedal-Betätigung wird das zum Abfluss hin angeordnete Kippventil geschlossen und das zur Hochdruckpumpe hin angeordnete Kippventil geöffnet, so dass unter Druck stehende Flüssigkeit durch eine Ventilöffnung zur Radbremse gespeist wird.
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Die Druckschrift
US 57 88 219 A offenbart ein Ventil eines Druckluft-Werkzeugs mit einem Ventilhebel, der mit einem Ventilkopf gekoppelt ist. Eine Feder beaufschlagt den Ventilkopf in Richtung auf einen Ventilsitz. Durch Kippen des Ventilhebels kann das Ventil geöffnet werden. Am Ventilsitz kann eine Dichtung aus Teflon vorgesehen sein.
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Die Druckschrift
DE 28 21 329 C2 beschreibt eine Dichtungsanordnung für Armaturen mit einem beweglichen Absperrorgan und einer diesem zugewandten Fläche. In einer Nut ist eine Dichtung aus elastischem Material vorgesehen. Diese Dichtung kann aus Polytetrafluorethylen bestehen, oder aus einem anderen Material, das neben hoher Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit Reib- und Gleiteigenschaften besitzt, bspw. Polyoxymethylen-Homopolymerisate.
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In der
DE 39 03 045 A1 ist eine Anordnung zum Füllen einer Kälteanlage mit einem Kältemittel aus einem Vorratsbehälter und zum Absaugen des Kältemittels aus der Kälteanlage in einen Auffangbehälter beschrieben. Ein Kühlschrank ist über einen Anschlussstutzen an ein 3-Wege-Ventil angeschlossen.
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Die
DE 10 2004 055 795 A1 beschreibt eine Ventilanordnung für einen mit Kältemittel betriebenen Kreisprozess. In einem Ventilsitz mit einer Durchgangsbohrung ist ein Ventilschließglied so angeordnet, dass eine plane Schließfläche an einer Dichtfläche mediendicht anliegt. Die Ventilanordnung ist an einer Rohrleitung eingesetzt und bildet ein Rückschlagventil. Die Ventilanordnung kann in einem 3/2-Wege-Ventil zur Umschaltung einer CO
2-Klimaanlage zwischen Kühl- und Wärmepumpenbetrieb eingesetzt sein.
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Die Druckschrift
DE 2532 134 A1 beschreibt ein Kippventil mit einem Ventilsitz und eifern Ventilkörper, der durch eine Feder in Schließrichtung beaufschlagt ist und durch eine radial angreifende Kraft geöffnet werden kann. In einer Ausführung ist der Schaft auf der der Feder entgegengesetzten Seite des Ventilkörpers angeordnet. In weiteren Ausführungsformen ist die Feder auf der gleichen Seite wie der Schaft des Ventilkörpers vorgesehen.
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In der
US 70 32 881 B1 ist ein Schaltmechanismus für ein pneumatisches Werkzeug beschrieben. Ein Stopfen ist in einer Durchgangsbohrung angeordnet, wobei eine Feder den Stopfen andrückt. Ein Ventilhebel ist kippbar angeordnet, um das Ventil zu öffnen. Zur Vermeidung von Verschleiß ist eine Buchse vorgesehen.
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Ein Beispiel einer Anwendung mit hohem Betriebsdruck ist die Befüllung von neuartigen Kfz-Klimaanlagen, bei denen gasförmiges Kohlenstoffdioxid bei einem Betriebsdruck von ca. 150 Bar oder mehr eingefüllt wird. Eine Gefahr für das Bedienpersonal besteht hierbei nicht nur durch den hohen Druck an sich, sondern auch durch das Gas selbst. Bei nur geringen Leckagen besteht in geschlossenen Räumen Erstickungsgefahr.
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Es besteht daher die Aufgabe, eine Befüllanlage mit CO2-Ventilanordnung zu schaffen, die eine hohe Dichtigkeit über eine lange Lebensdauer hinweg bereitstellt.
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Die Aufgabe wird durch eine Befüllanlage mit CO2-Ventilanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
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Gemäß der Erfindung weist die CO2-Ventilanordnung der Befüllanlage mindestens ein Druckgehäuse mit einem Druckraum auf. Mindestens zwei Kippventile verbinden jeweils einen Ein-/Auslass schaltbar mit dem Druckraum.
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Des Weiteren ist ein Schaltelement zur Steuerung der Kippventile mit mindestens zwei Schaltzuständen vorgesehen. In einem ersten Schaltzustand ist der dem ersten Ventil zugeordnete Ein-/Auslass mit dem Druckraum verbunden, während der dem zweiten Ventil zugeordnete Ein-/Auslass vom Druckraum getrennt ist. In einem zweiten Schaltzustand ist der dem zweiten Ventil zugeordnete Ein-/Auslass mit dem Druckraum verbunden, während der dem ersten Ventil zugeordnete Ein-/Auslass vom Druckraum getrennt ist.
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Die Anordnung erlaubt somit eine mindestens wechselweise Verbindung der mindestens zwei Ein-/Auslässe mit dem Druckraum, was insbesondere bei der Befüllung von Kfz-Klimaanlagen vorteilhaft ist. Beispielsweise ist es somit möglich, den Druckraum über eine mit einem Ein-/Auslass verbundene Gasversorgung zu befüllen bzw. über den zweiten Ein-/Auslass kontrolliert in einen angeschlossenen zweiten Behälter zu entleeren, um bspw. verbrauchtes bzw. kontaminiertes CO2 aus der Klimaanlage zu entfernen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem „Kippventil” insbesondere ein solches Ventil verstanden, bei dem ein an einem Ventilhebel befestigter Ventilteller bei seiner Öffnungsbewegung eine aus seiner Längsachse heraus kippende Bewegung auf dem Ventilsitz ausführt. Es handelt sich somit bspw. um ein Sitzventil, bei dem ein Dichtelement, bspw. ein Ventilteller mit Ventilhebel, zum Öffnen des Ventils eine Drehbewegung um einen Auflagepunkt am Ventilsitz ausübt. Hierzu wird der Ventilhebel aus der Längsachse des Ventils, üblicherweise senkrecht zur Ebene des Ventilsitzes, ausgelenkt.
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Aufgrund des Aufbaus der erfindungsgemäßen CO2-Ventilanordnung mit entsprechenden, über ein gemeinsames Schaltelement gesteuerten Kippventilen ist ein sicheres Schalten der Vorrichtung auch bei einem sehr hohen Betriebsdruck möglich. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Ventilanordnung eine entsprechend hohe Betriebssicherheit, was beim Umgang mit gefährlichen Gasen vorteilhaft ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass insbesondere unter einer CO2-Athmospähre Kippventile aufgrund der Konstruktion über eine sehr hohe Dichtigkeit verfügen und insbesondere bei dieser Anwendung mit Kohlenstoffdioxidgas einem überraschend geringen Verschleiß unterliegen.
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Gemäß der Erfindung weist die CO2-Ventilanordnung ein Druckgehäuse mit einem Druckraum auf. Das Druckgehäuse ist hierbei mindestens derart ausgebildet, dass es den Druckraum sicher aufnimmt. Hierzu kann das Druckgehäuse aus sämtlichen geeigneten Materialien gebildet sein; insbesondere kommen metallische Werkstoffe, wie bspw. Stahl oder Aluminium-Druckguss in Betracht. Materialwahl, Formgebung sowie Wandungsstärke sollten jedoch bevorzugt entsprechend des jeweiligen Betriebsdrucks der Anwendung angepasst sein.
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Das Druckgehäuse ist bevorzugt einteilig ausgebildet, um die Anzahl der benötigten Dichtungen gering zu halten. Grundsätzlich kann das Druckgehäuse jedoch auch mehrteilig ausgebildet sein, bspw. um eine leichte Wartung der erfindungsgemäßen Anordnung zu ermöglichen.
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Der Druckraum ist mindestens mit den erwähnten zwei Ein-/Auslässen jeweils über ein Kippventil schaltbar verbindbar. Die Ein-/Auslässe können vorliegend bspw. als Schlauchanschluss zur trennbaren Verbindung entsprechender Behältnisse oder bspw. einer Gasversorgung ausgelegt sein. Insbesondere können die Ein-/Auslässe mit Schraubverbindungen, Bajonettverbindungen oder Steckverbindungen ausgebildet sein. Naturgemäß können die Ein-/Auslässe auch untrennbar mit geeigneten Leitungen oder Behältnissen oder aber auch im einfachsten Falle mit der Umgebung, bspw. als Belüftungsauslass, ausgebildet sein.
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Neben den zwei Ein-/Auslässen können naturgemäß weitere Anschlüsse am Druckraum vorgesehen sein. Gegebenenfalls können diese weiteren Anschlüsse ebenfalls über Kippventile oder anderweitige Ventilelemente mit dem Druckraum schaltbar verbindbar sein. Der Druckraum kann bspw. über eine entsprechende Leitung mit einer Kfz-Klimaanlage verbunden sein. Alternativ kann der Druckraum als integraler Teil einer Kfz-Klimaanlage ausgebildet sein. Der Druckraum sollte bevorzugt derart ausgestaltet sein, dass mindestens im Betrieb eine ausreichende Abdichtung gegenüber der Umgebung gegeben ist.
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Zur Steuerung der mindestens zwei Kippventile und somit zum Umschalten zwischen den mindestens zwei Schaltzuständen ist das Schaltelement vorgesehen. Das Schaltelement kann naturgemäß weitere Schaltzustände aufweisen, insbesondere um ggf. weitere Ventile zu betätigen.
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Das Schaltelement kann hierzu aus sämtlichen geeigneten Materialien gebildet sein und sollte bevorzugt entsprechend des Betriebsdrucks der jeweiligen Anwendung ausgelegt sein. Insbesondere bevorzugt besteht das Schaltelement aus einem metallischen Werkstoff, wie bspw. Stahl oder Aluminium. Das Schaltelement kann mehrteilig ausgebildet sein, wobei es jedoch bevorzugt ist, dass das Schaltelement einteilig ist.
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Zur Betätigung des Schaltelements kann ein geeigneter Antrieb vorgesehen sein. Bspw. kann ein entsprechender Antrieb einen mechanischen, elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Motor umfassen. Alternativ dazu kann auch ein Betätigungselement zum manuellen Antrieb vorgesehen sein, bspw. ein Hebel oder Drehknopf, je nach Anwendung.
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Die CO2-Ventilanordnung kann naturgemäß weitere Komponenten aufweisen, wie bspw. weitere Ventilelemente, Anschlüsse, Halterungen, Antriebe oder dergleichen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Schaltelement einen Steuerkolben auf, der mindestens teilweise im Druckgehäuse angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt eine günstige Anordnung zum Betätigen der mindestens zwei Kippventile. Des Weiteren ist durch die Anordnung des Steuerkolbens mindestens teilweise im Druckgehäuse eine äußerst kompakte Bauform der CO2-Ventilanordnung gegeben.
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Insbesondere im Falle einer manuellen Betätigung kann sich der Steuerkolben naturgemäß auch durch das Druckgehäuse hindurch nach außen erstrecken, um insbesondere eine einfache Betätigung von außen zu ermöglichen. In diesem Falle sollte jedoch bevorzugt eine entsprechende Abdichtung vorgesehen werden, damit im Betrieb ein im Druckraum vorhandenes Gas nicht unkontrolliert austritt. Zur Abdichtung kommen sämtliche geeignete Dichtelemente in Betracht, wobei bevorzugt Gleit- oder Ringdichtungen eingesetzt sind.
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Zweckmäßig ist der Steuerkolben mindestens teilweise im Druckraum angeordnet, wodurch der Aufbau des Druckgehäuses weiter vereinfacht ist. Bevorzugt ist der Steuerkolben axial, somit entlang seiner Längsachse bewegbar, um von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu gelangen. Diese Ausbildung erlaubt einen recht kurzen Schaltweg, was insbesondere bei einer manuellen Betätigung, bspw. mittels eines Drehknopfes vorteilhaft ist.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die mindestens zwei Kippventile jeweils mindestens einen Ventilhebel auf. Hiermit ist eine einfache Betätigung des jeweiligen Ventils möglich.
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Insbesondere bevorzugt sind die Ventilhebel im Druckraum angeordnet. Die Anordnung der Ventilhebel im Druckraum erlaubt eine sehr kompakte Bauform. Des Weiteren sind somit sämtliche unmittelbar zur Betätigung der Ventile vorgesehenen Bauteile in vorteilhafter Weise im Inneren der Ventilanordnung angeordnet. Eine Verschmutzung dieser Bauteile und eine dadurch bedingte Fehlfunktion kann hierdurch vorteilhaft vermieden werden.
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Der Steuerkolben weist bevorzugt mindestens zwei Mitnehmerelemente zur Aufnahme der Ventilhebel auf. Die Ausbildung des Steuerkolbens mit Mitnehmerelementen erlaubt ein äußerst sicheres Schalten der Kippventile bei weiter vereinfachtem Aufbau der Ventilanordnung. Die Mitnehmerelemente sind hierbei derart angeordnet, um die mindestens zwei Kippventile gemäß des ersten und des zweiten Schaltzustands zu schalten.
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Die Mitnehmerelemente können sämtliche gestaltete Formgebungen aufweisen, wie beispielsweise entsprechende haken- oder ösenförmige Ansatzelemente des Steuerkolbens. Die Mitnehmerelemente können separat oder integral mit dem Steuerkolben ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Mitnehmerelemente jedoch als Aussparungen im Steuerkolben gebildet.
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Bevorzugt weisen die Kippventile jeweils mindestens einen Ventilsitz auf. Insbesondere bevorzugt weist der Ventilsitz eine Öffnung auf, welche die Ventilöffnung bildet. Bei einer derartigen Anordnung kann ein Ventilteller bspw. federbelastet gegen den Ventilsitz gedrückt werden, so dass in der Ruhelage die Ventilöffnung – und somit das Ventil – sicher geschlossen ist.
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Im Sinne einer weiter verbesserten Lebensdauer der Erfindung ist es bevorzugt, dass die mindestens zwei Kippventile eine auf dem Ventilsitz angeordnete Dichtauflage aus einem Material mit geringem Reibwert aufweisen.
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Die Dichtauflage kann hierbei aus sämtlichen geeigneten Material gebildet sein, insbesondere sind PTFE, PU, PUR oder PT bevorzugt. Insbesondere bevorzugt besteht die Dichtauflage aus Polyoxymethylen, welches eine hervorragende Steifigkeit und einen äußerst geringen Reibwert aufweist, wodurch somit die Lebensdauer der CO2-Ventilanordnung weiter vorteilhaft erhöht ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die mindestens zwei Ventile parallel zueinander angeordnet und der Steuerkolben erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu den mindestens zwei Ventilen. Die Anordnung der Ventile parallel zueinander vereinfacht den Aufbau der CO2-Ventilanordnung weiter, insbesondere wenn der Steuerkolben zum Schalten axial bewegbar ist.
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Bevorzugt ist mindestens ein Kippventil derart angeordnet, dass der Ventilteller auf der dem Druckraum zugewandten Seite des Ventilsitzes angeordnet ist. Hierdurch wird die Dichtigkeit der Ventilanordnung im Betrieb weiter erhöht, da ein im Druckraum vorhandener Gasdruck den Ventilteller in der Ruhelage des Ventils selbstständig gegen den Ventilsitz drückt und somit für eine hohe Abdichtung sorgt.
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Insbesondere ist es bevorzugt, dass die mindestens zwei Ventile derart gegenläufig zueinander angeordnet sind, dass in der Ruhelage des jeweiligen Ventils der Ventilteller entsprechend des im Betrieb angelegten Drucks auf den Ventilsitz gedrückt wird, wodurch eine besonders hohe Dichtigkeit gegeben ist. Eine entsprechende Anordnung wird auch als „Upstream-Prinzip” bezeichnet.
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Bspw. können die mindestens zwei Kippventile derart angeordnet sein, dass in der Ruhelage ein an dem ersten Ein-/Auslass angelegter Druck eine Kraft auf den Ventilteller und Ventilhebel in Schließrichtung des ersten Ventils ausübt, während ein entsprechender Druck im Druckraum eine Kraft auf den Ventilteller und Ventilhebel des zweiten Ventils in Schließrichtung ausübt.
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Zweckmäßig ist hierzu der Ventilteller des ersten Ventils auf der dem Druckraum abgewandten Seite des Ventilsitzes angeordnet, während der Ventilteller des zweiten Ventils auf der dem Druckraum zugewandten Seite des Ventilsitzes angeordnet ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Druckraum mit einem Ventilanschluss zur Verbindung mit einem Anschlusselement verbunden. Die Verbindung des Ventilanschlusses mit dem Anschlusselement kann hierbei trennbar erfolgen, bspw. um eine mit einem Anschlusselement verbundene Klimaanlage mit der CO2-Ventilanordnung trennbar verbinden zu können.
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Der Ventilanschluss sollte hierbei auf das jeweilige Anschlusselement angepasst sein, beispielsweise kann der Ventilanschluss mit einer Schraubverbindung, einer Bajonettverbindung oder einer Steckverbindung, wie bspw. einer Schnellkupplung ausgebildet sein.
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Insbesondere bei der Verbindung mit einer Kfz-Klimaanlage kann das Anschlusselement einen Ventilkörper aufweisen, der das Anschlusselement, und somit bspw. auch die damit verbundene Klimaanlage, im nichtverbundenen Zustand abdichtet.
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Um eine effiziente Befüllung einer Klimaanlage zu erreichen ist es daher bevorzugt, dass der Steuerkolben derart ausgebildet ist, um in mindestens einem Schaltzustand den Ventilkörper eines am Ventilanschluss angeordneten Anschlusselements zu betätigen. Durch die somit automatische Betätigung des Ventilkörpers nach Verbindung des Anschlusselementes mit dem Ventilanschluss kann ein unbeabsichtigtes Entweichen von CO2, bspw. aus einer mit dem Anschlusselement verbundenen Klimaanlage vorteilhaft vermieden werden.
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Zur Vermeidung einer Fehlbedienung, insbesondere bei nicht angeschlossenen Anschlusselement ist es ferner bevorzugt, dass die CO2-Ventilanordnung ein an dem Ventilanschluss angeordnetes Sitzventil aufweist, welches in der Ruhelage den Druckraum gegenüber der Umgebung abdichtet und von einem am Ventilanschluss im Betrieb angeordneten Anschlusselement betätigbar ist.
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Hierdurch kann vermieden werden, dass ein evtl. in dem Druckraum vorhandenes Gas unkontrolliert durch den Ventilanschluss in die Umgebung entweicht. Insbesondere für den Fall, dass der Druckraum mit einer CO2-Versorgung verbunden ist, kann eine derartige Anordnung Fehlbedienungen vermeiden.
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Insbesondere ist bevorzugt, wenn das Sitzventil koaxial zum Steuerkolben angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt eine sehr kompakte Bauform der CO2-Ventilanordnung. Naturgemäß ist es nicht erforderlich, dass das Sitzventil auf der gesamten Länge des Steuerkolbens mit diesem koaxial ist.
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Das Sitzventil kann beispielsweise als Kugel- oder Tellersitzventil ausgebildet sein. Insbesondere bevorzugt ist das Sitzventil als Kegelsitzventil ausgebildet. Der Ventilkegel des Kegelsitzventils kann zweckmäßig integral mit dem Steuerkolben ausgebildet sein, wodurch der Aufbau der CO2-Ventilanordnung weiter deutlich vereinfacht ist. Um die Funktionalität weiter zu verbessern, kann weiter bevorzugt der Ventilsitz mit dem Steuerkolben axial bewegbar ausgebildet sein, um in sämtlichen Schaltzuständen der CO2-Ventilanordnung eine sichere Abdichtung des Druckraums zu gewährleisten.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Schaltelement mit einer positiven Schaltüberdeckung ausgebildet. Unter einer positiven Schaltüberdeckung wird im Rahmen dieser Erfindung verstanden, dass beim Umschalten zwischen den mindestens zwei Schaltzuständen mindestens temporär beide Ventile in einem weiteren Schaltzustand geschlossen sind. Es kann somit nicht zu einer versehentlichen Verbindung der beiden mit den jeweiligen Ventilen verbundenen Ein-/Auslässe kommen.
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Eine entsprechend der Erfindung ausgebildete CO2-Befüllanlage weist mindestens eine CO2-Ventilanordnung auf, wie vorstehend erläutert. Bevorzugt umfasst die CO2-Befüllanlage eine CO2-Gasversorgung, welche mit einem der Ein-/Auslässe verbunden ist.
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Alternativ hierzu kann auch eine Klimaanlage, insbesondere für Kfz, eine CO2-Ventilanordnung gemäß der Erfindung aufweisen. Hierbei kann zweckmäßig der Druckraum mit der Klimaanlage verbunden oder integral mit dieser ausgebildet sein. Die Ein-/Auslässe sind hierbei bevorzugt als Schlauchanschlüsse ausgelegt, um mit einer entsprechenden CO2-Gasversordung bzw. mit einer Entleerungsleitung trennbar verbunden zu werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:
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1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen CO2-Ventilanordnung,
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2 eine Schnittansicht eines beispielhaften Ventiladapters zum Einsatz an der Ventilanordnung gemäß 1,
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3 eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels von 1 in einer ersten Schaltstellung zusammen mit dem beispielhaften Ventiladapter gemäß 2,
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4 eine Schnittansicht des Ausführungsbeispiels von 1 in einer zweiten Schaltstellung zusammen mit dem beispielhaften Ventiladapter gemäß 2,
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5a–5b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kippventils,
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6a–6e weitere perspektivische Ansichten des Ausführungsbeispiels von 1 und
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7 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ventilanordnung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen CO2-Ventilanordnung 1 in einer Schnittansicht. Die Ventilanordnung 1 weist ein Gehäuse 12 mit einem Druckgehäuse 9 auf. Das Druckgehäuse 9 besteht aus Aluminium-Druckguss und bildet im Inneren einen Druckraum 4, der im Betrieb gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Die Ventilanordnung 1 ist als 2/3-Wegeventil ausgeführt und weist somit zwei Anschlüsse 5 und 6 auf, die mit dem Druckraum 4 schaltbar verbindbar sind.
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Anschluss 5 ist als Schlauchanschluss 7 zur Verbindung mit einer Schlauchleitung ausgebildet. Hiermit kann der Anschluss 5 mit einer Druckquelle, wie bspw. einer Gasversorgung oder Gasflasche verbunden werden. Anschluss 6 ist vorliegend als Belüftungsauslass 10 ausgeführt. Naturgemäß ist es allerdings ohne weiteres denkbar, die vorliegende Anordnung anderweitig, bspw. mit mehreren Anschlusselementen für entsprechende Schlauchleitungen oder anderen bekannten Verbindungselementen des Standes der Technik auszubilden.
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Der Druckraum 4 ist des Weiteren mit einem Ventilanschluss 2 verbunden. Der Ventilanschluss 2 ist als Schnellkupplung ausgeführt und dient zur trennbaren Verbindung mit einem Anschlusselement 41, das in einer Schnittdarstellung in 2 gezeigt ist. Das Anschlusselement 41 verbindet den Ventilanschluss 2 mit einem Drucksystem (nicht gezeigt), wie bspw. einer Kfz-Klimaanlage, und ist als Ventil ausgeführt. Ein in dem Anschlusselement 41 angeordneter Ventilkörper 42 ist derart ausgebildet, dass dieser in der Ruhelage das an das Anschlusselement 41 angeschlossene Drucksystem gegenüber der Umgebung abdichtet. Der Ventilkörper 42 ist hierzu entlang der Längsachse des Anschlusselementes 41 bewegbar ausgeführt und weist ein entsprechend umlaufendes Dichtelement 43 auf, welches mittels einer Feder 45 gegen eine entsprechende ringförmige Aussparung im Anschlusselement 41 gedrückt wird und so für eine Abdichtung sorgt. Durch Betätigung des Ventilkörpers 42, bspw. am Betätigungsfortsatz 44 kann der Ventilkörper 42 axial verschoben und so das Ventil geöffnet werden.
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Um eine trennbare Verbindung zu bilden, weist der Ventilanschluss 2 mehrere Rastelemente in Kugelform auf (nicht gezeigt), die in entsprechenden Vertiefungen 11 im Ventilanschluss 2 angeordnet sind. Gegenüber dem Gehäuse 12 ist der Ventilanschluss 2 relativ bewegbar, um die Rastelemente zu betätigen und so das Anschlusselement 41 am Ventilanschluss 2 zu fixieren bzw. freizugeben. Eine Feder 8 sorgt dafür, dass der Ventilanschluss 2 ohne Betätigung in seiner Rastierungsposition verbleibt und so ein darin aufgenommenes Anschlusselement 41 sicher mit der Ventilanordnung 1 verbindet. Um bei Verbindung des Ventilanschlusses 2 in der Betriebslage mit einem darin aufgenommenen Anschlusselement 41 eine ausreichende Dichtigkeit gegenüber der Umgebung sicherzustellen, ist eine Ringdichtung 15, bspw. ein O-Ring aus Kunststoff oder NBR-Werkstoff vorgesehen (vgl. auch 3).
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Zur wahlweisen Verbindung der Anschlüsse 5 und 6 mit dem Druckraum 4 und über ein am Ventilanschluss 2 angeschlossenes Anschlusselement 41 – somit in Betriebslage – mit einem Drucksystem (nicht gezeigt), ist eine Anordnung aus zwei Ventilen 21 und 22 und einem bewegbaren Steuerkolben 23 vorgesehen.
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Der Steuerkolben 23 ist entlang seiner Längsachse im Druckgehäuse 9 bewegbar angeordnet und kann über einen Drehknopf 28 axial verschoben werden, wobei der Drehknopf 28 über ein Gewinde (nicht gezeigt) mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. Der Steuerkolben 23 verfügt über eine Verdrehsicherung 30, die sicherstellt, dass der Steuerkolben 23 zwar durch den Drehknopf 28 mitgenommen werden kann und so axial bewegbar ist, seine radiale Position jedoch beibehält. Gleichzeitig dichtet der Steuerkolben 23 zusammen mit einer Ringdichtung 24, wie bspw. einem O-Ring, den Druckraum 4 gegenüber der Umgebung auf der dem Ventilanschlusselement 2 gegenüberliegenden Seite ab. Zur Betätigung des Ventilkörpers 42 eines am Ventilanschluss 2 angeschlossenen Anschlusselements 41 weist der Steuerkolben 23 des Weiteren einen Betätigungsabschnitt 29 auf.
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Der Steuerkolben 23 weist ferner entlang seiner Längsachse zwei Mitnehmerelemente, nämlich Aussparungen 25 auf, in die entsprechende Ventilhebel 26 und 27 der Ventile 21 und 22 eingreifen und die mit einer entsprechenden Schaltüberdeckung angeordnet sind, um die Ventile 21 und 22 wechselseitig zu öffnen, bzw. zu schließen. 1 zeigt einen ersten Schaltzustand, bei dem Ventil 21 durch Verkippen des Ventilhebels 26 geöffnet ist, während Ventil 22 in der Ruhelage und somit geschlossen ist. Die Ventile 21 und 22 sind gegenläufig nach dem sogenannten „Upstream-Prinzip” angeordnet, d. h. die Ventile 21 und 22 öffnen gegen den angelegten Druck. Ein an den Anschluss 5 angelegter Druck übt somit eine Kraft auf den Ventilhebel 26 in Schließrichtung des Ventils 21 aus, während ein Druck im Druckraum 4 eine Kraft auf den Ventilhebel 27 des Ventils 22 in Schließrichtung ausübt.
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Die Ventile 21 und 22 sind als sogenannte Kippventile 50 ausgeführt, welche im Detail in den 5a und 5b dargestellt sind. 5a zeigt eine auseinandergezogene Ansicht eines Kippventils 50, während 5b ein Kippventil 50 in montierter Form zeigt.
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Das Kippventil besteht aus einem Ventilsitz 51 auf dem entsprechende Vorsprünge zur Aufnahme eines Dichtringes 52 und einer Dichtauflage 53 angeordnet sind. Der Dichtring 52 kann bspw. aus einem üblichen O-Ring aus einem Kunststoff, wie bspw. einem Polymerwerkstoff, gebildet werden, während die Dichtauflage 53 aus einem Kunststoff und bevorzugt aus Polyoxymethylen gebildet ist. Polyoxymethylen weist eine hervorragende Steifigkeit und einen geringen Reibwert auf, was für die vorliegende Anwendung vorteilhaft ist. Naturgemäß können auch andere Kunststoffe, wie insbesondere PTFE, PU, PUR, PT oder ähnliche Materialien, je nach dem in der Ventilanordnung 1 eingesetzten Gas verwendet werden. Die Dichtauflage 53 bildet eine Auflage für einen Ventilhebel 54, der mittels einer Schraubenfeder 55, die an einem entsprechenden Anschlag 56 befestigt ist, auf die Dichtauflage 53 gedrückt wird und so das Ventil 50 in der Ruhelage abdichtet. Wie in 5b gezeigt, kann der Ventilhebel 54 senkrecht zur Achse des Ventils 50 ausgelenkt werden, wodurch das Ventil 50 geöffnet wird. Unter einem Kippventil werden daher insbesondere solche Ventile verstanden, bei denen ein an einem Ventilhebel 54 befestigter Ventilteller bei seiner Öffnungsbewegung eine aus seiner Längsachse heraus kippende Bewegung auf dem Ventilsitz 51 ausführt.
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Die Funktionsweise der Ventilanordnung 1 wird nachfolgend Bezug nehmend auf die 3 und 4 erläutert, die die Ventilanordnung 1 in einer ersten Schaltstellung (3) und einer zweiten Schaltstellung (4) zusammen mit einem angeschlossenen Anschlusselement 41 zeigt.
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Wie in 3 dargestellt, betätigt der Steuerkolben 23 den Ventilhebel 26, wodurch das Ventil 21 geöffnet wird. Gleichzeitig betätigt der Steuerkolben 23 mit seinem Betätigungsabschnitt 29 den Ventilkörper 42 des Anschlusselementes 41. Das an das Anschlusselement 41 angeschlossene Drucksystem (nicht gezeigt) ist nun über den Druckraum 4 mit dem Schlauchanschluss 7 und somit bspw. mit einer entsprechenden Gasversorgung, wie bspw. einer CO2-Gasversorgung verbunden. In dieser Stellung ist es möglich, das Drucksystem (nicht gezeigt) über die Ventilanordnung 1 mit Gas zu befüllen, wie durch die in 3 gezeigten Pfeile angedeutet.
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Nach Beendigung des Befüllvorganges wird nun der Drehknopf 28 betätigt, wodurch der Steuerkolben 23 in die zweite Schaltstellung, die in 4 gezeigt ist, gelangt. Der Steuerkolben 23 betätigt nun den Ventilhebel 27 des Ventils 22, wogegen das Ventil 21 und der Ventilkörper 42 in einer freien Position und somit geschlossen sind. Der Druckraum 4 ist somit einerseits von der an den Schlauchanschluss 7 angeschlossenen Gasversorgung, als auch von dem an das Anschlusselement 41 angeschlossene Drucksytem (nicht gezeigt) getrennt. Ein im Druckraum 4 verbleibender Restdruck wird über das geöffnete Ventil 22 und den Belüftungsauslass 10 abgelassen (vgl. Pfeil in 4).
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Weitere perspektivische Ansichten des Ausführungsbeispiels aus 1 sind in den 6a–6e gezeigt, wobei in den 6c–6e zur besseren Übersicht des Aufbaus der Ventilanordnung 1 einzelne Elemente nicht gezeigt sind.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung der Ventilanordnung 1 erlaubt eine hohe Anzahl an Schaltzyklen bei einer hohen Dichtigkeit. Wie gezeigt, ist vorteilhaft lediglich das Dichtelement 24 einer mechanischen Gleitbewegung ausgesetzt, wodurch ein nur geringer Verschleiß auftritt und eine hohe Zuverlässigkeit gegeben ist. Die Ventilanordnung 1 ist daher insbesondere für die Befüllung von Kfz-Klimaanlagen mit CO2 geeignet, die mit einem Betriebsdruck von ca. 150 Bar oder mehr befüllt werden.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilanordnung 1' ist in einer Schnittansicht in 7 gezeigt. Die vorliegende Ventilanordnung 1' entspricht im Wesentlichen dem mit Bezug auf 1 erläuterten Ausführungsbeispiel, wobei vorliegend der Ventilanschluss 2 ein Sitzventil 70 aufweist, welches den Druckraum 4 gegenüber der Umgebung abdichtet, insbesondere wenn kein Anschlusselement 41 mit der Ventilanordnung 1' verbunden ist.
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Das Sitzventil 70 ist vorliegend als Kegelsitzventil ausgeführt, wobei der Steuerkolben 23 mit einem integralen Ventilkegel 71 ausgebildet ist. Zur Abdichtung ist ein ringförmig ausgebildeter Ventilsitz 72 vorgesehen, welcher koaxial zum Steuerkolben 23 angeordnet ist. Der Ventilsitz 72 ist gegenüber dem Steuerkolben 23 bewegbar angeordnet, um in jedem Schaltzustand des Steuerkolbens, somit unabhängig von der axialen Position des Steuerkolbens 23, eine Abdichtung sicherzustellen. Hierzu ist eine Schraubenfeder 73 vorgesehen, die den Ventilsitz 72 in jeder Position gegen den Ventilkegel 71 des Steuerkolbens 23 presst.
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In der Gebrauchslage der Ventilanordnung 1', wie bspw. in 3 gezeigt, wird der Ventilsitz 72 durch das Anschlusselement 41 entgegen der Federkraft der Feder 73 verschoben, wodurch das Sitzventil 70 geöffnet wird und eine Befüllung des mit dem Anschlusselement 41 verbundenen Drucksystems erfolgen kann.
