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Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil für eine Kühlmittelleitung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
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Rückschlagventile sind an sich allgemein bekannt, auch für Kühlmittelleitungen.
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In Klimatisierungseinrichtungen bei Kraftfahrzeugen der Anmelderin wurden in der Vergangenheit Rückschlagventile verwendet, bei denen ein Ventilschwimmer (als Drossel) in ein Gehäuse integriert ist, wobei der Schwimmer in einer Sperrrichtung des Rückschlagventils im Inneren den Durchfluss sperrt. Der Schwimmer dieser bekannten Rückschlagventile dichtet über einen als Halbkugel ausgeführten Ventilkopf an einem im Gehäuse als Ventilsitz eingebrachten Radius ab. Durch diese Kombination (Halbkugel zu Radius) besteht nur eine lineare Auflage. Bei diesem bekannten Rückschlagventil sind der Ventilsitz und der Ventilkopf mit dem gleichen Kunststoff-Material (PA66-GF30) gefertigt wie die Gehäuseteile des Rückschlagventils.
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Diese Rückschlagventile weisen im Sperrbetrieb nicht unter allen Betriebsbedingungen wünschenswert niedrige Leckageraten auf.
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Aus der
DE 10 2011 120 628 A1 ist ein Rückschlagventil bekannt, aufweisend eine Ventilhülse, die einen Ventilsitz und eine Durchflussöffnung aufweist und einen in der Ventilhülse beweglichen Verschlusskörper, der eine gewölbte Dichtfläche aufweist, wobei die gewölbte Dichtfläche an einem Kopfende des Verschlusskörpers angeordnet ist und das Rückschlagventil Führungsmittel zur axialen Führung des Verschlusskörpers in der Ventilhülse aufweist, so dass die Dichtfläche stets dem Ventilsitz zugewandt ist, und ein Sperrelement über die Durchflussöffnung in die Ventilhülse eingeführt und darin befestigt ist, so dass das Sperrelement den Aktionsweg des Verschlusskörpers in der Ventilhülse begrenzt.
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Auch ein solches Rückschlagventil weist im Sperrbetrieb nicht unter allen Betriebsbedingungen wünschenswert niedrige Leckageraten auf.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Rückschlagventil zu verbessern, insbesondere hinsichtlich seiner Dichtwirkung bei einem Sperrbetrieb.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Rückschlagventil mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Rückschlagventil für eine Kühlmittelleitung offenbart.
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Das Rückschlagventil weist eine Kühlmittel-Eintrittskammer auf, an welcher ein Ventilsitz des Rückschlagventils ausbildet ist.
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Das Rückschlagventil weist ferner eine Kühlmittel-Austrittskammer auf, welche fest mit der Eintrittskammer verbunden ist, und in welcher ein, entlang einer Hauptförderachse des Rückschlagventils, insbesondere mittels der Druckverhältnisse und/oder der Flussraten eines Kühlmittelflusses im Rückschlagventil, verschieblicher Ventilschwimmer mit einem, insbesondere daran, insbesondere zu dem Ventilsitz hin, angeordneten, Ventilkopf angeordnet ist,
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Der Ventilsitz und der Ventilkopf sind, insbesondere zusammen wirkend, dazu eingerichtet, aneinander mit einem umlaufenden Flächenkontakt anzuliegen, insbesondere wenn eine Sperrbedingung des Rückschlagventil, zum Beispiel im Betrieb in einer Kühlmittelleitung, erfüllt ist. Insbesondere sind der Ventilsitz und der Ventilkopf dazu eingerichtet, bei einem Sperrbetrieb des Rückschlagventils den Flächenkontakt auszubilden.
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Dadurch kann die Dichtwirkung und/oder eine Zuverlässigkeit des Rückschlagventils verbessert werden. Indem der Linienkontakt bei den bekannten Rückschlagventilen durch einen umlaufenden Flächenkontakt ersetzt wird, verbleibt eine deutlich geringere Wahrscheinlichkeit, dass beispielsweise durch Ungenauigkeiten bei der Fertigung oder durch eine Abnutzung im Betrieb eine unerwünscht hohe Leckagerate, insbesondere in einem Sperrbetrieb des Rückschlagventils, auftritt.
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Durch den Flächenkontakt ist sichergestellt, dass ein unzureichendes Anliegen des Rentierkopfes am Ventilsitz an nur einer Umfangsstelle nicht automatisch zu einer hohen Leckagerate führt; denn bezüglich der Hauptförderachse des Rückschlagventils steht aufgrund des Flächenkontakts ein ganzer Axialbereich zur Ver-fügung, um die benötigte dicht Wirkung bereitzustellen - nicht mehr wie bei dem Linienkontakt nur eine einzige Axialposition.
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Unter einem Linienkontakt ist vorliegend insbesondere eine Berührlinie zwischen einem in Umfangsrichtung um eine Hauptförderachse verlaufenden Ventilsitz und einem daran bei einem Sperrbetrieb linienförmig anliegenden Ventilkopf zu verstehen. Die Berührlinie verläuft dementsprechend in Umfangsrichtung um die Hauptförderachse und hat - in idealer Betrachtung - keine axiale Erstreckung entlang der Hauptförderachse.
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Unter einem Flächenkontakt ist vorliegend insbesondere eine Berührfläche zwischen einem in Umfangsrichtung um eine Hauptförderachse verlaufenden Ventilsitz und einem daran bei einem Sperrbetrieb flächenförmig anliegenden Ventilkopf zu verstehen. Die Berührfläche verläuft dementsprechend in Umfangsrichtung um die Hauptförderachse und hat eine - insbesondere makroskopisch wahrnehmbare - axiale Erstreckung entlang der Hauptförderachse und oder entlang einer Radialrichtung, die senkrecht von der Hauptförderachse ausgeht.
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Die Erfindung basiert gemäß einer Ausführung unter anderem auf der Idee, auf den Ventilschwimmer einen Ventilkopf aus Weichgummi (z.B. EPDM) aufzubringen und/oder den Ventilsitz nicht mittels eines umlaufenden Radius' oder einer anderen konvexen, umlaufenden Fläche auszubilden, sondern mittels einer umlaufenden, im Querschnitt geraden Fase oder einer anderen konkaven, umlaufenden Fläche. Zusätzlich kann gemäß einer Ausführung der Freiheitsgrad des Schwimmers auf ein Minimum reduziert. Im Ergebnis führen diese Merkmale dazu, dass eine Flächenauflage zwischen Schwimmer und Gehäuse generiert wird, was zu einer effektiven Abdichtung in Sperrrichtung führt.
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Gemäß einer Ausführung weist der Flächenkontakt am Ventilsitz umlaufend eine makroskopische Breite auf, insbesondere von wenigstens 0,1mm oder 0,25mm oder 0,5mm oder 1mm. Je größer die Breite ist, desto besser ist die Dichtwirkung, insbesondere im Hin-blick auf eine niedrige Leckagerate und/oder eine Zuverlässigkeit der Dichtung im Sperrbetrieb. Eine optimale Breite ergibt sich gemäß einer Ausführung aus dem geometrischen Abmaßen des Rückschlagventils und insbesondere der Kühlmittel-leitung im Rückschlagventil.
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Unter einer Breite des Flächenkontaktes ist vorliegend insbesondere seine Erstreckung entlang einer Oberfläche des Ventilsitzes zu verstehen. Alternativ kann unter einer Breite Flächenkontakt dass auch seine Erstreckung entlang einer Hauptfördererachse des Rückschlagventils und/oder entlang einer radialen Richtung ausgehend von der Hauptvorderachse des Rückschlagventils verstanden werden, je nachdem, in welcher/n Richtung(en) sich der Ventilsitz im einzelnen Anwendungsfall erstreckt.
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Gemäß einer Ausführung ist der Ventilsitz der Kühlmittel-Eintrittskammer, insbesondere an einer Innenoberfläche der Eintrittskammer, umlaufend als eine konkave oder ebene Fase, d.h. insbesondere mit einem konkav gekrümmten oder ebenen Fasenquerschnitt, ausgebildet. Insbesondere ist der Ventilsitz mit einer konkaven Fase ausgebildet, deren Krümmung an eine Krümmung des Ventilkopfes angepasst ist. Dadurch kann ein Flächenkontakt im Sperrbetrieb erreicht werden, unabhängig davon, ob der Ventilkopf mit einem makroskopisch elastischen Material ausgebildet ist oder nicht.
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Generell gilt, je stärker der Ventilsitz gemäß einer Ausführung einer Krümmung des Ventilkopfes nachgeformt ist (d.h. je mehr sich die Krümmungen des Sperrsitzes und des Sperrkopfes gleichen), umso geringer sind die Anforderungen an eine Elastizität des Ventilkopfes, um einen ausreichend umfangreichen Flächenkontakt zu erreichen. Anders ausgedrückt: wenn sich die Krümmungen entsprechen, kommt ein Flächenkontakt auch ohne Verwendung elastischen Materials zustande; wenn sich die Krümmungen geringfügig unterscheiden, reicht ein leicht elastisches Material aus, um ein Flächenkontakt im Sperrbetrieb zu ermöglichen; je stärker sich die Krümmungen unterscheiden, desto stärker muss das verwendete Material des Ventilkopfes elastisch sein.
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Gemäß einer Ausführung weist der Ventilkopf des Ventilschwimmers ein makroskopisch elastisches Material auf. Durch die Verwendung eines makroskopisch elastischen Materials ist es ohne allzu große Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit möglich, bei einem Sperr-betrieb des Rückschlagventils einen Flächenkontakt zwischen dem Ventiltriebs und dem Ventilkopf zu erreichen.
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Zudem verbreitert sich der Flächenkontakt durch die Verwendung eines makroskopisch elastischen Materials mit einer zunehmenden Druckdifferenz zwischen der Austrittskammer und der Eintrittskammer in Sperrrichtung, sodass der Tendenz zu einer höheren Leckagerate bei größeren Druckdifferenzen entgegengewirkt wird.
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Gemäß einer Ausführung ist das makroskopisch elastische Material des Ventilkopfs ein Gummiwerkstoff, insbesondere ein Weichgummiwerkstoff wie beispielsweise EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk). (Weich-)Gummiwerkstoffe sind besonders gut geeignet, bei den Betriebsbedingungen von Kühlmittelleitungen für Kraftfahrzeuge ihre Elastizität dauerhaft beizubehalten.
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Gemäß einer Ausführung ist die Fase des Ventilsitzes mit einem Winkel von 40° bis 50° zu einer Hauptförderachse des Rückschlagventils ausgebildet. Damit kann eine optimierte Dichtwirkung (und eine Verstärkung der Dichtwirkung bei größerer Druckdifferenz in Sperrrichtung) mit einer ungehinderten Ablösung des Ventilschwimmers bei kleinen Druckunterschieden entgegen der Sperrrichtung verbunden werden.
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Gemäß einer Ausführung ist der Ventilkopf zu dem Ventilsitz hin konvex gekrümmt. Insbesondere weist der Ventilkopf zu dem Ventilsitz hin eine Oberfläche auf, die gemäß einem Kugelabschnitt gekrümmt ist, und/oder ist mit einem, insbesondere als, Hohlkugelabschnitt ausgebildet.
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Dadurch kann ein frühzeitiges Ausbilden der Sperrwirkung am Ventilsitz mit einer sukzessive vergrößerten Breite der Kontaktfläche zum Ventilsitz und der damit verbundenen, höheren Dichtwirkung verbunden werden, insbesondere wenn der Ventilkopf mit einem makroskopisch elastischen Material ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführung ist der Ventilkopf in den Ventilschwimmer eingeclipst. Das ermöglicht eine einfache und zuverlässige Montage, insbesondere wenn der Ventilkopf mit einem makroskopisch elastischen Material ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführung sind ein Außenschwimmradius des Ventilschwimmers und ein Innenschwimmradius der Austrittskammer derart aufeinander abgestimmt, dass ein makroskopisches Verkippen des Ventilschwimmers in der Austrittskammer unterbunden ist, insbesondere aber das Schwimmen entlang der Hauptförderachse möglich ist.
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Durch eine verhältnismäßig enge Passung zwischen dem Ventilschwimmer und der Innenseite der Austritts, kann eine entsprechend genaue Ausrichtung des Ventilkopfes auf die Position des Ventilsitzes unter allen Betriebsbedingungen sichergestellt werden. Wenn dann die Sperrbedingung eintritt, sprich sich die Fluss-richtung im Sperrrichtung verändert und/oder die Druckbedingungen der Sperrbedingung entsprechen, kann mit großer Zuverlässigkeit der Ventilkopf genau genug den Ventilsitz aufgesetzt werden, um eine gewünscht hohe Dichtwirkung und -Zuverlässigkeit sicherzustellen.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
- 1 zeigt ein Rückschlagventil gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer Seitenansicht und einer geschnittenen Seitenansicht.
- 2 zeigt eine Eintrittskammer des Rückschlagventils aus 1 mit dem Ventilsitz des Rückschlagventils in einer Seitenansicht und einer geschnittenen Seitenansicht.
- 3 zeigt einen Ventilschwimmer des Rückschlagventils aus 1 ohne den einclipsbaren Ventilkopf in einer Draufsicht entlang einer Hauptförderachse des Rückschlagventils, einer Seitenansicht und einer geschnittenen Detaildarstellung einer Einclipsstelle für den Ventilkopf.
- 4 zeigt einen Ventilkopf des Rückschlagventils aus 1 in einer Seitenansicht und einer geschnittenen Seitenansicht.
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1 zeigt ein Rückschlagventil 100 für eine (gestrichelt dargestellte) Kühlmittelleitung 102 mit einer Kühlmittelzuführung 104 zum Rückschlagventil 100 und einer Kühlmittelabführung 106 vom Rückschlagventil 100.
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Das Rückschlagventil 100 weist eine Kühlmittel-Eintrittskammer 2 auf, an welcher ein Ventilsitz 10 des Rückschlagventils 100 ausbildet ist. Die Eintrittskammer 2 ist rotationssymmetrisch um eine Hauptfördererachse F des Rückschlagventils 100 aufgebaut. Sie weist eine Leitungsaufnahme 12 für die Kühlmittelzuführung 104 und eine Austrittskammeraufnahme 14 auf.
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Das Rückschlagventil 100 weist ferner eine Kühlmittel-Austrittskammer 1 auf, welche an der Austrittskammeraufnahme 14 fest mit der Eintrittskammer 2 verschweißt ist.
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Innerhalb der Austrittskammer 1 ist ein in entlang der Hauptförderachse F verschieblicher Ventilschwimmer 3 mit einem daran angeclipsten Ventilkopf 4 angeordnet.
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In der 2 ist die Eintrittskammer 2 im Detail dargestellt; in der 3 der Ventilschwimmer 3; in der 4 der Ventilkopf 4.
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Der Ventilsitz 10 der Eintrittskammer 2 und der Ventilkopf 4 an dem Ventilschwimmer 3 sind im Zusammenwirken bei einem Sperrbetrieb (wenn eine Sperrbedingung des Rückschlagventils erfüllt ist) des Rückschlagventils dazu eingerichtet, aneinander mit einem umlaufenden Flächenkontakt K an einer Sperrfläche 11 anzuliegen. Die Sperrfläche 11 ist in einer Schnittdarstellung D - D in 2 dargestellt.
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Durch den Flächenkontakt K an der gesamten Sperrfläche 11 ist sichergestellt, dass ein unzureichendes Anliegen des Ventilkopfes 4 am Ventilsitz 10 an beispielsweise nur einer Stelle des Umfangs des Kontakts K nicht automatisch zu einer unerwünscht hohen Leckagerate führt.
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Der mögliche Flächenkontakt K und damit die Sperrfläche 11 weist am Ventilsitz 10 umlaufend eine Breite B von ca. 1mm auf, die dann ausgeschöpft wird, wenn der Ventilkopf 4 an dem Ventilsitz 10 entlang dessen gesamter Breite B anliegt. Je größer die Breite ist, an welcher der Flächenkontakt K ausgebildet ist, desto besser ist die Dichtwirkung.
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Wie insbesondere der 2 und hier unter anderem der Schnittdarstellung D - D zu entnehmen ist, ist der Ventilsitz 10 an einer Innenoberfläche der Kühlmittel-Eintrittskammer 2 umlaufend als eine ebene Fase16 , d.h. mit einem ebenen Fasenquerschnitt Q16 ausgebildet.
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Die Fase 16 des Ventilsitzes 10 ist im Ausführungsbeispiel mit einem Winkel W von 40° zu der Hauptförderachse F des Rückschlagventils 100 angestellt, wie insbesondere aus 2 (auch aus der Detaildarstellung B) erkenntlich ist.
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In 3 ist der Ventilschwimmer 3 mit einer Ventilkopfaufnahme 20 zum einclipsen des Ventilkopfes 4 im Detail dargestellt. Der Ventilschwimmer 3 weist zudem Flügel 22.1,22.2, 22.3 und 22.4 auf, deren radiales Außenmaß 24 auf ein radiales Innenmaß 18 der Austritts-Kühlmittelkammer 1 derart abgestimmt ist, dass ein makroskopisches Verkippen des Ventilschwimmers 3 in der Austrittskammer 1 unterbunden ist, aber das Schwimmen entlang der Hauptförderachse F möglich ist.
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Durch eine fachmännisch entsprechend ausgelegte, enge Passung zwischen dem Außenmaß 24 des Ventilschwimmers 3 und dem Innenmaß 18 der Austrittskammer 1 kann eine ausreichend genaue Ausrichtung des Ventilkopfes 4 auf die Position des Ventilsitzes 10 beim Auslösen des Sperrbetriebs sichergestellt werden.
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In 4 ist der in den Ventilschwimmer 3 einzuclipsende Ventilkopf 4 dargestellt. Eine Kopffläche 26 ist als Hohlkugelabschnitt mit einem Radius R ausgebildet; ein Clip 28 zum Einclipsen in den Ventilschwimmer 3 ist mittig angeordnet und einstückig damit ausgebildet.
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Der Ventilkopf 4 des Ventilschwimmers 3 ist aus einem makroskopisch elastischen Material ausgebildet, im Ausführungsbeispiel aus EPDM, das besonders gut geeignet ist, bei den Betriebsbedingungen einer Kühlmittelleitung 102 für Kraftfahrzeuge seine Elastizität dauerhaft beizubehalten.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Rückschlagventil
- 102
- Kühlmittelleitung
- 104
- Kühlmittelzuführung
- 106
- Kühlmittelabführung
- 1
- Kühlmittel-Austrittskammer
- 2
- Kühlmittel-Eintrittskammer
- 3
- Ventilschwimmer
- 4
- Ventilkopf
- 10
- Ventilsitz
- 11
- Sperrfläche
- 12
- Leitungsaufnahme
- 14
- Austrittskammeraufnahme
- 16
- ebene Fase
- 18
- radiales Innenmaß der Austrittskammer
- 20
- Ventilkopfaufnahme
- 22
- Flügel des Ventilschwimmers
- 24
- radiales Außenmaß der Flügel
- 26
- Kopffläche
- 28
- Clip
- B
- Breite
- F
- Hauptförderachse
- K
- Flächenkontakt
- Q16
- ebener Fasenquerschnitt
- R
- Radius der Kopffläche
- W
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011120628 A1 [0005]
