DE10261890A1

DE10261890A1 - Füllventil in einer Hochdruck-Klimaanlage

Info

Publication number: DE10261890A1
Application number: DE10261890A
Authority: DE
Inventors: Fred G Schroeder; Eric W Kesler; Zhongping Zeng
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2003-08-07
Also published as: US6659426B2; GB0226962D0; GB2384543A; GB2384543B; US20030116740A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wartungsventil für eine CO¶2¶-Kältemittel-basierte Klimaanlage in einem Fahrzeug. Das Wartungsventil enthält eine dynamische Dichtung, die bei der Wartung der Klimaanlage geöffnet und geschlossen wird. Die dynamische Dichtung bietet eine gute Gesamtdichtwirkung sowie einen guten Permeationswiderstand.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugklimaanlagen und im Besonderen Füllventile für derartige Anlagen.

Herkömmlicherweise wird in Fahrzeugklimaanlagen als Kältemittel R12 oder in der jüngeren Vergangenheit R134a verwendet. Unter bestimmten Umständen ist es jedoch vorteilhaft, wenn als Kältemittel Kohlendioxid (CO₂) oder CO₂ mit einem Begleitfluid verwendet wird. Bei der Verwendung eines CO₂-basierten Kältemittels ist es allerdings von Nachteil, dass das Kältemittel in der Klimaanlage bei beträchtlich höheren Drücken und Temperaturen arbeitet.

Auch bei diesem höherem Druck muss die Klimaanlage nach wie vor so dicht sein, dass kein Kältemittel austritt. Herkömmliche, für die unter weniger hohen Drücken arbeitenden Klimaanlagen verwendete Dichtungen haben sich jedoch generell als zur wirkungsvollen Abdichtung der CO₂-Hochdrucksysteme ungeeignet erwiesen.

Insbesondere werden für Fahrzeugklimaanlagen ein oder mehrere Füll-(Wartungs-)ventile für das Prüfen, Füllen, Entspannen und Abpumpen des Kältemittels aus der Anlage benötigt. Diese Füllventile in einem CO₂-System müssen gegen das unter hohem Druck stehende Kältemittel abdichten und dabei Permeation und Leckage des Kältemittels sowie eine Beschädigung der Dichtung durch rasche Dekompression verhindern. Außerdem müssen die Füllventile temperaturbeständig sein, so dass sie über einem längeren Zeitraum in einem weiten Temperaturbereich mit Temperaturen bis zu 180°C dicht bleiben, die beim Betrieb einer CO₂- basierten Klimaanlage erreicht werden können. Füllventile müssen ferner sehr rasch schließen und abdichten, wenn das Wartungswerkzeug entfernt wird. Füllventile in den gegenwärtigen Klimaanlagen mit relativ niedrigem Druck haben sich, gegenüber allen diesen Anforderungen, als ungeeignet erwiesen.

Es ist deshalb wünschenswert, ein Füllventil für eine Fahrzeugklimaanlage zur Verfügung zu stellen, das die Unvollkommenheiten der bisherigen Füllventile beim Betrieb in einem CO₂- Hochdrucksystem nicht aufweist. Insbesondere ist es wünschenswert, eine Klimaanlage mit einem Füllventil zur Verfügung zu haben, das unter hohem Druck dichtet und dabei Permeation, Leckage und Schäden infolge rascher Dekompression verhindert sowie bei verschiedenen Temperaturen dicht bleibt und bei Entfernung des Wartungswerkzeugs unverzüglich abdichtet.

Zusammenfassung der Erfindung

In ihren Ausgestaltungen stellt die vorliegende Erfindung ein Wartungsventil für eine Klimaanlage zur Verfügung, welches es ermöglicht, unter Druck in einem Hohlraum der Klimaanlage befindliches Kältemittel selektiv mit einem Wartungswerkzeug zu verbinden. Das Wartungsventil besitzt einen Ventilkörper, der eine Ventilbohrung definiert, deren erstes Ende am Hohlraum anliegt und deren zweites Ende für das operative Ansetzen eines Wartungswerkzeugs ausgelegt ist, wobei die Bohrung eine dynamische Ventilsitzfläche aufweist. Das Wartungsventil besitzt ferner eine Ventilkolbenbaugruppe, die in der Ventilbohrung aufgenommen ist und sich in ihr zwischen einer Offenposition und einer Geschlossenposition gleitend bewegen kann, wobei die Ventilkolbenbaugruppe einen dynamischen Dichtungsteil, der aus einer dünnen Metallschicht gefertigt ist, und eine erste, relativ dünnere, elastomere Materialschicht aufweist, die die Metallschicht bedeckt und beträchtlich weicher als die Metallschicht ist, wobei der dynamische Dichtungsteil über Flächenkontakt mit der elastomeren Materialschicht dichtend mit der dynamischen Ventilsitzfläche in Eingriff gelangen kann, wenn sich die Ventilkolbenbaugruppe in der Geschlossenposition befindet.

Eine Ausgestaltung der Erfindung stellt ein Füllventil für eine Klimaanlage mit einem dynamischen, in einem Ventilkörper gleitfähigen Ventil bereit, das ein Ventildichtungsmaterial besitzt, welches aus einem mit einer dünnen Schicht aus elastomerem Material überzogenen Metall geformt ist. Vorzugsweise ist dieses Ventildichtungsmaterial mit einer dünnen Schicht aus Gummi überzogenes Stahlblech.

Eine Ausgestaltung der Erfindung stellt ferner ein eine Dichtung zwischen Kolben und Anpassteil besitzendes Ventil mit einem umgekehrten Kolben bereit, das die integrale Ausbildung eines Kolbenventils und eines Kolbenventilsitzes erlaubt. Die Kolbenventildichtung kann ebenfalls aus einem gummibeschichteten Stahl geformt oder eine Doppeldichtungsanordnung sein.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Füllventil in einer Hochdruckklimaanlage unter verschiedenen Temperaturbedingungen sowohl gegen Permeation als auch gegen Leckage abdichtet.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Füllventil beim Abnehmen des Wartungswerkzeugs nach einer Befüllung oder Prüfung der Klimaanlage sofort dichtet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten Ausgestaltung einer in einem Gehäuse untergebrachten Ventilbaugruppe.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht ähnlich Fig. 1, jedoch mit dem Ventil in Offenposition.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der primären Ventildichtung von Fig. 1.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ventilbaugruppe ähnlich Fig. 1, jedoch eine zweite Ausgestaltung darstellend.
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 4.
Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Ventilbaugruppe, und zwar der mit einem Kreis 6 eingegrenzten Fläche in Fig. 4.
Fig. 7 zeigt eine Ansicht ähnlich Fig. 4, jedoch mit dem Ventil in voll geöffneter Stellung.
Fig. 8 zeigt eine Ansicht ähnlich Fig. 6, jedoch eine dritte Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe darstellend.
Fig. 9 zeigt eine Ansicht ähnlich Fig. 6, jedoch eine vierte Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe darstellend.
Fig. 10 zeigt eine Ansicht ähnlich Fig. 6, jedoch eine fünfte Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe darstellend.
Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht einer sechsten Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe.
Fig. 12 zeigt eine Querschnittsansicht ähnlich Fig. 11, jedoch eine siebente Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe darstellend.
Fig. 13 zeigt eine Querschnittsansicht ähnlich Fig. 11, jedoch eine achte Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe darstellend.
Fig. 14 zeigt eine Querschnittsansicht ähnlich Fig. 10, jedoch eine achte Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe darstellend.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die Fig. 1-3 zeigen eine Füll-(Wartungs-)ventilbaugruppe 20, die in einem Anpassteilgehäuse 22 sitzt, von dem ein Teil abgebildet ist. Das Gehäuse 22 bildet einen Teil einer Fahrzeugklimaanlage (nicht dargestellt), die für einen Betrieb unter hohem Druck mit einem CO₂- basierten Kältemittel ausgelegt ist. Das Gehäuse 22 kann beispielsweise so gestaltet sein, dass es in der Nähe eines Klimaanlagenverdichters (nicht dargestellt) oder an einem solchen an einer Ansaug- und/oder einer Förderöffnung angebracht werden kann, oder es kann ebenso für die Anbringung entlang von Kältemittelleitungen an anderen Stellen in der Klimaanlage gestaltet sein, die die typischen Anbringungsorte für Füllventile in herkömmlichen Fahrzeugklimaanlagen sind. Die Ventilbaugruppe 20 ermöglicht es einem Wartungstechniker, Arbeiten an einer Fahrzeugklimaanlage zum Ergänzen, Ablassen und/oder Prüfen des Kältemittels der Anlage durchzuführen.
Das Gehäuse 22 hat eine Bohrung 23, die eine dem Kältemittel ausgesetzte erste Öffnung 25 besitzt, und erstreckt sich bis zu einer zweiten Öffnung 27, die außerhalb der Klimaanlage liegt. Die Ventilbaugruppe 20 enthält einen Ventilkörper 24, der in die Bohrung 23 eingesetzt ist. Der Ventilkörper 24 trägt ein Gewinde 26, das mit einem entsprechendem Gewinde 28 am Gehäuse 22 in Eingriff steht. Der Ventilkörper 24 ist so weit in das Gehäuse 22 eingeschraubt, dass seine Sitzfläche 30 fest gegen die Sitzfläche 29 am Gehäuse 22 gepresst wird, so dass eine gegen CO₂-Leckage entlang der Fläche der Bohrung 23 dichte Abdichtung gewährleistet ist. Bei der Formung dieser Dichtung beim Zusammenbau der Komponenten wird eine statische Dichtung 31 gebildet; für die Wartung der Klimaanlage wird die Dichtung 31 im Regelfall nicht aufgehoben. Sie würde nur aufgehoben, wenn die Ventilbaugruppe schadhaft ist oder beschädigt wird und ersetzt werden muss.
Der Ventilkörper 24 besitzt seinerseits eine Bohrung 32. Diese Bohrung 32 erstreckt sich von einer ersten Öffnung mit einer dem Kältemittel ausgesetzten Dichtfläche 34 bis zu einer zweiten Öffnung mit einer Kolbenführungsfläche 36, die der Atmosphäre außerhalb der Klimaanlage ausgesetzt ist. Angebracht in der Bohrung 32 und sich erstreckend durch die Bohrung 32 ist eine Ventilkolbenbaugruppe 38. Die Ventilkolbenbaugruppe 38 enthält einen Ventilkolben 40 und eine Feder 44, wobei der Kolben 40 durch die Bohrung 32 gesteckt und die Feder 44 vor der Ausformung einer Halterung 42 am Kolben 40 auf den Kolben 40 aufgesteckt ist. Die Feder 44 drückt die Halterung 42 vom Ventil weg und sorgt dafür, dass das Ventil in seiner Geschlossenposition verbleibt.
Die Ventilkolbenbaugruppe 38 enthält ferner eine primäre Ventildichtung 46, die vor dem Einbau des Ventilkolbens 40 in den Ventilkörper 24 rings um das untere Ende des Ventilkolbens 40 ausgeformt wird. Die Einformung des Ventilkolbens 40 in das Innere der Dichtung 46 schließt einen Leckweg an der Kontaktfläche Kolben-Dichtung aus. Die primäre Ventildichtung 46 ist allgemein konisch geformt und hat ein Paar Dichtflächen 48, 50 mit einer zwischen den Dichtflächen 48, 50 befindlichen Ausnehmung 52. Die Flächen 48, 50 sind so geformt, dass sie die Oberfläche der Dichtfläche 34 des Ventilkörpers 24 berühren, wenn die Ventilbaugruppe geschlossen ist, und die Bohrung 32 vollständig abdichten. Diese Dichtung 46 ist für einen guten Widerstand gegen Permeation und gute Festigkeit gegen Schäden durch rasche Dekompression erforderlich.
Diese Dichtung 46 wird vorzugsweise aus Vespel (hergestellt von DuPont) gefertigt, einem Polyimidharz, das nicht in einem der für die allgemein verbreiteten Kunststoffe üblichen Formungsprozess ausgeformt wird, sondern in einem Sinterprozess, ähnlich den Verfahren für Metallpulver. Wahlweise kann diese Dichtung 46 aus Polyetheretherketon (PEEK) oder einem technischen Polymermaterial mit ähnlichen Eigenschaften gefertigt werden. PEEK hat die Eigenschaften geringer Gaspermeation und niedriger Kriech-(Kaltfließ-)werte. PEEK wird seine endgültige Gestalt vorzugsweise durch einen Spritzgießprozess gegeben. Als eine weitere Alternative kann diese Dichtung 46 auch aus Messing oder Kupfer entweder blank oder zinnbeschichtet gefertigt werden. Wenn aus Messing oder Kupfer gefertigt, wird die Dichtung 46 günstiger mit einer Gewindebohrung und der Ventilkolben 40 mit einer entsprechenden mit Gewinde versehenen Verlängerung ausgeführt, was weiter unten im Zusammenhang mit der zweiten Ausgestaltung behandelt wird.
Die Dichtwirkung der primären Dichtung 46 wird durch die Kraft der Feder 44 sowie den Druck des CO₂-Kältemittels selbst gewährleistet, der gegen die primäre Dichtung 46 drückt. Während die primäre Dichtung 46 zwar den Vorteil guter Langzeitdichtung mit gutem Permeationswiderstand bietet, sorgt sie nicht für ein unverzügliches Abdichten beim Schließen des Ventils, weil das Material im Allgemeinen zu hart ist, um sich rasch der Form der Dichtfläche 34 anzupassen.
Deshalb ist eine in der Ausnehmung 52 sitzende, über der primären Dichtung 46 montierte (sekundäre) O-Ring-Dichtung 54 vorhanden. Die O-Ring-Dichtung 54 ist so dimensioniert, dass sie zwischen der Ausnehmung 52 und der Dichtfläche 34 zusammengepresst wird. Die O-Ring-Dichtung 54 ist vorzugsweise aus einem elastomeren Material hergestellt, das ein Fluorcarbongummi (FKM), wie z. B. das von DuPont hergestellte Viton, oder ein Material mit ähnlichen Eigenschaften sein kann. Weil die O-Ring-Dichtung 54 aus dieser Art eines elastomeren Materials gefertigt ist, verformt sie sich und dichtet beim Schließen des Ventils rasch. Dieses elastomere Material bietet allerdings keinen guten Permeationswiderstand. Permeation des CO₂-Kältemittels ist jedoch hier ohne Bedeutung, weil die einen sehr guten Permeationswiderstand aufweisende primäre Dichtung 46 innerhalb weniger Minuten nach dem Schließen vollständig auf der Dichtfläche 34 aufsitzt.
Auf diese Weise bilden die primäre Dichtung 46 und die O-Ring-Dichtung 54 zusammen eine gute dynamische Dichtung 56, wobei diese Dichtung bei Prüfung oder Wartung der Fahrzeugklimaanlage wiederholt geöffnet und geschlossen werden kann. Insgesamt sorgt diese dynamische Dichtung 56 für einen Langzeit-Permeations- und Leckagewiderstand. Sowohl die primäre Dichtung 46 als auch die O-Ring-Dichtung 54 können, wie gefordert, unter verschiedenen Temperaturbedingungen arbeiten, sogar wenn die Temperaturen hohe Werte, wie 180°C, erreichen. Diese Fähigkeit, hohem Druck und hohen Temperaturen zu widerstehen, ist erforderlich, um beim Betrieb einer CO₂-basierten Klimaanlage in einem Fahrzeug angemessene Dichtigkeit zu erzielen.
Die dynamische Dichtung 56 wird durch einen Techniker mit einem Wartungswerkzeug (nicht dargestellt) geöffnet, das auf den Kopf 42 des Ventilkolbens 40 drückt, wodurch die Ventilkolbenbaugruppe 38 nach unten in ihre Offenposition (wie in Fig. 2 gezeigt) gegen die Vorspannung der Feder 44 und den Druck des Kältemittels bewegt wird. Das Werkzeug wird mit einem Prüfgerät (nicht dargestellt) oder einem temporären Behälter (nicht dargestellt) verbunden, so dass der Techniker Zugang zum Kältemittel in der Klimaanlage hat, ohne dass das Kältemittel entweicht. Wenn er seine Arbeit beendet hat, entfernt der Techniker lediglich das Werkzeug, worauf sich die Ventilkolbenbaugruppe 38 in ihre Geschlossenposition (wie in Fig. 1 gezeigt) bewegen kann. Bei ihrer Bewegung in die Geschlossenposition passt sich die elastomere O-Ring-Dichtung 54 unverzüglich an und dichtet gegen die Dichtfläche 34, so dass ein Entweichen des Kältemittels verhindert wird. Kurze Zeit danach passt sich die primäre Dichtung 46 an die Dichtfläche 34 an, wodurch eine Langzeitdichtung mit gutem Permeationswiderstand erreicht wird.
Eine zweite Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe ist in den Fig. 4-7 dargestellt. Die Ausgestaltungen der Fig. 4-7 haben viele Einzelheiten gemeinsam mit den der Fig. 1-3, und um unnötige Wiederholungen in der Beschreibung zu vermeiden, sind dieselben Bezugsnummern verwendet worden, allerdings aus der 100er Reihe. Die signifikanten Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Ausgestaltung betreffen das Anpassteilgehäuse 122, die primäre Dichtung 146 und den Kolben 140.
Das Anpassteilgehäuse 122 besitzt ein zweites Gewinde 160, über das die Ventilbaugruppe 120 mit einem Wartungswerkzeug (nicht dargestellt) verbunden werden kann. Das Anpassteilgehäuse 122 weist ferner einen engen Kanal 162 auf, der zu einer Kältemittel- Hauptbohrung 164 führt. Dieser Kanal 162 ist durch eine Wandung 166 definiert und so dimensioniert, dass zwischen der Wandung 166 und der Seitenfläche der primären Dichtung 146 nur ein schmaler Freiraum besteht, wenn sich die Ventilkolbenbaugruppe 138 in einer Offenposition befindet. Dieser schmale Freiraum begrenzt den Betrag des Abkippens des Ventilkolbens 140 relativ zum Ventilkörper 124, bevor die Seitenfläche der primären Dichtung 146 die Wandung 166 berührt, und verhindert dadurch eine Verbiegung des Kolbens oder eine schlechte Dichtewirkung infolge übermäßigen Kippens des Kolbens 140.
Der Ventilkörper 124 ist vorzugsweise aus Messing geformt und in das Gehäuse 122 eingeschraubt. Um eine gute statische Dichtung 131 zu erreichen, besitzt der Ventilkörper 124 vorzugsweise eine Zinnbeschichtung, die die Ventilkörpersitzfläche 130 formt. Wenn der Ventilkörper 124 in das Gehäuse 122 eingeschraubt worden ist, passt sich das Zinn an die Anpassteilgehäusesitzfläche 129 an und bildet eine gute statische Dichtung aus.
Der Ventilkörper 124 besitzt ferner vorzugsweise eine Federführungssenkung 168, in der die Feder 144 sitzt. Der Kolbenkopf 142 hat einen größeren Durchmesser als die Federführungssenkung 168, wodurch der Weg der Ventilkolbenbaugruppe 138 begrenzt wird. Dadurch kann eine Beschädigung der Feder infolge eines übermäßigen Wegs des Ventilkolbens 140 vermieden werden. Der Ventilkörper 124 hat außerdem einen oberen Abschnitt, der in einer Richtung (wie in Fig. 4 zu sehen) breiter als in der anderen Richtung (wie in Fig. 5 zu sehen) ist, und weist Kältemitteldurchflussöffnungen 170 auf, die im Allgemeinen neben einer Kältemitteldurchflussöffnung 172 im Kolben 140 liegen. Die Form des Ventilkörpers 124 stellt damit nicht nur eine Stelle bereit, an der der Ventilkörper 124 beim Einschrauben erfasst werden kann, sondern bietet auch einen gut geeigneten Strömungsweg für das Kältemittel durch die Ventilbaugruppe 120 hindurch über die Kältemitteldurchflussöffnungen 170, 172.
Die primäre Ventildichtung 146 ist anders als in der ersten Ausgestaltung geformt. Erstens hat sie eine mit Gewinde versehene Senkung, und der Kolben 140 hat einen entsprechenden Gewindeabschnitt. Dadurch können die beiden Teile getrennt voneinander gefertigt und dann nach ihrer Fertigung zusammengebaut werden. Zweitens ist die untere Dichtfläche 150 rechtwinklig eingedreht, so dass Linienberührung mit der Ventilkörpersitzfläche 134 entsteht. Drittens ist die obere Fläche 148 so dimensioniert, dass sie einen Abstand von der Sitzfläche 134 hat. Durch diese Ausbildung befindet sich die primäre Dichtung 146 auf der Kältemittelseite der O-Ring-Dichtung 155, ohne dass Kältemitteldruck hinter der O-Ring-Dichtung 155 anliegt. Das gewährleistet, dass die aus härterem und dauerhafterem Material gefertigte primäre Dichtung 146 die Druckbeaufschlagung der O-Ring-Dichtung 154 merklich verringert, wodurch die Gesamtintegrität der dynamischen Dichtung 156 gesichert wird.
Fig. 8 zeigt eine dritte Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe. Die in Fig. 8 gezeigte Ausgestaltung hat viele Einzelheiten gemeinsam mit der der Fig. 4-7, und um unnötige Wiederholungen in der Beschreibung zu vermeiden, sind dieselben Bezugsnummern verwendet worden, jedoch aus der 200er Reihe, nicht der 100er Reihe. Der signifikante Unterschied zwischen der zweiten und der dritten Ausgestaltung betrifft die statische Dichtung 231. Die Sitzfläche 229 des Anpassteilgehäuses 222 ist im Wesentlichen dieselbe. Der Ventilkörper 224 hat jetzt eine Senkung 274 zur Aufnahme eines Dichtelements 230, das zur mechanischen Befestigung und Abdichtung gegenüber dem Ventilkörper 224 in die Senkung 274 eingearbeitet ist. Vorzugsweise ist dieses Dichtelement 230 aus Kupfer oder Kupfer mit einer Zinnbeschichtung gefertigt, obgleich es auch aus anderen Materialien mit gutem Permeationswiderstand, wie Vespel, gefertigt sein kann.
Fig. 9 zeigt eine vierte Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe. Die in Fig. 9 gezeigte Ausgestaltung hat viele Einzelheiten gemeinsam mit der der Fig. 4-7, und um unnötige Wiederholungen in der Beschreibung zu vermeiden, sind dieselben Bezugsnummern verwendet worden, jedoch aus der 300er Reihe, nicht der 100er Reihe. Der signifikante Unterschied zwischen der zweiten und der vierten Ausgestaltung betrifft die dynamische Dichtung 356. Die Dichtfläche 334 des Ventilkörpers 324 ist im Wesentlichen dieselbe. Jedoch ist die dynamische Dichtung 356 als ein einziges Dichtelement geformt, nicht als zwei getrennte Dichtelemente geformt. Vorhanden ist ein auf den Ventilkolben 340 aufgeschraubter Messing- Stützkörper 346. Auf dem Messing-Stützkörper 346 ist eine Stahldichtung 348 mit einer beidseitigen Gummibeschichtung 354 angebracht. Vorzugsweise hat das Stahlsubstrat eine Dicke in der Größenordnung von 0,010 Zoll (0,254 mm) mit einer Gummibeschichtung 354 von ungefähr 0,0025 Zoll (0,0635 mm) Dicke auf beiden Seiten. In der Figur sind die Dicken des Stahls und des Gummis zum Zwecke der Erfindungsbeschreibung überhöht dargestellt. Die Stahldichtung 348 kann, wenn gewünscht, aus anderen Materialien als Stahl und die Gummibeschichtung 354 kann aus einem anderen geeigneten elastomeren Material gefertigt sein. Die hier genannte Materialkombination hat allerdings den Vorteil der guten Verfügbarkeit und des geringen Preises, weil auch für andere Arten von Anwendungsfällen im Auto gummibeschichteter Stahl verwendet wird. Diese Ventilkonfiguration dichtet ebenfalls gut, weil beim Schließen des Ventils der Gummi 354 die Sitzfläche 334 berührt und sich sofort an sie anpasst. Das gewährleistet sofortiges Abdichten. Außerdem besteht, weil die Gummischichten 354 dünn sind und zusammengepresst werden, wo sie die Sitzfläche 334 berühren, und weil der Großteil der Dichtung 356 durch die Stahlschicht 348 gebildet wird, ein guter Gesamtpermeationswiderstand.
Fig. 10 zeigt eine fünfte Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe. Die in Fig. 10 gezeigte Ausgestaltung hat viele Einzelheiten gemeinsam mit der der Fig. 4-7, und um unnötige Wiederholungen in der Beschreibung zu vermeiden, sind dieselben Bezugsnummern verwendet worden, jedoch aus der 400er Reihe, nicht der 100er Reihe. Die signifikanten Unterschiede zwischen der zweiten und der fünften Ausgestaltung betreffen die statische Dichtung 431 und die dynamische Dichtung 456. Der Kolben 440 und die primäre Dichtung 446 sind vorzugsweise integral geformt und vorzugsweise aus Messing gefertigt, und sie enthalten wiederum eine O- Ring-Dichtung 454. Diese Dichtungen sind jedoch mit einer anderen Sitzfläche gepaart. Die Sitzfläche 429 des Anpassteilgehäuses 422 ist keine konische Fläche wie in der zweiten Ausgestaltung, sondern eine ebene, kreisförmige Fläche. Sich erstreckend über und sowohl die Sitzfläche 430 als auch die Sitzfläche 434 des Ventilkörpers 424 bildend, ist ein Streifen aus zinnbeschichtetem Kupfer vorhanden. Der Ventilkörper 424 ist in das Gehäuse 422 eingeschraubt und presst das zinnbeschichtete Kupfer 430 gegen die Sitzfläche 429, wobei die statische Dichtung 431 gebildet wird. Des Weiteren werden die primäre Dichtung 446 und die O-Ring-Dichtung 454 beim Schließen des Ventils gegen die Sitzfläche 434 gepresst. Um die Beschreibung der Erfindung klarer zu gestalten, ist die Dicke von Zinn und Kupfer überhöht dargestellt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass zur Formung der statischen und der dynamischen Dichtung dasselbe Stück eines Dichtungsmaterials verwendet wird.
Fig. 11 zeigt eine sechste Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe. Die in Fig. 11 gezeigte Ausgestaltung hat viele Einzelheiten gemeinsam mit der der Fig. 4-7, und um unnötige Wiederholungen in der Beschreibung zu vermeiden, sind dieselben Bezugsnummern verwendet worden, jedoch aus der 500er Reihe, nicht der 100er Reihe. Diese Ventilbaugruppe 520 ist der in der zweiten Ausgestaltung analog, jedoch mit dem Unterschied, dass es sich um eine umgekehrte Ventilkonfiguration handelt. Der Ventilkörper 524 ist nach wie vor in das Gehäuse 522 eingeschraubt, jedoch ist das Gehäuse 522 jetzt für die Aufnahme eines Dichtelements 530 geformt, das zur Formung der statischen Dichtung 531 zwischen dem Gehäuse 522 und dem Ventilkörper 524 zusammengepresst wird. Das Dichtelement 530 ist vorzugsweise aus Kupfer oder zinnbeschichtetem Kupfer gefertigt.
Die dynamische Dichtung 556 zeigt nach außen in Richtung vom Kältemittel weg und befindet sich jetzt näher am Werkzeugaufnahmeende des Ventilkörpers. Sie enthält eine primäre Ventildichtung 546 und eine sekundäre O-Ring-Dichtung 554. Die primäre Ventildichtung 546 ist wiederum vorzugsweise aus Vespel gefertigt, obgleich sie auch aus Materialien mit guter Dichtwirkung und gutem Dauerpermeationswiderstand, wie Kupfer, zinnbeschichtetem Kupfer oder PEEK, gefertigt sein kann. Wieder ist die Dichtfläche 550 der primären Dichtung 546 zwischen der O-Ring-Dichtung 554 und der Kältemittelbohrung 564 gelegen, so dass die primäre Dichtung 546, die aus einem härteren und dauerhafteren Mat gefertigt ist, die Druckbeaufschlagung der O-Ring-Dichtung 554 merklich vermindert und auf diese Weise die Gesamtintegrität der dynamischen Dichtung 556 absichert. Die primäre Dichtung 546 enthält jetzt auch eine Wartungswerkzeug-Schnittstellenfläche 578. Zum Öffnen des Ventils drückt ein Wartungswerkzeug (nicht dargestellt) auf diese Fläche 578 und schiebt die Ventilkolbenbaugruppe 538 gegen die Vorspannung der Feder 544 und den Druck des Kältemittels nach unten. Die Feder 544 wird hierbei durch eine Federhalterung 576 gehalten.
Fig. 12 zeigt eine siebente Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe. Die in Fig. 12 gezeigte Ausgestaltung hat viele Einzelheiten gemeinsam mit der der Fig. 11, und um unnötige Wiederholungen in der Beschreibung zu vermeiden, sind dieselben Bezugsnummern verwendet worden, jedoch aus der 600er Reihe, nicht der 500er Reihe. Diese Ventilbaugruppe 620 ist analog Fig. 11 ebenfalls ein umgekehrtes Ventil, jedoch ist die primäre Dichtung 646 auf einem kugelförmigen Stirnflächenabschnitt des Ventilkolbens 640 geformt. Die primäre Dichtung 646 ist vorzugsweise aus gummibeschichtetem Stahl geformt (wie bei der vierten und der fünften Ausgestaltung), der zur Lagesicherung an seiner Außenkante auf einen verbreiterten Abschnitt 680 des Ventilkolbens 640 aufgeformt ist. Der verbreiterte Abschnitt 680 ist vorzugsweise hexagonal geformt, damit das Kältemittel strömen kann, und gleitet innerhalb der Bohrung 632 und ist geführt durch die Bohrung 632 im Ventilkörper 624. Dadurch kann der Ventilkolben 640 kürzer ausgebildet sein, weil die primäre Dichtung 646 nicht in ihrer korrekten Lage gehalten zu werden braucht. Wiederum wird die Ventilkolbenbaugruppe 638 zur Bildung der dynamischen Dichtung 656 durch eine Feder 644 und eine Federhalterung 676 gegen den Ventilsitz 634 des Ventilkörpers 624 gedrückt. Durch das Einführen eines Wartungswerkzeugs (nicht dargestellt) würde dann auf den mittleren Abschnitt der primären Dichtung 646 eine Kraft aufgebracht, wodurch die Ventilkolbenbaugruppe 638 nach unten gedrückt und ein Strömungsweg für das Kältemittel geöffnet würde.
Fig. 13 zeigt eine achte Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe. Die in Fig. 13 gezeigte Ausgestaltung hat viele Einzelheiten gemeinsam mit der der Fig. 11, und um unnötige Wiederholungen in der Beschreibung zu vermeiden, sind dieselben Bezugsnummern verwendet worden, jedoch aus der 700er Reihe, nicht der 500er Reihe. Die primäre Ventildichtung 746 ist gummibeschichteter Stahl, der in seiner Form an einen kugelförmigen Stirnflächenabschnitt des Ventilkolbens 740 (analog zur Ausgestaltung von Fig. 12) angepasst ist. Das Dichtmaterial ist an diesem Stirnflächenabschnitt in einer kreisförmigen Bördelung 782 auf den Umfang des Kolbens 740 aufgeformt. Diese primäre Ventildichtung 746 sitzt dann zur Bildung der dynamischen Dichtung 756 auf der Sitzfläche 734 des Ventilkörpers 724.
Fig. 14 zeigt eine neunte Ausgestaltung einer Ventilbaugruppe. Die in Fig. 14 gezeigte Ausgestaltung hat viele Einzelheiten gemeinsam mit der der Fig. 10, und um unnötige Wiederholungen in der Beschreibung zu vermeiden, sind dieselben Bezugsnummern verwendet worden, jedoch aus der 800er Reihe, nicht der 400er Reihe. Die signifikanten Unterschiede zwischen der fünften und der neunten Ausgestaltung betreffen die statische Dichtung 831 und die dynamische Dichtung 856. Der Kolben 840 und die primäre Dichtung 846 sind vorzugsweise integral geformt und vorzugsweise aus Messing gefertigt. Diese Dichtungen sind jedoch mit einer anderen Sitzfläche gepaart. Die Sitzfläche 829 des Anpassteilgehäuses 822 ist eine ebene, kreisförmige Fläche. Sich erstreckend über die Sitzfläche 830 und sowohl die Sitzfläche 830 als auch die Sitzfläche 834 des Ventilkörpers 824 bildend, ist ein Streifen aus gummibeschichtetem Stahl vorhanden. Der Ventilkörper 824 ist in das Gehäuse 822 eingeschraubt und presst den gummibeschichteten Stahl 830 gegen die Sitzfläche 829, wodurch die statische Dichtung 831 gebildet wird. Ferner drückt beim Schließen des Ventils die primäre Dichtung 846 gegen die Fläche 834. Wieder ist, um die Beschreibung der Erfindung klarer zu gestalten, die Dicke der Stahl-Gummi-Dichtung überhöht dargestellt. Der Vorteil gummibeschichteten Stahls ist derselbe, wie oben bei der vierten Ausgestaltung abgehandelt. Außerdem besteht hier der Vorteil, dass zur Formung der statischen und der dynamischen Dichtung dasselbe Stück eines Dichtungsmaterials verwendet wird.
Indem bestimmte Ausgestaltungen der Erfindung in Einzelheiten beschrieben werden, wird es mit dem Fachgebiet der Erfindung vertrauten Personen ermöglicht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausgestaltungen zu erkennen, mit denen die durch die folgenden Ansprüche definierte Erfindung realisiert werden kann.

Claims

1. Ein Wartungsventil für eine Klimaanlage, das so ausgeführt ist, dass es ermöglicht, unter Druck in einem Hohlraum der Klimaanlage befindliches Kältemittel selektiv mit einem Wartungswerkzeug zu verbinden, wobei das Wartungsventil umfasst:
einen Ventilkörper, der eine Ventilbohrung definiert, die ein erstes Ende, das an dem Hohlraum anliegt, und ein zweites Ende, das für das operative Ansetzen des Wartungswerkzeugs ausgelegt ist, aufweist, wobei die Bohrung eine dynamische Ventilsitzfläche enthält;
eine Ventilkolbenbaugruppe, die in der Ventilbohrung aufgenommen ist und sich in ihr zwischen einer Offenposition und einer Geschlossenposition gleitend bewegen kann, wobei die Ventilkolbenbaugruppe einen dynamischen Dichtungsteil, der aus einer dünnen Metallschicht, und einen erste, relativ dünnere, elastomere Materialschicht aufweist, die die Metallschicht bedeckt und beträchtlich weicher als die Metallschicht ist, wobei der dynamische Dichtungsteil über Flächenkontakt mit der elastomeren Materialschicht mit der dynamischen Ventilsitzfläche dichtend in Eingriff gelangen kann, wenn sich die Ventilkolbenbaugruppe in der Geschlossenposition befindet;
ein Vorspannelement, das die Ventilkolbenbaugruppe berührt und sie in Richtung Geschlossenposition vorspannt.

2. Das Wartungsventil nach Anspruch 1, wobei die dünne Metallschicht Stahl ist.

3. Das Wartungsventil nach Anspruch 2, wobei die elastomere Materialschicht Gummi ist.

4. Das Wartungsventil nach Anspruch 3, wobei die Metallschicht ungefähr 0,010 Zoll (0,254 mm) dick ist.

5. Das Wartungsventil nach Anspruch 4, wobei die elastomere Materialschicht ungefähr 0,0025 Zoll (0,0635 mm) dick ist.

6. Das Wartungsventil nach Anspruch 1, ferner eine zweite elastomere Schicht umfassend, die eine der ersten elastomeren Schicht entgegengesetzte Seite der Metallschicht bedeckt.

7. Das Wartungsventil nach Anspruch 1, wobei die Ventilkolbenbaugruppe einen Ventilkolben und einen mit dem Ventilkolben aus einem Stück bestehenden Ventilkopf umfasst und der dynamische Dichtungsteil am Ventilkopf angebracht ist.

8. Das Wartungsventil nach Anspruch 1, ferner ein Anpassteil mit einer Kältemittelbohrung und eine Anpassteilbohrung umfassend, die sich zwischen der Kältemittelbohrung an einem ersten Ende und einem zur Aufnahme des Wartungswerkzeugs gestalteten zweiten Ende erstreckt, wobei die Anpassteilbohrung eine statische Dichtungssitzfläche enthält und wobei der Ventilkörper in der Anpassteilbohrung schraubbar angebracht ist und eine statische Dichtungsfläche enthält, die mit der statischen Dichtungssitzfläche dichtend in Eingriff gelangt.

9. Das Wartungsventil nach Anspruch 8, wobei die Anpassteilbohrung eine Kältemittelbohrung aufweist, die den dynamischen Dichtungsteil aufnimmt und führt, wenn sich die Ventilkolbenbaugruppe in der Offenposition befindet.

10. Das Wartungsventil nach Anspruch 1, wobei die Ventilkolbenbaugruppe und der Ventilkörper so gestaltet sind, dass sie eine umgekehrte Ventilbaugruppe in der Weise bilden, dass der dynamische Dichtungsteil in der Ventilbohrung näher zum zweiten Ende der Ventilbohrung angebracht ist.