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Hilfsventil für Kühlmittelleitungen sowie Verfahren und Vorrichturig
zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf ein in den Kühlmittelkreislauf
von Kältemaschinen eingeschaltetes Hilfsventil, das für den normalen Betrieb der
Kühlanlage nicht benötigt wird und nur dazu dient, bei Bedarf eire Nebenleitung
mit dem Kühlkreislauf in Verbindung zu bringen, z.B. zum Nachfüllen des Kälte..
mittels oder zum gelegentlichen Liessen des ,Betriebsdruckes im. Kühlmittelkreislauf
oder auch zum Verschließen einzelner `.eile der Anlage während. der Ausführung von
Reparaturen.
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Es ist bekannt, für derartige Zwecke ein Hilfsventil zu verwenden,
dessen Ventilkörper den Kopf einer Gewindespindel bildet, die einen mit Innergewinde
versehenen Ansatz eines zylindrischen Ventilgehäuses durchragt und den durch ihren
Kopf gebildeten Ventilkörper beim Anziehet: der Verschraubung an einer kegeligen
Sitzfläche zur Anlage bringt, um hierdurch eine im Bereich der Gewindespindel vom
Ventilgehäuse radial abgezweigte Nebenleitung zu verschließen. Dieser vom Ventilkörper
normalerweise zum Verschließen der Nebenleitung festsitzend berührten Sitzfl<Iche
liegt in axialem Abstand eine zweite ke,-elige
Sitzfläche des Ventilgehäuses
gegenüber, die mit einem E)nschlußstutzen für einen Teil der normalen KÜhlmittelleitung
versehen ist, während das zylindrische Ventilgehäuse zwischen den beiden Sitzflächen
einen radialen Anschlußstutzen aufweist, an den ein anderer Teil der Kühlmittelleitung
angeschlossen ist, so d.aß das Kältemittel normalerweise das an einem Ende durch
den Ventilkörper verschlossene Ventilgehäuse im rechten "Winkel durchströmen kann.
Bei derartigen ",iilfsventilen wird die als Schraube ausgebildete Ventilspindel
üblicherweise aus rostfreiem oder plat -tiertem Stahl hergestellt. Der als Ventilkörper
dienende Spind.elkopf weist eine geschliffene und polierte Sitzflüche auf.
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Das zylindrische Ventilgehäuse besteht gleichfalls aus Stahl oder
Bronze und erh:lt gleichfalls bestens bearbeitete Sitzflächen. Die beiden Anschlußstutzen
für die Kühlmittelleitungen sind gewöhnlich in das zylindrische Gehäuse eingeschweißt
oder mit ihm hart verlötet und so ausgebildet, daB auch die Kühlrnittelleitungen
an diesen Stutzen verlötet werden können. Dabei maß das Hartlot zum Anbringen der
GehKusestutzen so hitzebeständiw sein, d.aß es beim nachträglichen Anlöten der Kühlmittelleitungen
an die Stutzen nicht schmelzen kann. .Die hohen Wärmebeanspruchungen beim Verlöten
der Gehäuseteile haben .aber meist zur Folge, daß sich die metallischen Sitzflachen
des VentilgehJuses und des Ventilkörpers nicht mit ausreichender Abdichtung berühren.
Ist der Ventilkörper zum Schutz gegen Korrosion plättiert, so kommt es vor, daß
die Platti3runC durch die Hit::reirv:irkun@; beim 2inschweit3erl oder Einl öten
der Geh:_'Lisestutzen
abbrennt und
Schutzwirkung verliert, so daß an den Sitzfl.;:chen Korrosionen eintreten, die dazu
fi.hren können, daß der Ventilkörper blockiert wird.
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Um dies zu vermeiden, hat man vorgesehen, bei derartigen Hilfsventilen
der. Ventilkörner mit nichtmetallischen Sitzilwchen aus weicherem Werkstoff zu versehen.
Hierbei treten jedoch weitere Schwierigkeiten auf, die durch unzureichende Best@.ndigkeit
gegenüber dem Kältemittel begründet sind. Als Kältemittel werden nämlich heutzutage
meistens Fluorkohlenstoffe verwendet. Als nichtmetallische :derkstoffe, die diesen
Kältemitteln gegenüber ausreichend beständig sind, kommen nur Kunstharze auf der
asis von Tetrafluoräthylen in Betracht, die unter dem Warenzeichen TEr'LUN vertrieben
werden. Die Verwendung diese, Kunststo=ffes bringt aber gewisse Schwierigkeiten
mit sich. Infolge seines halbstarren Zustandes und der Tatsache, d.aß dieser Kunststoff
zwar drucknachgiebig ist, aber keine ausreichende :Elastizität aufweist, um bei
Verformungen wieder in die ursprüng -liche Gestalt zurückzukehren, hat man es stets
für notwendig gehalten, Dichtfl'chen aus diesem Eaterial auf genaue Form zu schneiden
und das PTaterial so zu haltern, daß die Abdichtung nicht durch übermäßige Dehnung
der Dichtungsringe beim Anbringen beeinträchtigt werden kann. Aus diesem-Grunde
hat man bei den eingangs beschriebenen Hilfsventilen für Kühlmittelbitungen die
als Schraube ausgebildete Ventilspindel und den Spindelkopf aus getrennten Teilen
hergestellt und den als Ventilkörper dienenden Spindelkopf mehrteilig so ausgebildet,
daß die aus dem erwähnten Kunststoff hergestellten Dichtungsringe ohne vorherige
radiale
Aufweitung in die mit entsprechenden Ausnehmungen versehenen Dichtflachen des Spind.elkopfes
eingelagert werden konnten. Die mehrteilige Herstellung solcher @ipi.ndelköpfe ist
aber umständlich und kostspielig, da die Einzelteile des Ventilkörpers sehr genau
zusammenpassen müssen und überdies auch ihre zentrische Befestigung an der Ventilspindel
gewisse Schwierigkeiten bereitet. Der Erfindung liegt die "iufgabe zugrunde, Hilfsventile
der eingangs beschriebenen .Art für Kühlmittelleitungen in'besonderer Weise mit
in den Sitzflächen des Ventilkörpers angeordneten Dichtungsringen aus Tetrafluoräthylen-Kunststoff
auszubilden und so herzustellen, daß diese Schwierigkeiten entfallen. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei bekannter Ausbildung des Doppelsitzventilkörpers
als einteilig hergestellter Kopf der Ventilspindel die Dichtungsringe aus Tetrafluoräthylen
durch eine sehr plötzliche Axialverschiebung mit ganz kurzzeitiger, momentaner Radialspreizung
in die Ringnuten der Sitzflächen des Ventilkörpers eingerastet sind. Es wurde nämlich
gefunden, daß Dichtungsringe aus diesem besonderen :°erkstoff bei den hier in Betracht
kommenden Abmessungen bei einer sehr schnellen Radialspreizung wieder in ihre ursprünglichen
Abmessungen zurückkehren, in denen ein guter Sitz mit verläßlicher Abdichtung gewährleistet
ist. Hierdurch kann die Herstellung von bleibend dichthaltenden Hilfsventilen für
Kältemittelleitungen beträchtlich vereinfacht und verbilligt
werden.
Um die auf diese weise hergestellten Ventilkörper mit in die ,)'itzfl':chen eingelagerten
Dichtungsringen aus Tetrrzfluor-.ithyleii-Kunststoff gegen Beeintr@.ch.tigung der
Haltbarkeit des Irlütcrials durch hohe FIitzeauswirkung beim Verlöten oder Verschweifen
der Gehäuseteile zu schützen, ist erfindungsgemäß in weiterer Ausgestaltung der
Erfindung auch eine besondere Ausgestaltung des Ventilgehäuses vorgesehen. Hierfür
sanen neuerungsgemäß die das zylindrische Ventilgehäuse bildenden GeMuseteile im
Bereich der vom zurückgeschraubten Ventilkörper abgesperrten Nebenleitung verschachtelt
und mit einer in diesem Bereich befindlichen. Schweiß- oder Lötnaht bleibend verbunden
sein. Die Vorteile, die sich aus dieser Herstellung des Ventilgehäuses ergeben,
sind in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Zur Einlagerung der Dichtungsringe
aus Tetrafluoräthylen in die kegeligen Sitzflächen des Doppelsitzventilkörpers werden
zweckmäßig zwei gestreckt kegelige Aufstreifdorne verwendet, die an ihren verjüngten
Enden mit die ungeweiteten Dichtungsringe aufnehmenden, zylindrischen Ansätzen in
Hohldorne mit axial geschlitzten, federnden Aufstreifkammern passen. Durch eine
sehr rasche Axialbewegung dieser Hohldorne kann dann das momentane Aufweiten der
Dichtungsringe in zufriedenstellender weise erfolgen.
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Die Zeichnung zeigt ein Beispiel für die Ausführung eines Hilfsventils
nach der Erfindung für Kühlmittelleitungen und für
| die Herstellungseines Ventilkörpers, und zwar zeiei@ |
| 1 ein Schaubild für die Ausbildung eines Kühlmittel - |
| systems mit zwei darin angeordneten Hilfsventilen |
| nach der Erfindung. |
| Fig. 2 ein Hilfsventil nach der #.rf induzg in größerem st
3,b im 11.*n`sschi-litt |
| FiG-. 3 ein in gleicher Größe dargestelltes i.Lilfsventil |
| bisher i@er Ausführung, |
| FiL. 4 und 5 unterschiedliche Stellungen einer im schnitt |
| dargestellten Vorrichtung zur Ausrüstung der |
| Sitzflächen des Ventilkörpers mit darin einzu- |
| lagernden Dichtungsringen aus Tetrafluoräthy- |
| len-Kunststoff und |
| Fig. 6 in kleinerem Maßstab eine weitere Ausgestaltung die- |
| ser Vorrichtung. |
| Der Kühlmittelkreislauf nach Fig. 1 enthält eine als Kom- |
| pressor arbeitende Kö.ltemaschine 1, die ein Kältemittel auf
der |
| Grunalage von 9luorkohlenstoff durch das dargestellte Leitungs- |
| system umwälzt. Das KU.ltemittel kann z.B. aus CF3CH3, C1-,3Cc13, |
| CF3CFCl2, CF3C1CC13, CC12F2, CC12F2/CH3CHF2, CHC1F2,
CH C1F2/ |
| CC1F2CF3 bestehen. Die Kältemaschine 1 drückt das Kühl- oder |
| Kältemittel durch Druckleitungen 2,3 in einen Kondensator-,
in |
| dem eine Abkühlung stattfindet. Das Kühlmittel strömt dann |
| durch eine Leitung 5 und eine darin angeordnete Expansionskam- |
| mer <2 mit sehr niedriger Temperatur in einen Verdampfer
7, aus |
| d.em es mit niederen Lruck durch die Leitunwren ß und 9 zur
K@:lte- |
maschine zurückströmt. Zwischen den unter hohem Druck stehendes
Vorlaufleitungen 2,3 befindet sich ein Hilfsventil 1ü und zwischen den Bückströmleitungen
8, 9 ein Hilfsventil 11. Beide Hilfsventile weisen die gleiche Ausführung auf, so
d:aß nachstehend nur das Hilfsventil 11 nher beschrieben wird.
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Gemß Fig. 2 hat das Hilfsventil 11 ein rohrförmiges Ventilgehäuse,
das am unteren Ende mit einem axialen Auslaß 13 und einem Aus'aßstutzen 14 versehen
ist, in den das eine Ende der hückstr®mleitung 9 eingelötet oder eingeschweißt ist.
überhalb dieses Endes Weist das Ventilgehäuse einen seitlichen Durchlaß 15 mit einem
seitlichen Gewindestutzen 16 auf, der durch eine abdichtend aufgeschraubte Kappe
17 verschlossen ist. Bei Abnahme der Schraubkappe 17 kann der Gewindestutzen 16
zum hinleiten von Kühlmittel in das System verwendet werden. Das Hilfsventil 10
ist mit einem entsprechenden Gewindestutzen versehen, an dem statt der Schraubkappe
17 ein Druckmesser 18 verschraubt ist.
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Zwischen den Stutzen 14 und 16 enthält das Ventilgehuse eine Ventilkammer
20, die unten und oben mit kegeliuen Sitzflächen 21 und 22 versehen ist. Im Bereich
dieser Ventilkammer weist das Ventilgehäuse eine zweite seitliche Offnung 231auf,
an der ein vinlaßstutzen 24 hartverlötet oder verschweißt ist. An diesem Einlaßstutzen
ist das obere Ende der Rückstromleitung 8 verlötet.
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Oberhalb der Ventilkammer 20 ist an einem Innengewinde des Ventilgehäuses
eine'Ventilspindel 26 verschraubt, die mit einem
gewindefreien Schaft
das Ventilgehäuse durchragt und am oberen Ende des Schaftes einen Betätigungsansatz,
z.B. einen Vierkant, aufweist. Die Ventilspindel 26 ist am unteren 3nde mit einem
Kopf 27 versehen, der in der Ventilkammer 20 liegt und den eigentlichen Ventilkörper
bildet. Der Spindelkopf 27 weist zwei kegelige Sitzflächen auf, die je eine Ringnut
28 enthalten. Jede dieser ding-nuten enthält einen Dichtungsring 29 aus Tetrafluoräthylen-Kunststoff.
Diese Dichtungsringe umschließen den Boden der Ringnut und stehen mit einer Außenkante
im unbelasteten Zustand über die zugeordnete kegelige Sitzflüche des Ventilkörpers
hervor. In der Sitellung nach Fig. 2, die die normale Betriebsstellung des Hilfsventils
wiedergibt, liegt der S'pindelkopf 27 mit seiner oberen Sitzfläche an der zugeordneten
kegeli`en Sitzfh,che des Ventilgehäuses an, wobei der obere Dichtuntlsring entsprechend
verformt ist und die Abdichtung zwischen den Sitzflächen herstellt. Der untere i)ichtungsring
29 kann an der unteren kegeligen bitzfl@*,che 21 des Ventilgehäuses zur Anlage kommen,
wenn. die Ventilspindel 26 in ihrem Schraubengewinde entsprechend gedreht wird.
ijer gewindefreie Schaft der Ventilspindel 26 ist durch die Packung 31 einer mit
einer Gewindehizlse 32 versehenen Stopfbüchse abgedichtet. Ein Kennzeichen der Erfindung
besteht darin, daß trotz der einteiligen Ausbildung des Spindelkopfes 27 mit der
Spindel 26 die in den Nuten 28 des Spindelkopfes befindlichen Dichtungsringe 29
aus Tetrafluoräthylen-Kunststoff bestehen. Dies wurde bisher für unmöglich angesehen,
und zwar in der Annahme, da.ß
sich die Dichtungsringe aus dem erwähnten
Kunststoff beim Aufstreifen auf den Spindelkopf nicht ausreichend zusammenziehen
würden, um in die Nuten 28 einzurasten. Man nahm vielmehr@an, daß sich die Ringe
zwar aufweiten,würden, dann aber im aufgeweiteten Zustand. verbleiben. indessen
hat sich die überraschende Tatsache ergeben, d.aß diese Annahme nicht zutrifft,
wenn man die Aufweitung
und nur ganz kurzzeitig vornimmt, und zwar kürzer als eine Sekunde lang. Nur bei
so kurzzeitiger Aufweitung verhalten sich die Ringe aus dem erwähnten Kunststoff
wie elastische Dichtungsringe und kehren sofort wieder in ihre ursprüngliche Gestalt
zurück. Dieses schnelle und.
Aufweiten der Dichtungsringe aus Tetrafluoräthylen-Kunst- . stoff bildet ein wesentliches
Teilmerkmal der vorliegenden Erfindung. Bisher hat man das Aufweiten dieser Ringe
absichtlich unterlassen in der Annähme,. daß sie ihre ursprüngliche Gestalt nicht
wieder einnehmen würden. Aus diesem Grunde hat man gemäß Fig. 3 den Spindelkopf
aus mehreren getrennten Teilen 35, 36 und 37 hergestellt, wobei die Dichtungsringe
38 zunächst in-entsprechende Ausnehmungen von Zwischenscheiben 35 und 37 eingepaßt
wurden, ehe man diese Paßringe zusammen mit einem dazwischen befindlichen Ring
36 auf einen Ansatz 39 der Ventilspindel 40 aufgesteäkt hat, der anschließend
zum Zusammenhalten der TeLe vernietet werden mußte.
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Zum schnellen und momentanen Aufweiten der Dichtungsringe 29 aus Tetrafluoräthylen-Kunststoff
ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine besondere Vorrichtung entwickelt worden,
die in
Fig. 4- - 6 dargestellt ist. Diese Vorrichtung weist zwei
radial dehnbare Ilohldorne 42 und 4-3 auf, die an ihren einander zugekehrten;ndc-:n
mit einer Vielzahl von auf den Umfang verteilt liegenden Längsschlitzon 4-4- versehen
sind.. Diesen Hohldornen sind, zwei kegelige Tragdorne 4-5 und 4-6 zugeordnet, die
mit ihren verjüngt zulaufenden Lnden in die Hohldorne 4-2 und 43 einpassen. An ihren
verjüngten Enden sind diese Tragdorne auf einem Teil ihrer L=nge zylindrisch ausgebildet.
Der kegelige `2ragd.orn 4-5 ist zur Aufnahme der Ventilspindel 26 hohl ausgebildet
und in seiner lichten Weite so bemessen, daß er sich auf das Außengewinde der Ventilspindel
26 aufstreifen Die einander zugekehrten, breiteren Winden der Tragdorne 4-5 und.
46 Weisen je eine kleine erweiterte Ausnehmung auf, die den Spind.elkopf 2'7 jeweils
an dem äußeren Begrenzungsrand der Nuten 28 übergreift. Die nußeren zylindrischen
Enden der Tragdorne 4-5 und. 46 sind. so bemessen, daß sie jeweils dem Innendurchmesser
des zugeordneten Dichtungsringes 29 entsprechen, so daß sich die Dichtungsringe
auf diese Enden der Tragdorne leicht aufsetzen lassen. Um das zum Aufbringen der
Dichtungsringe auf den Spindelkopf erforderliche, äußerst schnelle Aufweiten auf
einfache Weise durchführbar zu machen, sind gemäß Fig. 6 die beiden Hohldorne 4-2
und 4-3 je in einem zugeordneten ortsfesten Lager 50 verschiebbar und mit ihren
äußeren Enden an Führungsschlitzen von Lenkern 51 gelagert, die in zugeordneten
ortsfesten Lagern 52 drehbar sind. Die Lenker 51 bilden somit zweiarmige Hebel,
die
ihrerseits durch Lenher 53 an dem Kopf der Kolbenstange 54 eines druckmittelbet@tigten
Zylinders 25 angreifen. Bei plötzlicher Druckmittelzufuhr am rechten Zndc dieses
Zylinders wird die Namenstange nach außen gestoßen und bringt dadurch die Lenker
in die mit gestrichelten Linien eingezeichnete Stollung, wobei die 1)ichtvng-sringe
29 äußerst rasch l-n`s der `.'rÜ.gdorne 45,4-6 verschoben werden und dann in die
Nuten 28 des Spindelkopfes einrasten. Im Bedarfsfalle können die Dichtungsringe
29 im Ausgangszustand einen etwüs kleineren Innendurchmesser als die Nuten 28 aufweisen,
damit sie beim raschen Aufstreifen mit besonders festem Sitz in die Umfungsnuten
28 des Shindelkopfes einschnappen.
| Ein weiteres Herknal der Zrf3.ndur_!-#: beruht in der
besonderen. |
| Ausbildung des zylindrischen Ventil-eh,"*uses, das gemö.i@
li'ig. ?_ |
| in seiner Länr-e -aus zwei Hülsenteiler. 6,i und
051 zusInmengesetzt |
| ist, die sich a m oberen Ziide der Venti lk--mrer derart übergrei- |
| fen, daß die obere kegelige ;D-itzflüche 22 dieser famner durch |
| das untere Ende des oberen Geli:-3:usetnils 61 gebildet ist.
Der |
| untere Geh::tusetei 1 60 ist hinter der seitlichen ufi'nung,
zur Auf- |
| nahme des Gehäusestutzens 24 mit einem z;lindrischen Ansatz
62 |
| versehen, in dem sich im Bereich des seitlichen Durchlasses
15 |
| des Gehäuseteils 61 eine seitliche Bohrung. zur Aufnahme des
Une- |
| windestutzens 16 befindet. In diesen zylindrischen Ansatz 62 |
| des unteren bzw. äußeren Gehäuseteils 60 ist der obere Gehäuse- |
| teil E1 eingelötet oder eingeschweißt. Bei dem verlzältnism-ßig |
| großen Abstand der Verbindungsstelle üvon der, Lötstellen der |
Anschlußleitungen 8 und. 9 können die bei d.en Geh=useteile mit
einem LÖt- oder Schweißmaterial verbunden werden, das einen
| verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt /,l#%üfwest. Bei dieser |
| Temperatur k_Znn keine Beeinträchtigunv der tuf d.em Spindelkopf |
| sitzenden Dichtungsringe 29 aus Tetrafluor;2thylen-Kunststoff |
| eintreten. Beim Herstellen dieser Verbindung wird der ipind.el- |
| kopf natürlich so eingestellt, daß er an d.er unteren äitzfl,*='- |
| che 27. des Geh=uses anliegt. Die Hitzeeinwirkurg auf die Dich- |
| tun`sringe ist also wesentlich niedriger als bei d.er früheren |
| Anordnung nach Fig. 3, bei der zum Herstellen der Löt- oder |
| Schvrei-znaht 66 mit wesentlich höherer Temperatur gearbeitet |
| werden mußte, um ein Lösen dieser Naht beim n:achherigen Anl?3ten |
| der Leituni, 9 zu verhindern. |