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Die
Erfindung betrifft eine Schauglasanordnung für einen Kältemittelkreislauf, wie er
insbesondere zur Kühlung/Klimatisierung
von Fahrzeuginnenräumen
zum Einsatz kommt.
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Das
der Erfindung zugrunde liegende Problem wird unter Bezugnahme auf 1 erläutert, die in
schematischer Weise einen derartigen, dem Stand der Technik entsprechenden
Kältekreislauf
zeigt.
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Er
umfasst in bekannter Weise einen Verdichter 1, der dazu
dient, verdampftes Kältemittel
anzusaugen und auf einen höheren
Druck zu komprimieren.
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Vom
Verdichter 1 gelangt das komprimierte, aber immer noch
dampfförmige
Kältemittel
in einen Kondensator bzw. Verflüssiger 2,
der als Wärmetauscher
dient, so dass das erhitzte Kältemittel
Wärme an
die Umgebungsluft abgeben und dabei vom dampfförmigen in den flüssigen Zustand übergehen kann.
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In
der durch die Pfeile S angegebenen Strömungsrichtung hinter dem Verflüssiger 2 ist
ein Sammelbehälter 3 angeordnet,
in welchem eventuell noch im Kältemittel
vorhandene Dampfblasen von der Kältemittelflüssigkeit
getrennt werden.
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Auf
den Sammelbehälter 3 folgt
ein Handabsperrventil 4, an das sich ein Filtertrockner 5 anschließt, der
im Kältemittel
enthaltenes Wasser und Säure
binden sowie Schmutz und sonstige Fremdkörper ausfiltern soll.
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Ein
weiterer wesentlicher Bestandteil des Kältemittelkreislaufes ist wenigstens
ein Expansionsventil 8, in welchem sich das Kältemittel
von dem auf der Zuflussseite herrschenden, hohen Druck auf einen
niedrigeren Druck entspannt und sich dabei abkühlt, so dass es in einem nachfolgenden
Verdampfer 9, der ebenfalls als Wärmetauscher dient, Wärme aus
dem zu kühlenden
Fahrzeuginnenraum aufnehmen kann. Dabei geht das Kältemittel
vom flüssigen wieder
in den dampfförmigen
Zustand über,
wozu sowohl die durch den Verdampfer 9 bewirkte Wärmezufuhr
als auch die Saugwirkung des Verdichters 1 beiträgt.
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Bei
dem in 1 wiedergegebenen Beispiel sind zwei zueinander
parallele Zweige 10 und 10' vorgesehen, von denen jeder ein
Drosselorgan bzw. Expansionsventil 8, 8' und einen Verdampfer 9, 9' enthält.
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Die
Expansionsventile 8, 8' können nur dann optimal arbeiten,
wenn das Kältemittel
an ihrem Eingang in flüssiger
Form ansteht und keine Dampfblasen enthält.
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Voraussetzung
hierfür
ist, dass die Füllmenge
im Kältemittelkreislauf
optimal ist und dass das Kältemittel
in unterkühlter
Form vorliegt.
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Um
dies sowohl bei der Erstbefüllung
als auch bei Wartungsarbeiten an im Einsatz befindlichen Anlagen überprüfen zu können, umfasst
der Kältemittelkreislauf
auf der Hochdruck- bzw. Flüssigkeitsseite
eine Schauglasanordnung, die eine optische Kontrolle des Kältemittelzustandes
bzw. der Anlagenfüllmenge
erlaubt. Ist die Füllmenge
in Ordnung und ist das Kältemittel
ausreichend unterkühlt,
so ist das transparente Kältemittel
hinter dem Schauglas praktisch „unsichtbar".
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Liegt
dagegen hinter dem Kondensator 2 kein unterkühltes Kältemittel
vor, so treten in ihm Dampfblasen auf, die im Schauglas als weißer Schaum
erkennbar sind.
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Ein ähnlicher
Effekt zeigt sich auch bei nicht ausreichender Befüllung der
Anlage oder bei Druckabfällen
im Kältemittelstrom
auf der Flüssigkeitsseite des
Kreislaufes.
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Nach
dem Stand der Technik ist es daher üblich, ein Schauglas entweder
in eine Wand des Sammelbehälters 3 oder
als selbständiges
Bauteil 12 in die Rohrleitung einzubauen, wie dies in 1 dargestellt
ist.
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Ersteres
hat den Nachteil, dass Gasblasen, die durch einen beispielsweise
auf Verschmutzung beruhenden Druckabfall im Filtertrockner 5 entstehen,
mit Hilfe eines in den Sammelbehälter 3 eingebauten
Schauglases nicht erkannt werden können.
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Im
zweiten Fall ist das Bauteil 12 mit dem Schauglas zwar
hinter dem Filtertrockner angeordnet, doch hat dies mindestens eine,
in der Regel zwei Schnittstellen in Form einer Löt- oder Schraubverbindung in
der Verrohrung der Anlage zur Folge, die als potentielle Undichtigkeitsquellen
nachteilig sind.
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Auch
benötigt
das Bauteil 12 zusätzlichen Einbauraum,
verursacht sowohl Herstellungs- als auch
Wartungskosten und erhöht
das Gewicht der Anlage.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schauglasanordnung der
im Oberbegriff vom Anspruch 1 genannten Art zu schaffen, die ohne
die Einführung
zusätzlicher
Schnitt- bzw. Verbindungsstellen im Kühlmittelkreislauf optimal,
d. h. so positioniert werden kann, dass durch das Schauglas hindurch
der Zustand des Kältemittels so
beobachtet werden kann, wie es auch an dem oder den Expansionsventilen
ansteht.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Anspruch 1 zusammengefassten
Merkmale vor.
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Der
erfindungsgemäßen Lösung liegt
folgende Erkenntnis zugrunde:
Im Stillstand einer Kälteanlage
verlagert sich das Kältemittel
immer zur kältesten
Stelle des Kreislaufs. Ist der Verdichter die kälteste Stelle, so würde sich
ohne weitere Maßnahmen
das flüssige
Kältemittel über die Ansaugseite
in das Kurbelgehäuse
des Verdichters verlagern. Beim Wiederanlaufen des Verdichters würde dieser
flüssiges
Kältemittel
ansaugen, was zur so genannten Flüssigkeitsschäden, wie
z. B. der Zerstörung
der Ventile, einem Trockenlauf aufgrund hohen Ölwurfs usw. führen könnte.
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Um
diese Kältemittelverlagerung
auf die Saugseite der Anlage zu vermeiden, wird im Regelfall auf
der Flüssigkeitsseite
der Anlage ein Absperrventil verbaut, das in 1 mit dem
Bezugszeichen 14 gekennzeichnet ist. Dieses Absperrventil
ist nur während
des Betriebs der Anlage geöffnet
und wird bei Anlagenstillstand geschlossen. Somit wird verhindert,
dass sich das flüssige
Kältemittel
in andere Anlagenteile verlagert, während die Anlage abgeschaltet
ist. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel ist
das Absperrventil 14 magnetisch steuerbar, doch ist dies für die Erfindung
nicht entscheidend. Es könnte
sich im Prinzip also auch um ein von Hand oder auf andere Weise
betätigbares
Absperrventil handeln.
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Dadurch,
dass gemäß der Erfindung
dieses ohnehin in die Anlage einzubauende Absperrventil als Einbauort
für die
Schauglasanordnung gewählt wird,
wird einerseits kein zusätzliches
Bauteil benötigt,
das über
eigene Schnitt- bzw. Verbindungsstellen in eine Rohrleitung eingebaut
werden müsste. Auch
entsteht weder ein zusätzlicher
Raumbedarf noch ein erhöhter
Wartungsbedarf.. Die Kosten, die durch die geringfügige andere
Ausgestaltung des Ventilkörpers
des Absperrventils entstehen, sind wesentlich geringer als die eines
gesonderten Bauteils. Das Gewicht eines solchen Absperrventils erhöht sich
durch den Einbau eines Schauglases nicht.
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Ein
besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass
sich zwischen dem in Rede stehenden Absperrventil und dem oder den
Expansionsventilen keine weiteren Anlagenteile mehr vom Kältemittel
durchströmt
werden, in denen ein Druckverlust auftreten könnte.
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Wenn
man, wie dies besonders bevorzugt ist, das Schauglas so in den Ventilkörper einbaut, dass
das Kältemittel
hinter dem Ventilsitz beobachtet werden kann, lässt sich der tatsächliche
Zustand des Kältemittels
feststellen, wie es auch auf der Hochdruckseite der Expansionsventile
anliegt Diese und weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen der
erfindungsgemäßen Schauglasanordnung
sind in den Unteransprüchen
niedergelegt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:
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1 in
schematischer Weise einen Kältekreislauf
für Anlagen
mit wenigstens einem Expansionsventil gemäß dem Stand der Technik,
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2 einen
vereinfachten Vertikalschnitt durch ein magnetisch steuerbares Absperrventil ebenfalls
gemäß dem Stand
der Technik, und
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3 einen
stark vereinfachten, schematischen Schnitt durch ein magnetisch
steuerbares Absperrventil, das gemäß der Erfindung ausgebildet
ist.
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Der
in 1 dargestellte, dem Stand der Technik entsprechende
Kältekreislauf
wurde bereits oben beschrieben.
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Jedes
der beiden in den 2 und 3 gezeigten
Absperrventile 14 weist einen Ventilkörper 16 auf, der eine
Ventilkammer 17 umschließt, in der sich ein Ventilsitz 19 befindet,
der mit Hilfe eines Ventilelements 20 geöffnet bzw.
verschlossen werden kann. Das Ventilelement 20 ist am freien
Ende eines stabförmigen
Magnetankers 22 befestigt, der durch eine im Ventilkörper 16 vorgesehene,
durchgehende Bohrung 24 nach außen und in einen Elektromagneten 26 hineingeführt ist,
mit dessen Hilfe er in Richtung des Doppelpfeils H so auf und ab
bewegt werden kann, dass das Ventilelement 20 den Ventilsitz 19 freigibt
oder verschließt.
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Der
Ventilsitz 19 unterteilt das Volumen der Ventilkammer 17 in
einen Kühlmittel-Zuflussbereich 28 und
einen Kühlmittel-Abflussbereich 29,
von denen jeder über
eine entsprechende durchgehende Bohrung 31 bzw. 32 mit
einem weiterführenden
Rohrabschnitt 34 bzw. 35 in Verbindung steht.
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Insoweit
besitzen die beiden in den 2 und 3 gezeigten
Absperrventile 14 einen nahezu identischen Aufbau mit Ausnahme
der Tatsache, dass in 2 die durchgehenden Bohrungen 31, 32 mit
ihren weiterführenden
Rohrabschnitten 34, 35 senkrecht zur Richtung
ihrer parallelen Achsen gegeneinander versetzt angeordnet sind,
während
bei dem in 3 gezeigten Absperrventil 14 diese
Achsen miteinander fluchten. Letzteres hat zur Folge, dass in der
Ventilkammer 17 dieses Beispiels eine Umlenkwand 37 vorgesehen
sein muss, die den durch die Pfeile F angedeuteten Strömungsweg
des Kältemittels
erzwingt.
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Dieser
Unterschied ist jedoch sekundär.
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Wesentlich
ist, dass der Ventilkörper 16 des in 3 gezeigten
Absperrventils 14 eine weitere durchgehende Bohrung 39 aufweist,
die einen äußeren Abschnitt 41 und
einen inneren Abschnitt 42 umfasst, von denen der innere
einen deutlich kleineren Durchmesser als der äußere besitzt, so dass zwischen
diesen beiden Abschnitten 41, 42 eine ringförmige Schulter 43 ausgebildet
ist, deren Stirnfläche 45 in
etwa senkrecht zur Achse der durchgehenden Bohrung 39 verläuft und
zur Außenseite
des Ventilkörpers 16 hin
gerichtet ist.
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In
dieser Schulter 43 ist eine ringförmige Nut 47 vorhanden,
die zur Aufnahme eines Dichtkörpers, beispielsweise
eines O-Ringes 48 dient.
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In
die durchgehende Bohrung 39 ist von außen her ein Schauglas 50 so
eingesetzt, dass es an der Schulter 43 bzw. dem O-Ring 48 anliegt,
gegen den es mit Hilfe eines Schraubringes 52 gedrückt wird,
der von außen
her in ein im Abschnitt 41 der Bohrung 39 vorgesehenes
Gewinde 54 eingeschraubt ist. Auf diese Weise kann ein
in diesem Bereich völlig
dichter Verschluss der Ventilkammer 17 erzielt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Bohrung 39 in den Kühlmittel-Abflussbereich 29 der
Ventilkammer 17 mündet,
von dem aus das Kältemittel
direkt zu dem oder den Expansionsventilen 8, 8' strömen kann,
ohne dass in ihm noch ein wesentlicher Druckabfall auftreten könnte. Es
kann also im Regelfall davon ausgegangen werden, dass der Zustand des
Kältemittels,
wie er durch das Schauglas 50 hindurch beobachtet werden
kann, mit dem Zustand des an dem oder den Expansionsventilen 8, 8' anstehenden
Kältemittels
identisch ist.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass es ohne weiteres möglich ist,
das Absperrventil 14 innerhalb des Kältemittelkreises so zu positionieren,
dass das Schauglas 50 von außen her gut zugänglich ist und
ohne weiteres beobachtet werden kann.
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Abschließend sei
noch darauf hingewiesen, dass es auch bei dem in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel
möglich
ist, eine der Bohrung 39 entsprechende weitere durchgehende
Bohrung im Ventilkörper 16 vorzusehen,
in welche dann in gleicher oder ähnlicher
Weise ein Schauglas 50 eingebaut werden kann. Mit anderen
Worten: der Einbau eines Schauglases in den Ventilkörper 16 eines
Absperrventils 14 ist unabhängig davon, ob die Achsen der durchgehenden
Bohrungen 31, 32 miteinander fluchten (wie in 3)
oder gegen einander versetzt sind (wie in 2).
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Zwar
wurde die Erfindung anhand eines in bevorzugter Weise magnetisch
betätigbaren
Absperrventils beschrieben, doch kann die Betätigung eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Ventils auch auf beliebige andere Weise erfolgen.