DE2320260A1 - Foerderbegrenzungsventil fuer kuehleinrichtungen - Google Patents

Description

Bitte in der AnttärtHinoebtnC^a S β F . 2 0 5 S

Beschreibung

der Firma FIAT SOCIETA PER AZIONI Turin / Italien

betreffend

"Förderbegrenzungsventil für Kühleinrichtungen".

Priorität: 19.4.1972 - ITALIEN

Die Erfindung betrifft ein Förderbegrenzungsventil für Kühleinrichtungen, das besonders zur Verwendung in den .Kühleinrichtungen von Klimaanlagen geeignet ist. Im besonderen sind Ventile, auf welche die Erfindung gerichtet ist, in Klimaanlagen für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs geeignet.

Die bekannten Kühleinrichtungen besitzen im allgemeinen einen Kompressor, der ein Kältemittel, beispielsweise das unter der Warenbezeichnung "Freon 12" bekannte Kältemittel, zu einem Verflüssiger pumpt, von wo es zu einem Entspanner oder Verdampfer gelangt, der dort angeordnet

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ist, wo die Kühlwirkung gewünscht ist, welches Kältemittel schließlich zur Pumpe zurückkehrt und von neuem in dem Kreislauf in Umlauf gesetzt wird.

Zur Regelung des von der Kühleinrichtung bewirkten Kühlungsgrades ist es statt der An- und Abschaltung des Kompressors, womit Nachteile verbunden sind, besonders wenn der Kompressor durch den Fahrzeugmotor bekannt, eine Regelvorrichtung zur Regelung der Strömung des Kältemittels im Kreislauf in Abhängigkeit von dem Bedarf desselben sowie von äusseren Faktoren, wie z.B. die für den Komfort der Fahrgäste im Fahrzeug erforderliche Temperatur, vorzusehen.

Um solchen Anforderungen gerecht zu werden, wurden Anordnungen vorgeschlagen, bei denen die Strömungsgeschwin-

digkeit des umlaufenden Mediums in Abhängigkeit von dem Druck im Kreislauf unmittelbar unterstromseitig des Kompressors vorgeschlagen sind. Eine solche Lösung ist in der italienischen Patentanmeldung Nr. 67 251 - A/7 2 beschrieben. Obwohl diese Einrichtung in mehrfacher Hinsicht zufriedenstellend arbeitet, ist bei ihr das Problem der Vereisung der Kühlungselemente des Verdampfers nicht gelöst, wenn die Temperatur derselben unter einen bestimmten Wert abfällt. In einer weiteren Patentanmeldung der gleichen Anmelderin ist eine Anordnung vorgeschlagen, die auf einen Schwellendruck im Kreislauf anspricht, der der Vereisungstemperatur entspricht, welche Anordnung eine Verringerung der Strömung des Kältemittels be.wirkt, wenn der Druck unter den erwähnten kritischen Schwellenwert abfällt.

Die beiden vorangehend beschriebenen Einrichtungen arbeiten

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selbsttätig und sprechen.auf absolute Drücke an und sind daher, wenn sie einmal in das Fahrzeug eingebaut worden sind, nachträglich nicht mehr regelbar. Ausserdem besteht keine Möglichkeit der Regulierung durch die Fahrgäste entsprechend den individuellen Erfordernissen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Förderbegrenzungsventil für eine Klimaanlage, welches auf de.n vorerwähnten kritischen Schwellendruck anspricht, jedoch trotzdem verstellbar ist, um den Benutzern der Klimaanlage die Einstellung des Systems auf verschiedene Bedingungen und erfordernisse zu ermöglichen.

Es können Ausführungsformen der Erfindung mit einem Ventil vorgesehen werden, das durch Fernsteuerung verstellt werden kann, wobei das Steuerelement des Ventils an einer beliebigen gewünschten Stelle im Fahrzeug angeordnet werden kann.

Ein erfindungsgemässes Förderbegrenzungsventil für eine Kühleinrichtung mit einem Kompressor, einem Verflüssiger und einem Verdampfer in Hintereinanderschaltung sowie mit einer Einrichtung zur Regelung der Förderung des Kältemittels zum Kompressor besitzt eine Einlaßöffnung, die mit dem Auslaß des Verdampfers verbunden ist, und eine Auslaßöffnung, die mit dem Einlaß des Kompressors verbunden ist, welche beiden öffnungen über einen ersten l&ial mit einer Drosselstelle ständig miteinander in Verbindung stehen und ferner über einen weiteren Kanal verbunden sind, der durch einVerschlußstück verschlossen werden kann, das zwischen zwei Stellungen in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Auslaß des Kompressors und dem Auslaß des Verdampfers beweglich ist, wobei sich die Erfindung gegenüber dem Bekannten dadurch unterscheidet, daß das Verschlußstück in einer Kammer angeordnet ist, die mit der Einlaßöffnung des Ventils über einen

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zweiten Kanal mit einer zweiten Drosselstelle verbunden ist, welche Kammer ferner über einen zweiten Kanal mit einer zweiten Kammer in Verbindung steht, durch welche 2weite Kammer die Kältemittelströmung durch ein Verschlußstück geregelt wird, das durch ein Magnetventil betätigt wird, und welche zweite Kammer über einen dritten Kanal Verbindung hat, dessen Durchmesser grosser als der der Drosselstelle des ersten Kanals ist, welcher durch das Verschlußstück des Magnetventils geschlossen wird,das elastisch in die Schließstellung belastet wird, wenn die Wicklung entregt ist, und welcher bei der Erregung der Wicklung des Magnetventils geöffnet wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend beispielsweise in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und zwar zeigen: ■

Fig. 1 eine schematische DarsiELlung einer Kühleinrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Förderbegrenzungsventil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht des Verdampfers der in Fig. 1 dargestellten Kühleinrichtung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche die Veränderung des Druckes als Funktion der Temperatur des Verdampfers der Kühleinrichtung zeigt;

Fig. 4· eine Ansicht eines Förderbegrenzungsventils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Schnitt und

Fig. 5 in schematischer Darstellung eine Anordnung, durch welche die gewünschte Fernsteuerung der Kühleinrichtung erhalten werden kann.

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Fig. 1 ist ein Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor an sich bekannter Art dargestellt, der Kältemittel, beispielsweise das unter der Warenbezeichnung "Freon 12" bekannte Kältemittel zu einem Verflüssiger 12 über eine Leitung 14 pumpt. Das Kältemittel nimmt dann seinen Weg über eine Leitung 16 zu einem Verdampfer 18, der in der Umgebung angeordnet ist, welche gekühlt werden soll. Der Verdampfer 18 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, von der Bauart mit einer Anzahl Platten 181, durch welche eine Rohrschlange 18 2 hindurchgeführt ist. Das Eintrittsende 183 der Rohrschlange ist mit der Leitung 16 verbunden, während das Austrittsende 184 der Rohrschlange mit der Leitung 22 verbunden ist, die zu einer Einlaßöffnung 201 eines Förderbegrenzungsventils 20 führt. Das Ventil 20 besitzt eine Auslaßöffnung 202, die über eine Leitung·24 mit der Ansaugöffnung 101 des Kompressors 10 verbunden ist.

In der Leitung 14 zwischen einer Förderöffnung 102 des Kompressors 10 und dem Verflüssiger 12 ist ein T-Rohrstück 26 angeordnet. Dieses T-Rohrstück verbindet diesen Teil des Kreislaufs über eine Leitung 28 mit einer Steueröffnung 203 im Ventil 20. Das Ventil 20 ist mit einem elektrisch betätigbaren Ventil 20% versehen, das nachfolgend als "Magnetventil" bezeichnet wird, dessen Aufgabe nachstehend näher beschrieben wird. Das Magnetventil 204 besitzt eine Magnetspule 205, deren Klemmen 206, 207 durch Zuleitungen mit einem Regelorgan 30 verbunden sind, das an einer geeigneten Stelle im Fahrzeug entfernt vom Ventil 204 angeordnet werden kann. Das Regelorgan 30 kann ein verstellbarer Thermostat, ein druckempfindlicher Schalter oder ein anderes geeignetes Regelelement sein, wie nachfolgend näher beschrieben wird.

Wie Fig. 4 zeigt, besitzt das Ventil 20 einen im wesentlichen zylindrischen Körper 208 mit einer axialen zylindrischen Bohrung, die mehrere verschiedene Durchmesser aufweist, so daß diese im Ventilkörper eine Reihe von Kammern begrenzt.

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-Die oberste Kammer 209 (bei der in Fig. 4 gezeigten Lage) ist mit einem Stopfen 210 versehen, der ihr oberes Ende verschließt. Ein Ansatz 210a des Stopfens 10 erstreckt sich innerhalb der Kammer 209 und ein Dichtungsring 211 gewährleistet die Abdichtung des Endes 209 durch den Stopfen .210. Der Stopfen 210 ist ebenfalls mit einer axialen Bohrung 212 versehen, die eine Steueröffnung aufweist. Am unteren Ende der Kammer 209 ist eine Membran 213 mit einer Mittelöffnung 214 befestigt. Ein napfförmiger Kolben 215 kann sich frei axial bewegen und ist durch einen Dichtungsring 216 mit den Aussenflachen des Ansatzteils 210a des Stopfens 210 abgedichtet. Der Kolben 215 besitzt einen Ansatz 215a, der sich durch die Mittelöffnung 214 der Membran 213 mit einem Zwischenraum erstreckt. Die axiale Stellung des Kolbens 215 wird durch die Differenz zwischen dem Druck an der Steueröffnung 203, welcher auf die Kammer 216 übertragen wird, und einer Kraft bestimmt, die auf den Kolben durch eine unter Druckvorspannung stehende Feder 217 ausgeübt wird, welche zwischen der Membran 213 und einer ringförmigen Schulter 215b des Kolbens 215 unter Druckbelastung steht.

Die erste Kammer 2Q9 steht mit dem Zwischenraum 214 zwischen der Membran und dem Ansatz 215a des Kolbens 215 mit einer zweiten Kammer 216 von kleinerem Durchmesser in Verbindung, in der sich ein kleiner Tauchkolben 219 bewegen kann, der mit einem Schaft 219a versehen ist, welcher innerhalb einer Bohrung 215c axial gleitbar ist, die im Kolben 215 ein/geschlossenes Ende hat. Der Tauchkolben wird vom Kolben 215 (mit seinem Schaft 219a in der Bohrung 215c) durch eine verhältnismässig schwache Feder 220 in Abstand gehalten, welche zwischen der Membran 213 und dem Tauchkolben 219 unter Druckvorspannung steht. Am Tauch-

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kolben 219 ist ein Verschlußstück 221 angebracht, das mit einem Rand 222 aus elastomerem Material versehen ist, welcher eine Abdichtung gegen die Wände der Kammer 218 bildet.

Am unteren Ende des Körpers 208 des Ventils ist eine Kammer 232 und eine grössere gleichachsige Kammer 223 vorgesehen. Die grössere Kammer 223 ist durch einen Stopfen 224 abgeschlossen, der mit einer Dichtung 226 versehen ist, welche die Verbindung zwischen den beiden Kammern 223 und 232 schließt, während eine Dichtung 225 die Verbindung zwischen der Kammer 223 und der Aussenluft schließt. Der Stopfen 224 weist einen ringförmigen Ansatz 227 auf, der sich innerhalb der Kammer 232 erstreckt und mit einem Ventilsitz 228 endet, mit dem der Verschlußkörper 221 in einer nachstehend näher beschriebenenWeise zusammenwirkt. Der ringförmige Vorsprung 227 ist mit einer radialen Bohrung 229 versehen, die eine ständige Verbindung zwischen einer Mittelbohrung 230, die sich durch den ganzen Stopfen 124 erstreckt, ermöglicht, welche mit der Aussenluft und der Kammer 232 in Verbindung steht.

Radial zum Körper 208 des Ventils erstreckt sich ein Kanal 231, der mit der Kammer 232 und mit der Einlaßöffnung 'in Verbindung steht. Ein Kanal 232 stellt eine Verbindung zwischen dem Kanal 231 und der Kammer 218 her und weist eine Drosselstelle 234 auf.

Ein weiterer enger radialer Kanal 2 35 ist im Stopfen 224 vorgesehen. Dieser Kanal stellt eine Verbindung zwischen der axialen Bohrung -230 des Stopfens 2 24 und der Kammer sowie mit einer radialen Bohrung 236 her. Ein Stopfen 237 verschließt die Bohrung 236 mittels enes Dichtungsringes 238. Der Stopfen 237 ist mit einer axialen Bohrung 239 versehen und an seinemEnde mit einem Ventilsitz 240 ausgebildet,

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Gleichachsig zum Stopfen 237 und damit zum Ventilsitz 240 ist ein Magnetventil 204 befestigt, das mit dem Körper 208 des Ventils durch einen Dichtungsring 204 abgedichtet ist. Der Anker 243 des Magnetventils, der mit einem Kern 24 3 aus einem Stück besteht, wird gegen den Ventilsitz 240 durch eine Feder 244 belastet, wenn die Magnetspule 205 nicht erregt ist.

Die Magnetspule 205 kann an eine Gleichstromquelle 245 mit Hilfe von Schaltern I₁, I₂, I₃ angeschaltet werden, die sich miteinander in Reihenschaltung befinden und deren Funktion und Wirkungsweise nachfolgend in Verbindung mit Fig. 5 näher beschrieben wird.

Ein Kanal 246 verbindet die Kammer 218 mit der Kammer 247 gesteuert durch das Magnetventil 204.

Während des Betriebs der Kühleinrichtungen sind die Bedingungen im Verdampfer 18 derart, daß das Kältemittel in der Rohrschlange in Gegenwart seines gesättigten Dampfes besteht. Unter diesen Bedingungen besteht eine einzige Entsprechung zwischen Druck und Temperatur, was in der graphischen Darstellung der Fig. 3 gezeigt ist. Eine Regelung des Druckes im Verdampfer gewährleistet daher automatisch eine Regelung der Temperatur und umgekehrt.

Während des normalen Betriebs der Kühleinrichtung ist der Tauchkolben 221 vomVentilsitz 228 abgehoben, wodurch eine freie Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 201 und der Auslaßöffnung 202 hergestellt ist. Der Kolben 215 ist durch die Feder 217 in seine oberste Stellung belastet, in welcher sein Flansch 215b gegen den Stopfen 210 anliegt. Wenn die Differenz zwischen dem Druck am Kompressorauslaß und am Verdampferauslaß über einen bestimmten Schwellenwert an-

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steigt, der durch die Vorspannung der Feder 217 bestimmt wird, bewegt sich der Kolben 215 abwärts, wodurch der Tauchkolben 219 nach unten gedrückt und das Verschlußstück 2 21 gegen den Ventilsitz 228 gepreßt wird, womit die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 201 und der Auslaßöffnung 202 unterbrochen wird. Der Druck im Kreislauf beginnt daher im Verdampfer anzusteigen und im Kompressor abzufallen, bis er wieder den Sicherheitswert erreicht und der Kolben 215 wieder unter der Wirkung der Feder 217 angehoben wird. Die Bohrung 229 hat die 'Aufgabe, den totalen Abschluß des Kreislaufs zu verhindern, um die Gefahr zu vermeiden, daß der Kompressor ein Vakuum erzeugt, das ausreicht, Schmieröl aus seiner ölwanne anzusaugen.

Fig. 5 zeigt, daß im normalen Betrieb die Magnetspule 205 des Magnetventils 204 ständig erregt ist, so daß sich das Verschlußstück 242 vom Ventilsitz 240 in Abstand befindet. Unter diesen Bedingungen kann das Kältemittel durch die Leitung 2 33, die Kammer 218, den Kanal 24 6 sowie durch die Bohrung 248 und die Kanäle 239 und 2 30 in die Auslaßöffnung 202 fliessen.. Da der Durchmesser der Bohrung 248 grosser . als der Durchmesser der Drosselstelle 234 ist, ist der Druck in der Kammer 218 geringer als derjenige in der Einlaßöffnung 202, so daß das Verschlußstück 221 von seinem Ventilsitz 228 entgegen der Wirkung der Feder 220 abgehoben ist und daher eine freie Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 201 und der Auslaßöffnung 202 besteht. Der Kompressor arbeitet daher mit voller Förderung.

Wenn einer der Schalter I₁,I₀ oder I, sich öffnet, wird die Magnetspule entregt und verschließt das-Verschlußstück 242 die Bohrung 248. Der Druck in der Kammer 218 wird daher dem in der Einlaßöffnung angeglichen, so daß die Feder 220 das Verschlußstück 219 gegen den Ventilsitz 228

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drückt. Die Schalter I. , I₀, I- können mit Betätigungsorganen verbunden, werden, die an besonderen Stellen im Kreislauf angeordnet sind, die geschützt werden sollen, beispielsweise kann der Schalter L· mit einem Thermostaten· (nicht gezeigt) verbunden sein, der zwischen benachbarten Platten des Verdampfers 18 angeordnet ist und auf die Vereisungstemperatur anspricht, um den Schalter I. zu öffnen, wenn eine Annäherung an die Vereisungstemperatur erfolgt. Die Angleichung der Drücke in der Kammer 218 und in der Kammer 2 32 ermöglicht es der Feder 220, den Ventilsitz 228 zu schliessen, was die gleichen Ergebnisse hat wie wenn dieser durch die Bewegung des Kolbens 215 geschlossen wird, d.h. einen fast vollständigen Stillstand des Umlaufs im Kältemittelkreislauf und damit schließlich einen Anstieg in der Temperatur durch aus der Umgebung entnommene Wärme. Mit Hilfe eines weiteren Schalters I₂» der mit einem Thermostaten innerhalb des Fahrzeugs verbunden ist, ist es möglich, die Temperatur des Fahrgastraurnes in der gewünschten Weise zu regeln. Ferner kann ein Schalter I₃ mit einem Thermostaten= verbunden werden, der auf die Temperatur des umlaufenden Kältemittels anspricht und betätigt wird, wenn die Temperatur desselben unter eine bestimmte zulässige Grenze abfällt.

Wenn einer der Schalter offen ist und sich die Bedingungen ändern, so daß er geschlossen wird, wird die Magnetspule 205 erregt und bewegt sich das Verschlußstück 242 von der Bohrung 24 8 weg, wodurch die Verbindung zwischen dem Kanal 233, der Kammer 218 und dem Kanal 24 6 zur Auslaßöffnung 202 wieder hergestellt wird und ein beträchtlicher Unterdruck in der Kammer 218 erzeugt wird, der das Verschlußstück 221 in die Offenstellung saugt, so daß die Anlage voll arbeitenkann.

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Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Förderbegrenzungsventil für eine Kühleinrichtung mit einem Kompressor, einem Verflüssiger und einem Verdampfer in Hintereinanderschaltung und einer Einrichtung zur Regelung der Förderung des Kältemittels zum Kompressor, welches Ventil eine Einlaßöffnung aufweist, die mit dem Auslaß des Verdampfers verbunden ist, und eine Auslaßöffnung, die mit dem Einlaß des Kompressors verbunden ist, welche beiden Öffnungen über einen ersten Kanal mit einer Drosselstelle ständig miteinander in Verbindung stehen und ferner mit einem weiteren Kanal verbunden sind, der durch ein Verschlußstück verschließbar ist, welches zwischen zwei Stellungen in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Auslaß des Kompressors und dem Auslaß des Verdampfers beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück (221) in einer Kammer (218) angeordnet ist, die mit der Einlaßöffnung (201) des Ventils über einen zweiten Kanal (233) verbunden ist, der eine zweite Drosselstelle (234) aufweist, die Kammer (218) ferner über einen zweiten Kanal (246) mit einer zweiten Kammer (247) verbunden ist, durch welche die Kältemittelströmung durch einVerschlußstück (242) geregelt wird, das durch ein Magnetventil (205) betätigbar ist, die zweite Kammer (247) über einen dritten Kanal (236) verbunden ist, dessen Durchmesser grosser als der der Drosselstelle (234) des ersten Kanals (233) ist, welcher durch das Verschlußstück (242) des Magnetventils geschlossen wird, das in die Schließstellung elastisch belastet ist, wenn die Wicklung (205) entregt ist, und geöffnet wird, wenn die Wicklung (205) des Magnetventils erregt wird.

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