DE3026989A1

DE3026989A1 - Differentialdruckventil

Info

Publication number: DE3026989A1
Application number: DE19803026989
Authority: DE
Inventors: Donovan James Ward
Original assignee: PRESTCOLD Ltd
Current assignee: PRESTCOLD Ltd
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1980-07-16
Publication date: 1981-02-12
Also published as: GB2054101A; DE3026989C2

Description

- 4 Differentialdruckventil

Die Erfindung bezieht sich auf Differentialdruckventile.

Wenn man bisher den Druck in einem Fluidsystem erfassen wollte, hat man eine mit der Hochdruckseite und der Niederdruckseite in Verbindung stehende Balganordnung eingesetzt. Solche Anordnungen sind jedoch relativ kostspielig und unzuverlässig.

Der Erfindung, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckerfassung mit einem Differentialdruckventil auf einfache und betriebssichere Weise zu bewerkstelligen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Differentialdruckventil erfindungsgemäß durch ein bewegliches Ventilelement, das den Durchfluß eines Leckstroms von einer Einlaßöffnung zu einer Auslaßöffnung ermöglicht, wenn die Druckdifferenz über das Ventilelement einen ersten vorbestimmten Wert erreicht, sowie einen Sensor zur Feststellung des Leckstroms durch das Ventil gekennzeichnet. Das erfindungsgemäße Differentialdruckventil stellt fest, ob die Druckdifferenz über das Ventilelement, und somit zwischen Einlaß- und Auslaßöffnungen, einen gewünschten Mindeswert erreicht oder nicht. Das Differentialdruckventil kann, zum Beispiel, einer Pumpe zugeordnet sein, wobei dessen Einlaß mit der Ansaugseite der Pumpe in Verbindung steht (oder zumindest den gleichen Druck aufweist).

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Der Sensor stellt dann fest, ob die Pumpe einen gewünschten Mindestdruck liefert.

Der Leckstrom kann durch eine enge Bohrung, die sich von einem Ende des Ventilelements zu dessen anderem Ende erstreckt, oder durch einen engen Zwischenraum zwischen den Seiten des Ventilelements und der Seitenwand der Ventilkammer ermöglicht werden.

Vorzugsweise ist das Ventilelement zur Freigabe e iner Druckentlastungsauslaßöffnung weiter bewegbar, wenn die Druckdifferenz über das Ventilelement einen zweiten vorbestimmten Wert erreicht. Bei dieser Anordnung erfüllt ein Bauelement, nämlich das Differentialdruckventil, die Funktion von zwei bisher nötigen Bauelementen, nämlich eine Differentialdrucksteuerung zur Feststellung, wann der Druck einen gewünschten Mindestwert erreicht, sowie ein Druckentlastungsventil zur Verhinderung, daß der Druck einen gewünschten Höchstwert übersteigt. Vorzugsweise ist das Ventilelement entlang einer länglichen Ventilkammer gegen die Kraft einer Vorspannungseinrichtung bewegbar, wobei die Einlaßöffnung in einem Ende der Kammer gegen das Ventilelement ansitzen kann, und die Entlastungsauslaßöffnung in der Seitenwand der Kammer in einem Abstand zur Einlaßöffnung angeordnet ist. Der Abstand der Entlastungsauslaßöffnung zu dem Kammerende, in dem sich die Einlaßöffnung befindet, ist in Relation zu den

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Kennwerten der Vorspannungseinrichtung und in Relation zur Ventilausbildung gewählt, so daß das Ventilelement von seinem Sitz, mit dem die Einlaßöffnung geschlossen wird, abhebt, wenn die erste vorbestimmte Druckdifferenz erreicht ist, und sich über die Entlastungsauslaßöffnung hinwegbewegt, wenn die zweite vorbestimmte Druckdifferenz erreicht ist. Bevorzugt ist das Ventilelement zylindrisch ausgebildet. Die Vorspannungseinrichtung ist bevorzugt eine Schraubenfeder. Bei dem Leckstromauslaß und dem Druckentlastungsauslaß kann es sich um denselben Auslaß handeln.

Der Sensor kann von der indirekt beheizten oder der selbstbeheizten Art sein, wobei sich sein Widerstand ändert, wenn der Sensor eine Änderung der Wärmeableitungsrate ausgesetzt wird infolge der sich ergebenden Änderung seiner Temperatur. Der Sensor kann auch ein Sensor der Art sein, bei der sich die Kapazität oder der Widerstand in Abhängigkeit davon ändern, ob das Arbeitsfluid zwei Leiter überbrückt oder nicht.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sensor um einen Selbsterwärmungsthermistor oder um einen indirekt beheizten Thermistor. Bei Auftreten des Leckstroms wird der Sensor gekühlt. Der Sensor kann so ausgebildet sein, daß er feststellt, wann die Temperatur des pumpengeförderten Fluids einen bestimmten V7ert übersteigt. Hiermit ist eine zusätzliche Warnmöglichkeit geschaffen; wenn es sich z.B. bei dem Fluid um öl handelt, ist es möglicherweise wünschens-

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wert den Betrieb einzustellen, wenn die Öltemperatur zu hoch wird, selbst wenn ein ausreichender Öldruck erzeugt wird. Der Sensor kann an dem Ende der Ventilkammer angeordnet sein, das von der Einlaßöffnung entfernt ist.

Das Differentialdruckventil kann in den Pumpenkörper integriert sein, so daß die Ventilkammer durch den Pumpenkörper gegeben ist, oder es kann sich um eine separate Einheit handeln, die in eine Pumpe einsetzbar ist. Die Pumpe läßt sich für einen Verdichter, wie z.B. einen Kälteverdichter, verwenden.

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Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand teilweise schematischer Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Als Ausführungsbeispiel ist eine Ölpumpe eines Kälteverdichters bzw. ein an dieser ölpumpe vorgesehenes Differentialdruckventil gewählt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht der Ölpumpe; Fig. 2 eine Seitenansicht der Ölpumpe;

Fig. 3 einen Axial-Längsschnitt durch das Differentialdruckventil in geschlossenem Zustand;

Fig. 4 einen Axial-Längsschnitt durch das Differentialdruckventil in geöffnetem Zustand.

Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 handelt es sich bei der ölpumpe für den Verdichter (nicht gezeigt) um eine Pumpe vom Rotationspumpentyp. Die Pumpe ist an einem Kurbelgehäuse eines Antriebsmotors befestigt und wird durch die Kurbelwelle über einen Keil bzw. Vorsprung 1 angetrieben.Die linke Seite (wie in Fig. 2 dargestellt) der Pumpe ist somit zur Innenseite des druckbeaufschlagten Kurbelgehäuses hin offen.

In Fig. 3 weist das Differentialdruckventil eine Einlaßöffnung 1a, eine Druckentlastungsauslaßöffnung 2, einen· Sensor in Form eines Selbsterwärmungs-Thermistors 7 ,einen mit einem Außengewinde versehenen Körper 8, der den Thermistor 7 trägt, eine im Pumpenkörper ausgebildete Ventilkammer 10, ein Ventil-

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element in Form eines Kolbens 3, sowie eine Feder 5 auf, die das Ventil auf die Schließstellung vorspannt. Die öleinlaßöffnung 1a steht über eine Durchführung 12 mit einem Auslaßkanal 13 der ölpumpe, die Öl entlang dem Zentrum der Kurbelwelle drückt, in Verbindung, und die Druckentlastungsöffnung 2 mündet in die linke Seite der Pumpe (wie in Fig. 2 dargestellt).

Die Pumpe erhält das öl auf deren Ansaugseite über die auf der gleichen Seite befindliche Öffnung 15, und somit herrscht an der Ansaugöffnung der ölpumpe sowie an der Druckentlastungsöffnung der gleiche Druck, der sich im Kurbelgehäuse einstellt.

Weiterhin steht, bezugnehmend auf Fig. 3, die Einlaßöffnung 1a mit der Hochdruck-Auslaßseite der Ölpumpe in Verbindung, und unter normalen Betriebsanlaufbedingngen des Verdichters übt das über den Pumpenauslaß zugeführte Öl auf den Boden des Kolbens 3 eine Kraft aus, der die Kraft der Feder 5, sowie die durch den Druck oberhalb des Kolbens 3 entstehende Kraft entgegenwirkt, bis die vorgesehene Öffnungs-Mindestdruckdifferenz über den Kolben 3 erreicht ist.

Die Kammer 10 steht abströmend mit einem Ölreservoir in Verbindung, von dem aus der Ansaugseite der ölpumpe über die Durchführungen 2 und 6 öl zugeführt wird, so daß die Flächen des Kolbens 3, die der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Schmiersystems zugewendet sind, sowie die durch

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die Feder 5 auf den Kolben in geschlossenem Zustand ausgeübte Kraft, sich so auswählen lassen, daß sich der zur Öffnung des Ventils erforderliche Mxndestdxfferenzdruck ergibt. Als Alternative hierzu besteht die Möglichkeit, diese Einstellung verstellbar auszubilden, indem die Länge der Feder 5 bei geschlossenem Ventil durch Hand verstellbar ausgebildet wird, wobei diese Verstellung durch eine beliebige Einrichtung, wie z.B. eine Schraube (nicht gezeigt), erfolgen kann.

Sobald der Mindestdifferenzdruck-Einstellwert erreicht ist, wird der Kolben 3 unmittelbar von seinem Sitz 11 weggedrängt und ermöglicht somit den Durchfluß einer kleinen Schmierölmenge unter Druck durch die Durchführung 1a sowie die in dem druckbeaufschlagten Kolben 3 befindlichen engen Bohrungen 4, so daß ein kleiner ölstrom auf den Sensor 7 auftrifft. Bei den Bohrungen 4 handelt es sich um eine zentrale Längs-Sackbohrung von der Niederdruckseite des Kolbens her und um mehrere Radialbohrungen,die schräg vom Kolbenumfang nahe der Sitz-Stirnseite zur Sackbohrung führen. Es wurde festgestellt, daß in der Praxis auf die Durchführungen 4 verzichtet werden kann, wenn der Zwischenraum zwischen dem Kolben 3 und den Wänden der Kammer 10 sowie die räumliche Anordnung des Sensors 7 so ausgebildet sind, daß das durch diesen Spalt fließende öl mit dem Sensor 7 in Kontakt kommt. Es ist zu beachten, daß es sich bei diesem ölstrom über bzw. durch den Kolben 3 nur um einen Leckstrom handelt, der nicht

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ausreicht, den Pumpenbetrieb zu beeinträchtigen. Dieser Strom sollte weniger als 1% des Gesamtstroms betragen.

Die größere Fläche des Kolbens 3, auf die das Hochdruckfluid sofort nach Verlassen seines Sitzes 11 wirkt, garantiert, daß sich der Kolben 3 öffnet, ohne dabei an seinem Sitz 11 (vibrierend) anzuprallen, und in der geöffneten Stellung bleibt, es sei denn,der Öldifferenzdruck sinkt unter den Mindestöffnungsdruck ab. Dieser Schließdifferenzdruck ist als Mindestwert gewählt, bei dem der Verdichter ohne Beschädigung der Lager und der Lagerlaufflächen läuft.

Unter normalen Betriebsbedingungen ist der Sensor 7 in öl eingetaucht bzw. von öl bespült und ermöglicht über eine ihm zugeordnete elektronische Steuereinheit einen Lauf des Verdichters, ohne daß dabei Warnanzeigen eingeschaltet sind.

Für den Fall, daß der Öldruck auf einen Wert absinkt, bei dem der Differenzdruck über den Kolben 3 eine Rückbewegung desselben zu seinem Sitz 11 ermöglicht,- wird der Ölfluß über den Sensor 7 gestoppt, und das gesamte öl oberhalb des Kolbens 3 fließt über die Durchführung 6 zu dem Niedrigdruckbereich zurück. Hierbei wird durch die durch die Öffnung 1a der Hochdruckseite ausgesetzte kleinere Kolbenfläche ein (vibrierendes) Anprallen ebenfalls verhindert. Da der Sensor nicht mehr gekühlt wird oder in Kontakt mit öl ist, ändert sich sein Widerstandswert, was die elektronische Steuer-

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schaltung dazu veranlaßt, die Energiezufuhr zu dem Verdichter zu unterbrechen und/oder ein Warnsignal abzugeben, das das Auftreten irgendeiner Störung bei der Schmierung anzeigt.

Da der Öldruck wegen Kühlmittelabsorption im öl innerhalb einiger Minuten nach Inbetriebnahme möglicherweise nicht ansteigt, ist der Verdichter so ausgebildet, daß er dieser Möglichkeit Rechnung trägt, ohne daß hierdurch eine Beschädigung seiner beweglichen Teile entsteht. Unter diesen Umständen ist eine Zeitverzögerungseinrichtung erforderlich, die eine Störauslösung des Differentialölschalters während dieser Zeitdauer verhindert. Vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt, ist diese Zeitverzögerungseinrichtung in der elektronischen Steuerung integriert.

In Fig. 4 steigt der Kolben 3 bei Ansteigen des Differenzdrucks auf einen höchstzulässigen Wert weiter in der Kammer 10 gegen die stärker werdende Federkraft, um somit die öffnung 2 freizugeben, die eine direkte Verbindung der Bereiche mit hohem Druck und der mit niedrigem Druck ermöglicht, so daß ein By-pass des Fluids über die Einlaßdurchführung 1a, die unterhalb des Kolbens 3 befindliche Kammer 10 und die Durchführung 2 gegeben ist, wobei die Federkennwerte und die Höhe der öffnung 2 so gewählt sind, daß die öffnung 2 gerade ganz offen ist, wenn die Höchstdruckdifferenz erreicht ist.

Bei dem Sensor 7 handelt es sich um einen Sensor vom Typ der Selbsterwärmungsthermistoren, dessen Widerstand von

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dessen Temperatur abhängig ist. Der Schaltpunkt des Sensors 7 in Verbindung mit der elektronischen Steuerung ist so gewählt, daß er auch einen Schutz vor oder ein Warnsignal bei zu hohen Öltemperaturen abgibt. Somit wird der Verdichter abgeschaltet und/oder Warnsignale werden erzeugt, wenn die Öltemperatur zu hoch wird, selbst wenn der Druck nur innerhalb der gewünschten Grenzen absinkt.

Falls gewünscht, lassen sich auch zusätzliche Schaltungen für andere Steuervorrichtungen vorsehen, wie z.B. ein Motorüberlastungsschutz, Temperatursteuerungen, sowie Fluidstandssteuerungen, die dann entweder die gleiche Stromversorgungseinheit oder die gleiche Steuerschaltvorrichtung oder beides verwenden würden.

Es lassen sich verschiedene Änderungen vornehmen. Im einzelnen läßt sich anstatt des Selbsterwärmungsthermistors ein indirekt beheizter Thermistor verwenden. Weiterhin kann auf die Entlastungsauslaßöffnung 2 verzichtet werden, wobei dann die Durchführung 6 direkt in das Innere des Kurbelgehäuses führen muß. Außerdem kann das Ventil auch nur zur Bestimmung verwendet werden, ob über dem Ventil eine Mindestdruckdifferenz erreicht wird. In diesem Fall kann dann ein Druckentlastungsventil herkömmlicher Art an einer beliebigen anderen Stelle der Pumpe eingebaut werden.

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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist, kurz zusammengefaßt, folgendermaßen aufgebaut:

Ein Differentialdruckventil, das einer Pumpe, z.B. einer Ölpumpe für einen Kälteverdichter, zugeordnet ist, stellt fest, ob die Pumpe einen gewünschten Mindestdruck liefert. Das Ventil weist eine Einlaßöffnung 1a auf, die mit der Auslaßseite der Pumpe in Verbindung steht, sowie eine Auslaßöffnung 2, die mit der Ansaugseite der Pumpe in Verbindung steht. Ein Ventilelement 3 ist durch eine Feder 5 derart vorgespannt, daß es mit der Einlaßöffnung 1a in Verbindung steht und diese blockiert. Wenn die Pumpe mit einem ersten vorbestimmten Druckabfall über die Pumpe Fluid liefert, wird das Ventilelement 3 von seinem Sitz 11 wegbewegt. Nun fließt ein Leckstrom durch einen kleinen Freiraum zwischen dem Ventilelement 3 und der Kammer 10 oder im Ventilelement 3 an dem Ventilelement 3 vorbei. Dieser Strom trifft dann auf den Sensor 7 auf, der somit anzeigt, daß die erforderliche Druckdifferenz erreicht ist. Wenn sich die Druckdifferenz einem zweiten, höheren Wert nähert, gibt das Ventilelement eine Druckentlastungsauslaßöffnung 6 frei, und die Druckdifferenz kann nicht weiter ansteigen. Wenn gewünscht, läßt sich der Sensor 7 auch so ausbilden, daß er auf die Temperatur des pumpengeförderten Fluids anspricht.

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Claims

ELISABETH JUNG dr. phil. dipl-chem. JÜRGEN SCHIRDEWAHN dr. rer/nat., dipl.-phys. GERHARD SCHMITT-NILSON dr.-ing. GERHARD B. HAGEN dr.phil. PETER HIRSCH dipl-ing.

PATENTANWÄLTE

PROFESSIONAL,REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

bOOO MÖNCHEN 40, P. O. BOX 40 14 68 CLEMENSSTRASSE TELEFON: (089) 34 50 TELEGRAMM/CABLE: INVENT MÖNCHEN TELEX: 5-29 686

U.Z.: Q 429 M (Dr.SchN/fi/ba)

16.JuIi 1980

'Differentialdruckventil"

Prestcold Limited

Theale, Reading, Großbritannien

Beanspruchte Priorität:

17.JuIi 1979 Großbritannien Nr. 79 24 775

Ansprüche

Differentialdruckventil, gekennzeichnet durch ein bewegliches Ventilelement (3), das den Durchfluß eines Leckstroms von einer Einlaßöffnung (1a) zu einer Auslaßöffnung (6) ermöglicht, wenn die Druckdifferenz über das Ventilelement (3) einen ersten vorbestimmten Wert erreicht, sowie einen Sensor (7) zur Feststellung des Leckstroms durch das Ventil.

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POSTSCHECKKONTO: MÖNCHEN 50175-809 ■ BANKKONTO: DEUTSCHE BANK A.Q. MÖNCHEN, LEOPOLDSTRASSE 71, KONTO-NR. 60/35794

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2. Differentialdruckventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sich zur Ermöglichung des Leckstroms eine enge Bohrung (4) von einem Ende des Ventilelements (3) zu dessen anderem Ende erstreckt.
3. Differentialdruckventil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen engen Zwischenraum zwischen den

Seiten des Ventilelements (3) und der Seitenwand der Ventilkammer (10).
4. Differentialdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (3) zur Freigabe einer Druckentlastungsauslaßöffnung (2) weiter bewegbar ist, wenn die Druckdifferenz über das Ventilelement (3) einen zweiten vorbestimmten Wert erreicht.
5. Differentialdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (3) entlang einer länglichen Ventilkammer (10) gegen die Kraft einer Vorspannungseinrichtung (5) bewegbar ist, wobei die Einlaßöffnung (1a) in einem Ende der Kammer (10) angeordnet ist, an dem das Ventilelement (3) ansitzen kann, und die Entlastungsauslaßöffnung (2) in der Seitenwand der Kammer (10) in einem Abstand zur Einlaßöffnung (1a) angeordnet ist.
6. Differentialdruckventil nach einem der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Sensor

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(7) um einen Selbsterwärmungsthermistor oder einen indirekt beheizten Thermistor handelt.
7. Differentialdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (7) auch ein Temperatursensor ist, der feststellt, wenn die Temperatur des Fluidstroms einen vorbestimmten Wert übersteigt.
8. Pumpe mit einem der Pumpe zugeordneten Differentialdruckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (1a) des Ventils mit der Auslaßseite der Pumpe in Verbindung steht, und daß an der Auslaßöffnung (2 bzw. 6) des Ventils (3) der gleiche Druck herrscht wie an der Ansaugseite der Pumpe.

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