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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Befüllventile für Klimaanlagensysteme, und
insbesondere auf Befüllventile,
die äußerst niedrige
Leckraten liefern.
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Klimaanlagensysteme
beinhalten typischerweise ein Befüllventil, das an einer Klimaanlagenleitung
des Systems angebracht ist. Eine Kühlflüssigkeit wird über das
Befüllventil
in das System eingebracht. In der Vergangenheit beinhalteten Befüllventile
typischerweise einen Ventileinsatz, der über ein Gewinde in einem Ventilkörper in
Platz gehalten wurde. Der Ventileinsatz wird für Befüllschritte niedergedrückt oder
entfernt, und sobald er einmal installiert wurde, ist der Ventileinsatz
von einer elastomeren Abdichtung zum Schließen des Befülldurchgangs abhängig. Als
Beispiel siehe die Anordnung, die in US-A-3,299,648 und US-A5,139,049
offen gelegt wird.
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U.S.
Patent 6,273,397, das dem Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung
zugeordnet ist, legt ein weiteres Befüllventil offen, das ein Drehventil
zum Öffnen
benutzt, das eine Metall-Metall-Abdichtung bildet, wenn es geschlossen
wird. Dieses Drehventil zum Öffnen
ist über
ein Gewinde mit dem Ventilkörper
verbunden, und ein Drehen des Ventils bewegt es in Achsenrichtung
in Bezug auf den Ventilkörper.
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Momentan
besteht ein Bedarf für
ein verbessertes Befüllventil,
das kostengünstig
ist, das einfach zu bedienen ist und das eine leckfreie Abdichtung
liefert, wenn es geschlossen wird.
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Zum
Zwecke der Einführung
beinhalten die unten beschriebenen Befüllventile einen Ventilkörper, der
eine Bohrung definiert, die über
eine Flüssigkeit mit
einer Kühlanlagenleitung über einen
Ventilsitz in Verbindung steht. Ein durch Gleiten abdichtendes Ventilelement
wird über
eine Presspassung mit dem Ventilkörper in die Bohrung gebracht.
Dieses Ventilelement ist so geformt, dass es das Ventil am Ventilsitz öffnet, wenn
es sich in einer geöffneten
Position befindet, und das Ventil am Ventilsitz abdichtet, wenn
es sich in einer geschlossenen Position befindet. Die Presspassung
hält das
Ventilelement in der geschlossenen Position ohne eine Gewindeverbindung zwischen
dem Ventilelement und dem Ventilkörper. Ein Befülldurchgang,
der einen Einlass an einer Seite des Ventilelements und einen Auslass
an der anderen Seite des Ventilelements besitzt, ist so ausgerichtet,
dass er eine Befüllflüssigkeit
entlang des Ventilelements und durch den Ventilsitz leitet, wenn
sich das Ventilelement in der geöffneten
Position befindet. Sobald das Klimaanlagensystem befüllt wurde,
wird das Ventilelement über
einen Stempel im Wesentlichen ohne jegliche Drehung in die geschlossene
Position gebracht, und die Presspassung, die oben beschrieben wurde,
hält das
Ventilelement in der geschlossenen Position.
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Dieser
Abschnitt wurde zum Zwecke einer allgemeinen Einführung zur
Verfügung
gestellt und beabsichtigt nicht, den Anwendungsbereich der folgenden
Ansprüche
zu begrenzen.
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Das
Folgende ist eine Beschreibung einiger spezifischer Ausführungsformen
der Erfindung, wobei Bezug genommen wird auf die beiliegenden Zeichnungen,
in denen:
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1 einen
Querschnitt eines Befüllventils darstellt,
der eine erste Ausführungsform
dieser Erfindung enthält
und das Ventilelement in einer geschlossenen Position zeigt.
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2 eine
Draufsicht entlang der Linie 2-2 aus 1 darstellt.
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3 ein
Querschnitt entlang der Linie 3-3 aus 1 darstellt,
der das Ventilelement in einer geöffneten Position zeigt.
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4 einen
Querschnitt eines Befüllventils darstellt,
der eine zweite bevorzugte Ausführungsform
dieser Erfindung beinhaltet und das Ventilelement in einer geschlossenen
Position zeigt.
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5 eine
Draufsicht entlang der Linie 5-5 aus 4 darstellt.
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6 einen
Querschnitt entlang der Linie 6-6 aus 4 darstellt,
der das Ventilelement in der geöffneten
Position zeigt.
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7 einen
Querschnitt eines dritten Befüllventils
darstellt, der entlang der Ebene von 3 und 6 vorgenommen
wurde.
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8 einen
vergrößerten Querschnitt
darstellt, der ein viertes Befüllventil
in Verbindung mit einem Befüllgerät zeigt.
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9 ein
Fluss-Schema eines Verfahrens darstellt, das die Bestandteile von 8 benutzt.
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Wendet
man sich nun den Zeichnungen zu, so zeigt 1 einen
Querschnitt eines Befüllventils 10,
das einen Ventilkörper 12 enthält, der
einen Verbindungsabschnitt 14 und einen zweiten Abschnitt 16 besitzt.
Der Verbindungsabschnitt 14 ist an einer Leitung L eines
Klimaanlagensystems befestigt, wie beispielsweise eines Autmobil-Klimaanlagensystems.
In diesem Beispiel definiert der Verbindungsabschnitt 14 eine Öffnung einer
Größe, die
die Leitung L aufnehmen kann. In alternativen Ausführungsformen kann
der Verbindungsabschnitt 14 einen Stutzen enthalten, der
um eine Öffnung
in Platz gebracht wird (beispielsweise durch Löten), die in der Leitung L
gebildet ist. Auch andere Techniken können für das Verbinden des Ventilkörpers 12 mit
der Leitung L benutzt werden.
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Der
zweite Abschnitt 16 des Ventilkörpers 12 definiert
an einer äußeren Oberfläche eine
Reihe von Außengewinden 18.
Diese Gewinde 18 werden benutzt, um ein Befüllgerät (in 1 nicht
gezeigt) am Ventilkörper 12 zu
befestigen.
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Der
Ventilkörper 12 definiert
eine Mündung 22,
die über
eine Flüssigkeit
mit dem Inneren der Leitung L über
eine Öffnung
in der Leitung L in Verbindung steht. Diese Mündung 22 wird von
einem Ring-Ventilsitz 24 umgeben, und der Ring-Ventilsitz 24 ist
am Übergang
zwischen der Mündung 22 und einer
Bohrung 28 angebracht. In diesem Beispiel ist die Bohrung 28 glattwandig
und ringförmig
im Querschnitt, obwohl andere Anordnungen möglich sind. Beispielsweise
kann die Bohrung 28 einen nicht ringförmigen Querschnitt (z.B. dreieckig,
viereckig, sechseckig oder rechteckig) besitzen, oder die Bohrung 28 kann
eine Reihe von Graten oder anderen vorstehenden Elementen definieren.
In diesem Beispiel definiert die Bohrung 28 einen kleineren
Abschnitt 30 und einen größeren Abschnitt 32.
Der kleinere Abschnitt 30 ist zwischen dem größeren Abschnitt 32 und
dem Ventilsitz 24 angebracht. Als Beispiel kann der größere Abschnitt 32 einen
Innendurchmesser besitzen, der 0,45 Millimeter größer als der
Innendurchmesser des kleineren Abschnitts 30.
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Wie
in 1 gezeigt, beinhaltet das Befüllventil 10 ein durch
Gleiten abdichtendes Ventilelement. Dieses durch Gleiten abdichtende
Ventilelement 34 definiert eine Reihe von äußeren Ringgraten 36 und
ein Düse 38.
Die Düse 38 ist
so angebracht, dass sie eine Metall-Metall-Abdichtung mit dem Ventilsitz 24 bildet.
Im Beispiel von 1 ist die Düse 38 eine spitz zulaufende
Messing-Düse,
und der Ventilsitz 24 ist aus Stahl. Wenn das durch Gleiten
abdichtende Ventilelement 34 in der geschlossenen Position
von 1 angebracht ist, bildet die Düse 38 eine leckfreie
Metall-Metall-Abdichtung gegen den Ventilsitz 24. Das Ventilelement 34 wird über eine
Presspassung in die Bohrung 28 gepresst. Diese Presspassung
ist dichter im kleinen Abschnitt 30 als im größeren Abschnitt 32,
und wenn sich das Ventilelement 34 in der geschlossenen
Position von 1 befindet, verhindert diese
Presspassung, dass die Düse 38 vom
Ventilsitz 24 zurückweicht,
und hält
die gewünschte
leckfreie Abdichtung aufrecht. Als Beispiel kann das Ventilelement 34 einen
Außendurchmesser von
9.90 Millimetern und der kleinere Abschnitt 30 einen Durchmesser
von 9.10 Millimetern besitzen.
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Wie
in 3 gezeigt, beinhaltet das Ventilelement 34 einen
Befülldurchgang 42,
der an einer Seite des Ventilelements 34 einen Einlass 44 und
an der anderen Seite des Ventilelements 34 einen Auslass 46 besitzt. 3 zeigt
des Ventilelement 34 in einer geöffneten Position, in der die
Düse vom
Ventilsitz 24 beabstandet ist und die Mündung 22 über eine Flüssigkeit
mit dem Befülldurchgang 42 in
Verbindung steht. Der größere Abschnitt 32 der
Bohrung 28 hat eine Größe, die
das Ventilelement 34 in einer relativ losen Presspassung
aufnimmt, die das Ventilelement 34 in Platz hält, jedoch
leicht zusammengebaut werden kann. Der kleinere Abschnitt 30 der
Bohrung 28 hält
das Ventilelement 34 in der geschlossenen Position von 1 in
einer viel festeren Presspassung.
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Viele
Alternativen sind möglich.
Zum Beispiel ist das Befüllventil
von 4 bis 6 dem Befüllventil von 1 bis 3 ähnlich,
abgesehen davon, dass die Außengewinde
von 1 durch einen äußeren Ringgrat 20 ersetzt
wurden, der für
eine Verbindung mit einer herkömmlichen
Schnellkupplung ausgerichtet ist. Auch ist in der Ausführungsform
von 4 bis 6 der Ventilsitz 24 als
separates Element 26 gebildet und dann am Ventilkörper 12 befestigt.
Zum Beispiel kann die Düse 38 von 4 bis 6 aus
einem Material wie Messing bestehen, und das separate Element 26,
das den Ventilsitz 24 definiert, kann aus einem weichen
Metall wie Kupfer bestehen.
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7 zeigt
einen Querschnitt eines dritten Befüllventils, das eine bevorzugte
Ausführungsform dieser
Erfindung beinhaltet. Dieses Befüllventil
ist dem oben in Verbindung mit 1 bis 3 beschriebenen
ziemlich ähnlich,
abgesehen davon, dass die Düse
einen Ringgrat umfasst, der als Stauchring 40 dient. In
diesem Beispiel können
die Düse
und der Stauchring 40 aus Messing bestehen, und der Ventilsitz 24 kann
aus Stahl sein.
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Auch
beinhaltet das Ventil von 7 eine Reihe
von Gewinden 48, die darauf ausgerichtet sind, eine lösbare Verbindung
zu einem Extraktionsgerät
(in 7 nicht gezeigt) herzustellen. Ein solches Gerät kann über ein
Gewinde mit dem Ventilelement 34 verbunden werden und dann
gezogen werden, um das Ventilelement in der Ansicht von 7 nach
oben, weg vom Ventilsitz 24, zu bewegen. Auf diese Weise
kann das Ventil von 7 für Wartungsarbeiten geöffnet werden.
Im Beispiel von 7 besteht die Reihe von Gewinden 40 aus
einer Reihe von Innengewinden um den Befülldurchgang 42. Alternativ
kann die Reihe von Gewinden aus Außengewinden auf einem vorstehenden
Abschnitt des Ventilelements 34 bestehen (in 7 nicht
gezeigt).
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Viele
andere Anordnungen sind möglich
für den
Ventilsitz und die Düse.
Zum Beispiel kann die Düse
eine Stahldüse
sein, die mit einem Stahl-Ventilsitz zusammenwirkt. Der entscheidende
Punkt ist, dass das Ventilelement eine leckfreie Metall-Metall-Abdichtung gegen
den Ventilsitz bildet, und dass das Ventilelement über eine
Presspassung in der geschlossenen Position gehalten werden kann,
wenn das Ventilelement über
Presspassung in die Bohrung in der geschlossenen Position gepresst
wird.
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8 zeigt
ein viertes Ventil in Verbindung mit einem Befüllgerät 80. Das vierte Ventil
ist dem Ventil von 4 ähnlich, abgesehen davon, dass
der Befülldurchgang 42 eine
Reihe von Innengewinden 48 definiert, ähnlich zu den Gewinden 48,
die oben in Zusammenhang mit 7 diskutiert
wurden.
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Das
Befüllgerät 80 enthält einen
Gerätekörper 82,
der eine innere Vertiefung 84 definiert, die so geformt
ist, dass sie den zweiten Abschnitt 16 des Befüllventils
aufnehmen kann. Das Befüllgerät 80 beinhaltet
einen Kanal 86, der für
die Verbindung zu einer Quelle an Kühlflüssigkeit (nicht gezeigt) ausgerichtet
ist. Dieser Kanal 86 leitet Kühlflüssigkeit durch den Gerätekörper 82 in
die Vertiefung 84. Bei Betrieb steht ein Drosselventil
(nicht gezeigt) zur Verfügung, das
es dem Benutzer ermöglicht,
den Fluss der Kühlflüssigkeit
durch den Kanal 86 zu kontrollieren.
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Das
Befüllgerät 80 beinhaltet
auch einen Verankerungsmechanismus 88 zum lösbaren Verankern
des Befüllgeräts am Befüllventil.
In diesem Beispiel hat der Veranke rungsmechanismus 88 die Form
eines herkömmlichen
Schnell-Mechanismus, der darauf ausgerichtet ist, eine Verbindung
zum Ringgrat 20 herzustellen, wenn der zweite Abschnitt 16 in
die Vertiefung 84 bewegt wird. Der Verankerungsmechanismus 88 kann
auf herkömmliche
Weise gelöst
werden, wenn gewünscht
wird, die Verbindung des Befüllgeräts 80 mit
dem Befüllventil
zu lösen.
Der Verankerungsmechanismus kann viele Formen haben, abhängig vom
Aufbau des Befüllventils. Zum
Beispiel hat der Verankerungsmechanismus, wenn das Befüllventil
Außengewinde 18 wie
oben in Verbindung mit 1 beschrieben besitzt, die Form verbundener
Innengewinde, die darauf ausgerichtet sind, die Außengewinde 18 des
Befüllventils über Gewinde
zu verbinden. Andere Anordnungen sind möglich.
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Das
Befüllventil 80 enthält auch
einen Stempel 90, der benutzt wird, um das Ventilelement 34 aus der
geöffneten
in die geschlossene Position zu bewegen, wie oben beschrieben. In
diesem Beispiel hat der Stempel 90 die Form eines Schafts
mit Teilgewinde, der mit dem Ventilkörper 82 verbunden
ist. Manuelle Drehung dieses Schafts im Uhrzeigersinn bewirkt, dass
sich der Stempel 90 nach links bewegt, wie in 8 gezeigt,
wobei des Ventilelement 34 nach links in den Ventilkörper gebracht
wird.
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Das
Befüllgerät 80 von 8 wird
benutzt, um ein Klimaanlagensystem mit Kühlflüssigkeit zu befüllen, wobei
jedes der oben beschriebenen Befüllventile
benutzt werden kann. Wie in 9 gezeigt, wird
zuerst ein Befüllventil
in Block 120 bereitgestellt. Dieses Befüllventil kann mit jedem der
Befüllventile von 1 bis 8 in
Verbindung stehen. Als nächstes
wird in Block 122 ein Befüllgerät bereitgestellt, wie beispielsweise
das Gerät 80 von 8. Dann
wird das Befüllgerät am Befüllventil
befestigt (Block 124) und lösbar am Befüllventil verankert (Block 126).
In Block 128 wird dann über
das Befüllgerät und das
Befüllventil
Kühlflüssigkeit
in das Klimaanlagensystem gefüllt.
An dieser Stelle des Verfahrens von 9 befindet
sich das Ventilelement 34 in der geöffneten Position, wie in 3 und 6 gezeigt,
und Kühlflüssigkeit
fließt
durch den Befülldurchgang,
den Ventilsitz und die Mündung
in die Leitung L. Sobald das Klimaanlagensystem korrekt befüllt wurde,
wird das Befüllventil
dadurch geschlossen, dass das Ventilelement 34 mit dem
Stempel 90 des Befüllgeräts 80 über Presspassung
angepresst wird. Dieser Presspassungsvorgang wird fortgesetzt, bis
das Ventilelement 34 in die geschlossene Position bewegt
wurde, wie in 1, 4, 7 und 8 gezeigt,
in denen das Ventilelement eine leckfreie Metall-Metall-Abdichtung mit dem Ventilsitz
bildet. Sobald das Befüllventil
geschlossen wurde, wird der Fluss der Kühlflüssigkeit gestoppt und das Befüllgerät 80 wird
vom Befüllventil
durch korrektes Bedienen des Verankerungsmechanismus 88 entfernt.
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Aus
dem Vorherigen sollte erkenntlich sein, dass ein verbessertes Befüllventil
und ein Verfahren beschrieben wurden, die ein Hoch-Geschwindigkeits-Befüllen eines
Klimaanlagensystems und ein einfaches Schließen des Befüllventils erlauben. Sobald
das Befüllventil
geschlossen wurde, stellt die oben beschriebene Metall-Metall-Abdichtung
sicher, dass das Befüllventil
im Wesentlichen leckfrei ist. Aus diesem Grund ist dieses Befüllventil
gut geeignet für den
Gebrauch mit Hochdruck-Kühlflüssigkeiten
wie Kohlendioxid.
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Natürlich sind
viele Alternativen möglich. Zum
Beispiel kann das Ventilelement, wie oben beschrieben, aus einem
Stück bestehen,
oder alternativ kann das Ventilelement als eine Baugruppe aus Einzelteilen
gebildet sein, wie beispielsweise ein separater Körper und
eine separate Düse.
Der Befülldurchgang,
der oben beschrieben wurde, kann in dem Ventilkörper oder in dem Ventilelement
gebildet sein. Der Stempel, der oben beschrieben wurde, kann über jeden
geeigneten Mechanismus betrieben werden, worunter hydraulische,
pneumatische, elektrische und andere Systeme fallen. Wenn gewünscht, kann
des Ventilelement, nachdem es über
Presspassung in die geschlossene Position gepresst wurde, fest in
Platz befestigt werden, indem der Ventilkörper gefältelt oder auf andere Weise
verformt wird, um zu verhindern, dass sich das Ventilelement aus
der geschlossenen Position bewegt.
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Es
ist nicht bei allen Ausführungsformen
wesentlich, dass das Ventilelement zu Beginn des Befüllablaufs
innerhalb der Bohrung des Ventilkörpers aufgenommen wird. In
alternativen Ausführungsformen
kann sich das Ventilelement zu Beginn des Befüllablaufs vollständig außerhalb
der Bohrung befinden und erst nachdem der Befüllvorgang vervollständigt ist, über Presspassung
in die Bohrung gepresst werden. Natürlich muss die Bohrung nicht
kleinere und größere Abschnitte,
wie oben beschrieben, definieren, und die Bohrung kann einen gänzlich gleichförmigen Querschnitt
haben, wenn gewünscht.
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Das
Wort „Position" zielt darauf ab,
eine große
Zahl von Positionen im weitesten Sinn einzubeziehen. Zum Beispiel
wird das Ventilelement als in der geöffneten Position betrachtet,
wenn es sich in einer von einer Reihe von Positionen befindet, in
denen der Befülldurchgang über eine
Flüssigkeit
mit der Mündung
in Verbindung steht.
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Die
vorangehende ausführliche
Beschreibung beschrieb nur einige der vielen Formen, die diese Erfindung
annehmen kann. Aus diesem Grund ist diese Beschreibung zum Zwecke
der Illustration gedacht und nicht als Einschränkung. Nur die folgenden Ansprüche sind
dazu gedacht, den Anwendungsbereich dieser Erfindung zu definieren.