DE60306487T2

DE60306487T2 - Umkehrschieber

Info

Publication number: DE60306487T2
Application number: DE60306487T
Authority: DE
Inventors: S. Malcolm HEYS
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: DE60306487D1; EP1452787B1; ATE331912T1; EP1452787A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Umkehrventil, das die Strömungsrichtung eines Fluids in einem Fluidkreislauf umkehrt.
Solche Umkehrventile werden beispielsweise dazu verwendet, die Strömungsrichtung eines Kältemittels im Kreislauf einer HLK-Anlage eines Fahrzeugs umzukehren. Bei einigen Fahrzeugen – beispielsweise Fahrzeuge, die von Traktionsmotoren angetrieben werden, die mit Strom von fahrzeugeigenen Brennstoffzellen oder Batterien gespeist werden, oder Fahrzeuge mit modernen Dieselmotoren – kann man sich nicht darauf verlassen, dass der Verbrennungsmotor unter kalten Klimabedingungen die zur Beheizung des Fahrgastraums erforderliche Wärme bereitstellt. Es wurde daher vorgeschlagen, die Klimaanlage als Wärmepumpe zu betreiben, indem die Kältemittelströmung im HLK-Kreislauf umgekehrt wird.
Der HLK-Kreislauf umfasst ein Umkehrventil, um die Strömung des Kältemittels umzukehren. Das Umkehrventil erhält ein unter Hochdruck stehendes Kältemittel von einem Kompressor und leitet das Kältemittel je nach der Betriebsart der HLK-Anlage zu einem inneren oder äußeren Wärmetauscher. Das Umkehrventil erhält darüber hinaus ein unter Niederdruck stehendes Kältemittel von dem anderen der Wärmetauscher und leitet es zum Kompressor zurück. Das Umkehrventil wird mit einem Stellglied betätigt, um die HLK-Anlage im Kühl- oder Heizbetrieb arbeiten zu lassen.
Ein Umkehrventil umfasst normalerweise ein Gehäuse mit einer axial verlaufenden Bohrung, in der ein Kolben angeordnet ist. Der Kolben umfasst eine Kolbenstange und zwei axial beabstandete Kolbenscheiben, um die Bohrung in eine Mittelkammer und zwei axial beabstandete Endkammern zu unterteilen. Der Kolben umfasst ferner eine Trennwand, um die Mittelkammer in eine Hochdruckkammer und eine Niederdruckkammer zu unterteilen. Das Umkehrventil umfasst einen Hochdruckfluid-Einlass, um Hochdruckfluid von einem Kompressor zu erhalten, einen Niederdruckfluid-Auslass, um Niederdruckfluid zum Kompressor zurückzuleiten, und mindestens zwei Kreislauföffnungen.
Der Hochdruckfluid-Einlass steht über die Hochdruckkammer in Fluidverbindung mit einer der Kreislauföffnungen, während der Niederdruckfluid-Auslass über die Niederdruckkammer mit der anderen der Kreislauföffnungen in Fluidverbindung steht. Die Strömungsrichtung des Fluids durch den Kreislauf hängt von der Position des Kolbens in der Bohrung ab. Wenn sich der Kolben in einer ersten Posiiton befindet, bei der die erste Kreislauföffnung mit der Hochdruckkammer und die zweite Kreislauföffnung mit der Niederdruckkammer verbunden ist, fließt das Fluid von der ersten Kreislauföffnung durch den Kreislauf zur zweiten Kreislauföffnung. Das Kältemittel strömt vom Umkehrventil zum äußeren Wärmetauscher und anschließend zum inneren Wärmetauscher, bevor es über das Umkehrventil zum Kompressor zurückfließt – dies bedeutet, dass die HLK-Anlage im Kühlbetrieb arbeitet. Im anderen Fall fließt das Fluid von der zweiten Kreislauföffnung durch den Kreislauf zur ersten Kreislauföffnung, wenn sich der Kolben in einer zweiten Position befindet, bei der die erste Kreislauföffnung mit der Niederdruckkammer und die zweite Kreislauföffnung mit der Hochdruckkammer verbunden ist. Das Kältemittel strömt vom Umkehrventil zum inneren Wärmetauscher und anschließend zum äußeren Wärmetauscher, bevor es über das Umkehrventil zum Kompressor zurückfließt – dies bedeutet, dass die HLK-Anlage im Wärmepumpenbetrieb arbeitet.
Die Position des Kolbens wird durch den Fluiddruck bestimmt, der in den Endkammern herrscht. Es ist ein Regelventil vorgesehen, um Hochdruckfluid zu einer der Endkammern und Niederdruckfluid zur anderen Kammer zu leiten. Der Kolben wird wegen der Druckdifferenz zwischen den zwei Endkammern zum einen oder anderen Ende des Gehäuses bewegt.
Ein Beispiel für ein solches Umkehrventil wird in US-B-6,295,828 beschrieben, wobei ein äußeres Regelventil vorgesehen ist, um Hochdruckfluid zu der ersten oder zweiten der Endkammern zu leiten, während das Niederdruckfluid zu der anderen der Endkammern geführt wird. Der Kolben wird wegen der Druckdifferenz zwischen den beiden Endkammern zum einen oder anderen Ende des Gehäuses bewegt, wodurch Hochdruckfluid zur ersten oder zweiten Kreislauföffnung geleitet wird. Das Fluid fließt also entweder von der ersten zur zweiten Kreislauföffnung oder von der zweiten zur ersten Kreislauföffnung durch den Kreislauf. Ein Nachteil dieses Umkehrventils besteht darin, dass das Regelventil außen angeordnet ist und durch Rohre mit den zwei Endkammern und dem Ein- und Auslass des Umkehrventils verbunden werden muss.
Ein anderes Beispiel für ein solches Umkehrventil wird in EP-A-1 247 670 beschrieben, wobei das Regelventil im Umkehrventil angeordnet ist. Das Regelventil umfasst eine Welle, die in der Kolbenstange angeordnet ist, die die erste mit der zweiten Kolbenscheibe verbindet. Die Kolbenstange umfasst zwei Bohrungen, um die Hochdruckkammer und die Niederdruckkammer mit einer Verteilungskammer in der Kolbenstange zu verbinden. Die Verteilungskammer umfasst einen Verbindungskanal zur ersten Endkammer und einen Verbindungskanal zur zweiten Endkammer. In der Verteilungskammer ist eine Wand angeordnet, um jedes Mal eine Bohrung mit einem Verbindungskanal zu verbinden. In einer ersten Position der Welle steht eine erste Bohrung in Fluidverbindung mit einem ersten Verbindungskanal, während eine zweite Bohrung mit einem zweiten Verbindungskanal in Fluidverbindung steht, wodurch beispielsweise die Hochdruckkammer mit der ersten Endkammer und die Niederdruckkammer mit der zweiten Endkammer fluidisch verbunden ist. Der Kolben wird demnach zu seiner ersten Position bewegt. Durch die Drehung der Welle wird die Position der Wand in der Verteilungskammer verändert und steht die erste Bohrung in Fluidverbindung mit dem zweiten Verbindungskanal, während die zweite Bohrung mit dem ersten Verbindungskanal in Verbindung steht, wodurch die Hochdruckkammer mit der zweiten Endkammer und die Niederdruckkammer mit der ersten Endkammer fluidisch verbunden ist. Der Kolben wird folglich zu seiner zweiten Position bewegt.
Solche Umkehrventile können sich bei herkömmlichen Kältemitteln wie beispielsweise R134a als zufriedenstellend erweisen. In den letzten Jahren wird jedoch zunehmend das umweltfreundlichere CO₂ als Kältemittel eingesetzt. Bei Hochdrucksystemen wie beispielsweise CO₂-Systemen kann die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Systems wesentlich größer sein. Ferner stellt ein CO₂-Kältemittel ein Problem wegen der kleineren Moleküle dar, die leichter austreten. Die Kombination aus größerer Druckdifferenz und kleineren Molekülen erhöht das Risiko, dass Fluid von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite austritt, so dass der Wirkungsgrad des Systems beeinträchtigt wird.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein besseres Umkehrventil bereitzustellen, das nicht die oben genannten Nachteile aufweist. Dieses Ziel wird durch ein Umkehrventil nach Anspruch 1 erreicht.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Umkehrventil zur Regelung der Strömungsrichtung eines Fluids in einem Fluidkreislauf vor, wobei das Umkehrventil umfasst:
ein Gehäuse mit einer axial darin verlaufenden Bohrung;
einen Kolben, der in der axial verlaufenden Bohrung angeordnet ist, wobei der Kolben eine Kolbenstange und mindestens zwei axial beabstandete Kolbenscheiben aufweist, wobei die mindestens zwei Kolbenscheiben die axial verlaufende Bohrung in eine Mittelkammer und axial beabstandete erste und zweite Endkammern unterteilen, wobei der Kolben axial in der Bohrung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position beweglich ist;
einen Hochdruckfluid-Einlass und einen Niederdruckfluid-Auslass;
ein Regelventil, um Hochdruckfluid zu einer von der ersten und zweiten Endkammer und Niederdruckfluid zur anderen von der ersten und zweiten Endkammer zu leiten; und
eine erste Kreislauföffnung und eine zweite Kreislauföffnung, um das Fluid durch den Fluidkreislauf zu leiten.
Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung umfasst das Umkehrventil ferner:
ein erstes Dichtmittel, das zwischen der ersten Endkammer und der Mittelkammer angeordnet ist, wobei das erste Dichtmittel so angeordnet ist, dass unter der Kraft einer Druckdifferenz des Fluids in der ersten und zweiten Endkammer eine Kontaktfläche einer ersten Kolbenscheibe axial gegen das erste Dichtmittel gedrückt wird, wenn sich der Kolben in seiner ersten Position befindet; und
ein zweites Dichtmittel, das zwischen der zweiten Endkammer und der Mittelkammer angeordnet ist, wobei das zweite Dichtmittel so angeordnet ist, dass unter der Kraft einer Druckdifferenz des Fluids in der ersten und zweiten Endkammer eine Kontaktfläche einer zweiten Kolbenscheibe axial gegen das zweite Dichtmittel gedrückt wird, wenn sich der Kolben in seiner zweiten Position befindet.
Je größer die Druckdifferenz zwischen den Endkammern ist, desto stärker ist die Dichtkraft zwischen der Mittelkammer und der jeweiligen Endkammer. Dadurch wird eine feste Abdichtung zwischen dem Hochdruckfluid in der Mittelkammer und dem Niederdruckfluid in der jeweiligen Endkammer sichergestellt, selbst wenn die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite sehr beträchtlich ist und die Fluidmoleküle sehr. klein sind. Da die Hochdruckseite und die Niederdruckseite sehr effektiv abgedichtet sind, kann der Fluidaustritt von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite reduziert werden und wird der Wirkungsgrad des Systems verbessert.
Vorzugsweise ist ein Trennelement mit dem Kolben verbunden, um die Mittelkammer in eine Hochdruckkammer und eine Niederdruckkammer zu unterteilen, wobei die Hochdruckkammer fluidisch mit dem Hochdruckfluid-Einlass und die Niederdruckkammer fluidisch mit dem Niederdruckfluid-Auslass verbunden ist.
Das Gehäuse kann einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und das erste und zweite Dichtmittel sind dann vorzugsweise ringförmige Dichtringe.
Das erste Dichtmittel hat vorzugsweise eine der ersten Kolbenscheibe zugewandte abgeschrägte Dichtfläche, wobei die erste Kolbenscheibe eine entsprechende abgeschrägte Kontaktfläche aufweist; das zweite Dichtmittel hat vorzugsweise eine der zweiten Kolbenscheibe zugewandte abgeschrägte Dichtfläche, wobei die zweite Kolbenscheibe eine entsprechende abgeschrägte Kontaktfläche aufweist. Da abgeschrägte Dicht- und Kontaktflächen bereitgestellt werden, kann man diese Oberflächen vergrößern, wodurch eine bessere Dichtwirkung erzielt wird. Darüber hinaus erlaubt die Abschrägung eine Zentrierung der Kolbenscheibe am Dichtmittel.
Das Regelventil kann ein äußeres Regelventil sein, das über Rohre mit den zwei Endkammern und dem Ein- und Auslass des Umkehrventils verbunden ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfasst das Regelventil jedoch eine Welle, die in einer in der Kolbenstange angeordneten Mittelbohrung angebracht ist, wobei die Welle eine Verteilungskammer in der Kolbenstange definiert und eine Trennwand umfasst, um die Verteilungskammer in eine erste und zweite Unterkammer zu unterteilen. Es ist ein erster Verbindungskanal vorgesehen, um die erste Unterkammer der Verteilungskammer fluidisch mit der ersten Endkammer zu verbinden; ferner ist ein zweiter Verbindungskanal vorgesehen, um die zweite Unterkammer der Verteilungskammer fluidisch mit der zweiten Endkammer zu verbinden. Die Kolbenstange umfasst dann vorzugsweise eine erste Bohrung, die eine von der ersten und zweiten Unterkammer der Verteilungskammer fluidisch mit der Hochdruckkammer verbindet, und eine zweite Bohrung, die die andere von der ersten und zweiten Unterkammer der Verteilungskammer fluidisch mit der Niederdruckkammer verbindet. Ein solches Regelventil mit rotierendem Kolben führt zu beachtlicher Platzeinsparung, da es ganz im Umkehrventil angeordnet ist. Obendrein müssen keine Rohre vorgesehen werden, um die jeweiligen Kammern mit dem Regelventil zu verbinden.
Vorteilhafterweise ist ein drittes Dichtmittel zwischen der Welle und der Kolbenstange angeordnet. Das dritte Dichtmittel stellt sicher, dass das Fluid von der Unterkammer, die Hochdruckfluid enthält, nicht in die Unterkammer austreten kann, die Niederdruckfluid enthält.
Das dritte Dichtmittel ist vorzugsweise in einer Ebene mit der Trennwand angeordnet.
Die Welle umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführung eine Aussparung zur Aufnahme des dritten Dichtmittels. Die Aussparung stellt sicher, dass das dritte Dichtmittel bei der Drehung der Welle an seinem Platz bleibt.
Die Aussparung umfasst vorzugsweise eine Verjüngung und kann beispielsweise einen Boden und Seitenwände umfassen, wobei der Boden Randabschnitte aufweist, die in Richtung der Seitenwände erhöht sind. Das dritte Dichtmittel wird unter der Kraft der Druckdifferenz des Fluids in der ersten und zweiten Unterkammer der Verteilungskammer axial zu einer der Seitenwände der Aussparung hin gedrückt. Wegen der Verjüngung – bzw. des erhöhten Randabschnitts – wird das dritte Dichtmittel ferner radial gegen die Kolbenstange gedrückt. Je größer die Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Unterkammer der Verteilungskammer ist, desto fester wird das dritte Dichtmittel zwischen dem erhöhten Randabschnitt und der Kolbenstange verkeilt. Dadurch wird eine feste Abdichtung zwischen dem Hochdruckfluid in einer der Unterkammern und dem Niederdruckfluid in der anderen der Unterkammern sichergestellt. Da die Hochdruckseite und die Niederdruckseite effektiv abgedichtet sind, kann der Fluidaustritt von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite weiter reduziert werden und wird der Wirkungsgrad des Systems weiter verbessert.
In der axial verlaufenden Bohrung ist zwischen dem Trennelement und dem Gehäuse vorzugsweise ein Dichteinsatz angeordnet, wobei das Trennelement unter der Kraft einer Druckdifferenz des Fluids in der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer radial gegen den Dichteinsatz gedrückt wird. Der Dichteinsatz stellt dadurch sicher, dass das Fluid von der Hochdruckkammer nicht in die Niederdruckkammer austreten kann. Je größer die Druckdifferenz zwischen Hoch- und Niederdruckkammer ist, desto stärker ist die Dichtkraft. Dadurch wird eine feste Abdichtung zwischen dem Hochdruckfluid in der Hochdruckkammer und dem Niederdruckfluid in der Niederdruckkammer gewährleistet, selbst wenn die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite sehr beträchtlich ist. Da die Hochdruckseite und die Niederdruckseite effektiv abgedichtet sind, kann der Fluidaustritt von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite weiter reduziert werden und wird der Wirkungsgrad des Systems weiter verbessert.
Detaillierte Beschreibung anhand der Figuren
Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung einiger nicht einschränkender Ausführungen anhand der begleitenden Zeichnungen offensichtlicher. Es zeigen:
1: eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Umkehrventil, wobei sich der Kolben in einer ersten Position befindet;
2: eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Umkehrventil von 1, wobei sich der Kolben in einer zweiten Position befindet;
3: eine vergrößerte Schnittdarstellung durch einen Abschnitt der Welle in der Kolbenstange von 1;
4: eine perspektivische Darstellung des Abschnitts der Welle von 3;
5: einen Schnitt durch das Umkehrventil von 1 entlang der Linie A-A; und
6: eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Aussparung von 3.
1 und 2 zeigen einen Schnitt durch ein Umkehrventil 10, das die Strömungsrichtung eines Fluids in einem Fluidkreislauf regelt. Das Ventil 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einer axial darin verlaufenden Bohrung 14. In der axial verlaufenden Bohrung 14 ist ein Kolben 16 angeordnet, der eine Kolbenstange 18 und zwei axial beabstandete Kolbenscheiben 20, 22 aufweist. Die Kolbenscheiben 20, 22 unterteilen die axial verlaufende Bohrung 14 in eine erste Endkammer 24, eine Mittelkammer 26 und eine zweite Endkammer 28. Der Kolben 16 ist axial in der Bohrung 14 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position beweglich. Mit dem Kolben 16 ist ein Trennelement 30 verbunden, um die Mittelkammer 26 in eine Hochdruckkammer 32 und eine Niederdruckkammer 34 zu unterteilen. Die Hochdruckkammer 32 ist fluidisch mit einem Hochdruckfluid-Einlass 36 verbunden, während die Niederdruckkammer 34 fluidisch mit einem Niederdruckfluid-Auslass 38 verbunden ist.
Das Umkehrventil 10 umfasst ferner eine erste Kreislauföffnung 40 und eine zweite Kreislauföffnung 42. Die erste und zweite Kreislauföffnung 40, 42 sind so angeordnet, dass, wenn sich der Kolben 16 in einer ersten Position befindet (in 1 dargestellt), die erste Kreislauföffnung 40 in Fluidverbindung mit der Niederdruckkammer 34 und die zweite Kreislauföffnung 42 in Fluidverbindung mit der Hochdruckkammer 32 steht, und dass, wenn sich der Kolben 16 in einer zweiten Position befindet (in 2 dargestellt), die erste Kreislauföffnung 40 in Fluidverbindung mit der Hochdruckkammer 32 und die zweite Kreislauföffnung 42 in Fluidverbindung mit der Niederdruckkammer 34 steht.
Die Kolbenstange 18 des Umkehrventils 10 umfasst eine Welle 44, die in eine in der Kolbenstange 18 angeordnete Mittelbohrung 46 hinein verläuft. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Welle 44 in der Kolbenstange 18. Die Kolbenstange 18 umfasst eine innere Verteilungskammer 48, eine erste Bohrung 50, um die Verteilungskammer 48 fluidisch mit der Hochdruckkammer 32 zu verbinden, und eine zweite Bohrung 52, um die Verteilungskammer 48 fluidisch mit der Niederdruckkammer 34 zu verbinden. Die Kolbenstange 18 umfasst ferner einen ersten Verbindungskanal 54, um die Verteilungskammer 48 fluidisch mit der ersten Endkammer 24 zu verbinden, und einen zweiten Verbindungskanal 56, um die Verteilungskammer 48 fluidisch mit zweiten Endkammer 28 zu verbinden. Es versteht sich, dass die Verbindungskanäle 54, 56 in der Welle 44 und/oder zwischen der Welle 44 und der Mittelbohrung 46 der Kolbenstange 18 angeordnet sein können.
Eine Trennwand 58 ist in der Verteilungskammer 48 angeordnet, um Letztere in eine erste Unterkammer 59 und eine zweite Unterkammer 59' zu unterteilen. Die erste Unterkammer 59 verbindet eine der Bohrungen 50, 52 fluidisch mit dem ersten Verbindungskanal 54, während die zweite Unterkammer 59' die andere der Bohrungen 50, 52 fluidisch mit dem zweiten Verbindungskanal 56 verbindet. Die Trennwand 58 ist so mit der Welle 44 verbunden, dass sie sich bei der Drehung der Welle 44 in der Verteilungskammer 48 dreht. Die Position der Welle 44 und demzufolge die Position der Trennwand 58 in der Verteilungskammer 48 bestimmen, ob Hochdruckfluid zur ersten oder zweiten Endkammer 24, 28 geleitet wird, wobei das Niederdruckfluid zur anderen Endkammer 24, 28 geleitet wird. Dies wiederum bestimmt die Position des Kolbens 16 in der axial verlaufenden Bohrung 14 und die Strömungsrichtung des Fluids durch das System. Zur Änderung der Position der Welle 44 ist Letztere mit einem Stellglied 57 verbunden.
Ein erstes Dichtmittel 60 ist in der axial verlaufenden Bohrung 14 angeordnet, um so die erste Endkammer 24 fluidisch gegenüber der Hochdruckkammer 32 abzudichten, wenn sich der Kolben 16 in seiner ersten Position befindet (in 1 dargestellt). Die Druckdifferenz zwischen der ersten Endkammer 24 und der zweiten Endkammer 28 drückt die erste Kolbenscheibe 20 axial gegen das erste Dichtmittel 60. Je größer die Druckdifferenz zwischen den Endkammern 24, 28 ist, desto stärker ist die Dichtkraft zwischen der ersten Endkammer 24 und der Hochdruckkammer 32.
Ein zweites Dichtmittel 62 ist in der axial verlaufenden Bohrung 14 angeordnet, um so die zweite Endkammer 28 fluidisch gegenüber der Hochdruckkammer 32 abzudichten, wenn sich der Kolben 16 in seiner zweiten Position befindet (in 2 dargestellt). Die Druckdifferenz zwischen der ersten Endkammer 24 und der zweiten Endkammer 28 drückt die zweite Kolbenscheibe 22 axial gegen das zweite Dichtmittel 62. Je größer die Druckdifferenz zwischen den Endkammern 24, 28 ist, desto stärker ist die Dichtkraft zwischen der zweiten Endkammer 28 und der Hochdruckkammer 32.
Das erste und zweite Dichtmittel 60, 62 können ringförmige Dichtringe sein. Die erste und zweite Kolbenscheibe 20, 22 haben vorzugsweise eine abgeschrägte Kontaktfläche, die mit einer entsprechenden Dichtfläche des Dichtmittels 60, 62 zusammenwirkt.
Zwischen der Kolbenstange 18 und der Welle 44 ist ein drittes Dichtmittel 64 angeordnet, um die Hochdruckseite der Verteilungskammer 48 gegenüber der Niederdruckseite der Verteilungskammer 48 abzudichten.
3 und 4 zeigen, dass in der Welle 44 vorzugsweise eine Aussparung 66 angeordnet ist, um das dritte Dichtmittel 64 darin aufzunehmen. Die Druckdifferenz zwischen dem Fluid in der ersten Unterkammer 59 und dem Fluid in der zweiten Unterkammer 59' der Verteilungskammer 48 drückt das dritte Dichtmittel 64 axial zu einer Seitenwand der Aussparung 66 hin. Die Konfiguration der Aussparung 66 lässt sich anhand von 6 leichter erklären. Die Aussparung 66 umfasst einen Boden 72 und Seitenwände 74, 74'. Der Boden 72 hat Randabschnitte 76, 76', die in Richtung der Seitenwände 74, 74' erhöht sind. Das dritte Dichtmittel 64 wird unter der Kraft der Druckdifferenz des Fluids in der ersten und zweiten Unterkammer 59, 59' der Verteilungskammer 48 axial zu einer der Seitenwände 74 der Aussparung 66 hin gedrückt. Wegen der Verjüngung – bzw. des erhöhten Randabschnitts 76 – wird das dritte Dichtmittel 64 ferner radial gegen die Kolbenstange 18 gedrückt. Je größer die Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Unterkammer 59, 59' ist, desto fester wird das dritte Dichtmittel 64 zwischen dem erhöhten Randabschnitt 76 und der Kolbenstange 18 verkeilt.
Es versteht sich, dass ein Dichteinsatz 78 zwischen dem Trennelement 30 und der Innenwand des Gehäuses 12 des Umkehrventils 10 angeordnet ist, um so die Hochdruckkammer 32 fluidisch gegenüber der Niederdruckkammer 34 abzudichten. Das Trennelement 30 wird wegen der Druckdifferenz in der Hoch- und Niederdruckkammer 32, 34 radial gegen den Dichteinsatz 78 gedrückt. Je größer die Druckdifferenz zwischen der Hoch- und Niederdruckkammer 32, 34 ist, desto stärker ist die Dichtkraft. Der Dichteinsatz 78 ist in 1 und 2 sowie auch in 5 dargestellt, die einen Schnitt entlang der Linie A-A durch das Umkehrventil 10 von 1 zeigt.

10: Umkehrventil
12: Gehäuse
14: axial verlaufende Bohrung
16: Kolben
18: Kolbenstange
20: erste Kolbenscheibe
22: zweite Kolbenscheibe
24: erste Endkammer
26: Mittelkammer
28: zweite Endkammer
30: Trennelement
32: Hochdruckkammer
34: Niederdruckkammer
36: Hochdruckfluid-Einlass
38: Niederdruckfluid-Auslass
40: erste Kreislauföffnung
42: zweite Kreislauföffnung
44: Welle
46: Mittelbohrung
48: Verteilungskammer
50: erste Bohrung
52: zweite Bohrung
54: erster Verbindungskanal
56: zweiter Verbindungskanal
57: Stellglied
58: Trennwand
59: erste Unterkammer
59': zweite Unterkammer
60: erstes Dichtmittel
62: zweites Dichtmittel
64: drittes Dichtmittel
66: Aussparung
72: Boden
74: Seitenwand
74': Seitenwand
76: Randabschnitt
76': Randabschnitt
78: Dichteinsatz

Claims

Umkehrventil (10) zur Regelung der Strömungsrichtung eines Fluids durch einen Fluidkreislauf, wobei das Umkehrventil (10) umfasst: ein Gehäuse (12) mit einer axial darin verlaufenden Bohrung (14); einen Kolben (16), der in der axial verlaufenden Bohrung (14) angeordnet ist, wobei der Kolben (16) eine Kolbenstange (18) und mindestens zwei axial beabstandete Kolbenscheiben (20, 22) aufweist, wobei die mindestens zwei Kolbenscheiben (20, 22) die axial verlaufende Bohrung (14) in eine Mittelkammer (26) und axial beabstandete erste und zweite Endkammern (24, 28) unterteilen, wobei der Kolben (16) axial in der Bohrung (14) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position beweglich ist; einen Hochdruckfluid-Einlass (36) und einen Niederdruckfluid-Auslass (38); ein Regelventil, um Hochdruckfluid zu einer von der ersten und zweiten Endkammer (24, 28) zu leiten und Niederdruckfluid zur anderen von der ersten und zweiten Endkammer (24, 28) zu leiten; und eine erste Kreislauföffnung (40) und eine zweite Kreislauföffnung (42), um das Fluid durch den Fluidkreislauf zu leiten; gekennzeichnet durch ein erstes Dichtmittel (60), das zwischen der ersten Endkammer (24) und der Mittelkammer (26) angeordnet ist, wobei das erste Dichtmittel (60) so angeordnet ist, dass unter der Kraft einer Druckdifferenz des Fluids in der ersten und zweiten Endkammer (24, 28) eine Kontaktfläche einer ersten Kolbenscheibe (20) axial gegen das erste Dichtmittel (60) gedrückt wird, wenn sich der Kolben (16) in seiner ersten Position befindet; und ein zweites Dichtmittel (62), das zwischen der zweiten Endkammer (28) und der Mittelkammer (26) angeordnet ist, wobei das zweite Dichtmittel (62) so angeordnet ist, dass unter der Kraft einer Druckdifferenz des Fluids in der ersten und zweiten Endkammer (24, 28) eine Kontaktfläche einer zweiten Kolbenscheibe (22) axial gegen das zweite Dichtmittel (62) gedrückt wird, wenn sich der Kolben (16) in seiner zweiten Position befindet.
Umkehrventil (10) nach Anspruch 1, wobei der Kolben (16) ein Trennelement (30) umfasst, um die Mittelkammer (26) in eine Hochdruckkammer (32) und eine Niederdruckkammer (34) zu unterteilen, wobei die Hochdruckkammer (32) fluidisch mit dem Hochdruckfluid-Einlass (36) und die Niederdruckkammer (34) fluidisch mit dem Niederdruckfluid-Auslass (38) verbunden ist.
Umkehrventil (10) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (12) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und das erste und zweite Dichtmittel (60, 62) ringförmige Dichtringe sind.
Umkehrventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Dichtmittel (60) eine der ersten Kolbenscheibe (20) zugewandte abgeschrägte Dichtfläche aufweist, wobei die erste Kolbenscheibe (20) eine entsprechende abgeschrägte Kontaktfläche aufweist; und das zweite Dichtmittel (62) eine der zweiten Kolbenscheibe (22) zugewandte abgeschrägte Dichtfläche aufweist, wobei die zweite Kolbenscheibe (22) eine entsprechende abgeschrägte Kontaktfläche aufweist.
Umkehrventil (10) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Regelventil eine Welle (44) umfasst, die in einer in der Kolbenstange (18) angeordneten Mittelbohrung (46) angebracht ist, wobei die Welle (44) eine Verteilungskammer (48) in der Kolbenstange (18) definiert und umfasst: eine Trennwand (58), um die Verteilungskammer (48) in eine erste und zweite Unterkammer (59, 59') zu unterteilen, einen ersten Verbindungskanal (54), der die erste Unterkammer (59) der Verteilungskammer (48) fluidisch mit der ersten Endkammer (24) verbindet, und einen zweiten Verbindungskanal (56), der die zweite Unterkammer (59') der Verteilungskammer (48) fluidisch mit der zweiten Endkammer (28) verbindet; wobei die Kolbenstange (18) umfasst: eine erste Bohrung (50), die eine von der ersten und zweiten Unterkammer (59, 59') der Verteilungskammer (48) fluidisch mit der Hochdruckkammer (34) verbindet, eine zweite Bohrung (52), die die andere von der ersten und zweiten Unterkammer (59, 59') der Verteilungskammer (48) fluidisch mit der Niederdruckkammer (38) verbindet.
Umkehrventil (10) nach Anspruch 5, umfassend: ein drittes Dichtmittel (64), das zwischen der Welle (44) und der Kolbenstange (18) angeordnet ist.
Umkehrventil (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das dritte Dichtmittel (64) in einer Ebene mit der Trennwand (58) angeordnet ist.
Umkehrventil (10) nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Welle (44) eine Aussparung (66) zur Aufnahme des dritten Dichtmittels (64) umfasst.
Umkehrventil (10) nach Anspruch 8, wobei die Aussparung (66) eine Verjüngung umfasst.
Umkehrventil (10) nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 9, wobei ein Dichteinsatz (78) in der axial verlaufenden Bohrung (14) zwischen dem Trennelement (30) und dem Gehäuse (12) angeordnet ist, wobei das Trennelement (30) unter der Kraft einer Druckdifferenz des Fluids in der Hochdruckkammer (32) und der Niederdruckkammer (34) radial gegen den Dichteinsatz (78) gedrückt wird.