EP1948927B1

EP1948927B1 - Klimakompressor mit differenzdruckbegrenzungseinrichtung

Info

Publication number: EP1948927B1
Application number: EP06806685A
Authority: EP
Inventors: Willi Parsch; Thomas Di Vito; Jan Hinrichs; Robert Mager; Jürgen Wertenbach
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Ixetic Mac GmbH
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Ixetic Mac GmbH
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2006-11-04
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2026-11-04
Also published as: ATE438800T1; KR101261398B1; DE112006003052A5; DE502006004468D1; CN101305185B; EP1948927A1; KR20080066963A; JP2009514733A; JP4739422B2; WO2007054243A1; US20080282716A1; CN101305185A

Description

Die Erfindung betrifft einen Klimakompressor für Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen, wobei der Klimakompressor am Hochdruckausgang ein Rückschlagventil und eine Druckbegrenzungseinrichtung aufweist. Ein solcher Klimakompressor ist aus der DE 19810789A bekannt.
Derartige Kompressoren sind bekannt. Die Integration des Rückschlagventils ist zur Verbesserung des Startverhaltens des hubvolumenverstellbaren Kompressors und zur Sicherstellung des kupplungslosen Antriebs des Kompressors für den ausgeschalteten Klimaanlagenbetrieb erforderlich. Dieses Rückschlagventil ist im Hochdruckbereich der Anlage eingebaut und trennt mindestens im Falle eines Druckgradienten entgegen der Durchgangsrichtung des Rückschlagventils innerhalb der Hochdruckseite die Hochdruckseite in zwei Teilbereiche auf.
Weiterhin ist im Stand der Technik ein Druckbegrenzungsventil auf der Hochdruckseite im Klimakompressor integriert, welches stromab vor dem Rückschlagventil liegt. Das bedeutet, dass im Falle eines Druckgradienten am Rückschlagventil entgegen der Durchgangsrichtung des Rückschlagventils, also bei einem Druckanstieg im restlichen Hochdruckbereich der Klimaanlage, der Hochdruck über das Druckbegrenzungsventil nicht abgebaut werden kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Klimakompressor bzw. eine Klimaanlage darzustellen, welcher bzw. welche diese Probleme nicht aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Klimakompressor für Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen, wobei der Klimakompressor am Hochdruckausgang ein Rückschlagventil und eine Druckbegrenzungseinrichtung aufweist, beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil oder eine Berstscheibe, wobei die Druckbegrenzungseinrichtung stromab hinter dem Rückschlagventil angeordnet ist und wobei parallel zum Rückschlagventil eine Differenzdruckbegrenzungseinrichtung angeordnet ist. Bevorzugt wird ein Klimakompressor, bei welchem die Differenzdruckbegrenzungseinrichtung in beide Strömungsrichtungen wirkt, also sowohl in Strömungsrichtung vom Klimakompressor in die Klimaanlage als auch in die umgekehrte Strömungsrichtung. Das hat den Vorteil, dass auch bei Verwendung eines Rückschlagventils eine Druckbegrenzung für den gesamten Hochdruckbereich der Klimaanlage vor und hinter dem Rückschlagventil sichergestellt ist.
Auch wird ein Klimakompressor bevorzugt, bei welchem die Differenzdruckbegrenzungseinrichtung eine Ventileinrichtung ist also reversibel, wieder verwendbar.
Weiterhin wird ein Klimakompressor bevorzugt, bei welchem die Differenzdruckbegrenzungseinrichtung eine Berstscheibe ist.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Klimakompressor zeichnet sich dadurch aus, dass die Berstscheibe im Rückschlagventil integriert ist. Auch wird ein Klimakompressor bevorzugt, bei welchem die Druckdifferenz für das Auslösen der Berstscheibe größer als die Druckdifferenz für das Rückschlagventil ist. Das hat den Vorteil, dass zunächst ein Druckanstieg über den maximalen Druck am Kompressorausgang über das Rückschlagventil auf das dahinter angeordnete Druckbegrenzungsventil wirken kann. Erst im Falle eines Klemmens oder Versagens des Rückschlagventils wird dann die Differenzdruckbegrenzung auslösen und den erhöhten Druck am Kompressorausgang mit dem Druckbegrenzungsventil in dem anderen Teil der Hochdruckleitung der Klimaanlage verbinden.
Weiterhin wird ein Kompressor bevorzugt, bei welchem die Differenzdruckbegrenzungseinrichtung auf der Hochdruckseite der Klimaanlage den Klimakompressor und den restlichen Hochdruckteil der Klimaanlage, also beide Anlagenteile, mit dem eigentlichen Druckbegrenzungsventil verbindet.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben.

Figur 1: zeigt schematisch den Hochdruckbereich einer Klimaanlage mit einem Klimakompressor mit einer Differenzdruckbegrenzungseinrichtung.
Figur 2: zeigt den Hochdruckbereich einer Klimaanlage mit einem Differenzdruckbegrenzungsventil.
Figur 3: zeigt den Hochdruckbereich einer Klimaanlage mit einer in einem Rückschlagventil integrierten Berstscheibe als Differenzdruckbegrenzung.

In Figur 1 ist der Hochdruckbereich einer Klimaanlage einschließlich eines Klimakompressors 1 dargestellt. Der Klimakompressor 1 saugt Kältemittel an, verdichtet es und fördert es über ein Rückschlagventil 3 in eine Auslassleitung 11, mit welcher der äußere Hochdruckteil der Klimaanlage beginnt. Von der Auslassleitung 11 strömt das Kältemittel zunächst über einen Gaskühler 5, danach über einen inneren Wärmetauscher 7 und gelangt schließlich zum Expansionsventil 9, wo das Kältemittel auf einen niedrigeren Druck expandiert. Damit geht der Hochdruckbereich der Klimaanlage in den Niederdruckbereich über, der hier nicht betrachtet wird. Der Kompressor 1 weist ein Gehäuse 13 auf, in welchem sowohl das Rückschlagventil 3 als auch eine Druckbegrenzungseinrichtung 15 und eine Differenzdruckbegrenzungseinrichtung 17 angeordnet ist. Das Rückschlagventil 3 ist zur Verbesserung des Startverhaltens des hubvolumenverstellbaren Kompressors 1 und zur Sicherstellung des kupplungslosen Antriebs des Kompressors 1 für den abgeschalteten Klimakompressorbetrieb erforderlich. Durch das Rückschlagventil 3, welches beispielsweise einen Öffnungsdruck von 2 Bar aufweisen kann, baut sich direkt beim Starten ein gewisser Druck im Kompressor 1 auf, welcher für ein Ausschwenken des Kompressortriebwerks und damit für eine sofort beginnende Förderung des Klimakompressors 1 sorgt. Stromab hinter dem Rückschlagventil 3 ist eine Druckbegrenzungseinrichtung 15, beispielsweise in Form eines Druckbegrenzungsventils oder einer Berstscheibe, angeordnet, welche beispielsweise bei Überschreiten eines Maximaldruckes von etwa 160 Bar öffnet und einen weiteren Druckanstieg verhindert. Diese Druckbegrenzungseinrichtung 15 sichert damit über das Rückschlagventil 3 sowohl den Maximaldruck des Kompressors 1 als auch den restlichen Hochdruckteil der Klimaanlage bis zum Expansionsventil 9 ab. Sollte jedoch das Rückschlagventil 3 durch irgendeine Betriebsstörung klemmen oder versagen, so kann eine Differenzdruckbegrenzungseinrichtung 17 wirksam werden, welche beispielsweise bei einem Differenzdruck von 10 Bar in beiden Richtungen den Klimakompressor 1 und den restlichen Hochdruckbereich der Klimaanlage miteinander verbindet.
In Figur 2 ist eine derartige Differenzdruckbegrenzungseinrichtung als Differenzdruckventil schematisch dargestellt. Parallel zum Rückschlagventil 3 sind ein in gleiche Strömungsrichtung wirksames Rückschlagventil 19 und ein in Gegenrichtung wirksames Rückschlagventil 21 angeordnet. Die Ventile 19 und 21 haben beispielsweise jeweils einen Öffnungsdruck von 10 Bar, sodass bei einer Druckdifferenz zwischen dem Klimakompressor und dem übrigen Hochdruckbereich 23 der Klimaanlage beide Anlagenteile bei einer Druckdifferenz von 10 Bar miteinander und damit mit dem Druckbegrenzungsventil 15 verbunden werden. Sinnvollerweise ist der Öffnungsdruck der Differenzdruckbegrenzungseinrichtung, beispielsweise mit 10 Bar, höher als der Differenzdruck des Rückschlagventils 3, da dieses im Normalfall die Sicherheitsfunktion mit dem dahinter angeordneten Druckbegrenzungsventil 15 ebenfalls sowohl für den Kompressor 1 als auch für den Hochdruckbereich 23 der Klimaanlage erfüllt.
Insbesondere ist die höhere Druckdifferenz für die Differenzdruckabsicherung im Falle der Verwendung einer Berstscheibe 25 innerhalb des Rückschlagventils 29, wie in Figur 3 dargestellt, notwendig, da die Berstscheibe 25 im Normalbetrieb nicht zerstört werden soll, sondern das Rückschlagventil 29 mit seinem Öffnungsdruck von ca. 2 Bar für das Anlaufen und Ausschwenken des Kompressors 1 notwendig ist und danach den Kompressor 1 mit dem Hochdruckbereich 23 der Klimaanlage verbinden soll. Die Verwendung einer Berstscheibe 25 innerhalb des Kolbens 31 des Rückschlagventils 29 bietet dabei den besonderen Vorteil keines zusätzlichen Platzbedarfes für die Differenzdruckbegrenzung, da diese somit in das bereits vorhandene Rückschlagventil integriert werden kann. Im Normalbetrieb wird der Kolben 31 des Rückschlagventils 29 innerhalb des Ventilgehäuses 33 durch eine Schraubenfeder 35 in den Ventilsitz 37 gedrückt, wobei die Schraubenfeder 35 mit einer Vorspannkraft bis zu einem Öffnungsdruck von etwa 2 Bar das Ventil 29 geschlossen hält. Nach Öffnen des Rückschlagventils 29 kann das Kältemittel vom Kompressor 1 über die Leitung 39 zur Ausgangsleitung 11 des Klimakompressors in den Hochdruckbereich 23 der Klimaanlage geleitet werden. Im Falle der Druckdifferenzüberschreitung von z. B. 10 bar an der Berstscheibe 25 in die eine oder andere Richtung wird die Berstscheibe 25 zerbrechen und damit die Leitung 41 zwischen dem Klimakompressor 1 und dem Hochdruckbereich 23 der Klimaanlage wirksam werden. Durch die Differenzdruckeinrichtung in Form der Berstscheibe 25 werden also beide Anlagenteile auf der Hochdruckseite bei Klemmen oder Versagen des Rückschlagventils 29 mit dem Druckbegrenzungsventil 15 verbunden und damit abgesichert.

Bezugszeichenliste

1: Klimakompressor
3: Rückschlagventil
5: Gaskühler
7: innerer Wärmetauscher
9: Expansionsventil
11: Auslassleitung
13: Kompressorgehäuse
15: Druckbegrenzungseinrichtung
17: Differenzdruckbegrenzungseinrichtung
19: Rückschlagventil
21: Rückschlagventil
23: Hochdruckbereich der Klimaanlage
25: Berstscheibe
29: Rückschlagventil
31: Kolben des Rückschlagventils 29
33: Ventilgehäuse
35: Schraubenfeder
37: Ventilsitz
39: Leitung zur Ausgangsleitung 11
41: Leitung zwischen dem Klimakompressor 1 und dem Hochdruckbereich 23

Claims

Klimakompressor (1) für Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen, wobei der Klimakompressor (1) am Hochdruckausgang ein Rückschlagventil (3) und eine Druckbegrenzungs-Einrichtung (15) aufweist, beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil oder eine Berstscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungs-Einrichtung (15) stromab hinter dem Rückschlagventil (3) angeordnet ist und dass parallel zum Rückschlagventil (3) eine Differenzdruckbegrenzungseinrichtung (17) angeordnet ist.
Klimakompressor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzdruckbegrenzungseinrichtung (17) in beide Strömungsrichtungen wirkt, also sowohl in Strömungsrichtung vom Klimakompressor (1) in die Klimaanlage als auch in die umgekehrte Strömungsrichtung.
Klimakompressor (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzdruckbegrenzungseinrichtung (17) eine Ventileinrichtung ist also reversibel, wieder verwendbar.
Klimakompressor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzdruckbegrenzungseinrichtung (17) eine Berstscheibe (25) ist.
Klimakompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Berstscheibe (25) im Rückschlagventil (3,29) integriert ist.
Klimakompressor nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz für das Auslösen der Berstscheibe (25) größer ist als die Druckdifferenz am Rückschlagventil (3,29).
Klimakompressor nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzdruckbegrenzungseinrichtung (17) auf der Hochdruckseite der Klimaanlage den Klimakompressor (1) und die restliche Hochdruckseite (23) der Klimaanlage, also beide Anlagenteile, mit dem eigentlichen Druckbegrenzungsventil (15) verbindet.