WO2024016041A1 - Überdruckventil zum geregelten ablassen eines überdrucks eines gases - Google Patents

Überdruckventil zum geregelten ablassen eines überdrucks eines gases Download PDF

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WO2024016041A1
WO2024016041A1 PCT/AT2023/060242 AT2023060242W WO2024016041A1 WO 2024016041 A1 WO2024016041 A1 WO 2024016041A1 AT 2023060242 W AT2023060242 W AT 2023060242W WO 2024016041 A1 WO2024016041 A1 WO 2024016041A1
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WO
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piston
sealing
valve body
sealing piston
gas
Prior art date
Application number
PCT/AT2023/060242
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French (fr)
Inventor
Gerhard COMELLI
Elmar DELIGIANNI
Paul EBENBERGER
Original Assignee
Ventrex Automotive Gmbh
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Publication date
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    • F16K17/02—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
    • F16K17/04—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K2200/00—Details of valves
    • F16K2200/30—Spring arrangements
    • F16K2200/304—Adjustable spring pre-loading

Definitions

  • the invention relates to a pressure relief valve for the controlled release of excess pressure of a gas from a refrigerant circuit according to the preamble of patent claim 1.
  • a large number of pressure relief valves are known from the prior art, with which a pressure level of a gas that exceeds a defined limit value is removed or reduced from a fluid circuit.
  • CO2 Air conditioning systems with R744 (CO2) as a refrigerant in the automotive sector
  • several pressure relief valves are usually installed.
  • the high pressure relief valve or High Pressure Relief Valve (HPRV) is installed directly on the compressor of the high pressure circuit.
  • the high-pressure relief valve protects the system from impermissibly high pressures of over 160 ⁇ 10 bar. These can occur, among other things, if the compressor or its regulation and control malfunctions.
  • the low-pressure relief valve is located in the low-pressure circuit, usually directly in the expansion valve. This serves to protect the low-pressure circuit from pressures above 120 ⁇ 10 bar. Since two expansion valve units are provided in common systems in automotive R744 air conditioning systems, two low-pressure relief valves are usually also installed.
  • pressure relief valves are also known in the automotive sector for air conditioning, which remove a gas flowing in a refrigerant circuit, usually CO2 (R744) as a refrigerant, from the coolant circuit when a defined pressure level is exceeded.
  • a pressure relief valve consisting of a sealing seat, a stainless steel ball as a sealing element, a pressure piece and valve body as well as the associated compression spring is known from the prior art.
  • the ball is held in position via an intermediate piece.
  • the intermediate piece limits the ball's range of motion to a few tenths of a millimeter.
  • the intermediate piece is slotted crosswise at the front end that accommodates the ball up to the contact surface of the spring, so that the outflowing medium can flow through these slots.
  • the sealing ball is centered using a cone and thus seals the sealing seat.
  • the disadvantage of the systems known from the prior art is that they usually have a complex structure and are therefore usually complicated and expensive to construct and assemble. Furthermore, the systems known from the prior art, in particular with balls as sealing bodies, tend to tilt or close improperly when triggered, i.e. when the critical pressure is exceeded, or to so-called fluttering, i.e. constant opening and closing of the Sealing body, which disadvantageously leads to fluctuating pressure levels.
  • the object of the present invention is therefore to provide a pressure relief valve that ensures a simple structure and reliably discharges the excess pressure from the air conditioning system when the opening pressure is reached and reliably prevents malfunctions.
  • the piston sealing surface has a piston angle between 26° to 35°, in particular from 26.5° to 28.5°, with the sealing surface of the valve body having a valve body angle of 27° to 38°, in particular 30° to 31 °, where the ratio of the valve body angle to the piston angle is 15/14 ⁇ ß/a ⁇ 124/108.
  • the angle difference according to the invention achieves a particularly good sealing function between the sealing surface of the valve body and the piston sealing surface. Furthermore, the different angles enable a high level of tightness even at high temperatures. Likewise, the angles according to the invention ensure a high level of tightness even when the pressure relief valve is triggered several times or even after closing, a constant opening pressure and flow, so that the function of the pressure relief valve is maintained even when it is opened and closed several times.
  • the piston angle a is the angle between the piston sealing surface and the axis of the piston.
  • Valve body angle ß is understood to mean the angle of the sealing surface of the valve body, viewed in relation to the axis of the valve body.
  • the sealing piston has a guide surface downstream of the piston sealing surface in the axial direction of the sealing piston, on which the sealing piston is guided in the valve body, and that the piston sealing surface opens into an opening reinforcement region formed in the sealing piston, which is arranged between the piston sealing surface and the guide surface , whereby the sealing piston in the area of the opening reinforcement area has a larger projected area, viewed in the opening direction, than that in the entrance
  • the opening reinforcement area ensures reliable opening of the pressure relief valve, so that when the set pressure at the gas inlet is exceeded, the sealing piston is first slightly adjusted in the opening direction, the pressure of the medium then hits the opening reinforcement surface, causes a greater force against the spring and thus the flow of the Gas is reliably ensured through the pressure relief valve.
  • the opening reinforcement area reliably ensures the opening of the pressure relief valve, whereby fluttering, i.e. a constant change between opening and closing, of the pressure relief valve can be reliably prevented.
  • the opening reinforcement surface merges into the guide surface, with passage recesses being formed in the sealing piston in the transition region between the opening reinforcement surface and the guide surface and/or in the guide surface, via which the Gas in the open state flows into a gas collecting space downstream of the sealing piston into which the excess pressure flows when the sealing piston is open and then via the flow channel, especially via the adjusting screw and the gas outlet into the environment.
  • the ratio of the diameter of the sealing piston to the diameter of the valve body in the guide area has a positive influence on the closing behavior and the tightness of the pressure relief valve. It is preferably provided that the ratio of the diameter of the sealing piston on the guide surface to the diameter of the valve body in the area of the guide surface of the sealing piston is 291/290 ⁇ D1/D2 ⁇ 668/645, in particular 291/290 ⁇ D1/D2 ⁇ 148/145 , wherein the diameter of the valve body on the guide surface is 6.52 mm ⁇ D1 ⁇ 6.68 mm, in particular 6.62 mm ⁇ D1 ⁇ 6.66 mm.
  • passage recesses are designed as a number of, in particular four, circumferentially arranged flats evenly distributed over the circumference of the sealing piston, the passage recesses in particular being designed in a step-shaped manner in the transition region between the opening reinforcement region and the guide surface and in the guide surface .
  • the closing behavior of the pressure relief valve is further positively influenced when, in particular, the gas flows out of the gas collection space in a defined manner via the adjusting screw. It is preferably provided that the projected passage area A3 of the gas at the adjusting screw is 0.7*Pi mm 2 ⁇ A3 ⁇ 1.01 *Pi mm 2 , in particular 0.74*Pi mm 2 ⁇ A3 ⁇ 1.0041 *Pi mm 2 , is.
  • the adjusting screw is arranged in the valve body in the area of the gas outlet and closes it, the adjusting screw having a number of passage openings which are connected to the flow channel, in particular the gas collection space, and via the pressure from the gas collection space into the environment can escape.
  • the sealing piston is made of a thermoplastic, in particular PEEK or PEKEKK
  • the valve body is made of a metal, in particular an aluminum alloy or a steel alloy.
  • the adjusting screw has a stop extension directed in the direction of the sealing piston and / or the sealing piston has a stop extension directed in the direction of the adjusting screw, the stop extension being the Maximum travel in the opening direction of the sealing piston is limited in such a way that the guide surface is in contact with the surface of the valve body opposite the guide surface when the pressure relief valve is opened to the maximum.
  • the stop extension makes it particularly easy to prevent the sealing piston from slipping out of the guide surface, so that when the pressure relief valve is opened and closed repeatedly, the function remains particularly reliable and tilting of the sealing piston in the valve body is advantageously prevented.
  • the spring force decreases over time, especially when used at elevated temperatures, and the opening pressure also drops significantly, in extreme cases even below the limit at which the pressure relief valve triggers.
  • the spring is inserted in the pre-tensioned state, so that when the operating temperature, in particular the maximum operating temperature between 100 ° C and 200 ° C, preferably between 150 ° C and 160 ° C, is reached
  • Pressure relief valve has the optimal preload of the spring, the spring being used in particular preheated to the operating temperature.
  • Fig. 1 shows a sectional view of the pressure relief valve according to the invention
  • Fig. 2 shows a further sectional view of the pressure relief valve according to Fig. 1 in a side view
  • Fig. 3 shows a sectional view of the pressure relief valve according to the invention in the open position
  • Fig. 4 shows a front view of the sealing piston
  • Fig 5 shows a side view of the sealing piston according to FIG.
  • a pressure relief valve according to the invention is shown in a sectional view along the axis of the valve body 1.
  • the pressure relief valve comprises a valve body 1 in which a sealing piston 2 is arranged coaxially to the axis of the valve body 1.
  • the valve body 1 has a gas inlet 11 and a gas outlet 12, the gas inlet 11 and the gas inlet 12 being connected via a flow channel 13, so that gas, for example CO2, from a refrigerant circuit of a vehicle can enter the valve body 1 via the gas inlet 11 and when the pressure relief valve is triggered via the gas outlet
  • the sealing piston 2 is arranged in the flow channel 13 opposite a sealing surface 14 arranged on the valve body 1 in the valve body 1.
  • the sealing piston 2 has a conical piston sealing surface 21, which rests against the sealing surface 14 of the valve body 1 when the pressure relief valve is closed and thus seals or closes the flow channel 12.
  • an adjusting screw 4 is arranged for adjusting the opening pressure. The adjusting screw 4 is in the flow channel
  • the spring 3 exerts a compressive force between the adjusting screw 4 and the sealing piston 2, so that the sealing piston 2 is pressed with the piston sealing surface 21 against the sealing surface 14 of the valve body 1 in the closing direction, i.e. in the direction of the gas inlet 11.
  • the adjusting screw 14 which is screwed into the valve body 1 with a thread, is adjusted, the distance between the sealing body 2 and the adjusting screw 4 changes and the spring 3 is preloaded or the pressure on the sealing piston 2 increased or reduced.
  • the opening pressure of the sealing piston 2 can be changed and the preload of the spring 3, i.e. the closing force, can be adjusted.
  • the piston sealing surface 21 is formed at a piston angle a of 27°, the piston angle a lying between the axis of the sealing piston 2 and the piston sealing surface 21.
  • the sealing surface 14 of the valve body 1 has a valve body angle ⁇ of 30.5 °, the valve body angle ⁇ lying between the axis of the valve body 1 and the sealing surface 14.
  • the angular difference between the piston angle a of the piston sealing surface 21 and the valve body angle ⁇ of the sealing surface 14 is 3.5° in the present embodiment of FIGS. 1 to 3.
  • the piston angle a is advantageously between 26° and 35°, preferably between 26.5° and 28.5°, and the valve body angle ß of the sealing surface 14 between inclusive 27° and inclusive 38°, particularly advantageously from inclusive 30° to inclusive 31°. It has also been found to be advantageous that the ratio of the valve body angle ⁇ to the piston angle a is advantageously 15/14 ⁇ /a ⁇ 124/108. The angular difference between the piston angle a and the valve body angle ⁇ is advantageously optionally between 1.5° and 5°.
  • the sealing piston 2 has a guide surface 22 located in the axial direction of the sealing piston 2 in the direction of the gas outlet 12.
  • the sealing piston 2 is guided in the valve body 1 in the guide surface 22 and slides along the guide surface 22 when opening and closing.
  • the piston sealing surface 21 opens into an opening reinforcement region 23 formed in the sealing piston 2, which is arranged between the piston sealing surface 21 and the guide surface 22. 1 to 5, the opening reinforcement area 23 is located downstream of the piston sealing surface 21 and is formed by a surface area running parallel to the axis of the valve body 1, which then has a larger angle and opens into the guide surface 22.
  • the opening reinforcement area 23 serves to increase the pressure area for the emerging gas and thereby enables a more reliable opening of the pressure relief valve when a defined pressure level is present in the gas inlet 11.
  • a particularly advantageous reinforcement of the opening movement of the sealing piston 2 is achieved if the opening reinforcement region 23 has a larger projected area than that in the opening direction of the sealing piston 2 Gas inlet 11 of the flow channel 13 arranged end face 24 of the sealing piston 2.
  • Optional passage recesses 25 are formed in the opening reinforcement area 23, which open into the guide surface 22 and through which the gas can flow via the guide surface 22 or the opening reinforcement area 23 itself into a gas collecting space 6 behind the sealing piston 2.
  • the pressure in the refrigerant circuit is present at the end face 24 of the sealing piston 2. If the pressure in the refrigerant circuit exceeds a level set on the pressure relief valve, the force on the end face 24 increases and exceeds the closing force of the spring 3 and the sealing piston 2 is displaced in the opening direction and the pressure relief valve opens. If the pressure relief valve opens, the sealing piston 2 is displaced in the direction of the gas outlet 12 and the gas flows into the opening reinforcement area 23, as shown in FIG Closing force of the spring 3 is applied to the sealing piston 12 in the direction of the gas outlet 12 and the sealing piston 2 is further adjusted in the direction of the gas outlet 12 or the adjusting screw 4.
  • the gas can enter the gas collecting chamber 6 via the passage recesses 25 and exit the pressure relief valve via this and the adjusting screw 4 along the arrows shown in FIG.
  • a sealing film 27 which tears open when the pressure relief valve is opened for the first time and thus indicates that the pressure has been triggered. If the pressure in the refrigerant circuit drops below the limit value, the closing force of the spring 3 again exceeds the pressure force of the gas and the spring 3 pushes the sealing piston 2 again in the direction of the gas inlet 11, whereby the piston sealing surface 21 comes into contact with the sealing surface 14 of the valve body 1 comes and the pressure relief valve closes again.
  • Fig. 4 shows a preferred embodiment of the sealing piston 2 according to the invention in a front view, with a view of the end face 24 of the sealing piston 2.
  • the sealing piston 2 has This embodiment has four passage recesses 25, which are arranged evenly distributed over the circumference of the sealing piston 2.
  • the passage recesses 25 are, as shown in FIG. 5, designed as flats and arranged in the transition region between the opening reinforcement region 23 and the guide surface 22 and in the guide surface 22.
  • the passage recesses 25 have a step-shaped design and thus enable the gas to flow via the opening reinforcement area 23 and the guide surface 22 into the gas collection space 6.
  • the diameter D1 of the valve body 1 on the guide surface 22 is advantageously from 6.52 to 6.68 mm inclusive, particularly preferably from 6.62 to 6.66 mm inclusive.
  • the ratio D1/D2 enables a particularly high level of tightness and has a positive influence on the closing behavior, so that the sealing piston 2 in the valve body 1 does not become blocked or jammed even in the event of thermal expansion.
  • the adjusting screw 4 has a number of passage openings 41 in the area of the gas outlet 12, which connect the gas collection space 6 with the environment.
  • the flow channel 13 thus continues from the gas inlet 11 via the gas collecting space 6 through the passage openings 41 into the environment or the gas outlet 12, so that gas can escape through the pressure relief valve via the flow channel 13 of the pressure relief valve.
  • the projected passage area of the gas at the adjusting screw 4 is 0.7*Pi mm 2 up to and including 1.01 *Pi mm 2 , particularly preferably from incl. 0.74*Pi mm 2 up to and including 1 , 0041 *Pi mm 2 .
  • the sealing piston 2 is made of a thermoplastic material PEKEKK and the valve body 1 is made of an aluminum alloy.
  • the sealing piston 2 also consists of another thermoplastic, for example PEEK
  • the valve body 1 consists of another metal, for example a steel alloy.
  • the adjusting screw 4 has a stop extension 8 directed in the direction of the sealing piston 2.
  • the sealing pistons 2 also have a stop extension 8 directed in the direction of the adjusting screw 4, the respective stop extensions 8 limiting the maximum travel path of the sealing piston 2 in the opening direction, so that when the maximum opening is present, the two stop extensions 8 rest against one another.
  • the stop extensions 8 ensure that when the pressure relief valve is opened to its maximum, the guide surface 22 is in contact with the surface of the valve body 1 opposite the guide surface 22 and therefore tilting of the sealing piston 2 in the valve body 1 is advantageously prevented.
  • a preferred embodiment of the pressure relief valve according to the invention provides that the spring is inserted into the valve body 1 of the pressure relief valve in the prestressed state.
  • the spring 3 is preferably heated in a preheated state, i.e. at a temperature which corresponds to the maximum operating temperature, for example between 100 ° C and 200 ° C, preferably between 150 ° C and 160 ° C, and then installed in the pressure relief valve.
  • the spring 3 is then in optimal pretension when installed, so that a particularly high tightness of the pressure relief valve is created.
  • step-shaped passage recesses 25 shown in FIGS. 1 to 5 can also be designed in other shapes, for example as circular or semicircular openings, and arranged in the sealing piston 2 in the area of the guide surface 22 or the opening reinforcement area 23.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Überdruckventil zum geregelten Ablassen eines Überdrucks eines Gases, insbesondere CO2, aus einem Kältemittelkreislauf eines Fahrzeugs, umfassend - einen Ventilkörper (1), der einen Gaseingang (11) und einen Gasausgang (12) sowie einen den Gaseingang (11) und Gasausgang (12) verbindenden Strömungskanal (13) aufweist, - einen Dichtkolben (2), der im Strömungskanal (13) gegenüber einer am Ventilkörper (1) angeordneten, insbesondere konisch ausgebildete, Dichtfläche (14), insbesondere in der Achse des Ventilkörpers (1), verschieblich angeordnet ist und eine konische Kolbendichtfläche (21 ) aufweist, die im geschlossenen Zustand an der Dichtfläche (14) anliegt und den Strömungskanal (13) verschließt, - eine Einstellschraube (4) zur Einstellung des Öffnungsdrucks die im Ventilkörper (1 ) dem Dichtkoben (2) im Strömungskanal (13) nachgeordnet ist, und - eine Feder (3), insbesondere eine Druckfeder, die zwischen dem Dichtkolben (2) und der Einstellschraube (4) angeordnet ist und den Dichtkolben (2) entgegen der Dichtfläche (14) mit einer Schließkraft beaufschlagt, und - wobei der Dichtkolben (2), der Ventilkörper (1) und die Feder (3) derart ausgebildet sind, dass bei Übersteigen eines definierten Druckniveaus am Gaseingang (11) der Dichtkolben (2) entgegen der Feder (3) in Öffnungsrichtung verstellt wird und einen Durchtrittsquerschnitt für das Gas frei gibt und bei Unterschreiten eines Druckniveaus aus dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand rückführbar ist, wobei die Kolbendichtfläche (21) einen Kolbenwinkel (a) zwischen 26° bis 35°, insbesondere von 26,5° bis 28,5°, aufweist wobei die Dichtfläche (14) des Ventilkörpers (1) einen Ventilkörperwinkel (β) von 27° bis 38° aufweist, insbesondere 30° bis 31 °, wobei das Verhältnis des Ventilkörperwinkel (ß) zum Kolbenwinkel (a) 15/14 ≤ β/α ≤ 124/108 beträgt.

Description

ÜBERDRUCKVENTIL ZUM GEREGELTEN ABLASSEN EINES ÜBERDRUCKS EINES GASES
Die Erfindung betrifft ein Überdruckventil zum geregelten Ablassen eines Überdrucks eines Gases aus einem Kältemittelkreislauf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Überdruckventilen bekannt, mit denen ein Druckniveau eines Gases, das einen definierten Grenzwert übersteigt, aus einem Fluidkreislauf abgeführt bzw reduziert wird. In Klimatisierungssystemen mit R744 (CO2) als Kältemittel im Automotivsektor sind üblicherweise mehrere Überdruckventile verbaut. Das Hochdrucküberdruckventil oder auch High Pressure Relief Valve (HPRV) ist dabei direkt am Verdichter bzw. Kompressor des Hochdruckkreislaufs verbaut. Hier schützt das Hochdrucküberdruckventil das System vor unzulässig hohen Drücken von über 160 ± 10 bar. Diese können u.a. bei Fehlfunktion des Kompressors bzw. dessen Regelung und Steuerung auftreten. Im Niederdruckkreislauf, im Regelfall direkt im Expansionsventil, befinden sich das Niederdrucküberdruckventil. Dieses dient zur Absicherung des Niederdruckkreislaufs vor Drücken über 120 ± 10 bar. Da bei gängigen Systemen in automobilen R744-Klimasystemen zwei Expansionsventileinheiten vorgesehen sind, werden meist auch zwei Niederdrucküberdruckventile verbaut.
Aus dem Stand der Technik sind ebenfalls im Automobilsektor bei der Klimatisierung Überdruckventile bekannt, die ein in einem Kältemittelkreislauf strömendes Gas, meistens CO2 (R744) als Kältemittel, bei Übersteigen eines definierten Druckniveaus aus dem Kühlmittelkreislauf abführen. So ist beispielsweise aus dem Stand der Technik ein Überdruckventil bestehend aus einem Dichtsitz, einer Edelstahlkugel als Dichtelement, einem Druckstück und Ventilkörper sowie dazugehöriger Druckfeder bekannt. Dabei wird die Kugel über ein Zwischenstück in Position gehalten. Das Zwischenstück begrenzt jedoch den Bewegungsspielraum der Kugel auf wenige Zehntelmillimeter. Das Zwischenstück ist am vorderen, die Kugel aufnehmenden Ende bis zur Auflagefläche der Feder kreuzweise geschlitzt, sodass das ausströmende Medium durch diese Schlitze durchströmen kann. Die Dichtkugel wird dabei mittels eines Kegels zentriert und dichtet so den Dichtsitz ab.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise aus der WO 2008129209 A1 bekannt. In dieser wird ein Dichtkörper mit einem halbkugelförmigen Teil, der den Dichtsitz abdichtet und einem flachen Teil, auf den eine Feder einwirkt, offenbart. Weiters sind aus der US 10180192 B2 und der KR 102138568 B1 Überdruckventile bekannt, die einen sehr komplizierten Aufbau aufweisen und deren Funktionsweise aufwendig gestaltet ist.
Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Systeme ist, dass diese meist einen aufwendigen Aufbau aufweisen und daher meist im Aufbau und auch im Zusammenbau kompliziert und teuer sind. Weiters neigen die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme, insbesondere mit Kugeln als Dichtkörper, dazu, beim Auslösen, also beim Übersteigen des kritischen Drucks, zu verkanten bzw. unsauber zu schließen, oder zu einem sogenannten Flattern, also einem ständigen Öffnen und Schließen des Dichtkörpers, das nachteilig zu schwankenden Druckpegeln führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Überdruckventil bereitzustellen, dass einen einfachen Aufbau gewährleistet und bei Erreichen des Öffnungsdrucks zuverlässig den Überdruck aus dem Klimatisierungssystem ausleitet und Fehlfunktionen zuverlässig verhindert.
Diese Aufgabe wird bei einem Überdruckventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Kolbendichtfläche einen Kolbenwinkel zwischen 26° bis 35°, insbesondere von 26,5° bis 28,5°, aufweist wobei die Dichtfläche des Ventilkörpers einen Ventilkörperwinkel von 27° bis 38° aufweist, insbesondere 30° bis 31 °, wobei das Verhältnis des Ventilkörperwinkel zum Kolbenwinkel 15/14 < ß/a < 124/108 beträgt.
Durch den erfindungsgemäßen Winkelunterschied wird eine besonders gute Dichtfunktion zwischen der Dichtfläche des Ventilkörpers und der Kolbendichtfläche erreicht. Weiters wird durch die unterschiedlichen Winkel eine hohe Dichtheit auch bei hohen Temperaturen ermöglicht. Ebenso wird durch die erfindungsgemäßen Winkel eine hohe Dichtheit auch bei mehrmaligem Auslösen des Überdruckventils bzw. auch nach dem Schließen ein konstanter Öffnungsdruck und Durchfluss erreicht, sodass die Funktion des Überdruckventils auch bei mehrmaligem Öffnen und Schließen erhalten bleibt.
Als Kolbenwinkel a wird jeweils im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung der Winkel zwischen der Kolbendichtfläche und der Achse des Kolbens bezeichnet. Als Ventilkörperwinkel ß wird jeweils der Winkel der Dichtfläche des Ventilkörpers, in Bezug auf die Achse des Ventilkörpers gesehen, verstanden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls bei einem Überdruckventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2 durch die kennzeichnenden Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Dichtkolben eine der Kolbendichtfläche in Achsrichtung des Dichtkolben nachgelagerte Führungsfläche aufweist, an der der Dichtkolben in dem Ventilkörper geführt ist, und dass die Kolbendichtfläche in einen im Dichtkolben ausgebildeten Öffnungsverstärkungsbereich mündet, der zwischen der Kolbendichtfläche und der Führungsfläche angeordnet ist, wobei der Dichtkolben im Bereich des Öffnungsverstärkungsbereichs eine in Öffnungsrichtung gesehene größere projizierte Fläche als die im Eingang
Durch den Öffnungsverstärkungsbereich wird ein zuverlässiges Öffnen des Überdruckventils gewährleistet, sodass bei Überschreiten des eingestellten Überdrucks am Gaseingang der Dichtkolben zuerst in Öffnungsrichtung gering verstellt wird, der Druck des Mediums sodann auf die Öffnungsverstärkungsfläche trifft, eine größere Kraft entgegen der Feder bewirkt und so der Durchfluss des Gases durch das Überdruckventil hindurch zuverlässig gewährleistet wird. Durch den Öffnungsverstärkungsbereich wird also die Öffnung des Überdruckventils zuverlässig gewährleistet, wobei ein Flattern, also ein ständiger Wechsel zwischen Öffnen und Schließen, des Überdruckventils zuverlässig verhindert werden kann.
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Überdruckventils werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche näher definiert:
Um den Durchfluss des Gases durch das Überdruckventil besonders vorteilhaft gewährleisten zu können, kann vorgesehen sein, dass die Öffnungsverstärkungsfläche in die Führungsfläche übergeht, wobei im Übergangsbereich zwischen der Öffnungsverstärkungsfläche und der Führungsfläche und/oder in der Führungsfläche Durchtrittsausnehmungen im Dichtkolben ausgebildet sind, über die das Gas im geöffneten Zustand in einen dem Dichtkolben nachgeordneten Gassammelraum strömt in den der überschüssige Druck im geöffneten Zustand des Dichtkolben strömt und über diesen dann über den Strömungskanal, insbesondere über die Einstellschraube, und den Gasausgang in die Umgebung entweichen kann.
Bei der vorliegenden Erfindung zugrunde gelegten Untersuchungen wurde überraschend festgestellt, dass das Verhältnis des Durchmessers des Dichtkolbens zum Durchmesser des Ventilkörpers im Führungsbereich das Schließverhalten sowie die Dichtheit des Überdruckventils positiv beeinflusst. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das Verhältnis des Durchmessers des Dichtkolbens an der Führungsfläche zum Durchmesser des Ventilkörpers im Bereich der Führungsfläche des Dichtkolbens 291/290 < D1/D2 < 668/645, insbesondere 291/290 < D1/D2 < 148/145 beträgt, wobei der Durchmesser des Ventilkörpers an der Führungsfläche 6,52 mm < D1 < 6,68 mm, insbesondere 6,62 mm < D1 < 6,66 mm, beträgt.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Überdruckventils wird bereitgestellt, indem die Durchtrittsausnehmungen als eine Anzahl von, insbesondere vier gleichmäßig über den Umfang des Dichtkolbens verteilte, umfänglich angeordneten Abflachungen ausgebildet sind, wobei insbesondere die Durchtrittsausnehmungen stufenförmig im Übergangsbereich zwischen Öffnungsverstärkungsbereich und der Führungsfläche und in der Führungsfläche ausgebildet sind.
Das Schließverhalten des Überdruckventils wird weiters positiv beeinflusst, wenn insbesondere das Gas aus dem Gassammelraum definiert über die Einstellschraube ausströmt. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die projizierte Durchtrittsfläche A3 des Gases an der Einstellschraube 0,7*Pi mm2 < A3 < 1 ,01 *Pi mm2, insbesondere 0,74*Pi mm2 < A3 < 1 ,0041 *Pi mm2, beträgt.
Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass die Einstellschraube im Ventilkörper im Bereich des Gasausgangs angeordnet ist und diesen verschließt, wobei die Einstellschraube eine Anzahl von Durchtrittöffnungen aufweist, die mit dem Strömungskanal, insbesondere dem Gassammelraum verbunden sind, und über die Druck aus dem Gassammelraum in die Umgebung entweichen kann. Um eine hohe Dichtheit des Überdruckventils kostengünstig und auch bei höheren Temperaturen einfach bewerkstelligen zu können, kann optional vorgesehen sein, dass der Dichtkolben aus einem Thermoplast, insbesondere PEEK oder PEKEKK und der Ventilköper aus einem Metall, insbesondere einer Aluminiumlegierung oder einer Stahllegierung, besteht.
Um die maximale Verstellung des Dichtkolbens in Öffnungsrichtung zu begrenzen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Einstellschraube einen in Richtung des Dichtkolbens gerichteten Anschlag-Fortsatz und/oder der Dichtkolben einen in Richtung der Einstellschraube gerichteten Anschlag-Fortsatz aufweist, wobei der Anschlag-Fortsatz den maximalen Verfahrweg in Öffnungsrichtung des Dichtkolbens derart begrenzt, dass die Führungsfläche bei maximaler Öffnung des Überdruckventils in Kontakt mit der der Führungsfläche gegenüberliegenden Fläche des Ventilkörpers ist. Durch den Anschlagfortsatz kann somit ein Herausrutschen des Dichtkolbens aus der Führungsfläche besonders einfach verhindert werden, sodass bei mehrmaligem Öffnen und Schließen des Überdruckventils die Funktion besonders zuverlässig gewährleistet bleibt und ein Verkanten des Dichtkolbens im Ventilkörper vorteilhaft verhindert wird.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Überdruckventilen nimmt die Federkraft im Laufe der Zeit, insbesondere beim Einsatz bei erhöhten Temperaturen, ab und der Öffnungsdruck sinkt ebenfalls deutlich, im Extremfall sogar unter den Grenzwert, bei dem das Überdruckventil auslöst. Um dies besonders effektiv zu verhindern kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Feder im vorgespannten Zustand eingesetzt ist, sodass bei Erreichen der Betriebstemperatur, insbesondere der Maximalbetriebstemperatur zwischen 100 °C und 200 °C, bevorzugt zwischen von 150°C bis 160°C, des Überdruckventils die optimale Vorspannung der Feder vorliegt, wobei die Feder insbesondere auf Betriebstemperatur vorgewärmt eingesetzt ist. Optional hat sich herausgestellt, dass bei Verwendung von Federstählen die Feder, wenn sie im warmen Zustand, also beispielsweise bei Betriebstemperatur oder höheren Temperaturen, im Überdruckventil eingebaut wird, die geforderte Federkraft bei höheren Temperaturen eingeprägt bzw. die Feder vorgespannt wird, und über längere Zeit die Federkraft erhalten bleibt.
Weitere Vorteile an der Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben:
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Überdruckventils, Fig. 2 zeigt eine weitere Schnittansicht des Überdruckventils gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht, Fig. 3 zeigt Schnittansicht des erfindungsgemäßen Überdruckventils in geöffneter Position, Fig. 4 zeigt eine Frontansicht des Dichtkolbens, und Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht des Dichtkolbens gemäß Fig. 4.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Überdruckventil in einer Schnittansicht entlang der Achse des Ventilkörpers 1 dargestellt. Das Überdruckventil umfasst einen Ventilkörper 1 , in dem ein Dichtkolben 2 koaxial zur Achse des Ventilkörpers 1 angeordnet ist. Der Ventilkörper 1 weist einen Gaseingang 11 und einen Gasausgang 12 auf, wobei der Gaseingang 11 und der Gaseingang 12 über einen Strömungskanal 13 verbunden sind, sodass Gas, beispielsweise CO2, aus einem Kältemittelkreislauf eines Fahrzeugs über den Gaseingang 11 in den Ventilkörper 1 eintreten kann und bei Auslösen des Überdruckventils über den Gasausgang
12 bzw. den Strömungskanal 13 durch den Ventilkörper 1 durchtritt und in die Umgebung entweicht. Der Dichtkolben 2 ist im Strömungskanal 13 gegenüber einer am Ventilkörper 1 angeordneten Dichtfläche 14 im Ventilkörper 1 angeordnet. Der Dichtkolben 2 weist eine konische Kolbendichtfläche 21 auf, die in geschlossenem Zustand des Überdruckventils an der Dichtfläche 14 des Ventilkörpers 1 anliegt und so den Strömungskanal 12 abdichtet bzw. verschließt. Im Bereich des Gasausgangs 12 des Ventilkörpers 1 ist eine Einstellschraube 4 zur Einstellung des Öffnungsdrucks angeordnet. Die Einstellschraube 4 ist im Strömungskanal
13 dem Dichtkolben 2 nachgeordnet, liegt also in Bezug auf die Achse des Ventilkörpers 1 in Strömungsrichtung des Gases vom Gaseingang 1 1 zum Gasausgang 12 koaxial zum Dichtkolben 2 hinter diesem.
Zwischen dem Dichtkolben 2 und der Einstellschraube 4 ist eine Feder 3 angeordnet, die als Druckfeder ausgebildet ist. Die Feder 3 übt eine Druckkraft zwischen der Einstellschraube 4 und dem Dichtkolben 2 aus, sodass der Dichtkolben 2 in Schließrichtung, also in Richtung des Gaseingangs 1 1 , mit der Kolbendichtfläche 21 gegen die Dichtfläche 14 des Ventilkörpers 1 gedrückt wird. Wird die Einstellschraube 14, die mit einem Gewinde in den Ventilkörper 1 eingeschraubt ist, verstellt, ändert sich der Abstand zwischen dem Dichtkörper 2 und der Einstellschraube 4 und die Feder 3 wird vorgespannt bzw. der Druck auf den Dichtkolben 2 erhöht bzw. reduziert. Mit Hilfe der Einstellschraube 4 kann also der Öffnungsdruck des Dichtkolbens 2 verändert werden und die Vorspannung der Feder 3, also die Schließkraft, eingestellt werden.
Die Kolbendichtfläche 21 ist in einem Kolbenwinkel a von 27° ausgebildet, wobei der Kolbenwinkel a zwischen der Achse des Dichtkolbens 2 und der Kolbendichtfläche 21 liegt. Die Dichtfläche 14 des Ventilkörpers 1 weist einen Ventilkörperwinkel ß von 30,5° auf, wobei der Ventilkörperwinkel ß zwischen der Achse des Ventilkörpers 1 und der Dichtfläche 14 liegt. Der Winkelunterschied zwischen dem Kolbenwinkel a der Kolbendichtfläche 21 und dem Ventilkörperwinkel ß der Dichtfläche 14 liegt bei der vorliegenden Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 bei 3,5°. Bei der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen hat sich vorteilhaft herausgestellt, dass der Kolbenwinkel a vorteilhaft zwischen inkl. 26° und inkl. 35°, bevorzugt zwischen inkl. 26,5° und inkl. 28, 5°, aufweist und der Ventilkörperwinkel ß der Dichtfläche 14 zwischen inkl. 27° und inkl. 38°, besonders vorteilhaft von inkl. 30° bis inkl. 31 °, aufweist. Vorteilhaft hat sich ebenfalls herausgestellt, dass das Verhältnis von dem Ventilkörperwinkel ß zu dem Kolbenwinkel a vorteilhaft von 15/14 < ß/a < 124/108 beträgt. Der Winkelunterschied zwischen dem Kolbenwinkel a und dem Ventilkörperwinkel ß liegt dabei vorteilhaft optional zwischen 1 ,5° und 5°.
Der Dichtkolben 2 weist eine in Achsrichtung des Dichtkolben 2 in Richtung des Gasausgangs 12 gelegene Führungsfläche 22 auf. In der Führungsfläche 22 ist der Dichtkolben 2 im Ventilkörper 1 geführt und gleitet an der Führungsfläche 22 beim Öffnen und Schließen entlang. Die Kolbendichtfläche 21 mündet in einen im Dichtkolben 2 ausgebildeten Öffnungsverstärkungsbereich 23, der zwischen der Kolbendichtfläche 21 und der Führungsfläche 22 angeordnet ist. Der Öffnungsverstärkungsbereich 23 ist bei der Ausführungsform der Fig. 1 bis 5 der Kolbendichtfläche 21 nachgelagert und durch einen parallel zur Achse des Ventilkörpers 1 verlaufenden Flächenbereich, der dann einen größeren Winkel aufweist und in die Führungsfläche 22 mündet, ausgebildet. Der Öffnungsverstärkungsbereich 23 dient beim Öffnen des Überdruckventils der Vergrößerung der Druckfläche für das austretende Gas und ermöglicht dabei eine zuverlässigere Öffnung des Überdruckventils bei Anliegen eines definierten Druckniveaus im Gaseingang 11 . Optional hat sich herausgestellt, dass eine besonders vorteilhafte Verstärkung der Öffnungsbewegung des Dichtkolbens 2 erreicht wird, wenn der Öffnungsverstärkungsbereich 23 eine in Öffnungsrichtung des Dichtkolbens 2 gesehen größere projizierte Fläche als die im Gaseingang 11 des Strömungskanals 13 angeordnete Stirnfläche 24 des Dichtkolbens 2 aufweist.
Im Öffnungsverstärkungsbereich 23 sind optionale Durchtrittsausnehmungen 25 ausgebildet, die in die Führungsfläche 22 münden und durch die das Gas über die Führungsfläche 22 bzw. den Öffnungsverstärkungsbereich 23 selbst in einen Gassammelraum 6 hinter dem Dichtkolben 2 strömen kann.
Im Folgenden wird anhand der bevorzugten Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 die Funktion des erfindungsgemäßen Überdruckventils beispielshaft beschrieben:
Ist das Überdruckventil in einem Kältemittelkreislauf eines Fahrzeugs angeordnet, steht der in dem Kältemittelkreislauf führende Druck an der Stirnfläche 24 des Dichtkolbens 2 an. Übersteigt der Druck im Kältemittelkreislauf ein am Überdruckventil eingestelltes Niveau, erhöht sich die Kraft an der Stirnfläche 24 und übersteigt die Schließkraft der Feder 3 und der Dichtkolben 2 wird in Öffnungsrichtung verschoben und das Überdruckventil öffnet. Öffnet das Überdruckventil, so wird der Dichtkolben 2 in Richtung des Gasausgangs 12 verschoben und das Gas strömt, wie in Fig. 2 dargestellt, in den Öffnungsverstärkungsbereich 23. Im Öffnungsverstärkungsbereich 23 ist die projizierte Fläche des Dichtkolbens 2 vergrößert, wodurch eine stärkere Öffnungsbewegung entgegen der Schließkraft der Feder 3 in Richtung des Gasausgangs 12 auf den Dichtkolben 12 aufgebracht und der Dichtkolben 2 weiters in Richtung des Gasausgangs 12 bzw. der Einstellschraube 4 verstellt wird. Durch die Verschiebung des Dichtkolbens 2 innerhalb des Ventilkörpers 1 kann das Gas über die Durchtrittsausnehmungen 25 in den Gassammelraum 6 eintreten und über diesen und die Einstellschraube 4 entlang der in der Fig. 3 dargestellten Pfeile aus dem Überdruckventil austreten. Am Ende des Gasausgangs 12 bzw. des Strömungskanals 13 ist eine Dichtfolie 27 angeordnet, die beim erstmaligen Öffnen des Überdruckventils aufreißt und derart das Auslösen des Überdrucks anzeigt. Sinkt der Druck im Kältemittelkreislauf unter den Grenzwert ab, übersteigt die Schließkraft der Feder 3 wieder dir Druckkraft des Gases und die Feder 3 drückt den Dichtkolben 2 wieder in Richtung des Gaseingangs 1 1 , wodurch die Kolbendichtfläche 21 mit der Dichtfläche 14 des Ventilkörpers 1 in Kontakt kommt und das Überdruckventil wieder verschließt.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtkolbens 2 in einer Frontansicht, mit Sicht auf die Stirnfläche 24 des Dichtkolbens 2. Der Dichtkolben 2 weist bei dieser Ausführungsform vier Durchtrittsausnehmungen 25 auf, die gleichmäßig über den Umfang des Dichtkolbens 2 verteilt angeordnet sind. Die Durchtrittsausnehmungen 25 sind dabei, wie in Fig. 5 dargestellt, als Abflachungen ausgebildet und im Übergangsbereich zwischen dem Öffnungsverstärkungsbereich 23 und der Führungsfläche 22 und in der Führungsfläche 22 angeordnet. Die Durchtrittsausnehmungen 25 weisen dabei eine stufenförmige Ausbildung auf und ermöglichen so das Strömen des Gases über den Öffnungsverstärkungsbereich 23 und die Führungsfläche 22 in den Gassammelraum 6.
Bei Untersuchungen hat sich vorteilhaft herausgestellt, dass das Verhältnis D1/D2 des Durchmessers D2 des Dichtkolbens 2 an der Führungsfläche 22 (Fig. 3) zum Durchmesser D1 des Ventilkörpers 1 (Fig. 2) in der Führungsfläche 22des Dichtkolbens 2 inkl. 291/290 bis inkl. 668/645 beträgt. Der Durchmesser D1 des Ventilkörpers 1 an der Führungsfläche 22 beträgt dabei vorteilhaft von inkl. 6,52 bis inkl. 6,68 mm, besonders bevorzugt von inkl. 6,62 bis inkl. 6,66 mm. Das Verhältnis D1/D2 ermöglicht derart eine besonders hohe Dichtheit und beeinflusst das Schließverhalten positiv, sodass selbst bei Temperaturdehnungen kein Verstopfen bzw Verklemmen des Dichtkolbens 2 im Ventilkörper 1 auftritt.
Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, weist die Einstellschraube 4 im Bereich des Gasausgangs 12 eine Anzahl von Durchtrittsöffnungen 41 auf, die den Gassammelraum 6 mit der Umgebung verbinden. Der Strömungskanal 13 setzt sich somit vom Gaseingang 11 über den Gassammelraum 6 durch die Durchtrittsöffnungen 41 in die Umgebung bzw. den Gasausgang 12 fort, sodass Gas durch das Überdruckventil über den Strömungskanal 13 des Überdruckventils entweichen kann. Vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass die projizierte Durchtrittsfläche des Gases an der Einstellschraube 4 0,7*Pi mm2 bis inkl. 1 ,01 *Pi mm2, besonders bevorzugt von inkl. 0,74*Pi mm2 bis inkl. 1 ,0041 *Pi mm2 beträgt. Dies führt zu einem besonders vorteilhaften Schließverhalten, also einem vorteilhaften Druckverhältnis, zwischen dem Gas im Gassammelraum 6 und dem in das Überdruckventil einströmenden Gases im Gaseingang 11 , sodass ein zuverlässiges Verschließen bzw. eine zuverlässige Schließbewegung des Dichtkolbens 2 erreicht wird.
Bei der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform besteht der Dichtkolben 2 aus einem thermoplastischen Material PEKEKK und der Ventilkörper 1 aus einer Aluminiumlegierung. Optional kann vorgesehen sein, dass der Dichtkolben 2 auch aus einem anderen Thermoplast, beispielsweise PEEK und der Ventilkörper 1 aus einem anderen Metall, beispielsweise einer Stahllegierung, besteht. Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Fig. 1 bis 5 weist die Einstellschraube 4 einen in Richtung des Dichtkolbens 2 gerichteten Anschlagfortsatz 8 auf. Auch die Dichtkolben 2 weisen einen in Richtung der Einstellschraube 4 gerichteten Anschlagfortsatz 8 auf, wobei die jeweiligen Anschlagfortsätze 8 den maximalen Verfahrweg des Dichtkolbens 2 in Öffnungsrichtung begrenzen, sodass bei Vorliegen der maximalen Öffnung die beiden Anschlagfortsätze 8 aneinander anliegen. Durch die Anschlagfortsätze 8 wird bei maximaler Öffnung des Überdruckventils sicher gewährleistet, dass die Führungsfläche 22 mit der der Führungsfläche 22 gegenüberliegenden Fläche des Ventilkörpers 1 steht und daher ein Verkanten des Dichtkolbens 2 im Ventilkörper 1 vorteilhaft verhindert wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überdruckventils sieht vor, dass die Feder im vorgespannten Zustand in den Ventilkörper 1 des Überdruckventils eingesetzt wird. Die Feder 3 wird dabei bevorzugt in einem vorgewärmten Zustand, also bei einer Temperatur, die der Maximalbetriebstemperatur, beispielsweise zwischen 100 °C und 200 °C, bevorzugt zwischen 150 °C und 160 °C, entspricht, aufgeheizt und sodann in das Überdruckventil eingebaut. Die Feder 3 liegt sodann im eingebauten Zustand in optimaler Vorspannung vor, sodass eine besonders hohe Dichtheit des Überdruckventils erzeugt wird.
Optional zu den in den Fig. 1 bis 5 dargestellten, stufenförmigen Durchtrittsausnehmungen 25 können diese auch in anderen Formen, beispielsweise als kreisförmige oder halbkreisförmige Öffnungen, ausgebildet und im Dichtkolben 2 im Bereich der Führungsfläche 22 oder dem Öffnungsverstärkungsbereich 23 angeordnet sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Überdruckventil zum geregelten Ablassen eines Überdrucks eines Gases, insbesondere CO2, aus einem Kältemittelkreislauf eines Fahrzeugs, umfassend
- einen Ventilkörper (1 ), der einen Gaseingang (1 1 ) und einen Gasausgang (12) sowie einen den Gaseingang (11 ) und Gasausgang (12) verbindenden Strömungskanal (13) aufweist,
- einen Dichtkolben (2), der im Strömungskanal (13) gegenüber einer am Ventilkörper (1 ) angeordneten, insbesondere konisch ausgebildete, Dichtfläche (14), insbesondere in der Achse des Ventilkörpers (1 ), verschieblich angeordnet ist und eine konische Kolbendichtfläche (21 ) aufweist, die im geschlossenen Zustand an der Dichtfläche (14) anliegt und den Strömungskanal (13) verschließt,
- eine Einstellschraube (4) zur Einstellung des Öffnungsdrucks die im Ventilkörper (1 ) dem Dichtkoben (2) im Strömungskanal (13) nachgeordnet ist, und
- eine Feder (3), insbesondere eine Druckfeder, die zwischen dem Dichtkolben (2) und der Einstellschraube (4) angeordnet ist und den Dichtkolben (2) entgegen der Dichtfläche (14) mit einer Schließkraft beaufschlagt, und
- wobei der Dichtkolben (2), der Ventilkörper (1 ) und die Feder (3) derart ausgebildet sind, dass bei Übersteigen eines definierten Druckniveaus am Gaseingang (1 1 ) der Dichtkolben (2) entgegen der Feder (3) in Öffnungsrichtung verstellt wird und einen Durchtrittsquerschnitt für das Gas frei gibt und bei Unterschreiten eines Druckniveaus aus dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand rückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass, die Kolbendichtfläche (21 ) einen Kolbenwinkel (a) zwischen 26° bis 35°, insbesondere von 26,5° bis 28,5°, aufweist wobei die Dichtfläche (14) des Ventilkörpers (1 ) einen Ventilkörperwinkel (ß) von 27° bis 38° aufweist, insbesondere 30° bis 31 °, wobei das Verhältnis des Ventilkörperwinkel (ß) zum Kolbenwinkel (a) 15/14 < ß/a < 124/108 beträgt.
2. Überdruckventil zum geregelten Ablassen eines Überdrucks eines Gases, insbesondere CO2, aus einem Kältekreislauf eines Fahrzeugs, insbesondere nach Anspruch 1 , umfassend
- einen Ventilkörper (1 ), der einen Gaseingang (1 1 ) und einen Gasausgang (12) sowie einen den Gaseingang (11 ) und Gasausgang (12) verbindenden Strömungskanal (13) aufweist, - einen Dichtkolben (2), der im Strömungskanal (13) gegenüber einer am Ventilkörper (1 ) angeordneten, insbesondere konisch ausgebildete, Dichtfläche (14), insbesondere in der Achse des Ventilkörpers (1 ), verschieblich angeordnet ist und eine konische Kolbendichtfläche (21 ) aufweist, die im geschlossenen Zustand an der Dichtfläche (14) anliegt und den Strömungskanal (13) verschließt,
- eine Einstellschraube (4) zur Einstellung des Öffnungsdrucks die im Ventilkörper (1 ) dem Dichtkoben (2) im Strömungskanal (13) nachgeordnet ist, und
- eine Feder (3), insbesondere eine Druckfeder, die zwischen dem Dichtkolben (2) und der Einstellschraube (4) angeordnet ist und den Dichtkolben (2) entgegen der Dichtfläche (14) mit einer Schließkraft beaufschlagt, und
- wobei der Dichtkolben (2), der Ventilkörper (1 ) und die Feder (3) derart ausgebildet sind, dass bei Übersteigen eines definierten Druckniveaus am Gaseingang (1 1 ) der Dichtkolben (2) entgegen der Feder (3) in Öffnungsrichtung verstellt wird und einen Durchtrittsquerschnitt für das Gas frei gibt und bei Unterschreiten eines Druckniveaus aus dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand rückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass,
- der Dichtkolben (2) eine der Kolbendichtfläche (21 ) in Achsrichtung des Dichtkolben (2) nachgelagerte Führungsfläche (22) aufweist an der der Dichtkolben (2) in dem Ventilkörper (1 ) geführt ist, und
- dass die Kolbendichtfläche (21 ) in einen im Dichtkolben (2) ausgebildeten Öffnungsverstärkungsbereich (23) mündet, der zwischen der Kolbendichtfläche (21 ) und der Führungsfläche (22) angeordnet ist, wobei der Dichtkolben (2) im Bereich des Öffnungsverstärkungsbereichs (23) eine in Öffnungsrichtung gesehene größere projizierte Fläche als die im Eingang des Strömungskanals (13) angeordnete Stirnfläche (24) des Dichtkolbens (2) aufweist.
3. Überdruckventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsverstärkungsfläche (23) in die Führungsfläche (22) übergeht, wobei im Übergangsbereich zwischen der Öffnungsverstärkungsfläche (23) und der Führungsfläche (22) und/oder in der Führungsfläche (22) Durchtrittsausnehmungen (25) im Dichtkolben (2) ausgebildet sind, über die das Gas im geöffneten Zustand in einen dem Dichtkolben (2) nachgeordneten Gassammelraum (6) strömt in den der überschüssige Druck im geöffneten Zustand des Dichtkolben (2) strömt und über diesen dann über den Strömungskanal (13), insbesondere über die Einstellschraube (2), und den Gasausgang (12) in die Umgebung entweichen kann. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers (D2) des Dichtkolbens (2) an der Führungsfläche (22) zum Durchmesser des Ventilkörpers (D1 ) im Bereich der Führungsfläche (22) des Dichtkolbens 291/290 < D1/D2< 668/645, insbesondere 291/290 < D1/D2 < 148/145 beträgt, wobei der Durchmesser (D1 ) des Ventilkörpers (1 ) an der Führungsfläche (22) 6,52 mm
< D1 < 6,68 mm, insbesondere 6,62 mm < D1 < 6,66 mm, beträgt. Überdruckventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsausnehmungen (25) als eine Anzahl von, insbesondere vier gleichmäßig über den Umfang des Dichtkolbens (2) verteilte, umfänglich angeordneten Abflachungen ausgebildet sind, wobei insbesondere die Durchtrittsausnehmungen (25) stufenförmig im Übergangsbereich zwischen Öffnungsverstärkungsbereich (23) und der Führungsfläche (22) und in der Führungsfläche (22) ausgebildet sind. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die projizierte Durchtrittsfläche A3 des Gases an der Einstellschraube (3) 0,7*Pi mm2
< A3 < 1 ,01 *Pi mm2, insbesondere 0,74*Pi mm2 < A3 < 1 ,0041 *Pi mm2, beträgt. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschraube (4) im Ventilkörper (1 ) im Bereich des Gasausgangs (12) angeordnet ist und diesen verschließt, wobei die Einstellschraube (4) eine Anzahl von Durchtrittöffnungen (41 ) aufweist, die mit dem Strömungskanal (13), insbesondere dem Gassammelraum (6) verbunden sind, und über die Druck aus dem Gassammelraum (6) in die Umgebung entweichen kann. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkolben (2) aus einem Thermoplast, insbesondere PEEK oder PEKEKK und der Ventilköper (1 ) aus einem Metall, insbesondere einer Aluminiumlegierung oder einer Stahllegierung, besteht. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschraube (4) einen in Richtung des Dichtkolbens (2) gerichteten Anschlag-Fortsatz (8) und/oder der Dichtkolben (2) einen in Richtung der Einstellschraube (4) gerichteten Anschlag-Fortsatz (8) aufweist, wobei der Anschlag-Fortsatz (8) den maximalen Verfahrweg in Öffnungsrichtung des Dichtkolbens (2) derart begrenzt, dass die Führungsfläche (22) bei maximaler Öffnung des Überdruckventils in Kontakt mit der der Führungsfläche (22) gegenüberliegenden Fläche des Ventilkörpers (1 ) ist. Überdruckventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (3) im vorgespannten Zustand eingesetzt ist, sodass bei Erreichen der Betriebstemperatur, insbesondere der Maximalbetriebstemperatur zwischen 100 °C und 200 °C, bevorzugt zwischen von 150 °C bis 160 °C, des Überdruckventils die optimale
Vorspannung der Feder (3) vorliegt, wobei die Feder (3) insbesondere auf Betriebstemperatur vorgewärmt eingesetzt ist.
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