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CN104094026A - 尤其使用在机动车制冷剂循环回路中的具有外部密封装置的球阀 - Google Patents

尤其使用在机动车制冷剂循环回路中的具有外部密封装置的球阀 Download PDF

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CN104094026A CN201280068198.6A CN201280068198A CN104094026A CN 104094026 A CN104094026 A CN 104094026A CN 201280068198 A CN201280068198 A CN 201280068198A CN 104094026 A CN104094026 A CN 104094026A
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Abstract

本发明涉及一种尤其用于机动车制冷剂循环回路中的球阀(1)，该球阀具有调节驱动装置(2)、带轴承(5)的轴(3)、带球贯通通道(16)的球(4)以及阀壳体(13)，该球阀的特征在于，在轴承(5)中，流体轴封件(8)布置在上部轴封件(6)和下部轴封件(7)之间，流体轴封件(8)由中空腔室(18)构成，在该中空腔室中设置密封流体，该密封流体在密封区域(19)中与轴(3)相接触，从而通过密封流体来在轴向方向上产生密封作用，中空腔室(18)至少部分地由膜片(11)构成并且在轴(3)上由轴封件(6，7)限定边界，并且所述膜片(11)构造为能够在背向密封流体的侧上被加载压力。

Description

尤其使用在机动车制冷剂循环回路中的具有外部密封装置的球阀
技术领域
本发明涉及一种尤其使用在机动车制冷剂循环回路中的球阀。
背景技术
球阀具有驱动在轴承上支承的轴的调节驱动装置，该轴把旋转运动传递到由具有球贯通通道的球构成的阀部件上。这些部件支承在阀壳体内，而且球阀被认为是坚固的和成本低廉的并且用于各种用途。
在用于机动车空调设备的新式制冷剂系统中集成了越来越多的新式功能，这些新式功能与对相应的制冷剂系统的各个部件的高要求有关。例如值得期望的是，在机动车制冷剂系统的构造方案中集成了热泵功能。为此需要所使用的部件、特别是阀和拓展部件具备扩展的功能。此外其要求，即能够关于经过阀的制冷剂流双向地使用所述阀，并且在可移动的应用中所述系统同样满足对于制冷剂系统的非常高的密封要求。
在现有技术中，到目前为止几乎不能提供适合于这种实际情况的部件，而因此需要修改经论证的部件并且与新的目的相匹配。
在现有技术中，例如根据DE 2430409 A1已知了一种球阀，而该球阀适合于作为用于流体管路布置的部件，以便满足关于密封性和装配方便性以及独立部件数量的优化的要求。
在球阀中，关于与利用阀进行调节的流体的通流相关的所谓内部密封性的密封性问题，已经得到非常普遍的公开。因为用于阀体的调节运动的转动轴必须相对于周围环境被密封，以便防止待调节的流体经过转动地支承的轴溢出，所以外部密封性与阀相对于该阀的周围环境的密封性有关。
在制冷剂系统中，因为也以非常高的温度和压力差给这些部件施加负荷，所以对于阀附加了其他的要求。特别是由于出现的热应力及材料收缩或膨胀，与此相关的密封件必须适应非常高的要求。此外由于以下情况使这个问题尖锐化，即在使用在可移动的应用、例如机动车中时，对制冷剂导流系统提出了非常高的要求。这表现在，在可移动的应用中期望部件的非常长的使用寿命和可靠性，以便把制冷剂向周围环境的溢出减小到最低限度。
发明内容
因此，本发明目的在于，提出一种具有关于阀相对于周围环境的外部密封的高密封性的阀，该阀适用于使用在机动车空调系统的制冷剂系统中。
该目的通过根据权利要求1的球阀的特征来实现。进一步方案在从属权利要求中给出。
特别是本发明的目的通过具有外部密封装置的球阀来实现，该球阀特别是适用于使用在机动车制冷剂循环回路中。
球阀主要包括调节驱动装置、带轴承的轴、带球贯通通道的球和阀壳体。根据本发明的球阀的特征在于，在轴承中，流体轴封件布置在上部的机械的轴封件和下部的机械的轴封件之间，流体轴封件由中空腔室构成，密封流体处于中空腔室中。密封流体在密封区域中包围轴。因此，密封流体与该轴相接触，从而在该轴的轴向方向上存在通过密封流体产生的密封作用。用于密封流体的中空腔室至少部分地由膜片构成并且在轴上由轴封件、即上部轴封件和下部轴封件限定边界。该膜片构造为能够在背向密封流体的侧上被加载压力，从而压力通过柔性的膜片从密封流体腔的外部传递到密封流体上，并且因此在膜片的两侧存在相等的压力。
本发明的一个有利的构造方案在于，在阀壳体内构造一个腔，该腔的壁部分地由膜片构成，其中把流过直流球阀的流体的系统压力施加给该腔。因此，以特别有利的方式来确保，流过的流体的、存在于该腔中的压力通过所述膜片传递到密封流体上，并且因此密封流体和流过球阀的流体具有相等的压力。
当聚亚烷基二醇作为密封流体布置在中空腔室中时，对于制冷剂循环是非常有利的。
本发明的另一个有利的构造方案通过以下方式得出，即，内部轴封件构造为O型环，并且构造为不具有用于使流过所述球阀的流体与密封流体进行介质隔离的压力差。因此，流过球阀的流体和密封流体位于O型环的两侧，该流过球阀的流体和密封流体具有相等的压力。
本发明的一个进一步方案在于，外部轴封件构造为O型环或成型密封件，并且构造为具有用于使密封流体与周围环境进行介质隔离的压力差。
这实现了用于球的内部密封结构的合理制造，该内部密封结构能够以非常有利的方式简单地来支承并且在维修时也能够容易地进行更换。
本发明的方案主要在于，球阀的外部密封通过具有包入的流体接受器的双重密封系统来实现，这意味着，作为密封流体的油设置为制冷剂和周围环境之间的中间密封。也被称为中空腔室的密封流体接受器至少部分地由膜片构成。因此同样也实现了通过所述膜片来使密封流体腔的压力与流过阀的流体的压力相匹配的附加的特别效果。
密封流体优选地是与所使用的制冷剂相匹配的并且适合于制冷剂的油，并且因此当在这个密封系统的内部存在密封泄漏时也不会导致制冷剂系统的损坏。
本发明的另一个优点在于，在球阀中，调节驱动装置通过轴借助间隔而足够远地远离阀体地来定位，从而可以使调节驱动装置的电子部件的热负荷减小到最低程度，并且因此在高的温度水平上或者在低的温度水平时良好地确保正常运行。
因此作为密封流体的油构成油袋形式的中间密封，所述油袋具有用于密封流体的中空腔室，该中空腔室部分地由膜片构成。通过修改执行器和球几何形状，阀类型适合于实现二/二、三/二和四/二换向阀。
具有马达传动装置和电子装置的调节驱动装置例如通过调节驱动装置与阀体的间距、由低导热的材料例如陶瓷构成的绝缘或绝热轴或者由耐热塑料构成的特殊连接部件与阀热隔离并且因此实际上具有周围环境温度。
根据本发明的一个特别有利的构造方案，膜片构造为环形成型件。该环形成型件在上部通过环状突出部并且在下部通过也被称为接触面的接触环在轴向方向上限定边界，其中，在径向方向上所述环状突出部具有宽的直径并且接触环具有窄的直径。
膜片的上部环状突出部和下部接触面通过轴向套面和下部径向环盘相互连接。
用于容纳密封流体的中空室构造在轴、上部环状突出部、轴向套面、径向环盘与下部接触环之间。
优选地，从轴向套面到下部径向环盘的过渡部向外倒圆地来构造。
环形成型件在径向方向上通过轴向的套面限定用于密封流体的中空腔室的边界，并且在轴向方向上向下通过下部的接触面与套面的连接限定了用于密封流体的中空腔室的边界。
附图说明
由实施例的下述说明参考所属的附图得出本发明的构造方案的其他的细节、特征和优点。附图中：
图1：示出球阀的横截面图；
图2：示出球阀的轴封件的放大图；
图3a：示出剖割所述膜片的轴向截面图；
图3b：示出膜片的俯视图；
图4：示出具有球阀的主要部件的球阀的分解图。
具体实施方式
图1以横截面图示出了具有主要部件的球阀1。球阀1具有调节驱动装置2，该调节驱动装置2使轴3根据阀的期望的流量来旋转。轴3通过凸起部20连接，该凸起部咬合在球4的咬合槽14内。在球4内构造球贯通通道16，在球阀1的开启的阀位置的情况下，流体通过该球贯通通道从阀的入口流到阀的出口。
轴3绕着其轴线可旋转运动地支承在轴承5内。轴承5具有外部轴封件6和内部轴封件7，在所述轴封件之间构造流体轴封件8。由外部轴封件6、内部轴封件7以及位于中间的流体轴封件8构成的密封装置具有的目的是，防止流过球阀1的流体通过轴承5内的轴3的间隙溢出。这个密封系统也称为外部双重密封系统并且对于球阀1的泄漏率而言是十分重要的。
关于内部密封，球4支承在两个球密封座9之中或之间，在这种情况下，球密封座9利用阀壳体13通过密封座环10浮动地支承。在阀壳体上设置用于引导制冷剂的管路的制冷剂接口15。
图2示出了球阀的轴3的轴承5的区域的放大的截面图。图中示出，密封装置由外部轴封件6、内部轴封件7以及位于中间的流体轴封件8构成。流体轴封件8由以密封流体填充的中空腔室18构成，该中空腔室至少部分地由膜片11限定边界。膜片11在该膜片的上端部上保持在阀壳体13和轴承5之间并且构造为皮碗状。轴3的密封区域19以密封流体来浸湿。在球4的支承区域内构造以流过阀的流体所填充的腔12。根据制冷剂系统的使用位置及工作状态，流过球阀1的流体、特别是制冷剂循环回路的制冷剂具有确定的压力，该压力也存在于球阀1的腔12内。膜片11位于腔12和以密封流体填充的中空腔室18之间，由此使相邻的分别以流体填充的穴腔即腔12和中空腔室18中的流体的压力彼此平衡。因此，构造为O型环的内轴封件7被用压力相等的不同流体从两侧包围。从腔12那侧用设有球阀1的区域中的相应压力的制冷剂包围，并且与此相应地从内部轴封件7的另一侧用密封流体包围，所述密封流体实施为兼容制冷剂的油并且如上所述地通过隔膜片11具有与制冷剂一样的压力。
因此，外部密封装置包括两个流体之间的无压力的第一密封件以及具有制冷剂系统相对于周围环境的压力差的、流体相对于周围环境的第二密封件。如图所示，外部轴封件6构造为O型环或成型密封件，并且以施加在密封流体上的系统压力相对于包围球阀的大气的环境压力的压力差作用于所述外部轴封件。
图3a和3b示出了膜片11的简图。图3a在此示出了膜片11的轴向截面A-A，该膜片旋转对称地构造为环形皮碗。在轴向方向上，该环形皮碗在上部止于环状突出部21。环状突出部以O型环的方式成形，并且形状锁合地配合在轴承5的相应的槽内。轴向的套面23在轴向方向上与环状突出部21的外圆周连接，该套面作为圆柱面在下端部过渡到径向环盘24中。从圆柱状的套面23到径向环盘24的过渡部倒圆地来构造。径向环盘24过渡到接触环22中，该接触环构造为用于轴承5的圆柱状接触面。径向的环盘24在轴向方向上构成环形皮碗的下终端部，并且接触环22向上延伸。由此，产生一个横截面为袋状的轮廓，该轮廓用于容纳密封流体。以密封流体填充的中空腔室18相对于轴承5的密封通过环状突出部21和圆柱状的接触环22来实现。以密封流体填充的中空腔室18径向地在内部通过轴3的套面来限定边界，该套面在前面也称为轴3的流体轴封件8的密封区域19。向着轴3的密封通过相对于周围环境的外部轴封件6并且通过相对于流过球阀1的流体的内部轴封件7来实现。
图3b以俯视图示出了膜片11并且描述了上部的环状突出部21和下部的接触环22的端面。上部的环状突出部21构造为与接触环22的直径相比具有较大的直径，从而环状突出部21宽并且下部的接触环22窄。
在图4中以分解图示出了球阀1。这些主要部件即调节驱动装置2、阀壳体13、轴3以及球4通过用于轴3的支承装置的部件(具有轴承5、对应的外部轴封件和内部轴封件6和7)以及具有膜片11的流体轴封件8来补充。在所述的构造方案中，利用相对设置的球密封座9来支承球4，该球密封座在它那侧通过密封座密封件10相对于阀体13密封地来支承或在另一侧相对于封闭件17密封地来支承。
在轴承5内构造有用于环状突出部21和接触环22的对应容纳部。
参考标号表
1   球阀
2   调节驱动装置
3   轴
4   球
5   轴承
6   外部轴封件
7   内部轴封件
8   流体轴封件
9   球密封座
10  密封座密封件
11  膜片
12  腔
13  阀壳体
14  啮合槽
15  制冷剂接口
16  球贯通通道
17  封闭部件
18  由密封流体填充的中空腔室
19  密封区域
20  凸起部
21  环状突出部
22  接触环
23  轴向的套面
24  径向的环盘

Claims (10)

1.一种尤其使用在机动车制冷剂循环回路中的具有外部密封装置的球阀(1)，具有调节驱动装置(2)、带轴承(5)的轴(3)、带球贯通通道(16)的球(4)以及阀壳体(13)，其特征在于，在轴承(5)中，流体轴封件(8)布置在上部轴封件(6)和下部轴封件(7)之间，所述流体轴封件(8)由中空腔室(18)构成，在所述中空腔室中设置密封流体，所述密封流体在密封区域(19)中与所述轴(3)相接触，从而在轴向方向上存在通过所述密封流体产生的密封作用，所述中空腔室(18)至少部分地由膜片(11)构成并且在所述轴(3)上由所述轴封件(6，7)限定边界，所述膜片(11)构造为能够在背向密封流体的侧上被加载压力。
2.根据权利要求1所述的球阀(1)，其特征在于，在所述阀壳体(13)中构造有腔(12)，所述腔的壁部分地由所述膜片(11)构成，将流过所述球阀(1)的流体的系统压力施加给所述腔(12)。
3.根据权利要求1或2所述的球阀(1)，其特征在于，将聚亚烷基二醇作为密封流体布置在所述中空腔室(18)中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的球阀(1)，其特征在于，内部轴封件(7)构造为O型环，并且构造为不具有用于使流过所述球阀(1)的流体与密封流体进行介质隔离的压力差。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的球阀(1)，其特征在于，外部轴封件(6)构造为O型环或成型密封件，并且构造为具有用于使密封流体与周围环境进行介质隔离的压力差。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的球阀(1)，其特征在于，所述轴(3)由热导率低的材料构成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的球阀(1)，其特征在于，所述膜片(11)构造为环形成型件，所述环形成型件具有宽的上部环状突出部(21)和窄的下部接触环(22)。
8.根据权利要求7所述的球阀(1)，其特征在于，所述膜片(11)的上部环状突出部和下部接触环通过轴向套面和下部径向环盘相互连接。
9.根据权利要求8所述的球阀(1)，其特征在于，所述中空腔室(18)构造用于在所述轴(3)、所述上部环状突出部、所述轴向套面、所述径向环盘与所述下部接触环之间容纳密封流体。
10.根据权利要求8或9所述的球阀(1)，其特征在于，从所述轴向套面到所述下部径向环盘的过渡部向外倒圆地实施。
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