DE20023376U1

DE20023376U1 - Mehrwegeventil

Info

Publication number: DE20023376U1
Application number: DE20023376U
Authority: DE
Original assignee: Obrist Engineering GmbH; Audi AG
Current assignee: Obrist Engineering GmbH; Audi AG
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2010-11-25

Abstract

Mehrwegeventil für ein Überdrucksystem, insbesondere zur Umschaltung zwischen zwei Betriebsarten einer CO2-Klimaanlage, mit mehreren in Ventilschliessrichtung in einem Ventilgehäuse (2) hintereinander angeordneten Ventilkammern (24,25,26), in die jeweils mindestens ein Anschlussstutzen (3 bis 5) des Ventils (1) mündet und durch die sich ein Schliesskörper (20,21) aufweisender, axialverschiebbarer, endseitig gelagerter Ventilschaft (29,48) erstreckt, und zwischen denen ein für den Schliesskontakt mit einem der Schliesskörper (20,21) bestimmter Ventilsitz (18,19; 34,35) vorgesehen ist und mit mindestens einem, an einem Ende des Ventilschaftes (29,48) angeordneten, elektromechanischen Stellantrieb (30,43) für die Axialverschiebung des Ventilschaftes (29,48) und seiner Schliesskörper (20,21), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (29,48) einschliesslich zumindest eines seiner endseitigen Lager im Ventilgehäuse (2) eingeschlossen ist, so dass es sich dort im Innendruckbereich des Ventilgehäuses (2) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil für ein Überdrucksystem, insbesondere zur Umschaltung zwischen zwei Betriebsarten einer CO2-Klimaanlage, mit mehreren in Ventilschliessrichtung in einem Ventilgehäuse hintereinander angeordneten Ventilkammern, in die jeweils mindestens ein Anschlussstutzen des Ventils mündet und durch die sich ein Schliesskörper aufweisender, axialverschiebbarer Ventilschaft erstreckt, und zwischen denen ein für den Schliesskontakt mit einem der Schliesskörper bestimmter Ventilsitz vorgesehen ist und mit mindestens einem, an einem Ende des Ventilschaftes angeordneten, elektromechanischen Stellantrieb für die Axialverschiebung des Ventilschaftes und seiner Schliesskörper.
Mehrwegeventile dieser Art sind beispielsweise bekannt unter der Typenbezeichnung <SV400 Series> der Firma CIRCLE SEAL CONTROLS, INC. Ihr Stellantrieb hat einen gegen die Kraft einer Feder wirkenden Elektromagneten. Für die Aufrechterhaltung einer von zwei Einstellpositionen des Ventils muss die Magnetspule somit erregt bleiben, mit dem Nachteil, dass das Ventil bei Spannungsabfall, wie er z.B. beim Anlassen eines Fahrzeuges an der Bordspannung auftritt, seine Einstellposition unkontrolliert ändert. Für eine ausreichende Stellkraft an einem Hochdruckventil hat der Stellantrieb einen grösseren Raumbedarf als das Ventilgehäuse sowie ein entsprechend hohes Gewicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrwegeventil der genannten Art zu finden, das die genannten Nachteile bekannter Konstruktionen vermeidet und sich durch eine kompakte, einfache und damit kostengünstig herstellbare Bauweise auszeichnet, verbunden mit einer besonderen Eignung für hohe Temperatur- und Druckbelastungen sowie mit einer geringen Wärmeträgheit, wie sie insbesondere für die Anwendung an einer Klimaanlage mit wahlweisem Wärmepumpenbetrieb anzustreben ist. Die Lösung der genannten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass der Ventilschaft einschliesslich zumindest eines seiner endseitigen Lager im Ventilgehäuse eingeschlossen ist, so dass es sich dort im Innendruckbereich des Ventilgehäuses befindet. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
1 einen Axialschnitt durch ein Mehrwegeventil mit seinem Stellantrieb in einer ersten, eine Hochdruckverbindung bildenden Stellposition,
2 eine Darstellung des Ventils nach 1 in einer zweiten Stellposition,
3 einen Axialschnitt durch ein Mehrwegeventil entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine Darstellung des Ventils entsprechend 3 in einer zweiten Stellposition und
5 einen Axialschnitt durch ein Mehrwegeventil entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das als Dreiwegeventil ausgeführte Ventil 1 hat ein z.B. quaderförmiges Ventilgehäuse 2 an dessen einen Aussenseite eine die Anschlussstutzen 3,4 und 5 tragende Anschlussplatte 6 flanschartig befestigt ist. Die Anschlussstutzen 3 bis 5 setzen sich gleichachsig in Querbohrungen 7 bis 9 des Ventilgehäuses 2 fort. Die Gehäusekammer 10 des Ventils 1 ist durch eine zylindrische Bohrung 11 gebildet, in die beidseitig Gehäuseendteile 12 und 13 eingeschoben und über Flanschflächen 14 und 15 dichtend befestigt sind. Im Unter schied zum Ausführungsbeispiel nach 3 und 4 bilden die Gehäuseendteile 12 und 13 nicht nur einen endseitigen Verschluss der Gehäusekammer 10, sondern bilden jeweils einen Gehäusekammerteil 16,17. Ausserdem haben sie an ihrer inneren Stirnseite einen der Ventilsitze 18 und 19, so dass die Schliesskörper 20 und 21 des Ventils 1 zwischen diesen Ventilsitzen 18 und 19 angeordnet sind. Am Umfang des in die zylindrische Bohrung 11 eingreifenden Teils der Gehäuseendteile 12 und 13 sind angrenzend an die Ventilsitze 18,19 ausserdem O-Ringe 22 und 23 vorgesehen, durch die die Ventilkammern 24 und 25 bzw. 25 und 26 gegeneinander abgedichtet sind.
Der die Schliesskörper 20 und 21 tragende Ventilschaft 29 erstreckt sich entlang der Achse der Gehäusebohrung 11 und ist in den Gehäuseendteilen 12 und 13 axial verschiebbar gelagert. An seinem einen Ende ist als Stellantrieb ein elektrisch angetriebener Stellmotor 30 mit einer selbsthemmend axialbeweglichen Triebspindel 31 angeordnet. Mit seinem anderen Ende ist der Ventilschaft 29 in einem Sackloch 28 des Gehäuseendteiles 12 axial verschiebbar gelagert, so dass dort keine Abdichtung nach aussen erforderlich ist.
Die Schliesskörper 20 und 21 des Ventils 1 haben die Form von Ringscheiben und sind auf den Ventilschaft 29 aufgeschoben und dort z.B. durch einen Presssitz unmittelbar und/oder einen auf gepressten Ring befestigt. Ausserdem stützen sie sich an Schultern 32,33 des Ventilschaftes 29 ab, die durch abgestufte Schaftdurchmesser gebildet sind. Für eine gute Abdichtung in ihrer Schliessposition an den zugehörigen Ventilsitzen 18 und 19 sind die ringscheibenförmigen Schliesskörper 20 und 21 auf ihrer den Ventilsitzen 18,19 zugekehrten Seite mit einer gummiartigen bzw. nichtmetallischen Beschichtung versehen.
Beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 sind die Anschlussstutzen 3 und 4 für eine Hochdruckverbindung gegenüber einem relativ dazu niederen Druck am Anschlussstutzen 5 vorgesehen, so dass die Schliesskörper 20,21 mit dem Druck des gegenüber dem niederen Druck abzusperrenden Medi ums gegen den jeweiligen Ventilsitz 18 oder 19 gedrückt werden, wie es die Darstellungen der 1 und 2 zeigen.
Das Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist demgegenüber für Hochdruck an dem Anschlussstutzen 5 und dazu relativ niedrigeren Druck an den Anschlussstutzen 3 und 4 vorgesehen, indem die Ventilsitze 34 und 35 im Gegensatz zu den Ventilsitzen 18,19 des ersten Ausführungsbeispieles einander abgekehrt angeordnet sind. Hierzu hat die die Gehäusekammer 36 bildende innere Bohrung 37 zur Bildung von Ventilsitzflächen in ihrem mittleren Längsbereich 38 im Bereich der Einmündung des Anschlussstutzens 4 einen kleineren Durchmesser. Somit wirkt der höhere Druck entsprechend der Darstellung in 4 auf den Schliesskörper 21 und drückt diesen gegen den Ventilsitz 34.
Die bei hohem Nivau, beispielsweise zwischen 30 bar und 140 bar, liegenden Druckverhältnisse am Ventil 1 ergeben sich z.B, beim Betrieb einer Klimaanlage zwischen Kühl- und Wärmepumpenbetrieb , wie sie u.a. durch die DE-A-19806654 bekannt ist.
Die Umschaltung des Ventils 1 erfolgt ohne Differenzdruck in den Gehäusekammerteilen 16 und 17 bzw. 39 und 40. Dieser Restdruck führt bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 zu einer Kraft entsprechend der Grösse des Querschnittes des Ventilschafts 29 im Bereich 41, an dem er nach aussen abgedichtet ist. Gegen diese Kraft erfolgt die Stellbewegung durch den als Schrittmotor 30 ausgeführten Stellmotor, um eine Verstellung des Ventils 1 von der Position nach 1 oder 3 in diejenige nach 2 oder 4 auszuführen. Die Verstellbewegung in Gegenrichtung erfolgt nach Zurückfahren des selbsthemmenden Schrittmotors 30 durch die genannte, durch den Restdruck im Ventil 1 bewirkte Kraft. Folglich kann der Schrittmotor 30 nach Ausführung der Stellbewegung ausser Kontakt mit dem Ventilschaft 29 gefahren werden.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem die zuvor genannte Stellkraft durch Fehlen eines Differenzdruckes zwischen dem Restdruck innerhalb des Gehäusekammerteils 17 bzw. 39 und dem Stellmotor 30 nicht aufgebracht werden muss. Dies wird durch Einkapselung der Stellmechanik 42 eines elektromagnetischen Axialantriebs 43 erreicht, so dass dieser bei Ausführung der Stellbewegung unter demselben Restdruck steht. Da folglich nur geringe Stellkräfte erforderlich sind, hat der elektromagnetische Stellantrieb 43 nur eine geringe Baugrösse bei entsprechend geringer Wärmeträgheit. Ausserdem kann die temperaturempfindliche Wicklung 44 ausserhalb des glockenförmig angeflanschten Antriebsgehäuses 45 angeordnet sein.
Der in dem zylindrischen Antriebsgehäuse 45 geführte Magnetkern 46 wird bei erregter Wicklung 44 entgegen der Kraft einer Schraubenfeder 47 in Richtung zu der Gehäusekammer 10 bewegt, so dass die Rückwärtsbewegung durch die Rückstellkraft dieser Schraubenfeder 47 ausgeführt wird. Ein bis zum Magnetkern 46 verlängerter Ventilschaft 48 führt somit die Schaltbewegungen des Ventils aus, die ebenfalls bei Druckausgleich im Ventilerfolgen. Nachdem sich in dem somit geschalteten Kanalnetz, z.B, der genannten Klimaanlage, der Betriebsdruck wieder aufgebaut hat, wird der betreffende Schliesskörper 20,21 durch diesen Druck in Schliessposition gehalten, so dass während des Betriebs die elektrische Spannung an der Wicklung 44 abgeschaltet bleiben kann.

Claims

Mehrwegeventil für ein Überdrucksystem, insbesondere zur Umschaltung zwischen zwei Betriebsarten einer CO2-Klimaanlage, mit mehreren in Ventilschliessrichtung in einem Ventilgehäuse (2) hintereinander angeordneten Ventilkammern (24,25,26), in die jeweils mindestens ein Anschlussstutzen (3 bis 5) des Ventils (1) mündet und durch die sich ein Schliesskörper (20,21) aufweisender, axialverschiebbarer, endseitig gelagerter Ventilschaft (29,48) erstreckt, und zwischen denen ein für den Schliesskontakt mit einem der Schliesskörper (20,21) bestimmter Ventilsitz (18,19; 34,35) vorgesehen ist und mit mindestens einem, an einem Ende des Ventilschaftes (29,48) angeordneten, elektromechanischen Stellantrieb (30,43) für die Axialverschiebung des Ventilschaftes (29,48) und seiner Schliesskörper (20,21), dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (29,48) einschliesslich zumindest eines seiner endseitigen Lager im Ventilgehäuse (2) eingeschlossen ist, so dass es sich dort im Innendruckbereich des Ventilgehäuses (2) befindet.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide endseitigen Lager des Ventilschaftes (48) und der Stellantrieb (43) im Ventilgehäuse (2,45) eingeschlossen sind, so dass sämtliche eine Stellbewegung ausführenden Teile des Ventils sich im Innendruckbereich des Ventilgehäuses (2,45) befinden.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (29) mit seinem dem Stellantrieb (30) gegenüberliegenden endseitigen Lager in einer Sacklochbohrung (28) gelagert ist und der Stellantrieb ein Schrittmotor (30) mit einer selbsthemmenden, in Kontakt mit dem Ventilschaft (29) beweglichen Triebspindel (31) ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schliesskörper (20,21) ringförmig den Ventilschaft (29) umschliessen und dieser zur Bildung von Anlageflächen (32,33) für die Schliesskörper (20,21) abgestufte Durchmesser aufweist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (2) einen Gehäuseblock mit einer zylindrischen Bohrung (11) aufweist, mit beidseitig in diese eingeschobenen und angeflanschten Gehäuseendteilen (12,13).
Mehrwegeventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseendteile (12,13) jeweils ein Gehäusekammerteil (16,17) umschliessen und an ihrer inneren Stirnseite einen der Ventilsitze (18,19) aufweisen, so dass die Schliesskörper (20,21) zwischen den Ventilsitzen (18,19) angeordnet sind.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsitze (34,35) zwei einander abgekehrte Sitzflächen aufweisen, so dass sie zwischen zwei Schliesskörpern (20,21) angeordnet sind.
Mehrwegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmechanik (42) des Stellantriebs (43) in einem glockenförmig angeflanschten Antriebsgehäuse (45) angeordnet ist, wobei die Stellmechanik (42) einen Magnetkern (46) aufweist, der an einer Feder (47) anliegt.
Mehrwegeventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (43) eine Magnetwicklung (44) aufweist, die ausserhalb des Antriebsgehäuses (45) angeordnet ist.