DE102017102841A1

DE102017102841A1 - Mehrwegventil zur Steuerung eines Kältemittelkreislaufs

Info

Publication number: DE102017102841A1
Application number: DE102017102841.2A
Authority: DE
Inventors: Eike Willers; Joan Aguilar; Rainer Maurer; Andreas Ehmen
Original assignee: Otto Egelhof GmbH and Co KG
Current assignee: Otto Egelhof GmbH and Co KG
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2018-08-16
Also published as: US10619899B2; CN108426063B; CN108426063A; US20180231283A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegventil zur Steuerung eines Kältemittelkreislaufes (12) einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion, mit einem Gehäuse (14), mit einer ersten Einlassöffnung (21), die mit einem ersten Fluidkanal (22) mit einem Regulierraum (19) im Gehäuse (14) verbunden ist, mit einer zweiten Anschlussöffnung (22), die mit einem zweiten Fluidkanal (26) mit dem Regulierraum (19) verbunden ist, mit zumindest einer weiteren Anschlussöffnung (29, 33), die mit zumindest einem weiteren Fluidkanal (30, 34) mit dem Regulierraum (19) verbunden ist, und mit einer Betätigungsvorrichtung (37), welche mit einem Antriebsmotor (38) ein Übertragungselement (39) ansteuert, welches sich im Gehäuse (14) zwischen dem Antriebsmotor (38) und dem Regulierraum (19) erstreckt, mit einer in dem Regulierraum (19) angeordneten Drehschieberanordnung (55), welche mit dem Übertragungselement (39) gekoppelt und durch eine Drehbewegung des Übertragungselementes (39) um dessen Längsachse (40) in mehreren aufeinanderfolgenden und voneinander abweichenden Schalt- oder Regelpositionen zwischen der Einlassöffnung (21) und den Anschlussöffnungen (25, 29, 33) ansteuerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrwegventil zur Steuerung eines Kältemittelkreislaufs kombinierten Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion.
Derartige Anlagen werden beispielsweise zum Temperieren des Innenraumes eines Kraftfahrzeuges verwendet. Beispielsweise ist aus der DE 10 2011 118 162 A1 eine solche Anlage bekannt, welche im Kühlbetrieb als auch im Wärmepumpenbetrieb betrieben werden kann. Diese Anlagen umfassten einen Verdichter, einen Kondensator, einen inneren Wärmeübertrager mit einer Hochdruckpassage und einer Niederdruckpassage für ein Kältemittel sowie ein Expansionsorgan und einen Verdampfer. Im Kühlbetrieb kann der Verdampfer zur Abkühlung und zum Entfeuchten des Innenraumzuluftstroms und zur Wärmeabgabe an die Umgebungsluft als Kondensator eingesetzt werden. Bei der Betriebsart als Wärmepumpe kann Wärme aus der Umgebungsluft am jetzt als Verdampfer arbeitenden Kondensator aufgenommen und an einen den Heizkondensator durchströmenden Luftstrom oder an Kühlwasser abgegeben werden. Die oben genannte Anlage weist vier Schaltventile auf, die für die Umschaltung des Kreislaufes zwischen dem Kühlbetrieb und dem Wärmepumpenbetrieb entsprechend geschaltet werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrwegventil für eine Anlage zur Steuerung eines Kältemittelkreislaufs einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, anzugeben, welche einen einfachen und konstruktiven Aufbau des Kältemittelkreislaufs sowie sowohl einen Kühlbetrieb als auch einen Wärmepumpenbetrieb des Kältemittelkreislaufs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Mehrwegventil gelöst, bei welchem ein Gehäuse mit einer ersten Einlassöffnung vorgesehen ist, die mit einem ersten Fluidkanal mit einem Regulierraum im Gehäuse verbunden ist und welches eine zweite und zumindest eine weitere Anschlussöffnung aufweist, die jeweils mit einem zweiten und zumindest einem weiteren Fluidkanal mit dem Regulierraum im Gehäuse verbunden sind und mit einer Betätigungsvorrichtung, welche mit einem Antriebsmotor ein Übertragungselement ansteuert, wobei das Übertragungselement sich im Gehäuse zwischen dem Antriebsmotor und dem Regulierraum erstreckt und mit einer im Regulierraum angeordneten Drehschieberanordnung, welche mit dem Übertragungselement gekoppelt ist und durch eine Drehbewegung des Übertragungselements um dessen Längsachse in mehrere aufeinanderfolgende und voneinander abweichende Schalt- oder Regelpositionen zwischen der Einlassöffnung und den Anschlussöffnungen und vorzugsweise bezüglich der Menge des jeweiligen Volumenstroms ansteuerbar ist. Ein solches Mehrwegventil mit einer Drehschieberanordnung weist den Vorteil auf, dass durch eine Drehbewegung aufeinanderfolgend gezielt Durchgänge zwischen der Einlassöffnung und einer oder mehreren Anschlussöffnungen und/oder zwischen den Anschlussöffnungen ermöglicht sind. Zudem ist bevorzugt eine Ansteuerung des Mehrwegventils ermöglicht, bei dem die Einlassöffnung im Kühlbetrieb oder Wärmepumpenbetrieb nicht verschlossen wird, so dass eine Beschädigung des laufenden Kompressors, welcher der Einlassöffnung vorgeschalten ist, unterbleibt. Dadurch ist eine kontrollierte Umschaltung von einem Kühlbetrieb auf einen Wärmepumpenbetrieb und wieder zurück ermöglicht. Ein solches Mehrwegventil ermöglicht somit die Ansteuerung und/oder Regelung der beiden oben genannten Betriebsarten. Dadurch kann auch ein kompakter Aufbau des Kältemittelkreislaufs für die kombinierte Kälteanlage und Wärmepumpe ermöglicht sein.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Drehschieberanordnung in einer ersten Schalt- oder Regelposition zur Ansteuerung eines ersten Betriebsmodus, insbesondere des Kühlbetriebs, die Einlassöffnung mit einer zweiten Anschlussöffnung verbindet und beispielsweise eine dritte und vierte Anschlussöffnung miteinander kurzschließt und vorzugsweise gegenüber der Einlassöffnung und der zweiten Anschlussöffnung dicht schließt.
Die Drehschieberanordnung ist bevorzugt in einer zweiten Schalt- oder Regelposition zur Ansteuerung eines weiteren Betriebsmodus positionierbar. In dieser zweiten Schaltstellung, wie dies in 11 dargestellt ist, verbindet die Drehschieberanordnung die Einlassöffnung mit der zweiten Auslassöffnung. Die dritte und vierte Auslassöffnung sind jeweils gesperrt bzw. dicht geschlossen.
Bevorzugt kann die Drehschieberanordnung in eine dritte Schalt- oder Regelposition zur Ansteuerung eines weiteren Betriebsmodus übergeführt werden. Diese dritte Schaltposition ist in 14 beispielsweise dargestellt. Die Einlassöffnung ist sowohl mit der zweiten als auch dritten Anschlussöffnung verbunden. Die vierte Anschlussöffnung ist geschlossen.
Bevorzugt ist eine vierte Schalt- oder Regelposition der Drehschieberanordnung vorgesehen, bei der die Einlassöffnung mit der dritten Anschlussöffnung verbunden ist (17). Die zweite und vierte Anschlussöffnung sind jeweils geschlossen.
Die Drehschieberanordnung ist bevorzugt in einer fünften Schaltposition anordenbar, wie diese in 20 dargestellt ist. Dabei verbindet die Drehschieberanordnung die Einlassöffnung mit der dritten Anschlussöffnung und die zweite Anschlussöffnung mit der vierten Anschlussöffnung.
Die Drehschieberanordnung kann bevorzugt in einer weiteren, also sechsten, Schaltstellung positionierbar sein (23). Dabei ist die Einlassöffnung mit der dritten Anschlussöffnung und der vierten Anschlussöffnung verbunden. Die zweite Anschlussöffnung ist dabei gesperrt bzw. dicht geschlossen.
Vorteilhafterweise ist die Drehschieberanordnung derart ausgebildet, dass bei den vorbeschriebenen Schaltstellungen ein Kurzschluss zwischen der Einlassöffnung und der vierten Auslassöffnung nicht ansteuerbar ist. Die weiteren vorbeschriebenen Schaltstellungen können in einer beliebigen Reihenfolge zueinander ansteuerbar sein oder in einer vorbestimmten Reihenfolge, um bestimmte Betriebsabläufe, wie beispielsweise die Umschaltung von einem Kühlmodus in einen Wärmepumpenmodus und umgekehrt, als auch gegebenenfalls einen dazwischen anzuordnender Spülmodus anzusteuern.
Des Weiteren kann die Drehschieberanordnung in einer siebten Schaltstellung angeordnet sein, wie dies in 26 dargestellt ist. Bei dieser Schaltstellung ist die Einlassöffnung mit der zweiten Anschlussöffnung, der dritten Anschlussöffnung und der vierten Anschlussöffnung verbunden, so dass die Anschlussöffnungen des Mehrwegventils alle gemeinsam durch die Einlassöffnung versorgt werden. Diese Schaltstellung dient vorzugsweise nur zu Service- oder Befüllzwecken.
Das Mehrwegventil kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in dem Gehäuse zumindest eine zweite Einlassöffnung aufweisen, welche mit der ersten Einlassöffnung und/oder der zumindest einen weiteren Anschlussöffnung verbindbar ist. Bei einem solchen Mehrwegventil können beispielsweise durch eine Drehschieberanordnung im Regulierraum zwei getrennt durch das Mehrwegventil hindurch strömende Volumenströme angesteuert werden. Auch kann eine kreuzweise Verschaltung der Volumenströme oder ein zusammenführen der Volumenströme möglich sein. Zudem kann bei einem solchen Mehrwegventil die beiden Volumenströme auch gegenläufig die Drehschieberanordnung durchströmen, dies kann hinsichtlich der gegebenenfalls voneinander abweichenden Temperaturen der Volumenströme von Vorteil sein.
Des Weiteren weist das Mehrwegventil ein zweiteiliges Gehäuse auf, das ein oberes und unteres Gehäuseteil umfasst, wobei eine Trennebene des oberen und unteren Gehäuseteils im Regulierraum liegt. Dies ermöglicht eine einfache Montage der Drehschieberanordnung im Regulierraum und eine Positionierung des Übertragungselementes im Gehäuse.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Drehschieberanordnung aus zumindest einer ersten und zweiten Steuerscheibe besteht, die fest miteinander verbunden sind. Durch die Ausgestaltung der Drehschieberanordnung mittels wenigstens zwei Steuerscheiben, die zunächst getrennt zueinander sind, kann eine erhöhte Flexibilität in der Ausgestaltung von Öffnungen und/oder Kanälen gegeben sein.
Bevorzugt ist eine Verdrehsicherung vorgesehen, durch welche eine Ausrichtung der zumindest einen ersten und zweiten Scheibe ermöglicht ist. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Drehschieberanordnung durch eine Drehbewegung des Übertragungselementes um die Längsachse des Übertragungselementes ansteuerbar ist. Dadurch kann eine kontrollierte Verstellbewegung erfolgen. Zudem können verschiedene Schaltpositionen in einfacher Weise angesteuert werden.
Die erste und die zumindest eine zweite Steuerscheibe der Drehschieberanordnung weisen getrennt zueinander angeordnete Durchgangsbohrungen auf, die fluchtend zueinander ausgerichtet sind und vorteilhafterweise auf einem gemeinsamen Kreisumfang liegen. Somit kann durch die Drehbewegung der Drehschieberanordnung eine Ansteuerung der verschiedenen Schaltpositionen ermöglicht sein und verschiedene Durchgänge freigegeben werden.
Bevorzugt ist eine erste Durchgangsbohrung bogensegmentförmig ausgebildet, welche sich vorzugsweise entlang eines Umfangswinkels von zumindest 90° erstreckt. Dadurch kann insbesondere ein großer Volumenstrom von der Einlassöffnung zur zweiten Auslassöffnung geführt werden, um in den Wärmepumpenbetrieb eine schnelle Aufheizung zu ermöglichen. Eine weitere Durchgangsbohrung in den Steuerscheiben ist tropfenförmig ausgebildet. Eine dritte Durchgangsbohrung ist stegförmig ausgebildet. Diese sind im Querschnitt kleiner ausgebildet und kommen beim Überführen der Schaltposition im Kältebetrieb zum Wärmepumpenbetrieb und umgekehrt zum Einsatz, um den Verdampfer beziehungsweise Kompressor abzusaugen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der ersten Steuerscheibe weist eine muldenförmige Vertiefung auf, die der zweiten Steuerscheibe gegenüberliegt, und an die bogensegmentförmige Durchbrechung anschließt. Vorzugsweise ist gegenüberliegend zur muldenförmigen Vertiefung an dem anderen Ende der ersten Durchbrechung eine weitere Vertiefung vorgesehen. Durch die Vertiefungen kann zusammen mit der bogensegmentförmigen Durchgangsbohrung ein Strömungskanal geschaffen werden, der bis zu 180° umfasst.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Drehschieberanordnung sieht in der zweiten Steuerscheibe in Richtung auf die erste Steuerscheibe weisend einen offenen Kanal vor, der am jeweiligen Ende eine zum unteren Gehäuseteil weisende Öffnung aufweist und der offene Kanal durch die erste Steuerscheibe nach dem Positionieren zur zweiten Steuerscheibe abgedichtet oder dicht geschlossen ist. Vorzugsweise liegen die jeweils am Ende des Kanals gebildeten Öffnungen auf dem Kreisumfang der Durchbrechungen. Dadurch kann ein sogenannter „Geheimkanal“ oder „Kurzschlusskanal“ geschaffen werden. Dieser kommt insbesondere beim Überführen der Drehschieberanordnung in eine Schaltposition für den Wärmepumpenbetrieb zum Tragen, da dadurch ein Absaugen des Kältekreislaufs ermöglicht wird.
Des Weiteren ist bevorzugt an einer Unterseite des Regulierraumes eine Steuerscheibe fest zum unteren Gehäuseteil angeordnet. Dies weist den Vorteil auf, dass die Drehschieberanordnung, welche aus wenigstens einer, vorzugweise zwei, Steuerscheiben gebildet ist, auf einer weiteren Steuerseite gleitend gelagert ist, wodurch einerseits eine gute Abdichtung und andererseits eine geringe Reibung erzielt werden kann.
Insbesondere sind die Steuerscheiben aus einem verschleißfesten und/oder reibungsarmen Material, wie beispielsweise Keramik, ausgebildet. Bevorzugt ist ein Material mit einem Reibungskoeffizient von kleiner 0,2 vorgesehen. Des Weiteren kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Steuerscheiben aus einem verschleißfesten und/oder reibungsarmen Kunststoffmaterial mit geschliffenen oder geläppten Funktionsoberflächen ausgebildet sind, wobei die Funktionsoberflächen vorzugsweise mit Duroplast ausgebildet sind.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Drehschieberanordnung aus zumindest einer ersten und zweiten Steuerscheibe besteht, die zusammengesintert oder miteinander verbacken sind oder als ein 3D-Druckbauteil ausgebildet sind. Dies weist den Vorteil auf, dass ein dazwischen gebildeter Durchgangskanal oder Verbindungskanal vollständig geschlossen, insbesondere versiegelt wird. Weitere Verschraubungen zur Abdichtung und/oder gegen ein Verdrehen der Steuerscheiben zueinander können dadurch entfallen.
Eine erste Steuerscheibe der Drehschieberanordnung, welche zum Übertragungselement weist, nimmt einen Mitnehmer auf, der vorzugsweise in eine randoffene Ausnehmung verdrehsicher einsetzbar ist. Dieser Mitnehmer ist vorzugsweise aus einem abweichenden Material zur Steuerscheibe ausgebildet. Vorteilhafterweise kann hierfür Kunststoff vorgesehen sein. Dadurch werden vorzeitige Beschädigungen bei einem Drehantrieb mittels des Übertragungselements verhindert.
Des Weiteren ist bevorzugt zwischen dem Mitnehmer und der Welle ein Zwischenadapter vorgesehen. Dieser Zwischenadapter ermöglicht eine Spannungsentkopplung, insbesondere bei Temperaturänderungen zwischen dem Übertragungselement und der Drehschieberanordnung. Darüber hinaus können dadurch auch mögliche Lage- und/oder Toleranzfehler zwischen dem Übertragungselement und der Drehschieberanordnung ausgeglichen werden.
Vorteilhafterweise ist der Zwischenadapter am Übertragungselement geklemmt oder gespannt, insbesondere formschlüssig, befestigt. Beispielsweise kann über einen Konus am Übertragungselement eine Befestigung des Zwischenadapters aufgrund einer Selbsthemmung über eine kegelförmige Öffnung erfolgen.
Des Weiteren ist der Zwischenadapter zum Mitnehmer in axialer Richtung verschiebbar und vorzugsweise federgelagert positioniert. Dies ermöglicht wiederum einen Toleranzausgleich.
Der Zwischenadapter und der Mitnehmer sind bevorzugt als eine Bolzenkupplung ausgebildet. Der Zwischenadapter umfasst vorteilhafterweise wenigstens ein Mitnehmerelement, welches mit wenigstens einem komplementären Mitnehmerelement im Mitnehmer drehgesichert und vorzugsweise axial verschiebbar vorgesehen ist. Vorteilhafterweise ist das Mitnehmerelement als Bolzen aus Federstahl oder Stift und das komplementäre Mitnehmerelement als Bohrung oder Durchgangsloch ausgebildet, wobei der Bolzen bevorzugt am Zwischenadapter vorgesehen ist und in einer Bohrung am Mitnehmer eingreift. Dies ermöglicht wiederum eine Ansteuerung der Drehbewegung, jedoch eine axiale Verschiebbarkeit des Mitnehmers relativ zum Zwischenadapter einerseits und relativ zur ersten Steuerscheibe der Drehanordnung andererseits, wobei die Drehsicherung aufrechterhalten bleibt.
Zwischen einer Oberseite des Regulierraums und der ersten Steuerscheibe ist zumindest ein Niederhalter vorgesehen, durch welchen die erste und zweite Steuerscheibe gegen die dritte Steuerscheibe gedrückt wird. Dadurch kann eine abdichtende Wirkung zwischen der Drehscheibenanordnung und der dritten Steuerscheibe erzielt werden und dennoch die Drehschieberanordnung rotierend im Regulierraum angeordnet sein.
Zwischen der dritten Steuerscheibe und der jeweiligen Mündung zur zweiten und vierten Anschlussöffnung ist jeweils eine Dichtung vorgesehen und zwischen der ersten Steuerscheibe und der Mündung des dritten Fluidkanals eine weitere Dichtungsanordnung vorgesehen. Dadurch können die Übergänge von der Drehschieberanordnung an der daran angrenzenden Anschlussöffnung jeweils abgedichtet sein. Diese Übergänge vom Regulierraum in die drei Anschlussöffnungen sind abgedichtet. Daher bedarf es keiner weiteren Abdichtung des Fluidkanals in den Regulierraum beziehungsweise der Einlassöffnung in den Regulierraum.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Ventils sieht vor, dass der Antriebsmotor ein gegenüber der Atmosphäre gasdichtes Übertragungselement ansteuert. Dadurch ist sichergestellt, dass das außerhalb des Gehäuses liegende Medium nicht in den Kreislauf gelangt.
Die Drehschieberanordnung des Mehrwegventils führt durch eine Hin- und-her-Drehbewegung innerhalb eines vorgesehenen Schalt- beziehungsweise Drehbereichs, vorzugsweise bis zu 175°, um derer Drehachse zu einer Abfolge von Schaltpositionen, die das Umschalten vom Kühlin den Wärmepumpenbetrieb und gleichzeitig dazwischen ein Absaugen des Verdampfers oder des Kondensators für einen optimalen Betrieb und Wechsel ermöglicht.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass im oberen Gehäuseteil der zwischen dem Regulierraum und der Einlassöffnung gebildete Fluidkanal und der zwischen dem Regulierraum und der dritten Anschlussöffnung gebildete Fluidkanal parallel zueinander ausgerichtet sind und jeweils eine Mündung in eine Oberseite des Regulierraums aufweisen und im unteren Gehäuseteil, der zwischen dem Regulierraum und der zweiten Anschlussöffnung gebildete Fluidkanal und der zwischen dem Regulierraum und der vierten Anschlussöfffnung gebildete Fluidraum jeweils eine Mündung in einer Unterseite des Regulierraums aufweisen. Dies weist den Vorteil auf, dass jeweils zwei Fluidkanäle einander gegenüberliegend vorgesehen sind, so dass bei einer Schaltposition, bei der beispielsweise die Einlassöffnung mit der zweiten Anschlussöffnung verbunden ist, ein geradlinig durchströmender Strömungskanal gegeben ist, wodurch Strömungverluste verhindert werden.
Bevorzugt sind die einander gegenüberliegenden Mündungen an der Oberseite und der Unterseite des Regulierraumes fluchtend ausgerichtet und weisen vorteilhafterweise einen gleichen Abstand zu einer Längsachse des Übertragungselementes auf, welche insbesondere einer Längsachse des Gehäuses entspricht. Dadurch können einfache geometrische Verhältnisse zu deren Ansteuerung durch die Drehschieberanordnung geschaffen werden. Zudem kann durch die Drehschieberanordnung aufeinanderfolgend ein Öffnen und Schließen der Mündungen mit Ausnahme der Einlassöffnung erfolgen.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass in allen Schaltpositionen der Drehschieberanordnung ein Kältemittel über die Einlassöffnung dem Regulierraum zuführbar ist. Somit erfolgt über diese Einlassöffnung eine Flutung des Regulierraums. In Abhängigkeit der Schaltposition der Drehschieberanordnung kann eine entsprechende Weiterführung zu den Anschlussöffnungen erfolgen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Mehrwegventils sieht vor, dass der Antriebsmotor die einzelnen Schalt- oder Regelpositionen ansteuert. Beispielsweise kann der Antriebsmotor einen Inkrementalgeber umfassen, durch welchen eine Verfahrbewegung, insbesondere die Drehbewegung beziehungsweise der Drehwinkel zur Änderung der Position der Drehschieberanordnung definiert ansteuerbar ist. Dadurch kann auch der oder die Volumenströme, welche das Mehrwegventil durchströmen geregelt werden. Der Antriebsmotor umfasst bevorzugt eine Regelung zum exakten Anfahren der Schaltpositionen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Mehrwegventils sieht vor, dass eine druckbeaufschlagte Fläche des Dichtelementes, welches an einer Anschlussöffnung zugeordnet ist und eine druckbeaufschlagte Fläche einer dritten Steuerscheibe im Gehäuse, welche einer weiteren Anschlussöffnung zugeordnet ist, in einem Verhältnis zwischen 0,25 und 2 liegen, vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 liegen, also die gleiche Flächengröße aufweisen. Die druckbeaufschlagte Fläche des Dichtelementes wird bevorzugt durch den Außenumfang der zur ersten Steuerscheibe der Drehschieberanordnung weisenden Dichtgeometrie des Dichtelementes begrenzt. Die druckbeaufschlagte Fläche der dritten Steuerscheibe wird bevorzugt durch den Außenumfang einer die Öffnung der dritten Steuerscheibe umgebenden Niederdruckfläche begrenzt. Durch die Abstimmung der beiden druckbeaufschlagten Flächen aufeinander, welche jeweils im Übergangsbereich des Regulierraumes zu der jeweils sich daran anschließenden Anschlussöffnung befindet, wird ermöglicht, dass eine dichte Anordnung zwischen der Drehschieberanordnung und den jeweiligen Anschlüssen entsprechend der Schalt- oder Regelpositionen erzielt wird. Dadurch können Kraftverhältnisse geschaffen werden, so dass der zwischen der ersten Steuerscheibe und dem Dichtungselement einerseits und zwischen der zweiten Steuerscheibe und der dritten Steuerscheibe andererseits wirkende Hochdruck, ein Abheben der Steuerscheiben voneinander und/oder der Dichtflächen von den Steuerscheiben verhindert wird.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht eines Mehrwegventils,
2 eine perspektivische Ansicht einer Drehschieberanordnung mit einem Übertragungselement,
3 eine schematische Schnittansicht des Zwischenadapters,
4 eine schematische Ansicht auf eine erste Steuerscheibe der Drehschieberanordnung,
5 eine schematische Ansicht auf eine zweite Steuerscheibe der Drehschieberanordnung,
6 eine perspektivische Ansicht der Drehschieberanordnung mit sichtbar gemachten Durchbrechungen,
7 eine schematische Schnittansicht des Mehrwegventils gemäß 1 in einer Schaltposition im Kältebetrieb,
8 eine schematische Anordnung eines Kältemittelkreislaufs mit einer Darstellung der Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 7,
9 eine schematische Ansicht auf die Drehschieberanordnung in einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 7,
10 eine schematische Schnittansicht des Mehrwegventils in einem Kühlmodus,
11 eine schematische Ansicht des Kältemittelkreislaufs mit einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 10,
12 eine schematische Ansicht auf die Drehschieberanordnung in einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 10,
13 eine schematische Schnittansicht des Mehrwegventils in einem Übergang vom Kühlmodus in den Wärmepumpenmodus,
14 eine schematische Ansicht des Kältemittelkreislaufs mit einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 13,
15 eine schematische Ansicht auf die Drehschieberanordnung in einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 13,
16 eine schematische Schnittansicht des Mehrwegventils im Wärmepumpenmodus,
17 eine schematische Ansicht des Kältemittelkreislaufs mit einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 16,
18 eine schematische Ansicht auf die Drehschieberanordnung in einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 16,
19 eine schematische Schnittansicht des Mehrwegventils vom Wärmepumpenmodus in den Kühlmodus,
20 eine schematische Ansicht des Kältemittelkreislaufs mit einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 19,
21 eine schematische Ansicht auf die Drehschieberanordnung in einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 19,
22 eine schematische Schnittansicht des Mehrwegventils in einem Spülmodus,
23 eine schematische Ansicht des Kältemittelkreislaufs mit einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 22,
24 eine schematische Ansicht auf die Drehschieberanordnung in einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 22,
25 eine schematische Schnittansicht des Mehrwegventils in einem Evakuierungs- und Befüllmodus,
26 eine schematische Ansicht des Kältemittelkreislaufs mit einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 25,
27 eine schematische Ansicht auf die Drehschieberanordnung in einer Schaltposition des Mehrwegventils gemäß 25,
28a,b eine erste und zweite Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Mehrwegventils zu 1 in einer ersten Schaltstellung,
29a,b eine erste und zweite Schnittansicht des Mehrwegventils gemäß 28 in einer zweiten Schaltstellung,
30a,b eine erste und zweite Schnittansicht des Mehrwegventils gemäß 28 in einer dritten Schaltstellung,
31a,b eine erste und zweite Schnittansicht des Mehrwegventils gemäß 28 in einer vierten Schaltstellung,
32a,b eine erste und zweite Schnittansicht des Mehrwegventils gemäß 28 in einer fünften Schaltstellung,
33a,b eine erste und zweite Schnittansicht des Mehrwegventils gemäß 28 in einer sechsten Schaltstellung und
34a,b eine erste und zweite Schnittansicht des Mehrwegventils gemäß 28 in einer siebten Schaltstellung.

In 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Mehrwegventils 11 dargestellt. Ein solches Mehrwegventil 11 dient zur Steuerung eines Kältemittelkreislaufs 12 (8) einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion. Dieses Mehrwegventil 11 umfasst ein Gehäuse 14, welches sich vorteilhaferweise aus einem oberen Gehäuseteil 16 und einem unteren Gehäuseteil 17 zusammensetzt. Eine Trennebene 18 zwischen dem oberen und unteren Gehäuseteil 17, 18 erstreckt sich durch einen Regulierraum 19, der sich aus den Innenräumen beider Gehäuseteile 16, 17 zusammensetzt. Am oberen Gehäuseteil 16 ist eine Einlassöffnung 21 vorgesehen, welche über einen ersten Fluidkanal 22 in einer Mündung 23 endet, welche an einer Oberseite des Regulierraums 19 angeordnet ist. An einer gegenüberliegenden Unterseite des Regulierraums 19 ist eine zweite Anschlussöffnung 25 angeschlossen. Die Anschlussöffnung 25 geht in einen zweiten Fluidkanal 26 über, der in einer Mündung 27 an einer Unterseite des Regulierraums 19 endet. Die Mündungen 23, 27 sind vorzugsweise fluchtend zueinander ausgerichtet.
Am oberen Gehäuseteil 16 ist bevorzugt der Einlassöffnung 21 gegenüberliegend eine dritte Anschlussöffnung 29 vorgesehen, welche in einen dritten Fluidkanal 30 übergeht, der über eine Mündung 31 in der Oberseite des Regulierraums 19 endet. Am unteren Gehäuseteil 17 ist gegenüberliegend eine vierte Anschlussöffnung 33 vorgesehen, welche in einen vierten Fluidkanal 34 übergeht und in einer Mündung 35 an einer Unterseite des Regulierraums 19 endet. Dieser vierte Fluidkanal 34 fluchtet vorzugsweise mit dem dritten Fluidkanal 30.
Das Mehrwegventil 11 umfasst des Weiteren eine Betätigungsvorrichtung 37, welche einen Antriebsmotor 38 sowie ein Übertragungselement 39 umfasst. Dieses Übertragungselement 39 erstreckt sich vorteilhafterweise vollständig durch das obere Gehäuseteil 16. Das Übertragungselement 39 ist über ein Anschlusselement 41 drehfest mit dem Antriebsmotor 38 verbunden. Dieses Anschlusselement 41 kann aus Kunststoff ausgebildet sein und weist eine konusförmige Aufnahme auf, so dass dieses an einem konusförmigen Anschlussabschnitt einer Welle 42 des Übertragungselements 39 nach dem Aufstecken durch Selbsthemmung drehfest aufgenommen ist. Am gegenüberliegenden Ende ragt das Übertragungselement 39, insbesondere die Welle 42, in den Regulierraum 19. Die Welle 42 ist in einem Wellengehäuse 43 mediendicht und drehbar gelagert. An dem zum Regulierraum 19 weisenden Ende des Übertragungselementes 39 ist ein Zwischenadapter 44 vorgesehen, der mit einem Mitnehmer 51 zum Drehantrieb einer Drehschieberanordnung 55 gekoppelt ist. Diese Drehschieberanordnung 55 ist im Regulierraum 19 vorgesehen.
Die Drehschieberanordnung 55 umfasst eine erste Steuerscheibe 56, die zum oberen Gehäuseteil 16 weist und eine zweite Steuerscheibe 57, welche zum unteren Gehäuseteil 17 weist. Die Drehschieberanordnung 55 ist bevorzugt auf einer dritten Steuerscheibe 58 drehbar gelagert. Die dritte Steuerscheibe 58 ist drehfest mittels eines Befestigungsmittels 59, insbesondere einer Befestigungsschraube, am unteren Gehäuseteil 17 fixiert. Alternativ kann die dritte Steuerschraube 58 auch in das weitere Gehäuseteil 17 integriert oder einstückig daran ausgebildet sein oder das weitere Gehäuseteil die Funktion der dritten Steuerscheibe 58 umfassen.
Zwischen der dritten Steuerscheibe 58 und einer Unterseite des Regulierraums 19 ist jeweils eine Dichtung 61, vorzugsweise ein O-Ring, vorgesehen, welche die zweite Mündung 27 und die vierte Mündung 35 umgibt und diese Schnittstelle in Richtung auf den Regulierraum 19 abdichtet.
Die Drehschieberanordnung 55 ist durch mindestens einen Niederhalter 63, insbesondere ein Druckelement, und ein federgelagertes Dichtungselement 65 zur dritten Steuerscheibe 58 unter Druck anliegend positioniert. Das Druckelement 63 stützt sich einerseits an einer Oberseite des Regulierraums 19 ab und greift andererseits an einer Oberseite der ersten Steuerscheibe 56 an. Zum Übertragungselement 39 versetzt, insbesondere dem Druckelement 63 gegenüberliegend, ist das Dichtungselement 65 vorgesehen. Dieses umfasst einen Dichtungsring, der über eine Druckhülse 66, die federgelagert ist, auf die Oberseite der ersten Steuerscheibe 56 gedrückt ist.
Die Druckhülse 66 mit dem daran angeordneten Dichtungselement 65 liegt mit einer Niederdruckfläche 68 an der ersten Steuerscheibe 56 an. Ein Bohrungsdurchmesser innerhalb des Dichtungselementes 65 ist bevorzugt an einen Durchmesser eines Strömungskanales der Drehschieberanordnung angepasst. Analoges gilt für eine zur Drehschieberanordnung weisenden Öffnung 70 an der dritten Steuerscheibe 58 oder einem Anschlussabschnitt des Gehäuses, sofern die dritte Steuerscheibe 58 nicht vorgesehen ist. Diese Öffnung 70 umgibt eine Niederdruckfläche 69, an der die zweite Steuerscheibe 57 anliegt.
Die Größe der Öffnung innerhalb des Dichtungselementes 65 und der Öffnung 70 in der dritten Steuerscheibe 58 sind gleich groß oder weisen eine in etwa gleich große Fläche auf. Dadurch wird ermöglicht, dass bei den eingestellten Schalt- oder Regelpositionen auch bei einem wirkenden Hochdruck ein dichtes Anliegen der zweiten Steuerscheibe 57 an der dritten Steuerscheibe 58 erzielt wird.
Zur dichten Anlage des Dichtungselementes 56 an der Druckhülse 66 kann eine entsprechende Auswahl eines Kraftspeicherelementes 67 erfolgen, um das Anliegen des Dichtelementes 65 an der Niederdruckfläche 68 sicherzustellen.
Die erste und zweite Steuerscheibe 56, 57, welche durch das Übertragungselement 39 um eine Längsachse 40 des Übertragungselementes 39 drehbar angetrieben sind, als auch die dritte Steuerscheibe 58 sowie das Dichtungselement 65 sind bevorzugt aus demselben Material ausgebildet. Insbesondere ist ein verschleißfestes Material, wie beispielsweise Keramik, eingesetzt. Dadurch kann zum einen eine dichtende Anordnung beim Aneinanderliegen ermöglicht sowie eine geringe Reibung bei einer Relativbewegung zwischen den Teilen gegeben sein.
Das Übertragungselement 39 ist zu einer zentralen Gehäusebohrung 71 im oberen Gehäuseteil 16 durch zumindest ein Dichtungselement 72 vorgesehen, wodurch der Regulierraum 19 gegenüber einer Leckagestelle zwischen der Gehäusebohrung 71 mit dem Übertragungselement 39 abgedichtet ist. Des Weiteren ist bevorzugt zwischen dem oberen und unteren Gehäuseteil 16, 17 ebenfalls zumindest ein Dichtungselement 72 vorgesehen, um diese Schnittstelle abzudichten.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass beispielsweise die vorbeschriebene dritte Anschlussöffnung 29 als eine Einlassöffnung ausgebildet ist, die der ersten Einlassöffnung 21 gegenüber liegt. Dadurch sind dann dem Regulierraum noch die zumindest eine zweite Auslassöffnung 25 und die vierte Auslassöffnung 33 zugeordnet. Ebenso kann bei der in 1 dargestellten Ausführungsform auch zumindest eine zweite Einlassöffnung vorgesehen sein, welche vorzugsweise in den Regulierraum mündet. Alternativ kann in dem unteren Gehäuseteil 17 auch noch zumindest eine weitere Auslassöffnung vorgesehen sein, so dass beispielsweise jeder Einlassöffnung zumindest zwei Auslassöffnungen zugeordnet sind. Ebenso kann auch eine weitere Vertauschung der Auslassöffnungen in Einlassöffnungen beziehungsweise der Einlassöffnungen in Auslassöffnungen vorgesehen sein. Dies erfolgt durch das entsprechende Anschließen der Anschlussleitungen an die jeweiligen Öffnungen zur Zuführung des Volumenstroms.
Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Strömungsrichtung bei mehreren Einlassöffnungen derart ausgerichtet ist, dass durch den herrschenden Druck im Regulierraum bei allen Betriebszuständen die erste und die zweite Steuerscheibe 56, 57 zusammengedrückt werden, so dass eine Dichtheit bezüglich der in der ersten und zweiten Steuerscheibe 56, 57 eingebrachten Kanäle und/oder Öffnungen zueinander sichergestellt wird.
Zwischen der Drehschieberanordnung 55, insbesondere der ersten Steuerscheibe 56 und einem an der Druckhülse 66 angeordneten Dichtungselement 65 ist eine druckbeaufschlagte Fläche A gebildet. Diese druckbeaufschlagte Fläche A ist durch den Außenumfang einer Dichtgeometrie des Dichtungselementes 65 zur ersten Steuerscheibe 56 begrenzt. Diese druckbeaufschlagte Fläche A umfasst somit die Niederdruckfläche 68 als auch die Größe der Bohrung innerhalb des Dichtungselementes 65.
Gegenüberliegend ist zwischen der Drehschieberanordnung 55, insbesondere der zweiten Steuerscheibe 57 und der dritten Steuerscheibe 58 eine druckbeaufschlagte Fläche B gebildet. Die druckbeaufschlagte Fläche B der dritten Steuerscheibe 58 wird durch den Außenumfang der Niederdruckfläche 69 begrenzt, welche die Öffnung 70 in der dritten Steuerscheibe 58 umgibt. Die druckbegrenzte Fläche B wird somit durch die Niederdruckfläche 69 und die innerhalb der Niederdruckfläche 69 liegenden Fläche der Öffnung 70 gebildet.
Bevorzugt liegt das Verhältnis der druckbeaufschlagten Fläche A zur druckbeaufschlagten Fläche B zwischen 0,25 und 2. Insbesondere ist eine Flächengleichheit zwischen der druckbeaufschlagten Fläche A und druckbeaufschlagten Fläche B gegeben. Dies ermöglicht eine dichte Anordnung im Übergangsbereich von dem Regulierraum zu den jeweils sich daran anschließenden Anschlussöffnungen, insbesondere dritte Anschlussöffnung 29 und vierte Anschlussöffnung 33.
In 2 sind perspektivisch die Drehschieberanordnung 55 sowie der daran angreifende Zwischenadapter 44 und eine Welle 42 des Übertragungselementes 39 dargestellt. Die 3 zeigt eine schematisch vergrößerte Ansicht des Zwischenadapters 44 mit der jeweiligen Koppelstelle. Der Zwischenadapter 44 ist bevorzugt als Kupplung für einen Toleranz- und/oder Lageausgleich ausgebildet. Der Zwischenadapter 44 ist ringartig ausgebildet und umfasst eine kegelstumpfartige Innenkontur, welche auf einer ebenfalls kegelstumpfartigen Spannfläche 45 einer drehangetriebenen Welle 42 drehfest verbunden ist (2). Zum Mitnehmer 51 weisend umfasst der Zwischenadapter 44 Mitnehmerelemente 47, die vorzugsweise als Federbolzen ausgebildet sind, welche sich gleichmäßig über den Umfang verteilen. Diese Mitnehmerelemente 47 greifen in komplementäre Mitnehmerelemente 52, insbesondere in Bohrungen des Mitnehmers 51, ein. Zwischen dem Zwischenadapter 44 und dem Mitnehmer 51 ist ein Kraftspeicherelement 48, insbesondere eine Druckfeder, vorgesehen, wodurch der Mitnehmer 51 axial zum Zwischenadapter 44 verschiebbar aufgenommen ist. Der Mitnehmer 51 ist bevorzugt in eine randoffene Aufnahme 76 der ersten Steuerscheibe 56 eingesetzt. Diese Aufnahme 76 ist bevorzugt mehreckförmig, insbesondere sechseckförmig, ausgebildet. Der Mitnehmer 51 weist an seinem Außenumfang eine analoge Kontur auf, wodurch zwischen dem Mitnehmer 51 und der ersten Steuerscheibe 56 eine drehgesicherte Anordnung gebildet ist.
Im Falle eines Achsversatzes zwischen der Drehschieberanordnung 55 und dem Zwischenadapter 44 beziehungsweise der Welle 42 des Übertragungselementes 39 kann durch die Mitnehmerelemente 47 ein Ausgleich geschaffen werden. Dennoch ist sichergestellt, dass eine Drehbewegung der Welle 42 über den Zwischenadapter 44 über die Drehkopplung auf den Mitnehmer 51 übertragbar ist. Durch die Ausgestaltung des Zwischenadapters 44 mit den Mitnehmerelementen 47 und dem Mitnehmer 51 mit den komplementären Mitnehmerelementen 52 ist eine Drehkupplung geschaffen, die sowohl einen seitlichen Versatz als auch eine Änderung des Abstands in der Längsachse 40 zueinander ermöglicht.
In 4 ist eine Ansicht auf die Steuerscheibe 56 dargestellt. Diese Steuerscheibe 56 nimmt den Mitnehmer 51 zentral auf, der in die Aufnahme 76 einsetzbar ist. Auf einem Kreisumfang um die Drehachse beziehungsweise Längsachse 40 erstreckt sich eine erste Durchbrechung 81. Diese ist bogensegmentförmig ausgebildet und erstreckt sich beispielsweise in einem Umfangswinkel von 90°. An einem Ende der ersten Durchbrechung 81 schließt sich eine muldenförmige Vertiefung 82 an. Diese ist gegenüber einer Oberseite der ersten Steuerscheibe 56 vertieft. Diese muldenförmige Vertiefung 82 erstreckt sich vorzugsweise in einem Winkelbereich von weiteren 90° oder geringfügig weniger. An der bogensegmentförmigen ersten Durchbrechung 81 der ersten Steuerscheibe 56 erstreckt sich entgegengesetzt zur muldenförmigen Vertiefung 82 eine weitere Vertiefung 83. Gegenüberliegend der ersten Durchbrechung 81 ist eine zweite Durchbrechung 84 vorgesehen. Diese ist bevorzugt tropfenförmig ausgebildet und verjüngt sich in Richtung auf die Längsachse 40. Des Weiteren ist eine dritte Durchbrechung 85 vorgesehen, welche vorzugsweise stegförmig ausgebildet ist. Eine weitere Bohrung 89 dient zur Aufnahme einer Verdrehsicherung, welche sich in dieselbe Durchbrechung 86 an der zweiten Steuerscheibe 57 erstreckt. Dadurch werden die erste Steuerscheibe 56 und zweite Steuerscheibe 57 bezüglich der radialen Ausrichtung der Durchbrechungen 81, 84, 85 fest zueinander ausgerichtet.
In 5 ist eine Draufsicht auf die zweite Steuerscheibe 57 dargestellt. Diese dargestellte Oberseite liegt nach dem Zusammenführen mit der ersten Steuerscheibe 56 an einer Unterseite der ersten Steuerscheibe 56 an. Diese zweite Steuerscheibe 57 weist analog ausgebildet die erste Durchbrechung 81, die zweite Durchbrechung 84 und die dritte Durchbrechung 85 sowie die Bohrung 86 auf. Dadurch erstrecken sich die erste, zweite und dritte Durchbrechung 81, 84 und 85 vollständig durch beide Steuerscheiben 56, 57 und bilden jeweils einen axialen Durchflusskanal.
Die zweite Steuerscheibe 56 weist des Weiteren an einer Oberseite einen randoffenen Kanal 88 auf. Dieser Kanal 88 endet jeweils in einer Öffnung 89, die sich zur Unterseite der Steuerscheibe 56 erstreckt. Diese Öffnung 89 ist vorzugsweise stegförmig ausgebildet.
Nach dem Zusammenführen der ersten und zweiten Steuerscheibe 57 wird dieser Kanal 88 durch die Unterseite der ersten Steuerscheibe 56 geschlossen. Dadurch ist die Durchströmung entlang des Kanals 88, ausgehend von der Oberseite der ersten Steuerscheibe 56 und der Unterseite der zweiten Steuerscheibe 57 nicht möglich.
In 6 ist perspektivisch die Drehschieberanordnung 55 dargestellt. Dabei sind die entsprechenden Durchbrechungen 81, 84, 85 als auch die Bohrung 86 sowie der Kanal 88 mit seinen Öffnungen 89 strichliniert dargestellt.
In 7 ist schematisch eine Übergangschaltposition dargestellt, bei welcher die Drehschieberanordnung derart positioniert ist, dass die Einlassöffnung 21 und die erste Anschlussöffnung 25 miteinander verbunden sind sowie die dritte Anschlussöffnung 29 mit der vierten Anschlussöffnung 33 verbunden ist. Durch diese Schaltungsanordnung gemäß 7, welche in 8 symbolisch im Kältemittelkreislauf 12 dargestellt ist, wird der Kältemittelkreislauf 12 im Kühlmodus, wobei eine Absaugung von einem Niederdruckwärmetauscher ermöglicht ist. Bei diesem Kältemittelkreislauf 12 handelt es sich um einen beispielhaft dargestellten Kreislauf. Dieser Kältemittelkreislauf 12 umfasst in Strömungsrichtung beschrieben einen Kondensator 91, der das unter Hochdruck stehende Kältemittel einem Expansionsventil 92 zuführt. Niederdruckseitig zum Expansionsventil 92 ist ein Verdampfer 93 vorgesehen, der das entspannte Kältemittel einem Verdichter 94 zuführt. Ausgangsseitig des Verdichters 94 ist eine Fluidleitung 95 vorgesehen, die unmittelbar zur Einlassöffnung 21 des Mehrwegventils 11 führt. Vor dieser Einlassöffnung 21 ist eine abzweigende Fluidleitung 96 vorgesehen, welche zur dritten Auslassöffnung 29 führt beziehungsweise wiederum in die zum Kondensator 91 führende Fluidleitung 97 mündet.
An der zweiten Anschlussöffnung 25 des Mehrwegventils 11 ist eine weitere Fluidleitung 98 angeschlossen, welche in die Fluidleitung 97 mündet. Die vierte Anschlussöffnung 34 des Mehrwegventils 11 steht mit einer weiteren Fluidleitung 99 in Verbindung, die eine unmittelbare Rückführung des Fluides in die erste zum Verdichter 94 führende Fluidleitung 95 mündet und zwar vor dem Eintritt in den Verdichter 94. Zur Steuerung und Regelung der einzelnen Fluidleitungen 96, 98 und 99 können Regelventile 101 vorgesehen sein, die bezüglich der Strömungsrichtung und/oder der Menge des Volumenstromes ansteuerbar sind.
Der abzweigenden Fluidleitung 96 kann gegenüberliegend eine weitere Bypassleitung 102 zugeordnet sein, welche unmittelbar zur Fluidleitung 98 führt. In dieser Bypassleitung 102 kann bevorzugt wieder ein Regelventil 101 vorgesehen sein.
Die in 7 dargestellte Schaltposition des Mehrwegventils 11 ist in einer Draufsicht in 9 dargestellt, nachdem das obere Gehäuseteil 16 abgenommen ist. Aus dieser Draufsicht ist die Positionierung der Drehschieberanordnung 55 zu den Mündungen 25, 33 beziehungsweise Fluidkanälen 26, 34 dargestellt. Die erste Durchbrechung 81 der Drehschieberanordnung 55 ist im Regulierraum 19 derart positioniert, dass zwischen der Einlassöffnung 21 und dem Fluidkanal 22 sowie dem Fluidkanal 26 und der zweiten Anschlussöffnung 25 ein unmittelbarer Durchgang gegeben ist. Des Weiteren ist ein solcher Durchgang zwischen der dritten Anschlussöffnung 29 in Richtung auf die vierte Anschlussöffnung 33 vorgesehen. Durch die Ausgestaltung der Drehschieberanordnung 55 sind weitere Durchflusswege gesperrt, das heißt, ein Überströmen des Kältemittels von der Einlassöffnung 21 zur dritten und vierten Anschlussöffnung 29, 33 ist verhindert.
Diese in 8 dargestellte erste Schaltstellung der Drehschieberanordnung 55 kann beispielsweise einen Kühlmodus mit einer gleichzeitigen Absaugung eines Kreislaufes ansteuern.
Darauffolgend wird durch eine weitere Drehbewegung die Drehschieberanordnung 55 gemäß der Darstellung in 10 in eine Position übergeführt, bei welcher das Kältemittel von der Einlassöffnung 21 zur zweiten Anschlussöffnung 25 strömt und die dritte und vierte Anschlussöffnung 29, 33 geschlossen sind. Dies ist in der schematischen Darstellung des Kältemittelkreislaufes 12 in 11 dargestellt.
Die 12 zeigt eine schematische Ansicht auf die Drehschieberanordnung im Verhältnis zu den Mündungen 25, 33 gemäß der Schaltposition in 10.
Diese zweite Schaltstellung der Drehschieberanordnung 55 kann einen reinen Kühlmodus ansteuern.
Zum Überführen des Kältemittelkreislaufes 12 gemäß 11 in einen Wärmepumpenbetrieb wird zunächst die Schieberanordnung 55 in eine Position gemäß 13 übergeführt, bei welcher das Kältemittel von der Einlassöffnung 21 weiterhin zur zweiten Anschlussöffnung 25 strömt und ergänzend das Kältemittel von der Einlassöffnung 21 zur dritten Anschlussöffnung 29 übergeleitet wird. Die vierte Anschlussöffnung 33 ist geschlossen. Da der Verdichter weiterhin in Betrieb ist, darf die Einlassöffnung 21 nicht abgesperrt werden, so dass in dieser Übergangsphase eine Aufspaltung des Kältemittelstroms gegeben ist. In 14 ist schematisch die Schaltposition des Mehrwegventils 11 dargestellt.
Die Schaltposition der Drehschieberanordnung 55 ist wiederum in einer Draufsicht gemäß 15 dargestellt.
In einer dritten Schaltstellung der Drehschieberanordnung 55 gemäß den 13 bis 15 kann ein Übergang von einem Kühlmodus in einen Wärmepumpenmodus angesteuert werden.
In 16 ist die Drehschieberanordnung 55 im Mehrwegventil 11 in einer weiteren Schaltposition angeordnet. Dabei ist die Einlassöffnung 21 mit der dritten Anschlussöffnung 29 verbunden. Die zweite und vierte Anschlussöffnung 25, 33 sind geschlossen. Dabei ist die Drehschieberanordnung 55 in einer Position vorgesehen, bei welcher die Vertiefungen 82, die erste Durchbrechung 81 und die Vertiefung 83 zwischen den beiden Mündungen 27 und 35 positioniert ist, so dass die Umlenkung bewirkt wird. In 17 ist die dazugehörige Schaltungsanordnung schematisch dargestellt.
In 18 ist wiederum die Schaltposition der Drehschieberanordnung 55 in einer Draufsicht dargestellt.
In einer vierten Schaltstellung der Drehschieberanordnung 55 gemäß den 16 bis 18 kann ein reiner Wärmepumpenmodus angesteuert werden, also ein Heizen eines Kreislaufes bewirkt werden.
Bei einem weiteren Umschalten in den Wärmepumpenbetrieb wird die Drehschieberanordnung 55 in eine Drehposition gemäß 19 übergeführt, bei welcher das Kältemittel von der Einlassöffnung 21 in die dritte Anschlussöffnung 29 übergeführt und gleichzeitig der Kanal 88 aktiviert wird, so dass eine Kurzschlussströmung von der zweiten Anschlussöffnung 25 in die vierte Anschlussöffnung 33 ermöglicht ist.
Der dazugehörige Kältemittelkreislauf ist in 20 dargestellt. Die 21 zeigt die Positionierung der Drehschieberanordnung 55 gemäß 19.
In einer fünften Schaltstellung der Drehschieberanordnung 55 gemäß den 19 bis 21 kann ein Wärmepumpenmodus, insbesondere ein Heizen mit gleichzeitiger Absaugung des Kühlkreislaufes, angesteuert werden.
Darauffolgend kann eine weitere Drehbewegung der Drehschieberanordnung 55 erfolgen, um die Schaltposition gemäß 22 beziehungsweise 23 einzunehmen.
In 24 ist wiederum eine Draufsicht auf die Drehschieberanordnung in der Schaltposition gemäß 22 dargestellt.
In einer sechsten Schaltposition der Drehschieberanordnung 55 kann ein Spülen der Kreisläufe erfolgen.
Diese Schaltpositionen ermöglichen die Einnahme das Spülen und Evakuieren des Kältemittelkreislaufs. Zum Spülen ist die Schieberanordnung 55 derart positioniert, dass das Kältemittel von der Einlassöffnung 21 in die dritte Anschlussöffnung 29 und die vierte Anschlussöffnung 33 führt.
In 25 ist die Schieberanordnung 55 in einer Schaltposition dargestellt, bei welcher ein Evakuieren des Kältemittelkreislaufs 12 und ein anschließendes Befüllen ermöglicht ist. Dabei gibt die Drehschieberanordnung 55 sowohl einen Durchgang von der Einlassöffnung 21 zur ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlussöffnung 25, 29, 33 frei. Diese Schaltposition ist schematisch in 26 dargestellt.
Die 27 zeigt wiederum die Schaltposition der Schieberanordnung gemäß 25 in der Draufsicht.
In einer siebten Schaltstellung kann die Drehschieberanordnung 55 in eine Schaltposition übergeführt werden, welche ein Befüllen und Evakuieren des Kältemittelkreislaufes ermöglicht.
In 28a ist eine erste Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Mehrwegventils 11 zu 1 dargestellt. Die Schnittansicht gemäß 28a umfasst einen Schnittverlauf von einer ersten Einlassöffnung 21 ausgehend bis zur Längsmittelachse 40 und darauffolgend zu einer zweiten Anschlussöffnung 25 im oberen Gehäuseteil 16, wobei die Schnittlinien einen Winkel von 120° einschließen. Die 28b zeigt eine weitere Schnittansicht der alternativen Ausführungsform des Mehrwegventils 11 zu 1. Die Schnittlinie in 28b verläuft von der Einlassöffnung 21 in einem Winkel von 240°, so dass in dieser Schnittansicht eine dritte Anschlussöffnung 29 im oberen Gehäuseteil 16 sichtbar ist.
Bei dieser Ausführungsform in 28 weist das obere Gehäuseteil 16 des Mehrwegventils 11 drei Anschlüsse auf, nämlich die Einlassöffnung 21, die zweite Anschlussöffnung 25 und die dritte Anschlussöffnung 29, die jeweils um 120° zueinander versetzt angeordnet sind. Alternativ kann die Winkelanordnung zwischen den einzelnen Öffnungen auch voneinander abweichen.
Im unteren Gehäuseteil 11 dieser alternativen Ausführungsform ist die vierte Anschlussöffnung 33 vorgesehen. Folglich weist diese alternative Ausführungsform des Mehrwegventils 11 in der Anzahl der Öffnungen bezüglich dem oberen Gehäuseteil 16 und des unteren Gehäuseteils 17 ab. Auch kann eine Vertauschung gemäß der in den 28a,b dargestellten Anzahl von Öffnungen im oberen und unteren Gehäuseteil 16, 17 vorgesehen sein.
Eine weitere fakultative Abweichung des Mehrwegventils 11 gemäß der in 28a und b zur Ausführungsform in 1 ist dergestalt, dass die Drehschieberanordnung 55 aus nur einer Steuerscheibe, der ersten Steuerscheibe 56 ausgebildet ist. Diese stützt sich auf der dritten Steuerscheibe 58 ab. Die Oberflächen der ersten Steuerscheibe 56 beziehungsweise etwaige Anschlussflächen oder Niederdruckflächen 68, 69, welche bei der vorbeschriebenen Ausführungsform vorgesehen sind, können auch bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein.
Die Anordnung der Druckhülse 66 in der zweiten Anschlussöffnung 29 gemäß der Ausführungsform in 1, kann bei der Ausführungsform gemäß 28a und b sowohl in der Einlassöffnung 21 als auch in der zweiten und/oder dritten Anschlussöffnung 25, 29 vorgesehen sein. Diese Druckhülse 66 kann ein Dichtungselement 65 umfassen. Alternativ kann die Druckhülse 66 unmittelbar daran angeformt eine Dichtfläche aufweisen, die auf einer Außenseite der ersten Steuerscheibe 56 gleitend und abdichtend aufliegt.
Die Drehschieberanordnung 55 in 28 ist in einer ersten Schaltstellung positioniert, welche der ersten Schaltstellung in 8 spricht.
Die weiteren 29 bis 34 zeigen ebenfalls eine ersten Schnittansicht in Analogie zu der Figur 28a und eine zweite Schnittansicht in Analogie zur 28b. Abweichend in den jeweiligen nachfolgenden 29 bis 34 ist jeweils die dargestellte Schaltstellung der Drehschieberanordnung 55.
In 29a und b ist die Drehschieberanordnung 55 in einer zweiten Schaltstellung dargestellt, welche der Schaltposition in 11 entspricht.
In 30a und b ist die Drehschieberanordnung 55 in einer dritten Schaltstellung positioniert, welche der in 14 entspricht.
In 31a und b ist die Drehschieberanordnung 55 in einer vierten Schaltstellung positioniert, welche der Schaltstellung des Mehrwegventils in 17 entspricht.
In 32a und b ist die Drehschieberanordnung 55 in der fünften Schaltstellung in Analogie zu 20 vorgesehen.
In 33a und b ist die Drehschieberanordnung 55 des Mehrwegventils 11 in einer sechsten Schaltposition entsprechend 23 dargestellt.
In 34a und b ist die Drehschieberanordnung 55 des Mehrwegventils 11 in einer siebten Schaltstellung angeordnet, welche der in 26 dargestellten Schaltstellung des Mehrwegventils entspricht.
Im Hinblick auf die weiteren Ausgestaltungsmerkmale und Ausführungsformen für die zweite alternative Ausführungsform gemäß den 28a bis 34b wird auf die Ausführungen zur ersten Ausführungsform des Mehrwegventils gemäß den 1 bis 27 vollumfänglich Bezug genommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011118162 A1 [0002]

Claims

Mehrwegventil zur Steuerung eines Kältemittelkreislaufes (12) einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion, - mit einem Gehäuse (14), - mit einer ersten Einlassöffnung (21), die mit einem ersten Fluidkanal (22) mit einem Regulierraum (19) im Gehäuse (14) verbunden ist, - mit einer zweiten Anschlussöffnung (22), die mit einem zweiten Fluidkanal (26) mit dem Regulierraum (19) verbunden ist, - mit zumindest einer weiteren Anschlussöffnung (29, 33), die mit zumindest einem weiteren Fluidkanal (30, 34) mit dem Regulierraum (19) verbunden ist, - mit einer Betätigungsvorrichtung (37), welche mit einem Antriebsmotor (38) ein Übertragungselement (39) ansteuert, welches sich im Gehäuse (14) zwischen dem Antriebsmotor (38) und dem Regulierraum (19) erstreckt, und - mit einer in dem Regulierraum (19) angeordneten Drehschieberanordnung (55), welche mit dem Übertragungselement (39) gekoppelt und durch eine Drehbewegung des Übertragungselementes (39) um dessen Längsachse (40) in mehreren aufeinanderfolgenden und voneinander abweichenden Schalt- oder Regelpositionen zwischen der Einlassöffnung (21) und den Anschlussöffnungen (25, 29, 33) ansteuerbar ist.
Mehrwegventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieberanordnung (55) in einer ersten Schalt- oder Regelposition zur Ansteuerung in einem ersten Betriebsmodus, insbesondere einem Kühlmodus, die Einlassöffnung (21) mit der zweiten Anschlussöffnung (25) verbindet und die dritte und vierte Anschlussöffnung (29, 33) miteinander kurzschließt und gegenüber der Einlassöffnung (21) sowie der zweiten Auslassöffnung (25) dicht schließt.
Mehrwegventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieberanordnung (55) in einer zweiten Schalt- oder Regelposition zur Ansteuerung eines weiteren Betriebsmodus die Einlassöffnung (21) mit der zweiten Anschlussöffnung (25) verbindet und die dritte und vierte Anschlussöffnung (29, 33) jeweils dicht schließt.
Mehrwegventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieberanordnung (55) in einer dritten Schalt- oder Regelposition zur Ansteuerung eines weiteren Betriebsmodus die Einlassöffnung (21) mit der zweiten Anschlussöffnung (25) und der dritten Anschlussöffnung (29) verbindet und die vierte Anschlussöffnung (33) dicht schließt.
Mehrwegventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieberanordnung (55) in einer vierten Schalt- oder Regelposition zur Ansteuerung eines weiteren Betriebsmodus die Einlassöffnung (21) mit der dritten Anschlussöffnung (29) verbindet und die zweite und vierte Anschlussöffnung (25, 33) jeweils dicht schließt.
Mehrwegventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieberanordnung (55) in einer fünften Schaltstellung zur Ansteuerung eines weiteren Betriebsmodus die Einlassöffnung (21) mit der dritten Anschlussöffnung (29) verbindet und die zweite Anschlussöffnung (25) mit der vierten Anschlussöffnung (44) kurzschließt.
Mehrwegventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieberanordnung (55) in einer sechsten Schalt- oder Regelposition zur Ansteuerung eines weiteren Betriebsmodus die Einlassöffnung (21) mit der dritten Anschlussöffnung (29) und der vierten Anschlussöffnung (33) verbindet und die zweite Anschlussöffnung (25) dicht schließt.
Mehrwegventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine beliebige Umschaltung zwischen den Schaltstellungen vorgesehen ist und vorzugsweise mindestens eine Ausgangsöffnung (25, 29, 33) offen ist und insbesondere bei allen Schaltstellungen eine Verbindung zwischen der Einlassöffnung (21) und der vierten Anschlussöffnung (44) gesperrt ist.
Mehrwegventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieberanordnung (55) in einer siebten Schalt- oder Regelposition zur Ansteuerung eines weiteren Betriebsmodus die Einlassöffnung (21) mit der zweiten Anschlussöffnung (25), der dritten Anschlussöffnung (29) und der vierten Anschlussöffnung (33) verbindet.
Mehrwegventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (14) zumindest eine weitere Einlassöffnung (21) vorgesehen ist, die durch die Drehschieberanordnung (55) mit der zumindest einen ersten Einlassöffnung (21) und/oder mit den Anschlussöffnungen (22, 29, 33) in verschiedene Schalt- und Regelpositionen ansteuerbar sind.
Mehrwegventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) zweiteilig ausgebildet ist und ein oberes und unteres Gehäuseteil (16, 17) umfasst, wobei eine Trennebene (18) zwischen dem oberen und unteren Gehäuseteil (16, 17) in dem Regulierraum (19) liegt.
Mehrwegventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieberanordnung (55) aus einer Steuerscheibe (56) ausgebildet ist oder dass die Drehschieberanordnung (55) aus zumindest einer ersten und zweiten Steuerscheibe (56, 57) besteht, die fest, vorzugsweise mit einer Verdrehversicherung, miteinander verbunden und insbesondere durch eine Drehbewegung des Übertragungselementes (39) um die Längsache (40) ansteuerbar sind.
Mehrwegventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Steuerscheibe (56, 57) der Drehschieberanordnung (55) getrennt zueinander angeordnete Durchbrechungen (81, 84, 85) aufweisen, die fluchtend zueinander ausgerichtet sind und auf einem gemeinsamen Kreisumfang liegen.
Mehrwegventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Durchbrechung der Steuerscheibe (56, 57) bogensegmentförmig ausgebildet ist und sich vorzugsweise entlang eines Umfangwinkels von zumindest 90° erstreckt und vorzugsweise die zweite Durchbrechung (84) tropfenförmig ausgebildet ist und insbesondere die dritte Durchgangsbohrung (85) stegförmig ausgebildet ist.
Mehrwegventil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Steuerscheibe (56) eine muldenförmige Vertiefung (82) an einem Ende der Durchbrechung (81) sich anschließt, die der zweiten Steuerscheibe (57) gegenüberliegend vorgesehen ist und vorzugsweise an dem anderen Ende der ersten Durchbrechung (81) eine weitere Vertiefung (83) vorgesehen ist, und insbesondere die erste Durchbrechung (81) mit den daran sich beidseitig erstreckenden Vertiefungen (82, 83) einen Umfangswinkel von 180° einschließen.
Mehrwegventil nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerscheibe (57) einen zur ersten Steuerscheibe (56) randoffenen Kanal (88) aufweist, wobei der Kanal (88) jeweils an seinem Ende eine zur Unterseite der zweiten Steuerscheibe (57) aufweisende Öffnung (89) umfasst, und der offene Kanal (88) durch die erste Steuerscheibe (56) abgedichtet oder dicht geschlossen ist und vorzugsweise die Öffnungen (89) auf einem Kreisumfang der Durchbrechungen (81, 84, 85) liegen.
Mehrwegventil nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Unterseite des Regulierraumes (19) eine dritte Steuerscheibe (58) vorgesehen ist, die vorzugsweise fest an dem unteren Gehäuseteil (17) angeordnet ist.
Mehrwegventil nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheiben (56, 57, 58) aus einem verschleißfesten und/oder reibungsarmen Material, insbesondere Keramik oder Kunststoff, ausgebildet sind, und vorzugsweise geschliffene oder geläppte Funktionsoberflächen aufweisen, die insbesondere aus Duroplast ausgebildet sind.
Mehrwegventil nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieberanordnung (55) aus zumindest einer ersten und zweiten Steuerscheibe (56, 57) besteht, die zusammengesintert oder miteinander verbacken sind oder als 3D-Druckbauteil ausgebildet sind.
Mehrwegventil nach Anspruch 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerscheibe (56) der Drehschieberanordnung (55), welche zum Übertragungselement (39) weist, einen Mitnehmer (51) aufnimmt, der vorzugsweise in einer randoffenen Ausnahme (76) der ersten Steuerscheibe (56), insbesondere verdrehgesichert, einsetzbar ist.
Mehrwegventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (51) und die Welle (42) durch einen Zwischenadapter (44) miteinander gekoppelt sind und vorzugsweise der Zwischenadapter (44) geklemmt oder gespannt zum Übertragungselement (39) vorzugsweise formschlüssig befestigt ist.
Mehrwegventil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenadapter (44) zum Mitnehmer (51)in axialer Richtung verschiebbar und vorzugsweise federgelagert angeordnet ist.
Mehrwegventil nach einem der Ansprüche 20 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenadapter (44) und der Mitnehmer (51) als eine Bolzenkupplung ausgebildet sind und vorzugsweise der Zwischenadapter (44) wenigstens ein Mitnehmerelement (47) aufweist, welches mit wenigstens einem komplementären Mitnehmerelement (52) des Mitnehmers (51) drehgesichert und vorzugsweise axial verschiebbar verbunden ist.
Mehrwegventil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein als Bolzen ausgebildetes Mitnehmerelement (47) und ein als Bohrung ausgebildetes komplementäres Mitnehmerelement vorgesehen sind, die in axialer Richtung verfahrbar zueinander geführt sind.
Mehrwegventil nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Oberseite des Regulierraums (19) und einer dieser zugewandten Oberfläche der ersten Steuerscheibe (56) zumindest ein Niederhalter (63) vorgesehen ist, durch welchen die Drehschieberanordnung (55) abdichtend gegen die dritte Steuerscheibe (57) angeordnet ist.
Mehrwegventil nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dritten Steuerscheibe (58) und einer Mündung (27, 35) am unteren Gehäuseteil (17) jeweils eine Dichtung (61) vorgesehen ist und dass zwischen der ersten Steuerscheibe (56) und der Mündung (31) am oberen Gehäuseteil (16) ein weiteres Dichtungselement (65), vorzugsweise federgelagertes Dichtungselement (65), vorgesehen ist.
Mehrwegventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (38) ein gegenüber der Atmosphäre gasdichtes Übertragungselement (39) ansteuert.
Mehrwegventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Kältemittels unabhängig von Schaltpositionen der Drehschieberanordnung (55) über die Einlassöffnung (21) zum Regulierraum (19) vorgesehen ist.
Mehrwegventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (38) die Schalt- oder Regelpositionen der Drehschieberanordnung (55) ansteuert.
Mehrwegventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine druckbeaufschlagte Fläche (A) des Dichtelementes (65), welche durch den Außenumfang einer Dichtgeometrie des Dichtelementes (65) zur ersten Steuerscheibe (56) begrenzt ist und eine druckbeaufschlagte Fläche (B) der dritten Steuerscheibe (58), welche durch den Außenumfang einer die Öffnung (70) der dritten Steuerscheibe (58) umgebenden Niederdruckfläche (69) begrenzt ist, in einem Verhältnis zwischen 0,25 und 2 liegt, vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 liegt.