DE102022125470A1

DE102022125470A1 - Rückschlagventil, insbesondere für einen Kälte- oder Wärmekreislauf

Info

Publication number: DE102022125470A1
Application number: DE102022125470.4A
Authority: DE
Inventors: Eike Willers; Andreas Auweder
Original assignee: Otto Egelhof GmbH and Co KG
Current assignee: Otto Egelhof GmbH and Co KG
Priority date: 2022-10-04
Filing date: 2022-10-04
Publication date: 2024-04-18
Also published as: WO2024074949A1; CN119968532A; EP4547987A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil, insbesondere für einen Kälte- oder Wärmekreislauf, welches in eine Anschlussöffnung (26, 27, 28, 29) einer Anschlusseinrichtung (21) oder eines Rohres (39) einsetzbar ist, wobei das Rückschlagventil ein Ventilschließglied (61) mit einem Schließkörper (65) aufweist, und eine Schließfläche (108) des Schließkörpers (65) in einer Ausgangsposition (62) des Ventilschließgliedes (61) an dem Ventilsitz (75) anliegt und eine Durchgangsöffnung (24) schließt, wobei der Schließkörper (65) sich ausgehend von der Schließfläche (108) entgegengesetzt zur Verfahrbewegung in die Arbeitsposition (63) des Schließkörpers (65) sich erstreckt, und der Schließkörper (65) am freien stirnseitigen Ende (101) eine konvexe Kontur (102) aufweist, welche durch eine konkave Kontur (105) mit der Schließfläche (108) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil, insbesondere für einen Wärme- oder Kältekreislauf.
Aus der WO 2019/219732 A1 ist ein Rückschlagventil für einen Kälte- oder Wärmekreislauf bekannt, welches in eine Einlassöffnung einer Anschlusseinrichtung oder eines Rohres einsetzbar ist. Dieses Rückschlagventil umfasst ein einteiliges oder mehrteiliges Gehäuse mit zumindest einem Grundgehäuse, wobei eingangsseitig eine Zuführöffnung und ausgangsseitig am Grundgehäuse eine Abführöffnung vorgesehen ist, die durch einen Strömungskanal miteinander verbunden sind.
Das Grundgehäuse umfasst zumindest ein Führungselement, durch welches ein Ventilschließglied aus einer Ausgangsposition bzw. Schließposition in eine Arbeitsposition bzw. Öffnungsposition verschiebbar geführt ist. Entgegengesetzt zur Öffnungsbewegung des Ventilschließgliedes wirkt ein Kraftspeicherelement. Das Grundgehäuse, das Führungselement sowie das auf das Ventilschließglied wirkende Kraftspeicherelement sind stromab eines Ventilsitzes vorgesehen, an welchem eine Schließfläche eines Schließkörpers des Ventilschließgliedes in der Ausgangsposition anliegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rückschlagventil auszubilden, welches eine Reduzierung eines Druckverlustes in einem das Rückschlagventil durchströmenden Mediums ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Rückschlagventil mit einem Ventilschließglied gelöst, welches einen Schließkörper mit einer Schließfläche umfasst, die in einer Ausgangsposition an dem Ventilsitz anliegt und einen Strömungskanal schließt und der Schließkörper sich ausgehend von der Schließfläche in eine Richtung entgegengesetzt zu einer Verfahrbewegung des Schließkörpers in die Arbeitsposition erstreckt und der Schließkörper an einem freien stirnseitigen Ende eine konvexe Kontur aufweist, welche durch eine konkave Kontur mit der Schließfläche des Schließkörpers verbunden ist. Durch diese Form des Schließkörpers, der sich entgegengesetzt der Strömungsrichtung eines Mediums ausgehend von dem Ventilsitz bzw. der Schließfläche, die in dem Ventilsitz anliegt, erstreckt, kann eine Strömungsoptimierung erzielt werden. Insbesondere kann dadurch eine Reduktion von Turbolenzen des Mediums, insbesondere beim Anströmen des Ventilsitzes, geschaffen werden. Durch die Erhöhung eines laminaren Anteils der Strömung im Medium, welches durch das geöffnete Rückschlagventil hindurchströmt, kann eine Reduzierung des Druckverlustes ermöglicht werden. Insbesondere bei Rückschlagventilen, die auf einer Niederdruckseite eines Kälte- oder Wärmekreislaufes eingesetzt sind, kann eine Reduzierung der Druckverluste zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades führen. Dies wirkt sich beispielsweise positiv auf eine Wärmeabgabe aus, die dadurch erhöht werden kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen der konvexen Kontur ausgehend von dem stirnseitigen Ende des Schließkörpers und der Schließfläche des Schließkörpers ein fließender Übergang durch die konkave Kontur ausgebildet ist. Vorteilhafterweise sind sanfte Steigungen vorgesehen, um beruhigte Strömungszonen zu erzielen.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die konvexe Kontur am freien stirnseitigen Ende des Schließkörpers unmittelbar in die konkave Kontur übergeht und die konkave Kontur unmittelbar in die Schließfläche übergeht. Dadurch werden keine geradlinigen Abschnitte ausgebildet. Durch den unmittelbaren Übergang zwischen den Konturen und von der konvexen Kontur in die Schließfläche kann eine weitere Strömungsoptimierung erfolgen.
Die am vorderen stirnseitigen Ende des Schließkörpers ausgebildete konvexe Kontur kann halbkugelförmig oder mit einem parabelförmigen Querschnitt ausgebildet sein. Entfernt von dem stirnseitigen Ende des Schließkörpers kann die halbkugelförmige Kontur oder parabelförmige Kontur eine Äquatorfläche mit einem Radius R₁ auf, welche kleiner als eine Querschnittsfläche der Schließfläche ist. Dies kann eine Optimierungsgröße zur Reduzierung des Druckverlustes sein.
Die konkave Kontur am Schließkörper, welche sich zwischen der konvexen Kontur und der Schließfläche des Schließkörpers erstreckt, weist bevorzugt einen Radius R₂ auf. Dadurch kann ein kontinuierlicher Übergang ermöglicht sein. Alternativ kann anstelle des Radius R₂ auch ein Kurvenverlauf die konkave Kontur vorgesehen sein, welche mit einer sich ändernden Steigung oder einen sich ändernden Radius ausgebildet ist. Insbesondere nimmt die Steigung in Richtung auf den Übergang zur Schließfläche des Schließkörpers zu oder der Radius wird kleiner. Dadurch weitet sich Schließkörper ausgehend von seinem stirnseitigen Ende in Richtung Schließfläche auf.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Radius R₂ der konkaven Kontur größer als der Radius R₁ der konvexen Kontur ausgebildet ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Schließkörpers kann vorgesehen sein, dass der Radius R₁ der Äquatorfläche oder der konvexen Kontur kleiner als ein Radius R₃ ist, der die Querschnittsfläche der Schließfläche des Schließkörpers bestimmt.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass eine Länge L des Schließkörpers ausgehend von der Schließfläche bis zum freien stirnseitigen Ende des Schließkörpers im Verhältnis zum Radius R₁ der konvexen Kontur in einem Bereich zwischen 0,25 und 5 liegt. Auch bei einer solchen Geometrie konnte eine Reduzierung des Druckverlustes erzielt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Länge L des Schließkörpers ausgehend von der Schließfläche bis zum stirnseitigen Ende des Schließkörpers größer als eine Verfahrbewegung des Schließkörpers aus der Ausgangsposition in die Arbeitsposition ist. Dies bedeutet, dass ein Öffnungshub des Schließkörpers kleiner als die Länge L des Schließkörpers zwischen der Schließfläche und dem stirnseitigen Ende des Schließkörpers ausgebildet sein kann.
Des Weiteren kann eine vorteilhafte Ausgestaltung des Schließkörpers durch ein Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche der Schließfläche und der Länge des Schließkörpers ausgehend von der Schließfläche bis zum stirnseitigen Ende des Schließkörpers in einem Bereich von 3 zu 0,3 vorgesehen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ausgehend von der Schließfläche des Schließkörpers in Richtung auf das freie stirnseitige Ende des Schließkörpers oder bis zum freien stirnseitigen Ende des Schließkörpers sich Führungsrippen erstrecken. Dies ermöglicht, dass der sich entgegen der Strömungsrichtung erstreckende Schließkörper auch während eines Öffnungshubes durch die Führungsrippen relativ zu dem Ventilsitz zentrisch geführt werden kann. Dadurch können gleichmäßige Strömungsverhältnisse unabhängig von der Größe des Öffnungshubes aufrechterhalten werden.
Insbesondere sind zwei oder mehrere Führungsrippen, vorzugsweise im gleichen Umfangswinkel zueinander ausgerichtet, an dem Schließkörper des Ventilschließgliedes vorgesehen. Beispielsweise kann eine sternförmige Anordnung oder die Anordnung in Form eines mathematischen Plus der Führungsrippen an dem Schließkörper vorgesehen sein.
Die Führungsrippen am Schließkörper weisen bevorzugt eine Führungsfläche auf, die sich ausgehend von der Schließfläche des Schließkörpers in Richtung zum freien stirnseitigen Ende des Schließkörpers erstrecken und parallel zueinander ausgerichtet sind.
Vorzugsweise ist die Länge F_R der Führungsrippe kleiner als eine Führungslänge F_L zwischen einer Hülse des Grundgehäuses und einem zum Grundgehäuse weisenden Führungsabschnitt des Schließkörpers. Dadurch kann eine Führung des Schließkörpers über den gesamten Öffnungshub des Ventilschließgliedes ermöglicht sein.
Zwischen der Führungsfläche der Führungsrippe und dem freien stirnseitigen Ende des Schließkörpers kann eine Anströmfläche ausgebildet sein. Diese Anströmfläche kann geradlinig oder gerundet oder auch gekrümmt ausgebildet sein. Bei der geradlinigen Ausbildung der Anströmfläche ist diese vorzugsweise in einem Winkel kleiner 60° zur Längsachse des Ventilschließgliedes geneigt.
Die Führungsfläche der Führungsrippe erstreckt sich bevorzugt ausgehend von der Schließfläche des Schließkörpers zumindest bis zur Äquatorfläche der konvexen Kontur.
Des Weiteren kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Führungsfläche der Führungsrippe eine Länge F_R aufweist, die gleich oder größer als eine Verfahrbewegung des Schließkörpers aus der Ausgangsposition in die Arbeitsposition ist.
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 Darstellung eines Kältekreislaufes,
2 eine schematische Schnittansicht einer Anschlusseinrichtung mit einem Rückschlagventil,
3 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des Rückschlagventils,
4 eine schematische Schnittansicht des Rückschlagventils gemäß 3,
5 eine schematische Schnittansicht des Rückschlagventils gemäß 3 in einer Einbausituation,
6 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Rückschlagventils gemäß 3 in einer Einbausituation,
7 eine schematische Schnittansicht des Rückschlagventils gemäß 3 mit einem Ventilgehäuse in einer weiteren Einbausituation,
8 eine perspektivische Ansicht auf eine alternative Ausführungsform des Rückschlagventils zur 3,
9 eine schematische Schnittansicht des Rückschlagventils gemäß 8 in einer Ausgangsposition, und
10 eine schematische Schnittansicht des Rückschlagventils gemäß 8 in einer Arbeitsposition.

1 zeigt einen konventionellen Aufbau eines Kälte- beziehungsweise Wärmekreislaufs 11, insbesondere einer Klimaanlage, welcher vorzugsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. In einem Verdichter 12 wird ein Kältemittel komprimiert. Dies kann beispielsweise R134A, R1234yf oder CO2 sein. Das komprimierte Kältemittel wird einem Kondensator 13 zugeführt, wobei ein Wärmeaustausch zwischen dem komprimierten Kältemittel und der Umgebung stattfindet, um das Kältemittel zu kühlen. Dem Kondensator 13 nachgeordnet kann ein Akkumulator 17 beziehungsweise Sammler vorgesehen sein, um Kältemittel der Gasphase und der Flüssigphase zu trennen und gleichzeitig flüssiges Kältemittel zu sammeln. Das den Kondensator 13 beziehungsweise Akkumulator 17 verlassende Kältemittel gelangt an einen inneren Wärmetauscher 14. Zwischen dem inneren Wärmetauscher 14 und einem Wärmeüberträger 16 ist ein Expansionsventil 15 vorgesehen. Durch das Expansionsventil 15 wird der Massenstrom des Kälte- beziehungsweise Wärmekreislaufs 11 in Abhängigkeit der anstehenden Druckdifferenz geregelt. Das unter Hochdruck stehende Kältemittel wird durch das Expansionsventil 15 expandiert und gelangt niederdruckseitig zu dem Wärmeüberträger 16. Aus dem Wärmeüberträger 16 nimmt das Kältemittel Wärme aus der Umgebung auf. Von dort aus wird das Kältemittel über den inneren Wärmetauscher 14 wieder dem Verdichter 12 zugeführt.
Beim Einsatz einer nachfolgend beschriebenen Anschlusseinrichtung 21 gemäß 2 bei einem solchen Kältekreislauf ist dahingehend beim Aufbau des Kältekreislaufs 11 gemäß 2 eine Abweichung gegeben, dass das Expansionsventil 15 nicht separat in einem Leitungsabschnitt zwischen dem inneren Wärmetauscher 14 und dem Wärmeüberträger 16 angeordnet ist, sondern beispielsweise in einen Anschlussblock 22 integriert ist.
Die Anschlusseinrichtung 21 gemäß 2 umfasst eine Einlassöffnung 26 einer ersten Durchgangsbohrung 24, die über eine Drosselstelle 31 zu einer Auslassöffnung 27 führt. Diese Auslassöffnung 27 ist mit einem Eingang des Wärmeüberträgers 16 verbunden. Benachbart dazu ist eine zweite Durchgangsbohrung 25 in der Anschlusseinrichtung 21 vorgesehen. Eine Einlassöffnung 28, welche mit einem Ausgang des Wärmeüberträgers 16 in Verbindung steht, nimmt das vom Wärmeüberträger 14 kommende Kältemittel auf und führt es einer Auslassöffnung 29 der zweiten Durchgangsbohrung 25 zu. Die Einlassöffnung 26 der ersten Durchgangsbohrung 24 und die Auslassöffnung 29 der zweiten Durchgangsbohrung 25 sind in einer gemeinsamen Anschlussbohrung 33 vorgesehen. In diese gemeinsame Anschlussbohrung 33 ist ein Endabschnitt eines inneren Wärmetauschers 14 einsetzbar. Dieser innere Wärmetauscher 14 weist ein Außenrohr 36 auf, dessen Außenumfang am Bohrungsabschnitt 35 der Anschlussbohrung 33 anliegt und sich zumindest teilweise in die Anschlussbohrung 33 hinein erstreckt. In dem Außenrohr 36 ist bevorzugt ein Ringbund 37 oder ein Flansch oder eine sonstige Anschlussstelle vorgesehen, welche an dem Anschlussblock 22 anliegt und den inneren Wärmetauscher 14 zum Anschlussblock 22 fixiert.
Das Außenrohr 36 des inneren Wärmetauschers 14 erstreckt sich nahe oder bis zur Drosselstelle 31, ohne diese zu überdecken. Ein Innenrohr 39 des inneren Wärmetauschers 14 ragt gegenüber dem Außenrohr 36 hervor und liegt bevorzugt an einer Stirnfläche 40 an, die im Übergangsbereich 34 zwischen der Auslassöffnung 29 und dem Bohrungsabschnitt 35 gebildet ist. Durch eine solche Anordnung wird die Einlassöffnung 26 der ersten Durchgangsbohrung 24 durch einen Ringkanal zwischen dem Innenrohr 39 und dem Bohrungsabschnitt 35 der Anschlussbohrung 33 gebildet.
Bei dieser Anschlusseinrichtung 21 ist der Drosselstelle 31 in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen beispielsweise ein Expansionsventil 45 nachgeschalten.
In der Auslassöffnung 29 der zweiten Durchgangsbohrung 25 des Anschlussblocks 22 kann ein Rückschlagventil 41 einsetzbar sein. Alternativ kann ein Rückschlagventil 41 auch in ein Ende des inneren Rohres 39 des inneren Wärmetauschers 14 einsetzbar sein. In beiden Fällen grenzt das Rückschlagventil 41 an die Stirnfläche 40 an oder ist benachbart dazu angeordnet. Eine zusätzliche Schnittstelle wird dadurch nicht gebildet. Das Rückschlagventil 41 kann auch in weitere Kreisläufe zur Sicherung von nur einer Strömungsrichtung des Mediums eingesetzt werden. Insbesondere ist das Rückschlagventil 41 niederdruckseitig und/oder saugseitig eingesetzt.
In 3 ist eine erste Ausführungsform eines Rückschlagventils 41 da rgestellt.
Die 4 zeigt eine schematische Schnittansicht des Rückschlagventils 41 gemäß 3.
Dieses Rückschlagventil 41 umfasst ein Grundgehäuse 44, welches ringförmig ausgebildet ist. Im mittleren Bereich des Grundgehäuses 44 ist ein Führungselement 53 vorgesehen. Dieses ist beispielsweise zumindest durch eine Längsrippe 56, vorzugsweise durch drei Längsrippen 56, aufgenommen. Dieses Führungselement 53 kann eine Hülse 54 umfassen, welche im Schnitt in 4 dargestellt ist. Zwischen der Hülse 54 und dem Führungselement 53 können Aussparungen 52 vorgesehen sein. Das Führungselement 53 umfasst zumindest eine Durchbrechung 57, vorzugsweise drei Durchbrechungen 57, die miteinander in Verbindung stehen. Die Durchbrechungen 57 sind beispielsweise sternenförmig zueinander ausgerichtet. Vorzugsweise liegen die Durchbrechungen 57 in Längserstreckung zu den Längsrippen 56.
Das Grundgehäuse 44 kann eine umlaufende Schulter 95 aufweisen, durch welche ein radial nach außen gerichteter Vorsprung geschaffen wird. Dieser kann beispielsweise als Anschlag für einen definierten Einbau des Rückschlagventils 41 dienen. Das Grundgehäuse 44 kann des Weiteren einen Anschlussabschnitt 85 aufweisen. Dieser kann dazu dienen, dass ein Ventilgehäuse 43 mit einem daran angeordneten Anschlussabschnitt 84 zum Grundgehäuse 44 befestigbar ist. Diese Anordnung des Ventilgehäuses 43 zum Grundgehäuse 44 ist beispielsweise in 7 dargestellt.
Aus der Schnittansicht gemäß 4 geht hervor, dass sich innerhalb des Ventilschließgliedes 61 zumindest ein Führungsstab 59 erstreckt. Dieser Führungsstab 59 erstreckt sich vom Schließkörper 65 in Richtung auf das Grundgehäuse 44. Am Ende des Führungsstabes 59 ist ein Sperrelement 60 vorgesehen. Dieses Sperrelement 60 ist radial nach außen gerichtet. Der Führungsstab 59 weist eine Abmessung im Querschnitt auf, sodass dieser in der Durchbrechung 57 geführt ist. Vorteilhafterweise sind drei Führungsstäbe 59 sternförmig zueinander ausgerichtet. Zum Verbinden des Ventilschließgliedes 61 mit dem Grundgehäuse 44 werden die Führungsstäbe 59 aufeinander zubewegt, sodass die Sperrelemente 60 durch die Durchbrechungen 57 hindurchführbar sind. Anschließend kehren die Führungsstäbe 59 in ihre Ausgangsposition zurück. Durch das zwischen dem Grundgehäuse 44 und dem Ventilschließglied 61 wirkende Kraftspeicherelement 71 wird das Ventilschließglied 61 in eine Ausgangsposition 62 zum Grundgehäuse 44 positioniert. Die Verschiebebewegung relativ zum Grundgehäuse 44 des Ventilschließgliedes 61 wird durch das jeweilige Sperrelement 60 des zumindest einen Führungsstabe 59 begrenzt. Dieses Sperrelement 60 liegt an einer Außenseite des Bodens 55 am Führungselement 53 an und begrenzt die Verschiebebewegung.
In dieser Ausgangsposition 62 kann das Kraftspeicherelement 71 zwischen dem Grundgehäuse 44 und dem Ventilschließglied 61 vorgespannt sein. Dadurch kann eine Öffnungskraft des Ventilschließgliedes 61 einstellbar sein. Auch kann eine schnellere Schließbewegung aus einer Arbeitsposition in die Ausgangsposition 62 erzielt werden.
Zwischen einem Führungsabschnitt 66 des Ventilschließgliedes 61 und der Hülse 54 des Führungselementes 53 ist eine axiale Führung gebildet. Vorzugsweise kann auch eine axial verschiebbare Dichtung zwischen dem Führungsabschnitt 66 und der Hülse 54 vorgesehen sein. Das Ventilschließglied 61 weist benachbart zum Ventilsitz 75 eine Vertiefung 79 auf, in welcher ein Dichtelement 81 angeordnet ist.
Der Schließkörper 65 des Ventilschließgliedes 61 kann sich in einem Bereich zwischen dem Dichtelement 81 und dem Grundgehäuse 44 asymmetrisch erstrecken. Beispielsweise kann eine einseitige Abflachung 96 vorgesehen sein, welche einem gekrümmten Verlauf 97 gegenüberliegt. Der gekrümmte Verlauf 97 des Schließkörpers 65 kann einem strömungsgünstigen Verlauf aufweisen. Durch die einseitige Abflachung 96 kann ein vergrößertes Strömungsvolumen erzielt werden.
Durch den zumindest einen Führungsstab 59 kann eine zusätzliche Führung für das innenliegende Kraftspeicherelement 71 gegeben sein. Das Kraftspeicherelement 71 ist bevorzugt innerhalb der Hülse 54 des Führungselementes und dem Führungsabschnitt vorgesehen.
Der Schließkörper 65 des Ventilschließgliedes 61 erstreckt sich ausgehend von dem Dichtelement 81 entgegengesetzt zum Grundgehäuse 44. Dieser Schließkörper 65 weist an einem freien stirnseitigen Ende 101 eine konvexe Kontur 102 auf. Ausgehend von der konvexen Kontur 102 und in Richtung auf das Dichtelement 81 schließt sich an die konvexe Kontur 102 eine konkave Kontur 105 an, welche in eine Schließfläche 108 des Schließkörpers 65 übergeht. Diese Schließfläche 108 grenzt unmittelbar an das Dichtelement 81 bzw. die Vertiefung 79 im Schließkörper 65 an. Die Schließfläche 108 kann zu einer flächigen oder linienförmigen Anlage in dem Ventilsitz 75 ausgebildet sein. Die konvexe Kontur 102 kann halbkreisförmig ausgebildet werden und endet in einer entfernt vom freien stirnseitigen Ende 101 fiktiven Äquatorfläche 103. Bei einer halbkreisförmigen Kontur entspricht die Äquatorfläche 103 dem zweifachen Radius R₁, der die Krümmung der konvexen Kontur 102 bestimmt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die konvexe Kontur 102 durch eine Parabel im Querschnitt gesehen ausgebildet ist, welche ebenfalls in der Äquatorfläche 103 endet. Unmittelbar an diese Äquatorfläche 103 anschließend erstreckt sich die konkave Kontur 105 in Richtung auf die Schließfläche 108 des Schließkörpers 65. Die konkave Kontur 105 kann eine konstante Krümmung mit einem Radius R₂ aufweisen. Auch kann die konkave Kontur 105 mit einer zunehmenden Steigung in Richtung auf die Schließfläche 108 ausgebildet sein.
An das Dichtelement 81 angrenzend umfasst die Schließfläche 108 eine Querschnittsfläche 109 mit einem Radius R₃. Diese Querschnittsfläche 109 entspricht einer Querschnittsfläche für eine Durchgangsöffnung 24 in dem Ventilsitz 75, in welchem das Ventilschließglied 61 in einer Ausgangsposition anliegt und die Durchgangsöffnung 24 schließt.
In 5 ist eine schematische Ansicht des Rückschlagventils 41 gemäß 3 und 4 in einer ersten Einbausituation dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Anschlussöffnung der Anschlusseinrichtung 21 oder eines Rohres 39 dargestellt. Die Anschlussöffnung kann eine Auslassöffnung und/oder Einlassöffnung 26 27, 28, 29 sein. Das Rückschlagventil 41 schließt die Durchgangsöffnung 24 in eine Strömungsrichtung.
Das Grundgehäuse 44 liegt an einer Stufe in der Anschlussöffnung der Anschlusseinrichtung 21 mit der Schulter 95 an. Dadurch nimmt das Rückschlagventil 41 eine definierte Lage innerhalb der Anschlussöffnung ein. Das Rückschlagelement 41 kann dabei mit einer definierten Vorspannkraft des Kraftspeicherelements 71 eingebaut sein. In diesem Fall ist das Kraftspeicherelement 71 zwischen dem Ventilschließglied 61 und dem Grundgehäuse 44 mit einer Druckkraft beaufschlagt und entspricht bevorzugt der Schließkraft des Ventilschließgliedes 61. Der Ventilsitz 75 ist durch eine Verengung in der Durchgangsöffnung 24 gebildet. An diesem Ventilsitz 75 liegt der Schließkörper 65 als auch die Dichtung 81 des Ventilschließgliedes 61 an. In der in 5 dargestellten Ausgangsposition 62 des Rückschlagventils 41 ist die Durchgangsöffnung 24 geschlossen.
Durch die Veränderung des Abstandes zwischen dem Ventilsitz 75 und dem Grundgehäuse 44 des Rückschlagventils 11 in der Anschlussöffnung der Anschlusseinrichtung 21 ist die Vorspannung des Kraftspeicherelements 71 und somit ein Öffnungszeitpunkt einstellbar.
Bei einer Druckbeaufschlagung auf das Ventilschließglied 61 durch ein Medium wird das Ventilschließglied 61, vorzugsweise nach Überwindung der eingestellten Vorspannkraft, in Richtung auf das Grundgehäuse 44 verfahren. Das Ventilschließglied 61 wird in eine Arbeitsposition 63 übergeführt. Dadurch hebt der Schließkörper 65 des Ventilschließgliedes 61 vom Ventilsitz 75 ab, und das Medium kann in Richtung auf das Grundgehäuse 44 strömen. Beispielsweise gelangt das Medium durch den zumindest einen Strömungskanal 49 durch die Abführöffnung 51 hindurch.
Der Schließkörper 65 liegt mit seiner Schließfläche 108 in einer Ausgangsposition 62 in dem Ventilsitz 64 an. Bei dieser Ausführungsform des Rückschlagventils 41 erstreckt sich der Schließkörper 65 entgegengesetzt zur Strömungsrichtung über den Ventilsitz 64 hinaus.
Der Schließkörper 65 kann beispielsweise einen Radius R₁ für eine Äquatorfläche 103 aufweisen, der kleiner als ein Radius R₃ der Querschnittsfläche ist, in der die Schließfläche 108 liegt. Vorzugsweise ist R₁ kleiner als 0,5 R₃ oder 0,25 R₃. Des Weiteren kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Radius R₁ für die konvexe Kontur 102 kleiner als der Radius R₂ für die konkave Kontur 105 ist. Des Weiteren kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Länge L ausgehend von dem Dichtelement 81 bzw. der Schließfläche 108 bis zum freien stirnseitigen Ende des Schließkörpers 101 im Verhältnis zum Radius R₁ in einem Bereich zwischen 0,5 und 5 liegt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Länge L größer als ein Öffnungshub des Ventilschließgliedes aus der Ausgangsposition 62 in die Arbeitsposition 63 ist. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis zwischen dem Radius R₃ der Querschnittsfläche der Schließfläche 108 und der Länge L von der Schließfläche 108 bis zum stirnseitigen Ende 101 des Schließkörpers 65 in einem Bereich von 4 zu 0,25 liegt.
In 6 ist eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Rückschlagventils 41 gemäß 3 in einer analogen Einbausituation gemäß 5 dargestellt. Diese Ausführungsform des Rückschlagventils 41 entspricht dem in den 3 bis 5. Zusätzlich sind bei dem Rückschlagventil 41 gemäß 6 an dem Schließkörper 65 Führungsrippen 82 vorgesehen. Diese Führungsrippen 82 erstrecken sich bevorzugt von der Schließfläche 108 in Richtung auf das freie stirnseitige Ende 101 des Schließkörpers 65. Vorteilhafterweise sind zwei oder mehrere Führungsrippen 82 vorgesehen. Diese Führungsrippen 82 weisen Führungsflächen 83 auf, die vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Führungsflächen 83 sind koaxial zur Längsachse des Ventilschließgliedes 61 bzw. zu dessen Hubbewegung ausgerichtet. Die Führungsflächen 83 können Anströmflächen 111 aufweisen, die ausgehend von dem einen Ende der Führungsfläche 83 in die konkave Kontur 105 oder in die konvexe Kontur 102 übergehen. Auch kann die Anströmfläche 111 unmittelbar in das stirnseitige Ende 101 der konvexen Kontur 102 übergehen.
Die Führungsfläche 83 weist bevorzugt eine Länge F_R auf. Die Länge F_R der Führungsfläche 83 von der Führungsrippe 82 ist bevorzugt kleiner als eine Länge F_L einer Führung, welche zwischen einer Hülse 54 am Grundgehäuse 44 und dem Führungsabschnitt 66 am Schließkörper 65 gebildet ist. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Führungsflächen 83 der Führungsrippen 82 einen Außenumfang aufweist, der einem Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 24 entspricht.
In 7 ist eine schematische Schnittansicht des Rückschlagventils 41 gemäß den 3 bis 5 dargestellt, welches zusätzlich ein Ventilgehäuse 43 umfasst. Das Ventilgehäuse 43 umfasst den Anschlussabschnitt 84, der an dem Anschlussabschnitt 85 angreift. Der Anschlussabschnitt 85 ist bevorzugt außen umgreifend zum Anschlussabschnitt 84 vorgesehen. Alternativ kann auch eine vertauschte Anordnung vorgesehen sein. Bei dieser Anschlussschnittstelle 46 kann eine Steck-, Rast-, Schnapp-, Press- oder Schraubverbindung vorgesehen sein. Sie kann lösbar oder unlösbar sein.
Durch die Länge des Ventilgehäuses 43 oder dem Abstand des Ventilsitzes 75 zur Anschlussschnittstelle 84 oder zum Grundgehäuse 44 kann eine auf das Kraftspeicherelement 71 wirkende Vorspannkraft bestimmt sein.
Das Ventilgehäuse 43 kann ausgehend von dem Grundgehäuse 44 einen Innenwandabschnitt aufweisen, der sich im Querschnitt vorzugsweise kontinuierlich bis zum Ventilsitz 75 verjüngt, um eine Einschnürung zu bilden. Daran anschließend wird der innere Querschnitt des Ventilgehäuses 43 wieder zunehmend vergrößert.
Am Außenumfang des Ventilgehäuses 43 ist eine vertiefte Aufnahme für ein weiteres Dichtelement 89 zur Abdichtung der Anschlussstelle in der Anschlusseinrichtung 21 vorgesehen.
Ein stirnseitiger Ringbund 87 des Ventilgehäuses 43 liegt an einer Schulter der Anschlusseinrichtung 21 an. Dadurch kann eine definierte Einbausituation des Rückschlagventils 41 zur Anschlussöffnung in die Anschlusseinrichtung 21 oder dem Rohr 39 gegeben sein.
Die Funktionsweise dieses Rückschlagventils 41 entspricht dem in den 3 bis 5. Das Rückschlagventil 41 gemäß 7 kann ebenso wie die Ausführungsform in 6 Führungsrippen 82 mit Führungsflächen 83 aufweisen.
In den 8 bis 10 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Rückschlagventils 41 zu den vorbeschriebenen Ausführungsformen dargestellt.
Diese Ausführungsform des Rückschlagventils 41 gemäß den 8 bis 10 umfasst ein Grundgehäuse 44 zur Aufnahme des Ventilschließgliedes 61 mit den Führungsstäben 59, welche in dem zumindest einen Führungselement 53 geführt sind, gemäß den 3 bis 5. Des Weiteren kann das Rückschlagventil 41 ein Ventilgehäuse 43 umfassen, welches durch die lösbare Schnittstelle 46 mit dem Grundgehäuse 44 verbindbar ist.
Bei dieser in den 8 bis 10 dargestellten alternativen Ausführungsform weist die Ausgestaltung des Schließkörpers 65 des Ventilschließgliedes 61 von der in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform ab. Die Form des Schließkörpers 65 ausgehend von der Schließfläche 108 bis zum freien stirnseitigen Ende 101 entspricht jedoch den vorbeschriebenen Ausführungsformen. An dem Ventilschließglied 61 ist ebenfalls ein Dichtelement 81 vorgesehen, welches abdichtend an einem Ventilsitz 75 anliegt. Dieser Ventilsitz 75 ist bevorzugt in Form eines Konus ausgebildet, der sich in Strömungsrichtung von der Einlassöffnung 26, 28 zur Auslassöffnung 27, 29 aufweitet. Dadurch wird der Strömungskanal 49 im Querschnitt vergrößert. Dies weist den Vorteil auf, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums mit zunehmender Querschnittsfläche verringert und dadurch die Strömungsdruckverluste vermindert werden können.
Zur Einlassöffnung 26, 28 weisend sind an dem Schließkörper 65 die Führungsrippen 82 vorgesehen. Der Schließkörper 65 und die daran angeordneten Führungsrippen 82 mit deren Führungsflächen 83 entsprechen vorteilhafterweise der Ausführungsform gemäß 6. Während einer Hubbewegung des Ventilschließgliedes 61 aus der Ausgangsposition 62 in die Arbeitsposition 63 können die Führungsflächen 83 der Führungsrippen 82 an dem Ventilsitz 75 bzw. der Durchgangsöffnung 24 des Ventilgehäuses 43 geführt sein. Dadurch ist eine axiale Führung des Ventilschließgliedes 61 gegeben. Die Führungsfläche 83 der Führungsrippe 82 kann auch verkürzt ausgebildet sein, so dass eine Führung nur solange gegeben ist, bis der Führungsabschnitt 66 des Schließkörpers 65 durch die Hülse 54 geführt ist. Somit wirkt die Führung durch die Führungsrippen 82 nur während einer ersten Öffnungsphase des Ventilschließgliedes gegenüber dem Ventilsitz.
Bei dieser alternativen Ausführungsform greifen der Führungsabschnitt 66 und die Hülse 54 in einer Ausgangsposition 62 des Ventilschließgliedes 61 nicht ineinander. Vielmehr sind diese getrennt zueinander angeordnet. Sobald beim Übergang von einer ersten Öffnungsphase in eine zweite Öffnungsphase des Ventilschließgliedes 61 die Führungsflächen 83 der Führungsrippen 82 am Schließkörper 65 sich von dem Ventilsitz 75 lösen, greifen der Führungsabschnitt 66 und die Hülse 54 ineinander und bilden eine axiale Führung des Ventilschließgliedes 61. In einer Arbeitsposition des Ventilschließgliedes 61 gemäß 10 greifen der Führungsabschnitt 66 und die Hülse 54 derart ineinander, dass das Kraftspeicherelement 71 vollständig eingeschlossen ist. Der Strömungskanal 49 erstreckt sich außerhalb des Ventilschließgliedes 61, des Führungsabschnittes 66 und der Hülse 54, so dass das Strömungsmedium mit dem Kraftspeicherelement 71 nicht in Kontakt kommt.
Die am Schließkörper 65 vorgesehenen Führungsrippen 82 können des Weiteren den Vorteil aufweisen, dass diese als sogenannte Gleichrichter wirken, das heißt, dass die Strömung des Mediums beruhigt werden kann, wodurch wiederum ein verminderter Strömungsdruckverlust ermöglicht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2019219732 A1 [0002]

Claims

Rückschlagventil, insbesondere für einen Kälte- oder Wärmekreislauf, welches in eine Anschlussöffnung (26, 27, 28, 29) einer Anschlusseinrichtung (21) oder eines Rohres (39) einsetzbar ist, - mit einem einteiligen oder mehrteiligen Gehäuse (42), welches zumindest ein Grundgehäuse (44) umfasst, wobei eingangsseitig eine Zuführöffnung (48) und ausgangsseitig am Grundgehäuse (44) eine Abführöffnung (51) vorgesehen ist, die durch einen Strömungskanal (49) miteinander verbunden sind, - mit einem an dem Grundgehäuse (44) vorgesehenen Führungselement (53), durch welches ein Ventilschließglied (61) verschiebbar geführt ist, wobei das Ventilschließglied (61) durch ein Kraftspeicherelement (71) in einer Ausgangsposition (42) angeordnet ist und das Ventilschließglied (61) entgegen einer Kraft des Kraftspeicherelementes (71) in eine Arbeitsposition (63) in Richtung auf die Abführöffnung (51) verschiebbar ist, - mit einem am Ventilschließglied (61) angeordneten Schließkörper (65), der eine Schließfläche (108) aufweist, welche in einer Ausgangsposition (62) des Ventilschließgliedes (61) an einem Ventilsitz (75) der Anschlusseinrichtung (21) oder des Rohres (39) oder einem Ventilgehäuse (43) des Gehäuses (42) anliegt, und eine Durchgangsöffnung (24) schließt, - mit einem benachbart zum Schließkörper (85) angeordneten Dichtelement (81), welches an dem Ventilsitz (75) anliegt und - wobei das Grundgehäuse (44), das Führungselement (53) sowie das auf das Ventilschließglied (61) wirkende Kraftspeicherelement (71) stromab des Ventilsitzes (75) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, - dass der Schließkörper (65) ausgehend von der Schließfläche (108) sich entgegengesetzt zu einer Verfahrbewegung des Ventilschließgliedes (61) aus der Ausgangsposition (62) in die Arbeitsposition (63) erstreckt, und - dass der Schließkörper (65) am freien stirnseitigen Ende (101) eine konvexe Kontur (102) aufweist, welche durch eine konkave Kontur (105) mit der Schließfläche (108) verbunden ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der konvexen Kontur (102) und der Schließfläche (108) durch die konkave Kontur (105) ein fließender Übergang ausgebildet ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Kontur (102) unmittelbar in die konkave Kontur (105) und die konkave Kontur (105) unmittelbar in die Schließfläche (108) des Schließkörpers (65) übergeht.
Rückschlagventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (65) an seinem freien stirnseitigen Ende (101) halbkugelförmig oder mit einem parabelförmigen Querschnitt ausgebildet ist, und dass entfernt zu dem freien stirnseitigen Ende (101) durch die konvexe Kontur (102) eine Äquatorfläche (103) mit einem Radius R₁ ausgebildet ist, welcher kleiner als ein Radius R₃ einer Querschnittsfläche (109) der Schließfläche (108) ist.
Rückschlagventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Kontur (105) zwischen der konvexen Kontur (101) und der Schließfläche (108) durch einen Radius R₂ ausgebildet ist oder durch einen Kurvenverlauf mit einer sich ändernden Steigung oder ein sich ändernder Radius, insbesondere eine zunehmende Steigung oder ein kleiner werdender Radius in Richtung auf die Schließfläche (108) zur Aufweitung der konkaven Kontur (102), aufweist.
Rückschlagventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius R₂ der konkaven Kontur (105) größer als der Radius R₁ der konvexen Kontur (102) ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge L des Schließkörpers (65) ausgehend von der Schließfläche (108) bis zum freien stirnseitigen Ende (101) des Schließkörpers (65) im Verhältnis zum Radius R₁ der Äquatorfläche (103) in einem Bereich zwischen 0,25 und 5 liegt.
Rückschlagventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge L des Schließkörpers (65) ausgehend von der Schließfläche (108) bis zum freien stirnseitigen Ende (101) des Schließkörpers (65) größer als eine Verfahrbewegung des Ventilschließgliedes (61) aus der Ausgangsposition (62) in die Arbeitsposition (63) ist.
Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen dem Radius R₃ der Querschnittsfläche der Schließfläche (108) und der Länge L des Schließkörpers (65) ausgehend von der Schließfläche (108) bis zum freien stirnseitigen Ende (101) des Schließkörpers (65) in einem Bereich von 3 zu 0,3 liegt.
Rückschlagventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ausgehend von der Schließfläche (108) des Schließkörpers (65) in Richtung auf das freie stirnseitige Ende (101) des Schließkörpers (65) oder bis zum freien stirnseitigen Ende (101) des Schließkörpers Führungsrippen (82) sich erstrecken.
Rückschlagventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere, vorzugsweise im gleichen Umfangswinkel zueinander ausgerichtete, Führungsrippen (82) an dem Schließkörper (85) vorgesehen sind.
Rückschlagventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrippen (82) eine Führungsfläche (83) aufweisen, die sich ausgehend von der Schließfläche (108) des Schließkörpers (65) in Richtung auf das freie stirnseitige Ende (101) des Schließkörpers (65) erstrecken und parallel zueinander ausgerichtet sind, und vorzugsweise die Länge F_R der Führungsfläche (83) an der Führungsrippe (82) kleiner als eine Führungslänge F_L zwischen einer Hülse (54) des Grundgehäuses (44) und einem Führungsabschnitt (66) des Schließkörpers (65) ist, der zum Grundgehäuse (44) weist.
Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Führungsfläche (83) der Führungsrippe (82) und dem freien stirnseitigen Ende (101) des Schließkörpers (65) eine Anströmfläche (111) ausgebildet ist, die geradlinig, gekrümmt oder gerundet ausgebildet ist.
Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (83) der Führungsrippe (82) sich zumindest von der Schließfläche (108) des Schließkörpers (65) bis zur Äquatorfläche (103) am Schließkörper (65) erstreckt.
Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (83) der Führungsrippe (82) eine Länge F_R aufweist, die gleich oder größer als eine Verfahrbewegung des Schließkörpers (65) von der Ausgangsposition (62) in die Arbeitsposition (63) ist.