DE69922287T2

DE69922287T2 - Kompressor mit kombiniertem Drucksensor und Druckausgleichsventil

Info

Publication number: DE69922287T2
Application number: DE1999622287
Authority: DE
Inventors: Larry Donald Clarence Cummings
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2019-03-13
Also published as: JP3026971B2; EP0949417A3; JPH11315944A; DE69922287D1; EP0949417B1; US5984645A; EP0949417A2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Hochdruck-Entlastungsventile und Drucksensoren von Kraftfahrzeugklimaanlagen und insbesondere eine Anordnung, die beide Funktionen kombiniert.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kompressoren für Kraftfahrzeugklimaanlagen umfassen typischerweise einen Drucksensor, der den Druck des Kältemittels innerhalb des Kompressorgehäuses liest. Ein herkömmlicher Drucksensor würde ein Gehäuse mit einem unter einem Sensorelement angeordneten komprimierbaren Volumen umfassen. Zusätzlich verwenden viele Kompressoren ein passiv wirkendes Druck-Entlastungsventil zum Ablassen von überschüssigem Kältemitteldruck aus dem Kompressorgehäuse. Diese können zerbrechliche Einmalventile sein, und obwohl federbelastet, sind im Allgemeinen Überdruckventile gewünscht. Herkömmliche, federbelastete Hochdruck-Entlastungsventile leiden unter dem Nachteil, dass sie dazu neigen, sich bei im Wesentlichen dem gleichen Druck zu öffnen und zu schließen, und können sich zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position hin und herbewegen, anstatt lange genug geöffnet zu bleiben, um gleichmäßig und fortlaufend von einem höheren zu einem zunehmend niedrigeren Druck abzulassen, bevor sie schließen. Die Verwendung von separaten Drucksensoren und Entlastungsventilen erzeugt, neben den offensichtlichen Kosten, auch zwei potenzielle Leckpfade aus dem Kompressorgehäuse heraus.
Die US 5 153 296 A , ein Dokument nach dem Stand der Technik, offenbart eine Kombination Hochdruck-Absperrschalter/Hochdruck-Entlastungsventil. Weitere Dokumente des Standes der Technik sind die US 4 932 841 A und die US 4 059 017 A .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine kombinierte Drucksensor- und Hochdruck-Entlastungsventilanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die in Anspruch 1 spezifizierten Merkmale definiert.
Die Anordnung der Erfindung weist ein Einzelgehäuse mit einem Einlasskanal auf, der sich an einem unteren Ende in das Innere des Kompressorgehäuses hinein öffnet, und der sich an dem oberen Ende unter einem Drucksensorelement öffnet. Dadurch kann komprimiertes Kältemittelgas das Sensorelement erreichen. Im Inneren des Gehäuses ist eine runde Formschnappscheibe eingeklemmt, die mit ihrer konvexen oberen Fläche unter dem Sensorelement ausgerichtet ist, und deren untere Fläche das obere Ende des Einlasskanals bedeckt. Die Schnappscheibe verformt sich bei einem charakteristischen ersten und zweiten aufgebrachten Druck nach oben und nach unten. Die Scheibe ist so gewählt, dass sie bei einem höheren Druck, der dem Druck entspricht, bei dem das Kompressorgehäuse entlüftet werden soll, nach unten schnappt, und bei einem zunehmend niedrigeren Druck zurückschnappt.
Innerhalb des Gehäuseeinlasskanals unterhalb der Scheibe ist ein knapp sitzender Stopfen angeordnet, dessen oberes Ende an der Unterseite der Scheibe befestigt und zu dieser hin abgedichtet ist. Infolgedessen kann der Stopfen durch die Schnappwirkung der Scheibe nach oben und nach unten innerhalb des Einlasskanals axial bewegt werden. Ein zentrales Rohr öffnet durch den Stopfen und durch die Mitte der Scheibe und erzeugt einen inneren Strömungsweg von dem Kompressorgehäuse zu dem Sensorelement, der immer offen ist. Ein Paar axial beabstandeter äußerer Dichtungen an dem Stopfen sitzt fest gegen die innere Fläche des Einlasskanals, wenn der Stopfen geschlossen ist, so dass der einzige offene Kältemittelströmungspfad durch das zentrale Rohr und zu dem Sensorelement verläuft. Die beiden äußeren Dichtungen des Stopfens bewegen sich von der inneren Fläche des Einlasskanals weg, wenn der Stopfen sich öffnet, und erzeugen einen äußeren Strömungsweg um den Stopfen herum. Entlüftungen öffnen sich durch das Gehäuse von einem Punkt axial zwischen den äußeren Dichtungen des Stopfens nach außen. Daher kann überschüssiger Druck, wenn der Druck über der Scheibe hoch genug ansteigt, um die Scheibe nach unten zu schnappen und den Stopfen zu öffnen, von dem Inneren des Kompressorgehäuses nach außen entlüftet werden. Wenn der zunehmend niedrigere Druck erreicht ist, der zulässt, dass die Scheibe zurück nach oben schnappt, schließt der Stopfen und dichtet die äußere Entlüftung wieder ab. Daher werden durch eine einzige Ventilanordnung ein Drucksensor und ein wieder abdichtendes Hochdruck-Entlastungsventil bereitgestellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich, in denen:
1 ein Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bei geschlossenem Entlastungsventil ist;
2 eine schematische Darstellung einer Formschnappscheibe in einem nicht verformten Zustand in Volllinie, und in einem verformten Zustand in Punktlinie ist;
3 ein Graph ist, der das Ansprechen einer Formscheibe auf Druck und Verformung zeigt;
4 eine Ansicht wie 1 ist, die das Entlastungsventil jedoch geöffnet zeigt; und
5 eine perspektivische Explosionsansicht der Erfindung ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Zunächst unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein Kompressor einer Kraftfahrzeugklimaanlage ein behälterförmiges druckdichtes Gehäuse 10, an dem eine bevorzugte Ausführungsform der kombinierten Drucksensor- und Hochdruck-Entlastungsventilanordnung der Erfindung, im Allgemeinen bei 12 angezeigt, befestigt ist. Das Kompressorgehäuse 10 weist einen normalen Betriebsdruckbereich von bis zu ca. 31 bar (450 psi, Pfund pro Quadratzoll) auf. Ein gemessener Wert des Druckes kann für mehrere Funktionen einschließlich eines elektrischen Kupplungsabschalters, der den Kompressor bei einem hohen Druck wirksam abschaltet und einen weiteren Druckaufbau verhindert, verwendet werden. Druck wird typischerweise mit einem dafür bestimmten Sensor gemessen, der sich in das Kompressorgehäuse 10 hinein öffnet. Es wird auch bevorzugt, überschüssigen Druck direkt in die Atmosphäre abzulassen, sowie den Kompressor abzuschalten. Dies geschieht typischerweise ebenfalls mit einem dafür bestimmten Entlastungsventil, dass sich selbständig durch das Kompressorgehäuse 10 öffnet. Dies stellt nicht nur die offensichtlichen Kosten von zwei separaten Komponenten dar, sondern schafft auch zwei separate potenzielle Leckpfade aus dem Kompressorgehäuse 10 heraus. Die gegenständliche Erfindung kombiniert beide Funktionen in einer einzigen Anordnung.
Als Nächstes Bezug nehmend auf 5, sind die separaten Komponenten der Anordnung 12 veranschaulicht. Von oben beginnend, sitzt eine Steckverbindung 14 über einem Drucksensorelement 16, das ein piezoelektrisches Element oder dergleichen sein kann, welches in Ansprechen auf einen darunter enthaltenen Gasdruck ein elektrisches Signal erzeugt. Eine hülsenförmige Trenneinrichtung, im Allgemeinen bei 18 bezeichnet, weist einen radial eingesetzten abgerundeten unteren Rand 20 auf. Eine Formscheibe, im Allgemeinen bei 22 bezeichnet, weist einen flachen umlaufenden Flansch 24 und eine zentrale Wölbung 26 auf, die auf Druck auf eine unten stehend detaillierte Weise anspricht. Ein Sensorgehäuse, im Allgemeinen bei 28 bezeichnet, weist im Allgemeinen eine abgestufte zylindrische Form mit einem dazwischen liegenden ringförmigen Sockel 30 und einem unteren Einlasskanal 32 auf. Ein Stopfen, im Allgemeinen bei 34 bezeichnet, weist eine abgesetzte Stufenform mit einem zentralen Rohr 36, das durch ihn von Ende zu Ende hindurchläuft, und ein Paar axial beabstandeter unterer und oberer äußerer Dichtungen 38 bzw. 40 auf. Eine Reihe von Entlüftungen 42 ist durch das Gehäuse 28 und in den Einlasskanal 32 hinein an einer Stelle axial zwischen der eingebauten Anordnung der zwei Stopfendichtungen 38 und 40 geschnitten. Eine vertiefte Sicherungsscheibe 44 mit einem gezahnten äußeren Rand ist die unterste Komponente in der Anordnung 12. Mehr Details über die verschiedenen Komponenten und ihre Wechselwirkung sind unten stehend zu finden.
Als Nächstes Bezug nehmend auf die 2 und 3 ist die Formscheibe 22 aus einem geeigneten elastischen Material, im Allgemeinen einem Metall wie Federstahl gefertigt. Die Scheibe 22 ist derart konstruiert, dass sie, wenn der auf ihre obere Fläche aufgebrachte Abwärtsdruck ansteigt, mit einer sehr geringen Verschiebung nach unten anspricht, bis ein vorbestimmter Schwellenwert-Betätigungsdruck erreicht ist. An diesem Punkt biegt sie sich rasch nach unten durch, ohne dass der aufgebrachte Druck erhöht wird, in einen abgeflachten heruntergedrückten Zustand, der in Punktlinien dargestellt ist. An diesem Punkt würde jegliche Erhöhung des aufgebrachten Druckes eine geringe zusätzliche Verschiebung nach unten bewirken. In gleicher Weise würde jegliche anfängliche Verringerung des aufgebrachten Druckes eine sehr geringe Bewegung aus dem abgeflachten Zustand zurück nach oben bewirken. Eigentlich ist die Scheibe 22 in dem abgeflachten Zustand stabil, sie bleibt aber nicht permanent in der unteren Position in der Art eines Schnappschalters. Sie bleibt nur über ein charakteristisches Inkrement einer aufgebrachten Druckabnahme abgeflacht. Wenn ein gegebener niedrigerer Rückstelldruck aufgebracht wird, kehrt die Scheibe 22 schnell in ihren nicht verformten Zustand zurück. Dieses charakteristische Ansprechen von Druck und Durchbiegung ist in 3 grafisch dargestellt und wird manchmal als "Energie-Gedächtnis (energy memory)" bezeichnet, um sein Ansprechen von dem einfachen linearen Ansprechen gewöhnlicher Federn zu unterscheiden. Zum Zweck der Erfindung wird eine Scheibe 22 mit einem charakteristischen Betätigungsdruck gewählt, der deutlich höher ist als der vorstehend erwähnte obere Bereich des normalen Betriebsdruckes, oder etwa 37,9 bar (550 psi) beträgt. Der Rückstelldruck wird mit etwa 31 bar (450 psi), innerhalb des oberen Endes des normalen Betriebsdruckbereiches gewählt. Die Scheibe 22 und die weiteren Komponenten werden zusammengebaut wie als Nächstes beschrieben.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 1 wird der Stopfen 34 oben in das obere Ende des Einlasskanals 32 des Sensorgehäuses eingesetzt, und die Scheibenwölbung 26 wird über dem vorragenden oberen Ende des Rohres 36 eingesetzt und gasdicht an dem oberen Ende des Stopfens 34 angebracht. Die Sicherungsscheibe 44 wird in das untere Ende des Einlasskanals 32 eingesetzt, um das untere Ende des Stopfens 34 in der geschlossenen oberen Position zu halten. In der geschlossenen Position sitzen die beiden axial beabstandeten Dichtungen 38 und 40 fest gegen die Innenfläche des Einlasskanals 32. Die Trenneinrichtung 18 sitzt in dem Sensorgehäuse 28, wobei ihr unterer Rand 20 auf dem dünnen, flachen, umlaufenden Flansch 24 der Scheibe ruht, der gegen den Gehäusesockel 30 sitzt. Das Sensorelement 16 wird dann oben auf die Trenneinrichtung 18 gesetzt und gasdicht in das Gehäuse 28 geklemmt. Schließlich wird der Steckverbinder 14 an der Oberseite des Gehäuses 28 angebracht, um die Anordnung 12 fertig zu stellen. Die fertig gestellte Anordnung 12 wird gasdicht in das Kompressorgehäuse 10 hineingeschraubt. Ein komprimierbares Volumen 46 wird oberhalb der Scheibenwölbung 26 und unterhalb des Sensorelementes 16 erzeugt, das in der Querschnittsfläche deutlich größer ist, als der Einlasskanal 32 oder der Stopfen 34 darunter. Ein restlicher Raum 48 verbleibt unterhalb der Scheibenwölbung 26 und oberhalb des Gehäusesockels 30. Der flache umlaufende Flansch 24 der Scheibe ist durch den abgerundeten unteren Rand 20 der Trenneinrichtung fest gegen den ebenen Sockel 30 gehalten, jedoch nicht so fest, dass der Flansch 24 daran gehindert ist, sich leicht unter dem Rand 20 der Trenneinrichtung zu verschieben, wenn die Wölbung 26 sich abflacht, wie unten beschrieben ist. Der Flansch 24 ist fest genug gehalten, dass er im Wesentlichen gegen einen Gasdruckaustritt unter der Scheibe 22 von dem oberen Volumen 46 abdichtet. Sollte jedoch eine Undichtheit auftreten, wird sie durch die obere Stopfendichtung 38 von den Entlüftungen 42 versperrt. Während sich die Scheibenwölbung 26 in dem konvexen, nicht verformten Zustand von 1 befindet, ist komprimiertes Kältemittel aus dem Inneren des Gehäuses 10 durch die untere Dichtung 40 abgesperrt und kann nur durch das Rohr 36 und in das Volumen 46 hinein strömen, wo es von dem Sensorelement 16 erfasst wird. Solange der Druck in dem Volumen 46 unter dem Betätigungs-Schwellenwert bleibt, bleibt die Scheibe 22 nicht verformt und bleibt der Stopfen 34 geschlossen.
Als Nächstes Bezug nehmend auf 4 ist das vorstehend erwähnte Ansprechen der Scheibe 22 auf den plötzlich über den Betätigungs-Schwellenwert ansteigenden Druck in dem Volumen 46 veranschaulicht. Wegen der engen Passung des Flansches 24 an dem Sockel 30 würde sich der Druck in dem restlichen Volumen 48, selbst bei einer Undichtheit, nicht schnell genug mit Druck in dem Volumen 46 darüber ausgleichen, um ein deutliches Netto-Druckungleichgewicht zwischen den beiden zu verhindern. Auch ist wegen der Tatsache, dass die Querschnittsfläche über der Scheibe 22 deutlich größer ist als die an dem unteren Ende des Stopfens 34, die Nettokraft auf die Scheibe 22 hinunter groß genug, um die Wölbung 26 wie gezeigt abzuflachen. Der umlaufende Flansch 24 kann sich unter dem unteren Rand der Trenneinrichtung 20 so weit verschieben, dass er sich nach unten verformen kann, und der Abstand von dem Sockel 30 ist auch groß genug, um eine freie Verschiebung zuzulassen. Wenn die Wölbung 26 nach unten schnappt, verschiebt sich der Stopfen 34 gleichzeitig nach unten, und beide Dichtungen 38 und 40 öffnen. Nun gibt es aus allen Hauptrichtungen einen offenen Pfad zu den Entlüftungen 42. Insbesondere kann Gas von unterhalb des Stopfens 34 von dem Gehäuse 10 durch den gezahnten Rand der Scheibe 44, den Einlasskanal 32 hoch und um die Außenseite des Stopfens 34 herum, hinter der unteren Dichtung 40 und aus den Entlüftungen 42 in die Atmosphäre hinaus entweichen. Von oberhalb der Scheibe 22 strömt Gas durch das Rohr 36 und dann durch denselben Ausgangsweg. Von unterhalb der Scheibe 22 strömt jegliches Gas in dem restlichen Volumen 48 hinter die nun offene obere Dichtung 38 und zu den Entlüftungen 42. Der Druck in dem Ge häuse 10 kann dadurch schnell auf den niedrigeren charakteristischen Druck oder "Rückstell"-Druck wie oben beschrieben absacken, ohne irgendeine Tendenz, dass das Entlastungsventil geöffnet und geschlossen stottert. Sobald der Druck den Rückstelldruck erreicht, kann die Scheibenwölbung 26 in ihren Ausgangszustand zurückkehren, wobei sie den Stopfen 34 wieder in die geschlossene Position zieht, um wieder abzudichten. Die Kraft, die erforderlich ist, um die Sicherungsscheibe 44 nach oben und nach unten zu vertiefen, ist nicht groß genug, um die Betätigung der Scheibe 22 signifikant zu beeinflussen.
Zum Schluss können sowohl die Druckerfassungs- als auch die Druckentlastungsfunktionen durch die selbe wieder verwendbare lösbare Anordnung bereitgestellt werden. Viele der oben offen gelegten Merkmale im Aufbau könnten, obwohl bevorzugt, geändert werden, ohne das zu Grunde liegende Verfahren zu ändern. Die äußeren Dichtungen 38 und 40 könnten von der Innenfläche des Kanals 32 getragen sein, anstatt von der Außenseite des Stopfens 34, obwohl es wahrscheinlich einfacher wäre, sie an der Außenseite des Stopfens 34 aufzubringen. Unter dem Scheibenflansch 24 könnte eine Elastomerdichtung vorgesehen sein, um, falls gewünscht, für eine sichergestellte gasdichte Abdichtung zu sorgen, obwohl es unwahrscheinlich ist, dass dahinter ausreichend Druck austreten kann, so dass die Scheibe 22 daran gehindert wird, sich verformen zu können. Die obere Dichtung 38 wäre nicht für eine Vorbeugung eines Gasaustrittes erforderlich, wenn der Scheibenflansch 24 zu dem Sockel 30 absolut gasdicht abgedichtet wäre. Jedoch hindert sie noch immer irgendwelche Verunreinigungen daran, von außen durch die Entlüftungen 42 und unter der Scheibe 22 nach oben zu sickern. Die Sicherungsscheibe 44 ist einfach vorgesehen, um das Festhalten des Stopfens 34 gegen die unwahrscheinliche Möglichkeit eines Unterdruckes in dem Gehäuse 10, der den Stopfen 34 nach unten zieht, zu unterstützen. Sie hat nicht die Art von nicht linearem Ansprechen, wie sie bei der Scheibe 22 zu finden ist, und soll diese auch nicht haben. Daher könnte sie potenziell durch z. B. eine Lochplatte und eine einfache Schraubenfeder ersetzt werden. Weniger oder mehr Entlüftungen 42 könnten vorgesehen sein, wobei die einzige Einschränkung darin besteht, dass es bevorzugt ist, die Strömungsbereiche entlang des gesamten Entlüftungsweges abzustimmen, um nicht irgendwelche lokale Verengungen an irgend einem Punkt zu erzeugen. Das zentrale Rohr 36 könnte durch eine einfache Bohrung durch die Mitte des Stopfens 34 ersetzt werden. Daher ist es einzusehen, das die Erfindung nicht lediglich auf die offen gelegte Ausführungsform begrenzt sein soll.

Claims

Kombinierte Drucksensor- und Hochdruck-Entlastungsventilanordnung (12) zur Verwendung in einem Kompressor (10) einer Kraftfahrzeugklimaanlage, umfassend: ein Sensorgehäuse (28) mit einem Einlasskanal (32), der sich im Betrieb in das Innere des Kompressors (10) hinein öffnet und einem Sensorelement (16), das oberhalb des Einlasskanals (32) angeordnet ist, eine Formschnappscheibe (22) von dem Typ, der sich bei einem ersten vorbestimmten Druck nach unten verformt und bei einem zweiten niedrigeren vorbestimmten Druck in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, wobei die Scheibe einen Flansch (24) um den Umfang aufweist, der im Wesentlichen in dem Sensorgehäuse (28) oberhalb des Einlasskanals (32) und unterhalb des Sensorelements (16) abgedichtet ist, einen Stopfen (34) mit einem zu der Unterseite der Scheibe (22) abgedichteten oberen Ende, der durch die Scheibe (22) innerhalb des Einlasskanals (32) von einer offenen Position in eine geschlossene Position axial bewegbar ist, wobei der Stopfen eine äußere Dichtung (40), die in der geschlossenen Position des Stopfens mit der Fläche des Einlasskanals (32) in Eingriff gebracht werden kann, und eine zentrale axiale Öffnung (36), die durch die Scheibe (22) verläuft, aufweist, und zumindest eine äußere Entlüftung (42) in dem Sensorgehäuse (28), die sich an einem Punkt oberhalb der äußeren Dichtung (40) des Stopfens in den Einlasskanal (32) hinein öffnet, wodurch, wenn die Scheibe (22) nicht verformt ist und der Stopfen (34) geschlossen ist, komprimiertes Gas aus dem Kompressor (10) gegenüber der äußeren Entlüftung (42) abgedichtet ist, aber durch die zentrale axiale Öffnung (36) des Stopfens und über die Scheibe (22) strömen kann, um von dem Sensorelement (16) erfasst zu werden, bis der Druck oberhalb der Scheibe (22) den ersten vorbestimmten Druck übersteigt, woraufhin die Scheibe (22) sich nach unten verformt, den Stopfen (34) in seine offene Position verschiebt und einen Weg für das komprimierte Gas öffnet, so dass es durch die äußere Entlüftung (42) strömt, bis der Druck oberhalb der Scheibe (22) auf den zweiten vorbestimmten Druck fällt, woraufhin die Scheibe (22) in ihren nicht verformten Zustand zurückkehrt und der Stopfen (34) sich in seine geschlossene Position zurückbewegt und wieder abdichtet.
Kombinierte Drucksensor- und Hochdruckentlastungsventilanordnung (12) nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (34) ein Paar äußerer Dichtungen (38, 40) aufweist, die oberhalb und unterhalb der äußeren Entlüftung (42) angeordnet sind.
Kombinierte Drucksensor- und Hochdruckentlastungsventilanordnung (12) nach Anspruch 1, des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (28) einen ringförmigen Sockel (30) aufweist, wobei der Flansch (24) um den Umfang der Scheibe durch eine zwischen dem Sensorelement (16) und dem Gehäusesockel (30) eingeschlossene Trenneinrichtung (18) gegen den Sockel (30) im Wesentlichen abgedichtet gehalten ist.