Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Absperrventil zum Absperren eines Einlasskanals eines Kolbenkompressors, wobei das Absperrventil ein Ventilelement und zumindest eine Ventilöffnung aufweist, wobei das Ventilelement zwischen einer Absperrposition, in der die Ventilöffnung durch das Ventilelement verschlossen ist und einer Freigabeposition, in der die Ventilöffnung durch das Ventilelement freigegeben ist, verlagerbar ist. Die Erfindung betrifft zudem einen Kolbenkompressor mit einem Absperrventil, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kolbenkompressors sowie eine Kompressionskälteanlage.

Kompressoren mit Kapazitätsregelung sind beispielsweise aus EP 982497 B1, EP 1515047 B1 oder auch EP 1279833 B1 bekannt. Weiters zeigen auch JP 63-138490, US 4,743,168 A und weitere Schriften Anordnungen zur Kapazitätsregelung insbesondere von mehrzylindrigen Hubkolbenkompressoren, welche zumeist nur einen Teil der Zylinder (meist eine von mehreren Zylinderbänken) auf die beschriebene Art hinsichtlich der Fördermenge regeln. Insbesondere Kühl- und Klimaanlagen werden zur Folge der sich ständig ändernden Umgebungsbedingungen und erforderlicher Kälteleistungen in einem großen Bereich an unterschiedlichen Lasten betrieben, was für einen effizienten Betrieb ein möglichst einfach aufgebautes Kapazitätsregelungssystem erfordert. Nachteil bei den genannten Systemen ist die Bauart der Absperrventile zur Regelung der Sauggaszufuhr, da für ausreichend große Durchflüsse relativ große Ventilhübe erforderlich sind, was nur niedrige Taktraten erlaubt.

Zur Lösung dieses Problems wurde in der US 9,567,994 B2 bereits ein elektromagnetisch betätigbares Absperrventil in Form eines Ringventils vorgeschlagen, das hohe Taktraten mit geringen Saugverlusten ermöglicht. Nachteilig hierbei ist aber einerseits, dass relativ hohe Betätigungskräfte erforderlich sind, was zu einer erhöhten Wärmeentwicklung führt, was insbesondere bei Kompressoren für Kühl- und Klimaanlagen unerwünscht ist. Zum anderen weist das Absperrventil eine relativ hohe Leckage auf, was die Effizienz des Kompressors verringert.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Absperrventil zur Kapazitätsregelung eines Kolbenkompressors bereitzustellen, das möglichst einfach und kompakt aufgebaut ist und das einen effizienteren Betrieb des Kolbenkompressors ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Absperrventil ein Ventilgehäuse aufweist, wobei die zumindest eine Ventilöffnung an einer ersten Gehäuseseite am Ventilgehäuse angeordnet ist und wobei an einer zweiten Gehäuseseite am Ventilgehäuse zumindest eine Überströmöffnung vorgesehen ist, die innerhalb des Ventilgehäuses mit der Ventilöffnung verbunden ist, wobei das Ventilelement einen

Dichtabschnitt aufweist, der die Ventilöffnung in der Schließposition von außerhalb des Ventilgehäuses verschließt, wobei am Ventilelement ein mit dem Dichtabschnitt verbundener Verbindungsabschnitt vorgesehen ist, der sich in das Ventilgehäuse erstreckt, wobei an einem dem Dichtabschnitt gegenüberliegenden Ende des Ventilelements ein mit dem Verbindungsabschnitt verbundener Magnetanker vorgesehen ist, wobei an einer der Ventilöffnung gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses ein elektromagnetischer Aktuator vorgesehen ist, wobei zwischen dem elektromagnetischen Aktuator und dem Magnetanker eine Betätigungskammer ausgebildet ist, wobei im Ventilelement ein Druckausgleichskanal vorgesehen ist, der die Betätigungskammer mit einer der Ventilöffnung abgewandten Seite des Ventilelements verbindet, wobei im Absperrventil ein Betätigungselement vorgesehen ist, das zwischen einer Öffnungsposition, in der ein in die Betätigungskammer mündendes Kanalende des Druckausgleichskanals geöffnet ist und einer Schließposition, in der das Kanalende durch das Betätigungselement verschlossen ist, verlagerbar ist. Durch das erfindungsgemäße Absperrventil wird die im Betrieb auf den Dichtabschnitt wirkende Belastung verringert. Dies führt zu einer geringeren Verformung des Dichtabschnitts sowie zu einer erhöhten Anpresskraft und in Folge zu einer verbesserten Dichtwirkung, wodurch die Effizienz eines Kolbenkompressors erhöht werden kann. Mit dem Absperrventil gemäß der Erfindung kann erreicht werden, dass im Betrieb des Kolbenkompressors nur dann ein ausreichend hohes Druckniveau zur Verlagerung des Ventilelements in die Freigabeposition in der Betätigungskammer des Absperrventils vorhanden ist, wenn das Absperrventil geöffnet wird. Hingegen wird im geschlossenen Zustand des Absperrventils, wenn sich das Ventilelement in der Absperrposition befindet, ein geringeres Druckniveau in der Betätigungskammer des Absperrventils erreicht, sodass eine verbesserte Abdichtung des Dichtabschnitts des Ventilelements am Ventilsitz erreicht wird.

Vorzugsweise ist im Absperrventil eine Ventilkammer vorgesehen, wobei die Ventilöffnung und die Überströmöffnung mit der Ventilkammer verbunden sind. Dadurch kann die Herstellung vereinfacht werden und es können in einfacher Weise mehrere Überströmöffnungen vorgesehen werden, die mit der Ventilkammer verbunden sind.

Das Ventilgehäuse ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildet und weist eine Stirnfläche an der ersten Gehäuseseite und eine äußere Umfangsfläche an der zweiten Gehäuseseite auf, wobei die zumindest eine Ventilöffnung an der Stirnfläche angeordnet ist und die zumindest eine Überströmöffnung an der äußeren Umfangsfläche angeordnet ist und wobei das Ventilelement in einer axialen Richtung des zylindrischen Ventilgehäuses bewegbar ist, wobei vorzugsweise mehrere Überströmöffnungen in Umfangsrichtung voneinander beanstandet an der äußeren Umfangsfläche vorgesehen sind. Dadurch kann die Herstellung vereinfacht werden und das Absperrventil kann in einfacher Weise in eine zylindrische Öffnung an einem Kolbenkompressor eingebaut werden. Das Absperrventil ist vorzugsweise als Ringventil ausgebildet, wobei zumindest eine Ventilöffnung und der damit zusammenwirkende Dichtabschnitt zumindest abschnittsweise ringförmig ausgebildet sind. Dadurch kann bei einem relativ geringen Ventilhub ein relativ großer Strömungsquerschnitt erreicht werden, wodurch ein geringer Druckverlust und schnelle Öffnungs-/Schließzeiten realisiert werden können.

Es ist vorteilhaft, wenn zumindest ein Ventilsitz, an dem der Dichtabschnitt des Ventilelements in der Absperrposition anliegt und/oder zumindest ein Teil des Dichtabschnitts, der in der Absperrposition am Ventilsitz anliegt aus Kunststoff ausgebildet sind. Dadurch kann die Dichtwirkung weiter verbessert werden und die Geräsuchentwicklung beim Schließen reduziert werden.

Vorzugsweise ist das Ventilelement mehrteilig ausgebildet, wobei der Dichtabschnitt als separates Dichtelement, insbesondere als Dichtplatte, ausgebildet ist, das am Verbindungsabschnitt des Ventilelements befestigt ist oder das Ventilelement ist einstückig ausgebildet. Durch einen mehrteiligen Aufbau können verschiedene Werkstoffe für die einzelnen Komponenten verwendet werden und die Montage des Absperrventils wird vereinfacht.

Es ist vorteilhaft, wenn das Dichtelement mittels eines Befestigungsmittels am Verbindungsabschnitt befestigt ist, wobei ein Teil des Druckausgleichskanals im Befestigungsmittel angeordnet ist und wobei in Betätigungsrichtung gesehen zwischen einer der Ventilöffnung abgewandten Seite des Dichtelements und dem Befestigungsmittel ein Dämpfungselement vorgesehen ist, wobei das Dämpfungselement vorzugsweise als O-Ring ausgebildet ist. Dadurch ist eine axiale Relativbewegung des Dichtelements relativ zum Ventilelement im Ausmaß der Kompressibilität des Dämpfungselements möglich. Dadurch kann der Magnetanker sehr nahe oder sogar bis auf Anschlag vom Aktuator angezogen werden wodurch kein oder nur ein geringer Luftspalt resultiert. Dadurch kann der Aktuator in einem effizienten Betriebsbereich betrieben werden und es wird eine gute Dichtwirkung an der Ventilöffnung erreicht.

Der elektromagnetische Aktuator weist vorzugsweise einen Tauchanker und eine, den Tauchanker in Umfangsrichtung umgebende Spule auf, wobei der Tauchanker das Betätigungselement betätigt oder das Betätigungselement ein Teil des Tauchankers ist. Dadurch kann ein kompakter Aufbau realisiert werden und das Betätigungselement kann in die Schließposition bewegt werden, bevor oder während das Ventilelement von der Freigabeposition in die Absperrposition verlagert wird.

Im Absperrventil ist vorzugsweise zumindest ein Kompensationskanal vorgesehen, der die Betätigungskammer in jeder Stellung des Betätigungselements mit der Überströmöffnung und/oder der Ventilöffnung und/oder der Ventilkammer verbindet. Dabei kann zumindest ein Teil des Kompensationskanals im Ventilelement angeordnet sein und/oder zumindest ein Teil des Kompensationskanals kann im Ventilgehäuse angeordnet sein. Vorzugsweise ist zumindest ein Teil des Kompensationskanals in Form eines radialen Spiels bzw. eines Ringspaltes zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Ventilelements und einer inneren Umfangsfläche des Ventilgehäuses, in dem das Ventilelement geführt ist, ausgebildet. Dadurch kann im Betrieb des Kolbenkompressors, wenn das Betätigungselement das Kanalende des Druckausgleichskanals verschließt, eine verbesserte Druckkompensation zwischen der Betätigungskammer und der Ventilkammer erfolgen, sodass in der Betätigungskammer befindliches Kompressionsmedium während des Expansionshubs des Kolbens besser abgesaugt werden kann.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

Fig.1 ein Absperrventil in einer vorteilhaften Ausführungsform in einem Längsschnitt,

Fig.2 einen Kolbenkompressor in einem Normalbetriebsmodus mit einem Absperrventil in einer geöffneten Stellung und

Fig.3 einen Kolbenkompressor in einem Absperrbetriebsmodus mit einem Absperrventil in einer geschlossenen Stellung.

In Fig.1 ist ein erfindungsgemäßes elektromagnetisch betätigbares Absperrventil 1 zum Absperren eines in Fig.1 nicht dargestellten Einlasskanals EK eines Kolbenkompressors 2 (Fig.2+3) in einer vorteilhaften, nicht einschränkenden Ausführungsform dargestellt. Das Absperrventil 1 weist ein Ventilelement 3 und zumindest eine Ventilöffnung 4 auf, wobei das Ventilelement 3 durch Betätigung des Absperrventils 1 zwischen einer Absperrposition (siehe Fig.3) und einer in Fig.1+2 dargestellten Freigabeposition verlagerbar ist. In der Absperrposition ist die Ventilöffnung 4 durch das Ventilelement 3 verschlossen und in der Freigabeposition ist die Ventilöffnung 4 durch das Ventilelement 3 freigegeben. Das Absperrventil 1 weist weiters ein Ventilgehäuse 6 auf, wobei die zumindest eine Ventilöffnung 3 an einer ersten Gehäuseseite S1 des Ventilgehäuses 6 angeordnet ist und wobei an einer zweiten Gehäuseseite S2 am Ventilgehäuse zumindest eine Überströmöffnung 7 vorgesehen ist. Die Überströmöffnung 7 ist innerhalb des Ventilgehäuses 6 mit der Ventilöffnung 4 verbunden.

Das Ventilgehäuse 6 ist im dargestellten Beispiel im Wesentlichen zylindrisch oder zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildet und weist eine Stirnfläche 9 und eine äußere Umfangsfläche 10 auf. Die erste Gehäuseseite S1 ist in diesem Fall durch die Stirnfläche 9 ausgebildet und die zweite Gehäuseseite S2 durch die äußere Umfangsfläche 10 ausgebildet. Sie zumindest eine Ventilöffnung 4 ist somit an der Stirnfläche 9 angeordnet und die zumindest eine Überströmöffnung 7 ist an der äußeren Umfangsfläche 10 angeordnet. Das Ventilelement 3 ist in einer axialen Betätigungsrichtung des zylindrischen Ventilgehäuses 6 zwischen der Absperrposition und der Freigabeposition bewegbar.

Vorzugsweise ist im Ventilgehäuse 6 auch eine Ventilkammer 8 vorgesehen, wobei die Ventilöffnung 4 und die Überströmöffnung 7 mit der Ventilkammer 8 verbunden sind, sodass Kompressionsmedium von der Ventilöffnung 4 durch die Ventilkammer 8 zur Überströmöffnung 7 strömen kann. Natürlich können auch mehr als eine Ventilöffnung 4 und mehr als eine Überströmöffnung 7 vorgesehen sein, wodurch der Strömungswiderstand reduziert werden kann. In der dargestellten Ausführungsform sind beispielsweise mehrere Überströmöffnungen 7 an der äußeren Umfangsfläche 10 vorgesehen, die in Umfangsrichtung voneinander beanstandet sind. Die Überströmöffnungen 7 können dabei im Wesentlichen eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise rund oder elliptisch. Im einfachsten Fall können die Überströmöffnungen 7 als Bohrungen ausgebildet sein, die sich von der äußeren Umfangsfläche 10 des Ventilgehäuses 6 in radialer Richtung nach innen erstrecken und mit der Ventilkammer 8 verbunden sind.

Das Ventilelement 3 weist einen Dichtabschnitt 3a auf, der die Ventilöffnung 4 in der Absperrposition von außerhalb des Ventilgehäuses 6 verschließt. Der Dichtabschnitt 3a ist mit einem Verbindungsabschnitt 3b verbunden, der sich in das Ventilgehäuse 6, hier in die Ventilkammer 8, erstreckt. An einem dem Dichtabschnitt 3a gegenüberliegenden Ende des Ventilelements 3 ist ein Magnetanker 3c vorgesehen, der mit dem Verbindungsabschnitt 3b verbunden ist. Das Absperrventil 1 ist vorteilhafterweise als Ringventil ausgebildet ist, wobei zumindest eine Ventilöffnung 4 und der damit zusammenwirkende Dichtabschnitt 3a zumindest abschnittsweise ringförmig ausgebildet sind. Das Ventilelement 3 ist im dargestellten Beispiel mehrteilig ausgebildet, könnte aber natürlich auch einstückig ausgebildet sein.

Der Dichtabschnitt 3a ist hier in vorteilhafterweise als separates Dichtelement, insbesondere als Dichtplatte ausgebildet, die mit einem geeigneten Befestigungsmittel 11 am

Verbindungsabschnitt 3b befestigt ist. Im gezeigten Beispiel sind der Verbindungsabschnitt

3b und der Magnetanker 3c einteilig ausgebildet und das Dichtelement 3a ist mit einem zentralen Befestigungsmittel 11 in Form einer Schraube in eine Gewindebohrung am

Verbindungsabschnitt 3b eingeschraubt. Dadurch ist eine einfache Montage des

Absperrventils 1 möglich und es können unterschiedliche Werkstoffe für die einzelnen

Komponenten des Ventilelements 3 verwendet werden. Am Dichtabschnitt bzw.

Dichtelement 3a können natürlich auch eine oder mehrere Durchtrittsöffnung/en 20 vorgesehen sein, wie in Fig.1 dargestellt ist. Die Durchtrittsöffnung/en 20 verbinden die gegenüberliegenden Seiten des Dichtabschnitts bzw. Dichtelements 3a in axialer Richtung gesehen, wodurch der Strömungswiderstand verringert werden kann. In Betätigungsrichtung gesehen kann zwischen einer der Ventilöffnung 4 abgewandten Seite des Dichtelements 3a und dem Befestigungsmittel 11 ein Dämpfungselement 19 vorgesehen sein. Im dargestellten Beispiel ist das Dämpfungselement 19 beispielsweise als O-Ring ausgebildet. Das Dichtelement 3a ist somit in der axialen Betätigungsrichtung im Rahmen der Kompressibilität des Dämpfungselements 19 beweglich.

Beispielsweise kann zumindest ein im Bereich der Ventilöffnung 4 am Ventilgehäuse 6 angeordneter Ventilsitz, an dem der Dichtabschnitt bzw. das Dichtelement 3a des Ventilelements 3 in der Absperrposition anliegt, aus einem geeigneten Kunststoff ausgebildet sind. Alternativ oder zusätzlich könnte auch zumindest ein Teil des Dichtabschnitts bzw. Dichtelements 3a, der in der Absperrposition am Ventilsitz anliegt aus einem geeigneten Kunststoff ausgebildet sein. Beispielsweise kann auch das gesamte Dichtelement 3a aus Kunststoff hergestellt sein. Dadurch kann die Dichtwirkung gegenüber bekannten Absperrventilen verbessert werden, bei welchen das Dichtelement bzw. der Dichtabschnitt aus Festigkeitsgründen aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist. Zusätzlich kann die Geräuschentwicklung reduziert werden, wenn der Dichtabschnitt bzw. das Dichtelement 3a am Ventilsitz anschlägt, wenn das Ventilelement 3 von der Freigabeposition in die Absperrposition verlagert wird. Natürlich könnte zusätzlich auch ein geeignetes separates Abdichtungselement am Ventilsitz und/oder am Dichtabschnitt bzw. Dichtelement 3a vorgesehen sein, um eine Abdichtung in der Absperrposition zu verbessern. Je nach Baugröße des Absperrventils 1 könnten natürlich auch mehrere vorzugsweise konzentrisch angeordnete im Wesentlichen ringförmige Ventilöffnungen 4 und mehrere damit zusammenwirkende Dichtabschnitte 3a vorgesehen sein. Beispielsweise könnten mehrere konzentrisch angeordnete ringförmige Dichtelemente 3a über radiale Stege zu einer Dichtplatte verbunden sein, wobei jedes ringförmige Dichtelemente 3a mit einer korrespondierenden ringförmigen Ventilöffnung 4 zusammenwirkt.

An einer der Ventilöffnung 4 abgewandten Seite des Magnetankers 3c bzw. an einer der Ventilöffnung 4 gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses 6 ist ein elektromagnetischer Aktuator 12 vorgesehen, der mit dem Magnetanker 3c zusammenwirkt. Zwischen dem elektromagnetischen Aktuator 12 und dem Magnetanker 3c ist eine Betätigungskammer 13 ausgebildet. Im Ventilelement 3 ist ein Druckausgleichskanal 14 vorgesehen, der die Betätigungskammer 13 mit einer der Ventilöffnung 4 abgewandten Seite des Ventilelements 3 verbindet. Im dargestellten Beispiel ist ein Teil des Druckausgleichskanals 14 im Befestigungsmittel 11 angeordnet, das hier als Schraube ausgebildet ist. Durch den Druckausgleichskanal 14 ist ein Druckausgleich zwischen der Betätigungskammer 13 und der Umgebung des Absperrventils 1 möglich, die im verbauten Zustand des Absperrventils 1 in einem Kolbenkompressor 2 einer, dem Säugventil abgewandten Seite des Einlasskanals EK zugewandt ist, wie in Fig.2 und Fig.3 ersichtlich ist. Der elektromagnetische Aktuator 12 weist außerdem ein Betätigungselement 15 auf, das zwischen der in Fig.1 dargestellten Öffnungsposition, in der ein in die Betätigungskammer 13 mündendes Kanalende 14a des Druckausgleichskanals 14 geöffnet ist und einer in Fig.3 dargestellten Schließposition, in der das Kanalende 14a durch das Betätigungselement 15 verschlossen ist, verlagerbar ist. Das Betätigungselement 15 kann ebenfalls durch den Aktuator 12 betätigt werden.

Der elektromagnetische Aktuator 12 kann beispielsweise so wie dargestellt eine separate Komponente sein, die in geeigneter Weise mit dem Ventilgehäuse 6 verbunden werden kann. Der elektromagnetische Aktuator 12 könnte aber natürlich auch innerhalb des Ventilgehäuses 6 angeordnet sein. Wie beschrieben kann das Ventilelement 3 ein separates Dichtelement 3a aufweisen, das mit einem Dämpfungselement 19 axial beweglich am Verbindungsabschnitt 3b eingespannt ist. Dadurch kann der Magnetanker 3c vom elektromagnetischen Aktuator 12 in vorteilhafter Weise so weit magnetisch angezogen werden, bis der Magnetanker 3c den Aktuator 12 kontaktiert und es kann trotzdem gewährleistet werden, dass das Dichtelement 3a die Ventilöffnung 4 vollständig abdichtet. Das hat den Vorteil, dass einerseits eine sehr gute Abdichtung und damit geringe Leckage erreicht wird und zum anderen, dass der Aktuator 12 sehr effizient betrieben werden kann, weil kein oder nur noch ein sehr geringer Luftspalt zwischen Aktuator 12 und Magnetanker 3c verbleibt. Bisher war dies nicht möglich, weil das Dichtelement aus Festigkeitsgründen starr am Ventilelement befestigt war. Um eine Leckage zu vermeiden musste deshalb bisher immer ein Luftspalt zwischen Magnetanker und Aktuator vorgesehen werden.

Der elektromagnetische Aktuator 12 weist in bekannter Weise zumindest eine Spule 16 auf, die bei Betätigung einen magnetischen Fluss erzeugt, um eine magnetische Anziehungskraft auf den Magnetanker 3c zu erzeugen. Zusätzlich kann das Betätigungselement 15 vom Aktuator 12 betätigt werden. Dazu kann beispielsweise ein Tauchanker vorgesehen sein, der das Betätigungselement 15 betätigt, oder das Betätigungselement 15 kann selbst ein Teil des Tauchankers sein. Im dargestellten Beispiel bildet das Betätigungselement 15 beispielsweise den Tauchanker aus und ist in einer dafür vorgesehenen Öffnung an einer der Betätigungskammer 13 zugewandten Seite des Aktuators 12 beweglich angeordnet in Umfangsrichtung gesehen ist das Betätigungselement 15 zumindest abschnittsweise von der Spule 16 umgeben. Um das Absperrventil 1 zu schließen kann der elektromagnetische Aktuator 12 von einer (nicht dargestellten) Steuerungseinheit angesteuert werden.

Dadurch wird einerseits das Betätigungselement 15, hier in axialer Richtung, zwischen der dargestellten Öffnungsposition und der (nicht dargestellten) Schließposition verlagert, wodurch das Kanalende 14a des Druckausgleichskanals 14 verschlossen wird. Zum anderen wird das Ventilelement 3 mittels des damit verbundenen Magnetankers 3c von der (dargestellten) Freigabeposition in die (nicht dargestellte) Absperrposition verlagert, wodurch die Ventilöffnung 4 durch den Dichtabschnitt bzw. das Dichtelement 3a geschlossen wird. Durch das Schließen des Kanalendes 14a mittels des Betätigungselements 15 wird der Druckausgleich über den Druckausgleichskanal 14 beim Schließvorgang unterbunden, da die Strömungsverbindung zum Einlasskanal EK unterbrochen ist. Dadurch kann vom Einlasskanal EK kein Kompressionsmedium mehr in die Betätigungskammer 13 strömen (siehe Fig.3).

Um zu verhindern, dass die Betätigungskammer 13 gasdicht abgedichtet ist, ist vorzugsweise ein Kompensationskanal 18 zur Druckkompensation im Absperrventil 1 vorgesehen, der die Betätigungskammer 13 in jeder Stellung des Betätigungselements 15, insbesondere auch in der Schließposition, mit der Überströmöffnung 7 und/oder der Ventilöffnung 4 und/oder der Ventilkammer 8 verbindet. Dadurch kann in der Betätigungskammer 13 befindliches Kompressionsmedium beim Schließen des Absperrventils 1 aus der Betätigungskammer 13 entweichen.

Zumindest ein Teil 18b des Kompensationskanals 18 ist vorzugsweise in Form eines Ringspaltes bzw. eines radialen Spiels zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Ventilelements 3 und einer inneren Umfangsfläche des Ventilgehäuses 6, in dem das Ventilelement 3 geführt ist, ausgebildet, wie in Fig.1 dargestellt ist. Das Ventilelement 3 weist im dargestellten Beispiel einen ersten zylindrischen Ventilelement-Führungsabschnitt VA1 und einen zweiten zylindrischen Ventilelement-Führungsabschnitt VA2 auf. Der erste Ventilelement-Führungsabschnitt VA1 ist hier in einem an den Magnetanker 3c angrenzenden Bereich des Verbindungsabschnitts 3b vorgesehen und der zweite Ventilelement-Führungsabschnitt VA2 ist hier in einem an den Dichtabschnitt bzw. das Dichtelement 3a angrenzenden Bereich des Verbindungsabschnitts 3b vorgesehen.

Das Ventilgehäuse 6 weist hier einen ersten zylindrischen Ventilgehäuse-Führungsabschnitt GA1 auf, in dem der erste Ventilelement-Führungsabschnitt VA1 des Ventilelements 3 axial beweglich geführt ist und weist einen zweiten zylindrischen Ventilgehäuse- Führungsabschnitt GA2 auf, in dem der zweite Ventilelement-Führungsabschnitt VA2 axial beweglich geführt ist. Der Teil 18b des Kompensationskanals 18 ist hier somit in Form eines radialen Spiels zwischen der äußeren Umfangsfläche des ersten Ventilelement- Führungsabschnitts VA1 und der inneren Umfangsfläche des damit zusammenwirkenden ersten Ventilgehäuse-Führungsabschnitts GA1 ausgebildet. Dadurch kann zwischen den einander zugewandten Umfangsflächen in einfacher Weise eine Druck-Kompensation zwischen der Betätigungskammer 13 und der Ventilkammer 8 erfolgen. Um die Druckkompensation nicht zu behindern, ist vorzugsweise kein Dichtelement zwischen den einander zugewandten Umfangsflächen vorgesehen. Beispielsweise könnte aber auch zumindest ein Teil 18a des Kompensationskanals 18 im Ventilelement 3 angeordnet sein, wie in Fig.1 dargestellt ist und/oder zumindest ein Teil des Kompensationskanals 18 könnte im Ventilgehäuse 6 angeordnet sein (nicht dargestellt). Natürlich könnte auch der gesamte Kompensationskanal 18 im Ventilelement 3 oder im Ventilgehäuse 6 angeordnet sein. Es könnten auch mehrere Kompensationskanäle 18 vorgesehen sein, z.B. zumindest ein Kompensationskanal 18 im Ventilelement 3 und zumindest ein Kompensationskanal 18 im Ventilgehäuse 6. Aufgrund der einfacheren Fertigung ist die Anordnung im Ventilelement 3 im Vergleich zur Anordnung im Ventilgehäuse 6 jedoch vorteilhaft.

Wie erwähnt kann über den Kompensationskanal 18 eine Druckkompensation zwischen der Betätigungskammer 13 und der Ventilkammer 8 erfolgen, sodass die axiale Verschiebung des Ventilelements 3 zwischen der Absperrposition und der Freigabeposition erleichtert wird. Diese Ausführungsform hat gegenüber bekannten Absperrventilen weiters den Vorteil, dass der Aufbau des Absperrventils 1 vereinfacht wird, weil keine Dichtung mehr an der Umfangsfläche zwischen Ventilelement 3 und Ventilgehäuse 6 mehr erforderlich ist. Da geeignete Dichtungen für eine Abdichtung von relativ zueinander bewegten Bauteilen in der Regel relativ teuer sind, können auch die Herstellkosten reduziert werden, was insbesondere bei preissensitiven Kühlkompressoren vorteilhaft ist. Ohne Dichtung ist wegen der stark reduzierten Reibung folglich auch keine Rückstellfeder mehr erforderlich, wie bei bekannten Absperrventilen, was zu einer weiteren Vereinfachung des Aufbaus und damit zu einer Kostenreduktion führt. Optional könnte aber natürlich auch eine Feder vorgesehen werden, die das Ventilelement 3 in Richtung der Freigabeposition vorspannt.

Das Absperrventil 1 der Erfindung hat gegenüber bekannten Ventilen weiters den Vorteil, dass der Dichtabschnitt bzw. hier das Dichtelement 3a weniger stark belastet wird. Die geringere Belastung ist im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass im geschlossenen Zustand des Absperrventils 1 aufgrund des in der Betätigungskammer 13 angeordneten Betätigungselements 15, insbesondere in einem zentralen Bereich (radial gesehen), eine geringere druckbedingte Kraft auf den Magnetanker 3c wirkt. Diese Kraft wirkt (hier von oben) auf das Ventilelement 3 und ist im Betrieb einer druckbedingten Kraft entgegengerichtet, die (hier von unten) auf das Dichtelement 3a wirkt. Ein Großteil dieser auf das Dichtelement 3a wirkenden Kraft wirkt wegen des größeren Flächenanteils radial gesehen relativ weit außen auf das Dichtelement 3a.

Bei bekannten Absperrventilen mit Druckausgleichskanal wirkt im geschlossenen Zustand des Ventils aufgrund der fehlenden Absperrung des Druckausgleichskanals ein relativ hohes

Biegemoment auf das Dichtelement 3a, was zu einer im Wesentlichen tellerförmigen

Verformung des Dichtelements 3a und in Folge zu einer Leckage im radial inneren Bereich führte. Um die Durchbiegung zu verringern musste das Dichtelement 3a daher bisher aus einem metallischen Werkstoff mit möglichst hoher Festigkeit, aber relativ geringer Dichtwirkung ausgeführt werden. Dieser Umstand führte in Verbindung mit einer im Vergleich zum gegenständlichen Absperrventil 1 geringeren Anpresskraft des Dichtelements auf den Ventilsitz folglich zu einer unzureichenden Abdichtung.

Beim Absperrventil 1 der Erfindung ist die Belastung auf das Dichtelement 3a geringer, wodurch es möglich ist, dass das Dichtelement 3a anstatt aus einem hochfesten metallischen Werkstoff, z.B. aus einem geeigneten Kunststoff mit besseren Dichteigenschaften hergestellt werden kann. Durch das Verschließen des Kanalendes 14a des Druckausgleichskanals 14 mittels des Betätigungselements 15 und der daraus resultierenden Deaktivierung der Betätigungskammer 13 wirkt die Kraft auf das Ventilelement 3a im geschlossenen Zustand des Absperrventils 1 im Wesentlichen nur noch vom Einlasskanal EK auf das Dichtelement 3a (in Fig.3 von unten). Eine allfällige daraus resultierende Verformung des Dichtelements 3a ist damit sogar vorteilhaft, weil sich das Dichtelement 3a besser an den Ventilsitz anlegt, wodurch die Dichtwirkung verbessert wird. Dadurch kann im Betrieb des Absperrventils 1 in einem Kolbenkompressor 2 die Leckage über Ventilöffnung 4 im geschlossenen Zustand des Absperrventils 1 verringert werden und die Effizienz des Kolbenkompressors erhöht werden.

Während das Schließen des Absperrventils 1 durch elektromagnetische Anziehungskraft erfolgt, erfolgt das Öffnen des Absperrventils 1 im Betrieb im Kolbenkompressor, also die Verlagerung des Ventilelements 3 von der Absperrposition in die Freigabeposition, hingegen rein druckbedingt. Sobald der elektromagnetische Aktuator 12 im geschlossenen Zustand des Absperrventils 1 deaktiviert wird, gibt das Betätigungselement 15 das Kanalende 14a frei und es kann ein wieder ein Druckausgleich über den Druckausgleichskanal 14 erfolgen. Aufgrund der im Betrieb herrschenden Druckdifferenz zwischen Betätigungskammer 13 und Ventilkammer 8 und aufgrund der Schwerkraft (bei vertikal verbautem Absperrventil 1) wird das Ventilelement 3 von der Absperrposition in die Freigabeposition verlagert, wodurch die Ventilöffnung 4 freigegeben wird. Die Druckdifferenz ergibt sich dabei durch die den Expansionshub des Kolbens des Kolbenkompressors bei geöffnetem Säugventil 26 (siehe Fig.2), wodurch sich der Druck in der Ventilkammer 8 verringert. Um die druckbedingte Verlagerung des Ventilelements 3 zu erleichtern, ist eine der Betätigungskammer 13 axial zugewandte effektive Druckausgleichsfläche des Magnetankers 3c vorzugsweise größer, als eine der Ventilöffnung 4 axial abgewandte effektive Druckangriffsfläche. Unter der effektiven Druckausgleichsfläche ist im dargestellten Beispiel im Wesentlichen die projizierte Fläche des Ventilelement-Führungsabschnitts VA1 in der Betätigungskammer 13 zu verstehen, die im gegenständlichen Fall z.B. einer Kreisfläche mit dem Durchmesser des Ventilelement- Führungsabschnitts VA1 abzüglich der Fläche des Druckausgleichskanals 14 entspricht. Die Ringfläche des radialen Absatzes des Magnetankers 3c ist druckausgeglichen und trägt somit nicht zur Kraftbildung bei. In analoger Weise ist unter der effektiven Druckangriffsfläche jene Fläche am Dichtelement 3a zu verstehen, die zur Kraftbildung beiträgt.

Durch zyklisches Öffnen und Schließen des Absperrventils 1 kann in einem Kolbenkompressor 2 ein Kapazitätsregelbetrieb mit einer Fördermenge zwischen Leerlauf und Volllast realisiert werden, wie nachfolgend anhand Fig.2+3 noch näher erläutert wird. Vorzugsweise wird das Absperrventil 1 in einem Kältemittelkompressor 2 einer bekannten (nicht explizit dargestellten) Kompressionskälteanlage verwendet, die einen geschlossenen Kältekreislauf aufweist, wobei als Kompressionsmedium des Kältekreislaufs ein Kältemittel verwendet wird. Anhand von Fig.2+Fig.3 wird nachfolgend die Verwendung des Absperrventils 1 gemäß Fig.1 in einem Kolbenkompressor 2 zur Kapazitätsregelung näher erläutert. Der grundlegende Aufbau und die Funktionsweise eines Kolbenkompressors 2 sind bekannt, weshalb nur auf die für die Erfindung wesentlichen Merkmale näher eingegangen wird. Der Kolbenkompressor 2 weist einen Kolben 22 auf, der in einem Zylinder 24 hin und her bewegbar ist, um einen Kompressionsraum 25 mit veränderlichem Volumen im Zylinder 24 auszubilden. Der Antrieb des Kolbens 22 kann beispielsweise über eine (nicht dargestellte) Schubstange erfolgen, die von einer (nicht dargestellten) Kurbelwelle angetrieben werden kann. Der Kolben 22 führt dabei bekanntermaßen je Umdrehung der Kurbelwelle einen Expansionshub zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt und einen Kompressionshub zwischen dem oberen Totpunkt zurück zum unteren Totpunkt aus. Natürlich wäre aber auch ein anderer Antrieb denkbar.

Zwischen dem Kompressionsraum 25 und einem Einlasskanal EK des Kolbenkompressors 2 ist zumindest ein Säugventil 26 vorgesehen und zwischen dem Kompressionsraum 25 und einem Auslasskanal AK ist zumindest ein Druckventil 27 vorgesehen. Der Einlasskanal EK und der Auslasskanal AK sind voneinander getrennt, sodass kein Kompressionsmedium, beispielsweise ein Kältemittel, vom Einlasskanal EK in den Auslasskanal AK strömen kann und umgekehrt. Im Rahmen der Erfindung ist unter dem Einlasskanal EK die gesamte Strömungsverbindung im Ansaugtrakt vor dem Kompressionsraum 25 zu verstehen. Der Einlasskanal EK kann daher auch mehrere miteinander kommunizierende Kammern aufweisen, wie in Fig.2+3 beispielhaft dargestellt ist. Das Säugventil 26 und das Druckventil 27 können beispielsweise als selbsttätig arbeitende Ventile ausgebildet sein, beispielsweise in Form von bekannten Lamellenventilen, wie in Fig.1 angedeutet ist.

Das Säugventil 26 öffnet während des Expansionshubs des Kolbens 22 bei einem bestimmten Druckverhältnis zwischen einem Druck im Einlasskanal EK und einem Druck im Kompressionsraum 25, sodass Kompressionsmedium aus dem Einlasskanal EK angesaugt wird. In analoger Weise öffnet das Druckventil 26 während des Kompressionshubs des Kolbens 22 bei einem bestimmten Druckverhältnis zwischen einem Druck im Kompressionsraum 25 und einem Druck im Auslasskanal AK, sodass komprimiertes Kompressionsmedium in den Auslasskanal AK strömt. Die Druckverhältnisse bei denen das Säugventil 26 und das Druckventil 27 öffnet und schließt können beispielsweise über Regelventile außerhalb des Kolbenkompressors 2 definiert werden, um verschiedene Betriebspunkte einstellen zu können.

Am Kolbenkompressor 2 ist ein erfindungsgemäßes Absperrventil 1 gemäß Fig.1 zum Absperren des Einlasskanals EK vorgesehen. Im dargestellten Beispiel ist das Absperrventil 1 beispielsweise in einer dafür vorgesehenen Absperrventilöffnung 29 angeordnet, die in einem Kompressorgehäuse 28, beispielsweise einem Zylinderkopf des Kolbenkompressors 2 vorgesehen ist. Dadurch kann beispielsweise ein bestehender Kompressor 2 mit einem Absperrventil 1 nachgerüstet werden oder das Absperrventil 1 kann bei einem Defekt einfach ausgetauscht werden. Natürlich ist das nur beispielhaft zu verstehen und es wäre auch eine andere Anordnung denkbar. Beispielsweise könnte das Absperrventil 1 auch ein integraler Bestandteil des Kolbenkompressors 2 sein, wobei das Ventilgehäuse 6 des Absperrventils 1 z.B. ein integraler Teil des Kompressorgehäuses 28 sein kann. In diesem Fall könnte der Druckausgleichskanal 14 beispielsweise auch im Kompressorgehäuse 28 statt im Ventilelement 3 vorgesehen sein. Fertigungsbedingt ist eine Anordnung im Ventilelement 3 jedoch vorteilhaft.

Das Absperrventil 1 ist so am Kolbenkompressor 2 angeordnet, dass die Ventilöffnung 4 einer dem Säugventil 26 abgewandten Seite des Einlasskanals EK zugewandt ist und dass die Überströmöffnung 7 einer dem Säugventil 26 zugewandte Seite des Einlasskanals EK zugewandt ist. Unter „dem Einlasskanal EK zugewandt“ ist hierbei eine strömungsmechanische Verbindung zu verstehen. Das Absperrventil 1, insbesondere der elektromagnetische Aktuator 12, kann von einer (nicht dargestellten) Steuerungseinheit angesteuert werden. Die Steuerungseinheit kann z.B. ein Teil des Absperrventils 1 sein und z.B. mit einer übergeordneten Kompressor-Steuerungseinheit des Kolbenkompressors 1 kommunizieren. Das Absperrventil 1 könnte aber auch direkt von der Kompressor- Steuerungseinheit angesteuert werden, ohne dass eine separate Steuerungseinheit am Absperrventil 1 vorgesehen ist.

Wie bereits beschrieben wurde, kann das Absperrventil 1 durch entsprechende Ansteuerung des elektromagnetischen Aktuators 12 geschlossen werden, wobei das Ventilelement 3 von der Freigabeposition, in der die Ventilöffnung 4 freigegeben ist, in die Absperrposition, in der die Ventilöffnung 4 den Dichtabschnitt 3a verschlossen ist, verlagert wird. In Fig.2 ist der

Kolbenkompressor in einem Normalbetriebsmodus dargestellt, in welchem sich das

Absperrventil 1 im geöffneten Zustand befindet. In der Freigabeposition kann somit

Kompressionsmedium vom Einlasskanal EK über das Absperrventil 1 zum Säugventil 26 strömen, sodass der Kolbenkompressor 2 Normalbetriebsmodus unter Volllast betrieben werden kann. In der dargestellten Anordnung des Absperrventils 1 am Kolbenkompressor 2 wird das Ventilelement 3 im Normalbetriebsmodus durch die Schwerkraft in der Freigabeposition gehalten, da es im geöffneten Zustand des Absperrventils 1 vollständig druckausgeglichen ist.

Durch die Verwendung eines Ringventils kann auch der Druckverlust über das Dichtelement 3a hinreichend geringgehalten werden, sodass die daraus resultierende Kraft, die auf das Dichtelement 3a in Richtung der Absperrposition wirkt, geringer ist als die Gewichtskraft. Wenn das Absperrventil 1 in einer nicht vertikalen Lage eingebaut ist und/oder aufgrund der konstruktiven Ausführung ein höherer Druckverlust über das Dichtelement 3a zu erwarten ist, dann könnte ggf. auch ein Rückstellelement wie z.B. eine Feder vorgesehen sein, die das Ventilelement 3a im Normalbetriebsmodus in der Freigabeposition hält. In Fig.3 ist der Kolbenkompressor in einem Absperrbetriebsmodus dargestellt, in welchem sich das Absperrventil 1 im geschlossenen Zustand befindet. In der Absperrposition ist der Einlasskanal EK durch das Absperrventil 1 abgesperrt, sodass kein Kompressionsmedium durch den Einlasskanal EK über das Absperrventil 1 zum Säugventil 26 strömen kann. Der Kompressor 2 kann somit im Leerlauf betrieben werden.

Um die Fördermenge zu reduzieren, kann der Kolbenkompressors 2 in einem Kapazitätsregelbetriebsmodus betrieben werden. Dazu kann der elektromagnetische Aktuator 12 von der Steuerungseinheit derart angesteuert werden, dass zyklisch zwischen dem Normalbetriebsmodus (Absperrventil 1 geöffnet - Fig.2) und dem Absperrbetriebsmodus (Absperrventil 1 geschlossen - Fig.3) gewechselt wird. Die Fördermenge des Kolbenkompressors 2 kann dadurch im Kapazitätsregelbetriebsmodus im Wesentlichen stufenlos zwischen einer maximalen Fördermenge (Volllast) und einer minimalen Fördermenge (Leerlauf) eingestellt werden. Dies kann beispielsweise durch pulsweitenmodulierte Ansteuerung des elektromagnetischen Aktuators 12 erfolgen, bei der eine Öffnungsdauer des Absperrventils 1 (=Normalbetriebsmodus) und eine Schließdauer des Absperrventils 1 (=Absperrbetriebsmodus) in Abhängigkeit einer gewünschten Fördermenge festgelegt werden. Durch das zyklische Öffnen/Schließen ergibt sich im mittel eine gewünschte Fördermenge. Wenn beispielsweise die Öffnungsdauer gleich groß gewählt wird wie die Schließdauer, dann stellt sich ca. eine Fördermenge von 50% der maximalen Fördermenge ein, usw.