DE102004005379B3

DE102004005379B3 - Expansionsventil für Kälteanlagen, insbesondere Klimaanlagen in Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102004005379B3
Application number: DE102004005379A
Authority: DE
Inventors: Joachim Reissner
Original assignee: Otto Egelhof GmbH and Co KG
Current assignee: Otto Egelhof GmbH and Co KG
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2024-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil für Kälteanlagen, insbesondere Klimaanlagen in Fahrzeugen, mit zumindest einem Gehäuse (14), welches einen ersten und zumindest einen weiteren Kältemittelkanal (34, 36) zur Führung eines Kältemittels mit jeweils einem Einlass (62) und jeweils einem Auslass (63) aufweist, und mit zumindest einem Regulierventil (41), welches einen Durchgang (53) des ersten Kältemittelkanals (34) öffnet und schließt und mit einer Betätigungseinrichtung (42), welche in Abhängigkeit des Zustandes des in dem zweiten Kältemittelkanal (36) geführten Kältemittels das Regulierventil (41) steuert, wobei zumindest das Regulierventil (41) und die das Regulierventil (41) steuernde Betätigungseinrichtung (42) eine Einheit (39) bilden, welche gemeinsam in das Gehäuse (14) einsetzbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil für Kälteanlagen, insbesondere Klimaanlagen in Fahrzeugen, mit zumindest einem Gehäuse, welches einen ersten und zumindest einen weiteren Kältemittelkanal zur Führung eines Kältemittels mit jeweils einem Einlass und jeweils einem Auslass aufweist und mit zumindest einem Regulierventil, welches einen Durchgang des ersten Kältemittelkanals öffnet und schließt und mit einer Betätigungseinrichtung, welche in Abhängigkeit des Zustandes des in dem zweiten Kältemittelkanal geführten Kältemittels das Regulierventil steuert.
Die Anforderungen an Kältemittelanlagen, insbesondere Klimaanlagen, in Fahrzeugen, werden aufgrund umweltpolitischer Gesichtspunkte immer strenger. Der zulässige Verlust an Kältemittel pro Jahr bei derartigen Kältemittelanlagen wird mehr und mehr reduziert. Die derzeit zulässige Grenze liegt bei einem Verlust von 5 g Kältemittel pro Jahr. Diese Grenze wird jedoch in naher Zukunft weiter reduziert werden.

Aus der DE 199 31 359 A1 ist ein thermostatisches Expansionsventil bekannt, welches ein Gehäuse umfasst. Einem ersten Durchgangskanal im Gehäuse ist ein Regulierventil zugeordnet, welches über einen Thermokopf und einem dem Thermokopf zugeordneten Übertragungsstift gesteuert wird. Der Thermokopf ist in einem zweiten Kältemittelkanal angeordnet, um die Temperatur des Kältemittels zu erfassen, welches aus dem Verdampfer austritt. Dieses Expansionsventil weist den Nachteil auf, dass an einem Einlass und einem Auslass des ersten und zweiten Kältemittelkanals Versorgungsleitungen mit Dichtungen angeschlossen werden, welche im Laufe des Betriebs spröde werden. Darüber hinaus sind die Dichtungen, welche als O-Ringe ausgebildet sind, nicht diffusionsdicht, so dass verstärkt mit Zunehmen der Betriebsdauer Kältemittel austreten kann. Ebenso ist ein derartiger O-Ring zum Abdichten des Gehäuses nach dem Einsetzen des Thermokopfes in das Gehäuse vorgesehen, wodurch eine weitere diffusionsundichte Schnittstelle gegeben ist. Diese Ausgestaltung eines Expansionsventils ist nicht nur sehr teuer, sondern wird auch den Anforderungen bezüglich des maximalen Verlusts von Kältemittel pro Jahr nicht gerecht.

Aus der DE 695 11 793 T2 geht des Weiteren ein Expansionsventil hervor, welches eine Einheit aus einer temperatursensitiven Kammer und einem Ventilmechanismus aufweist, die in ein Gehäuse teilweise einsetzbar sind. Das Gehäuse ist einem Verdampfer zugeordnet. Diese Ausgestaltung weist den Nachteil auf, dass das Gehäuse zumindest eine zum außerhalb des Gehäuse liegenden Thermokopfes angeordnete O-Ring-Dichtung aufweist, welche ebenfalls kältemitteldurchlässig ist. Durch die Verschweißung der Versorgungsleitungen zum Gehäuse, welches unmittelbar benachbart zum Verdampfer ausgebildet ist, wird diese Ausgestaltung des Expansionsventils praxisuntauglich. Die Anpassung der weiteren Komponenten ist aufwändig und montageintensiv.

Der Erfindung liegt deshalb das technische Problem zugrunde, ein Expansionsventil für Kälteanlagen, insbesondere für Klimaanlagen in Fahrzeugen, vorzuschlagen, welches in der Herstellung kostengünstig ist und einen kompakten Aufbau aufweist. Der Erfindung liegt des Weiteren das technische Problem zugrunde, ein Expansionsventil zu schaffen, welches den steigenden Anforderungen an die Gesamtleckage erfüllt.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die weiteren auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche angegeben.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Expansionsventils gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass eine kompakte Ausbildung eines Expansionsventils geschaffen ist, welches in der Herstellung kostengünstig ist. Durch die Ausgestaltung einer Einheit, welche das Regulierventil und zumindest die das Regulierventil steuernde Betätigungseinrichtung umfasst, kann diese Baugruppe vormontiert werden und in ihrer Gesamtheit in ein Gehäuse oder einen Gehäuseabschnitt eingesetzt werden. Dadurch werden die Montagekosten für die Kältemittelanlage reduziert. Gleichzeitig ist ein einfacher und schneller Austausch eines Expansionsventils durch diese Einheit gegeben. Darüber hinaus können in einem Gehäuse oder in einem Gehäuseabschnitt unterschiedliche Einheiten eingesetzt werden, die auf unterschiedliche Einsatzbedingungen, wie beispielsweise Durchströmvolumen des Kältemittels, Art des Kältemittels, Öffnungs- und Schließzeiten für das Regulierventil oder dergleichen, angepasst werden können. Durch die Ausgestaltung der zumindest teilweise in das Gehäuse oder den Gehäuseabschnitt einsetzbaren Einheit wird die Flexibilität der Anordnung und Integration eines Expansionsventils in einer Kältemittelanlage erhöht. Gleichzeitig wird durch das Einsetzen einer Einheit in das Gehäuse beziehungsweise in einen Gehäuseabschnitt die Anzahl der Anschlussstellen und somit die Verlustmenge an Kältemittel erheblich reduziert.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Einsetzrichtung der Einheit parallel zur Strömungsrichtung des ersten Kältemittelkanals vorgesehen ist. Dadurch sind einfache Einbauverhältnisse und eine leichte Montage ermöglicht. Alternativ kann ebenso als vorteilhafte Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Einsetzrichtung oder Einsetzbewegung durch eine Schwenkbewegung oder kurvenförmigen Bewegung oder einer Kombination mit einer oder mehreren geradlinigen Bewegungsabschnitten zum Gehäuse erfolgt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einheit durch einen zum Gehäuse lösbar angeordneten Gehäuseabschnitt in dem Gehäuse lagerichtig positioniert und fixiert ist. Dafür sind beispielsweise Aufnahmeelemente vorgesehen, welche an Wandabschnitten des ersten oder weiteren Kältemittelkanals angreifen, um die Einheit sowohl in radialer als auch in axialer Richtung zu positionieren. Gleichzeitig wird ermöglicht, dass die Lage und/oder die Orientierung der Einheit festgelegt wird und nach dem Verbinden des Gehäuseabschnitts mit dem die Einheit umgebenden Gehäuse eine sichere Funktion des Regulierventils und der Betätigungseinrichtung gewährleistet ist.

Die in das Gehäuse einsetzbare Einheit weist vorteilhafterweise einen Einsetzkörper auf, der die Reguliervorrichtung und die Betätigungseinrichtung trägt und zueinander positioniert. Dadurch wird ermöglicht, dass im nicht eingebauten Zustand die Einheit auf ihre Funktion prüfbar ist. Des Weiteren kann die Öffnungskraft des Regulierventils voreingestellt werden. Somit kann eine komplett funktionstüchtige Einheit ausgeliefert und vor Ort eingebaut werden.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Einsetzkörper in seiner im Gehäuse eingesetzten Lage den ersten und zweiten Kältemittelkanal trennt und vorteilhafterweise jeweils stirnseitig Dichtungselemente aufweist. Dadurch ist für die Ausgestaltung der Einheit eine große gestalterische Freiheit gegeben, so dass die Einheit in Abhängigkeit der zu verwendenden Betätigungseinrichtungen und Regulierventile angepasst werden kann. Somit steht der gesamte Innenraum eines Gehäuse oder Gehäuseabschnitts zur Verfügung, wobei gleichzeitig nach Einsetzen des Einsetzkörpers wieder die Trennung zwischen dem ersten und zweiten Kältemittelkanal sichergestellt ist.

Die in das Expansionsventil einsetzbare Einheit weist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung einen Einsetzkörper mit einem Kältemittelkanal auf, dessen Durchgang durch das Regulierventil geöffnet und geschlossen wird, wobei außerhalb des Kältemittelkanals die Betätigungseinrichtung vorgesehen ist. Dadurch wird eine kompakte Bauweise erzielt, wobei das Regulierventil und die Betätigungseinrichtung räumlich nahe zueinander angeordnet sind. Gleichzeitig ist eine Trennung zwischen dem ersten und zweiten Kältemittelkanal gegeben. Somit wird die Betätigungseinrichtung durch das den ersten Kältemittelkanal durchströmende Kältemittel nicht beeinflusst.

Die Betätigungseinrichtung ist vorteilhafterweise zumindest als temperatur- oder druckempfindliche Vorrichtung ausgebildet. Vorzugsweise werden beide Parameter für die Betätigung des Regulierventils erfasst.

Als Betätigungseinrichtung ist vorteilhafterweise ein Membran- oder Balgsystem vorgesehen. Diese Systeme weisen den Vorteil auf, dass im Schadensfall das System in eine Position übergeht, welche zum Schließen des Regulierventils führt. In Abhängigkeit des Druckes und/oder der Temperatur führen das Balg- oder Membransystem eine Hubbewegung aus, wodurch das Regulierventil geöffnet oder geschlossen wird. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Membran- oder Balgsystem ringförmig ausgebildet ist und einen ersten Kältemittelkanal für eine kompakte Bauweise umgibt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass beispielsweise zwei oder mehrere zu einem Paket hintereinander geschaltete Membran- oder Balgsysteme ausgebildet sein können.

Die Betätigungseinrichtung ist vorteilhafterweise mit einer Adsorberfüllung versehen, wie beispielsweise aus einer Aktivkohle mit einem Inertgas. Dadurch wird ein träges Ansprechen erzielt. Gleichzeitig weist eine derartige Füllung den Vorteil auf, dass die Betätigungseinrichtung nicht zu Pumpen beginnt. Des Weiteren können beispielsweise die Membransysteme mit verflüssigten Gasen, beispielsweise Kältemittel, gefüllt sein. Darüber hinaus können die Balg- und Membransysteme anwendungsspezifisch auch miteinander kombiniert und mit unterschiedlichen Fül lungen jeweils versehen sein, um eine Anpassung eines Ansprechverhaltens des Regulierventils einzustellen.

Die erfindungsgemäße Einheit weist vorteilhafterweise ein Regulierventil auf, welches eine bewegbare Ventilkugel umfasst, deren Öffnungsbewegung in oder entgegen der Strömungsrichtung ausgebildet ist. Die Ansteuerung der Öffnungsbewegung wird in Abhängigkeit der Positionierung der Betätigungsvorrichtung zum Regulierventil gewählt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Öffnungsbewegung der Ventilkugel in Strömungsrichtung des Kältemittels im ersten Kältemittelkanal erfolgt.

Das Regulierventil kann vorteilhafterweise zusätzlich mit einem Abschaltventil gekoppelt sein. Dieses Abschaltventil ist vorzugsweise elektromagnetisch angetrieben und kann ebenso als Teil der Einheit in ein Gehäuse oder einen Gehäuseabschnitt einsetzbar sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Abschaltventil seitlich an dem Gehäuse oder dem Gehäuseabschnitt der Reguliervorrichtung zugeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Einheit nimmt vorteilhafterweise die Betätigungseinrichtung auf und weist Übertragungselemente, insbesondere Übertragungsstifte, auf, welche in dem Einsetzkörper geführt sind und das Regulierventil betätigen. Die Hubbewegung der Betätigungseinrichtung wird durch die Übertragungselemente auf das Regulierventil übertragen. Dies kann direkt oder indirekt erfolgen. Eine Übertragung kann durch in dem Einsetzkörper geführte Übertragungsstifte gegeben sein, welche die Hubbewegung vorzugsweise parallel zur Strömungsrichtung auf das Regulierventil überträgt. Zusätzlich kann an den Übertragungsstiften eine Dichtung angreifen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Einsetzkörper zumindest eine Hülse zur Aufnahme des Regulierventils und ein Rohrstück umfasst, um den ersten Kältemittelkanal zum zweiten Kältemittelkanal thermisch zu trennen. Dadurch kann ein exaktes Arbeiten der Betätigungseinrichtung ermöglicht werden, welches vorzugsweise nahe dem Rohrstück positioniert ist oder das Rohrstück umgibt.

Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einheit ist vorgesehen, dass die Einheit einen Einsetzkörper umfasst, bei dem das Regulierventil und die das Regulierventil steuernde Betätigungseinrichtung nicht parallel zur Strömungsrichtung des Kältemittels vorgesehen sind, sondern hiervon abweichen. Beispielsweise kann die Betätigungsrichtung quer zur Steuerungsrichtung von zumindest einem Kältemittelkanal gegeben sein. Diese Ausführung weist den Vorteil auf, dass beispielsweise auch herkömmliche bekannte Expansionsventile in ein Gehäuse eingesetzt werden, wobei deren Anschlussstellen, die üblicherweise diffusionsundichte Schnittstellen darstellen, durch die vollständige Abschirmung des Gehäuses unproblematisch sind.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform dieses vorgenannten Einsetzkörpers ist vorgesehen, dass die Betätigungseinrichtung mit einem Übertragungselement das Regulierventil steuert, wobei das Übertragungselement in einem Durchgangsabschnitt des ersten Kältemittelkanals zwischen dem Einlass und dem Auslass geführt ist und vorzugsweise quer zur Hauptströmungsrichtung des Kältemittels im ersten oder zweiten Kältemittelkanal angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht beispielsweise eine stehende Anordnung eines Expansionsventils im Gehäuse und stellt eine alternative Ausführungsform zu einer liegenden Anordnung dar, die bereits vorstehend als alternative erfindungsgemäße Einheit beschrieben ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dieser Einheit ist vorgesehen, dass die Betätigungseinrichtung als Thermokopf ausgebildet ist, der an dem Einsetzkörper aufgeschraubt ist und ein Regulierventil über ein Übertragungselement ansteuert. Dieser Thermokopf ist vorteilhafterweise zumindest teilweise mit einer thermisch isolierenden Abdeckung versehen. Dadurch wird ein trägeres Ansprechen der Betätigungseinrichtung zur Ansteuerung des Regulierventils erzielt.

Das Übertragungselement der als Thermokopf ausgebildeten Betätigungseinrichtung weist zwischen dem Thermokopf und dem ersten Kältemittelkanal, in welchem das Übertragungselement zumindest abschnittsweise geführt ist, ein Dämpfungselement auf, welches vorzugs weise gleichzeitig auch als Dichtelement ausgebildet ist. Dadurch wird verhindert, dass Kältemittel des ersten Kältemittelkanals zur Betätigungseinrichtung gelangt. Des Weiteren kann eine Reduzierung von Schwingungen erzielt werden.

Vorteilhafterweise ist der Einsetzkörper der Einheit aus Kunststoff hergestellt. Dadurch wird eine thermische Entkopplung zwischen dem ersten und zweiten Kältemittelkanal erzielt. Der Einsetzkörper wird zumindest teilweise von dem aus dem Verdampfer kommenden Kältemittel umströmt.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem wird des Weiteren durch die Anordnung und Ausgestaltung einer Kältemittel undurchlässigen Dichtung gelöst, welche die zwischen einem Flanschabschnitt des Gehäuses und einem daran anordenbaren weiteren Flanschabschnitt von zumindest einer Versorgungsleitung oder zumindest eines Gehäuseabschnitts vorgesehen ist. Das zweiteilig ausgebildete Gehäuse weist somit den Vorteil auf, dass eine Trennstelle mit einer diffusionsundurchlässigen Dichtung versehen ist, wodurch eine hermetische Abriegelung des Expansionsventils ermöglicht ist. Unter dem Begriff „Gehäuse des Expansionsventils" ist sowohl ein Gehäuseabschnitt als auch ein Teil eines Kältemittelkanals sowie ein Teil eines Verdampfers zu verstehen. Der zweite das Gehäuse verschließende Gehäuseabschnitt oder die zumindest eine Versorgungsleitung führen beispielsweise zum Verdichter und Verflüssiger, so dass eine Trennstelle zwischen dem Verdampfer einerseits und einem Verdichter und Verflüssiger andererseits vorgesehen ist, die hermetisch abgedichtet ist.

Die Dichtung für das Expansionsventil ist bevorzugt als metallische Dichtung ausgebildet, welche unter Kraftschluss zwischen den Flanschabschnitten angeordnet ist. Dadurch kann eine metallisch abdichtende Verbindung geschaffen werden, die diffusionsdicht ist.

Die metallische Dichtung ist vorzugsweise aus gleichem Werkstoff wie die Flanschabschnitte der Gehäuse beziehungsweise Gehäuseabschnitte vorgesehen, um eine Kontaktkorrosion zu vermeiden. Bevorzugt werden gleiche Aluminiumwerkstoffe oder Aluminiumlegierungen für das Gehäuse des Expansionsventils verwendet.

Vorteilhafterweise ist die metallische Dichtung als Quetschdichtung ausgebildet. Hierfür kann beispielsweise an einem Flanschabschnitt eine Schneidkante vorgesehen sein, die beim Befestigen der Flansche zueinander in den gegenüberliegenden Flansch zumindest teilweise eingreift. Alternativ kann eine Flachdichtung oder eine kunststoffbeschichtete Metalldichtung vorgesehen sein.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass außerhalb der Kältemittel undurchlässigen Dichtung eine weitere Dichtung vorgesehen ist. Diese Dichtung ist beispielsweise als O-Ring-Dichtung ausgebildet und dient dazu, dass Verschmutzungen und Verunreinigungen nicht an die innenliegende Dichtung gelangen. Dadurch ist das Expansionsventil beim Salztest korrosionsbeständig.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem wird des Weiteren durch Expansionsventil mit einem Gehäuse gelöst, bei dem ein den ersten Kältemittelkanal bildender Rohrabschnitt vorgesehen ist, in welchem das Regulierventil positioniert und zumindest ein den zweiten Kältemittelkanal bildender weiterer Rohrabschnitt vorgesehen ist, in dem die Betätigungseinrichtung angeordnet wird und die Wirkrichtung der Betätigungseinrichtung im Wesentlichen parallel zumindest zum ersten Rohrabschnitt vorgesehen ist. Durch diese integrierte Anordnung des ersten und zweiten Kältemittelkanals beziehungsweise der die Kältemittelkanäle bildende Rohrabschnitte wird eine kompakte Bauweise erzielt. Es kann somit ein Expansionsventil mit einem ersten und zweiten Kältemittelkanal geschaffen sein, welches ein Rohr-in-Rohr-System oder ein Gehäuse mit zwei zumindest abschnittsweise parallel zueinander angeordneten Rohren mit gegenläufiger Strömung umfasst. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere die Anzahl der Anschlussstellen reduziert werden, wodurch neben einer kompakten Bauweise eine Erhöhung der Dichtheit erzielt wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Kältemittelkanal koaxial zum ersten Kältemittelkanal angeordnet ist und diesen umgibt und das Gehäuse die äußere Begrenzung des zweiten Kältemittelkanals bildet. Dadurch erfolgt eine hermetische Abriegelung des ersten Kältemittelkanals. Gegebenenfalls von den Anschlussstellen der Einheit zu dem ersten Kältemittelkanal diffundierendes Kältemittel gelangt in den zweiten Kältemittelkanal und bleibt im Kältemittelkreislauf. Ein Leckage ist somit nicht gegeben.

Nach einer alternativen Ausgestaltung dieser Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse durch zumindest einen Wandabschnitt getrennt ist und zumindest einen ersten und zweiten Kältemittelkanal ausbildet. Somit sind die Kältemittelkanäle zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufend angeordnet, wobei die Strömungsrichtung des Kältemittels zumindest abschnittsweise gegenläufig ist. In diesem zumindest abschnittsweise gegenläufigen Bereich ist die Betätigungseinrichtung vorteilhafterweise angeordnet. Die Zuströmung des vom Verdampfer kommenden Kältemittels zur Betätigungseinrichtung kann parallel, koaxial, rechtwinklig oder dergleichen zum ersten Kältemittelkanal vorgesehen sein. Diese alternativen Ausgestaltungen ermöglichen eine Anpassung an verschiedene Einbausituationen. Beispielsweise kann das Gehäuse des Expansionsventils unmittelbar an einem Verdampfer angebaut werden.

Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der weitere den zweiten Kältemittelkanal bildende Rohrabschnitt ein Teil eines Verdampfers ist und der erste Rohrabschnitt unmittelbar als Zulauf in den Verdampfer mündet. Dadurch kann eine integrierte Anordnung eines Expansionsventils in dem Verdampfer vorgesehen sein. Die Schnittstelle des zweiteiligen Gehäuses liegt in einer Gehäusewand des Verdampfers, so dass der weitere Gehäuseabschnitt oder die daran anschließbaren Versorgungsleitungen unmittelbar an dem Verdampfer befestigt werden. Vorteilhafterweise ist somit der erste Flanschabschnitt ein Teil eines Wandabschnittes des Verdampfers. Durch diese integrierte Anordnung kann eine Reduzierung der Bauteile und Vereinfachung des Aufbaus erzielt werden. Darüber hinaus wird die Montage dieser Kältemittelanlage erheblich vereinfacht.

Durch die erfindungsgemäß ausgestaltete Einheit, welche in das Gehäuse des Expansionsventils einsetzbar ist, wird für den vorgenannten Anwendungsfall ermöglicht, dass die erfindungsgemäße Einheit in den Verdampfer einsetzbar ist und somit ein Expansionsventil in dem Verdampfer ausgebildet wird. Dadurch kann der Verdampfer einerseits und die erfindungsgemäße Einheit andererseits separat hergestellt und zur Komplettierung einfach zusammengesetzt werden.

Eine weitere alternative vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das die Einheit aufnehmende Gehäuse einen ersten und einen weiteren Rohrabschnitt aufweisen, welche in Versorgungsleitungen übergehen, die in den Verdampfer münden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Kältemittelkanäle in dem Gehäuse mit Versorgungsleitungen durch eine diffusionsdichte Verbindung zueinander angeordnet sind, wie beispielsweise durch Schweißen, Löten oder dergleichen. Analoges gilt auch für die Verbindung zum Verflüssiger und Verdampfer.

Zwischen dem Expansionsventil und dem Verdampfer wird beispielsweise die innenliegende, dem ersten Kältemittelkanal zugeordnete Versorgungsleitung gegenüber der zweiten Versorgungsleitung, die abschnittsweise koaxial zur ersten Versorgungsleitung verläuft, ausgeschleift, so dass die erste und die zweite Versorgungsleitung getrennt dem Verdampfer zugeführt werden und an diesem durch beispielsweise Löten oder Schweißen fixiert sind. Analoges gilt für die zwischen dem Verdichter und dem Verflüssiger angeordneten Versorgungsleitungen.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand den in den Zeichnungen dargestellten Beispielen 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 einer Kältemittelanlage mit einem erfindungsgemäßen Expansionsventil,
2 eine schematische Darstellung einer Kältemittelanlage mit einer alternativen Ausführungsform eines Expansionsventils zu 1,
3 eine schematische Darstellung einer Kältemittelanlage mit einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Expansionsventils zu 1,
4 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Expansionsventils gemäß 1,
5 eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform eines Expansionsventils gemäß 4,
6 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren alternative Ausführungsform eines Expansionsventils zu 4,
7 eine schematische Schnittdarstellung einer Betätigungsvorrichtung für das erfindungsgemäße Expansionsventil,
8 eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform einer Betätigungseinrichtung für ein Expansionsventil,
9 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Expansionsventils gemäß 3,
10 eine schematische Seitenansicht der alternativen Ausführungsform gemäß 3,
11 eine schematische Schnittdarstellung der 3 in der Draufsicht,
12 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Expansionsventils zu 4 und
13 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie XII-XII in 12.
In 1 ist schematisch eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Expansionsventils 11 in einem Kältemittelkreislauf 12 dargestellt. Das Expansionsventil 11 weist ein Gehäuse 14 auf und führt entspanntes Kältemittel über die Versorgungsleitung 16 einem Verdampfer 17 zu. Das verdampfte und überhitzte Kältemittel wird aus dem Verdampfer 17 über eine Versorgungsleitung 18 dem Expansionsventil 11 zugeführt und durchströmt das Expansionsventil 11. Das Gehäuse 14 nimmt einen Gehäuseabschnitt 26 auf, an welchem die Versorgungsleitungen 19 und 23 angeordnet sind. Die Versorgungsleitung 19 ist üblicherweise die Sauggasleitung und führt zu einem Kompressor 21. Ein dem Kompressor 21 nachgeschalteter Verflüssiger 22 führt das verflüssigte Kältemittel über die Versorgungsleitung 23 dem Expansionsventil 11 zu. Diese Versorgungsleitung 23 ist üblicherweise die Flüssigkeitsleitung.
Diese erste Ausführungsform zeigt die Anordnung eines Expansionsventils 11 getrennt zu einem Verdampfer 17. Das Gehäuse 14, die Versorgungsleitungen 16 und 18 sowie der Verdampfer 17 sind fest miteinander verbunden. Beispielsweise können die Versorgungsleitungen 16, 18 aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehen, die mit dem Gehäuse 14 und Verdampfer 17 verschweißt oder verlötet sind. Diese Versorgungsleitungen 19, 23 können ebenfalls durch eine stoffschlüssige Verbindung, wie beispielsweise eine Lötstelle oder Verschweißung, zum Gehäuseabschnitt 26 fixiert sein und erstrecken sich zumindest über eine kurze Wegstrecke in Richtung Kompressor 21 und Verflüssiger 22. Im Anschluss daran kann die Versorgungsleitung 19, 23 in eine flexible Schlauchverbindung übergehen, um die Verbindung zum Kompressor 21 und Verflüssiger 22 herzustellen.
Das Expansionsventil 11 weist das Gehäuse 14, welches auch im Sinne eines Gehäuseabschnitts zu verstehen ist, und einen Gehäuseabschnitt 26 auf, die über eine Flanschverbindung 27 durch am Gehäuse 14 und Gehäuseabschnitt 26 angeordneten Flanschabschnitte 28, 29 kältemitteldicht verbunden. Das Expansionsventil 11 weist somit nur eine Trennstelle oder Trennebene 31 auf, die durch die nachfolgend noch näher beschriebene Dichtung hermetisch abgeriegelt ist. Dadurch ist ein mediumsdichtes Expansionsventil 11 ohne der Verwendung einer Elastomerdichtung zur Atmosphäre geschaffen. Durch das erfindungsgemäße Expansionsventil 11 sowie deren Anschlüsse der Versorgungsleitungen 17, 18, 19 und 23 wird eine Gesamtleckage von beispielsweise weniger als 0,1 g/Jahr erzielt. Dieser Wert liegt jedenfalls weit unter der derzeit geforderten Grenze. Zumindest jedoch wird eine Gesamtleckage erzielt, die kleiner als 5 g/Jahr ist.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Expansionsventils 11 in einer Kältemittelanlage 12 dargestellt. Diese Ausführungsform betrifft eine Anbauversion des Expansionsventils 11 an dem Verdampfer 17. Dadurch kann die Versorgungsleitung 18 entfallen und die Versorgungsleitung 16 teilweise am Verdampfer 17 integriert sein beziehungsweise in diesen münden.
In 3 ist eine weitere alternative Anordnung und Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Expansionsventils 11 in der Kältemittelanlage 12 dargestellt. Diese Ausführungsform betrifft eine integrierte Anordnung des Expansionsventils 11 in dem Verdampfer 17. Das Gehäuse 14 ist Teil des Gehäuses 32 des Verdampfers 17, wodurch eine sehr platzsparende Anordnung geschaffen ist. Eine separate Fixierung oder Befestigung des Expansionsventils 11 im Motorraum oder an dem Gehäuse 32 des Verdampfers 17 ist nicht erforderlich. Die Versorgungsleitungen 18 und diese Ausführungsform des Expansionsventils 11 und dessen Anordnung ist in den 9 bis 11 näher beschrieben.
Das erfindungsgemäße Expansionsventil 11 ermöglicht aufgrund dessen konstruktiven Merkmale die in den 1 bis 3 beschriebenen Alternativen und ist hierauf nicht beschränkt.
In 4 ist das Expansionsventil 11 schematisch im Vollquerschnitt dargestellt. Das Gehäuse 14 umfasst einen ersten Kältemittelkanal 34, der koaxial von einem zweiten Kältemittelkanal 36 umgeben ist. Eine Gehäusewand 37 des Gehäuses 14 und des Gehäuseabschnitts 26 bildet die Begrenzung für den zweiten Kältemittelkanal 36.
In das Gehäuse 14 wird eine Einheit 39 über eine Öffnung 40 eingesetzt. Die Einheit 39 weist zumindest ein Regulierventil 41 und eine Betätigungseinrichtung 42 auf. Diese Einheit 39 wird gemäß dieser Ausführungsform in Strömungsrichtung 43 des Kältemittels eingesetzt. Nach dem Einsetzen der Einheit 39 wird das Gehäuse 14 mit dem Gehäuseabschnitt 26 über die Flanschverbindung 27 geschlossen.
Zur diffusionsdichten Anordnung des Gehäuseabschnitts 26 zum Gehäuse 14 ist eine Dichtung 44 vorgesehen, die gemäß dem Ausführungsbeispiel als Schneidkante ausgebildet ist. Beim Fixieren der Flanschabschnitte 28, 29 zueinander greift die Schneidkante 44 zumindest teilweise in den Flanschabschnitt 29 ein, wodurch das Gehäuse 14 metallisch abgedichtet wird. Außerhalb der Dichtung 44 ist eine weitere Dichtung 46 ausgebildet, beispielsweise als O-Ring-Dichtung.
Beim Schließen des Gehäuses 14 durch den Gehäuseabschnitt 26 wird die Einheit 39 in dem Gehäuse 14 lagerichtig positioniert. Die Einheit 39 umfasst einen Einsetzkörper 48, der aus einem oder mehreren Komponenten zusammengesetzt ist und das Regulierventil 41 und die Betätigungseinrichtung 42 zueinander positioniert. Der Einsetzkörper 48 besteht beispielsweise aus einer Hülse 49, welche zur Aufnahme des Regulierventils 41 ausgebildet ist. Diese Hülse 49 weist an einem Ende ein Ventilsitz 51 auf, an dem eine Ventilkugel 52 in geschlossener Position des Regulierventils 41 einen Durchgang 53 des ersten Kältemittelkanals 34 schließt. Die Ventilkugel 52 ist an einer Kugelhalter 54 angeordnet, welche vorzugsweise zumindest zwei Dämpfungslaschen 56 umfasst, die an einer Innenwand der Hülse 49 angreifen. Zwischen der Kugelhalter 54 und einer an der Hülse 49 angreifenden Einstellschraube 57 ist eine Regulierfeder 58 vorgesehen. Die Einstellschraube 57 ermöglicht eine Einstellung der Öffnungskraft des Regulierventils 41. Die Kugelhalter 54 und die Einstellschraube 57 weisen Verjüngungen, Durchbrechungen oder dergleichen auf, so dass das Kältemittel in Strömungsrichtung 43 nach Öffnen des Regulierventils 41 an diesen vorbeiströmen kann.
Dem Ventilsitz 51 gegenüberliegend erstreckt sich ein Rohrstück 59, welches zusammen mit der Hülse 49 als Einsetzkörper 48 einen ersten Rohrabschnitt 61 bildet, der einen Einlass 62 des Kältemittelkanals 34 mit einem Auslass 63 des ersten Kältemittelkanals 34 verbindet. Der erste Rohrabschnitt 61 erstreckt sich im Ausführungsbeispiel gemäß 4 zwischen den Dichtungen 66 oder den Anschlüssen der weiteren Versorgungsleitungen 16, 18, 19, 23. Der Ventilsitz 51 kann auch durch das Rohrstück 59 ausgebildet sein. Das Rohrstück 51 und die Hülse 49 sind beispielsweise aus zwei miteinander verbundenen Teilen hergestellt. Alternativ kann auch ein Kunststoffspritzteil ausgebildet sein.
Die Außenseite der Hülse 49 und des Rohrstücks 59 bilden einen zweiten Rohrabschnitt 64, welcher in Analogie den Einlass 62 des zweiten Kältemittelkanals 36 mit dem Auslass 63 des zweiten Kältemittelkanals 36 verbindet. Der zweite Rohrabschnitt 64 kann analog zum ersten Rohrabschnitt 61 ausgebildet sein.
An einer zum Einlass 62 und Auslass 63 weisenden Stirnseite der Einheit 39 sind Dichtungselemente 66, vorzugsweise O-Ring-Dichtungen, vorgesehen, die den ersten Kältemittelkanal 34 mediumsdicht zum zweiten Kältemittelkanal 36 trennen. Diese beispielhafte Ausgestaltung ermöglicht eine einfache und schnelle Montage. Alternativ kann anstelle eine Positionierung durch Einstecken der Einheit in das Gehäuse 14 auch vorgesehen sein, dass die Einheit über eine Schraub-, Steckverbindung oder dergleichen in das Gehäuse 14 eingesetzt wird.
Zur axialen Ausrichtung und gegebenenfalls zur radialen Positionierung der Einheit 39 in dem Expansionsventil 11 ist beispielsweise ein Positio nierelement 67 vorgesehen, das gemäß dem Ausführungsbeispiel als Ringscheibe ausgebildet ist. Das Positionierelement 67 kann mit dem Rohrstück 59 ein Teil bilden oder als Komponente in Anpassung an das Gehäuse 14 am Rohrstück 59 austauschbar fixiert sein. Dieses Positionierelement 67 liegt an einer Schulter 68 an dem Gehäuse 14 an und wird über den Gehäuseabschnitt 26 fixiert. Das Abstandselemente 67 umgreift das Rohrstück 59 und bildet gleichzeitig ein Widerlager für die Betätigungseinrichtung 42, die in dem zweiten Kältemittelkanal 36 angeordnet ist und von einem Kältemittel umströmt wird. In dem Abstandselement 67 sind Durchbrechungen 69 vorgesehen, damit das Kältemittel zum Kompressor geführt werden kann. Zur radialen Ausrichtung können Nasen, Abflächungen oder Nuten vorgesehen sein. Das Positionierelement 67 ist aus thermisch isolierendem Material ausgebildet.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass, sofern das Positionierelement 67 nicht aus einem thermisch isolierenden Material besteht, dass zwischen dem Rohrstück 59 und dem Positionierelement 67 ein thermisches Isolierelement 65 vorgesehen ist. Vorteilhafterweise ist eine thermische Entkopplung zwischen dem Positionierelement 67 und der Betätigungseinrichtung 42, beispielsweise als thermisch entkoppelnde Auflagefläche vorgesehen.
Die Betätigungseinrichtung 42 führt in Abhängigkeit des verdampften und überhitzten Kältemittels, das vom Verdampfer 17 kommt, eine Hubbewegung aus und steuert mittels Übertragungselementen 71, vorzugsweise über Stifte, das Regulierventil 41 an. Diese Übertragungselemente 71 sind in Bohrungen der Hülse 49 vorgesehen, wobei diese Bohrungen passgenau zu den Stiften ausgebildet ist, so dass ein Austausch des Kältemittels zwischen dem ersten und zweiten Kältemittelkanal 34, 36 nahezu vollständig verhindert ist.
Die Betätigungseinrichtung 42 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als Balgsystem ausgebildet, das ringförmig das Rohrstück 59 umgibt. Über ein scheibenförmiges Element 72 wird die Hubbewegung auf die Übertragungselemente 71 übertragen. Die Hubbegrenzung zum Öffnen des Regulierventils 41 erfolgt durch die geometrische Ausgestaltung der Hül se 49 beziehungsweise durch den Ventileinsatz, der zum Rohrstück 59 positioniert ist. Ebenso kann durch die Länge der Übertragungselemente 71 und Anpassung der Dicke des/der scheibenförmigen Elemente 72 und/oder der Länge des Balgsystems der Hubweg begrenzt sein. Die Betätigungseinrichtung 42 weist vorteilhafterweise eine Hubbegrenzung für die Schließbewegung auf, wie beispielsweise einen Anschlag, um die Betätigungseinrichtung 42 in einer Schließposition zu schützen.
Die tmperatur- und/oder druckempfindliche Betätigungseinrichtung 42 regelt die Überhitzung im Verdampfer 17. In Abhängigkeit des im zweiten Kältemittelkanal 36 rückgeführten überhitzten Kältemittel expandiert ein in dem Betätigungselement 42 eingeschlossenes Gas, vorzugsweise inertes Gas und/oder Kältemittel, und führt zu einer Längenänderung der Betätigungseinrichtung 42. Dadurch werden die Übertragungselemente 71 bewegt. Je kleiner der Druck und größer die Temperatur des Kältemittels im zweiten Kältemittelkanal 36 ist, desto weiter öffnet das Regulierventil 41, wodurch verflüssigtes Kältemittel über das Regulierventil 41 expandieren und dem Verdampfer 17 zugeführt wird.
Der Auslass 63 des ersten Kältemittelkanals 34 und der Einlass 62 des zweiten Kältemittelkanals 36 können ein Teil des Gehäuses 14 sein. An diesem Auslass 63 und Einlass 62 können die Versorgungsleitungen 16, 18 auch angelötet oder angeschweißt werden. Analoges gilt für den Gehäuseabschnitt 26. Durch die koaxiale Anordnung des ersten und zweiten Kältemittelkanals 34, 36 wird die Versorgungsleitung 16 beziehungsweise 23 aus der Versorgungsleitung 18, 19 ausgeschleift, wie dies beispielsweise in 1 näher dargestellt ist. Diese Schnittstelle beziehungsweise Ausschleifstelle wird stoffschlüssig durch Löten oder Schweißen verbunden, so dass eine diffusionsdichte Anordnung gegeben ist.
Das in 4 dargestellte Expansionsventil 11 ist bevorzugt als radiale symmetrische Ausführungsform ausgebildet. Die Durchströmungsrichtung ist im Vergleich zu herkömmlichen Expansionsventilen um 90° gedreht. Dies gilt sowohl für die Kältemittelkanäle als auch für die Ansteuerung des Regulierventils 41 durch die Betätigungseinrichtung 42. Sowohl die Fließrichtung der Kältemittel als auch die Ansteuerung sind gleich ausgerichtet.
In 4 ist die Einheit 39 beispielsweise in das Gehäuse 14 eingesetzt. Alternativ ist ebenso möglich, dass die Einheit 39 in den Gehäuseabschnitt 26 eingesetzt wird. Des Weiteren kann alternativ vorgesehen sein, dass zum Öffnen des Durchganges 53 die Öffnungsbewegung einer Komponente des Regulierventils 41 entgegengesetzt zur Strömungsrichtung 43 erfolgt.
Die Komponenten der Einheit 39 können als Kunststoffspritzteil mit/ohne Metalleinlegeteilen ausgebildet sein. Ebenso können Tiefziehteile oder dergleichen verwendet werden, um eine kostengünstige Herstellung zu ermöglichen. Der Einsetzkörper 48 ist aus einem Material hergestellt oder weist eine Beschichtung auf, um eine thermische Trennung zwischen dem ersten und zweiten Kältemittelkanal 34, 36 zu ermöglichen. Das Regulierventil 41 kann des Weiteren derart ausgestaltet sein, dass die Ventilkugel 52 lose zur Kugelhalter 54 positioniert ist, wobei beispielsweise durch die Übertragungselemente 71 oder Verlängerungen zum Ventilsitz 51 eine Art Käfig für die Ventilkugel 52 gebildet wird. Eine Laserschweißung der Ventilkugel 52 zur Kugelhalter 54 kann in diesem Fall entfallen.
In 5 ist eine alternative Ausführungsform eines Expansionsventils 11 zu 4 dargestellt. Anstelle einer koaxialen Anordnung des ersten und zweiten Kältemittelkanals 34, 36 wird der zweite Kältemittelkanal 36 radial dem Gehäuse 14 zugeführt und der erste Kältemittelkanal 34 bildet ein Teil des Gehäuses 14. Durch die radiale Zuführung im Bereich der Betätigungseinrichtung 42 wird ebenfalls eine Ansteuerung des Regulierventils 41 in Abhängigkeit des aus dem Verdampfer 17 rückgeführten Kältemittels ermöglicht. Diese Ausgestaltung des Expansionsventils 14 weist alle vorgenannten Vorteile auf. Die radiale Zuführung des Kältemittels zum zweiten Kältemittelkanal 36 weist den Vorteil auf, dass eine Anpassung an andere Einbaubedingungen ermöglicht ist.
In 6 ist eine weitere alternative Ausgestaltung eines Expansionsventil 11 dargestellt. Dieses Expansionsventil 11 beruht auf dem Prinzip, dass der erste und zweite Kältemittelkanal 34, 36 nicht koaxial zueinander, sondern jeweils getrennt nebeneinander angeordnet sind. Dabei kann die Rückführung des vom Verdampfer 17 kommenden Kältemittels sowohl rechtwinklig zum ersten Kältemittelkanal als auch parallel zum Kältemittelkanal erfolgen, wie dies im Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Beispielsweise kann bei dieser Ausgestaltung eine Betätigungseinrichtung 42 eingesetzt sein, die ein zylinderförmiges Balgsystem umfasst. Die Betätigung des Regulierventils 41 erfolgt in Analogie zu der in 4 beschriebenen Ausführungsform.
Die in 6 dargestellte und beschriebene Ausführungsformen weisen einen sogenannten asymmetrischen Aufbau auf.
In 7 ist schematisch vergrößert die Betätigungsvorrichtung 42 als Balg oder Balgsystem ausgebildet. Der Innenraum des Balges kann durch verschiedene Füllungen befüllt werden, zum Beispiel Adsorber- oder Kältemittel. Das Balgsystem wird über einen Kugel- oder Kapillarrohrverschluss 73 nach dem Befüllen geschlossen. Ein inneres und äußeres Wellrohr ermöglicht die Längenänderung. Das innere und äußere Wellrohr 74, 75 ist beispielsweise durch einen oberen und unteren Deckel durch Löten verschlossen. Diese ringförmige Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass das Kältemittel sowohl innen als auch außen den Balg umströmen kann. Die Anordnung von mehreren Einzelbälgen oder ineinander liegenden Bälgen oder Doppel- und Mehrfachbälgen ist anwendungsspezifisch möglich.
Eine alternative Betätigungseinrichtung 42 ist in 8 dargestellt. Hierbei handelt es sich um ein Membransystem, das beispielsweise als Ringmembran ausgebildet ist. Unterschiedliche gasförmige Füllungen können vorgesehen sein. Diese Membran kann ebenfalls analog als Doppelmembran oder paketförmig durch Hintereinanderschaltung einer oder mehreren Membranen eingesetzt werden.
In den 9 bis 11 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Expansionsventils 11 dargestellt. Diese Ausgestaltung zeigt, wie in 3 in der Draufsicht dargestellt, ein in dem Verdampfer 17 integriertes Expansionsventil 11.
Bei diesem Expansionsventil 11 ist das Gehäuse 14 in der Gehäusewand 84 des Gehäuses 32 integriert. Ebenso ist in der Gehäusewand 84 der Flanschabschnitt 28 integriert, so dass der Gehäuseabschnitt 26 mit seinem Flanschabschnitt 29 zum Flanschabschnitt 28 nach dem Einsetzen der Einheit 39 fixiert wird. Der erste Kältemittelkanal 34 geht in eine Versorgungsleitung 16 über, die in dem Verdampfer 17 integriert ist und gemäß den 10 und 11 zur spezifischen Zuführung des Kältemittels innerhalb des Verdampfers 17 angeordnet ist. Der zweite Kältemittelkanal 36 ist offen ausgebildet und entspricht einer Kammer 81 in dem Verdampfer 17, über die das verdampfte und überhitzte Kältemittel aus dem Verdampfer 17 herausgeführt wird. Durch eine Umlenkung um 90° mündet beispielsweise das Kältemittel in den Kältemittelkanal 36 und wird zum Kompressor 21 geführt.
Die Zuführung des flüssigen Kältemittels über die Versorgungsleitung 16 führt in einen ersten Abschnitt 76, welcher eine Strömung von oben nach unten aufweist, die durch das Symbol ⨂ gekennzeichnet ist. In einem unteren Abschnitt des Verdampfers 17 strömt das Kältemittel weiter zur benachbarten Kammer 77 mit einer Strömungsrichtung von unten nach oben, was durch das Symbol ⨀ gekennzeichnet ist. In dieser Art und Weise strömt das Medium weiter über die Kammern 78 und 79 in die Kammer 81, von welcher aus das Kältemittel in den zweiten Kältemittelkanal 36 eintritt.
In 12 ist eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform eines Expansionsventils 11 dargestellt. Diese Ausführungsform weist im Vergleich zu den zuvor stehenden Ausführungsformen eine andere Ausrichtung für die Betätigung der Betätigungseinrichtung 42 auf. Bei dieser Ausführungsform gemäß 12 ist die Betätigungsrichtung des Übertragungselementes 71, welches das Regulierventil 41 steuert, quer zur Strömungsrichtung des Kältemittels in zumindest einem Kältemittelkanal 34, 36. Die Wirkrichtung oder Betätigungsrichtung kann auch in einem beliebigen Winkel dazwischen liegend vorgesehen sein. In Abhängigkeit der Wirkrichtung können die Einlässe 62 und Auslässe 63 an dem Einsetzkörper 48 positioniert sein.
Die vorliegende Ausführungsform des Expansionsventils 11 umfasst einen aus Kunststoff bestehenden Einsetzkörper 48, der einen Einlass 62 auf weist, der zum ersten Kältemittelkanal 34 fluchtet. Ein Regulierventil 41 ist in einem Regulierraum vorgesehen, der rechtwinklig zum Einlass positioniert ist. Dem Durchgang 53 nachgeschalten ist ein Auslass 63 vorgesehen, der in die Versorgungsleitung 16 übergeht. Der Einsetzkörper 48 nimmt die Betätigungseinrichtung 42 auf, welche als Thermokopf ausgebildet ist. Dieser Thermokopf ist über eine Gewindeverbindung zum Einsetzkörper 48 befestigt. Über eine Druckausgleichsbohrung 92 gelangt im zweiten Kältemittelkanal 36 geführtes Kältemittel zum Thermokopf. Dieser reguliert in Abhängigkeit des Zustandes des vom Verdampfer 17 zurückgeführten Kältemittels die Öffnung- und Schließstellung des Regulierventils 41. Das Übertragungselement 71 weist nahe dem Thermokopf ein Dämpfungselement 96 auf, welches auch eine Dichtfunktion übernimmt. Dadurch wird eine Abdichtung zwischen dem ersten und zweiten Kältemittelkanal 34, 36 einerseits sowie eine Schwingungsdämpfung bezüglich der Bewegungsamplitude des Übertragungselementes 71 andererseits ermöglicht.
Das Gehäuse 14 ist beispielsweise an die Größe und Geometrie der Einheit 39 angepasst. Zum leichten Einsetzen und Einführen der Einheit 39 ist beispielsweise in einem unteren Abschnitt eine Einführschräge 99 und/oder eine vergrößerte Öffnung 40 vorgesehen, so dass die Einheit 39 beispielsweise in einer Schrägstellung eingeführt werden kann, um im Anschluss daran in der in 12 dargestellten Position fixiert zu werden. Hierfür sind Positionierelemente 67 vorgesehen, welche unter Zwischenschaltung von Dichtungs- und Dämpfungselementen 98 die Einheit 39 zum Gehäuse 14 positionieren und fixieren.
In Anpassung an diese Ausführungsform weist beispielsweise der Gehäuseabschnitt 26 eine asymmetrische Anordnung des ersten Kältemittelka nals 34 im zweiten Kältemittelkanal 36 auf. Verdampferseitig ist beispielsweise eine symmetrische Anordnung vorgesehen.
Diese Ausführungsform weist des Weiteren den Vorteil auf, dass beispielsweise in dem Einsetzkörper 48 Ringdichtflächen vorgesehen sind.
Diese Anordnung weist auch die Möglichkeit auf, dass das Regulierventil 41 wahlweise mit einem Abschaltventil ausgestattet wird, sofern die entsprechenden Anforderungen erfüllt sein müssen.
Die Anordnung und Ausrichtung der Druckausgleichsbohrung 92 ist grundsätzlich beliebig, und vorzugsweise weist die Öffnung in Strömungsrichtung des Kältemittels.
Die als Thermokopf ausgebildete Betätigungseinrichtung 42 weist vorzugsweise eine thermische Abdeckung 94 auf, die zumindest abschnitts weise den Thermokopf überdeckt. Dadurch kann ein trägeres Arbeiten der Betätigungseinrichtung 42 erzielt werden.
In 13 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie XII-XII gemäß 12 dargestellt. Daraus geht beispieisweise eine Anordnung und Aufnahme der Einheit 39 in einem Gehäuse 14 hervor. Dieses Gehäuse 14 kann auch spezifisch an die Umfangsgeometrie der einzusetzenden Einheit angepasst werden.
Die in den 12 und 13 beschriebenen Ausführungsformen eignen sich ebenfalls zum Einsatz beziehungsweise zur Anordnung in einer Kältemittelanlage 12 gemäß den 1, 2 und 3. Die Einbringung dieser Einheit 39 in einen Verdampfer 17 kann in Analogie zur Ausführungsform gemäß den 9 bis 11 gegeben sein.
Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale der Expansionsventile sind jeweils für sich erfindungswesentlich und können beliebig miteinander kombiniert werden. Eine Beschränkung auf einzelne Ausführungsformen ist nicht vorgesehen. Diese sind nur beispielhaft.

Claims

Expansionsventil für Kälteanlagen, insbesondere Klimaanlagen in Fahrzeugen, mit zumindest einem Gehäuse (14), welches einen ersten und zumindest einen weiteren Kältemittelkanal (34, 36) zur Führung eines Kältemittels mit jeweils einem Einlass (62) und jeweils einem Auslass (63) aufweist und mit zumindest einem Regulierventil (41), welches einen Durchgang (53) des ersten Kältemittelkanals (34) öffnet und schließt und mit einer Betätigungseinrichtung (42), welche in Abhängigkeit des Zustandes des in dem zweiten Kältemittelkanal (36) geführten Kältemittels das Regulierventil (41) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Regulierventil (41) und die das Regulierventil (41) steuernde Betätigungseinrichtung (42) eine Einheit (39) bilden, welche gemeinsam in das Gehäuse (14) einsetzbar sind.
Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einsetzrichtung der Einheit (39) einer Strömungsrichtung (43) des Kältemittels einem der Kältemittelkanäle (34, 36) entspricht.
Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (39) im Gehäuse (14) lagerichtig positioniert und durch ein zum Gehäuse (14) lösbar angeordneten Gehäuseabschnitt (26) fixiert ist.
Expansionsventil nach eine der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (39) einen Einsetzkörper (48) aufweist, der die Reguliervorrichtung (41) und die Betätigungseinrichtung (42) trägt und zueinander positioniert.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsetzkörper (48) in eingesetzter Position im Gehäuse (14) den ersten Kältemittelkanal (34) vom zweiten Kältemittelkanal (36) trennt und jeweils stirnseitig Dichtungselemente (66) aufweist, welche den Einsetzkörper (48) mediumsdicht zum ersten Kältemittelkanal (34) anordnet.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsetzkörper (48) ein Rohrstück (59) aufweist, dessen Durchgang (44) durch das Regulierventil (41) geöffnet und geschlossen wird und dass außerhalb des Rohrstücks (49) die Betätigungseinrichtung (42) angeordnet ist.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (42) zumindest als temperatur- oder druckempfindliches Stellelement, insbesondere als Membran- oder Balgsystem, ausgebildet ist.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (42) als Membran oder Balgsystem ausgebildet ist, welches einzeln, zwei- oder mehrfach zueinander angeordnet oder ausgebildet sind.
Expansionsventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Balgsystem eine Kältemittel-, Inertgas- oder Adsorberfüllung aufweist.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regulierventil (41) eine zum Durchgang (53) des ersten Kältemittelkanals (34) sich bewegbare Ventilkugel (52) aufweist, deren Öffnungsbewegung in oder gegen die Strömungsrichtung (43) des Kältemittels ausgebildet ist.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regulierventil (41) ein Abschaltventil aufweist.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (42) ein Rohrstück (59) des ersten Kältemittelkanals (34) zumindest teilweise umgibt und in den zweiten Kältemittelkanal (36) angeordnet ist.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (42) thermisch getrennt zum Einsetzkörper (48) angeordnet ist.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Betätigungseinrichtung (42) zumindest ein Übertragungselement (71) betätigt wird, der im Einsetzkörper (48) geführt ist und die Ventilkugel (52) des Regulierventils (51) betätigt.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regulierventil (41) eine Kugelhalter (54) aufweist, welche in einem Regulierraum geführt ist.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (39) einen Einsetzkörper (48) aufweist, der eine Einstellschraube (57) aufnimmt, welche eine Regulierfeder (58) vorspannt, die die Ventilkugel (52) zum Ventilsitz (51) des Durchgangs (53) des ersten Kältemittelkanals (34) positioniert, wobei die Einsetzschraube vorzugsweise zumindest eine Durchgangsbohrung aufweist.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsetzkörper (48) zumindest eine Hülse (49) zur Aufnahme des Regulierventils (41) und ein Rohrstück (59) aufweist, welches den ersten Kältemittelkanal (34) zum zweiten Kältemittelkanal (36) thermisch trennt.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (39) einen Einsetzkörper (48) aufweist, welcher einen Einlass (62) und einen Auslass (63) für einen ersten Kältemittelkanal (34) aufweist und abweichend von der Strömungsrichtung des Kältemittels in zumindest einem Kältemittelkanal (34, 36) die Betätigungsrichtung der die Reguliervorrichtung (41) steuernden Betätigungseinrichtung (42) angeordnet ist.
Expansionsventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Regulierventil (41) mit einem Übertragungselement (71) der Betätigungseinrichtung (42) gesteuert ist, wobei das Übertragungselement (71) in einem Durchgang (53) des ersten Kältemittelkanals (34) zwischen dem Einlass (62) und dem Auslass (63) geführt ist und vorzugsweise quer zur Hauptströmungsrichtung des Kältemittels im ersten Kältemittelkanal (34) angeordnet ist.
Expansionsventil nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (42) als Thermokopf ausgebildet ist.
Expansionsventil nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein im zweiten Kältemittelkanal (36) ange ordneter Gehäuseabschnitt des Thermokopfes zumindest teilweise mit einer thermisch isolierenden Abdeckung (94) versehen ist.
Expansionsventil nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in einer das Übertragungselement (71) aufnehmenden Durchgangsbohrung ein Dämpfungselement (96) vorgesehen ist und am Übertragungselement (71) angreift.
Expansionsventil nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsetzkörper (48) eine Druckausgleichsbohrung (92) umfasst, die zur Betätigungseinrichtung (42) führt.
Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (39) zumindest teilweise einen aus Kunststoff hergestellten Einsetzkörper (48) aufweist.
Expansionsventil für Kälteanlagen, insbesondere Klimaanlagen in Fahrzeugen, mit zumindest einem Gehäuse, welches einen ersten und zumindest einen weiteren Kältemittelkanal zur Führung eines Kältemittels mit jeweils einem Einlass und jeweils einem Auslass aufweist und mit zumindest einem Regulierventil (41), welches einen Durchgang des ersten Kältemittelkanals öffnet und schließt und mit einer Betätigungseinrichtung, welche in Abhängigkeit des Zustandes des in dem zweiten Kältemittelkanal geführten Kältemittels das Regulierventil (41) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Regulierventil (41) und eine das Regulierventil steuernde Betätigungseinrichtung (42) vorgesehen ist, welche in das Gehäuse (14) einsetzbar sind und dass die Öffnung, durch welche das Regulierventil und die Betätigungseinrichtung in das Gehäuse einsetzbar sind, einen Flanschabschnitt (28) aufweist, an welchem ein weiterer Flanschabschnitt (29) von zumindest einer Versorgungsleitung (19, 23) oder zumindest eines Gehäuseabschnitts (26) lösbar befestigt ist und dass zwischen den Flanschabschnitten (28, 29) zumindest eine Kältemittel undurchlässige Dichtung (44) vorgesehen ist.
Expansionsventil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (44) als metallische Dichtung ausgebildet ist, welche kraftschlüssig zwischen den Flanschabschnitten (28, 29) gehalten ist.
Expansionsventil nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine metallische Dichtung als Quetschdichtung, Flachdichtung, zumindest einseitig kunststoffbeschichtete Metalldichtung ausgebildet ist.
Expansionsventil nach einem der Ansprüche 25 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Kältemittel undurchlässigen Dichtung (44) zumindest eine weitere Dichtung (46) zwischen den Flanschabschnitten (28, 29) vorgesehen ist.
Expansionsventil für Kälteanlagen, insbesondere Klimaanlagen in Fahrzeugen, mit zumindest einem Gehäuse, welches einen ersten und zumindest einen weiteren Kältemittelkanal zur Führung eines Kältemittels mit jeweils einem Einlass und jeweils einem Auslass aufweist und mit zumindest einem Regulierventil, welches einen Durchgang des ersten Kältemittelkanals öffnet und schließt und mit einer Betätigungseinrichtung, welche in Abhängigkeit des Zustandes des in dem zweiten Kältemittelkanal geführten Kältemittels das Regulierventil steuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) einen den ersten Kältemittelkanal (34) bildenden Rohrab schnitt (61) aufweist, in welchem das Regulierventil (41) positioniert ist und dass zumindest ein den zweiten Kältemittelkanal (36) bildender weiterer Rohrabschnitt (64) vorgesehen ist, in dem die Betätigungseinrichtung (42) angeordnet ist und dass die Wirkrichtung der Betätigungseinrichtung (42) im Wesentlichen parallel zumindest zum ersten Rohrabschnitt (61) vorgesehen ist.
Expansionsventil nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kältemittelkanal (36) radialsymmetrisch oder koaxial zum ersten Kältemittelkanal (34) angeordnet ist und das Gehäuse (14) die äußere Begrenzung des zweiten Kältemittelkanals (36) bildet.
Expansionsventil nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (14) durch zumindest einen Wandabschnitt getrennt der zumindest erste und weitere Kältemittelkanal (34, 36) ausgebildet ist.
Expansionsventil nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein den zweiten Kältemittelkanal (36) bildenden Rohrabschnitt (64) ein Teil eines Gehäuses (32) des Verdampfers (17) ausgebildet ist und ein erster Rohrabschnitt (61) unmittelbar als Zulauf in den Verdampfer (17) mündet.
Expansionsventil nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das einen ersten und einen weiteren Rohrabschnitt (61, 64) aufweisende Gehäuse (14) und ein das Gehäuse (14) schließender Gehäuseabschnitt (26) unmittelbar oder durch eine diffusionsdichte Verbindung in Versorgungsleitungen (16, 18; 19, 23) übergehen oder kältemitteldicht daran angeordnete Versorgungsleitungen (16, 18; 19, 23) aufweisen.
Expansionsventil nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (16), welche zum Auslass (63) des ersten Kältemittelkanals (34) verbunden ist, aus der Versorgungsleitung (18), welche mit dem Einlass (62) des zweiten Kältemittelkanals (36) verbunden ist, ausgeschleift ist.