DE102005050086A1 - Expansionsventil, insbesondere für eine Kältemittelanlage - Google Patents

Expansionsventil, insbesondere für eine Kältemittelanlage Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil, insbesondere für eine mit Kältemittel betriebene Fahzeugklimaanlage, mit einem Ventilsitz (37) und einem Ventilschließglied (39), welches eine Durchgangsöffnung (44) zwischen einer Kältemitteleinlassöffnung (14) und einer Kältemittelauslassöffnung (16) schließt, mit einer Betätigungseinrichtung (46), die auf das Ventilschließglied (39) einwirkt und die Durchgangsöffnung (44) öffnet und schließt, wobei ein verkürzter maximaler Arbeitshub zum Öffnen des Ventilschließgliedes (39) auf dem Ventilsitz (37) vorgesehen ist, bei dem ein zwischen Ventilschließglied (39) und Ventilsitz (37) gebildeter Kugelsitzquerschnitt kleiner als ein zwischen einem Übertragungsstift (47) der Betätigungseinrichtung (46) und einer Durchgangsöffnung (44) gebildeter Ringspaltquerschnitt ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil, insbesondere für eine mit Kältemittel betriebene Klimaanlage, mit einem Ventilsitz und einem Ventilsschließglied, welches eine Durchgangsöffnung zwischen einer Kältemitteleinlassöffnung und einer Kältemittelauslassöffnung schließt und mit einer Betätigungseinrichtung, die auf das Ventilschließglied einwirkt und die Durchgangsöffnung öffnet und schließt.
  • Bei Fahrzeugen wird es zunehmend üblich, Klimaanlagen mit mindestens einem zusätzlichen Verdampfer auszurüsten, um beispielsweise vorne und hinten oder auf der linken und der rechten Seite getrennt fühlen zu können. Zur Vermeidung eines unnötigen Energieverbrauches ist es wünschenswert, die zusätzlichen Verdampfer bei nicht bestehendem Bedarf abschalten zu können. In der Kühlmittelleitung angeordnete separate Abschaltventile sind aber verhältnismäßig kostenaufwändig und benötigen zusätzlichen Bauraum.
  • Es sind deshalb bereits Expansionsventile bekannt geworden, welche solche separaten Abschaltventile in einem Expansionsventil kombinieren. Hierfür ist vorgesehen, dass zum Abschalten des zusätzlichen Verdampferkreislaufes eine in dem Expansionsventil angeordnete Durchflussöffnung vollständig durch ein in einem Ventilsitz angeordnetes Ventilschließglied verschlossen wird. Die Ansteuerung des Ventilschließgliedes erfolgt über eine Betätigungseinrichtung, welche einen Thermokopf und einen Übertragungsstift umfasst, der auf das Ventilschließglied einwirkt. Dadurch wird ein die Durchgangsöffnung durchströmender Massenstrom gesteuert.
  • Die bisher bekannten Expansionsventile sind zum Einsatz für hohe Kapazitäten vorgesehen. Der Durchsatz des Kältemittelmassestromes wird durch einen maximalen Arbeitshub des Ventilschließgliedes begrenzt, wobei ein zwischen dem Übertragungsstift und der Durchgangsöffnung gebildeter Ringspaltquerschnitt immer größer als eine Querschnittsfläche ausgebildet ist, welche zwischen dem Ventilschließglied und dem Ventilsitz im Arbeitshub ausgebildet ist. Dadurch erfolgt die Ventilregelung über den Kugelventilsitzquerschnitt. Derartige Expansionsventile weisen einen großen Arbeitshub auf und werden zum Beispiel für Massenströme > 100 kg/h bei einer Kondensationstemperatur vom 38° C, Unterkühlung von 5 K und einer Verdampfungstemperatur von 0° C eingesetzt. Solche Expansionsventile sind für die Ansteuerung kleiner Massenströme sehr ungenau. Zudem sinkt der Wirkungsgrad einer Kältemittelanlage, sofern ein kleiner Massenstrom mit solchen Expansionsventilen betrieben wird.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Expansionsventil zu schaffen, welches für eine geringe Leistung ein optimales Ansprechverhalten und Leistungsergebnis aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen verkürzten Arbeitshub der Betätigungseinrichtung erfüllt, durch den ein Abheben des Ventilschließgliedes aus dem Ventilsitz vorgesehen ist, wobei ein dadurch zwischen dem Ventilschließglied und dem Ventilsitz gebildeter Kugelsitzquerschnitt kleiner als ein zwischen dem Übertragungsstift und einer Durchgangsöffnung gebildeter Ringspalt bzw. der dadurch gebildeten Fläche ist. Dieser Kugelsitzquerschnitt ist als Ringfläche zwischen dem Ventilschließglied und dem Ventilsitz ausgebildet und dabei in seiner Fläche auf die kleine Leistung des zu begrenzenden Massenstromes angepasst, so dass eine Durchgangsbegrenzung bei einem maximalen Arbeitshub gegeben ist.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betätigungseinrichtung einen in der Länge abgestimmten Übertragungsstift umfasst, der bei maximalem Arbeitshub eines Thermokopfes der Betätigungseinrichtung einen verkürzten Arbeitshub des Ventilsitzgliedes erzeugt. Durch die abgestimmte Ausgestaltung kann ein herkömmliches Expansionsventil für hohe Massenströme durch Austausch eines verkürzten Übertragungsstiftes auf ein Expansionsventil mit kleiner Leistung anpassbar und umrüstbar sein.
  • Bevorzugt wird der angepasste Übertragungsstift beziehungsweise der hubbegrenzende Stift im Verhältnis zum bisherigen Übertragungsstift beziehungsweise nicht hubbegrenzenden Übertragungsstift gleich oder größer 0,97 ausgebildet. Dabei wird eine Länge zwischen dem Ventilschließglied und einer Betätigungseinrichtung, insbesondere einer Membran des Thermokopfes, zugrundegelegt, unabhängig davon ob der Übertragungsstift ein- oder mehrteilig ausgebildet ist.
  • Bevorzugt wird ein begrenzter maximaler Arbeitshub in einem Bereich zwischen 0,1 bis 0,5 mm vorgesehen. Dadurch kann die Öffnungscharakteristik bzw. eine schnelle Zunahme des Massenstromes beibehalten werden, wobei eine Begrenzung des maximalen Massenstromes durch die Länge des Übertragungsstiftes einstellbar und vorzugsweise in Abhängigkeit der Kürzung des Übertragungsstiftes eine Begrenzung des Massenstromes ermöglicht ist.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Thermokopf der Bewegungseinrichtung eine Membran umfasst, welche den Thermokopf in eine untere und obere Kammer trennt und in der oberen Kammer ein Füllmedium mit einem erhöhten Druck aufnimmt. Dadurch kann die Membran vorgespannt werden, wodurch der verkürzte Übertragungsstift in einer Schließposition an dem Ventilschließglied anliegt und eine geräuschminimierte Betätigung des Ventils ermöglicht ist.
  • Nach einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die in dem Thermokopf vorgesehene obere Kammer mit einem Füllmedium gefüllt ist, welches von dem Kältemittel abweicht. Dadurch kann die Öffnungscharakteristik eingestellt werden, um eine steile oder flache Öffnungskennlinie zur Ansteuerung des Ventilschließgliedes einzustellen. Zusätzlich kann der Fülldruck variiert werden.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass anstelle eines verkürzten Ventilschließgliedes in dem Thermokopf ein Druckübertragungselement mit einem Anschlag vorgesehen ist, welches in einem Führungselement axial bewegbar geführt ist und der Arbeitsweg einstellbar ist. Ein solches Führungselement ist beispielsweise in dem Gehäuse des Thermokopfes befestigt, beispielsweise eingepresst und nimmt das Druckübertragungselement auf. In Abhängigkeit der Einstellung des freien Abstandes eines Verfahrweges zwischen dem Druckübertragungselement und dem Führungselement kann die Hubbewegung begrenzbar sein. Zusätzlich kann wahlweise an dem Druckübertragungselement und/oder dem Führungselement zumindest ein Anschlag oder ein Absatz vorgesehen sein, durch welchen die Hubbewegung begrenzt ist. Dadurch wird der Arbeitshub des Ventilschließgliedes begrenzt, wodurch eine begrenzte Öffnung der Durchgangsöffnung erfolgt, um einen Massenstrom mit geringem Durchsatz zu erzielen. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass die Bauteile des Ex pansionsventils mit Ausnahme des Druckübertragungselementes oder Führungselementes baugleich zu bisherigen Expansionsventilen sind.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird des Weiteren durch ein Expansionsventil gelöst, bei dem der maximale Massenstrom durch einen Ringspalt begrenzt ist, der zwischen der Durchgangsöffnung und einem darin angeordneten Übertragungsstift einer Betätigungseinrichtung, gebildet ist. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass unabhängig des Arbeitshubes des Ventilschließgliedes eine Begrenzung des Massenstromes gegeben ist. Somit kann in einer ersten Öffnungsphase das Volumen des Massenstromes durch einen Kugelsitzquerschnitt bestimmt werden. Sobald ein maximaler Arbeitshub erreicht ist, kann der Kugelsitzquerschnitt gleich dem zwischen dem Übertragungsstift und der Durchgangsöffnung gebildeten Ringspalt ausgebildet sein. Sofern der Arbeitshub aufgrund von Toleranzen das Ventilschließglied weiter öffnet, bleibt der Massenstrom durch den Ringspalt begrenzt.
  • Durch diese Kombination von Kugelsitzquerschnitt, angepasstem Arbeitshub und/oder Anpassung des nachgeschalteten Ringquerschnitts kann die Öffnungscharakteristik beispielsweise auch flacher gestaltet werden, was ein sanfteres Regelverhalten des Ventils beinhaltet.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Durchgangsöffnung als Bohrung in einem Gehäuse ausgebildet ist. Dadurch kann eine kostengünstige Herstellung ohne zusätzliche Bauteile erfolgen.
  • Bevorzugt ist bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform vorgesehen, dass ein Verhältnis im Durchmesser des Übertragungsstiftes zum Durchmesser der Durchgangsbohrung von 0,88 in einem Bereich zwischen + 13 % und –50 % vorgesehen ist. In diesem Bereich lassen sich optimale Arbeitsergebnisse erzielen. Dabei kann sowohl der Durchmesser des Übertragungsstiftes und/oder der Durchmesser der Durchgangsöffnung verändert und aufeinander angepasst sein. Bevorzugt werden die in der Durchgangsöffnung angeordneten Abschnitte des Übertragungsstiftes im Durchmesser verändert. Durch die Begrenzung der Leis tung über den Rindquerschnitt kann ein größeres freies Spaltmaß als bei einer Begrenzung über den Kugelquerschnitt erzielt werden, wodurch die Verschmutzungsanfälligkeit erheblich verringert wird. Bevorzugt kann das Spaltmaß im Ringquerschnitt für um bis zu 70 % größere Partikel durchlässig sein im Vergleich zum Kegelsitzquerschnitt, bzw einentsprechend größeres Spaltmaß aufweisen.
  • Die Aufgabe wird des weiteren erfindungsgemäß durch ein Düsenelement gelöst, welches vor oder nach dem Ventilsitz vorgesehen ist. Dadurch kann der Volumenstrom auf einen geringen maximalen Durchsatz und begrenzt gedrosselt werden.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Düsenelement oder ein Durchgang mit einem fixen Querschnitt in einer Kältemitteleinlass- oder Kältemittelauslassöffnung vorgesehen ist. Dadurch kann eine kompakte Anordnung eines Expansionsventils aufrechterhalten bleiben. Bevorzugt ist das Düsenelement eingepresst. Zur Ausgestaltung von variablen Gehäusen können die Düsenelemente auch durch eine Schraubverbindung zum Gehäuse verbunden sein. Dadurch wird auch eine Umrüstung ermöglicht. Der Einsatz von Düsenelementen dient auch zur Verringerung der Verschmutzungsanfälligkeit. Der fixe Querschnitt der Bohrung im Düsenelement oder des Durchgangs ist vorzugsweise gleich oder kleiner 2,5 mm ausgebildet.
  • Die ertindungsgemäßen Ausgestaltungen können beliebig miteinander kombiniert und/oder aufeinander angepasst werden.
  • 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 Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Expansionsventils,
  • 2 eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform eines Expansionsventils und
  • 3 ein Diagramm mit Kennlinien der erfindungsgemäßen Expansionsventile.
  • In 1 ist beispielhaft ein Expansionsventil 11 dargestellt. Dieses umfasst ein Gehäuse 12 mit einer ersten Kühlmitteleinlassöffnung 14, einer ersten Kühlmittelauslassöffnung 16 und einem die erste Kühlmitteleinlassöffnung 14 und die erste Kühlmittelauslassöffnung 16 verbindenden Kühlmittelkanal 17. In dem Gehäuse 12 ist des Weiteren eine zweite Kühlmitteleinlassöffnung 18 und eine zweite Kühlmittelauslassöffnung 19 vorgesehen, die durch einen zweiten Kühlmittelkanal 21 miteinander verbunden sind. An die erste Kühlmitteleinlassöffnung 14 ist die Austrittsseite eines Verflüssigers 22 angeschlossen, dessen Eintrittsseite mit der Austrittsseite eines Kompressors 23 verbunden ist. Die Eintrittsseite des Kompressors 23 steht mit einer Austrittsseite eines Verdampfers 24 in Verbindung.
  • Das Gehäuse 12 des Expansionsventils 11 weist einen Gehäuseabschnitt 26 auf, der sich in das Gehäuseinnere und in einen Teil des Kältemittelkanals 17 erstreckt. In den Gehäuseabschnitt 26 ist eine Reguliervorrichtung 27 einsetzbar. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Reguliervorrichtung 27 zur Verringerung des Bauraumes vorteilhafterweise vollständig in dem Gehäuse 12 integriert. Die Reguliervorrichtung 27 kann zusätzlich durch eine Wegerzeugungseinrichtung und ein Abschaltventil betätigbar sein.
  • Die Reguliervorrichtung 27 umfasst eine Regulierschraube 31, welche bevorzugt über ein Gewinde an dem Gehäuseabschnitt 26 angreift. In einem Regulierraum 33 ist eine Ventilanordnung 36 vorgesehen, welche einen am Gehäuse 12 angeordneten Ventilsitz 37 umfasst. In dem Ventilsitz 37 ist in einer Schließposition 38 ein Ventilschließglied 39 positioniert. Das Ventilschließglied 39 ist als Kugelventil ausgebildet. Das Ventilschließglied 39 umfasst unter anderem ein Dämpfungselement 41, welches in einem Bohrungsabschnitt 40 angreifende Dämpfungslaschen 43 aufweist und mit einer in dem Bohrungsabschnitt 40 angeordneten Regulierfeder 42 in Verbindung steht. Das Ventilschließglied 39 schließt in der Schließposition 38 eine Durchtrittsöffnung 44, welche zwischen der ersten Kühlmitteleinlassöffnung 14 und der ersten Kühlmittelauslassöffnung 16 vorgesehen ist.
  • Zur Betätigung des Ventilschließgliedes 39 ist eine als Thermokopf 49 ausgebildete Betätigungseinrichtung 46 vorgesehen, welche über einen Übertragungsstift 47 auf das Ventilschließglied 39 einwirkt und die Ventilanordnung 36 öffnet und schließt.
  • Ein geringer maximaler Massendurchsatz an Kältemittel wird gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform durch eine Begrenzung des maximalen Arbeitshubes des Ventilschließgliedes 39 aus dem Ventilsitz 37 erzielt. Nach dieser ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der ein- oder mehrteilig ausgebildete Übertragungsstift 47 in seiner Baulänge angepasst ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise durch eine Verkürzung der Länge erfolgen, die beispielsweise bis zu 0,5 mm gegenüber dem sonst eingesetzten Übertragungsstift verkürzt ist. Dadurch wird der maximale Öffnungshub reduziert und endet an einem definierten Öffnungspunkt. Gleichzeitig wird der maximale Massenstrom durch einen Kugelsitzquerschnitt bestimmt, der sich in einer Öffnungsstellung des Ventilschließgliedes 39 zur Kegelfläche des Ventilsitzes 37 ergibt und einen Ringspalt oder eine durchströmbare Ringfläche bildet. Der maximale Arbeitshub ist derart ausgebildet, dass der Kugelsitzquerschnitt bzw. von dem Massenstrom durchströmenden Ringspalt zwischen Ventilschließglied und Ventilsitz immer kleiner als eine Ringspaltfläche ausgebildet ist, der zwischen dem Übertragungsstift 47 und der Durchgangsöffnung 44 ausgebildet ist. Der Arbeitshub kann beispielsweise durch den hubbegrenzenden Übertragungsstift 47 um wenigstens 30 % verringert sein. Bevorzugt ist der Übertragungsstift 47 zum nicht begrenzenden Übertragungsstift 47 in einem Verhältnis von größer gleich 0,97 ausgebildet.
  • Der Thermokopf 49 der Betätigungseinrichtung 46 umfasst eine obere und untere Kammer 51, 52, welche durch eine Membran 53 voneinander getrennt sind. In der unteren Kammer 52 ist ein Druckübertragungselement 54 durch ein Führungselement 56 geführt, wobei eine Expansion in der oberen Kammer 51 auf die Membran 53 wirkt, welche wiederum das Druckübertragungselement 54 betätigt, so dass der Übertragungsstift 47 einen Arbeitshub ausführt und auf das Ventilschließglied 39 einwirkt. Alternativ zur Anpassung oder Verkürzung des Übertragungsstiftes 47 kann auch der Hubweg des Druckübertragungselements 54 im Führungselement 56 begrenzt sein. In Abhängigkeit der Ausgestaltung kann das Druckübertragungselement 54 und/oder das Führungselement 56 entsprechend in der Länge ausgebildete Führungsabschnitte oder Vorsprünge aufweisen, um den maximalen Hub zu begrenzen.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Membran 53 in Richtung auf das Ventilschließglied 39 durch eine Füllmedium vorgespannt ist, so dass ein verkürzt ausgebildeter Übertragungsstift 47 an dem Ventilschließglied 39 anliegt.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Begrenzung des Massenstromes ist durch die Bestimmung des Ringspaltquerschnitts gegeben. Bevorzugt ist der Übertragungsstift 47 in einem Durchmesserverhältnis zur Durchgangsbohrung 44 von 0,88 in einem Bereich zwischen + 13 % und –50 % vorgesehen. Dadurch kann auch unabhängig vom Hubweg eine Beschränkung des Massenstromes erzielt werden. Im Übrigen bleibt die Geometrie des Übertragungsstiftes und des Gehäuses 12 des Expansionsventils 11 erhalten.
  • Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass unabhängig vom Arbeitshub des Ventilschließglieds 39 eine Beschränkung des Massenstromes durch ein Düsenelement 58 erfolgt. Dieses Düsenelement 58 kann, wie in 2 dargestellt ist, nach der Durchgangsöffnung 44 in der Kühlmittelauslassöffnung 16 vorgesehen sein. Ebenso kann ein solches Düsenelement 58 in der Kühlmitteleinlassöffnung 14 angeordnet werden. In Abhängigkeit des Einbauortes sind die Durchmesser unterschiedlich in der Größe und vorzugsweise mit einem fixen Querschnitt ausgestaltet, um mit dem jeweiligen Aggregatzustand des Kältemittels vor und nach dem Ventil die gewünschte Be schränkung des Massenstromes zu erzielen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass zwischen der Durchgangsöffnung 44 und der Kühlmittelauslassöffnung 16 ein Durchgang mit einem fixen Querschnitt 59 vorgesehen ist. Bevorzugt weisen das Düsenelement 58 und der Durchgang 59 einen Durchmesser auf, der gleich oder kleiner als 2,5 mm im Durchmesser ist. Im Halbschnitt ist sowohl das Düsenelement 58 als auch die Durchgangsbohrung 59 dargestellt.
  • Des Weiteren ist als erfindungsgemäße Ausgestaltung zur Erzielung eines beschränkten Massendurchsatzes vorgesehen, dass eine Neigung einer Kegelfläche des Ventilsitzes 37 in Abhängigkeit einer Durchmessergröße des Ventilschließgliedes 39 ausgebildet ist. Bei einer Kegelfläche mit einem großen Winkel zwischen den beiden Kegelsitzflächen und einem Ventilschließglied mit kleinem Durchmesser ist ein schnelles Anwachsen des Massenstromes bei einem geringen Hub ermöglicht. Bei einem Ventilschließglied mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser, welches in Kegelflächen des Ventilsitzes 37, die einen geringen Winkel einschließen, sitzt, kann eine langsame Zunahme des Massenstromes bei einem größeren Arbeitshub erzielt werden.
  • In 3 ist ein Diagramm mit Kennlinien 61 und 62 der erfindungsgemäßen Expansionsventile 11 dargestellt. Die Kennlinie 61 zeigt einen Verlauf mit einem Standard-Expansionsventil, dessen nominale Leistung bei einem Massenstrom m2 und einem nominalen Hub h2 im Punkt 61B bewertet wird. Im Betrieb weist das Expansionsventil nach dem Öffnen des Ventilschließgliedes 39 bei einem maximalen Arbeitshub h3 einen Massenstrom m3 aufweist. Zur Verringerung der Leistung und somit des Massenstromes hat sich erstaunlicherweise gezeigt, dass eine Verkürzung des Übertragungsstiftes 47 ausreicht, um eine Leistungsbegrenzung beispielsweise im Punkt 61A zu erzielen. Die weiteren Geometrien des Expansionsventils können erhalten bleiben. Dadurch kann in einfacher Weise zielgerichtete Begrenzung des Massenstromes erfolgen. Zur Begrenzung der Leistung auf einen Massenstromes m1 wurde der Übertragungsstift 47 gekürzt, so dass dieser einen begrenzten Arbeitshub von h1 auf das Ventilschließglied 39 ausübt. Einen relativ steilen und nahezu geradlinigen Verlauf der Kennlinie 61 konnte beibehalten bleiben.
  • Nach vollständigem Öffnen des Ventilschließgliedes 39 aufgrund des vorbestimmten Arbeitshubes erfolgt eine Begrenzung des Massenstromes m1, der an die Leistung des Kältemittelkreislaufes angepasst ist und endet im Punkt 61A.
  • Die Kennlinie 62 weist gegenüber der Kennlinie 61 einen sanfteren Anstieg und somit ein sanfteres Regelverhalten auf. Ein solches sanfteres Regelverhalten kann insbesondere durch eine Begrenzung des Ringquerschnittes in der Durchgangsöffnung 44 erzielt werden. Dadurch wird gleichzeitig auch die Verschmutzungsgefahr verringert. Das Spaltmaß des Ringquerschnittes kann bei gleicher Leistungsbegrenzung wenigstens doppelt so groß ausgebildet sein. Das kleinste den Massenstrom bestimmende Spaltmaß wird dadurch vergrößert. Zusätzlich kann alternativ auch eine Begrenzung des Arbeitshubes durch eine Verkürzung des Übertragungsstiftes 47 vorgesehen sein. Des weiteren kann auch ein vor- oder insbesondere nachgeschaltetes Düsenelement 58 in Kombination zur Bemessung des Kegelsitzquerschnitts und/oder des Ringquerschnittes und/oder des Arbeitshubes eines Ventilschließgliedes 39 erfolgen, um das sanftere Regelverhalten zu erzielen. Diese Anpassung der Parameter weist des weiteren den Vorteil auf, dass ein gute Auflösung des Regelverhaltens für Expansionsventile mit einer geringen Leistung ermöglicht ist. Darüber hinaus können auch abhängig von der Leistung der Kältemittelanlage und zu deren Auslegung die einzelnen Parameter bestimmt und angepasst werden.
  • Die vorbeschriebenen, jeweils für sich erfindungsgemäßen Ausgestaltungen für ein Expansionsventil mit einem geringen Massendurchsatz, vorzugsweise von weniger als 100 kg/h bei einer Kondensationstemperatur vom 38° C, Unterkühlung von 5 K und einer Verdampfungstemperatur von 0° C, können beliebig miteinander kombiniert werden. Vorteilhafterweise werden bei einer Kombination die einzelnen Parameter aufeinander angepasst, um im Leistungsergebnis einen maximalen Wirkungsgrad zu erzielen.

Claims (11)

  1. Expansionsventil, insbesondere für eine mit Kältemittel betriebene Fahrzeugklimaanlage, mit einem Ventilsitz (37) und einem Ventilschließglied (39), welches eine Durchgangsöffnung (44) zwischen einer Kältemitteleinlassöffnung (14) und einer Kältemittelauslassöffnung (16) schließt, mit einer Betätigungseinrichtung (46), die auf das Ventilschließglied (39) einwirkt und die Durchgangsöffnung (44) öffnet und schließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein verkürzter maximaler Arbeitshub zum Öffnen des Ventilschließgliedes (39) aus dem Ventilsitz (37) vorgesehen ist, bei dem ein zwischen Ventilschließglied (39) und Ventilsitz (37) gebildeter Kugelsitzquerschnitt kleiner als ein zwischen einem Übertragungsstift (47) der Betätigungseinrichtung (46) und der Durchgangsöffnung (44) gebildeter Ringspalt ausgebildet ist.
  2. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (46) einen in der Länge verkürzten Übertragungsstift (47) umfasst, der bei maximalem Arbeitsweg eines Thermokopfes (49) der Befestigungseinrichtung (46) einen begrenzten Arbeitshub des Ventilschließgliedes (39) erzeugt und vorzugsweise der angepasste oder hubbegrenzende Übertragungsstift (47) im Verhältnis zum nicht hubbegrenzenden Übertragungsstift gleich oder größer 0,97 ist.
  3. Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein Thermokopf (49) der Betätigungseinrichtung (46) eine Membran (53) umfasst, welche den Thermokopf (49) in eine obere Kammer (51) und untere Kammer (52) trennt und in der oberen Kammer (51) ein Füllmedium mit einem erhöhten Druck vorgesehen ist.
  4. Expansionsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der oberen Kammer (51) des Thermokopfes (49) ein von einem die Durchtrittsöffnung (44) durchströmenden Kältemittel abweichendes Füllmedium vorgesehen ist.
  5. Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Thermokopf (49) der Betätigungseinrichtung (46) angeordnetes Druckübertragungselement (54) axial verschiebbar in einem Führungselement (56) geführt ist und an dem Druckübertragungselement (54) oder Führungselement (56) ein den Arbeitsweg einer Membran (53) begrenzender Anschlag vorgesehen ist.
  6. Expansionsventil, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere für eine mit Kältemittel betriebene Fahrzeugklimaanlage, mit einem Ventilsitz (37) und einem Ventilschließglied (39), welches eine Durchgangsöffnung (44) zwischen einer Kältemitteleinlassöffnung (14) und einer Kältemittelauslassöffnung (16) schließt, mit einer Betätigungseinrichtung (46), die auf das Ventilschließglied (39) einwirkt und die Durchgangsöffnung (44) öffnet und schließt, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Kältemitteleinlassöffnung (14) zur Kältemittelauslassöffnung (16) gelangender Massenstrom durch einen zwischen einem Übertragungsstift (47) einer Betätigungseinrichtung (46), der in einer Durchgangsöffnung (44) angeordnet ist, und der Durchgangsöffnung (44) gebildeter Ringspalt begrenzt ist.
  7. Expansionsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (44) als Bohrung in einem Gehäuse ausgebildet ist.
  8. Expansionsventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser des Übertragungsstiftes (47) zum Durchmesser der Durchgangsbohrung (44) in einem Verhältnis von 0,88 in einem Bereich von + 13 % und –50 % vorgesehen ist.
  9. Expansionsventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Arbeitshub auf weniger als 0,4 mm begrenzt ist.
  10. Expansionsventil, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere für eine mit Kältemittel betriebene Fahrzeugklimaanlage, mit einem Ventilsitz (37) und einem Ventilschließglied (39), welches eine Durchgangsöffnung (44) zwischen einer Kältemitteleinlassöffnung (14) und einer Kältemittelauslassöffnung (16) schließt, mit einer Betätigungseinrichtung (46), die auf das Ventilschließglied (39) einwirkt und die Durchgangsöffnung (44) öffnet und schließt, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach dem Ventilsitz (37) ein den Massenstrom begrenzender Durchgang (58) oder ein Düsenelement (59) mit jeweils einem fixen querschnitt vorgesehen ist.
  11. Expansionsventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (58) in einer Kältemitteleinlassöffnung (14) oder einer Kältemittelauslassöffnung (16) vorgesehen ist.
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