DE102014211581A1

DE102014211581A1 - Expansionsventil

Info

Publication number: DE102014211581A1
Application number: DE102014211581.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Fieger; Orhan Tohum
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung (11) für ein Expansionsventil (24) für eine Kälteanlage (10), insbesondere in Kraftfahrzeug Klimaanlagen mit einem Gehäuse (25), mit einem ersten Verbindungskanal (54), der einen ersten Kühlmitteleinlass (26) mit einem ersten Kühlmittelauslass (28) verbindet, und mit einem zweiten Verbindungskanal (64), der einen zweiten Kühlmitteleinlass (30) mit einem zweiten Kühlmittelauslass (32) verbindet, wobei das Expansionsventil (24) ein Regelventil (40) aufweist, welches einen Kühlmitteldurchfluss durch den ersten Verbindungskanal (54) steuert und wobei das Expansionsventil (24) einen Thermokopf (42) aufweist, welcher über einen Steuerstöße (48) das Regelventil (40) steuert. Ferner betrifft die Erfindung eine Kälteanlage (10) mit einer solchen Ventilanordnung (11), einem Kompressor (12) und einem Verdampfer (34), wobei der erste Kühlmitteleinlass (26) mit einem Auslass (16) des Kompressors (12) und/oder mit einem Auslass (22) des Verflüssigers (18) der Kälteanlage (10) verbinden ist, der erste Kühlmittelauslass (28) mit einem Einlass (36) des Verdampfers (34) der Kälteanlage (10) verbinden ist, der zweite Kühlmitteleinlass (30) mit einem Auslass (38) des Verdampfers (34) verbunden ist und der zweite Kühlmittelauslass (32) mit einem Einlass (14) des Kompressors (12) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für ein Expansionsventil für eine Kälteanlage, insbesondere in Kraftfahrzeugklimaanlagen, mit einem Gehäuse, mit einem ersten Verbindungskanal und zweiten Verbindungskanal. Ferner betrifft die Erfindung eine Kälteanlage mit einer solchen Ventilanordnung.
Insbesondere bei einem Einsatz in Kraftfahrzeugklimaanlagen ist der zur Verfügung stehende Bauraum knapp. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, ein Expansionsventil mit reduzierten Außenmaßen verwenden zu können.
Aus der DE 10 2004 040 649 A1 ist eine Ventilanordnung für ein Expansionsventil für eine Kälteanlage mit einem Gehäuse bekannt, mit einem ersten Verbindungskanal, der einen ersten Kühlmitteleinlass mit einem ersten Kühlmittelauslass verbindet, und mit einem zweiten Verbindungskanal, der einen zweiten Kühlmitteleinlass mit einem zweiten Kühlmittelauslass verbindet, wobei das Expansionsventil ein Regelventil aufweist, welches einen Kühlmitteldurchfluss durch den ersten Kühlmittelkanal steuert und wobei das Expansionsventil einen Thermokopf aufweist, welcher über einen Steuerstößel das Regelventil steuert, wobei der zweite Verbindungskanal angrenzend zu dem Thermokopf angeordnet ist, um dem Thermokopf Temperatur und Druck des Kühlmittels in dem zweiten Kühlmittelkanal zu übermitteln. Dadurch muss sich der Steuerstößel durch den zweiten Verbindungskanal erstrecken, wodurch dieser aufgrund seiner dafür benötigten Länge extra gelagert werden muss.
Aus der DE 10 2004 005 379 B3 ist ein Expansionsventil für Kälteanlagen bekannt, mit zumindest einem Gehäuse, welches einen ersten und zumindest einen weiteren Kühlmittelkanal 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 des Regulierventil steuert, wobei zumindest das Regulierventil und die das Regulierventil steuernde Betätigungseinheit eine Einheit bilden, welche gemeinsam in das Gehäuse einsetzbar sind.
Aus der JP 2012-197989 A ist ein Expansionsventil bekannt, bei welchem der Thermokopf nicht in das Gehäuse des Expansionsventils geschraubt ist, sondern durch Bördeln in dem Gehäuse des Expansionsventils gehalten ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein hinsichtlich Platzbedarf und Gewicht verbessertes Expansionsventil bereitzustellen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken die Lage des ersten Verbindungskanals und des zweiten Verbindungskanals zu dem Thermokopf zu tauschen. Zweckmäßig ist der erste Verbindungskanal näher zu dem Thermokopf angeordnet als der zweite Verbindungskanal. Dadurch kann der Steuerstößel kürzer ausgestaltet sein, da sich der Steuerstößel nicht mehr durch den zweiten Verbindungskanal erstrecken muss. Insgesamt ergibt sich dadurch eine kompaktere Bauform des Expansionsventils.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird bei einem Vergleich, ob ein Kanal näher zu einem Objekt liegt als ein anderer Kanal, geprüft, ob irgendein in dem Kanal liegender Punkt näher zu dem Objekt liegt als irgendein in dem anderen Kanal liegender Punkt.
Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Steuerstößel ausschließlich den ersten Verbindungskanal quert. Dadurch wird zum einen der zweite Verbindungskanal nicht durch den Steuerstößel gestört, insbesondere wird der Querschnitt des zweiten Verbindungskanals nicht verringert. Zum anderen müssen keine Dichtungen zwischen dem zweiten Verbindungskanal und dem Steuerstößel für das Kühlmittel vorgesehen sein, wodurch sich ein Dichtaufwand reduziert und ein Kühlmittelverlust ausschließen lässt.
Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass die Ventilanordnung mindestens einen Steuerkanal aufweist, welcher sich von dem zweiten Verbindungskanal zu dem Thermokopf erstreckt, um Temperatur und Druck des Kühlmittels in dem zweiten Verbindungskanal zu dem Thermokopf zu leiten. Dadurch kann der Thermokopf das Regelventil anhand der für den Betrieb der Kälteanlage wichtigen Parameter, wie Temperatur und Druck des Kühlmittels hinter dem Verdampfer, regeln und somit einen optimalen Betrieb der Kälteanlage ermöglichen.
Eine besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass das Regelventil einen Verschlusskörper und eine Feder aufweist, welche den Verschlusskörper auf einen Ventilsitz drückt, um das Regelventil zu schließen. Dies ist ein einfacher und zuverlässiger Aufbau für das Regelventil, wobei durch die Feder eine Ausfallsicherung gegeben sein kann, bei der das Ventil im Falle eines Ausfalls des Thermokopfes geschlossen wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Verschlusskörper eine Verschlusskugel aufweist und/oder durch eine Verschlusskugel gebildet ist.
Eine weitere besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass der Steuerstößel den Verschlusskörper aus dem Ventilsitz drückt, um das Regelventil zu öffnen. Der Steuerstößel drückt also den Verschlusskörper gegen die Federkraft der Feder aus dem Ventilsitz und öffnet somit das Regelventil. Somit kann der Thermokopf über den Steuerstößel einen Kühlmitteldurchfluss durch das Regelventil und somit durch den ersten Verbindungskanal steuern.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass eine Hubrichtung des Steuerstößels schräg zu einer Achse des ersten Verbindungskanals liegt. Auf diese Weise kann der Thermokopf günstig außerhalb des ersten Verbindungskanals angeordnet sein und dennoch ohne Umlenkung einer Schubkraft über den Steuerstößel das Regelventil öffnen.
Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass der Verschlusskörper und die Feder durch den ersten Kühlmitteleinlass und/oder den ersten Kühlmittelauslass in das Gehäuse des Expansionsventils einsetzbar sind. Auf diese Weise wird die Montage der Feder und des Ventilkörpers in dem Expansionsventil vereinfacht. Insbesondere muss keine weitere Öffnung, wie beispielsweise eine Bohrung, in dem Gehäuse des Expansionsventils vorgesehen sein, um die Feder und den Verschlusskörper in das Gehäuse des Expansionsventils einzubringen.
Eine weitere besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die Ventilanordnung eine Vormontagegruppe mit einem Käfig aufweist, in welchem die Feder und der Verschlusskörper, zumindest zur Montage, angeordnet sind. Durch den Käfig werden die Feder und der Verschlusskörper zueinander in Position gehalten, so dass die Montage der Feder und des Verschlusskörpers in dem Gehäuse des Expansionsventils erleichtert ist. Insbesondere ist auf diese Weise eine maschinelle Anbringung der Feder und des Verschlusskörpers in das Gehäuse des Expansionsventils möglich.
Alternativ oder ergänzend hierzu können die Feder und der Verschlusskörper auch nach der Montage, also im Betrieb des Expansionsventils, in dem Käfig angeordnet bleiben.
Eine günstige Lösung sieht vor, dass die Vormontagegruppe durch den ersten Kühlmitteleinlass in das Expansionsventil einsetzbar und/oder eingesetzt ist. Dadurch, dass die Vormontagegruppe durch den Kühlmitteleinlass einsetzbar ist, kann die Vormontagegruppe in einfacher Weise in dem Expansionsventil montiert werden.
Eine weitere günstige Lösung sieht vor, dass der Thermokopf in das Gehäuse des Expansionsventils eingeschraubt ist. Dadurch kann der Thermokopf in einfacher Weise an dem Gehäuse des Expansionsventils montiert werden.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass das Expansionsventil über eine Einschraubtiefe des Thermokopfes in das Gehäuse des Expansionsventils justierbar und/oder justiert ist. Dadurch dass das Expansionsventil über die Einschraubtiefe des Thermokopfes justierbar und/oder justiert ist muss keine weitere Justiervorrichtung vorgesehen sein. Insbesondere muss keine Vorrichtung zur Vorspannungsänderung der Feder vorgesehen sein. Justierbar ist insbesondere die Abhängigkeit der Steuerung des Regelventils von dem Druck und der Temperatur des Kühlmittels in dem zweiten Verbindungskanal.
Eine weitere besonders günstige Lösung sieht vor, dass der Thermokopf ein Gasreservoir und eine Membran aufweist, welche das Gasreservoir zumindest teilweise einschließt und deren Bewegung, zumindest auf Druck, mechanisch mit der Bewegung des Steuerstößels gekoppelt ist. Auf diese Weise kann der Thermokopf über den Steuerstößel den Ventilkörper aus dem Ventilsitz drücken, um somit das Regelventil zu öffnen. Insbesondere öffnet sich das Regelventil, wenn die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Verbindungskanal hoch ist und der Druck des Kühlmittels im zweiten Verbindungskanal niedrig ist und es schließt insbesondere, wenn der Druck des Kühlmittels im zweiten Verbindungskanals hoch ist und die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Verbindungskanal niedrig ist.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass in dem Gehäuse des Expansionsventils der Thermokopf, das Regelventil, der erste Verbindungskanal der erste Kühlmitteleinlass, der erste Kühlmittelauslass, der zweite Verbindungskanal, der zweite Kühlmitteleinlass und der zweite Kühlmittelauslass angeordnet sind. Auf diese Weise können alle relevanten Elemente des Expansionsventils in einem Gehäuse angeordnet sein, wodurch sich der Montageaufwand des Expansionsventils reduzieren lässt.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse des Expansionsventils einstückig ausgebildet ist. Dies verringert den Montageaufwand des Expansionsventils weiter, da das Gehäuse nicht aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt werden muss.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der erste Kühlmitteleinlass zum Anschluss und/oder zur Verbindung mit einem Auslass eines Kompressors der Kälteanlage vorgesehen ist, dass der erste Kühlmittelauslass zum Anschluss an und/oder zur Verbindung mit einem Einlass eines Verdampfers der Kälteanlage vorgesehen ist, dass der zweite Kühlmitteleinlass zum Anschluss an und/oder zur Verbindung mit einem Auslass des Verdampfers der Kälteanlage vorgesehen ist und das der zweiter Kühlmittelauslass zum Anschluss an und/oder zur Verbindung mit einem Einlass des Kompressors der Kälteanlage vorgesehen ist. Auf diese Weise kann das Expansionsventil den Kühlmittelfluss von dem Kompressor zu dem Verdampfer regeln und somit die Kühlleistung der Kälteanlage regeln. Ferner wird durch die Regelung des Kühlmittelflusses durch den ersten Verbindungskanal anhand von Druck und Temperatur des Kühlmittels im zweiten Verbindungskanal ein besonders effizienter Betrieb der Kälteanlage ermöglicht. Es kann beispielsweise vermieden werden, die Kälteanlage bei zu hoher Leistung zu betreiben, bei der die Temperatur im Verdampfer zu sehr absinkt, so dass das Kühlmittel nicht mehr verdampfen würde. Darüber hinaus kann sichergestellt werden, dass eine genügend große Druckdifferenz zwischen dem Ausgang des Kompressors und dem Eingang des Verdampfers vorliegt, welche notwendig ist um eine effiziente Kühlwirkung zu erzielen.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der erste Kühlmitteleinlass zum Anschluss an oder Verbindung mit einem Auslass eines Verflüssigers der Kälteanlage vorgesehen ist.
Ferner wird die oben genannte Aufgabe durch eine Kälteanlage mit einer Ventilanordnung gemäß der vorstehenden Beschreibung, mit einem Kompressor und mit einem Verdampfer gelöst, wobei der erste Kühlmitteleinlass mit einem Auslass des Kompressors verbunden ist, der erste Kühlmittelauslass mit einem Einlass des Verdampfers verbunden ist, der zweite Kühlmitteleinlass mit einem Auslass des Verdampfers verbunden ist und der zweite Kühlmittelauslass mit einem Einlass des Kompressors verbunden ist. Die im Zusammenhang mit der Ventilanordnung beschriebenen Vorteile übertragen sich somit auf die Kälteanlage, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der erste Kühlmitteleinlass mit einem Auslass eines Verflüssigers der Kälteanlage verbunden ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine vereinfachte Prinzipdarstellung einer Kälteanlage,
2 eine Frontalansicht eines erfindungsgemäßen Expansionsventils,
3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A durch das Expansionsventil aus 2,
4 eine Frontalansicht eines Expansionsventils gemäß einer zweiten Ausführungsform,
5 eine Aufsicht auf ein Expansionsventil gemäß einer zweiten Ausführungsform,
6 eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B des Expansionsventils aus 5,
7 eine Schnittdarstellung eines Expansionsventils gemäß einer dritten Ausführungsform entlang der Linie A-A aus 2,
8a eine Frontansicht einer Vormontagegruppe,
8b eine Seitenansicht einer Vormontagegruppe, und
8c eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie C-C der Vormontagegruppe aus 8b.
Eine in 1 dargestellte Kälteanlage 10 umfasst einen Kompressor 12 mit einem Einlass 14 und einem Auslass 16, einen Verflüssiger 18 mit einem Einlass 20 und einem Auslass 22, ein Expansionsventil 24 mit einem Gehäuse 25, mit einem ersten Kühlmitteleinlass 26, einem ersten Kühlmittelauslass 28, einem zweiten Kühlmitteleinlass 30 und einem zweiten Kühlmittelauslass 32, und einem Verdampfer 34, mit einem Einlass 36 und einem Auslass 38. Der Kompressor 12, der Verflüssiger 18 und der Verdampfer 34 bilden einen Kühlmittelkreislauf, wobei die Kühlmittelflussrichtung vom Kompressor 12 zum Verflüssiger 18 zum Verdampfer 34 und vom Verdampfer 34 schließlich wieder zum Kompressor 12 ist.
Das Kühlmittel wird von einem Auslass 16 des Kompressors 12 zu dem Einlass 20 des Verflüssigers 18 geleitet und von dem Auslass 22 des Verflüssigers 18 wird das Kühlmittel zu einem ersten Kühlmitteleinlass 26 des Expansionsventils 24 geleitet. Von dem mit dem ersten Kühlmitteleinlass 26 fluidisch verbundenen ersten Kühlmittelauslass 28 wird das Kühlmittel zu einem Einlass 36 des Verdampfers geleitet. Von einem Auslass 38 des Verdampfers 34 wird das Kühlmittel zu einem zweiten Kühlmitteleinlass 30 des Expansionsventils 24 geleitet und von einem zweiten mit dem zweiten Kühlmitteleinlass 30 fluidisch verbundene zweiten Kühlmittelauslass 32 wird das Kühlmittel zu einem Einlass 14 des Kompressors 12 geleitet.
Im Betrieb der Kälteanlage 10 wird der Kühlmittelkreislauf durch den Kompressor 12 angetrieben. Der Druck des Kühlmittels wird durch den Kompressor 12 erhöht und strömt somit mit erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur in den Verflüssiger 18. Der Verflüssiger 18 wird gekühlt, beispielsweise durch die Außenluft, so dass sich das Kühlmittel in dem Verflüssiger 18 verflüssigen kann und durch diesen Phasenübergang Wärme an die Umgebung abgeben kann.
Das verflüssigte Kühlmittel strömt zu dem Expansionsventil 24, wo der Kühlmitteldurchfluss durch das Expansionsventil 24 durch ein Regelventil 40 geregelt wird. Der Kühlmitteldurchfluss wird dabei gering gehalten, um eine Druckdifferenz zu erzielen.
Das Kühlmittel strömt aus dem Expansionsventil 24 in einen Bereich mit niedrigerem Druck, in welchem der Verdampfer 34 angeordnet ist. Im Verdampfer 34 kann das Kühlmittel verdampfen und auf Grund des Phasenüberganges Wärme aufnehmen, so dass der Verdampfer 34 abgekühlt werden kann. Die Kälte am Verdampfer 34 kann ausgenutzt werden, beispielsweise um ein Fahrzeug zu klimatisieren.
Von dem Verdampfer 34 aus strömt das Kältemittel durch das Expansionsventil 24 zu dem zweiten Kühlmitteleinlass 30 ein. Vom zweiten Kühlmittelauslass 32 strömt das Kühlmittel zu dem Kompressor 12, so dass sich der Kühlmittelkreislauf schließt.
Das Expansionsventil 24 regelt anhand der Temperatur und des Druckes des Kühlmittels den Kühlmitteldurchfluss durch das Expansionsventil 24. Die Regelung bezweckt, dass der Druck im Verdampfer 34 nicht zu sehr ansteigt, damit das Kühlmittel im Verdampfer 34 wunschgemäß verdampfen kann. Darüber hinaus bezweckt die Regelung des Regelventils 40, dass der Verdampfer 34 eine gewünschte Zieltemperatur erreicht. Dazu wird das Regelventil geöffnet, wenn der Druck des Kühlmittels am Auslass 38 des Verdampfers 34 gering genug ist und eine Temperatur des Kühlmittels am Auslass 38 des Verdampfers 34 hoch genug ist.
Das Expansionsventil 24 weist dazu gemäß 2 und 3 einen Thermokopf 42 auf. Der Thermokopf 42 weist ein Gasreservoir 44 und eine Membran 46 auf, welche das Gasreservoir 44 zumindest teilweise umschließt und zumindest auf Druck mit einem Steuerstößel 48 mechanisch gekoppelt ist. Das Gasreservoir 44 steht im thermischen Kontakt mit dem Kühlmittel, welches vom Verdampfer 34 kommend durch das Expansionsventil 24 strömt. Gleichzeitig bildet der Druck des Kühlmittels welches vom Verdampfer 34 aus kommend durch das Expansionsventil 24 strömt einen Gegendruck für das Gasreservoir 44.
Erhöht sich die Temperatur des Kühlmittels, welches vom Verdampfer 34 durch das Expansionsventil 24 strömt und somit auch die Temperatur des Gasreservoirs 44, erhöht sich auch der Druck in dem Gasreservoir 44 und drückt somit die Membran 46, welche das Gasreservoir 44 zumindest teilweise einschließt nach außen. Dadurch wird entsprechend der Bewegung der Membran 46 der Steuerstößel 48 von dem Thermokopf 42 weggedrückt.
Da das Gasreservoir 44 die Membran 46 gegen den Druck des Kühlmittels, welches vom Verdampfer 34 kommend durch das Expansionsventil 24 strömt, drücken muss, ist die Bewegung auch abhängig von dem Druck des Kühlmittels. Insbesondere wird die Membran 46 bei einem hohen Druck des Kühlmittels weniger stark ausgelenkt und damit auch der Steuerstößel 48 weniger stark vom Thermokopf 42 weggedrückt. Der Steuerstößel 48 drückt seinerseits einen Verschlusskörper 50 des Regelventils 40 aus einem Ventilsitz 52, wenn er vom Thermokopf 42 weggedrückt wird. Insbesondere weist der Verschlusskörper 50 eine Verschlusskugel auf. Das Regelventil 40 steuert einen Kühlmitteldurchfluss durch einen ersten Verbindungskanal 54, welcher einen ersten Kühlmitteleinlass 26 mit einem ersten Kühlmittelauslass 28 verbindet. Dazu weist das Regelventil 40 eine Verbindungsöffnung 56 auf, welche einen Zustromabschnitt 58 des ersten Verbindungskanals 54, welcher sich ausgehend von dem ersten Kühlmitteleinlass 26 ausgehend zur Mitte des Expansionsventils 24 erstreckt, mit einem Abstromabschnitt 60 des ersten Verbindungskanals 54, welcher sich von dem ersten Kühlmittelauslass 28 zur Mittelachse des Expansionsventils 24 erstreckt, verbindet.
Um die Verbindungsöffnung 56 herum ist der Ventilsitz 52 angeordnet, auf welchem der Verschlusskörper 50 durch eine Feder 62 gedrückt wird. Ist der Verschlusskörper 50 in den Ventilsitz 52 gedrückt, verschließt der Verschlusskörper 50 die Verbindungsöffnung 56 zwischen dem Zustromabschnitt 58 und dem Abstromabschnitt 60.
Der Steuerstößel 48 erstreckt sich von dem Thermokopf 42 ausgehend durch den Abstromabschnitt 60 des ersten Verbindungskanals 54 bis zu der Verbindungsöffnung 56 des Regelventils 40 und tritt in Kontakt mit dem Verschlusskörper 50. Wenn der Steuerstößel 48 von dem Thermokopf 42, durch die Membran 46 weggedrückt wird, drückt der Steuerstößel 48 gegen die Federkraft der Feder 62 den Verschlusskörper 50 aus dem Ventilsitz 52, so dass die Verbindungsöffnung 56 geöffnet wird und Kühlmittel durch den ersten Verbindungskanal 54 strömen kann.
Die Abhängigkeit der Steuerung des Durchflusses durch den ersten Verbindungskanal 54 von dem Druck und der Temperatur des Kühlmittels im zweiten Verbindungskanal 64 wird dadurch justiert, dass der Thermokopf 42 in das Expansionsventil 24 eingeschraubt wird. Die Einschraubtiefe des Thermokopfs 42 bestimmt die Abhängigkeit der Steuerung des Regelventils 40 von Druck und Temperatur des Kühlmittels im zweiten Verbindungskanals 64.
Um den Steuerstößel 48 kurz ausgestalten zu können, ist der erste Verbindungskanal 54 angrenzend zu dem Thermokopf 42 angeordnet. Insbesondere ist ein zweiter Verbindungskanal 64, welcher den zweiten Kühlmitteleinlass 30 mit dem zweiten Kühlmittelauslass 32 verbindet, nicht zwischen dem Thermokopf 42 und dem ersten Verbindungskanal 54 angeordnet. Um Druck und Temperatur des Kühlmittels welches vom Verdampfer 34 durch das Expansionsventil 24 durch den zweiten Verbindungskanal 64 strömt zu dem Thermokopf 42 zu leiten, weist das Expansionsventil 24 mindestens einen, beispielsweise zwei Steuerkanäle 66 auf. Die Steuerkanäle 66 erstrecken sich von dem zweiten Verbindungskanal 64 bis zu dem Thermokopf 42. Ein kleiner Teil der Strömung 68 des Kühlmittels, das zum zweiten Kühlmitteleinlass 30 in das Expansionsventil 24 einströmt, wird durch den Steuerkanal 66 in den Thermokopf 42 strömen, den Gegendruck für das Gasreservoir 44 bereitstellen und das Gasreservoir 44 temperieren. Anschließend wird dieser Teil der Strömung 68 des Kühlmittels durch beispielsweise einen weiteren Steuerkanal 46 zu dem zweiten Verbindungskanal 64 zurückfließen. Der Hauptteil der Strömung 68 des Kühlmittels wird strömt durch den zweiten Verbindungskanal 64.
Der Zustromabschnitt 58 des ersten Verbindungskanals 54 erstreckt sich von dem ersten Kühlmitteleinlass 26 aus in Richtung einer Mittelachse 61 des Expansionsventils 24 etwas über diese Mittelachse 61 hinaus. Der Abstromabschnitt 60 erstreckt sich von dem ersten Kühlmittelauslass 28 aus in Richtung Mittelachse 61 des Expansionsventils 24 und über die Mittelachse 61 hinaus. Der Abstromabschnitt 60 und der Zustromabschnitt 58 sind versetzt zueinander angeordnet, sodass sich diese zunächst nicht überschneiden. Im Bereich der Mittelachse 61 sind der Abstromabschnitt 61 und der Zustromabschnitt 58 durch eine Wand getrennt, in welcher sich die Verbindungsöffnung 56 befindet. Eine Achse des ersten Verbindungskanals 70 ist im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Zustromabschnitts 58 und im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Abstromabschnitts 60.
Die Hubrichtung, in der der Verschlusskörper 50 aus dem Ventilsitz 52 gedrückt wird ist demnach schräg, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu der Achse 70 des ersten Verbindungskanals 54.
Eine in den 4 bis 6 dargestellte zweite Ausführungsform des Expansionsventils 24 unterscheidet sich von dem in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des Expansionsventils 24 dadurch, dass der Thermokopf 42 der erste Verbindungskanal 54 und der zweite Verbindungskanal 64 nicht in einer Reihe angeordnet sind, sondern dass der zweite Verbindungskanal 64 neben dem ersten Verbindungskanal 54 angeordnet ist.
Ferner weist das Gehäuse 25 des Expansionsventils 24 eine Ventileinsetzöffnung 70 auf durch welche der Verschlusskörper 50 und die Feder 62 in das Expansionsventil 24 eingesetzt werden können. Die Ventileinsetzöffnung 70 ist durch eine Bohrung gebildet, welche quer zu der Achse 70 des ersten Verbindungskanals 54 verläuft und in den Zustromabschnitt 58 des ersten Verbindungskanals 54 mündet. In Verlängerung der Bohrung der Ventileintrittseinsetzöffnung 70 ist die Verbindungsöffnung 56 und der Ventilsitz 52 angeordnet, sodass der Verschlusskörper 50 durch die Ventileinsetzöffnung 70 in das Expansionsventil eingebracht werden kann.
Nach dem Einsetzen des Verschlusskörpers 50 und der Feder 62 wird eine Einstellschraube 72 in die Ventileinsetzöffnung 70 geschraubt und somit die Feder 62 und der Verschlusskörper 50 in Position gehalten. Durch die Einschraubtiefe der Einstellschraube 72 kann die Federspannung, mit welcher der Verschlusskörper 50 auf den Ventilsitz 52 gedrückt wird beeinflusst werden, um somit die Abhängigkeit der Durchflusssteuerung von Druck und Temperatur des Kühlmittels im zweiten Verbindungskanal 64 einzustellen.
Im Übrigen stimmt die in 4 bis 6 dargestellte zweite Ausführungsform des Expansionsventils 24 mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des Expansionsventils 24 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 7 bis 8c dargestellte dritte Ausführungsform des Expansionsventils 24 unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des Expansionsventils 24 dadurch, dass der Verschlusskörper 50 und die Feder 62 des Regelventils 40 in einer Vormontagegruppe 74 angeordnet sind. Die Vormontagegruppe 74 umfasst einen Käfig 76, welcher die Feder 62 und den Verschlusskörper 50 relativ zueinander zusammenhält und gleichzeitig eine Bewegung des Verschlusskörpers 50 zulässt, sodass die Funktion des Regelventils 40 weiterhin gewährleistet ist. Der Käfig 76 weist einen oberen Halteabschnitt 78 mit einer Öffnung 80 für den Verschlusskörper 50 und einen unteren Halteabschnitt 82 auf. Der obere Halteabschnitt 78 und der untere Halteabschnitt 82 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Zwischen dem oberen Halteabschnitt 78 und dem unteren Halteabschnitt 82 ist die Feder 62 gespannt. Um den oberen Halteabschnitt 78 und den unteren Halteabschnitt 82 gegen die Federkraft der Feder 62 in Position zu halten weist der Käfig zwei seitliche Verbindungselemente 84 auf, welche den oberen Halteabschnitt 78 mit dem unteren Halteabschnitt 82 verbinden und die diametral zueinander angeordnet sind.
Der Verschlusskörper 50 weist einen abgerundeten, beispielsweise im Wesentlichen halbkugelförmigen, Verschlussabschnitt 86 auf, welcher in den Ventilsitz 52 gedrückt wird, um die Verbindungsöffnung 56 zu verschließen. Ferner weist der Verschlusskörper 50 eine um den Verschlusskörper 50 umlaufende Schulter 88 auf, welche einen größeren Durchmesser aufweist als die Öffnung 80 des oberen Halteabschnitts 78, sodass der Verschlusskörper 50 durch die Schulter 88 gegen die Federkraft der Feder 62 in dem Käfig 76 gehalten wird.
Die Vormontagegruppe 74 kann durch den ersten Kühlmitteleinlass 26 in das Expansionsventil 24 eingeschoben werden, bis die Vormontagegruppe 74 ihre Einbaulage erreicht.
Der Zustromabschnitt 58 des ersten Verbindungskanals 54 weist einen keilförmigen Sicherungsabschnitt 90 auf über welchen die Vormontagegruppe 74 in die Einbaulage geschoben werden kann dieser aber ein Herausfallen der Vormontagegruppe 74 aus der Einbaulage verhindert.
Im Übrigen stimmt die in den 7 bis 8c dargestellte dritte Ausführungsform des Expansionsventils 24 mit der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform des Expansionsventils 24 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung in soweit Bezug genommen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004040649 A1 [0003]
DE 102004005379 B3 [0004]
JP 2012-197989 A [0005]

Claims

Ventilanordnung (11) für ein Expansionsventil (24) für eine Kälteanlage (10), insbesondere in Kraftfahrzeugklimaanlagen, mit einem Gehäuse (25), mit einem ersten Verbindungskanal (54), der einen ersten Kühlmitteleinlass (26) mit einem ersten Kühlmittelauslass (28) verbindet, und mit einem zweiten Verbindungskanal (64), der einen zweiten Kühlmitteleinlass (30) mit einem zweiten Kühlmittelauslass (32) verbindet, wobei das Expansionsventil (24) ein Regelventil (40) aufweist, welches einen Kühlmitteldurchfluss durch den ersten Verbindungskanal (54) steuert, und wobei das Expansionsventil (24) einen Thermokopf (42) aufweist, welcher über einen Steuerstößel (48) das Regelventil (24) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungskanal (54) näher zu dem Thermokopf (42) angeordnet ist als der zweite Verbindungskanal (64).
Ventilanordnung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstößel (48) ausschließlich den ersten Verbindungskanal (54) quert.
Ventilanordnung (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (11) mindesten einen Steuerkanal (66) aufweist, welcher sich von dem zweiten Verbindungskanal (64) zu dem Thermokopf (42) erstreckt, um Temperatur und Druck des Kühlmittels im zweiten Verbindungskanal (64) zu dem Thermokopf (42) zu leiten.
Ventilanordnung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (40) einen Verschlusskörper (50) und eine Feder (62) aufweist, welche den Verschlusskörper (50) auf einen Ventilsitz (52) drückt, um das Regelventil (40) zu schließen.
Ventilanordnung (11) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerstößel (48) den Verschlusskörper (50) aus dem Ventilsitz (52) drückt, um das Regelventil (40) zu öffnen.
Ventilanordnung (11) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hubrichtung des Steuerstößels (48) schräg zu einer Achse (70) des ersten Verbindungskanals (54) liegt.
Ventilanordnung (11) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskörper (50) und die Feder (62) durch den ersten Kühlmitteleinelass (26) und/oder den ersten Kühlmittelauslass (28) in das Gehäuse (25) des Expansionsventils (24) einsetzbar sind.
Ventilanordnung (11) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (11) eine Vormontagegruppe (74) mit einem Käfig (76) aufweist, in welchem die Feder (62) und der Verschlusskörper (50), zumindest zur Montage, angeordnet sind.
Ventilanordnung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermokopf (42) in das Gehäuse (25) des Expansionsventils (24) eingeschraubt ist.
Ventilanordnung (11) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil (24) über eine Einschraubtiefe des Thermokopfes (42) in das Gehäuse (25) des Expansionsventils (24) justierbar und/oder justiert ist.
Ventilanordnung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (25) des Expansionsventils (24) der Thermokopf (42), das Regelventil (40), der erste Verbindungskanal (54), der erste Kühlmitteleinlass (26), der erste Kühlmittelauslass (28), der zweite Verbindungskanal (64), der zweite Kühlmitteleinlass (30) und der zweite Kühlmittelauslass (32) angeordnet sind.
Ventilanordnung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmitteleinlass (26) zum Anschluss an und/oder zur Verbindung mit einen Auslass (16) eines Kompressors (12) der Kälteanlage (10) vorgesehen ist, dass der erste Kühlmittelaulass (28) zum Anschluss an und/oder zur Verbindung mit einen Einlass (26) eines Verdampfers (34) der Kälteanlage (10) vorgesehen ist, dass der zweite Kühlmitteleinlass (30) zum Anschluss an und/oder zur Verbindung mit einem Auslass (38) des Verdampfers (36) vorgesehen ist, und dass der zweite Kühlmittelauslass (32) zum Anschluss an und/oder zur Verbindung mit einem Einlass (14) des Kompressors (12) der Kälteanlage (10) vorgesehen ist.
Kälteanlage (10) mit einer Ventilanordnung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, einem Kompressor (12) und einem Verdampfer (34), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmitteleinlass (26) mit einem Auslass (16) des Kompressors (12) verbunden ist, der erste Kühlmittelauslass (28) mit einem Einlass (36) des Verdampfers (34) verbunden ist, der zweite Kühlmitteleinlass (30) mit einem Auslass (38) des Verdampfers (34) verbunden ist und der zweite Kühlmittelauslass (32) mit einem Einlass (14) des Kompressors (12) verbunden ist.