DE102016224283A1 - EXPANSION VALVE - Google Patents

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DE102016224283A1
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Sven Spieth
Matthias Storz
Björn Großmann
Sandra Tippmann
Thomas Gindele
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Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
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Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil (100) zum Vermindern eines Drucks eines durch das Expansionsventil (100) entlang eines Fluidströmungspfads hindurchfließenden Fluids, wobei das Expansionsventil (100) aufweist: wenigstens einen Fluideinlass (101) und wenigstens einen Fluidauslass (102), ein erstes Ventilelement (10) mit zumindest einer ersten Kanalstruktur (11), ein zweites Ventilelement (20a, 20b) mit zumindest einer zweiten Kanalstruktur (22a, 22b) und einer dritten Kanalstruktur (23a, 23b), wobei das erste Ventilelement (10) und das zweite Ventilelement (20a, 20b) relativ zueinander bewegbar sind, wobei in einer ersten Stellung der Ventilelemente (10; 20a, 20b) die erste Kanalstruktur (11) und die zweite Kanalstruktur (22a, 22b) zueinander ausgerichtet sind und einen ersten Fluidströmungspfad mit einem ersten Strömungswiderstand zwischen dem Fluideinlass (101) und dem Fluidauslass (102) bilden, und wobei in einer zweiten Stellung der Ventilelemente (10; 20a, 20b) die erste Kanalstruktur (11) und die dritte Kanalstruktur (23a, 23b) zueinander ausgerichtet sind und einen zweiten Fluidströmungspfad mit einem zweiten von dem ersten Strömungswiderstand verschiedenen Strömungswiderstand zwischen dem Fluideinlass (101) und dem Fluidauslass (102) bilden.

Figure DE102016224283A1_0000
The invention relates to an expansion valve (100) for reducing a pressure of a fluid flowing through the expansion valve (100) along a fluid flow path, the expansion valve (100) comprising: at least one fluid inlet (101) and at least one fluid outlet (102), a first valve element (10) with at least one first channel structure (11), a second valve element (20a, 20b) with at least one second channel structure (22a, 22b) and a third channel structure (23a, 23b), wherein the first valve element (10) and the second Valve element (20a, 20b) are movable relative to each other, wherein in a first position of the valve elements (10; 20a, 20b) the first channel structure (11) and the second channel structure (22a, 22b) are aligned with each other and a first fluid flow path with a first Forming flow resistance between the fluid inlet (101) and the fluid outlet (102), and wherein in a second position of the valve elements (10; 20a, 20b) the e The first channel structure (11) and the third channel structure (23a, 23b) are aligned with each other and form a second fluid flow path having a second flow resistance different from the first flow resistance between the fluid inlet (101) and the fluid outlet (102).
Figure DE102016224283A1_0000

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Expansionsventile zum Vermindern eines Drucks eines durch das Expansionsventil entlang eines Fluidströmungspfads hindurchfließenden Fluids.The invention relates to expansion valves for reducing a pressure of a fluid flowing through the expansion valve along a fluid flow path.

Expansionsventile können beispielsweise in Kältekreisläufen eingesetzt werden. 8 zeigt einen solchen Kältekreislauf 81, wie er im Stand der Technik bekannt ist. Der Kältekreislauf 81 weist einen Verflüssiger 82 und einen Verdampfer 83 auf. Zwischen dem Verflüssiger 82 und dem Verdampfer 83 befindet sich eine lokale Verengung 84a, 84b des Strömungsquerschnitts, die zu einer Verminderung des Fluiddrucks führt und eine Volumenzunahme bzw. Expansion des durchströmenden Fluids bewirkt. Diese lokale Verengung 84a, 84b wird funktionell als Drossel- oder Expansionsventil bezeichnet.Expansion valves can be used for example in refrigeration circuits. 8th shows such a refrigeration cycle 81, as is known in the art. The refrigeration cycle 81 has a condenser 82 and an evaporator 83. Between the condenser 82 and the evaporator 83 is a local constriction 84a, 84b of the flow cross-section, which leads to a reduction of the fluid pressure and causes an increase in volume or expansion of the fluid flowing through. This local restriction 84a, 84b is functionally referred to as a throttle or expansion valve.

Im einfachsten Fall wirkt ein Stück Rohr mit sehr kleinem Innendurchmesser als ungeregeltes, nicht verstellbares Expansionsorgan, das dann typischerweise als Drosselkapillare 84b bezeichnet wird. Kostengünstige Drosselkapillaren werden bevorzugt bei Anlagen mit kleiner Kälteleistung, wie Haushalts-Kühl-Gefrierkombinationen, eingesetzt.In the simplest case, a piece of tube with a very small inner diameter acts as an uncontrolled, non-adjustable expansion element, which is then typically referred to as throttle capillary 84b. Low-cost throttle capillaries are preferably used in systems with low cooling capacity, such as household fridge-freezers.

Aufwendigere, regelbare Expansionsventile 84a sind stetig veränderbare Ventile, die eine Einstellung des durchströmenden Fluids erlauben. Diese werden bevorzugt bei Anlagen mit größerer Kälteleistung eingesetzt.More elaborate, variable expansion valves 84a are continuously variable valves that allow adjustment of the fluid flowing through. These are preferably used in systems with greater cooling capacity.

Eine grundsätzliche Problematik bei Expansionsventilen für kleine Kälteleistungen ist der kontinuierlich zu dosierende kleine Massenstrom an Kältemittel, der außerordentliche Anforderungen an die Präzision eines stetig verstellbaren Ventils stellt.A fundamental problem with expansion valves for small cooling capacities is the continuously metered small mass flow of refrigerant, which places extraordinary demands on the precision of a continuously adjustable valve.

Oftmals behilft man sich deshalb dadurch, dass kein stetig verstellbares Ventil sondern ein Schaltventil eingesetzt wird, das dann zeitweise komplett auf bzw. zu ist, d.h. im Sinne einer Pulsweitenmodulation betrieben wird. Dieses Vorgehen wird aber energetisch als auch im Hinblick auf das Systemverhalten als nicht so günstig bewertet.Often, therefore, one manages this by the fact that no continuously adjustable valve but a switching valve is used, which is then temporarily completely open or closed, i. is operated in the sense of a pulse width modulation. However, this procedure is not considered as energetically favorable as well as with regard to the system behavior.

Ein Expansionsventil für kleine Kälteleistungen kann auch als Mikroexpansionsventil bezeichnet werden.A small refrigeration capacity expansion valve may also be referred to as a microexpansion valve.

In der DE 10 2011 004 109 A1 wird beispielsweise ein Expansionsventil mit einer stufenlos regelbaren Lochblende beschrieben. Der Durchfluss durch die Blende wird mittels einer exzentrischen Abdeckscheibe geregelt, die den Öffnungsquerschnitt der Blende stufenlos variieren kann. Hierbei werden jedoch sehr hohe Anforderungen an die Präzision der Blende sowie an die Präzision des stufenlosen Antriebs gestellt, was zu erhöhten Produktionskosten führt.In the DE 10 2011 004 109 A1 For example, an expansion valve with a continuously variable pinhole will be described. The flow through the aperture is controlled by means of an eccentric cover, which can vary the opening cross-section of the aperture infinitely. However, very high demands are placed on the precision of the diaphragm and on the precision of the stepless drive, which leads to increased production costs.

Als eine Alternative zur vorgenannten Lochblende sind Kanäle bekannt, durch die das Fluid strömt. Bei der Lochblende kommt die Verlangsamung und somit die Expansion des Fluids hauptsächlich durch an der Blendenkante verursachte Wirbelströme zustande. Bei Kanälen hingegen entstehen beim Durchströmen des Fluids zusätzlich Reibungsverluste entlang der Wand der Kanäle, da die Kanäle im Vergleich zur Blende eine wesentlich längere Erstreckung aufweisen, sodass sich das Fluid über die gesamte Länge des Kanals ausbreiten kann und dabei aufgrund der Reibungsverluste verlangsamt wird.As an alternative to the aforementioned orifice, channels are known through which the fluid flows. In the case of the perforated diaphragm, the slowing down and thus the expansion of the fluid is mainly due to eddy currents caused at the diaphragm edge. In the case of channels, on the other hand, as the fluid flows through it, additional frictional losses occur along the walls of the channels, since the channels have a significantly longer extent compared to the diaphragm, so that the fluid can spread over the entire length of the channel and thereby be slowed down due to the friction losses.

Ein Expansionsventil mit Kanälen wird beispielsweise in der DE 31 08 051 A1 vorgeschlagen. Hier wird ein in diskreten Schaltstufen schaltbares Expansionsventil beschrieben. Es werden mehrere Scheiben übereinander gelegt, wobei sich zwischen den Scheiben radial verlaufende Kanäle ausbilden, durch die das Fluid strömen kann. In der Mitte der Scheiben ist ein Kolben angeordnet, der in axialer Richtung beweglich ist, um einen Durchfluss des Fluids durch die einzelnen Kanäle zu ermöglichen. Durch die in axialer Richtung aufeinander geschichteten einzelnen Scheiben in Kombination mit dem in axialer Richtung bewegbaren Kolben weist dieses Expansionsventil einen komplizierten Aufbau sowie eine große axiale Bauhöhe auf. Für Geräte mit kleinen Kälteleistungen, bei denen in der Regel nur ein sehr geringer Bauraum zur Verfügung steht, ist dieses Expansionsventil daher weniger gut geeignet.An expansion valve with channels, for example, in the DE 31 08 051 A1 proposed. Here, a switchable in discrete switching stages expansion valve will be described. There are several discs stacked, forming between the discs radially extending channels through which the fluid can flow. In the center of the discs, a piston is arranged, which is movable in the axial direction to allow a flow of fluid through the individual channels. Due to the stacked in the axial direction of individual discs in combination with the movable piston in the axial direction, this expansion valve has a complicated structure and a large axial height. For devices with small cooling capacities, where usually only a very small space is available, this expansion valve is therefore less well suited.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Expansionsventile dahingehend zu verbessern, dass diese einen einfachen Aufbau sowie kleine Abmessungen besitzen, und dabei gleichzeitig präzise die Durchflussrate eines Fluids regulieren können.It is an object of the present invention to improve expansion valves in that they have a simple structure and small dimensions, while at the same time can precisely regulate the flow rate of a fluid.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Expansionsventil mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by an expansion valve with the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Expansionsventil ist ausgebildet, um einen Druck eines durch das Expansionsventil entlang eines Fluidströmungspfads hindurchfließenden Fluids zu vermindern. Das Expansionsventil weist hierfür, unter anderem, wenigstens einen Fluideinlass, durch den das Fluid in das Expansionsventil einströmen kann, und wenigstens einen Fluidauslass, durch den das Fluid aus dem Expansionsventil herausströmen kann, auf. Das Expansionsventil weist außerdem ein erstes Ventilelement mit zumindest einer ersten Kanalstruktur auf. Ferner weist das Expansionsventil ein zweites Ventilelement mit zumindest einer zweiten Kanalstruktur und einer dritten Kanalstruktur auf. Erfindungsgemäß sind das erste Ventilelement und das zweite Ventilelement relativ zueinander bewegbar, wobei in einer ersten Stellung der Ventilelemente die erste Kanalstruktur und die zweite Kanalstruktur zueinander ausgerichtet sind und einen ersten Fluidströmungspfad mit einem ersten Strömungswiderstand zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass bilden. In einer zweiten Stellung der Ventilelemente sind die erste Kanalstruktur und die dritte Kanalstruktur zueinander ausgerichtet und bilden einen zweiten Fluidströmungspfad mit einem zweiten von dem ersten Strömungswiderstand verschiedenen Strömungswiderstand zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass.The expansion valve of the invention is configured to reduce a pressure of a fluid flowing through the expansion valve along a fluid flow path. For this purpose, the expansion valve has, inter alia, at least one fluid inlet, through which the fluid can flow into the expansion valve, and at least one fluid outlet, through which the fluid can flow out of the expansion valve. The expansion valve also has a first valve element with at least one first channel structure. Furthermore, the expansion valve has a second valve element with at least one second channel structure and a third channel structure. According to the invention, the first valve element and the second valve element are movable relative to each other, wherein in a first position of the valve elements, the first channel structure and the second channel structure are aligned with each other and form a first fluid flow path with a first flow resistance between the fluid inlet and the fluid outlet. In a second position of the valve elements, the first channel structure and the third channel structure are aligned with each other and form a second fluid flow path having a second flow resistance between the fluid inlet and the fluid outlet that is different from the first flow resistance.

Mit dem erfindungsgemäßen Expansionsventil können also mindestens zwei unterschiedliche Schaltstellungen eingenommen werden. Je nach Schaltstellung ergibt sich hierbei ein unterschiedlicher Fluidströmungspfad. Die Fluidströmungspfade weisen unterschiedliche Strömungswiderstände auf. Ein Strömungswiderstand kann sich beispielsweise aus einer Länge der durchströmten Kanalstruktur, dem nicht notwendigerweise entlang der Kanallänge einheitlichen Querschnitt der durchströmten Kanalstruktur, einer Änderung des durchströmten Querschnitts oder des Kanalverlaufs, einer geometrischen Querschnittsform, einer Rauigkeit der Oberfläche der Wandungen der durchströmten Kanalstruktur, oder aus einer Kombination dieser Parameter ergeben. Die unterschiedlichen Strömungswiderstände drosseln den Durchfluss des Fluids unterschiedlich stark. Die Drosselwirkung kann mittels einer Variation der vorgenannten Parameter eingestellt werden. Das erfindungsgemäße Expansionsventil kann in einer Schaltstellung eine vollständige Drosselung bewirken, sodass der Durchfluss des Fluids vom Fluideinlass zum Fluidauslass nahezu vollständig blockiert ist. Das erfindungsgemäße Expansionsventil kann in einer anderen Schaltstellung beispielsweise keine signifikante Drosselung aufweisen, sodass das Fluid nahezu ungehindert vom Fluideinlass zum Fluidauslass strömen kann. Das Expansionsventil kann jede beliebige Drosselstufe, d.h. zwischen vollständiger Blockierung und vollständiger Durchflussermöglichung, bereitstellen. Dies ist, wie zuvor erwähnt, mittels einer Variation der Kanalstruktur-Parameter möglich. Wenn das Fluid das erfindungsgemäße Expansionsventil durchströmt, kommt es neben der Drosselung der Durchflussmenge zum Druckabfall des Fluiddrucks, d.h. das Fluid entspannt sich. Das Fluid kann dabei zumindest teilweise verdampfen, wobei gleichzeitig die Temperatur des Fluids sinken kann. Der Betrag des Druckabfalls wird, ebenso wie der Betrag der Drosselung der Durchflussmenge, durch die Drosselstufen, d.h. durch den Strömungswiderstand, der einzelnen Kanalstrukturen bestimmt. Die Erfindung schafft somit die Integration unterschiedlicher Flusswiderstände mitsamt eines schaltbaren Verteilers innerhalb eines einzigen Expansionsventils. Dies kann den benötigten Bauraum gegenüber Verteilerschaltungen mit separaten Drosseln bzw. Kapillaren erheblich reduzieren. Außerdem werden im Vergleich zu bekannten stufenlos einstellbaren Lochblenden wesentlich geringere Anforderungen an die benötigte Präzision des Antriebs gestellt, was wiederum die Herstellungskosten erheblich reduziert.With the expansion valve according to the invention so at least two different switching positions can be taken. Depending on the switching position, this results in a different fluid flow path. The fluid flow paths have different flow resistances. A flow resistance may be, for example, a length of the channel structure through which flows, not necessarily along the channel length uniform cross section of the flowed through channel structure, a change in the flowed cross section or the channel profile, a geometric cross-sectional shape, a roughness of the surface of the walls of the flow-through channel structure, or from a Combination of these parameters. The different flow resistances throttle the flow of the fluid to different extents. The throttle effect can be adjusted by means of a variation of the aforementioned parameters. The expansion valve according to the invention can cause a complete throttling in a switching position, so that the flow of the fluid from the fluid inlet to the fluid outlet is almost completely blocked. The expansion valve according to the invention can, for example, have no significant throttling in another switching position, so that the fluid can flow from the fluid inlet to the fluid outlet almost unhindered. The expansion valve may be any throttle level, i. between complete blockage and complete flow-through capability. This is possible, as previously mentioned, by means of a variation of the channel structure parameters. When the fluid flows through the expansion valve according to the invention, in addition to the throttling of the flow rate, the pressure drop of the fluid pressure, i. the fluid relaxes. The fluid can evaporate at least partially, while at the same time the temperature of the fluid can drop. The amount of pressure drop, as well as the amount of restriction of the flow rate, by the throttle stages, i. through the flow resistance, which determines individual channel structures. The invention thus provides the integration of different flow resistances together with a switchable distributor within a single expansion valve. This can significantly reduce the space required compared to distribution circuits with separate throttles or capillaries. In addition, compared to known continuously adjustable pinhole much lower demands on the required precision of the drive provided, which in turn significantly reduces manufacturing costs.

Vorstellbare Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.Conceivable embodiments are mentioned in the dependent claims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:

  • 1A eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Expansionsventils in einer Explosionsdarstellung und in einer ersten Schaltstellung,
  • 1B das Expansionsventil der ersten Ausführungsform in einem zusammengesetzten Zustand und einer ersten Schaltstellung,
  • 1C die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Expansionsventils in einer Explosionsdarstellung und in einer zweiten Schaltstellung,
  • 1D das Expansionsventil der ersten Ausführungsform in einem zusammengesetzten Zustand und einer zweiten Schaltstellung,
  • 2A eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Expansionsventils in einer Explosionsdarstellung und in einer ersten Schaltstellung,
  • 2B das Expansionsventil der zweiten Ausführungsform in einem zusammengesetzten Zustand und einer ersten Schaltstellung,
  • 3A ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Expansionsventils gemäß der ersten Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung und in einer ersten Schaltstellung, wobei die Kanalstrukturen des zweiten Ventilelements in Reihe geschaltet sind,
  • 3B das Expansionsventil aus 3A in einem zusammengesetzten Zustand,
  • 4A ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Expansionsventils gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung und in einer ersten Schaltstellung, wobei die Kanalstrukturen des zweiten Ventilelements in Reihe geschaltet sind,
  • 4B das Expansionsventil aus 4A in einem zusammengesetzten Zustand,
  • 5A ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Expansionsventils gemäß der ersten Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung und in einer ersten Schaltstellung, wobei die Kanalstrukturen des zweiten Ventilelements parallel zueinander schaltbar sind,
  • 5B das Expansionsventil aus 5A in einem zusammengesetzten Zustand,
  • 6A ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Expansionsventils gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung und in einer ersten Schaltstellung, wobei die Kanalstrukturen des zweiten Ventilelements parallel zueinander schaltbar sind,
  • 6B das Expansionsventil aus 6A in einem zusammengesetzten Zustand,
  • 7 ein schematisches Blockschaltbild für eine Art der Verschaltung einzelner Flusswiderstände, und
  • 8 einen Kältekreislauf aus dem Stand der Technik mit einer Fluid-Expansionsstelle wie sie im Stand der Technik verwendet wird.
Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be explained below. Show it:
  • 1A A first embodiment of an expansion valve according to the invention in an exploded view and in a first switching position,
  • 1B the expansion valve of the first embodiment in an assembled state and a first switching position,
  • 1C the first embodiment of the expansion valve according to the invention in an exploded view and in a second switching position,
  • 1D the expansion valve of the first embodiment in an assembled state and a second switching position,
  • 2A A second embodiment of an expansion valve according to the invention in an exploded view and in a first switching position,
  • 2 B the expansion valve of the second embodiment in an assembled state and a first switching position,
  • 3A An embodiment of an expansion valve according to the invention according to the first embodiment in an exploded view and in a first switching position, wherein the channel structures of the second valve element are connected in series,
  • 3B the expansion valve off 3A in a composite state,
  • 4A An embodiment of an expansion valve according to the invention according to the second embodiment in an exploded view and in a first switching position, wherein the channel structures of the second valve element are connected in series,
  • 4B the expansion valve off 4A in a composite state,
  • 5A An embodiment of an expansion valve according to the invention according to the first embodiment in an exploded view and in a first switching position, wherein the channel structures of the second valve element are parallel to each other,
  • 5B the expansion valve off 5A in a composite state,
  • 6A An embodiment of an expansion valve according to the invention according to the second embodiment in an exploded view and in a first switching position, wherein the channel structures of the second valve element are parallel to each other,
  • 6B the expansion valve off 6A in a composite state,
  • 7 a schematic block diagram for a type of interconnection of individual flow resistances, and
  • 8th a prior art refrigeration cycle having a fluid expansion site as used in the art.

Im Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei Elemente mit derselben oder ähnlichen Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Außerdem gilt alles, was mit Bezug auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel erwähnt wurde, gleichsam auch für alle anderen Ausführungsbeispiele. Im Folgenden werden, um das Lesen der Beschreibung zu vereinfachen, viele Merkmale unter Bezugnahme auf die 1A bis 1D erklärt werden. Es versteht sich jedoch von selbst, dass all diese Merkmale gleichsam auch für die in den übrigen 2A bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele gelten.Hereinafter, some embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the figures, wherein elements with the same or similar function are provided with the same reference numerals. In addition, all that has been mentioned with reference to a particular embodiment, as it applies to all other embodiments. Hereinafter, to simplify the reading of the description, many features will be described with reference to FIGS 1A to 1D be explained. It goes without saying, however, that all these characteristics also apply to those in the rest 2A to 7 Illustrated embodiments apply.

Wenn nachfolgend von Fluid gesprochen wird, kann damit sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Gas gemeint sein. Auch Mischformen aus teilweise gasförmigen und flüssigen Zuständen des Fluids können hierbei gemeint sein. Generell kann das Fluid, im Sinne der vorliegenden Offenbarung, in allen vorkommenden Aggregatszuständen vorliegen. Beispielsweise kann das Fluid in Strömungsrichtung vor dem Expansionsventil in einem im Wesentlichen flüssigen Aggregatszustand vorliegen, während es in Strömungsrichtung nach dem Expansionsventil (evtl. mit einem nachgeschalteten Verdampfer) in einem im Wesentlichen gasförmigem Zustand vorliegen kann. Das Fluid kann ein Kältemittel, wie z.B. R600a oder R134a, sein.When fluid is referred to hereinafter, it may mean both a liquid and a gas. Mixed forms of partially gaseous and liquid states of the fluid may also be meant here. In general, the fluid, in the sense of the present disclosure, can be present in all occurring states of aggregation. For example, the fluid upstream of the expansion valve may be in a substantially liquid state, while in the flow direction downstream of the expansion valve (possibly with a downstream evaporator) it may be in a substantially gaseous state. The fluid may include a refrigerant such as e.g. R600a or R134a, his.

Die 1A und 1B zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Expansionsventils 100. Das Expansionsventil 100 weist wenigstens einen Fluideinlass 101 und wenigstens einen Fluidauslass 102 auf.The 1A and 1B show a first embodiment of an expansion valve according to the invention 100 , The expansion valve 100 has at least one fluid inlet 101 and at least one fluid outlet 102 on.

Das Expansionsventil 100 weist außerdem ein erstes Ventilelement 10 mit zumindest einer ersten Kanalstruktur 11 auf. Ferner weist das Expansionsventil 100 ein zweites Ventilelement 20 auf. Das zweite Ventilelement 20 kann, wie hier beispielhaft gezeigt, aus zwei Teilen 20a, 20b bestehen. Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass das zweite Ventilelement 20 einteilig ausgebildet ist. Das zweite Ventilelement 20 weist zumindest eine zweite Kanalstruktur 22a, 22b und eine dritte Kanalstruktur 23a, 23b auf.The expansion valve 100 also has a first valve element 10 with at least a first channel structure 11 on. Furthermore, the expansion valve 100 a second valve element 20 on. The second valve element 20 can, as shown here by way of example, of two parts 20a . 20b consist. Further embodiments provide that the second valve element 20 is formed in one piece. The second valve element 20 has at least one second channel structure 22a . 22b and a third channel structure 23a . 23b on.

Kanalstrukturen im Allgemeinen, und die abgebildeten Kanalstrukturen 11, 22a, 22b, 23a, 23b im Speziellen, sind in dem jeweiligen Ventilelement 10, 20 vorgesehene Strukturen, z.B. in Form von Ausnehmungen, die einen Strömungspfad für ein durchströmendes Fluid bereitstellen.Channel structures in general, and the mapped channel structures 11 . 22a . 22b . 23a , 23b in particular, are in the respective valve element 10 . 20 provided structures, for example in the form of recesses, which provide a flow path for a fluid flowing through.

Das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 sind relativ zueinander bewegbar. Wie insbesondere in 1B zu erkennen ist, sind in einer ersten Stellung der Ventilelemente 10, 20 die erste Kanalstruktur 11 und die zweite Kanalstruktur 22a, 22b zueinander ausgerichtet und bilden einen ersten Fluidströmungspfad 110 mit einem ersten Strömungswiderstand zwischen dem Fluideinlass 101 und dem Fluidauslass 102.The first valve element 10 and the second valve element 20 are movable relative to each other. As in particular in 1B can be seen, are in a first position of the valve elements 10 . 20 the first channel structure 11 and the second channel structure 22a . 22b aligned with each other and form a first Fluid flow path 110 with a first flow resistance between the fluid inlet 101 and the fluid outlet 102 ,

Die 1C und 1D zeigen eine zweite Stellung der Ventilelemente 10, 20. In dieser zweiten Stellung der Ventilelemente 10, 20 sind die erste Kanalstruktur 11 und die dritte Kanalstruktur 23a, 23b zueinander ausgerichtet und bilden einen zweiten Fluidströmungspfad 111 mit einem zweiten von dem ersten Strömungswiderstand verschiedenen Strömungswiderstand zwischen dem Fluideinlass 101 und dem Fluidauslass 102.The 1C and 1D show a second position of the valve elements 10 . 20 , In this second position of the valve elements 10 . 20 are the first channel structure 11 and the third channel structure 23a . 23b aligned with each other and form a second fluid flow path 111 with a second flow resistance between the fluid inlet other than the first flow resistance 101 and the fluid outlet 102 ,

In 1C ist beispielsweise zu sehen, dass die dritte Kanalstruktur 23b in einer kreisförmig umlaufenden Kanalstruktur 55 mündet, die sich bis zu dem Fluidauslass 102 erstreckt. In 1C For example, to see that the third channel structure 23b in a circular circulating channel structure 55 opens, extending to the fluid outlet 102 extends.

Dementsprechend strömt das Fluid durch die dritte Kanalstruktur 23b und die umlaufende Kanalstruktur 55, die in 1D zeichnungsbedingt teilweise verdeckt ist, bis zu dem Fluidauslass 102.Accordingly, the fluid flows through the third channel structure 23b and the circumferential channel structure 55 , in the 1D partially covered by the drawing, up to the fluid outlet 102 ,

Auch die zweite Kanalstruktur 22a, 22b mündet in die umlaufende Kanalstruktur 55. Die umlaufende Kanalstruktur 55 verbindet sozusagen die in dem zweiten Ventilelement 20 ausgebildeten Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b untereinander und bildet eine gemeinsame Zuführung zu dem Fluidauslass 102. Der Betrag des Gesamtströmungswiderstands für das durchströmende Fluid kann sich hierbei zusammensetzen aus a) dem Strömungswiderstand der ersten Kanalstruktur 11 des ersten Ventilelements 10, b) dem Strömungswiderstand der jeweiligen Kanalstruktur 22a, 22b, 23a, 23b des zweiten Ventilelements 20 und c) dem Strömungswiderstand der umlaufenden Kanalstruktur 55.Also the second channel structure 22a . 22b flows into the surrounding canal structure 55 , The circumferential channel structure 55 connects, so to speak, in the second valve element 20 trained channel structures 22a . 22b . 23a . 23b with each other and forms a common feed to the fluid outlet 102 , The amount of the total flow resistance for the fluid flowing through can be composed of a) the flow resistance of the first channel structure 11 of the first valve element 10 , b) the flow resistance of the respective channel structure 22a . 22b , 23a, 23b of the second valve element 20 and c) the flow resistance of the circulating channel structure 55 ,

In den 1B und 1D sind also verschiedene Schaltstellungen des Expansionsventils 100 gezeigt. Mittels der zuvor genannten Relativbewegung zwischen dem ersten Ventilelement 10 und dem zweiten Ventilelement 20 können diese Schaltstellungen erreicht werden. Das Expansionsventil 100 kann also zwischen verschiedenen Schaltstellungen bzw. Schaltstufen hin- und herschalten.In the 1B and 1D Thus, various switching positions of the expansion valve 100 are shown. By means of the aforementioned relative movement between the first valve element 10 and the second valve element 20 These switch positions can be achieved. The expansion valve 100 So you can switch back and forth between different switching positions or switching stages.

Wie insbesondere in den 1A und 1C zu sehen ist, kann das zweite Ventilelement 20 außerdem, neben den zweiten und dritten Kanalstrukturen 22a, 22b; 23a, 23b, auch noch weitere Kanalstrukturen 24a, 24b; 25a, 25b aufweisen. Diese werden nachfolgend näher beschrieben.As in particular in the 1A and 1C can be seen, the second valve element 20 may also, in addition to the second and third channel structures 22a . 22b ; 23a . 23b , also other channel structures 24a . 24b ; 25a . 25b exhibit. These will be described in more detail below.

Die einzelnen Kanalstrukturen können unterschiedliche, nicht notwendigerweise entlang der Kanallänge gleichbleibende, Strömungsquerschnitte aufweisen, d.h. eine Kanalstruktur kann einen variablen Strömungsquerschnitt aufweisen. Gemäß denkbarer Ausführungsformen der Erfindung können die Strömungsquerschnitte der einzelnen Kanalstrukturen entweder konstant oder eben variabel sein.The individual channel structures may have different flow cross sections, not necessarily the same along the channel length, i. a channel structure may have a variable flow area. According to conceivable embodiments of the invention, the flow cross sections of the individual channel structures can be either constant or even variable.

Ein variabler Strömungsquerschnitt kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass sich der geometrische Querschnitt der jeweiligen Kanalstruktur über dessen Kanallänge hinweg zumindest einmal ändert. So kann eine Kanalstruktur mit variablem Strömungsquerschnitt beispielsweise an einer ersten Stelle einen ersten Strömungsquerschnitt und an einer zweiten Stelle einen von dem ersten Strömungsquerschnitt unterschiedlichen zweiten Strömungsquerschnitt aufweisen.A variable flow cross section can be achieved, for example, in that the geometric cross section of the respective channel structure changes at least once over its channel length. For example, a channel structure with a variable flow cross-section may have a first flow cross-section at a first location and a second flow cross-section different from the first flow cross-section at a second location.

Beispielsweise kann eine Kanalstruktur dabei derart ausgebildet sein, dass der Strömungsquerschnitt entlang der Fluidströmungsrichtung zu- oder abnimmt. Gemäß einem weiteren denkbaren Beispiel könnte die Kanalstruktur am Anfang und am Ende einen ersten Strömungsquerschnitt aufweisen und dazwischen einen zweiten (kleineren oder größeren) Strömungsquerschnitt, z.B. in Form einer Einschnürung und dergleichen, aufweisen.For example, a channel structure may be designed such that the flow cross-section increases or decreases along the fluid flow direction. According to another conceivable example, the channel structure could have a first flow cross-section at the beginning and at the end and a second (smaller or larger) flow cross-section, e.g. in the form of a constriction and the like.

Der Strömungsquerschnitt einer Kanalstruktur kann die Durchflussrate eines durch diese Kanalstruktur hindurchströmenden Fluids beeinflussen. Das heißt beispielsweise, dass bei gleicher Kanallänge ein kleineres Volumen einer Kanalstruktur einen kleineren Strömungsquerschnitt dieser Kanalstruktur bedingt, der dem durchströmenden Fluid einen größeren Strömungswiderstand entgegensetzt, wodurch die Durchflussrate des Fluids gedrosselt werden kann.The flow area of a channel structure may affect the flow rate of a fluid passing through that channel structure. This means, for example, that with the same channel length, a smaller volume of a channel structure causes a smaller flow cross section of this channel structure, which opposes the fluid flowing through a greater flow resistance, whereby the flow rate of the fluid can be throttled.

Neben dem Strömungsquerschnitt kann auch die Formgebung einer Kanalstruktur dessen Strömungswiderstand maßgeblich beeinflussen. So sind gemäß der Erfindung Kanalstrukturen denkbar, die eine runde Form aufweisen. Diese können beispielsweise mittels Bohren hergestellt werden. Es ist aber auch denkbar, dass die Kanalstrukturen eine rechteckige Form aufweisen. Diese können beispielsweise mittels Fräsen hergestellt werden. Prinzipiell sind auch weitere geometrische Formen der Kanalstrukturen denkbar, wie z.B. dreieckig, rund, halbrund, oder vieleckig. Beispielsweise kann eine dreieckig geformte Kanalstruktur einen höheren Strömungswiderstand aufweisen als eine viereckig geformte Kanalstruktur.In addition to the flow cross section, the shape of a channel structure can also decisively influence its flow resistance. Thus, channel structures are conceivable according to the invention, which have a round shape. These can be produced for example by drilling. However, it is also conceivable that the channel structures have a rectangular shape. These can be produced for example by means of milling. In principle, other geometric shapes of the channel structures are conceivable, such as triangular, round, semicircular, or polygonal. For example, a triangular-shaped channel structure may have a higher flow resistance than a quadrangular-shaped channel structure.

Ganz unabhängig davon, ob die unterschiedlichen Strömungsquerschnitte nun mittels einer Variation des geometrischen Querschnitts und/oder mittels einer Variation der geometrischen Form der Kanalstrukturen erzielt werden, stellen unterschiedliche Strömungsquerschnitte dem Fluid unterschiedliche Strömungswiderstände entgegen und drosseln somit die Durchflussrate des Fluids unterschiedlich stark. Dementsprechend können Kanalstrukturen mit unterschiedlichen Strömungsquerschnitten auch als unterschiedliche Drosselstufen zum Drosseln der Durchflussrate bezeichnet werden.Regardless of whether the different flow cross sections are now achieved by means of a variation of the geometric cross section and / or by means of a variation of the geometric shape of the channel structures, different flow cross sections provide the fluid with different flow resistances and thus throttle the flow rate of the fluid to different extents. Accordingly, channel structures having different flow cross sections may also be referred to as different throttle stages for throttling the flow rate.

Gleichzeitig bewirkt die Drosselung auch ein Absinken des Drucks des durchströmenden Fluids, d.h. der Druck des Fluids am Fluidauslass 102 wird abgesenkt gegenüber dem Druck des Fluids am Fluideinlass 101. Beim Durchströmen des Fluids durch das Expansionsventil 100 entspannt sich das Fluid. Es kann dabei außerdem, zumindest teilweise, verdampfen.At the same time, the throttling also causes a decrease in the pressure of the fluid flowing through, ie the pressure of the fluid at the fluid outlet 102 is lowered against the pressure of the fluid at the fluid inlet 101 , When flowing through the fluid through the expansion valve 100 the fluid relaxes. It may also evaporate, at least in part.

Die Durchflussrate Q wird im Wesentlichen charakterisiert durch den durch einen bestimmten Strömungsquerschnitt hindurchfließenden Volumenstrom eines Fluids, gemäß der bekannten Formel Q = V ˙ = d V d t

Figure DE102016224283A1_0001
The flow rate Q is essentially characterized by the volume flow of a fluid flowing through a certain flow cross section, according to the known formula Q = V ˙ = d V d t
Figure DE102016224283A1_0001

Der Massenstrom ṁ hängt dabei über die Beziehung m ˙ = d m d t = ρ V ˙

Figure DE102016224283A1_0002
mit der Durchflussrate Q zusammen, wobei p die Dichte des Fluids ist.The mass flow ṁ depends on the relationship m ˙ = d m d t = ρ V ˙
Figure DE102016224283A1_0002
with the flow rate Q, where p is the density of the fluid.

Wie zuvor erwähnt, können also die einzelnen Kanalstrukturen als Drosselstufen bezeichnet werden, mittels derer das erfindungsgemäße Expansionsventil 100 die Durchflussrate bzw. den Massenstrom des durchfließenden Fluids drosseln kann.As mentioned above, therefore, the individual channel structures can be referred to as throttle stages, by means of which the expansion valve according to the invention 100 the flow rate or the mass flow of the fluid flowing through can throttle.

Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung kann beispielsweise die zweite Kanalstruktur 22a, 22b einen ersten Strömungsquerschnitt aufweisen, und die dritte Kanalstruktur 23a, 23b kann einen von dem ersten Strömungsquerschnitt unterschiedlichen zweiten Strömungsquerschnitt aufweisen. Somit weist das Expansionsventil 100 also zumindest zwei unterschiedliche Drosselstufen auf.According to embodiments of the invention, for example, the second channel structure 22a, 22b have a first flow cross-section, and the third channel structure 23a , 23b may have a second flow cross section different from the first flow cross section. Thus, the expansion valve has 100 So at least two different throttle levels.

Die Drosselstufen können erfindungsgemäß Drosselraten zwischen nahezu 100% und nahezu 0% aufweisen. Der Relativwert der Drosselraten bezieht sich hierbei auf die Drosselung der Durchflussrate des Fluids zwischen Fluideingang 101 und Fluidausgang 102 bezogen auf eine Zeitspanne Δt.The throttle stages can according to the invention have throttle rates between almost 100% and almost 0%. The relative value of the throttle rates refers to the throttling of the flow rate of the fluid between the fluid inlet 101 and fluid output 102 with respect to a period Δt.

Eine Drosselrate von 100% bedeutet beispielsweise, dass die Durchflussrate des Fluids von Fluideinlass 101 zu Fluidauslass 102 innerhalb dieser Zeitspanne Δt nahezu Null oder gleich Null ist. Das Expansionsventil 100 sperrt also den Durchfluss des Fluids. Das Expansionsventil 100 kann somit also eine „Stopp-Funktion“ bereitstellen, bei der ein Durchfluss des Fluids gestoppt ist. Aufgrund von, dem Fachmann bekannten, oftmals auftretenden Leckagen von Ventilen kann die Durchflussrate hierbei auch nur nahezu bei 0%, d.h. etwas oberhalb von 0%, liegen. Beispielsweise kann eine Durchflussrate hier zwischen 0% und 5% bei eventuell auftretenden Leckagen liegen.A throttling rate of 100% means, for example, that the flow rate of the fluid from the fluid inlet 101 to fluid outlet 102 within this time period Δt is close to zero or equal to zero. The expansion valve 100 thus blocks the flow of fluid. The expansion valve 100 Thus, it can thus provide a "stop function" in which a flow of the fluid is stopped. Because of leaks in valves that are frequently known to the person skilled in the art, the flow rate can only be close to 0%, ie, slightly above 0%. By way of example, a flow rate here can be between 0% and 5% in the event of any leakages occurring.

Eine Drosselrate von nahezu 0% hingegen bedeutet, dass der Durchfluss des Fluids nahezu nicht gedrosselt wird, d.h. die Durchflussrate des Fluids von Fluideinlass 101 zu Fluidauslass 102 in der Zeitspanne Δt liegt bei nahezu 100%. Aufgrund von, dem Fachmann bekannten, Strömungs- und Reibungsverlusten innerhalb der durchströmten Kanalstrukturen wird die Durchflussrate hierbei im Regelfall nur nahezu bei 100%, d.h. immer etwas unterhalb von 100%, liegen können. Beispielsweise kann eine Durchflussrate hier zwischen 95% und 100% liegen.On the other hand, a throttle rate of almost 0% means that the flow of the fluid is almost not throttled, that is, the flow rate of the fluid from the fluid inlet 101 to fluid outlet 102 in the period Δt is almost 100%. Due to flow and friction losses within the flow-through channel structures, which are known to the person skilled in the art, the flow rate here will normally only be nearly 100%, ie always slightly below 100%. For example, a flow rate here can be between 95% and 100%.

Das Expansionsventil 100 kann somit also eine „Offen-Funktion“ oder auch „Freifluss-Funktion“ bereitstellen, bei der ein Durchfluss des Fluids nahezu ungehindert möglich ist. In diesem Fall findet also keine signifikante Drosselung innerhalb des Expansionsventils 100 statt. The expansion valve 100 Thus, it is thus possible to provide an "open-function" or "free-flow function" in which a flow of the fluid is possible almost unhindered. In this case, therefore, no significant throttling takes place within the expansion valve 100.

Wie eingangs erwähnt, weist das erfindungsgemäße Expansionsventil 100 mindestens zwei Drosselstufen auf, d.h. der Strömungswiderstand des ersten Strömungspfads in der ersten Schaltstellung unterscheidet sich von dem Strömungswiderstand des zweiten Strömungspfads in der zweiten Schaltstellung. Mindestens einer der beiden Strömungswiderstände kann hierbei derart ausgelegt sein, dass das Expansionsventil 100 in der jeweiligen Schaltstellung keine signifikante Drosselung aufweist. Das heißt, mindestens einer der beiden Strömungspfade (erste Schaltstellung oder zweite Schaltstellung) bildet eine zuvor erwähnte „Offen-Funktion“ bzw. Freifluss-Funktion‟.As mentioned above, the expansion valve according to the invention 100 at least two throttle stages, ie, the flow resistance of the first flow path in the first switching position differs from the flow resistance of the second flow path in the second switching position. At least one of the two flow resistances may in this case be designed such that the expansion valve 100 has no significant throttling in the respective switching position. That is, at least one of the two flow paths (first switching position or second switching position) forms an aforementioned "open-function" or "free-flow function".

Eine solche „Offen-Funktion“ kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die den ersten Fluidströmungspfad bildenden erste und zweite Kanalstrukturen 11; 22a, 22b oder die den zweiten Fluidströmungspfad bildenden erste und dritte Kanalstrukturen 11; 23a, 23b als eine durch das erste und das zweite Ventilelement 10; 20 durchgehende Öffnung, z.B. eine Bohrung mit demselben Durchmesser, ausgebildet sind, wobei diese Öffnung keine signifikante Drosselung aufweist. Das bedeutet, dass das Expansionsventil 100 eine Drosselrate von nahezu 0% aufweist, oder eine Drosselrate zwischen 0% und maximal 5% aufweisen kann.Such an "open function" can be realized, for example, in that the first and second channel structures forming the first fluid flow path 11 ; 22a . 22b or the first and third channel structures forming the second fluid flow path 11 ; 23a , 23b as one through the first and second valve members 10 ; 20 through hole, such as a hole of the same diameter, are formed, this opening has no significant throttling. That means the expansion valve 100 has a throttle rate of almost 0%, or may have a throttle rate between 0% and a maximum of 5%.

Eine zuvor erwähnte „Stopp-Funktion“ kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die erste Kanalstruktur 11 im ersten Ventilelement 10 mit keiner der Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b des zweiten Ventilelements 20 ausgerichtet ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das erste Ventilelement 10 in eine (nicht explizit dargestellte) dritte Schaltstellung verfahren wird, die beispielsweise zwischen der ersten Schaltstellung (1B) und der zweiten Schaltstellung (1D) liegen kann. Die erste Kanalstruktur 11 des ersten Ventilelements 10 mündet somit nicht mehr in eine weitere Kanalstruktur im zweiten Ventilelement 20 sondern direkt auf der Oberfläche 28 ( 1A, 1D) des zweiten Ventilelements 20. Das Fluid wird somit nicht mehr zu dem Fluidauslass 102 geleitet, d.h. der Durchfluss des Fluids wird dadurch gesperrt bzw. unterbrochen.A previously mentioned "stop function" can be realized, for example, by virtue of the fact that the first channel structure 11 in the first valve element 10 with none of the channel structures 22a , 22b, 23a, 23b of the second valve element 20 is aligned. This can be realized, for example, in that the first valve element 10 in a (not explicitly shown) third switching position is moved, for example, between the first switching position ( 1B ) and the second switching position ( 1D ). The first channel structure 11 of the first valve element 10 thus no longer discharges into a further channel structure in the second valve element 20 but directly on the surface 28 ( 1A . 1D ) of the second valve element 20 , The fluid thus no longer becomes the fluid outlet 102 directed, ie the flow of the fluid is thereby blocked or interrupted.

Wenn im Sinne der vorliegenden Offenbarung davon die Rede ist, dass ein Fluidstrom zwischen dem Fluideinlass 101 und dem Fluidauslass 102 unterbrochen ist, so bedeutet dies, dass der Fluidstrom mittels der Stellung der Ventilelemente 10, 20 zueinander bewusst unterbrochen werden soll, unabhängig davon ob ein ungewollter bzw. parasitärer Durchfluss des Fluids aufgrund von möglichen Leckagen an Ventilen und dergleichen vorhanden ist. Der Durchfluss des Fluids, der unterbrochen werden soll, ist der direkte Durchfluss durch die Kanalstrukturen.For the purposes of the present disclosure, it is meant that a fluid flow between the fluid inlet 101 and the fluid outlet 102 is interrupted, this means that the fluid flow by means of the position of the valve elements 10 . 20 intentionally to interrupt each other, regardless of whether an unwanted or parasitic flow of the fluid due to possible leakage to valves and the like is present. The flow of fluid that is to be interrupted is the direct flow through the channel structures.

Das erste Ventilelement 10 kann relativ zu dem zweiten Ventilelement 20 beispielsweise mittels eines Schrittmotors bewegt werden. Dabei wird eines der beiden Ventilelemente 10, 20 mittels des Schrittmotors angetrieben und gegenüber dem anderen der beiden Ventilelemente 10, 20 bewegt.The first valve element 10 can relative to the second valve element 20 be moved for example by means of a stepper motor. This is one of the two valve elements 10 , 20 driven by the stepping motor and with respect to the other of the two valve elements 10 . 20 emotional.

Außerdem kann ein Getriebe vorgesehen sein, dass den Antrieb des Schrittmotors entsprechend untersetzt bzw. übersetzt.In addition, a transmission may be provided that the drive of the stepper motor accordingly reduced or translated.

Wenn die Stoppfunktion in der dritten Schaltstellung, wie oben erwähnt, zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung liegt, hat dies besondere Vorteile hinsichtlich einer möglichen Energieeinsparung. Man stelle sich vor, eine Ausgangsstellung des mit dem Schrittmotor verbundenen Ventilelements 10, 20 sei die dritte Schaltstellung. Dann müsste der Schrittmotor das Ventilelement 10, 20 nicht über den gesamten Weg von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung (bzw. zurück) verfahren, sondern es reicht in diesem Fall aus, das Ventilelement 10, 20 lediglich von der dritten Schaltstellung zu der ersten bzw. zweiten Schaltstellung zu verfahren. Da die dritte Schaltstellung zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung liegt, muss der Schrittmotor also lediglich den halben Weg zurücklegen.If the stop function in the third switching position, as mentioned above, lies between the first and the second switching position, this has particular advantages in terms of a possible energy saving. Imagine an initial position of the valve element connected to the stepper motor 10 . 20 be the third switch position. Then the stepper motor would need the valve element 10 . 20 not over the entire path from the first switching position to the second switching position (or back) proceed, but it is sufficient in this case, the valve element 10 . 20 only to move from the third switching position to the first and second switching position. Since the third shift position is between the first and the second shift position, the stepper motor therefore only has to travel halfway.

In dem in den 1A bis 1D gezeigten Ausführungsbeispiel könnte das erste Ventilelement 10 von dem Schrittmotor angetrieben werden. Eine alternative Ausführungsform, bei der das zweite Ventilelement 20 angetrieben werden kann, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2A und 2B beschrieben.In the in the 1A to 1D embodiment shown, the first valve element 10 be driven by the stepper motor. An alternative embodiment in which the second valve element 20 can be driven, with reference to the following 2A and 2 B described.

Zunächst soll allerdings die erste Ausführungsform weiter beschrieben werden. Wie insbesondere in den 1A und 1C anschaulich dargestellt ist, ist das zweite Ventilelement 20 in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet, d.h. das zweite Ventilelement weist einen ersten Teil 20b und einen zweiten Teil 20a auf.First, however, the first embodiment will be further described. As in particular in the 1A and 1C is shown clearly, is the second valve element 20 formed in this embodiment, two parts, that is, the second valve element has a first part 20b and a second part 20a on.

Der erste Teil 20b des zweiten Ventilelements 20 weist hierbei zumindest einen Abschnitt 22b, 23b der zweiten und dritten Kanalstrukturen 22a, 22b; 23a, 23b auf. Das heißt, diese Abschnitte 22b, 23b der Kanalstrukturen sind in dem ersten Teil 20b des zweiten Ventilelements 20 ausgebildet. The first part 20b of the second valve element 20 here has at least a portion 22b, 23b of the second and third channel structures 22a . 22b ; 23a . 23b on. That is, these sections 22b . 23b the channel structures are in the first part 20b of the second valve element 20 educated.

Der erste Teil 20b des zweiten Ventilelements 20 kann außerdem mindestens einen Fluidauslass 102 aufweisen. Die Abschnitte 22b, 23b der zweiten und dritten Kanalstrukturen sind innerhalb des ersten Teils 20b des zweiten Ventilelements 20 jeweils mit dem Fluidauslass 102 verbunden, beispielsweise mittels der umlaufenden Kanalstruktur 55. Es ist aber auch denkbar, dass mehrere Fluidauslässe in dem zweiten Ventilelement 20 bzw. in dem ersten Teil 20b des zweiten Ventilelements 20 angeordnet sind.The first part 20b of the second valve element 20 can also have at least one fluid outlet 102 exhibit. The sections 22b . 23b the second and third channel structures are within the first part 20b of the second valve element 20 each with the fluid outlet 102 connected, for example by means of the circumferential channel structure 55. But it is also conceivable that a plurality of fluid outlets in the second valve element 20 and in the first part 20b of the second valve element 20 are arranged.

Vorteilhafter Weise ist zwischen dem ersten Teil 20b des zweiten Ventilelements 20 und dem zweiten Teil 20a des zweiten Ventilelements 20 eine Dichtung angeordnet, die die in dem ersten Teil 20b des zweiten Ventilelements 20 ausgebildeten zweiten und dritten Kanalstrukturen 22b, 23b fluidisch gegeneinander abdichtet. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Teflondichtung handeln, da diese besonders temperaturbeständig, druckbeständig und altersbeständig ist.Advantageously, is between the first part 20b of the second valve element 20 and the second part 20a of the second valve element 20 a seal arranged in the first part 20b of the second valve element 20 formed second and third channel structures 22b . 23b fluidly sealed against each other. This may in particular be a Teflon seal, since this is particularly temperature-resistant, pressure-resistant and age-resistant.

Eine Abdichtung der beiden Teile 20a, 20b des Ventilelements 20 kann aber auch beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die beiden Teile 20a, 20b miteinander verklebt, verschraubt oder z.B. mittels Reib- oder Laserschweißen miteinander verschweißt werden.A seal of the two parts 20a . 20b of the valve element 20 but can also be achieved, for example, that the two parts 20a . 20b glued together, screwed or welded together, for example by means of friction or laser welding.

Die Ventilelemente 10, 20 können prinzipiell diverse geometrische Formen aufweisen, d.h. die Ventilelemente 10, 20 können beispielsweise in Form eines Zylinders, eines Würfels, einer Kugel, einer Halbkugel, einer Pyramide, eines Prismas und dergleichen ausgebildet sein.The valve elements 10 . 20 can in principle have various geometric shapes, ie the valve elements 10 . 20 For example, they may be in the form of a cylinder, a cube, a sphere, a hemisphere, a pyramid, a prism and the like.

Die in den jeweiligen Ventilelementen 10, 20 ausgebildeten Kanalstrukturen 11, 22a, 22b, 23a, 23b können sich hierbei zumindest abschnittsweise in einer radialen Richtung und/oder zumindest abschnittsweise in einer axialen Richtung erstrecken. Wenn die beiden Ventilelemente 10, 20 beispielsweise entlang einer Drehachse relativ zueinander drehbar sind, so können sich eine axiale Richtung und eine radiale Richtung auf diese Drehachse beziehen.The in the respective valve elements 10 . 20 trained channel structures 11 . 22a . 22b , 23a, 23b may extend at least in sections in a radial direction and / or at least in sections in an axial direction. When the two valve elements 10 . 20 For example, along an axis of rotation are rotatable relative to each other, then an axial direction and a radial direction can refer to this axis of rotation.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sehen vor, dass das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 jeweils zylinderförmige Ventilelemente sind, wobei sich die erste Kanalstruktur 11 in dem ersten Ventilelement 10 zumindest abschnittsweise in axialer und/oder radialer Richtung erstreckt und/oder wobei sich die zweite und dritte Kanalstruktur 22a, 22b; 23a, 23b in dem zweiten Ventilelement 20 zumindest abschnittsweise 22b, 23b in radialer und/oder axialer Richtung erstrecken.Some embodiments of the invention provide that the first valve element 10 and the second valve element 20 are each cylindrical valve elements, wherein the first channel structure 11 in the first valve element 10 extends at least in sections in the axial and / or radial direction and / or wherein the second and third channel structure 22a . 22b ; 23a . 23b in the second valve element 20 extend at least in sections 22b, 23b in the radial and / or axial direction.

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sehen vor, dass das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 jeweils kreiszylinderförmige Ventilelemente sind und das erste Ventilelement 10 in axialer Richtung konzentrisch mit dem zweiten Ventilelement 20 ausgerichtet ist.Further embodiments of the invention provide that the first valve element 10 and the second valve element 20 each circular cylindrical valve elements and the first valve element 10 in the axial direction concentric with the second valve element 20 is aligned.

Dies soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1A bis 1D näher erläutert werden. Wie in diesen Figuren zu sehen ist, sind das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 hier jeweils beispielhaft als zylinderförmige Ventilelemente abgebildet.This will be explained below with reference to the 1A to 1D be explained in more detail. As can be seen in these figures, the first valve element 10 and the second valve element 20 here each exemplified as cylindrical valve elements.

Hierbei soll erwähnt werden, dass sich ein Zylinder, per Definition, dadurch auszeichnet, dass eine ebene Kurve in einer Ebene entlang einer Geraden, die nicht in dieser Ebene enthalten ist, um eine feste Strecke verschoben wird. Je zwei sich entsprechenden Punkte der Kurven und der verschobenen Kurve werden durch eine Strecke verbunden. Die Gesamtheit dieser parallelen Strecken bildet die zugehörige Zylinder-Fläche. Die Kurve bzw. die dabei entstehende Mantelfläche kann beliebige Formen aufweisen.It should be noted that, by definition, a cylinder is characterized in that a plane curve in a plane along a straight line which is not contained in this plane is shifted by a fixed distance. Each two corresponding points of the curves and the shifted curve are connected by a route. The totality of these parallel sections forms the associated cylinder surface. The curve or the resulting lateral surface can have any desired shapes.

In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine spezielle Form eines Zylinders, nämlich um einen Kreiszylinder, d.h. das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 sind jeweils kreiszylinderförmig ausgebildet, wobei das erste Ventilelement 10 in axialer Richtung 33 (1A) konzentrisch mit dem zweiten Ventilelement 20 ausgerichtet ist.In the illustrated embodiment, it is a special form of a cylinder, namely a circular cylinder, ie, the first valve element 10 and the second valve element 20 are each formed circular cylindrical, wherein the first valve element 10 in the axial direction 33 ( 1A ) concentric with the second valve element 20 is aligned.

In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die erste Kanalstruktur 11 in dem ersten zylinderförmigen Ventilelement 10 zumindest abschnittsweise in axialer Richtung 33 (1A). Die erste Kanalstruktur 11 erstreckt sich hierbei vollständig durch das erste Ventilelement 10 hindurch. Dies kann fertigungstechnisch beispielsweise dadurch realisiert werden, dass eine Bohrung in axialer Richtung 33 durch das erste Ventilelement 10 in selbiges eingebracht wird.In the illustrated embodiment, the first channel structure extends 11 in the first cylindrical valve element 10 at least in sections in the axial direction 33 ( 1A ). The first channel structure 11 extends completely through the first valve element 10 therethrough. This can be realized by manufacturing technology, for example, that a bore in the axial direction 33 through the first valve element 10 is introduced into the same.

In einer anderen denkbaren Ausführungsform könnte sich die erste Kanalstruktur 11 in radialer Richtung 34 in dem ersten Ventilelement 10 erstrecken. Dies ist in 1A beispielhaft mit der in Strichlinien dargestellten ersten Kanalstruktur 11' angedeutet. Dies kann fertigungstechnisch beispielsweise dadurch realisiert werden, dass eine Bohrung in radialer Richtung 34 durch das erste Ventilelement 10 in selbiges eingebracht wird. Denkbar wäre auch, dass die in Strichlinien dargestellte radial verlaufende erste Kanalstruktur 11' von der Unterseite 12 des ersten Ventilelements 10 in selbiges mittels trennenden Verfahren hineingefräst, -gesägt, -gelasert oder -geschnitten wird und/oder mittels umformenden Verfahren eingeprägt, abgeformt wird und/oder direkt mit urformenden Verfahren wie Spritzguss erzeugt wird. In another conceivable embodiment, the first channel structure could 11 in the radial direction 34 in the first valve element 10 extend. This is in 1A by way of example with the first channel structure shown in dashed lines 11 ' indicated. This can be realized by manufacturing technology, for example, that a bore in the radial direction 34 through the first valve element 10 is introduced into the same. It would also be conceivable that the radially extending first channel structure shown in dashed lines 11 ' from the bottom 12 of the first valve element 10 milled, sawed, lasered or cut into the same by means of a separating process and / or embossed by means of forming processes, molded and / or produced directly by primary shaping methods such as injection molding.

Es wäre auch denkbar, dass sich die erste Kanalstruktur 11 sowohl abschnittsweise in radialer Richtung 34 als auch abschnittsweise in axialer Richtung 33 erstreckt.It would also be conceivable that the first channel structure 11 both sections in the radial direction 34 as well as sections in the axial direction 33 extends.

Alternativ oder zusätzlich erstrecken sich die zweite und dritte Kanalstruktur 22a, 22b, 23a, 23b in dem zweiten Ventilelement 20 zumindest abschnittsweise in radialer Richtung 34 (1A). Genauer gesagt erstrecken sich die in dem ersten Teil 20b des zweiten Ventilelements 20 angeordneten Abschnitte 22b, 23b der Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b zumindest abschnittsweise in radialer Richtung 34. Dies kann fertigungstechnisch beispielsweise dadurch realisiert werden, dass diese Abschnitte 22b, 23b von oben in das zweite Ventilelement 20 mittels trennenden Verfahren hineingefräst, -gesägt, -gelasert oder -geschnitten werden und/oder mit umformenden Verfahren eingeprägt, abgeformt werden und/oder direkt mit urformenden Verfahren wie Spritzguss erzeugt werden. Dies sind relativ einfache Verfahrensschritte, die die Herstellung erleichtern und somit die Stückkosten erheblich reduzieren können.Alternatively or additionally, the second and third channel structure extend 22a . 22b . 23a . 23b in the second valve element 20 at least in sections in the radial direction 34 ( 1A ). More specifically, those in the first part extend 20b of the second valve element 20 arranged sections 22b . 23b the channel structures 22a . 22b . 23a , 23b at least in sections in the radial direction 34 , This can be realized by manufacturing technology, for example, that these sections 22b . 23b from the top into the second valve element 20 Milled, sawn, laser cut or cut by means of separating processes and / or embossed with shaping processes, molded and / or produced directly by primary shaping processes such as injection molding. These are relatively simple process steps that facilitate the production and thus can significantly reduce the unit cost.

Ebenso wäre es denkbar, dass die zweite Kanalstruktur 22a, 22b und/oder die dritte Kanalstruktur 23a, 23b sich zumindest abschnittsweise in axialer Richtung 33 durch das zweite Ventilelement 20 bzw. den ersten Teil 20b des zweiten Ventilelements 20 hindurch erstreckt. Dabei könnte die zweite Kanalstruktur 22a, 22b einen von der dritten Kanalstruktur 23a, 23b unterschiedlichen Strömungsquerschnitt aufweisen.Likewise, it would be conceivable that the second channel structure 22a . 22b and / or the third channel structure 23a . 23b at least in sections in the axial direction 33 through the second valve element 20 or the first part 20b of the second valve element 20 extends through. This could be the second channel structure 22a . 22b one from the third channel structure 23a . 23b have different flow cross-section.

Das erste Ventilelement 10 weist eine dem zweiten Ventilelement 20 zugewandte Fläche 12 auf (1A und 1C). Das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 sind relativ zueinander bewegbar, und zwar in der abgebildeten und parallel zu dieser Fläche 12 verlaufenden Ebene E1. Die beiden Ventilelemente 10, 20 können beispielsweise in dieser Ebene E1 translatorisch zueinander bewegbar sein und somit gegeneinander verschoben werden.The first valve element 10 has a second valve element 20 facing surface 12 on ( 1A and 1C ). The first valve element 10 and the second valve element 20 are movable relative to each other, in the illustrated and parallel to this surface 12 extending level E 1 . The two valve elements 10 . 20 For example, in this plane E 1, they can be translationally moved relative to one another and thus shifted relative to one another.

Das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 sind in den abgebildeten Ausführungsbeispielen rotatorisch relativ zueinander bewegbar, sodass eine Bewegung von der ersten Stellung der Ventilelemente 10, 20 (1B) zu der zweiten Stellung der Ventilelemente 10, 20 (1D) mittels einer Rotation des ersten Ventilelements 10 relativ zu dem zweiten Ventilelement 20 ausführbar ist. Hierbei kann, z.B. mittels eines Schrittmotors, entweder das erste Ventilelement 10 gegenüber dem zweiten Ventilelement 20 gedreht werden, oder das zweite Ventilelement 20 gegenüber dem ersten Ventilelement 10 gedreht werden.The first valve element 10 and the second valve element 20 are rotationally movable relative to each other in the illustrated embodiments, so that a movement of the first position of the valve elements 10 . 20 ( 1B ) to the second position of the valve elements 10 . 20 ( 1D ) by means of a rotation of the first valve element 10 relative to the second valve element 20 is executable. In this case, for example by means of a stepping motor, either the first valve element 10 opposite the second valve element 20 be rotated, or the second valve element 20 opposite the first valve element 10 to be turned around.

Wie in den 1A bis 1D zu erkennen ist, kann das Expansionsventil 100 eine Abdeckung 30 aufweisen. Die Abdeckung 30 weist eine Ausnehmung 31 auf. Die Abdeckung 30 ist unbeweglich mit dem zweiten Ventilelement 20 verbunden. Das erste Ventilelement 10 ist innerhalb dieser Abdeckung 30, bzw. innerhalb der Ausnehmung 31, relativ zu dem zweiten Ventilelement 20, und somit auch relativ zu der Abdeckung 30, bewegbar angeordnet. In diesem Fall kann also das erste Ventilelement 10 in dem Expansionsventil 100 beweglich, insbesondere rotatorisch beweglich, angeordnet sein.As in the 1A to 1D can be seen, the expansion valve 100 a cover 30 exhibit. The cover 30 has a recess 31 on. The cover 30 is immovable with the second valve element 20 connected. The first valve element 10 is inside this cover 30 , or within the recess 31 , relative to the second valve element 20 , and thus relative to the cover 30 movably arranged. In this case, therefore, the first valve element 10 in the expansion valve 100 movable, in particular rotationally movable, be arranged.

Hierfür weist das Expansionsventil 100 eine Achse 41 auf, die beispielsweise drehfest an dem zweiten Ventilelement 20 und/oder an der Abdeckung 30 angeordnet sein kann. Das erste Ventilelement 10 ist mittels einer entsprechenden Aufnahme 42 beweglich, insbesondere drehbar, an dieser Achse 41 gelagert.For this purpose, the expansion valve 100 an axis 41 on, for example, rotationally fixed to the second valve element 20 and / or on the cover 30 can be arranged. The first valve element 10 is by means of a corresponding recording 42 movable, in particular rotatable, on this axis 41 stored.

Wie in 1A zu sehen ist, ist die Achse 41 mittig, d.h. im Zentrum des zweiten Ventilelements 20, angeordnet. Auch die Aufnahme 42 des ersten Ventilelements 10 ist mittig in dem ersten Ventilelement 10 angeordnet. Das heißt, das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 sind konzentrisch um diese Achse 41 angeordnet. Somit sind das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 konzentrisch zueinander angeordnet.As in 1A can be seen is the axis 41 in the middle, ie in the center of the second valve element 20 arranged. Also the recording 42 of the first valve element 10 is centered in the first valve element 10 arranged. That is, the first valve element 10 and the second valve element 20 are concentric around this axis 41 arranged. Thus, the first valve element 10 and the second valve element 20 arranged concentrically with each other.

Es ist aber auch denkbar, dass die Achse 41 außermittig, d.h. nicht im Zentrum des zweiten Ventilelements 20, angeordnet ist. Dann wäre zwar das erste Ventilelement 10 weiterhin konzentrisch zu der Achse 41 angeordnet. Das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 wären dann jedoch nicht mehr konzentrisch, sondern exzentrisch, zueinander angeordnet.But it is also conceivable that the axis 41 off-center, ie not in the center of the second valve element 20 , is arranged. Then, although the first valve element would be 10 still concentric to the axis 41 arranged. The first valve element 10 and the second valve element 20 But then they would no longer be concentric but eccentric to each other.

Es wäre auch denkbar, dass die Aufnahme 42 in dem ersten Ventilelement 10 außermittig, d.h. nicht im Zentrum des ersten Ventilelements 10, angeordnet ist. Dann wäre das erste Ventilelement 10 nicht konzentrisch sondern exzentrisch zu der Achse 41 angeordnet.It would also be possible for the recording 42 in the first valve element 10 off-center, ie not in the center of the first valve element 10 , is arranged. Then the first valve element would be 10 not concentric but eccentric to the axis 41 arranged.

In dem in 1A abgebildeten Ausführungsbeispiel ist eine dem zweiten Ventilelement 20 zugewandte Unterseitenfläche 27 der Abdeckung 30 mit einer Oberfläche 28 des zweiten Ventilelements 20 gekoppelt, z.B. verklebt. In diesem Fall ist also die Abdeckung 30 auf dem zweiten Ventilelement 20 angeordnet. Das zweite Ventilelement 20 kann sozusagen zusammen mit der Abdeckung 30 ein Gehäuse, insbesondere ein fluiddichtes Gehäuse, bilden.In the in 1A illustrated embodiment is a second valve element 20 facing lower surface 27 the cover 30 with a surface 28 of the second valve element 20 coupled, eg glued. In this case, so is the cover 30 on the second valve element 20 arranged. The second valve element 20 can, so to speak, together with the cover 30 a housing, in particular a fluid-tight housing form.

Es wäre aber ebenso denkbar, dass eine Innenwand 26 der Abdeckung 30 mit einer lateral umlaufenden Außenwand 29a, 29b des zweiten Ventilelements 20 gekoppelt ist. In diesem Fall würde das zweite Ventilelement 20 innerhalb der Ausnehmung 31 der Abdeckung 30 Platz finden. Das zweite Ventilelement 20 kann auch in diesem Fall zusammen mit der Abdeckung 30 ein Gehäuse, insbesondere ein fluiddichtes Gehäuse, bilden. Vorzugsweise wäre dann noch ein zusätzlicher (hier nicht abgebildeter) Deckel mit der Unterseitenfläche 27 der Abdeckung 30 gekoppelt.It would be equally conceivable that an inner wall 26 the cover 30 with a lateral circumferential outer wall 29a . 29b of the second valve element 20 is coupled. In this case, the second valve element would 20 inside the recess 31 the cover 30 Find a place. The second valve element 20 can also in this case along with the cover 30 a housing, in particular a fluid-tight housing form. Preferably then would be an additional (not pictured here) lid with the bottom surface 27 the cover 30 coupled.

In der Abdeckung 30 kann beispielsweise der Fluideinlass 101 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich zu dem Fluideinlass 101 in der Abdeckung 30 kann in dem zweiten Ventilelement 20, und/oder in dem nicht dargestellten Deckel, ein Fluideinlass 101' vorgesehen sein. In 1A ist dieser optionale Fluideinlass 101' mit Strichlinien angedeutet. Der Fluideinlass 101 kann auch seitlich in der Abdeckung 30 angeordnet sein. Es sollte jedoch mindestens ein Fluideinlass vorhanden sein, der es ermöglicht, das Fluid in die Ausnehmung 31 der Abdeckung 30 einzuleiten, um das Fluid zu den Kanalstrukturen der beiden Ventilelemente 10, 20 zu leiten.In the cover 30 For example, the fluid inlet 101 be arranged. Alternatively or in addition to the fluid inlet 101 in the cover 30 can in the second valve element 20 , and / or in the cover, not shown, a fluid inlet 101 ' be provided. In 1A is this optional fluid inlet 101 ' indicated by dashed lines. The fluid inlet 101 Can also be side in the cover 30 be arranged. However, there should be at least one fluid inlet that allows the fluid into the recess 31 the cover 30 to introduce the fluid to the channel structures of the two valve elements 10 . 20 to lead.

Wenn die Abdeckung 30 mit dem zweiten Ventilelement 20 verbunden ist, bildet die Ausnehmung 31 der Abdeckung 30 eine Fluidkammer 32 (1B) aus. Das Fluid kann somit also durch den Fluideinlass 101 in die durch die Ausnehmung der Abdeckung 30 gebildete Fluidkammer 32 einströmen. Mittels dieser Abdeckung 30 kann somit gewährleistet werden, dass das Fluid in die Kanalstrukturen 11, 22a, 22b, 23a, 23b geleitet wird.If the cover 30 with the second valve element 20 is connected, forms the recess 31 the cover 30 a fluid chamber 32 ( 1B ) out. Thus, the fluid can thus through the fluid inlet 101 in through the recess of the cover 30 formed fluid chamber 32 flow. By means of this cover 30 can thus be ensured that the fluid in the channel structures 11 . 22a . 22b . 23a . 23b is directed.

In diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem zu erkennen, dass das erste Ventilelement 10 vor dem zweiten Ventilelement 20 angeordnet ist, bezogen auf die Strömungsrichtung des Fluids von dem Fluideinlass 101 zu dem Fluidauslass 102. Somit strömt das Fluid zunächst in die in dem ersten Ventilelement 10 ausgebildete erste Kanalstruktur 11 und von dort aus dann, je nach Schaltstellung des Expansionsventils 100, in zumindest einer der in dem zweiten Ventilelement 20 angeordneten Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b.In this embodiment, it can also be seen that the first valve element 10 in front of the second valve element 20 is arranged, based on the flow direction of the fluid from the fluid inlet 101 to the fluid outlet 102 , Thus, the fluid first flows into those in the first valve element 10 trained first channel structure 11 and from there then, depending on the switching position of the expansion valve 100 in at least one of the second valve element 20 arranged channel structures 22a . 22b . 23a . 23b ,

In den 2A und 2B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Expansionsventils 100 abgebildet.In the 2A and 2 B is another embodiment of an expansion valve according to the invention 100 displayed.

Hier weist das Expansionsventil 100 ebenfalls eine Abdeckung 30 auf, jedoch mit dem Unterschied, dass die Abdeckung 30 hier unbeweglich mit dem ersten Ventilelement 10 verbunden ist und das zweite Ventilelement 20 innerhalb der Abdeckung 30 relativ zu dem ersten Ventilelement 10 bewegbar angeordnet ist.Here is the expansion valve 100 also a cover 30 on, but with the difference that the cover 30 here immovable with the first valve element 10 is connected and the second valve element 20 inside the cover 30 relative to the first valve element 10 is movably arranged.

Hierfür ist eine Achse 41 drehfest an dem ersten Ventilelement 10 und/oder dem Gehäuse 30 angeordnet. Das zweite Ventilelement 20 ist ebenfalls zweiteilig ausgebildet, wobei der erste Teil 20b und der zweite Teil 20a jeweils mittels einer entsprechenden Aufnahme 42 beweglich, insbesondere drehbar, an dieser Achse 41 gelagert sind.There is an axis for this 41 rotationally fixed to the first valve element 10 and / or the housing 30 arranged. The second valve element 20 is also formed in two parts, the first part 20b and the second part 20a each by means of a corresponding recording 42 movable, in particular rotatable, on this axis 41 are stored.

Wie in 2A zu sehen ist, ist die Achse 41 mittig, d.h. im Zentrum des ersten Ventilelements 10, angeordnet. Auch die Aufnahme 42 des zweiten Ventilelements 20 ist mittig in dem zweiten Ventilelement 20 angeordnet. Das heißt, das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 sind konzentrisch um diese Achse 41 angeordnet. Somit sind das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 konzentrisch zueinander angeordnet.As in 2A can be seen is the axis 41 centrally, ie in the center of the first valve element 10 arranged. Also the recording 42 of the second valve element 20 is centered in the second valve element 20 arranged. That is, the first valve element 10 and the second valve element 20 are concentric around this axis 41 arranged. Thus, the first valve element 10 and the second valve element 20 arranged concentrically with each other.

Es ist aber auch denkbar, dass die Achse 41 außermittig, d.h. nicht im Zentrum des ersten Ventilelements 10, angeordnet ist. Dann wäre zwar das zweite Ventilelement 20 weiterhin konzentrisch zu der Achse 41 angeordnet. Das erste Ventilelement 10 und das zweite Ventilelement 20 wären dann jedoch nicht mehr konzentrisch, sondern exzentrisch, zueinander angeordnet.But it is also conceivable that the axis 41 off-center, ie not in the center of the first valve element 10 , is arranged. Then, although the second valve element would be 20 still concentric to the axis 41 arranged. The first valve element 10 and the second valve element 20 But then they would no longer be concentric but eccentric to each other.

Es wäre auch denkbar, dass die Aufnahme 42 in dem zweiten Ventilelement 20 außermittig, d.h. nicht im Zentrum des zweiten Ventilelements 20, angeordnet ist. Dann wäre das zweite Ventilelement 20 nicht konzentrisch sondern exzentrisch zu der Achse 41 angeordnet. It would also be possible for the recording 42 in the second valve element 20 off-center, ie not in the center of the second valve element 20 , is arranged. Then the second valve element would be 20 not concentric but eccentric to the axis 41 arranged.

Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform (1A bis 1D) ist das zweite Ventilelement 20 hier vor dem ersten Ventilelement 10 angeordnet, bezogen auf die Strömungsrichtung des Fluids von dem Fluideinlass 101 zu dem Fluidauslass 102.In contrast to the first embodiment ( 1A to 1D ) is the second valve element 20 here in front of the first valve element 10 arranged with respect to the flow direction of the fluid from the fluid inlet 101 to the fluid outlet 102 ,

Wie zuvor erwähnt, ist das zweite Ventilelement 20 zweiteilig ausgebildet, wobei ein erster Teil 20b des zweiten Veritilelements 20 die zweite und dritte Kanalstruktur 22a, 22b; 23a, 23b aufweist, und ein zweiter Teil 20a des zweiten Ventilelements 20 eine geschlossene Abdeckung der zweiten und dritten Kanalstrukturen 22a, 22b; 23a, 23b bildet.As previously mentioned, the second valve element is 20 formed in two parts, with a first part 20b the second Veritilelements 20 the second and third channel structure 22a . 22b ; 23a , 23b, and a second part 20a of the second valve element 20 a closed cover of the second and third channel structures 22a . 22b ; 23a . 23b forms.

Ferner bildet in dieser Ausführungsform die erste Kanalstruktur 11 gleichzeitig den Fluidauslass 102 des Expansionsventils 100.Furthermore, in this embodiment, the first channel structure forms 11 at the same time the fluid outlet 102 of the expansion valve 100 ,

2B zeigt ein zusammengesetztes Expansionsventil 100 und den sich durch das Expansionsventil 100 hindurch ergebenden Fluidströmungspfad 112. Das Fluid tritt durch den Fluideinlass 101 in das Expansionsventil 100 ein, strömt dann durch die in dem zweiten Ventilelement 20 ausgebildeten Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b und tritt dann durch den Fluidauslass 101, der von der in dem ersten Ventilelement 10 ausgebildeten ersten Kanalstruktur 11 gebildet wird, wieder aus dem Expansionsventil 100 aus. 2 B shows a composite expansion valve 100 and passing through the expansion valve 100 through the resulting fluid flow path 112 , The fluid passes through the fluid inlet 101 in the expansion valve 100 a, then flows through the in the second valve element 20 trained channel structures 22a . 22b . 23a . 23b and then passes through the fluid outlet 101 that of the in the first valve element 10 trained first channel structure 11 is formed, again from the expansion valve 100 out.

In dem in 2B abgebildeten Ausführungsbeispiel befindet sich das Expansionsventil 100 in einer ersten Schaltstellung. Genauer gesagt befinden sich die beiden Ventilelemente 10, 20 in einer ersten Stellung relativ zueinander, wobei in dieser ersten Stellung die erste Kanalstruktur 11 und die zweite Kanalstruktur 22a, 22b zueinander ausgerichtet sind und einen ersten Fluidströmungspfad 112 mit einem ersten Strömungswiderstand zwischen dem Fluideinlass 101 und dem Fluidauslass 102 bilden.In the in 2 B illustrated embodiment, the expansion valve is located 100 in a first switching position. More precisely, the two valve elements are located 10 . 20 in a first position relative to each other, wherein in this first position, the first channel structure 11 and the second channel structure 22a . 22b aligned with each other and a first fluid flow path 112 with a first flow resistance between the fluid inlet 101 and the fluid outlet 102 form.

In einer zweiten Schaltstellung, die hier nicht explizit dargestellt ist, wäre das zweite Ventilelement 20 im Gegensatz zu der in 2B abgebildeten ersten Schaltstellung beispielsweise um 180° gedreht. In diesem Fall würden die erste Kanalstruktur 11 und die dritte Kanalstruktur 23a, 23b zueinander ausgerichtet sein und einen zweiten Fluidströmungspfad mit einem zweiten von dem ersten Strömungswiderstand verschiedenen Strömungswiderstand zwischen dem Fluideinlass 101 und dem Fluidauslass 102 bilden.In a second switching position, which is not explicitly shown here, the second valve element would be 20 unlike in 2 B pictured first switching position, for example, rotated by 180 °. In this case, the first channel structure would be 11 and the third channel structure 23a . 23b be aligned with each other and a second fluid flow path having a second flow resistance different from the first flow resistance between the fluid inlet 101 and the fluid outlet 102 form.

Mit Ausnahme der soeben beschrieben strukturellen Unterschiede des in den 2A und 2B abgebildeten Ausführungsbeispiels gilt für diese Ausführungsform ansonsten dasselbe wie für die zuvor mit Bezug auf die 1A bis 1D beschriebenen Ausführungsbeispiele.With the exception of just described structural differences in the 2A and 2 B In the embodiment shown, the same applies to this embodiment as for the previously described with respect to the 1A to 1D described embodiments.

Daher soll nachfolgend für alle in den 1A bis 2B dargestellten Ausführungsformen die gemeinsame Funktionsweise näher erläutert werden. Sowohl bei dem Expansionsventil 100 gemäß der ersten Ausführungsform (1A bis 1D) als auch bei dem Expansionsventil 100 gemäß der zweiten Ausführungsform (2A, 2B) handelt es sich um eine Verschaltung der Kanalstrukturen, die im Folgenden auch als Individualschaltung bezeichnet werden kann.Therefore, below for all in the 1A to 2 B illustrated embodiments, the joint operation will be explained in more detail. Both at the expansion valve 100 according to the first embodiment ( 1A to 1D ) as well as the expansion valve 100 according to the second embodiment ( 2A . 2 B ) is an interconnection of the channel structures, which can also be referred to below as individual switching.

Diese Individualschaltung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass in der ersten und zweiten Stellung der Ventilelemente 10, 20 jeweils genau eine der zweiten und dritten Kanalstrukturen 22a, 22b; 23a, 23b des zweiten Ventilelements 20 mit dem Fluidauslass 102 fluidisch gekoppelt ist, um einen einzigen Fluidströmungspfad 111, 112 zwischen dem Fluideinlass 101 und dem Fluidauslass 102 zu bilden.This individual circuit is characterized inter alia by the fact that in the first and second position of the valve elements 10 . 20 exactly one of the second and third channel structures 22a . 22b ; 23a . 23b of the second valve element 20 with the fluid outlet 102 is fluidically coupled to a single fluid flow path 111 . 112 between the fluid inlet 101 and the fluid outlet 102 to build.

Das heißt, es ist immer genau eine der zweiten und dritten Kanalstrukturen 22a, 22b; 23a, 23b des zweiten Ventilelements 20 zu der in dem ersten Ventilelement 10 ausgebildeten ersten Kanalstruktur 11 ausgerichtet.That is, it is always exactly one of the second and third channel structures 22a . 22b ; 23a . 23b of the second valve element 20 to that in the first valve element 10 trained first channel structure 11 aligned.

Zur näheren Erläuterung soll hierfür nochmals auf 1A verwiesen werden. Wie eingangs erwähnt, kann das zweite Ventilelement 20 neben der zweiten und dritten Kanalstruktur 22a, 22b, 23a, 23b auch noch weitere Kanalstrukturen 24a, 24b, 25a, 25b aufweisen. Das erste Ventilelement 10 hingegen weist lediglich eine Kanalstruktur, nämlich die erste Kanalstruktur 11, auf.For a more detailed explanation should this again on 1A to get expelled. As mentioned above, the second valve element 20 next to the second and third channel structure 22a . 22b . 23a . 23b also other channel structures 24a . 24b . 25a . 25b exhibit. The first valve element 10 on the other hand, it has only one channel structure, namely the first channel structure 11 , on.

Die beiden Ventilelemente 10, 20 werden, z.B. mittels eines zuvor erwähnten Schrittmotors, relativ zueinander bewegt, und zwar derart, dass die erste Kanalstruktur 11 des ersten Ventilelements 10 immer nur zu einer einzigen Kanalstruktur 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b des zweiten Ventilelements 20 ausgerichtet ist.The two valve elements 10 . 20 be moved, for example by means of a previously mentioned stepping motor relative to each other, in such a way that the first channel structure 11 of the first valve element 10 always only to a single channel structure 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b of the second valve element 20 is aligned.

Die einzelnen Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b des zweiten Ventilelements 20 weisen unterschiedliche Strömungsquerschnitte auf. Darüber hinaus münden alle Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, bzw. zumindest deren sich radial erstreckenden Abschnitte 22b, 23b, 24b, 25b in eine gemeinsame Kanalstruktur 55.The individual channel structures 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b of the second valve element 20 have different flow cross sections. In addition, all channel structures open 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b , or at least their radially extending portions 22b . 23b . 24b . 25b into a common channel structure 55 ,

Somit ergibt sich die Drosselung der Durchflussrate zum einen durch die individuelle Länge und den individuellen, nicht notwendigerweise über die Kanallänge gleichbleibenden bzw. geometrisch variablen, Strömungsquerschnitt jeder einzelnen Kanalstruktur 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, und zum anderen durch die Länge und den Strömungsquerschnitt der gemeinsamen Kanalstruktur 55. Es bilden sich somit kanalindividuelle Fluidströmungspfade mit individuellen Drosselraten aus.Thus, the throttling of the flow rate on the one hand results from the individual length and the individual, not necessarily constant over the channel length or geometrically variable flow cross-section of each channel structure 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b , and on the other by the length and the flow cross-section of the common channel structure 55 , Thus channel-specific fluid flow paths with individual throttle rates are formed.

Je länger der vom Fluid zurückgelegte Fluidströmungspfad ist, desto mehr spielt ein weiteres Kriterium eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der individuellen Drosselrate. Das durch eine Kanalstruktur hindurch strömende Fluid erfährt an der Oberfläche der Wände der jeweiligen Kanalstruktur eine Reibung, die das Fluid zusätzlich abbremst. Die einzelnen Kanalstrukturen können daher erfindungsgemäß mit einer bestimmten Oberflächenrauigkeit versehen werden. In Versuchen hat sich gezeigt, dass mit dem Einstellen der Oberflächenrauigkeit Unterschiede in der Drosselrate von bis zu 10% erkennbar waren, im Vergleich zu fluidisch glatten Oberflächenbeschaffenheiten der Kanalstrukturen.The longer the fluid flow path traveled by the fluid, the more another criterion plays a crucial role in determining the individual throttle rate. The fluid flowing through a channel structure undergoes friction on the surface of the walls of the respective channel structure, which additionally slows down the fluid. The individual channel structures can therefore be provided according to the invention with a certain surface roughness. Experiments have shown that with the adjustment of the surface roughness differences in the throttling rate of up to 10% were recognizable, in comparison to fluidically smooth surface characteristics of the channel structures.

Neben dieser soeben beschrieben Individualschaltung sehen weitere Ausführungsbeispiele eine Reihenschaltung und/oder eine Parallelschaltung der Kanalstrukturen vor. Eine Reihenschaltung der Kanalstrukturen der ersten Ausführungsform (1A bis 1D) soll nachfolgend mit Bezug auf die 3A und 3B beschrieben werden.In addition to this individual circuit just described, further exemplary embodiments provide for a series connection and / or a parallel connection of the channel structures. A series connection of the channel structures of the first embodiment ( 1A to 1D ) is below with reference to the 3A and 3B to be discribed.

Die Reihenschaltung kennzeichnet sich unter anderem dadurch, dass die zweite Kanalstruktur 22a, 22b und die dritte Kanalstruktur 23a, 23b innerhalb des zweiten Ventilelements 20 zumindest abschnittsweise 22b, 23b miteinander verbunden sind, wobei sich in der zweiten Stellung der Ventilelemente 10, 20 der zweite Fluidströmungspfad aus der zweiten und der damit verbundenen dritten Kanalstruktur zusammensetzt 22b, 23b, und der zweite Fluidströmungspfad einen Gesamtströmungswiderstand aufweist, der sich aus dem Strömungswiderstand der zweiten Kanalstruktur 22b und dem Strömungswiderstand der damit verbundenen dritten Kanalstruktur 23b zusammensetzt.The series circuit is characterized, inter alia, by the fact that the second channel structure 22a . 22b and the third channel structure 23a . 23b within the second valve element 20 at least in sections 22b, 23b are connected to each other, wherein in the second position of the valve elements 10 . 20 the second fluid flow path of the second and associated third channel structure is composed of 22b, 23b, and the second fluid flow path has a total flow resistance resulting from the flow resistance of the second channel structure 22b and the flow resistance of the associated third channel structure 23b composed.

Auch hier ist das zweite Ventilelement 20 wieder zweiteilig ausgebildet. In dem ersten Teil 20b sind mehrere, hier beispielhaft insgesamt fünf, verschiedene Kanalstrukturen 22b, 23b, 24b, 25b, 26b ausgebildet. Die einzelnen Kanalstrukturen 22b, 23b, 24b, 25b, 26b sind alle untereinander fluidisch verbunden, sodass diese eine lange Kette bzw. eine Reihenschaltung von mehreren Kanalstrukturen bilden.Again, the second valve element 20 again formed in two parts. In the first part 20b are several, here by way of example a total of five, different channel structures 22b . 23b , 24b, 25b, 26b formed. The individual channel structures 22b . 23b . 24b . 25b . 26b are all fluidly interconnected so that they form a long chain or a series connection of multiple channel structures.

Das Expansionsventil 100 weist jedoch nur einen gemeinsamen Fluidauslass 102 auf, der mit der ersten bzw. letzten Kanalstruktur 22b aus der Reihenschaltung verbunden ist. Je nachdem in welcher Kanalstruktur 22b, 23b, 24b, 25b, 26b das Fluid letztlich eintritt, muss das Fluid unterschiedlich lange Wege bis zum Fluidauslass 102 durchlaufen.The expansion valve 100 however, it only has one common fluid outlet 102 on, with the first or last channel structure 22b is connected from the series circuit. Depending on which channel structure 22b . 23b . 24b . 25b . 26b the fluid ultimately enters, the fluid has different lengths of travel to the fluid outlet 102 run through.

Der Gesamtströmungswiderstand setzt sich hierbei aus den einzelnen Strömungswiderständen der jeweils durchlaufenen Kanalstrukturen zusammen. Dabei können die einzelnen Kanalstrukturen 22b, 23b, 24b, 25b, 26b außerdem unterschiedliche, nicht notwendigerweise über die Kanallänge gleichbleibende bzw. geometrisch variable, Strömungsquerschnitte aufweisen.The total flow resistance is in this case composed of the individual flow resistances of the respectively traversed channel structures. Here, the individual channel structures 22b . 23b . 24b . 25b . 26b also have different, not necessarily consistent over the channel length or geometrically variable, flow cross-sections.

In dem zweiten Teil 20a des zweiten Ventilelements 20 sind entsprechend viele, hier also ebenfalls fünf, Kanalstrukturen 22a, 23a, 24a, 25a, 26a ausgebildet, die zu den in dem ersten Teil 20b des zweiten Ventilelements 20 ausgebildeten Kanalstrukturen 22b, 23b, 24b, 25b, 26b ausgerichtet sind.In the second part 20a of the second valve element 20 are correspondingly many, here also five, channel structures 22a . 23a . 24a . 25a . 26a trained to those in the first part 20b of the second valve element 20 trained channel structures 22b . 23b . 24b . 25b . 26b are aligned.

Das erste Ventilelement 10 ist drehbar gegenüber dem zweiten Ventilelement 20 und weist die erste Kanalstruktur 11 auf. Die erste Kanalstruktur 11 kann nun in verschiedenen Schaltstufen wahlweise zu einer der in dem zweiten Ventilelement 20 ausgebildeten Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b ausgerichtet werden. Je nach ausgewählter Schaltstufe bildet sich ein unterschiedlich langer Fluidströmungspfad aus, den das durchströmende Fluid zurücklegen muss, um zu dem Fluidauslass 102 zu gelangen.The first valve element 10 is rotatable relative to the second valve element 20 and has the first channel structure 11 on. The first channel structure 11 can now in different switching stages optionally to one of the second valve element 20 trained channel structures 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b . 26a . 26b be aligned. Depending on the selected switching stage, a different length of fluid flow path is formed, which the fluid flowing through has to cover in order to reach the fluid outlet 102 to get.

Eine dieser mehreren möglichen Schaltstellungen ist beispielhaft in 3B zu sehen. Hier ist das erste Ventilelement 10 gegenüber dem zweiten Ventilelement 20 derart ausgerichtet, dass die erste Kanalstruktur 11 zu der sechsten Kanalstruktur 26a, 26b ausgerichtet ist. One of these several possible switching positions is exemplary in 3B to see. Here is the first valve element 10 opposite the second valve element 20 aligned such that the first channel structure 11 to the sixth channel structure 26a . 26b is aligned.

Der sich dabei ergebende Fluidströmungspfad ist mit dem strichlinierten Pfeil 121 eingezeichnet. Das Fluid tritt also durch den Fluideinlass 101 in das Expansionsventil 100 ein, strömt dann durch die erste Kanalstruktur 11, die zu der sechsten Kanalstruktur 26a, 26b ausgerichtet ist, durch alle weiteren Kanalstrukturen 25b, 24b, 23b hindurch, um dann nach Durchströmen der ersten Kanalstruktur 22b in den Fluidauslass 102 zu münden.The resulting fluid flow path is indicated by the dashed arrow 121 located. The fluid thus passes through the fluid inlet 101 in the expansion valve 100 a, then flows through the first channel structure 11 leading to the sixth channel structure 26a . 26b aligned, through all other channel structures 25b . 24b . 23b then, after flowing through the first channel structure 22b in the fluid outlet 102 to flow into.

Das Fluid mäandert sich sozusagen durch die gesamte Reihenschaltung von Kanalstrukturen hindurch und wird dabei entsprechend gedrosselt.The fluid, as it were, meanders through the entire series of channel structures and is throttled accordingly.

Eine Reihenschaltung der zweiten Ausführungsform (2A und 2B) soll nachfolgend mit Bezug auf die 4A und 4B beschrieben werden.A series connection of the second embodiment ( 2A and 2 B ) is below with reference to the 4A and 4B to be discribed.

Auch diese Reihenschaltung kennzeichnet sich unter anderem dadurch, dass die zweite Kanalstruktur 22a, 22b und die dritte Kanalstruktur 23a, 23b innerhalb des zweiten Ventilelements 20 zumindest abschnittsweise 22b, 23b miteinander verbunden sind, wobei sich in der zweiten Stellung der Ventilelemente 10, 20 der zweite Fluidströmungspfad aus der zweiten und der damit verbundenen dritten Kanalstruktur 22b, 23b zusammensetzt, und der zweite Fluidströmungspfad einen Gesamtströmungswiderstand aufweist, der sich aus dem Strömungswiderstand der zweiten Kanalstruktur 22b und dem Strömungswiderstand der damit verbundenen dritten Kanalstruktur 23b zusammensetzt.This series circuit is also characterized by the fact that the second channel structure 22a . 22b and the third channel structure 23a . 23b within the second valve element 20 at least in sections 22b, 23b are connected to each other, wherein in the second position of the valve elements 10 . 20 the second fluid flow path from the second and the third channel structure connected thereto 22b . 23b and the second fluid flow path has a total flow resistance resulting from the flow resistance of the second channel structure 22b and the flow resistance of the associated third channel structure 23b composed.

Auch hier ist das zweite Ventilelement 20 wieder zweiteilig ausgebildet. In dem ersten Teil 20b sind mehrere, hier beispielhaft insgesamt fünf, verschiedene Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b ausgebildet. Die einzelnen Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b, beziehungsweise Abschnitte 22b, 23b, 24b, 25b, 26b davon, sind alle untereinander fluidisch verbunden, sodass diese eine lange Kette bzw. eine Reihenschaltung von mehreren Kanalstrukturen bilden.Again, the second valve element 20 again formed in two parts. In the first part 20b are several, here by way of example a total of five, different channel structures 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b . 26a . 26b educated. The individual channel structures 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b . 26a . 26b , or sections 22b . 23b . 24b . 25b . 26b Of these, all are fluidly interconnected, so that they form a long chain or a series connection of several channel structures.

Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Reihenschaltung ist hier jedoch zu beachten, dass jede Kanalstruktur einen radialen Abschnitt 22b, 23b, 24b, 25b, 26b sowie einen axialen Abschnitt 22a, 23a, 24a, 25a, 26a aufweist. In der in 4A abgebildeten Schnittansicht sind lediglich die axialen Abschnitte 22a und 26a der zweiten bzw. sechsten Kanalstruktur zu erkennen. Die axialen Abschnitte 23a, 24a, 25a der übrigen Kanalstrukturen sind in dieser Schnittansicht verdeckt und daher lediglich mit Strichlinien angedeutet.However, in contrast to the series connection described above, it should be noted here that each channel structure has a radial section 22b . 23b . 24b . 25b . 26b and an axial section 22a . 23a . 24a . 25a . 26a having. In the in 4A The sectional view shown are merely the axial sections 22a and 26a to recognize the second and sixth channel structure. The axial sections 23a . 24a . 25a the remaining channel structures are concealed in this sectional view and therefore only indicated by dashed lines.

Das Expansionsventil 100 weist wiederum nur einen gemeinsamen Fluidauslass 102 auf, der gleichzeitig auch die erste Kanalstruktur 11 des ersten Ventilelements 10 bildet.The expansion valve 100 again has only one common fluid outlet 102 at the same time the first channel structure 11 of the first valve element 10 forms.

Das zweite Ventilelement 20 ist drehbar gegenüber dem ersten Ventilelement 10 und kann nun wahlweise in verschiedene Schaltstufen gedreht werden, wobei in jeder Schaltstufe eine andere der Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b des zweiten Ventilelements 20 zu der ersten Kanalstruktur 11 des ersten Ventilelements 10 ausgerichtet wird. Genauer gesagt wird, je nach Schaltstufe, ein axialer Abschnitt 22a, 23a, 24a, 25a, 26a der jeweiligen Kanalstruktur des zweiten Ventilelements 20 zu der ersten Kanalstruktur 11 des ersten Ventilelements 10 ausgerichtet.The second valve element 20 is rotatable relative to the first valve element 10 and can now optionally be rotated in different switching stages, wherein in each switching stage, another of the channel structures 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b . 26a . 26b of the second valve element 20 to the first channel structure 11 of the first valve element 10 is aligned. More specifically, depending on the switching stage, an axial section 22a . 23a . 24a . 25a . 26a the respective channel structure of the second valve element 20 to the first channel structure 11 of the first valve element 10 aligned.

Das Fluid tritt hierbei immer durch den radialen Abschnitt 22b der zweiten Kanalstruktur 22 in das zweite Ventilelement 20 ein. Je nachdem welche Schaltstellung ausgewählt ist, muss das Fluid die entsprechenden weiteren Kanalstrukturen 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b zusätzlich zur zweiten Kanalstruktur 22a, 22b durchlaufen. Das Fluid muss also unterschiedlich lange Wege bis zum Fluidauslass 102 durchlaufen. Je nach ausgewählter Schaltstufe bildet sich also ein unterschiedlich langer Fluidströmungspfad aus, den das durchströmende Fluid zurücklegen muss, um zu dem Fluidauslass 102 zu gelangen. The fluid always passes through the radial section 22b the second channel structure 22 in the second valve element 20 one. Depending on which switching position is selected, the fluid must have the corresponding further channel structures 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b . 26a . 26b in addition to the second channel structure 22a . 22b run through. So the fluid has different lengths to the fluid outlet 102 run through. Thus, depending on the selected switching stage, a fluid flow path of different length is formed, which the fluid flowing through has to cover in order to reach the fluid outlet 102 to get.

Der Gesamtströmungswiderstand setzt sich hierbei aus den einzelnen Strömungswiderständen der jeweils durchlaufenen Kanalstrukturen zusammen. Dabei können die einzelnen Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b außerdem unterschiedliche, nicht notwendigerweise über die Kanallänge gleichbleibende bzw. geometrisch variable, Strömungsquerschnitte aufweisen.The total flow resistance is in this case composed of the individual flow resistances of the respectively traversed channel structures. Here, the individual channel structures 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b . 26a . 26b also have different, not necessarily consistent over the channel length or geometrically variable, flow cross-sections.

Eine dieser mehreren möglichen Schaltstellungen ist beispielhaft in 4B zu sehen. Hier ist das zweite Ventilelement 11 gegenüber dem ersten Ventilelement 10 derart angeordnet, dass die zweite Kanalstruktur 22a, 22b zu der ersten Kanalstruktur 11 ausgerichtet ist. One of these several possible switching positions is exemplary in 4B to see. Here is the second valve element 11 opposite the first valve element 10 arranged such that the second channel structure 22a . 22b to the first channel structure 11 is aligned.

Der sich dabei ergebende Fluidströmungspfad ist mit dem strichlinierten Pfeil 122 eingezeichnet. Dabei strömt das Fluid durch den radialen Abschnitt 22b der zweiten Kanalstruktur in das zweite Ventilelement 20 hinein und strömt durch den axialen Abschnitt 22a der zweiten Kanalstruktur 20 zu der ersten Kanalstruktur 11, die gleichzeitig der Fluidauslass 102 ist.The resulting fluid flow path is indicated by the dashed arrow 122 located. At this time, the fluid flows through the radial portion 22b the second channel structure in the second valve element 20 and flows through the axial section 22a the second channel structure 20 to the first channel structure 11 , which at the same time the fluid outlet 102 is.

In einer, nicht explizit dargestellten, weiteren Schaltstellung wäre das zweite Ventilelement 20 beispielsweise um 180° gegenüber der in 4B abgebildeten Schaltstellung gedreht. In diesem Fall würde der axiale Abschnitt 26a der sechsten Kanalstruktur zu der ersten Kanalstruktur 11 (= Fluidauslass 102) ausgerichtet sein. Das Fluid würde dann durch den radialen Abschnitt 22b der zweiten Kanalstruktur in das zweite Ventilelement 20 eintreten und dann entlang aller weiteren in Reihe geschalteter Kanalstrukturen 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b strömen, um schließlich durch den axialen Abschnitt 26a der sechsten Kanalstruktur in die erste Kanalstruktur 11 (= Fluidauslass 102) zu münden.In one, not explicitly shown, further switching position would be the second valve element 20 for example, by 180 ° compared to in 4B shown switching position turned. In this case, the axial section would 26a the sixth channel structure to the first channel structure 11 (= Fluid outlet 102 ) be aligned. The fluid would then pass through the radial section 22b the second channel structure in the second valve element 20 enter and then along all other in-line channel structures 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b . 26a . 26b flow to finally through the axial section 26a the sixth channel structure into the first channel structure 11 (= Fluid outlet 102 ).

Das Fluid mäandert sich sozusagen durch die gesamte Reihenschaltung von Kanalstrukturen hindurch und wird dabei entsprechend gedrosselt.The fluid, as it were, meanders through the entire series of channel structures and is throttled accordingly.

Alternativ oder zusätzlich kann mit dem erfindungsgemäßen Expansionsventil 100 auch eine Parallelschaltung der Kanalstrukturen realisiert werden, wie dies in den 5A bis 6B exemplarisch gezeigt ist.Alternatively or additionally, with the expansion valve according to the invention 100 a parallel connection of the channel structures can be realized, as shown in the 5A to 6B is shown as an example.

Die Parallelschaltung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass das erste Ventilelement 10 mindestens eine vierte Kanalstruktur 14 aufweist, und wobei in der ersten Stellung der Ventilelemente 10, 20 zusätzlich die dritte Kanalstruktur 23a, 23b des zweiten Ventilelements 20 und die vierte Kanalstruktur 14 des ersten Ventilelements 10 zueinander ausgerichtet sind und einen dritten Fluidströmungspfad mit einem dritten Strömungswiderstand zwischen dem Fluideinlass 101 und dem Fluidauslass 102 bilden. The parallel circuit is characterized among other things by the fact that the first valve element 10 at least a fourth channel structure 14 and wherein in the first position of the valve elements 10 . 20 in addition, the third channel structure 23a . 23b of the second valve element 20 and the fourth channel structure 14 of the first valve element 10 aligned with each other and a third fluid flow path having a third flow resistance between the fluid inlet 101 and the fluid outlet 102 form.

Der Betrag des dritten Strömungswiderstands kann von dem Betrag des ersten und/oder zweiten Strömungswiderstands abweichen. Das heißt, der dritte Fluidströmungspfad kann eine dritte Drosselstufe bereitstellen.The amount of the third flow resistance may differ from the amount of the first and / or second flow resistance. That is, the third fluid flow path may provide a third throttle level.

Das heißt, in der ersten Schaltstellung sind also die erste Kanalstruktur 11 des ersten Ventilelements 10 und die zweite Kanalstruktur 22a, 22b des zweiten Ventilelements 20 zueinander ausgerichtet, und gleichzeitig sind die zweite Kanalstruktur 14 des ersten Ventilelements 10 und die dritte Kanalstruktur 23a, 23b des zweiten Ventilelements 20 zueinander ausgerichtet.That is, in the first switching position so are the first channel structure 11 of the first valve element 10 and the second channel structure 22a . 22b of the second valve element 20 aligned with each other, and at the same time are the second channel structure 14 of the first valve element 10 and the third channel structure 23a . 23b of the second valve element 20 aligned with each other.

Eine Parallelschaltung der ersten Ausführungsform (1A bis 1D) soll nachfolgend mit Bezug auf die 5A und 5B beschrieben werden.A parallel connection of the first embodiment ( 1A to 1D ) is below with reference to the 5A and 5B to be discribed.

In dem hier abgebildeten Ausführungsbeispiel weist das erste Ventilelement 10 mindestens eine weitere Kanalstruktur 14 auf. Das erste Ventilelement 10 weist hier sogar drei weitere Kanalstrukturen, nämlich eine siebte Kanalstruktur 14, eine achte Kanalstruktur 14' und eine neunte Kanalstruktur 14" auf.In the embodiment shown here, the first valve element 10 at least one more channel structure 14 on. The first valve element 10 here even has three more channel structures, namely a seventh channel structure 14 , an eighth channel structure 14 ' and a ninth channel structure 14 " on.

Das zweite Ventilelement 20 entspricht im Wesentlichen der mit Bezug auf die 1A bis 1D beschriebenen Ausführungsform. Die in dem zweiten Ventilelement 20 ausgebildeten Kanalstrukturen, nämlich eine zweite Kanalstruktur 22a, 22b, eine dritte Kanalstruktur 23a, 23b, eine vierte Kanalstruktur 24a, 24b und eine fünfte Kanalstruktur 25a, 25b, münden in eine gemeinsame Kanalstruktur 55, die zu dem gemeinsamen Fluidauslass 102 führt.The second valve element 20 is essentially the same with respect to the 1A to 1D described embodiment. The in the second valve element 20 formed channel structures, namely a second channel structure 22a . 22b , a third channel structure 23a . 23b , a fourth channel structure 24a . 24b and a fifth channel structure 25a . 25b , flow into a common channel structure 55 leading to the common fluid outlet 102 leads.

Die einzelnen Kanalstrukturen 11, 14, 14', 14" des ersten Ventilelements 10 können zu den Kanalstrukturen, und insbesondere zu den axialen Abschnitten 22a, 23a, 24a, 25a, der Kanalstrukturen in dem zweiten Ventilelement 20 ausgerichtet werden. So werden unterschiedliche Schaltstellungen ermöglicht, wobei je nach Schaltstellung eine unterschiedliche Anzahl der vier Kanalstrukturen 11, 14, 14', 14" des ersten Ventilelements 10 zu den vier Kanalstrukturen 22a, 23a, 24a, 25a des zweiten Ventilelements 20 ausgerichtet sind.The individual channel structures 11 . 14 . 14 ' . 14 " of the first valve element 10 can to the channel structures, and in particular to the axial sections 22a . 23a . 24a . 25a , the channel structures in the second valve element 20 be aligned. Thus, different switching positions are possible, depending on the switching position, a different number of four channel structures 11 . 14 . 14 ' . 14 " of the first valve element 10 to the four channel structures 22a . 23a . 24a . 25a of the second valve element 20 are aligned.

5B zeigt beispielhaft eine Schaltstellung, in der alle vier Kanalstrukturen 11, 14, 14', 14" des ersten Ventilelements 10 zu den vier Kanalstrukturen 22a, 23a, 24a, 25a des zweiten Ventilelements 20 ausgerichtet sind. Der sich dabei ergebende Fluidfluss ist mit dem Pfeil 123 eingezeichnet. 5B shows by way of example a switching position in which all four channel structures 11 . 14 . 14 ' . 14 " of the first valve element 10 to the four channel structures 22a . 23a . 24a . 25a of the second valve element 20 are aligned. The resulting fluid flow is indicated by the arrow 123 located.

Das Fluid strömt also durch alle vier Kanalstrukturen 11, 14, 14', 14" des ersten Ventilelements 10, sowie durch alle dazu ausgerichteten vier Kanalstrukturen 22a, 23a, 24a, 25a des zweiten Ventilelements 20. Hierbei handelt es sich sozusagen um die größte Schaltstufe, bei der alle Kanalstrukturen gleichzeitig aktiv sind. Dementsprechend kann die Durchflussrate des Fluids bei dieser Schaltstellung am größten sein, da das Fluid durch alle Kanalstrukturen gleichzeitig strömen kann. The fluid thus flows through all four channel structures 11 . 14 . 14 ' . 14 " of the first valve element 10 , as well as all four channel structures aligned to it 22a . 23a . 24a . 25a of the second valve element 20 , This is, so to speak, the largest switching stage, in which all channel structures are active at the same time. Accordingly, the flow rate of the fluid may be greatest at this switching position because the fluid can flow through all the channel structures simultaneously.

Der Gesamtströmungswiderstand setzt sich hierbei jedoch auch wieder aus den einzelnen Flusswiderständen der jeweils durchlaufenen Kanalstrukturen zusammen. Dabei können die einzelnen Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b außerdem unterschiedliche, nicht notwendigerweise über die Kanallänge gleichbleibende bzw. geometrisch variable, Strömungsquerschnitte aufweisen.However, the total flow resistance is in this case also composed of the individual flow resistances of the respectively passed through channel structures. Here, the individual channel structures 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b . 26a . 26b also have different, not necessarily consistent over the channel length or geometrically variable, flow cross-sections.

Eine Stoppfunktion könnte hier beispielsweise durch Drehung des ersten Ventilelements 10 um 180° im Vergleich zu der in 5B gezeigten Schaltstellung erreicht werden. Dabei würde keine der Kanalstrukturen 11, 14, 14', 14" des ersten Ventilelements 10 zu irgend einer der Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b des zweiten Ventilelements 20 ausgerichtet sein.A stop function could here for example by rotation of the first valve element 10 by 180 ° compared to the in 5B shown switching position can be achieved. There would be none of the channel structures 11 . 14 . 14 ' . 14 " of the first valve element 10 to any of the channel structures 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b . 26a . 26b of the second valve element 20 be aligned.

All den bisher beschriebenen Ausführungsformen ist gemein, dass das Expansionsventil 100 genau einen Fluidauslass 102 aufweist und die zweite und dritte Kanalstruktur 22a, 22b; 23a, 23b des zweiten Ventilelements 20 mit diesem einen Fluidauslass 102 fluidisch koppelbar sind. Auch wenn nicht explizit in den Figuren dargestellt, wäre es jedoch auch möglich, dass die erfindungsgemäßen Expansionsventile 100 nicht genau einen, sondern mindestens einen Fluidauslass 102 aufweisen, d.h. die Expansionsventile 100 können auch einen zweiten, dritten, oder beliebig viele Fluidauslässe 102 aufweisen.All the embodiments described so far in common is that the expansion valve 100 exactly one fluid outlet 102 and the second and third channel structure 22a , 22b; 23a, 23b of the second valve element 20 with this one fluid outlet 102 can be coupled fluidically. Although not explicitly shown in the figures, it would also be possible for the expansion valves according to the invention 100 not exactly one, but at least one fluid outlet 102 have, ie the expansion valves 100 can also have a second, third, or any number of fluid outlets 102 exhibit.

Ein solcher Fall ist exemplarisch in der in den 6A und 6B abgebildeten Parallelschaltung der zweiten Ausführungsform (2A und 2B) dargestellt, wobei das erste Ventilelement 10 mindestens eine vierte Kanalstruktur 14 aufweist und die erste und die vierte Kanalstruktur 11, 14 jeweils einen Fluidauslass 102, 102', 102", 102"' des Expansionsventils 100 bilden.Such a case is exemplary in the in 6A and 6B illustrated parallel circuit of the second embodiment ( 2A and 2 B ), wherein the first valve element 10 at least a fourth channel structure 14 and the first and the fourth channel structure 11 . 14 one fluid outlet each 102 . 102 ' . 102 ' . 102 '' of the expansion valve 100 form.

In dem hier abgebildeten Ausführungsbeispiel weist das erste Ventilelement 10 mindestens eine weitere Kanalstruktur 14 auf. Das erste Ventilelement 10 weist hier sogar drei weitere Kanalstrukturen, nämlich eine siebte Kanalstruktur 14, eine achte Kanalstruktur 14' und eine neunte Kanalstruktur 14" auf.In the embodiment shown here, the first valve element 10 at least one more channel structure 14 on. The first valve element 10 here even has three more channel structures, namely a seventh channel structure 14 , an eighth channel structure 14 ' and a ninth channel structure 14 " on.

Das zweite Ventilelement 20 entspricht im Wesentlichen der mit Bezug auf die 2A und 2B beschriebenen Ausführungsform. Die in dem zweiten Ventilelement 20 ausgebildeten Kanalstrukturen, nämlich eine zweite Kanalstruktur 22a, 22b, eine dritte Kanalstruktur 23a, 23b, eine vierte Kanalstruktur 24a, 24b und eine fünfte Kanalstruktur 25a, 25b, weisen einen sich radial erstreckenden Abschnitt 22b, 23b, 24b, 25 auf, durch den das Fluid in das zweite Ventilelement 20 einströmen kann, sowie einen axialen Abschnitt 22a, 23a, 24a, 25a, der zu mindestens einer der in dem ersten Ventilelement 10 angeordneten Kanalstrukturen 11, 14, 14', 14" ausgerichtet werden kann.The second valve element 20 is essentially the same with respect to the 2A and 2 B described embodiment. The in the second valve element 20 formed channel structures, namely a second channel structure 22a . 22b , a third channel structure 23a . 23b , a fourth channel structure 24a . 24b and a fifth channel structure 25a . 25b , have a radially extending portion 22b . 23b . 24b . 25 on, through which the fluid in the second valve element 20 can flow in, as well as an axial section 22a . 23a . 24a . 25a that is to at least one of the in the first valve element 10 arranged channel structures 11 . 14 . 14 ' . 14 " can be aligned.

So werden unterschiedliche Schaltstellungen ermöglicht, wobei je nach Schaltstellung eine unterschiedliche Anzahl der vier Kanalstrukturen 22a, 23a, 24a, 25a des zweiten Ventilelements 20 zu den vier Kanalstrukturen 11, 14, 14', 14" des ersten Ventilelements 10 ausgerichtet sind.Thus, different switching positions are possible, depending on the switching position, a different number of four channel structures 22a . 23a . 24a . 25a of the second valve element 20 to the four channel structures 11 . 14 . 14 ' . 14 " of the first valve element 10 are aligned.

6B zeigt das Expansionsventil 100 beispielhaft in der in 6A besser sichtbaren Schaltstellung, in der alle vier Kanalstrukturen 22a, 23a, 24a, 25a des zweiten Ventilelements 20 zu den vier Kanalstrukturen 11, 14, 14', 14" des ersten Ventilelements 10 ausgerichtet sind. Der sich dabei ergebende Fluidfluss ist mit den Pfeilen 124, 124', 124", 124"' eingezeichnet. Das Fluid verlässt das Expansionsventil 100 durch alle freigeschalteten Fluidauslässe 11, 14, 14', 14", was wiederum mit den den Fluidfluss kennzeichnenden Pfeilen 124', 124", 124'" dargestellt ist. 6B shows the expansion valve 100 exemplary in the in 6A better visible switch position, in all four channel structures 22a . 23a . 24a . 25a of the second valve element 20 to the four channel structures 11 . 14 . 14 ' . 14 " of the first valve element 10 are aligned. The resulting fluid flow is with the arrows 124 . 124 ' . 124 ' . 124 "' located. The fluid leaves the expansion valve 100 through all activated fluid outlets 11 . 14 . 14 ' . 14 " which, in turn, with the arrows indicating the fluid flow 124 ' . 124 ' . 124 '" is shown.

Genauer gesagt strömt das Fluid zunächst durch den Fluideinlass 101 in das Expansionsventil 100 hinein. Es verteilt sich dann auf alle vier Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b in dem zweiten Ventilelement 20, was mit den Pfeilen 124, 124', 124", 124"' dargestellt ist. Das heißt, ein erster Teil 124 des Fluidstroms tritt bei der ersten Kanalstruktur 22a, 22b ein, ein zweiter Teil 124' des Fluidstroms tritt bei der zweiten Kanalstruktur 23a, 23b ein, ein dritter Teil 124" des Fluidstroms tritt bei der dritten Kanalstruktur 24a, 24b ein, und ein vierter Teil 124'" des Fluidstroms tritt bei der vierten Kanalstruktur 25a, 25b ein.More specifically, the fluid first flows through the fluid inlet 101 in the expansion valve 100 into it. It then distributes to all four channel structures 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b in the second valve element 20 , what with the arrows 124 . 124 ' . 124 ' . 124 ' 'is shown. That is, a first part 124 the fluid flow occurs at the first channel structure 22a . 22b a, a second part 124 ' the fluid flow occurs at the second channel structure 23a . 23b a, a third part 124 ' the fluid flow occurs in the third channel structure 24a . 24b a, and a fourth part 124 '" the fluid flow occurs in the fourth channel structure 25a . 25b one.

Das Fluid strömt also durch alle vier radialen Abschnitte 22b, 23b, 24b, 25b der vier Kanalstrukturen des zweiten Ventilelements 20 in das zweite Ventilelement 20 hinein. Dann strömt das Fluid in die axialen Abschnitte 22a, 23a, 24a, 25a der Kanalstrukturen des zweiten Ventilelements 20, die in der abgebildeten Schaltstellung alle zu jeweils einer Kanalstruktur 11, 14, 14', 14" des ersten Ventilelements 10 ausgerichtet sind. Das Fluid verlässt das Expansionsventil 100 durch die jeweiligen Kanalstrukturen 11, 14, 14', 14" des ersten Ventilelements 10, da diese gleichzeitig die mehreren Fluidauslässe 102, 102', 102", 102"' des Expansionsventils bilden.The fluid thus flows through all four radial sections 22b . 23b . 24b . 25b the four channel structures of the second valve element 20 in the second valve element 20 into it. Then the fluid flows in the axial sections 22a . 23a . 24a . 25a the channel structures of the second valve element 20 , which in the switching position shown, all to one channel structure 11 . 14 . 14 ' . 14 " of the first valve element 10 are aligned. The fluid leaves the expansion valve 100 through the respective channel structures 11 . 14 . 14 ' . 14 " of the first valve element 10 because these are the same number of fluid outlets 102 . 102 ' . 102 ' . 102 ' Form 'of the expansion valve.

Bei der in 6B abgebildeten Schaltstufe handelt es sich sozusagen um die größte Schaltstufe, bei der alle Kanalstrukturen gleichzeitig aktiv sind. Dementsprechend kann die Durchflussrate des Fluids bei dieser Schaltstellung am größten sein, da das Fluid durch alle Kanalstrukturen gleichzeitig strömen kann.At the in 6B The illustrated switching stage is, so to speak, the largest switching stage, in which all channel structures are active at the same time. Accordingly, the flow rate of the fluid may be greatest at this switching position because the fluid can flow through all the channel structures simultaneously.

Der Gesamtströmungswiderstand setzt sich hierbei auch wieder aus den einzelnen Strömungswiderständen der jeweils durchströmten Kanalstrukturen zusammen. Dabei können die einzelnen Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b außerdem unterschiedliche, nicht notwendigerweise über die Kanallänge gleichbleibende bzw. geometrisch variable, Strömungsquerschnitte aufweisen.The total flow resistance is in this case also composed of the individual flow resistances of the respectively flowed through channel structures. Here, the individual channel structures 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b . 26a . 26b also have different, not necessarily consistent over the channel length or geometrically variable, flow cross-sections.

Eine Stoppfunktion könnte hier beispielsweise durch Drehung des zweiten Ventilelements 20 um 180° im Vergleich zu der in 6A gezeigten Schaltstellung erreicht werden. Dabei würde keine der Kanalstrukturen 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b des zweiten Ventilelements 20 zu irgend einer der Kanalstrukturen 11, 14, 14', 14" des ersten Ventilelements 10 ausgerichtet sein.A stop function could here, for example, by rotation of the second valve element 20 by 180 ° compared to the in 6A shown switching position can be achieved. There would be none of the channel structures 22a . 22b . 23a . 23b . 24a . 24b . 25a . 25b . 26a . 26b of the second valve element 20 to any of the channel structures 11 . 14 . 14 ' , 14 "of the first valve element 10 be aligned.

Erfindungsgemäß sind bei dem hier vorgeschlagenen Expansionsventil 100 die einzelnen Stellungen der Ventilelemente 10, 20 zueinander in diskreten Stufen schaltbar.According to the invention, the expansion valve proposed here 100 the individual positions of the valve elements 10 . 20 switchable to each other in discrete stages.

Das Expansionsventil 100 könnte prinzipiell auch eine Kombination einer Parallelschaltung mit einer Reihenschaltung aufweisen. Ein solcher Fall ist beispielhaft in Form eines schematischen Blockdiagramms in 7 gezeigt.The expansion valve 100 could in principle also have a combination of a parallel connection with a series circuit. Such a case is exemplified in the form of a schematic block diagram in FIG 7 shown.

Der durch das Expansionsventil 100 verlaufende Fluidstrom führt zunächst durch eine Kanalstruktur 22 mit einem ersten Strömungswiderstand 71 und anschließend in eine Parallelschaltung von Kanalstrukturen 23, 24, 25 mit einem zweiten Strömungswiderstand 72, einem dritten Strömungswiderstand 73 und einem vierten Strömungswiderstand 74. Die Strömungswiderstände 71, 72, 73, 74 können gleich groß oder unterschiedlich sein. Die Kanalstruktur 22 ist mit der Parallelschaltung der Kanalstrukturen 23, 24, 25 in Reihe geschalten. Der Gesamtströmungswiderstand setzt sich hierbei auch wieder aus den einzelnen Strömungswiderständen der jeweils durchströmten Kanalstrukturen 22, 23, 24, 25 zusammen.The through the expansion valve 100 running fluid flow initially passes through a channel structure 22 with a first flow resistance 71 and then into a parallel circuit of channel structures 23 . 24 . 25 with a second flow resistance 72 , a third flow resistance 73 and a fourth flow resistance 74 , The flow resistance 71 . 72 . 73 . 74 can be the same size or different. The channel structure 22 is with the parallel connection of the channel structures 23 . 24 . 25 connected in series. The total flow resistance is in this case again made up of the individual flow resistances of the respectively flowed through channel structures 22 . 23 . 24 . 25 together.

Das Expansionsventil 100 kann aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, d.h. das Expansionsventil 100 kann beispielsweise Metall, Kunststoff, Glas oder Keramik aufweisen. The expansion valve 100 can be made of different materials, ie the expansion valve 100 may, for example, metal, plastic, glass or ceramic.

Die einzelnen Teile, d.h. das erste Ventilelement 10, das zweite Ventilelement 20 und die Abdeckung 30 können miteinander verschraubt, verklemmt, verklebt oder verschweißt sein.The individual parts, ie the first valve element 10 , the second valve element 20 and the cover 30 can be bolted, jammed, glued or welded together.

Die Kanalstrukturen, und hierbei insbesondere die radial verlaufenden Kanalstrukturen 22b, 23b, 24b, 25b, 26b können Mikrokanalstrukturen sein. Diese Mikrokanalstrukturen können Strömungsquerschnitte im Bereich von Quadratmillimetern oder Quadratmikrometern aufweisen. Die Mikrokanalstrukturen können beispielsweise mittels Präzisionsfräsen in das jeweilige Ventilelement 10, 20 eingebracht werden oder mittels Spritzguss oder Prägen erzeugt werden. Es ist auch denkbar, dass die Mikrokanalstrukturen unter Anwendung von Ätzprozessen in das jeweilige Ventilelement 10, 20 eingebracht werden, zum Beispiel wenn das jeweilige Ventilelement 10, 20 Silizium oder andere auf Ätzmittel reaktive Materialien enthält.The channel structures, and in particular the radially extending channel structures 22b . 23b . 24b . 25b . 26b may be microchannel structures. These microchannel structures may have flow areas in the range of square millimeters or square microns. The microchannel structures can, for example, by means of precision milling in the respective valve element 10 . 20 be introduced or produced by injection molding or embossing. It is also conceivable for the microchannel structures to be in the respective valve element using etching processes 10 . 20 are introduced, for example, when the respective valve element 10 . 20 Contains silicon or other etchant-reactive materials.

Das erfindungsgemäße Expansionsventil 100 kann außerdem Mittel zum Binden von Feuchtigkeit aufweisen. Als ein solches Mittel zum Binden von Feuchtigkeit kann beispielsweise Zeolith eingesetzt werden. Vorzugsweise wird das Zeolith in Form von Schüttgut oder als Sintermaterial eingesetzt.The expansion valve according to the invention 100 may also include moisture-binding agents. For example, zeolite may be used as such a moisture-binding agent. Preferably, the zeolite is used in the form of bulk material or as a sintered material.

Die Mittel zum Binden von Feuchtigkeit können beispielsweise in Fluidströmungsrichtung vor dem Fluideinlass 101 angeordnet werden. Vorzugsweise werden die Mittel zum Binden von Feuchtigkeit zwischen dem Fluideinlass 101 und dem ersten bzw. zweiten Ventilelement 10, 20 angeordnet. Die Mittel zum Binden von Feuchtigkeit können beispielsweise in der Ausnehmung 31 der Abdeckung 30 angeordnet sein. For example, the means for binding moisture may be in the fluid flow direction in front of the fluid inlet 101 to be ordered. Preferably, the means for binding moisture is between the fluid inlet 101 and the first and second valve elements 10 . 20 arranged. For example, the means for binding moisture may be in the recess 31 the cover 30 be arranged.

Die Mittel zum Binden von Feuchtigkeit können aber auch in einem oder mehreren der Kanalstrukturen 11, 14, 22, 23, 24, 25, 26 des ersten und/oder zweiten Ventilelements 10, 20 angeordnet werden, insbesondere dann, wenn die Mittel zum Binden von Feuchtigkeit in Form von losem Schüttgut vorliegen.However, the means for binding moisture may also be in one or more of the channel structures 11 . 14 . 22 . 23 . 24 . 25 . 26 the first and / or second valve element 10 , 20 are arranged, in particular, when the means for binding moisture in the form of loose bulk material.

Die Mittel zum Binden von Feuchtigkeit sind vorteilhaft, um eventuell vorhandene Feuchtigkeit im Kältemittel zu binden und so eine ungewollte Eisbildung an anderer Stelle im Kältekreislauf zu verhindern..The means for binding moisture are advantageous for binding any existing moisture in the refrigerant and thus prevent unwanted ice formation elsewhere in the refrigeration cycle.

Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Expansionsventil 100 mindestens einen Partikelfilter aufweisen. Der Partikelfilter ist vorteilhaft in Strömungsrichtung nach dem Mittel zum Binden von Feuchtigkeit angeordnet. Vorzugsweise filtert der Partikelfilter Partikel, die von dem Mittel zum Binden von Feuchtigkeit stammen, also beispielsweise Zeolithpartikel. Furthermore, the expansion valve according to the invention 100 have at least one particle filter. The particle filter is advantageously arranged in the flow direction downstream of the means for binding moisture. Preferably, the particulate filter filters particles originating from the moisture-binding agent, eg, zeolite particles.

Das erfindungsgemäße Expansionsventil 100 kann beispielsweise in einem Kältekreislauf zwischen zwei Wärmeübertragern anordenbar sein. Derartige Wärmeübertrager können beispielsweise sogenannte Verdampfer oder Verflüssiger sein. Das Expansionsventil kann beispielsweise zwischen einem solchen Verdampfer und einem Verflüssiger angeordnet sein. Das Expansionsventil 100 kann aber auch zwischen mindestens zwei Verdampfern angeordnet sein, denen mindestens ein Verflüssiger nachgeschaltet ist.The expansion valve according to the invention 100 For example, it can be arranged in a refrigeration cycle between two heat exchangers. Such heat exchangers can be, for example, so-called evaporators or condensers. The expansion valve may for example be arranged between such an evaporator and a condenser. The expansion valve 100 but can also be arranged between at least two evaporators, which at least one condenser is connected downstream.

Außerdem ist ein Haushaltskältegerät, insbesondere ein Kühl- und/oder Gefriergerät, mit einem erfindungsgemäßen Expansionsventil 100 denkbar. Hierbei sind vorzugsweise Kühl- und/oder Gefriergeräte mit einer Kälteleistung von weniger als 1000 Watt gemeint. Beispielsweise kann es sich hierbei um Kühlschränke, Gefrierschränke, oder um Kühl-Gefrierkombinationen handeln.In addition, a household refrigerator, in particular a refrigerator and / or freezer, with an expansion valve according to the invention 100 conceivable. In this case, preferably refrigerators and / or freezers are meant with a cooling capacity of less than 1000 watts. For example, these may be refrigerators, freezers, or fridge-freezers.

Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Expansionsventil 100 in jeder Art von Kältemaschine, insbesondere in Kompressionskältemaschinen, einsetzbar sein. Vorzugsweise ist das Expansionsventil 100 aber in Kältemaschinen mit Massenströmen kleiner 3 kg/h einsetzbar.In principle, the expansion valve according to the invention 100 be used in any type of chiller, in particular in compression refrigeration machines. Preferably, the expansion valve 100 but can be used in chillers with mass flows of less than 3 kg / h.

Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Expansionsventil 100 sowie das Konzept der vorliegenden Erfindung nochmals in anderen Worten beschrieben werden:Below is the expansion valve according to the invention 100 as well as the concept of the present invention are described again in other words:

Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Ventil 100, das einen Fluidstrom von nahezu 100% Maximaldurchfluss auf nahezu 0% Durchfluss in diskreten Stufen drosseln kann. Die primäre Anwendung wird als Mikroexpansionsventil 100 in Kältekreisläufen im unteren Kälteleistungsbereich gesehen, da es die eingangs erwähnte Problematik der Kältemitteldosierung bei geringen Masseströmen löst.An object of the invention is a valve 100 , which can throttle a fluid flow of nearly 100% maximum flow to almost 0% flow in discrete stages. The primary application is called micro expansion valve 100 Seen in refrigeration circuits in the lower cooling capacity, since it solves the above-mentioned problem of refrigerant metering at low mass flows.

Zwei Umsetzungsformen A und B werden mit Bezug auf die Figuren nochmals näher beschrieben. Ein zum Betrieb möglicher Antrieb ist in den Figuren nicht gezeigt. Zum Drehen der Drehscheibe (erstes Ventilelement 10 bzw. zweites Ventilelement 20) kann beispielsweise ein Schrittmotor eingesetzt werden.Two implementation forms A and B will be described in more detail with reference to the figures. A possible drive for operation is not shown in the figures. To turn the turntable (first valve element 10 or second valve element 20 ), for example, a stepper motor can be used.

Umsetzungsform AImplementation form A

Bei Umsetzungsform A (1A bis 1D) befinden sich im hier zweiteiligen Ventilsitz (zweites Ventilelement 20 mit erstem Teil 20a und zweitem Teil 20b) N Einlässe (axiale Abschnitte 22a, 23a, 24a, 25a) zu individuellen mikrofluidischen Kanalstrukturen (radiale Abschnitte 22b, 23b, 24b, 25b), deren jeweilige Auslässe wiederum zu einem einzigen gemeinsamen Hauptauslass (Fluidauslass 102) zusammengefasst sind.In implementation form A ( 1A to 1D ) are located in the here two-part valve seat (second valve element 20 with first part 20a and second part 20b ) N inlets (axial sections 22a . 23a . 24a . 25a ) to individual microfluidic channel structures (radial sections 22b . 23b . 24b . 25b ), whose respective outlets in turn to a single common main outlet (fluid outlet 102 ) are summarized.

Auf dem Ventilsitz 20 befindet sich eine drehbare Scheibe (erstes Ventilelement 10). Durch Drehpositionierung des Verteilers (erste Kanalstruktur 11) in der Drehscheibe 10 kann einerseits der Durchfluss durch das Ventil 100 komplett unterbunden oder andererseits jeweils eine der mikrofluidischen Kanalstrukturen 22b, 23b, 24b, 25b freigeschalten werden. Da sich die Kanalstrukturen 22b, 23b, 24b, 25b geometrisch unterscheiden und somit unterschiedlichen Strömungswiderstand besitzen, stellt jede Kanalstruktur 22b, 23b, 24b, 25b eine bestimmte Drosselstufe dar. Eine Struktur im Ventilsitz 20 kann dabei auch so ausgeführt sein, dass keine signifikante Drosselung stattfindet (Durchlass).On the valve seat 20 there is a rotatable disc (first valve element 10 ). By rotational positioning of the distributor (first channel structure 11 ) in the turntable 10 On the one hand, the flow through the valve 100 completely prevented or on the other hand in each case one of the microfluidic channel structures 22b . 23b . 24b . 25b be unlocked. As the channel structures 22b . 23b . 24b . 25b differ geometrically and thus have different flow resistance, represents each channel structure 22b . 23b . 24b . 25b a specific throttle stage. A structure in the valve seat 20 can also be designed so that no significant throttling takes place (passage).

Umsetzungsform BImplementation form B

Bei Umsetzungsform B (2A und 2B) befinden sich in der hier zweiteiligen Drehscheibe (zweites Ventilelement 20 mit erstem Teil 20a und zweitem Teil 20b) N Einlässe (radiale Abschnitte 22b, 23b, 24b, 25b) zu individuellen mikrofluidischen Kanalstrukturen (radiale Abschnitte 22b, 23b, 24b, 25b), deren jeweilige Auslässe (axiale Abschnitte 22a, 23a, 24a, 25a) sich an der Gleitfläche 12 zwischen Drehscheibe 20 und Ventilsitz (erstes Ventilelement 10) befinden, d.h. die mikrofluidischen Kanalstrukturen 22b, 23b, 24b, 25b befinden sich komplett in der Scheibe 20.In implementation form B ( 2A and 2 B ) are located in the here two-part turntable (second valve element 20 with first part 20a and second part 20b ) N inlets (radial sections 22b . 23b . 24b . 25b ) to individual microfluidic channel structures (radial sections 22b . 23b . 24b . 25b ), whose respective outlets (axial sections 22a . 23a . 24a . 25a ) on the sliding surface 12 between turntable 20 and Valve seat (first valve element 10 ), ie the microfluidic channel structures 22b . 23b . 24b . 25b are completely in the disk 20 ,

Der Ventilsitz 10 selbst enthält den Hauptauslass 11, 102. Durch Drehpositionierung der Scheibe 20 auf dem Ventilsitz 10 kann einerseits der Durchfluss durch das Ventil 100 komplett unterbunden oder andererseits jeweils eine der mikrofluidischen Kanalstrukturen 22b, 23b, 24b, 25b freigeschalten werden. Eine Kanalstruktur/Drehposition kann dabei auch so ausgeführt sein, dass keine signifikante Drosselung stattfindet (Durchlass).The valve seat 10 itself contains the main outlet 11 . 102 , By rotational positioning of the disc 20 on the valve seat 10 On the one hand, the flow through the valve 100 completely prevented or on the other hand in each case one of the microfluidic channel structures 22b . 23b . 24b . 25b be unlocked. A channel structure / rotational position can also be designed so that no significant throttling takes place (passage).

Funktionelle AbgrenzungFunctional demarcation

Fluidik allgemeinFluidics in general

Unterscheidet man funktionellIf one differentiates functionally

  • • Wegeventile (Schaltventile): Ventile mit mehreren Schaltstellungen, die das Fluid komplett sperren, freigeben oder zwischen verschiedenen Anschlüssen verschalten.• Directional Control Valves (Control Valves): Valves with multiple switch positions that completely block, release, or interconnect fluid between different ports.
  • • Stromventile: Ventile, die den Durchflussquerschnitt reduzieren oder ganz absperren. Im einfachsten Fall ändert sich hier der Durchfluss in Abhängigkeit der Druckdifferenz:
    • ○ Blendenventil (kurze Blendenstrecke) ■ Starr ■ Verstellbar
    • o Drosselventil (längere Drosselstrecke) ■ Starr ■ Verstellbar
    • Flow valves: valves that reduce or shut off the flow area. In the simplest case, the flow changes depending on the pressure difference:
    • ○ Shutter valve (short iris) ■ Rigid ■ Adjustable
    • o Throttle valve (longer throttle section) ■ Rigid ■ Adjustable

So kann die vorliegende Erfindung als Wegeventil mit integrierten, verschieden ausgeführten, starren Drosseln betrachtet werden.Thus, the present invention can be considered as a directional valve with integrated, differently designed, rigid chokes.

Während verstellbare Stromventile typischerweise den effektiven Querschnitt nur lokal eingegrenzt an einer Stelle verändern (vergl. Nadelventil), werden im vorliegenden Fall mikrofluidische Kanalstrukturen „geschalten“, d.h. abhängig von der Schaltstufe werden ggf. auch unterschiedliche Fluidpfade durchströmt. Vergleicht man die vorliegende Erfindung beispielsweise mit einem Nadelventil, so ergeben sich die in Tabelle 1 dargestellten Unterschiede. Tabelle 1: Vergleich Nadelventil mit vorliegender Erfindung. Nadelventil Vorliegende Erfindung Stetiger Schaltverlauf N diskrete Schaltstufen Mechanische Präzision und Positioniergenauigkeit des Stellglieds bestimmen die erzielbare Durchflussgenauigkeit. Lediglich die Präzision der mikrofluidischen Kanalstrukturen bestimmt die erzielbare Durchflussgenauigkeit. Begrenzter Dynamikbereich: Es ist nicht praktikabel sehr kleine und größere Durchflüsse in einem Ventil abzubilden: Unbegrenzter Dynamikbereich: Das Stellglied kann - unabhängig vom zu realisierenden Durchfluss - die Schaltpositionen immer gleich Anfahren, da die Veränderung des Durchflusses komplett durch den jeweiligen mikrofluidischen Kanal realisiert wird. Kleiner Durchfluss erfordert präzise Mechanik da kleinster Ventilspalt, diese präzise Mechanik ist für größere Durchflüsse jedoch zu langsam. While adjustable flow control valves typically only locally limit the effective cross section at one point (see needle valve), in the present case microfluidic channel structures are "switched", ie depending on the switching stage, different fluid paths may also be flowed through. Comparing the present invention, for example, with a needle valve, the differences shown in Table 1 result. Table 1: Comparison needle valve of the present invention. needle valve Present invention Continuous switching process N discrete switching stages Mechanical precision and positioning accuracy of the actuator determine the achievable flow accuracy. Only the precision of the microfluidic channel structures determines the achievable flow accuracy. Limited dynamic range: It is not practical to map very small and larger flows in a valve: Unlimited dynamic range: The actuator can - regardless of the flow to be realized - the switching positions always start the same, since the change of the flow is completely realized by the respective microfluidic channel. Small flow requires precise mechanics since smallest valve gap, but this precise mechanism is too slow for larger flow rates.

Mit anderen Worten - mit einer relativ groben Ventilaktorik können auch geringe Massenströme präzise gedrosselt werden.In other words - with a relatively coarse Ventilaktorik even small mass flows can be precisely throttled.

Kältetechnikrefrigeration technology

In der Kältetechnik werden als „kleine“ (Expansions-)Ventile bevorzugt folgende Ventiltypen eingesetzt:

  • • Wegeventile basierend auf drehbaren Scheiben (nur an/aus)
  • • Wegeventile allgemein (nur an/aus bzw. Pulsweitenmodulation)
  • • Nadelventile (stetige Verstellbarkeit)
  • • Stromventile basierend auf drehbaren Scheiben (zumindest als Patent)
In refrigeration, the following valve types are preferably used as "small" (expansion) valves:
  • • directional valves based on rotatable discs (only on / off)
  • • Directional valves in general (only on / off or pulse width modulation)
  • • Needle valves (continuous adjustability)
  • • Flow valves based on rotatable discs (at least as a patent)

Weitere technische AusführungsformenFurther technical embodiments

Zugrundeliegendes WegeventilUnderlying directional valve

Die Umsetzungsformen A und B können als Kombination eines (makroskopischen) Wegeventils basierend auf einer Drehscheibe und (mikroskopischer) mikrofluidischer Kanälen zur Drosselung verstanden werden.Implementation forms A and B can be understood as a combination of a (macroscopic) directional valve based on a turntable and (microscopic) microfluidic channels for throttling.

Alternativ wäre es jedoch auch möglich jedes beliebige andere (translatorische, rotatorische,...) Wegeventil als Grundlage zu verwenden, solange die notwendige Anzahl an Schaltstufen zur Verfügung gestellt wird.Alternatively, it would also be possible to use any other (translational, rotary, ...) directional control valve as a basis, as long as the necessary number of switching stages is provided.

Antriebdrive

Es wird vorgeschlagen einen Schrittmotor zum Antrieb der Drehscheibe 10, 20 zu verwenden. Grundsätzlich könnten hier auch andere Antriebsformen zum Einsatz kommen.It is proposed a stepper motor for driving the turntable 10 . 20 to use. In principle, other types of drive could also be used here.

Verschaltung der KanalstrukturenInterconnection of the channel structures

Grundsätzlich können die mikrofluidischen Kanalstrukturen, ähnlich einem elektrischen Widerstandsnetzwerk, auf unterschiedliche Weise verschalten werden:

  1. a) Individuell (siehe 1A bis 1D sowie 2A und 2B)
  2. b) Seriell (siehe 3A, 3B, 4A, 4B)
  3. c) Parallel (siehe 5A, 5B, 6A, 6B)
  4. d) sowie Kombinationen aus a)-c) (siehe 7)
In principle, the microfluidic channel structures, similar to an electrical resistance network, can be interconnected in different ways:
  1. a) Individual (see 1A to 1D and 2A and 2B)
  2. b) Serial (see 3A . 3B . 4A . 4B )
  3. c) Parallel (see 5A . 5B . 6A . 6B )
  4. d) and combinations of a) -c) (see 7 )

Bei beiden Umsetzungsformen A und B werden die Kanalstrukturen entsprechend a) individuell verschalten.In both implementation forms A and B, the channel structures are interconnected according to a) individually.

Anordnungen der Kanalstrukturen in Bezug auf die DrehscheibeArrangements of the channel structures with respect to the turntable

Die Umsetzungsformen A und B unterscheiden sich in Bezug auf die Anordnung der Kanalstrukturen:

  • • Geschlossene Kanalstruktur unterhalb der Drehscheibe (Umsetzungsform A)
  • • Geschlossene Kanalstruktur in der Drehscheibe (Umsetzungsform B)
The implementation forms A and B differ with regard to the arrangement of the channel structures:
  • • Closed channel structure below the turntable (implementation form A)
  • • Closed channel structure in the turntable (implementation form B)

Grundsätzlich können die mikrofluidischen Kanalstrukturen dabei auch wie folgt angeordnet sein:

  • • Offene Kanalstruktur auf der Unterseite der Drehscheibe (rotierend auf dem Ventilsitz)
  • • Offene Kanalstruktur an der Oberseite des Ventilsitzes (Drehscheibe gleitet darüber)
In principle, the microfluidic channel structures can also be arranged as follows:
  • • Open channel structure on the underside of the turntable (rotating on the valve seat)
  • • Open channel structure at the top of the valve seat (turntable slides over)

Mögliche Zusatzfunktionalitäten / speziell KältetechnikPossible additional functionalities / especially refrigeration technology

  • • Steuerung/Regelung durch Geräteelektronik• Control / regulation by device electronics
  • • Ventil enthält „Bypass“, der beim Vakuumziehen in der Fertigung geöffnet wird (besser/schneller Vakuum im Kältekreislauf herstellen, Vermeidung von langen Vakuumierzeiten bzw. von zweiseitigem Vakuumziehen auf Hoch- und Niederdruckseite.• Valve contains "Bypass", which is opened during production vacuum drawing (better / faster production of vacuum in the refrigeration circuit, avoidance of long vacuuming times or double-sided vacuum drawing on the high and low pressure side.
  • • Integration des Trockners: Ventil enthält Stoffe z.B. Zeolith, die in gesinterter Form oder Schüttgut Feuchtigkeit aufnehmen können und somit die Funktion des Trockners übernehmen:
    • o Stoffe können eine Filterfunktion für Partikel erfüllen.
    • o Stoffe können im Ventil oder im Rohranschluss platziert sein.
    • o Stoffe können so ausgeführt sein, dass sie wechselbar sind ohne das Ventil auszutauschen.
    • Integration of the dryer: Valve contains substances such as zeolite, which can absorb moisture in sintered form or bulk material and thus take over the function of the dryer:
    • o Substances can fulfill a filter function for particles.
    • o Substances can be placed in the valve or in the pipe connection.
    • o Substances may be designed to be interchangeable without replacing the valve.
  • • Vor- bzw. nachgeschaltete Teil- oder Grunddrosselung:
    • ○ Ventil enthält z.B. Sinterkörper (ggf. als Teil des Trockners). Der Sinterkörper kann eine Teil- oder Grunddrosselung übernehmen, damit die Kanäle größer ausgelegt werden können und um das Verschmutzungsproblem zu umgehen.
    • ○ Dasselbe könnten natürlich auch erreicht werden, indem z.B. der Ein- oder Ausgang des Ventils bereits verengt ist bzw. ein Filter, Sinterkörper, Vorkapillare, etc. hinzugefügt wird.
    • upstream or downstream partial or basic throttling:
    • ○ Valve contains eg sintered body (if necessary as part of the dryer). The sintered body can take over a partial or basic throttling, so that the channels can be designed larger and to avoid the problem of contamination.
    • ○ The same could of course be achieved, for example, by the inlet or outlet of the valve is already narrowed or a filter, sintered body, Vorkapillare, etc. is added.
  • • Ventil enthält Partikelfilter
    • ○ Partikelfilter kann tauschbar angeordnet sein, so dass das Ventil nicht ausgetauscht werden muss.
    • Valve contains particulate filter
    • ○ Particulate filter can be interchangeable, so the valve does not need to be replaced.
  • • Verschweißter Ventilkörper• Welded valve body
  • • Positionierung des Ventils im Kältekreislauf
    • ○ Art der Befestigung
    • Positioning of the valve in the refrigeration circuit
    • ○ Type of attachment
  • • Fluid
    • ○ Kältemittel kann gas/flüssig oder dampfförmig sein
    • fluid
    • ○ Refrigerant can be gas / liquid or vapor

Im Folgenden sind denkbare Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Expansionsventils 100 nochmals stichpunktartig zusammengefasst:

  • Drosselventil 100 für Fluide, das einen Fluidstrom blockiert oder drosselt,
  • wobei das Drosselventil 100 mikrostrukturierte Elemente 22a, 22b, 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b enthält,
  • • wobei die Drosselung in diskreten Abstufungen erfolgt,
  • • wobei der einströmende Fluidstrom durch ein Stellglied blockiert oder auf einen oder mehrere Mikrokanäle verschaltet wird,
  • • wobei die Mikrokanäle innerhalb des Ventils wieder in einen einzigen ausströmenden Fluidstrom münden,
  • • wobei die Drosselfunktion hauptsächlich durch den Strömungswiderstand des Mikrokanals erzeugt wird,
  • • wobei zusätzlich zur Drosselung der verschaltbaren Mikrokanäle ein Teil der Drosselung (Grunddrosselung) durch einen bei Durchfluss immer durchströmte vor- oder nachgeschaltete Komponente (Widerstand) erzeugt wird,
  • • wobei jeweils kein oder nur ein Mikrokanal aktiv ist (Individualschaltung),
  • • wobei es sich bei dem Ventil um ein Drehventil handelt,
  • • wobei die Mikrokanäle in die Drehscheibe integriert sind:
    • ○ Scheibe mit Kanälen ist drehbar, oder
  • • wobei die Mikrokanäle unterhalb der Drehscheibe liegen:
    • ○ Kanäle sind nicht drehbar.
In the following are conceivable embodiments of the expansion valve according to the invention 100 summarized in a nutshell:
  • throttle valve 100 for fluids that block or restrict fluid flow,
  • • where the throttle valve 100 microstructured elements 22a . 22b . 23a . 23b . 24a , 24b, 25a, 25b, 26a, 26b,
  • • where the throttling takes place in discrete steps,
  • Wherein the inflowing fluid flow is blocked by an actuator or connected to one or more microchannels,
  • • wherein the microchannels within the valve re-open into a single outflowing fluid stream,
  • Wherein the throttling function is mainly generated by the flow resistance of the microchannel,
  • Wherein, in addition to the throttling of the interconnectable microchannels, part of the throttling (basic throttling) is generated by a forward or downstream component (resistance), which is always flowed through in the course of flow,
  • • where no or only one micro-channel is active (individual switching),
  • • where the valve is a rotary valve,
  • • where the microchannels are integrated in the turntable:
    • ○ Disc with channels is rotatable, or
  • • where the microchannels are below the turntable:
    • ○ Channels are not rotatable.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011004109 A1 [0008]DE 102011004109 A1 [0008]
  • DE 3108051 A1 [0010]DE 3108051 A1 [0010]

Claims (26)

Expansionsventil (100) zum Vermindern eines Drucks eines durch das Expansionsventil (100) entlang eines Fluidströmungspfads (110, 111, 112, 121, 122, 123) hindurchfließenden Fluids, wobei das Expansionsventil (100) aufweist: wenigstens einen Fluideinlass (101) und wenigstens einen Fluidauslass (102), ein erstes Ventilelement (10) mit zumindest einer ersten Kanalstruktur (11), ein zweites Ventilelement (20) mit zumindest einer zweiten Kanalstruktur (22a, 22b) und einer dritten Kanalstruktur (23a, 23b), wobei das erste Ventilelement (10) und das zweite Ventilelement (20) relativ zueinander bewegbar sind, wobei in einer ersten Stellung der Ventilelemente (10, 20) die erste Kanalstruktur (11) und die zweite Kanalstruktur (22a, 22b) zueinander ausgerichtet sind und einen ersten Fluidströmungspfad mit einem ersten Strömungswiderstand zwischen dem Fluideinlass (101) und dem Fluidauslass (102) bilden, und wobei in einer zweiten Stellung der Ventilelemente (10, 20) die erste Kanalstruktur (11) und die dritte Kanalstruktur (23a, 23b) zueinander ausgerichtet sind und einen zweiten Fluidströmungspfad mit einem zweiten von dem ersten Strömungswiderstand verschiedenen Strömungswiderstand zwischen dem Fluideinlass (101) und dem Fluidauslass (102) bilden.An expansion valve (100) for reducing a pressure of a fluid flowing through the expansion valve (100) along a fluid flow path (110, 111, 112, 121, 122, 123), the expansion valve (100) comprising: at least one fluid inlet (101) and at least one fluid outlet (102), a first valve element (10) with at least one first channel structure (11), a second valve element (20) having at least one second channel structure (22a, 22b) and a third channel structure (23a, 23b), wherein the first valve element (10) and the second valve element (20) are movable relative to one another, wherein in a first position of the valve elements (10, 20) the first channel structure (11) and the second channel structure (22a, 22b) are aligned with each other and a first fluid flow path having a first flow resistance between the fluid inlet (101) and the fluid outlet (102). form, and wherein in a second position of the valve elements (10, 20) the first channel structure (11) and the third channel structure (23a, 23b) are aligned with each other and a second fluid flow path having a second flow resistance different from the first flow resistance between the fluid inlet (101) and form the fluid outlet (102). Expansionsventil (100) nach Anspruch 1, wobei die zweite Kanalstruktur (22a, 22b) einen ersten variablen oder konstanten Strömungsquerschnitt aufweist, und wobei die dritte Kanalstruktur (23a, 23b) einen von dem ersten Strömungsquerschnitt unterschiedlichen zweiten variablen oder konstanten Strömungsquerschnitt aufweist.Expansion valve (100) after Claim 1 wherein the second channel structure (22a, 22b) has a first variable or constant flow cross section, and wherein the third channel structure (23a, 23b) has a second variable or constant flow cross section different from the first flow cross section. Expansionsventil (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einer dritten Stellung der Ventilelemente (10, 20) die in dem ersten Ventilelement (10) vorgesehene erste Kanalstruktur (11) nicht zu einer der in dem zweiten Ventilelement (20) vorgesehenen Kanalstrukturen (22a, 22b; 23a, 23b) ausgerichtet ist, und ein Fluidstrom zwischen dem Fluideinlass (101) und dem Fluidauslass (102) dadurch unterbrochen ist.Expansion valve (100) after Claim 1 or 2 in which, in a third position of the valve elements (10, 20), the first channel structure (11) provided in the first valve element (10) is not aligned with one of the channel structures (22a, 22b, 23a, 23b) provided in the second valve element (20) is, and a fluid flow between the fluid inlet (101) and the fluid outlet (102) is interrupted thereby. Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die den ersten Fluidströmungspfad bildenden erste und zweite Kanalstrukturen (11; 22a, 22b) oder die den zweiten Fluidströmungspfad bildenden erste und dritte Kanalstrukturen (11; 23a, 23b) als eine durch das erste und das zweite Ventilelement (10, 20) durchgehende Öffnung ohne signifikante Drosselung ausgebildet sind.The expansion valve (100) according to any one of the preceding claims, wherein the first and second channel structures (11; 22a, 22b) forming the first fluid flow path or the first and third channel structures (11; 23a, 23b) forming the second fluid flow path are one through the first and second channel structures the second valve element (10, 20) through opening are formed without significant throttling. Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die erste Kanalstruktur (11) in dem ersten Ventilelement (10) zumindest abschnittsweise in axialer Richtung (33) und/oder in radialer Richtung (34) erstreckt, und/oder wobei sich die zweite und dritte Kanalstruktur (22a, 22b; 23a, 23b) in dem zweiten Ventilelement (20) zumindest abschnittsweise (22b, 23b) in radialer Richtung (34) und/oder in axialer Richtung (33) erstrecken.Expansion valve (100) according to one of the preceding claims, wherein the first channel structure (11) in the first valve element (10) extends at least partially in the axial direction (33) and / or in the radial direction (34), and / or wherein the second and third channel structure (22a, 22b, 23a, 23b) extend in the second valve element (20) at least in sections (22b, 23b) in the radial direction (34) and / or in the axial direction (33). Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ventilelement (10) in axialer Richtung (33) konzentrisch mit dem zweiten Ventilelement (20) ausgerichtet ist.Expansion valve (100) according to one of the preceding claims, wherein the first valve element (10) in the axial direction (33) concentrically aligned with the second valve element (20). Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ventilelement (10) eine dem zweiten Ventilelement (20) zugewandte Fläche (12) aufweist und das zweite Ventilelement (20) relativ zu dem ersten Ventilelement (10) in einer Ebene (E1) parallel zu dieser Fläche (12) bewegbar ist.Expansion valve (100) according to one of the preceding claims, wherein the first valve element (10) has a surface (12) facing the second valve element (20), and the second valve element (20) is arranged relative to the first valve element (10) in a plane (E 1 ) is movable parallel to this surface (12). Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ventilelement (10) und das zweite Ventilelement (20) rotatorisch relativ zueinander bewegbar sind, sodass eine Bewegung von der ersten Stellung der Ventilelemente (10, 20) zu der zweiten Stellung der Ventilelemente (10, 20) mittels einer Rotation des ersten Ventilelements (10) relativ zu dem zweiten Ventilelement (20) ausführbar ist.An expansion valve (100) according to any one of the preceding claims, wherein the first valve element (10) and the second valve element (20) are rotationally movable relative to each other such that movement from the first position of the valve elements (10, 20) to the second position of the valve elements (10, 20) is executable by means of a rotation of the first valve element (10) relative to the second valve element (20). Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelnen Stellungen der Ventilelemente (10, 20) zueinander in diskreten Stufen schaltbar sind.Expansion valve (100) according to one of the preceding claims, wherein the individual positions of the valve elements (10, 20) to each other in discrete stages are switchable. Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Expansionsventil (100) eine Abdeckung (30) aufweist, wobei die Abdeckung (30) unbeweglich mit dem zweiten Ventilelement (20) verbunden ist und das erste Ventilelement (10) innerhalb der Abdeckung (30) relativ zu dem zweiten Ventilelement (20) bewegbar angeordnet ist. An expansion valve (100) according to any one of the preceding claims, wherein the expansion valve (100) comprises a cover (30), the cover (30) being immovably connected to the second valve element (20) and the first valve element (10) within the cover (10). 30) is arranged movable relative to the second valve element (20). Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Ventilelement (10) vor dem zweiten Ventilelement (20) angeordnet ist, bezogen auf die Strömungsrichtung des Fluids von dem Fluideinlass (101) zu dem Fluidauslass (102).An expansion valve (100) according to any one of the preceding claims, wherein the first valve member (10) is disposed in front of the second valve member (20) with respect to the flow direction of the fluid from the fluid inlet (101) to the fluid outlet (102). Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Ventilelement (20) zweiteilig (20a, 20b) ausgebildet ist, wobei ein erster Teil (20b) des zweiten Ventilelements zumindest einen Abschnitt (22b, 23b) der zweiten und dritten Kanalstrukturen (22a, 22b; 23a, 23b) sowie den Fluidauslass (102) aufweist, wobei diese Abschnitte (22b, 23b) der zweiten und dritten Kanalstrukturen innerhalb des ersten Teils (20b) des zweiten Ventilelements jeweils mit dem Fluidauslass (102) verbunden sind.Expansion valve (100) according to one of the preceding claims, wherein the second valve element (20) is formed in two parts (20a, 20b), wherein a first part (20b) of the second valve element at least a portion (22b, 23b) of the second and third channel structures ( 22a, 22b, 23a, 23b) and the fluid outlet (102), wherein these portions (22b, 23b) of the second and third channel structures within the first part (20b) of the second valve element are each connected to the fluid outlet (102). Expansionsventil (100) nach Anspruch 12, wobei zwischen dem ersten Teil (20b) des zweiten Ventilelements (20) und dem zweiten Teil (20a) des zweiten Ventilelements (20) eine Dichtung angeordnet ist, die die in dem ersten Teil (20b) des zweiten Ventilelements (20) ausgebildeten zweiten und dritten Kanalstrukturen (22a, 22b; 23a, 23b) fluidisch gegeneinander abdichtet.Expansion valve (100) after Claim 12 in that between the first part (20b) of the second valve element (20) and the second part (20a) of the second valve element (20) is arranged a seal which forms the second part formed in the first part (20b) of the second valve element (20) and third channel structures (22a, 22b, 23a, 23b) fluidly against each other. Expansionsventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Expansionsventil (100) eine Abdeckung (30) aufweist, wobei die Abdeckung (30) unbeweglich mit dem ersten Ventilelement (10) verbunden ist und das zweite Ventilelement (20) innerhalb der Abdeckung (30) relativ zu dem ersten Ventilelement (10) bewegbar angeordnet ist.Expansion valve (100) after one of the Claims 1 to 9 wherein the expansion valve (100) comprises a cover (30), wherein the cover (30) is immovably connected to the first valve element (10) and the second valve element (20) within the cover (30) relative to the first valve element (10 ) is arranged movable. Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Ventilelement (20) vor dem ersten Ventilelement (10) angeordnet ist, bezogen auf die Strömungsrichtung des Fluids von dem Fluideinlass (101) zu dem Fluidauslass (102).An expansion valve (100) according to any one of the preceding claims, wherein the second valve member (20) is disposed in front of the first valve member (10) with respect to the flow direction of the fluid from the fluid inlet (101) to the fluid outlet (102). Expansionsventil (100) nach Anspruch 15, wobei das zweite Ventilelement (20) zweiteilig (20a, 20b) ausgebildet ist, wobei ein erster Teil (20b) des zweiten Ventilelements (20) die zweite und dritte Kanalstruktur (22a, 22b; 23a, 23b) aufweist, und ein zweiter Teil (20a) des zweiten Ventilelements (20) eine geschlossene Abdeckung der zweiten und dritten Kanalstrukturen (22a, 22b; 23a, 23b) bildet.Expansion valve (100) after Claim 15 wherein the second valve element (20) is formed in two parts (20a, 20b), wherein a first part (20b) of the second valve element (20) has the second and third channel structure (22a, 22b; 23a, 23b), and a second part (20a) of the second valve element (20) forms a closed cover of the second and third channel structures (22a, 22b; 23a, 23b). Expansionsventil (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die erste Kanalstruktur (11) den Fluidauslass (102) des Expansionsventils (100) bildet.Expansion valve (100) after one of the Claims 14 to 16 wherein the first channel structure (11) forms the fluid outlet (102) of the expansion valve (100). Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der ersten und zweiten Stellung der Ventilelemente (10, 20) jeweils genau eine der zweiten und dritten Kanalstrukturen (22a, 22b; 23a, 23b) des zweiten Ventilelements (20) mit dem Fluidauslass (102) fluidisch gekoppelt ist, um einen einzigen Fluidströmungspfad zwischen dem Fluideinlass (101) und dem Fluidauslass (102) zu bilden.Expansion valve (100) according to one of the preceding claims, wherein in the first and second positions of the valve elements (10, 20) each exactly one of the second and third channel structures (22a, 22b, 23a, 23b) of the second valve element (20) with the fluid outlet (102) is fluidically coupled to form a single fluid flow path between the fluid inlet (101) and the fluid outlet (102). Expansionsventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die zweite Kanalstruktur (22a, 22b) und die dritte Kanalstruktur (23a, 23b) innerhalb des zweiten Ventilelements (20) zumindest abschnittsweise (22b, 23b) miteinander verbunden sind, wobei sich in der zweiten Stellung der Ventilelemente (10, 20) der zweite Fluidströmungspfad aus der zweiten und der damit verbundenen dritten Kanalstruktur zusammensetzt (22b, 23b), und der zweite Fluidströmungspfad einen Gesamtströmungswiderstand aufweist, der sich aus dem Strömungswiderstand der zweiten Kanalstruktur (22b) und dem Strömungswiderstand der damit verbundenen dritten Kanalstruktur (23b) zusammensetzt.Expansion valve (100) after one of the Claims 1 to 17 wherein the second channel structure (22a, 22b) and the third channel structure (23a, 23b) are connected to one another within the second valve element (20) at least in sections (22b, 23b), wherein in the second position the valve elements (10, 20) the second fluid flow path is composed of the second and the associated third channel structure (22b, 23b), and the second fluid flow path has a total flow resistance composed of the flow resistance of the second channel structure (22b) and the flow resistance of the third channel structure (23b) connected thereto , Expansionsventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das erste Ventilelement (10) mindestens eine vierte Kanalstruktur (14) aufweist, und wobei in der ersten Stellung der Ventilelemente (10, 20) zusätzlich die dritte Kanalstruktur (23a, 23b) und die vierte Kanalstruktur (14) zueinander ausgerichtet sind und einen dritten Fluidströmungspfad mit einem dritten Strömungswiderstand zwischen dem Fluideinlass (101) und dem Fluidauslass (102) bilden.Expansion valve (100) after one of the Claims 1 to 17 wherein the first valve element (10) has at least one fourth channel structure (14), and wherein in the first position of the valve elements (10, 20) additionally the third channel structure (23a, 23b) and the fourth channel structure (14) are aligned with each other and forming a third fluid flow path having a third flow resistance between the fluid inlet (101) and the fluid outlet (102). Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Expansionsventil (100) genau einen Fluidauslass (102) aufweist und die zweite und dritte Kanalstruktur (22a, 22b; 23a, 23b) des zweiten Ventilelements (20) mit diesem einen Fluidauslass (102) fluidisch koppelbar sind.An expansion valve (100) according to any one of the preceding claims, wherein the expansion valve (100) has precisely one fluid outlet (102) and the second and third channel structures (22a, 22b, 23a, 23b) of the second valve element (20) have a fluid outlet (102 ) are fluidically coupled. Expansionsventil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das erste Ventilelement (10) mindestens eine vierte Kanalstruktur (14) aufweist und die erste und die vierte Kanalstruktur (11, 14) jeweils einen Fluidauslass (102, 102') des Expansionsventils (100) bilden.Expansion valve (100) after one of the Claims 1 to 20 wherein the first valve element (10) has at least one fourth channel structure (14) and the first and fourth channel structures (11, 14) each form a fluid outlet (102, 102 ') of the expansion valve (100). Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Expansionsventil (100) in einem Kältekreislauf zwischen zwei Wärmeübertragern anordenbar ist. Expansion valve (100) according to one of the preceding claims, wherein the expansion valve (100) can be arranged in a refrigeration cycle between two heat exchangers. Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Expansionsventil (100) Mittel zum Binden von Feuchtigkeit aufweist.An expansion valve (100) according to any one of the preceding claims, wherein the expansion valve (100) comprises means for binding moisture. Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Expansionsventil (100) mindestens einen Partikelfilter aufweist.An expansion valve (100) according to any one of the preceding claims, wherein the expansion valve (100) comprises at least one particulate filter. Haushaltskältegerät, insbesondere Kühl- und/oder Gefriergerät, mit einem Expansionsventil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Domestic refrigerating appliance, in particular refrigerator and / or freezer, with an expansion valve (100) according to one of the preceding claims.
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