DE102017208179A1 - Valve for controlling a fluid flow - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Ventil (1), insbesondere Expansionsventil, zur Steuerung eines Fluidstroms, aufweisend ein Ventilgehäuse (20), mit einer ersten, zweiten und dritten Öffnung (12, 14, 16), und ein Ventilmittel (20). Es wird vorgeschlagen, dass das Ventilmittel (20) translatorisch, insbesondere entlang der Längsachse des Ventils (1), und rotatorisch, insbesondere um die Längsachse rotatorisch, beweglich innerhalb des Ventilgehäuses (10) angeordnet ist. The invention relates to a valve (1), in particular an expansion valve, for controlling a fluid flow, comprising a valve housing (20), having first, second and third openings (12, 14, 16), and valve means (20). It is proposed that the valve means (20) is arranged in translation, in particular along the longitudinal axis of the valve (1), and rotationally, in particular rotatably about the longitudinal axis, within the valve housing (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Expansionsventil, nach Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to a valve, in particular an expansion valve, according to the preamble of the main claim.
Es sind bereits Ventile zur Regelung eines Fluidstroms bekannt. Auch ist bekannt zur Regelung von mehr als einem Fluidstrom eine entsprechende Anzahl an Ventilen einzusetzen.There are already known valves for controlling a fluid flow. It is also known to use a corresponding number of valves to control more than one fluid flow.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteilhaft ist, dass ein erfindungsgemäßes Ventil den Fluidstrom für beispielsweise zwei Verdampfer so einstellen kann, dass ein kontinuierlicher Betrieb mit gewünschten Kälteleistungen und gewünschter Überhitzung dargestellt werden kann. Dabei kann eine Ventilposition angefahren werden, die für zwei Verdampfer gleichzeitig die gewünschten gleichmäßigen Fluidströme, insbesondere Kältemittelströme, bereitstellt. Ist eine geeignete Ventilposition eingestellt, so muss das Ventil solange nicht bewegt werden, wie die Kälteleistungen oder Temperaturen an den Verdampfern sich nicht ändern, wodurch Energie gespart werden kann und der Verschleiß des Ventilantriebs reduziert wird.It is advantageous that a valve according to the invention can adjust the fluid flow for, for example, two evaporators so that a continuous operation with desired cooling capacities and desired superheating can be represented. In this case, a valve position can be approached, which simultaneously provides the desired uniform fluid flows, in particular refrigerant flows, for two evaporators. If a suitable valve position is set, the valve need not be moved as long as the cooling capacities or temperatures at the evaporators do not change, which can save energy and reduce valve wear.
Ein erfindungsgemäßes Ventil ermöglicht insbesondere durch eine mechanische Kopplung einer translatorischen Bewegung und einer Drehbewegung eine unabhängige Expansionsregelung für zwei Verdampfer mit nur einem Ventilantrieb, was insbesondere Kosten einspart. Die mechanische Kopplung der beiden Bewegungen und die Ausformung des sich drehenden Ventilmittels ist so gestaltet, dass sich die Öffnungsquerschnitte an den Ausgängen als Funktion der Ventilantriebsposition derartig überlagern, dass alle gewünschten Kombinationen an Fluidströmungen, insbesondere Kältemittelströmungen an den beiden Ausgängen ermöglicht sind.An inventive valve allows in particular by a mechanical coupling of a translational movement and a rotary motion independent expansion control for two evaporators with only one valve drive, which saves in particular costs. The mechanical coupling of the two movements and the formation of the rotating valve means is designed so that superimpose the opening cross sections at the outputs as a function of the valve drive position such that all desired combinations of fluid flows, in particular refrigerant flows are made possible at the two outputs.
Besonders vorteilhaft ist, dass das Ventilmittel translatorisch, insbesondere entlang der Längsachse des Ventils, und rotatorisch, insbesondere um die Längsachse drehbar, beweglich innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet ist. Es lassen sich zwei Fluidströme regeln. Das Ventil besitzt eine erste, eine zweite und eine dritte Öffnung, wobei eine der Öffnungen als Eingang und zwei der Öffnungen als Ausgang fungieren. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Öffnung als Radialbohrung und die dritte Öffnung als Axialbohrung innerhalb des Ventilgehäuses ausgebildet.It is particularly advantageous that the valve means is arranged translationally, in particular along the longitudinal axis of the valve, and rotationally, in particular rotatable about the longitudinal axis, movable within the valve housing. It can regulate two fluid flows. The valve has a first, a second and a third opening, wherein one of the openings as an input and two of the openings act as an output. Preferably, the first and the second opening are formed as a radial bore and the third opening as an axial bore within the valve housing.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.The measures listed in the dependent claims, advantageous refinements and improvements of the main claim features.
Vorteilhaft ist, dass das Ventilmittel ein erstes Ventilglied und ein zweites Ventilglied umfasst. Eine vorteilhafte einfach herstellbare Ausgestaltung ergibt sich.It is advantageous that the valve means comprises a first valve member and a second valve member. An advantageous simple to manufacture embodiment results.
Als vorteilhaft ist anzusehen, dass das erste Ventilglied eine rotationssymmetrische Grundform, insbesondere eine zylinderförmige oder kugelförmige Grundform, aufweist. Vorzugsweise ist das Ventilglied als Hohlzylinder ausgebildet. Eine einfache Regelung der Durchströmung der ersten und der zweiten Öffnung ist gegeben. Ferner ist eine solche Form einfach herstellbar. Die Regelung der Durchströmung ist hierbei abhängig von der Überdeckung der Öffnungen durch das erste Ventilglied regelbar.It is to be regarded as advantageous that the first valve member has a rotationally symmetrical basic shape, in particular a cylindrical or spherical basic shape. Preferably, the valve member is formed as a hollow cylinder. A simple control of the flow through the first and the second opening is given. Furthermore, such a shape is easy to produce. The regulation of the flow is hereby dependent on the overlap of the openings by the first valve member controllable.
Von Vorteil ist, dass das erste Ventilglied mindestens eine Ausnehmung aufweist. Die Ausnehmung reguliert oder unterbricht abhängig von ihrer Ausbildung und der Ventilposition, insbesondere der Drehposition, des Ventilglieds gegenüber der ersten und der zweiten Öffnung, einen Fluidstrom durch die erste und/oder die zweite Öffnung. Das Ventilglied bestimmt somit abhängig von der Position der Ausnehmung in Bezug auf die Öffnung den Durchströmungsquerschnitt der Öffnung. Die Ausnehmung ist insbesondere zumindest in einem Teilbereich durchgängig ausgebildet. Die Ausnehmung umfasst eine Durchbrechung. Vorzugsweise kann das erste Ventilglied mehrere Ausnehmungen umfassen. Ferner können die Ausnehmungen teilweise durchgängig, oder lediglich in einem Teilbereich durchgängig ausgebildet sein.It is advantageous that the first valve member has at least one recess. Depending on its design and the valve position, in particular the rotational position, of the valve member with respect to the first and the second opening, the recess regulates or interrupts a fluid flow through the first and / or the second opening. The valve member thus determines depending on the position of the recess with respect to the opening the flow area of the opening. The recess is formed in particular at least in a partial area continuously. The recess comprises an opening. Preferably, the first valve member may include a plurality of recesses. Further, the recesses may be partially continuous, or may be formed continuously only in a partial area.
Als vorteilhaft ist anzusehen, dass das zweite Ventilglied einen nadelförmigen Teilabschnitt aufweist, der in die dritte Öffnung entsprechend eines Kolbens einführbar ist. Abhängig von der Position des zweiten Ventilglieds gegenüber der dritten Öffnung reguliert oder unterbricht dieses einen Fluidstrom durch die dritte Öffnung. Besonders vorteilhaft ist, dass das zweite Ventilglied eine Stiftform, insbesondere eine Nadelform, aufweist. Das zweite Ventilglied und die dritte Öffnung bilden ein Nadelventil.It is considered to be advantageous that the second valve member has a needle-shaped portion which is insertable into the third opening corresponding to a piston. Depending on the position of the second valve member with respect to the third opening, this regulates or interrupts a fluid flow through the third opening. It is particularly advantageous that the second valve member has a pin shape, in particular a needle shape. The second valve member and the third opening form a needle valve.
Von Vorteil ist, dass das zweite Ventilglied einen Nadelkopf aufweist. Der Nadelkopf verschließt in einer ersten Stellung/Position des Ventilmittels, in Bezug auf die Längsachse, die dritte Öffnung formschlüssig. In weiteren Positionen, bzw. Stellungen reguliert er dir Durchströmung der dritten Öffnung mit einem Fluidstrom. Abhängig von der axialen Position des zweiten Ventilglieds in Bezug auf die dritte Öffnung ist ein Durchströmungsquerschnitt freigebbar. Der Durchströmungsquerschnitt ist über die axiale Verschiebung des Ventilglieds veränderbar.It is advantageous that the second valve member has a needle head. The needle head closes positively in a first position / position of the valve means, with respect to the longitudinal axis, the third opening. In other positions, he regulates the flow through the third opening with a fluid flow. Depending on the axial position of the second valve member with respect to the third opening, a flow cross-section is releasable. The flow cross section is variable via the axial displacement of the valve member.
Besonders vorteilhaft ist, dass sich das zweite Ventilglied entlang der Rotationsachse des ersten Ventilglieds erstreckt. Vorteilhaft ist, dass der Ventilgehäuse einen Durchströmungsbereich aufweist, in dem das Ventilmittel beweglich angeordnet ist, wobei die Öffnungen in den Durchströmungsbereich münden.It is particularly advantageous that the second valve member extends along the axis of rotation of the first valve member. It is advantageous that the Valve housing has a flow area in which the valve means is movably disposed, wherein the openings open into the flow area.
Von Vorteil ist, dass das erste Ventilglied mit dem zweiten Ventilglied verbunden, insbesondere einstückig, vorzugsweise einteilig, ausgebildet ist.It is advantageous that the first valve member connected to the second valve member, in particular in one piece, preferably in one piece, is formed.
Vorteilhaft ist, dass das erste Ventilglied topfförmig, insbesondere hülsenförmig ausgebildet ist, wobei das Ventilglied einen Mantel, und einen Boden aufweist, wobei der Boden den Mantel mit dem Ventilschaft verbindet. Eine bestmögliche Durchströmung des Ventilmittels ist gewährleistet. Besonders vorteilhaft ist, dass der Ventilschaft teilweise innerhalb des ersten Ventilglieds ausgebildet, insbesondere angeordnet, ist. Vorzugsweise kann der Boden auch lediglich ein oder mehrere Verbindungselemente, insbesondere Speichen umfassen.It is advantageous that the first valve member is pot-shaped, in particular sleeve-shaped, wherein the valve member has a jacket, and a bottom, wherein the bottom connects the jacket with the valve stem. A best possible flow through the valve means is guaranteed. It is particularly advantageous that the valve stem is partially formed, in particular arranged, within the first valve member. Preferably, the floor may also comprise only one or more connecting elements, in particular spokes.
Von Vorteil ist, dass mindestens eine der Ausnehmungen in dem ersten Ventilglied in dem radialen Außenumfang, insbesondere in dem Mantel des ersten Ventilglieds ausgebildet, ist. Vorteilhaft ist, dass mindestens eine weitere Ausnehmung als Schlitz oder Nut, die entlang des Außenumfangs des Ventilglieds verläuft, ausgebildet ist. Die weitere Ausnehmung kann insbesondere in die Ausnehmung münden, insbesondere durch diese hindurch verlaufen.It is advantageous that at least one of the recesses in the first valve member is formed in the radial outer circumference, in particular in the jacket of the first valve member. It is advantageous that at least one further recess is formed as a slot or groove which runs along the outer circumference of the valve member. The further recess can in particular open into the recess, in particular run through it.
Als vorteilhaft ist anzusehen, dass die erste und die zweite Öffnung senkrecht zu der Längsachse des Ventilschafts in dem Ventilgehäuse ausgebildet sind. Vorzugsweise verlaufen die erste und zweite Öffnung zumindest in einem Teilbereich radial innerhalb des Ventilgehäuses. Besonders vorteilhaft ist, dass die dritte Öffnung in Verlängerung zu dem Ventilschaft, insbesondere in Längsrichtung des Ventils, ausgebildet ist.It is considered advantageous that the first and the second opening are formed perpendicular to the longitudinal axis of the valve stem in the valve housing. Preferably, the first and second openings extend radially at least in a partial area within the valve housing. It is particularly advantageous that the third opening is formed in extension to the valve stem, in particular in the longitudinal direction of the valve.
Als vorteilhaft ist anzusehen, dass ein Aktor vorgesehen ist, der eine Rotationsbewegung zur Verfügung stellt. Ein Getriebe, vorzugsweise ein Schraubenantrieb, ist vorgesehen. Das Getriebe wandelt die Rotationsbewegung des Aktors, insbesondere gleichzeitig, in eine Rotations- und Translationsbewegung um. Es ist somit nur ein Aktor zur Verstellung des ersten und des zweiten Ventilglieds notwendig. Es ist nur ein Aktor zur Regelung von zwei oder mehr Fluidströmen notwendig.It is considered advantageous that an actuator is provided which provides a rotational movement. A transmission, preferably a screw drive, is provided. The gear converts the rotational movement of the actuator, in particular simultaneously, in a rotational and translational motion. It is therefore only an actuator for adjusting the first and second valve member necessary. Only one actuator is required to control two or more fluid streams.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Rotations- und Translationsbewegung des Ventilmittels in einem festen Verhältnis zueinander stehen. Es wird eine optimale Regelbarkeit der Fluidströme erreicht.It is particularly advantageous that the rotational and translational movement of the valve means are in a fixed relationship to each other. It is achieved an optimal controllability of the fluid flows.
Vorteilhaft ist, dass der Aktor als elektrischer Ventilantrieb, insbesondere als Schrittmotor, Bürstenmotor oder bürstenloser Motor ausgebildet ist.It is advantageous that the actuator is designed as an electric valve drive, in particular as a stepping motor, brush motor or brushless motor.
Als vorteilhaft anzusehen ist, dass das Ventilmittel so ausgebildet ist, dass ein erster Fluidstrom aus einer der Öffnungen abgebildet über den Drehwinkel bis zu einem Maximum ansteigt und dann unterbrochen wird, wohingegen ein zweiter Fluidstrom aus einer weiteren Öffnung abgebildet über den gleichen Drehwinkel mehrfach ansteigt, insbesondere bis auf ein Maximum ansteigt, und anschließend unterbrochen wird. Es können somit zwei Fluidströme auf einfach Weise geregelt werden. Von Vorteil ist, dass der zweite Fluidstrom über den Drehwinkel abgebildet, sägezahnartig ausgebildet ist, wobei vorzugsweise zwischen den Sägezähnen Pausen ausgebildet sind, in denen der Fluidstrom durch eine Öffnung unterbrochen ist.It may be regarded as advantageous that the valve means is designed such that a first fluid flow from one of the openings shown rises above the rotation angle to a maximum and is then interrupted, whereas a second fluid flow repeatedly rises above the same rotation angle from a further opening, in particular increases to a maximum, and then interrupted. Thus, two fluid streams can be easily controlled. It is advantageous that the second fluid flow is represented by the angle of rotation, sawtooth-like, wherein preferably between the saw teeth pauses are formed, in which the fluid flow is interrupted by an opening.
Von Vorteil ist, dass das Ventil einen Drucksensor aufweist. Der Drucksensor ist in das Ventilmittelgehäuse integriert. Der Drucksensor erfasst den (Nieder-)Druck des Fluids in einem der Öffnungen, insbesondere der zweiten oder dritten Öffnung. Der Drucksensor gibt ein Drucksignal aus, welches in der Elektronik des Ventils verarbeitet wird. In Abhängigkeit von dem erfassten Druck wird die Drehposition des Ventilmittels so geregelt, dass es zu keiner Überhitzung in einem oder beiden der nachgeschalteten Verdampfer kommt. Die Durchströmung wird druckabhängig reguliert. Es wird kein zusätzlicher Drucksensor außerhalb des Ventils benötigt, wodurch die Anzahl der Komponenten im System und Verbindungsleitungen reduziert werden kann, was die Komplexität des Systems vorteilhaft reduziert.It is advantageous that the valve has a pressure sensor. The pressure sensor is integrated in the valve center housing. The pressure sensor detects the (low) pressure of the fluid in one of the openings, in particular the second or third opening. The pressure sensor outputs a pressure signal, which is processed in the electronics of the valve. Depending on the detected pressure, the rotational position of the valve means is controlled so that there is no overheating in one or both of the downstream evaporator. The flow is regulated depending on the pressure. There is no need for an extra pressure sensor outside the valve, which can reduce the number of components in the system and interconnections, which advantageously reduces the complexity of the system.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Ventils 1, -
2a bis2h mehrere Ausgestaltungen des Ventilgehäuses und des Ventilmittels, -
3 zeigt das Verhältnis des Öffnungsquerschnitts der zweiten und der dritten Öffnung gegenüber der Drehposition des Ventilantriebs, -
4 eine vergrößerte Ansicht des zweiten Ventilglieds -
5a bis5f Positionen des zweiten Ventilglieds gegenüber der dritten Öffnung und die -
6a bis6e mehrere sich unterscheidende Positionen des Ventilmittels gegenüber den Öffnungen.
-
1 an exploded view of thevalve 1 according to the invention, -
2a to2h several embodiments of the valve housing and the valve means, -
3 shows the ratio of the opening cross section of the second and the third opening with respect to the rotational position of the valve drive, -
4 an enlarged view of the second valve member -
5a to5f Positions of the second valve member with respect to the third opening and the -
6a to6e a plurality of differing positions of the valve means with respect to the openings.
Ferner weist das Ventil
Das Ventilmittel
Die erste Öffnung
Sobald ein Teil der Außenwand des ersten Ventilglieds
Die dritte Öffnung
Das Ventilmittel
Das Ventil
Ein Fixierelement
Eine Wellenführung
Das Ventilmittel
Der Ventilantrieb
Das Getriebe
Der Schraubenantrieb
Ferner weist das Ventil
Eine zweite Feder
Die
Die
Die
Die zwei oder mehr Ausnehmungen
Gemäß einer dritten und vierten Ausführungsform, die in
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine weitere Ausnehmung
Vorzugsweise entspricht das Ventilmittel
Es ergibt sich für das Nadelventil, bestehend aus der dritten Öffnung
Die X-Achse zeigt die Drehposition des Antriebs. Weist das erste Ventilglied
Es ist erkennbar, dass für jede von mehreren diskreten Stufen des Öffnungsquerschnitts der zweiten Öffnung
Andererseits kann der Öffnungsquerschnitt der dritten Öffnung
Alternativ zur gezeigten Sägezahncharakteristik des Durchströmungsquerschnitts der zweiten Öffnung
Beispielsweise kann die dritte Öffnung
In
Die
- •
5a wiedas zweite Ventilglied 24 die dritte Öffnung 16 verschließt, - •
5b den verkleinerten Öffnungsquerschnitt bei Expansion (reduzierter Durchfluss), - •
5c bis5e den vergrößerten Öffnungsquerschnitt bei Expansion (erhöhter Durchfluss) und - •
5f den maximalen Öffnungsquerschnitt bei Expansion (maximaler Durchfluss).
- •
5a as thesecond valve member 24 thethird opening 16 closes, - •
5b the reduced opening cross-section during expansion (reduced flow), - •
5c to5e the enlarged opening cross-section during expansion (increased flow) and - •
5f the maximum opening area for expansion (maximum flow).
In
Der Nadelkopf
Unter Steuerung wird auch Regelung verstanden.Control is also understood to mean regulation.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fluidstrom um einen Kältemittelsstrom insbesondere in einem Fahrzeug. Das Ventil dient vorzugsweise zur Regelung und Steuerung eines Kältemittels.Preferably, the fluid flow is a flow of refrigerant, in particular in a vehicle. The valve is preferably used for controlling and controlling a refrigerant.
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