DE102018132448A1 - Expansionsventil für Kältemittel und Klimaanlage, Wärmemanagementsystem und Batteriekühlsystem mit einem Expansionsventil - Google Patents

Expansionsventil für Kältemittel und Klimaanlage, Wärmemanagementsystem und Batteriekühlsystem mit einem Expansionsventil Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil für Kältemittel mit einem Elektromagneten mit einer Spule und einem axialverschieblich angeordneten Anker, einem in einer Ventilbuchse axialverschieblich angeordneten Kolben, wobei die Ventilbuchse einen Zulauf und wenigstens einen Ablauf aufweist und in der Verbindung zwischen Zulauf und Ablauf eine erste Ventileinrichtung vorgesehen ist, die eine Kombination aus Absperrfunktion und Proportionalschieber aufweist und mittels des Elektromagneten öffen- oder schließbar ausgebildet ist, sowie einer zweiten Ventileinrichtung zum Druckausgleich der ersten Ventileinrichtung.
Die Erfindung betrifft ferner eine Klimaanlage, ein Wärmemanagementsystem bzw. eine Batteriekühlsystem mit einem Expansionsventil.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil für Kältemittel sowie eine Klimaanlage, ein Wärmemanagementsystem bzw. eine Batteriekühlsystem mit einem Expansionsventil.
  • Expansionsventile werden in einem Batteriekühl-, Klima- oder Wärmepumpensystem eingesetzt, um einen definierten und steuerbaren Druckabfall zwischen Kondensator (Wärmeabgabe) und Verdampfer (Kühlung) zu erzeugen.
    Der vom Expansionsventil erzeugte Druckabfall erzeugt eine damit verbundene Temperaturänderung im Kältemittel. Das Ventil ist Teil eines Reglers, der die Überhitzung des Kältemittels vor dem Eintritt in den Verdichter steuert.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Expansionsventil zu schaffen, welches hinsichtlich der Funktion optimiert ist. Gleichzeitig soll ein Expansionsventil angegeben werden, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist.
  • Weitere Aufgaben der Erfindung sind, eine Klimaanlage, ein Wärmemanagementsystem sowie eine Batteriekühlsystem mit einem Expansionsventil anzugeben.
  • Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. 1 zeigt ein Expansionsventil 1 für Kältemittel gemäß einem Ausführungsbeispiel im Längsschnitt.
  • Das Expansionsventil 1 weist einen Elektromagneten 2 mit einer Spule 4 und einen Anker 3 auf, welcher axialverschieblich in einem Polhut 5 angeordnet ist. Der Polhut 5 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einteilig vorgesehen und weist ein Polrohr 6 sowie ein Polkern 7 auf, wobei zwischen Polrohr 6 und Polkern 7 ein dünner Verbindungssteg vorgesehen ist.
  • Ein Endabschnitt einer Ventilbuchse 8 ist mittels eines Dichtelements 9 abgedichtet und eingepresst in den Polkern 7 vorgesehen. Ein umlaufender Bund 10 der Ventilbuchse 8 liegt stirnseitig an dem Polkern 7 an, so dass die Ventilbuchse 8 bezüglich des Elektromagnets 2 positioniert ist. Ein Kolben 14 ist axialverschieblich in der Ventilbuchse 8 angeordnet, die einen axial ausgebildeten Zulauf 11 und wenigstens einen radialen Ablauf 12 aufweist. Der Zulauf 11 bildet einen Hochdruckanschluss P, der bzw. die radialen Abläufe 12 bilden einen Niederdruckanschluss LP. Das Expansionsventil 1 weist in der Verbindung zwischen dem Zulauf 11 und dem Ablauf 12 eine erste Ventileinrichtung 13 auf, die eine Kombination aus Ventilhauptsitz und Proportionalschieber aufweist. Die erste Ventileinrichtung 13 ist mittels des Elektromagneten 2 öffen- oder schließbar ausgebildet. Der Kolben 14 ist axialverschieblich in einer Bohrung der Ventilbuchse 8 angeordnet und mittels einer ersten Druckfeder 15 in Richtung Elektromagnet 2 federvorgespannt. Die Druckfeder 15 stützt sich zum einen an einem Absatz des Kolbens 14, zum anderen an einem Halteelement 16 ab, welches beispielsweise im Bereich der Zulaufs 11 in die Ventilbuchse 8 eingeschraubt vorgesehen ist. Wie aus 1 ersichtlich ist, erfolgt der Zulauf 11 des Kältemittels durch eine Ausnehmung des Haltelements 16 und die erste Druckfeder 15. Mittels des Halteelements 16 kann die Federkraft, mittels welcher der Kolben 14 vorgespannt ist, eingestellt werden.
  • Die erste Ventileinrichtung 13 bildet den Hauptsitz des Expansionsventils 1 und weist zwei Ventilfunktionen auf: Ventilhauptsitz und Proportionalschieber. Der Ventilhauptsitz wird durch einen kegelförmigen Absatz 17 am Kolben 14 und einen Absatz 19 der Ventilbuchse 8 gebildet und wirkt als Absperreinrichtung. Als Proportionalschieber wirkt eine umlaufende Dichtfläche 18 des Kolbens 14, die sich in axialer Richtung an den Absatz 17 anschließt und mit einer Innenfläche 20 der Bohrung der Ventilbuchse 8 zusammenwirkt.
    Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der kegelförmige Absatz 17 des Kolbens 14 gegenüber dem Absatz angeordnet, an welchem die Druckfeder 15 abgestützt ist.
  • Es ist eine zweite Ventileinrichtung 21 zum Druckausgleich der ersten Ventileinrichtung 13 vorgesehen. Diese umfasst einen im Anker 3 befestigt angeordneten Einsatz 22, einen auf einem Ende des Kolbens 14 befestigten Aufsatz 23 sowie eine Kugel 24 als Schließelement. Zwischen dem Einsatz 22 und dem Aufsatz 23 ist eine zweite Druckfeder 25 vorgesehen, welche den Aufsatz 23 in Richtung des Kolbens 14 vorspannt. Die Kugel 24 ist weiter mittels einer dritten Druckfeder 26 gegen ihren Dichtsitz am Aufsatz 23 angelegt.
    Dichtelemente 27 am Außenumfang der Ventilbuchse 8 ermöglichen eine Abdichtung gegen ein nicht dargestelltes Gehäuse etc., in welchem das Expansionsventil 1 angeordnet ist.
  • In der gezeigten Grundstellung des Expansionsventils 1 sind beide Ventileinrichtungen 13 und 21 geschlossen. Durch den an Zulauf 11 anliegenden Hochdruck sowie die Druckfeder 15 wird die Ventileinrichtung 13 geschlossen gehalten.
    Ebenso wird die zweite Ventileinrichtung 21 durch den Hochdruck, welcher zusätzlich zur Vorspannkraft der Druckfeder 26 durch eine Durchgangsbohrung 28 des Kolbens 14 auf die Kugel 24 wirkt, geschlossen gehalten. In einem Magnetraum 29 zwischen Anker 3 und Ventilbuchse 8 herrscht Niederdruck.
  • Wird der Elektromagnet 2 bestromt, verschiebt sich der Anker 3 in Richtung Ventilbuchse 8. Mit dem Anker 3 bewegt sich der Einsatz 22, wobei die zweite Druckfeder 25 komprimiert wird. Der Einsatz 22 öffnet mit einem in den Aufsatz 23 eintauchenden Vorsprung 30 die zweite Ventileinrichtung 21, da sich die Kugel 24 gegen die Federkraft der dritten Druckfeder 26 öffnen kann und von ihrem Dichtsitz abgehoben wird. Hierdurch kann unter Hochdruck stehendes Kältemittel durch die Durchgangsbohrung 28 des Kolbens 14 in Richtung Magnetraum 29 strömen und es erfolgt ein Druckausgleich, wodurch die Druckbelastung auf die erste Ventileinrichtung 13 reduziert werden kann.
  • Bei einer weiteren Verschiebung des Ankers 3 in Richtung Ventilbuchse 8 wird die erste Druckfeder 15 komprimiert, so dass sich der kegelförmige Absatz 17 des Kolbens 14 von dem Absatz 19 der Ventilbuchse 8 abheben kann. Die Sitzfunktion der ersten Ventileinheit 13 wandelt sich dabei in eine Schieberfunktion. Die Überdeckung zwischen umlaufender Dichtfläche 18 des Kolbens 14 und der Innenfläche 20 beträgt einen vorbestimmten Wert.
  • Wird der Anker 3 weiter verschoben, öffnet sich die erste Ventileinrichtung 13 vollständig, da keine Überdeckung zwischen umlaufender Dichtfläche 18 des Kolbens 14 und der Innenfläche 20 mehr vorliegt.

Claims (6)

  1. Expansionsventil für Kältemittel mit einem Elektromagneten mit einer Spule und einem axialverschieblich angeordneten Anker, einem in einer Ventilbuchse axialverschieblich angeordneten Kolben, wobei die Ventilbuchse einen Zulauf und wenigstens einen Ablauf aufweist und in der Verbindung zwischen Zulauf und Ablauf eine erste Ventileinrichtung vorgesehen ist, die eine Kombination aus Absperrfunktion und Proportionalschieber aufweist und mittels des Elektromagneten öffen- oder schließbar ausgebildet ist, sowie einer zweiten Ventileinrichtung zum Druckausgleich der ersten Ventileinrichtung.
  2. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung eine Kombination aus Sitz- und Schieberfunktion aufweist.
  3. Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ventileinrichtung als Sitzventil, beispielsweise als Kugelsitzventil, ausgebildet ist.
  4. Klimaanlage, insbesondere Klimaanlage für ein Fahrzeug, mit einem Expansionsventil nach den vorangegangenen Ansprüchen.
  5. Wärmemanagementsystem, insbesondere Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug, mit einem Expansionsventil nach den vorangegangenen Ansprüchen.
  6. Batteriekühlsystem, insbesondere Batteriekühlsystem für ein Fahrzeug, mit einem Expansionsventil nach den vorangegangenen Ansprüchen.
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