DE102018214655A1

DE102018214655A1 - Kältemittelventil

Info

Publication number: DE102018214655A1
Application number: DE102018214655.1A
Authority: DE
Inventors: Balint Janos Repasi; Thomas Helming
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2020-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kältemittelventil (1), insbesondere Expansionsventil, zur Steuerung eines Kältemittelstroms, welches in einem Kältemittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs zirkuliert, aufweisend ein Ventilmittelgehäuse, mit einer ersten Öffnung (12), einer zweiten Öffnung (14), ein Ventilmittel (20), welches eine rotationssymmetrische Grundform aufweist, und drehbar innerhalb des Ventilmittelgehäuses (10) angeordnet ist, und ein Ventilschaft (40), welcher ausgebildet ist, die Drehbewegung eines Aktuators (60) an das Ventilmittel (20) zu übertragen. Es wird vorgeschlagen, dass das Ventilmittel (20) eine Ausnehmung (30, 30a, 30b) aufweist, wobei die Ausnehmung (30) eine sich verändernde Abmessung aufweist, und ein Teilbereich (32) der Ausnehmung (30, 30a, 30b) durchgängig durch das Ventilmittel (20) ausgebildet ist und dass der Ventilschaft (40) und das Ventilmittel (20) einstückig ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kältemittelventil nach Gattung des Hauptanspruchs.
Stand der Technik
Es sind bereits Kältemittelventil zur Steuerung eines Kältemittelstroms bekannt. Auch ist bekannt zur Steuerung von mehr als einem Kältemittelstrom eine entsprechende Anzahl an Ventilen einzusetzen. Ferner setzen sich bekannte Kältemittelventil aus einer Vielzahl einzelner Komponenten zusammen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteilhaft ist, dass ein erfindungsgemäßes Kältemittelventil einen Kältemittelstrom mit einem Kältemittel, vorzugsweise R1234yf oder R134a steuern kann. Das Kältemittelventil kann insbesondere als Expansionsventil ausgebildet sein. Es ist vorteilhaft, dass durch die einstückige, insbesondere einteilige, Ausbildung des Ventilschafts und des Ventilmittels eine einfache Herstellung und Montage gegeben ist. Das Kältemittelventil wirkt abhängig von der Stellung des Ventilmittels gegenüber der zweiten Öffnung wie ein Expansionsventil.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
Vorteilhaft ist, dass das Ventilmittel eine topförmig, bzw. hülsenförmig Grundform aufweist. Es handelt sich hierbei um ein einfach herstellbares Ventilmittel. Besonders vorteilhaft ist, dass das topförmig, bzw. hülsenförmig ausgebildete Ventilmittel einen Ventilmittelmantel, einen Ventilmittelboden und einen Ventilmittelrand aufweist. Der Ventilmittelrand zeigt in Richtung der ersten Öffnung. Vorzugsweise ist die erste Öffnung als Axialbohrung innerhalb des Ventilgehäuses ausgeführt. Der Ventilmittelmantel weist zumindest eine Ausnehmung auf. Abhängig von der Position, insbesondere der Drehposition, des Ventilmittels, vorzugsweise der Position der Ausnehmung, relativ zu einer zweiten Öffnung ist ein Kältemittelstrom durch die zweite Öffnung regulierbar. Vorzugsweise ist das Ventilmittel als Hohlzylinder ausgebildet. Die Regelung der Durchströmung ist abhängig von der Überdeckung der zweiten Öffnungen durch das Ventilmittel regelbar.
Von Vorteil ist, dass mindestens eine Ausnehmung als Kanal, insbesondere als Nut, insbesondere im Außenumfang des Ventilmittels ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte Regelung des Durchströmungsquerschnitts.
Vorteilhaft ist, dass der durchgängige Bereich einer Ausnehmung als, insbesondere kreisrundes, Loch, vorzugsweise als Durchbrechung, ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich ein optimaler Durchströmungsquerschnitt, der insbesondere an den Querschnitt der Öffnungen angepasst sein kann.
Besonders vorteilhaft ist, dass das Ventilmittelgehäuse eine dritte Öffnung aufweist. Abhängig von der Position, insbesondere der Drehposition, des Ventilmittels, vorzugsweise mindestens einer Ausnehmung des Ventilmittels, relativ zu der dritten Öffnung ist ein Kältemittelstrom durch die dritte Öffnung regulierbar. Das Kältemittelventil wirkt abhängig von der Stellung des Ventilmittels gegenüber der dritten Öffnung wie ein Expansionsventil. Es lassen sich somit zwei separate Kältemittelströme mit einem Kältemittelventil regulieren. Die Regelung der Durchströmung ist abhängig von der Überdeckung der dritten Öffnungen durch das Ventilmittel regelbar.
Ein Kältemittelventil mit einer dritten Öffnung ermöglicht insbesondere die unabhängige Expansionsregelung für zwei Verdampfer mit nur einem Aktuator, was insbesondere Kosten einspart. Die Ausformung des sich drehenden Ventilmittels ist derart gestaltet, dass sich die Öffnungsquerschnitte an den Ausgängen als Funktion der Antriebsposition derartig überlagern, dass die benötigten Kombinationen an Kältemittelströmungen an den beiden Ausgängen ermöglicht werden. Es lassen sich zwei Kältemittelströme mit einem erfindungsgemäßen Kältemittelventil regeln. Das Kältemittelventil ermöglicht insbesondere zwei Verdampfer derart mit dem Kältemittel zu versorgen, dass ein kontinuierlicher Betrieb mit gewünschten Kälteleistungen dargestellt werden kann.
Von Vorteil ist, dass das Ventilmittel eine zweite, insbesondere mehr als zwei, Ausnehmung aufweist. Hierdurch lassen sie die Durchströmungsquerschnitte der zweiten und dritten Öffnungen in Abhängigkeit von der Drehposition beliebig regulieren.
Vorteilhaft ist, dass mindestens eine der Ausnehmungen in Umfangsrichtung eine sich verändernde Abmessung, insbesondere Querschnitt, Tiefe und/oder Breite aufweist. Eine Regulierung des Durchströmungsquerschnitts ist abhängig von der Drehposition des Ventilmittels gegenüber dem Ventilgehäuse und den Öffnungen gegeben.
Von Vorteil ist, dass die zweite Öffnung und die dritte Öffnung in dem Ventilmittelgehäuse in Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung des Kältemittelventils betrachtet, versetzt zueinander ausgebildet sind. Eine Regulierbarkeit der Kältemittelströme ist somit gegeben.
Besonders vorteilhaft ist, dass ein Aktuator zur Drehung des Ventilmittels, insbesondere als Schrittmotor, Bürstenmotor oder bürstenloser Motor, vorgesehen ist. Eine präzise Einstellung der Drehposition des Ventilmittels und damit Regulierung des Kältemittelstroms ist gegeben.
Vorteilhaft ist, dass das Ventilmittelgehäuse einen Durchströmungsbereich aufweist. Der Durchströmungsbereich ist als Ausnehmung ausgebildet. Das Ventilmittel ist in dem Durchströmungsbereich, insbesondere drehbar, angeordnet.
Als vorteilhaft ist anzusehen, dass ein Flansch vorgesehen ist, der fest mit dem Ventilmittelgehäuse verbunden ist. Der Flansch hält das Ventilmittel in Position. Der Flansch dichtet den Durchströmungsbereich, in dem das Ventilmittel angeordnet ist, gegenüber der Umgebung ab.
Vorteilhaft ist, dass die Ausnehmung und/oder die Ausnehmungen derart ausgebildet sind, dass bei einer gleichmäßigen Drehung des Ventilmittels ein erster Kältemittelstrom aus einer der Öffnungen, abgebildet über den Drehwinkel, bis zu einem Maximum ansteigt und dann unterbrochen wird, wohingegen ein zweiter Kältemittelstrom aus einer weiteren Öffnung, abgebildet über den, insbesondere gleichen, Drehwinkel, mehrfach ansteigt, insbesondere bis auf ein Maximum ansteigt, und anschließend unterbrochen wird. Es ergibt sich eine einfache Regelbarkeit von zwei Kältemittelströmen.
Besonders vorteilhaft ist, dass der zweite Kältemittelstrom über den Drehwinkel abgebildet, Sägezahnartig ausgebildet ist, wobei insbesondere zwischen den Sägezähnen Pausen ausgebildet sind, in denen der Kältemittelstrom durch eine Öffnung unterbrochen ist.
Von Vorteil ist, dass das Kältemittelventil einen Drucksensor aufweist. Der Drucksensor ist in das Ventilmittelgehäuse integriert. Der Drucksensor erfasst den (Nieder-) Druck des Kältemittels 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.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Kältemittelventil,
2 eine erste Ausführungsform eines Ventilmittels eines erfindungsgemäßen Ventils,
3 eine zweite Ausführungsform eines Ventilmittels eines erfindungsgemäßen Ventils,
4 ein Ventilmittel,
5 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Ventil mit einem Ventilmittel entsprechend des ersten Ausführungsbeispiels,
6 eine Schnittansicht durch eine Öffnung und Ausnehmung eines Ventilmittels entsprechend des ersten Ausführungsbeispiels,
7a bis 7d mehrere Drehpositionen des Ventilmittels gegenüber dem Ventilgehäuse und
8 das Verhältnis des Öffnungsquerschnitts der zweiten und der dritten Öffnung gegenüber der Drehposition des Ventilmittels.

Die Ausführungen zu den einzelnen Elementen beziehen sich auch auf die Elemente, welche den gleichen Titel oder die gleiche Bezugszeichnung ergänzt um einen Buchstaben aufweisen. Beispielsweise beziehen sich die Ausführungen zu der Ausnehmung 30 auch auf die Ausnehmungen 30a und 30b.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kältemittelventils 1 in einer Explosionsdarstellung. Das Kältemittelventil 1 weist ein Ventilmittelgehäuse 10 auf. Das Ventilmittelgehäuse 10 weist mindestens eine erste Öffnung 12 und eine zweite Öffnung 14 auf. Vorzugsweise weist das Ventilmittelgehäuse 10 eine erste Öffnung 12, eine zweite Öffnung 14 und eine dritte Öffnung 16 auf. Insbesondere ist die erste Öffnung 12 als ein Eingang ausgebildet. Die erste Öffnung 12 ist in Längsrichtung des Ventil 1 innerhalb des Ventilmittelgehäuses 10 ausgebildet. Die zweite Öffnung 14 und dritte Öffnung 16 sind jeweils als Ausgänge ausgebildet. Die zweite und die dritte Öffnung 14, 16 sind senkrecht zur Längsachse des Ventils 1 innerhalb des Ventilmittelgehäuses 10 ausgebildet. Die zweite und dritte Öffnung 14, 16 sind insbesondere als Radialbohrungen ausgeführt. Das Ventilmittelgehäuse 10 kann insbesondere als Ventilmittelblock ausgebildet sein.
Ferner weist das Ventil 1 ein Ventilmittel 20 auf. Das Ventilmittel 20 ist beweglich, drehbar gegenüber dem Ventilmittelgehäuse 10 ausgebildet. Insbesondere ist das Ventilmittel 20 zu einem Teil innerhalb des Ventilmittelgehäuses 10 angeordnet. Das Ventilmittelgehäuse 10 weist zur Aufnahme des Ventilmittels 20 eine Ausnehmung 18 auf. Die Ausnehmung 18 bildet den Durchströmungsbereich 18. Das Ventilmittel 20 ist derart ausgebildet, dass es gegenüber dem Ventilmittelgehäuse 10 in Umfangsrichtung bewegt werden kann. Die Öffnungen 12, 14, 16 münden in den Durchströmungsbereich 18. Der Durchströmungsbereich 18 ist zu einer Oberfläche des Ventilmittelgehäuses 10 offen.
Die 2a und 2b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Ventilmittels 20 und des Ventilschafts 40. Die 3a und 3b zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Ventilmittels 20 und des Ventilschafts 40.
Das Ventilmittel 20 weist eine rotationssymmetrische, insbesondere zylindrische, Grundform auf. Das Ventilmittel 20 ist topfförmig, bzw. hülsenförmig ausgebildet. Das Ventilmittel 20 weist einen Mantel 22, einen Boden 24 und einen Rand 26 auf. Die topfförmige Grundform des Ventilmittels 20 ist in Richtung der ersten Öffnung 12 geöffnet. Der Boden 24 ist insbesondere als kreisrunde Scheibe ausgebildet. Das Ventilmittel 20 ist zum Rand 26 offen. Der Rand 26 bildet ein axiales Ende des Ventilmittels 20. Das Ventilmittel 20 zeigt mit seinem Rand 26 in Richtung der ersten Öffnung 12. Das Ventilmittel 20 weist einen Innenbereich auf. Der Innenbereich ist umgeben von dem Mantel 22 und dem Boden 24. Im Innenbereich des Mantels verlaufen Lamellen 29. Die Lamellen verlaufen insbesondere in Längsrichtung des Ventilmittels 20. Die Lamellen 29 erstrecken sich von dem Boden 24 bis zum Rand 26 des Ventilmittels 20. Die Lamellen 29 verbessern insbesondere die Stabilität des Ventilmittels 20.
Der Mantel 22 weist zumindest eine Ausnehmung 30, 30a, 30b auf. Die Ausnehmung 30, 30a, 30b weist insbesondere eine sich verändernde Tiefe und/oder Breite auf. In einem Teilbereich der Ausnehmung ist diese durchgängig ausgebildet. Der durchgängige Bereich der Ausnehmung 30, 30a, 30b ist insbesondere kreisrund ausgebildet. Der durchgängige Bereich 32 der Ausnehmung 30, 30a, 30b ist vorzugsweise als Loch ausgebildet. Die Ausnehmung umfasst eine Durchbrechung.
Zumindest ein Teil der Ausnehmung 30, 30a, 30b erstreckt sich in Umfangsrichtung des Ventilmittels 20.
Beispielhaft ist die Ausnehmung 30a in 2a als Kanal, insbesondere als Nut, vorzugsweise als seitlich eingefräste Schlitze ausgebildet. Die Ausnehmung 30a verläuft in Umfangsrichtung zumindest teilweise entlang der Oberfläche, insbesondere des Mantels 22. Abhängig von der Stellung des Ventilmittels 20 strömt der Kältemittelstrom durch den Kanal und anschließend durch den durchgängigen Bereich 32. Es ist abhängig von dem Kanalquerschnitt und der Position des Kanals zur Öffnung 14, 16 eine Regulierung des Kältemittelstroms möglich.
Vorzugsweise weist das Ventilmittel 20 mehr als eine Ausnehmung 30a auf. Die Ausnehmungen sind in Umfangsrichtung versetzt, insbesondere beabstandet zueinander angeordnet. Ferner sind in Längsrichtung des Ventilmittels 20 die Ausnehmungen 30a, 30b versetzt, insbesondere beabstandet, angeordnet. Die Längsrichtung des Ventils erstreckt sich vom Rand 26 bis zum Ventilmittelboden 24.
Gemäß 2a, 2b weist das Ventilmittel 20 beispielhaft zwei Gruppen von Ausnehmungen 30a, 30b auf. Die erste Gruppe von Ausnehmungen 30a ist in Längsrichtung beabstandet zu der zweiten Gruppe von Ausnehmungen 30b ausgebildet. Die Ausnehmungen einer Gruppe sind wiederum in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnet.
Die Ausnehmungen 30a wirken insbesondere mit der dritten Öffnung 16 zusammen. Die zweite Gruppe von Ausnehmungen 30b wirken mit der zweiten Öffnung 14 zusammen. Beispielhaft sind die Ausnehmungen 30b vollständig als durchgängiger Bereich ausgebildet.
Das Ventilmittel 20, bzw. die Ausnehmungen 30, 30a, 30b ermöglichen eine Regulierung des Kältemittelstroms durch die erste, zweite und dritte Öffnung 12, 14, 16. Die Regulierung erfolgt hierbei abhängig von der Drehposition des Ventilmittels 20 gegenüber den Öffnungen 12, 14, 16. Die Regulierung erfolgt in Abhängigkeit von der Überdeckung der zweiten Öffnung 14 und dritten Öffnung 16 durch eine Ausnehmung 30, 30a, 30b des Ventilmittels 20. Die Öffnungen 12, 14, 16 bilden einen Ventilsitz. Insbesondere erfolgt die Regulierung abhängig von der Position, der Ausnehmungen 30, 30a, 30b in dem Ventilmittel 20 gegenüber den Öffnungen 12, 14 und 16. Der Öffnungsquerschnitt der dritten Öffnung 16 wird über die erste Gruppe von Ausnehmungen 30a im Ventilmittel 20 reguliert. Die Änderung des Öffnungsquerschnitts und damit die Regulierung des Kältemittelstroms erfolgt in Abhängigkeit von der Drehposition des Ventilmittels 20.
Die Außenwand des Ventilmittels 20 liegt an der Innenwand des Ventilmittelgehäuses 10 derart an, das sich kein Kältemittelstrom zwischen der Innenwand des Ventilmittelgehäuses 10 und des Ventilmittels 20 ergeben kann. Sobald ein Teil der Außenwand des Ventilmittels 20 ohne Ausnehmung 30 über die dritte Öffnung 16, in der Innenwand des Ventilmittelgehäuses 10 liegt, ist die entsprechende Öffnung 16 vollständig verschlossen. Werden Ausnehmungen 30 in der Außenwand des Ventilmittels 20 durch Drehen über die dritte Öffnung 16 im Ventilmittelgehäuse gelegt, so kann ein gewünschter Öffnungsquerschnitt freigegeben werden.
Der Öffnungsquerschnitt der zweiten Öffnung 14 wird über die zweite Gruppe von Ausnehmungen 30b im Ventilmittel 20 gesteuert. Sobald ein Teil der Außenwand des Ventilmittels 20 ohne Ausnehmung 30b über der Öffnung 14 in der Innenwand des Ventilmittelgehäuses 10 liegt, ist die zweite Öffnung 14 vollständig verschlossen. Werden entsprechende Ausnehmungen 30b in der Außenwand des Ventilmittels 20 durch Drehen über die Öffnung im Ventilmittelgehäuse 10 für die zweite Öffnung 14 gelegt, so kann ein gewünschter Öffnungsquerschnitt freigegeben werden.
In 4 ist eine Weiterbildung der Ventilmittel 20 aus den 2a, 2b, 3a, 3b gezeigt. Um eine einfacher Darstellung zu erreichen ist der Ventilschaft 40 nicht dargestellt. Stattdessen sind nur die Ausbildungen der Ausnehmungen 30 im Ventilmittelmantel 22 gezeigt. Das Ventilmittel 20 weist im Gegensatz zu den 2a, 2b, 3a, 3b die Ausnehmung 30b mit einem Kanal auf.
Die Ausnehmungen 30 im Ventilmittel 20 der ersten und zweiten Gruppe sind derart gestaltet, dass die zweite Gruppe mehr Ausnehmungen 30b als die erste Gruppe 30a aufweist. Ebenfalls ist der Abstand der Ausnehmungen 30a in der ersten Gruppe um eine vielfaches größer als der Abstand in der Ausnehmungen 30b der zweiten Gruppe. Zusätzlich sind die Ausnehmungen 30a der ersten Gruppe so gestaltet, dass der Verlauf des Öffnungsquerschnitts von geschlossen bis maximal geöffnet über die Drehbewegung wesentlich länger gezogen ist, als in der ersten Gruppe. Die Ausnehmungen 30a sind in Umfangsrichtung länger als die Ausnehmungen 30b. Der Verlauf des Öffnungsquerschnitts der ersten Gruppe von Ausnehmungen 30a erstreckt sich über mehrere Öffnungen 14 der zweiten Gruppe von Ausnehmungen 30b. Die Ausnehmungen 30a der ersten Gruppe bilden insbesondere lang gezogene Kanäle mit abnehmendem Querschnitt. Die Ausnehmungen 30b der zweiten Gruppe bilden insbesondere einen gegenüber den Ausnehmungen 30a kürzere Kanäle mit abnehmendem Querschnitt. Die Ausnehmungen 30a, 30b weisen einen Kanal im Außenumfang des Ventilmittelmantels 22 auf.
Der Ventilschaft 40, wie beispielhaft in einer Schnittansicht in 2b und 3b dargestellt, weist an seinem dem Ventilmittel 20 abgewandten Endbereich einen Mitnehmer 44 auf, der es dem Aktuator 60 erlaubt den Ventilschaft 40 mitzunehmen. Der Ventilschaft 40 kann teilweise oder vollständig hohl, wie beispielhaft in 2a, 2b gezeigt oder massiv, wie beispielhaft in 3a, 3b gezeigt, ausgebildet sein.
Der Mitnehmer 44 ist insbesondere Sternförmig ausgebildet, wobei eine Seite abgeflacht ausgebildet ist. Vorzugsweise wird die sternförmige Form des Mitnehmers 44 durch zueinander verdrehte Quadrate gebildet. Gewöhnlich würde sich ein Stern mit 8 Zacken ergeben. Der Mitnehmer 44 weist im Schnitt betrachtet jedoch nur 7 Zacken auf. Eine Zacke ist nicht ausgebildet. Die Ausbildung des Mitnehmers 40 mit einer fehlenden Zacke verhindert eine fehlerhafte Montage durch verdrehen.
Ferner weist der Ventilschaft 40 mindestens zwei umlaufende Falze 46, 48. Beide Falze weisen den gleichen Außendurchmesser auf. Zwischen den Falzen 46, 48 sind Dichtringe 47, wie in 5 dargestellt, ausgebildet. Die Falze verhindern ein verschieben der Dichtringe in Längsrichtung des Ventils 1.
Der Ventilschaft 40 weist einen Bereich 45 auf, der einen größeren Durchmesser aufweist als der Durchmesser des Mitnehmers 44. Zwischen dem Bereich 45 und dem Falz 48 ist eine umlaufende Nut ausgebildet, in der insbesondere ein Dichtring 47 angeordnet ist. In den 2 und 3 sind beispielhaft die Bereiche 45 dargestellt. Der Außenumfang des Bereichs 45 ist größtenteils von dem Ventilmittel 20 umgeben. Der Falz 48 und der Bereich 45 sind in Längsrichtung derart beabstandet, dass dazwischen ein Dichtring 47 passt. Zwischen dem Bereich 45 und dem Falz 48 ist vorzugsweise ein Dichtring 47 angeordnet. Der Außendurchmesser des Falz 46, des Falz 48 und des Bereichs 45 sind gleich groß.
In 3b ist eine Schnittansicht durch das Ventilmittel 20 und die Ventilschaft 40 entsprechend der zweiten Ausführungsform dargestellt. Die Ventilschaft 40 weist an seinem dem Ventilmittel 20 zugewandten Ende einen zumindest teilweise umlaufenden Falz 42 auf. Der Falz 42 ist derart ausgebildet, dass er ein verschieben der Ventilschaft 40 in Längsrichtung verhindert. Im Anschluss an den Falz 42 weist die Ventilschaft einen Bereich 45 auf, der einen größeren Durchmesser aufweist als die restliche Ventilschaft 40.
5 zeigt eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Ventil 1. Das Ventil 1 weist ein Ventilmittel 20 entsprechend dem ersten Ausführungsform auf. Gemäß einer Weiterbildung kann auch ein Ventilmittel 20 entsprechend der zweiten Ausführungsform angeordnet sein.
Das Ventilmittel 20 ist in dem Durchströmungsbereich 18 des Ventilmittelgehäuses 10 angeordnet. In den Durchströmungsbereich 18 münden die erste, zweite und dritte Öffnung 12, 14, 16.
Der Durchströmungsbereich 18 ist insbesondere durch den Flansch 42 verschlossen. Vorzugsweise hält der Flansch 42 das Ventilmittel 20 in dem Durchströmungsbereich 18. Der Flansch 42 verhindert ein Verschieben, über den normalen Toleranzspielraum hinaus, des Ventilmittels 20 in axialer Richtung des Ventils 1. Der Flansch 42 ist mittels Schrauben 43 mit dem Ventilmittelgehäuse 10 fest verbunden.
Der Ventilschaft 40 ist gegenüber dem Flansch 42 drehbar gelagert.
Ferner weist das Ventil 1 eine Halterung 50 auf. Die Halterung 50 verbindet das Ventilmittelgehäuse 10 mit dem Aktuatorgehäuse. Das Aktuatorgehäuse umfasst zwei Gehäuseteilen 61 und 62. Die beiden Gehäuseteile 61 und 62 sind mittels eines Dichtrings 63 gegenüber einem Kältemittelaustausch zwischen dem Innenraum des Aktuatorgehäuse und seiner Umgebung geschützt. Innerhalb der Gehäuseteile 61 und 62 ist ein elektrischer Antrieb 64 angeordnet. Der elektrische Antrieb 64 ist insbesondere als Schrittmotor, bürstenloser Motor oder Bürstenmotor ausgebildet.
Ferner weist das Ventil 1 eine Getriebe 66 auf. Das Getriebe 66 lenkt die Drehbewegung des elektrischen Antriebs 64 zu dem Ventilschaft 40 um. In 1 und 5 sind das Getriebe 66 dargestellt. Gemäß 1 umfasst das Getriebe 3 Element. Jedes Element weist Zähne auf, die ineinander eingreifen. Ein Zahnrad auf die Welle des Antriebs 64 aufgeschoben, insbesondere mit dieser verbunden.
Die Gehäuseteile 61 und 62 sind mittels Klammern 68, die am Außenumfang der Gehäuseteilen 61 und 62 angebracht werden miteinander verbunden.
Im Bereich des Gehäuseteils 62 bzw. im Innenraum des Gehäuseteils 62 ist die Motorelektronik 70 angeordnet. Die Motorelektronik 70 dient zur Ansteuerung des Elektromotors 64. Die Motorelektronik 70 weist insbesondere einen Hallsensor auf. Der Hallsensor ermittelt die genaue Position der Ventilschaft 40 bzw. eines der Getrieberäder des Getriebes 66.
6 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht durch eine Ausnehmung 30. Der Schnitt verläuft entsprechend einer Ebene die senkrecht zur axialen Richtung des Ventils 1 ausgebildet ist. Entsprechend der Stellung des Ventilmittels 20 gegenüber der Öffnung 14, 16 kann sich ein Kältemittelstrom ausbilden. Der Kältemittelstrom kann vom Innenraum des Ventilmittels 20 über den durchgängigen Bereich 32 der Ausnehmung 30 und den kanalförmigen, insbesondere nutförmigen, Bereich der Ausnehmung 30 erfolgen. Die Ausbildung eines Kältemittelstroms in umgekehrter Richtung ist ebenfalls möglich. Abhängig von der Drehposition des Ventilmittels 20 gegenüber der Öffnung 14, 16 verändert sich der Querschnitt d, bis hin zu d'. Abhängig von der Größe des Querschnittes variiert die Menge des Kältemittelstroms bzw. des Kältemittels, welches durch die Ausnehmung 30 fließen kann.
Entsprechend 6 nimmt bei einer Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn der Querschnitt der Ausnehmung 30 ab. Das Abnehmen des Querschnitts führt zu einer Verringerung des Öffnungsquerschnitts und damit zu einer Verringerung des Kältemittelstroms durch die Ausnehmung 30. Bei einer Drehung des Ventilmittels 20 im Uhrzeigersinn nimmt der Querschnitt zu. Bildet der durchgängige Bereich 32 der Ausnehmung 30 eine Verlängerung der Öffnung 14, 16, so kann das Kältemittel mit minimalem Widerstand von der Öffnung in den Innenraum, bzw. auch umgekehrt, strömen. Der Durchströmungsquerschnitt entsprich d'. Strömt das Kältemittel über den Kanal durch die durchgängige Ausnehmung 32, entsprechend der Ventilmittelstellung in 6, entsprich der Durchströmungsquerschnitt d.
Die 7a, 7b, 7c, 7d zeigen eine Schnittansicht durch das Ventil 1 im Bereich der zweiten Öffnung 14. In der Position des Ventilmittels 20 gemäß 7a ist ein maximaler Öffnungsquerschnitt ausgebildet. Das Kältemittel kann direkt von der Öffnung 14 über den durchgängigen Bereich 32 der Ausnehmung 30 in den Innenraum und umgekehrt fließen.
7b zeigt ein gegenüber 7a verdrehtes Ventilmittel 20. Bei dem Ventilmittel 5b fließt das Kältemittel über den kanalförmigen Teil der Ausnehmung 30 und den durgängigen Bereich 32 der Ausnehmung 30.
7c zeigt eine Schnittansicht durch das Ventil 1 im Bereich der dritten Öffnung 16. 7c zeigt hierbei ebenfalls den maximalen Öffnungsquerschnitt. Der Bereich 32 der Ausnehmung 30 bildet eine Art Verlängerung der Öffnung 16 in den Innenraum des Ventilmittels 20.
In 7d ist das Ventilmittel 20 gegenüber dem Ventilmittel 20 in 7c leicht gedreht dargestellt. Das Kältemittel fließt hier über den durchgängigen Bereich 32 der Ausnehmung 30 und die Ausnehmung 30 bzw. den kanalförmigen Teil der Ausnehmung 30 zur Öffnung 16. Der Öffnungsquerschnitt d ist gegenüber 5c kleiner ausgebildet.
8 zeigt beispielhaft, wie sich die Öffnungsquerschnitte durch die zweite Öffnung 14 und/oder die dritte Öffnung 16 als Funktion der Drehposition des Ventilmittels 20 gegenüber dem Ventilmittelgehäuse 10 ergibt. Das Ventilmittel 20 weist Ausnehmungen 30a, 30b entsprechend 4 auf.
Es ergibt sich für dritte Öffnung 16, die Charakteristik gemäß Verlauf 82, während die zweite Öffnung 14 die Charakteristik gemäß Verlauf 90 aufweist. Die x-Achse entspricht der Drehposition. Die y-Achse entspricht dem Öffnungsquerschnitt. Der Öffnungsquerschnitt der zweiten Öffnung 14 kann stark durch Änderung der Drehposition des Ventilmittels 20 variiert werden, während der Öffnungsquerschnitt der dritten Öffnung 16 nahezu konstant bleibt. Andererseits kann der Öffnungsquerschnitt der dritten Öffnung 16 verstellt werden, während der Öffnungsquerschnitt der zweiten Öffnung 14 gleichbleibt, wenn wieder der gleiche Punkt auf dem benachbarten Sägezahn angesteuert wird.
Der Öffnungsquerschnitt der zweiten Öffnung 14 über die Drehposition des Ventilmittels 20 ist sägezahnförmig ausgebildet.
Alternativ zur gezeigten Sägezahncharakteristik der zweiten Öffnung 14 kann auch eine andere oszillierende Charakteristik durch die Gestaltung des Ventilmittels 20 sinnvoll sein. Ebenso kann auch die Charakteristik der dritten Öffnung 16 eine andere Form als die gezeigte lineare haben.
Die Unterbrechungen zwischen den Sägezähnen, in denen kein Kältemittelstrom strömt, können beliebig anhand des Abstands zwischen den Ausnehmungen 30 gewählt werden. Die Steigung der Geraden 80 und 82 ist abhängig von der Länge der Ausnehmung 30 und insbesondere dem Verlauf der Tiefe der Ausnehmung 30.
Die Ausnehmungen 30b gemäß 4 (mit vielen eng beieinanderliegenden Ausnehmungen 30 b) ergeben eine Charakteristik gemäß 80. Die Ausnehmungen 30a gemäß den 4, 2a, 3a (mit wenigen langgezogenen Ausnehmungen) ergeben eine Charakteristik gemäß 82.
Eine Ausbildung der Ausnehmung 30a entsprechend 2, 3, 4 sowie eine Ausnehmung 30b gemäß 4 wirkt entsprechend eines Expansionsventils.
Beispielsweise kann die dritte Öffnung 16 für die Steuerung der Kühlleistung an einem Verdampfer für die Batteriekühlung genutzt werden, während die zweite Öffnung 14 für die Steuerung der Überhitzung an einem Verdampfer für die Kabinenkühlung genutzt wird. Dies wäre möglicherweise vorteilhaft, da die Kühlleistung für die Batterie wegen ihrer großen thermischen Masse nur sehr selten variiert werden muss. Das bedeutet, dass nicht so häufig zwischen zwei Sägezähnen gesprungen werden muss, wodurch der Einfluss der Batteriekühlungssteuerung auf die Kabinenkühlung minimal gehalten werden kann.

Claims

Kältemittelventil (1), insbesondere Expansionsventil, zur Steuerung eines Kältemittelstroms, welches in einem Kältemittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs zirkuliert, aufweisend ein Ventilmittelgehäuse, mit einer ersten Öffnung (12), einer zweiten Öffnung (14), ein Ventilmittel (20), welches eine rotationssymmetrische Grundform aufweist, und drehbar innerhalb des Ventilmittelgehäuses (10) angeordnet ist, und ein Ventilschaft (40), welcher ausgebildet ist, die Drehbewegung eines Aktuators (60) an das Ventilmittel (20) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilmittel (20) eine Ausnehmung (30, 30a, 30b) aufweist, wobei die Ausnehmung (30) eine sich verändernde Abmessung aufweist, und ein Teilbereich (32) der Ausnehmung (30, 30a, 30b) durchgängig durch das Ventilmittel (20) ausgebildet ist und dass der Ventilschaft (40) und das Ventilmittel (20) einstückig ausgebildet sind.
Kältemittelventil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilmittel (20) topförmig ausgebildet ist.
Kältemittelventil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teilbereich der Ausnehmung (30, 30a, 30b) durchgängig ausgebildet ist.
Kältemittelventil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das topförmig ausgebildete Ventilmittel (20) einen Ventilmittelmantel (22), einen Ventilmittelboden (24) und einen Ventilmittelrand (26) aufweist, wobei der Ventilmittelrand (26) der ersten Öffnung (12) zugerichtet ist, wobei der Ventilmittelmantel (22) zumindest eine der Ausnehmungen (30, 30a, 30b) aufweist, und wobei in abhängig von der Position, insbesondere der Drehposition, der Ausnehmung (30, 30a, 30b) des Ventilmittels (20) in Bezug zu der zweiten Öffnung (14) ein Kältemittelstrom durch die erste Öffnung (12), einen Innenbereich des Ventilmittels (20) und die zweite Öffnung (14) regulierbar ist.
Kältemittelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ausnehmung (30, 30a, 30b) einen Kanal, insbesondere eine Nut, in dem Außenumfang des Ventilmittels (20) aufweist, wobei insbesondere der Kanal eine sich in Umfangsrichtung verändernde Tiefe aufweist.
Kältemittelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durchgängige Bereich (32) als, insbesondere kreisrundes, Loch vorzugsweise als Durchbrechung ausgebildet ist.
Kältemittelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilmittelgehäuse (10, 10a) eine dritte Öffnung aufweist, wobei ein Kältemittelstrom durch die dritte Öffnung (16) in Abhängigkeit von der Position, insbesondere der Drehposition, des Ventilmittels (20) in Bezug zu der dritten Öffnung (16) regulierbar ist.
Kältemittelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilmittel (20) eine zweite, insbesondere mehr als zwei, Ausnehmung (30, 30a, 30b) aufweist, wobei insbesondere die Ausnehmungen in Längsrichtung und/oder in Umfangsrichtung des Kältemittelventils (1) zueinander beabstandet angeordnet sind.
Kältemittelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Öffnung (14) und die dritte Öffnung (16) in dem Ventilmittelgehäuse (10) in Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung des Kältemittelventils (1) betrachtet versetzt zueinander ausgebildet sind.
Kältemittelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (30, 30a, 30b) und das Ventilmittel (20) derart ausgebildet sind, dass bei einer gleichmäßigen Drehung des Ventilmittels (20) ein erster Kältemittelstrom aus einer der Öffnungen (12, 14, 16) abgebildet über den Drehwinkel bis zu einem Maximum ansteigt und dann unterbrochen wird, wohingegen ein zweiter Kältemittelstrom aus einer weiteren Öffnung (12, 14, 16) abgebildet über den Drehwinkel mehrfach ansteigt, insbesondere bis auf ein Maximum ansteigt, und anschließend unterbrochen wird.
Kältemittelventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kältemittelstrom über den Drehwinkel abgebildet, sägezahnartig ausgebildet ist, wobei insbesondere zwischen den Sägezähnen Pausen ausgebildet sind, in denen der Kältemittelstrom durch eine Öffnung (12, 14, 16) unterbrochen ist.