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Die Erfindung betrifft ein Kältemittelventil, welches beispielsweise in Kältemittelkreisläufen für Kälteanlagen oder Wärmepumpen eingesetzt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung Kältemittelventile, welche als Kältemittelexpansionsventile in Kompressionskälteanlagen eingesetzt werden.
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Gattungsgemäße Kältemittelventile steuern beziehungsweise regeln den Kältemittelfluss in Kältemittelkreisläufen.
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Eine funktional spezielle Art der Kältemittelventile sind die Expansionsventile. Diese werden in Kältemittelkreisläufen zur Entspannung des Kältemittels von einem höheren Druck auf einen niedrigeren Druck eingesetzt.
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Im Stand der Technik ist ein derartiges Kältemittelventil beispielsweise aus der
DE 2 048 962 bekannt. Dieses weist am Betätigungsschaft einerseits eine Membran-Druckdose und andererseits eine Feder auf durch deren Zusammenspiel der Kältemittelstrom reguliert wird.
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Weiterhin ist im Stand der Technik aus der
DE 10 2006 004 781 B4 ein Expansionsventil für eine Klimaanlage bekannt, welches insbesondere für mobile Anwendungen wie einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Dieses Expansionsventil umfasst eine druckfeste Umhüllung, wobei neben dem Zu- und Abfluss sowie den Ventilfunktionseinrichtungen eine Notablassvorrichtung vorgesehen ist, mit welcher im Notfall das Kältemittel aus dem Klimakreislauf abgelassen werden kann.
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Bei Ventilen allgemein und bei Kältemittelventilen im speziellen ist es wichtig, bei der Fertigung der Ventile je nach Einsatzgebiet auf höchste Präzision und minimale Lagerspielen der beweglichen Ventilelemente zu achten. Gerade beim Einsatz als Expansionsventil in Kältemittelkreisläufen sind die Anforderungen durch geringe Stellbewegungen diesbezüglich sehr hoch.
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Wenn Kältemittelventile als Kältemittelexpansionsventile eingesetzt werden sollen, müssen drei Funktionen erfüllt werden. Das Ventil muss dicht sein, es muss der Kältemittelstrom gemäß einer Kennlinie geregelt werden können und expandieren. Weiterhin ist eine Volllastfunktion des Ventils erforderlich, die möglichst einen großen Querschnitt in der maximalen Öffnungsstellung realisiert.
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Weitere untergeordnete Funktionen bestehen darin, dass der Übergang zwischen Dichten und Regeln zu keinem Sprung in der Kennlinie führt. Das Dichten soll im unbestromten, undurchflossenen Zustand gewährleistet sein und selbstdichtend mit einer Hemmung ausgeführt sein.
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Das Druckgefälle und die Durchströmungsrichtung für das Ventil muss jeweils beidseitig realisierbar sein, was unter Bidirektionalität verstanden wird.
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Hinzu kommen Anforderungen bezüglich des Druckniveaus bei der Verwendung von Hochdruckkältemitteln, so dass beispielsweise eine Druckdifferenz von bis zu 100 bar technisch vom System ausgehalten werden muss. Der Temperaturbereich für den Betrieb des Ventils liegt zwischen -40 °C und 180 °C.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kältemittelventil zur Verfügung zu stellen, welches den Anforderungen an ein geringes axiales und radiales Spiel genügt und darüber hinaus kostengünstig zu fertigen ist. Weiterhin muss die Funktionalität des Ventils auch bei hohen Druckdifferenzen beim Einsatz von Hochdruckkältemitteln gewährleistet sein.
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Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das Konzept besteht in der Adaption eines elektromotorisch betriebenen Ventils. Dabei wird im Ventil durch einen Elektromotor eine Welle in eine Drehbewegung versetzt. Die Welle überträgt die Drehbewegung an ein Bewegungsgewinde, welches die Drehbewegung in eine Hubbewegung der Ventilnadel umwandelt.
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Eine Bidirektionalität des Ventils wird benötigt, um den Kältemittelkreislauf als Kälteanlagen- oder als Wärmepumpenkreislauf betreiben zu können, da die Durchströmungsrichtung des Kältemittelkreislaufes im Kälteanlagenbetrieb entgegengesetzt der Strömungsrichtung des Kältemittels im Wärmepumpenbetrieb ist.
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Die Welle eines Kältemittelventils ist an zwei möglichst weit zueinander beabstandeten Punkten gelagert.
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Die Lagerung der Welle muss mehrere Aufgaben erfüllen und entsprechende Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise muss die Rotorwelle für die drehende Bewegung der Welle exakt radial und axial positioniert sein. Die exakte und möglichst spielfreie Positionierung der Welle ist wichtig, um exakte Stellbewegungen mit dem Ventil zu ermöglichen. Die Lagerung ist somit auch für die Aufnahme von Axialkräften auf die Welle ausgebildet.
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Insbesondere die Minimierung des Axialspiels ist wichtig für die Minimierung einer Hysterese in der Ventilkennlinie. Weiterhin muss die Reibung bei der Drehbewegung möglichst gering sein. Über die radiale Positionierung der Welle muss sichergestellt sein, dass die Rotorwelle bei minimalen Spaltmaßen nicht die Kapsel berühren kann. Nicht zuletzt sind Kältemittelventile unter dem Kostengesichtspunkt zu betrachten, so dass eine entsprechend kostengünstige Fertigung und ein möglichst verschleißfreier beziehungsweise verschleißarmer Betrieb gewährleistet sind.
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Die Konzeption für die Lagerung der Rotorwelle sieht die Lagerung über ein Hauptlager und über ein Nebenlager vor.
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Die erste Lagerung, welche als Axiallagerung ausgeführt ist, befindet sich im Rotorgehäuse. Der Innenring des Lagers ist auf die Rotorwelle aufgepresst und der Außenring des Lagers ist über eine Spielpassung im Rotorgehäuse positioniert und mit einem Sicherungsring axial fixiert.
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Dieses Konzept wird erfindungsgemäß verbessert. Die Sicherung per Sicherungsring ist immer mit einem Spiel in axialer Richtung verbunden, um den Sicherungsring in einer Nut im Rotorgehäuse montieren zu können. Daher ergibt sich an dieser Stelle immer konstruktionsbedingt ein axiales Spiel von zirka 0,05 mm bis 0,15 mm, welches sich negativ auf die Ventilkennlinie auswirkt. Des Weiteren ist die Detektion des kompletten Axialspiels in der Fertigungslinie sehr schwierig.
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Die zweite Lagerung befindet sich in der Kapsel des Ventils. Es ist beispielsweise eine Gleitlagerung vorgesehen, die von einem in die Kapsel eingepressten Kunststoffteil realisiert wird.
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Konstruktionsbedingt befinden sich beide Lager in unterschiedlichen Bauteilen, was zu Fluchtungsfehlern führen kann. Die nicht exakte Ausrichtung der Lagerungen durch Schiefstellung der Kunststofflagerung zum Kugellager kann zu erhöhter Reibung führen.
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Weiterhin ist dem Konzept immanent, dass die beiden Lagerstellen eine Rotorachse bilden. Diese Rotorachse muss auch mit der Ventilnadelachse fluchten. Das System ist damit statisch überbestimmt und die Verbindung der beiden Bauteile Rotorachse und Ventilnadel, das Bewegungsgewinde, muss Fluchtungsfehler kompensieren können. Das Gewinde ist wiederum nur in der Lage, kleine Fehler zu kompensieren und somit müssen alle Bauteile mit höchster Präzision zueinander passen und in engen Toleranzen gefertigt werden. Dies führt zu hohen Kosten in der Ausführung und zu Schwierigkeiten bei der Montage.
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Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch ein Kältemittelventil gelöst, welches eine Kapsel aufweist, die vorzugsweise aus Metall beziehungsweise Edelstahl ausgeführt ist. In der Kapsel ist mittels eines Lagers eine Rotorwelle drehbar gelagert. Die Konstruktion zeichnet sich dadurch aus, dass das Lager zur axialen und radialen Fixierung in der Kapsel mit Verformungen in der Kapsel, beispielsweise mit mindestens einer Nut oder mehreren punktartigen Eindrückungen auf mindestens einer Umfangslinie der Kapsel, welche in die Kapsel eingebracht sind, fixiert ist. Die punktartigen Eindrückungen, auch als Punches bezeichnet, sind lokale Verformungen, welche entlang einer Umfangslinie der Kapsel verteilt und somit im Unterschied zur Nut nicht umlaufend sind. Bevorzugt sind die Eindrückungen äquidistant auf der Umfangslinie verteilt. Vorteilhaft sind mindestens drei Eindrückungen auf einer Umfangslinie angeordnet. Der Vorteil von punktartigen Eindrückungen gegenüber einer Nut in der Kapsel besteht darin, dass bei einer Nut sich die Länge der Kapsel in axialer Richtung verkürzt, was bei punktartigen Eindrückungen nicht erfolgt beziehungsweise sehr stark abgeschwächt erfolgt. Zwischen den Eindrückungen oder der Nut und dem Lager ist ein in mindestens Teilbereichen flexibles Fixierungselement angeordnet. Dieses Fixierungselement stellt mechanisch die Verbindung zwischen dem Lager, und dabei insbesondere dem Außenring des Lagers, und der Innenwand der Kapsel her. Somit ist konzeptionsgemäß die Kapsel nicht direkt mit dem Lager verbunden, sondern immer indirekt über das Fixierungselement mit diesem mit einem kombinierten Formschluss und Kraftschluss kontaktiert.
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Nachfolgend werden die Begriffe der Verformung, der punktartigen Eindrückungen oder der Nut jeweils als Mittel zur Fixierung gleichbedeutend und gleichwirkend in der Beschreibung gebraucht.
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Die Herstellung der Verbindung von Kapsel und Lager erfolgt über das Einbringen der punktartigen Eindrückungen oder der Nut in die Kapsel. Dabei kommt es zu einer sogenannten Überdrückung des teilweise elastischen Kapselmaterials. Dieses wird beim Einbringen der Nut oder der Eindrückungen über die gewünschte Endlage hinaus verformt und das Kapselmaterial bewegt sich nach der Überdrückung in die gewünschte Endlage zurück. Dies wird auch als Rückfedereffekt bezeichnet.
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Die Konzeption der Erfindung besteht nunmehr darin, dass durch die zumindest teilweise flexiblen Bereiche des Fixierungselementes, dieses im Prozess der Fixierung des Lagers in der Kapsel durch das Einbringen einer Verformung in die Kapsel hervorgerufene Überdrücken des Kapselmaterials durch die Flexibilität des Materials des Fixierungselementes ausgeglichen wird. Das Fixierungselement nimmt zuerst die Überdrückung auf indem es sich elastisch verformt und geht nach der Überdrückung mit dem Kapselmaterial in dessen Endlage elastisch zurück. Dadurch wird erreicht, dass das Lager nicht durch eine mechanische Krafteinwirkung von außen bei der Einbringung der Verformung bei der Fixierung des Lagers in der Kapsel geschädigt wird. Das Lager ist konstruktionsbedingt starr und besteht aus überwiegend gehärtetem Metall und insbesondere das Konstruktionselement des Außenringes eines Lagers ist nicht flexibel ausgebildet und kann durch die Überdrückung geschädigt werden.
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Besonders bevorzugt ist die Kapsel aus Metall ausgebildet und wie bereits erwähnt besteht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Kapsel aus Edelstahl.
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Bevorzugt ist das Lager, welches die Rotorwelle in der Kapsel hält, als Kugellager oder als Wälzlager ausgebildet. Derartige Lager weisen einen Außenring sowie einen Innenring und dazwischen formschlüssig gelagerte Kugeln beziehungsweise Walzen auf.
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Vorteilhaft weist das Fixierungselement radial nach innen einen Aufnahmebereich für das Lager auf. Das Fixierungselement ist in diesem Falle entsprechend und konstruktiv so gestaltet, dass es mit einem gewissen Formschluss im Aufnahmebereich das Lager aufnimmt und dieses somit hinsichtlich axialer und/oder radialer Position im Verhältnis zum Fixierungselement positioniert.
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Bevorzugt sind genau eine Nut oder Eindrückungen entlang einer Umfangslinie für das Fixierungselement ausgebildet, wobei das Fixierungselement eine Aussparung korrespondierend zur Nut beziehungsweise den Eindrückungen in der Kapsel aufweist, so dass die radiale und die axiale Fixierung von der in der Aussparung im Fixierungselement eingreifenden Verformung der Kapsel realisiert ist.
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Das Fixierungselement weist vorteilhaft im Bereich des Eingriffes der Verformung einen Verformungsbereich und zu diesem benachbart einen oder mehre Haltebereiche auf. Das Fixierungselement besitzt somit gemäß der vorgenannten Ausgestaltungsform kein homogenes Verhalten hinsichtlich Elastizität und Stabilität, sondern ist entweder durch seine stoffliche Zusammensetzung oder durch konstruktive Mittel in verschiedenen Bereichen unterschiedlich elastisch beziehungsweise starr ausgebildet.
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Eine Alternative der genannten Ausgestaltungen besteht darin, dass der Verformungsbereich von Aussparungen und Stegen gebildet wird, welche derart ausgeführt sind, dass die Nut unter Verformung der Stege und Ausfüllung der Aussparungen in das Fixierungselement eingreift.
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Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist der Verformungsbereich mit einem Kompensationselement versehen, welches ringförmig und korrespondierend zur Verformung der Kapsel durch Nut oder Eindrückungen ausgebildet ist und diese aufnimmt.
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Besonders bevorzugt ist das Kompensationselement als flexibler Blechring ausgebildet.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Fixierungselement aus einem Mehrkomponentenkunststoff mit einem elastischeren Verformungsbereich und einem starreren Haltebereich ausgebildet. Die verschiedenen Bereiche werden durch unterschiedliche Komponenten des Kunststoffes gebildet.
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Der Pfad des Erfindungsgedankens wird dadurch weitergeführt, indem die verschiedenen Bereiche innerhalb des Fixierungselementes, Verformungsbereich und Haltebereich, durch einen Kunststoff mit partiell veränderten elastischen Eigenschaften gebildet werden, wobei sich die elastischen Eigenschaften des Kunststoffes mit einem Gradienten ändern. Alternativ dazu werden die unterschiedlichen Eigenschaften des Fixierungselementes durch die Geometrie des Elementes gestaltet. Insbesondere durch Stege und Aussparungen.
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Bevorzugt ist das Fixierungselement zwischen zwei zueinander beabstandeten Nuten oder zwischen Eindrückungen auf zueinander beabstandeten Umfangslinien der Kapsel in dieser angeordnet. Die beiden axial beabstandeten Verformungen bilden dann sowohl die axiale Begrenzung als auch an den Flanken der Nut oder der Eindrückungen auf einer Umfangslinie die radiale Begrenzung.
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Das Fixierungselement weist vorteilhaft zwei äußere flexible Stege zur axialen Fixierung und einen mittleren starren Stempel zur radialen Fixierung auf.
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Vorteilhaft ist das Fixierungselement oberhalb der Nut oder der Eindrückungen angeordnet und aus einem Steg zur unteren axialen Fixierung und einem Stempel zur radialen Fixierung mit einem Anschlag am Kapselboden zur oberen axialen Fixierung ausgebildet, wodurch nur eine Nut beziehungsweise Eindrückungen auf einer Umfangslinie zur Begrenzung in eine axiale Richtung erforderlich sind.
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Vorteilhaft ist das Lager zur Bildung des Fixierungselementes mit einem Kunststoff umspritzt ausgebildet, so dass das Fixierungselement kein separates Einzelteil ist, was Vorteile durch Reduzierung der Komponenten des Kältemittelventils und bei der Montage und der Reparatur beinhaltet.
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Gemäß der Konzeption der Erfindung kommt das Kältemittelventil mit einem Lagerungskonzept der Rotorwelle aus, welches nur mit einem Lager realisiert ist. Dieses Lager übernimmt die Aufgaben von zwei Lagerstellen bei Ventilen nach dem Stand der Technik und verhindert zudem die Überbestimmung des Systems.
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Dabei wird konzeptionsgemäß ein Wälzlager oder Kugellager in einer Metallkapsel sowohl in axialer als auch radialer Richtung fixiert, ohne einen direkten Kontakt von Lager und Kapsel herzustellen und ohne das Lager bei der Fixierung in der Kapsel zu beschädigen.
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Dazu wird der Innenring des Kugellagers auf die Rotorwelle aufgepresst. Nachfolgend wird die Rotorwelle mit dem Lager in die Kapsel eingeschoben beziehungsweise eingepresst und über eine Verformung der Kapsel im Bereich des Lagers axial positioniert und gesichert.
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Konzeptionsgemäß wird zwischen dem Lager, welches vorteilhaft als Kugellager oder als Wälzlager mit einem Innen- und Außenring ausgeführt ist und der Kapsel, die überwiegend als Metallkapsel ausgeführt ist, ein Fixierungselement aus einem hinreichend weichen und verformbaren Material eingesetzt. Dieses weiche, verformbare Material kann der Überdrückung beziehungsweise der Eindrückung der Kapsel bei der Befestigung des Lagers in der Kapsel folgen, ohne Schaden zu nehmen und bettet das Lager auf der anderen Seite ein.
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Nach einer Alternative kann das als Kugellager ausführte Lager bereits mit zum Beispiel einem umspritzten Kunststoff überzogen werden.
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Weitere Ausführungsformen mit weiteren technischen Vorteilen bestehen darin, dass die Auftrennung des Kunststoffteils in seine Funktionen der axialen Positionierung und Kraftaufnahme und der radialen Positionierung funktional getrennt ist. Durch die Verformung kann das Kunststoffteil radial auch derart verformt werden, dass eine Positionierung der Rotorwelle nicht gegeben ist. Daher könnte die radiale Positionierung über einen Bereich im Kunststoff übernommen werden, der in der Edelstahlkapsel eingepresst ist und starr und fest mit dieser verbunden ist. Die axiale Positionierung findet in einem weichen Bereich des Fixierelementes statt. Der Fixierungsbereich wird durch einen flexiblen Blechring nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung unterstützt.
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Eine weitere technische Variante stellt die Möglichkeit dar, das Lager nicht mit dem Kunststoff zu umspritzen. Der Kunststoff wird beim Verformen der Kapsel auch mit verformt, umschließt dabei das Lager und kann die Axialkräfte aufnehmen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform beinhaltet die Möglichkeit einer axialen Positionierung mittels eines Anschlagens der Rotorwelle in der Kapsel. Durch die Abstützung des Lagers am Kapselboden ist eine axiale Kraftrichtung bereits geometrisch zu 100 % gesichert. Die Sicherung der zweiten Richtung erfolgt ähnlich wie vorangehend beschrieben.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass das Kältemittelventil aus einer geringeren Anzahl von Einzelelementen besteht und die Reduktion der Bauteile des technisch komplexen Kältemittelventils auch zu einer Reduzierung der Fertigungskosten führt und auch die Anfälligkeit für Ausfälle und damit verbundene Reparaturen senkt.
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Konstruktionsbedingt wird vorteilhaft das Axialspiel des Ventils reduziert, was zu einer Verbesserung der Ventilkennlinie führt. Besonders vorteilhaft ist, dass für erfindungsgemäße Kältemittelventile auch Kohlendioxid als Kältemittel in Kältekreisläufen eingesetzt werden kann, was gegenüber herkömmlichen Kältemitteln auf FCKW- oder FKW-Basis hilft die Ozonzerstörung zu vermeiden und den Treibhauseffekt zu verringern. Die Verringerung der Bauteile und die Vereinfachung der Montage führt zu einer signifikanten Kostenreduktion des Kältem ittelventils.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- 1: Kältemittelventil nach dem Stand der Technik,
- 2: Kapsel eines Kältemittelventils,
- 3: Lager mit zwei Nutenfixierungen,
- 4: Lagerung mittels Fixierungselement zwischen zwei Nuten,
- 5: Lagerung mittels Fixierungselement mit einer Nut,
- 6: Fixierungselement mit Stegen und Aussparung,
- 7: Detail Fixierungselement,
- 8: Fixierungselement mit Kompensationselement,
- 9: Detail Fixierungselement mit Kompensationselement,
- 10: Lagerung mit Fixierungselement mit zwei Stegen,
- 11: Detail Fixierungselement mit zwei Stegen und
- 12: Fixierungselement mit axialer Abstützung am Kapselboden.
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In 1 ist ein Kältemittelventil 1 nach dem Stand der Technik dargestellt. Im Wesentlichen wird das Kältemittelventil 1 gebildet durch den Stator 2 und den Magnet 3, der mit der Rotorwelle 4 verbunden ist. Die Rotorwelle 4 ist an ihrem unteren Ende mit einem Bewegungsgewinde 5 ausgestattet, welches korrespondierend zum Gewinde der Ventilnadel 7 ausgeführt ist. Die Rotationsbewegung der Rotorwelle 4 wird über das Bewegungsgewinde 5 umgewandelt in eine translatorische Bewegung der Ventilnadel in vertikaler Richtung.
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Die Ventilnadel 7 wird in einer Dichtung 6 geführt und sitzt auf dem Ventilsitz 8. Das Rotorgehäuse 9 nimmt das Lager 10 als unteres Lager auf. Die Kapsel 11 erstreckt sich entlang der Rotorwelle 4 und umschließt die obere Lagerstelle, welche als Gleitlager 12 ausgeführt ist.
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Diese Bauart des Kältemittelventils 1 mit einer doppelten Lagerung über ein Kugellager 10 und ein Gleitlager 12 gehört zum Stand der Technik und weist die vorangehend bereits beschriebenen Funktionalitäten und Nachteile auf.
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In 2 ist die Kapsel 11 eines Kältemittelventils dargestellt, wobei ein oberes Lager 10 über zwei Verformungen 13, die auch als Eindrückungen 13 oder als Nut 13 bezeichnet werden, axial und radial in der Kapsel 11 positioniert ist. Die nicht näher bezeichnete Achse der gelagerten und nicht dargestellten Welle und der Kapsel 11 ist über eine gestrichelte Linie in 2 angedeutet. Die Strichlinie stellt in den nachfolgenden Figuren ebenfalls die Mittellinie beziehungsweise die Rotationsachse der nicht gezeigten Rotorwelle des Kältemittelventils dar.
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Die nachfolgenden Ausgestaltungsbeispiele beschreiben als Verformung 13 der Kapsel 11 eine Nut 13. Die Erfindung wird in gleicher Weise durch die Einbringung von punktartigen Eindrückungen 13 entlang der Umfangslinie der Kapsel 11 realisiert.
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In 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt des fixierten Lagers 10 in der Kapsel 11 aus 2 dargestellt. Das Lager 10 ist aus einem Außenring 14, einem Innenring 15 und Kugeln 16 im Schnitt aufgebaut und prinziphaft dargestellt. Zur Positionierung und Fixierung des Lagers 10 in der Kapsel 11 sind zwei Nuten 13 in die Kapsel 11 eingebracht worden. Dies erfolgt, nachdem das Lager 10 in der gewünschten Lage in der Kapsel 11 positioniert ist. Beim Vorgang der Einbringung der Nuten 13 wird das Material der Kapsel 11 überdrückt, um den Rückfedereffekt des Kapselmaterials auszugleichen und in der Endlage der Nut 13 eine entsprechende Fixierung des Lagers 10 zu erreichen. Die Überdrückung des Materials der Kapsel 11 ist in 3 durch die Überdrückungslinie 17 angedeutet. Die Endlage der Nut 13 ist im Verlauf der Konturlinie der Kapsel 11 gezeigt. Es ist prinziphaft dargestellt, dass die Kapsel 11 bei einer Einbringung der Nut 13 nach dem Stand der Technik in einem Kontaktbereich 18 mit dem Außenring 14 des Lagers in direktem Kontakt steht. Durch die Überdrückung des Kapselmaterials nach innen wegen des Rückfedereffektes treten beim Außenring 14 Kraftwirkungen auf, welche zur Schädigung des Lagers 10 und des Lagersitzes führen können.
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4 zeigt eine Ausgestaltung der Fixierung eines Lagers 10 in der Kapsel 11 über zwei Nuten 13 oberhalb und unterhalb des Lagers 10. Die Überdrückungslinien 17 beim Einbringen der Nuten 13 in die Kapsel 11 sind prinziphaft durch je eine punktierte Linie angedeutet. Ringartig ist ein Fixierungselement 19 zwischen dem Lager 10 und der Kapsel 11 angeordnet. Der Bereich der Überdrückung, dargestellt durch die Überdrückungslinie 17, verläuft vollständig im Bereich des Fixierungselementes 19, welches mindestens teilweise flexibel ausgebildet ist, so dass Spannungen bei der Überdrückung vom Fixierungselement 19 aufgenommen werden und nicht, beziehungsweise nur stark abgemildert, auf den Außenring 14 des Lagers 10 übertragen werden.
In der Ausgestaltung nach 4 sind zwei Nuten jeweils oberhalb und unterhalb der Position des Lagers 10 in der Kapsel gezeigt und die Flanken der Nut 13 begrenzen die Lage des Fixierungselementes 19 in axialer Richtung oben und unten. Das Fixierungselement 19 beabstandet das Lager 10 in radialer Richtung und im Ergebnis erfolgt eine axiale und radiale Positionierung des Lagers 10 in der Kapsel 11 unter Zwischenschaltung des Fixierungselementes 19.
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Eine alternative Ausgestaltung der Fixierung des Lagers 10 in der Kapsel 11 ist in 5 dargestellt. Dabei ist das Lager 10 mit nur einer Nut 13 in der Kapsel 11 positioniert und fixiert. Das Fixierungselement 19 ist dazu speziell ausgestaltet, indem eine Aussparung 20 im Fixierungselement 19 korrespondierend zur Nut 13 ausgeführt ist. Bei der Fixierung des Lagers 10 in der Kapsel 11 durch Einbringen der Nut 13 greift diese in die Aussparung 20 des Fixierungselementes 19 ein. Die Aussparung 20 ist derart ausgeführt, dass auch die angedeutete Überdrückungslinie 17 innerhalb der Aussparung 20 liegt und keine Schädigung des Außenringes 14 des Lagers 10 verursachen kann.
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6 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Fixierungselementes 19 mit verschiedenen konstruktiven Möglichkeiten der Umsetzung der radialen und axialen Positionierung. Die radiale Positionierung 26 erfolgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über die Materialverteilung und konstruktive Ausführung des Fixierungselementes 19. Für die axiale Positionierung 25, angedeutet durch einen Doppelpfeil in axialer Richtung, sind konstruktive Maßnahmen am Fixierungselement 19 ausgeführt, welche in 7 vergrößert und hervorgehoben dargestellt sind.
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In 7 ist das Fixierungselement 19 in der Ausgestaltung nach 6 ergänzt, um die Angabe der funktionalen Bereiche innerhalb des Fixierungselementes 19. Der Aufnahmebereich 23 des Fixierungselementes 19 dient der Aufnahme des Lagers 10, dieses formschlüssig in axialer und radialer Richtung fixierend. Der Außenring 14 des Lagers 10 ist korrespondierend zur Form des Aufnahmebereichs 23 ausgeführt. Der Haltebereich 21 zeigt den Bereich des Fixierungselementes 19, über den die radialen Kräfte zur Fixierung des Lagers 10 vom Fixierungselement 19 aufgenommen werden. Die Positionierung des Fixierungselementes 19 in der Kapsel 11 erfolgt im Verformungsbereich 22, in welchem Stege 24 und entsprechend Aussparungen 20 angeordnet sind. In 6 ist ein Lager 10 in Einbaulage gezeigt, bei welchem die in 7 dargestellten Stege 24 und Aussparungen 20 entsprechend in Eingriff und Verformung in der Fixierungsposition des Lagers 10 dargestellt sind. Die Überdrückungslinie 17 verläuft in 6 im Bereich der Aussparung 20 und der verformten Stege 24, wohingegen das Material des Fixierungselementes 19 im Haltebereich 21 starr und weitgehend undeformiert ist.
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In 8 ist eine Ausgestaltung der Positionierung und Fixierung eines Lagers 10 in einer Kapsel 11 gezeigt, bei welcher das Fixierungselement 19 ein zusätzliches Kompensationselement 27 aufweist. Das Kompensationselement 27 ist in der dargestellten Ausführungsform als flexibler Blechring ausgeführt und unterstützt im Verformungsbereich 22 die Aufnahme der Nut 13 alternativ zu den Stegen 24 gemäß 7.
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In ähnlicher Weise sind die radiale Positionierung 26 und die axiale Positionierung 25 zur Ausgestaltung nach 6 und 7 realisiert, lediglich die Aufnahme der Nut 13 ist durch das Kompensationselement 27 realisiert.
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In 9 ist das Fixierungselement 19 vergrößert mit den Funktionsbereichen, dem Haltebereich 21, dem Verformungsbereich 22 und dem Aufnahmebereich 23 dargestellt. Das Kompensationselement 27 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mittig im Fixierungselement 19 in der Aussparung 20 positioniert.
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Die Fixierungen des Lagers 10 in der Kapsel 11 nach den Ausführungsformen gemäß 5 bis 9 sind gekennzeichnet durch die Verwendung einer Nut 13 zur Fixierung.
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Alternativ ist in 10 und 11 die Realisierung der Fixierung des Lagers 10 in der Kapsel 11 über ein Fixierungselement 19 gezeigt, welches zwischen zwei Nuten 13 positioniert und fixiert ist.
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Das Fixierungselement 19 weist in 10 und 11 zwei Stege 24 auf, zwischen denen der Außenring 14 des Lagers 10 angeordnet ist. Das Fixierungselement 19 weist weiterhin einen Stempel 28 auf, welcher mittig im Fixierungselement 19 ausgebildet ist und der den Außenring 14 mittig kontaktiert und zur Kapsel 11 radial beabstandet. Die radiale Positionierung 26 durch den Stempel 28 ist durch einen Doppelpfeil 26 gezeigt. Die Stege 24 sind bei der Einbringung des Lagers 10 in die Kapsel 11 durch Überdrückung gemäß der Überdrückungslinie 17 verformt dargestellt. Die axiale Positionierung 25 verläuft, schematisch durch gekrümmte Pfeile gezeigt, über die Stege 24. Die Einbettung, Begrenzung und Positionierung erfolgt über die Verformung des Fixierungselementes 19 und insbesondere über die Verformung der Stege 24 bei der dargestellten Ausführungsform.
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In 11 ist das Fixierungselement 19 in unverformtem Zustand und herausgehoben dargestellt. Die Stege 24 sind dabei nicht verformt gezeigt, ebenso wie der Stempel 28. Der Haltebereich 21 wird über den Bereich der Anordnung des Stempels 28 definiert und in den Verformungsbereichen 22 liegen die Stege 24.
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12 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Fixierung des Lagers 10 innerhalb der Kapsel 11, wobei das Fixierungselement 19 in besonderer Weise konstruktiv gestaltet ist. Die gezeigte Ausführung der Positionierung und Fixierung erfolgt mit einer Nut 13 in der Kapsel 11, wobei die radiale Positionierung 26 im Haltebereich 21 des Fixierungselementes 19 erfolgt. Die axiale Positionierung 25 erfolgt auf der Unterseite des Lagers 10 über einen Steg 24 am Außenring 14 des Lagers 10 und die axiale Positionierung 25 auf der Oberseite des Lagers 10 erfolgt über eine Erweiterung des Fixierungselementes 19 als Stempel 28, welcher sich in axialer Richtung am Kapselboden abstützt. In dieser Ausgestaltung ist nur eine Nut 13 in der Kapsel 11 erforderlich, welche bei der Einbringung, dargestellt über die Überbrückungslinie 17, den Steg 24 verformt und damit das Lager 10 mit dem Außenring 14 in axialer Richtung nach unten fixiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kältemittelventil
- 2
- Stator
- 3
- Magnet
- 4
- Rotorwelle
- 5
- Bewegungsgewinde
- 6
- Dichtung
- 7
- Ventilnadel
- 8
- Ventilsitz
- 9
- Rotorgehäuse
- 10
- Lager, Kugellager
- 11
- Kapsel
- 12
- Gleitlager
- 13
- Verformung; Nut oder Eindrückungen
- 14
- Außenring
- 15
- Innenring
- 16
- Kugel
- 17
- Überdrückungslinie
- 18
- Kontaktbereich
- 19
- Fixierungselement
- 20
- Aussparung
- 21
- Haltebereich
- 22
- Verformungsbereich
- 23
- Aufnahmebereich
- 24
- Steg
- 25
- Axiale Positionierung
- 26
- Radiale Positionierung
- 27
- Kompensationselement
- 28
- Stempel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2048962 [0004]
- DE 102006004781 B4 [0005]
