DE102021206067A1

DE102021206067A1 - Expansionsventileinrichtung für ein Expansionsventil

Info

Publication number: DE102021206067A1
Application number: DE102021206067.6A
Authority: DE
Inventors: Andras Vigh; Gabor Kosnyider; Michael Weiler; Nico Herrmann; Philipp Eichhorn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2022-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Expansionsventileinrichtung (1) für ein Expansionsventil, insbesondere für eine Kälteanlage bevorzugt eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Dichtsitz (32) aufweisend eine vollumfängliche Dichtsitz-Dichtfläche (33) und einem daran mit einer Ventilkörper-Dichtfläche (12) ansitzenden Ventilkörper (10) aufweisend einen dadurch hindurchgehenden Hauptdurchflusskanal (110), wobei in Abhängigkeit einer Stellung des Ventilkörpers (10) relativ zur Dichtsitz-Dichtfläche (33) ein Kältemittelstrom durch die Expansionsventileinrichtung (1) hindurch einstellbar ist, wobei außen am Ventilkörper (10) wenigstens eine Expansionsregion (100) mit einem in die Ventilkörper-Dichtfläche (12) eingebetteten Expansionskanal (120) derart eingerichtet ist, dass der Expansionskanal (120) über die Ventilkörper-Dichtfläche (12) hinweg zu einer Öffnung (111) des Hauptdurchflusskanals (110) beabstandet (11) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Expansionsventileinrichtung für ein Expansionsventil, insbesondere für eine Kälteanlage bevorzugt eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Expansionsventil für eine Fluidanlage, insbesondere eine Kälteanlage bevorzugt eines Kraftfahrzeugs; sowie eine Fluidanlage, insbesondere eine Kälteanlage bevorzugt für ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Eine Expansionsventileinrichtung ist eine (fluid-)mechanische Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln eines Durchflusses eines Kältemittels durch die Expansionsventileinrichtung oder ein Expansionsventil mit der Expansionsventileinrichtung hindurch. In solch einer Expansionsventileinrichtung befindet sich oft ein drehbares Element bzw. ein Ventilschieber, im Folgenden als Ventilkörper bezeichnet, an welchen wenigstens ein Dichtsitz der Expansionsventileinrichtung, wie z. B. ein Dichtabschnitt, ein Dichtelement, eine Halteschale etc., fluidmechanisch angeschlossen ist. Hierbei besitzt der Dichtsitz eine bezüglich einem Durchflussquerschnitt der Expansionsventileinrichtung vollumfängliche Dichtfläche. Die Expansionsventileinrichtung dient u. a. mittels einer variabel einstellbaren und/oder einregelbaren Verengung ihres Durchflussquerschnitts dazu, einen Kältemitteldruck eines durch die Expansionsventileinrichtung hindurch strömbaren Kältemittels zu vermindern und dadurch eine Expansion des Kältemittels zu bewirken.
Aufgabenstellung
Bei einer Expansionsventileinrichtung ist eine Dichtungsleistung aus einem Kältemitteldruck bzw. Kältemitteldifferenzdruck eines zu steuernden und/oder zu regelnden Kältemittels wichtig. Ferner müssen in einer Teiloffenstellung der Expansionsventileinrichtung die dichtenden Flächen der Expansionsventileinrichtung ihre Dichtfunktion beibehalten. Des Weiteren ist ein vergleichsweise hoher Druckabfall des Kältemittels durch die Expansionsventileinrichtung wünschenswert, um eine hohe Verdampfungsrate zu erzielen. - Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Expansionsventileinrichtung für ein Kältemittel einer Kälteanlage anzugeben.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist mittels einer Expansionsventileinrichtung für ein Expansionsventil, insbesondere für eine Kälteanlage bevorzugt eines Kraftfahrzeugs; mittels eines Expansionsventils für eine Fluidanlage, insbesondere eine Kälteanlage bevorzugt eines Kraftfahrzeugs; sowie mittels einer Fluidanlage, insbesondere eine Kälteanlage bevorzugt für ein Kraftfahrzeug, gelöst. - Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.
Die erfindungsgemäße Expansionsventileinrichtung umfasst wenigstens einen Dichtsitz aufweisend eine vollumfängliche Dichtsitz-Dichtfläche und einen daran mit einer Ventilkörper-Dichtfläche ansitzenden Ventilkörper aufweisend einen dadurch hindurchgehenden Hauptdurchflusskanal. In Abhängigkeit einer Stellung des Ventilkörpers relativ zur Dichtsitz-Dichtfläche ist ein Kältemittelstrom durch die Expansionsventileinrichtung hindurch einstellbar. Gemäß der Erfindung ist außen am Ventilkörper wenigstens eine Expansionsregion mit einem in die Ventilkörper-Dichtfläche eingebetteten Expansionskanal derart eingerichtet, dass der Expansionskanal über die Ventilkörper-Dichtfläche hinweg zu einer Öffnung des Hauptdurchflusskanals beabstandet ist.
D. h. der u. a. als ein Bypasskanal fungierende Expansionskanal steht nicht, wie im Stand der Technik, in direkter Fluidkommunikation mit dem Hauptdurchflusskanal, sondern der Expansionskanal und der Hauptdurchflusskanal stehen in indirekter Fluidkommunikation über einen Abschnitt der Ventilkörper-Dichtfläche hinweg. Hierbei ist der Hauptdurchflusskanal bevorzugt zentral im Ventilkörper und insbesondere als eine Hindurchführung (Bohrung) eingerichtet. - Gemäß der Erfindung ergibt sich ein vergrößerter Expansionswinkel bzw. ein vergrößerter Expansionsbereich (vgl. Diagramme in den 3 bis 5) der Expansionsventileinrichtung was vorteilhaft für eine Kälteleistung einer Kälteanlage ist.
D. h. ferner, dass der Expansionskanal nicht in den Hauptdurchflusskanal mündet bzw. vice versa, sondern dass der Expansionskanal als ein Binnenkanal außen im Ventilkörper ausgebildet ist, der nicht mit dem Hauptdurchflusskanal verschnitten (gemeinsamer (Teil-)Querschnitt) ist. Der Expansionskanal kann höchstens mit wenigstens einem zweiten Expansionskanal der Expansionsregion verschnitten sein, d. h. in direkter Fluidkommunikation stehen. Der Expansionskanal ist von der Ventilkörper-Dichtfläche ausgehend von außen im Ventilkörper eingebettet bzw. eingerichtet. Abgesehen von einer direkten Fluidkommunikation eines Expansionskanals mit wenigstens einem zweiten Expansionskanal, steht der Expansionskanal lediglich in direkter Fluidkommunikation mit einem unmittelbar darüber liegenden Raum.
Des Weiteren kann die Ventilkörper-Dichtfläche vollständig um die Öffnung des Hauptdurchflusskanals herumlaufend eingerichtet sein. Darüber hinaus kann eine Wandung des Hauptdurchflusskanals als ununterbrochene im Wesentlichen hohlzylinderförmige Innenwandung ausgebildet sein. Darüber hinaus kann eine Kontur des Hauptdurchflusskanals außen am Ventilkörper als eine regelmäßige Kontur ausgebildet sein. Solch eine regelmäßige Kontur ist z. B. ein Kreis, eine Ellipse oder ggf. ein regelmäßiges Polygon.
Der Hauptdurchflusskanal kann innen im und die Expansionsregion außen am Ventilkörper derart eingerichtet sein, dass in einer Teiloffenstellung des Ventilkörpers gegenüber dem Dichtsitz, das durch die Expansionsventileinrichtung hindurch strömbare Kältemittel wenigstens teilweise oder vollständig über die Ventilkörper-Dichtfläche hinweg strömbar ist oder hinweg strömt. In einer Offenstellung, insbesondere der Volloffenstellung, des Ventilkörpers gegenüber dem Dichtsitz, ist das Kältemittel hauptsächlich oder im Wesentlichen ausschließlich durch den Hauptdurchflusskanal hindurch strömbar oder strömt hauptsächlich oder im Wesentlichen durch diesen hindurch. Und in einer Geschlossenstellung des Ventilkörpers passiert natürlich kein Kältemittel die Expansionsventileinrichtung.
Ausgehend von der Geschlossenstellung kann bei einem Öffnen der Expansionsventileinrichtung bis hin zu einer bestimmten Teiloffenstellung das Kältemittel sequenziell zunächst durch den Expansionskanal hindurch und erst dann in den Hauptdurchflusskanal hinein strömbar sein oder strömen. Ferner kann ausgehend von der bestimmten Teiloffenstellung bei einem weiteren Öffnen der Expansionsventileinrichtung bis hin zu einer bestimmten weiteren Teiloffenstellung das Kältemittel parallel durch den Expansionskanal (Bypassfunktion) hindurch und in den Hauptdurchflusskanal hinein strömbar sein oder strömen.
Mittels einer Gestaltung der Expansionsregion kann ein Expansionsbereich der Expansionsventileinrichtung in einer Durchflusskurve des Kältemittels durch die Expansionsventileinrichtung hindurch, hin zu größeren Durchflussmengen verschoben sein (vgl. die 3 mit 4 und 5). Der Expansionsbereich ist derjenige Bereich der Durchflusskurve, in welchem mittels des Kältemittels auch Kälteleistung erbracht werden kann. Gemäß der Erfindung ist der Expansionsbereich im Vergleich zum Stand der Technik, natürlich ja nach Ausführungsform, deutlich größer; also in herkömmlichen Durchflusskurven oder dazu analoger Darstellungen dazu nach links (vgl. die 3 bis 5), also zu höheren Durchflussmengen verschoben.
Für solch eine Gestaltung der Expansionsregion sind insbesondere: ein effektiver Durchflussquerschnitt des Hauptdurchflusskanals, eine Geometrie des wenigstens einen Expansionskanals, eine Position bzw. ein Verlauf des wenigstens einen Expansionskanals auf dem Ventilkörper und/oder eine Ausgestaltung einer Ventilkörper-Dichtbrücke zwischen der Öffnung des Hauptdurchflusskanals und dem Expansionskanal maßgeblich. Unter einer Geometrie des wenigstens einen Expansionskanals ist z. B. dessen Länge, Breite und/oder Tiefe sowie ggf. ein Verlauf der Länge, ein Verlauf der Breite und/oder ein Verlauf der Tiefe, also z. B. ein Querschnittsverlauf entlang dessen Längserstreckung maßgeblich.
Eine Geometrie des Expansionskanals kann derart ausgebildet oder eine Geometrie der Expansionskanäle kann derart aufeinander abgestimmt sein, dass über Teiloffenstellungen des Ventilkörpers gegenüber der Dichtsitz-Dichtfläche hinweg, eine degressive, lineare oder progressive Durchflusscharakteristik des Kältemittels durch die Expansionsventileinrichtung hindurch einstellbar ist. Ferner kann durch eine bestimmte Teiloffenstellung wenigstens eine Unstetigkeitsstelle in einer Durchflusskurve des Kältemittels durch die Expansionsventileinrichtung hindurch einrichtbar sein (Wirksamwerden des Expansionskanals beim Öffnen und/oder Schließen). - Insbesondere lässt sich über sämtliche Öffnungsgrade der Expansionsventileinrichtung hinweg eine Durchflusscharakteristik mit drei linearen Bereichen erzielen (vgl. die 4 und 5).
Des Weiteren kann zwischen zwei Teiloffenstellungen der Expansionsventileinrichtung eine hauptsächlich oder im Wesentlichen lineare Durchflusskurve des Kältemittels durch die Expansionsventileinrichtung hindurch einstellbar sein. Darüber hinaus kann zwischen einer Teiloffenstellung und einer Geschlossenstellung der Expansionsventileinrichtung eine hauptsächlich oder im Wesentlichen lineare Durchflusskurve des Kältemittels durch die Expansionsventileinrichtung hindurch einstellbar sein. Vgl. die 4 und 5.
Innerhalb der Expansionsregion kann eine Längserstreckung wenigstens eines Expansionskanals hauptsächlich oder im Wesentlichen ausschließlich auf einem Breitenkreis des Ventilkörpers liegen. Ferner kann eine Längserstreckung wenigstens eines Expansionskanals sowohl in Breitenkreisrichtung als auch gewinkelt zu einem Breitenkreis des Ventilkörpers verlaufen. D. h. ferner, dass eine Längserstreckung des Expansionskanals ausschließlich in Richtung eines Längenkreises (Drehachse halbiert Längenkreise) des Ventilkörpers bevorzugt ausgeschlossen ist. Die Längserstreckung des wenigstens einen Expansionskanals kann geradlinig und/oder gekrümmt im Ventilkörper eingerichtet sein.
In einer Aufsicht auf die Öffnung des Hauptdurchflusskanals (vgl. die 7, 10 und 14), können sich in Richtung einer Drehachse des Ventilkörpers, die Öffnung und der Expansionskanal oder ein Längsendabschnitt des Expansionskanals einander überlappen. Im Falle eines sich in dieser Aufsicht mit der Öffnung überlappenden Längsendabschnitts des Expansionskanals, kann eine Überlappung in Bezug auf einen bevorzugt auf der Drehasche senkrecht stehenden (Kreis-) Durchmesser der Öffnung: ca. 70%, ca. 60%, ca. 50%, ca. 45%, ca. 40%, ca. 45%, ca. 40%, ca. 35%, ca. 30% oder ca. 20% betragen.
Innerhalb der Expansionsregion und in Richtung einer Längserstreckung des Hauptdurchflusskanals betrachtet kann ein Expansionskanal oberhalb und/oder unterhalb der Öffnung des Hauptdurchflusskanals beginnend im Ventilkörper eingerichtet sein. Ferner kann der Expansionskanal außen auf dem Ventilkörper in Richtung eines Längenkreises und/oder in Richtung eines Breitenkreises sich nach hinten erstreckend in der Ventilkörper-Dichtfläche eingerichtet sein. Des Weiteren kann der Expansionskanal in einer Projektion auf eine Äquatorebene des Ventilkörpers in einem ca. 45°-, ca. 60°-, ca. 65°-, ca. 70°-, ca. 75°-, ca. 80°-, ca. 85°-, ca. 90°-, ca. 95°-, ca. 100°-, ca. 105°-, ca. 110°-, ca. 115°- oder einem ca. 120°-Winkel umlaufen.
Innerhalb der Expansionsregion können genau oder wenigstens zwei Expansionskanäle v-förmig oder u-förmig eingerichtet sein (symmetrische Belastung des Ventilkörpers, gutes Ansprechverhalten). Hierbei ist es bevorzugt, dass die Expansionskanäle einerseits oberhalb und andererseits unterhalb der Öffnung des Hauptdurchflusskanals im Ventilkörper beginnend eingerichtet sind. Die zwei Expansionskanäle können bezüglich einer Äquatorebene symmetrisch im Ventilkörper eingerichtet sein. Ferner können die zwei Expansionskanäle an einander betreffenden Längsenden miteinander verschnitten sein. Darüber hinaus können die zwei Expansionskanäle in einen dritten Expansionskanal münden. Des Weiteren kann der dritte Expansionskanal auf einem Breitenkreis des Ventilkörpers liegen.
Der wenigstens eine Expansionskanal kann über seine Längserstreckung hinweg eine bevorzugt konstante Breite aufweisen. Hierbei kann eine Tiefe des Expansionskanals entlang dessen Längserstreckung derart gewählt sein, dass sich in einem entsprechenden Bereich eine hauptsächlich oder im Wesentlichen lineare Durchflusskurve des Kältemittels durch die Expansionsventileinrichtung hindurch einstellt. Andere Formen, wie ein degressiver, progressiver, zusammengesetzter etc. Verlauf im entsprechenden Bereich ist natürlich ebenfalls einstellbar. - Dies korrespondiert mit einem Querschnittsverlauf (Tiefe über Breite) des Expansionskanals entlang dessen Längserstreckung. Ggf. kann natürlich auch eine Breite des Expansionskanals entsprechend verändert werden.
Des Weiteren kann eine Tiefe des Expansionskanals mittels zweier einander entgegengesetzt gekrümmter Umfangsbodenradien eingestellt sein, wobei der näher am Hauptdurchflusskanal liegende Umfangsbodenradius bevorzugt als ein zu einer Krümmung der Ventilkörper-Dichtfläche entgegengesetzt gekrümmter Umfangsbodenradius ausgebildet ist. Darüber hinaus kann in Richtung einer Längserstreckung des Hauptdurchflusskanals betrachtet, eine hauptsächlich oder im Wesentlichen maximale Tiefe des Expansionskanals in Richtung einer Drehachse des Ventilkörpers, mit einem äußeren Randbereich der Öffnung des Hauptdurchflusskanals fluchteten (vgl. 7 und 10).
Der Ventilkörper kann genau zwei Expansionsregionen in seiner Ventilkörper-Dichtfläche umfassen. Hierbei können die Expansionsregionen eine Drehsymmetrie bezüglich einer Drehachse (Pole) und/oder eine Symmetrie bezüglich einer Äquatorebene des Ventilkörpers aufweisen. Hierbei ist die Drehsymmetrie bevorzugt eine 180°-Drehsymmetrie bezüglich der Drehachse des Ventilkörpers. Der Ventilkörper kann als ein schwenkbarer, drehbarer, rotierbarer oder linear verlagerbarer Ventilkörper ausgebildet sein. Ferner kann der Ventilkörper hauptsächlich oder im Wesentlichen kugelförmig, kugelabschnittförmig, zylinderförmig, zylinderabschnittförmig, kegelförmig oder kegelabschnittförmig ausgebildet sein.
Bevorzugt ist der Ventilkörper als ein Kugelabschnitt ausgebildet. Hierbei kann ausgehend von einer Vollkugel als idealisiertes Modell für den Ventilkörper, ein erster Polabschnitt als ein z. B. im Wesentlichen zylinderabschnittförmiger (allgemeiner, bevorzugt gerader Zylinderabschnitt) Betätigungsbereich ggf. zusätzlich mit einer Betätigungsvorrichtung (Formausnehmung, Schlitz etc.) für den Ventilkörper ausgebildet sein. Hierbei kann der Ventilkörper außen an der Expansionsventileinrichtung für einen Aktor mechanisch zugänglich sein. Ferner kann der zweite Polabschnitt als ein Kugelabschnitt vorhanden sein oder fehlen (Bauraumersparnis). Hierbei kann die Expansionsventileinrichtung als eine Kugelhahnventileinrichtung ausgebildet sein.
Ein betreffender Dichtsitz der Expansionsventileinrichtung kann an wenigstens einer Halteschale der Expansionsventileinrichtung eingerichtet sein. Bevorzugt sind zwei solche Halteschalen vorgesehen. Die wenigstens eine Halteschale kann in einem Ventilkäfig der Expansionsventileinrichtung aufgenommen sein und den Ventilkörper bewegbar im Ventilkäfig lagern. Der Ventilkäfig kann abgesehen von Öffnungen in den Halteschalen für einen Fluidstrom durch die Expansionsventileinrichtung hindurch, seitlich offen ausgebildet sein. Die Expansionsventileinrichtung kann als eine einzige, zusammenhängende Baugruppe ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Expansionsventil umfasst ein Ventilgehäuse und eine darin vorgesehene erfindungsgemäße Expansionsventileinrichtung. Bezüglich einer Durchflussrichtung des Kältemittels durch das Expansionsventil hindurch kann die Expansionsventileinrichtung in einem von 0° bis 30°, 45° oder 60°, oder 120°, 135° oder 150° bis 180° verschiedenen Winkel, insbesondere in einem ca. 90°-Winkel im Ventilgehäuse montiert sein. Ferner kann die Expansionsventileinrichtung an ihren beiden Stirnseiten in Durchflussrichtung mittels Dichtungen, insbesondere O-Ringdichtungen, gegenüber dem Ventilgehäuse fluidgedichtet in diesem eingerichtet sein. Des Weiteren kann eine Dichtung zwischen einer Innenwandung des Ventilgehäuses und einer Halteschale der Expansionsventileinrichtung im Expansionsventil eingerichtet sein.
Figurenliste
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische und nicht maßstabsgetreue Zeichnung näher erläutert. Bei der Erfindung kann ein Merkmal positiv, d. h. vorhanden, oder negativ, d. h. abwesend, ausgestaltet sein. In dieser Spezifikation ist ein negatives Merkmal als Merkmal nicht explizit erläutert, wenn nicht gemäß der Erfindung Wert daraufgelegt ist, dass es abwesend ist. D. h. die tatsächlich gemachte und nicht eine durch den Stand der Technik konstruierte Erfindung darin besteht, dieses Merkmal wegzulassen. Das Fehlen eines Merkmals (negatives Merkmal) in einem Ausführungsbeispiel zeigt, dass das Merkmal optional ist. - In den lediglich beispielhaften Figuren (Fig.) der Zeichnung zeigen:

Die 1 und 3 in einer zentral geschnittenen, zweidimensionalen Draufsicht eine Expansionsventileinrichtung gemäß dem Stand der Technik (1) sowie in einem Diagramm deren Durchflusscharakteristik (3, Öffnungsquerschnitt über Öffnungswinkel, analog zu einer Durchflusskurve),
die 2 und 4 in einer dreidimensionalen Ansicht von schräg oben (2) einen erfindungsgemäßen Ventilkörper für eine Expansionsventileinrichtung sowie in einem Diagramm deren Durchflusscharakteristik (4, Öffnungsquerschnitt über Öffnungswinkel, analog zu einer Durchflusskurve),
die 5 einen Vergleich einer allgemeinen Durchflusscharakteristik (Öffnungsquerschnitt über Öffnungswinkel, analog zu einer Durchflusskurve) einer Expansionsventileinrichtung gemäß dem Stand der Technik (unten) mit einer Expansionsventileinrichtung gemäß der Erfindung (oben),
die 6 in einer im Wesentlichen zentral geschnittenen, dreidimensionalen Draufsicht eine Expansionsventileinrichtung gemäß der Erfindung, umfassend einen erfindungsgemäßen Ventilkörper und zwei an Halteschalen ausgebildeten Dichtsitzen für den Ventilkörper,
die 7 bis 12 vier beispielhafte Ausführungsformen (eins: 7 und 8; zwei: 9 und 10; drei: 11, und vier: 12) von erfindungsgemäßen Ventilkörpern für erfindungsgemäße Expansionsventileinrichtungen für erfindungsgemäße Expansionsventile,
die 13 eine zentral geschnittene und radial weggebrochene zweidimensionale Ansicht einer Ausführungsform des Ventilkörpers, wobei der Schnitt ferner entlang einer Längserstreckung eines Expansionskanals des Ventilkörpers liegt und dessen Bodenverlauf zeigt,
die 14 bis 18 in Richtung einer Durchflussrichtung der Expansionsventileinrichtung betrachtet, ein Öffnen (14 nach 18) bzw. ein Schließen (18 nach 14) der Expansionsventileinrichtung mit einem Ventilkörper aus den 2, 9 und 10, und
die 19 in einer dreidimensionalen Explosionsansicht einen Montageschritt der erfindungsgemäßen Expansionsventileinrichtung (inkl. eines Ventilkäfigs und Dichtungen) in einem Ventilgehäuse eines erfindungsgemäßen Expansionsventils für eine Kälteanlage.

Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Expansionsventils 0 (vgl. 19) mit einer darin vorgesehenen erfindungsgemäßen Expansionsventileinrichtung 1 (vgl. 6 und 14 bis 19) näher erläutert. Das Expansionsventil 0 bzw. die Expansionsventileinrichtung 1 ist bevorzugt in einer Fluidanlage, bevorzugt einer Kälteanlage (Kältemaschine), insbesondere einer Kälteanlage eines Kraftfahrzeugs, eingesetzt. - In der Zeichnung sind nur diejenigen Abschnitte des Expansionsventils 0, der Expansionsventileinrichtung 1, eines Ventilkörpers 10 (Drehachse D, definiert über deren virtuelle Pole P) der Expansionsventileinrichtung 1 etc. dargestellt, welche für ein Verständnis der Erfindung notwendig sind.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher beschrieben und illustriert ist, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. So ist die Erfindung insbesondere auf allgemeine Expansionsventile 0 oder Expansionsventileinrichtungen 1 zum Steuern und/oder Regeln eines Durchflusses eines Kältemittels durch das Expansionsventil 0 bzw. die Expansionsventileinrichtung 1 hindurch anwendbar. - Ggf. ist das Expansionsventil 0 bzw. die Expansionsventileinrichtung 1 auch als ein Fluidventil 0 bzw. eine Fluidventileinrichtung 1, also jenseits einer Aufgabe einer Expansion eines Kältemittels, z. B. für ein Kühlmittel oder ein anderes Fluid, anwendbar (Expansionsregion 100: zusätzliche Durchflussregion 100 - Expansionskanal 120: Fluidkanal 120 - Expansionsbereich Ex: zusätzliche Durchflussregion Ex - Kältemittel: Fluid).
Die 1 und 3 zeigen einen Stand der Technik, von welchem ausgehend die Erfindung geschöpft wurde. Die in der 1 dargestellte Expansionsventileinrichtung 9 umfasst einen, zwischen zwei vollumfänglich umlaufenden Dichtsitzen 32, 32 mit vollumfänglich umlaufenden Dichtsitz-Dichtflächen 33, 33, drehbar (Doppelpfeil) gelagerten und fluidgedichteten, kugelförmigen Ventilkörper 10. Der Ventilkörper 10 selbst weist einen hindurchgehenden Hauptdurchflusskanal 110 (zwei Öffnungen 111, 111; Längserstreckung L₁₁₀) und in seiner Äquatorebene Ä zwei Expansionskanäle 120, 120 auf, welche in einer 180°-Drehsymmetrie in eine Ventilkörper-Dichtfläche 12 des Ventilkörpers 10 eingearbeitet sind.
Die Expansionskanäle 120, 120 münden jeweils mit einem Längende in einem Bereich einer Öffnung 111 des Hauptdurchflusskanals 110 direkt im Hauptdurchflusskanal 110. D. h. die Expansionskanäle 120, 120 stehen jederzeit in direkter Fluidkommunikation mit dem Hauptdurchflusskanal 110, wobei ein jeweiliger Expansionskanal 120/120 mit dem Hauptdurchflusskanal 110 im Bereich einer betreffenden Öffnung 111/111 verschnitten ist. - Die 3 zeigt eine Durchflusscharakteristik (Öffnungsquerschnitt [A] über Öffnungswinkel [°]) solch einer Expansionsventileinrichtung 9 aus dem Stand der Technik, wobei diese Kurve analog zu einer Durchflusskurve bzw. einem realen Durchfluss der Expansionsventileinrichtung 9 gemäß dem Stand der Technik ist.
Analog dazu zeigen die 2 (vgl. auch die 6 bis 12) und 4 eine Ausführungsform der Erfindung, wobei ein kugelabschnittförmiger Ventilkörper 10 ohne Dichtsitze 32, 32 dargestellt ist. Die erfindungsgemäße Expansionsventileinrichtung 1 weist jedoch ferner wenigstens einen Dichtsitz 32 und bevorzugt ebenfalls zwei Dichtsitze 32, 32 auf (vgl. 6). Der Ventilkörper 10 selbst weist einen hindurchgehenden Hauptdurchflusskanal 110 und abseits seiner Äquatorebene Ä wenigstens einen Expansionskanal 120 (vgl. die 7 bis 12) in einer Expansionsregion 100 des Ventilkörpers 10 auf. Bevorzugt sind zwei Expansionskanäle 120 in einer einzelnen Expansionsregion 100 im Ventilkörper 10 eingerichtet; ein einziger Expansionskanal 120 oder mehr als zwei Expansionskanäle 120 sind natürlich anwendbar.
Die Expansionsregion 100 ist dabei unmittelbar benachbart zu einer Öffnung 111 des Hauptdurchflusskanals 110 außen am Ventilkörper 10 eingerichtet und umfasst einen Bereich einer Ventilkörper-Dichtfläche 12 um den wenigstens einen darin eingebetteten Expansionskanal 120 herum. Hierbei erstreckt sich die Expansionsregion 100 beginnend oberhalb und/oder unterhalb der Öffnung 111 (hier liegt auch ein Längsende eines Expansionskanals 120) des Hauptdurchflusskanals 110 in Breitenkreisrichtung nach ,hinten‘, also von der Öffnung 111 weg, auf der Ventilkörper-Dichtfläche 12 und ist im Wesentlichen durch eine Form und Lage (Länge) des wenigstens einen darin vorgesehenen Expansionskanals 120 in ihrer Ausdehnung bestimmt. Eine Form der Expansionsregion 100, einmal von der (Teil-)Öffnung 111 und dem wenigstens einen Expansionskanal 120 abgesehen, entspricht dabei im Wesentlichen einem Kuppelbereich (Kalottenbereich) des Ventilkörpers 10.
Bevorzugt weist ein Ventilkörper 10 zwei Expansionsregionen 100, 100 auf, die in einer Draufsicht auf den Ventilkörper 10 (vgl. die 8) bezüglich des Hauptdurchflusskanals 110 diagonal an dessen einander gegenüberliegenden Öffnungen 111 eingerichtet sind. Bevorzugt sind die beiden Expansionsregionen 100, 100 in einer Drehsymmetrie, insbesondere einer 180°-Drehsymmetrie außen am/im Ventilkörper 10 eingerichtet. In einer Projektion auf die Äquatorebene Ä des Ventilkörpers 10 bilden eine jeweilige Mittellinie der beiden Expansionsregionen 100 und eine Mittellinie des Hauptdurchflusskanals 110 bevorzugt ungefähr eine S-Form mit einer geraden Verbindungslinie (Längserstreckung L₁₁₀ des Hauptdurchflusskanals 110) der beiden geschwungenen Endabschnitte (ggf. zusammenfallende Längserstreckungen L₁₂₀ der Expansionskanäle 120, (120, 120); 120, (120, 120)) des ,S'.
Ein betreffender Expansionskanal 120 ist, abgesehen von einer direkten Fluidkommunikation mit einem zweiten Expansionskanal 120, als ein Binnenkanal 120 ohne eine direkte Fluidkommunikation zum Hauptdurchflusskanal 110 im Ventilkörper 10 eingerichtet bzw. in die Ventilkörper-Dichtfläche 12 eingebettet. D. h. der betreffende Expansionskanal 120 steht lediglich indirekt in Fluidkommunikation mit dem Hauptdurchflusskanal 110, d. h. der Expansionskanal 120 ist mit dem Hauptdurchflusskanal 110 im Bereich einer betreffenden Öffnung 111 nicht verschnitten. D. h. ferner, dass der betreffende Expansionskanal 120 (Binnenkanal 120), natürlich wiederum abgesehen von einer direkten Fluidkommunikation mit einem zweiten Expansionskanal 120, bevorzugt immer nur in direkter Fluidkommunikation mit einem Raum direkt außerhalb bzw. radial oberhalb des Expansionskanals 120 steht.
In einer Expansionsregion 100 ist zwischen einem die Öffnung 111 des Hauptdurchflusskanals 110 betreffenden (nicht unmittelbar benachbarten) Längende des Expansionskanals 120 und der Öffnung 111 bzw. dem Hauptdurchflusskanal 110 eine Ventilkörper-Dichtbrücke 11 (im Stand der Technik nicht vorhanden) eingerichtet. Die Ventilkörper-Dichtbrücke 11 verhindert eine direkte Fluidkommunikation zwischen dem Expansionskanal 120 und dem Hauptdurchflusskanal 110 sowie vice versa. Die Ventilkörper-Dichtbrücke 11 zwingt das Kältemittel zwischen dem Expansionskanal 120 und dem Hauptdurchflusskanal 110 sowie vice versa, einen Umweg über die Ventilkörper-Dichtfläche 12 zu nehmen. D. h. eine Außenfläche der Ventilkörper-Dichtbrücke 11 ist ein Bereich der Ventilkörper-Dichtfläche 12.
Die 4 zeigt eine Durchflusscharakteristik (Öffnungsquerschnitt [A] über Öffnungswinkel [°]) der Expansionsventileinrichtung 1 gemäß der Erfindung, wobei diese Kurve analog zu einer Durchflusskurve bzw. einem realen Durchfluss der Expansionsventileinrichtung 1 ist. In einem Vergleich mit der 3 (Ventilkörper 10 gemäß 1 vs. Ventilkörper 10 gemäß 2) ist ein deutlich vergrößerter Expansionsbereich Ex der Expansionsventileinrichtung 1 zu erkennen. - Die 5 zeigt ferner ein allgemeineres Potenzial der Erfindung; die Vergrößerung des Expansionsbereichs Ex der erfindungsgemäßen Expansionsventileinrichtung gegenüber einer Expansionsventileinrichtung aus dem Stand der Technik ist deutlich zu erkennen.
Bei den vorliegend dargestellten Ausführungsformen der Expansionsventileinrichtung 1 gibt es eine Mehrzahl von prinzipiell unterscheidbaren Öffnungsgraden O, T, G des Ventilkörpers 10 gegenüber seinem betreffenden Dichtsitz 32 bzw. in der Expansionsventileinrichtung 1. Dies sind eine Offenstellung O, eine Mehrzahl von prinzipiell unterscheidbaren Teiloffenstellungen T: T_II und T: T_III, T_IV und eine Geschlossenstellung G. Innerhalb eines jeweiligen Öffnungsgrads O, T, G, insbesondere der Öffnungsgrade O und G gibt es jeweils eine Mehrzahl von Stellungen des Ventilkörpers 10 bzw. der Expansionsventileinrichtung 1, welche mit diesem Öffnungsrad korrespondieren; einmal von Grenzstellungen zu einem anderen Öffnungsgrad abgesehen. Hierbei reagiert der Öffnungsgrad T sensibel auf eine kleine Änderung.
In der Offenstellung O (vgl. auch 14) passiert das durch die Expansionsventileinrichtung 1 hindurchströmende Kältemittel hauptsächlich oder im Wesentlichen lediglich den Durchflusskanal 11. Hierbei gibt es natürlich eine Mehrzahl solcher Stellungen in Abhängigkeit eines Öffnungswinkels [°]; vgl. die 4, Offenstellungen O: 0° bis ca. 30°. - In der Teiloffenstellung T (vgl. auch 15 bis 17) passiert das durch die Expansionsventileinrichtung 1 hindurchströmende Kältemittel den Durchflusskanal 11 und den Expansionskanal 120 gleichzeitig (Teiloffenstellung T_II, 15) oder im Wesentlichen sequentiell (Teiloffenstellungen T_III, T_IV, 16 und 17); vgl. die 4, Teiloffenstellungen T: ca. 30° bis ca. 108°. - In der Geschlossenstellung G (vgl. auch 18) passiert natürlich kein Kältemittel die Expansionsventileinrichtung 1 (Geschlossenstellungen G größer ca. 108°, 4).
Die 6 zeigt die Expansionsventileinrichtung 1 mit dem, zwischen zwei vollumfänglich umlaufenden Dichtsitzen 32, 32 mit jeweils einer vollumfänglich umlaufenden Dichtsitz-Dichtfläche 33, drehbar gelagerten und fluidgedichteten Ventilkörper 10, der bevorzugt kugelabschnittförmig ausgebildet ist. Die zwei Dichtsitze 32, 32 sind dabei an zwei Halteschalen 30, 30 für den Ventilkörper 10 integral ausgebildet. Es ist natürlich möglich, die Dichtsitze 32, 32 anderweitig, z. B. in einem Gehäuse, auszubilden. Die 6 zeigt einen Weg des Kältemittels in einer Teiloffenstellung T des Ventilkörpers 10 gegenüber seinen Dichtsitzen 32, 32 bzw. in der Expansionsventileinrichtung 1, wobei die Teiloffenstellung T im Wesentlichen mit der Teiloffenstellung T_III (vgl. u. 16) korrespondiert.
Das Kältemittel liegt in der 6 oben (breiter Pfeil) an der Expansionsventileinrichtung 1 mit einem vergleichsweise hohen Druck an und entspannt sich beim Durchgang (schmaler, gewundener Pfeil) durch die Expansionsventileinrichtung 1. Das Kältemittel passiert zunächst eine Durchfluss-Öffnung in dem oberen vollständig umlaufenden Dichtsitz 32 und tritt in wenigstens einen Expansionskanal 120 einer ersten Expansionsregion 100 im Ventilkörper 10 ein. Von dort aus strömt das Kältemittel unterhalb (Bezug zur 6) der Dichtfläche 33 des oberen Dichtsitzes 32 im wenigstens einen Expansionskanal 120 zur einer dem Dichtsitz 32 stromabwärtigen Seite (auch radial außen in Bezug auf die Dichtfläche 33) und dringt dabei in die Expansionsventileinrichtung 1 ein. In der Expansionsventileinrichtung 1 strömt das Kältemittel über eine erste Ventilkörper-Dichtbrücke 11 der ersten Expansionsregion 100, also einen Bereich der Ventilkörper-Dichtfläche 12, hinweg und dringt (Öffnung 111) erst dann in den Hauptdurchflusskanal 110 ein und passiert diesen.
An einer gegenüberliegenden Seite (Öffnung 111) tritt das Kältemittel aus dem Hauptdurchflusskanal 110 aus, strömt über die Ventilkörper-Dichtbrücke 11 also einen Bereich der Ventilkörper-Dichtfläche 12 hinweg und dringt in wenigstens einen Expansionskanal 120 einer zweiten Expansionsregion 100 im Ventilkörper 10 ein. Von dort aus strömt das Kältemittel oberhalb (Bezug zur 6) der Dichtfläche 33 des unteren Dichtsitzes 32 im wenigstens einen Expansionskanal 120 zur einer dem Dichtsitz 32 stromabwärtigen Seite (auch radial innen in Bezug auf die Dichtfläche 33) und beginnt die Expansionsventileinrichtung 1 zu verlassen. Hierbei passiert das Kältemittel eine Durchfluss-Öffnung in dem unteren vollständig umlaufenden Dichtsitz 32 und verlässt die Expansionsventileinrichtung 1.
Hierbei wird angenommen, dass die Dichtsitze 32, 32 den Hauptdurchflusskanal 110 gegenüber einem direkten Fluideintritt abdichten. D. h. das gesamte, die Expansionsventileinrichtung 1 passierende Kältemittel strömt zunächst durch den wenigstens einen Expansionskanal 120 der ersten Expansionsregion 100 hindurch, durchströmt dann erst den Hauptdurchflusskanal 110 und strömt dann durch den wenigstens einen Expansionskanal 120 der zweiten Expansionsregion 100 hindurch. Dies gilt für vergleichsweise geschlossene Teiloffenstellungen T; T_III (16), T_IV (17) und diesbezüglich geschlossenere Teiloffenstellungen T bis hin zur (ersten) Geschlossenstellung G, wobei das gesamte Kältemittel den wenigstens einen Expansionskanal 120 der ersten Expansionsregion 100, den Hauptdurchflusskanal 110 und den wenigstens einen Expansionskanal 120 der zweiten Expansionsregion 100 sequenziell durchströmt.
In vergleichsweise offenen Teiloffenstellungen T, d. h. offener als die Teiloffenstellung T_III (16) bis hin zur Teiloffenstellung T_II (15), sind sowohl der Expansionskanal 120 der ersten Expansionsregion 100 als auch der Hauptdurchflusskanal 110, sowie sowohl der Hauptdurchflusskanal 110 als auch der Expansionskanal 120 der zweiten Expansionsregion 100 mit Kältemittel gelichzeitig beströmbar. Öffnet sich die Expansionsventileinrichtung 1 weiter, so wird aus der Teiloffenstellung T, T_II eine (erste) Offenstellung O, in welcher das Kältemittel hauptsächlich oder im Wesentlichen ausschließlich den Hauptdurchflusskanal 110 passiert. - Vgl. hierzu auch die Durchflusscharakteristiken bzw. die Durchflusskurven der Expansionsventileinrichtung 1 in den 4 und 5.
Die 7 und 8 zeigen eine erste Ausführungsform des Ventilkörpers 10 mit jeweils einem einzigen Expansionskanal 120 je Expansionsregion 100. Der jeweilige Expansionskanal 120 besitzt eine Längserstreckung L₁₂₀ sowohl in Breitenkreisrichtung als auch in Längenkreisrichtung (gewinkelt zur Breitenkreisrichtung) des Ventilkörpers 10. - Hierbei, dies gilt auch für die anderen Fig., orientieren sich die Breitenkreise und Längenkreise gemäß den virtuellen (der Ventilkörper 10 ist in den Fig. als Kugelabschnitt ausgebildet) Polen P des Ventilkörpers 10, deren Verbindungslinie die Drehachse D des Ventilkörpers 10 bildet.
Die 9 und 10 zeigen eine zweite Ausführungsform des Ventilkörpers 10 mit jeweils genau zwei Expansionskanälen 120, 120 je Expansionsregion 100. Der jeweilige Expansionskanal 120 besitzt eine Längserstreckung L₁₂₀ sowohl in Breitenkreisrichtung als auch in Längenkreisrichtung (gewinkelt zur Breitenkreisrichtung) des Ventilkörpers 10. Hierbei sind die zwei Expansionskanäle 120, 120 v-förmig vorgesehen, wobei eine Öffnung dieses ,V's die betreffende Öffnung 111 des Hauptdurchflusskanals 110 teilweise aufnimmt. Gegenüberliegend, bevorzugt in einem Bereich der Äquatorebene Ä sind die Expansionskanäle 120, 120 miteinander verschnitten. Hierbei ist je Expansionsregion 100 ein Expansionskanal 120 auf einer oberen und ein Expansionskanal 120 auf einer unteren Hemisphäre des Ventilkörpers 10 vorgesehen.
Die 11 zeigt eine dritte Ausführungsform des Ventilkörpers 10 mit jeweils genau drei Expansionskanälen 120, 120 je Expansionsregion 100. Hierbei sind je Expansionsregion 100 zwei Expansionskanäle 120, 120 analog zu den 9 und 10 jedoch etwas steiler eingerichtet, wobei diese beiden Expansionskanäle 120, 120 von zwei Seiten aus kommend, in einem dritten Expansionskanal 120 münden, der bevorzugt geradlinig in der Äquatorebene Ä liegt. Hierbei ist eine regelmäßige Sternanordnung der drei Expansionskanäle 120, 120, 120, die bevorzugt alle hauptsächlich oder im Wesentlichen dieselbe Länge besitzen, bevorzugt.
Die 12 zeigt eine vierte Ausführungsform des Ventilkörpers 10 mit jeweils einem einzigen Expansionskanal 120 je Expansionsregion 100. Hierbei liegt der Expansionskanal 120 bzw. dessen Längserstreckung L₁₂₀ lediglich auf einem Breitenkreis versetzt zur Äquatorebene Ä. Auch eine Mehrzahl solcher Expansionskanäle 120 ist anwendbar. Ferner kann natürlich je wenigstens ein Expansionskanal 120 auf einer oberen und einer unteren Hemisphäre des Ventilkörpers 10 je Expansionsregion 100 vorgesehen sein.
Die 13 zeigt einen beispielhaften Bodenverlauf eines Expansionskanals 120, der über seine Längserstreckung L₁₂₀ hinweg eine bevorzugt konstante Breite (in der Kugeloberfläche) aufweist. Ein Tiefenverlauf des Expansionskanals 120 kann, natürlich nur in gewissen Grenzen, für eine gewünschte Durchflusskurve der Expansionsventileinrichtung 1 gewählt werden, da bei gegebener Breite des Expansionskanals 120 oder der Expansionskanäle 120, der betreffende Tiefenverlauf verantwortlich für die Durchflussquerschnitte des Expansionskanals 120 bzw. der Expansionskanäle 120 ist.
So ist vorliegend bei dem in 2 dargestellten Ventilkörper 10, für eine hauptsächlich oder im Wesentlichen lineare Durchflusskurve zwischen den Teiloffenstellungen T_II und T_III (4) der in 13 dargestellte Tiefenverlauf für die vier Expansionskanäle 120 der zwei Expansionsregionen 100, 100 des Ventilkörpers 10 gewählt. D. h. der Tiefenverlauf ist mittels zweier einander entgegengesetzt gekrümmter Umfangsbodenradien R₁, R₂ eingestellt, wobei der näher am Hauptdurchflusskanal 110 liegende (tiefe) Umfangsbodenradius R₁ bevorzugt als ein zu einer Krümmung der Ventilkörper-Dichtfläche 12 entgegengesetzt gekrümmter Umfangsbodenradius R₁ ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Expansionsventil 0 (vgl. die 19) umfasst wenigstens ein Ventilgehäuse 50 mit einer darin eingesetzten erfindungsgemäßen Expansionsventileinrichtung 1. Die Expansionsventileinrichtung 1 umfasst bevorzugt einen insbesondere zweiteiligen Ventilkäfig 20 mit zwei Halteschalen 30, 30, wobei der Ventilkörper 10 in Durchflussrichtung des Kältemittels zwischen den Halteschalen 30, 30 im Ventilkäfig 20 verdrehbar (Drehachse D definiert über Pole P, vgl. die 2 und 7 bis 12) aufgenommen ist. Eine stromaufwärtige Halteschale 30 besitzt einen stromaufwärtigen Dichtsitz 32 (Dichtsitz-Dichtfläche 33) und eine stromabwärtige Halteschale 30 besitzt einen stromabwärtigen Dichtsitz 32 (Dichtsitz-Dichtfläche 33) für den Ventilkörper 10. - Andere Ausführungsformen des Expansionsventils 0 bzw. der Expansionsventileinrichtung 1, z. B. eine Expansionsventileinrichtung 1 als ein Expansionsventil 0, sind natürlich möglich.
Die Expansionsventileinrichtung 1 kann in einer Innenkammer 51 des Ventilgehäuses 50 fest montiert sein, wobei ferner die Innenkammer 51 und die Expansionsventileinrichtung 1 eine wenigstens teilkomplementäre Kodierung aufweisen können, damit die Expansionsventileinrichtung 1 nicht falsch in der Innenkammer 51 platziert werden kann, falls dies bei einer Ausführungsform möglich ist. Die Innenkammer 51 und somit die Expansionsventileinrichtung 1 stehen in einer Fluidkommunikation mit einem Kältemitteleinlass und einem Kältemittelauslass des Ventilgehäuses 50. Bevorzugt ist die Expansionsventileinrichtung 1 über Dichtungen 40, 40, insbesondere O-Ringdichtungen 40, 40, zwischen den Halteschalen 30, 30 und betreffenden Innenwandungen des Ventilgehäuses 50 im Ventilgehäuse 50 eingerichtet. Hierbei können die Dichtungen 40, 40 der Expansionsventileinrichtung 1 oder dem Expansionsventil 0 zugehörig sein.
Bevorzugt weist das Ventilkörpergehäuse 20 genau zwei als Gleichteile ausgebildete Teilgehäuse 22, 22 auf, wobei die Teilgehäuse 22, 22 zusammensteckt und bevorzugt aneinander verrastet werden können. In einer Durchflussrichtung (Doppelpfeil, potenziell beide Richtungen) für das durch die Expansionsventileinrichtung 1 zu steuernde und/oder zu regelnde Kältemittel, weist das Ventilkörpergehäuse 20 jeweils stirnseitig bzw. weisen die zwei Teilgehäuse 22, 22 jeweils bevorzugt eine einzige Durchgangsöffnung auf. Abseits davon, also nicht stirnseitig, sondern oben, unten rechts, links bzw. an einem Umfang, kann das Ventilkörpergehäuse 20 wenigstens eine weitere Durchgangsöffnung (Bauraumersparnis, bessere Durchströmung des Expansionsventils 0) besitzen.
An und/oder wenigstens teilweise in einer solchen Durchgangsöffnung findet jeweils eine Halteschale 30 der Expansionsventileinrichtung 1 Platz. Zwischen den Halteschalen 30, 30 ist dann der Ventilkörper 10 aufgenommen, wodurch ein bezüglich eines Zentrums der Expansionsventileinrichtung 1 im Wesentlichen punktsymmetrischer Sandwichaufbau der Expansionsventileinrichtung 1 entstehen kann (ggf. ohne Expansionskanäle 120). Der Ventilkörper 10 sitzt dabei jeweils stirnseitig an den ringförmigen Dichtsitzen 32, 32 bzw. Dichtsitz-Dichtflächen 33, 33 der beiden Halteschalen 30, 30 an und ist von diesen im Ventilkörpergehäuse 20 bewegbar, insbesondere drehbar (Drehachse D), gehaltert.
In einer Montagestellung der Expansionsventileinrichtung 1 im Ventilgehäuse 50 sitzt bevorzugt jeweils eine axial (Durchflussrichtung) komprimierte Dichtung 40 zwischen einer axialen Außenseite der betreffenden Halteschale 30 und der betreffenden Innenwandung des Ventilgehäuses 50 an. Ferner kann dabei die Dichtung 40 wenigstens teilweise radial innerhalb der betreffenden Durchgangsöffnung im Ventilkörpergehäuse bzw. im betreffenden Teilgehäuse 22/22 aufgenommen sein.

Claims

Expansionsventileinrichtung (1) für ein Expansionsventil (0), insbesondere für eine Kälteanlage bevorzugt eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Dichtsitz (32) aufweisend eine vollumfängliche Dichtsitz-Dichtfläche (33) und einem daran mit einer Ventilkörper-Dichtfläche (12) ansitzenden Ventilkörper (10) aufweisend einen dadurch hindurchgehenden Hauptdurchflusskanal (110), wobei in Abhängigkeit einer Stellung des Ventilkörpers (10) relativ zur Dichtsitz-Dichtfläche (33) ein Kältemittelstrom durch die Expansionsventileinrichtung (1) hindurch einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass außen am Ventilkörper (10) wenigstens eine Expansionsregion (100) mit einem in die Ventilkörper-Dichtfläche (12) eingebetteten Expansionskanal (120) derart eingerichtet ist, dass der Expansionskanal (120) über die Ventilkörper-Dichtfläche (12) hinweg zu einer Öffnung (111) des Hauptdurchflusskanals (110) beabstandet (11) ist.
Expansionsventileinrichtung (1) gemäß vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptdurchflusskanal (110) innen im und die Expansionsregion (100) außen am Ventilkörper (10) derart eingerichtet sind, dass: • in einer Teiloffenstellung (T; T_II, T_III, T_IV) des Ventilkörpers (10) gegenüber dem Dichtsitz (32), das durch die Expansionsventileinrichtung (1) hindurch strömbare Kältemittel wenigstens teilweise (T; T_II) oder vollständig (T; T_III, T_IV) über die Ventilkörper-Dichtfläche (12) hinweg strömbar ist oder hinweg strömt, • ausgehend von einer Geschlossenstellung (G) bei einem Öffnen der Expansionsventileinrichtung (1) bis hin zu einer bestimmten Teiloffenstellung (T, T_III) das Kältemittel sequenziell zunächst durch den Expansionskanal (120) hindurch und erst dann in den Hauptdurchflusskanal (110) hinein strömbar ist oder strömt, und/oder • ausgehend von der bestimmten Teiloffenstellung (T, T_III) bei einem weiteren Öffnen der Expansionsventileinrichtung (1) bis hin zu einer bestimmten weiteren Teiloffenstellung (T; T_II) das Kältemittel parallel durch den Expansionskanal (120) hindurch und in den Hauptdurchflusskanal (110) hinein strömbar ist oder strömt.
Expansionsventileinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Gestaltung der Expansionsregion (100), ein Expansionsbereich (Ex) der Expansionsventileinrichtung (1) in einer Durchflusskurve des Kältemittels durch die Expansionsventileinrichtung (1) hindurch, hin zu größeren Durchflussmengen verschoben ist.
Expansionsventileinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geometrie des Expansionskanals (120) derart ausgebildet oder eine Geometrie der Expansionskanäle (120) derart aufeinander abgestimmt ist, dass: durch eine bestimmte Teiloffenstellung (T_II/T_III) wenigstens eine Unstetigkeitsstelle in einer Durchflusskurve des Kältemittels durch die Expansionsventileinrichtung (1) hindurch einrichtbar ist, und/oder zwischen zwei Teiloffenstellungen (T_II, T_III) der Expansionsventileinrichtung (1) eine hauptsächlich oder im Wesentlichen lineare Durchflusskurve des Kältemittels durch die Expansionsventileinrichtung (1) hindurch einstellbar ist,
Expansionsventileinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Expansionsregion (100): • eine Längserstreckung (L₁₂₀) wenigstens eines Expansionskanals (120) hauptsächlich oder im Wesentlichen ausschließlich auf einem Breitenkreis des Ventilkörpers (10) liegt, • eine Längserstreckung (L₁₂₀) wenigstens eines Expansionskanals (120) sowohl in Breitenkreisrichtung als auch gewinkelt zu einem Breitenkreis des Ventilkörpers (10) verläuft, und/oder • die Längserstreckung (L₁₂₀) des wenigstens einen Expansionskanals (120) geradlinig und/oder gekrümmt im Ventilkörper (10) eingerichtet ist.
Expansionsventileinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Aufsicht auf die Öffnung (111) des Hauptdurchflusskanals (110), in Richtung einer Drehachse (D) des Ventilkörpers (10), sich die Öffnung (111) und der Expansionskanal (120) oder ein Längsendabschnitt des Expansionskanals (120) überlappen.
Expansionsventileinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Expansionsregion (100) und in Richtung einer Längserstreckung (L₁₁₀) des Hauptdurchflusskanals (110) betrachtet: • ein Expansionskanal (120) oberhalb und/oder unterhalb der Öffnung (111) des Hauptdurchflusskanals (110) beginnend im Ventilkörper (10) eingerichtet ist, • der Expansionskanal (120) außen auf dem Ventilkörper (10) in Richtung eines Längenkreises und/oder in Richtung eines Breitenkreises sich nach hinten erstreckend in der Ventilkörper-Dichtfläche (12) eingerichtet ist, und/oder • der Expansionskanal (120) in einer Projektion auf eine Äquatorebene (Ä) des Ventilkörpers (10) in einem ca. 45°-, ca. 60°-, ca. 65°-, ca. 70°-, ca. 75°-, ca. 80°-, ca. 85°-, ca. 90°-, ca. 95°-, ca. 100°-, ca. 105°-, ca. 110°-, ca. 115°- oder einem ca. 120°-Winkel umläuft.
Expansionsventileinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Expansionsregion (100): • genau oder wenigstens zwei Expansionskanäle (120, 120) v-förmig oder u-förmig eingerichtet sind, • die zwei Expansionskanäle (120, 120) bezüglich einer Äquatorebene (Ä) symmetrisch im Ventilkörper (10) eingerichtet sind, • die zwei Expansionskanäle (120, 120) an einander betreffenden Längsenden miteinander verschnitten sind, • die zwei Expansionskanäle (120, 120) in einem dritten Expansionskanal (120) münden, und/oder • der dritte Expansionskanal (120) auf einem Breitenkreis des Ventilkörpers (10) liegt.
Expansionsventileinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Expansionskanal (120) über seine Längserstreckung (L₁₂₀) hinweg eine bevorzugt konstante Breite aufweist, wobei: • eine Tiefe des Expansionskanals (120) entlang dessen Längserstreckung (L₁₂₀) derart gewählt ist, dass sich in einem entsprechenden Bereich eine hauptsächlich oder im Wesentlichen lineare Durchflusskurve des Kältemittels durch die Expansionsventileinrichtung (1) hindurch einstellt, • eine Tiefe des Expansionskanals (120) mittels zweier einander entgegengesetzt gekrümmter Umfangsbodenradien (R₁, R₂) eingestellt ist, wobei der näher am Hauptdurchflusskanal (110) liegende Umfangsbodenradius (R₁) als ein zu einer Krümmung der Ventilkörper-Dichtfläche (12) entgegengesetzt gekrümmter Umfangsbodenradius (R₁) ausgebildet ist, und/oder • in Richtung einer Längserstreckung (L₁₁₀) des Hauptdurchflusskanals (110) betrachtet, eine hauptsächlich oder im Wesentlichen maximale Tiefe des Expansionskanals (120) in Richtung einer Drehachse (D) des Ventilkörpers (10), mit einem äußeren Randbereich der Öffnung (111) des Hauptdurchflusskanals (110) fluchtet.
Expansionsventileinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: • der Ventilkörper (10) genau zwei Expansionsregionen (100) in seiner Ventilkörper-Dichtfläche (12) umfasst, • die Expansionsregionen (100) eine Drehsymmetrie bezüglich einer Drehachse (D) und/oder eine Symmetrie bezüglich einer Äquatorebene (Ä) des Ventilkörpers (10) aufweist, und/oder • der Ventilkörper (10) hauptsächlich oder im Wesentlichen kugelförmig, kugelabschnittförmig, zylinderförmig, zylinderabschnittförmig, kegelförmig oder kegelabschnittförmig ausgebildet ist.
Expansionsventileinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: • ein betreffender Dichtsitz (32) der Expansionsventileinrichtung (1) an wenigstens einer Halteschale (30) der Expansionsventileinrichtung (1) eingerichtet ist, • die wenigstens eine Halteschale (30) in einem Ventilkäfig (20) der Expansionsventileinrichtung (1) aufgenommen ist und den Ventilkörper (10) bewegbar im Ventilkäfig (20) lagert, und/oder • die Expansionsventileinrichtung (1) als eine einzige, zusammenhängende Baugruppe ausgebildet ist.
Expansionsventil (0) für eine Fluidanlage, insbesondere eine Kälteanlage bevorzugt eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil (0) ein Ventilgehäuse (50) und eine darin vorgesehene Expansionsventileinrichtung (1) umfasst, wobei die Expansionsventileinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Fluidanlage, insbesondere Kälteanlage bevorzugt für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidanlage eine Fluidmaschine und eine Expansionsventileinrichtung (1) oder ein Expansionsventil (0) umfasst, wobei die Expansionsventileinrichtung (1) oder das Expansionsventil (0) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.