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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2019 111 208 A1 ist bereits ein Expansionsventil mit einer Druckkapsel zur teilweisen Aufnahme eines Linearstellantriebs bekannt. Der Linearstellantrieb ist dazu vorgesehen, eine lineare Bewegung eines Ventilkolbens des Expansionsventils zu bewirken. Das Expansionsventil weist zudem einen Adapter zur Verbindung des Expansionsventils mit einem Ventilblock auf. Ein mit dem Ventilkolben des Expansionsventils korrespondierender Ventilsitz ist innerhalb des Ventilblocks angeordnet. Nachteilig hieran ist, dass der Ventilsitz aufwendig in den Ventilblock eingebracht werden muss. Zudem ist ein Abgleich zwischen Ventilsitz und Ventilkolben sowie ein Test des Expansionsventils erst nach der Montage des Expansionsventils am Ventilblock möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Expansionsventil mit vorteilhaft integriertem Ventilsitz bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Expansionsventil mit einer Druckkapsel zur teilweisen Aufnahme eines Linearstellantriebs, mit einem Ventilkolben, wobei der Linearstellantrieb dazu vorgesehen ist, eine lineare Bewegung des Ventilkolbens zu bewirken, und mit einem Adapter zur Verbindung der Druckkapsel mit einem Ventilblock.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Expansionsventil einen mit dem Ventilkolben korrespondierenden Ventilsitz aufweist, der innerhalb des Adapters angeordnet ist.
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Das Expansionsventil ist insbesondere zur Steuerung und /oder Regelung eines Fluidstroms in einem Fluidkanal vorgesehen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Das Expansionsventil ist insbesondere als ein Nadelventil ausgebildet. Unter einem „Nadelventil“ soll insbesondere ein Ventil verstanden werden, welches einen insbesondere nadelförmigen Ventilkolben aufweist, welcher zur Vergrößerung und/oder Verkleinerung einer Durchlassöffnung eines Fluidkanals linear bewegbar ist. Der Linearstellantrieb ist innerhalb des Nadelventils insbesondere dazu vorgesehen, eine lineare Bewegung des Ventilkolbens des Nadelventils zu bewirken. Die Welle des Linearstellantriebs ist insbesondere mit dem Ventilkolben des Nadelventils gekoppelt. Unter einem „Fluidstrom“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Flüssigkeitsstrom, ein Gasstrom und/oder eine Kombination hiervon verstanden werden. Das Nadelventil kann insbesondere zu einer Beeinflussung eines Fluidstroms, insbesondere eines Kühlmittelstroms, in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Insbesondere kann das Expansionsventil zur Steuerung und/oder Regelung eines Kältemittelstroms in einem Klimakreislauf einer Klimaanlage, insbesondere einer Kraftfahrzeugklimaanlage, vorgesehen sein.
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Neben dem Linearstellantrieb weist das Expansionsventil eine fluiddichte Druckkapsel auf, innerhalb welcher die Welle des Linearstellantriebs und ein Rotor eines Elektromotors des Linearstellantriebs angeordnet sind. Der Rotor des Elektromotors ist insbesondere drehfest an der Welle angeordnet. Ein Stator des Elektromotors des Linearstellantriebs ist insbesondere auf einer Außenseite der Druckkapsel angeordnet und umschließt den Rotor des Elektromotors und die Druckkapsel in Umfangsrichtung vollständig. Der Rotor des Elektromotors, die Druckkapsel und der Stator des Elektromotors sind zumindest im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet. Eine Außenwand der Druckkapsel liegt in einem Arbeitsluftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator des Elektromotors. Eine Steuereinheit des Linearstellantriebs und/oder des Nadelventils ist außerhalb der Druckkapsel angeordnet. Insbesondere weist das Expansionsventil ein Gehäuse auf, in welchem der Linearstellantrieb, die Druckkapsel und die Steuereinheit angeordnet sind.
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Die Welle des Linearstellantriebs ist an einem ersten Ende der Welle, welches insbesondere einem Ventilkolben des Nadelventils zugewandt ist, mittels eines Kugellagers drehbar gelagert. Ein Innenring des Kugellagers ist insbesondere auf das erste Ende der Welle aufgepresst bzw. ist das erste Ende der Welle in einen Innenring des Kugellagers eingepresst. Insbesondere kann der Außenring des Kugellagers in dem Expansionsventil in einem zugehörigen Lagersitz in Spielpassung oder Presspassung aufgenommen sein. Zur Lagerung eines zweiten Endes der Welle, welches dem ersten Ende der Welle axial entgegengesetzt ist, umfasst der Linearstellantrieb eine Gleitlagereinheit. Die Gleitlagereinheit weist einen Lagerkörper auf, in welchem das zweite Ende der Welle gleitend gelagert ist. Der Lagerkörper ist zumindest im Wesentlichen aus einem Kunststoff und/oder einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet. Der Lagerkörper weist eine insbesondere zumindest im Wesentlichen zylindrische Lagerausnehmung zur Aufnahme des zweiten Endes der Welle auf. Alternativ kann die Lagerausnehmung drei Innenflächen aufweisen, welche in einem Winkel von zumindest im Wesentlichen 60° zueinander angeordnet sind und tangential an dem zweiten Ende der Welle anliegen. Eine Innengeometrie der Lagerausnehmung des Lagerkörpers entspricht zumindest im Wesentlichen einer Außengeometrie des zweiten Endes der Welle. Das zweite Ende der Welle ist in der Lagerausnehmung des Lagerkörpers insbesondere in Spielpassung geführt.
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Zur Verbindung der Druckkapsel und des in der Druckkapsel angeordneten Teils des Linearantriebs mit dem Ventilblock weist das Expansionsventil einen Adapter auf. Zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Druckkapsel und dem Ventilblock weist der Adapter vorzugsweise ein Außengewinde zum Einschrauben in ein korrespondierendes Innengewinde des Ventilblocks auf. Zur Übertragung eines Anzugsdrehmoments von einem Montagewerkzeug auf den Adapter, weist der Adapter an einem Außenumfang eine Antriebsgeometrie auf. Insbesondere weist die Antriebsgeometrie in einer senkrecht zu einer Axialrichtung des Adapters verlaufenden Schnittebene betrachtet in Umfangsrichtung eine Mehrzahl von konvexen Mitnehmern und/oder eine Mehrzahl von konkaven Mitnehmern zur Zusammenwirkung mit einem Montagewerkzeug auf. Die Schnittebene verläuft insbesondere durch die Antriebsgeometrie.
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Der Adapter ist vorzugsweise einstückig mit der Druckkapsel ausgebildet. Unter „einstückig“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss und/oder aus einem einzelnen Rohling. Alternativ kann die Druckkapsel mittels einer Schneidringverschraubung unmittelbar druck- und/oder gasfest mit dem Ventilblock verbunden werden. Die Schneidringverschraubung weist insbesondere einen Schneidring auf, der die Druckkapsel in einem Fußbereich entlang ihres Außenumfangs umschließt. Insbesondere weist der Schneidring eine keilförmige Ringinnenseite auf. In axialer Richtung ist der Schneidring zwischen dem Adapter und dem Ventilblock angeordnet. Durch das Hineinschrauben des Adapters wird der Schneidring zusammengedrückt, wodurch die keilförmige Ringinnenseite des Schneidrings in die Außenwand der Druckkapsel einschneidet und mit dieser einen dichten Formschluss herstellt. Hierdurch kann eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Schweißverbindung, zwischen der Druckkapsel mit dem Adapter vorteilhaft entfallen.
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Insbesondere um das Expansionsventil vorteilhaft kompakt auszubilden, ist ein mit dem Ventilkolben des Expansionsventils korrespondierender Ventilsitz innerhalb des Adapters des Expansionsventils angeordnet. Ein Fluidkanal, welcher einen durch das Expansionsventil zu regelnden und/oder steuernden Fluidstrom führt, verläuft zumindest abschnittsweise durch den Adapter des Expansionsventils. Der Ventilsitz ist in dem durch den Adapter verlaufenden Abschnitt des Fluidkanals angeordnet. In einem geöffneten Zustand des Expansionsventils durchströmt der Fluidstrom den Ventilsitz innerhalb des Adapters. Ein lineares Verfahren des Ventilkolbens relativ zum Ventilsitz bewirkt eine Vergrößerung bzw. eine Verkleinerung einer Durchlassöffnung bzw. eines Durchlassquerschnitts des Fluidkanals innerhalb des Adapters.
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Durch eine derartige Ausgestaltung kann ein gattungsgemäßes Expansionsventil mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich Integrationsdichte bereitgestellt werden. Insbesondere kann durch die Anordnung des Ventilsitzes innerhalb des Adapters das Expansionsventil vorteilhaft kompakt ausgebildet werden. Zudem ermöglicht die Anordnung des Ventilsitzes innerhalb des Adapters vorteilhaft ein vollständiges Abgleichen und Testen des Expansionsventils vor einer Montage an einem Ventilblock. Des Weiteren kann ein zu dem Expansionsventil korrespondierender Ventilblock vorteilhaft einfach und/oder kostengünstig gefertigt werden, da kein Ventilsitz in den Ventilblock eingearbeitet werden muss.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass der Adapter einen Fluidkanal aufweist, der dazu vorgesehen ist, einen zu regelnden und/oder zu steuernden Fluidstrom durch den Adapter zu leiten. Der Fluidkanal verläuft insbesondere durch den Ventilsitz des Expansionsventils. Durch ein Verfahren des Ventilkolbens des Expansionsventils relativ zu dem Ventilsitz des Expansionsventils, kann der Fluidkanal innerhalb des Adapters geschlossen oder geöffnet werden bzw. kann ein Durchlassquerschnitt des Fluidkanals innerhalb des Adapters vergrößert oder verkleinert werden. Vorzugsweise weist der Fluidkanal zumindest einen Fluideinlass zu einem Einleiten des Fluidstroms in den Adapter und zumindest einen Fluidauslass zu einem Ausleiten des Fluidstroms aus dem Adapter auf. Insbesondere kann der Fluidkanal auch eine Mehrzahl von Fluideinlässen und/oder Fluidauslässen aufweisen. Die Fluideinlässe und Fluidauslässe können sowohl axial als auch radial in dem Adapter verlaufen. Insbesondere verläuft/verlaufen der Fluideinlass/die Fluideinlässe axial innerhalb des Adapters. Der Fluidauslass/die Fluidauslässe verläuft/verlaufen insbesondere radial innerhalb des Adapters. Der Fluidkanal, insbesondere der Fluideinlässe/die Fluideinlässe und der Fluidauslass/die Fluidauslässe des Fluidkanals, sind strömungstechnisch mit einem Fluidkanal innerhalb des Fluidblocks verbunden. Insbesondere strömt ein in dem Fluidkanal des Ventilblocks geleitetes Fluid durch den Fluideinlass/die Fluideinlässe in den Fluidkanal des Adapters ein. Das in dem Fluidkanal des Adapters durch den Adapter geleitete Fluid strömt durch den Fluidauslass/die Fluidauslässe des Fluidkanals des Adapters wieder in den Fluidkanal des Ventilblocks. Hierdurch kann ein zu steuernder und/oder regelnder Fluidstrom vorteilhaft durch den Adapter des Expansionsventils geleitet und innerhalb des Adapters des Expansionsventils gesteuert und/oder geregelt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass ein Verfahrweg des Ventilkolbens zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung vollständig innerhalb des Adapters verläuft. Insbesondere ist der Ventilkolben sowohl in der Offenstellung als auch in der Schließstellung vollständig innerhalb des Adapters angeordnet. Hierdurch kann eine vorteilhaft hohe Integrationsdichte erreicht werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Adapter eine Kammer aufweist, in welcher der Ventilkolben verdrehgesichert geführt ist. Die Kammer, in welcher der Ventilkolben geführt ist, erstreckt sich innerhalb des Adapters in axialer Richtung. Die Kammer kann insbesondere einen Teil des Fluidkanals ausbilden, welcher einen Fluidstrom durch den Adapter des Expansionsventils leitet. In diesem Fall erstreckt sich die Kammer entlang einer Hauptströmungsrichtung eines durch den Adapter geleiteten Fluidstroms, wobei der Fluidstrom die Kammer entlang der Hauptströmungsrichtung durchströmt, wenn der Ventilkolben sich in der Offenposition befindet. In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilsitz vorzugsweise innerhalb der Kammer angeordnet, insbesondere an einem Ende der Kammer, welches dem Linearstellantrieb des Expansionsventils zugewandt ist. Alternativ kann die Kammer auch außerhalb einer Hauptströmungsrichtung eines durch den Adapter geleiteten Fluidstroms angeordnet sein. Wenn der Ventilkolben sich in der Offenposition befindet, kann das Fluid zwar in die Kammer einströmen, die Kammer bildet jedoch keinen Teil des Fluidkanals des Adapters aus. In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilsitz vorzugsweise außerhalb der Kammer angeordnet, insbesondere in einem Fußbereich des Adapters. Vorzugsweise weist die Kammer in dieser Ausgestaltung der Erfindung in ihrem Boden eine kreisförmige Ausnehmung auf, durch die ein zylindrischer Abschnitt des Ventilkolbens in einer Schließstellung zumindest teilweise hindurchgeführt ist. Bei einem Verfahren des Ventilkolbens in die von der Schließstellung in die Offenstellung wird der Ventilkolben durch die kreisförmige Ausnehmung in die Kammer hinein verfahren. In der Offenstellung ist der Ventilkolben vollständig innerhalb der Kammer angeordnet. Vorzugsweise weist der Ventilkolben zumindest abschnittsweise einen polygonalen Querschnitt und die Kammer des Adapters eine zu dem polygonalen Querschnitt des Ventilkolbens korrespondierende Innengeometrie auf. Insbesondere kann der Querschnitt des Ventilkolbens in einer senkrecht zu der Axialrichtung des Ventilkolbens verlaufenden Schnittebene betrachtet eine Polygonform mit drei oder mehr Ecken, beispielsweise mit vier, sechs oder acht Ecken, aufweisen. Vorzugsweise weist die Polygonform zumindest drei abgerundeten Ecken auf, welche jeweils über konvexe Flanken oder konkave Flanken verbunden sind. Insbesondere weist die Polygonform eine Grundform auf, die einem regelmäßigen Polygon entspricht. Die Polygonform ist insbesondere durch das Abrunden von Ecken und/oder die Ausbildung von konvexen oder konkaven Flanken an Seiten der Grundform von der zugrunde liegenden Grundform abgeleitet. Die Polygonform kann insbesondere eine Grundform aufweisen, welche einem gleichseitigen Dreieck entspricht. Die Polygonform kann insbesondere zumindest im Wesentlichen einem in der DIN 32711 beschriebenen P3G-Profil oder im Wesentlichen einem H3-Profil entsprechen. Hierdurch kann eine vorteilhafte Führung des Ventilkolbens innerhalb des Adapters und insbesondere eine vorteilhafte Verdrehsicherung des Ventilkolbens erreicht werden.
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Zudem geht die Erfindung aus von einem Adapter für ein Expansionsventil mit einem Außengewinde zu einem Einschrauben in ein korrespondierendes Innengewinde eines Ventilblocks. Es wird vorgeschlagen, dass der Adapter einen integrierten Ventilsitz aufweist. Der Ventilsitz ist insbesondere dazu vorgesehen, mit einem Ventilkolben eines Expansionsventils zusammenzuwirken. Hierdurch kann eine vorteilhaft kompakte Ausgestaltung eines Expansionsventils und eine vorteilhaft hohe Integrationsdichte erreicht werden.
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Das erfindungsgemäße Expansionsventil soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Expansionsventil zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Expansionsventils,
- 2 eine Kugellagerfixierung zur Axialspielkompensation,
- 3 eine alternative Kugellagerfixierung zur Axialspielkompensation,
- 4 eine Schnittdarstellung eines Expansionsventils mit integriertem Ventilsitz,
- 5 eine Draufsicht auf eine Unterseite eines Adapters des Expansionsventils aus 4,
- 6 Schnittdarstellungen des Expansionsventils aus 4 mit Ventilkolben in Schließposition,
- 7 Schnittdarstellungen des Expansionsventils aus 4 mit Ventilkolben in Offenposition,
- 8 eine Schnittdarstellung eines alternativen Expansionsventils mit integriertem Ventilsitz,
- 9 eine Schnittdarstellung des Expansionsventils aus 8 mit Ventilkolben in Schließposition und
- 10 eine Schnittdarstellung des Expansionsventils aus 8 mit Ventilkolben in Offenposition.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Expansionsventils 10 wie es aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
DE 10 2019 111 208 A1 , bekannt ist. Das Expansionsventil 10 ist zu einer Manipulation eines Fluidstroms in einem Fluidkanal 56 ausgelegt. Das Expansionsventil 10 umfasst einen Ventilkolben 16 zum Öffnen oder Schließen des Fluidkanals 56. Der Fluidkanal 56 verläuft vollständig in einem Ventilblock 20. Das Expansionsventil 10 weist einen Linearstellantrieb 14 zum Antrieb des Ventilkolbens 16 auf. Der Linearstellantrieb 14 umfasst eine Welle 42 sowie einen Elektromotor 44 zum rotatorischen Antrieb der Welle 42. Der Ventilkolben 16 wird mittels der Welle 42 linear in Richtung des Fluidkanals 56 bewegt, um die Querschnittsfläche des Fluidkanals 56 zu verringern oder den Fluidkanal 56 vollständig zu verschließen. Ein mit dem Ventilkolben 16 korrespondierender Ventilsitz 22 ist innerhalb des Ventilblocks 20 angeordnet. Der Ventilkolben 16 wird mittels der Welle 42 linear aus dem Fluidkanal 56 hinaus bewegt, um die Querschnittsfläche des Fluidkanals 56 zu vergrößern oder den verschlossenen Fluidkanal 56 zu öffnen. Der Elektromotor 44 umfasst einen Stator 46 und einen Rotor 48. Der Elektromotor 44 ist als ein Innenläufermotor ausgebildet. Um die Welle 42 rotierend anzutreiben, wird eine Spannung an die Statorwicklungen 50 des Elektromotors 44 angelegt, wodurch der in dem Stator 46 angeordnete Rotor 48 in eine Drehbewegung versetzt wird. Der Rotor 48 dreht die Welle 42, die mit dem Rotor 48 drehfest verbunden ist. Über ein Gewinde 52 wird die Drehbewegung der Welle 42 in eine Linearbewegung des Ventilkolbens 16 umgewandelt. Ferner umfasst das Expansionsventil 10 eine Leiterplatte 54, auf welcher elektronische Schaltungen zur Steuerung des Elektromotors 44 angeordnet sind. Durch den Elektromotor 44 kann die Welle 42 des Linearstellantriebs 14 innerhalb einer Druckkapsel 12 des Expansionsventils 10 bewegt werden.
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Der Linearstellantrieb 14 umfasst ein Kugellager 58 zur drehbaren Lagerung eines ersten Endes 60 der Welle 42, wobei das erste Ende 60 der Welle 42 dem Ventilkolben 16 des Expansionsventils 10 zugewandt ist. Zur Lagerung eines zweiten Endes 62 der Welle 42, welches dem ersten Ende 60 der Welle 42 axial entgegengesetzt ist, weist der Linearstellantrieb 14 eine Gleitlagereinheit 64 auf. Die Gleitlagereinheit 64 umfasst einen Lagerkörper 68 mit einer Lagerausnehmung 70 zur Aufnahme des zweiten Endes 62 der Welle 42. Das zweite Ende 62 der Welle 42 ist gleitend innerhalb der Lagerausnehmung 70 des Lagerkörpers 68 gelagert. Die Gleitlagereinheit 64 ist in die Druckkapsel 12 des Expansionsventils 10 eingesetzt. Die Druckkapsel 12 weist einen kuppelförmigen Abschnitt 72 auf. Die Gleitlagereinheit 64 ist in dem kuppelförmigen Abschnitt 72 der Druckkapsel 12 aufgenommen. Das Expansionsventil 10 weist einen Adapter 18 zur Verbindung der Druckkapsel 12 mit dem Ventilblock 20 auf. Der Adapter 18 ist einstückig mit der Druckkapsel 12 ausgebildet und vorzugsweise mit dieser verschweißt. Der Adapter 18 weist ein Außengewinde 38 zu einem Einschrauben in ein korrespondierendes Innengewinde 40 des Ventilblocks 20 auf.
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Abweichend von dem in 1 gezeigten aus dem Stand der Technik bekannten Expansionsventil 10 zeigen die 2 und 3 jeweils Teilansichten einer Ausführung eines Expansionsventils 10 mit einer vorteilhaften Kompensation eines Axialspiels des Kugellagers 58 zur Lagerung des ersten Endes 60 der Welle 42.
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Bei der in der 2 gezeigten Ausführung, erfolgt die Axialspielkompensation mittels einer Sicherungsscheibe 74, welche das Kugellager 58 am Außenring axial fixiert. Die Sicherungsscheibe 74 ist insbesondere in Spiel-, Press- oder Übergangspassung in den Adapter 18 eingesetzt. Die Sicherungsscheibe 74 steht auf ihrer radial inneren Seite mit dem Kugellager 58 und auf ihrer radial äußeren Seite mit der Druckkapsel 12 in Eingriff, und zwar derart, dass das Axialspiel im Kugellagersitz zumindest weitgehend und vorzugsweise vollständig eliminiert wird. Bei einer Montage wird die Druckkapsel 12 mittels einer axialen Vorspannkraft auf die Sicherungsscheibe 74 gedrückt und mittels einer Schweißnaht 76, insbesondere einer Laserschweißnaht, am Außendurchmesser stoffschlüssig mit dem Adapter 18 verbunden.
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Bei der in der 3 gezeigten Ausführung wird mithilfe eines axialen Einstichs 78 am Adapter 18 die radiale Steifigkeit des Kugellagersitzes reduziert. Der durch den Einstich 78 gebildete axiale Steg 80 ist radial auslenkbar, wodurch eine übermäßige Reduzierung der Radialluft des Kugellagers 58 verhindert wird. Gleichzeitig wird die axiale Verschiebung des Kugellagers 58 durch die Presspassung des Kugellagers 58 in dem axialen Steg 80 vollständig verhindert, sodass das Axialspiel im Kugellagersitz zumindest weitgehend und vorzugsweise vollständig eliminiert wird. Die in den 2 und 3 gezeigten Methoden können vorteilhaft auch in den in den 4 bis 10 gezeigten erfindungsgemäßen Expansionsventilen zur Anwendung kommen.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Expansionsventils 10a. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich die Druckkapsel 12a mit dem darin angeordneten Rotor 48a mit Welle 42a des Linearantriebs 14a, der von der Welle 42a angetriebene Ventilkolben 16a sowie der Adapter 18a des Expansionsventils 10a dargestellt. Die Druckkapsel 12a und der in der Druckkapsel 12a angeordneten Teil des Linearantriebs 14a sind mittels des Adapters 18a mit einem Ventilblock 20a verbunden.
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Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Expansionsventil 10 ist bei dem erfindungsgemäßen Expansionsventil 10a ein mit dem Ventilkolben 16a korrespondierender Ventilsitz 22a innerhalb des Adapters 18a angeordnet. Der Adapter 18a weist einen Fluidkanal 24a auf, der dazu vorgesehen ist, einen zu regelnden und/oder zu steuernden Fluidstrom durch den Adapter 18a zu leiten. Der Fluidkanal 24a weist vier Fluideinlässen 26a zu einem Einleiten des Fluidstroms in den Adapter 18a auf. Die Fluideinlässe 26a sind jeweils um 90° zueinander versetzt im Adapter 18a angeordnet. Die Fluideinlässe 26a erstrecken sich in axialer Richtung. Die Fluideinlässe 26a münden in die Druckkapsel 12a. Zudem weist der Fluidkanal 24a vier Fluidauslässe 28a zu einem Ausleiten des Fluidstroms aus dem Adapter 18a auf. Die Fluidauslässe 28a sind jeweils um 90° zueinander versetzt im Adapter 18a angeordnet. Die Fluidauslässe 28a sind um 45° versetzt zu den Fluideinlässen 26a angeordnet. Die Fluidauslässe 28a erstrecken sich in radialer Richtung. Die Anordnung und der Verlauf der Fluideinlässe 26a und der Fluidauslässe 28a wird insbesondere aus 5 ersichtlich, welche eine Draufsicht auf die Unterseite des Adapters mit darin angeordnetem Ventilkolben zeigt.
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Ein Verfahrweg des Ventilkolbens 16a zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verläuft vollständig innerhalb des Adapters 18a. Der Adapter 18a weist eine Kammer 30a auf, in welcher der Ventilkolben 16a verdrehgesichert geführt ist. Eine Verdrehsicherung des Ventilkolbens 16a ist notwendig, um eine rotatorische Bewegung der Welle 42a in eine lineare Bewegung des Ventilkolbens 16a umzuwandeln. Der Ventilkolben 16a umfasst einen Grundkörper 82a, welcher einen polygonalen Querschnitt aufweist (vgl. 5). Der Grundkörper 82a des Ventilkolbens 16a weist in der senkrecht zu der Axialrichtung des Ventilkolbens 16a verlaufenden Schnittebene betrachtet eine Polygonform mit vier Ecken auf. In der senkrecht zur Axialrichtung des Ventilkolbens 16a verlaufenden Schnittebene betrachtet weist der Grundkörper 82a des Ventilkolbens 16a eine Polygonform mit einer Grundform auf, die einem regelmäßigen Polygon entspricht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Polygonform eine Grundform auf, welche einem Quadrat entspricht. Die Ecken der Polygonform sind abgerundet und jeweils über konvexe Flanken verbunden. Die Kammer 30a des Adapters 18a, in welcher der Ventilkolben 16a geführt ist, weist eine zu dem polygonalen Querschnitt des Ventilkolbens 16a korrespondierende Führungsgeometrie 86a auf. Durch das Zusammenwirken des polygonalen Querschnitts des Grundkörpers 82a des Ventilkolbens 16a und der korrespondierenden Führungsgeometrie 86a der Kammer 30a, wird eine Verdrehsicherung des Ventilkolbens 16a bei einem linearen Verfahren zwischen der Offenstellung und der Schließstellung erreicht.
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6 zeigt das Expansionsventil 10a mit dem Ventilkolben 16a in Schließstellung in zwei Schnittebenen geschnitten. Der mit dem Ventilkolben 16a korrespondierende Ventilsitz 22a ist innerhalb der Kammer 30a angeordnet. Der Ventilsitz 22a ist an einer Ausnehmung 88a angeordnet, durch welche die Welle 42a zum Antrieb des Ventilkolbens 16a in die Kammer 30a geführt ist. Die Ausnehmung 88a verbindet die Kammer 30a und die Druckkapsel 12a fluidtechnisch und bildet somit einen Abschnitt des Fluidkanals 24a aus. Befindet sich der Ventilkolben 16a wie dargestellt in der Schließstellung, so liegt dieser an dem Ventilsitz 22a an. Hierdurch wird die Ausnehmung 88a zwischen der Kammer 30a und der Druckkapsel 12a fluiddicht verschlossen. In diesem Betriebszustand des Expansionsventils 10a kann das Fluid aus dem Fluidkanal 56a des Ventilblocks 20a über die Fluideinlässe 26a in den Adapter 18a und die Druckkapsel 12a einströmen. Ein Ausströmen des Fluids aus der Druckkapsel 12a in die Kammer 30a und in die Fluidauslässe 28a und somit in den Fluidkanal 56a des Ventilblocks 20a wird durch den Ventilkolben 16a in Schließstellung jedoch unterbunden.
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In 7 ist das Expansionsventil 10a mit dem Ventilkolben 16a in der Offenstellung ebenfalls in zwei Schnittebenen geschnitten gezeigt. In der Offenstellung liegt der Ventilkolben 16a nicht am Ventilsitz 22a an. Die Ausnehmung 88a, welche die Druckkapsel 12a fluidtechnisch mit der Kammer 30a verbindet, ist somit geöffnet. In diesem Betriebszustand des Expansionsventils 10a kann das Fluid aus dem Fluidkanal 56a des Ventilblocks 20a über die Fluideinlässe 26a in den Adapter 18a und die Druckkapsel 12a einströmen. Über die geöffnete Ausnehmung 88a, welche die Druckkapsel 12a fluidtechnisch mit der Kammer 30a verbindet, strömt das Fluid aus der Druckkapsel 12a in die Kammer 30a. Über sich in axialer Richtung erstreckende Nuten 90a in der Innenwand der Kammer 30a wird das Fluid am Grundkörper 82a des Ventilkolbens 16a vorbei zu den Fluidauslässen 28a geleitet (vgl. 5). Über die Fluidauslässe 28a strömt das Fluid aus der Kammer 30a aus.
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Abhängig vom Anwendungsfall ist es denkbar, die Funktion von Fluideinlässen 26a und Fluidauslässen 26a zu tauschen, sodass der Adapter 18a von dem Fluidstrom in umgekehrter Richtung durchströmt wird.
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In den 8 bis 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 4 bis 7 nachgestellt. Im Ausführungsbeispiel der 8 bis 10 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.
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8 zeigt eine Schnittdarstellung eines alternativen erfindungsgemäßen Expansionsventils 10b. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich die Druckkapsel 12b mit dem darin angeordneten Rotor 48b mit Welle 42b des Linearantriebs 14b, der von der Welle 42b angetriebene Ventilkolben 16b sowie der Adapter 18b des Expansionsventils 10b dargestellt. Die Druckkapsel 12b und der in der Druckkapsel 12b angeordneten Teil des Linearantriebs 14b sind mittels des Adapters 18b mit einem Ventilblock 20b verbunden.
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Ein mit dem Ventilkolben 16b korrespondierender Ventilsitz 22b ist innerhalb des Adapters 18b angeordnet. Der Adapter 18b weist einen Fluidkanal 24b auf, der dazu vorgesehen ist, einen zu regelnden und/oder zu steuernden Fluidstrom durch den Adapter 18b zu leiten. Der Fluidkanal 24b weist einen Fluideinlass 26b zu einem Einleiten des Fluidstroms in den Adapter 18b auf. Der Fluideinlass 26b erstreckt sich in axialer Richtung. Der Fluideinlass 26b ist in einem Boden 92b des Adapters 18b angeordnet und mündet in einen Fußbereich 94b des Adapters 18b. Zudem weist der Fluidkanal 24b eine Mehrzahl von Fluidauslässen 28b zu einem Ausleiten des Fluidstroms aus dem Adapter 18b auf. Die Fluidauslässe 28b sind äquidistant zueinander versetzt im Adapter 18b angeordnet. Die Fluidauslässe 28b erstrecken sich im Fußbereich 94b des Adapters 18b in radialer Richtung.
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Ein Verfahrweg des Ventilkolbens 16b zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verläuft vollständig innerhalb des Adapters 18b. Der Adapter 18b weist eine Kammer 30b auf, in welcher der Ventilkolben 16b verdrehgesichert geführt ist. Eine Verdrehsicherung des Ventilkolbens 16b ist notwendig, um eine rotatorische Bewegung der Welle 42b in eine lineare Bewegung des Ventilkolbens 16b umzuwandeln. Der Ventilkolben 16b umfasst einen Kragen 96b, welcher einen polygonalen Querschnitt aufweist. Die Kammer 30b des Adapters 18b, in welcher der Ventilkolben 16b geführt ist, weist eine zu dem polygonalen Querschnitt des Kragens 96b korrespondierende Führungsgeometrie 86b auf. Durch das Zusammenwirken des polygonalen Querschnitts des Kragens 96b des Ventilkolbens 16b und der korrespondierenden Führungsgeometrie 86b der Kammer 30b, wird eine Verdrehsicherung des Ventilkolbens 16b bei einem linearen Verfahren zwischen der Offenstellung und der Schließstellung erreicht.
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9 zeigt eine Schnittdarstellung des Expansionsventils 10b mit dem Ventilkolben 16b in Schließstellung. Der mit dem Ventilkolben 16b korrespondierende Ventilsitz 22b ist außerhalb der Kammer 30b angeordnet. Der Ventilsitz 22b ist unmittelbar an dem Fluideinlass 26b angeordnet. Die Kammer 30b, in welcher der Ventilkolben 16b geführt ist, weist in ihrem Boden 32b eine kreisförmige Ausnehmung 34b auf, durch die ein zylindrischer Abschnitt 36b des Ventilkolbens 16b in einer Schließstellung hindurchgeführt ist. Befindet sich der Ventilkolben 16b wie dargestellt in der Schließstellung, so liegt dieser an dem Ventilsitz 22b an. Hierdurch wird der Fluideinlass 26b fluiddicht verschlossen. In diesem Betriebszustand des Expansionsventils 10b kann das Fluid aus dem Fluidkanal 56b des Ventilblocks 20b nicht über den Fluideinlass 26b in den Fußbereich 94b des Adapters 18b ein- und durch den Adapter 18b hindurchströmen. Befindet sich der Ventilkolben 16b in der Schließstellung, so liegt der Kragen 96b des Ventilkolbens 16b an dem Boden 32b der Kammer 30b an. An dem Kragen 96b ist ein ringförmiges Dichtelement 84b angeordnet, welches in der Schließstellung des Ventilkolbens 16b zwischen dem Kragen 96b und dem Boden 32b der Kammer 30b verpresst ist. Ein weiteres Dichtelement 98b ist zwischen dem Boden 92b des Adapters 18b und dem Ventilblock 20b angeordnet, um den Adapter 18b stirnseitig abzudichten.
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In 10 ist eine Schnittdarstellung des Expansionsventils 10b mit dem Ventilkolben 16b in der Offenstellung gezeigt. In der Offenstellung liegt der Ventilkolben 16b nicht am Ventilsitz 22b an, sondern befindet vollständig innerhalb der Kammer 30b, in welcher der Ventilkolben 16b geführt ist. Der Fluideinlass 26b ist somit geöffnet. In diesem Betriebszustand des Expansionsventils 10b kann das Fluid aus dem Fluidkanal 56b des Ventilblocks 20b über den Fluideinlass 26b in den Adapter 18b einströmen. Aus dem Fußbereich 94b des Adapters 18b strömt das Fluid über die Fluidauslässe 28b aus dem Adapter 18b aus und in den Fluidkanal 56b des Ventilblocks 20b ein.
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Abhängig vom Anwendungsfall ist es denkbar, die Funktion von Fluideinlass 26b und Fluidauslässen 26b zu tauschen, sodass der Adapter 18b von dem Fluidstrom in umgekehrter Richtung durchströmt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Expansionsventil
- 12
- Druckkapsel
- 14
- Linearstellantrieb
- 16
- Ventilkolben
- 18
- Adapter
- 20
- Ventilblock
- 22
- Ventilsitz
- 24
- Fluidkanal
- 26
- Fluideinlass
- 28
- Fluidauslass
- 30
- Kammer
- 32
- Boden
- 34
- Ausnehmung
- 36
- zylindrischer Abschnitt
- 38
- Außengewinde
- 40
- Innengewinde
- 42
- Welle
- 44
- Elektromotor
- 46
- Stator
- 48
- Rotor
- 50
- Statorwicklungen
- 52
- Gewinde
- 54
- Leiterplatte
- 56
- Fluidkanal
- 58
- Kugellager
- 60
- erstes Ende
- 62
- zweites Ende
- 64
- Gleitlagereinheit
- 68
- Lagerkörper
- 70
- Lagerausnehmung
- 72
- kuppelförmiger Abschnitt
- 74
- Sicherungsscheibe
- 76
- Schweißnaht
- 78
- axialer Einstich
- 80
- axialer Steg
- 82
- Grundkörper
- 84
- Dichtelement
- 86
- Führungsgeometrie
- 88
- Ausnehmung
- 90
- Nut
- 92
- Boden
- 94
- Fußbereich
- 96
- Kragen
- 98
- Dichelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019111208 A1 [0002, 0020]
