DE19633844B4

DE19633844B4 - Expansionsventil in einer Klimaanlage

Info

Publication number: DE19633844B4
Application number: DE19633844A
Authority: DE
Inventors: Horst Schicht
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1995-09-02
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2016-08-23
Also published as: DE19633844A1

Abstract

Expansionsventil in einer Klimaanlage mit einem Flüssigkältemitteleingang (3), einem Flüssigkältemittelausgang (4) und einem zwischen diesen liegenden, einen Flüssigkältemittelfluß beeinflussenden Ventil (207), das ein einen Ventilsitz (10) verschließendes, federkraftbeaufschlagtes kugelförmiges Schließelement (208) und ein Betätigungsmittel (222) zum Entfernen des Schließelements (208) von dem Ventilsitz (10) und Führungsmittel aufweist, die die Bewegungsfreiheit des vom Ventilsitz entfernten Schließelementes quer zur Betätigungsrichtung einschränken, wobei das Schließelement (208) zugleich Führungselement ist und dazu mit seinem Umfang an einer zylindrischen Wandung (13) abgestützt ist, die sich längs seiner Betätigungsrichtung erstreckt und in der wenigstens eine radial angeordnete Öffnung (15) für einen Flüssigkältemitteleintritt eingebracht ist, in derem Bereich das Schließelement (208) bei seinem Anliegen am Ventilsitz (10) an der Wandung (13) abgestützt ist, oder, daß die Öffnung (15) so weit vom Ventilsitz (10) entfernt angeordnet ist, daß das Schließelement bei seinem Anliegen am Ventilsitz (10) im Bereich zwischen diesem und der Öffnung (15) an der Wandung...

Description

Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil in einer Klimaanlage, insbesondere in einer mechanisch geregelten Klimaanlage in einem Fahrzeug.
In Kraftfahrzeugen kommen in Klimaanlagen Expansionsventile zum Einsatz, deren Aufgabe es ist, entsprechend der Temperatur des vom Verdampfer zurückfließenden Kühlmittels den Zustrom von flüssigem Kühlmittel zum Verdampfer zu regeln. Hierzu sind in dem jeweiligen Expansionsventil ein Eingang und ein Ausgang für flüssiges Kältemittel vorgesehen, zwischen denen das eigentliche Ventil angeordnet ist, das über ein temperaturgesteuertes Stellglied geöffnet wird. Die Temperatursteuerung steht in Kontakt mit dem vom Verdampfer zu dem Kompressor fließenden Kühlmittel, das gasförmig ist und einen Druck von wenigen bar (2 bis 5 bar) aufweist. Im Gegensatz hierzu hat das zu dem Expansionsventil fließende Kältemittel einen Druck von ca. 8 bis 18 bar, der nach dem Durchströmen des Ventils schon insoweit verringert ist, daß beim Durchströmen des eigentlichen Ventils bereits Gasblasen von verdampftem Kältemittel auftreten können. Diese Druck- und Strömungsverhältnisse führen zur Bildung von Turbulenzen mit hoher Energie im Bereich des eigentlichen Ventils, so daß das Ventil selbst und/oder das Stellglied in Schwingungen geraten können, die zu störenden Jaulgeräuschen führen.

Aus der DE 803 541 B ist ein selbstregelndes Kältemaschinen-Expansionsventil mit einem Ventilgehäuse, Einlaß- und Auslassabzweigungen (Flüssigkältemitteleingang und – ausgang) sowie einer zwischen letzteren angeordneten Kugelventileinrichtung bekannt. Diese Kugelventileinrichtung weist einen Ventilsitz, ein diesen verschließendes kugelförmiges Schließelement, einen dieses aufnehmenden und als Führungsmittel für dieses dienenden federkraftbeaufschlagten Federteller und ein Betätigungsmittel zum Entfernen des Schließelementes vom Ventilsitz auf. Der Federteller und die diesen beaufschlagende Feder sind dabei im Abstand zur Wandung einer zylindrischen Bohrung (Ausnehmung) im Ventilgehäuse angeordnet und können quer zur Betätigungsrichtung des Schließelementes in Schwingungen geraten.

Ferner beschreibt die DE 1 735 929 U einen Ventileinsatz für Flüssigkeits- oder Gashähne, der aus einem als Käfig für eine Ventilkugel dienenden Gehäuse mit einem Ventilsitz für diese besteht. Dieses Gehäuses schließt sich dicht an die Druckwasser- oder -gasseite des jeweiligen Hahnes an, und die Ventilkugel ist durch den anliegenden Wasser- oder Gasdruck am Ventilsitz gehalten und zur Freigabe eines Durchflusses durch das Gehäuse und den Hahn mittels von außen betätigbarer Steuermittel vom Ventilsitz abhebbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Expansionsventil in einer Klimaanlage so zu gestalten, daß betriebsbedingt verursachte Jaulgeräusche unterbunden sind.

Diese Aufgabe wird mit einem Expansionsventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Erfindungsgemäß wurde nun festgestellt, daß Einzelteile des Expansionsventils derart gelagert werden können, daß die durch die Strömungsturbulenzen verursachten Schwingungen unterbunden werden. Hierzu werden für das Schließelement, das, vorzugsweise auf einem Ventilsitz sitzend, den Ventilsitz verschließt, und/oder für das Betätigungsmittel (Stellglied) des Schließelementes nahe an dem Ventilsitz Führungsmittel vorgesehen, die die Bewegungsfreiheitsgrade des von dem Ventilsitz abgehobenen Schließelementes quer zur Abheberichtung (Verstellrichtung oder Betätigungsrichtung) verringern. Dem Schließelement ist nur noch eine Bewegung in der Abheberichtung (auf und zu) ermöglicht.

Das Expansionsventil weist in bekannter Weise einen Flüssigkältemitteleingang und einen – ausgang und ein zwischen diesen liegendes, einen Flüssigkältemittelfluss beeinflussendes Ventil mit einem Ventilsitz und mit einem kugelförmigen Schließelement auf. Erfindungsgemäß ist das Schließelement federkraftbeaufschlagt, wirkt mit einem Betätigungsmittel zum Entfernen des Schließelementes von dem Ventilsitz zusammen, ist zugleich Führungselement und dazu mit seinem Umfang an einer zylindrischen Wandung abgestützt, die sich längs seiner Betätigungsrichtung erstreckt und in der wenigstens eine radial angeordnete Öffnung für einen Flüssigkältemitteleintritt eingebracht ist. Damit hat das Schließelement quer zur Abheberichtung keine Bewegungsfreiheit mehr. Bei seinem Anliegen am Ventilsitz ist das Schließelement im Bereich der Öffnung an der Wandung abgestützt. Alternativ dazu kann die Öffnung auch so weit vom Ventilsitz entfernt angeordnet sein, daß das Schließelement bei seinem Anliegen am Ventilsitz im Bereich zwischen diesem und der Öffnung an der Wandung abgestützt ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Expansionsventil in einem Axialschnitt.
Das Expansionsventil 1 ist aus einem Aluminiumkörper 2 aufgebaut, in dem ein Einlaß 3 für unter hohem Druck stehendes Kühlmittel, das vom (nicht dargestellten) Kompressor kommt, ein Auslaß 4 für das unter Druck stehende Kühlmittel, das zum (nicht dargestellten) Verdampfer fließt, ein Einlaß 5 für von dem Verdampfer kommendes Kühlmittel und ein Auslaß 6 enthalten sind, von dem das Kühlmittel zu dem Kompressor strömt. Zwischen dem Einlaß 3 für flüssiges Kühlmittel und dem Auslaß 4 sitzt in einem Ventilkörper ein temperaturgesteuertes Ventil 207, das als Kugelventil mit einer Kugel 208 als Verschließlelement ausgebildet ist. Die Kugel 208 wird hierbei von einem Federteller 209 gehalten und gegen einen Ventilsitz 10 gedrückt. Der Federteller 209 selbst wird von einer Feder 11 gehalten, die, mittels einer Mutterscheibe 12 vorgespannt, in einer zylindrischen Ausnehmung 13 des Ventilkörpers sitzt. Die Wandung der zylindrischen Ausnehmung 13 hat seitliche Öffnungen 15, die mit dem Einlaß 3 in Strömungsverbindung stehen.
Der Federteller 209 ist in seinem Durchmesser deutlich kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Ausnehmung Bohrung 13, so daß Kühlmittel, das über die Öffnungen 15 in die Ausnehmung 13 gelangt, an dem Federteller 209 vorbei zu den eigentlichen Ventilmitteln 208 und 10 gelangen kann.
Zwischen dem Einlaß 5 und dem Auslaß 6 ist eine Glocke 16 angeordnet, die einen Gasraum 17 umschließt und von einer Hülse 18, die sich in einer sprengringgehaltenen Abschlußscheibe 20 abstützt, dichtend gegen ein Diaphragma 19 gepreßt wird. Das Diaphragma 19 wiederum liegt auf einer tellerförmigen Scheibe 21, die ihrerseits mit ihrer dem Diaphragma abgekehrten Seite auf einen Schaft oder Stößel 222 wirkt. Der Stößel 222 sitzt mit seinem oberen, mit der tellerförmigen Scheibe 21 in Kontakt stehenden Ende in einer Lagerbuchse 23, die fest im Ventilkörper sitzt und über eine Feder 24, eine U-Scheibe 25 und einen O-Ring 26 hält, der den Stößel 222 gegen das unter Druck stehende flüssige Kühlmittel abdichtet. Das untere Ende des Stößels 222 ist mit der Kugel 208 verschweißt. Außerdem sind zur Abdichtung um den Ventilkörper und die Abschlußscheibe 20 weitere O-Ringe 27 vorgesehen.
Der Außendurchmesser der Kugel 208 entspricht dem Innendurchmesser der Ausnehmung 13. Dadurch kann die Kugel 208 von dem Stößel 222 zwar längs der Ausnehmung (Zylinderbohrung) 13 verschoben werden, eine Querbewegung ist jedoch nicht mehr möglich. Die Kühlflüssigkeit strömt hier durch die Öffnungen 15 um die Kugel herum, die auch in ihrer Ruheposition mit ihrem Mittelpunkt im Bereich der Öffnungen 15 liegt, so daß diese nie verschlossen werden. (Alternativ oder zusätzlich zum Ventilsitz 10 kann die Kugel 208 auch die Öffnungen 15 verschließen, indem diese etwas tiefer gesetzt werden. Hierdurch entsteht dann ein neuer oder zusätzlicher Ventilsitz auf der Wandung der Ausnehmung 13 oberhalb der Öffnungen 15 (zwischen diesen und dem dargestellten Ventilsitz 10).) Diese Ausführungsform kommt ohne einen als Präzisionsteil ausgebildeten Federteller 209 aus.
Im Betrieb ist das Kühlmittel zwischen dem Einlaß 5 und dem Auslaß 6 erwärmt, so daß auch das Gas im Gasraum 17 erwärmt ist. Hierdurch wird das Diaphragma 19 auf die tellerförmige Scheibe 21 gedrückt, wodurch der Stößel 222 die Kugel 208 von dem Ventilsitz 10 entgegen dem Federdruck 11 abhebt. Das Ventil 207 öffnet und unter Druck stehendes Kühlmittel kann durch den Einlaß 3 und die Bohrungen 15 zwischen die Wandung der Ausnehmung 13 und die Kugel 208 sowie durch das Ventil 207 zum Auslaß 4 in Richtung auf den Verdampfer strömen. Aufgrund der bei dieser Strömung auftretenden Turbulenzen neigen der Stößel 222 und die Kugel 208 mitsamt dem Federteller 209 zu Schwingungen, die durch das Anliegen der Kugel 208 an der Ausnehmung 13 verhindert werden. Hierdurch wird insbesondere bei einem Ein- oder Ausschaltvorgang der Klimaanlage eine Verbesserung bei der Geräuschemission erreicht. Während eines Betriebes regelt sich das Ventil 207 entsprechend der Temperatur des Kältemittels nach dem Verdampfer langsam ein, so daß hier im Regelfall kein Schwingen auftritt.

Claims

Expansionsventil in einer Klimaanlage mit einem Flüssigkältemitteleingang (3), einem Flüssigkältemittelausgang (4) und einem zwischen diesen liegenden, einen Flüssigkältemittelfluß beeinflussenden Ventil (207), das ein einen Ventilsitz (10) verschließendes, federkraftbeaufschlagtes kugelförmiges Schließelement (208) und ein Betätigungsmittel (222) zum Entfernen des Schließelements (208) von dem Ventilsitz (10) und Führungsmittel aufweist, die die Bewegungsfreiheit des vom Ventilsitz entfernten Schließelementes quer zur Betätigungsrichtung einschränken, wobei das Schließelement (208) zugleich Führungselement ist und dazu mit seinem Umfang an einer zylindrischen Wandung (13) abgestützt ist, die sich längs seiner Betätigungsrichtung erstreckt und in der wenigstens eine radial angeordnete Öffnung (15) für einen Flüssigkältemitteleintritt eingebracht ist, in derem Bereich das Schließelement (208) bei seinem Anliegen am Ventilsitz (10) an der Wandung (13) abgestützt ist, oder, daß die Öffnung (15) so weit vom Ventilsitz (10) entfernt angeordnet ist, daß das Schließelement bei seinem Anliegen am Ventilsitz (10) im Bereich zwischen diesem und der Öffnung (15) an der Wandung (13) abgestützt ist.
Expansionsventil nach dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement (208) auf einem Federteller (209) ruht, der einen kleineren Durchmesser als dieses hat und in Richtung des Schließelementes (208) federkraftbeaufschlagt ist.
Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusammen mit einem Verdampfer und einem Kompressor in einem Kraftfahrzeug verbaut ist.