DE2215150B2 - Thermostatisches Expansionsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein ihermostatisches Expansionsventil entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiges Ventil ist aus der US-PS 32 52 297 bekannt. Es ermöglicht mittels eines Umgehungsventils einen Druckausgleich zwischen Ein- und Auslaß des Ventils, der notwendig ist, um das Anlaufmoment des Verdichters im Ventilsystem zu verringern. Dieses Umgehungsventil ist zwischen den Teilen eines mehrteilig aufgebauten Steuerventilkörpers angeordnet und wird durch eine Zusatzfeder zu der eigentlichen Ventilfeder gesteuert. Die Öffnungsbewegung des Umgehungsventils wird indirekt über die Schließfeder des Steuerventils bewirkt. Die Zusatzfeder und die aufwendige Gestaltung des Steuerventilkörpers verteuern die Herstellungskosten für ein solches, in großer Stückzahl produziertes und verwendetes Teil in ■· ungünstiger Weise. Das Umgehungsventil weist konstruktionsgebunden einen verhältnismäßig engen Durchlaßquerschnitt auf, der den Druckausgleich zwischen Ein- und Auslaß in unerwünschter Weise verzögert.

i" Es ist ferner aus der US-PS 29 67 403 ein älteres Expansionsventil bekannt, das in einem geschlossenen Kühlsystem zwischen dem Kältemittelverflüssiger und dem Kältemittelverdampfer eingeordnet ist. In diesem Expansionsventil steuert ein plattenförmiger Ventilkör-

ι^Γ· per, der in Schließrichtung auf einen Ventilsitz zu vom Einlaßdruck und einer Feder belastet ist, die Störung des Kältemittels zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer. Die Betätigung dieses Ventils erfolgt durch einen membrangesteuerten Druckbolzen, der mit

.'" seinem kegelförmig zugespitzten Ende in einer Durchgangsbohrung der Ventilplatte ruht und diese bei entsprechender Druckbeaufschlagung der Membrane von ihrem Ventilsitz ibhebt, so daß das Kältemittel in den Verdampfer strörien kann. Der Durchlaß, der als

-'"> Widerlager für das kegelförmige Ende des Druckstiftes in der Ventilplatte ausgebildet ist, dient gleichzeitig im Zusammenwirken mit dieser Spitze als Umgehungsventil, das in Abhängigkeit von einer einen festen Wert überschreitenden Druckerhöhung im Auslaßbereich des

»ι Expansionsventil bzw. im Verdampfer geöffnet wird und einen Druckausgleich zwischen Auslaß und Einlaß herstellt. Die Steuerbewegungen des Druckstiftes werden im wesentlichen durch die Membran bewirkt, mit der der Druckstift durch eine zusätzliche Druckte federkraft schlüssig gekoppelt ist. In geringem Maße wirkt auch der Einiaßdruck über die Durchgangsbohrung auf das kegelförmig zugespitzte Ende des Druckbolzens. Die Membran wird in Öffnungsrichlung des Ventils von einer fest eingestellten Kraft, z. B. einem

κι Druckgasspeicher oder einer Feder belastet, so daß die Steuerung des Ventils und des Umgebungsvcntils ausschließlich durch die Druckänderungen im Verdampfer erfolgt. Bei diesem bekannten, nicht dem Oberbegriff entsprechenden Expasionsventil ist nachteilig, daß die

Vi Betätigung des Ventils entgegengesetzt zur hohen Belastung durch den Einlaßdruck und die Feder durch den im wesentlichen ungeführten Druckbolzen mit seiner kegeligen und in der verhältnismäßig kleinen Durchlaßöffnung im Venlilkörper eintauchenden Spitze

V) bewegt wird. Der Ventilkörper neigt deshalb zum Verkanten, die spezifische Belastung der Druckstiftspitze und des Umgehungsventilsitzes sind außerordentlich hoch. Ferner ist die Steuerung eines Expansionsventils ausschließlich durch die Druckänderungen im Verdamp-

v-, fer ungünstig, da damit die Ansprechempfindlichkeit nur sehr grob ist. Die Wirkungsfläche der Membran muß verhältnismäßig groß ausgebildet sein, da die Betätigungskräfte für das Ventil sehr hoch sind. Expansionsventile dieser Art sind durch die Weiterentwicklung in

hi einer Richtung überholt, wie sie zum Gegenstand der US-PS 32 52 297 geführt hat. Diese Weiterentwicklung geht dahin, daß die Steuerung des Expansionsvcntils zusätzlich auch in Abhängigkeit von Temperaturänderungen im Bereich des Verdampfers vorgenommen wird

.,i und daß zum Herabsetzen der Vcntilsteuerkräftc der Einiaßdruck in Öffnungsrichtung des Ventils auf den Steuerkörper zum Einwirken gebracht wird.

Ausgehend vom Expansionsventil nach der US-PS

32 52 297 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Expansionsventil dieser Gattung zu schaffen, das mit geringem baulichem Aufwand, mit einfachen, mechanisch wirkenden Teilen ohne eine ZusatzJeder für das Umgehungsventil arbeitet. Die Kosten für das zu schaffende Expansionsventil sollen irr. Hinblick auf eine Großserienproduktion geringer sein, als bei den bekannten Expansionsventilen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe gemäß «Jem Kennzeichifi des Anspruches 1.

Das erfindungsgemäße Expansionsventil benötigt zur Steuerung des Umgehungsventils keine Zusatzfeder. Der in der Kammer wirkende Einlaßdruck kommt vielmehr in einer relativ großen Wirkfläche zum Angriff und unterstützt in zweckmäßiger Weise die Arbeitsbewegung des Umgehungsventils. Das öffnen des Umgehungsventils erfolgt dadurch schnell und ergibt einen großen, einen raschen Druckausgleich zwischen Einlaß und Auslaß bewirkenden Querschnitt, der durch die Anzahi der im Steuerventilkörper angeordneten Kammerauslässe bestimmbar ist. Der Strömungsweg, der zum Druckausgleich freigegeben wird, zeichnet sich durch eine geringfügige Umlenkung aus, so daß die zum Druckausgleich führende Kältemittclströmung nur geringfügig verwirbelt wird. Der Aufbau des Steuerventilkörpers ist einfach, es bewegen sich nur zwei Teile gegeneinander. Die Druckbelastung des SteiK rventilkörpers durch den Einlaßdruck und den Auslaudruck ist vernachlässigbar gering, so daß die Steuerbewegungen und damit die Ansprechempfindlichkeit des Lixpansiensventils sehr genau einstellbar und in günstiger Weise nur von der Steuerbewegung der Membrane abhängig sind. Das erfindungsgemäße Expansionsventil arbeitet mit hoher Ansprechempfindlichkeit, ist einfach und funktionssicher aufgebaut und führt einen schnellen Druckausgleich zwischen Ein- und Auslaß herbei. Ks ist dabei in der Herstellung billiger als die bekannten Expansionsventile, was insbesondere für eine Großserienproduktion wichtig ist.

Vorteilhaft weist das Umgehungsventil als Absperrorgan eine Platte auf, die den Kammerauslaß abdeckt. Für die großen und leicht abzudichtenden Flächen ist das Umgehungsventil, ausgenommen in seiner offenen Druckausgleichsstellung, zuverlässig verschlossen, so daß kein unkontrolliertes Nachfließen von Kältemittelflüssigkeit von dem Verflüssiger in den Verdampfer auftritt.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. I und IA eine Querschniltsansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Expansionsventils in Verbindung mit einem schematisiert dai gestellten Kühlsystem bei unter normalen Betriebsbedingungen geschlossenem, eingebautem Umgebungsventil,

Fig. 2 eine Ttilansicht des eingebauten Umgehungsventiis in geöfi'teter Stellung während des Druckausgleichs und

Fig.3 eine '^eilansicht einer weiteren Ausführungsform des eingel'auten Umgehungsventils.

Ein thermos'atisches Expansionsventil 10 in erfindungsgemäßer Ausbildung ist in ein Kühlsystem eingebaut zu d':ni ein Verdichter C, ein Verflüssiger K, ein Sammelbehälter A? (bei Bedarf) und ein Verdampfer /.'gehören. Das Expansionsventil 10 ist mit einem Einlaß 12 an den Auslaß des Sammelbehälters R und mit einem Auslaß 14 an den Einlaß des Verdampfers E angeschlossen.

Zur Regulierung des Stromes zwischen dem Einlaß 12 und dem Auslaß 14 arbeitet ein Nadelventil 16 mit einem Ventilsitz 18 zusammen. Das Ventil 16 ist in geschlossene Stellung mittels einer Ventilsciiließfeder 20 bewegbar, welche sich zwischen einem Federsitz 22 am Ende einer Einstellschraube 24 und einer am Boden des Ventils angebrachten und abgedichteten Platte 26 abstützt. Das Ventil 16 ist von einem verschieblichen Flanschbund 28 umschlossen, der mit einem Flansch 30 an der Oberseite einer Ventilschulter 32 anliegt. Das Ventil 16 weist einen Mittendurchlaß 34 und eine Innenkammer 36 auf, wobei über die letztere im Verflüssiger herrschender Druck über die Ausgleichsdurchlässe 38 in der Schulter 32 an die Unterseite des Flansches 30 geführt wird.

Zwischen einer tellerförmigen Stütze 42 und einem Kopf 44 ist eine Membran 40 festklemmbar. Vom Auslaß 14 führt eine Leitung bzw. ein Kanal 46 zu einer Kammer 48, so daß die Unterseite der Membran 40 vom im Verdampfer herrschenden Druck beaufschlagbar ist. Ein Temperaturfühlkolben 50 steht über ein Kapillarrohr 52 mit dem Kopf 44 und damit mit einer Kammer 54 in unmittelbarer Verbindung. Der Temperaturfühlkolben 50 ist mit einem temperauirempfindliehen Mittel gefüllt und an die Auslaßleitung des Verdampfers angelascht. Die Oberseite der Membran 40 ist damit mit einem von der Auslaßtemperatur des Verdampfers abhängigen Druck beaufschlagbar.

Die Öffnungsbewegung des Ventils 16 ist mittels Druckstiften 56 bewirkbar, die mit ihren oberen Enden an einem Membran-Druckstück 58, mit ihren unteren Enden an der Oberseite des Flansches 30 anliegen. Aus Gründen der besseren Übersichtlich keil ist in F i g. 1 der obere Teil des linken Druckstiftes weggelassen. Da die Feder 20 über die Druckstifte 56 auf die Membran 40 wirkt, bleiben Flanschbund 28 und Ventil 16 linier normalen Betriebsbedingungen so lange im gegenseitigen Eingriff, bis das Ventil 16 geschlossen ist.

Nach dem Schließen des Ventils 16 stehen die Druckstifte 56 und der Flanschbund 28 in den in F i g. 1 gezeigten Stellungen. Zwischen Einlaß 12 und Auslaß 14 besteht keine Strömungsverbindung. Da die Bewegung der Feder 20 durch die Anlage des Ventils 16 am Ventilsitz 18 begrenzt ist, ist der Flanschbund 28 nur mittels der Membran 40 in Anlage am Ventil 16 gehalten. Nach dem Stillsetzen des Verdichters tritt im Verdampfer eine Temperaturerhöhung ein, so daß die auf beide Seiten der Membran wirkenden Kräfte a'^iählich sich ausgleichen und der in der Kammer 36 herrschende und über die Druckstifte 56 auf die Membran wirkende Druck des Verdichters den Flanschbund 28 von der Schulter 32 abhebt (Fig. 2). Sobald sich der Bund 28 von der Schulter 32 löst, werden die Ausgleichsdurchlässe 38 geöffnet, und es erfolgt ein schneller Ausgleich zwischen den Drücken im Verdichter und im Verdampfer. Nach beendetem Druckausgleich bewegt die Membran 40 über die Druckstifte 56 den Bund 28 wieder in seine anfängliche Ruhestellung. Da die Ausgleichsdurchlässe normalerweise geschlossen sind, können ihre Abmessungen im Hinblick auf einen raschen Druckausgleich gewählt werden.

Bei der in F i g. 3 gezeigten abgewandelten Ausbildungsform wirkt das untere Ende eines mit einem Ventilsitz 62 in einem Ventil 64 zusammenarbeitenden Druckstiftes 60 als Umgehungsventil zur Regulierung des Durchtritts durch einen Ausgleichsdurchlaß 66. Nach Stillsetzen des Verdichters und nach Ausgleich der an beiden Seiten der Membran wirksamen Kräfte kann

der in der Kammer 36 befindliche und über dem Druckstift 60 auf die Membran wirkende Druck des Verdichters den Druckstift vom Sitz 62 abheben. Dadurch öffne, der Ausgleichsdurchlaß 66 und ermöglicht einen schnellen Ausgleich zwischen den Drücken im Verdichter und im Verdampfer. Bei dieser abgewandelten Ausbildungsform steht zur Beaufschlagung durch den das Umgehungsventil öffnenden Druck in der Kammer 36 eine bestimmte, begrenzte !"lache zur Verfugung, so daß der Öffnungsdruck für den Ausgleichsdurchlaß 66 genauer regelbar ist. Zur Regulierung des Druchflusses durch den Ausgleichsdurchlaß 66 sind beliebige andere Absperrorgane geeignet, beispielsweise eine Kugel, die /wischen dem Druckstift und dem Sitz 62 cinsctzbar ist.

Die LrfindLing schafft somit ein Expansionsventil mit einer eingebauten Umgehung, mittels deren ein schneller Druckausgleich im System erzielbar ist. Diese Wirkung wird ohne Zuhilfenahme einer zusätzlichen leder und/oder weiterer zusätzlicher Teile, wie bei herkömmlichen Ventilen üblich, erzielt. Daraus ergibt sich ein vereinfachter Aufbau des Ventils.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Thermostatisches Expansionsventil, mit durch einen ersten Ventilsitz voneinander getrennten Einlaß- und Auslaßöffnungen, einem mit dem ersten Ventilsitz zusammenwirkenden Steuerventilkörper, auf den der einlaßseitige Druck des Expansionsventils in Öffnungsrichtung einwirkt, mit einer Membran, die im Betrieb an einer Seite mit einem von der Auslaßtemperatur eines Verdampfers abhängigen Druck, an der anderen Seite vom auslaßseitigen Druck des Expansionsventils beaufschlagbar ist, mit Druckstiften zwischen der Membran und dem Steuerventilkörper zur Betätigung des Steuerventils, einer auf den Steuerventilkörper in Schließrichtung einwirkenden Feder, einer Kammer im Steuerventilkörper, die mit dem Einlaß über eine den Steuerventilkörper durchsetzende Leitung verbunden ist und in der der Einlaßdruck herrscht, einem von der Kammer zum Expansionsventilauslaß führenden Kammerauslaß und mit einem Umgehungsventil im Kammerauslaß, wobei das Umgehungsventil von der Kraft der Membrane in Schließrichtung belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Umgebungsventil (28, 30, 32; 60,62) durch den Einlaßdruck in der Kammer (36) im Öffnungssinn beaufschlagt ist, während es durch die Kraft der Membrane (40) in dazu entgegengesetzter Richtung belastet ist und geschlossengchalten wird, bis der Steuerventilkörper (16, 64) durch die Kraft der Feder (20) zur dichten Anlage am Ventilsitz (18) gelangt und die Membrane durch die beiderseits sich ausgleichenden Druckbelastungen eine Stellung einnimmt, bei der der Einlaßdruck in der Kammer (36) das Umgehungsventil (28, 30, 32; 60, 62) zum Druckausgleich zwischen Einlaß und Auslaß öffnet.

2. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekcnnzeichnel, daß das Umgehungsventil (30, 32) als Absperrorgan eine Platte (30) aufweist, die den Kammerauslaß (38) abdeckt.

3. Expansionsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (30) ringförmig ausgebildet ist und einen rohrförmigen Ansatz (28) trägt, mit dem sie am Stcuerventilkörper (16) verschieblich geführt ist.

4. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umgehungsventil (60, 62) einen an der Austrittsseite des Kammerauslasses (66) angeordneten Ventilsitz (62) aufweist, mit dem einer der Druckstifte (60) als Absperrorgan des Umgehungsventils zusammenwirkt.