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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Baugruppe gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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In
einem Klimaanlagensystem für
Automobile wird ein Kühlkreis
gebildet, in welchem durch einen Kompressor komprimiertes gasförmiges Kältemittel mit
hoher Temperatur und hohem Druck in einem Kondensator kondensiert
wird, und das sich ergebende flüssige
Kältemittel
mit hohem Druck in einem Expansionsventil adiabatisch expandiert
wird, um ein flüssiges
Kältemittel
mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck zu erhalten, welches
dann in einem Verdampfer verdampft und schließlich zu dem Kompressor zurückgeführt wird.
Der Verdampfer, welchem das Kältemittel
mit niedriger Temperatur zugeführt
wird, tauscht Wärme
mit der Luft in dem Fahrzeuginnenraum aus, wodurch der Fahrzeuginnenraum
bezüglich
der Luft gekühlt
wird.
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Das
in
US 4,982,579 A offenbarte
Expansionsventil umfasst eine temperatursensitive Kammer, in der
der Innendruck in Reaktion auf Temperaturänderungen des Kältemittels
in einer mit dem Auslass des Verdampfers verbundenen Passage für Niederdruck-Kältemittel steigt und fällt. Das
Expansionsventil weist einen Ventilmechanismus auf, der unter Ansprechen
auf einen Druckanstieg oder Druckabfall in der temperatursensitiven
Kammer betätigt
wird, um die Strömungsrate
des Kältemittels
zu regeln, das dem Einlass des Verdampfers zugeführt wird. Der Ventilmechanismus
ist in einem Ventilgehäuse
untergebracht, dessen Kältemitteleinlass
und- Auslass jeweils durch Befestigungsglieder wie Muttern mit einem
Hochdruckkältemittelrohr
und einem zu dem Verdampfer führenden
Niederdruck-Kältemittelrohr verbunden
sind. Mit der temperatursensitiven Kammer ist ein die Temperatur
abgreifender Zylinder verbunden, dessen einer distale Endabschnitt
eng an einem Kältemittelrohr
fixiert ist, das mit dem Auslassverdampfers verbunden ist, um die
Temperatur des Kältemittels
am Auslass des Verdampfers abzugreifen.
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Expansionsventile
sind konventionell ausgebildet, um nicht nur die Temperatur sondern
auch den Druck des Kältemittels
an dem Auslass des Verdampfers festzustellen, damit der Ventilmechanismus
auch in Reaktion auf Variationen im Druck gesteuert werden kann.
Es hat dennoch Bedarf für
Expansionsventile zu reduzierten Kosten gegeben. Um den Bedarf zu
decken, wird in
US 4,342,421
A ein Expansionsventil offenbart, welches die Temperatur
des Kältemittels
an dem Auslass des Verdampfers über Wärme außenliegend
abgreift, die von dem Verdampfer-Auslassrohr an eine separat montierte
Abdeckung einer oberen Kappe der temperatursensitiven Kammer geleitet
wird. Die Abdeckung weist eine Vertiefung auf, welche das Auslassrohr
aufnimmt. Das Verdampfer-Auslassrohr
wird an der Abdeckung durch eine Federstahlklammer fixiert und positioniert, die
an der Abdeckung angebracht ist. Zum Verringern von Kosten werden
Verbindungen an den mit dem Einlass und dem Auslass des Verdampfers
angeschlossenen Kältemittelrohren
vermieden. Die Hochdruck- und Niederdruckkältemittelrohre werden hingegen
erst dann durch Befestigungsglieder mit dem Kältemitteleinlass und- Auslass
des Ventilgehäuses des
Expansionsventils verbunden, wenn das Expansionsventil eingebaut
wird. Dennoch gab es Bedarf nach Expansionsventilen, deren Herstellungskosten inklusive
der Zusammenbau- und/oder Einbaukosten weiter reduziert sind.
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EP0 691 517 A offenbart
eine Baugruppe entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Alle Komponenten, d. h. der Verdampfer, die Hochdruck- und Niederdruck-Kältemittelrohre, Abschnitte des
Auslassrohres und das Ventilgehäuse
des Expansionsventils sind integral durch einen Aluminiumschweißprozess
ausgebildet, der angewandt wird, wenn der Verdampfer zusammengebaut
wird. Um die Temperatur des in dem Auslassrohr strömenden Kältemittels
in die temperatursensitive Kammer zu übertragen, sind Verdampfer-Auslassrohr-Sektionen
mit einer Niederdruckpassage verbunden, die sich quer durch das
Ventilgehäuse
des Expansionsventils erstreckt. Diese Ausbildung resultiert jedoch
in einer strukturellen Überlänge des
Expansionsventils und erfordert zusätzliche Herstellungsschritte
zum Positionieren und Verschweißen
der Sektionen des Auslassrohres mit dem Ventilgehäuse.
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein höchst ökonomisches
Expansionsventil anzugeben, welches es ermöglicht, sowohl die Zusammenbaukosten
als auch die Teilekosten in erheblichen Maß effektiv zu verringern.
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Dieser
Gegenstand wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erzielt.
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In
dem Expansionsventil sind das Hochdruck-Kältemittelrohr, das Ventilgehäuse und
das Niederdruck-Kältemittelrohr
integral vorab mit dem Verdampfer ausgebildet, und wird zur Zeit
des Zusammenbaus die Expansionsventil-Einheit, die nur eine minimale
Funktion besitzt, um als Expansionsventil dienen zu können, in
das Ventilgehäuse
eingesetzt und darin durch die Befestigungsmittel fixiert. Es ist
nicht notwendig, Befestigungsglieder wie Muttern zu verwenden, um
die Expansionsventileinheit mit den Hochdruck- und Nieder druck-Kältemittelrohren
zu verbinden. Da die Expansionsventil-Einheit die minimale Funktion
ohne spezielle Verbindungen erfüllt,
können
die Teilekosten verringert werden. Das Expansionsventil lässt sich
einfach nur durch Einpassen der Expansionsventil-Einheit in das Ventilgehäuse zusammensetzen,
welches mit dem Hochdruck- und Niederdruck-Kältemittelrohren und dem Verdampfer
integral ausgebildet ist, so dass aus diesem Grund die Zusammenbaukosten
reduziert werden können.
Die Temperatur des Kältemittels
in dem Auslassrohr wird durch die temperatursensitive Kammer mittels
Wärme abgegriffen,
die direkt von dem Auslassrohr abgegeben wird. Die temperatursensitive Kammer
nimmt durch den Kontakt mit dem Auslassrohr eine Last auf und wird
somit mit dem Auslassrohr in Vorspannkontakt gehalten, so dass die
Temperatur des Kältemittels,
das durch das Auslassrohr strömt,
direkt an die temperatursensitive Kammer übertragen wird. Die Expansionsventil-Einheit
wird so auch daran gehindert, von dem Ventilgehäuse gelöst zu werden, da die temperatursensitive
Kammer in vorspannendem Kontakt mit dem Auslassrohr gehalten ist.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Längsschnittansicht
einer Ausführungsform
eines Expansionsventils,
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2 eine
Explosionsdarstellung eines Zustands einer Baugruppe vor dem Zusammenbau
des Expansionsventils,
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3 eine
Seitenansicht des Verdampfers, der in der Baugruppe mit dem zusammengebauten Expansionsventil
verbunden ist,
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4 eine
Vorderansicht des innerhalb der Baugruppe mit dem zusammengebauten
Expansionsventil verbundenen Verdampfers,
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5 eine
Explosionsansicht eines Zustandes vor dem Zusammenbau einer anderen
Ausführungsform
einer solchen Baugruppe,
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6 eine
Seitenansicht der Baugruppe nach dem Zusammenbau, und
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7 eine
Vorderansicht der Baugruppe von 6.
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In
den 1, 2 und 3 umfasst
ein Expansionsventil 1 eine Expansionsventil-Einheit 2 mit
einer minimalen Funktion, um als ein Expansionsventil zu dienen,
ein Ventilgehäuse 3 zum
Aufnehmen der Expansionsventil-Einheit 2, eine Schelle 4 zum
Fixieren des Ventil gehäuses 3 und
der Expansionsventil-Einheit 2 aneinander, und an das Ventilgehäuse 3 angeschweißte Hochdruck-
und Niederdruck-Kältemittelrohre 5 und 6.
Das Niederdruck-Kältemittelrohr 6 des
Expansionsventils 1 ist durch einen Verdampfer 7,
einen Kompressor, einen Kondensator und einen Aufnahmebehälter (nicht
gezeigt) mit dem Hochdruck-Kältemittelrohr 5 verbunden.
Die Expansionsventil-Einheit ist dann thermisch mit einem Auslassrohr 12 des
Verdampfers 7 gekuppelt, wenn die Baugruppe wie in 3 zusammengesetzt
ist.
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Die
Expansionsventil-Einheit 2 besitzt eine integrale Struktur
mit einer temperatursensitiven Kammer 13, deren Innendruck
in Reaktion auf Temperaturänderungen
eines Kältemittels
steigt oder fällt,
das durch das Auslassrohr 12 des Verdampfers 7 strömt. Zum Öffnen und
Schließen
einer Hochdruckkältemittel-Passage
wird unter Ansprechen auf den Temperaturanstieg oder -Abfall in
der temperatursensitiven Kammer 13 ein Ventilmechanismus
betätigt.
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Die
temperatursensitive Kammer 13 besitzt einen inneren Raum,
der durch ein Gehäuse
aus einer dicken Metallplatte und einer Membrane 15 aus einer
dünnen
flexiblen Metallplatte definiert wird. Äußere Umfangsränder dieser
Metallplatten sind durch ein Bördelteil 16 der
temperatursensitiven Kammer zusammengespannt und dann aneinander
verschweißt,
um den Innenraum luftdicht auszubilden. Das Innere der temperatursensitiven
Kammer wird mit einem Gas in einem gesättigten Dampfzustand gefüllt, das
identische oder ähnliche
Eigenschaften hat wie das Kältemittel,
das ein Arbeitsfluid des Kühlkreises
ist.
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Die
Expansionsventil-Einheit 2 besitzt eine Hochdruckkältemittel-Passage 18,
die in einer Blickrichtung in Längsrichtung
davon nahezu in der Mitte ausgebildet ist und sich von einer Seite
bis zum Zentrum erstreckt, und eine Niederdruckkältemittel-Passage 19 die
sich durch einen unteren Endabschnitt erstreckt. Eine axiale Öffnung verbindet
die Hochdruckkältemittel-Passage 18 mit
der Niederdruckkältemittel-Passage 19,
und eine Mündung
der Öffnung dient
als ein Ventilsitz, und zwar an der gleichen Seite, an der die Niederdruckkältemittel-Passage 19 liegt.
Ein sphärisches
Ventilelement ist so angeordnet, dass es zum Ventilsitz weist. Das
Ventilelement wird durch eine Kompressionsschraubenfeder über eine
Ventilelementstütze
gegen den Ventilsitz gepresst.
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Ein
Ende eines axialbeweglichen Schafts liegt entweder an dem Ventilelement
an oder ist daran verschweißt,
während
das andere Ende gegen die untere Fläche der Membrane 15 über eine
Scheibe anliegt. Der Schaft wird auch durch einen Halter gehalten.
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In
der Expansionsventil-Einheit 2 tritt von dem Aufnahmebehälter dem
Hochdruckkältemittel-Rohr 5 zugeführtes Kältemittel
in die Hochdruckkältemittel-Passage 18 ein.
Das Kältemittel
wird beim durchgehen durch den Spalt zwischen dem Ventilsitz und
dem Ventilelement adiabatisch expandiert, und wird dann von der
Niederdruckkältemittel-Passage 19 durch
das Niederdruckkältemittel-Rohr 6 zu
dem Verdampfer 7 geliefert. Das aus dem Verdampfer 7 abgegebene
Kältemittel
wird zu dem Kompressor geführt.
Die Temperatur des Kältemittels
am Auslass des Verdampfers wird direkt durch die temperatursensitive
Kammer 13 abgegriffen.
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Unter
Ansprechen auf die abgegriffene Temperatur variiert der Druck des
in die temperatursensitive Kammer 13 eingefüllten Gases,
d. h., dieser Druck steigt an oder fällt ab. Das Kältemittel
in der Niederdruckkältemittel-Passage 19 tritt
in den Raum unterhalb der temperatursensitiven Kammer 13 an und
wirkt auf die untere Seite der Membrane 15. Die Membrane 15,
der Schaft und das Ventilelement werden an einer Position stationär, und zwar
dann, wenn der Kältemitteldruck,
der Druck in der temperatursensitiven Kammer 13 und die
Vorspannkraft der Kompressionsschraubenfeder im Gleichgewicht sind. Diese
Position bestimmt die Menge des Kältemittels, das von dem Hochdruckkältemittel-Rohr 5 an
den Verdampfer 7 geliefert wird. Wenn die Temperatur zunimmt,
dann wird die Membrane 15 nach unten verlagert, so dass
das Ventilelement durch den Schaft weggeschoben wird und der Ventilöffnungsgrad
zunimmt, wie auch die Strömungsrate.
Die Temperatur am Auslass des Verdampfers 7 wird in einer
abnehmenden Richtung geregelt. Wenn die Temperatur abnimmt, dann
wird die Temperatur in einer zunehmenden Richtung geregelt.
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Das
Ventilgehäuse 3,
in welches in 1 die Expansionsventil-Einheit 2 eingepasst
ist, ist mit einer Gestalt ausgebildet, die zu der externen Form
der Expansionsventil-Einheit 2 passt. Die Expansionsventil-Einheit 2 wird
durch eine obere Öffnung
in das Ventilgehäuse 3 eingesetzt.
Um diese Öffnung
ist ein Flansch 34 ausgebildet, der es ermöglicht,
dass die eingesetzte Expansionsventil-Einheit 2 in dem
Ventilgehäuse 3 durch
die Schelle 4 fixiert wird.
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Das
Ventilgehäuse 3 ist
aus Aluminium hergestellt. Wenn der Verdampfer 7, der ein
gestapelter Typ ist, in einem Hochtemperaturraum einer Aluminiumverschweißung unterworfen
wird, wird auch das Ventilgehäuse 3 zusammen
mit den Hochdruck- und Niederdruck-Kältemittelrohren 5 und 6 der
Aluminiumverschweißung
unterworfen, um das Ven tilgehäuse 3 mit
den Hochdruck- und Niederdruck-Kältemittelrohren 5 und 6 integral
auszubilden.
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In
dem Expansionsventil 1 der 1, 2, 3 und 4 wird
die Temperatur des Kältemittels
in dem Auslassrohr 12 durch Wärme detektiert, die direkt
von dem Auslassrohr 12 übertragen
wird.
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Die
temperatursensitive Kammer 13 der Expansionsventil-Einheit
hat in ihrer oberen Seite einen Rohraufnahmebereich 47 in
Form einer Vertiefung, die zu der Außenform des Auslassrohres 12 des
Verdampfers 7 passt. Das Auslassrohr 12 ist so
direkt auf dem Rohraufnahmebereich 47 angeordnet, dass das
Auslassrohr 12 und die temperatursensitive Kammer 13 einander
kontaktieren, so dass die temperatursensitive Kammer 13 in
der Lage ist, direkt die Temperatur des Kältemittels zu detektieren,
das durch das Auslassrohr 12 strömt.
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Der
Verdampfer 7 ist mit dem Ventilgehäuse 3, den Hochdruck-
und Niederdruck-Kältemittelrohren 5 und 6,
und dem Auslassrohr 12 integral ausgebildet. Sich parallel
zur Frontfläche
des Verdampfers 7 erstreckende Abschnitte des Niederdruck-Kältemittelrohres 6 und
des Auslassrohres 12 sind mit gleichen Abständen von
der Frontfläche
angeordnet, während
ein Abschnitt des Niederdruck-Kältemittelrohres 6,
welcher mit dem Ventilgehäuse 3 integral verbunden
ist, in Ausrichtung mit dem Ventilgehäuse 3 in einer Richtung
weg von der Frontfläche
des Verdampfers 7 nach außen gekippt ist (5).
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Als
erstes wird die Expansionsventil-Einheit 2 in das Ventilgehäuse 3 eingesetzt
(Pfeil 4 in 2), derart, dass die Hochdruck-Kältemittelpassage 18 mit
dem Hochdruck-Kältemittelrohr 5 ausgerichtet
ist und der Rohraufnahmebereich 47 der temperatursensitiven
Kammer 13 in der selben Richtung orientiert ist wie das
Auslassrohr 12. Nachfolgend wird die Schelle 4 angebracht
(Pfeil 49 in 2), um den Bördelteil 16 der temperatursensitiven
Kammer 13 der eingesetzten Expansionsventil-Einheit 2 und
den Flansch 34 des Ventilgehäuses 3 aneinander
festzulegen. Schließlich
wird der gekippte Abschnitt des Niederdruck-Kältemitterohres 6 in
eine aufrechte Position angehoben (Pfeil 50 in 2),
bis er parallel mit der Frontfläche
des Verdampfers 7 ist. Das Auslassrohr 12 geht über eine
geneigte Fläche
des Gehäuses 14 der
temperatursensitiven Kammer 13 hinweg und schnappt und
passt mit einer nach unten orientierten Last in den vertieften Rohraufnahmebereich 47.
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Konsequent
erhält
die temperatursensitive Kammer 13 durch den Kontakt mit
dem Auslassrohr 12 eine Last und wird so in vorspannendem
Kontakt gehalten, so dass die Temperatur des durch das Auslassrohr 12 strömenden Kältemittels
direkt an die temperatursensitive Kammer 13 übertragen
wird.
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Nachfolgend
wird die Baugruppe einschließlich
des Expansionsventils der 5, 6 und 7 beschrieben.
Abschnitte des Niederdruck-Kältemittelrohres 6 und
des Auslassrohres 12, die sich parallel zur Frontfläche des
Verdampfers 7 erstrecken, sind unter gleichem Abstand zu
der Frontfläche angeordnet,
während
ein Abschnitt des Niederdruck-Kältemittelrohres 6,
der integral mit dem darauf ausgerichteten Ventilgehäuse 3 verbunden
ist, in einer Richtung weg von der Frontfläche des Verdampfers 7 nach
außen
gekippt ist.
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Als
erstes wird die Expansionsventil-Einheit 2 in das Ventilgehäuse 3 eingesetzt
(Pfeil 51 in 5). Nachfolgend wird der gekippte
Abschnitt des Niederdruck-Kältemittelrohres 6 in
eine aufrechte Position angehoben (Pfeil 52 in 5),
bis er parallel zur Frontfläche
des Verdampfers 7 ist. Das Auslassrohr 12 geht über eine
abgeschrägte
Fläche
des Gehäuses 14 der
temperatursensitiven Kammer 13 hinweg und schnappt und
passt in den vertieften Rohraufnahmebereich 47 (6 und 7).
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Die
Expansionsventil-Einheit 2 nimmt aufgrund des Kontakts
mit dem Auslassrohr 12 eine Last auf und wird somit daran
gehindert sich von dem Ventilgehäuse 3 zu
lösen,
auch deshalb, weil die temperatursensitive Kammer 13 in
vorspannendem Kontakt mit dem Auslassrohr 12 gehalten ist.