EP3899382A1 - Elektromagnetisches proportionalventil und system mit einem proportionalventil - Google Patents

Elektromagnetisches proportionalventil und system mit einem proportionalventil

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EP3899382A1
EP3899382A1 EP19832620.9A EP19832620A EP3899382A1 EP 3899382 A1 EP3899382 A1 EP 3899382A1 EP 19832620 A EP19832620 A EP 19832620A EP 3899382 A1 EP3899382 A1 EP 3899382A1
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EP
European Patent Office
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piston
valve
proportional valve
electromagnetic proportional
armature
Prior art date
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Pending
Application number
EP19832620.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Toni Schneider
Daniel Reimann
Jens Möhring
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Eco Holding 1 GmbH
Original Assignee
Eco Holding 1 GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic proportional valve.
  • the invention further relates to a system with an electromagnetic proportional valve.
  • Valves are generally used to shut off and / or control the flow of a fluid. Simpler valves can only be controlled discretely. This means that they can only be switched on / off, i.e. they can only be opened and closed. However, simply opening and closing the valve is no longer sufficient for many applications. For example, use as an expansion valve, which is used in battery cooling, air conditioning or heat pump systems in order to generate a defined and controllable pressure drop between the condenser (heat emission) and evaporator (cooling), often requires more continuous switching. Overall, continuous switching is therefore often required. Such a continuous or continuous switching can take place, for example, by means of proportional valves which allow the switching positions to change continuously. The volume flow of the fluid can thus be adjusted. Such proportional valves not only allow discrete switching positions with the help of a proportional magnet, but also allow a constant transition of the valve opening.
  • the structure of the known proportional valves is very complex, so that they cannot be manufactured easily and inexpensively.
  • the increased complexity also frequently leads to individual functions of the proportional valve being disturbed.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a proportional valve which eliminates the above-mentioned problems and disadvantages of the prior art.
  • the solution according to the invention consists in specifying an electromagnetic proportional valve, preferably for refrigerant, which has the following: an armature of an electromagnet, which is arranged to be axially movable between a rest position, an actuation position and work positions and on which an actuation element is arranged; a piston which is designed as a hollow piston and has a first opening to an inlet of the expansion valve at a first axial end region and a second opening to a pressure compensation chamber at a second axial end region; and a locking body which is designed to close the second opening, the piston being arranged axially displaceably and the piston being designed to block a fluid passage as a shut-off element of a main valve device, the fluid passage blocking the main valve device in the rest position of the armature is, wherein the actuating element is designed to act in the actuating position of the armature in such a way that the blocking body at least partially opens the second opening, and wherein the fluid passage of the main valve device is open in the
  • An electromagnetic proportional valve is, in particular, a proportionally controllable expansion valve.
  • the proportional valve is a continuous valve, which is not only discrete (open / close) switchable, but also allows a constant transition of the main valve opening (the opening that can be blocked by means of the piston). This is the volume flow of the fluid adjustable.
  • the electromagnetic proportional valve can be controlled by means of the electromagnet.
  • the rest position of the armature is also the position in which the armature is in a de-energized state of a coil of the electromagnet.
  • the main valve device and also a pressure compensation valve device formed by means of the blocking body are closed. In this state there is high pressure in the inlet and low pressure in the pressure equalization chamber. The high pressure pushes the piston as a shut-off element of the main valve device into a valve seat. It is only possible to open the main valve device after pressure equalization.
  • This pressure equalization takes place as follows: If the current (in the coil) increases, the armature moves into the actuation position. As a result, the actuating element also moves into the actuating position, in which the actuating element acts on the locking body in such a way that it releases the second opening at least in some areas.
  • a fluid e.g., a refrigerant
  • the fluid flows through a through hole in the piston. In particular, the fluid flows from the inlet through the through hole into the pressure equalization space. Therefore, the pressure between the inlet and the pressure compensation space is balanced.
  • the pressure compensation valve device is therefore open. The main valve device is still closed.
  • the proportional valve is constructed as a piston valve. This means that the displaceable piston is the shut-off body of the main valve device.
  • the working positions are a working area in which the piston is movable and fluid can flow through the main valve device. Preferably, a continuous transition of the main valve opening is completely possible in this area, so that the volume flow of the fluid can be controlled (proportionally) by means of the electromagnet. Even if the entire working area is preferably continuously controllable, it is alternatively sufficient if continuous control is only possible in one area thereof.
  • Both the valve seat of the main valve device and the valve seat are preferably the pressure compensation valve device is designed as a metallic valve seat.
  • a proportional valve which has a particularly low level of complexity and at the same time is able to optimally perform its function.
  • the movement of the armature in the working positions is transmitted directly to the piston.
  • the main valve opening can therefore be influenced precisely, so that the volume flow of the fluid can be precisely adjusted.
  • the direct dependence between the control current (current in the coil) and the position of the piston means that the flow of the proportional valve can be precisely controlled by means of the control current.
  • an attachment is arranged on the second axial end region.
  • the attachment closes the second opening of the second axial end region in such a way that the locking body cannot be pressed out of the second opening.
  • the attachment also has an axial bore through which the locking body can be actuated by means of the actuating element.
  • the actuating element has a projection.
  • the projection extends axially in the direction of the locking body.
  • the projection can be passed through the attachment. This means that the outside diameter of the projection is smaller than the inside diameter of the axial bore.
  • the armature is in contact with the actuating element in the working positions, the actuating element is also in contact with the attachment, and the attachment is also in contact with the piston.
  • the force flow from the armature to the actuating element takes place Actuator on the attachment and from the attachment on the piston.
  • the actuating element also has a step, by means of which direct, ie direct contact (without an intermediate spring element) between the actuating element and the attachment is possible.
  • the proportional valve has a valve bushing in which the inlet and the outlet are arranged, the piston being arranged in a bore in the valve bushing.
  • the piston is designed to be axially movable in the valve bushing.
  • the high pressure of the inlet presses the piston as part of the main valve device into a valve seat which is formed by the valve bushing.
  • the piston has a conical shoulder which is pressed onto a shoulder of the valve bushing.
  • the piston has a circumferential sealing surface which blocks the fluid passage of the main valve device with an inner surface of the bore of the valve bushing.
  • An overlap of a predetermined length is formed between the circumferential sealing surface of the piston and the inner surface.
  • the overlap is the area where the inner surface and the sealing surface are (radially) opposite one another.
  • the overlap between the circumferential sealing surface of the piston and the inner surface is a predetermined value.
  • the predetermined value, ie the length, can be 1 mm, for example.
  • the inlet is axially formed and the outlet is radial.
  • the inlet Since the inlet is arranged axially, the high pressure of the inlet presses axially against the piston and thus ensures a safe closed state of the main valve device. On the other hand, the radial sequence does not hinder the function and in particular the switching of the proportional valve.
  • the locking body is a ball.
  • a ball is particularly easy and inexpensive to manufacture. In addition, this reliably fulfills the locking function of the pressure compensation valve device. Due to their geometrically uniform shape, there is no risk of the ball tilting and blocking the valve.
  • the electromagnetic proportional valve has a first spring element, which prestresses the piston in the direction of the actuating element.
  • the first spring element presses the piston into its blocking position as a blocking element. If the current is switched off and the electromagnet is no longer supplied with current, the piston can therefore be quickly brought back into the blocking position in which the main valve device is closed.
  • the axially displaceable piston is thus biased in the bore of the valve bush by means of a first spring element in the direction of the actuating element (or the electromagnet, or the armature).
  • the first spring element is preferably designed as a compression spring.
  • the first spring element is particularly preferably designed as a spiral spring.
  • the first spring element is arranged between a holding element and the piston, wherein the preload of the first spring element can be adjusted by means of the holding element.
  • the first spring element is supported on the one hand on a shoulder of the piston and on the other hand on the holding element.
  • the shoulder of the piston is preferably the conical shoulder of the piston which comes into contact with the shoulder of the valve bushing.
  • the holding element is arranged, for example, screwed into the valve bushing in the region of the inlet.
  • the prestressing force of the first spring element can therefore be adjusted by screwing in and unscrewing the holding element.
  • the opening behavior of the main valve is easy to change. Therefore, the attachment has a double function, so that the complexity of the proportional valve can be reduced.
  • the electromagnetic proportional valve has a second spring element, which prestresses the actuating element in the direction of the armature.
  • the second spring element is preferably arranged between the actuating element and the attachment. This means that the attachment is pressed onto the piston by means of the second spring element.
  • the second spring element is preferably designed as a compression spring.
  • the second spring element is particularly preferably designed as a spiral spring.
  • the actuating element is preferably designed as an insert. If the actuating element is designed as an insert and is inserted into the armature, the second spring element can be arranged such that it is held by the armature and the actuating element.
  • the electromagnetic proportional valve has a third spring element which prestresses the locking body in the direction of the actuating element.
  • the third spring element is arranged between the piston and locking body.
  • the third spring element thus presses the locking body into its valve seat (this is formed by the attachment).
  • the third spring element is preferably designed as a compression spring.
  • the third spring element is particularly preferably designed as a spiral spring.
  • the through bore of the piston particularly preferably has a spring shoulder with which the spring comes into contact.
  • the spring is also preferably located entirely within the piston.
  • the piston has a conical shoulder at the first axial end region.
  • the conical shoulder comes into contact with the shoulder of the valve bushing and acts as Shut-off device. Furthermore, this serves as a stop element for the first spring element.
  • the piston has a combination of seat and slide function.
  • the seat function is formed by means of the conical shoulder on the piston and the shoulder of the valve bushing. This acts as a shut-off device.
  • the slide function is fulfilled by means of the circumferential sealing surface of the piston and the inner surface of the bore in the valve bushing, which interact as a proportional slide.
  • the solution according to the invention consists in specifying a system, preferably in a vehicle, with one of the electromagnetic proportional valves described above, the system being an air conditioning system, a heat management system or a battery cooling system.
  • FIG. 1 shows a detailed longitudinal section of a proportional valve according to the present invention.
  • Fig. 3 is an enlarged longitudinal section of a pressure compensation valve device
  • Proportional valve according to the present invention in a closed state
  • Fig. 4 is an enlarged longitudinal section of a pressure compensation valve device
  • FIG. 5 shows a longitudinal section of the proportional valve according to the present invention in an actuating position
  • FIG. 6 shows a longitudinal section of the proportional valve according to the present invention in a (fully) open state
  • Fig. 7 is an enlarged longitudinal section of a main valve device of the
  • Proportional valve according to the present invention in a closed state
  • Fig. 8 is an enlarged longitudinal section of a main valve device of the
  • Proportional valve according to the present invention in a (fully) open state.
  • the proportional valve 1 is also referred to as an expansion valve.
  • the inlet 11 and the outlet 12 are arranged in a valve bushing 8 of the proportional valve 1.
  • the inlet 1 1 is arranged axially at one longitudinal end of the valve bushing 8.
  • the outlet 12 is arranged radially on the valve bushing 8.
  • the proportional valve 1 has an electromagnet 2 and an armature 3.
  • the armature 3 is axially movable by means of the electromagnet 2.
  • the armature 3 is movable in the direction of the inlet 11.
  • An actuating element 22 is arranged on the armature 3.
  • the actuating element 22 is arranged in particular on an axial end region of the armature 3.
  • the actuating element 22 moves together with the armature 3.
  • the actuating element 22 is also referred to as an insert since it can be inserted into the armature 3.
  • an (axial) bore is also arranged in the valve bushing 8.
  • a piston 14 is arranged in the bore.
  • the piston 14 is axially movable in the bore of the valve bushing 8.
  • the piston 14 has a first axial end region 32 (on the right in FIG. 2) and a second axial end region 34 (on the left in FIG. 2).
  • the first axial end region 32 is arranged towards the inlet 11.
  • the second axial end region 34 is arranged towards the actuating element 22.
  • a first opening 33 is arranged on the first axial end region 32 and a second opening 35 is arranged on the second axial end region 34.
  • the openings 33 and 35 are connected to one another via a through hole 28.
  • the piston 14 is designed as a hollow piston.
  • the piston 14 connects a first space, which adjoins the first axial end region 32, and a second space, which adjoins the second axial end region 34. Therefore, a fluid (e.g., refrigerant) can flow from the first space through the piston 14 to the second space.
  • the first space is the inlet 11.
  • the inlet 11 is somewhat widened adjacent to the first axial end region 32.
  • the second space is a pressure compensation space 29.
  • the pressure compensation space 29 is a space between the armature 3 and the valve bushing 8 and is also referred to as a magnet space.
  • An attachment 23 is arranged on the second axial end region 34.
  • the attachment 23 holds a blocking body 24 in the second opening 35.
  • the second opening 35 can be closed in such a way that no fluid can flow through the piston 14. This means that no fluid can flow from the inlet 11 to the pressure compensation chamber 29.
  • the actuating element 22, the attachment 23 and the blocking body 24 thus form a pressure compensation valve device 21.
  • the pressure compensation valve device 21 is also referred to as a second valve device.
  • the blocking body 24 is designed as a ball. Therefore, the locking body 24 is also referred to as a ball.
  • the main valve device 13 is also referred to as the first valve device and forms the main seat of the proportional valve 1.
  • the main valve device 13 has two valve functions: valve main seat and proportional slide.
  • the valve main seat is formed by a conical shoulder 17 on the first axial end region 32 of the piston 14 and a shoulder 19 of the valve bush 8 and acts as a shut-off device.
  • a circumferential sealing surface 18 of the piston 14 acts as a proportional slide, which adjoins the conical shoulder 17 in the axial direction and interacts with an inner surface 20 of the bore in the valve bushing 8.
  • the main valve device 13 When the main valve device 13 is open, a fluid can flow from the inlet 11 to the outlet 12. On the other hand, if the main valve device 13 is closed, no fluid can flow from the inlet 11 to the outlet 12.
  • the main valve device 13 can only be opened when there is pressure equalization between the inlet 11 and the pressure equalization chamber 29. The pressure compensation can only take place when the pressure compensation valve device 21 is open.
  • three spring elements 15, 25, 26 are arranged which support and enable the functions of the proportional valve 1.
  • the spring elements 15, 25, 26 are designed as compression springs and are therefore also referred to as compression springs.
  • the first spring element 15 is designed to press the piston 14 into the bore of the valve bushing 8.
  • the spring element 15 is designed to press the conical shoulder 17 against the shoulder 19 of the valve bushing 8.
  • the spring element 15 thus serves to keep the main valve device 13 in its closed state.
  • the first spring element 15 is formed between the piston 14, in particular the conical shoulder 17 thereof, and a holding element 16. This means that the first spring element 15 is supported on the one hand on the conical shoulder 17 of the piston 14 and on the other hand on the holding element 16.
  • the holding element 16 is screwed into the valve bushing 8 in a region of the inlet 11.
  • the inflow 11 of the fluid takes place through a recess in the holding element 16 (and the first spring element 15).
  • the spring force by means of which the piston 14 is prestressed, can be adjusted by means of the holding element 16. This is particularly easy if the holding element 16 can be screwed into the valve bushing 8.
  • the second spring element 25 is arranged between the actuating element 22 and the attachment 23.
  • the second spring element 25 serves to bias the attachment 23 in the direction of the piston 14.
  • the second spring element 25 serves to bias the actuating element 22 in a direction away from the locking body 24.
  • the second spring element 25 thus holds the actuating element 22 in a position in which the locking body 24 is not actuated. If the actuating element 22, as can be seen in FIG. 2, is designed as an insert, the second spring element 25 is held by the armature 3 and the actuating element 22. In particular, the second spring element 25 is guided in regions between an outer circumference of the actuating element 22 and an inner circumference of the armature 3.
  • the third spring element 26 is arranged between the locking body 24 and a spring shoulder 36 (see FIG. 3 or 4) in the through bore 28 in the piston 14.
  • the third spring element 26 serves to bias the blocking body 24 against a valve seat or sealing seat on the attachment 23. This means that the third spring element 26 keeps the pressure compensation valve device 21 closed. Likewise, the pressure compensation valve device 21 is kept closed by the high pressure, which acts on the blocking body 24 through the through bore 28 of the piston 14 in addition to the pretensioning force of the third spring element 26.
  • the state of the proportional valve 1 shown in FIG. 2 is the (completely) closed state of the expansion valve 1.
  • the closed pressure compensation valve device 21 is shown in more detail in FIG. 3.
  • the locking body 24 is pressed against the sealing seat in the attachment 23.
  • a distance is formed between the locking body 24 and the actuating element 22. This means that the actuating element 22 is not in contact with the locking body 24. Since the blocking body 24 closes the second opening 35, no fluid can flow between the high-pressure region of the inlet 11 and the low-pressure region of the pressure compensation chamber 29.
  • the closed main valve device 13 is shown in more detail in FIG. 7.
  • the conical shoulder 17 on the piston 14 and the shoulder 19 of the valve bushing 8 shut off the main valve device 13.
  • the piston 14 is pressed by the first spring element 15 against the shoulder 19.
  • the circumferential sealing surface 18 of the piston 14 is in contact with the inner surface 20 of the bore of the valve bushing 8. No fluid can flow between the inlet 11 and the outlet 12. In particular, no fluid can flow past between the piston 14 and the valve bushing 8, since there is no sufficient space between the two components.
  • the armature 3 is shown in FIG. 2 in a rest position.
  • the rest position is the position on the left in FIG. 2. More generally formulated, the armature 3 is arranged in the rest position in a position which is furthest away from the valve bushing 8 (or also the holding element 16 or also the inlet 11).
  • FIG. 5 shows the proportional valve 1 in an actuation position.
  • the pressure compensation valve device 21 is open and the main valve device 13 is closed.
  • the third spring element 26 is further compressed, the second spring element 25 is slightly compressed and the first spring element 15 is preloaded.
  • the armature 3 is shown in FIG. 5 in an actuation position.
  • the actuation position is one position further to the right than the rest position. This means that the armature 3 has been moved axially from the rest position to the right into the actuating position. In particular, the armature 3 has been moved axially in the direction of the piston (or also the valve bushing 8, the holding element 16 or the inlet 11).
  • the actuating element 22 moves together with the armature 3. The movement of the armature 3 into the actuating position also moves the actuating element 22 into the actuating position.
  • the actuating element 22 comes into contact with the locking body 24 in the actuated position.
  • an axial projection 30 of the actuating element 22 comes into contact with the locking body 24 in such a way that the locking body 24 is pressed in the direction of the prestressing second spring element 26. This means that the blocking body 24 is moved axially in the direction of the inlet 11.
  • the locking body 24 is moved out of the sealing seat of the attachment 23.
  • the first opening 33 which was previously closed, is opened in such a way that a fluid can flow between the high pressure region of the inlet 11 and the low pressure region of the pressure compensation chamber 29.
  • fluid can then flow around the blocking body 24. A pressure equalization between inlet 11 and pressure equalization space 29 can therefore take place.
  • the armature 3 moves in the direction of the valve bushing 8.
  • the actuating element 22 moves with the armature 3, the second spring element 25 being compressed.
  • the actuating element 22 opens the pressure compensation valve device 21 with the projection 30 which dips into the attachment 23, since the blocking body 24 counteracts the spring force of the third spring element 26 from its Sealing seat is lifted off.
  • the high-pressure fluid (refrigerant) can flow through the through bore 28 of the piston 14 in the direction of the pressure equalization chamber 29 and pressure equalization takes place.
  • the pressure load on the main valve device 13 is reduced.
  • the main valve device 13 is still closed and therefore corresponds to the state shown in FIG. 7.
  • the conical shoulder 17 on the piston 14 is still pressed against the shoulder 19 by the first spring element 15.
  • the two elements block the proportional valve 1.
  • the circumferential sealing surface 18 of the piston 14 is in contact with the inner surface 20 of the bore in the valve bushing 8.
  • Fig. 6 shows the proportional valve 1 in a working position.
  • both the pressure compensation valve device 21 and the main valve device 13 are open.
  • the third spring element 26 is still still maximally compressed
  • the second spring element 25 is still somewhat compressed
  • the first spring element 15 is likewise maximally compressed.
  • the maximum opening state of the main valve device 13 is therefore shown in FIG. 6.
  • the armature 3 is shown in FIG. 6 in a working position. There are a variety of work positions. The working positions are generally located further to the right than the operating position. This means that the armature 3 has been moved from the actuating position to the right (in the direction of the inlet 11) into the working position. Since it is a proportional valve 1, not only is one working position formed, but a continuous transition from different working positions is possible. So it can not only be switched discretely, but in several working positions with different volume flow of the fluid.
  • the armature 3 has been moved axially further in the direction of the valve bushing 8 (or also the holding element 16 or the inlet 11).
  • the actuating element 22 is in direct contact with the attachment 23 in the working position or the working positions.
  • a step 31 of the actuating element 22 comes into contact with the attachment 23 such that the Attachment 23 can be moved axially together with the actuating element 22 (and the armature 3). Since the attachment 23 is in direct contact with the piston 14, this can also be moved directly. This means that when the armature 3 moves, the piston 14 also moves accordingly.
  • the working positions represent a further displacement of the armature 3 in the direction of the valve bushing 8.
  • the first spring element 15 is compressed, so that the conical shoulder 17 of the piston 14 can be lifted off the shoulder 19 of the valve bushing 8.
  • the seat function of the main valve device 13 changes into a slide function. If the armature 3 is moved further, the main valve device 13 opens completely. This state of the fully opened main valve device 13 is shown in FIG. 8.
  • the piston 14 is displaced axially in the direction of the inlet 11 so far that there is no longer any overlap between the circumferential sealing surface 18 of the piston 14 and the inner surface 20 of the bore of the valve bushing 8. Thus, the fluid can flow from the inlet 11 to the outlet 12.
  • the invention relates to an expansion valve for refrigerants and an air conditioning system, a heat management system or a battery cooling system with an expansion valve.
  • Expansion valves are used in a battery cooling, air conditioning or heat pump system to generate a defined and controllable pressure drop between the condenser (heat emission) and evaporator (cooling).
  • the pressure drop generated by the expansion valve creates an associated temperature change in the refrigerant.
  • the valve is part of a regulator that controls the overheating of the refrigerant before it enters the compressor.
  • the object of the invention is to provide an expansion valve which is optimized in terms of function. At the same time, an expansion valve is to be specified, which is simple and inexpensive to manufacture.
  • Fig. 1 shows an expansion valve 1 for refrigerant according to an embodiment in longitudinal section.
  • the expansion valve 1 has an electromagnet 2 with a coil 4 and an armature 3, which is arranged axially displaceably in a pole hat 5.
  • the pole hat 5 is provided in one piece and has a pole tube 6 and a pole core 7, a thin connecting web being provided between the pole tube 6 and the pole core 7.
  • valve bushing 8 An end section of a valve bushing 8 is sealed by means of a sealing element 9 and is pressed into the pole core 7.
  • a circumferential collar 10 of the valve bushing 8 abuts the pole core 7 on the end face, so that the valve bushing 8 is positioned with respect to the electromagnet 2.
  • a piston 14 is arranged axially displaceably in the valve bushing 8, which has an axially formed inlet 11 and at least one radial outlet 12.
  • the inlet 11 forms a high-pressure connection P
  • the radial outlets 12 form a low-pressure connection LP.
  • the expansion valve 1 has, in the connection between the inlet 11 and the outlet 12, a first valve device 13, which is a combination of the main valve seat and
  • the first valve device 13 can be opened or closed by means of the electromagnet 2.
  • the piston 14 is arranged axially displaceably in a bore in the valve bushing 8 and is spring-biased in the direction of the electromagnet 2 by means of a first compression spring 15.
  • the compression spring 15 is supported on the one hand on a shoulder of the piston 14 and on the other hand on a holding element 16, which is screwed into the valve bushing 8, for example in the area of the inlet 11.
  • the inlet of the refrigerant takes place through a recess in the holding element 16 and the first compression spring 15.
  • the spring force, by means of which the piston 14 is preloaded, can be set by means of the holding element 16.
  • the first valve device 13 forms the main seat of the expansion valve 1 and has two valve functions: valve main seat and proportional slide.
  • the main valve seat is formed by a conical shoulder 17 on the piston 14 and a shoulder 19 of the valve bushing 8 and acts as a shut-off device.
  • a circumferential sealing surface 18 of the piston 14 acts as a proportional slide, which adjoins the shoulder 17 in the axial direction and interacts with an inner surface 20 of the bore in the valve bushing 8.
  • the conical shoulder 17 of the piston 14 is arranged opposite the shoulder on which the compression spring 15 is supported.
  • a second valve device 21 is provided for pressure equalization of the first valve device 13. This comprises an insert 22 fastened in the armature 3, an attachment 23 fastened on one end of the piston 14 and a ball 24 as a closing element.
  • a second compression spring 25 is provided between the insert 22 and the attachment 23, which prestresses the attachment 23 in the direction of the piston 14. The ball 24 is further applied by means of a third compression spring 26 against its sealing seat on the attachment 23.
  • Sealing elements 27 on the outer circumference of the valve bushing 8 enable a seal against a housing, not shown, etc., in which the expansion valve 1 is arranged.
  • valve devices 13 and 21 are closed.
  • the valve device 13 is kept closed by the high pressure applied to the inlet 11 and the compression spring 15.
  • the second valve device 21 is kept closed by the high pressure, which acts on the ball 24 in addition to the biasing force of the compression spring 26 through a through bore 28 of the piston 14.
  • Low pressure prevails in a magnet space 29 between armature 3 and valve bushing 8.
  • the armature 3 moves in the direction of the valve bushing 8.
  • the insert 22 moves with the armature 3, the second compression spring 25 being compressed.
  • the insert 22 opens with one that dips into the attachment 23 Projection 30 the second valve device 21, since the ball 24 can open against the spring force of the third compression spring 26 and is lifted from its sealing seat.
  • high-pressure refrigerant can flow through the through bore 28 of the piston 14 in the direction of the magnet chamber 29 and pressure equalization takes place, as a result of which the pressure load on the first valve device 13 can be reduced.
  • the first compression spring 15 When the armature 3 is displaced further in the direction of the valve bushing 8, the first compression spring 15 is compressed, so that the conical shoulder 17 of the piston 14 can be lifted off the shoulder 19 of the valve bushing 8.
  • the seat function of the first valve unit 13 changes into a slide function.
  • the overlap between the circumferential sealing surface 18 of the piston 14 and the inner surface 20 is a predetermined value.
  • the invention relates to an expansion valve for refrigerants with an electromagnet with a coil and an axially displaceably arranged armature, a piston arranged axially displaceably in a valve bushing, the valve bushing having an inlet and at least one outlet and a first valve device being provided in the connection between inlet and outlet which has a combination of shut-off function and proportional slide and is designed to be openable or closable by means of the electromagnet, and a second valve device for pressure equalization of the first valve device.
  • the first valve device has a combination of seat and slide function.
  • the second valve device is designed as a seat valve, for example as a ball seat valve.
  • the invention relates to an air conditioning system, in particular an air conditioning system for a vehicle, with an expansion valve according to the preceding embodiments.
  • the invention relates to a thermal management system, in particular thermal management system for a vehicle, with an expansion valve according to the previous embodiments.
  • the invention relates to a battery cooling system, in particular a battery cooling system for a vehicle, with an expansion valve according to the previous embodiments.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Proportionalventil (1), vorzugsweise für Kältemittel, das Folgendes aufweist: einen Anker (3) eines Elektromagneten (2), der axial zwischen einer Ruheposition, einer Betätigungsposition und Arbeitspositionen beweglich angeordnet ist und an dem ein Betätigungselement (22) angeordnet ist; einen Kolben (14), der als Hohlkolben ausgebildet ist und an einem ersten axialen Endbereich (32) eine erste Öffnung (33) zu einem Zulauf (11) des Expansionsventils (1) hin und an einem zweiten axialen Endbereich (34) eine zweite Öffnung (35) zu einem Druckausgleichsraum (29) hin aufweist; und einen Sperrkörper (24), der dazu ausgebildet ist, die zweite Öffnung zu verschließen, wobei der Kolben (14) axial verschiebbar angeordnet ist und wobei der Kolben (14) dazu ausgebildet ist, als Absperrelement einer Hauptventileinrichtung (13) einen Fluiddurchgang zu versperren, wobei der Fluiddurchgang der Hauptventileinrichtung (13) in der Ruheposition des Ankers (3) versperrt ist, wobei das Betätigungselement (22) dazu ausgebildet ist, in der Betätigungsposition des Ankers (3) derart auf den Sperrkörper (24) einzuwirken, dass dieser die zweite Öffnung zumindest bereichsweise freigibt, und wobei der Fluiddurchgang der Hauptventileinrichtung (13) in den Arbeitspositionen des Ankers (3) geöffnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein System mit einem solchen Proportionalventil (1).

Description

Elektromagnetisches Proportionalventil und
System mit einem Proportionalventil
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Proportionalventil. Ferner betrifft die Erfindung ein System mit einem elektromagnetischen Proportionalventil.
Ventile dienen allgemein zur Absperrung und/oder Steuerung des Durchflusses eines Fluids. Einfachere Ventile sind nur diskret steuerbar. Das bedeutet, dass diese nur auf/zu schaltbar sind, also nur geöffnet und geschlossen werden können. Allerdings reicht ein einfaches Öffnen und Schließen des Ventils für viele Anwendungen nicht mehr aus. Beispielsweise verlangt der Einsatz als Expansionsventil, das in Batteriekühl-, Klima- oder Wärmepumpensystem eingesetzt ist, um dort einen definierten und steuerbaren Druckabfall zwischen Kondensator (Wärmeabgabe) und Verdampfer (Kühlung) zu erzeugen, oftmals ein kontinuierlicheres Schalten. Insgesamt wird daher häufig ein kontinuierliches Schalten gefordert. Ein derartiges kontinuierliches bzw. stetiges Schalten kann beispielsweise mittels Proportionalventilen erfolgen, die einen stetigen Übergang der Schaltstellungen zulassen. Damit ist der Volumenstrom des Fluids einstellbar. Solche Proportionalventile lassen mit Hilfe eines Proportionalmagneten also nicht nur diskrete Schaltstellungen zu, sondern erlauben einen stetigen Übergang der Ventilöffnung.
Allerdings ist der Aufbau der bekannten Proportionalventile sehr komplex, so dass diese nicht einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Die erhöhte Komplexität führt außerdem auch ferner häufig dazu, dass einzelne Funktionen des Proportionalventils gestört werden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Proportionalventil anzugeben, das die oben genannten Probleme und Nachteile des Standes der Technik ausräumt. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Proportionalventil anzugeben, das eine besonders geringe Komplexität aufweist und gleichzeitig dazu in der Lages ist, seine Funktion optimal zu erfüllen.
Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System mit einem Proportionalventil anzugeben, in dem die Vorteile des Proportionalventils umgesetzt werden können.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein elektromagnetisches Proportionalventil, vorzugsweise für Kältemittel, anzugeben, das Folgendes aufweist: einen Anker eines Elektromagneten, der axial zwischen einer Ruheposition, einer Betätigungsposition und Arbeitspositionen beweglich angeordnet ist und an dem ein Betätigungselement angeordnet ist; einen Kolben, der als Hohlkolben ausgebildet ist und an einem ersten axialen Endbereich eine erste Öffnung zu einem Zulauf des Expansionsventils hin und an einem zweiten axialen Endbereich eine zweite Öffnung zu einem Druckausgleichsraum hin aufweist; und einen Sperrkörper, der dazu ausgebildet ist, die zweite Öffnung zu verschließen, wobei der Kolben axial verschiebbar angeordnet ist und wobei der Kolben dazu ausgebildet ist, als Absperrelement einer Hauptventileinrichtung einen Fluiddurchgang zu versperren, wobei der Fluiddurchgang der Hauptventileinrichtung in der Ruheposition des Ankers versperrt ist, wobei das Betätigungselement dazu ausgebildet ist, in der Betätigungsposition des Ankers derart auf den Sperrkörper einzuwirken, dass dieser die zweite Öffnung zumindest bereichsweise freigibt, und wobei der Fluiddurchgang der Hauptventileinrichtung in den Arbeitspositionen des Ankers geöffnet ist.
Bei einem elektromagnetischen Proportionalventil handelt es sich insbesondere um ein proportional steuerbares Expansionsventil. An manchen Stellen der Beschreibung wird daher der Begriff Proportionalventil und Expansionsventil gleichermaßen verwendet. Bei dem Proportionalventil handelt es sich um ein Stetigventil, das nicht nur diskret (auf/zu) schaltbar ist, sondern einen stetigen Übergang der Hauptventilöffnung (die Öffnung die mittels des Kolbens versperrbar ist) zulässt. Damit ist der Volumenstrom des Fluids einstellbar. Das elektromagnetische Proportionalventil ist mittels des Elektromagneten ansteuerbar.
Die Ruheposition des Ankers ist auch die Position, in der sich der Anker in einem stromlosen Zustand einer Spule des Elektromagneten befindet. Hier sind die Hauptventileinrichtung und auch eine mittels des Sperrkörpers ausgebildete Druckausgleichsventileinrichtung geschlossen. In diesem Zustand herrscht in dem Zulauf Hochdruck und in dem Druckausgleichsraum Niederdruck. Der Hochdruck drückt den Kolben als Absperrelement der Hauptventileinrichtung in einen Ventilsitz. Es ist erst möglich, die Hauptventileinrichtung nach einem Druckausgleich zu öffnen.
Dieser Druckausgleich erfolgt wie folgt: Steigt der Strom (in der Spule) an, bewegt sich der Anker in die Betätigungsposition. Hierdurch bewegt sich auch das Betätigungselement in die Betätigungsposition, in der das Betätigungselement derart auf den Sperrkörper einwirkt, dass dieser die zweite Öffnung zumindest bereichsweise freigibt. Wenn die Öffnung derart freigegeben ist, kann ein Fluid (beispielsweise ein Kältemittel) durch eine Durchgangsbohrung in dem Kolben strömen. Insbesondere strömt das Fluid von dem Zulauf durch die Durchgangsbohrung in den Druckausgleichraum. Daher wird der Druck zwischen dem Zulauf und dem Druckausgleichsraum ausgeglichen. Die Druckausgleichsventileinrichtung ist also geöffnet. Die Hauptventileinrichtung ist immer noch geschlossen.
Steigt der Strom weiter an, bewegt sich der Anker in die Arbeitspositionen. In den Arbeitspositionen ist die Hauptventileinrichtung derart geöffnet, dass durch diese das Fluid strömen kann. Das Proportionalventil ist als Kolbenventil aufgebaut. Das heißt, dass der verschiebbare Kolben der Absperrkörper der Hauptventileinrichtung ist. Die Arbeitspositionen sind ein Arbeitsbereich, in dem der Kolben beweglich ist und Fluid durch die Hauptventileinrichtung strömen kann. Vorzugsweise ist in diesem Bereich vollständig ein stetiger Übergang der Hauptventilöffnung möglich, so dass der Volumenstrom des Fluids mittels des Elektromagneten (proportional) steuerbar ist. Auch wenn vorzugsweise der gesamte Arbeitsbereich stetig steuerbar ist, reicht es alternativ auch aus, wenn nur in einem Bereich hiervon ein stetiges Steuern ermöglicht ist.
Vorzugsweise sind sowohl der Ventilsitz der Hauptventileinrichtung als auch der Ventilsitz der Druckausgleichsventileinrichtung als metallischer Ventilsitz ausgebildet.
Mit dem erfindungsgemäßen Proportionalventil wird die Aufgabe in zufriedenstellender Weise gelöst. Insbesondere wird ein Proportionalventil angegeben, das eine besonders geringe Komplexität aufweist und gleichzeitig dazu in der Lage ist, seine Funktion optimal zu erfüllen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Bewegung des Ankers in den Arbeitspositionen unmittelbar auf den Kolben übertragen.
Daher ist in den Arbeitspositionen ein genaues Steuern des Kolbens möglich. Die Hauptventilöffnung kann daher präzise beeinflusst werden, so dass der Volumenstrom des Fluids genau einstellbar ist. Insbesondere ist durch die direkte Abhängigkeit zwischen Ansteuerstrom (Strom in Spule) und der Position des Kolbens, der Durchfluss des Proportionalventils mittels des Ansteuerstroms exakt steuerbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist an dem zweiten axialen Endbereich ein Aufsatz angeordnet.
Der Aufsatz verschließt die zweite Öffnung des zweiten axialen Endbereichs derart, dass der Sperrkörper nicht aus der zweiten Öffnung gedrückt werden kann. Allerdings weist der Aufsatz ferner eine axiale Bohrung auf, durch die der Sperrkörper mittels des Betätigungselements betätigt werden kann. Das Betätigungselement weist hierzu einen Vorsprung auf. Der Vorsprung erstreckt sich axial in Richtung des Sperrkörpers. Ferner ist der Vorsprung durch den Aufsatz hindurch führbar. Das bedeutet, dass der Außendurchmesser des Vorsprungs kleiner ist als der Innendurchmesser der axialen Bohrung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in den Arbeitspositionen der Anker mit dem Betätigungselement in Kontakt, ferner ist das Betätigungselement mit dem Aufsatz in Kontakt, und ferner ist der Aufsatz mit dem Kolben in Kontakt.
Insbesondere erfolgt der Kraftfluss von dem Anker auf das Betätigungselement, von dem Betätigungselement auf den Aufsatz und von dem Aufsatz auf den Kolben. Hierzu weist das Betätigungselement ferner eine Stufe auf, mittels der ein unmittelbarer d.h. direkter Kontakt (ohne zwischengeschaltetes Federelement) zwischen Betätigungselement und Aufsatz möglich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Proportionalventil eine Ventilbuchse auf, in der der Zulauf und ein Ablauf angeordnet sind, wobei der Kolben in einer Bohrung in der Ventilbuchse angeordnet ist.
Insbesondere ist der Kolben axial bewegbar in der Ventilbuchse ausgebildet. Der Hochdruck des Zulaufs drückt den Kolben als Teil der Hauptventileinrichtung in einen Ventilsitz, der von der Ventilbuchse ausgebildet wird. Insbesondere weist der Kolben einen kegelförmigen Absatz auf, der auf einen Absatz der Ventilbuchse gedrückt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Kolben eine umlaufende Dichtfläche auf, die mit einer Innenfläche der Bohrung der Ventilbuchse den Fluiddurchgang der Hauptventileinrichtung versperrt. Zwischen der umlaufenden Dichtfläche des Kolbens und der Innenfläche ist eine Überdeckung von einer vorbestimmten Länge ausgebildet. Die Überdeckung ist hierbei der Bereich, an dem Innenfläche und Dichtfläche sich (radial) gegenüberliegen. Mit anderen Worten beträgt die Überdeckung zwischen umlaufender Dichtfläche des Kolbens und der Innenfläche einen vorbestimmten Wert. Der vorbestimmte Wert, also die Länge, kann beispielsweise 1 mm betragen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Zulauf axial ausgebildet und der Ablauf radial ausgebildet.
Da der Zulauf axial angeordnet ist, drückt der Hochdruck des Zulaufs axial gegen den Kolben und stellt so einen sicheren geschlossenen Zustand der Hauptventileinrichtung sicher. Andererseits behindert der radiale Ablauf die Funktion und insbesondere das Schalten des Proportionalventils nicht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Sperrkörper eine Kugel. Eine Kugel ist besonders einfach und günstig herzustellen. Außerdem erfüllt diese die Sperrfunktion der Druckausgleichsventileinrichtung zuverlässig. Aufgrund ihrer geometrisch gleichmäßigen Form besteht nicht die Gefahr, dass die Kugel verkantet und das Ventil blockiert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das elektromagnetische Proportionalventil ein erstes Federelement auf, das den Kolben in Richtung des Betätigungselements vorspannt.
Insbesondere drückt das erste Federelement den Kolben als Absperrelement in seine Sperrposition. Wenn der Strom abgestellt wird und der Elektromagnet also nicht mehr mit Strom versorgt wird, kann daher der Kolben schnell wieder in die Sperrposition gebracht werden, in der die Hauptventileinrichtung geschlossen ist.
Der axial verschiebbare Kolben wird also in der Bohrung der Ventilbuchse mittels eines ersten Federelements in Richtung des Betätigungselements (oder des Elektromagneten, oder des Ankers) vorgespannt. Das erste Federelement ist vorzugsweise als Druckfeder ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das erste Federelement als Spiralfeder ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Federelement zwischen einem Halteelement und dem Kolben angeordnet, wobei mittels des Halteelements die Vorspannung des ersten Federelements angepasst werden kann.
Das erste Federelement stützt sich hierbei zum einen an einem Absatz des Kolbens ab und zum anderen an dem Halteelement ab. Bei dem Absatz des Kolbens handelt es sich vorzugsweise um den kegelförmigen Absatz des Kolbens, der mit dem Absatz der Ventilbuchse in Kontakt kommt.
Das Halteelement ist beispielsweise im Bereich des Zulaufs in die Ventilbuchse eingeschraubt angeordnet. Durch Hereindrehen und Herausdrehen des Halteelements kann daher die Vorspannkraft des ersten Federelements eingestellt werden. Das Öffnungsverhalten des Hauptventils ist hiermit einfach zu verändern. Daher erfüllt der Aufsatz eine Doppelfunktion, so dass die Komplexität des Proportionalventils reduziert werden kann. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das elektromagnetische Proportionalventil ein zweites Federelement auf, das das Betätigungselement in Richtung des Ankers vorspannt.
Dabei ist das zweite Federelement vorzugsweise zwischen dem Betätigungselement und dem Aufsatz angeordnet. Das bedeutet, dass der Aufsatz mittels des zweiten Federelements auf den Kolben gedrückt wird. Das zweite Federelement ist vorzugsweise als Druckfeder ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das zweite Federelement als Spiralfeder ausgebildet.
Vorzugsweise ist das Betätigungselement als Einsatz ausgebildet. Wenn das Betätigungselement als Einsatz ausgebildet ist und in den Anker eingesetzt ist, kann das zweite Federelement derart angeordnet werden, dass es von dem Anker und dem Betätigungselement gehalten wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das elektromagnetische Proportionalventil ein drittes Federelement auf, das den Sperrkörper in Richtung des Betätigungselements vorspannt.
Dabei ist das dritte Federelement zwischen Kolben und Sperrkörper angeordnet. Das dritte Federelement drückt den Sperrkörper also in seinen Ventilsitz (dieser ist durch den Aufsatz ausgebildet). Das dritte Federelement ist vorzugsweise als Druckfeder ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das dritte Federelement als Spiralfeder ausgebildet.
Besonders bevorzugt weist die Durchgangsbohrung des Kolbens einen Feder-Absatz auf, mit dem die Feder in Kontakt kommt. Somit kommt das eine Ende der Feder mit dem Feder-Absatz in Kontakt und das andere Ende der Feder mit dem Sperrkörper in Kontakt. Die Feder ist vorzugsweise ferner vollständig innerhalb des Kolbens angeordnet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Kolben an dem ersten axialen Endbereich einen kegelförmigen Absatz auf.
Der kegelförmige Absatz kommt mit dem Absatz der Ventilbuchse in Kontakt und wirkt als Absperreinrichtung. Ferner dient dieser als Anschlagselement für das erste Federelement.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Kolben eine Kombination aus Sitz- und Schieberfunktion auf.
Die Sitzfunktion wird mittels des kegelförmigen Absatzes an dem Kolben und dem Absatz der Ventilbuchse ausgebildet. Diese wirkt als Absperreinrichtung. Die Schieberfunktion wird mittels der umlaufenden Dichtfläche des Kolbens und der Innenfläche der Bohrung der Ventilbuchse erfüllt, die als Proportionalschieber Zusammenwirken.
Ferner besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, ein System, vorzugsweise in einem Fahrzeug, mit einem der vorab beschriebenen elektromagnetischen Proportionalventile anzugeben, wobei das System eine Klimaanlage, ein Wärmemanagementsystem oder ein Batteriekühlsystem ist.
Hierbei gelten sämtliche bezüglich der Proportionalventile bereits erwähnten Vorteile und Einzelaspekte, so dass an dieser Stelle auf eine Wiederholung hiervon verzichtet wird.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Die zu der Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 einen detaillierten Längsschnitt eines Proportionalventils gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Längsschnitt eines Proportionalventils gemäß der vorliegenden Erfindung in einem geschlossenen Zustand; Fig. 3 einen vergrößerten Längsschnitt einer Druckausgleichsventileinrichtung des
Proportionalventils gemäß der vorliegenden Erfindung in einem geschlossenen Zustand;
Fig. 4 einen vergrößerten Längsschnitt einer Druckausgleichsventileinrichtung des
Proportionalventils gemäß der vorliegenden Erfindung in einem geöffneten Zustand;
Fig. 5 einen Längsschnitt des Proportionalventils gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Betätigungsposition;
Fig. 6 einen Längsschnitt des Proportionalventils gemäß der vorliegenden Erfindung in einem (vollständig) geöffneten Zustand;
Fig. 7 einen vergrößerten Längsschnitt einer Hauptventileinrichtung des
Proportionalventils gemäß der vorliegenden Erfindung in einem geschlossenen Zustand; und
Fig. 8 einen vergrößerten Längsschnitt einer Hauptventileinrichtung des
Proportionalventils gemäß der vorliegenden Erfindung in einem (vollständig) geöffneten Zustand.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt eines Proportionalventils 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einem geschlossenen Zustand. Dabei ist der geschlossene Zustand der Zustand, in dem eine Hauptventileinrichtung 13 derart geschlossen ist, dass kein Fluid von einem Zulauf 1 1 zu einem Ablauf 12 strömen kann. Das Proportionalventil 1 wird auch als Expansionsventil bezeichnet.
Der Zulauf 1 1 und der Ablauf 12 sind in einer Ventilbuchse 8 des Proportionalventils 1 angeordnet. Der Zulauf 1 1 ist axial an einem Längsende der Ventilbuchse 8 angeordnet. Der Ablauf 12 ist radial an der Ventilbuchse 8 angeordnet. Das Proportionalventil 1 weist einen Elektromagneten 2 und einen Anker 3 auf. Der Anker 3 ist mittels des Elektromagneten 2 axial bewegbar. Insbesondere ist der Anker 3 in Richtung des Zulaufes 1 1 bewegbar. An dem Anker 3 ist ein Betätigungselement 22 angeordnet. Das Betätigungselement 22 ist insbesondere an einem axialen Endbereich des Ankers 3 angeordnet. Das Betätigungselement 22 bewegt sich gemeinsam mit dem Anker 3. Das Betätigungselement 22 wird auch als Einsatz bezeichnet, da es in den Anker 3 eingesetzt werden kann.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist in der Ventilbuchse 8 ferner eine (axiale) Bohrung angeordnet. In der Bohrung ist ein Kolben 14 angeordnet. Der Kolben 14 ist in der Bohrung der Ventilbuchse 8 axial bewegbar. Der Kolben 14 weist einen ersten axialen Endbereich 32 (in Fig. 2 rechts) und einen zweiten axialen Endbereich 34 (in Fig. 2 links) auf. Der erste axiale Endbereich 32 ist zu dem Zulauf 1 1 hin angeordnet. Der zweite axiale Endbereich 34 ist zu dem Betätigungselement 22 hin angeordnet.
An dem ersten axialen Endbereich 32 ist eine erste Öffnung 33 und an dem zweiten axialen Endbereich 34 ist eine zweite Öffnung 35 angeordnet. Die Öffnungen 33 und 35 sind über eine Durchgangsbohrung 28 miteinander verbunden. Das bedeutet, dass der Kolben 14 als Hohlkolben ausgebildet ist. Das bedeutet ferner auch, dass der Kolben 14 einen ersten Raum, der an den ersten axialen Endbereich 32 angrenzt, und einen zweiten Raum, der an den zweiten axialen Endbereich 34 angrenzt, miteinander verbindet. Daher kann ein Fluid (beispielsweise Kältemittel) von dem ersten Raum durch den Kolben 14 zu dem zweiten Raum strömen. Bei dem ersten Raum handelt es sich um den Zulauf 1 1. Der Zulauf 1 1 ist angrenzend an den ersten axialen Endbereich 32 etwas verbreitert. Bei dem zweiten Raum handelt es sich um einen Druckausgleichsraum 29. Der Druckausgleichsraum 29 ist ein Raum zwischen dem Anker 3 und der Ventilbuchse 8 und wird auch als Magnetraum bezeichnet.
An dem zweiten axialen Endbereich 34 ist ein Aufsatz 23 angeordnet. Der Aufsatz 23 hält einen Sperrkörper 24 in der zweiten Öffnung 35. Mittels des Sperrkörpers 24 ist die zweite Öffnung 35 derart verschließbar, dass kein Fluid durch den Kolben 14 strömen kann. Das bedeutet, dass kein Fluid von dem Zulauf 1 1 zu dem Druckausgleichsraum 29 strömen kann. Somit bilden das Betätigungselement 22, der Aufsatz 23 und der Sperrkörper 24 eine Druckausgleichsventileinrichtung 21 aus. Die Druckausgleichsventileinrichtung 21 wird auch als zweite Ventileinrichtung bezeichnet. Der Sperrkörper 24 ist, wie in Fig. 2 zu sehen, als Kugel ausgebildet. Daher wird der Sperrkörper 24 auch als Kugel bezeichnet.
Die Hauptventileinrichtung 13 wird auch als erste Ventileinrichtung bezeichnet und bildet den Hauptsitz des Proportionalventils 1 aus. Die Hauptventileinrichtung 13 weist zwei Ventilfunktionen auf: Ventilhauptsitz und Proportionalschieber. Der Ventilhauptsitz wird durch einen kegelförmigen Absatz 17 an dem ersten axialen Endbereich 32 des Kolbens 14 und einen Absatz 19 der Ventilbuchse 8 ausgebildet und wirkt als Absperreinrichtung. Als Proportionalschieber wirkt eine umlaufende Dichtfläche 18 des Kolbens 14, die in axialer Richtung an den kegelförmigen Absatz 17 angrenzt und mit einer Innenfläche 20 der Bohrung der Ventilbuchse 8 zusammenwirkt.
Wenn die Hauptventileinrichtung 13 geöffnet ist, kann ein Fluid von dem Zulauf 1 1 zu dem Ablauf 12 fließen. Wenn die Hauptventileinrichtung 13 hingegen geschlossen ist, kann kein Fluid von dem Zulauf 1 1 zu dem Ablauf 12 fließen. Die Hauptventileinrichtung 13 kann erst dann geöffnet werden, wenn ein Druckausgleich zwischen dem Zulauf 1 1 und dem Druckausgleichsraum 29 erfolgt ist. Der Druckausgleich kann nur erfolgen, wenn die Druckausgleichsventileinrichtung 21 geöffnet ist.
Wie in Fig. 2 ferner zu erkennen ist, sind drei Federelemente 15, 25, 26 angeordnet, die die Funktionen des Proportionalventils 1 unterstützen und ermöglichen. Die Federelemente 15, 25, 26 sind als Druckfedern ausgebildet und werden daher auch als Druckfedern bezeichnet.
Das erste Federelement 15 ist dazu ausgebildet, den Kolben 14 in die Bohrung der Ventilbuchse 8 zu drücken. Insbesondere ist das Federelement 15 dazu ausgebildet, den kegelförmigen Absatz 17 gegen den Absatz 19 der Ventilbuchse 8 zu drücken. Das Federelement 15 dient also dazu, die Hauptventileinrichtung 13 in ihrem geschlossenen Zustand zu halten. Wie in Fig. 2 zu erkennen, ist das erste Federelement 15 zwischen dem Kolben 14, insbesondere dem kegelförmigen Absatz 17 hiervon, und einem Halteelement 16 ausgebildet. Das bedeutet, dass sich das erste Federelement 15 einerseits an dem kegelförmigen Absatz 17 des Kolbens 14 und andererseits an dem Halteelement 16 abstützt.
Wie in Fig. 2 außerdem zu erkennen, ist das Halteelement 16 in einem Bereich des Zulaufs 1 1 in die Ventilbuchse 8 eingeschraubt ausgebildet. Wie ebenfalls in Fig. 2 zu erkennen, erfolgt der Zulauf 1 1 des Fluids durch eine Ausnehmung des Haltelements 16 (und das erste Federelement 15).
Mittels des Halteelements 16 kann die Federkraft, mittels welcher der Kolben 14 vorgespannt ist, eingestellt werden. Dies ist besonders einfach dann möglich, wenn das Halteelement 16 in die Ventilbuchse 8 einschraubbar ist.
Das zweite Federelement 25 ist zwischen dem Betätigungselement 22 und dem Aufsatz 23 angeordnet. Das zweite Federelement 25 dient dazu, den Aufsatz 23 in Richtung des Kolbens 14 vorzuspannen. Außerdem dient das zweite Federelement 25 dazu, das Betätigungselement 22 in eine Richtung weg von dem Sperrkörper 24 vorzuspannen.
Das zweite Federelement 25 hält das Betätigungselement 22 also in einer Position, in der der Sperrkörper 24 nicht betätigt wird. Wenn das Betätigungselement 22, wie in Fig. 2 zu erkennen, als Einsatz ausgebildet ist, wird das zweite Federelement 25 von dem Anker 3 und dem Betätigungselement 22 gehalten. Insbesondere ist das zweite Federelement 25 bereichsweise zwischen einem Außenumfang des Betätigungselements 22 und einem Innenumfang des Ankers 3 geführt.
Das dritte Federelement 26 ist zwischen dem Sperrkörper 24 und einem Feder-Absatz 36 (siehe Fig. 3 oder 4) in der Durchgangsbohrung 28 in dem Kolben 14 angeordnet. Das dritte Federelement 26 dient dazu, den Sperrkörper 24 gegen einen Ventilsitz bzw. Dichtsitz an dem Aufsatz 23 vorzuspannen. Das bedeutet, dass das dritte Federelement 26 die Druckausgleichsventileinrichtung 21 geschlossen hält. Ebenso wird die Druckausgleichsventileinrichtung 21 durch den Hochdruck, welcher zusätzlich zu der Vorspannkraft des dritten Federelements 26 durch die Durchgangsbohrung 28 des Kolbens 14 auf den Sperrkörper 24 wirkt, geschlossen gehalten.
Insbesondere herrscht in dem in Fig. 2 dargestellten Zustand des Proportionalventils 1 in dem Zulauf 1 1 Hochdruck und in dem Druckausgleichsraum 29 Niederdruck.
Der in Fig. 2 dargestellte Zustand des Proportionalventils 1 ist der (vollständig) geschlossene Zustand des Expansionsventils 1.
In dem in Fig. 2 dargestellten Zustand des Proportionalventils 1 sind die Druckausgleichsventileinrichtung 21 und die Hauptventileinrichtung 13 geschlossen. Insbesondere sind ferner sämtliche Federelemente 15, 25 und 26 mit Vorspannung belastet.
Die geschlossene Druckausgleichsventileinrichtung 21 ist genauer in Fig. 3 gezeigt. Hier wird der Sperrkörper 24 gegen den Dichtsitz in dem Aufsatz 23 gedrückt. Zwischen dem Sperrkörper 24 und dem Betätigungselement 22 ist ein Abstand ausgebildet. Das bedeutet, dass das Betätigungselement 22 nicht in Kontakt mit dem Sperrkörper 24 ist. Da der Sperrkörper 24 die zweite Öffnung 35 verschließt, kann kein Fluid zwischen dem Hochdruckbereich des Zulaufs 1 1 und dem Niederdruckbereich des Druckausgleichsraums 29 strömen.
Die geschlossene Hauptventileinrichtung 13 ist genauer in Fig. 7 gezeigt. Der kegelförmige Absatz 17 an dem Kolben 14 und der Absatz 19 der Ventilbuchse 8 sperren die Hauptventileinrichtung 13 ab. Der Kolben 14 wird von dem ersten Federelement 15 gegen den Absatz 19 gedrückt. Außerdem ist die umlaufende Dichtfläche 18 des Kolbens 14 mit der Innenfläche 20 der Bohrung der Ventilbuchse 8 in Kontakt. Es kann kein Fluid zwischen dem Zulauf 1 1 und dem Ablauf 12 strömen. Insbesondere kann kein Fluid zwischen dem Kolben 14 und der Ventilbuchse 8 vorbeiströmen, da kein ausreichender Zwischenraum zwischen den beiden Bauteilen ausgebildet ist.
Der Anker 3 befindet sich in Fig. 2 dargestellt in einer Ruheposition. Die Ruheposition ist in Fig. 2 die Position links. Allgemeiner formuliert ist der Anker 3 in der Ruheposition in einer Position angeordnet, die am weitesten von der Ventilbuchse 8 (oder auch dem Halteelement 16 oder auch dem Zulauf 1 1 ) entfernt ist.
Fig. 5 zeigt das Proportionalventil 1 in einer Betätigungsposition. In dem in Fig. 5 gezeigten Zustand des Proportionalventils 1 ist die Druckausgleichsventileinrichtung 21 geöffnet und die Hauptventileinrichtung 13 geschlossen. Insbesondere ist ferner das dritte Federelement 26 maximal gestaucht, das zweite Federelement 25 etwas gestaucht und das erste Federelement 15 mit Vorspannung belastet.
Der Anker 3 befindet sich in Fig. 5 dargestellt in einer Betätigungsposition. Die Betätigungsposition ist eine Position weiter rechts als die Ruheposition. Das bedeutet, dass der Anker 3 von der Ruheposition axial nach rechts in die Betätigungsposition bewegt worden ist. Insbesondere ist der Anker 3 axial in Richtung des Kolbens (oder auch der Ventilbuchse 8, des Halteelements 16 oder des Zulaufs 1 1 ) bewegt worden. Das Betätigungselement 22 bewegt sich gemeinsam mit dem Anker 3. Durch die Bewegung des Ankers 3 in die Betätigungsposition wird auch das Betätigungselement 22 in die Betätigungsposition bewegt.
Wie insbesondere in Fig. 4 zu erkennen, kommt das Betätigungselement 22 in der Betätigungsposition mit dem Sperrkörper 24 in Kontakt. Insbesondere kommt ein axialer Vorsprung 30 des Betätigungselements 22 mit dem Sperrkörper 24 derart in Kontakt, dass der Sperrkörper 24 in Richtung des vorspannenden zweiten Federelements 26 gedrückt wird. Das bedeutet, dass der Sperrkörper 24 axial in Richtung des Zulaufs 1 1 bewegt wird.
Insbesondere wird der Sperrkörper 24 aus dem Dichtsitz des Aufsatzes 23 heraus bewegt. Dabei wird die erste Öffnung 33, die vorher verschlossen war, derart freigegeben, dass ein Fluid zwischen dem Hochdruckbereich des Zulaufs 1 1 und dem Niederdruckbereich des Druckausgleichsraums 29 strömen kann. Genauer gesagt kann dann der Sperrkörper 24 von Fluid umströmt werden. Daher kann ein Druckausgleich zwischen Zulauf 1 1 und Druckausgleichraum 29 erfolgen.
Mit anderen Worten verschiebt sich der Anker 3 nach einer Bestromung in Richtung der Ventilbuchse 8. Mit dem Anker 3 bewegt sich das Betätigungselement 22, wobei das zweite Federelement 25 komprimiert wird. Das Betätigungselement 22 öffnet mit dem in den Aufsatz 23 eintauchenden Vorsprung 30 die Druckausgleichsventileinrichtung 21 , da der Sperrkörper 24 gegen die Federkraft des dritten Federelements 26 von seinem Dichtsitz abgehoben wird. Hierdurch kann das unter Hochdruck stehende Fluid (Kältemittel) durch die Durchgangsbohrung 28 des Kolbens 14 in Richtung des Druckausgleichsraums 29 strömen und es erfolgt ein Druckausgleich. Hierdurch wird die Druckbelastung auf die Hauptventileinrichtung 13 reduziert.
Die Hauptventileinrichtung 13 ist immer noch geschlossen und entspricht daher dem in Fig. 7 gezeigten Zustand. Der kegelförmige Absatz 17 an dem Kolben 14 wird von dem ersten Federelement 15 immer noch gegen den Absatz 19 gedrückt. Die beiden Elemente sperren das Proportionalventil 1. Die umlaufende Dichtfläche 18 des Kolbens 14 ist mit der Innenfläche 20 der Bohrung der Ventilbuchse 8 in Kontakt.
Fig. 6 zeigt das Proportionalventil 1 in einer Arbeitsposition.
In dem in Fig. 6 gezeigten Zustand des Proportionalventils 1 sind sowohl die Druckausgleichsventileinrichtung 21 als auch die Hauptventileinrichtung 13 geöffnet. Insbesondere ist ferner das dritte Federelement 26 immer noch maximal gestaucht, das zweite Federelement 25 ist immer noch etwas gestaucht und das erste Federelement 15 ist ebenfalls maximal gestaucht. Daher ist in Fig. 6 der maximale Öffnungszustand der Hauptventileinrichtung 13 gezeigt.
Der Anker 3 befindet sich in Fig. 6 dargestellt in einer Arbeitsposition. Es existiert eine Vielzahl von Arbeitspositionen. Die Arbeitspositionen sind allgemein weiter rechts als die Betätigungsposition angeordnet. Das bedeutet, dass der Anker 3 von der Betätigungsposition nach rechts (in Richtung des Zulaufs 1 1 ) in die Arbeitsposition bewegt worden ist. Da es sich um ein Proportionalventil 1 handelt, ist nicht nur eine Arbeitsposition ausgebildet, sondern ein stetiger Übergang von verschieden Arbeitspositionen möglich. Es kann also nicht nur diskret geschaltet werden, sondern in mehrere Arbeitspositionen mit unterschiedlichem Volumenstrom des Fluids.
Insbesondere ist der Anker 3 axial weiter in Richtung der Ventilbuchse 8 (oder auch des Halteelements 16 oder des Zulaufs 1 1 ) bewegt worden. Wie insbesondere in Fig. 4 zu erkennen, ist das Betätigungselement 22 in der Arbeitsposition bzw. den Arbeitspositionen unmittelbar mit dem Aufsatz 23 in Kontakt. Insbesondere kommt eine Stufe 31 des Betätigungselements 22 mit dem Aufsatz 23 derart in Kontakt, dass der Aufsatz 23 zusammen mit dem Betätigungselement 22 (und dem Anker 3) axial bewegt werden kann. Da der Aufsatz 23 in unmittelbaren Kontakt mit dem Kolben 14 steht, kann auch dieser unmittelbar mitbewegt werden. Das bedeutet, dass sich bei einer Bewegung des Ankers 3 der Kolben 14 entsprechend mit bewegt.
Mit anderen Worten stellen die Arbeitspositionen eine weitere Verschiebung des Ankers 3 in Richtung Ventilbuchse 8 dar. Hierbei wird das erste Federelement 15 komprimiert, so dass sich der kegelförmige Absatz 17 des Kolbens 14 von dem Absatz 19 der Ventilbuchse 8 abheben kann. Die Sitzfunktion der Hauptventileinrichtung 13 wandelt sich dabei in eine Schieberfunktion. Wird der Anker 3 weiter verschoben, öffnet sich Hauptventileinrichtung 13 vollständig. Dieser Zustand der vollständig geöffneten Hauptventileinrichtung 13 ist in Fig. 8 dargestellt. Der Kolben 14 ist dort axial in Richtung des Zulaufs 1 1 so weit verschoben, dass keine Überdeckung zwischen der umlaufenden Dichtfläche 18 des Kolbens 14 und der Innenfläche 20 der Bohrung der Ventilbuchse 8 mehr vorliegt. Somit kann das Fluid von dem Zulauf 1 1 zu dem Ablauf 12 strömen.
Nach einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Expansionsventil für Kältemittel sowie eine Klimaanlage, ein Wärmemanagementsystem bzw. eine Batteriekühlsystem mit einem Expansionsventil.
Expansionsventile werden in einem Batteriekühl-, Klima- oder Wärmepumpensystem eingesetzt, um einen definierten und steuerbaren Druckabfall zwischen Kondensator (Wärmeabgabe) und Verdampfer (Kühlung) zu erzeugen.
Der vom Expansionsventil erzeugte Druckabfall erzeugt eine damit verbundene Temperaturänderung im Kältemittel. Das Ventil ist Teil eines Reglers, der die Überhitzung des Kältemittels vor dem Eintritt in den Verdichter steuert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Expansionsventil zu schaffen, welches hinsichtlich der Funktion optimiert ist. Gleichzeitig soll ein Expansionsventil angegeben werden, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Weitere Aufgaben der Erfindung sind, eine Klimaanlage, ein Wärmemanagementsystem sowie eine Batteriekühlsystem mit einem Expansionsventil anzugeben. Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Expansionsventil 1 für Kältemittel gemäß einem Ausführungsbeispiel im Längsschnitt.
Das Expansionsventil 1 weist einen Elektromagneten 2 mit einer Spule 4 und einen Anker 3 auf, welcher axialverschieblich in einem Polhut 5 angeordnet ist. Der Polhut 5 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einteilig vorgesehen und weist ein Polrohr 6 sowie ein Polkern 7 auf, wobei zwischen Polrohr 6 und Polkern 7 ein dünner Verbindungssteg vorgesehen ist.
Ein Endabschnitt einer Ventilbuchse 8 ist mittels eines Dichtelements 9 abgedichtet und eingepresst in den Polkern 7 vorgesehen. Ein umlaufender Bund 10 der Ventilbuchse 8 liegt stirnseitig an dem Polkern 7 an, so dass die Ventilbuchse 8 bezüglich des Elektromagnets 2 positioniert ist. Ein Kolben 14 ist axialverschieblich in der Ventilbuchse 8 angeordnet, die einen axial ausgebildeten Zulauf 1 1 und wenigstens einen radialen Ablauf 12 aufweist. Der Zulauf 1 1 bildet einen Hochdruckanschluss P, der bzw. die radialen Abläufe 12 bilden einen Niederdruckanschluss LP. Das Expansionsventil 1 weist in der Verbindung zwischen dem Zulauf 1 1 und dem Ablauf 12 eine erste Ventileinrichtung 13 auf, die eine Kombination aus Ventilhauptsitz und
Proportionalschieber aufweist. Die erste Ventileinrichtung 13 ist mittels des Elektromagneten 2 offen- oder schließbar ausgebildet. Der Kolben 14 ist axialverschieblich in einer Bohrung der Ventilbuchse 8 angeordnet und mittels einer ersten Druckfeder 15 in Richtung Elektromagnet 2 federvorgespannt. Die Druckfeder 15 stützt sich zum einen an einem Absatz des Kolbens 14, zum anderen an einem Halteelement 16 ab, welches beispielsweise im Bereich der Zulaufs 1 1 in die Ventilbuchse 8 eingeschraubt vorgesehen ist. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, erfolgt der Zulauf 1 1 des Kältemittels durch eine Ausnehmung des Haltelements 16 und die erste Druckfeder 15. Mittels des Halteelements 16 kann die Federkraft, mittels welcher der Kolben 14 vorgespannt ist, eingestellt werden. Die erste Ventileinrichtung 13 bildet den Hauptsitz des Expansionsventils 1 und weist zwei Ventilfunktionen auf: Ventilhauptsitz und Proportionalschieber. Der Ventilhauptsitz wird durch einen kegelförmigen Absatz 17 am Kolben 14 und einen Absatz 19 der Ventilbuchse 8 gebildet und wirkt als Absperreinrichtung. Als Proportionalschieber wirkt eine umlaufende Dichtfläche 18 des Kolbens 14, die sich in axialer Richtung an den Absatz 17 anschließt und mit einer Innenfläche 20 der Bohrung der Ventilbuchse 8 zusammenwirkt.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist der kegelförmige Absatz 17 des Kolbens 14 gegenüber dem Absatz angeordnet, an welchem die Druckfeder 15 abgestützt ist.
Es ist eine zweite Ventileinrichtung 21 zum Druckausgleich der ersten Ventileinrichtung 13 vorgesehen. Diese umfasst einen im Anker 3 befestigt angeordneten Einsatz 22, einen auf einem Ende des Kolbens 14 befestigten Aufsatz 23 sowie eine Kugel 24 als Schließelement. Zwischen dem Einsatz 22 und dem Aufsatz 23 ist eine zweite Druckfeder 25 vorgesehen, welche den Aufsatz 23 in Richtung des Kolbens 14 vorspannt. Die Kugel 24 ist weiter mittels einer dritten Druckfeder 26 gegen ihren Dichtsitz am Aufsatz 23 angelegt.
Dichtelemente 27 am Außenumfang der Ventilbuchse 8 ermöglichen eine Abdichtung gegen ein nicht dargestelltes Gehäuse etc., in welchem das Expansionsventil 1 angeordnet ist.
In der gezeigten Grundstellung des Expansionsventils 1 sind beide Ventileinrichtungen 13 und 21 geschlossen. Durch den an Zulauf 1 1 anliegenden Hochdruck sowie die Druckfeder 15 wird die Ventileinrichtung 13 geschlossen gehalten. Ebenso wird die zweite Ventileinrichtung 21 durch den Hochdruck, welcher zusätzlich zur Vorspannkraft der Druckfeder 26 durch eine Durchgangsbohrung 28 des Kolbens 14 auf die Kugel 24 wirkt, geschlossen gehalten. In einem Magnetraum 29 zwischen Anker 3 und Ventilbuchse 8 herrscht Niederdruck.
Wird der Elektromagnet 2 bestromt, verschiebt sich der Anker 3 in Richtung Ventilbuchse 8. Mit dem Anker 3 bewegt sich der Einsatz 22, wobei die zweite Druckfeder 25 komprimiert wird. Der Einsatz 22 öffnet mit einem in den Aufsatz 23 eintauchenden Vorsprung 30 die zweite Ventileinrichtung 21 , da sich die Kugel 24 gegen die Federkraft der dritten Druckfeder 26 öffnen kann und von ihrem Dichtsitz abgehoben wird. Hierdurch kann unter Hochdruck stehendes Kältemittel durch die Durchgangsbohrung 28 des Kolbens 14 in Richtung Magnetraum 29 strömen und es erfolgt ein Druckausgleich, wodurch die Druckbelastung auf die erste Ventileinrichtung 13 reduziert werden kann.
Bei einer weiteren Verschiebung des Ankers 3 in Richtung Ventilbuchse 8 wird die erste Druckfeder 15 komprimiert, so dass sich der kegelförmige Absatz 17 des Kolbens 14 von dem Absatz 19 der Ventilbuchse 8 abheben kann. Die Sitzfunktion der ersten Ventileinheit 13 wandelt sich dabei in eine Schieberfunktion. Die Überdeckung zwischen umlaufender Dichtfläche 18 des Kolbens 14 und der Innenfläche 20 beträgt einen vorbestimmten Wert.
Wird der Anker 3 weiter verschoben, öffnet sich die erste Ventileinrichtung 13 vollständig, da keine Überdeckung zwischen umlaufender Dichtfläche 18 des Kolbens 14 und der Innenfläche 20 mehr vorliegt.
Beispielsweise betrifft die Erfindung ein Expansionsventil für Kältemittel mit einem Elektromagneten mit einer Spule und einem axialverschieblich angeordneten Anker, einem in einer Ventilbuchse axialverschieblich angeordneten Kolben, wobei die Ventilbuchse einen Zulauf und wenigstens einen Ablauf aufweist und in der Verbindung zwischen Zulauf und Ablauf eine erste Ventileinrichtung vorgesehen ist, die eine Kombination aus Absperrfunktion und Proportionalschieber aufweist und mittels des Elektromagneten offen- oder schließbar ausgebildet ist, sowie einer zweiten Ventileinrichtung zum Druckausgleich der ersten Ventileinrichtung.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, weist die erste Ventileinrichtung eine Kombination aus Sitz- und Schieberfunktion auf.
Nach einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel, ist die zweite Ventileinrichtung als Sitzventil, beispielsweise als Kugelsitzventil, ausgebildet.
Nach einem besonderen Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung eine Klimaanlage, insbesondere Klimaanlage für ein Fahrzeug, mit einem Expansionsventil nach den vorangegangenen Ausführungsformen. Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung ein Wärmemanagementsystem, insbesondere Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug, mit einem Expansionsventil nach den vorangegangenen Ausführungsformen.
Nach einem noch weiteren Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung ein Batteriekühlsystem, insbesondere Batteriekühlsystem für ein Fahrzeug, mit einem Expansionsventil nach den vorangegangenen Ausführungsformen.

Claims

Ansprüche
1. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ), vorzugsweise für Kältemittel,
das Folgendes aufweist: einen Anker (3) eines Elektromagneten (2), der axial zwischen einer Ruheposition, einer Betätigungsposition und Arbeitspositionen beweglich angeordnet ist und an dem ein Betätigungselement (22) angeordnet ist; einen Kolben (14), der als Hohlkolben ausgebildet ist und an einem ersten axialen Endbereich (32) eine erste Öffnung (33) zu einem Zulauf (1 1 ) des Expansionsventils (1 ) hin und an einem zweiten axialen Endbereich (34) eine zweite Öffnung (35) zu einem Druckausgleichsraum (29) hin aufweist; und einen Sperrkörper (24), der dazu ausgebildet ist, die zweite Öffnung zu verschließen, wobei der Kolben (14) axial verschiebbar angeordnet ist und wobei der Kolben (14) dazu ausgebildet ist, als Absperrelement einer Hauptventileinrichtung (13) einen Fluiddurchgang zu versperren, wobei der Fluiddurchgang der Hauptventileinrichtung (13) in der Ruheposition des Ankers (3) versperrt ist, wobei das Betätigungselement (22) dazu ausgebildet ist, in der Betätigungsposition des Ankers (3) derart auf den Sperrkörper (24) einzuwirken, dass dieser die zweite Öffnung zumindest bereichsweise freigibt, und
wobei der Fluiddurchgang der Hauptventileinrichtung (13) in den Arbeitspositionen des Ankers (3) geöffnet ist.
2. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß Anspruch 1 ,
wobei die Bewegung des Ankers (3) in den Arbeitspositionen unmittelbar auf den Kolben (14) übertragen wird.
3. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, wobei an dem zweiten axialen Endbereich ein Aufsatz (23) angeordnet ist.
4. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß Anspruch 3,
wobei in den Arbeitspositionen der Anker (3) mit dem Betätigungselement (22) in Kontakt ist, das Betätigungselement (22) mit dem Aufsatz (23) in Kontakt ist, und der Aufsatz (23) mit dem Kolben (14) in Kontakt ist.
5. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, wobei das Proportionalventil (1 ) eine Ventilbuchse (8) aufweist, in der der Zulauf (1 1 ) und ein Ablauf (12) angeordnet sind, und wobei der Kolben (14) in einer Bohrung in der Ventilbuchse (8) angeordnet ist.
6. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß Anspruch 5,
wobei der Kolben (14) eine umlaufende Dichtfläche (18) aufweist, die mit einer Innenfläche (20) der Bohrung den Fluiddurchgang der Hauptventileinrichtung (13) versperrt.
7. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß Anspruch 5 oder 6,
wobei der Zulauf (1 1 ) axial ausgebildet ist und der Ablauf (12) radial ausgebildet ist.
8. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Sperrkörper (24) eine Kugel ist.
9. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, wobei das elektromagnetische Proportionalventil (1 ) ein erstes Federelement (15) aufweist, das den Kolben (14) in Richtung des Betätigungselements (22) vorspannt.
10. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß Anspruch 9, wobei das erste Federelement (15) zwischen einem Halteelement (16) und dem Kolben (14) angeordnet ist, und wobei mittels des Halteelements (16) die Vorspannung des ersten Federelements (15) angepasst werden kann.
1 1. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, wobei das elektromagnetische Proportionalventil (1 ) ein zweites Federelement (25) aufweist, das das Betätigungselement (22) in Richtung des Ankers (3) vorspannt.
12. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, wobei das elektromagnetische Proportionalventil (1 ) ein drittes Federelement (26) aufweist, das den Sperrkörper (24) in Richtung Betätigungselement (223) vorspannt.
13. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Kolben (14) an dem ersten axialen Endbereich einen kegelförmigen Absatz (17) aufweist.
14. Elektromagnetisches Proportionalventil (1 ) gemäß einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Kolben (14) eine Kombination aus Sitz- und Schieberfunktion aufweist.
15. System, vorzugsweise in einem Fahrzeug, mit einem elektromagnetischen
Proportionalventil (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System eine Klimaanlage, ein Wärmemanagementsystem oder ein
Batteriekühlsystem ist.
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