WO2006069692A1 - Expansionsventil, insbesondere für einen mit co2 betriebenen kältemittelkreislauf - Google Patents

Expansionsventil, insbesondere für einen mit co2 betriebenen kältemittelkreislauf Download PDF

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WO2006069692A1
WO2006069692A1 PCT/EP2005/013766 EP2005013766W WO2006069692A1 WO 2006069692 A1 WO2006069692 A1 WO 2006069692A1 EP 2005013766 W EP2005013766 W EP 2005013766W WO 2006069692 A1 WO2006069692 A1 WO 2006069692A1
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WO
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expansion valve
valve according
housing portion
sealing
pressure side
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Application number
PCT/EP2005/013766
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English (en)
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Inventor
Jean-Jacques Robin
Frank Obrist
Original Assignee
Otto Egelhof Gmbh & Co. Kg
Obrist-Engineering Gmbh
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Publication date
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    • F25B41/33—Expansion valves with the valve member being actuated by the fluid pressure, e.g. by the pressure of the refrigerant
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    • F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
    • F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
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    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide

Definitions

  • the invention relates to an expansion valve, in particular for a operated with CO 2 refrigerant circuit, which is insertable between two elements of the refrigerant circuit and at least one sealing element for sealing the junction of the two elements in the refrigerant circuit to the outside.
  • connection point of the circuit such as a connecting pipe and a connecting piece
  • This throttle body has sealing elements for sealing the connection point of the circuit to the outside. This saves a separate housing. In addition, space can be saved, since the housing is eliminated.
  • This throttle body is formed with a fixed flow area and thus limited to specific applications.
  • operation takes place in the supercritical region.
  • refrigerant circuits in particular CO 2 circuits, and to achieve maximum efficiency, it is necessary for the expansion valves to be adapted or designed for different operating states. This is not possible with expansion valves with a fixed flow.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide an expansion valve, which is inexpensive to manufacture and assembly and high efficiency to achieve maximum performance data throughout the scope of a refrigerant circuit allows.
  • a housing for an expansion valve which comprises a first housing section with at least one sealing element and at least one further housing section, which accommodates a valve closing member that closes a valve seat with a passage opening, allows a separate housing for an expansion valve to be arranged directly is saved between two elements of the cycle.
  • an expansion valve with a small installation space can be created which opens depending on the actual pressure conditions prevailing in the refrigerant circuit and closes. By a pressure difference between a high pressure side and a low pressure side, the opening and closing movement of the valve closing member is driven.
  • an expansion valve is created, which allows for a reduced space, a high efficiency to achieve maximum performance data in the refrigerant circuit ⁇ light.
  • the opening direction of the valve closing member is preferably provided in the flow direction of the refrigerant.
  • a pressure applied to the high pressure side can be used to control the valve closing member.
  • a change in the pressure difference has an immediate effect on the change in the opening cross-section of the expansion valve, so that an immediate control of the mass flow is given.
  • a compact design is provided according to a preferred embodiment by a valve closure member which ausgangstiksei- term has a closing body which closes the valve seat, wherein the valve closing member extends through the passage opening in the valve seat on the input pressure side.
  • a further housing section. to the first and the second or at least one further housing portion is formed, which leads to a closing body adjoining effetsabschn ⁇ tt the valve closure member.
  • a low-friction arrangement of the Vent ⁇ lsch adoptedgl ⁇ edes be provided to the valve seat.
  • a tilt-free opening and closing movement of the valve closing member is provided in which the guide section of the valve closing member is guided along the lifting movement at least in sections through the further housing section.
  • a further housing section which leads, at least in sections, to a guide section, adjoining the closing body, of the valve closure member, being integral with the second or at least one NEN further Gerissauseabschn ⁇ tt is formed, which has a valve seat with a through hole in which the Ventiisch adopted is arranged.
  • the Ventiisch opened according to a preferred embodiment of the invention against a force of a restoring device.
  • the restoring device can be designed as a spring element or force-storing element.
  • the return device is provided on the input pressure side and arranged for Ventiisch wholly shead.
  • the restoring device is arranged on the outlet pressure side and presses the closing body of the valve closing member into the valve seat.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the first and at least one further housing portion is integrally formed.
  • the housing can be manufactured as a turned and / or pressed part with only a few steps.
  • the first and at least one further Genzouseabschn ⁇ tt are interconnected by an interface.
  • This two-part embodiment has the advantage that a material selection and adaptation is made possible both for the first housing section for forming the sealing element or elements and the second housing section for configuring the valve seat.
  • different sealing elements can be provided even with the same configuration of the expansion valve operating according to the pressure difference, which are adapted to the connection technology for the two elements of the connection point.
  • different valves can be optionally assigned to standardized sealing elements.
  • the first housing section is formed of a sealing material and the further housing section is formed of a wear-resistant or friction-reducing material.
  • softer materials such as aluminum or copper can be used, provided that the connecting parts are formed of a harder material.
  • a permutation may be provided by the sealing elements are made of a harder material, such as steel, and the joints or connecting flanges made of aluminum, an aluminum alloy or copper or similar materials.
  • a radially outwardly extending sealing body surrounding the sealing element is provided on the first housing section.
  • the sealing body may be integrally formed on the first housing portion. This embodiment is particularly advantageous on a two-part housing.
  • the sealing body can be applied to the first housing section and be used for example in a circumferential groove and form a seal to the adjacent thereto sealing elements of the first housing section.
  • the housing formed from the first and at least one further housing portion is preferably arranged to each other by a detachable connection, such as a screw or locking connection, as well as by a non-detachable connection, such as a press, weld or solder connection.
  • a detachable connection such as a screw or locking connection
  • a non-detachable connection such as a press, weld or solder connection.
  • the selection of the connection depends on the materials used.
  • Suitable interfaces for configuring the first and at least one further housing section are provided, for example, in an area where rather forms a transition between the valve seat to a substantially constant tube cross-section in the housing.
  • an adjustment for at least one-sided recording of the return device is provided, which is designed as a sleeve and is pressed onto the guide portion of the Ventilschl ⁇ eßgliedes.
  • the restoring device is positioned by setting a biasing force to the at least one further housing section.
  • the working stroke of the energy storage element in particular a spring element, can be adjusted.
  • the opening characteristic of the valve closure member is advantageously determined. The free working stroke sets the preload force and thus the opening force.
  • a further sleeve is arranged on the guide portion or at least one further housing portion.
  • This further sleeve can be used for fine adjustment or adjustment of the biasing force of the return element.
  • a section of the sleeve precautionarily forms a guide to the guide section. If the sleeve is pressed with the guide portion, another, the housing portion embracing collar can be formed as a guide to the housing portion.
  • FIG. 1 shows a perspective illustration of an expansion valve according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of the expansion valve according to the invention.
  • FIG. 3 shows a further schematic sectional view of the expansion valve according to the invention according to FIG. 1, which is rotated by 90 ° relative to FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of an alternative embodiment of the expansion valve according to the invention according to FIG. 1,
  • Figure 5 is a schematic sectional view of the first
  • Figure 6 is a schematic .Schnittdargna an alternative embodiment of the expansion valve in a pipe coupling with a one-piece sealing body and
  • Figure 7 is a schematic sectional view of another alternative embodiment of an expansion valve in a pipe coupling with a separate sealing body.
  • FIG. 1 is an inventive expansion valve 11 m in perspective . it shown a housing 12. To a first housing portion 14, a further housing portion 16 connects to which a filter screen 17 is attached.
  • the expansion valve 11 is used according to a sectional view of the expansion valve in Figure 2 between two pipe ends 18, 19 of a refrigerant circuit, not shown.
  • the pipe ends 18, 19 may be formed as connecting pipes or connecting pieces.
  • the Pipe ends 18, 19 engage a sealing element 21, which is formed on a first housing portion 14.
  • the sealing element 21 has a sectionally curved surface remote from the connection point 23, whereby it is achieved that the tube ends 18, 19 are widened in the region of the connection point 23, so that an axial fixation of the expansion valve 11 to the connection point 23 is provided.
  • projections or recesses may be provided on the first housing section 14 or on the tube ends 18, 19, which form an axial securing in the region of the connection point 23.
  • the shape of the sealing element 21 shown in FIG. 2 allows a quick and easy mounting of the expansion valve 11.
  • the sealing elements 21 are adapted to the connection technique of the pipe ends 18, 19.
  • the groove 24 provided in the sealing element 21 serves as a contact surface for a removal tool, in order to enable a simple disassembly of the expansion valve 11 from the tube ends 18, 19.
  • the arrangement of the sealing element 21 on the first housing portion 14 allows a dense configuration of the connection point 23, without additional O-rings are required for sealing. In addition, no additional parts for tight arrangement of the joint 23 and receiving the expansion valve 11 are required.
  • a valve seat 26 is provided with a through hole 27 in which a Ventilschl ⁇ eßglied 28 is provided.
  • the Ventilschl ⁇ eßglied 28 includes a valve seat 26 closing the closing body 31 and a input pressure side extending guide portion 32 which extends completely through the one further housing portion 16.
  • the housing section 16 is adjoined by a housing section 36, which comprises a receiving section 37 for guiding the guide section 32 of the valve-closure member 28.
  • the housing section 36 may be integrally connected to the second or at least one further housing section 16 or separated by an interface, not shown.
  • a return device 39 is provided on the guide section 32 of the valve closing member 28, which is held by an adjusting device 41 to the valve closing member 38 and housing portion 36.
  • the adjusting device 41 has a sleeve 42 which is pressed at the end of the guide portion 32 and limits the working path of the return device 39 by the system of Schi ⁇ eß stresses 31 in the valve seat 26.
  • This sleeve 42 opposite a further sleeve 43 is provided, which is fixed to the housing portion 36.
  • a biasing force of the remindstelle ⁇ nraum 39 is set.
  • the opening characteristic is determined, which is dependent on a spring rate of a spring element or the compressibility of a Kraftspe ⁇ cherides.
  • the expansion valve 11 includes without additional parts a non-return function by the design of the return device 39 to the valve closing member 28. Closing of the valve closing member 28 to the valve seat 26 is ensured even if on the low pressure side, a higher pressure than on the high pressure side. By the set biasing force of the remindstelle ⁇ nraum 39 is an independent closing of the Ventilschl ⁇ eßglieds 28 in the valve seat 26 is ensured.
  • the Ventilschministergl ⁇ ed 28 is held with a minimum force in the valve seat 26, so that it is ensured even in a non-operation of the refrigerant oiling that a clutchless compressor is placed in the zero position and that a flow of refrigerant is prevented.
  • FIGS. 1 to 3 has the advantage that an expansion valve 11 is formed with a reduced number of components, which enables cost-effective production and simple assembly.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of an expansion valve 11 according to FIG.
  • the housing 12 is formed in two parts. Between the first and further housing section 14, 16 an interface 46 is formed, which is shown for example in accordance with Figure 4 as a screw connection.
  • This two-part embodiment has the advantage that optimum materials can be used both for the sealing elements 21 and for the valve seat 26.
  • a precise machining of the valve seat 26 and the through hole 27 and the configuration of the receiving portion 37 is facilitated by the bipartite.
  • the advantages of a small installation space and an adaptation to the connection technology for the positioning of the expansion valve 11 to a connection point 23 of a refrigerant circuit are maintained.
  • the expansion valve 11 of the invention is provided in a pipe coupling 47.
  • the pipe coupling 47 includes first and second flange portions 48, 49 which are secured together by a releasable connection 50, such as a threaded connection.
  • a pipe end 18, 19 is pressed, screwed, welded or the like.
  • the expansion valve 11 according to the invention is inserted into the flange portion 49 and tube end 19 until the sealing element 21 rests against a corresponding contact surface of the flange portion 49. Subsequently, the flange portion 48 to the first housing portion 14 and Dichtelerhent 21 of the first housing portion 14 is positioned.
  • FIG. 6 shows an alternative embodiment of a first housing section 14 for arrangement in a pipe coupling 47.
  • the first housing portion 14 has a radially outwardly extending, the sealing element 21 surrounding sealing body 51.
  • the sealing body 51 is arranged in one piece to the first housing portion 14 and formed as a hard sealing element.
  • a radially surrounding the sealing body 51 sealing ring 53 may be provided in a chamber 54 to allow additional securing an interface in the pipe coupling 47 to the outside.
  • FIG. 7 shows an alternative embodiment of an expansion valve 11 to FIG.
  • the sealing body 51 is formed as a separate component and positioned in a groove in the first housing portion 14.
  • the sealing body 51 is preferably formed in this embodiment as a soft sealing element. This embodiment has the advantage that different sealing bodies 51 can be used and replaced even when aging.
  • a sealing ring 53 in a chamber 54 for further sealing of the separation point of. Pipe coupling 47 may be provided.
  • the configuration of the first housing section 14 with hard or soft sealing elements 21 and / or with a sealing body 51 arranged integrally thereon or a sealing body 51 arranged exchangeably in the housing section 14 allows flexible adaptation to the materials of a pipe coupling 47, the embodiment of a pipe coupling 47, the Use of media to be controlled and to the material requirements of a housing 12 for a Expans ⁇ onsventil 11th

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil, insbesondere für einen mit CO2 als Kältemittel betriebenen Kältemittelkreislauf, welches zwischen zwei Elementen (18, 19) des Kältemittelkreislaufes einsetzbar ist und zumindest ein Dichtelement (21) zur Abdichtung der Verbindungsstelle (23) der'beiden Elemente (18,19) im Kältemittelkreislauf nach außen aufweist, wobei ein Gehäuse (12) einen ersten Gehäuseabschnitt (14) umfasst, an welchem das Dichtelement (21) vorgesehen ist, und zumindest einen weiteren Gehäuseabschnitt (16) umfasst, welcher ein Ventilschließglied (28) aufnimmt, das einen Ventilsitz (26) mit einer Durchgangsöffnung (27) schließt.

Description

Expansionsventil, insbesondere für einen mit CO2 betriebenen Kältemittelkreϊslauf
Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil, insbesondere für einen mit CO2 betriebenen Kältemittelkreislauf, welches zwischen zwei Elementen des Kältemittelkreislaufes einsetzbar ist und zumindest ein Dichtelement zur Abdichtung der Verbindungsstelle der beiden Elemente im Kältemittelkreislauf nach außen aufweist.
Aus der DE 102 58 453 Al ist ein Kreislauf zur Erzeugung von Kälte oder Wärme mit einem Verdichter, einem Verdampfer, einem Kondensator und einem a/s separates Bauteil ausgebildeten Drosselorgan mft festem Durchfiussquerschπϊtt bekannt geworden, welches direkt zwischen zwei
Elementen einer Verbindungsstelle des Kreislaufes, wie beispielsweise ein Anschlussrohr und ein Anschlussstutzen, eingesetzt wird. Dieses Drosselorgan weist zur Abdichtung der Verbindungsstelle des Kreislaufes nach außen Dichtelemente auf. Dadurch wird ein separates Gehäuse eingespart. Zudem kann Bauraum eingespart werden, da das Gehäuse wegfällt.
Dieses Drosselorgan ist mit einem festen Durchflussquerschnitt ausgebildet und somit auf spezifische Anwendungsfälle beschränkt. Beim Betrieb, insbesondere von CO2-Kältemittelkreisläufen erfolgt im Gegensatz zum R134a-Kältemittelkreislauf der Betrieb im überkritischen Bereich. Zum sicheren Einsatz von Kältemittelkreisläufen, insbesondere CO2- Kreisläufen, und zur Erzϊelung eines maximalen Wirkungsgrades ist erforderlich, dass die Expansionsventile auf unterschiedliche Betriebszu- stände angepasst oder ausgelegt sind. Dies ist durch Expansionsventϊle mit einem festen Durchfluss nicht ermöglicht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Expansionsventil zu schaffen, welches in der Herstellung und Montage kostengünstig ist sowie eine hohe Effizienz zur Erzielung von maximalen Leistungsdaten im gesamten Anwendungsbereich eines Kältemittelkreislaufes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Durch die Ausgestaltung eines Gehäuses für ein Expansionsventil, welches einen ersten Gehäuseabschnitt mit zumindest einem Dichtelement und zumindest einen weiteren Gehäuseabschnitt umfasst, welcher ein Ventilschlϊeßglied aufnimmt, dass einen Ventilsitz mit einer Durchgangsöffnung schließt, ist ermöglicht, dass ein separates Gehäuse für ein Expansionsventil zur Anordnung direkt zwischen zwei Elementen des Kreislaufs eingespart ist. Zusätzlich kann ein Expansionsventϊl mit geringem Bauraum geschaffen werden, welches in Abhängigkeit der tatsächlichen im Kältemittelkreislauf vorherrschenden Druckverhältnisse öffnet und schließt. Durch eine Druckdifferenz zwischen einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite wird die Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilschließgliedes angesteuert. Somit ist eine Expansionsventil geschaffen, welches bei verringertem Bauraum eine hohe Effizienz zur Erzielung von maximalen Leistungsdaten im Kältemittelkreislauf ermög- ■ licht.
Die Öffnungsrichtung des Ventilschließgliedes ist bevorzugt in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgesehen. Dadurch kann ein hoch- druckseitig anliegender Druck zur Ansteuerung des Ventilschließgliedes verwendet werden. Eine Veränderung der Druckdifferenz wirkt sich unmittelbar auf die Veränderung des Öffnungsquerschnitts des Expansionsventils aus, , so dass eine unmittelbare Steuerung des Massenstroms gegeben ist.
Eine kompakte Bauweise wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch ein Ventilschließglied geschaffen, welches ausgangsdrucksei- tig einen Schließkörper aufweist, der den Ventilsitz schließt, wobei sich das Ventilschließglied durch die Durchgangsöffnung im Ventilsitz hindurch eingangsdruckseitig erstreckt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein weiterer Gehäuseabschnitt. zum ersten und dem zweiten oder zumindest einem weiteren Gehäuseabschnitt ausgebildet ist, der einen an den Schließkörper sich anschließenden Führungsabschnϊtt des Ventilschließgliedes führt. Dadurch kann eine reibungsarme Anordnung des Ventϊlschließglϊedes zum Ventilsitz vorgesehen sein. Zusätzlich ist eine verkantungsfreie Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilschiieß- gliedes gegeben, in dem der Führurigsabschnitt des Ventilschließgliedes entlang der Hubbewegung zumindest abschnittsweise durch den weiteren Gehäuseabschnitt geführt ist.
Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein weiterer Gehäuseabschnitt, welcher zumindest abschnittsweise einen an den Schließkörper sich anschließenden Führungsabschnitt, des Ventilschließgliedes führt, einteilig mit dem zweiten oder zumindest ei- nen weiteren Gehäuseabschnϊtt ausgebildet ist, der einen Ventilsitz mit einer Durchgangsbohrung aufweist, in dem das Ventiischließglied angeordnet ist. Diese kompakte Bauweise ermöglicht eine Vereinfachung in der Herstellung und Reduzierung der Bauteilgröße.
Das Ventiischließglied öffnet nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung entgegen einer Kraft einer Rückstelleinrichtung. Die Rückstelleinrichtung kann als Federelement oder kraftspeicherndes Element ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Rückstelleinrichtung eingangsdruckseitig vorgesehen und zum Ventiischließglied angeordnet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Rückstelleinrichtung ausgangsdruckseitig angeordnet ist und den Schließkörper des Ventilschließgliedes in den Ventilsitz drückt. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass eine einfache Einstellung einer den Öffnungszeitpunkt des Ventilschließgliedes bestimmende Vorspannkraft einstellbar ist, da das Ventil schlϊeßgleich während der Einstellung in einer Schließposition gehalten ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste und zumindest eine weitere Gehäuseabschnitt einteilig ausgebildet ist. -Somit kann beispielsweise das Gehäuse als Dreh- und/oder Pressteil mit wenigen Arbeitsschritten -hergestellt werden.
Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste und zumindest eine weitere Gehäuseabschnϊtt durch eine Schnittstelle miteinander verbunden sind. Diese zweiteilige Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass eine Materialauswahl und -anpassung sowohl für den ersten Gehäuseabschnitt zur Ausbildung des oder der Dichtelemente und des zweiten Gehäuseabschnittes zur Ausgestaltung des Ventilsitzes ermöglicht ist. Dadurch können auch bei gleicher Ausgestaltung des nach der Druckdifferenz arbeitenden Expansionsventils verschiedenlϊche Dichtelemente vorgesehen sein, die an die Verbin- dungstechnik für die beiden Elemente der Verbindungsstelle angepasst sind. Ebenso können verschiedene Ventile zu standardisierten Dichtelementen wahlweise zugeordnet werden. Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des zumindest zweiteiligen Gehäuses ist vorgesehen, das der erste Gehäuseabschnitt aus einem Dichtmaterial und der weitere Gehäuseabschnitt aus einem verschleißfesten oder reibungsmindernden Material ausgebildet ist. Somit können beispielsweise weichere Materialien wie Aluminium oder Kupfer eingesetzt werden, sofern die Verbindungsteile aus härterem Material ausgebildet sind. Alternativ kann auch eine Vertauschung vorgesehen sein, indem die Dichtelemente aus härterem Material, wie Beispiel Stahl, ausgebildet sind und die Verbindungsstellen oder Verbindungsflansche aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder aus Kupfer oder ähnlichen Materialien.
An dem ersten Gehäuseabschnitt ist nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein radial nach außen sich erstreckender, - das Dichtelement umgebender Dichtkörper vorgesehen. Dadurch ist ermöglicht, eine Verbindungsstelle oder Rohrkupplung in der Trennstelle abzudichten und gleichzeitig die Trennstelle zum Dichtelement beziehungsweise1 ersten Gehäuseabschnitt dicht zu umschließen. Insbesondere bei einem Einsatz von CO2- Kältemittel können dadurch die hohen Anforderungen an die Leckagerate erzielt werden. Der Dichtkörper kann einstückig an dem ersten Gehäuseabschnitt angeformt sein. Diese Ausgestaltung ist insbesondere an einem zweiteiligen Gehäuse von Vorteil. Des Weiteren kann der Dichtkörper an dem ersten Gehäuseabschnitt aufgebracht und beispielsweise in eine umlaufende Nut eingesetzt sein und eine Abdichtung zu den daran angrenzenden Dichtelementen des ersten Gehäuseabschnitts bilden.
Das aus dem ersten und zumindest einem weiteren Gehäuseabschnitt gebildete Gehäuse wird bevorzugt durch eine lösbare Verbindung, wie beispielsweise eine Schraub- oder Rastverbindung, als auch durch eine unlösbare Verbindung, wie beispielsweise einer Press-, Schweiß- oder Lötverbindung, zueinander angeordnet. Die Auswahl der Verbindung steht in Abhängigkeit der verwendeten Materialien. Geeignete Schnittstellen zur Ausgestaltung des ersten und zumindest einen weiteren Gehäuseabschnitts sind beispielsweise in einem Bereich vorgesehen, wel- eher ein Übergang zwischen dem Ventilsitz zu einem im Wesentlichen konstanten Rohrquerschnitt im Gehäuse bildet.
Zur Einstellung der Öffnungskraft und Ausbildung einer Rückschlagfunktion ist bevorzugt eine Einstellvorrichtung zur zumindest einseitigen Aufnahme der Rückstelleinrichtung vorgesehen, die als Hülse ausgebildet ist und auf dem Führungsabschnitt des Ventilschlϊeßgliedes aufgepresst ist. Dadurch wird die Rückstelleinrichtung unter Einstellung eine Vorspannkraft zum zumindest einen weiteren Gehäuseabschnitt positioniert. Gleichzeitig kann der Arbeitshub des Kraftspeicherelementes, insbesondere eines Federelementes, eingestellt werden. Durch die Auswahl einer Federrate für die Rückstelleinrichtung wird vorteilhafterweise die Öffnungskennlinie des Ventilschließgliedes bestimmt. Durch den freien Arbeitshub wird die Vorspannkraft und somit die Öffnungskraft eingestellt. Durch das Aufpressen der Hülse auf dem Führungsabschnitt kann eine kostengünstige Herstellung gegeben sein. •
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Einstellvorrichtung ist vorgesehen, dass eine weitere Hülse am Führungsabschnitt oder zum zumindest einen weiteren Gehäuseabschnitt angeordnet ist. Diese weitere Hülse kann zur Feinjustierung oder Nachstellung der Vorspannkraft des Rückstellelementes verwendet werden. Sofern die Hülse an dem zumindest einen weiteren Gehäuseabschnitt befestigt ist, bildet vorteϊl- hafterweise ein Abschnitt der Hülse eine Führung zum Führungsabschnitt. Sofern die Hülse mit dem Führungsabschnitt verpresst ist, kann ein weiterer, den Gehäuseabschnitt umgreifend Bund als Führung zum Gehäuseabschnitt ausgebildet sein.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand den in den Zeichnungen dargestellten Beispielen näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen: Figur 1 Eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Expansionsventils,
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Expansϊonsventils,
Figur 3 eine weitere schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Expansionsventils gemäß Figur 1, welche um 90° gedreht zu Figur 2 ist,
Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Expansionsventils gemäß Figur 1,
Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung der ersten
Ausführungsform gemäß den Figuren 2 und 3 in einer Rohrkupplung,
Figur 6 eine schematische .Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform des Expansionsventils in einer Rohrkupplung mit einem einteiligen Dichtkörper und
Figur 7 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Expansionsventils in einer Rohrkupplung mit einem separaten Dichtkörper.
In Figur 1 ist perspektivisch ein erfindungsgemäßes Expansionsventil 11 m.it einem Gehäuse 12 dargestellt. An einen ersten Gehäuseabschnitt 14 schließt sich ein weiterer Gehäuseabschnitt 16 an, an welchem ein Filtersieb 17 befestigt ist.
Das Expansionsventil 11 wird gemäß einer Schnittdarstellung des Expansionsventils in Figur 2 zwischen zwei Rohrenden 18, 19 eines nicht näher dargestellten Kältemittelkreislaufes eingesetzt. Die Rohrenden 18, 19 können als Anschlussrohre oder Anschlussstutzen ausgebildet sein. Die Rohrenden 18, 19 greifen an einem Dichtelement 21 an, welches an einem ersten Gehäuseabschnitt 14 ausgebildet ist. Durch eine außenliegende Verschraubung 22 sind die beiden Rohrenden 18, 19 zueinander fixiert und bilden eine dichte Verbindungsstelle 23, zu welcher das Expansionsventil 11 angeordnet und fixiert ist. Das Dichtelement 21 weist entfernt zur Verbindungsstelle 23 eine abschnittsweise gekrümmte Oberfläche auf, wodurch erzielt wird, dass die Rohrenden 18, 19 im Bereich der Verbindungsstelle 23 aufgeweitet sind, so dass eine axiale Fixierung des Expansionsventils 11 zur Verbindungsstelle 23 gegeben ist. Zusätzlich können Vorsprünge oder Vertiefungen am ersten Gehäuseabschnitt 14 oder an den Rohrenden 18, 19 vorgesehen sein, welche im Bereich der Verbindungsstelle 23 eine axiale Sicherung bilden. Die in Figur 2 dargestellte Form des Dichtelementes 21 ermöglicht eine schnelle und einfache Montage des Expansionsventils 11. Die Dichtelemente 21 sind an die Verbindungstechnik der Rohrenden 18, 19 angepasst. Die im Dichtelement 21 vorgesehene Nut 24 dient als Angriffsfläche für ein Abziehwerkzeug, um eine einfache Demontage des Expansionsventils 11 aus den Rohrenden 18, 19 zu ermöglichen.
Die Anordnung des Dichtelementes 21 an dem ersten Gehäuseabschnitt 14 ermöglicht eine dichte Ausgestaltung der Verbindungsstelle 23, ohne dass zusätzliche O-Ringe zur Abdichtung erforderlich sind. Darüber hinaus sind keine zusätzlichen Teile zur dichten Anordnung der Verbindungsstelle 23 und Aufnahme des Expansionsventils 11 erforderlich.
In dem weiteren Gehäuseabschnitt 16, der einteilig zum ersten Gehäur seabschnitt 14 ausgebildet ist, ist ein Ventilsitz 26 mit einer Durchgangsöffnung 27 vorgesehen, in welcher ein Ventilschlϊeßglied 28 vorgesehen ist. Das Ventilschlϊeßglied 28 umfasst einen den Ventilsitz 26 schließenden Schließkörper 31 sowie einen eingangsdruckseitig sich erstreckenden Führungsabschnitt 32, der sich vollständig durch den einen weiteren Gehäuseabschnitt 16 erstreckt. Nahe dem Ventilsitz 26 ist gemäß Figur 3 eingangsdruckseitig mindestens eine Querbohrung 34 vorgesehen, welche in die Durchgangsöffnung 27 mündet, wodurch eine Eingangsdruckseite oder Hochdruckseite mit einer Ausgangsdruckseite beziehungsweise. Niederdruckseite verbunden ist. An den weiteren Gehäuseabschnitt 16 schließt sich ein Gehäuseabschnitt 36 an, der einen Aufnahmeabschnitt 37 zur Führung des Führungsabschnittes 32 des Ventilschließgliedes 28 umfasst. Der Gehäuseabschnitt 36 kann einteilig mit dem zweiten oder zumindest einen weiteren Gehäuseabschnitt 16 oder getrennt durch eine nicht näher dargestellte Schnittstelle verbunden sein. Außerhalb des weiteren Gehäuseabschnittes 36 ist am Führungsabschnitt 32 des Ventilschließgliedes 28 eine Rückstelleinrichtung 39 vorgesehen, welche durch eine Einstelleinrichtung 41 zum Ventilschließglied 38 beziehungsweise Gehäuseabschnitt 36 gehalten ist. Die Einstelleinrichtung 41 weist eine Hülse 42 auf, die am Ende des Führungsabschnittes 32 aufgepresst ist und den Arbeitsweg der Rückstelleinrichtung 39 durch die Anlage des Schiϊeßkörpers 31 im Ventilsitz 26 begrenzt. Dieser Hülse 42 gegenüberliegend ist eine weitere Hülse 43 vorgesehen, welche am Gehäuseabschnitt 36 fixiert ist. In Abhängigkeit des Abstandes der Hülse 42 und 43 wird eine Vorspannkraft der Rückstelleϊnrichtung 39 eingestellt. Durch Auswahl der Rückstelleinrichtung 39 wird die Öffnungskennlinie festgelegt, wobei diese in Abhängigkeit einer Federrate eines Federelementes oder der Kompressibilität eines Kraftspeϊcherelementes steht.
Das Expansionsventil 11 umfasst ohne zusätzliche Teile eine Rückschlagfunktion durch die Ausgestaltung der Rückstelleinrichtung 39 zum Ventilschließglied 28. Ein Schließen des Ventilschließgliedes 28 zum Ventilsitz 26 ist auch dann sichergestellt, wenn auf der Niederdruckseite ein höherer Druck als auf der Hochdruckseite anliegt. Durch die eingestellte Vorspannkraft der Rückstelleϊnrichtung 39 ist ein selbstständiges Schließen des Ventilschlϊeßglieds 28 im Ventilsitz 26 sichergestellt. Bevorzugt ist das Ventilschließglϊed 28 mit einer Mindestkraft im Ventilsitz 26 gehalten, so dass auch bei einem Nichtbetrieb der Kältemittelarilage sichergestellt ist, dass ein kupplungsloser Verdichter in die Null-Lage gesetzt wird und dass ein Kältemittelstrom unterbunden ist.
Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass ein Expansionsventϊl 11 mit einer reduzierten Anzahl an Bauteilen ausgebildet ist, welche eine kostengünstige Herstellung und einfache Montage ermöglicht. In Figur 4 ist eine alternative Ausführungsform eines Expansionsventils 11 gemäß Figur 1 dargestellt. Das Gehäuse 12 ist zweiteilig ausgebildet. Zwischen dem ersten und weiteren Gehäuseabschnitt 14, 16 ist eine Schnittstelle 46 gebildet, welche beispielsweise gemäß Figur 4 als Schraubverbindung dargestellt ist. Diese zweiteilige Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass sowohl für die Dichtelemente 21 als auch für den Ventilsitz 26 optimale Materialien verwendet werden können. Darüber hinaus ist durch die Zweiteiligkeit eine präzise Bearbeitung des Ventilsitzes 26 und der Durchgangsbohrung 27 sowie der Ausgestaltung des Aufnahmeabschnittes 37 erleichtert. Gleichzeitig bleiben die Vorteile eines geringen Bauraumes und einer Anpassung an die Verbindungstechnik für die Positionierung des Expansionsventils 11 zu einer Verbindungsstelle 23 eines Kältemittelkreislaufes erhalten.
In Figur 5 ist das erfindungsgemäße Expansionsventil 11 in einer Rohrkupplung 47 vorgesehen. Die Rohrkupplung 47 umfasst einen ersten und zweiten Flanschabschnitt 48, 49, die durch eine lösbare Verbindung 50, wie beispielsweise eine Schraubverbindung, zueinander befestigt sind. An jedem Flanschabschnitt 48, 49 ist ein Rohrende 18, 19 eingepresst, eingeschraubt, eingeschweißt oder dergleichen. Das erfindungsgemäße Expansionsventil 11 wird in den Flanschabschnitt 49 und Rohrende 19 eingesetzt, bis das Dichtelement 21 an einer entsprechenden Anlagefläche des Flanschabschnitts 49 anliegt. Im Anschluss daran wird der Flanschabschnitt 48 zum ersten Gehäuseabschnitt 14 beziehungsweise Dichtelerhent 21 des ersten Gehäuseabschnitts 14 positioniert. Durch das Anziehen eines Befestigungselementes, wie beispielsweise einer Spannschraube, werden die Flanschabschnitte 48, 49 aneinander gezogen und die Dichtelemente 21 liegen unter Druck an den entsprechenden Abschnitten der Flanschabschnitte 48, 49 an und bilden eine mediendichte Anordnung. Diese Verbindungstechnik wird bevorzugt bei zweiteiligen Gehäuseabschnitten des Expansionsventils 11 eingesetzt, wobei der erste Gehäuseabschnitt aus beispielsweise einem weicheren Material hergestellt ist, das bei der Montage der Flanschabschnϊtte 48, 49 aus härterem Material eine dichte Anordnung ermöglicht. Entsprechend den Anforderungen kann eine Materialpaarung des ersten Gehäuseabschnitts zu den Flanschabschnϊtten ausgewählt werden.. In Figur 6 ist eine alternative Ausführungsform eines ersten Gehäuseabschnittes 14 zur Anordnung in einer Rohrkupplung 47 dargestellt. Der erste Gehäuseabschnitt 14 weist einen radial nach außen sich erstreckenden, das Dichtelement 21 umgebenden Dichtkörper 51 auf. Beim Befestigen der Rohrkupplung 47 werden die Flanschabschnitte 48, 49 unter Zwischenschaltung des Dichtkörpers 51 zur Erzielung einer dichten Anlage gegeneinander gepresst. Dadurch wird die lagerichtige Positionierung des ersten Gehäuseabschnitts 14 zum Flanschabschnitt 49 unterstützt. Bei dieser Ausgestaltung ist der Dichtkörper 51 einteilig zum ersten Gehäuseabschnitt 14 angeordnet und als hartes Dichtelement ausgebildet. Zusätzlich kann eine radial den Dichtkörper 51 umlaufender Dichtring 53 in einer Kammer 54 vorgesehen sein, um eine zusätzliche Sicherung einer Schnittstelle in der Rohrkupplung 47 nach außen zu ermöglichen.
In Figur 7 ist eine alternative Ausführungsform eines Expansionsventϊls 11 zu Figur 6 dargestellt. Der Dichtkörper 51 ist als separates Bauteil ausgebildet und in einer Nut in den ersten Gehäuseabschnitt 14 positioniert. Der Dichtkörper 51 wird in dieser Ausführungsform bevorzugt als weiches Dichtelement ausgebildet. Diese Ausführung weist den Vorteil auf, dass unterschiedliche Dichtkörper 51 eingesetzt und auch bei Alterung ausgetauscht werden können. Bei dieser Ausführungsform kann zusätzlich ein Dichtring 53 in einer Kammer 54 zur weiteren Dichtung der Trennstelle der. Rohrkupplung 47 vorgesehen sein. '
Die Ausgestaltung des ersten Gehäuseabschnitts 14 mit harten oder weichen Dichtelementen 21 und/oder mit einem daran einteilig angeordneten Dichtkörper 51 oder einem austauschbar im Gehäuseabschnitt 14 angeordneten Dichtkörper 51 ermöglicht eine flexible Anpassung an die Materialien einer Rohrkupplung 47, die Ausgestaltung an eine Rohrkupplung 47, den Einsatz von zu steuernden Medien sowie an die Materialanforderungen eines Gehäuses 12 für ein Expansϊonsventil 11.
47f

Claims

Ansprüche
1. Expansionsventil, insbesondere für einen mit CO2 als Kältemittel betriebenen Kältemittelkreislauf, welches zwischen zwei Elementen (18, 19) des Kältemittelkreislaufes einsetzbar ist und zumindest ein Dichtelement (21) zur Abdichtung der Verbindungsstelle (23) der beiden Elemente (18,19) im Kältemittelkreislauf nach außen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (12) einen ersten Gehäuseabschnitt (14) umfasst, an welchem das Dϊchtelement (21) vorgesehen ist, und zumindest einen weiteren Gehäuseabschnitt (16) umfasst, welcher ein Ventilschiießglied (28) aufnimmt, das einen Ventilsitz (26) mit einer Durchgangsöffnung (27) schließt.
2. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsrichtung des Ventilschließgliedes (28) in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgesehen ist.
3. Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschließglied (28) einen Schließkörper (31) aufweist, der ausgangsdruckseitig zum Ventilsitz (26) schließt und sich durch die Durchgangsöffnung (27) hindurch eingangsdruckseitig erstreckt.
4. Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Gehäuseabschnitt (36) vorgesehen ist, der einen eingangsdruckseitig sich erstreckenden und an den Schließkörper (31) anschließenden Führungsabschnitt (32) des Ventilschiϊeßgliedes (28) führt.
5. Expansionsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine weitere Gehäuseabschnitt (16) einen Ventilsitz (26) für einen Schließkörper (31) des Ventilschließgliedes (28) und einen Aufnahmeabschnitt (37) für einen Führungsabschnitt (32) des Ventilschließgliedes (28) aufweist.
6. Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschließglied (28) entgegen einer Kraft einer Rückstelleinrichtung (39) öffnet.
7. Expansionsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinrichtung (39) eingangsdruckseitig vorgesehen ist. '
8. Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zumindest ein weiterer Gehäuseabschnϊtt (14, 16) einteilig ausgebildet ist.
9. Expansionsventϊl nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zumindest ein weiterer Gehäuse- • abschnitt (14, 16) durch eine Schnittstelle (46) miteinander verbunden sind.
10. Expansionsventϊl nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gehäuseabschnitt (14) aus einem Dichtmaterial und der weitere Gehäuseabschnitt (16) aus einem verschleißfesten oder reibungsmindernden Material ausgebildet ist.
11. Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Gehäuseabschnitt (14) ein radial nach außen sich erstreckender, das Dichtelement umgebender Dichtkörper (51) vorgesehen ist.
12. Expansionsventil nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und weitere Gehäuseabschnitt (14, 16) durch eine Schraub-, Rast-, Press-, Schweiß-, Lötverbindung zueinander angeordnet sind.
13. Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellvorrichtung (41) zur zumindest einseitigen Aufnahme der Rückstelleinrichtung (39) als Hülse (42) ausgebildet ist, welche auf einen Führungsabschnitt (32) des Ventilschließgliedes (28) aufgepresst ist und die Rückstelleinrichtung (39) zum zumindest einen weiteren Gehäuseabschnitt (38) positioniert.
14. Expansionsventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung (41) eine weitere Hülse (43) umfasst, welche an dem zumindest einen weiteren Gehäuseabschnitt (36) oder an dem Führungsabschnitt (32) des Ventϊlschließgliedes (28) angreift und im Abstand zur weiteren Hülse (42) einstellbar ist.
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