WO2018162295A1 - Ventil zur steuerung eines fluidstroms - Google Patents

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WO2018162295A1
WO2018162295A1 PCT/EP2018/054920 EP2018054920W WO2018162295A1 WO 2018162295 A1 WO2018162295 A1 WO 2018162295A1 EP 2018054920 W EP2018054920 W EP 2018054920W WO 2018162295 A1 WO2018162295 A1 WO 2018162295A1
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WO
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valve
recess
valve means
opening
fluid flow
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PCT/EP2018/054920
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English (en)
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Inventor
Thomas Demmer
Haixiang Wang
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/08—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks
    • F16K11/087—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks with spherical plug
    • F16K11/0873—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks with spherical plug the plug being only rotatable around one spindle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/08—Details
    • F16K5/12—Arrangements for modifying the way in which the rate of flow varies during the actuation of the valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • F25B41/32—Expansion valves having flow rate limiting means other than the valve member, e.g. having bypass orifices in the valve body
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • F25B41/34—Expansion valves with the valve member being actuated by electric means, e.g. by piezoelectric actuators
    • F25B41/35—Expansion valves with the valve member being actuated by electric means, e.g. by piezoelectric actuators by rotary motors, e.g. by stepping motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/18—Optimization, e.g. high integration of refrigeration components
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the invention relates to a valve according to the species of the main claim.
  • a bypass valve is known that receives at the input either liquid refrigerant at high pressure or gaseous refrigerant at low pressure.
  • the valve is electrically switched so that
  • High-pressure liquid is fed to an outlet to which a separate expansion device is connected, which is the expansion for a
  • Expansion organ is needed. This has the disadvantage that unnecessarily many connection points of components must be installed in the refrigeration circuit. This leads to high costs and possibly higher leakage of the cooling circuit. If a capillary tube is used as a downstream expansion element, the mass flow into the evaporator can not be optimally regulated, which leads to lower efficiency and the necessity of using a rechargeable battery. Is used as a downstream expansion organ
  • the present invention describes a valve, in particular a
  • Expansion valve which can be either low pressure gas or high pressure Can receive liquid. It can be controlled electrically so that low-pressure gas is continued with low pressure loss to an outlet leading to the refrigerant compressor inlet. Likewise, the expansion of a high-pressure liquid can be controlled at a second output by electrical control.
  • the evaporator bypass and expansion function can be performed with a single valve with a single electric drive, resulting in a reduction in cost and in the number of components and joints.
  • expansion can be regulated for optimal operation of an evaporator.
  • the valve in particular expansion valve, has for controlling at least one fluid flow, a valve housing, with a first, a second and a third opening, and a valve means, which is arranged movably, preferably rotatably, within the valve housing.
  • the valve means is
  • the valve means has a first recess.
  • a, in particular first, fluid flow between the openings can be limited or interrupted by the first recess.
  • valve means has a bypass, wherein depending on the position, in particular the rotational position of the valve means relative to the openings, a fluid flow, in particular an additional, preferably a second, fluid flow, between the openings through the bypass can be limited or interrupted.
  • bypass is formed as a second recess in the valve means. An easily manufactured training of the bypass is given.
  • the basic shape of the first recess essentially corresponds to a circle segment.
  • first recess in a first position range of the valve means, a fluid flow from a first to a second opening allows, and in a second position range allows fluid flow from the first opening to the third opening. It is possible to direct the fluid streams from the first opening into the second opening and / or third opening.
  • valve means has a rotationally symmetrical, in particular a cylindrical or a spherical, basic shape. A simple production of the valve is given.
  • the valve means has an engagement which allows cooperation with a shaft.
  • the second recess is formed as a channel, in particular as a groove.
  • the advantage is that the second recesses at the
  • valve means Surface of the valve means is formed.
  • the design causes the fluid flow can be easily controlled.
  • a second recess designed in this way allows the fluid flowing through it to be expanded.
  • the valve can be used as an expansion valve.
  • the second recess has a varying depth and / or width in the circumferential direction in the circumferential direction. It is the flow cross section of the recess in dependence on the
  • first recess runs continuously, in particular perpendicular to the longitudinal direction of the valve or radially.
  • a fluid flow between two, for example, opposite openings is possible.
  • the second recess and the first recess are formed within the valve means, that depending on the position of the valve means, a fluid flow flows through both recesses.
  • valve housing has a flow area, wherein the flow area as a recess in the
  • Valve housing is formed, and wherein the valve means in the
  • the fluid is a refrigerant.
  • the fluid is designed as a high pressure liquid refrigerant or a low pressure gaseous refrigerant.
  • Figure 2 shows an inventive valve in the assembled state
  • FIGS 3a to 3c show the valve means in several different positions.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the valve 1 according to the invention in an exploded view.
  • the valve 1 is designed in particular as a ball valve.
  • the valve 1 has a valve means housing 10.
  • Valve center housing 10 has at least one first opening 12.
  • the valve means housing 10 has a first opening 12, a second opening 14 and a third 14 opening.
  • the first opening 12 is formed as an entrance.
  • the second opening 14 and third opening 16 are each formed as outputs.
  • the second and third openings 14, 16 are formed perpendicular to the longitudinal axis of the valve 1 within the valve core housing 10.
  • the valve center housing 10 may be formed in particular as a valve center block.
  • valve 1 has a valve means 20.
  • the valve means 20 is movable, in particular formed rotatable relative to the valve core housing 10.
  • valve means 20 is a part within the
  • Valve housing 10 is arranged.
  • the valve center housing 10 has a flow area 18 for receiving the valve means 20.
  • the valve means 20 is formed so that it can be moved relative to the valve core housing 10 in the circumferential direction.
  • the openings 12, 14, 16 open into the flow area 18.
  • the openings extend in particular perpendicular to the longitudinal axis of the valve 1 within the valve housing 10th
  • the valve means 20 has a rotationally symmetric, preferably
  • the valve means 20 has a first recess 30 and a second recess 32 forming a bypass on.
  • Valve means 20 has an engagement 22, which allows an interaction of a shaft 40 or a drive 64.
  • the first recess 30 extends in particular through the
  • the recess 30 has in particular a tubular region.
  • the tubular portion is formed angled in the center of the valve means 30.
  • the tubular region extends continuously through the valve means 20.
  • the recess 30 is formed open from the tubular region in the radial direction.
  • the second recess 32 is channel-like formed on the surface of the valve means 20.
  • the second recess is formed as a cylindrical channel.
  • the second recess 32 has a varying depth. At least part of the second recess 32 extends in
  • the second recess 32 is formed as a channel, in particular as a groove, preferably as a laterally milled slot.
  • the recess 32 extends in the circumferential direction at least partially along the surface.
  • the second recess allows regulation of the expansion.
  • the recesses 30, 32 are connected to each other.
  • the recesses 30 and 32 act in particular with the opening 12, 14, 16 together.
  • the valve means 20, or the recesses 30 allow a regulation of the fluid flow through the first, second and third openings 12, 14, 16. The regulation takes place here depending on the rotational position of
  • Valve means 20 opposite the openings 12, 14, 16.
  • the regulation is dependent on the position of the recesses 30, 32 in the valve means 20 with respect to the openings 12, 14 and 16th
  • the outer wall of the valve means 20 is close to the inner wall of the
  • Valve housing 10 on. Once a part of the outer wall of the valve means 20 without recess 30 or recess 32 via one of the openings 12, 14, 16, lies in the inner wall of the valve core housing 10, the corresponding opening 12, 14, 16 is completely closed. Become recesses 30, 32 in the outer wall of the valve means 20 move through, in particular rotate over the opening 16 placed in the valve core housing 10, so a desired opening cross-section can be released. A change in position leads to a change in the flow cross-section. It can form a fluid stream. Furthermore, an expansion is made possible when the fluid present at the inlet or at the first opening is under high pressure.
  • valve seat 82 is arranged within at least one opening 12, 14, 16, in particular the second opening 14 and the third opening 16.
  • a valve seat 82 is disposed in each opening.
  • the first opening 12 has the valve seat 82a, the second opening 14 the valve seat 82b and the third opening 16 has the valve seat 82b.
  • the valve seats 82 are annular.
  • the valve seats 82 interact directly with the valve means 20.
  • the valve seats 82 are formed on their ends directed to the valve means 20 corresponding to the surface of the basic shape of the valve means 20.
  • the valve seats 82a and 82b are held in position by means of valve seat holders 80. In particular, the valve seats 82 are replaced by the
  • Valve seat holder 80 held in position and in particular pressed against the valve means 20. The pressure is so great that a flow around the
  • Valve means 20 is prevented on its surface.
  • the valve seat holder has an external thread.
  • the external thread cooperates with the internal thread, which is partially formed in the openings 12, 14, 16 together.
  • Valve center housing 10 sealing rings 85 are arranged.
  • valve 1 has a flange 42.
  • the flange 42 is fixedly connected by screws 43 with the valve core housing 10.
  • a shaft 40 is provided.
  • the shaft 40 extends at least partially in the flange 42.
  • the shaft 40 is rotatably supported via the flange 42.
  • the shaft 40 has a circumferential fold, the fold prevents displacement of the shaft 40 in the axial direction.
  • the shaft engages in the valve means 20.
  • the shaft transmits the rotational movement of an actuator 64 to the
  • Valve means 20 The shaft engages in the engagement 22 of the valve means 20 a.
  • valve 1 has a holder 50.
  • the holder 50 is connected by means of screws 51 with the valve means housing 10.
  • the holder 50 connects the valve core housing 10 to the actuator housing 60
  • the actuator housing 60 comprises two housing parts 61 and 62.
  • the two housing parts 61 and 62 are by means of a sealing ring 63 against a Fluid exchange between the interior of the actuator housing 60 and its environment protected.
  • an electric drive 64 is arranged within the housing parts 61 and 62.
  • the electric drive 64 is in particular as
  • the valve 1 has a gear 66.
  • the gear 66 deflects the rotational movement of the electric drive 64 to the shaft 40.
  • a transmission element 66c is fixedly connected to the shaft 40.
  • Another gear member 66a is fixedly connected to the motor shaft.
  • a transmission element 66b transmits the rotational movement from the transmission element 66a to the
  • the transmission 66 is a
  • Gear transmission The gear elements 66a, 66b, 66c are gears.
  • the housing parts 61 and 62 are connected to each other by means of brackets 68, which are attached to the outer periphery of the housing parts 61 and 62.
  • the engine electronics 70 is arranged in the area of the housing part 62 or in the interior of the housing part 62.
  • the engine electronics 70 serves to control the electric motor 64.
  • the engine electronics 70 has in particular a
  • the Hall sensor determines the exact position of the shaft 40 or one of the gears of the transmission 66th
  • FIG. 2 shows a valve 1 according to the invention in the assembled state.
  • Figures 3a to 3c show the valve means 20 in a plurality of different positions.
  • the drawn arrow corresponds to the fluid flow.
  • FIG. 3a shows the valve means 20 in a first position. In the position, the fluid is continued from a first opening 12, in particular an inlet, to a second opening 14.
  • the valve means 20 has a recess 30 as shown in FIG.
  • the recess 30 is, starting from the tubular region, perpendicular to the longitudinal axis of the valve, open to the outside.
  • the recess 30 of the valve means 20 extends over the center of the valve means 20 and over 90 to 180 degrees of the circumference of the valve means 20.
  • the first recess 30 is at the level of the openings 12, 14, 16 over a circumferential range of 90 to 180 degrees in the direction the openings 12, 14, 16 open.
  • the fluid flows via the opening 12, the recess 30, the recess 32 and the third opening 16.
  • the first recess 30 has the shape of a circular segment.
  • the valve means 20 has a niksegm entförmige first recess 20.
  • the segment height corresponds in particular at least to the radius of the valve means 20.
  • the thickness of the first recess 30 is smaller than the diameter of the openings 12, 14, 16.
  • Areas of the valve means 20 which form through the first recess 20 are in particular parallel to each other and perpendicular to the longitudinal axis of the valve 1.
  • the third opening 16 is shut off in position.
  • FIG. 3b shows the valve means 20 in a second position.
  • the opening cross-section can be increased to the third opening 16, whereby a regulation of the fluid flow is possible.
  • the fluid flows over the opening 12, the recess 30, the recess 32 and the second opening 14.
  • a rotation of the valve means 20 in the counterclockwise direction would lead to an overlap of the recess 32 through the valve seat 82, and the valve means housing 10. The fluid flow is prevented.
  • a clockwise rotation leads to an enlargement of the opening cross-section.
  • a larger part of the second recess 32 is released relative to the third opening 16.
  • a controlled expansion of a high-pressure fluid which bears against the first opening 12 is via the first recess 30 and the second
  • FIG. 3c shows the valve means 20 in a third position.
  • the position of the opening cross section, in particular for the expansion, compared to Figure 3b is increased. It can be suitably designed by suitable design of the second recess 32 in the valve means 20. Also the characteristic of the
  • Opening cross section as a function of the drive position can be made suitable by designing the second recess on the side of the valve means.
  • valve means 20 can take any further positions, in particular rotational positions.
  • the fluid flow is a refrigerant flow, in particular in a vehicle.
  • the valve is preferably used for controlling and controlling a refrigerant.
  • the refrigerant flow includes liquid
  • Refrigerant at high pressure or gaseous refrigerant at low pressure Control is also understood to mean regulation.
  • the recess 30 is formed so that its maximum flow cross-section is greater than the maximum
  • the recess 30 has a varying cross-section and / or is at least partially continuous through the valve means 20.
  • the flow area 18 additional recesses, which are in particular angular, preferably formed at right angles. Such an additional recess also forms a bypass.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil (1), insbesondere Expansionsventil, zur Steuerung eines Fluidstroms, aufweisend ein Ventilgehäuse (10), mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Öffnung (12, 14, 16), und ein Ventilmittel (20) mit einer ersten Ausnehmung (30), welches drehbar innerhalb des Ventilgehäuses (10) angeordnet ist, wobei in Abhängigkeit von der Position der Ausnehmung (30), insbesondere der Drehposition des Ventilmittels (20), in Bezug auf die Öffnungen (12, 14, 16) ein Fluidstrom durch die erste und die zweite und/oder dritte Öffnung (12, 14, 16) freigebbar und über die Veränderung der Position des Ventilmittels (20) veränderbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass das Ventilmittel (20) einen Bypass aufweist, wobei abhängig von der Position des Bypass, insbesondere der Drehposition des Ventilmittels (20), gegenüber den Öffnungen (12, 14, 16) ein Fluidstrom zwischen den Öffnungen (12, 14, 16) durch den Bypass (32) freiggebbar und über die Veränderung der Position des Ventilmittels (20) veränderbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Ventil zur Steuerung eines Fluidstroms
Die Erfindung betrifft ein Ventil nach Gattung des Hauptanspruchs.
Stand der Technik
Nach JP2014134365A ist ein Bypassventil bekannt, dass am Eingang entweder flüssiges Kältemittel bei hohem Druck oder gasförmiges Kältemittel bei niedrigem Druck empfängt. Das Ventil wird elektrisch so geschaltet, dass
Hochdruckflüssigkeit zu einem Ausgang geführt wird, an den ein separates Expansionsorgan angeschlossen ist, das die Expansion für einen
angeschlossenen Verdampfer regelt. Liegt am Eingang Niederdruck-Gas vor, so wird das Ventil so geschaltet, dass das Gas zu einem anderen Ausgang des Ventils geführt wird, der zum Eingang des Kältemittelverdichters führt.
Das bekannte Bypassventil hat den Nachteil, dass zusätzlich ein
Expansionsorgan benötigt wird. Dies hat den Nachteil, dass unnötig viele Verbindungsstellen von Komponenten in den Kältekreis eingebaut werden müssen. Das führt zu hohen Kosten und möglicherweise zu höherer Leckage des Kältekreises. Wird als nachgeschaltetes Expansionsorgan ein Kapillarrohr verwendet, so kann der Massenstrom in den Verdampfer nicht optimal geregelt werden, was zu geringere Effizienz und zur Notwendigkeit der Verwendung eines Akkumulators führt. Wird als nachgeschaltetes Expansionsorgan ein
Expansionsventil verwendet, so führt dies zu erhöhten Kosten, da insgesamt zwei Ventile eingesetzt werden müssen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Ventil, insbesondere ein
Expansionsventil, das am Eingang entweder Niederdruck-Gas oder Hochdruck- Flüssigkeit empfangen kann. Es kann elektrisch so angesteuert werden, dass Niederdruck-Gas mit geringem Druckverlust an einen Ausgang weitergeführt wird, der zum Kältemittelverdichter- Eingang führt. Ebenso kann durch elektrische Ansteuerung die Expansion einer Hochdruck-Flüssigkeit an einem zweiten Ausgang geregelt werden. Dadurch kann die Funktion Verdampfer-Bypass und Expansion mit einem einzigen Ventil mit einem einzigen elektrischen Antrieb ausgeführt werden, was zu einer Reduktion von Kosten und der Anzahl an Komponenten und Verbindungsstellen führt. Außerdem kann die Expansion im Gegensatz zu einem Kapillarrohr für den optimalen Betrieb eines Verdampfers geregelt werden.
Das Ventil, insbesondere Expansionsventil, weist zur Steuerung mindestens eines Fluidstroms, ein Ventilgehäuse, mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Öffnung, und ein Ventilmittel, welches beweglich, vorzugsweise drehbar, innerhalb des Ventilgehäuses angeordnet ist, auf. Das Ventilmittel ist
ausgebildet, abhängig von seiner Position, insbesondere seiner Drehposition, innerhalb des Ventilblocks einen Fluidstrom durch die erste und die zweite Öffnung und/oder einen Fluidstrom durch die erste Öffnung und die dritte Öffnung zu ermöglichen. Das Ventilmittel weist eine erste Ausnehmung auf. Abhängig von der Position, insbesondere der Drehposition, des Ventilmittels gegenüber den Öffnungen ist ein, insbesondere erster, Fluidstrom zwischen den Öffnungen durch die erste Ausnehmung begrenzbar oder unterbrechbar.
Vorteilhaft ist, dass das Ventilmittel einen Bypass aufweist, wobei abhängig von der Position, insbesondere der Drehposition, des Ventilmittels gegenüber den Öffnungen ein Fluidstrom, insbesondere ein zusätzlicher, vorzugsweise einen zweiter, Fluidstrom, zwischen den Öffnungen durch den Bypass begrenzbar oder unterbrechbar ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
Vorteilhaft ist, dass der Bypass als zweite Ausnehmung in dem Ventilmittel ausgebildet ist. Eine einfach herstellbare Ausbildung des Bypasses ist gegeben.
Als vorteilhaft ist anzusehen, dass die Grundform der ersten Ausnehmung im Wesentlichen einem Kreissegment entspricht.
Von Vorteil ist, dass die erste Ausnehmung, in einem ersten Positionsbereich des Ventilmittels einen Fluidstrom von einer ersten zu einer zweiten Öffnung ermöglicht, und in einem zweiten Positionsbereich einen Fluidstrom von der ersten Öffnung zu der dritten Öffnung ermöglicht. Es ist möglich die Fluidströme von der ersten Öffnung in die zweite Öffnung und/oder dritte Öffnung zu leiten.
Besonders vorteilhaft ist, dass das Ventilmittel eine rotationssymmetrische, insbesondere eine zylinderförmige oder eine kugelförmige, Grundform aufweist. Eine einfache Herstellung des Ventils ist gegeben. Vorzugsweise weist das Ventilmittel einen Eingriff auf, der ein Zusammenwirken mit einer Welle ermöglicht.
Vorteilhaft ist, dass die zweite Ausnehmung als Kanal, insbesondere als Nut, ausgebildet ist. Von Vorteil ist, dass die zweite Ausnehmungen an der
Oberfläche des Ventilmittels ausgebildet ist. Die Ausbildung bewirkt, dass der Fluidstrom einfach geregelt werden kann. Ferner erlaubt eine so gestaltete zweite Ausnehmung, dass das sie durchströmende Fluid expandiert wird. Das Ventil kann als Expansionsventil verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist, dass die zweite Ausnehmung in Umfangsrichtung eine sich verändernde Tiefe und/oder Breite in der Oberfläche aufweist. Es ist der Durchströmungsquerschnitt der Ausnehmung in Abhängigkeit von der
Drehposition und der Position der zweiten Ausnehmung gegenüber einer Öffnung regulierbar.
Als vorteilhaft ist anzusehen, dass ein Teil der ersten Ausnehmung durchgängig, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung des Ventils oder radial, verläuft. Ein Fluidstrom zwischen zwei sich beispielsweise gegenüberliegenden Öffnungen ist möglich.
Vorteilhaft ist, dass die zweite Ausnehmung und die erste Ausnehmung so innerhalb des Ventilmittels ausgebildet sind, dass abhängig von der Position des Ventilmittels, ein Fluidstrom durch beide Ausnehmungen fließt.
Besonders vorteilhaft ist, dass das Ventilgehäuse einen Durchströmungsbereich aufweist, wobei der Durchströmungsbereich als Ausnehmung in dem
Ventilgehäuse ausgebildet ist, und wobei das Ventilmittel in dem
Durchströmungsbereich angeordnet ist. Von Vorteil ist, dass der
Durchströmungsbereich des Ventilgehäuses einen zur Grundform des
Ventilmittels korrespondierenden Innenumfang aufweist. Besonders vorteilhaft ist, dass das Fluid ein Kältemittel ist. Das Fluid ist insbesondere als flüssiges Kältemittel mit hohem Druck oder gasförmiges Kältemittel mit niedrigem Druck ausgebildet.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils,
Figur 2 ein erfindungsgemäßes Ventil in zusammengebauten Zustand und
Figur 3a bis 3c zeigen das Ventilmittel in mehreren sich unterscheidenden Positionen.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils 1 in einer Explosionsdarstellung. Das Ventil 1 ist insbesondere als Kugelventil ausgebildet. Das Ventil 1 weist ein Ventilmittelgehäuse 10 auf. Das
Ventilmittelgehäuse 10 weist mindestens eine erste Öffnung 12 auf.
Vorzugsweise weist der Ventilmittelgehäuse 10 eine erste Öffnung 12, eine zweite Öffnung 14 und eine dritte 14 Öffnung. Insbesondere ist die erste Öffnung 12 als ein Eingang ausgebildet. Die zweite Öffnung 14 und dritte Öffnung 16 sind jeweils als Ausgänge ausgebildet. Die zweite und die dritte Öffnung 14, 16 sind senkrecht zur Längsachse des Ventils 1 innerhalb des Ventilmittelgehäuses 10 ausgebildet. Das Ventilmittelgehäuse 10 kann insbesondere als Ventilmittelblock ausgebildet sein.
Ferner weist das Ventil 1 ein Ventilmittel 20 auf. Das Ventilmittel 20 ist beweglich, insbesondere gegenüber dem Ventilmittelgehäuse 10 drehbar ausgebildet.
Insbesondere ist das Ventilmittel 20 zu einem Teil innerhalb des
Ventilmittelgehäuses 10 angeordnet. Der Ventilmittelgehäuse 10 weist zur Aufnahme des Ventilmittels 20 einen Durchströmungsbereich 18 auf. Das Ventilmittel 20 ist so ausgebildet, dass es gegenüber dem Ventilmittelgehäuse 10 in Umfangsrichtung bewegt werden kann. Die Öffnungen 12, 14, 16 münden in den Durchströmungsbereich 18. Die Öffnungen verlaufen insbesondere senkrecht zur Längsachse des Ventils 1 innerhalb des Ventilgehäuses 10. Das Ventilmittel 20 weist eine rotationssymmetrische, vorzugsweise
kugelförmige, Grundform auf. Das Ventilmittel 20 weist eine erste Ausnehmung 30 und eine zweite Ausnehmung 32, die einen Bypass bildet, auf. Das
Ventilmittel 20 weist einen Eingriff 22 auf, der ein Zusammenwirken einer Welle 40 oder einem Antrieb 64 ermöglicht.
Die erste Ausnehmung 30 verläuft insbesondere durchgängig durch das
Ventilmittel 20. Die Ausnehmung 30 weist insbesondere einen rohrartigen Bereich auf. Die rohrartige Bereich ist im Zentrum des Ventilmittels 30 abgewinkelt ausgebildet. Der rohrartige Bereich erstreckt sich durchgängig durch das Ventilmittel 20. Weiterhin ist die Ausnehmung 30 ausgehend von dem rohrartigen Bereich in radialer Richtung offen ausgebildet.
Die zweite Ausnehmung 32 ist kanalartig an der Oberfläche des Ventilmittels 20 ausgebildet. Insbesondere ist die zweite Ausnehmung als zylinderförmiger Kanal ausgebildet. Die zweite Ausnehmung 32 weist eine sich verändernde Tiefe auf. Zumindest ein Teil der zweiten Ausnehmung 32 erstreckt sich in
Umfangsrichtung des Ventilmittels 20. Die zweite Ausnehmung 32 ist als Kanal, insbesondere als Nut, vorzugsweise als seitlich eingefräster Schlitz ausgebildet. Die Ausnehmung 32 verläuft in Umfangsrichtung zumindest teilweise entlang der Oberfläche. Die zweite Ausnehmung ermöglicht eine Regelung der Expansion. Die Ausnehmungen 30, 32 sind miteinander verbunden.
Die Ausnehmungen 30 und 32 wirken insbesondere mit den Öffnung 12, 14, 16 zusammen. Das Ventilmittel 20, bzw. die Ausnehmungen 30 ermöglichen eine Regulierung des Fluidstroms durch die erste, zweite und dritte Öffnung 12, 14, 16. Die Regulierung erfolgt hierbei abhängig von der Drehposition des
Ventilmittels 20 gegenüber den Öffnungen 12, 14, 16. Insbesondere erfolgt die Regulierung abhängig von der Position, der Ausnehmungen 30, 32 in dem Ventilmittel 20 gegenüber den Öffnungen 12, 14 und 16.
Die Außenwand des Ventilmittels 20 liegt eng an der Innenwand des
Ventilmittelgehäuses 10 an. Sobald ein Teil der Außenwand des Ventilmittels 20 ohne Ausnehmung 30 oder Ausnehmung 32 über eine der Öffnungen 12, 14, 16, in der Innenwand des Ventilmittelgehäuses 10 liegt, ist die entsprechende Öffnung 12, 14, 16 vollständig verschlossen. Werden Ausnehmungen 30, 32 in der Außenwand des Ventilmittels 20 durch bewegen, insbesondere drehen über die Öffnung 16 im Ventilmittelgehäuse 10 gelegt, so kann ein gewünschter Öffnungsquerschnitt freigegeben werden. Eine Veränderung der Position führt zu einer Änderung des Durchströmungsquerschnitts. Es kann sich ein Fluidstrom ausbilden. Ferner wird eine Expansion ermöglicht, wenn das am Eingang, bzw. an der ersten Öffnung anliegende Fluid, unter Hochdruck steht.
Innerhalb mindestens einer Öffnung 12, 14, 16, insbesondere der zweiten Öffnung 14 und der dritten Öffnung 16 ist der Ventilsitz 82 angeordnet.
Vorzugsweise ist in jeder Öffnung ein Ventilsitz 82 angeordnet. Die erste Öffnung 12 weist den Ventilsitz 82a, die zweite Öffnung 14 den Ventilsitz 82b und die dritte Öffnung 16 weist den Ventilsitz 82b auf. Die Ventilsitze 82 sind ringförmig ausgebildet. Die Ventilsitze 82 wirken direkt mit dem Ventilmittel 20 zusammen. Die Ventilsitze 82 sind auf ihren dem Ventilmittel 20 zugerichteten Enden korrespondierend zu der Oberfläche der Grundform des Ventilmittels 20 ausgebildet. Die Ventilsitze 82a und 82b werden mittels Ventilsitzhalter 80 in Position gehalten. Insbesondere werden die Ventilsitze 82 durch die
Ventilsitzhalter 80 in Position gehalten und insbesondere gegen das Ventilmittel 20 gedrückt. Der Druck ist hierbei so groß, dass eine Umströmung des
Ventilmittels 20 an seiner Oberfläche verhindert wird. Der Ventilsitzhalter weist ein Außengewinde auf. Das Außengewinde wirkt mit dem Innengewinde, welches teilweise in den Öffnungen 12, 14, 16 ausgebildet ist, zusammen.
Zwischen den Ventilsitzen 82, den Ventilsitzhaltern 80 und dem
Ventilmittelgehäuse 10 sind Dichtungsringe 85 angeordnet.
Ferner weist das Ventil 1 einen Flansch 42 auf. Der Flansch 42 ist mittels Schrauben 43 mit dem Ventilmittelgehäuse 10 fest verbunden.
Ferner ist eine Welle 40 vorgesehen. Die Welle 40 verläuft zumindest teilweise in dem Flansch 42. Insbesondere ist die Welle 40 über den Flansch 42 drehbar gelagert. Die Welle 40 weist einen umlaufenden Falz auf, der Falz verhindert ein Verschieben der Welle 40 in axialer Richtung. Die Welle greift in das Ventilmittel 20 ein. Die Welle überträgt die Drehbewegung eines Aktors 64 auf das
Ventilmittel 20. Die Welle greift in den Eingriff 22 des Ventilmittels 20 ein.
Ferner weist das Ventil 1 eine Halterung 50 auf. Die Halterung 50 ist mittels Schrauben 51 mit dem Ventilmittelgehäuse 10 verbunden. Die Halterung 50 verbindet das Ventilmittelgehäuse 10 mit dem Aktuatorgehäuse 60. Die
Halterung und das Ventilmittelgehäuse sind mittels Schrauben 51a miteinander verbunden.
Das Aktuatorgehäuse 60 umfasst zwei Gehäuseteilen 61 und 62. Die beiden Gehäuseteile 61 und 62 sind mittels eines Dichtrings 63 gegenüber einem Fluidaustausch zwischen dem Innenraum des Aktuatorgehäuses 60 und seiner Umgebung geschützt. Innerhalb der Gehäuseteile 61 und 62 ist ein elektrischer Antrieb 64 angeordnet. Der elektrische Antrieb 64 ist insbesondere als
Schrittmotor, bürstenloser Motor oder Bürstenmotor ausgebildet.
Ferner weist das Ventil 1 eine Getriebe 66 auf. Das Getriebe 66 lenkt die Drehbewegung des elektrischen Antriebs 64 zu der Welle 40 um. Insbesondere ist ein Getriebeelement 66c fest mit der Welle 40 verbunden. Ein weiteres Getriebeelement 66a ist mit der Motorwelle fest verbunden. Ein Getriebeelement 66b überträgt die Drehbewegung von dem Getriebeelement 66a auf das
Getriebeelement 66c. Bei dem Getriebe 66 handelt es sich um ein
Zahnradgetriebe. Die Getriebeelemente 66a, 66b, 66c sind Zahnräder. Die Gehäuseteile 61 und 62 sind mittels Klammern 68, die am Außenumfang der Gehäuseteilen 61 und 62 angebracht werden miteinander verbunden.
Im Bereich des Gehäuseteils 62 bzw. im Innenraum des Gehäuseteils 62 ist die Motorelektronik 70 angeordnet. Die Motorelektronik 70 dient zur Ansteuerung des Elektromotors 64. Die Motorelektronik 70 weist insbesondere einen
Hallsensor auf. Der Hallsensor ermittelt die genaue Position der Welle 40 bzw. eines der Getrieberäder des Getriebes 66.
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil 1 in zusammengebautem Zustand.
Figur 3a bis 3c zeigen das Ventilmittel 20 in mehreren sich unterscheidenden Positionen. Der eingezeichnete Pfeil entspricht dem Fluidstrom.
Figur 3a zeigt das Ventilmittel 20 in einer ersten Position. In der Position wird das Fluid von einer ersten Öffnung 12, insbesondere einem Eingang, auf eine zweite Öffnung 14, weitergeführt. Durch entsprechende Ausformung des Ventilmittels 20 kann ein großer Öffnungsquerschnitt dargestellt werden, so dass ein geringer Druckverlust für den Fluidstrom sichergestellt ist. Das Ventilmittel 20 weist eine Ausnehmung 30 entsprechend der Darstellung in Figur 1 auf. Die Ausnehmung 30 ist ausgehend von dem rohrartigen Bereich, senkrecht zur Längsachse des Ventils, nach außen offen. Die Ausnehmung 30 des Ventilmittels 20 erstreckt sich über den Mittelpunkt des Ventilmittels 20 und über 90 bis 180 Grad des Umfangs des Ventilmittels 20. Die erste Ausnehmung 30 ist auf Höhe der Öffnungen 12, 14, 16 über einen Umfangsbereich von 90 bis 180 Grad in Richtung der Öffnungen 12, 14, 16 offen. Das Fluid strömt über die Öffnung 12, die Ausnehmung 30, die Ausnehmung 32 und die dritte Öffnung 16. Die erste Ausnehmung 30 weist die Form eines Kreissegments auf. Das Ventilmittel 20 weist eine kreissegm entförmige erste Ausnehmung 20 auf. Die Segmenthöhe entspricht insbesondere mindestens dem Radius des Ventilmittels 20. Die Dicke der ersten Ausnehmung 30 ist kleiner als der Durchmesser der Öffnungen 12, 14, 16. Flächen des Ventilmittels 20, welche sich durch die erste Ausnehmung 20 ausbilden, sind insbesondere parallel zueinander und senkrecht zur Längsachse des Ventils 1. Die dritte Öffnung 16 ist in der Position abgesperrt.
Figur 3b zeigt das Ventilmittel 20 in einer zweiten Position. In der Position erfolgt die Freigabe eines sehr kleinen Öffnungsquerschnitts zur dritten Öffnung 16 über den Bypass, bzw. die zweite Ausnehmung 32. Durch Weiterdrehen kann der Öffnungsquerschnitt zur dritten Öffnung 16 vergrößert werden, wodurch eine Regelung des Fluidstroms möglich ist. Das Fluid strömt über die Öffnung 12, die Ausnehmung 30, die Ausnehmung 32 und die zweite Öffnung 14. Eine Drehung des Ventilmittels 20 gegen den Uhrzeigersinn würde zu einer Überdeckung der Ausnehmung 32 durch den Ventilsitz 82, bzw. das Ventilmittelgehäuse 10 führen. Der Fluidstrom ist unterbunden. Eine Drehung in Uhrzeigerrichtung führt zu einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts. Es wird ein größerer Teil der zweiten Ausnehmung 32 gegenüber der dritten Öffnung 16 freigegeben. Eine geregelte Expansion eines unter Hochdruck stehenden Fluids, welches an der ersten Öffnung 12 anliegt, ist über die erste Ausnehmung 30 und die zweite
Ausnehmung 32 möglich.
Figur 3c zeigt das Ventilmittel 20 in einer dritten Position. In der Position ist der Öffnungsquerschnitt, insbesondere für die Expansion, gegenüber Figur 3b vergrößert. Er kann durch geeignete Gestaltung der zweiten Ausnehmung 32 im Ventilmittel 20 geeignet ausgelegt werden. Auch die Charakteristik des
Öffnungsquerschnitts als Funktion der Antriebsposition kann durch Gestaltung der zweiten Ausnehmung an der Seite des Ventilmittels geeignet gestaltet werden.
Neben der zuvor genannten Position kann das Ventilmittel 20 beliebige weitere Positionen, insbesondere Drehpositionen einnehmen.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fluidstrom um einen Kältemittelstrom insbesondere in einem Fahrzeug. Das Ventil dient vorzugsweise zur Regelung und Steuerung eines Kältemittels. Der Kältemittelstrom umfasst flüssiges
Kältemittel bei hohem Druck oder gasförmiges Kältemittel bei niedrigem Druck. Unter Steuerung wird auch Regelung verstanden. Vorzugsweise ist die Ausnehmung 30 so ausgebildet, dass sein maximaler Durchströmungsquerschnitt größer ist, als der maximale
Durchströmungsquerschnitt des Bypass. Vorzugsweise weist die Ausnehmung 30 eine sich verändernden Querschnitt auf und/oder ist zumindest zu einem Teil durchgängig durch das Ventilmittel 20.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Durchströmungsbereich 18 zusätzliche Ausnehmungen auf, die insbesondere eckig, vorzugsweise rechtwinklig ausgebildet sind. Eine solche zusätzliche Ausnehmung bildet ebenfalls einen Bypass.

Claims

Ansprüche
1. Ventil (1), insbesondere Expansionsventil, zur Steuerung eines Fluidstroms,
aufweisend ein Ventilgehäuse (10), mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Öffnung (12, 14, 16), und ein Ventilmittel (20) mit einer ersten Ausnehmung (30), welches beweglich innerhalb des Ventilgehäuses (10) angeordnet ist, wobei in Abhängigkeit von der Position der Ausnehmung (30), insbesondere der Drehposition des Ventilmittels (20), in Bezug auf die Öffnungen (12, 14, 16) ein Fluidstrom durch die erste und die zweite und/oder dritte Öffnung (12, 14, 16) freigebbar und über die Veränderung der Position des Ventilmittels (20) veränderbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilmittel (20) einen Bypass aufweist, wobei abhängig von der Position des Bypass, insbesondere der Drehposition des
Ventilmittels (20), gegenüber den Öffnungen (12, 14, 16) ein Fluidstrom zwischen den Öffnungen (12, 14, 16) durch den Bypass (32) freigebbar und über die
Veränderung der Position des Ventilmittels (20) veränderbar ist.
2. Ventil (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (32) als zweite Ausnehmung in dem Ventilmittel (20) ausgebildet ist.
3. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundform der ersten Ausnehmung (30) im Wesentlichen einem
Kreissegment entspricht.
4. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (30), in einem ersten Positionsbereich des Ventilmittels (20) einen Fluidstrom von einer ersten Öffnung (12) zu einer zweiten Öffnung (14) ermöglicht, und in einem zweiten Positionsbereich einen Fluidstrom von der ersten Öffnung (12) zu der dritten Öffnung (16) ermöglicht
5. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilmittel eine rotationssymmetrische, insbesondere eine zylinderförmige, vorzugsweise eine kugelförmige, Grundform aufweist.
6. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausnehmung (32) als Kanal, insbesondere als Nut, ausgebildet ist.
7. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausnehmung (32) an der Oberfläche des Ventilmittels (20) ausgebildet ist.
8. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausnehmung (32) in Umfangsrichtung eine sich verändernde Tiefe und/oder Breite in der Oberfläche des Ventilmittels (20) aufweist.
9. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der ersten Ausnehmung (30) durchgängig, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung des Ventils (1) oder radial, verläuft.
10. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausnehmung (32) und die erste Ausnehmung (30) so innerhalb des Ventilmittels (20) ausgebildet sind, dass abhängig von der Position des Ventilmittels (20), ein Fluidstrom durch beide Ausnehmungen (30, 32) fließt.
11. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilgehäuse (10) einen Durchströmungsbereich (18) aufweist, wobei der Durchströmungsbereich (18) als Ausnehmung in dem Ventilgehäuse (10) ausgebildet ist, und wobei das Ventilmittel (20) in dem Durchströmungsbereich (18) angeordnet ist.
12. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmungsbereich (18) des Ventilgehäuses (10) einen zur Grundform des Ventilmittels (20) korrespondierenden Innenumfang aufweist.
13. Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Kältemittel ist.
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