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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung, insbesondere für ein Expansionsventil, sowie eine Ventilanordnung, welche beispielsweise in einer mit Kältemittel betriebenen Fahrzeugklimaanlage vorgesehen ist.
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Aus der
US 5,613,518 A ist eine Vorrichtung zur Reduzierung eines Durchflusses bekannt. Diese Vorrichtung umfasst ein Ventil mit einem Ventilschließglied. An einer äußeren Konusfläche des Ventilschließgliedes ist ein Durchgang in Form einer Vertiefung vorgesehen, der einen reduzierten Massenfluss zwischen der Durchgangsöffnung des Ventils und einer zweiten Bohrung des Ventils ermöglicht, wenn das Ventilschließglied geschlossen ist.
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Aus der
WO 01/06183 A1 ist ein Ventil bekannt, bei dem in einem Gehäuse eine Ventilanordnung vorgesehen ist und ein Ventilschließglied über eine mit CO
2 gefüllte Betätigungsvorrichtung zum Öffnen und Schließen eines Durchgangs ansteuerbar ist. Parallel zu diesem ansteuerbaren Durchgang im Gehäuse ist eine Drosselbohrung vorgesehen.
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Aus der
EP 1 167 899 A1 ist ein in eine Rohrleitung einsetzbares Ventilschließglied bekannt. Dabei ist zwischen einem Ventilschließglied und einem Ventilsitz ein Freiraum vorgesehen, sodass bei einem geschlossenen Ventil eine minimale Menge an Fluid durchströmen kann.
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Aus der
JP 05340479 A ist ein Ventil mit einem Ventilschließglied bekannt, in welches in einem Ventilsitz eine Nut eingebracht ist.
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Aus der
DE 692 15 684 T2 ist ein Durchflussventil bekannt, bei welchem eine Oberfläche des Ventilsitzes und/oder eine Oberfläche des Ventilkörpers unregelmäßig und/oder aufgeraut sind, sodass eine begrenzte Fluidströmung zwischen den.Unregelmäßigkeiten bei einem geschlossenen Ventil hindurchtreten kann.
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Aus der
EP 1 052 463 A2 ist ein Expansionsventil bekannt geworden, welches in einem Gehäuse ein Regulierventil aufnimmt und über eine als Thermokopf ausgebildete Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Verdampfungsdruck und einer Temperatur in einem zweiten Kältemittelkanal das Expansionsventil öffnet und schließt. An einer Außenseite des Gehäuses, getrennt vom Regulierventil, ist ein Magnetventil als Wegerzeugungseinrichtung angeflanscht, welches ein außerhalb dem Gehäuse angeordnetes Ventil ansteuert und eine erste Durchgangsöffnung öffnet und schließt. Das Ventil wird durch einen Kanal versorgt, der in eine Zuführöffnung eines Ventilraumes führt. Von diesem Ventilraum führt eine parallel zum Ventilsitz verlaufende Bypassbohrung, welche in eine weitere Öffnung mündet, in der das Magnetventil vorgesehen ist, welches die Bypassöffnung öffnet und schließt.
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Derartige Bypassbohrungen, welche parallel zur Durchtrittsöffnung einer Ventilanordnung vorgesehen sind, weisen den Nachteil auf, dass die Gefahr einer Reduzierung des Durchmessers beziehungsweise des Zusetzens der im Durchmesser klein ausgebildeten Bypassbohrung durch Schmutzpartikel besteht.
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Es sind des Weiteren Ventilanordnungen für ein Expansionsventil bekannt geworden, bei denen in den Ventilsitz durch Umformung eine oder mehrere Vertiefungen eingebracht werden, um eine Durchströmung des Kältemittels bei einer Ventilanordnung in Schließstellung zu ermöglichen. Diese Ventilsitze weisen den Nachteil auf, dass durch die Materialverformung beziehungsweise.-umformung aufgrund der Verdrängung des Materials im Randbereich der Vertiefung Wülste ausgebildet werden, wodurch das Ventilschließglied in einer Schließstellung nicht vollständig in dem Ventilsitz zur Anlage kommt. Darüber hinaus ist eine exakte Herstellung der Vertiefung zur Bildung einer Grundöffnung beziehungsweise eines Bypasses nicht ermöglicht. Folglich ist auch eine Reproduzierbarkeit bei der Herstellung derartiger fein abzustimmenden Ventilanordnungen nicht möglich.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung, insbesondere für ein Expansionsventil, sowie eine Ventilanordnung zu schaffen, welche eine exakte und reproduzierbare Ausgestaltung einer Ventilanordnung mit einer Grundöffnung beziehungsweise einer Bypassöffnung im Ventilsitz ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Ventilanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst, bei dem zumindest eine Vertiefung oder Erhöhung als Grundöffnung zumindest am Ventilsitz oder Ventilschließglied durch Abtragen eingebracht wird, wobei die zumindest eine Erhöhung oder Vertiefung als Grundöffnung am Ventilsitz oder Ventilschließglied vor und hinter dem Anlagepunkt des Ventilschließglieds im Ventilsitz in einer Schließstellung mit einer gleichen Mindestlänge eingebracht wird. Durch das Abtragen von Material zumindest am Ventilsitz oder Ventilschließglied wird eine exakte Herstellung der zumindest einen Vertiefung oder Erhöhung erzielt. Die Randbereiche oder Übergangsbereiche von der zumindest einen Vertiefung oder Erhöhung zum Ventilsitz oder zum Ventilschließglied behalten ihre exakt aufeinander abgestimmte Geometrien bei. Darüber hinaus wird durch das Abtragen eine hohe Reproduzierbarkeit erzielt. Zusätzlich weist das Einbringen von zumindest einer Erhöhung oder Vertiefung als Grundöffnung zumindest am Ventilsitz oder Ventilschließglied den Vorteil auf, dass ein Verstopfen oder Zusetzen derselben verhindert ist. Beim Öffnen der Ventilanordnung wird die Durchtrittsöffnung der Ventilanordnung mit einem hohen Massestrom durchströmt, wodurch die zumindest eine Vertiefung oder Erhöhung am Ventilsitz oder Ventilschließglied ausgespült und gereinigt wird.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass mit zumindest einem spanenden Werkzeug, insbesondere einem Fräswerkzeug, die zumindest eine Vertiefung oder Erhöhung als Grundöffnung hergestellt wird. Die spanende Bearbeitung ermöglicht eine hohe Maßhaltigkeit der Grundöffnung zumindest als Vertiefung oder Erhöhung. Gleichzeitig wird durch den Einsatz eines spanenden Werkzeuges die Flexibilität in der Form und Gestalt von Erhöhungen oder Vertiefungen am Ventilsitz oder Ventilschließglied erhöht.
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Durch die Auswahl und Geometrie der spanenden Werkzeuge kann vorteilhafterweise sowohl die Tiefe, die Größe als auch der Verlauf der Erhöhung oder Vertiefung zur Herstellung einer Grundöffnung der Ventilanordnung flexibel an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Durch einen Eckradius am Fräswerkzeug kann in einfacher Weise zumindest ein Auslauf der Vertiefung oder Erhöhung mit einem definierten Übergang geschaffen werden.
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Das Abtragen zur Herstellung von zumindest einer Vertiefung oder einer Erhöhung als Grundöffnung in einer Ventilanordnung kann alternativ durch Senkerodieren mit einer Elektrode erfolgen. Bei einer derartigen alternativen Ausführungsform zum Abtragen von Material bleiben die benachbarten Bereiche in ihrem Ausgangszustand. Es können exakte und auch aufwändige Geometrien eingebracht werden.
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Eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens sieht des Weiteren vor, dass das Abtragen durch ein Schab- oder Räumwerkzeug durchgeführt wird. Dadurch wird ebenfalls eine exakte Bearbeitung ohne eine Beeinträchtigung der benachbarten Bereiche des Ventilsitzes ermöglicht.
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Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Abtragen durch hochenergetische Strahlung, insbesondere durch Laserstrahlung, erfolgt. Durch die Einstellung von Prozessparametern, wie beispielsweise Leistung und Fokussierdurchmesser, können die Breite und Tiefe beziehungsweise Höhe der Vertiefungen oder Erhöhungen der Grundöffnung eingestellt werden.
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Das Werkzeug zum Abtragen von Material zur Herstellung der Vertiefung wird vorteilhafterweise durch eine Bahnsteuerung entlang eines Bearbeitungsweges zum Abtragen von Material zumindest am Ventilsitz oder am Ventilschließglied geführt. Dadurch kann durch einmaliges oder mehrmaliges Überfahren der zu bearbeitenden Fläche am Ventilsitz die Vertiefung oder Erhöhung hergestellt werden. Dadurch wird beispielsweise mit einem Werkzeug, insbesondere einem Fräswerkzeug, welches im Durchmesser kleiner als die einzubringende Breite der Vertiefung ist, eine Herstellung der Vertiefung oder Erhöhung ermöglicht. Durch diese Steuerung kann eine in der Geometrie variable Grundfläche der Vertiefung erzielt werden, die stufenlos, stufig, gekrümmt, mit unterschiedlichen Steigungen oder dergleichen ausgebildet sein kann. Die vorgenannten vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens gelten in analoger Weise auch für die Herstellung von der zumindest einen Erhöhung am Ventilsitz oder Ventilschließglied.
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Zur Herstellung einer Grundöffnung ist nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass ein Werkzeug zum Einbringen einer Vertiefung durch eine Zustellbewegung geradlinig entlang einer Zustellrichtung geführt wird, wobei die Rotationsachse des Werkzeugs außerhalb dem Ventilsitz oder dem Ventilschließglied positioniert gehalten wird. Dadurch kann eine exakte und gratfreie Bearbeitung der Vertiefung erzielt werden. Zusätzlich wirken dadurch auf den Fräser nur geringe Kräfte, wodurch die Maßhaltigkeit während der Bearbeitung des Ventilsitzes zur Einbringung der Vertiefung erhöht wird.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Ventilgehäuse, ein Ventilsitz und zumindest eine Erhöhung oder Vertiefung als Grundöffnung am Ventilsitz aus einem monolithischen Block hergestellt wird. Dies führt zu einer kostengünstigen Herstellung, da mit nur einer Einspannung des Blockes eine vollständige Bearbeitung ermöglicht wird. Gleichzeitig ist eine hohe Maßhaltigkeit gegeben, wodurch die Qualität des Expansionsventils erhöht wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass nach dem Einbringen der zumindest einen Vertiefung oder Erhöhung der Ventilsitz oder das Ventilschließglied durch chemisches Abtragen, insbesondere durch Beizen, behandelt wird. Dadurch werden scharfe Übergangsbereiche gerundet. Dies führt zu einer verbesserten Strömung.
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Des Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die zumindest eine Erhöhung oder Vertiefung als Grundöffnung in der Ventilanordnung eloxiert wird. Somit werden zusätzlich die Kanten im Übergangsbereich der Erhöhungen oder Vertiefungen am Ventilsitz oder Ventilschließglied gebrochen, da an scharfen Übergängen die größte Spannung beim Eloxieren anliegt und zu einer Verrundung führt.
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Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die zumindest am Ventilsitz oder Ventilschließglied vorgesehene Grundöffnung durch chemisches Abtragen hergestellt wird. Das chemische Abtragen kann durch Ätzen oder dergleichen ermöglicht sein. Die nicht für den Abtrag vorgesehenen Bereiche werden vorteilhafterweise mit einer Maske abgedeckt, um die gewünschte Form der Grundöffnung zu erzielen. In Abhängigkeit der Konzentration des Abtragmittels, der Einwirkdauer und der zum Einsatz kommenden Materialien für die Ventilanordnung kann die Geometrie der Grundöffnung in Form einer Vertiefung erzielt werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften und alternativen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest die Schließfläche des Ventilsitzes oder des Ventilschließgliedes durch chemisches Abtragen zumindest bereichsweise behandelt wird, indem die Schließfläche aufgeraut wird. Durch die Oberflächenrauhigkeit an der Schließfläche des Ventilsitzes und/oder des Ventilschließgliedes kann ein Massenstrom aufgrund der die Durchgangsöffnung nicht vollständig schließenden Ventilanordnung zwischen einer Kältemitteleinlassöffnung und einer Kältemittelauslassöffnung durchströmen. Je höher die Oberflächenrauhigkeit ausgebildet ist, desto größer wird der die Ventilanordnung durchströmende Massenstrom in einer Schließposition. Nach einem Ausführungsbeispiel kann der Ventilsitz aufgeraut sein und die Oberfläche des Ventilschließgliedes eine sehr glatte Oberfläche aufweisen. Ebenso können die Verhältnisse vertauscht sein. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass zumindest abschnittsweise Bereiche am Ventilsitz und/oder am Ventilschließglied aufgeraut sind, die einander gegenüberliegend und/oder alternierend zueinander vorgesehen sein können.
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Die Grundöffnung in einer Ventilanordnung eines Expansionsventils kann nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung durch eine Schleifbearbeitung zumindest am Ventilsitz oder Ventilschließglied hergestellt werden. Durch die Schließbearbeitung kann auch zumindest die eine Erhöhung oder Vertiefung als Grundöffnung ausgebildet sein.
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Die Aufgabe wird des Weiteren durch eine erfindungsgemäße Ventilanordnung gemäß Patentanspruch 15 gelöst, bei der zumindest der Ventilsitz oder das Ventilschließglied zumindest eine durch Werkstoffabtrag gebildete Vertiefung oder Erhöhung als Grundöffnung in einer Schließposition des Ventilschließgliedes zum Ventilsitz aufweist. Diese Grundöffnung ist Teil einer Durchgangsöffnung der Ventilanordnung, wobei der Querschnitt der zumindest einen Vertiefung oder Erhöhung auf einen vorbestimmten Massestrom anpassbar ist. Die Ausgestaltung der Erhöhung oder Vertiefung als Grundöffnung durch Abtragen ermöglicht eine werkzeugabhängige Fertigung, die nicht von den Maschinentoleranzen abhängig ist. Dadurch wird eine hohe Wiederholgenauigkeit erzielt. Gleichzeitig bleiben die Rundheit des Ventilsitzes und die Formtreue des Ventilsitzes erhalten. Dadurch kann die Einstellung des Massenstromes in einem sehr engen Toleranzbereich erfolgen.
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Die zumindest eine Erhöhung oder Vertiefung als Grundöffnung am Ventilsitz oder Ventilschließglied weist vor und hinter dem Anlagepunkt des Ventilschließgliedes im Ventilsitz eine gleiche Mindestlänge auf. Dadurch wird eine Drosselwirkung verhindert. Zudem ist ermöglicht, dass das Volumen über die Hubstrecke des Ventilschließgliedes konstant bleibt.
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Zur Erhöhung der Langlebigkeit einer Ventilanordnung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Vertiefung im Ventilsitz oder Ventilschließglied eine Breite aufweist, die gleich oder kleiner als die Tiefe ausgebildet ist. Dadurch wird selbst bei einem hohen, durch das Ventilschließglied auf den Ventilsitz wirkenden Druck in einer Schließstellung eine exakte Anlage ohne Verformung ermöglicht. Zumeist ist das Ventilschließglied als Stahlkugel ausgebildet und der Ventilsitz aus einer Messing- oder Aluminiumlegierung. Durch die schmale oder tiefe Ausgestaltung der Vertiefung wird einem Setzen der Randbereiche der Grundöffnung entgegengewirkt.
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Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist zur Erhöhung der Langlebigkeit einer Ventilanordnung vorgesehen, dass die zumindest eine Erhöhung als Grundöffnung am Ventilsitz oder Ventilschließglied eine Breite aufweist, die gleich oder größer als die Höhe der Erhöhung ausgebildet ist. Dadurch kann eine sichere Anlage ohne Verformung der Randbereiche der Erhöhung erzielt werden, wodurch die Maßhaltigkeit für den die Grundöffnung durchströmenden Massenstrom aufrechterhalten bleibt.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele 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:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Expansionsventils mit einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung,
- 2a - c eine vergrößerte Darstellungen einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Ventilanordnung in 1,
- 3a - c eine vergrößerte Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Ventilanordnung in 1,
- 4a eine schematische Darstellung eines Bearbeitungsvorganges zur Herstellung einer Grundöffnung in einem Expansionsventil gemäß 1,
- 4b eine schematische Darstellung eines alternativen Bearbeitungsvorganges zur Einbringung einer Grundöffnung in einem Expansionsventil gemäß 1,
- 5a eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform eines Expansionsventils zu 1,
- 5b eine vergrößerte Schnittdarstellung einer Ventilanordnung des Expansionsventils gemäß 5a und
- 5c eine schematische Seitenansicht auf ein Ventilschließglied gemäß 5b.
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In 1 ist beispielhaft ein Expansionsventil 11 dargestellt. Dieses umfasst ein Gehäuse 12 mit einer ersten Kühlmitteleinlassöffnung 14, einer ersten Kühlmittelauslassöffnung 16 und einem die erste Kühlmitteleinlassöffnung 14 und die erste Kühlmittelauslassöffnung 16 verbindenden Kühlmittelkanal 17. In dem Gehäuse 12 ist des Weiteren eine zweite Kühlmitteleinlassöffnung 18 und eine zweite Kühlmittelauslassöffnung 19 vorgesehen, die durch einen zweiten Kühlmittelkanal 21 miteinander verbunden sind. An die erste Kühlmitteleinlassöffnung 14 ist die Austrittsseite eines Verflüssigers 22 angeschlossen, dessen Eintrittsseite mit der Austrittsseite eines Kompressors 23 verbunden ist. Die Eintrittsseite des Kompressors 23 steht mit einer Austrittsseite eines Verdampfers 24 in Verbindung.
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Das Gehäuse 12 des Expansionsventils 11 weist einen Gehäuseabschnitt 26 auf, der sich in das Gehäuseinnere und in einen Teil des Kältemittelkanals 17 erstreckt. In den Gehäuseabschnitt 26 ist eine Reguliervorrichtung 27 einsetzbar. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Reguliervorrichtung 27 zur Verringerung des Bauraumes vorteilhafterweise vollständig in dem Gehäuse 12 integriert. Die Reguliervorrichtung 27 kann zusätzlich durch eine Wegerzeugungseinrichtung und ein Abschaltventil betätigbar sein.
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Die Reguliervorrichtung 27 umfasst eine Regulierschraube 31, welche bevorzugt über ein Gewinde an dem Gehäuseabschnitt 26 angreift. In einem Regulierraum 33 ist eine Ventilanordnung 36 vorgesehen, welche einen am Gehäuse 12 angeordneten Ventilsitz 37 umfasst. In dem Ventilsitz 37 ist in einer Schließposition 38 ein Ventilschließglied 39 positioniert. Das Ventilschließglied 39 ist als Kugelventil ausgebildet. Das Ventilschließglied 39 umfasst unter anderem ein Dämpfungselement 41, welches in einem Bohrungsabschnitt 40 angreifende Dämpfungslaschen 43 aufweist und mit einer in dem Bohrungsabschnitt 40 angeordneten Regulierfeder 42 in Verbindung steht. Das Ventilschließglied 39 schließt in der Schließposition 38 eine Durchtrittsöffnung 44, welche zwischen der ersten Kühlmitteleinlassöffnung 14 und der ersten Kühlmittelauslassöffnung 16 vorgesehen ist.
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Zur Betätigung des Ventilschließgliedes 39 ist eine als Thermokopf ausgebildete Betätigungseinrichtung 46 vorgesehen, welche über einen Übertragungsstift 47 auf das Ventilschließglied 39 einwirkt und die Ventilanordnung 36 öffnet und schließt. Die Verwendung eines Thermokopfes als Betätigungseinrichtung 46 ist gemäß 1 nur beispielhaft und nicht für jede Art von Expansionsventilen zwingend erforderlich.
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In den 2a bis c ist schematisch vergrößert eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung 36 dargestellt. Die Ventilanordnung 36 weist eine Vertiefung 52 als eine Bypassöffnung oder Grundöffnung 51 im Ventilsitz 37 auf. Beispielhaft ist im Ventilsitz 37 eine Vertiefung 52 dargestellt. Es können ebenso mehrere gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang verteilte Vertiefungen 52 im Ventilsitz 37 und/oder Ventilschließglied 39 vorgesehen sein. Das Ventilschließglied 39 ist in einer Schließposition 38 angeordnet und strichliniert dargestellt. Der im Anlagepunkt 54 wirkenden Querschnitt 56 der Vertiefung 52 im Ventilsitz 37 bestimmt den Massenstrom beziehungsweise die Literleistung pro Stunde des Kältemittels, welches bei einer geschlossenen Ventilanordnung 36 durch die Grundöffnung 51 von dem Regulierraum 33 hindurchtritt und zum Verdampfer gelangt. Dadurch zirkuliert ein Massenstrom an Kältemittel durch die zu 1 beschriebene Klimaanlage, wodurch bewirkt wird, dass aufgrund der in dem Kältemittel mitgeführten Emulsionen eine Schmierung der Komponenten 22, 23, 24 in dem Kreislauf einer Klimaanlage gegeben ist.
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Die Grundöffnung 51 erstreckt sich von der Durchtrittsöffnung 44 aus entlang dem kegelförmigen Ventilsitz 37. Bevorzugt entspricht der Neigungswinkel des Bodens 58 der Vertiefung 52 dem Neigungswinkel des kegelförmigen Ventilsitzes 37. Durch die dargestellte Anordnung der Grundöffnung 51 ist ein konstanter Volumenstrom gegeben, der ohne eine Drosselwirkung die geschlossene Ventilanordnung 36 durchströmt.
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Die in den 2a bis c dargestellte Grundöffnung 51 kann beispielsweise mit einem als Fräskopf ausgebildeten spanenden Werkzeug in einem Arbeitsgang durch Abtragen eingebracht werden. Der Fräskopf weist bevorzugt einen Radius auf, der dem Radius 61 der eingebrachten Grundöffnung 51 entspricht, und wird exzentrisch zur Längsmittelachse 62 auf die kegelförmige Fläche des Ventilsitzes 37 zubewegt. Der Fräskopf weist vorteilhafterweise zur Stirnseite hin verlaufende kegelförmige Schneiden auf, so dass durch eine Zustellbewegung längs der Längsmittelachse 62 oder rechtwinklig zur Längsmittelachse 62 eine Grundöffnung 51 eingebracht wird. Durch die Verwendung des spanenden Werkzeuges erfolgt keine Beeinflussung der Nachbarbereiche beziehungsweise der angrenzenden Flächen des Ventilsitzes 37. Darüber hinaus kann eine exakte Dimensionierung der Grundöffnung 51 erfolgen. Der die Grundöffnung durchströmende Massenstrom kann auf eine Toleranz von kleiner +/- 20 % des vorgegebenen Massenstroms eingestellt werden. Je größer der die Grundöffnung 51 durchströmende Massenstrom ist, desto kleiner wird der Toleranzbereich. Durch die erfindungsgemäße Bearbeitung können Genauigkeiten bis in den µm-Bereich erzielt werden. Alternativ kann eine derartige Vertiefung auch durch einen bahngesteuerten Abtragprozess erfolgen, bei dem ein Werkzeug eingesetzt wird, welches im Radius kleiner als die Vertiefung 52 ist. Derartig exakte Bearbeitungsvorgaben lassen sich durch Umformung der Ventilsitzfläche nicht ermöglichen.
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In den 3a bis c ist schematisch eine alternative Ausgestaltung einer Grundöffnung 51 zu den 2a bis c dargestellt. Diese Grundöffnung wird durch eine Fräsbearbeitung hergestellt. Ein Fräswerkzeug 67 wird beispielsweise oberhalb dem Ventilsitz 37 positioniert und durch eine ausschließliche Zustellbewegung entlang der Z-Achse gemäß Pfeil z in den Ventilsitz 37 eingebracht. Das Werkzeug 67 wird vorteilhafterweise derart zugeführt, dass seine Rotationsachse 68 außerhalb der Fläche des Ventilsitzes 37 positioniert ist, so dass ein geringer Eingriff des Werkzeuges 67 zum Abtragen am Ventilsitz 37 und gegebenenfalls an der Bohrungswand der Durchgangsöffnung 44 gegeben ist. Das Werkzeug 67 weist vorteilhafterweise an seiner Stirnseite gerundete Schneiden auf, wodurch ermöglicht ist, dass entsprechend der Geometrie der Schneide ein gerundeter Auslauf der Vertiefung 51 in die Bohrungswand der Durchgangsöffnung 44 ermöglicht ist.
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Beispielsweise sind in den 3b und 3c zwei Vertiefungen dargestellt, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Alternativ können auch mehrere, vorteilhafterweise symmetrisch einander gegenüberliegenden oder symmetrisch über den Umfang verteilt angeordnete Vertiefungen 52 vorgesehen sein, um die Grundöffnung 51 auszubilden. Die Anordnung von mehreren Vertiefungen 52 zur Bildung einer Grundöffnung 51 weist den Vorteil auf, dass eine gleichmäßige Kraftbeaufschlagung aufgrund des durchströmenden Massenstromes auf das Ventilschließglied 39 gegeben ist, wodurch das Ventilschließglied 39 wiederum koaxial zur Durchgangsöffnung 44 geführt wird, um gleichmäßig in einer Schließposition zur Anlage im Ventilsitz 37 zu gelangen. Dadurch kann die Langlebigkeit erhöht werden.
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Durch die abtragende Bearbeitung ist eine werkzeugabhängige Fertigung ermöglicht, die sehr präzise und in reproduzierbarer Weise durchgeführt werden kann. Zusätzlich wird sowohl die Gratbildung als auch die Materialverdrängung, wie beispielsweise beim Umformen, vermieden. Des Weiteren können sehr vielfältige Geometrien der Vertiefungen 52 zur Bildung der Grundöffnung 51 durch die Auswahl entsprechender Werkzeuge 67 geschaffen werden.
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In 4a ist schematisch ein Bearbeitungsvorgang zum Einbringen einer Vertiefung 52 in einen Ventilsitz 37 durch ein spanabhebendes Werkzeug 67 dargestellt. Dieses Werkzeug wird über eine Bahnsteuerung geführt, um die vorgegebene Geometrie der Vertiefung 52 in den Ventilsitz 37 einzubringen. Beispielsweise erfolgt zunächst eine Zustellbewegung des Werkzeuges 67 gemäß Pfeil A. Im Anschluss daran kann eine Bewegungsrichtung gemäß Pfeil B erfolgen, um an einem in die Durchgangsöffnung 44 mündenden Abschnitt der Vertiefung 52 die spanabhebende Bearbeitung zu beginnen. Zur Ausgestaltung eines beispielsweise parallel zur Oberfläche des Ventilsitzes 37 verlaufenden Bodens 58 der Vertiefung 52 wird das Werkzeug 67 in Pfeilrichtung C geführt. Am Ende dieses Verfahrweges wird das Werkzeug 67 gemäß Pfeilrichtung D senkrecht nach oben abgehoben, wodurch ein Auslauf des Ventilsitzes 37 gebildet wird. Diese Bearbeitungsreihenfolge kann auch mehrfach wiederholt werden, um beispielsweise mit einem Werkzeug 67, das einen kleineren Durchmesser als die Vertiefung 52 aufweist, eine Bearbeitung durchzuführen. Die einzelnen Bearbeitungsschritte können auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen. In Abhängigkeit des betragsmäßigen Abtragens an Material bei einem Bearbeitungsschritt kann auch ein stufenweiser Abtrag erfolgen, so dass bei jedem Arbeitsvorgang nur eine geringe Zustellung zum Abtrag an Material erforderlich ist.
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In 4b ist eine alternative Ausführungsform zur Herstellung einer Vertiefung 52 dargestellt. Bei beispielsweise einem kegelförmigen Werkzeug 67 kann die Geometrie der Vertiefung gemäß 4a durch einen Bearbeitungsgang hergestellt werden, indem das Werkzeug geradlinig entlang einer Zustellrichtung geführt wird. Diese Zustellrichtung kann gemäß Pfeil E einer Z-Achse entsprechen. Ebenso kann dies durch eine rechtwinklig dazu vorgesehenen Raumrichtung erfolgen. Zudem kann auch eine diagonale Zustellung erfolgen, um die Vertiefung 52 herzustellen.
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In Abhängigkeit der Geometrie der Schneiden des Werkzeuges 67 kann die Bahnsteuerung einprogrammiert und ausgestaltet werden.
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Durch die vorgenannten Bearbeitungsschritte lassen sich exakte Geometrien für die Grundöffnung 51 und somit exakte Massenströme einstellen. Gleichzeitig ist durch die Verwendung der Werkzeuge eine variable Herstellung der Grundöffnung 51 in der Geometrie ermöglicht.
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Das erfindungsgemäße Abtragen von Material in einem Ventilsitz und/oder einem Ventilschließglied einer Ventilanordnung kann alternativ auch durch chemisches Abtragen und/oder durch eine Schleifbearbeitung erfolgen. Des Weiteren kann auch eine Kombination des spanenden Abtragens, der Schleifbearbeitung und/oder des chemischen Abtragens gegeben sein.
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In 5a ist eine alternative Ausführungsform eines Expansionsventils 11 dargestellt. Die 5b und c zeigen eine schematisch vergrößerte Darstellung einer alternativen Ventilanordnung 36 des Expansionsventils 11 gemäß 5a. Das Expansionsventil 11 weist in einem Ventilgehäuse 12 eine Kühlmitteleinlassöffnung 14 und eine Kühlmittelauslassöffnung 16 auf, die über eine Durchtrittsöffnung 44 miteinander verbunden sind. In dem Kühlmitteleinlass 14 ist eine Reguliervorrichtung 27 vorgesehen. Diese kann eingepresst, eingeklebt, eingeschraubt oder durch weitere Hilfsmittel, wie durch eine Schraub- oder Klemmverbindung, befestigt sein. Die Reguliervorrichtung 27 umfasst einen Ventilsitz 37, dem ein Ventilschließglied 39 zugeordnet ist. Das Ventilschließglied 39 ist durch einen Führungsabschnitt 71 in einem Abschnitt 72 der Reguliervorrichtung 27 geführt. Am Ende des Führungsabschnittes 71 schließt sich ein Halteabschnitt 73 zur Aufnahme einer Einstellvorrichtung 77 an. Zwischen der Einstellvorrichtung 77 und dem Ventilsitz 37 beziehungsweise einem Gehäuseabschnitt 78 der Reguliervorrichtung 27 ist eine Rückstelleinrichtung 79 angeordnet. Die Einstellvorrichtung 77 ermöglicht die Einstellung der Rückstellkraft, welche bevorzugt durch eine Druckfeder erzielt wird.
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Die Reguliervorrichtung 27 weist zwischen dem Ventilsitz 37 und dem Führungsabschnitt 71 Querbohrungen 81 auf, die mit der Durchtrittsöffnung 44 in Verbindung stehen. Im Übergangsbereich zwischen den Querbohrungen 81 und dem Ventilsitz 37 ist das Ventilschließglied 39 gegenüber dem geführten Abschnitt 71 verjüngt ausgebildet, so dass das Kältemittel zur Durchtrittsöffnung 44 gelangt.
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Das Ventilschließglied 39 weist einen kegelförmigen Schließkörper auf, der ringförmig mit einem Ventilsitz 37 schließt. Die in 5a dargestellte Form des Ventilschließgliedes 39 ermöglicht eine selbstzentrierende Positionierung des Ventilschließgliedes 39 zum Ventilsitz 37.
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Das Ventilschließglied 39 weist gemäß 5c zumindest eine Vertiefung 52 zur Ausgestaltung einer Grundöffnung 51 auf. Dadurch durchströmt ein vorbestimmter Massenstrom des Kältemittels die Reguliervorrichtung 27. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel in 4b und 4c sind quadratische oder rechteckförmige Nuten in dem Ventilschließglied 39 eingebracht. Alternativ können auch halbkreisförmige Vertiefungen, elliptische Vertiefungen oder weitere mehreckige Vertiefungen eingebracht werden. Die Anzahl und Geometrie der Vertiefungen 52 sind auf den jeweiligen Einsatzzweck und den geforderten Massenstrom abzustellen.
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In 5b und c können die Vertiefungen ebenfalls im Ventilsitz 37 vorgesehen sein, wobei dann das Ventilschließglied 39 eine kegelförmige Mantelfläche ohne Vertiefungen aufweist.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass sowohl der Ventilsitz 37 als auch das Ventilschließglied 39 Vertiefungen umfassen, damit der geforderte Massenstrom die Ventilanordnung 36 durchströmt.
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Die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele zur Ausgestaltung von Grundöffnungen 51 in Form von Vertiefungen gelten in Analogie für Erhöhungen. Dabei ist immer eine Gesamtbetrachtung bezüglich der Einstellung des Massenstromes erforderlich, wobei das Volumen des Massenstromes sowohl durch Erhöhungen und/oder Vertiefungen als Grundöffnungen in dem Ventilsitz 37 oder in dem Ventilschließglied 39 oder im Ventilsitz 37 und Ventilschließglied 39 ermöglicht ist. Sofern mehrere Grundöffnungen 51 erforderlich sind, können diese in ihrer Geometrie auch voneinander abweichen und die Erhöhungen und Vertiefungen beliebig kombiniert werden.
