DE19909202C1 - Expansionsventil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil für Kältemittel in Kälteanlagen, Klimaanlagen oder Wärmepumpen. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Expansionsventil (10) verfügt über eine innerhalb eines Ventilgehäuses (11) axial verschiebbar geführte Ventilstange (12), die von einem Stellmotor (13) betätigbar ist. An einem ersten Ende (16) trägt die Ventilstange (12) einen Schließkörper (18), der einen in einer ersten Ventilkammer (17) angeordneten Ventilsitz (24) in Schließstellung verschließt. An einem zweiten Ende (21) trägt die Ventilstange (12) einen Ausgleichskolben (23). Der Ausgleichskolben (23) und die Ventilöffnung (24) verfügen in etwa über gleiche Querschnittsflächen. Die erste Ventilkammer (17) und ein Motorraum (22) sind über eine Bohrung (27) miteinander verbunden. Das erfindungsgemäße Expansionsventil ist gegenüber Schwankungen im Kondensationsdruck kompensiert. Des weiteren ist das erfindungsgemäße Expansionsventil (10) biflow-fähig (Fig. 1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Expansionsventil der eingangs genannten Art ist aus der EP 0 607 953 B1 bekannt. So
sind derartige Expansionsventile in einer Kälteanlage eingangsseitig mit einem
Kondensator und ausgangsseitig mit einem Verdampfer verbunden. Das Expansionsventil
dient in einer Kälteanlage als Stellglied zur Steuerung des in der Regel sollwertabhängig
mittels eines Rechners gesteuerten Kältemittelkreislaufs. Im Expansionsventil wird das im
Kondensator verflüssigte Kältemittel, welches dem Expansionsventil unter einen
Kondensationsdruck bzw. Hochdruck zugeführt wird, auf den Druck des Verdampfers
entspannt, der auch als Niederdruck bezeichnet wird. Bei dem in der EP 0 607 953 B1
gezeigten Expansionsventils muß demnach der Stellmotor des Expansionsventils gegen
den Hochdruck und gegen eine Federkraft arbeiten, was zur Folge hat, daß das dort
gezeigte Expansionsventil von Schwankungen im Hochdruck bzw. Kondensationsdruck
abhängig ist. Der Stellmotor des dort gezeigten Expansionsventils muß demnach auf die
maximale Federkraft abgestimmt sein, welche sich bei Erhöhung des Hochdrucks bzw.
Kondensationsdrucks reduziert. Da jedoch nicht beliebig große Stellmotoren mit beliebig
großen Stellkräften eingesetzt werden können, ist das Expansionsventil gemäß EP 0 607
953 B1 zwangsläufig auf kleinere Leistungen beschränkt. Ein weiteres Expansionsventil
mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäß Anspruch 1 ist aus EP 0 714 004 A2 bekannt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein universell
einsetzbares Expansionsventil zu schaffen, welches einerseits in Anlagen hoher Kälte-
Leistung verwendet und andererseits auch im Biflow-Betrieb eingesetzt werden kann.
Dieses Problem wird durch ein Expansionsventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung. In der Beschreibung werden bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der
Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Expansionsventil nach einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematisiertem Querschnitt, und
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Expansionsventil nach einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematisiertem Querschnitt.
Das in der Fig. 1 dargestellte Expansionsventil 10 besteht aus einem im wesentlichen
zylindrischen Ventilgehäuse 11, einer innerhalb des Ventilgehäuses 11 axial verschiebbar
geführten Ventilstange 12 und einem vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildeten
Stellmotor 13 zur Betätigung der Ventilstange 12. Die vom Stellmotor 13 erzeugten
Stellkräfte sind über einen Stößel 14 auf die Ventilstange 12 übertragbar. Der Stellmotor
13 ist in einem entsprechenden Motorgehäuse 15 angeordnet.
Die Ventilstange 12 ragt mit einem ersten Ende 16 in eine erste Ventilkammer 17 des
Ventilgehäuses 11 hinein, wobei die Ventilstange 12 an diesem ersten Ende 16 einen
Schließkörper 18 trägt, der in Schließstellung gegen einen Ventilsitz 19 innerhalb der
ersten Ventilkammer 17 gedrückt ist. In Schließstellung verschließt der Schließkörper 18
den Ventilsitz 19 druckdicht. Gemäß Fig. 1 wird der Schließkörper 18 von einem
vorzugsweise innerhalb der ersten Ventilkammer 17 angeordneten Federelement 20 in der
Schließstellung gegen den Ventilsitz 19 gedrückt.
Mit einem zweiten Ende 21 ragt die Ventilstange 12 in einen Aufnahmeraum 22, den
sogenannten Motorraum, innerhalb des Motorgehäuses 15 hinein. An dem zweiten Ende 21
trägt die Ventilstange 12 einen Ausgleichskörper, der in diesem Ausführungsbeispiel als
Ausgleichskolben 23 ausgebildet ist. Der Ausgleichskolben 23 ist dabei derart bemessen,
daß er in etwa über eine gleiche Querschnittsfläche verfügt, wie eine durch den Ventilsitz
19 begrenzte Ventilöffnung 24. Aus fertigungstechnischen Notwendigkeiten ist die
Querschnittsfläche des Ausgleichskolbens 23 geringfügig kleiner wie die
Querschnittsfläche der Ventilöffnung 24, damit bei der Montage des Expansionsventils 10
die Einheit aus Ventilstange 12, Ausgleichskolben 23 sowie Schließkörper 18 durch die
Ventilöffnung 24 hindurch eingeschoben werden kann. Der Ausgleichskolben 23 ist in
einer Axialbohrung 25 geführt, die sich zwischen dem Aufnahmeraum 22 und einer
zweiten Ventilkammer 26 erstreckt, wobei die zweite Ventilkammer 26 zwischen dem
Aufnahmeraum 22 und der ersten Ventilkammer 17 angeordnet ist.
Gemäß Fig. 1 sind der Aufnahmeraum 22 und die erste Ventilkammer 17 über eine
Bohrung 27 miteinander verbunden. Hierdurch ist gewährleistet, daß im Aufnahmeraum 22
und in der ersten Ventilkammer 17 gleiche Druckverhältnisse herrschen. In Verbindung
mit dem konstruktiven Merkmal, das der Ausgleichskolben 23 und die durch den Ventilsitz
19 begrenzte Ventilöffnung 24 in etwa gleiche wirksame Querschnittsflächen aufweisen,
folgt dann unmittelbar, daß das erfindungsgemäße Expansionsventil 10 druckkompensiert
ist, d. h. die Funktionsweise des Expansionsventils 10 wird durch Schwankungen im
Kondensationsdruck bzw. Hochdruck nicht beeinflußt. Zum Öffnen des Expansionsventils
10 muß demnach der Stellmotor 13 lediglich gegen die von dem Federelement 20
bereitgestellte Schließkraft arbeiten. Der Stellmotor 13 kann demnach auch bei
Kälteanlagen großer Leistung kleingehalten werden.
Darüber hinaus folgt aus dem oben beschriebenen Konstruktionsprinzip des
erfindungsgemäßen Expansionsventils 10, daß dieses auch unter Beibehaltung der
Stellkräfte im Biflow-Betrieb eingesetzt werden kann. Das Expansionsventil 10 kann
demnach in zwei Richtungen 28 bzw. 29 durchströmt werden, was in Fig. 1 durch
entsprechende Pfeile verdeutlicht ist. Mit einer Anlage kann demnach dann im Sommer
gekühlt und im Winter geheizt werden.
Letztendlich sei noch darauf hingewiesen, daß durch die Auswahl unterschiedlicher
Konuswinkel für den Schließkörper 18 bei gleichem Querschnitt der Ventilöffnung 24
abgestufte Leistungen möglich sind. Durch eine geringe Varianz der Bauteile kann
demnach das erfindungsgemäße Expansionsventil 10 auf unterschiedliche Leistungen
eingestellt werden.
Fig. 2 zeigt ein Expansionsventil 30 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der
Erfindung, das im wesentlichen über die gleichen Baugruppen verfügt wie das
Expansionsventil 10 der Fig. 1. Für gleiche Baugruppen werden gleiche Bezugsziffern
verwendet. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird für die übereinstimmenden
Baugruppen auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Das Expansionsventil 30 der Fig. 2 unterscheidet sich vom Expansionsventil 10 der Fig. 1
durch die Ausgestaltung des Ausgleichskörper, der in diesem Ausführungsbeispiel als
Schließkörper 31 ausgebildet ist. Der Schließkörper 31 wirkt mit einem der zweiten
Ventilkammer 26 zugeordneten Ventilsitz 32 zusammen, der eine Ventilöffnung 33
zwischen zweiten der Ventilkammer 26 und dem Aufnahmeraum 22 begrenzt. Auch hier
verfügen die Ventilkörper 18 und 31 bzw. die Ventilöffnungen 24 und 33 über in etwa
gleiche wirksame Querschnittsflächen. In Verbindung mit dem Merkmal, daß im
Aufnahmeraum 22 und in der ersten Ventilkammer 17 gleiche Druckverhältnisse
herrschen, folgt dann unmittelbar, daß auch das erfindungsgemäße Expansionsventil 30
druckkompensiert ist. Auch hier wird die Funktionsweise des Expansionsventils 30 durch
Schwankungen im Kondensationsdruck bzw. Hochdruck nicht beeinflußt.
Bei den erfindungsgemäßen Kompensationsventilen 10 und 30 handelt es sich demnach
um elektrische Expansionsventile, welche gegen Schwankungen im Kondensationsdruck
und damit Hochdruck kompensiert sind sowie im Biflow-Betrieb eingesetzt werden
können. Die erfindungsgemäßen Expansionsventile 10 und 30 sind demnach universell
einsetzbar.
10
Expansionsventil
11
Ventilgehäuse
12
Ventilstange
13
Stellmotor
14
Stößel
15
Motorgehäuse
16
Ende
17
Ventilkammer
18
Schließkörper
19
Ventilsitz
20
Federelement
21
Ende
22
Aufnahmeraum
23
Ausgleichskolben
24
Ventilöffnung
25
Axialbohrung
26
Ventilkammer
27
Bohrung
28
Durchströmungsrichtung
29
Durchströmungsrichtung
30
Expansionsventil
31
Schließkörper
32
Ventilsitz
33
Ventilöffnung
Claims (9)
1. Expansionsventil für Kältemittel in Kälteanlagen, Klimaanlagen oder
Wärmepumpen, mit einem Ventilgehäuse (11), mit einer innerhalb des
Ventilgehäuses (11) axial verschiebbar geführten Ventilstange (12), und mit einem
vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildeten Stellmotor (13) zur Betätigung der
Ventilstange (12), wobei die Ventilstange (12) mit einem ersten Ende (16) in eine
erste Ventilkammer (17) hineinragt und mit einem an dem ersten Ende (16)
angeordneten Schließkörper (18) in einer Schließstellung einen Ventilsitz (19)
innerhalb der ersten Ventilkammer (17) druckdicht verschließt, und wobei die
Ventilstange (12) mit einem zweiten Ende (21) in einen Aufnahmeraum (22)
hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß:
- a) die Ventilstange (12) einen Ausgleichskörper aufweist,
- b) der Ausgleichskörper und eine durch den Ventilsitz (19) begrenzte Ventilöffnung (24) in etwa gleiche wirksame Querschnittsflächen aufweisen,
- c) in der ersten Ventilkammer (17) und im Aufnahmeraum (22) im wesentlichen gleiche Druckbedingungen herrschen.
2. Expansionsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
Ventilkammer (17) und der Aufnahmeraum (22) über eine Bohrung (27) miteinander
verbunden sind.
3. Expansionsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der ersten Ventilkammer (17) und dem Aufnahmeraum (22) eine zweite
Ventilkammer (26) vorgesehen ist.
4. Expansionsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Ventilöffnung (24) zwischen der ersten Ventilkammer (17) und der zweiten
Ventilkammer (26) erstreckt.
5. Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ausgleichskörper als Ausgleichskolben (23) ausgebildet
ist, der dem zweiten Ende (21) der Ventilstange (12) zugeordnet ist.
6. Expansionsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ausgleichskolben (23) in einer Axialbohrung (25) geführt ist, die sich zwischen der
zweiten Ventilkammer (26) und dem Aufnahmeraum (22) erstreckt.
7. Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ausgleichskörper als Schließkörper (31) ausgebildet ist.
8. Expansionsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schließkörper (31) mit einem der zweiten Ventilkammer (26) zugeordneten
Ventilsitz (32) zusammenwirkt, der eine Ventilöffnung (33) zwischen der zweiten
Ventilkammer (26) und dem Aufnahmeraum (22) begrenzt.
9. Expansionsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß innerhalb der ersten Ventilkammer (17) ein Federelement (20)
angeordnet ist, welches in der Schließstellung den Schließkörper (18) gegen den
Ventilsitz (19) drückt.
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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