WO2008000370A1 - Regulator valve for an r744-based air-conditioning system - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a control valve for the refrigerant R 744 according to the preamble of claim 1.
- Valves, z Such control valves are used as actuators in compressors with variable stroke and as an expansion device.
- Valves, z. As electronically controllable, serve as essential actuators in the control loop of the air conditioning system. With their help, the refrigerant flow is metered in response to an electrical signal or a large pressure difference between valve inlet and outlet is set.
- the R 744 circuit can be transcritically operated at high pressures and still be compact.
- the actuators must be characterized by a very good pressure balance and have only very low internal leakage values.
- characteristics should be adapted to the control task. That The opening cross section generated during the stroke should be able to be influenced accordingly depending on the flow rate. It is essential that the materials used have excellent compatibility with the refrigerant and the refrigerator oils used.
- R 744 requires, in particular for the expansion valve, a pressure-resistant design of all its components to prevent external leakage of the refrigerant.
- R 744 usually seals made of elastomeric material in the form of O-rings used.
- the use of plastics and elastomers, however, is problematic for components in contact with R 744, since they tend to fail due to explosive decompensation due to the diffusion of R 744. External leakage is reduced by elastomeric sealing only, not avoided.
- Valves with pressure-resistant magnet designs are known for brake valves. In conventional refrigeration systems for mobile applications thermostatically controlled expansion valves are used.
- DE 103 05 947 A1 shows a slide seat valve in the application as
- Expansion valve for air conditioning.
- the valve works with a modification of the gap geometry between the valve piston as a slide element and the piston guide as the seat of the slide.
- the arrangement operates essentially according to the valve principle of valves, whereby high leakage losses are implied.
- DE 102 55 740 A1 shows a directly controlled proportional pressure relief valve, in which an actuating rod with a sealing body by means of an armature of a proportional solenoid is actuated.
- the actuating rod is gimbal-mounted in the armature and guided in a housing-side leadership. Between the actuating rod and the housing-side guide and between the actuating rod and the armature, a radial clearance is provided, wherein the first game is less than the second game.
- DE 100 27 171 A1 shows a solenoid valve with an actuating rod having an elastic axial portion between its attachment to the anchor rod and the seat disposed in a valve seat sealing body.
- the attachment is accommodated at its end portion facing the valve seat in an additional guide sleeve with play, which is arranged concentrically to the valve seat in the valve housing.
- the flexurally elastic portion allows a reduction of the transverse forces, the especially occur at the contact points of the magenta tanker with the valve sleeve.
- DE 199 17 756 A1 shows a solenoid valve with a multi-part design of an actuator rod moved by the armature of the magnet and a sealing body of the valve whose parts are supported by a joint. Between the guide and the operating rod game is provided, whereby although a reduction in friction is generated by reducing lateral forces by an eccentric position of the components, however, this articulated connection does not affect the sealing function of the sealing body and its sealing seat.
- DE 102 54 341 A1 shows a seat valve with an additional centering sleeve leading the valve tappet, which is hinged to the valve seat body. By this arrangement, the minimum radial clearance in the centering is to be reduced.
- the valve seat body forms with the inner wall of the centering a hinge connection, comparable to a universal joint, which is either concave or convex. Again, no improvement of the sealing function is provided.
- DE 41 37 123 A1 shows a pressure control valve with a variable
- valve opening cross-section The valve stem is also guided in an additional guide member, in which radially movably arranged sealing elements are provided, into which the plunger is guided radially with play, and with which it is further pressed by self-centering in the valve seat.
- the seat valves known from the valve technology do not fulfill the control quality for R 744 air conditioning circuits. You can not work with the high pressures that occur in the air conditioning circuit.
- the object is achieved in combination with the preamble by the characterizing features of claim 1.
- the proposed valve construction is characterized by very low internal
- a self-centering of the two valve components is achieved regardless of the selected sealing body shape and contouring with the sealing seat.
- the centering in the seat takes place on the one hand by an elastic or assembly-related alignment of the sealing body in the sealing seat (Materialelastizi- fact) and alternatively by a floating seat, the alignment of the sealing body is provided radially to the sealing seat.
- the elastic and assembly-related alignment of the sealing body to the sealing seat is matched to the permissible closed position of the sealing body. This results in a mechanical decoupling of the sealing body acting in the radial direction from the actuating rod.
- a function-dependent guide clearance to compensate for fit inaccuracies is provided between the guide bore and the actuating rod.
- This game is designed so that the movement of the rod is not obstructed, but at the same time a leakage of the refrigerant R744 is minimized as possible. As a result, high demands on concentricity and centricity are no longer required.
- the valve By designing the clearance between the pilot hole and the actuator Rod, the valve has a low hysteresis, since only small friction surfaces are present and they are optimally designed.
- the guide is also designed for the best possible sealing, with a possible lowest possible sliding friction of the components is sought, taking into account the use of the valve as an actuator.
- the sealing body and the seat can be structurally designed to ensure a very good seal with complete pressure compensation, i. the various components of the valve experience no additional force due to an applied pressure difference.
- the guide bore of the actuating rod seals with the least possible friction in the best possible way in order to be able to adequately fulfill the task with the lowest possible hysteresis.
- the sealing body and the seat center independently during closing of the valve.
- a sealing diameter is determined with the corresponding seat contour. Due to the geometric design of the sealing body and the seat, a flow characteristic of the control valve is characterized.
- the characteristic curve adaptation of the arrangement of the opening cross-section - stroke or the flow rate allows the valve to fulfill its role as a control element of a transcritical R 744 air conditioning circuit in an ideal way. It allows characteristic curves to be adapted to suit the task, especially in the area of fine control at low flow rates. This requires - in contrast to the known solutions - no additional slide valve with special opening contour, so that the valve can be both cost-effective and compact build because of the simple structure. The adjustment is not only at low
- the diameter of the guide bore approximately corresponds to the effective diameter of the sealing body in the sealing seat.
- Sealing body completely from the sealing seat, so as to open a much larger cross-sectional areas. This realizes a wider range of significantly higher flow rates.
- valve has different flow characteristics of the refrigerant.
- several, preferably two flow relationships can be combined in a single valve, so that the characteristics for the respective control task can be optimized.
- the sealing geometry is designed so that with a small stroke of the actuating rod only a small change in the opening area occurs - this corresponds to a flat curve of the curve stroke - opening area - while the ratio opening area / stroke with larger Hub takes higher values.
- the valve operates advantageously as a throttle valve with approximately progressive characteristic, since the effective throttle cross-section grows more than proportionally with the stroke of the valve.
- the characteristic region extending in the progressive region is also achieved by adapting the geometry of the sealing body and the sealing seat.
- the known relationship based on the flow laws for the refrigerant R 744 in the thermodynamic states at the valve inlet and outlet can be used. This relationship is based on an empirically verified theoretical description of the flow as a function of the geometry, so that different flow geometries can be derived therefrom for a corresponding geometry of the sealing body and the sealing seat. About that In addition, the requirements of the refrigerant and the materials that can be used for it must be included.
- the design of the sealing body and valve seat is advantageously carried out so that the ratio opening surface stroke is variable over the stroke.
- a sealing body with sections of different cone angle is used, alternatively contours can be introduced into the seat or sealing body, which are preferably applied mechanically (embossing, etc.) or chemically (etching, etc.).
- the actuating rod has an elastic section extending in the axial direction, which extends between the sealing body and the actuating device, so that the sealing body can center itself in the seat.
- the radial orientation of the sealing body can have an elastic region between the guide bore and the sealing body.
- the centricity of the sealing body and seat is ensured, whereby the Diszentrizi- ity of the sealing body in the seat can be significantly improved.
- the leadership of the operating rod seals with the least friction best possible to meet the task adequately as a control element with the lowest hysteresis.
- the sealing seat can be arranged radially elastically displaceable in a further preferred embodiment. Only when it is closed by the sealing body, it is then fixed radially.
- the sealing seat is designed so that the body itself is used as a guide for the seat. The seat is moved while until an optimal seal is achieved.
- the seat can initially be performed radially floating, but then be set during assembly under constant measurement of the leakage in an optimal position. This setting takes place so that there is no radial displacement.
- the actuating rod and the sealing body are a component.
- the arranged in the direction of the inlet and outlet of the valve head of the rod is used as a sealing body in the form of a cylindrical body, for.
- As a needle as a conical body in the form of a cone with a positive or alternatively negative negative cone angle or as a ball.
- the sealing body may be designed as a separate component, which is loosely connected to the actuating rod.
- the sealing body can also be slightly aligned with radial play to the seat.
- the actuating rod acts in this case as a plunger.
- Needle the sealing diameter with the corresponding seat is determined by the shape. Due to the geometric design of the needle and seat, as already explained above, the flow characteristic is characterized.
- the needle may e.g. be purely cylindrically shaped or alternatively may have an additional cone or truncated cone at its tip.
- the needle and seat are structurally designed so that a very good seal is ensured with complete pressure compensation, so that no additional force due to applied pressure differences occur.
- the cylindrical end of the needle can be rounded so that a defined contact line is created between the sealing body and the seat.
- a correspondingly shaped sealing cone can be attached to the needle point.
- a conical body, a cone, with a positive or alternatively negative cone angle can be used as the sealing body.
- the sealing diameter is determined together with the corresponding seat by the latter. Due to the geometric design of the sealing body and the seat, the flow characteristic can also be influenced in this embodiment.
- the cone angle is executed with the smallest possible angle or paraboloid. The determination of the cone angle takes place in an optimization calculation which precludes an optimal design on the one hand the possible self-locking of the cone, On the other hand, however, allows the finest possible resolution of the signal behavior in the control process.
- the complete emersion of the sealing cone from its seat is advantageously carried out at a positive cone angle, whereby the required wide range is achieved with significantly higher flow rates.
- the structural design of the seat in the conical version is designed so that a very good seal is ensured without the occurrence of additional force effects due to applied pressure differences. This is achieved by rounding the seat so that a defined contact line is created between the sealing body and the seat. To achieve a complete pressure equalization, the diameter of the guide of the actuating rod is determined so that it corresponds to the actual sealing diameter. Consequently, the seat may also preferably be provided as separate components in this embodiment, or the actuating rod and the sealing cone may be designed as different components.
- the seat may also be listed as a cone, which is blunter than the conical sealing body. This creates a perfect pressure equalization between the two valve parts.
- the sealing cone has different cone angles in sections.
- a pointed cone is required for a small stroke, while a blunt cone is required for a long stroke.
- the sealing body may be designed as a ball, wherein the sealing diameter is fixed together with the corresponding seat by the latter. Due to a geometric design of the seat, the flow characteristic can be influenced.
- the ball can be pressed either against a spring by the actuating rod designed as a plunger or the ball is held by means of the force of the spring in the open state and pressed by the force of the actuator.
- the seat meets the requirements for a good seal and as possible no additional force due to applied pressure differences, two variants of the sealing contour can be realized constructively.
- the seat can be made rounded, so that a defined contact line between the sealing body and the seat is formed, on the other hand, the seat can be made sharp-edged without rounding or conical bevel.
- the control valve is designed as a solenoid valve.
- the actuating device comprises a proportionally operating lifting magnet with a pushing armature piston, at whose front side facing the inflow and outflow the actuating rod extends in the axial direction. It is a 2/2-way valve throttle valve, whereby the sealing body can work in both the "normally open” and "normally closed” versions.
- Fig. 1 shows a cross-sectional view of the invention
- FIG. 2 shows a detail from FIG. 1
- Fig. 3 shows a schematic diagram of the execution as a needle valve
- Fig. 4 shows the illustration of Fig. 3 in a dipping position of the needle valve.
- Fig. 5 shows a schematic diagram of the execution as a conical seat valve with a negative cone angle.
- Fig. 6 shows a variant of Fig. 5 with rounded seat.
- FIG. 7 shows conical contours for characteristic curve influencing in a schematic diagram.
- Fig. 8 shows a schematic diagram of the execution as a ball valve.
- 1 shows a schematic diagram in the form of a longitudinal cross-section through an inventive control valve 1, which is used as an expansion element or as a valve of a multi-evaporator - air conditioning system in an air conditioner application.
- the control valve 1 serves to regulate the high pressure in a transcritical CO 2 air conditioning cycle in mobile applications. This happens because the refrigerant in the expansion valve 1 is selectively throttled to a lower pressure (expansion element). The internal pressure of the refrigerant is thereby reduced in an isenthalpic expansion.
- the valve 1 has an inlet and a drain 2 in the form of channels, the connection of which can be opened or closed in the desired manner via a sealing body 3a and sealing seat 3b, wherein intermediate positions can also be regulated analogously.
- Inlet or outlet 2 respectively form the high and low pressure side of the valve 1, depending on the direction of the refrigerant. Since the valve can be flowed through bidirectionally, the inlet and the outlet 2 each have the same reference numerals. The throttling of the refrigerant takes place inside the valve.
- the valve functions are actuated electromagnetically by a cup-shaped electromagnet 4 shown in the right-hand area of FIG. 1 by means of a reciprocating piston 5, which is driven by an externally arranged magnetic coil 6 with yoke 24, which are acted upon by a plug element 7 with a corresponding drive signal.
- the electromagnet 4 forms the actuating device 17 for the valve 1.
- the electromagnet 4 is surrounded by a flux-conducting housing 8, in which a magnetic coil 6 and the plug element 7 are integrated, with which the magnet 4 is energized.
- the housing 8 thus forms a space which is closed inwardly by a coaxial with the axis of the armature piston 5 cup-shaped sleeve 9, which serves as a guide for the Hubbewe- movement of the armature 5, wherein the open end of the sleeve 9 in the direction of the lifting movement of the armature 5 is arranged.
- the bottom of the case is spherical is executed.
- the electromagnet 4 is closed at its right end by a stroke limiter 12 for the spherical sleeve bottom.
- the open end of the sleeve 9 is mounted directly on the outer wall of the control cone 10 of the electromagnet 4, wherein the control cone 10 and the associated pole 13 are in turn part of a valve block 11, in which all valve functional means of the expansion valve 1 are integrated.
- Control cone 12 and pole 13 thus form an adapter for the valve block 11.
- the cone 12 When the valve block 11 is made of a non-magnetic material, the cone 12 must be made of magnetizable material and, other than shown in FIG. 1, as a separate part. It is then joined to the valve block 11 and sealed separately.
- the sleeve 9 of the electromagnet 4 and the valve block 11 are designed as separate components, which are joined via a junction pressure and free of leakage.
- both components can also be designed as a compact unitary component that does not require a joint.
- connection between sleeve 9 and control cone 10 is preferably cohesively. This not only creates a pressure-resistant anchor interior, but also a safe external leakage-free valve interior. In this way, can be dispensed with an - additional, for example, elastomeric - sealing the armature space by means of O-rings, so that the assembly can be simplified and carried out process reliable.
- the armature piston 5 has the pressure relief during the stroke in the axial (18 a) and radial (18 b) direction extending holes. At the arranged in the direction of the control cone 10 end face of the armature piston 5 projects in the axial direction of an actuating rod 23 for the arranged at the other end sealing body 3a.
- the valve block has an axial through bore 25 into which the actuating rod 23 is guided.
- the valve block 11 has a further through-bore 21 parallel to the guide bore 25.
- the valve 1 comprises several seals in the form of O-rings.
- the first O-ring seal 14 seals off the flux-guiding housing 8 from the armature interior of the electromagnet 4, another seal 14 seals off the junction of the housing with the valve block 11, which in turn is sealed off from the outside world by a further pair of O-ring seals 20.
- the region of the valve block 11, which comprises the inlet and outlet 2 with the sealing body 3a and the sealing seat 3b, is shown enlarged in FIG.
- the sealing seat 3b is designed in the representation of FIG. 2 as a radial disc whose axial extent comprises the sealing contour 27 with that of the sealing body 3a, which is provided with the reference numeral 28.
- the sealing seat 3b is designed in the representation of FIG. 2 as a separate component, which is arranged radially floating, whereby an elastic or assembly-related radial alignment of the sealing body 3a is provided to the sealing seat 3b. He is thus initially stored radially with clearance and then radially fixed at closure by the sealing body 3a.
- the sealing body 3a has in Fig.
- FIGS. 2 In addition to the conical shapes of the sealing body 3a shown in FIG. 2, further variants of the sealing body and the associated sealing seat 3b are shown in FIGS. For simplicity, only schematic diagrams of the different design of the sealing body 3a are shown, wherein the same functions are provided with the same reference numerals.
- Fig. 3 shows the variant of the sealing body 3a as a cylindrical body which defines a needle 30, which - due to their shape - a sealing diameter 38 (see also Fig. 8) with the corresponding sealing seat 3b.
- the needle 30 has at its tip an additional truncated cone 31, whereby the flow characteristic of the valve 1 can be characterized.
- the sealing contour 27, 28 of both the Dichtgropers 3a and 3b of the seat are parallel, so that a complete contact of the two contours is ensured at closure.
- the needle 30 is separated as a separate component from the actuation rod 23, not shown in FIG. 3, which in this case acts like a plunger 40 (see also FIG. 8) on the rear end of the needle 30 when activated.
- a compression spring 32 is provided as a counterforce for the magnetic force acting on the needle 30.
- the compression spring 32 is provided at the rear end of the needle 30 on a holder 33 coaxially around the needle 30 is arranged and is supported in an axial recess 34 of the guide bore 25.
- FIG. 4 shows the embodiment of Fig. 3 with a blunt needle point, wherein the needle 30 is completely out of the seat 3b, whereby a significantly larger cross-sectional area is opened.
- the diameter of the guide bore 25 is almost equal to the sealing diameter 38 on the seat 3b.
- Fig. 5 to Fig. 7 are schematic diagrams of the sealing body 3a with its seat 3b as a conical body, wherein the sealing diameter 38 (see Fig. 8) is fixed together with the corresponding seat by the seat 3b.
- the geometric configuration of the sealing body 3a and the seat 3b influences the flow characteristic.
- the sealing body 3a in Fig. 5, as the illustration in Fig. 2 designed as a cone 35, but here with a negative cone angle, the cone 35 is designed with a small amount angle.
- the seat 3b a rounding 36 of its sealing contour 27. It is - as already mentioned in the description of FIG. 2, designed as a separate component, which is inserted into the flat spring insert 26 (see FIG. 2) and is mounted radially with play.
- FIG. 7 in the left-hand illustration, a sealing body / sealing seat arrangement with a curved contour 27, 28 is sketched both for the sealing body 3a and for the sealing seat 3b, the curvature between the two contours being different.
- the right-hand illustration shows an arrangement of a sealing body contour 27 with different pitches, which abuts against a rectangular sealing seat edge 38.
- a ball 39 was used as a sealing body 3a, wherein the sealing diameter 38 is fixed together with the sealing seat 3b by the latter.
- the diameter of the guide bore 25 corresponds to that of the sealing diameter 38.
- the seat 3b is provided as a separate component.
- the actuating rod 23 has at its end facing the ball 39 a plunger 40, so that the sealing body 3a and the actuating rod 23 are different components.
- the invention has been explained with reference to an acting as an actuator electromagnet. Besides this form of activation, activation by other types of actuators also belongs to the invention. It is not limited to the embodiments described above, but is often variable within the scope of the disclosure. All new, in the description and / or the drawing disclosed individual and combination features are considered essential to the invention.
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Abstract
The invention relates to a regulator valve for the R744 coolant for regulating a high pressure difference between an inlet and outlet (2) of the coolant in the valve (1), having an activation device (17) which activates an activation rod (23) in a drilled guide hole (25) arranged in the valve (1) and extending in the axial direction, said rod having a sealing body (3a) on end thereof facing the inlet and outlet (2), wherein by means of a lifting motion of the activation rod (23), the sealing body (3a) opens or closes off sealing seat (3b) thereof and thereby the inlet and outlet (2) thereof, with a small functionally appropriate amount of guiding play being provided between the drilled guide hole (25) and the activation rod (23) to compensate for inaccuracies in the fit. The invention is characterized by a radial alignment of the sealing body (3a) to the sealing seat (3b), that is either elastic or determined by the assembly, and is matched to the permitted closing position of the sealing body (3b), wherein during assembly, the sealing seat is first mounted with play and is subsequently radially fixed when the sealing body (3a) is placed thereon.
Description
Regelventil für R 744-Klimasysteme Control valve for R 744 air conditioning systems
Die Erfindung betrifft ein Regelventil für das Kältemittel R 744 entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a control valve for the refrigerant R 744 according to the preamble of claim 1.
Solche Regelventile werden als Stellglieder in Kompressoren mit variablem Hub und als Expansionsorgan eingesetzt. Ventile, z. B. elektronisch steuerbare, dienen als wesentliche Stellglieder im Regelkreis des Klimasys- tems. Mit ihrer Hilfe wird der Kältemittelstrom in Abhängigkeit eines elektrischen Signals dosiert bzw. es wird eine große Druckdifferenz zwischen Ven- tilzu- und -ablauf eingestellt.Such control valves are used as actuators in compressors with variable stroke and as an expansion device. Valves, z. As electronically controllable, serve as essential actuators in the control loop of the air conditioning system. With their help, the refrigerant flow is metered in response to an electrical signal or a large pressure difference between valve inlet and outlet is set.
Anders als bei Klimaanlagen mit klassischen Kältemitteln, die in der Regel im unterkritischen Bereich betrieben werden, kann der R 744-Kreislauf transkritisch bei hohen Drücken betrieben werden und trotzdem kompakt bauen. Abhängig von den spezifischen Anforderungen des Klimasystems müssen die Stellglieder durch einen sehr guten Druckausgleich charakterisiert sein und nur sehr geringe innere Leckagewerte aufweisen. Daneben sollen Kennlinien an die Regelaufgabe adaptiert werden können. D.h. der beim Hub erzeugte Öffnungsquerschnitt soll in Abhängigkeit vom Durchfluss - Strom entsprechend beeinflussbar sein. Unerlässlich ist, dass die verwendeten Materialien eine hervorragende Verträglichkeit mit dem Kältemittel und den verwendeten Kältemaschinenölen aufweisen.Unlike air conditioning systems with conventional refrigerants, which are generally operated in the subcritical range, the R 744 circuit can be transcritically operated at high pressures and still be compact. Depending on the specific requirements of the air conditioning system, the actuators must be characterized by a very good pressure balance and have only very low internal leakage values. In addition, characteristics should be adapted to the control task. That The opening cross section generated during the stroke should be able to be influenced accordingly depending on the flow rate. It is essential that the materials used have excellent compatibility with the refrigerant and the refrigerator oils used.
Die hohe Drucklage bei R 744 bedingt besonders für das Expansions- ventil eine entsprechend druckfeste Auslegung aller seiner Komponenten zur Vermeidung externer Leckagen des Kältemittels. Hierzu werden in anderen Anwendungen als R 744 üblicherweise Abdichtungen aus elastomeren Material in Form von O- Ringen verwendet. Die Verwendung von Kunstoffen und Elastomeren ist aber für Bauteile, die in Berührung mit R 744 stehen, prob- lematisch, da sie wegen des Eindiffundierens von R 744 zum Versagen durch explosive Dekompensation neigen.
Externe Leckagen wird durch elastomere Abdichtung nur reduziert, nicht vermieden. Ventile druckfester Magnetausführungen sind für Bremsventile bekannt. Bei konventionellen Kälteanlagen für mobile Anwendungen werden thermostatisch geregelte Expansionsventile eingesetzt. DE 103 05 947 A1 zeigt ein Schiebersitzventil in der Anwendung alsThe high pressure level of R 744 requires, in particular for the expansion valve, a pressure-resistant design of all its components to prevent external leakage of the refrigerant. For this purpose, in other applications than R 744 usually seals made of elastomeric material in the form of O-rings used. The use of plastics and elastomers, however, is problematic for components in contact with R 744, since they tend to fail due to explosive decompensation due to the diffusion of R 744. External leakage is reduced by elastomeric sealing only, not avoided. Valves with pressure-resistant magnet designs are known for brake valves. In conventional refrigeration systems for mobile applications thermostatically controlled expansion valves are used. DE 103 05 947 A1 shows a slide seat valve in the application as
Expansionsventil für eine Klimaanlage. Das Ventil arbeitet mit einer Modifikation der Spaltgeometrie zwischen dem Ventilkolben als Schieberelement und der Kolbenführung als Sitz des Schiebers. Die Anordnung arbeitet im Wesentlichen nach dem Schieberprinzip von Ventilen, wodurch hohe Leckage- Verluste impliziert sind.Expansion valve for air conditioning. The valve works with a modification of the gap geometry between the valve piston as a slide element and the piston guide as the seat of the slide. The arrangement operates essentially according to the valve principle of valves, whereby high leakage losses are implied.
Aus der Ventiltechnik sind Sitzventile bekannt, die einen vollständigen, hermetisch dichte Absperrung eines Volumenstromes ermöglichen. Nachteilig istjedoch, dass sie für anspruchsvolle Regelaufgaben nicht ideal geeignet sind. DE 102 55 740 A1 zeigt ein direktgesteuerte proportionales Druckbegrenzungsventil, bei dem eine Betätigungsstange mit einem Dichtkörper mittels eines Ankers eines Proportionalmagneten betätigbar ist. Die Betätigungsstange ist kardanisch im Anker abgestützt und in einer gehäuseseiti- gen Führung geführt. Zwischen Der Betätigungsstange und der gehäusesei- tigen Führung sowie zwischen der Betätigungsstange und dem Anker ist ein radiales Spiel vorgesehen, wobei das erste Spiel geringer ist als das zweite Spiel. Damit wird eine Reibungsminderung durch Reduktion von Querkräften durch die exzentrische Lage der Bauteile verhindert. Die Lagerung des Dichtkörpers im Sitz erfolgt gelenkig. DE 100 27 171 A1 zeigt ein Elektromagnetventil mit einer Betätigungsstange, die einen elastischen axialen Abschnitt zwischen ihrem Befestigung an der Ankerstange und dem in einem Ventilsitz sitz angeordneten Dichtkörper. Die Befestigung ist an ihrem dem Ventilsitz zugewandten Endabschnitt in einer zusätzlichen Führungshülse spielbehaftet aufgenommen, die konzentrisch zum Ventilsitz im Ventilgehäuse angeordnet ist. Der biegeelastische Abschnitt ermöglicht dabei eine Reduzierung der Querkräfte, die
insbesondere an den Kontaktstellen des Magentankers mit dem der Ventilhülse auftreten. Eine Beeinflussung der Dichtfunktion bzw. die exakte Zentrierung oder Ausrichtung des Dichtkörpers zum Dichtsitz wird durch den elastischen Abschnitt nicht erzielt bzw. verbessert. DE 199 17 756 A1 zeigt einen Elektromagnetventil mit einer mehrteiligen Ausführung einer durch den Anker des Magneten bewegten Betätigungsstange und einem Dichtkörper des Ventils, deren Teile durch ein Gelenk gelagert sind. Zwischen der Führung und der Betätigungsstange ist ein Spiel vorgesehen, wodurch zwar eine Reibungsminderung durch Reduktion von Querkräften durch eine exzentrischen Lage der Bauteile erzeugt wird, jedoch wirkt sich diese gelenkartige Verbindung nicht auf die Dichtfunktion des Dichtkörpers und dessen Dichtsitz aus.From the valve technology poppet valves are known, which allow a complete, hermetically sealed shutoff of a flow. The disadvantage, however, is that they are not ideally suited for demanding control tasks. DE 102 55 740 A1 shows a directly controlled proportional pressure relief valve, in which an actuating rod with a sealing body by means of an armature of a proportional solenoid is actuated. The actuating rod is gimbal-mounted in the armature and guided in a housing-side leadership. Between the actuating rod and the housing-side guide and between the actuating rod and the armature, a radial clearance is provided, wherein the first game is less than the second game. This prevents a reduction in friction by reducing transverse forces due to the eccentric position of the components. The storage of the sealing body in the seat is articulated. DE 100 27 171 A1 shows a solenoid valve with an actuating rod having an elastic axial portion between its attachment to the anchor rod and the seat disposed in a valve seat sealing body. The attachment is accommodated at its end portion facing the valve seat in an additional guide sleeve with play, which is arranged concentrically to the valve seat in the valve housing. The flexurally elastic portion allows a reduction of the transverse forces, the especially occur at the contact points of the magenta tanker with the valve sleeve. An influence on the sealing function or the exact centering or orientation of the sealing body to the sealing seat is not achieved or improved by the elastic portion. DE 199 17 756 A1 shows a solenoid valve with a multi-part design of an actuator rod moved by the armature of the magnet and a sealing body of the valve whose parts are supported by a joint. Between the guide and the operating rod game is provided, whereby although a reduction in friction is generated by reducing lateral forces by an eccentric position of the components, however, this articulated connection does not affect the sealing function of the sealing body and its sealing seat.
DE 196 25 349 A1 zeigt eine weitere gelenkartige Verbindung zwischen der Betätigungsstange und dem Anker eines magnetbetätigten Sitz- ventils. Zum Ausgleich von Passungsungenauigkeiten bezüglich der Dichtung in der Schließlage weist die Betätigungsstange gegenüber ihrer Führung im Anker ein Spiel auf.DE 196 25 349 A1 shows a further articulated connection between the actuating rod and the armature of a solenoid-operated seat valve. To compensate for fit inaccuracies with respect to the seal in the closed position, the actuating rod against their leadership in the anchor on a game.
DE 102 54 341 A1 zeigt ein Sitzventil mit einer den Ventilstößel führenden zusätzlichen Zentrierhülse, die gelenkig am Ventilsitzkörper befestigt ist. Durch diese Anordnung soll das minimale Radialspiel in der Zentrierhülse verkleinert werden. Der Ventilsitzkörper bildet mit der Innenwand der Zentrierhülse eine Gelenkverbindung, vergleichbar einem Kardangelenk, das entweder konkav oder konvex geformt ist. Auch hier ist keine Verbesserung der Dichtfunktion vorgesehen. DE 41 37 123 A1 zeigt ein Drucksteuerventil mit einem veränderbarenDE 102 54 341 A1 shows a seat valve with an additional centering sleeve leading the valve tappet, which is hinged to the valve seat body. By this arrangement, the minimum radial clearance in the centering is to be reduced. The valve seat body forms with the inner wall of the centering a hinge connection, comparable to a universal joint, which is either concave or convex. Again, no improvement of the sealing function is provided. DE 41 37 123 A1 shows a pressure control valve with a variable
Ventilöffnungsquerschnitt. Der Ventilstößel ist ebenso in einem zusätzlichen Führungsteil geführt, in dem radial beweglich angeordnete Dichtelemente vorgesehen sind, in die radial der Stößel mit Spiel geführt ist, und mit denen er ferner durch Selbstzentrierung in den Ventilsitz hineingedrückt wird.
Die aus der Ventiltechnik bekannten Sitzventile, erfüllen jedoch nicht die Regelgüte für R 744-Klimakreise. Sie können nicht mit den bei dem Klimakreislauf auftretenden hohen Drücken arbeiten.Valve opening cross-section. The valve stem is also guided in an additional guide member, in which radially movably arranged sealing elements are provided, into which the plunger is guided radially with play, and with which it is further pressed by self-centering in the valve seat. The seat valves known from the valve technology, however, do not fulfill the control quality for R 744 air conditioning circuits. You can not work with the high pressures that occur in the air conditioning circuit.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein kostengünstiges Regelventil in druckfester Ausführung für das Kältemittel R 744 vorzusehen, das geringste innerer Leckagen des Dichtkörpers gegenüber seinem Dichtsitz aufweist und eine mögliche Kennlinienbeeinflussung ermöglicht. Die Aufgabe wird in Kombination mit dem Oberbegriff durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Die vorgeschlagene Ventilkonstruktion ist durch sehr geringe innereIt is the object of the invention to provide a cost-effective control valve in pressure-resistant design for the refrigerant R 744, which has the lowest internal leakage of the sealing body with respect to its sealing seat and allows a possible characteristic influencing. The object is achieved in combination with the preamble by the characterizing features of claim 1. The proposed valve construction is characterized by very low internal
Leckagewerte im geschlossenen Zustand charakterisiert. Externe Leckagen treten nicht auf. Dies gilt auch bei hohen Absolutdrücken und großen Druckdifferenzen.Leakage values characterized in the closed state. External leaks do not occur. This also applies to high absolute pressures and large pressure differences.
Durch die erfinderische Anordnung wird unabhängig von der gewähl- ten Dichtkörperform und Konturierung mit dem Dichtsitz eine Selbstzentrierung der beiden Ventilbauteile erzielt. Hierzu ist im Gegensatz zum Stand der Technik nur ein einfacher Ventilaufbau mit kostengünstigen Bauteilen erforderlich. Die Zentrierung im Sitz erfolgt zum einen durch eine elastische oder montagebedingte Ausrichtung des Dichtkörpers im Dichtsitz (Materialelastizi- tat) und alternativ durch einen schwimmenden Sitz, wobei die Ausrichtung des Dichtkörpers radial zum Dichtsitz vorgesehen ist. Die elastische und montagebedingte Ausrichtung des Dichtkörpers zum Dichtsitz ist auf die zulässige Schließlage des Dichtkörpers abgestimmt. Damit erfolgt eine in radialer Richtung wirkende mechanische Entkopplung des Dichtkörpers von der Betätigungsstange. Zusätzlich ist zwischen der Führungsbohrung und der Betätigungsstange ein funktionsbedingtes Führungsspiel zum Ausgleich von Passungsungenauigkeiten vorgesehen. Dieses Spiel ist so ausgerichtet, dass die Bewegung der Stange nicht behindert wird, jedoch gleichzeitig eine Lecklage des Kältemittels R744 möglichst minimiert wird. Dadurch sind hohe Anforderungen an den Rundlauf und die Zentrizität nicht mehr erforderlich. Durch die Auslegung des Spieles zwischen Führungsbohrung und Betäti-
gungsstange weist das Ventil eine geringe Hysterese auf, da nur geringe Reibungsflächen vorhanden sind und diese optimal ausgelegt sind. Die Führung wird zudem auf eine möglichst gute Abdichtung ausgelegt, wobei eine unter Berücksichtigung des Einsatzes des Ventils als Stellglied eine mög- liehst geringe Gleitreibung der Bauteile angestrebt wird.Due to the inventive arrangement, a self-centering of the two valve components is achieved regardless of the selected sealing body shape and contouring with the sealing seat. For this purpose, in contrast to the prior art only a simple valve assembly with low-cost components is required. The centering in the seat takes place on the one hand by an elastic or assembly-related alignment of the sealing body in the sealing seat (Materialelastizi- fact) and alternatively by a floating seat, the alignment of the sealing body is provided radially to the sealing seat. The elastic and assembly-related alignment of the sealing body to the sealing seat is matched to the permissible closed position of the sealing body. This results in a mechanical decoupling of the sealing body acting in the radial direction from the actuating rod. In addition, a function-dependent guide clearance to compensate for fit inaccuracies is provided between the guide bore and the actuating rod. This game is designed so that the movement of the rod is not obstructed, but at the same time a leakage of the refrigerant R744 is minimized as possible. As a result, high demands on concentricity and centricity are no longer required. By designing the clearance between the pilot hole and the actuator Rod, the valve has a low hysteresis, since only small friction surfaces are present and they are optimally designed. The guide is also designed for the best possible sealing, with a possible lowest possible sliding friction of the components is sought, taking into account the use of the valve as an actuator.
Dichtkörper und Sitz können konstruktiv so gestaltet werden, dass eine sehr gute Abdichtung bei vollständiger Druckkompensation sichergestellt ist, d.h. die verschiedenen Komponenten des Ventils erfahren keine zusätzliche Kraftwirkung durch eine anliegende Druckdifferenz. Die Führungsboh- rung der Betätigungsstange dichtet bei geringster Reibung bestmöglich ab, um die Aufgabe mit geringster Hysterese adäquat erfüllen zu können. Dichtkörper und Sitz zentrieren sich selbständig während des Schließens des Ventils.The sealing body and the seat can be structurally designed to ensure a very good seal with complete pressure compensation, i. the various components of the valve experience no additional force due to an applied pressure difference. The guide bore of the actuating rod seals with the least possible friction in the best possible way in order to be able to adequately fulfill the task with the lowest possible hysteresis. The sealing body and the seat center independently during closing of the valve.
Durch die Form des Dichtkörpers wird ein Dichtdurchmesser mit der entsprechenden Sitzkontur festgelegt. Durch die geometrische Gestaltung des Dichtkörpers und des Sitzes wird eine Durchflusskennlinie des Regelventils charakterisiert. Die Kennlinienanpassung der Anordnung Öffnungsquerschnittes - Hub bzw. des Durchflussstromes ermöglicht es, dass das Ventil seiner Aufgabe als Regelorgan einer transkritischen R 744 - Klimakrei- ses in idealer Weise nachkommen kann. Es ermöglicht Kennlinien besonders im Bereich der Feinsteuerung bei geringen Durchflussmengen aufgabengerecht anzupassen. Hierzu bedarf es - im Gegensatz zu den bekannten Lösungen - keines zusätzlichen Schieberventils mit spezieller Öffnungskontur, so dass das Ventil wegen des einfachen Aufbaues sowohl kostengünstig als auch kompakt bauen kann. Die Anpassung erfolgt nicht nur bei geringenDue to the shape of the sealing body, a sealing diameter is determined with the corresponding seat contour. Due to the geometric design of the sealing body and the seat, a flow characteristic of the control valve is characterized. The characteristic curve adaptation of the arrangement of the opening cross-section - stroke or the flow rate allows the valve to fulfill its role as a control element of a transcritical R 744 air conditioning circuit in an ideal way. It allows characteristic curves to be adapted to suit the task, especially in the area of fine control at low flow rates. This requires - in contrast to the known solutions - no additional slide valve with special opening contour, so that the valve can be both cost-effective and compact build because of the simple structure. The adjustment is not only at low
Durchflussmengen, sondern auch für im Regelbereich hohe Durchflüsse, die während spezieller Betriebszustände des Klimasystems unumgänglich sein können.Flow rates, but also for in the control range high flow, which may be unavoidable during special operating conditions of the air conditioning system.
In einer vorteilhaften Ausführung entspricht der Durchmesser der Füh- rungsbohrung in etwa dem Wirkdurchmesser des Dichtkörpers im Dichtsitz. Damit wird neben der Abdichtung auch ein vollständiger Druckausgleich er-
zielt, welcher für die Anwendung im R 744 - Klimakreislauf notwendig ist. Durch den verbesserten Druckausgleich erfahren die verschiebbaren Komponenten des Ventils keine zusätzliche Kraftwirkung durch anliegende Druckdifferenzen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung taucht derIn an advantageous embodiment, the diameter of the guide bore approximately corresponds to the effective diameter of the sealing body in the sealing seat. Thus, in addition to the sealing, a complete pressure equalization is also achieved. which is necessary for use in the R 744 - air conditioning cycle. Due to the improved pressure compensation, the displaceable components of the valve experience no additional force due to applied pressure differences. In a further advantageous embodiment of the invention, the dives
Dichtkörper vollständig aus dem Dichtsitz auf, um somit eine erheblich größere Querschnittsflächen zu öffnen. Damit wird ein breiterer Bereich deutlich höherer Durchflüsse realisiert.Sealing body completely from the sealing seat, so as to open a much larger cross-sectional areas. This realizes a wider range of significantly higher flow rates.
Eine zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass das Ventil unterschiedliche Durchflusskennlinien des Kältemittels aufweist. Damit können mehrere, vorzugsweise zwei Durchflusszusammenhänge in einem einzigen Ventil kombiniert werden, so dass die Kennlinien für die jeweilige Regelaufgabe optimiert werden können. Zur Gewährung der Steuerbarkeit bei sehr geringen Durchflüssen wird die Dichtgeomet- rie so ausgeführt, dass bei kleinem Hub der Betätigungsstange nur eine geringe Änderung der Öffnungsfläche erfolgt, - dies entspricht einem flachen Verlauf der Kurve Hub - Öffnungsfläche - während das Verhältnis Öffnungsfläche / Hub mit größerem Hub höhere Werte einnimmt.An additional advantageous embodiment of the invention results from the fact that the valve has different flow characteristics of the refrigerant. Thus, several, preferably two flow relationships can be combined in a single valve, so that the characteristics for the respective control task can be optimized. To provide controllability at very low flow rates, the sealing geometry is designed so that with a small stroke of the actuating rod only a small change in the opening area occurs - this corresponds to a flat curve of the curve stroke - opening area - while the ratio opening area / stroke with larger Hub takes higher values.
Im oberen Bereich des Regelbereiches arbeitet das Ventil vorteilhaft als Drosselventil mit angenähert progressiver Kennlinie, da der wirksame Drosselquerschnitt mehr als proportional mit dem Hub des Ventils wächst. Auch der im progressiven Bereich verlaufende Kennlinenbereich erfolgt durch Anpassung der Geometrie des Dichtkörpers und des Dichtsitzes.In the upper region of the control range, the valve operates advantageously as a throttle valve with approximately progressive characteristic, since the effective throttle cross-section grows more than proportionally with the stroke of the valve. The characteristic region extending in the progressive region is also achieved by adapting the geometry of the sealing body and the sealing seat.
Zur Auslegung der Geometrie des Ventils und des notwendigen Hubes zum Auftauchen des Dichtkörpers kann der bekannte Zusammenhang auf der Basis der Durchflussgesetze für das Kältemittel R 744 in den thermody- namischen Zuständen am Ventilein- bzw. -auslauf verwendet werden. Dieser Zusammenhang beruht auf einer empirisch abgesicherten theoretischen Beschreibung des Durchflusses in Abhängigkeit von der Geometrie, so dass für eine entsprechende Geometrie des Dichtkörpers und des Dichtsitzes verschiedene Durchflussgeometrien hiervon abgeleitet werden können. Darüber
hinaus sind die Erfordernisse des Kältemittels und die für dieses verwendbare Werkstoffe einzubeziehen. Die Gestaltung von Dichtkörper und Ventilsitz wird vorteilhaft so ausgeführt, dass das Verhältnis Öffnungsfläche- Hub über den Hub variabel ist. Hierzu wird vorzugsweise ein Dichtkörper mit ab- schnittsweise unterschiedlichem Kegelwinkel verwendet, alternativ hierzu können in Sitz oder Dichtkörper Konturen eingebracht werden, die vorzugsweise mechanisch (Prägen etc.) oder chemisch (Ätzen etc.) aufgebracht werden.To interpret the geometry of the valve and the necessary stroke for the appearance of the sealing body, the known relationship based on the flow laws for the refrigerant R 744 in the thermodynamic states at the valve inlet and outlet can be used. This relationship is based on an empirically verified theoretical description of the flow as a function of the geometry, so that different flow geometries can be derived therefrom for a corresponding geometry of the sealing body and the sealing seat. About that In addition, the requirements of the refrigerant and the materials that can be used for it must be included. The design of the sealing body and valve seat is advantageously carried out so that the ratio opening surface stroke is variable over the stroke. For this purpose, preferably a sealing body with sections of different cone angle is used, alternatively contours can be introduced into the seat or sealing body, which are preferably applied mechanically (embossing, etc.) or chemically (etching, etc.).
Um die Zentrizität von Dichtkörper und -sitz sicherzustellen, weist in einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung die Betätigungsstange einen in axialer Richtung sich erstreckenden elastischen Abschnitt auf, der sich zwischen dem Dichtkörper und der Betätigungseinrichtung erstreckt, damit sich der Dichtkörper im Sitz selbst zentrieren kann.In order to ensure the centricity of the sealing body and seat, in a further advantageous variant of the invention the actuating rod has an elastic section extending in the axial direction, which extends between the sealing body and the actuating device, so that the sealing body can center itself in the seat.
Alternativ oder zusätzlich kann in einer weiteren vorteilhaften Ausfüh- rung die radiale Ausrichtung des Dichtkörpers einen elastischen Bereich zwischen der Führungsbohrung und dem Dichtkörper aufweisen. Damit wird die Zentrizität von Dichtkörper und Sitz sichergestellt, wodurch die Selbstzentrizi- tät des Dichtkörpers im Sitz noch wesentlich verbessert werden kann. Die Führung der Betätigungsstange dichtet bei geringster Reibung bestmöglich ab, um die Aufgabe als Regelorgan mit geringster Hysterese adäquat erfüllen zu können.Alternatively or additionally, in a further advantageous embodiment, the radial orientation of the sealing body can have an elastic region between the guide bore and the sealing body. Thus, the centricity of the sealing body and seat is ensured, whereby the Selbstzentrizi- ity of the sealing body in the seat can be significantly improved. The leadership of the operating rod seals with the least friction best possible to meet the task adequately as a control element with the lowest hysteresis.
Neben dem Dichtkörper kann auch in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Dichtsitz radial elastisch verschieblich angeordnet sein. Erst bei Verschluß durch den Dichtkörper wird er anschließend radial fixiert. Der Dichtsitz wird so ausgeführt, dass der Körper selbst als Führung für den Sitz verwendet wird. Der Sitz wird dabei solange bewegt, bis eine optimale Abdichtung erreicht ist. Alternativ dazu kann der Sitz zunächst radial schwimmend ausgeführt werden, dann aber während der Montage unter ständigem Messen der Leckage in einer optimalen Position festgesetzt werden. Dieses Festsetzen erfolgt dabei so, dass dabei keine radiale Verlagerung erfolgt.
Üblicherweise sind die Betätigungsstange und der Dichtkörper ein Bauteil. Der in Richtung des Zu- und Ablaufes des Ventils angeordnet Kopf der Stange ist als Dichtkörper in Form eines zylindrischen Körpers, z. B. als Nadel, als konischer Körper in Form eines Kegels mit positivem oder alterna- tiv negativem Kegelwinkels oder als Kugel ausgeführt.In addition to the sealing body, the sealing seat can be arranged radially elastically displaceable in a further preferred embodiment. Only when it is closed by the sealing body, it is then fixed radially. The sealing seat is designed so that the body itself is used as a guide for the seat. The seat is moved while until an optimal seal is achieved. Alternatively, the seat can initially be performed radially floating, but then be set during assembly under constant measurement of the leakage in an optimal position. This setting takes place so that there is no radial displacement. Usually, the actuating rod and the sealing body are a component. The arranged in the direction of the inlet and outlet of the valve head of the rod is used as a sealing body in the form of a cylindrical body, for. As a needle, as a conical body in the form of a cone with a positive or alternatively negative negative cone angle or as a ball.
Alternativ hierzu kann der Dichtkörper als separates Bauteil ausgeführt sein, welches lose mit der Betätigungsstange verbunden ist. Damit kann der Dichtkörper auch geringfügig mit radialem Spiel zum Sitz hin ausgerichtet werden. Die Betätigungsstange wirkt in diesem Falle als Stößel. Bei der Ausführung des Dichtkörpers als zylindrischer Körper, z. B. alsAlternatively, the sealing body may be designed as a separate component, which is loosely connected to the actuating rod. Thus, the sealing body can also be slightly aligned with radial play to the seat. The actuating rod acts in this case as a plunger. In the execution of the sealing body as a cylindrical body, for. B. as
Nadel, wird der Dichtdurchmesser mit dem entsprechenden Sitz durch die Form bestimmt. Durch die geometrische Gestaltung von Nadel und Sitz wird, wie oben schon dargelegt, die Durchflusskennlinie charakterisiert. Die Nadel kann z.B. rein zylindrisch geformt sein oder kann alternativ an ihrer Spitze einen zusätzlichen Kegel oder -Kegelstumpf aufweisen.Needle, the sealing diameter with the corresponding seat is determined by the shape. Due to the geometric design of the needle and seat, as already explained above, the flow characteristic is characterized. The needle may e.g. be purely cylindrically shaped or alternatively may have an additional cone or truncated cone at its tip.
Nadel und Sitz werden konstruktiv so gestaltet, dass eine sehr gute Abdichtung bei vollständiger Druckkompensation sichergestellt ist, damit keine zusätzliche Kraftwirkung durch anliegende Druckdifferenzen auftreten. Um dies zu erreichen kann das zylindrische Ende der Nadel gerundet ausge- führt sein, so das eine definierte Berührungslinie zwischen dem Dichtkörper und Sitz entsteht. Zusätzlich kann auf der Nadelspitze eine entsprechend geformter Dichtkegel angebracht werden.The needle and seat are structurally designed so that a very good seal is ensured with complete pressure compensation, so that no additional force due to applied pressure differences occur. In order to achieve this, the cylindrical end of the needle can be rounded so that a defined contact line is created between the sealing body and the seat. In addition, a correspondingly shaped sealing cone can be attached to the needle point.
In einer alternativen Variante kann als Dichtkörpers ein konischer Körper, ein Kegel, mit positivem oder alternativ dazu negativem Kegelwinkel verwendet werden. Der Dichtdurchmesser wird zusammen mit dem entsprechenden Sitz durch letzteren festgelegt. Durch die geometrische Gestaltung des Dichtkörpers und des Sitzes kann auch bei dieser Ausführung die Durchflusskennlinie beeinflusst werden. Der Kegelwinkel wird mit betragsmäßig möglichst geringen Winkel oder paraboloid ausgeführt. Die Bestimmung des Kegelwinkels erfolgt in einer Optimierungsberechnung, das eine optimale Auslegung einerseits die mögliche Selbsthemmung des Kegels ausschließt,
andererseits aber eine möglichst feine Auflösung des Signalverhaltens beim Regelprozess ermöglicht.In an alternative variant, a conical body, a cone, with a positive or alternatively negative cone angle can be used as the sealing body. The sealing diameter is determined together with the corresponding seat by the latter. Due to the geometric design of the sealing body and the seat, the flow characteristic can also be influenced in this embodiment. The cone angle is executed with the smallest possible angle or paraboloid. The determination of the cone angle takes place in an optimization calculation which precludes an optimal design on the one hand the possible self-locking of the cone, On the other hand, however, allows the finest possible resolution of the signal behavior in the control process.
Das vollständige Austauchen des Dichtkegels aus seinem Sitz erfolgt vorteilhaft bei positivem Kegelwinkel, wodurch der geforderte weite Bereich mit deutlich höheren Durchflüssen erreicht wird.The complete emersion of the sealing cone from its seat is advantageously carried out at a positive cone angle, whereby the required wide range is achieved with significantly higher flow rates.
Die konstruktive Gestaltung des Sitzes bei der Kegelausführung ist so gestaltet, dass eine sehr gute Abdichtung sichergestellt ist ohne das Auftreten von zusätzlichen Kraftwirkungen durch anliegende Druckdifferenzen. Dies wird dadurch realisiert, dass der Sitz verundet wird, so dass eine defi- nierte Berührungslinie zwischen Dichtkörper und Sitz entsteht. Zur Erzielung eines vollständigen Druckausgleiches wird der Durchmesser der Führung der Betätigungsstange so bestimmt, dass er dem tatsächlichen Dichtdurchmesser entspricht. Demzufolge kann auch bevorzugt bei dieser Ausführung der Sitz als separate Bauteile vorgesehen werden, bzw. die Betätigungsstange und der Dichtkegel können als verschiedene Bauteile ausgeführt werden.The structural design of the seat in the conical version is designed so that a very good seal is ensured without the occurrence of additional force effects due to applied pressure differences. This is achieved by rounding the seat so that a defined contact line is created between the sealing body and the seat. To achieve a complete pressure equalization, the diameter of the guide of the actuating rod is determined so that it corresponds to the actual sealing diameter. Consequently, the seat may also preferably be provided as separate components in this embodiment, or the actuating rod and the sealing cone may be designed as different components.
Alternativ kann aber auch der Sitz als Konus aufgeführt sein, der stumpfer ist als der kegelige Dichtkörper. Damit wird ein perfekter Druckausgleich zwischen den beiden Ventilteilen hergestellt.Alternatively, however, the seat may also be listed as a cone, which is blunter than the conical sealing body. This creates a perfect pressure equalization between the two valve parts.
Zur Verbesserung der Steuerbarkeit bei niedrigen Durchflüssen weist der Dichtkegel abschnittsweise verschiedene Kegelwinkel auf. Ein spitzer Kegel ist bei kleinem Hub erforderlich, während ein stumpfer Kegel hingegen bei großem Hub erforderlich ist.To improve controllability at low flow rates, the sealing cone has different cone angles in sections. A pointed cone is required for a small stroke, while a blunt cone is required for a long stroke.
In einer weiteren vorteilhaften alternativen Ausführung kann der Dichtkörper als Kugel ausgeführt sein, wobei der Dichtdurchmeser zusammen mit dem entsprechenden Sitz durch letzteren festgelegt ist. Durch eine geometrische Gestaltung des Sitzes kann die Durchflusskennlinie beeinflusst werden. Die Kugel kann dabei entweder gegen eine Feder durch die als Stößel ausgeführte Betätigungsstange aufgedrückt werden oder die Kugel wird mit Hilfe der Kraftwirkung der Feder im geöffnetem Zustand gehalten und durch die Kraft der Betätigungseinrichtung zugedrückt. Für die optimale Durchmesserbestimmung muss einerseits eine mögliche Selbsthemmung des Dichtkör-
pers ausgeschlossen werden, andererseits aber auch eine möglichst feine Auflösung des Signalverhaltens ermöglicht werden.In a further advantageous alternative embodiment, the sealing body may be designed as a ball, wherein the sealing diameter is fixed together with the corresponding seat by the latter. Due to a geometric design of the seat, the flow characteristic can be influenced. The ball can be pressed either against a spring by the actuating rod designed as a plunger or the ball is held by means of the force of the spring in the open state and pressed by the force of the actuator. For the optimal diameter determination, on the one hand, a possible self-locking of the sealing body must be ensured. pers be excluded, on the other hand, but also a fine resolution of the signal behavior are possible.
Damit der Sitz den Anforderungen auf eine gute Abdichtung und auf möglichst keine zusätzliche Kraftwirkung durch anliegende Druckdifferenzen entspricht, können zwei Varianten der Dichtkontur konstruktiv realisiert werden. Zum einen kann der Sitz verrundet ausgeführt sein, so dass eine definierte Berührungslinie zwischen Dichtkörper und Sitz entsteht, zum anderen kann der Sitz scharfkantig ohne Verrundung oder kegelige Schräge ausgeführt sein. In einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung wird das Regelventil als Magnetventil ausgeführt. Die Betätigungseinrichtung umfasst einen proportional arbeitenden Hubmagneten mit einem drückenden Ankerkolben, an dessen dem Zu- und Abfluss zugewandten Stirnseite die Betätigungsstange sich in axialer Richtung erstreckt. Es handelt sich um ein 2 / 2 Wegeventil Drosselventil, wobei der Dichtkörper sowohl in der Ausführung „stromlos offen" als auch „stromlos geschlossen" arbeiten kann.So that the seat meets the requirements for a good seal and as possible no additional force due to applied pressure differences, two variants of the sealing contour can be realized constructively. On the one hand, the seat can be made rounded, so that a defined contact line between the sealing body and the seat is formed, on the other hand, the seat can be made sharp-edged without rounding or conical bevel. In a particularly advantageous embodiment, the control valve is designed as a solenoid valve. The actuating device comprises a proportionally operating lifting magnet with a pushing armature piston, at whose front side facing the inflow and outflow the actuating rod extends in the axial direction. It is a 2/2-way valve throttle valve, whereby the sealing body can work in both the "normally open" and "normally closed" versions.
Weitere vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Zeichnung und der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Die Erfindung wird in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispieles mit verschiede- nen Varianten näher erläutert.Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims, the drawings and the following description of the figures. The invention will be explained in more detail in the form of a preferred embodiment with various variants.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung der ErfindungFig. 1 shows a cross-sectional view of the invention
Fig. 2 zeigt ein Detail aus Fig. 1FIG. 2 shows a detail from FIG. 1
Fig. 3 zeigt in einer Prinzipskizze die Ausführung als NadelventilFig. 3 shows a schematic diagram of the execution as a needle valve
Fig. 4 zeigt die Darstellung der Fig. 3 in einer austauchenden Position des Nadelventils.Fig. 4 shows the illustration of Fig. 3 in a dipping position of the needle valve.
Fig. 5 zeigt in einer Prinzipskizze die Ausführung als Kegelsitzventil mit negativem Kegelwinkel.Fig. 5 shows a schematic diagram of the execution as a conical seat valve with a negative cone angle.
Fig. 6 zeigt eine Variante von Fig. 5 mit abgerundetem Sitz.Fig. 6 shows a variant of Fig. 5 with rounded seat.
Fig. 7 zeigt in einer Prinzipskizze Kegelkonturen zur Kennlinien- beinflussung.FIG. 7 shows conical contours for characteristic curve influencing in a schematic diagram.
Fig. 8 zeigt in einer Prinzipskizze die Ausführung als Kugelventil.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze in Form eines Längsquerschnittes durch ein erfindungsgemäßes Regelventil 1 , welches als Expansionsorgan oder als Ventil eines Mehrverdampfers - Klimasystem in einer Klimaanlage Anwendung findet. Das Regelventil 1 dient dazu, den Hochdruck in einem transkriti- sehen CO2 Klimakreislauf in mobilen Anwendungen zu regeln. Dies geschieht dadurch, dass das Kältemittel in dem Expansionsventil 1 gezielt auf einen niedrigeren Druck gedrosselt wird (Expansionsorgan). Der innere Druck des Kältemittels wird dabei in einer isenthalpen Expansion reduziert. Das erfindungsgemäße Ventil 1 weist einen Zu- und einen Ablauf 2 in Form von Kanälen auf, deren Verbindung über einen Dichtkörper 3a und Dichtsitz 3b in gewünschter Weise geöffnet bzw. geschlossen werden kann, wobei auch Zwischenpositionen analog geregelt werden können. Die nähere Beschreibung der beiden der Bauteile 3a und 3b erfolgt bei der Beschreibung der Fig. 2 bis 8. Zu- bzw. Ablauf 2 bilden jeweils die Hoch- bzw. Nied- rigdruckseite des Ventils 1 , je nach Richtung des Kältemittels. Da das Ventil bidirektional durchströmt werden kann, weisen der Zu- und der Abfluss 2 jeweils dieselben Bezugszeichen auf. Die Drosselung des Kältemittels erfolgt im Ventilinneren.Fig. 8 shows a schematic diagram of the execution as a ball valve. 1 shows a schematic diagram in the form of a longitudinal cross-section through an inventive control valve 1, which is used as an expansion element or as a valve of a multi-evaporator - air conditioning system in an air conditioner application. The control valve 1 serves to regulate the high pressure in a transcritical CO 2 air conditioning cycle in mobile applications. This happens because the refrigerant in the expansion valve 1 is selectively throttled to a lower pressure (expansion element). The internal pressure of the refrigerant is thereby reduced in an isenthalpic expansion. The valve 1 according to the invention has an inlet and a drain 2 in the form of channels, the connection of which can be opened or closed in the desired manner via a sealing body 3a and sealing seat 3b, wherein intermediate positions can also be regulated analogously. The detailed description of the two of the components 3a and 3b takes place in the description of FIGS. 2 to 8. Inlet or outlet 2 respectively form the high and low pressure side of the valve 1, depending on the direction of the refrigerant. Since the valve can be flowed through bidirectionally, the inlet and the outlet 2 each have the same reference numerals. The throttling of the refrigerant takes place inside the valve.
Die Ventilfunktionen werden elektromagnetisch durch einen im rechten Bereich von Fig. 1 dargestellten, topfartigen Elektromagneten 4 mittels eines Hubkolbenankers 5 betätigt, der von einer außen angeordneten Magnetspule 6 mit Joch 24 angetrieben wird, die über ein Steckerelement 7 mit einem entsprechendem Ansteuersignal beaufschlagt werden. Der Elektromagnet 4 bildet die Betätigungseinrichtung 17 für das Ventil 1. Der Elektromagnet 4 ist von einem flussführenden Gehäuse 8 umgeben, in der eine Magnetspule 6 und das Steckerelement 7 integriert sind, mit dem der Magnet 4 bestromt wird. Das Gehäuse 8 bildet somit einen Raum, der nach innen durch eine koaxial zur Achse des Ankerkolbens 5 angeordnete topfartiges Hülse 9 abgeschlossen wird, der als Führung für die Hubbewe- gung des Ankers 5 dient, wobei das offene Ende der Hülse 9 in Richtung der Hubbewegung des Ankers 5 angeordnet ist. Der Hülsenboden ist kugelartig
ausgeführt ist. Der Elektromagnet 4 wird an seinem rechten Ende durch eine Hubbegrenzung 12 für den kugeligen Hülsenboden abgeschlossen.The valve functions are actuated electromagnetically by a cup-shaped electromagnet 4 shown in the right-hand area of FIG. 1 by means of a reciprocating piston 5, which is driven by an externally arranged magnetic coil 6 with yoke 24, which are acted upon by a plug element 7 with a corresponding drive signal. The electromagnet 4 forms the actuating device 17 for the valve 1. The electromagnet 4 is surrounded by a flux-conducting housing 8, in which a magnetic coil 6 and the plug element 7 are integrated, with which the magnet 4 is energized. The housing 8 thus forms a space which is closed inwardly by a coaxial with the axis of the armature piston 5 cup-shaped sleeve 9, which serves as a guide for the Hubbewe- movement of the armature 5, wherein the open end of the sleeve 9 in the direction of the lifting movement of the armature 5 is arranged. The bottom of the case is spherical is executed. The electromagnet 4 is closed at its right end by a stroke limiter 12 for the spherical sleeve bottom.
Das offene Ende der Hülse 9 ist direkt auf der Aussenwandung des Steuerkonus 10 des Elektromagneten 4 befestigt, wobei der Steuerkonus 10 und der zugehörige Pol 13 wiederum Teil eines Ventilblockes 11 sind, in dem alle Ventilfunktionseinrichtungen des Expansionsventils 1 integriert sind. Steuerkonus 12 und Pol 13 bilden somit einen Adapter für den Ventilblock 11. Wenn der Ventilblock 11 aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt wird, muss der Konus 12 aus magnetisierbarem Material und, an- ders als in Fig. 1 dargestellt, als separates Teil hergestellt sein. Er wird dann mit dem Ventilblock 11 gefügt und separat abgedichtet.The open end of the sleeve 9 is mounted directly on the outer wall of the control cone 10 of the electromagnet 4, wherein the control cone 10 and the associated pole 13 are in turn part of a valve block 11, in which all valve functional means of the expansion valve 1 are integrated. Control cone 12 and pole 13 thus form an adapter for the valve block 11. When the valve block 11 is made of a non-magnetic material, the cone 12 must be made of magnetizable material and, other than shown in FIG. 1, as a separate part. It is then joined to the valve block 11 and sealed separately.
In der Darstellung von Fig. 1 sind die Hülse 9 des Elektromagneten 4 und der Ventilblock 11 als separate Bauteile ausgeführt, die über eine Verbindungsstelle druck- und leckagefrei gefügt sind. Alternativ können beide Bauteile auch als ein kompaktes einheitliches Bauteil ausgeführt werden, welches keine Verbindungsstelle erforderlich macht.In the illustration of Fig. 1, the sleeve 9 of the electromagnet 4 and the valve block 11 are designed as separate components, which are joined via a junction pressure and free of leakage. Alternatively, both components can also be designed as a compact unitary component that does not require a joint.
Die Verbindung zwischen Hülse 9 und Steuerkonus 10 erfolgt vorzugsweise stoffschlüssig. Damit wird nicht nur ein druckfester Ankerinnenraum erzeugt, sondern auch ein sicher extern leckagefreier Ventilinnenraum. Auf diese Weise kann auf eine - zusätzliche, beispielsweise elastomere - Abdichtung des Ankerraumes mittels O-Ringen verzichtet werden, so dass die Montage vereinfacht und prozeßsicher durchgeführt werden kann. Der Ankerkolben 5 weist zur Druckentlastung beim Hub in axialer (18a) und radialer (18b) Richtung sich erstreckende Bohrungen auf. An der in Richtung des Steuerkonusses 10 angeordneten Stirnseite des Ankerkolbens 5 ragt in axialer Richtung eine Betätigungsstange 23 für den am anderen Ende angeordneten Dichtkörper 3a ab. Der Ventilblock weist eine axiale Durchgangsbohrung 25 auf, in die die Betätigungsstange 23 geführt ist. Zur Druckentlastung weist der Ventilblock 11 parallel zur Füh- rungsbohrung 25 eine weitere Durchgangsbohrung 21 auf.
Das Ventil 1 umfasst auf Grund seines vorgesehenen Einsatzes mehrer Abdichtungen in Form von O-Ringen. Die erste O-Ringabdichtung 14 dichtet das flussführende Gehäuse 8 gegenüber dem Ankerinnenraum des Elektromagnet 4 ab, eine weitere Abdichtung 14 die Verbindungsstelle des Gehäuses mit dem Ventilblock 11 ab, der wiederum gegenüber der Außenwelt durch eine weiteres paar von O-Ringabdichtungen 20 abgedichtet ist. Der Bereich des Ventilblockes 11 , der den Zu- und Ablauf 2 mit dem Dichtkörper 3a und dem Dichtsitz 3b umfasst, ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Durch einen axialen Hub des Ankerkolbens 5 nach links wird der Dicht- körper 3a aus seinem Sitz 3b aus der dargestellten Schliesstellung für Zu- und Ablauf 2 in eine Öffnungsstellung bewegt. Durch das am Steckerelement 7 anliegende Ansteuersignal kann die Durchlassmenge für das Kältemittel gesteuert werden. Gegen den durch Magnetkraft bewegte Betätigungsstange 23 wirkt eine Flachfeder 15 als Gegenkraft auf der Rückseite des Dichtkörpers 3a, die sich seitlich auf einen Einsatz 26 in dem Ventilblock 11 abstützt und somit den Dichtkörper 3a in den Sitz 3b drückt.The connection between sleeve 9 and control cone 10 is preferably cohesively. This not only creates a pressure-resistant anchor interior, but also a safe external leakage-free valve interior. In this way, can be dispensed with an - additional, for example, elastomeric - sealing the armature space by means of O-rings, so that the assembly can be simplified and carried out process reliable. The armature piston 5 has the pressure relief during the stroke in the axial (18 a) and radial (18 b) direction extending holes. At the arranged in the direction of the control cone 10 end face of the armature piston 5 projects in the axial direction of an actuating rod 23 for the arranged at the other end sealing body 3a. The valve block has an axial through bore 25 into which the actuating rod 23 is guided. To relieve pressure, the valve block 11 has a further through-bore 21 parallel to the guide bore 25. Due to its intended use, the valve 1 comprises several seals in the form of O-rings. The first O-ring seal 14 seals off the flux-guiding housing 8 from the armature interior of the electromagnet 4, another seal 14 seals off the junction of the housing with the valve block 11, which in turn is sealed off from the outside world by a further pair of O-ring seals 20. The region of the valve block 11, which comprises the inlet and outlet 2 with the sealing body 3a and the sealing seat 3b, is shown enlarged in FIG. By an axial stroke of the armature piston 5 to the left of the sealing body 3a is moved from its seat 3b from the illustrated closed position for inlet and outlet 2 in an open position. By the voltage applied to the plug element 7 drive signal, the passage rate for the refrigerant can be controlled. Against the magnetic rod moved by actuating rod 23 acts a flat spring 15 as a counter force on the back of the sealing body 3 a, which is laterally supported on an insert 26 in the valve block 11 and thus the sealing body 3 a in the seat 3 b suppressed.
Aus Fig. 2 ist weiter ersichtlich, dass die Betätigungsstange 23 in ihrem Bereich kurz vor dem Dichtkörper 3a eine axiale Einschürung 22 aufweist, die aus einem elastischen Material besteht und die Zentrizität des Dichtkörpers 3a und des Sitzes 3b sicherstellt. Damit wird zwischen der Führungsbohrung 25 und der Betätigungsstange 25 ein Führungsspiel zum Ausgleich von Passungenauigkeiten bezüglich der Schließlage des Dichtkörpers 3a erzielt.From Fig. 2 it is further seen that the actuating rod 23 in its region just before the sealing body 3a has an axial Einschürung 22, which consists of an elastic material and the centricity of the sealing body 3a and the seat 3b ensures. Thus, between the guide bore 25 and the actuating rod 25, a guide clearance to compensate for fit inaccuracies with respect to the closed position of the sealing body 3a is achieved.
Der Dichtsitz 3b ist in der Darstellung von Fig. 2 als radiale Scheibe ausgeführt, deren axiale Ausdehnung die Dichtkontur 27 mit der des Dichtkörpers 3a umfasst, die mit dem Bezugszeichen 28 versehen ist. Der Dichtsitz 3b ist in der Darstellung von Fig. 2 als separates Bauteil ausgeführt, das radial schwimmend angeordnet ist, wodurch eine elastische oder montagebedingte radiale Ausrichtung des Dichtkörpers 3a zum Dichtsitz 3b vorgese- hen ist. Er wird damit zunächst radial mit Spiel gelagert und anschließend bei Verschluß durch den Dichtkörper 3a radial fixiert.
Der Dichtkörper 3a hat in Fig. 2 die Form eines Kolbens mit einer in Richtung zum Dichtsitz 3b hin verlaufenden kegeligen stumpfen Spitze 29, gegen das das Ende der Betätigungsstange 23 drückt, wobei die Kegelspitze 29 durch die Flachfeder 15 in den Sitz 3b und gegen die Magnetkraft ge- drückt ist, so dass Zu- und Ablauf 2 unterbrochen sind.The sealing seat 3b is designed in the representation of FIG. 2 as a radial disc whose axial extent comprises the sealing contour 27 with that of the sealing body 3a, which is provided with the reference numeral 28. The sealing seat 3b is designed in the representation of FIG. 2 as a separate component, which is arranged radially floating, whereby an elastic or assembly-related radial alignment of the sealing body 3a is provided to the sealing seat 3b. He is thus initially stored radially with clearance and then radially fixed at closure by the sealing body 3a. The sealing body 3a has in Fig. 2 in the form of a piston with a towards the sealing seat 3b extending conical blunt tip 29 against which the end of the actuating rod 23 presses, wherein the cone tip 29 by the flat spring 15 in the seat 3b and against the Magnetic force is pressed, so that inlet and outlet 2 are interrupted.
Neben der in Fig. 2 dargestellten Kegelformen des Dichtkörpers 3a sind in den Fig. 3 bis 8 weitere Varianten des Dichtkörpers und des zugehörigen Dichtsitzes 3b dargestellt. Zur Vereinfachung sind lediglich Prinzipskizzen der unterschiedlichen Gestaltung des Dichtkörpers 3a dargestellt, wobei gleiche Funktionen mit denselben Bezugszeichen versehen sind.In addition to the conical shapes of the sealing body 3a shown in FIG. 2, further variants of the sealing body and the associated sealing seat 3b are shown in FIGS. For simplicity, only schematic diagrams of the different design of the sealing body 3a are shown, wherein the same functions are provided with the same reference numerals.
Fig. 3 zeigt die Variante des Dichtkörpers 3a als zylindrischer Körper, der als Nadel 30, die - durch ihre Form bedingt - einen Dichtdurchmesser 38 (siehe auch Fig. 8) mit dem entsprechenden Dichtsitz 3b festlegt. Die Nadel 30 weist an ihrer Spitze einen zusätzliche Kegelstumpf 31 auf, wodurch die Durchflusskennlinie des Ventils 1 charakterisiert werden kann. Die Dichtkontur 27, 28 sowohl des Dichtköpers 3a als auch die des Sitzes 3b verlaufen parallel, so dass bei Verschluss eine vollständige Berührung der beiden Konturen sichergestellt ist.Fig. 3 shows the variant of the sealing body 3a as a cylindrical body which defines a needle 30, which - due to their shape - a sealing diameter 38 (see also Fig. 8) with the corresponding sealing seat 3b. The needle 30 has at its tip an additional truncated cone 31, whereby the flow characteristic of the valve 1 can be characterized. The sealing contour 27, 28 of both the Dichtköpers 3a and 3b of the seat are parallel, so that a complete contact of the two contours is ensured at closure.
Die Nadel 30 ist als separates Bauteil von der in Fig. 3 nicht darge- stellten Betätigungsstange 23 getrennt, die in diesem Falle wie ein Stößel 40 (siehe auch Fig. 8) auf das rückwärtige Ende der Nadel 30 bei Aktivierung wirkt. Als Gegenkraft für die magnetische Krafteinwirkung auf die Nadel 30 ist jedoch - im Gegensatz zu der Darstellung aus Fig. 1 und Fig. 2 - eine Druckfeder 32 vorgesehen, die am rückwärtige Ende der Nadel 30 an einer Halte- rung 33 koaxial um die Nadel 30 angeordnet ist und sich in einer axialen Ausnehmung 34 der Führungsbohrung 25 abstützt.The needle 30 is separated as a separate component from the actuation rod 23, not shown in FIG. 3, which in this case acts like a plunger 40 (see also FIG. 8) on the rear end of the needle 30 when activated. However, in contrast to the representation of FIGS. 1 and 2, a compression spring 32 is provided as a counterforce for the magnetic force acting on the needle 30. The compression spring 32 is provided at the rear end of the needle 30 on a holder 33 coaxially around the needle 30 is arranged and is supported in an axial recess 34 of the guide bore 25.
In Fig. 4 zeigt die Ausführung von Fig. 3 mit einer stumpfen Nadelspitze, wobei die Nadel 30 vollständig aus dem Sitz 3b ausgetaucht ist, wodurch eine erheblich größere Querschnittsfläche eröffnet wird. Der Durchmesser der Führungsbohrung 25 ist nahezu gleich dem Dichtdurchmeser 38 am Sitz 3b.
In Fig. 5 bis Fig. 7 zeigen Prinzipskizzen des Dichtkörpers 3a mit seinem Sitz 3b als ein konischer Körper, wobei der Dichtdurchmesser 38 (siehe Fig. 8) zusammen mit dem entsprechenden Sitz durch den Sitz 3b festgelegt ist. Durch die geometrische Gestaltung des Dichtkörpers 3a und des Sit- zes 3b wird die Durchflusskennlinie beeinflusst.In Fig. 4 shows the embodiment of Fig. 3 with a blunt needle point, wherein the needle 30 is completely out of the seat 3b, whereby a significantly larger cross-sectional area is opened. The diameter of the guide bore 25 is almost equal to the sealing diameter 38 on the seat 3b. In Fig. 5 to Fig. 7 are schematic diagrams of the sealing body 3a with its seat 3b as a conical body, wherein the sealing diameter 38 (see Fig. 8) is fixed together with the corresponding seat by the seat 3b. The geometric configuration of the sealing body 3a and the seat 3b influences the flow characteristic.
Der Dichtkörper 3a in Fig. 5 ist, wie die Darstellung in Fig. 2 als Kegel 35 ausgeführt, hier jedoch mit negativem Kegelwinkel, wobei der Kegel 35 mit einem betragsmäßig geringen Winkel ausgeführt ist.The sealing body 3a in Fig. 5, as the illustration in Fig. 2 designed as a cone 35, but here with a negative cone angle, the cone 35 is designed with a small amount angle.
Zur Verbesserung der Abdichtung weist, wie in der Prinzipskizze von Fig. 6 argestellt ist, der Sitz 3b eine Verrundung 36 seiner Dichtkontur 27 auf. Er ist - wie schon in der Beschreibung der Fig. 2 erwähnt, als separates Bauteil ausgeführt, das in den Flachfedereinsatz 26 (siehe Fig. 2) eingesetzt ist und radial mit Spiel gelagert ist.To improve the seal has, as shown in the schematic diagram of Fig. 6, the seat 3b a rounding 36 of its sealing contour 27. It is - as already mentioned in the description of FIG. 2, designed as a separate component, which is inserted into the flat spring insert 26 (see FIG. 2) and is mounted radially with play.
In der Fig. 7 ist in der linken Darstellung eine Dichtkörper / Dichtsitz Anordnung mit gekrümmter Kontur 27, 28 sowohl für den Dichtkörper 3a als auch für den Dichtsitz 3b skizziert, wobei die Krümmung zwischen beiden Konturen unterschiedlich ist. Die rechte Darstellung zeigt eine Anordnung einer Dichtkörperkontur 27 mit unterschiedlichen Steigungen, die gegen eine rechtwinkelige Dichtsitzkante 38 stößt. Damit wird bei sehr kleinen Durch- flüssen bei kleinem Hub nur eine geringe Änderung der Öffnungsfläche und damit ein flacher Verlauf einer Kurve der Hub - Öffnungsfläche erzielt, während das Verhältnis mit größerem Hub höhere Werte annimmt.In FIG. 7, in the left-hand illustration, a sealing body / sealing seat arrangement with a curved contour 27, 28 is sketched both for the sealing body 3a and for the sealing seat 3b, the curvature between the two contours being different. The right-hand illustration shows an arrangement of a sealing body contour 27 with different pitches, which abuts against a rectangular sealing seat edge 38. Thus, at very low flows with a small stroke only a small change in the opening area and thus a flat course of a curve of the stroke - opening area is achieved, while the ratio with larger stroke assumes higher values.
In der Prinzipskizze nach Fig. 8 wurde als Dichtkörper 3a eine Kugel 39 verwendet, wobei der Dichtdurchmesser 38 zusammen mit dem Dichtsitz 3b durch letzteren festgelegt ist. Zur Erzielung eines vollständigen Druckausgleiches entspricht der Durchmesser der Führungsbohrung 25 dem des Dichtdurchmessers 38. Wie bei der Darstellung von Fig. 6 ist der Sitz 3b als separates Bauteil vorgesehen. Die Betätigungsstange 23 weist an ihrem der Kugel 39 zugewandten Ende einen Stößel 40 auf, so dass der Dichtkör- per 3a und die Betätigungsstange 23 unterschiedliche Bauteile sind.
Die Erfindung wurde an Hand eines als Betätigungseinrichtung wirkenden Elektromagneten erläutert. Neben dieser Form der Aktivierung gehört auch die Aktivierung durch andere Arten von Aktoren zu der Erfindung. Sie ist nicht auf die oben beschriebenen Ausfϋhrungsbeispiele beschränkt, son- dem im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel. Alle neuen, in der Beschreibung und /oder der Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.
In the schematic diagram of FIG. 8, a ball 39 was used as a sealing body 3a, wherein the sealing diameter 38 is fixed together with the sealing seat 3b by the latter. To achieve a complete pressure equalization, the diameter of the guide bore 25 corresponds to that of the sealing diameter 38. As in the illustration of FIG. 6, the seat 3b is provided as a separate component. The actuating rod 23 has at its end facing the ball 39 a plunger 40, so that the sealing body 3a and the actuating rod 23 are different components. The invention has been explained with reference to an acting as an actuator electromagnet. Besides this form of activation, activation by other types of actuators also belongs to the invention. It is not limited to the embodiments described above, but is often variable within the scope of the disclosure. All new, in the description and / or the drawing disclosed individual and combination features are considered essential to the invention.
Claims
Patentansprücheclaims
1 ) Regelventil für das Kältemittel R744 zur Regelung einer hohen Druckdifferenz zwischen einem Zu- und Ablauf (2) des Kältemittels im Ventil (1 ) mit einer Betätungseinrichtung (17), die in einer im Ventil 1 angeordneten und in axialer Richtung sich erstreckenden Führungsbohrung (25) eine Betätigungsstange (23) betätigt, die an ihrem dem Zu- und Ablauf (2) zugewandten Ende einen Dichtkörper (3a) aufweist, wobei durch eine Hubbewegung der Betätigungsstange (23) der Dichtkörper (3a) seinem Dichtsitz (3b) und damit den Zu- bzw. Ablauf (2) öffnet bzw. verschließt, wobei zwischen der Führungsbohrung (25) und der Betätigungsstange (23) ein funktionsbedingtes kleines Führungsspiel zum Ausgleich von Passungenauigkeiten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine elastische oder montagebedingte radiale Ausrichtung des Dichtkörpers (3a) zum Dichtsitz (3b) vorgesehen ist, die auf die zulässige Schließlage des Dichtkörpers (3b) abgestimmt ist, wobei der Dichtsitz zunächst bei der Montage radial mit Spiel gelagert ist und anschließend beim Aufsetzen des Dichtkörpers (3a) radial fixiert ist.1) control valve for the refrigerant R744 for controlling a high pressure difference between an inlet and outlet (2) of the refrigerant in the valve (1) with an actuating device (17) arranged in a valve 1 and extending in the axial direction guide bore ( 25) actuates an actuating rod (23) which at its inlet and outlet (2) end facing a sealing body (3a), wherein by a lifting movement of the actuating rod (23) of the sealing body (3a) its sealing seat (3b) and thus the inlet and outlet (2) opens or closes, wherein between the guide bore (25) and the actuating rod (23) is a function-related small guide clearance to compensate for fit inaccuracies provided, characterized in that an elastic or assembly-related radial alignment of the sealing body (3 a) is provided to the sealing seat (3 b), which is matched to the permissible closed position of the sealing body (3 b), wherein the sealing seat zunächs Is mounted radially with clearance during assembly and is then fixed radially when placing the sealing body (3a).
2) Regelventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Durch- messer der Führungsbohrung (25) in etwa dem Wirkdurchmesser des Dichtkörpers (3a) im Dichtsitz (3b) entspricht.2) Control valve according to claim 1, characterized in that the diameter of the guide bore (25) corresponds approximately to the effective diameter of the sealing body (3a) in the sealing seat (3b).
3) Regelventil nach Anspruch 1oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (3a) vollständig aus dem Dichtsitz (3b) austaucht.3) Control valve according to claim 1 or 2, characterized in that the sealing body (3a) completely from the sealing seat (3b) emerges.
4) Regelventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusskennlinie des Kältemittels einen unterschiedliches Verlauf für große und kleine Hübe aufweist.
5) Regelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Bereich des Regelbereiches das Ventil (1 ) als Drosselventil mit progressiver Kennlinie arbeitet.4) Control valve according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the flow characteristic of the refrigerant has a different course for large and small strokes. 5) Control valve according to claim 4, characterized in that in the upper region of the control range, the valve (1) operates as a throttle valve with progressive characteristic.
6) Regelventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (3a) und /oder der Dichtsitz (3b) abschnittweise eine Konturanpassung mit unterschiedlichen Winkel aufweist.6) Control valve according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the sealing body (3a) and / or the sealing seat (3b) sections a contour adjustment having different angles.
7) Regelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur- anpassung des Dichtsitzes (3b) oder des -körpers (3a) durch mechanische oder chemisch Oberflächenbearbeitung der beiden Berührungsflächen (27, 28) erfolgt.7) Control valve according to claim 6, characterized in that the contour adaptation of the sealing seat (3b) or the body (3a) by mechanical or chemical surface treatment of the two contact surfaces (27, 28).
8) Regelventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsstange (23) einen elastischen Abschnitt (19) aufweist, der sich zwischen dem Dichtkörper (3a) und einem abdichtenden Teil der Betätigungsstange (23) erstreckt.8) Control valve according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the actuating rod (23) has an elastic portion (19) which extends between the sealing body (3a) and a sealing part of the actuating rod (23).
9) Regelventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsstange (23) und der Dichtkörper (3a) unterschiedliche Bauteile sind.9) Control valve according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the actuating rod (23) and the sealing body (3a) are different components.
10) Regelventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (3a) einen zylindrischen Körper, mit einem dem Dichtsitz (3a) angepasste Dichtkontur umfasst.10) Control valve according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the sealing body (3a) comprises a cylindrical body, with a the sealing seat (3a) adapted sealing contour.
11 ) Regelventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Körper eine Nadel (30) mit gerundete oder stumpfer Nadelspitze umfasst.
12) Regelventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper einen konischen Körper mit einem dem Dichtsitz (3a) angepasste Dichtkontur (28) umfasst.11) Control valve according to claim 10, characterized in that the cylindrical body comprises a needle (30) with a rounded or blunt needle tip. 12) Control valve according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the sealing body comprises a conical body with a sealing seat (3a) adapted sealing contour (28).
13) Regelventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Körper ein Kegel (35) mit positivem oder negativem Kegelwinkel umfasst.13) A control valve according to claim 12, characterized in that the conical body comprises a cone (35) with a positive or negative cone angle.
14) Regelventil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (3b) eine verrundete Kontur (36) aufweist, die eine definierte14) A control valve according to claim 12 or 13, characterized in that the sealing seat (3b) has a rounded contour (36) having a defined
Berührungslinie zwischen Dichtkörper und Sitz umfasst.Contains contact line between the sealing body and seat.
15) Regelventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz einen Konuskontur (27) umfasst, dessen Kegelwinkel stumpfer ist als die des Dichtkörpers (3a).15) Control valve according to one or more of claims 12 to 14, characterized in that the sealing seat comprises a cone contour (27) whose cone angle is blunt than that of the sealing body (3a).
16) Regelventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der der Dichtkörper (3a) eine Kugel (39) umfasst.16) Control valve according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the sealing body (3a) comprises a ball (39).
17) Regelventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (3b) eine verrundete Kontur(36) umfasst, wobei der Sitzdurchmesser eine definierte Berührungslinie zwischen Dichtkörper und Sitz bildet.17) Control valve according to claim 16, characterized in that the sealing seat (3b) comprises a rounded contour (36), wherein the seat diameter forms a defined contact line between the sealing body and seat.
18) Regelventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicht- sitz (3b) einen Kontur (27) ohne Verrundung aufweist mit einer geraden oder kegeligen Schräge.18) Control valve according to claim 17, characterized in that the sealing seat (3b) has a contour (27) without rounding with a straight or tapered slope.
19) Regelventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (17) einen proportional be- tätigten Hubmagneten (4) mit einem kolbenartigen Anker (5) umfasst, an
dessen dem Zu und Abfluss (2) zugewandten Stirnseite die Betätigungsstange (23) sich in axialer Richtung ausragt.19) Control valve according to one or more of claims 1 to 18, characterized in that the actuating device (17) comprises a proportionally actuated lifting magnet (4) with a piston-like armature (5), on whose inlet and outlet (2) facing the end of the actuating rod (23) protrudes in the axial direction.
20) Regelventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das elekt- romagnetisch betätigte Ventil (1 ) in der Funktion „stromlos offen" arbeitet.20) A control valve according to claim 19, characterized in that the electromagnetically operated valve (1) in the function "normally open" operates.
21 ) Regelventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetisch betätigte Ventil (1 ) in der Funktion „stromlos geschlossen" arbeitet.
21) Control valve according to claim 19, characterized in that the electromagnetically actuated valve (1) in the function "normally closed" works.
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