Titel

Ventilvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung und ein Ventilelement für eine Ventilvorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

Es sind bereits Ventile zur Regelung eines Fluidstroms bekannt. Insbesondere die DE 10 2017 208 181 Al offenbart ein Ventil mit einer Ausnehmung an der Oberfläche.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, insbesondere ein Expansionsventil zum Regeln eines Fluidflusses eines Fluides, insbesondere für einen Kältemittelkreislauf eines Fahrzeuges, aufweisend ein Ventilelementgehäuse und ein in dem Ventilelementgehäuse angeordnetes Ventilelement, wobei das Ventilelement einen Regeldurchlass und zumindest eine Expansionsausnehmung aufweist.

Es wird vorgeschlagen, dass die Expansionsausnehmung einen ersten Expansionsabschnitt aufweist, wobei der erste Expansionsabschnitt entlang der Durchströmungsrichtung einen im Wesentlichen konstanten Strömungsquerschnitt aufweist.

Das erfindungsgemäße Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches ermöglicht in vorteilhafter Weise den kleinsten Öffnungsquerschnitt genauer und zuverlässiger einzustellen. Die Expansionsausnehmung ist so geformt, dass sie zu Beginn einen konstanten Querschnitt bereitstellen kann, wodurch die geringste Öffnung unabhängiger von Toleranzen und Hysterese ist. Auf diese Weise können kleinste Durchströmungsquerschnitte zuverlässig und sicher eingestellt werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem im Wesentlichen konstanten Strömungsquerschnitt insbesondere eine Vom Fluid durchströmte Fläche verstanden werden, welche sich über die gesamte Längsrichtung der Durchströmung nicht oder nur unwesentlich verändert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff Fluid ein Medium verstanden werden, welches in Abhängigkeit der vorliegenden thermodynamischen Bedingungen sowohl in einer flüssigen Phase als auch in einer gasförmigen Phase vorliegen kann. Bei einem Fluid der hier zur Rede stehenden Art handelt es sich um ein Wärmeträgermedium, welches innerhalb des Fluidkreislaufes zirkuliert. Insbesondere handelt es sich bei dem Fluid um ein natürliches Kältemittel, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid, Ammoniak, Propan, Butan, Propen, Wasser oder ein synthetisches Kältemittel wie beispielsweise Fluorchlorkohlenwasserstoffe oder teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem Regeldurchlass eine Öffnung im Ventilelement verstanden werden, durch welche vorzugweise ein Hauptvolumenstrom des Fluides durchströmen kann. Vorzugweise weist der Regeldurchlass einen Öffnungsquerschnitt auf, welcher um ein Vielfaches größer ist als der gemittelte Durchströmungsquerschnitt der Expansionsausnehmung. Vorzugweise erstreckt sich der erste Expansionsabschnitt über einen Umfangswinkel zwischen 5° und 15°, vorzugsweise zwischen 8° und 12°, besonders bevorzugt im Wesentlichen über 10° des Ventilelementes.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der unabhängigen Merkmale.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Ventilelement einen zweiten Expansionsabschnitt aufweist, wobei der Strömungsquerschnitt des zweiten Expansionsabschnittes entlang der Durchströmungsrichtung zunimmt, insbesondere kontinuierlich zunimmt, wobei vorzugsweise der zweite Expansionsabschnitt unmittelbar an den ersten Expansionsabschnitt angrenzt. Vorzugsweise überdecken der erste Expansionsabschnitt und der zweite Expansionsabschnitt gemeinsam einen Umfangswinkel von näherungsweise 90°.Vorzugweise ist der Regeldurchlass als Durchgangsbohrung durch das Ventilelement ausgebildet. Vorzugweise durchgreift der Regeldurchlass das Ventilelement mittig. Vorzugweise führt der Regeldurchlass von einer Ventilelementseite zur diametral gegenüberliegenden Ventilelementseite Vorzugweise ist der Regeldurchlass im Wesentlichen gerade, besonders bevorzugt im Wesentlichen vorsprungsfrei ausgebildet. Vorzugweise ist der Strömungsquerschnitt des Regeldurchlasses um ein Vielfaches, vorzugweise um mehr als ein 20-faches größer ist als der Strömungsquerschnitt des ersten Expansionsabschnittes.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Ventilelement eine erste Expansionsausnehmung und eine zweite Expansionsausnehmung aufweist, wobei die Expansionsausnehmungen an jeweils gegenüberliegenden Durchlassöffnungen des Regeldurchlasses angeordnet sind, insbesondere diametral gegenüberliegend am Ventilelement angeordnet sind. Vorzugweise sind die Expansionsausnehmungen im Wesentlichen formkongruent insbesondere formgleich ausgebildet. Aus diese Weise kann jeweils am Fluideinlass des Ventilelementgehäuses und am Fluidauslass des Ventilelementgehäuses der gleiche Abschnitt der Expansionsausnehmung jeweils am Fluideinlass beziehungsweise Fluidauslass anliegen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Expansionsausnehmung und der Regeldurchlass fluidisch miteinander verbunden ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die Expansionsausnehmungen und der Regeldurchlass innerhalb des Ventilelementes angeordnet sind. Vorzugweise ist das das Ventilelement um eine Drehachse drehbar gelagert und weist einen rotationssymmetrischen Grundkörper, vorzugsweise einen kugelförmigen oder zylinderförmigen Grundkörper auf. Vorzugweise weist der Regeldurchlass entlang der Strömungsrichtung eine erste Durchlassöffnung und eine zweite Durchlassöffnung auf, wobei die Expansionsausnehmung im Bereich einer Durchlassöffnung des Regeldurchlasses angeordnet ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der erste Expansionsabschnitt weiter von der Durchlassöffnung beabstandet ausgebildet ist, als der zweite Expansionsabschnitt, wobei vorzugweise der zweite Expansionsabschnitt fluidisch mit dem Regeldurchlass verbunden ausgebildet ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Ventilelementgehäuse zumindest eine erste Fluidöffnung und zumindest eine zweite Fluidöffnung für einen Durchfluss eines Fluidstromes aufweist, wobei die Fluidöffnungen mit einem im Gehäuseinneren angeordneten Innenvolumen fluidisch verbunden sind, wobei das Innenvolumen zwischen dem Ventilelement und dem Ventilelementgehäuse ausgebildet ist, wobei die erste Fluidöffnung als Fluideinlass ausgebildet ist und die zweite Fluidöffnung als Fluidauslass ausgebildet ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der erste Expansionsabschnitt der Expansionsausnehmung als erste Expansionsnut, insbesondere als rinnenförmige Expansionsnut in der Mantelfläche des Ventilelementes ausgebildet ist. Vorzugweise weist die Expansionsnut einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf.

Zum Ausglich von Toleranzen im Minimaldurchströmungsbereich, das heißt im Bereich der kleinsten Durchströmungsquerschnitte durch die Ventilvorrichtung ist innerhalb des ersten Expansionsabschnittes die durchströmte Fläche unabhängig vom Umfangswinkel im Wesentlich gleichbleibend ausgebildet. Mit anderen Worten der als Expansionsnut ausgebildete erste Expansionsabschnitt weist in Längserstreckungsrichtung, das heißt in Strömungsrichtung über seine gesamte Erstreckung einen konstanten Querschnitt auf. In einer Minimaldurchströmungsposition ist somit vorzugweise der erste Expansionsabschnitt der ersten Expansionsausnehmung fluidisch mit dem Fluideinlass und der zweite Expansionsabschnitt der zweiten Expansionsausnehmung fluidisch mit dem Fluidauslass verbunden ausgebildet, wobei der Regeldurchlass vollständig im Innenvolumen des Ventilelementgehäuses angeordnet ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Ventilelement um eine Drehachse drehbar ist und wobei das Ventilelement einen rotationssymmetrischen Grundkörper, vorzugsweise einen kugelförmigen oder zylinderförmigen Grundkörper aufweist. Eine solches Ventilelement lässt sich besonders einfach und kostengünstig fertigen. Vorzugsweise weist das Ventilelement einen Eingriff auf, der ein Zusammenwirken mit einem durch den elektrischen Antrieb bewegten Ventilschaft ermöglicht.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem Ventilelement insbesondere auch ein Ventilmittel oder ein Ventilkörper verstanden werden. Vorzugsweise ist das Ventilelement drehfest auf einem Ventilschaft angeordnet. Das Ventilelement ist beweglich, vorzugsweise drehbar, innerhalb des Ventilelementgehäuses angeordnet. Abhängig von der Position des Ventilelementes, insbesondere der Drehposition innerhalb des Ventilelementgehäuses, ermöglicht das Ventilelement ein Durchströmen der Ventilvorrichtung, wobei der Fluidstrom in Abhängigkeit der Ventilposition und der Durchströmungsrichtung expandiert oder komprimiert werden kann, oder ungehindert die Ventilvorrichtung durchströmen kann.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Ventilelement einen zweiten Expansionsabschnitt aufweist, wobei der Strömungsquerschnitt des zweiten Expansionsabschnittes zunimmt, insbesondere kontinuierlich zunimmt. Vorzugsweise besteht die Expansionsausnehmung aus einem ersten Expansionsabschnitt und einem zweiten Expansionsabschnitt. Der Strömungsquerschnitt des ersten Expansionsabschnittes ist kleiner als der gemittelte Strömungsquerschnitt des zweiten Expansionsabschnittes. So können insbesondere in Bereichen kleiner Strömungsdurchmesser Toleranzen des Antriebselementes besser ausgeglichen werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Regeldurchlass entlang der Strömungsrichtung eine erste Durchlassöffnung und eine zweite Durchlassöffnung aufweist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jeder der Durchlassöffnungen jeweils eine Expansionsausnehmung zugeordnet ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass jede der Durchlassöffnungen jeweils mit einer Expansionsausnehmung fluidisch unmittelbar verbunden ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der erste Expansionsabschnitt weiter von der Durchlassöffnung beabstandet ausgebildet ist, als der zweite Expansionsabschnitt.

Vorzugsweise weist das Ventil ein Trennelement auf, welches dazu ausgebildet ist, die Expansionsausnehmung und den Regeldurchlass innerhalb des Ventilelementes fluidisch voneinander zu trennen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter einem Trennelement ein Element verstanden werden, welches im Wesentlichen undurchlässig für ein Fluid der hier zur Rede stehenden Art ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Trennelement flüssigkeitsundurchlässig ausgebildet. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Trennelement innerhalb des Ventilelementes darüber hinaus auch gasundurchlässig ausgebildet ist. Dabei kann unter einem gasdurchlässigen Ventilelement ein Trennelement verstanden werden, welches lediglich eine Leckagerate zulässt, welche kleiner als 10“ ⁷ mbari/s, vorzugsweise kleiner als 10“ ⁸ mbarl/s, besonders vorzugsweise kleiner als 5 * 10 ^-8 mban' s ist. Diese Leckagerate entspricht näherungsweise einem Leckdurchmesser von 0,4pm pro 2mm Wanddicke und einem mittleren Gasverlust von näherungsweise 3cm ³ Gas im Jahr, wobei die Leckagerate beispielsweise mit einem Prüfgasleckdetektor quantitativ ermittelt werden kann. Vorzugsweise findet hierbei Helium oder Wasserstoffformiergas als Prüfmedium Anwendung. Die Trennfunktion des Trennelementes wird innerhalb des Ventilelementes bereitgestellt. Das Trennelement unterbricht dabei die fluidische Verbindung zwischen der Expansionsausnehmung und dem Regeldurchlass. Mit anderen Worten, innerhalb des durch die äußere Mantelfläche des Ventilelementes aufgespannten Innenvolumens des Ventilelementes, trennt das Trennelement im Sinne eines Sperrelementes die Expansionsausnehmung fluidisch vom Regeldurchlassvolumen ab. Zur Prüfung der Trennfunktion des Trennelementes innerhalb des Ventilelementes ist es somit vorteilhaft ein Strömungspfad außerhalb des Innenvolumens des Ventilelementes im Wesentlichen zu unterbinden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Ventilelement zumindest zwei Expansionsausnehmungen aufweist, wobei die Expansionsausnehmungen an jeweils gegenüberliegenden Durchlassöffnungen angeordnet sind, insbesondere diametral gegenüberliegend am Ventilelement angeordnet sind. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Regeldurchlass entlang der Strömungsrichtung eine erste Durchlassöffnung und eine zweite Durchlassöffnung aufweist. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in einer Minimaldurchströmungsposition, welche einer ersten Ventilposition entspricht, der erste Expansionsabschnitt einer ersten Expansionsausnehmung fluidisch mit einem Fluideinlass verbunden ist und der erste Expansionsabschnitt der zweiten Expansionsausnehmung fluidisch mit einem Fluidauslass verbunden ist und die Durchlassöffnungen des Regeldurchlasses vollständig im Innenvolumen angeordnet sind.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist am Fluideinlass und/oder am Fluidauslass ein Dichtsitz angeordnet ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Fluideinlass und/oder der Fluidauslass im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Der Dichtsitz weist vorzugsweise eine im Wesentlichen zylinderförmige Innenfläche auf, welche im Bereich der Öffnung angeordnet ist. Der Strömungswiederstand auf das strömende Fluid ist somit minimiert.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich zumindest eine Expansionsausnehmung, vorzugweise sämtliche Expansionsausnehmungen in einer Radialebene senkrecht zur Drehachse erstreckt, wobei die Expansionsausnehmung vorzugsweise in einer Symmetrieebene des Ventilelementes angeordnet ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die die Expansionsausnehmung als Expansionsnut in einer Mantelfläche des Ventilelementes ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist, dass die Expansionsausnehmung an der Oberfläche des Ventilelementes ausgebildet ist. Eine solche zumindest einseitig offene Ausnehmung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache Regelung des Fluidstromes durch das Innenvolumen des Ventilelementgehäuses in der Expansionsposition der Ventilvorrichtung. Ein besonderes druckverlustarmes Ventil kann insbesondere dadurch bereitgestellt werden, die Fluideinlass und Fluidauslass im Wesentlichen fluchtend ausgebildet sind. In der Hauptdurchströmungsposition kann das Fluid somit das Ventil ausgehend vom Fluideinlass hin zum Fluidauslass durch die gerade Regeldurchlassöffnung ungehindert, unkomprimiert und gerade durchströmen. Druckverluste sind deutlich reduziert. Die Regeldurchlassöffnung erstreckt sich vorzugsweise mittig durch die Mittellinie des Ventilelementes. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Ventilelement genau einen Regeldurchlass aufweist, wobei der Regeldurchlass im Wesentlichen gerade ausgebildet ist. Der Regeldurchlass ist im Wesentlichen krümmungsfrei, insbesondere ohne Vorsprünge und Umlenkungen ausgebildet. Durch die gerade Ausbildung des Regeldurchlasses können in vorteilhafter Weise Druckverluste beim Durchströmen des Regeldurchlasses verhindert werden. Ein besonders einfacher, strömungsoptimierter Durchlass kann dadurch bereitgestellt werden, dass der Regeldurchlass als Durchgangsbohrung durch das Ventilelement ausgebildet ist.

Ein besonders einfaches, kleines Ventil kann insbesondere dadurch bereitgestellt werden, dass die Fluidöffnungen des Ventilelementgehäuses in einer gemeinsamen Radialebene angeordnet sind. Zulaufrohre oder Zulaufflansche, welche an den Fluidöffnungen montiert werden, liegen somit vorteilhaft alle in einer Ebene. Eine solche Ventilvorrichtung kann deutlich baumraumsparender ausgebildet werden. Vorzugsweise treffen sich die Symmetrieachsen der Fluidöffnungen und die Drehachse des Ventilelementes in einen gemeinsamen Mittelpunkt.

Zeichnungen

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Ventilvorrichtung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Ventilgehäuseelementes 12,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch eine Ventilvorrichtung in einer Minimaldurchströmungsposition 51, Figur 3 ein vergrößerter Ausschnitt einer Ventilvorrichtung in einer Minimaldurchströmungsposition 51 gemäß Figur 2

Figur 4a-b Verlauf der Winkelpositionen einer Ventilvorrichtung

Beschreibung

In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 10 in einer perspektivischen Darstellung. Die Ventilvorrichtung 10 weist ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse auf, welches als Ventilelementgehäuse 12 für ein Ventilelement 14 (hier nicht dargestellt) ausgebildet ist. Das Ventilelement 14 ist beweglich, insbesondere gegenüber dem Ventilelementgehäuse 12 drehbar um eine sich im Wesentlichen in Axialrichtung 16 erstreckende Drehachse 18 gelagert.

Das Ventilelementgehäuse 12 weist im Inneren Hohlraum 20 auf, in welchem im montierten Zustand der Ventilvorrichtung 10 das Ventilelement 14 angeordnet ist. Im montierten Zustand verbleibt somit im Hohlraum 20 ein durchströmbares Innenvolumen 26 zwischen dem Ventilelement 14 und dem Ventilelementgehäuse 12. Das Ventilelementgehäuse 12 weist zwei Fluidöffnungen 22a, 22b auf. Die Fluidöffnungen 22a, 22b sind als Durchgangsöffnungen durch die Gehäusewand des Ventilelementgehäuses 12 ausgebildet.

Gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Fluidöffnungen 22a, 22b als Durchgangsbohrungen ausgebildet. Es ist auch denkbar, dass eine Ventilvorrichtung der hier zur Rede stehenden Art mehr als zwei Fluidöffnungen 22a, 22b aufweist. Gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Fluidöffnung 22a als Fluideinlass 23a ausgebildet und die die Fluidöffnung 22b als Fluidauslass 23b und die Öffnung 22c als Fluidauslass 23c ausgebildet. Wie in Figur 1 deutlich zu erkennen ist, sind die Fluidöffnungen in einer Ebene, der Radialebene 24 angeordnet. Der Fluideinlass 22a und der Fluidauslass 22b sind fluchtend angeordnet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zumindest im Bereich einer Fluidöffnungen 22a ein Dichtsitz angeordnet. Der Dichtsitz ist vorzugsweise als Dichtring ausgebildet, welcher im Öffnungsquerschnitt der zumindest einen Öffnung 22a, 22b angeordnet ist. Der Dichtsitz ist dabei vorzugsweise in einem dem Innenvolumen 26 zugewandten Bereich der zumindest einen Fluidöffnung 22a, 22b angeordnet und umschließen in Umfangsrichtung die Fluidöffnung 22a, 22b im Wesentlichen vollständig. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die erste Fluidöffnung 22a einen ersten Dichtsitz 27a und die zweite Fluidöffnung 22b einen zweiten Dichtsitz 27b auf. Es ist auch denkbar, dass sämtliche Fluidöffnung 22a, 22b jeweils einen entsprechenden Dichtsitz 27a, 27b aufweisen.

Wie in Figur 1 zu erkennen ist, weist das Ventilelementgehäuse 12 eine Durchführung 31 für einen Ventilschaft 32 auf, welcher von einem elektrischen Antrieb angetrieben wird. Auf dem Ventilschaft 32 ist das Ventilelement 14 angeordnet. Der Ventilschaft 32 durchgreift die Durchführung 31 des Ventilelementgehäuses 12 und erstreckt sich im Wesentlichen in Axialrichtung 16. Gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilelementgehäuse 12 als Ventilmittelblock ausgebildet. Ein solcher Ventilmittelblock ist vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet.

Figur 2 zeigt die Schnittdarstellung einer Ventilvorrichtung 10 entlang der Radialebene 24 in einer Minimaldurchströmungsposition 51. Wie in Figur 2 deutlich zu erkennen ist, weist das Ventilelementgehäuse 12 zwei gegenüberliegende Fluidöffnungen 22a, 22b auf. Gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Fluidöffnung 22a als Fluideinlass 23a und die Fluidöffnung 22b als Fluidauslass 23b ausgebildet.

Gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind der Fluideinlass 23a und der Fluidauslass 23b in einer Radialebene 24 angeordnet. Vorzugsweise sind Fluideinlass 22a und Fluidauslass 22b fluchtend zueinander ausgerichtet. In Figur 2 sind die Dichtsitze 27a, 27b aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Vorteilhafterweise sind jedoch am Fluideinlass 23a und am Fluidauslass 23b jeweils Dichtsitze 27a, 27b angeordnet. Vorzugweise sind die Dichtsitze jeweils an der dem Innenbereich 26 zugewandten Seite des Fluideinlasses 23a und des Fluidauslasses 23b. Die Dichtsitze 27a, 27b sind hier beispielhaft als Dichtringe ausgebildet, welche im Öffnungsquerschnitt der 22a, 22b angeordnet sind. Die Dichtsitze 27a, 27b sind in einem dem Innenvolumen 26 zugewandten Bereich angeordnet und umschließen die entsprechende Fluidöffnung 22a, 22b in Umfangsrichtung.

Gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist die Ventilvorrichtung 10 ein Ventilelement 14 auf, welches einen im Wesentlichen kugelförmigen Grundkörper 38 aufweist. Das Ventilelement 14 ist beweglich, insbesondere drehbar gegenüber dem Ventilelementgehäuse 12 ausgebildet. Ferner weist das erste Ventilmittelgehäuse 12 ein durchströmbares Innenvolumen 26 auf, welcher von einem Fluid durchströmt wird. Bei einem Fluid der hier zur Rede stehenden Art handelt es sich vorzugsweise um ein Wärmeträgermedium, welches innerhalb des Fluidkreislaufes zirkuliert. Insbesondere handelt es sich bei dem Fluid um ein natürliches Kältemittel, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid, Ammoniak, Propan, Butan, Propen, Wasser oder ein synthetisches Kältemittel wie beispielsweise Fluorchlorkohlenwasserstoffe oder teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe.

Ein Ventilelementgehäuse 12 der hier zur Rede stehenden Art kann insbesondere als Ventilmittelblock ausgebildet sein, welches aufgrund der in einem Expansionsventil vorherrschenden, thermodynamischen Bedingungen im Wesentlichen gasdicht ausgebildet ist. In einem Ventilvorrichtung 10 der hier zur Rede stehenden Art liegt das Fluid im durchströmbaren Innenvolumen 26 des Ventilelementgehäuses 12 zumindest teilweise in einer gasförmigen Phase vor, wobei hohe Drücke im Bereich zwischen 1- 30bar und kurzzeitig bis zu 100 bar vorherrschen. Aufgrund dieser thermodynamischen Randbedingungen kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung das Ventilelementgehäuse 12 aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass zumindest ein Gehäuseteil des Ventilelementgehäuses 12 einen Kunststoffkörper mit einer diffusionshemmenden Sperrschicht, welche Metall enthält, aufweist. Ein solches Ventilelementgehäuse 12 kann im Vergleich zu einem Aluminiumblockgehäuse einfach und kostengünstig gefertigt werden. Gleichzeitig kann aufgrund der Gasdichtigkeit Ventilvorrichtung ein Einsatz in Fluidkreisläufen ermöglicht werden, bei welchen das Fluid zumindest teilweise in einer gasförmigen Phase vorliegt.

Wie in Figur 2 zu erkennen ist, weist das Ventilelement 14 einen Regeldurchlass 30 auf. Der Regeldurchlass 30 weist dabei entlang der Strömungsrichtung des zwei Durchlassöffnungen 34, 36 auf. Die Durchlassöffnungen 34, 36 sind an der Mantelfläche des Ventilelementes 14 angeordnet, wobei die zweite Durchlassöffnung 36 stromaufwärts der ersten Durchlassöffnung 34 angeordnet ist. Die Fluidöffnungen 22a, 22b sind gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform als Durchgangsbohrungen durch die Wandung des Ventilelementgehäuses 12 ausgebildet. Vorzugsweise weisen die Öffnungen 22a, 22b jeweils identische Innendurchmesser auf. Die Fluidöffnungen weisen vorzugweise eine gemeinsame Symmetrieachse auf. Vorzugweise ist der Regeldurchlass 30 als Durchgangsöffnung, insbesondere als Durchgangsbohrung ausgebildet. Um Strömungsverluste zu vermeiden, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Regeldurchlass 30 im Wesentlichen gerade ausgebildet. Vorzugsweise sind erste Durchgangsöffnung 34 und zweite Durchgangsöffnung 36 diametral fluchtend zueinander angeordnet. Die Innenwandung des Regeldurchlasses 30 ist vorzugsweise krümmungs- beziehungsweise vorsprungsfrei ausgebildet. Vorzugweise weist das Ventilelement 14 neben dem Regeldurchlass 30 und der Expansionsausnehmungen 40a, 40b keine weiteren Öffnungsquerschnitte für einen Fluidstrom auf.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Ventielement 14 genau einen Regeldurchlass 30 auf. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich die Drehachse 18 senkrecht zur Radialebene 24 in welcher die Fluidöffnungen 22a, 22b angeordnet sind. Neben der Regeldurchlassöffnung 30 weist das Ventilelement 30 eine zumindest eine Expansionsausnehmung 40 auf. Gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist das Ventilelement 14 eine erste Expansionsausnehmung 40a und eine zweite Expansionsausnehmung 40b auf. Die Expansionsausnehmungen 40a, 40b sind vorzugweise diametral gegenüberliegend angeordnet. Gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die Expansionsausnehmungen 40a, 40b jeweils als Expansionsnut in der Mantelfläche 44 des Ventilelementes 14 ausgebildet.

Vorzugweise weisen Expansionsausnehmungen 40a, 40b jeweils die Form einer Oberflächenkerbe auf. Vorzugweise weisen die Expansionsausnehmungen 40a, 40b eine im Wesentlichen kanalförmige Kontur auf. Vorzugweise erstrecken sich die Expansionsausnehmungen 40a, 40b jeweils auf einer gedachten Kreislinie auf der Mantelfläche 44 des im Wesentlichen kugelförmigen Ventilelementes 14. Vorzugweise erstrecken sich die Expansionsausnehmungen 40a, 40b im Mittel einige wenige Millimeter tief in das Ventilelement 14. Vorzugweise sind die Expansionsausnehmungen 40a, 40b insbesondere als rinnenförmiges Elemente ausgebildet weisen jeweils einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Es sind jedoch auch andere Querschnittsformen denkbar. So ist es beispielsweise auch denkbar, dass die Expansionsausnehmungen 40a, 40b im Wesentlichen abgerundete Kanten aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Expansionsausnehmungen 40a, 40b formkongruent zueinander ausgebildet.

Figur 2 zeigt eine Ventilvorrichtung in einer Minimaldurchlassposition 51. Die Expansionsausnehmungen 40a, 40b weisen vorzugweise jeweils einen ersten Expansionsabschnitt 60a, 60b auf. Es ist auch denkbar, dass lediglich eine der Expansionsausnehmungen einen derartigen ersten Expansionsabschnitt 60a, 60b aufweist. Der erste Expansionsabschnitt 60a, 60b ist als Minimaldurchlass ausgebildet. Er weist somit vorzugweise den kleinstmöglichen Strömungsquerschnitt innerhalb des Ventilelementes 14 auf. Erfindungsgemäß ist es nunmehr vorgesehen, dass der erste Expansionsabschnitt 60a, 60b über seine gesamte Erstreckung, insbesondere über seine gesamte Erstreckung in Umfangsrichtung an der Mantelfläche des kugelförmigen Ventilelementes 14 einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist. Die Expansionsausnehmungen 40a, 40b weisen somit in ihrem Anfangsbereich, sprich in einem maximal zur jeweiligen Durchlassöffnung 34, 36 beabstandeten Bereich jeweils einen konstanten, Minimalquerschnitt auf. An diesen als konstanten Querschnittsbereich ausgebildeten ersten Expansionsabschnitt 60a, 60b schließt sich jeweils ein zweiter Expansionsabschnitt 66a, 66b an, dessen Querschnitt in Richtung der Durchlassöffnungen 34, 36 kontinuierlich zunimmt.

Figur 2 zeigt nunmehr eine Ventilstellung, die Minimaldurchlassposition 51, in welcher das Ventilelement 14 derart eingestellt ist, dass die ersten Expansionsabschnitte 60a, 60b jeweils am Fluideinlass 23a und am Fluidauslass 23b anliegen. Das die Ventilvorrichtung 10 durchströmende Fluid wird nunmehr durch die Querschnitte der ersten Expansionsabschnitte 60a, 60b geleitet.

Figur 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der ersten Expansionsausnehmung 40a. Der erste Expansionsabschnitt 60a, 60b erstreckt sich vorzugweise über einen Umfangswinkel 64 zwischen 5° und 15°, vorzugsweise zwischen 8° und 12°, besonders bevorzugt im Wesentlichen über 10° des Ventilelementes. Das Ventilelement kann somit um einen Winkel zwischen 5° und 15°, vorzugsweise zwischen 8° und 12°, besonders bevorzugt im Wesentlichen über 10° verdreht werden, während sich die Ventilvorrichtung in einer Minimaldurchlassposition 51 befindet. Eine derart in Durchströmungsrichtung langer erster Expansionsabschnitt 60a, 60b, welcher einen konstanten Strömungsquerschnitt aufweist ist es ermöglich den kleinsten Öffnungsquerschnitt genauer und zuverlässiger einzustellen. Durch den ersten Expansionsabschnitt 60a, 60b können kleine Strömungsquerschnitte im Wesentlichen unabhängig von Toleranzen und Hysterese bereitgestellt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass sich an den ersten Expansionsabschnitt 60a, 60b jeweils ein zweiter Expansionsabschnitt 66a, 66b anschließt. Vorzugweise überdecken jeweils der erste Expansionsabschnitt 60a und der zweite Expansionsabschnitt 66a einer Expansionsausnehmung 40a, 40b jeweils gemeinsam einen Umfangswinkel von näherungsweise 90°. Der zweite Expansionsabschnitt 66a, 66b überdeckt somit vorzugweise einen größeren Umfangswinkel als der erste Expansionsabschnitt 60a, 60b. Vorzugweise schließt der zweite Expansionsabschnitt 66a, 66b an den Regeldurchlass 30 an. Vorzugweise ist der Regeldurchlass 30 mit den zweiten Expansionsabschnitten 66a, 66b fluidisch verbunden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Expansionsabschnitt 40a über den gesamten Umfangswinkel 64 einen konstanten Strömungsquerschnitt als Flächenfunktion in Abhängigkeit der Nuttiefe 62 und Nutbreite 63 (hier nicht dargestellt) aufweist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass sowohl die Nuttiefe 62 als auch die Nutbreite 63 im Wesentlichen konstant ausgebildet ist.

Figur 4a zeigt vier verschiedene Ventilpositionen. In Figur 4b sind entsprechend dieser Ventilpositionen (Pos. 1-4) der Verlauf der Öffnungsquerschnitte für die Durchströmung des Fluides dargestellt. Position 1 zeigt eine Position in welcher jeweils die ersten Expansionsabschnitte 60a, 60b mit den Fluideinlass 23a und dem Fluidauslass 23b fluidisch verbunden sind. Position 2 zeigt den Übergangsbereich zwischen dem ersten Expansionsabschnitt 60a 60b und dem zweiten Expansionsabschnitt 66a, 66b. Position 3 zeigt eine Position in welcher jeweils die zweiten Expansionsabschnitte 60a, 60b mit den Fluideinlass 23a und dem Fluidauslass 23b fluidisch verbunden sind. Position 4 zeigt eine Hauptdurchströmungsposition bei welcher der Regeldurchlass vollumfänglich mit Fluideinlass 23a und Fluidauslass 23b verbunden ist.

Wie in Figur 4b deutlich zu erkennen ist, weist die Ventilvorrichtung 10 in der ersten Ventilposition (Pos. 1), welche die Minimaldurchströmungsposition 51 ist, über den gesamten Winkelbereich 64 einen konstanten Öffnungsquerschnitt auf. Befindet sich die Ventilvorrichtung in der zweiten Ventilposition (Pos. 2) wechselt der Strömungsquerschnitt vom ersten, konstanten Strömungsquerschnitt des ersten Expansionsabschnitt 60a, 60b zum zweiten Expansionsabschnitt 66a, 66b mit seinem kontinuierlich wachsenden Öffnungsquerschnitt. In der dritten Ventilposition (Pos. 3) sind jeweils die zweiten Expansionsabschnitte 60a, 60b mit den Fluideinlass 23a und dem Fluidauslass 23b fluidisch verbunden. Bei Überstreichen des Umfangswinkels 65 des zweiten Expansionsabschnittes 66a, 66b nimmt der Öffnungsquerschnitt kontinuierlich zu. Nach dem vollständigen Überstreichen des Umfangswinkels 65 des zweiten Expansionsabschnittes 66a, 66b überdeckt ein zunehmender Querschnitt des Regeldurchlasses 30 jeweils den Fluideinlass 23a und den Fluidauslass 23b, sodass die Öffnungsfunktion in diesem Winkelbereich als Linearfunktion ausgebildet ist. In einer vierten Ventilposition (Pos. 4), welche der Hauptdurchströmungsposition entspricht, liegt der Regeldurchlass vollumfänglich am Fluideinlass 23a und am Fluidauslass 23b an. Die Ventilvorrichtung 10 ist in der vierten Durchströmungsposition (Pos. 4) vollständig geöffnet.