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Title:
EXPANSION VALVE DEVICE FOR A REFRIGERATION CIRCUIT OR AIR-CONDITIONING CIRCUIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/078375
Kind Code:
A1
Abstract:
Expansion valve devices for refrigeration or air-conditioning circuits having a control valve (54), consisting of a flow housing (34) with an inlet (40) and an outlet (42), an actuator (10) via which a coupling element (26) having a control body (52) is axially movable, and at least one first throughflow cross-section (64) between the inlet (40) and the outlet (42), which is surrounded by a valve seat (56) and which can be closed and opened by means of the control body (52), are known. In order to completely and reliably interrupt a fluid flow between the inlet and the outlet without the need for additional actuators, the expansion valve device comprises a shut-off valve (72) which is located in fluid connection between the inlet (40) and the control valve (54) and which has a closing element (74) that can be moved via the coupling element (26) by actuating the actuator (10) of the control valve (54).

Inventors:
GERARDS HANS (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/078856
Publication Date:
April 29, 2021
Filing Date:
October 23, 2019
Export Citation:
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Assignee:
PIERBURG GMBH (DE)
International Classes:
F25B41/06
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWÄLTE TER SMITTEN EBERLEIN-VAN HOOF RÜTTEN PARTNERSCHAFTSGESELLSCHAFT MBB (DE)
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Claims:
P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf mit einem Regelventil (54) bestehend aus: einem Strömungsgehäuse (34) mit einem Einlass (40) und einem Auslass (42), einem Aktor (10), über den ein Kopplungselement (26) mit einem Regelkörper (52) axial bewegbar ist, mindestens einem ersten Durchströmungsquerschnitt (64) zwischen dem Einlass (40) und dem Auslass (42), der von einem Ventilsitz (56) umgeben ist, und der mittels des Regelkörpers (52) verschließbar und freigebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsventilvorrichtung ein Absperrventil (72) aufweist, welches strömungstechnisch zwischen dem Einlass (40) und dem Regelventil (54) angeordnet ist und welches einen Schließkörper (74) aufweist, welcher durch Betätigung des Aktors (10) des Regelventils (54) über das Kopplungselement (26) bewegbar ist.

2. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (72) einen Vorsteuerventilkörper (80) aufweist, welcher durch Betätigung des Aktors (10) des Regelventils (54) über das Kopplungselement (26) bewegbar ist.

3. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (26) derart axial verschiebbar ist, dass in einem ersten Verstellbereich des Aktors (10) das Kopplungselement zum Vorsteuerventilkörper (80) einen axialen Abstand aufweist, in einem zweiten Verstellbereich der Vorsteuerventilkörper (80) axial verschoben und von seinem Vorsteuerventilsitz (86) abgehoben wird und in einem dritten Verstellbereich der Schließkörper (74) von einem Ventilsitz (78) des Absperrventils (72) abgehoben wird.

4. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in Ruhelage bei geschlossenem Absperrventil (72) und geschlossenem Regelventil (54) eine in Anlage zum Vorsteuerventilkörper (80) zu bringende Anlagefläche (94) des Kopplungselementes (26) axial einen kleineren Abstand zum Vorsteuerventilkörper (80) aufweist als eine in Anlage zum Schließkörper (74) des Absperrventils (72) zu bringende Anlagefläche (96) des Kopplungselementes (26) zum Schließkörper (74) des Absperrventils (72).

5. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (54) einen zweiten Ventilsitz (60) aufweist, der einen zweiten Durchströmungsquerschnitt (66) zwischen dem Einlass (40) und dem Auslass (42) umgibt, wobei die beiden Durchströmungsquerschnitte (64, 66) durch den einen Regelkörper (52) gemeinsam verschließbar und freigebbar sind und axial zwischen den beiden Ventilsitzen (56, 60) ein Ringspalt (68) ausgebildet ist.

6. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkörper (52) einen kolbenförmigen Abschnitt (48) aufweist, dessen Höhe mindestens dem Abstand zwischen den beiden Ventilsitzen (56, 60) entspricht und dessen Durchmesser dem Innendurchmesser der beiden Ventilsitze (56, 60) im Wesentlichen entspricht und sich an den kolbenförmigen Abschnitt (48) ein in Richtung des Aktors (10) konisch konturierter Abschnitt (50) des Regelkörpers (52) anschließt.

7. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (72) als Rückschlagventil ausgebildet ist, dessen Schließkörper (74) durch eine Feder (76) gegen den Ventilsitz (78) belastet ist.

8. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (74) eine Öffnung (84) aufweist, die durch den Vorsteuerventilkörper (80) des Absperrventils (72) verschließbar ist, der durch eine Feder (88) gegen einen am Schließkörper (74) ausgebildeten und die Öffnung (84) umgebenden Vorsteuerventilsitz (86) belastet ist.

9. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerventilkörper (80) nadelförmig ausgebildet ist und einen Absatz (90) aufweist, gegen den die Feder (88) vorgespannt anliegt, deren entgegengesetztes Ende gegen eine Auflagefläche (92) anliegt, die an einer Wand (89) ausgebildet ist, die sich vom Schließkörper (74) axial in einer vom Aktor (10) weg weisenden Richtung erstreckt.

10. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (68) nach radial außen in einen Ringkanal (70) übergeht, der zwischen Ventilsitzgehäuseteilen (58, 62) ausgebildet ist, an denen die Ventilsitze (56, 60) des Regelventils (54) ausgebildet sind.

11. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser der Ventilsitzgehäuseteile (58, 62) mit wachsendem Abstand voneinander düsenförmig zunimmt.

12. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (40) an einer vom Regelventil (54) entfernten Seite des Absperrventils (72) angeordnet ist und zwischen den Ventilsitzen (56, 60) des Regelventils (54) und dem Absperrventil (72) ein Raum (98) ausgebildet ist, der über das Regelventil (54) mit dem Auslass (42) verbindbar ist und über das Absperrventil (72) mit dem Einlass (40) verbindbar ist.

13. Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (10) ein elektromagnetischer oder elektromotorischer Aktor (10) ist, über den das Kopplungselement (26) bewegbar ist.

Description:
B E S C H R E I B U N G Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf

Die Erfindung betrifft eine Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf mit einem Regelventil bestehend aus einem Strömungsgehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, einem Aktor, über den ein Kopplungselement mit einem Regelkörper axial bewegbar ist, mindestens einem ersten Durchströmungsquerschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass, der von einem Ventilsitz umgeben ist, und der mittels des Regelkörpers verschließbar und freigebbar ist. Expansionsventile dienen dazu, den Druck des Arbeitsfluids durch Drosselung des zur Verfügung stehenden Durchströmungsquerschnitts zu verringern und das Volumen des Arbeitsfluids zu erhöhen, dieses also zu expandieren. Durch die Verwendung geregelter Expansionsventile kann dabei sowohl der Druckabfall und damit die Volumenzunahme geregelt werden als auch der Fluidstrom nahezu vollständig unterbrochen werden.

In Kälte- oder Klimakreisläufen werden diese Ventile vor den Verdampfern und hinter den Verflüssigern angeordnet. Durch die Volumenzunahme wird das Arbeitsfluid teilweise verdampft, während das noch flüssige Arbeitsfluid im Verdampfer Wärme aufnimmt, wodurch auch der flüssige Teil verdampft. Dieses nun gasförmige Arbeitsfluid wird einem Kompressor zugeführt und verdichtet, um anschließend im Verflüssiger wieder in den flüssigen Aggregatzustand umgewandelt zu werden, wodurch der geschlossene Kreislauf gebildet wird. Diesem Kreislauf kann entsprechend Wärme oder Kälte im Bereich der Verdampfer und Verflüssiger entnommen werden.

Aus der DE 10 2017 122 624 Al ist ein Expansionsventil bekannt, welches elektromagnetisch geregelt wird. Der axial bewegbare Regelkörper dieses Ventils ist kolbenförmig und regelt einen ersten und einen zweiten Durchströmungsquerschnitt zwischen einem Einlass und dem Auslass. Zwischen den die Durchströmungsquerschnitte radial begrenzenden Ventilsitzen ist ein Ringspalt ausgebildet, durch den das Kältemittel vom Einlass zum Auslass zwischen dem im Wesentlichen kolbenförmigen Regelkörper und den Ventilsitzen strömen kann.

Bei derartigen Expansionsventilen ist es jedoch erforderlich, sicherzustellen, dass keine ungewollte Strömung vom Einlass zum Auslass entsteht, was mit einem derartigen Expansionsventil nicht möglich ist.

Daher ist es bekannt geworden, in einem Kältemittelkreis ein Absperrventil einzusetzen, welches durch die anliegende Druckdifferenz in einer geschlossenen Position gehalten wird. Ein derartiges Regelventil wird beispielsweise in der EP 0 689 015 Al offenbart. Dieses Regelventil besteht aus einem Rückschlagventil mit eingebautem Vorsteuerventil. Dies bedeutet, dass das Ventil durch die anliegende Druckdifferenz und zwei Federn, die das Vorsteuerventilglied und das Rückschlagventilglied in die verschließende Richtung belasten, in der geschlossenen Stellung gehalten wird. Ein über einen Elektromagneten betätigbarer Stift wird zur Öffnung gegen das kugelförmige Vorsteuerventilglied geschoben, so dass dieses von seinem Sitz abgehoben wird und ein Druckausgleich zwischen der Frontseite und der Rückseite des Rückschlagventils stattfinden kann. Durch weiteres Verschieben kann dann mit relativ geringer Betätigungskraft das Rückschlagventil vom Ventilsitz abgehoben werden und so ein Durchströmungsquerschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass geregelt werden.

Vor diesem Flintergrund stellt sich die Aufgabe, ein Expansionsventil und eine zuverlässige Absperrung des Kältemittelkreislaufs zur Verfügung zu stellen, wobei der Bauteileaufwand und der benötigte Bauraum reduziert werden sollen und möglichst geringe Stellkräfte benötigt werden sollen, so dass auch die Baugröße und der Stromverbrauch der verwendeten Steller reduziert werden können. Gleichzeitig soll ein guter Expansionseffekt des Fluids durch eine möglichst gute Verdüsung bei genauer Volumenstromregulierung erreicht werden, wobei Verluste durch Volumensprünge vermieden werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch eine Expansionsventilvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.

Die Expansionsventilvorrichtung weist ein Regelventil auf, an dessen Strömungsgehäuse ein Einlass und ein Auslass für das Kältemittel ausgebildet sind. Ein Aktor bewegt ein Kopplungselement axial, welches beispielsweise als Ventilstange ausgebildet sein kann und mit dem Regelkörper gekoppelt ist. Üblicherweise ist der Regelkörper entweder am Kopplungselement befestigt oder einstückig oder einteilig mit diesem ausgebildet. Zwischen dem Einlass und dem Auslass ist mindestens ein Durchströmungsquerschnitt ausgebildet, der von einem Ventilsitz umgeben ist, und der mittels des Regelkörpers geregelt werden kann. Zusätzlich weist die Expansionsventilvorrichtung ein Absperrventil auf, welches strömungstechnisch zwischen dem Einlass und dem Regelventil angeordnet ist. Dabei bedeutet strömungstechnisch zwischen dem Einlass und dem Regelventil, dass ein Fluid bei geöffnetem Regelventil und geöffnetem Absperrventil vom Einlass über das Absperrventil zum Regelventil und von dort zum Auslass strömt. Das Absperrventil weist einen Schließkörper auf, der auf einen Ventilsitz gedrückt wird. Dies bedeutet, dass sowohl das Absperrventil als auch das Regelventil durch den gleichen Aktor betätigt werden. Hierdurch werden sowohl der benötigte Bauraum als auch die Anzahl benötigter Bauteile reduziert. Es kann jedoch bei sehr guter Verdüsung dennoch ein zuverlässiger und sicherer Verschluss ohne aktive Betätigung des Aktors hergestellt werden, da die anliegende Druckdifferenz immer schließend wirkt.

Vorzugsweise weist das Absperrventil einen Vorsteuerventilkörper auf, welcher durch Betätigung des Aktors des Regelventils über das Kopplungselement bewegbar ist. Bei Betätigung des Aktors des Regelventils wird zunächst der Vorsteuerventilkörper durch das Kopplungselement von seinem Ventilsitz abgehoben und bei weiterer axialer Verschiebung auch der Schließkörper des Absperrventils. Gleichzeitig werden die Betätigungskräfte sehr gering gehalten, da am Absperrventil zunächst durch Betätigen des Vorsteuerventils ein Druckausgleich am Schließkörper des Absperrventils erzeugt wird. Im geschlossenen Zustand wird jedoch eine hohe Dichtigkeit des Absperrventils erreicht, da auch die Druckdifferenz immer schließend wirkt. Auch für die Betätigung des Regelventils sind lediglich kleine Stellkräfte gefordert, so dass mit geringen Baugrößen des Aktors gearbeitet werden kann.

Vorzugsweise ist das Kopplungselement derart axial verschiebbar, dass in einem ersten Verstellbereich des Aktors das Kopplungselement zum Vorsteuerventilkörper einen axialen Abstand aufweist, in einem zweiten Verstellbereich der Vorsteuerventilkörper axial verschoben und von seinem Ventilsitz abgehoben wird und in einem dritten Verstellbereich der Schließkörper von einem Ventilsitz des Absperrventils abgehoben wird. Entsprechend bleibt im ersten Verstellbereich das Vorsteuerventil vollständig geschlossen, während im zweiten Verstellbereich ein Druckausgleich zwischen der Frontseite und der Rückseite des Schließkörpers des Absperrventils durch das Öffnen des kleinen Querschnitts durch das Abheben des Vorsteuerventil körpers erzielt wird, durch welchen die benötigten Öffnungskräfte zum Öffnen des Schließkörpers im dritten Verstellbereich deutlich reduziert werden. So wird eine vollständige Absperrung des Kältemittelkreises und ein Öffnen und Regeln mit geringen Kräften ermöglicht. Im dritten Verstellbereich kann gleichzeitig oder leicht nachfolgend auch das Regelventil zwischen den Ventilsitzen so verschoben werden, dass ein Durchströmungsquerschnitt geöffnet wird und somit eine Verbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass hergestellt wird. Dies ist beispielswiese einfach dadurch zu realisieren, dass in Ruhelage bei geschlossenem Absperrventil und geschlossenem Regelventil eine in Anlage zum Vorsteuerventilkörper zu bringende Anlagefläche des Kopplungselementes axial einen kleineren Abstand zum Vorsteuerventilkörper aufweist als eine in Anlage zum Schließkörper des Absperrventils zu bringende Anlagefläche des Kopplungselementes zum Schließkörper des Absperrventils.

Dadurch, dass das Regelventil einen zweiten Ventilsitz aufweist, der einen zweiten Durchströmungsquerschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass umgibt, wobei die beiden Durchströmungsquerschnitte durch den einen Regelkörper gemeinsam verschließbar und freigebbar sind und axial zwischen den beiden Ventilsitzen ein Ringspalt ausgebildet ist, wird ein Ventil geschaffen, auf dessen Regelkörper von beiden axialen Seiten der gleiche Druck wirkt. Beide Durchströmungsquerschnitte werden durch den einen Regelkörper geregelt und können gleichzeitig nahezu vollständig geschlossen werden. Durch die sehr kleinen zu regelnden Querschnitte entsteht ein sehr guter Verdüsungseffekt, so dass ein relativ hoher Anteil gasförmigen Fluids entsteht. Zusätzlich ist eine sehr genaue Volumenstromregelung möglich. Entsprechend werden auch zur Öffnung des Regelventils lediglich kleine Stellkräfte benötigt.

Vorzugsweise weist der Regelkörper einen kolbenförmigen Abschnitt auf, dessen Höhe mindestens dem Abstand zwischen den beiden Ventilsitzen entspricht und dessen Durchmesser dem Innendurchmesser der beiden Ventilsitze im Wesentlichen entspricht. An den kolbenförmigen Abschnitt schließt sich ein in Richtung des Aktors konisch konturierter Abschnitt des Regelkörpers an. Beim Einführen dieses konisch konturierten Abschnitts in die Durchströmungsquerschnitte können sehr kleine Querschnitte freigelegt werden, wodurch eine sehr genaue Regelbarkeit des Volumenstroms auch bei kleinen Volumenströmen erreicht wird. Des Weiteren wird ein guter Düseneffekt erzielt, wodurch ein hoher Verdampfungsanteil des Kältemittels durch einen hohen Druckabfall beim Durchströmen der als Drosselstellen wirkenden Durchströmungsquerschnitte zwischen dem Regelkörper und dem zugehörigen Ventilsitz erreicht wird, ohne plötzliche Volumenerweiterungen vorzusehen, wodurch Verluste reduziert werden. Es wird ein beinahe vollständiger Verschluss beider Durchströmungsquerschnitte mit dem einen Regelkörper erzielt. Auch wird eine sehr genaue Regelung bei kleiner Baugröße erreicht.

Vorzugsweise ist das Absperrventil als Rückschlagventil ausgebildet, dessen Schließkörper durch eine Feder gegen den Ventilsitz belastet ist. Es handelt sich entsprechend um ein betätigbares Rückschlagventil, welches nach dem Druckausgleich durch Öffnen des Vorsteuerventils durch die Federkraft in seiner Schließlage gehalten wird, so dass die Stellkräfte sehr genau bestimmt werden können. Solange das Vorsteuerventil geschlossen ist, wird das Absperrventil durch die anliegende Druckdifferenz immer in Schließrichtung belastet, wodurch ein Verschluss zuverlässig sichergestellt ist. Auch bei Ausfall des Aktors bleibt das Absperrventil in seiner geschlossenen Position.

Vorzugsweise weist der Schließkörper eine Öffnung auf, die durch den Vorsteuerventilkörper des Absperrventils verschließbar ist, der durch eine Feder gegen einen am Schließkörper ausgebildeten und die Öffnung umgebenden Ventilsitz belastet ist. So wird auf einfache Weise die Funktion des Vorsteuerventils und damit ein einfacher Druckausgleich zwischen den beiden Seiten des Absperrventils realisiert, so dass die Stellkräfte gering gehalten werden können, da zur Verschiebung des lediglich einen kleinen Querschnitt aufweisenden Vorsteuerventil körpers nur kleine Kräfte notwendig sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Vorsteuerventilkörper nadelförmig ausgebildet ist und einen Absatz aufweist, gegen den die Feder vorgespannt anliegt, deren entgegengesetztes Ende gegen eine Auflagefläche anliegt, die an einer Wand ausgebildet ist, die sich vom Schließkörper axial in einer vom Aktor weg weisenden Richtung erstreckt. So können kleine Querschnitte des Vorsteuerventilkörpers realisiert werden und dennoch eine Führung des Körpers sichergestellt werden, ohne dass der Schließkörper des Absperrventils größer ausgeführt werden muss. Entsprechend benötigt das Ventil nur einen geringen Bauraum.

Vorzugsweise geht der Ringspalt nach radial außen in einen Ringkanal über, der zwischen Ventilsitzgehäuseteilen ausgebildet ist, an denen die Ventilsitze des Regelventils ausgebildet sind, wodurch eine gleichmäßige Anströmung des Ringspaltes erzielt wird und somit eine gleichmäßige Durchströmung der Durchströmungsquerschnitte bei Öffnung des Ventils. Auch dies fördert die Genauigkeit der Regelung und verhindert Verluste durch plötzliche Entspannung.

Um nach dem Durchströmen dieser Querschnitte die Strömung nicht plötzlich zu entspannen und keine erhöhte Wirbelbildung zu erzeugen, nimmt der Innendurchmesser der Ventilsitzgehäuseteile mit wachsendem Abstand voneinander düsenförmig zu, so dass eine allmähliche Volumenzunahme entsteht. Vorzugsweise ist der Einlass an einer vom Regelventil entfernten Seite des Absperrventils angeordnet und zwischen den Ventilsitzen und dem Absperrventil ist ein Raum ausgebildet, der über das Regelventil mit dem Auslass verbindbar ist und über das Absperrventil mit dem Einlass verbindbar ist. Eine solche Expansionsventilvorrichtung ist einfach aufgebaut. Es werden keine zusätzlichen Verbindungsleitungen oder ähnliches benötigt, so dass der Bauraum und die Anzahl der Bauteile im Vergleich zu bekannten Ausführungen reduziert werden.

Vorteilhafterweise ist der Aktor ein elektromagnetischer oder elektromotorischer Aktor, über den das Kopplungselement bewegbar ist. Elektromagnetische oder elektromotorische Aktoren ermöglichen eine sehr genaue Regelung, sind robust im Aufbau und ermöglichen Stellkräfte, welche unabhängig vom Lastzustand des Fahrzeugs sind. Es wird somit eine Expansionsventilvorrichtung geschaffen, welche sehr kompakt aufgebaut ist und die Funktionen eines Absperrventils mit einem Regelventil bei Verwendung nur eines Stellers in sich vereint. Dabei ist das Regelventil genau und schnell schaltbar, während das Absperrventil eine hohe Dichtigkeit aufweist und aufgrund der Verwendung des Vorsteuerventils mit sehr geringen Kräften schaltbar. Es wird ein sehr guter Verdüsungseffekt mit einem hohen Anteil der gewünschten Änderung des Aggregatzustands des Fluids erreicht

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Expansionsventils für einen Kälte- oder Klimakreislauf ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Die Figur zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Expansionsventils in geschnittener Darstellung.

Die erfindungsgemäße Expansionsventilvorrichtung weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen elektromagnetischen Aktor 10 mit einem Aktorgehäuse 12 auf. Der elektromagnetische Aktor 10 weist eine auf einen Spulenkörper 14 gewickelte Spule 16 auf, welche über einen nicht sichtbaren Stecker mit einer Spannungsquelle verbunden werden kann. Die durch die Spule 16 zu erzeugende elektromagnetische Kraft wird über ein Joch 18, Rückschlussbleche 20 und einen Kern 22 auf einen axial beweglichen Anker übertragen, der am zu einer Ventileinheit 24 entgegengesetzten Ende des Kerns 22 angeordnet ist und in dessen Richtung der Anker bei Bestromung in bekannter Weise gezogen wird. Der Anker ist mit einem Kopplungselement 26 in Form einer Ventilstange bewegungsgekoppelt. Dies bedeutet, dass das Kopplungselement 26 eine der Bewegung des Ankers entsprechende Bewegung vollzieht.

Der am Rückschlussblech 20 befestigte Kern 22 weist eine zentrale, axial verlaufende Öffnung 28 auf, durch die das Kopplungselement 26 aus einem Ankerraum in ein Ventilgehäuse 30 ragt. Dieses Ventilgehäuse 30 ist axial zwischen einem inneren Steckgehäuseteil 32 eines Strömungsgehäuses 34 und dem Kern 22 eingeklemmt. Das Ventilgehäuse 30 ist radial vom Steckgehäuseteil 32 umgeben, welches unter Zwischenlage eines Dichtrings 36 auch das zum Ventilgehäuse 30 weisende Ende des Kerns 22 umgibt. Am Strömungsgehäuse 34, welches aus dem inneren Steckgehäuseteil 32 und einem dieses umgebenden äußeren Strömungsgehäuseteil 38 besteht, ist ein radialer Einlass 40 und ein radialer Auslass 42 ausgebildet. Das Steckgehäuseteil 32 wird radial vom äußeren Strömungsgehäuseteil 38 unter Zwischenlage zweier Dichtringe 44, 46 umgeben und axial zur zum Aktor 10 entgegengesetzten Seite begrenzt.

Das Kopplungselement 26 weist an seinem im Ventilgehäuse 30 gelegenen axialen Ende einen kolbenförmigen Abschnitt 48 auf, an den sich ein in Richtung des Kerns 22 konisch konturierter Abschnitt 50 anschließt, wobei die Abschnitte 48, 50 als Regelkörper 52 eines Regelventils 54 dienen.

Der Regelkörper 52 wird durch eine Schraubenfeder 55 in Richtung des Aktors 10 und somit in seine das Regelventil 54 verschließende Position belastet und wirkt mit einem ersten Ventilsitz 56, der am Innendurchmesser eines ersten Ventilsitzgehäuseteils 58 des Ventilgehäuses 30 ausgebildet ist und einem zweiten Ventilsitz 60, der am Innendurchmesser eines zweiten Ventilsitzgehäuseteils 62 des Ventilgehäuses 30 ausgebildet ist, zusammen. Im zweiten Ventilsitzgehäuseteil 62 ist eine Durchgangsbohrung 63 ausgebildet, durch die ein Raum 98 unterhalb des zweiten Ventilsitzes 60 und ein Raum 99 oberhalb des ersten Ventilsitzes 56 miteinander verbunden sind. Die beiden Ventilsitze 56, 60 weisen jeweils einen inneren Durchmesser auf, der im Wesentlichen dem Durchmesser des kolbenförmigen Abschnitts 48 des Regelkörpers 52 entspricht, so dass der kolbenförmige Abschnitt 48 im unbestromten Zustand des Aktors 10 sowohl einen ersten Durchströmungsquerschnitt 64 innerhalb des ersten Ventilsitzes 56 als auch einen zweiten Durchströmungsquerschnitt 66 innerhalb des zweiten Ventilsitzes 60 verschließt. Bei Bestromung des Aktors 10 wird der kolbenförmige Abschnitt 48 des Regelkörpers 52 aus den Ventilsitzen 56, 60 hinausgeschoben, so dass die spaltförmigen Durchströmungsquerschnitte 64, 66 zwischen dem konisch konturierten Abschnitt 50 des Regelkörpers 52 und den Ventilsitzen 56, 60 freigegeben werden. Die Ventilsitzgehäuseteile 58, 62 weisen jeweils am Innendurchmesser eine Düsenform auf, so dass sich der innere Durchmesser von den Ventilsitzen 56, 60 aus an den Ventilsitzgehäuseteilen 58, 60 mit wachsendem Abstand zueinander düsenförmig erweitern. Nach dem Durchströmen dieser spaltförmigen Durchströmungsquerschnitte 64, 66 gelangt das Fluid in einen Ringspalt 68 zwischen den beiden spaltförmigen Durchströmungsquerschnitten 64, 66, der sich in einen Ringkanal 70 erweitert, von wo aus das Fluid zum Auslass 42 strömen kann. Durch die schmalen Spalten findet dabei eine sehr gute Verdüsung statt.

Bei Nichtbestromung liegt der kolbenförmige Abschnitt 48 zwischen den Ventilsitzen 56, 60, wodurch eine Strömung vom Einlass 40 zum Auslass 42 unterbrochen werden soll. Dies gelingt jedoch häufig nicht vollständig. Aus diesem Grund ist im Steckgehäuseteil 32 des Strömungsgehäuses 34 ein Absperrventil 72 angeordnet. Dieses Absperrventil 72 ist in Form eines Rückschlagventils ausgestaltet, dessen Schließkörper 74 mittels einer Feder 76 gegen einen Ventilsitz 78 am Steckgehäuse 32 gedrückt wird und weist zusätzlich einen Vorsteuerventilkörper 80 auf. Dieser Vorsteuerventilkörper 80 weist einen nadelförmigen Abschnitt 82 auf, der durch eine Öffnung 84 im Schließkörper 74 ragt, die von einem Vorsteuerventilsitz 86 umgeben ist. Gegen den Vorsteuerventilsitz 86 liegt ein Schließabschnitt 85 an, der sich an den nadelförmigen Abschnitt 82 des Vorsteuerventilkörpers 80 anschließt. Eine Feder 88 belastet den Schließabschnitt 85 über einen Absatz 90, an dem die Feder 88 anliegt, gegen den Vorsteuerventilsitz 86, indem das entgegengesetzte Ende der Feder 88, die in die gleiche Richtung wirkt, wie die Feder 76, sich an einer Auflagefläche 92 am Schließkörper 74 abstützt, die am Ende einer sich axial vom Schließkörper 74 in eine vom Aktor 10 weg weisenden Richtung erstreckenden Wand 89 ausgebildet ist. Entsprechend wird dieser Vorsteuerventilkörper 80 immer relativ zum Schließkörper 74 des Absperrventils 72 in Schließrichtung belastet. Erfindungsgemäß erfolgt die Betätigung des Absperrventils 72 mittels des Kopplungselementes 26, über welches auch das Regelventil 54 betätigt wird und somit durch Betätigung des Aktors 10.

Hierzu erstreckt sich das Kopplungselement 26 axial über den Regelkörper 52 hinweg bis kurz vor den nadelförmigen Abschnitt 82 des Vorsteuerventil körpers 80. Am axialen Ende des Kopplungselementes 26 ist eine erste Anlagefläche 94 ausgebildet, welche komplementär zum gegenüberliegenden axialen Ende des nadelförmigen Abschnitts 82 des Vorsteuerventil körpers 80 ausgebildet ist. Diese erste Anlagefläche 94 ist radial von einem sich axial erstreckenden ringförmigen Vorsprung des Kopplungselementes 26 umgeben, dessen axiales Ende als Anlagefläche 96 für den Schließkörper 74 des Absperrventils 72 dient. In der nicht bestromten Ruhelage der Expansionsventilvorrichtung ist der Abstand der ersten Anlagefläche 94 zum Vorsteuerventilkörper 80 kleiner als der Abstand der zweiten Anlagefläche 96 zum Schließkörper 74 des Absperrventils 72, so dass immer zunächst der Vorsteuerventilkörper 80 betätigt wird. Des Weiteren ist in der Ruhestellung der Abstand der zweiten Anlagefläche 96 zum Schließkörper 74 des Absperrventils 72 kleiner oder gleich der Länge des kolbenförmigen Abschnitts 48 des Regelkörpers 52, der sich an der vom ersten Ventilsitz 56 abgewandten Seite des Absperrventils 72 befindet, so dass das Regelventil 54 immer nur dann öffnet, wenn auch das Absperrventil 72 geöffnet ist.

Die Ventilsitzgehäuseteile 58, 62 sowie der Ventilsitz 78 des Absperrventils 72 sind strömungstechnisch zwischen dem Einlass 40 und dem Auslass 42 angeordnet. Bei Nichtbestromung der Spule 16 liegt der Regelkörper 52 mit seinem kolbenförmigen Abschnitt 48 radial an den beiden Ventilsitzen 56, 60 an, so dass eine Verbindung zwischen dem Einlass 40 und dem Auslass 42 gesperrt ist. Allerdings ist diese Absperrung oft nicht ausreichend dicht, da der kolbenförmige Abschnitt 48 innerhalb der Ventilsitze 56, 60 bewegbar bleiben muss, so dass immer ein gewisser Spalt vorzusehen ist. Aus diesem Grund wird das Absperrventil 72 vorgesehen, bei dem durch die flächige und axiale Auflage des Vorsteuerventilkörpers 80 auf dem Vorsteuerventilsitz 86 sowie durch die axiale Auflage des Schließkörpers 74 auf dem Ventilsitz 78, die durch die Federn 76, 88 hergestellt wird, ein dichter Verschluss erzielt wird. Bei Bestromung wird der Anker und damit das Kopplungselement 26 in einem ersten Verstellbereich in Richtung des nadelförmigen Abschnitt 82 des Vorsteuerventilkörpers 80 bewegt bis die Anlagefläche 94 des Kopplungselementes 26 anliegt und beginnt in einem zweiten Verstellbereich den Vorsteuerventilkörper 80 von seinem Vorsteuerventilsitz 86 gegen die Kraft der Feder 88 abzuheben. Flierdurch erfolgt ein Druckausgleich über die Öffnung zwischen der dem Einlass 40 zugewandten Seite des Schließkörpers 74 des Absperrventils 72 und der dem Auslass 42 zugewandten Seite. Bei weiterer Bewegung des Kopplungselementes 26 erfolgt ein Kontakt der zweiten Anlagefläche 96 am Schließkörper 74, wodurch dieser in einem dritten Verstellbereich mit geringem Kraftaufwand vom Ventilsitz 78 abgehoben werden kann, wobei lediglich die Kraft der Feder 76 überwunden werden muss. Entsprechend gelangt das Fluid in einen Raum 98 zwischen dem Absperrventil 72 und dem Ventilsitz 60 des Regelventils 54 und über die Durchgangsbohrung 63 in einen Raum 99 zwischen dem Aktor 10 und dem ersten Ventilsitz 56. Bei weiterer Bewegung des Kopplungselementes 26 durch Erhöhung der Bestromung der Spule 16 wird der kolbenförmige Abschnitt 48 zwischen den beiden Ventilsitzen 56, 60 herausgeschoben und der konisch konturierte Abschnitt 50 zwischen die Ventilsitze 56, 60 geschoben. Entsprechend entsteht ein ringförmiger Spalt zwischen dem konisch konturierten Abschnitt 50 und den Ventilsitzen 56, 60. Hierdurch kann Fluid vom Einlass 40 über das Absperrventil 72 in den Raum 98 und in den Ringspalt 68 zwischen den Ventilsitzen 56, 60 und von dort in den Ringkanal 70 strömen. Hinter dem Ringspalt 68 erfährt das Fluid eine Volumenzunahme, wodurch das Fluid teilweise verdampft. Anschließend kann das Fluid teilweise im flüssigen und teilweise im dampfförmigen Aggregatzustand das Regelventil 54 und damit die Expansionsventilvorrichtung über den Auslass 42 verlassen.

Eine derartige Expansionsventilvorrichtung für einen Kälte- oder Klimakreislauf ermöglicht somit bei guten Verdüsungseigenschaften einen sicheren Verschluss, wenn keine Förderung gewünscht ist. Die Expansionsventilvorrichtung ist sehr genau regelbar, wozu lediglich geringe Stellkräfte benötigt werden. Entsprechend können kleine Aktoren verwendet werden. Die Bauteileanzahl ist sehr gering, da lediglich ein Aktor für das Absperrventil und das Regelventil benötigt wird. Entsprechend benötigt diese kompakte Expansionsventilvorrichtung nur einen geringen Bauraum.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So kann beispielsweise neben dem beschriebenen elektromagnetischen Aktor auch ein elektromotorischer Aktor mit nachfolgendem Getriebe verwendet werden. Auch kann die konstruktive Ausgestaltung des Regelventils oder des Absperrventils geändert werden. Beispielsweise kann das Regelventil auch mit lediglich einem Ventilsitz ausgeführt werden.