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Dokumentenidentifikation DE19916609A1 21.10.1999
Titel Durchflussmengenregler, der einen Gleichstrommotor verwendet
Anmelder Samsung Electronics Co. Ltd., Suwon, Kyunggi, KR
Erfinder Choi, Hwan-Young, Anyang, Kyonggi, KR
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, Anwaltssozietät, 80538 München
DE-Anmeldedatum 13.04.1999
DE-Aktenzeichen 19916609
Offenlegungstag 21.10.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.10.1999
IPC-Hauptklasse G05D 7/01
Zusammenfassung Durchflußmengenregler, der eine proportionale Flußsteuerung unter Verwendung eines Gleichstrommotors erlaubt, um die Flußsteuerfunktion zu verbessern. Der Durchflußmengenregler ist derart aufgebaut, daß ein Ventilgehäuse einen Führungsraum sowie einen Einlaß und einen Auslaß, die an beiden Seiten des Ventilgehäuses ausgebildet sind, umfaßt, wobei der Einlaß und der Auslaß durch den Führungsraum miteinander kommunizieren, eine Spule im Führungsraum des Ventilgehäuses vorgesehen ist, die nach unten und nach oben bewegt werden kann, um die Öffnung des Auslasses zu steuern, eine Spulenführung im oberen Teil des Führungsraums vorgesehen ist, die ein verflüssigtes Kältemittel durchläßt und sich zusammen mit der Spule nach oben und nach unten bewegt, eine Halteeinrichtung die Spulenführung federnd in eine Richtung drückt, eine Dichtungseinrichtung das Lecken des verflüssigten Kältemittels verhintert, indem es die Spule an der Unterseite des Ventilgehäuses umgibt, und eine Antriebseinrichtung die Spule mit Hilfe des Gleichstrommotors nach oben und nach unten bewegt.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Durchflußmengenregler, der in einem Kältekreislauf verwendet wird, und insbesondere einen Durchflußmengenregler, der einen Gleichstrommotor zum Verbessern der Flußsteuerung sowie der Beständigkeit verwendet.

Allgemein umfaßt ein Kältekreislauf einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Verflüssiger, ein Drosselventil usw., wobei die Umgebungstemperatur durch den Mechanismus des Verdampfens, Komprimierens, Verflüssigens und Entspannen eines Kältemittels herabgesetzt wird.

Dieser Mechanismus wird im folgenden näher beschrieben. Das verflüssigte Kältemittel wird im Verdampfers des Kältekreislaufs verdampft, indem die zum Verdampfen erforderliche Wärme aus der Umgebungsluft der Kälteleitung genommen wird. Dabei wird die Luft durch die Herabsetzung der Temperatur durch das Entnehmen der latenten Wärme gekühlt, um zum Beispiel den Innenraum eines durch den Kältekreislauf betriebenen Kühlschrankes unter Verwendung von dessen eigener natürlicher Zirkulation oder von einem besonderen Ventilator auf einer niedrigen Temperatur zu halten. Das von einem Drosselventil ausgegebene Kältemittel und der verdampfte Kältemitteldampf befinden sich zusammen im Verdampfer, wobei während des Zustandswechsels vom flüssigen Zustand zum dampfförmigen Zustand eine bestimmte Beziehung zwischen dem Druck und der Verdampfungstemperatur besteht.

Der vom Verdampfer verdampfte Kältemitteldampf wird zum Kompressor ausgegeben, um die kontinuierliche Verdampfung des verflüssigten Kältemittels auch bei einer niedrigen Temperatur zu erleichtern, indem ein niedriger Druck innerhalb des Verdampfers aufrechterhalten wird. Dann wird der an den Kompressor ausgegebene Kältemitteldampf durch einen Kolben eines Zylinders komprimiert, so daß er wegen des erhöhten Druckes leicht verflüssigt werden kann, wobei es durch Kühlwasser oder Kühlluft mit Raumtemperatur gekühlt wird.

Dann wird das komprimierte Kältemittel vom Kompressor im Verflüssiger gekühlt, kondensiert und verflüssigt. Die Kondensation im Verflüssiger findet ebenfalls in einem Zustand statt, in dem das verflüssigte Kältemittel und das verdampfte Kältemittel wie bei der oben beschriebenen Verdampfung nebeneinander existieren. Während des Zustandswechsels vom dampfförmigen zum flüssigen Zustand besteht eine bestimmte Beziehung zwischen dem Druck und der Kondensationstemperatur.

Die Entspannung dient dazu, den Druck des durch den Verflüssiger verflüssigten Kältemittels ausreichend herabzusetzen, bevor das verflüssigte Kältemittel an den Verdampfer ausgegeben wird, damit dieses einfach verdampft werden kann. Ein Drosselventil dient dazu, den Druck herabzusetzen, d. h. eine Entspannung zu ermöglichen, und auch dazu, den Fluß des verflüssigten Kältemittels zu steuern. Die Menge des im Verdampfer zu verdampfenden Kältemittels wird also in Übereinstimmung mit der aus dem Innenraum des Kühlschranks bei einer bestimmten Verdampfungstemperatur (einem bestimmten Verdampfungsdruck) zu entnehmenden Wärmemenge bestimmt, weshalb es sehr wichtig ist, daß die Menge des an den Verdampfer ausgegebenen verflüssigten Kältemittels exakt gesteuert wird und nicht zu viel oder zu wenig Kältemittel ausgegeben wird.

Dabei entspannt das Drosselventil das verflüssigte Kältemittel, das eine hohe Temperatur und eine hohen Druck aufweist, adiabatisch mit Hilfe einer Drosselung zu einem Zustand mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck, wobei es als ein Durchflußmengenregler dient, der die Ausgabemenge des verflüssigten Kältemittels in Übereinstimmung mit der bast des Verdampfers auf einer bestimmten Stufe hält.

Auf dem Markt sind viele Typen von Drosselventilen bekannt, die sich bezüglich der Steuerung und ihres Aufbaus unterscheiden. Die Drosselung mit Hilfe eines Durchflußmengenreglers ist wegen der hohen Operationsfähigkeiten, der feinen Steuerung und der niedrigen Herstellungskosten usw. desselben weit verbreitet.

Eine typische Ausführungsform eines Durchflußmengenreglers wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt der Durchflußmengenregler eine Kappe 1 mit einer bestimmten Form, eine heizende Bodenplatte 3, die aus einem Keramikmaterial hergestellt ist und eine sich durch dieselbe erstreckende Öffnung 2 für ein Ausdehnungsmittel aufweist, eine Al-Elektrode 5, die auf der Oberseite der heizenden Bodenplatte 3 befestigt ist und auf ihrem mittleren Teil eine Ta-Al-Heizelektrode 4 aufweist, eine Membran 7, die einen Abstandhalter 6 aufweist und am oberen Umfang der Al-Elektrode E befestigt ist, wobei die Membran 7aus zum Beispiel Kupfer (Cu) hergestellt ist, Verbindungsschichten 8, 9 (als "Füller" bezeichnet), die jeweils zwischen der Oberseite der Al-Elektrode 5 und dem Boden des Abstandhalters 6 und zwischen der Oberseite des Abstandhalters 6 und dem Boden der Membran 7 angeordnet sind, um die Verbindung zwischen denselben zu verbessern, ein Ausdehnungsmittel 10, das den Raum zwischen der Al-Elektrode 5 und der Membran 7 füllt, eine dichtende Bodenplatte 11, die an der Unterseite der Heizplatte 3 befestigt ist, um die Öffnung 2 für das Ausdehnungsmittel zu schließen.

In Fig. 1 gibt das Bezugszeichen 12 eine Stromleitung an.

Die Kappe 1 umfaßt einen Raum 1a, der einen bestimmten Raum für ein hindurchgehendes verflüssigtes Kältemittel vorsieht, sowie einen Einlaß 1b und einen Auslaß 1c an ihrer Oberseite, wobei das verflüssigte Kältemittel durch den Einlaß 1b und den Auslaß 1c mit dem Raum 1a kommuniziert.

Der Durchflußmengenregler des Drosseltyps ist derart aufgebaut, daß die Al-Elektrode 5, die ein Ta-Al-Heizelektrode 4 umfaßt, auf der Oberseite der heizenden Bodenplatte 3 befestigt ist, wobei aufeinanderfolgend eine untere Befestigungsschicht 8, der Abstandhalter 6, eine obere Befestigungsschicht 9 und die Membran 7 auf der Oberseite der Al-Elektrode 5 angebracht sind, um einen bestimmten Raum zwischen der Al-Elektrode 5, dem Abstandhalter 6 und der Membran 7 zu bilden.

Dann wird ein Ausdehnungsmittel 10 durch die Ausdehnungsmittel-Öffnung 2 an der Unterseite der heizenden Bodenplatte 3 eingeführt, wonach die Ausdehnungsmittel-Öffnung 2 gedichtet wird, indem eine dichtende Bodenplatte 11 auf der Unterseite der heizenden Bodenplatte 3 befestigt wird. Die dichtende Bodenplatte 11 wird weiterhin an der Unterseite der Kappe 1 befestigt, wobei die Stromleitung 12 der Al-Elektrode 5 aus der Kappe 1 heraus geführt wird.

Das Zentrum der Membran 7 ist direkt unter dem in der Kappe 1 ausgebildeten Auslaß 1C angeordnet.

Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Durchflußmengenregler wird das verflüssigte Kältemittel durch den Einlaß 1b der Kappe 1 eingeführt, geht durch den Raum 1a hindurch und wird durch den Auslaß 1c zum Verdampfer ausgegeben. Wenn der Fluß des verflüssigten Kältemittels gesteuert wird, wird eine Spannung an der Al-Elektrode 5 durch die Ta-Al-Heizelektrode 4 der Al-Elektrode 5 angelegt, so daß die Ta-Al-Heizelektrode 4 der Al-Elektrode 5 Wärme emittiert, wobei das zwischen die Al- Elektrode 5, den Abstandhalter 6 und die Membran 7 gefüllte Ausdehnungsmittel 10 ausgedehnt wird, so daß das Zentrum der Membran 7 aufgrund der Wärmeausdehnung des Ausdehnungsmittels 10 wie in Fig. 2 gezeigt zum Auslaß 1c der Kappe 1 hin gewölbt wird. Dabei wird die Gesamtflußmenge des verflüssigten Kältemittels durch das Steuern der durch den Auslaß 1c ausgelassenen Menge von flüssigem Kältemittel gesteuert.

Der herkömmliche Durchflußmengenregler des Drosseltyps steuert die Flußmenge des Kältemittels durch das Erwärmen der Ta-Al- Heizelektrode 4 und das Ausdehnen des Ausdehnungsmittels 1a, wobei jedoch der Nachteil gegeben ist, daß eine proportionale Steuerung unmöglich ist, und wobei ein Bedarf zum Adressieren der vielen mit der Verwendung des Ausdehnungsmittels 10 verbundenen Schwierigkeiten besteht.

Zu diesen Schwierigkeiten gehören die mangelhafte Dichtung, welche das Lecken des Ausdehnungsmittels 10 nicht verhindern kann, sowie die durch das wiederholte Ausdehnen und Entspannen des Ausdehnungsmittels 10 verminderte Beständigkeit der Membran 7, was alles dazu führt die Verläßlichkeit des Durchflußmengenreglers herabzusetzen und die Lebenszeit aller Komponenten zu verkürzen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Durchflußmengenregler anzugeben, der eine proportionale Flußsteuerung unter Verwendung eines Gleichstrommotors erlaubt, um die Funktion der Flußsteuerung zu optimieren.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Durchflußmengenregler anzugeben, der die belastende Verwendung des Ausdehnungsmittels und der Membran beseitigt, um die Beständigkeit der Systemkomponenten zu erhöhen.

Um diese und andere Vorteile in Übereinstimmung mit der Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erreichen, umfaßt der Durchflußmengenregler mit einem Gleichstrommotor ein Ventilgehäuse, das einen Führungsraum sowie einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, die an beiden Seiten des Ventilgehäuses ausgebildet sind, wobei der Einlaß und der Auslaß über den Führungsraum miteinander kommunizieren, eine innerhalb des Führungsraums der Ventilgehäuses vorgesehene Spule, die nach oben und nach unten bewegt werden kann, um die Öffnung des Auslasses zu steuern, eine im oberen Teil des Führungsraums vorgesehene Spulenführung, die verflüssigtes Kältemittel durchläßt und sich zusammen mit der Spule nach oben und nach unten bewegt, eine Halteeinrichtung, welche die Spulenführung federnd in eine Richtung drückt, eine Dichtungseinrichtung, welche die Spule an der Unterseite des Ventilgehäuses umgibt, um ein decken des verflüssigten Kältemittels zu verhindern, sowie eine Antriebseinrichtung zum Auf- und Abwegen der Spule mit Hilfe eines Gleichstrommotors.

In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Spulenführung derart geformt sein, daß eine Vielzahl von Durchgangsvertiefungen auf ihrer Umfangsoberfläche vorgesehen sind, die sich nach außen öffnen, um verflüssigtes Kältemittel durchzulassen.

In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Spulenführung derart geformt sein, daß eine Anzahl von Durchlaßlöchern in derselben vorgesehen sind, die radial um das Zentrum der Spulenführung herum mit konstanten Abständen zueinander angeordnet sind.

Das Gehäuse und der Führungsraum sind in einer Linie ausgerichtet, während der Auslaß senkrecht zum Führungsraum ausgerichtet ist. Ein Eingangsloch und ein Ausgangsloch sind jeweils an der Innenseite des Einlasses und des Auslasses mit jeweils einem kleineren Durchmesser als der Einlaß und der Auslaß vorgesehen, wobei das Eingangsloch und das Ausgangsloch mit dem Führungsraum kommunizieren.

Die Dichtungseinrichtung ist eine am Boden des Ventilgehäuses befestigte Faltenbalgdichtung, welche den unteren Teil der Spule umgibt.

In einer Ausführungsform kann die Antriebseinrichtung einen Gleichstrommotor, ein Räderwerk zum Übertragen der Drehkraft des Gleichstrommotors, sowie ein durch das Räderwerk gedrehtes Nockenglied zum Auf- und Abbewegen der Spule umfassen.

In einer anderen Ausführungsform kann die Antriebseinrichtung eine Klammer zum Halten des Bodens des Ventilgehäuses, einen an einer bestimmten Position der Klammer befestigten Gleichstrommotor, ein erstes direkt mit dem Gleichstrommotor verbundenes Zahnrad, ein zweites Zahnrad, welches ein großes und ein kleines miteinander verbundenes Zahnrad umfaßt, drehbar an einem Ende der Klammer befestigt ist und durch das erste Zahnrad gedreht wird, ein drittes Zahnrad, das drehbar am anderen Ende der Klammer befestigt ist und durch das zweite Zahnrad gedreht wird, einen kreisförmigen Scheibennocken, der einen Teil mit kleinem Radius und einen Teil mit großem Radius aufweist, mit dem dritten Zahnrad verbunden ist und die mit der Faltenbalgdichtung verbundene Spule antreibt, sowie eine Nockensensoreinrichtung zum Feststellen der Position des kreisförmigen Scheibennockens umfassen.

Wenigstens die Umfangsoberfläche des kreisförmigen Scheibennockens und/oder der Boden der Faltenbalgdichtung, der die Umfangsoberfläche kontaktiert, sind vorzugsweise mit MoS2 beschichtet, um den Reibungskoeffizienten zu reduzieren.

Die Nockensensoreinrichtung kann einen an einer bestimmten Position der Klammer befestigten Programmschalter, eine Anzahl von auf der Oberseite des Programmschalters mit einer bestimmten Form ausgebildeten Mustern, ein Programmschaltzahnrad, das drehbar auf einer Haltewelle befestigt ist, welche an einer bestimmten Position der Klammer befestigt ist und sich durch den Programmschalter erstreckt, sowie eine elastische Bürste umfassen, die am Boden des Programmschaltzahnrads befestigt ist und jedes Muster auf dem Programmschalter kontaktiert.

Eine Hülse ist auf der Haltewelle vorgesehen, um die Drehung des Programmschaltzahnrads zu unterstützen, wobei die Hülse mit dem Programmschalter verbunden ist.

Eine Vertiefung ist an einer bestimmten Position der Klammer ausgebildet, wobei eine Wellenführung in der Vertiefung vorgesehen ist, um eine Drehwelle des Gleichstrommotors zu halten.

Dabei ist zu beachten, daß sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung wie die folgende ausführliche Beschreibung beispielhaft sind und dazu dienen, die beanspruchte Erfindung näher zu erläutern.

Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 den Aufbau und die Funktion eines herkömmlichen Durchflußmengenreglers, wobei Fig. 1 eine

Querschnittansicht der herkömmlichen Durchflußmengenreglers ist, welche den Zustand zeigt, in dem das Ausdehnungsmittel nicht ausgedehnt ist, und wobei Fig. 2 eine Querschnittansicht ist, welche den Zustand zeigt, in dem das Ausdehnungsmittel ausgedehnt ist und die Membran gewölbt ist,

Fig. 3 eine Seitenansicht, welche den Aufbau des Durchflußmengenreglers mit einem Gleichstrommotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 4 und 5 den Aufbau und die Funktion des Durchflußmengenreglers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 4 eine Teilquerschnittansicht ist, welche das maximal geöffnete Ventil zeigt, und wobei Fig. 5 eine Teilquerschnittansicht ist, welche das maximal geschlossene Ventil zeigt,

Fig. 6 eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A von Fig. 4,

Fig. 7 ein Querschnittansicht entlang der Linie B-B von Fig. 4,

Fig. 8 und 9 Draufsichten, welche Ausführungsformen einer Spulenführung des Durchflußmengenreglers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigen,

Fig. 10 eine Querschnittansicht entlang der Linie C-C von Fig. 4,

Fig. 11 ein Programmschaltzahnrad des Durchflußmengenreglers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 12 eine Draufsicht auf einen Programmschalter des Durchflußmengenreglers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.

Im folgenden wird ausführlich auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht, welche den Aufbau des Durchflußmengenreglers mit einem Gleichstrommotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt, Fig. 4 und 5 sind Teilquerschnittansichten, welche den Aufbau und die Funktion des Durchflußmengenreglers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigen, Fig. 6 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A von Fig. 4 und Fig. 7 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie B-B von Fig. 4.

Wie oben beschrieben ist der Durchflußmengenregler derart aufgebaut, daß ein Einlaß 21a und ein Auslaß 21b an beiden Seiten eines Ventilgehäuses 21 vorgesehen sind, wobei der Einlaß 21a und der Auslaß 21b miteinander durch einen Führungsraum 21c kommunizieren, der den Innenraum des Ventilgehäuses 21 einnimmt, wobei eine Spule 22 im Führungsraum 21c des Ventilgehäuses 21 vorgesehen ist, welche nach oben und nach unten bewegt werden kann, um die Öffnung des Auslasses 21b zu steuern, eine Spulenführung 23 im oberen Teil des Führungsraums 21c vorgesehen ist, welche sich zusammen mit der Spule 22 nach oben und nach unten bewegt und das verflüssigte Kältemittel durchläßt, eine Halteeinrichtung auf der Oberseite der Spulenführung 23 angeordnet ist, um die Spulenführung 23 federnd zu halten, eine Dichtungseinrichtung an der unteren Seite des Ventilgehäuses 21 befestigt ist und die Spule 22 umgibt, um das Lecken des verflüssigten Kältemittels, das einen hohen Druck aufweist, zu verhindern, und eine Antriebseinrichtung die Auf- und Abbewegung der Spule 22 mit Hilfe eines Gleichstrommotors 31 antreibt.

Der Einlaß 21a des Ventilgehäuses 21 und der Führungsraum 21c sind in einer Linie ausgerichtet, während der Auslaß 21b senkrecht zum Führungsraum 21c ausgerichtet ist. Ein Eingangsloch 21a' und ein Ausgangsloch 21b' sind jeweils an der Innenseite des Einlasses 21a und des Auslasses 21b mit jeweils einem kleineren Radius als der Einlaß 21a und der Auslaß 21b vorgesehen. Das Eingangsloch 21a' und das Ausgangsloch 21b' kommunizieren miteinander über den Führungsraum 21c.

Die Spulenführung ist wie in Fig. 8 gezeigt derart aufgebaut, daß eine Anzahl von Durchlaßvertiefungen 23a zum Durchlassen des verflüssigten Kältemittels aus ihrer Umfangsoberfläche ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Durchlaßvertiefungen 23a radial mit konstanten Abständen zueinander angeordnet.

Die Form der Spulenführung 23 ist nicht auf die hier mit Bezug auf Fig. 8 beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschränkt. Statt dessen können wie in Fig. 9 gezeigt eine Vielzahl von Durchlaßlöchern 23'a radial mit konstanten Abständen zueinander in der Spulenführung 23 ausgebildet sein.

Die Halteeinrichtung verwendet vorzugsweise eine komprimierte Spiralfeder 24, wobei das obere Ende der Spiralfeder 24 durch einen im Führungsraum 21 ausgebildeten Vorsprung 21d gehalten wird und wobei das untere Ende des komprimierten Spiralfeder 24 gegen den oberen Umfang der Spiralfeder 23 drückt, um die Spulenführung 23 federnd zu halten.

Wenn die Spule 22 gesenkt wird, dann wird eine große Menge von verflüssigtem Kältemittel in den Einlaß 21a eingeführt, wobei die Spulenführung 23 durch den hydraulischen Druck des verflüssigten Kältemittels nach unten gedrückt wird und die große Menge des verflüssigtem Kältemittels aus dem Ausgangsloch 21b' über den Auslaß 21b ausgegeben wird.

Die Dichtungseinrichtung ist eine Faltenbalgdichtung 25 mit einer guten Dichtfähigkeit und einer guten Elastizität in der Y-Achse.

Die Faltenbalgdichtung 25 ist an der Unterseite des Ventilgehäuses 21 vorzugsweise mit Hilfe einer Epoxidverbindung befestigt, weil die obere Seite des Ventilgehäuses 21 einem hohen Druck ausgesetzt ist, während die untere Seite desselben keinem hohen Druck ausgesetzt ist.

Die Antriebseinrichtung umfaßt einen Gleichstrommotor zum Erzeugen einer Antriebskraft, ein Räderwerk zum Übertragen der Drehkraft des Gleichstrommotors und ein Nockenglied zum Bewegen der Spule 22 nach oben und nach unten durch das Drehen des Räderwerks.

Im folgenden wird die Ausführungsform der Antriebseinrichtung mit dem Gleichstrommotor, dem Räderwerk und dem Nockenglied ausführlicher beschrieben. Die Antriebseinrichtung umfaßt eine Klammer 30, die am Boden des Ventilgehäuses 21 mit Hilfe einer typischen Befestigungseinrichtung wie etwa einer Befestigungsschraube befestigt ist, einen Gleichstrommotor 31, der mit Hilfe einer typischen Befestigungseinrichtung wie etwa einer Befestigungsschraube am oberen Ende der Klammer 30 befestigt ist und eine Drehwelle 31a aufweist, welche sich durch die Klammer 30 nach unten erstreckt, ein erstes Zahnrad 41, das auf der Drehwelle 31a des Gleichstrommotors 31 befestigt ist, ein zweites Zahnrad 42 und ein drittes Zahnrad 43, die jeweils drehbar mit einer Haltewelle 32, 33 verbunden sind, welche jeweils mit den beiden Enden der Klammer 30 verbunden sind, einen kreisförmigen Scheibennocken 44, der einstückig mit dem dritten Zahnrad 43 ausgebildet ist und an einer bestimmten Position seiner Umfangsoberfläche die Unterseite der Faltenbalgdichtung 25 kontaktiert, sowie eine Nockensensoreinrichtung zum Feststellen der Position des kreisförmigen Scheibennockens 44, um den Gleichstrommotor 31 zu steuern.

Das erste Zahnrad 41 ist eine Schnecke, das zweite Zahnrad 42 umfaßt ein großes Zahnrad 42a und ein kleines Zahnrad 42b, die jeweils unterschiedliche Durchmesser aufweisen und einstückig miteinander ausgebildet sind, das dritte Zahnrad ist ein Geradstirnrad, wobei das erste Zahnrad 41 in ein Schneckenrad, d. h. das große Zahnrad 42a des zweiten Zahnrads 42 eingreift, während das kleine Zahnrad 42b des zweiten Zahnrads 42 in das dritte Zahnrad 43 eingreift.

Der kreisförmige Scheibennocken 44, der einstückig mit dem dritten Zahnrad 43 ausgebildet ist, umfaßt einen Teil 44a mit dem kürzesten Radius und einen Teil 44b mit dem längsten Radius. Die Spule 22, welche die Umfangsoberfläche des kreisförmigen Scheibennockens 44 kontaktiert, bewegt sich um die Radiusdifferenz nach oben und nach unten.

Wenigstens die Umfangsoberfläche des kreisförmigen Scheibennockens 44 und/oder die Unterseite der Faltenbalgdichtung 25, welche die Umfangsoberfläche kontaktiert, sind vorzugsweise mit MoS2 beschichtet, um den Reibungskoeffizienten zu reduzieren.

Der Gleichstrommotor 31 weist gute Funktionseigenschaften wie etwa eine für einen Steuermotor erforderliche schnelle Beschleunigungsfähigkeit, eine hohe Drehkraft, eine lineare Rotationseigenschaft usw. auf.

Die Nockensensoreinrichtung umfaßt wie in Fig. 10 und 12 gezeigt einen plattenförmigen Programmschalter 50, der an einer bestimmten Position der Klammer 30 befestigt ist, wobei eine Anzahl von Mustern 50a mit einer bestimmten Form auf der Oberseite des Programmschalters 50 vorgesehen sind, ein Programmschaltzahnrad 51, das drehbar an einer bestimmten Position der Klammer 30 befestigt ist, sich durch den Programmschalter 50 erstreckt und in das dritte Zahnrad 43 eingreift, sowie eine elastische Bürste 52, die an der Unterseite des Programmschaltzahnrades 51 befestigt ist und die Muster 50a auf dem Programmschalter 50 kontaktiert.

Die Nockensensoreinrichtung steuert den Fluß Schritt für Schritt in Übereinstimmung mit den in jedem Modus des Programmschalters 50 vorgesehenen Stufen.

Auf der oberen Seite der Klammer 30 ist ein Befestigungsglied 53 mit einer bestimmten Höhe vorgesehen, das eine Sperreinrichtung 53a und ein Vorsprung 53b umfaßt, wobei der Programmschalter 50 auf dem Vorsprung 53b des Befestigungsgliedes 53 gehalten wird und eine Befestigungsschraube 54 mit der Sperreinrichtung 53a verbunden wird, um den- Programmschalter 50 zu befestigen

Außerdem ist eine Haltewelle 55 an einer bestimmten Stelle der Klammer 30 befestigt, wobei ein Programmschaltzahnrad 51 drehbar mit der Haltewelle 55 verbunden ist.

Eine Hülse 56 ist auf der Haltewelle 55 vorgesehen, um die Drehbewegung des Programmschaltzahnrades 51 zu unterstützen, wobei der am Befestigungselement 53 befestigte Programmschalter 50 mit der Hülse 56 verbunden ist.

Die Muster 50a des Programmschalters 50 sind in konzentrischen Kreisen ausgebildet, die ihr Zentrum in der Haltewelle 55 haben.

Eine Vertiefung 56a ist am Boden der Hülse 56 ausgebildet, um den Programmschalter 50 stabil zu halten.

Die elastische Bürste 52 ist in der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise mit Hilfe einer Befestigungsschraube 57 am Programmschaltzahnrad 51 befestigt, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist und verschiedene andere Arten von Befestigungseinrichtungen verwendet werden können.

Eine Vertiefung 30a ist an einer bestimmten Position der Unterseite der Klammer 30 ausgebildet, wobei in der Vertiefung 30a eine Wellenführung 61 mit einer haltenden Rille 61a vorgesehen ist, um ein Gleiten des ersten Zahnrades 41 zu verhindern, indem die untere Seite der Drehwelle 31a des Gleichstrommotors 31 gehalten wird.

Die Antriebseinrichtung ist nicht auf diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschränkt. Es kann ein anderer Aufbau verwendet werden kann, der eine effektive Auf- und Abbewegung einer Spule 22 unter Verwendung des Gleichstrommotors 31 erlaubt.

Im folgenden wird die Funktion des Durchflußmengenreglers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben.

Fig. 4 zeigt den maximal geöffneten Durchflußmengenregler der vorliegenden Erfindung, wobei die untere Seite der mit der Spule 22 verbundenen Faltenbalgdichtung 25 einen Teil 44a mit kurzem Radius des kreisförmigen Scheibennockens 44 kontaktiert und wobei die Spule 22 entlang des Führungsraums 21c des Ventilgehäuses 21 nach unten weg vom Auslaß 21b bewegt wird, um den Fluß des verflüssigten Kältemittels nicht zu behindern.

Das bei der Bewegung der Spule 22 durch den Einlaß 21a und durch das Eingangsloch 21a' eingelassene Kältemittel geht durch die an der Umfangsoberfläche der Spulenführung 23 ausgebildete Durchlaßvertiefung 23a hindurch und wird durch das offene Ausgangsloch 21b' aus dem Ventilgehäuse 21 ausgegeben.

Dabei wird die Spule 22 nicht nach oben bewegt, weil sie kontinuierlich durch die Federkraft der komprimierten Spiralfeder 24 und den Druck des verflüssigten Kältemittels nach unten gedrückt wird.

Die Flußsteuerung des verflüssigten Kältemittels wird durch die Steuerung des Gleichstrommotors 31 in Übereinstimmung mit dem Programmschalter 50 vorgenommen. Wenn der Gleichstrommotor 31 mit Strom versorgt wird, dann wird die Antriebswelle 31a des Gleichstrommotors 31 gedreht, wobei die Antriebskraft von der Drehwelle 31a über das erste Zahnrad 41, das große Zahnrad 42a des zweiten Zahnrads 42 und das kleine Zahnrad 42b auf das dritte Zahnrad 43 übertragen wird. Wenn das dritte Zahnrad 43 um einen bestimmten Winkel gedreht wird, dreht sich der einstückig mit dem Zahnrad 43 ausgebildete kreisförmige Scheibennocken 44 zusammen mit demselben.

Dann wird die Spule 22, die mit der auf der Umfangsoberfläche des kreisförmigen Scheibennockens 44 gehaltenen Faltenbalgdichtung verbunden ist, nach oben gegen die Federkraft der komprimierten Spiralfeder 24 und gegen den Druck des verflüssigten Kältemittels bewegt, um das Ausgangsloch 21b' des Ventilgehäuses graduell zu schließen.

Wenn das dritte Zahnrad 43 gedreht wird, wird gleichzeitig das mit dem dritten Zahnrad 43 verbundene Programmschaltzahnrad 51 gedreht. Dabei kontaktiert die an der Unterseite des Programmschaltzahnrades 51 befestigte elastische Bürste 52 die auf der Oberseite des Programmschalters 50 ausgebildeten Muster 50a, um den Modus des Programmschalters 50 abzulesen.

Wenn also das Programmschaltzahnrad 51 einen bestimmten Modus des Programmschalters 50 erreicht, dann stoppt der Gleichstrommotor 31 seinen Antrieb.

Der Durchflußmengenregler der vorliegenden Erfindung steuert seine Stufen für die Flußsteuerung in Übereinstimmung mit der Anzahl der Modi des Programmschalters 50. Auf diese Weise kann die Menge des verflüssigten Kältemittels mit so vielen Stufen gesteuert werden, wie durch den Flußsteuerungsmodus vorgesehen werden.

Fig. 5 zeigt, daß die Spule 22 nach oben entlang des Führungsraums 21c des Ventilgehäuses 21 bewegt wird, so daß das Ausgangsloch 21b' des Auslasses 21b vollständig geschlossen ist, wobei der kreisförmige Scheibennocken 44 um ungefähr 180° zum Anfangspunkt gedreht wird, so daß die Spule 22 den Teil 44b mit langem Radius des kreisförmigen Scheibennockens 44 kontaktiert.

Wie oben beschrieben, umfaßt der Durchflußmengenregler ein Ventilgehäuse mit einem Führungsraum sowie mit einem Einlaß und einem Auslaß, die an den beiden Seiten des Ventilgehäuses ausgebildet sind, eine Spule, die im Führungsraum des Ventilgehäuses vorgesehen ist und nach oben und nach unten bewegt werden kann, um die Öffnung des Auslasses zu steuern, eine im oberen Teil des Führungsraums vorgesehene Spulenführung, die das verflüssigte Kältemittel durchläßt und sie sich zusammen mit der Spule nach oben und nach unten bewegt, eine Dichtungseinrichtung, welche die Spule an der Unterseite des Ventilgehäuses umgibt, um ein Lecken des verflüssigten Kältemittels zu verhindern, sowie eine Antriebseinrichtung mit einem Gleichstrommotor zum Auf- und Abbewegen der Spule. Dieser Durchflußmengenregler erlaubt eine proportionale Flußsteuerung, indem er die funktionelle Abhängigkeit von einem Ausdehnungsmittel und von einer Membran beseitigt, wodurch die Flußsteuerungsfunktion verbessert und die Beständigkeit erhöht wird.

Der Durchflußmengenregler der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene und in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform beschränkt. Deshalb ist die vorliegende Erfindung in ihren umfassenderen Aspekten nicht auf die besonderen hier gezeigten Details und Einrichtungen beschränkt. Dementsprechend können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne daß dadurch vom allgemeinen Gedanken oder vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird, welcher durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Durchflußmengenregler, der einen Gleichstrommotor verwendet, mit:

    einem Ventilgehäuse (21), das einen Führungsraum (21c) sowie einen Einlaß (21a) und einen Auslaß (21b) aufweist, die an beiden Seiten des Ventilgehäuses (21) ausgebildet sind, wobei der Einlaß (21a) und der Auslaß (21b) durch den Führungsraum (21c) miteinander kommunizieren,

    eine Spule (22), die innerhalb des Führungsraums (21c) der Ventilgehäuses (21) vorgesehen ist und nach oben und nach unten bewegt werden kann, um die Öffnung des Auslasses (21b) zu steuern,

    eine im oberen Teil des Führungsraums (21c) vorgesehene Spulenführung (23), die ein verflüssigtes Kältemittel durchläßt und sich zusammen mit der Spule (22) nach oben und nach unten bewegt,

    eine Halteeinrichtung zum federnden Drücken der Spulenführung (23) in eine Richtung,

    eine Dichtungseinrichtung, welche die Spule (22) an der Unterseite des Ventilgehäuses (21) umgibt, um ein Lecken des verflüssigten Kältemittels zu verhindern, und

    eine Antriebseinrichtung zum Auf- und Abwegen der Spule (22) mit Hilfe des Gleichstrommotors (31).
  2. 2. Durchflußmengenregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenführung (23) eine Anzahl von Durchlaßvertiefungen (23a) zum Durchlassen des verflüssigten Kältemittels an ihrer Umfangsoberfläche aufweist.
  3. 3. Durchflußmengenregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenführung (23) eine Anzahl von Durchlaßöffnungen (23'a) um ihr Zentrum herum aufweist.
  4. 4. Durchflußmengenregler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (21a) des Ventilgehäuses (21) und der Führungsraum (21c) in einer Linie ausgerichtet sind, während der Auslaß (21b) senkrecht zum Führungsraum (21c) ausgerichtet ist, wobei ein Eingangsloch (21a') und ein Ausgangsloch (21b') jeweils am inneren Ende des Einlasses (21a) und des Auslasses (21b) mit jeweils einem kleineren Durchmesser als der Einlaß (21a) und der Auslaß (21b) vorgesehen sind, wobei das Eingangsloch (21a') und das Ausgangsloch (21b') mit dem Führungsraum (21c) kommunizieren.
  5. 5. Durchflußmengenregler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung eine am Boden des Ventilgehäuses (21) befestigte Faltenbalgdichtung (25) ist, welche den unteren Teil der Spule (22) umgibt.
  6. 6. Durchflußmengenregler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung einen Gleichstrommotor (31), ein Räderwerk zum Übertragen der Drehkraft des Gleichstrommotors (31) sowie ein durch das Räderwerk gedrehtes Nockenglied (44) zum Auf- und Abbwegen der Spule (22) umfaßt.
  7. 7. Durchflußmengenregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung umfaßt:

    eine Klammer (30) zum Halten des Bodens des Ventilgehäuses (21), wobei ein Gleichstrommotor (31) an einer bestimmten Position der Klammer (30) befestigt ist,

    ein erstes Zahnrad (41), das direkt mit dem Gleichstrommotor (31) verbunden ist,

    ein zweites Zahnrad (42), das ein großes Zahnrad (42a) und ein kleines Zahnrad (42b) umfaßt, die einstückig miteinander ausgebildet sind, wobei das zweite Zahnrad (42) drehbar an einem Ende der Klammer (30) befestigt ist und durch das erste Zahnrad (41) gedreht wird,

    ein drittes Zahnrad (43), das drehbar am anderen Ende der Klammer (30) befestigt ist und durch das zweite Zahnrad (42) gedreht wird,

    einen kreisförmigen Scheibennocken (44) mit einem Teil (44a) mit kurzem Radius und mit einem Teil (44b) mit langem Radius, wobei der Scheibennocken (44) einstückig mit dem dritten Zahnrad (43) ausgebildet ist und die Spule (22) mit der damit verbundenen Faltenbalgdichtung (25) antreibt, und

    eine Nockensensoreinrichtung zum Feststellen der Position des kreisförmigen Scheibennockens (44).
  8. 8. Durchflußmengenregler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Umfangsoberfläche des kreisförmigen Scheibennockens (44) und/oder der Boden der Faltenbalgdichtung (25), der die Umfangsoberfläche kontaktiert, mit MoS2 beschichtet sind, um den Reibungskoeffizienten zu reduzieren.
  9. 9. Durchflußmengenregler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockensensoreinrichtung umfaßt:

    einen Programmschalter (50), der an einer bestimmten Position der Klammer (30) befestigt ist, wobei eine Anzahl von Mustern (50a) mit einer bestimmten Form auf der Oberseite des Programmschalters (50) ausgebildet sind,

    ein Programmschaltzahnrad (51), das drehbar auf einer Haltewelle (55) befestigt ist, die an einer bestimmten Position der Klammer (30) befestigt ist und sich durch den Programmschalter (50) erstreckt, und

    eine elastische Bürste (52), die an der Unterseite des Programmschalters (50) befestigt ist und die Muster (50a) auf dem Programmschalter (50) kontaktiert.
  10. 10. Durchflußmengenregler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse (56) auf der Haltewelle (55) vorgesehen ist, um die Drehung des Programmschaltzahnrades (51) zu unterstützen.
  11. 11. Durchflußmengenregler nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vertiefung (30a) an einer bestimmten Position der Klammer (30) ausgebildet ist, wobei eine Wellenführung (61) in der Vertiefung (30a) vorgesehen ist, um eine Drehwelle (31a) des Gleichstrommotors (31) zu halten.






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