膨胀阀的制作方法

膨胀阀
1.本发明涉及一种用于机动车辆的空调系统的膨胀阀。本发明还涉及一种用于这种膨胀阀的永磁体以及一种包括这种类型的膨胀阀的机动车辆空调系统。
2.膨胀阀也称作节流阀，是借助于使流动横截面局部变窄来减小流经的流体的压力并由此分别实现体积增大或膨胀的阀。在空调系统中，尤其是在机动车辆中，这种膨胀阀减小了制冷剂的压力，制冷剂通常在为几乎沸腾的液体时进入到膨胀阀中。因此，其经历状态的等焓变化，这是因为制冷剂在穿过膨胀阀时释放压力(压力例如从10bar下降到1bar，同时液体的温度下降)。在阀中进行膨胀的目的在于，液体以较低的过热(仍是液态的)到达蒸发器中。制冷剂随后到达蒸发器中，在蒸发器中，制冷剂的液态部分的蒸发过程从周围区域吸收热量并由此蒸发。流经蒸发器(热交换器)的流体或空气由此被分别冷却。
3.然而，在现有技术已知的电膨胀阀的情况下，缺陷在于，为了检测阀的位置，其通常具有设置在膨胀阀的转子处的单独的永磁体，这些永磁体不仅需要额外组装工作而且还有额外安装空间的需求。
4.本发明由此解决如下问题，具体说明针对电膨胀阀的一种改进方案或至少一个替代实施例，其特征尤其在于借助于紧凑的构造。
5.根据本发明，借助于独立权利要求1的主题解决该问题。有利实施例是从属权利要求的主题。
6.本发明基于将确定阀体的位置的永磁体集成到影响阀体的旋转的永磁体中的整体构思，并由此实现较低的整体材料使用量，尤其是还减小了位置磁体当前所需的安装空间需求。根据本发明的膨胀阀，可以用于例如用于机动车辆的空调系统和/或电池冷却或油冷却的热交换器(冷却器)，其具有壳体、传感器、步进马达或bldc马达、阀座，以及与该阀座相互作用的阀体。阀体优选地形成为所谓的阀针，并且可以借助于弹簧将其预紧到紧靠阀座的关闭位置，其中，这种类型的弹簧可以尤其用于公差补偿。步进马达或bldc马达具有转子以及围绕转子的定子，例如围绕所述转子并沿转子的轴向彼此间隔开设置的至少两个电线圈。由此，阀体的调节和由此导致的膨胀阀的分别打开或关闭借助于转子的旋转而发生，随之后者与阀体一起沿轴向调节。转子具有轴以及以旋转固定的方式连接到该轴的永磁体。响应于轴的旋转，轴与阀体一起沿阀座方向或远离阀座的方向进行轴向调节。通过传感器检测永磁体的轴向位置和/或旋转角度，并由此分别监测膨胀阀的打开位置或关闭位置。利用根据本发明的构思，根据这种构思，将轴旋转所需的永磁体以及检测阀体的位置和由此检测膨胀阀的打开状态所需的永磁体集成在一个永磁体中，能够得到构造特别紧凑的永磁体，这不仅减小了膨胀阀所需的安装空间需求，而且还减少了用于生产永磁体的材料使用。由此，能够以成本有效、节省资源和安装空间得到优化的方式生产根据本发明的膨胀阀。
7.在有利的本发明的进一步改进的情况下，永磁体以罐状(pot
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shaped)方式形成并具有信号发生器区域和转子区域。信号发生器区域因此优选地面向传感器，而转子区域则围绕轴。由于永磁体的转子区域以环形方式围绕轴间隔开设置，因此轴的一部分可以设置在永磁体的转子区域内，并可以由此以节省空间的方式进行安放。
8.轴有利地具有第一纵向端部区域和第二纵向端部区域，并以旋转固定的方式进行设置，其中轴的第一纵向端部区域在永磁体的信号发生器区域中，轴在其第二纵向端部区域中具有用于容纳阀体的盲孔状的凹部。由此还能够得到特别的安装空间优化的实施例。
9.轴和阀体有利地至少部分地设置在阀体引导件内，其中，轴具有外螺纹并且阀体引导件具有对应的内螺纹，或者反之亦然，以使得响应于轴的旋转，轴与永磁体一起进行轴向调节，并且阀体由此被推到阀座上或从阀座上抬起。在这种情况下，传感器能够由此检测永磁体的轴向调节和/或旋转，这是因为响应于轴的旋转，永磁体与轴一起轴向地调节。当然，替代地，也可以设置成轴具有外螺纹并且阀体引导件具有对应的内螺纹，或者反之亦然，其中，响应于轴的旋转，轴独立于永磁体进行轴向调节，并且阀体由此被推到阀座上或从阀座上抬起。在这种情况下，传感器能够因此仅检测永磁体的旋转，这是因为响应于轴的旋转，仅轴在这种情况下被轴向调节，而永磁体不被轴向调节，永磁体轴向地保持在其位置上并因此与传感器相距相同距离。
10.轴上的外螺纹和对应的内螺纹通常可以被视为类似于螺纹主轴，在这种情况下，旋转运动被转换成平移运动。螺纹主轴由螺杆构成，在简单应用中，螺杆是其上附接有梯形、尖角或平螺纹的柱形圆杆。出于成本原因，具有m5 x 0.25的公制尺寸的尖角螺纹因此是特别有利的。
11.在有利的根据本发明的解决方案的进一步改进的情况下，设置有围绕转子并使得转子侧潮湿区域与定子侧干燥区域分隔开的分离罐。根据本发明的膨胀阀能够因此形成为所谓的湿式流量计(wet running meter)，在这种情况下，转子设置在制冷剂中。然而，借助于分离罐，能够可靠地使相对敏感的线圈以及控制板的电子器件保持干燥，它们因此以受保护的方式进行设置，根据本发明的膨胀阀可以因此长期保持功能性。
12.在其信号发生器区域中，永磁体有利地具有至少一个磁极对。这种类型的磁极对由北极和南极构成，分别提供相对简单的距离或范围测量，和/或可以将旋转角度的改变直接转换成膨胀阀的开度，用于对应的传感器，例如3d霍尔传感器。可以通过这种类型的3d霍尔传感器进行非接触式且非触摸式的距离检测，这尤其提供了较大优势，可以将3d霍尔传感器设置在膨胀阀的干燥区域，同时可以将转子或永磁体分别设置在潮湿区域。通过这种类型的传感器，可以借助单个传感器检测所有空间方向，这不仅提供了成本优势，而且还提供了安装空间的优势。这种类型的霍尔传感器还提供了较大优势在于，即使相应的霍尔传感器所处的磁场是恒定的，这种类型的霍尔传感器仍提供信号。据此，能够相对容易地分别检测转子的旋转角度或转子到霍尔传感器的位置或距离，以及因此还对膨胀阀的打开状态进行检测。
13.在根据本发明的解决方案的另一有利实施例的情况下，轴穿过永磁体的信号发生器区域。在组装根据本发明的膨胀阀的情况下，这提供了较大优势，在这种情况下，将弹簧在一开始(可选地)插入到轴的第二纵向端部区域处的盲孔状凹部中，随后插入阀体，也可以将限制阀体从盲孔状凹部延伸的最大延伸位置的环元件压入到盲孔状凹部中。为了压入这种类型的环元件，必须将轴推靠在基台上，在轴穿过永磁体的情况下，这可以相对容易的进行，这是因为在该情况下，轴不是支撑在永磁体上，而是直接支撑在对应的基台上。由此能够获得具有显著装配优势的转子。
14.在根据本发明的解决方案的另一有利实施例的情况下，轴在其第一纵向端部区域
处以形状配合和/或材料配合的方式连接到永磁体的信号发生器区域。由此可设想，例如，轴分别具有对应的凹部或滚花或套环，其中，对应的永磁体的信号发生器区域具有形成为与之互补的负轮廓。由此能够实现永磁体与轴之间的形状配合连接，该形状配合连接例如能够通过使用粘合剂进行额外支撑。借助于例如轴处的非圆形套环能够实现轴与永磁体的信号发生器区域之间的相对简单的形状配合、且传递扭矩的连接。
15.本发明还基于以下总体构思，即给出一种用于前述段落所述的膨胀阀的永磁体，该永磁体以罐状方式形成并具有信号发生器区域，其形成罐的基部，以及转子区域，其形成罐的壁，该永磁体在其转子区域中具有多个磁极，这些磁极沿轴向延伸并且还沿周向交替设置。这种类型的永磁体能够由此作为预制组件来制造或能够分为两个零件配送，其中，两个零件能够相对容易地以形状配合的方式附接到对应的轴，并能够以形状配合的方式连接到该轴。在永磁体的包括两个半壳体的这种变型的情况下或在完整制造的、即一件式的变型的情况下，能够额外地使用粘着剂以将轴以旋转固定的方式固定在永磁体的信号发生器区域中。借助于根据本发明的这种类型的永磁体，能够产生具有特别紧凑的构造的磁体，这种磁体由于其转子区域，还能够在其中容纳轴的大部分以及针状阀体的至少一部分，以及阀体引导件，并由此类似地能够以特别的安装空间优化的方式进行设置。
16.本发明还基于以下总体构思，即给出一种机动车辆的空调系统，包括压缩机、蒸发器、冷凝器和前述段落所述的膨胀阀，以由此能够将前述段落所述的膨胀阀的优点转移到该空调系统。
17.本发明还基于以下总体构思，即借助于与车辆空调系统组合的热交换器(冷却器制冷剂
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冷却水回路)和冷凝器，将这种膨胀阀用在用于电池的油冷却器或冷却系统中，或者也可以用在独立的冷却回路中。
18.本发明的其他重要特征和优点还能够从从属权利要求、附图和基于附图的相应附图说明中得到。
19.不言而喻，上述特征和下文将描述的特征不仅能够在各自指定的组合中使用，在不脱离本发明的范围的情况下也能够在其他组合中或单独使用。
20.本发明的优选示例性实施例在附图中示出，并将在以下说明中更详细地描述，其中，相同的附图标记指代相同或相似或功能相同的部件。
21.分别示意性地：
22.图1示出了根据本发明的膨胀阀的剖视图，
23.图2示出了根据本发明的永磁体的详细剖视图，
24.图3示出了包括根据本发明的膨胀阀的空调系统。
25.根据图1，根据本发明的用于机动车辆3(见图3)的空调系统2的膨胀阀1具有壳体4、传感器29、控制板5、步进马达6或bldc马达、阀座7、与该阀座相互作用的阀体8，以及牢固地连接到壳体4的阀体引导件9。步进马达6或bldc马达具有转子10，并且在本实例中，具有围绕转子10并形成定子的至少两个线圈11。因此，当沿轴向12观察时，线圈11由此分别彼此偏移设置或彼此间隔开设置。转子10则具有轴13以及永磁体14，永磁体14以旋转固定的方式(尤其参见图2)连接到轴并优选地以罐状方式形成，永磁体14可以具有信号发生器区域15以及转子区域16。信号发生器区域15由此分别面向控制板5或传感器29，而转子区域16则围绕轴13的大部分。根据本发明，传感器29形成为检测永磁体14的轴向位置和/或旋转角
度。在所示的实例中，轴13还在信号发生器区域15的区域中，被后者被永磁体14围绕。轴13具有第一纵向端部区域17以及第二纵向端部区域18(还是参见图2)，并牢固地、尤其是以旋转固定的方式进行集成，其中，其第一纵向端部区域17集成在永磁体14的信号发生器区域15中，轴13还在其第二纵向端部区域18处具有用于容纳阀体8以及弹簧20的盲孔状的凹部19，该弹簧沿抵靠阀座7的方向预紧所述阀体。
26.因此，如从图中尤其从图1得到的，轴13和阀体8至少部分地设置在阀体引导件9中，该阀体引导件又牢固地连接到壳体4，尤其是例如借助于压紧或粘接。
27.为了沿轴向12调节阀体8并因此分别打开或关闭根据本发明的膨胀阀1，转子10发生旋转，其中，轴向调节可以优选地借助于设置在轴13与阀体引导件9之间的螺纹来实现。出于该目的，轴13具有外螺纹21，而阀体引导件9则具有与外螺纹21相互作用的对应的内螺纹22，使得响应于轴13的旋转时，轴与永磁体14一起进行轴向调节，并且阀体8由此被推到阀座7上或从该阀座上抬起。通过借助于分别向定子或线圈11提供相应对应的电流来实现转子10的旋转。如果转子10因此旋转，则其例如沿根据图1的轴向12向下调节，设置在盲孔状的凹部19中的弹簧20于是被推挤并由此张紧，并将阀体8预张紧，抵靠壳体侧的阀座7。如果借助于向线圈11提供对应电流而使转子10发生反向的旋转，则所述转子沿轴向12向上调节，使得弹簧20松弛，阀体8在阀座7上的接触压力开始减小，直至阀体8通过其套环24抵靠压入盲孔状凹部19中的环元件23。在该状态下，阀体8达到在盲孔状凹部19外的最大延伸状态，使得响应于转子10的进一步向上调节，阀体8从阀座7抬起。
28.响应于轴13的旋转，轴可以与永磁体14一起或与之分开地进行轴向调节，并且阀体8可以由此被推到阀座7上或可以从该阀座抬起。
29.环元件23可以由此被压入到盲孔状的凹部19中，其中，环元件23总是保持到阀体8的径向距离，使得该阀体以非触碰的方式设置到环元件23。轴13通常滑动地安装在阀体引导件9中的上部区域中，即弹簧20上方的区域中。
30.当进一步参照图1时，可以看出设置有围绕转子10的分离罐25，该分离罐使转子侧潮湿区域26与线圈侧/定子侧干燥区域27分离。控制板5以及定子或线圈11因此分别设置在干燥区域27中并因此受到保护。
31.当更详细地观察根据本发明的永磁体14时(尤其是参见图2)，可以看出：该永磁体在其转子区域16中具有多个磁极28(北
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南)，这些磁极与轴13径向分隔开并沿轴向12延伸，并且还设置为沿周向交替。永磁体14在其信号发生器区域15中具有至少一个磁极对，根据图2，该至少一个磁极对由半圆形北极和半圆形南极构成。在控制板5处还设置有传感器29、尤其是3d霍尔传感器(参见图1)，其面向轴13并可以检测轴13的第一纵向端部30与3d霍尔传感器之间的距离以及由此导致的膨胀阀1的打开状态。
32.因此，如可以从图1和图2中得到的，转子10的轴13穿过永磁体14的信号发生器区域15，这进一步提供了较大优势，响应于环元件23被压入到轴13的第二纵向端部区域18处的盲孔状凹部19中，在插入弹簧20和阀体8之后，没有通过永磁体14进行支撑，而是仅通过轴13本身来进行支撑，因为根据图1和图2，该轴的纵向端部30延伸超出永磁体14的信号发生器区域15。
33.由此通过形状配合连接和/或材料配合连接在永磁体14与轴13之间进行连接，因此，能够想到的是，轴13在其第一纵向端部区域17处以形状配合的方式和/或材料配合的方
式连接到永磁体14的信号发生器区域15。能够想到的是，形状配合连接还允许扭矩传递，例如，借助于非圆形的形状配合连接主体31和永磁体14中的形成为与非圆形形状配合连接主体互补的负轮廓32。通过该类型的形状配合连接，在永磁体14与轴13之间能够进行扭矩传递，其中，可以允许它们之间进行轴向调节。不言而喻，永磁体14与轴13之间的旋转固定连接还可以借助于粘合剂和由此的材料配合来支持。在这种情况下，会禁止永磁体14与轴13之间的轴向相对调节。特别是在该情况下，永磁体14会紧固到轴13，使得永磁体和轴13沿轴向移动方向耦合。因此，能够想到的是，例如，信号发生器区域15由两个半圆形磁极(北
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南)构成，它们沿径向方向附接到轴13的形状配合连接主体31，并且随后牢固地连接到所述形状配合连接主体。
34.还能够想到的是，直接用塑料、尤其是热塑性塑料(例如pa 6)挤压涂覆轴13，对其添加可磁化颗粒(铁、钕等)，并且由此生成永磁体14。与烧结替代方案相反，这提供了高强度并与轴13接合的优点。
35.由于信号发生器区域15和转子区域16集成在一件式的永磁体14中，因此可以获得功能集成，使得用于转子10旋转和因此分别打开或关闭膨胀阀1所需的转子区域16和用于分别检测膨胀阀1的打开状态或关闭状态所需的信号发生器区域15能够集成在单个的共同的永磁体14中，由此，该永磁体具有更加紧凑的构造。
36.通常，还能够想到的是，信号发生器区域15和/或永磁体14与传感器29相距恒定距离。在这种情况下，膨胀阀1的调节由此仅借助于永磁体14的旋转进行。轴13可以由此以轴向可移动的方式支撑在永磁体14中。
37.如图3所示，根据本发明的膨胀阀1可以与根据本发明的永磁体14一起用于例如机动车辆3的空调系统2中，其中，这种类型的空调系统2还包括压缩机33、蒸发器34，以及冷凝器35。
38.因此，可以借助于根据本发明的膨胀阀1获得成本有效、功能集成并且安装空间优化的膨胀阀1。