Expansionsventil

Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil mit einem Strömungsgehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, einem Aktor, über den ein Regelkörper axial bewegbar ist, einem Strömungskanal, der strömungstechnisch zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist, wobei der Strömungskanal einen ersten Strömungsabschnitt mit mindestens einem Verdampfungsquerschnitt aufweist, der mittels eines ersten Regelkörperabschnitts freigebbar oder verschließbar ist, und einen zweiten Strömungsabschnitt aufweist, in dem zwischen einem zweiten Regelkörperabschnitt und einer korrespondierend ausgebildeten Strömungskanalinnenwand ein Strömungsspalt gebildet ist, wobei in dem zweiten Strömungsabschnitt eine Strömungsumlenkstruktur angeordnet ist, die strömungstechnisch zwischen dem Einlass und dem Verdampfungsquerschnitt angeordnet ist.

Ein derartiges Expansionsventil ist beispielsweise in der WO 2006/093149 Al. Das offenbarte Expansionsventil umfasst einen Regelkörper mit einem ersten Regelkörperabschnitt, durch den ein Verdampfungsquerschnitt freigebbar oder verschließbar ist, wobei der Regelkörper in einem zweiten Regelkörperabschnitt umlaufende Nuten, insbesondere eine Spiralnut aufweist, durch die im geöffneten Zustand des Expansionsventils ein zweiter Strömungsquerschnitt gebildet ist, an dem eine Drosselung des vorbeiströmenden Fluids erfolgt. Das Fluid strömt zunächst durch den relativ engen Verdampfungsquerschnitt und anschließend durch den zweiten Strömungsquerschnitt, dessen Größe durch Verschieben der Nuten im Verhältnis zu einer Strömungskante in der Strömungskanalinnenwand variiert werden kann. Ein weiteres beispielhaftes Expansionsventil ist in der JP 2015-143543 A offenbart. Hier weist sowohl der Regelkörper als auch die Strömungskanalinnenwand umlaufende Nuten auf, in denen das vorbeiströmende Fluid verwirbelt wird, wodurch eine turbulente Strömungsgrenzschicht gebildet wird, die ein relativ geräusch- und verschleißarmes Vorbeiströmen des Fluids insbesondere an den Übergängen zwischen zwei im Winkel zueinanderstehenden Flächen sicherstellt.

Beide in den genannten Schriften offenbarte Expansionsventile nutzen somit umlaufende Nuten in dem Regelkörper und/oder der Strömungskanalinnenwand, um den Querschnitt zu variieren oder Verwirbelungen des vorbeiströmenden Fluids zu erzeugen. Der Effekt der Nuten tritt jedoch erst dann auf, wenn das Ventil bereits geöffnet ist und sich eine kontinuierliche Strömung ausgebildet hat.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Expansionsventil zu schaffen, bei dem insbesondere zum Zeitpunkt des Öffnens eine signifikante Verwirbelung der Strömung auftritt.

Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Expansionsventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Expansionsventil weist ein Strömungsgehäuse mit einem Einlass und einem Auslass auf, durch welches ein Fluid insbesondere ein Kältemittel von dem Einlass zu dem Auslass strömt. Das Expansionsventil weist ferner einen Regelkörper auf, der in axialer Richtung hubartig bewegbar ist, wobei die Bewegung des Regelkörpers beispielsweise durch einen Aktor erzeugt werden kann. Das Expansionsventil weist weiterhin einen Strömungskanal auf, der vorzugsweise durch das Strömungsgehäuse gebildet ist und strömungstechnisch zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist, wodurch der Strömungskanal den Einlass und den Auslass fluidisch verbindet. Somit kann das Fluid bei geöffnetem Ventil vom Einlass zum

Auslass durch eben diesen Strömungskanal innerhalb des

Strömungsgehäuses strömen. Der Strömungskanal weist einen ersten

Strömungsabschnitt auf, in dem zwischen einem ersten

Regelkörperabschnitt und einem ersten

Strömungskanalinnenwandabschnitt mindestens ein

Verdampfungsquerschnitt gebildet ist. Der erste

Strömungskanalinnenwandabschnitt umschließt dazu den korrespondierend ausgebildeten ersten Regelkörperabschnitt entlang des Umfangs, wodurch zwischen dem ersten Regelkörperabschnitt und dem ersten Strömungskanalinnenwandabschnitt ein sich axial erstreckender

Verdampfungsspalt ausbildbar ist, wobei der Verdampfungsquerschnitt vorzugsweise der engste Querschnitt des Verdampfungsspaltes ist, in dem das Fluid entspannt und somit expandiert, wodurch zumindest ein Teil des durch den Verdampfungsquerschnitt strömenden Fluids seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig ändert, d.h. verdampft.

Der Strömungskanal weist ferner einen zweiten Strömungsabschnitt auf, in dem zwischen einem durch einen zweiten Teilabschnitt des Regelkörpers gebildeten zweiten Regelkörperabschnitt und der korrespondierend ausgebildeten Strömungskanalinnenwand, bzw. einem Strömungskanalinnenwandabschnitt, der als Ventilsitz dient, beim vom Ventilsitz abgehobenen zweiten Regelkörperabschnitt ein Strömungsspalt gebildet wird, der vorzugsweise einen ringförmigen Querschnitt aufweist, der größer ist als der Verdampfungsquerschnitt. In dem zweiten Strömungsabschnitt ist eine Strömungsumlenkstruktur angeordnet, die strömungstechnisch zwischen dem Einlass und dem Verdampfungsquerschnitt angeordnet ist. Folglich strömt das Fluid, bevor es durch den Verdampfungsquerschnitt strömt, durch die Strömungsumlenkstruktur, wodurch der Fluidstrom umgelenkt und dadurch gebremst wird. Der Strömungsspalt, in dem die Strömungsumlenkstruktur angeordnet ist, ist im geschlossenen Zustand des Expansionsventils, d.h., wenn der Regelkörper den Strömungskanal vollständig verschließt, durch Auflage des zweiten Regelkörperabschnitts auf der Strömungskanalinnenwand geschlossen. Hierbei liegt entweder die Strömungsumlenkstruktur selbst oder eine an die Strömungsumlenkstruktur angrenzende Fläche im zweiten Strömungsabschnitts am Ventilsitz an. Beispielsweise könnte eine an die Strömungsumlenkstruktur angrenzende Fläche des Regelkörpers an einer korrespondierenden Fläche der Strömungskanalinnenwand anliegen und dadurch den Strömungsspalt verschließen.

Wenn das Expansionsventil geöffnet wird, d.h., wenn der Regelkörper in axialer Richtung bewegt wird, wird der Strömungsspalt im zweiten Strömungsabschnitt freigegeben, wodurch das Fluid durch den Strömungskanal und den Verdampfungsquerschnitt strömt. Aufgrund der niedrigen Temperaturen eines in einem Kältekreis eingesetzten Fluids, bildet sich in einem herkömmlichen Expansionsventil insbesondere während des Öffnungsvorgangs des Expansionsventils vor dem Verdampfungsquerschnitt schlagartig ein relativ hoher Druck aus. In dem erfindungsgemäßen Expansionsventil strömt das Fluid kurz nach dem Öffnen ausgehend von dem Einlass zunächst entlang des zweiten Strömungsabschnitts und passiert dabei die Strömungsumlenkstruktur. Insbesondere kurz nach dem Öffnen des Expansionsventils, wenn der Strömungsspalt noch relativ klein ist, bewirkt die Strömungsumlenkstruktur eine Umlenkung zumindest eines Teils der Fluidströmung, die sich auf die gesamte Strömung auswirkt, wodurch die gesamte Fluidströmung mittels der Strömungsumlenkstruktur bereits vor der eigentlichen Drosselstelle an dem Verdampfungsquerschnitt vorgedrosselt bzw. gebremst wird. Infolgedessen wird der Druck des Fluids in dem Strömungsspalt bereits vor Erreichen des Verdampfungsquerschnitts reduziert, wodurch die Durchflussmenge durch den Verdampfungsquerschnitt deutlich präziser reguliert werden kann.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsumlenkstruktur derart angeordnet, dass ab einem definierten Regelkörperhub die Strömungsumlenkstruktur in Bezug auf die Hubrichtung vollständig außerhalb des zweiten Strömungskanalinnenwandabschnitts positioniert ist. Bei Überschreiten dieses definierten Regelkörperhubs wird der Abstand des zweiten Strömungskanalinnenwandabschnitts zum Regelkörper kleiner als der Abstand des zweiten Strömungskanalinnenwandabschnitts zur Strömungsumlenkstruktur, so dass diese nicht mehr innerhalb des engsten Querschnitts liegt und somit keinen relevanten Einfluss auf die Strömung mehr ausübt. Entsprechend werden keine Turbulenzen mehr im Strömungsspalt erzeugt, sondern es liegt eine weitestgehend geradlinige Strömung durch den Strömungsspalt ohne zusätzliche Druckverluste vor. Somit wirkt die Strömungsumlenkstruktur nur kurz nach dem Öffnen des Expansionsventils bei einem relativ kleinen Strömungsspalt in signifikanter Weise auf die Fluidströmung.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsumlenkstruktur durch mindestens eine umlaufende Ausnehmung in dem Regelkörper und/oder der Strömungskanalinnenwand gebildet. Die umlaufende Ausnehmung ist vorzugsweise eine dreiecksnutartige Vertiefung entweder in dem Regelkörper oder in der Strömungskanalinnenwand, wobei alternativ sowohl der Regelkörper als auch die Strömungskanalinnenwand jeweils eine umlaufende Ausnehmung aufweisen können. Die umlaufende Ausnehmung bewirkt in Strömungsrichtung eine Aufweitung des Strömungsspalts und eine sich in Bezug auf die Aufweitung anschließende Verengung des Strömungsspalts, wodurch zumindest ein Teilstrom des durch den Strömungsspalt strömenden Fluids in die Ausnehmung strömt und dadurch in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung entlang des Strömungsspalts an der Eintrittskante der Ausnehmung, an der der Strömungsspalt sich aufzuweiten beginnt, leicht umgelenkt wird. An der tiefsten Stelle der Ausnehmung, an der der Strömungsspalt sich wieder zu verengen beginnt, erfolgt eine weitere, starke Umlenkung der Strömung. An der am strömungstechnischen Ende der Ausnehmung angeordneten Austrittskante erfolgt letztlich eine weitere leichte Umlenkung. Diese Mehrfachumlenkung der Strömung erzeugt Turbulenzen, die die Strömung drosseln, bzw. bremsen und somit den Druck reduzieren. Um den Umlenkungseffekt noch weiter zu steigern, kann die der Ausnehmung gegenüberliegende Fläche eine korrespondierende erhabene Struktur aufweisen, die zumindest im geschlossenen und leicht geöffneten Zustand des Ventils in die Ausnehmung hineinragt, wodurch im Bereich der Strömungsumlenkstruktur ein labyrinthartiger Spalt gebildet ist, der eine Umlenkung der gesamten Strömung bewirkt.

Besonders bevorzugt ist in dem Regelkörper eine erste umlaufende Ausnehmung und eine zweite umlaufende Ausnehmung gebildet. Die Strömungsumlenkstruktur weist somit zwei Ausnehmungen auf, wodurch die Anzahl der Strömungsumlenkungen verdoppelt ist. Ferner lassen sich die Ausnehmungen in dem Regelkörper einfacher herstellen als in dem Strömungsgehäuse, sodass die zusätzlichen Fertigungskosten für die Ausnehmungen relativ gering ausfallen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausnehmung einem V-förmigen Querschnitt auf, wodurch an einem Grund der Ausnehmung ein relativ spitzer Winkel entsteht, der eine relativ starke Strömungsumlenkung bewirkt. Der V-förmige Querschnitt bildet vorzugsweise ein gleichschenkliges Dreieck, dessen Symmetrielinie lotrecht zu der Mantelfläche des Regelkörpers angeordnet ist, wodurch die Umlenkwinkel an der Eintrittskante und der Austrittskante der Ausnehmung gleich sind.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Ausnehmungen in Bezug auf die Strömungsrichtung aneinander angrenzend angeordnet, wodurch eine Stufenstruktur gebildet ist. Die erste Ausnehmung ist somit stromaufwärts der zweiten Ausnehmung angeordnet, sodass die Austrittskante der ersten Ausnehmung die Eintrittskante der zweiten Ausnehmung bildet. Auf diese Weise wird die Strömung an dieser Kante relativ stark umgelenkt, sodass mit den jeweiligen Umlenkungen am Grund jeder Ausnehmung drei relativ starke Umlenkungen der Strömung um jeweils ca. 90° erfolgen, wodurch der Vordrosselungseffekt deutlich stärker ist als mit nur einer Ausnehmung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind durch die beiden Ausnehmungen in geschlossenem Zustand des Expansionsventil geschlossene umlaufende Kammern gebildet. Die umlaufenden Kammern werden dadurch gebildet, dass die Strömungsumlenkstruktur vollständig an der gegenüberliegenden korrespondierenden Fläche anliegt, wodurch die umlaufenden Ausnehmungen durch die anliegende Fläche vollständig verschlossen werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Strömungsumlenkstruktur aus strömungstechnischer Sicht zu Anfang des Strömungsspaltes angeordnet ist.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Teilabschnitt des zweiten Regelkörperabschnitts im zweiten Strömungsabschnitt konvex ausgebildet, wobei der zweite Regelkörperabschnitt im Bereich der Strömungsumlenkstruktur nicht konvex ausgebildet sein muss, sondern nur eine an die Strömungsumlenkstruktur angrenzende Fläche konvex ausgebildet sein kann, die beispielsweise im geschlossenen Zustand des Expansionsventils an der korrespondierenden Strömungskanalinnenwand dichtend anliegt, sodass das Expansionsventil verschlossen ist. Dazu ist der Regelkörper im zweiten Regelkörperabschnitt nicht vollständig konisch ausgebildet. Vielmehr ist die Kontur des gesamten zweiten Regelkörperabschnitts derart ausgebildet, dass eine den zweiten Regelkörperabschnitt umschließende konische Fläche den zweiten Regelkörperabschnitt in mindestens zwei der Strömungskanalinnenwand am nächsten liegenden Punkten berührt, nämlich dem zu dem zweiten Strömungskanalinnenwandabschnitt nächsten Punkt auf dem konvexen Teilabschnitt sowie dem zu dem zweiten Strömungskanalinnenwandabschnitt nächsten Punkt der Strömungsumlenkstruktur, wobei die Konizität der umschließenden Fläche der Konizität des den Ventilsitz bildenden zweiten Strömungskanalinnenwandabschnitts entspricht. Aufgrund der konvexen Auflagefläche berührt der zweite Regelkörperabschnitt die vorzugsweise konische Strömungskanalinnenwand lediglich entlang einer Linie, wodurch eine relativ hohe Dichtigkeit des Expansionsventils im geschlossenen Zustand sichergestellt ist. Im Bereich der Strömungsumlenkstruktur sollte der Regelkörper in diesem Fall vorteilhafterweise nicht an der Strömungskanalinnenwand anliegen.

Vorzugsweise weist die Strömungsumlenkstruktur an mindestens einer Umlenkstelle eine scharfe Kante auf. Eine scharfkantige Strömungsumlenkstruktur bewirkt Strömungsabrisse, die relativ starke Turbulenzen in der Strömung verursachen können und somit in einem Druckverlust resultieren, wodurch der Druck des Fluids zusätzlich abgesenkt wird.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Strömungskanal im ersten Strömungsabschnitt zylindrisch ausgebildet, wobei auch der erste Regelkörperabschnitt in korrespondierender Weise zylindrisch ausgebildet ist. In diesem ersten Strömungsabschnitt, in dem auch der Verdampfungsquerschnitt gebildet ist, wird durch die beiden zylindrischen Flächen des Regelkörpers sowie des Strömungskanals in geschlossenem sowie in leicht geöffnetem Zustand des Expansionsventils ein Verdampfungsspalt mit konstantem Verdampfungsquerschnitt gebildet. Folglich bleibt der Verdampfungsquerschnitt kurz nach dem Öffnen des Expansionsventils für eine gewisse Hublänge, die vorzugsweise 5 % bis 20 % des Regelkörperhubs beträgt, konstant, wobei dies in etwa der Hublänge entspricht, innerhalb der die Strömungsumlenkstruktur einen signifikanten Einfluss auf die Strömung im zweiten Strömungsabschnitt ausübt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Strömungsumlenkstruktur über mindestens 30 % der Länge des zweiten Regelkörperabschnitts. Die Länge des zweiten Regelkörperabschnitts entspricht im Wesentlichen der Länge des zweiten Strömungsabschnitts. Eine Erstreckung der Strömungsumlenkstruktur über mindestens 30 % der Länge des zweiten Regelkörperabschnitts resultiert in einer mehrmaligen relativ starken Strömungsumlenkung, wodurch der Effekt der Vordrosselung zu einem ausreichend starken Druckabfall vor dem Verdampfungsquerschnitt führt.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind der Regelkörper und der Strömungskanal im zweiten Strömungsabschnitt im Wesentlichen konisch ausgebildet, wobei die Konizität des Regelkörpers im Wesentlichen der Konizität des Strömungskanals entspricht. Folglich liegt der zweite Regelkörperabschnitt flächig auf dem zweiten Strömungskanalinnenwandabschnitt auf und verschließt dadurch den Strömungsspalt im zweiten Strömungsabschnitt. Die Konizität führt dazu, dass mit steigendem Hub des Regelkörpers der Strömungsquerschnitt des Strömungsspalts im zweiten Strömungsabschnitt kontinuierlich zunimmt, wodurch die Durchflussmenge reguliert werden kann. Ferner bestimmt der Winkel der Koni wie viele Millimeter Strömungsspalt pro Millimeter Regelkörperhub freigegeben bzw. geschlossen werden

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung schließt sich stromabwärts des ersten Regelkörperabschnitts ein konischer dritter Regelkörperabschnitt an, wodurch der Verdampfungsquerschnitt mit zunehmendem Ventilhub in proportionaler Weise vergrößert wird, indem der Abstand zwischen der konischen Regelkörperfläche und der Strömungskanalinnenwand vergrößert wird, wobei die Strömungskanalinnenwand selbst zylindrisch oder konisch sein kann. Dadurch kann der Druck des Fluids, die Durchflussmenge und der Verdampfungsanteil des Fluids reguliert werden.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schließt sich stromabwärts des konischen dritten Regelkörperabschnitts ein konvexer vierter Regelkörperabschnitt an, d.h., dass sich in Bezug auf die Strömungsrichtung nach dem konischen dritten Regelkörperabschnitt ein balliger Regelkörperabschnitt anschließt, der mit zunehmendem Ventilhub den Verdampfungsquerschnitt in integraler Weise vergrößert, wodurch die Durchflussmenge des Fluids mit zunehmendem Ventilhub überproportional ansteigt.

Auf diese Weise wird ein Ventil mit einer deutlich flacheren Öffnungscharakteristik geschaffen, da vor allem bei geringen Hubänderungen kurz nach dem Öffnen deutlich kleinere Durchflüsse folgen, so dass eine genauere Regelung in diesem Öffnungsbereich ermöglicht wird, ohne im voll geöffneten Bereich Strömungsverluste zu erzeugen. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Expansionsventils anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Teilansicht des Strömungsgehäuses des Expansionsventils im geschlossenen Zustand in einer Schnittdarstellung, wobei der Schnitt durch die Regelkörperachse verläuft,

Figur 2 eine vergrößerte Detailansicht des Strömungskanals des in Figur 1 gezeigten Expansionsventils im leicht geöffneten Zustand, und

Figur 3 eine vergrößerte Detailansicht der Strömungsumlenkstruktur des in Figur 2 gezeigten Strömungskanals.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Expansionsventils 10 für den Kältekreis eines batterieelektrischen Fahrzeugs in geschlossenem Zustand. Das Expansionsventil 10 weist ein Strömungsgehäuse 12 mit einem zylindrischen Einlass 14 und einem konischen Auslass 16 auf. Das Expansionsventil 10 weist ferner einen Regelkörper 20 auf, der in einer korrespondierenden Öffnung 121 des Strömungsgehäuses 12 axial bewegbar angeordnet ist. Der Regelkörper 20 ist beispielsweise mittels eines Aktors bewegbar und führt einen Regelkörperhub h aus. In dem Strömungsgehäuse 12 ist ein Strömungskanal 30 mit einer Strömungskanalinnenwand 124 ausgebildet, wobei der Strömungskanal 30 mehrere unterschiedlich geformte Abschnitte aufweist und sich zwischen Einlass 14 und Auslass 16 erstreckt.

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Expansionsventils 10 in leicht geöffnetem Zustand, wobei der Regelkörper 20 um einen Hub hl von ca. 10 % des gesamten Regelkörperhubs h angehoben ist. Figur 2 zeigt insbesondere den Strömungskanal 30 mit einem ersten Strömungsabschnitts 301 und einem zweiten Strömungsabschnitts 302. In dem ersten Strömungsabschnitts 301 ist ein Verdampfungsspalt 21 angeordnet, der zwischen einem zylindrischen ersten Regelkörperabschnitt 201 und einem hohlzylindrischen Strömungskanalinnenwandabschnitt 125 gebildet ist. Durch eine an dem stromaufwärtigen Ende des ersten Strömungsabschnitts 301 angeordnete Verdampfungskante 240 und den Regelkörper 20 ist ferner ein Verdampfungsquerschnitt 24 gebildet, der den engsten Querschnitt des Strömungskanals 30 darstellt, wobei das durch den Strömungskanal 30 strömende flüssige Kältemittel beim Durchströmen des Verdampfungsquerschnitts 24 entspannt und dadurch verdampft wird. Der zylindrische erste Regelkörperabschnitt 201 sowie der zylindrische Strömungskanalinnenwandabschnitt 125 bilden somit einen Verdampfungsspalt 21 mit konstantem Querschnitt, wodurch der Verdampfungsquerschnitt 24 über einen Hub, der in etwa der axialen Länge des zylindrischen ersten Regelkörperabschnitts 201 entspricht, konstant ist. Der zylindrische erste Strömungsabschnitts 301 sowie der zylindrische erste Regelkörperabschnitt 201 erstrecken sich dabei in axialer Richtung über ca. 10 % des Regelkörperhubs h.

Stromabwärts des ersten Regelkörperabschnitts 201 schließt sich ein dritter konischer Regelkörperabschnitt 203 an, der sich in stromabwärtiger Richtung verjüngt, wodurch der Verdampfungsquerschnitt 24, wenn sich der dritte Regelkörperabschnitt 203 in Bezug auf die Hubrichtung des Regelkörpers 20 auf Höhe der Verdampfungskante 240 befindet, mit zunehmendem Hub proportional vergrößert wird, wodurch die Durchflussmenge, die durch den Verdampfungsquerschnitt 24 strömt, erhöht werden kann. Stromabwärts des dritten konischen Regelkörperabschnitts 203 schließt sich ein vierter konvexer Regelkörperabschnitt 204 an, wie in Fig. 1 gezeigt ist, der, wenn er sich in Bezug auf die Hubrichtung des Regelkörpers 20 auf Höhe des Verdampfungsquerschnitts 24 befindet, mit zunehmendem Hub zu einer überproportionalen Vergrößerung des Verdampfungsquerschnitts 24 und somit zu einer überproportionalen Zunahme der Durchflussmenge führt.

Stromaufwärts des ersten Strömungsabschnitts 301 ist ein zweiter Strömungsabschnitts 302 angeordnet. In dem zweiten Strömungsabschnitts 302 weist das Strömungsgehäuse 12 eine konisch geformte Strömungskanalinnenwand 124 mit einem Öffnungswinkel in Bezug auf die Regelkörperachse R von ca. 45° auf. Ein zweiter Regelkörperabschnitt 202 ist im Wesentlichen in korrespondierender Weise konisch ausgebildet, sodass der zweite Regelkörperabschnitt 202 und die Strömungskanalinnenwand 124 einen Strömungsspalt 22 bilden, der sich in Strömungsrichtung im geöffneten Zustand des Expansionsventils 10 von dem Einlass 14 bis zu dem Verdampfungsquerschnitt 24 erstreckt. An einem stromaufwärtigen Ende des zweiten Regelkörperabschnitts 202 ist eine Strömungsumlenkstruktur 40 angeordnet, die sich über 40 % der Länge L des ersten Regelkörperabschnitts 201 erstreckt und durch zwei in Bezug auf die Strömungsrichtung aneinander angrenzende umlaufende Ausnehmungen 43, 46 gebildet ist, wobei die Strömungsumlenkstruktur strömungstechnisch zwischen Einlass 14 und Verdampfungsquerschnitt 24 angeordnet ist. Jede Ausnehmung 43, 46 weist einen V-förmigen Querschnitt mit einem Winkel von 90° auf, sodass infolge der Neigung der Oberfläche des ersten Regelkörperabschnitts 202 von etwa 45° in Bezug auf die Regelkörperachse R durch die beiden Ausnehmungen 43, 46 eine Stufenstruktur 210 aus zwei aufeinanderfolgenden zylindrischen Abschnitten 211, 212 unterschiedlichen Durchmessers gebildet ist.

Stromabwärts der Strömungsumlenkstruktur 40, d.h. zwischen der Strömungsumlenkstruktur 40 und dem ersten Regelkörperabschnitt 201 ist der zweite Regelkörperabschnitt konvex ausgebildet und weist folglich einen ballig geformten Teilabschnitt auf, der in geschlossenem Zustand im zweiten Strömungsabschnitt 302 auf der Strömungskanalinnenwand 124 aufliegt, wodurch der Regelkörper 20 den Strömungskanal 30 verschließt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Strömungsumlenkstruktur 40 mit den beiden Ausnehmungen 43, 46 liegt im geschlossenen Zustand auf der Strömungskanalinnenwand 124 auf, sodass die Ausnehmungen 43, 46 geschlossen sind und daher umlaufende Kammern 431, 461 bilden. Dazu liegen die dem zweiten Strömungskanalinnenwandabschnitt 124 am nächsten gelegenen Punkte der Strömungsumlenkstruktur 40 und des konvexen Teilabschnitts 205 auf einer Linie M, die hinsichtlich der Ebenheit und des Winkels der Kontur des zweiten Strömungskanalinnenwandabschnitts 124 entspricht.

Im leicht geöffneten Zustand, wie in Fig. 3 gezeigt ist, bewirkt die Strömungsumlenkstruktur 40 eine Umlenkung und Verwirbelung des durch den Strömungsspalt 22 strömenden Kältemittelstroms K. Der

Kältemittelstrom K strömt durch den Einlass 14 in den Strömungsspalt 22 und passiert dabei die Strömungsumlenkstruktur 40. An der scharfkantigen Eintrittskante 41 der ersten Ausnehmung 43 findet eine erste leichte Umlenkung des unmittelbar an der Eintrittskante 41 vorbeiströmenden Kältemittelstroms K statt, wobei die scharfe Eintrittskante 41 Strömungsabrisse verursacht, die Turbulenzen in der Strömung verursachen. Von der Eintrittskante 41 aus strömt das Kältemittel in Richtung eines Grundes 44 der ersten Ausnehmung 43, an dem eine relativ starke Umlenkung des Kältemittelstroms K um ca. 90° stattfindet, woraufhin das Kältemittel in Richtung der als scharfe Kante 45 ausgebildeten Zwischenkante 42, die die Austrittskante der ersten Ausnehmung 43 und auch die Eintrittskante der zweiten Ausnehmung 46 bildet, strömt. An der Zwischenkante 42 findet eine erneute relativ starke Umlenkung des Kältemittelstroms K um ca. 90° statt, wobei auch hier die Umlenkung sowie die von der scharfen Kante 42 verursachten Strömungsabrisse starke Turbulenzen verursachen, die sich aus der Strömungsumlenkstruktur in den Spalt fortsetzen. Von dort aus strömt das Kältemittel zu einem Grund 48 der zweiten Ausnehmung 46 an dem eine dritte relativ starke Umlenkung um ca. 90° stattfindet. Anschließend strömt das Kältemittel in Richtung der Austrittskante 47 der zweiten Ausnehmung 46 an der eine weitere leichte Umlenkung des Kältemittelstroms K stattfindet.

Der Kältemittelstrom K wird somit dreimal relativ stark umgelenkt, wodurch ein Vordrosselungseffekt entsteht, der zu einer ersten Druckabsenkung führt, bevor der Kältemittelstrom K den Verdampfungsquerschnitt 24 erreicht, an dem die eigentliche Drosselung und somit die Verdampfung des Kältemittelstroms K stattfindet. Mit zunehmendem Regelkörperhub h nimmt der Vordrosselungseffekt der Strömungsumlenkstruktur 40 aufgrund des immer größer werdenden Strömungsquerschnitts im Strömungsspalt 22 ab. Sobald die Austrittskante 47 der zweiten Ausnehmung 46 oberhalb der Trennkante 32 zwischen Einlass 14 und Strömungskanal 30 positioniert ist, befindet sich der engste Strömungsspalt 22 außerhalb der Strömungsumlenkstruktur 40, wodurch deren Einfluss auf die Strömung im Strömungsspalt 22 beinahe vollständig entfällt, da die Strömungsumlenkstruktur 40 in einem Bereich angeordnet ist, welcher deutlich geringer durchströmt wird und in dem somit eine geringere Strömungsgeschwindigkeit vorliegt. Die durch die Ausnehmungen 43, 46 verursachten Turbulenzen T haben entsprechend keinen nennenswerten Einfluss auf den Kältestrom K, sobald der Abstand b zwischen dem zweiten Regelkörperabschnitt 202 und dem zweiten Strömungskanalinnenwandabschnitt 124 kleiner wird als der Abstand der Ausnehmungen 43, 46 zur zweiten

Strömungskanalinnenwandabschnitt 124, wodurch der Kältestrom K eine laminare Strömung bildet, sodass bei voll geöffnetem Expansionsventil 10 kein nennenswerter Effekt von der Strömungsumlenkstruktur 40 ausgeht. Durch die in den Fig. 1-3 gezeigte Ausführung des erfindungsgemäßen Expansionsventils 10 kann der infolge der niedrigen Temperaturen des Kältemittels herrschende hohe Druck beim Öffnen des Expansionsventils 10 durch die von der Strömungsumlenkstruktur 40 verursachten Turbulenzen T in den Ausnehmungen 43, 46 relativ stark reduziert werden, sodass der Druck des Kältestroms K vor dem Verdampfungsquerschnitt 24 deutlich reduziert ist. Infolgedessen reduziert sich der Regelungsaufwand, da die Durchflussmenge durch den Verdampfungsquerschnitt 24 erheblich genauer reguliert werden kann. Ferner wird der Verschleiß reduziert, da deutlich weniger schädliche Kavitation in dem Strömungskanal 30 auftreten kann.