Thermostatisches Expansionsventil

Ein Thermostatisches Expansionsventil (TEV) ist ein mechanisches Regelventil in Kältemittelkreisläufen, die nach dem Kaltdampfkompressionsverfahren arbeiten.[1] Es wird in Kälteanlagen, Klimaanlagen sowie Wärmepumpen eingesetzt. Das TEV arbeitet als Drosselorgan im Kältemittelkreisprozess. Das Drosselorgan ist neben Verdichter, Verflüssiger und Verdampfer eines der vier Grundbauteile eines solchen Kältemittelkreislaufs.[2] Am Drosselorgan erfolgt die Reduzierung vom Hoch- auf den Niederdruck des Kältemittelkreisprozesses sowie die damit einhergehende Temperaturänderung des Kältemittels von zum Beispiel + 35 °C am Eingang des TEV auf - 10 °C am Ausgang des TEV. Außerdem reguliert das TEV den gedrosselten Kältemittelmassenstrom in den Verdampfer.

Weitere einsetzbare Drosselorgane für Kältemittelkreisprozesse sind:

  • Handdrosselventile,
  • Automatische Expansionsventile,
  • Kapillarrohre,
  • Elektronische Expansionsventile und
  • Niederdruck- bzw. Hochdruckschwimmerventile.

Aufbau

Im Ventilgehäuse des TEV mit den Rohrleitungsanschlüssen für die Flüssigkeitsleitung auf der Eintrittsseite und der Einspritzleitung auf der Austrittsseite befindet sich ein auswechselbarer Düseneinsatz mit Feinsieb, eine von außen einstellbare Regulierfeder und im Thermokopf des Gehäuses eine Membran sowie eine mechanische Verbindung zwischen Düseneinsatz und Membran. Im Düseneinsatz bestimmt eine Ventilnadel in einem Ventilsitz den Öffnungsgrad des TEV. Aus dem Thermokopf ist ein Kapillarrohr herausgeführt, das eine Verbindung zum Fühler des TEV herstellt.[3]

Zu unterscheiden sind TEV mit innerem Druckausgleich, bei denen der Druck am Verdampfereingang unmittelbar unter die Membran des TEV geführt wird, und TEV mit äußerem Druckausgleich, wobei der Druck am Verdampferausgang über eine zusätzliche Druckausgleichsleitung in das TEV auf die Unterseite der Membran geführt wird. TEV mit äußerem Druckausgleich verfügen über eine zusätzliche Trennwand im Ventilinneren, damit die Trennung der beiden Drücke vom Verdampfereingang und -ausgang gewährleistet wird.[4]

Funktion

Der am Verdampferausgang angebrachte Fühler misst die aktuelle Temperatur der Rohroberfläche. Über die vorhandene Fühlerfüllung entsteht ein Fühlerdruck, der mit dem Kapillarrohr auf die Membranoberseite im Thermokopf des TEV-Gehäuses übertragen wird. Auf die Membranunterseite wirkt der Druck vom Verdampfereingang bei TEV mit innerem Druckausgleich bzw. der Druck vom Verdampferausgang bei TEV mit äußerem Druckausgleich. Diese beiden Drücke erzeugen entgegengesetzt gerichtete Kräfte. Weiterhin wirkt auf die Membranunterseite eine durch die Regulierfeder erzeugte Kraft. In der Bilanzierung dieser drei Kräfte entsteht ein Kräftegleichgewicht, das die Einstellung der Ventilnadel und damit den Öffnungsgrad des TEVs bestimmt.[5]

Vergrößert sich der über den Verdampfer in das Kältemittel aufgenommene Wärmestrom, steigt die Temperatur am Fühler. Damit registriert das TEV einen ansteigenden Druckunterschied zwischen Fühlerdruck und Verdampfungsdruck. Dies führt zu einer tendenziell weiteren Öffnung des Ventilsitzes, damit wird mehr Kältemittel in den Verdampfer expandiert. Dies wiederum führt zu einem geringfügigen Druckanstieg im Verdampfer. Somit stellt sich an der TEV-Membran ein neues Kräftegleichgewicht und damit ein größerer Öffnungsgrad ein.

Verkleinert sich der über den Verdampfer aufgenommene Wärmestrom, verlaufen die Vorgänge genau entgegengesetzt.

Wird der Verdichter abgeschaltet, kommt es aufgrund der fehlenden Absaugwirkung zu einem Druckanstieg im Verdampfer. Dies bewirkt eine Vergrößerung der Kraft auf die Unterseite der TEV-Membran. Das TEV schließt somit.

Anwendung

Thermostatische Expansionsventile werden in gewerblichen und industriellen Kälte- und Klimaanlagen sowie in Wärmepumpen angewendet.[6] Das Spektrum der verfügbaren Kälteleistung erstreckt sich, in Abhängigkeit von der Baugröße und des verwendeten Düseneinsatzes, von wenigen hundert Watt bis in den mehrstelligen kW-Bereich.

Literatur

  • Bitzer - Schaufler Academy: Grundlagen der Kältetechnik - Fundamentals of Refrigeration, tredition, Hamburg, 2025, ISBN 978-3-347-28149-3
  • Bertram Hense, Martin Baur: Mechatronik für Kältetechnik; 2. Auflage, VDE-Verlag, Berlin, 2025; ISBN 978-3-8007-6446-4
  • Siemens: Kältetechnik, Siemens AG, Frankfurt am Main, 2017, Artikel-Nr. E10003-A38-H214
  • Rolf Seidel, Hugo Noack, Dirk Willenbockel; Der Kältemonteur - Handbuch für die Praxis. 15., überarbeitete Auflage, VDE-Verlag, Berlin 2024; ISBN 978-3-8007-5290-4

Einzelnachweise

  1. ↑ Datenblatt Thermostatisches Expansionsventil TE 2 (engl.). Danfoss GmbH, 2025
  2. ↑ Einführung in die Grundlagen der Kälte, S. 25, Danfoss GmbH, 1992
  3. ↑ Thermostatische Expansionsventile (TEV) für Kälteanlagen | cold.world. 11. April 2017, abgerufen am 8. Oktober 2025.
  4. ↑ Andreas Jahnke: Innerer und äußerer Druckausgleich. In: Expansionsventile, S. 4,. 2011, abgerufen am 6. Oktober 2025.
  5. ↑ Thermostatische Expansionsventile (TEV) für Kälteanlagen | cold.world. 11. April 2017, abgerufen am 8. Oktober 2025.
  6. ↑ Thermostatische Expansionsventile. Danfoss GmbH, archiviert vom Original am 10. September 2025; abgerufen am 6. Oktober 2025 (deutsch).
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