CN101167146B - 电-气动插装阀、尤其是在紧凑式阀单元的狭长构造的气动阀中用作预控阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气动插装阀，尤其是一种在用于紧凑式阀单元的狭长构造的气动阀(1)中用作预控阀的气动插装阀，该气动插装阀具有一个包含电磁线圈(3)的驱动部件(2a)，该驱动部件操作带有外部的压缩空气接头(6)的具有圆形横截面的阀部件(2b)，其中，所述压缩空气接头(6)在阀部件(2b)的圆柱形外壳表面范围内向外引出，并且驱动部件(2a)相对于阀部件(2b)而言具有一个基本上呈矩形的横截面，其短边的长度(B)由电磁线圈(3)的绕组直径确定。

Description

电-气动插装阀、尤其是在紧凑式阀单元的狭长构造的气动阀中用作预控阀

技术领域

本发明涉及一种电-气动插装阀，尤其是在用于紧凑式阀单元的狭长构造的气动阀中用作预控阀，该电-气动插装阀带有包含电磁线圈的驱动部件，该驱动部件操作具有圆形截面的阀部件，而该阀部件至少有两个外部压缩空气接头。

背景技术

本发明的应用领域尤其涉及狭长构造的气动阀，这些气动阀一个挨一个地并排构成基本上呈四边形的结构紧凑的阀单元。这种阀单元的优点在于，气压供给以及由各个气动阀产生的废气的排放可以集中进行。阀单元在结构上省略得越紧凑，各个气动阀就构造得越狭长。在这种用途的气动阀中，预控阀的两种可选的构造原理是普遍已知的。它们的任务是根据电控制信号提供相应的气动控制压力以开关气动阀。一方面，可以将预控阀设计为套装阀，其主要通过螺栓可拆卸地固定在气动阀主体上。替代于此，也可以将预控阀构造为安插在气动阀主体内的对应容纳装置内的插装阀。本发明针对后一种结构形式。

在用于构造一种尽可能紧凑的阀单元的气动阀的情况下，每个气动阀的最小结构宽度是主要的优化准则。常规的设计目标因此是在有限的空间内实现尽可能多的开关功能，以便由此实现阀单元一种非常紧凑的结构。

气动阀的结构宽度又主要由预控阀的结构宽度确定。由于主要是使用电磁预控阀，因而在优化该结构宽度时考虑动作器原理的物理规律性。尤其是，由动作器产生的操作力由在工作气隙中可以达到的磁感应和在该工作气隙范围内的电枢的横截面预先给定。

除了磁通的可用截面以及在磁路中所用材料的特性之外，所达到的磁感应首先由电磁线圈的安培-匝数确定。由于小型化预控阀的许用功率消耗尤其出于热负荷的原因而被限制为非常小的值，因而为了实现力优化地设计预控阀，要将电磁线圈的匝数和工作气隙的横截面选择得尽可能大。

由DE 20120608 U1给出一种本文开头所述类型的气动插装阀，其也可以用作预控阀。已知的插装阀具有一种连续的、大致呈圆柱形的结构，其中，包含电磁线圈的驱动部件与包含阀机构的阀部件一起形成一个大致呈圆柱形的外轮廓，该圆柱形外轮廓在整个长度上仅有微小的直径变化，并设计为引入到在气动阀主体的侧面的设计为阶梯孔的容纳装置，以便在此被用作预控阀。

插装阀的具有电磁线圈的驱动部件有一个由铁磁金属制成的外套筒，通过该外套筒可以实现磁回流。而且，该套筒完全地围绕集成于其中的电磁线圈并因此起到外壳的作用。为防止腐蚀，套筒设有由塑料制成的包鞘。这种结构决定了电磁线圈的可用的绕线框向外的边界由套筒加包鞘的壁厚以及电磁线圈的绕组外径至套筒内径之间的所需距离限定。另外，在阀部件的区域内，设置有用于容纳密封圈的环形槽。

现有技术的缺点在于，已知的气动插装阀的外径很大，因此这种阀不能适用于本文开头所述类型的结构特别狭长的阀体。在其它已知结构类型的小型化插装阀中，动作器的可用致动力总是较小的。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题在于，设计一种气动插装阀，该气动插装阀相对于结构尺寸而言提供了相对较高的开关功率，并且另一方面也可节省空间地集成到狭长构造的气动阀中。

这一技术问题从权利要求1前序部分所述的气动插装阀出发与其特征部相结合地分得以解决。下面的从属权利要求给出了本发明的有利扩展设计。

本发明包括如下技术思想：压缩空气接头在阀部件的圆柱形外壳表面区域内向外引出，且驱动部件相对于阀部件而言具有一个大致矩形的横截面，该矩形截面的短边长度B由线圈的绕组直径确定。

由气动插装阀的独特造型引出了本发明技术方案的优点。对于结构空间优化有关键意义的驱动部件可以简单且节省空间地容纳在狭长构造的气动阀上的相应矩形容纳装置内，其中，也可以将压缩空气接头节省空间地与插装阀相连。要用作预控阀的气动插装阀优选有一种3/2换向功能，使得作为压缩空气接头设有用于控制压力的供压接头、排气接头以及工作接头。驱动部件被这样构造，使得电磁线圈的外径扩展到由气动阀主体提供的安装空间的宽度，由此实现了本发明插装阀的节省空间的结构。

相对于带有圆柱形驱动部件的插装阀的通常结构而言，本发明的设计结构使得电磁线圈的绕线框的高度显著增大，这在相同的电枢直径和相同长度的情况下能够实现明显提高的磁势。这种效应在小型化电磁阀中尤其突出，造成动作器的力潜能明显提高。气动插装阀的本发明结构关于相应的容纳装置的结构宽度B进行优化，这导致安装高度的极其微小的增加。不过，这种尺寸上的增加对于用于构成阀单元的狭长构造的气动阀的紧凑性并不是关键的，并且可以由在底板范围内的结构措施部分地得以补偿。对于集成而言可能被视为结构性缺点的阀驱动器的矩形横截面尤其安装在气动阀内的情况下是无关紧要的，因为阀壳体通常实施为压铸件，而且由此在制造技术上也容易实现矩形凹腔。因为特别是对于大批量制造的狭长构造的气动阀，主体通常不设计为机械制造的外壳孔，而是设计为塑料压铸件。因此，矩形地构造气动阀主体内与本发明的插装阀相对应的容纳装置在制造技术上也没有任何问题。

根据一种本发明的改进措施，电磁线圈的外部磁路的磁通传导件被构造为U形卡箍。该卡箍与所述矩形横截面的两个短边B在一个有足够安装空间的范围内相邻地延伸。因此，对于电磁动作器的功能所必需的外部磁路就与现有技术相反地没有实施为圆柱形的套筒等。在确定替代套筒的卡箍的壁厚时要考虑，为磁通的传导提供与套筒等同的横截面。

可以设想，用固化的浇铸材料密封电磁线圈与插装阀主体内的对应容纳装置之间的气隙，以便实现轴向传导和向插装阀主体的传热。将开放的电磁线圈浇铸在插装阀主体内相对于设计为传统的圆柱形包封的插装阀而言具有的优点是，电磁线圈和外部壳体套筒之间不存在妨碍向气动阀传热的空气层。由于线圈的发热是在设计小型化预控阀时的核心问题之一，因而这种相宜地导出电磁线圈的损耗热就尤其具有意义。

根据另一项对本发明的改进措施，构成驱动部件的外部磁路的U形在顶点区域内具有用于容纳圆柱形铁心的孔。通过该孔可以将相对于电磁线圈位置固定地设置的铁心设置成可以大致沿轴向地移动，以便在校准后才相对于同轴地相邻设置的且相对于位置固定的铁心可运动的电枢固定该铁心。

优选地，卡箍的两条腿除了用于传导磁通外也用作驱动部件与气动控制部件之间的机械连接构件。所述卡箍可以以简单的方式制造为冲压弯曲件，其中用于电磁线圈端部的电触点接通的引线可以通过逆所述腿方向的孔构成。为了确保驱动部件和阀部件之间的连接，该卡箍的腿的两端指向径向内部地延伸，以便形成与阀部件的可拆卸卡锁。该卡箍两腿端部的这类卡钩的形状可以用于产生轴向分力，该轴向分力保证沿轴向将包含在驱动部件内的结构元件向围绕该卡箍的孔的区域压紧。通过这些附加的措施可以利用位于其间的弹性体O形环产生轴向预应力，从而可以简单地补偿由制造导致的公差。不过，替代该卡箍腿的钩形端部，也可能通过卷边、压紧等来替代对包含在驱动部件内的构件的接合。

附图说明

下面概括地用对本发明的一个优选实施例的说明结合附图详细阐述对本发明改进的其它措施。在附图中：

图1a示出了气动插装阀的侧视图，该气动插装阀安装在一气动阀上的对应容纳装置内；

图1b示出了按照图1a安装后的插装阀的俯视图；

图2示出了带有校准装置的插装阀的纵剖视图。

具体实施方式

如图1a所示，气动阀1的主体具有容纳装置，其中嵌装有由驱动部件2a和阀部件2b组成的气动插装阀。该驱动部件2a基本上由电磁线圈3组成，该电磁线圈由作为外部磁路的磁通传导构件的U形卡箍4围绕。电磁线圈3的电连接通过各个与线圈端部相连的连接引线5实现。

气动插装阀的阀部件2b具有圆形横截面，并设有压缩空气接头6接入其中的多个环形通道7。为了将用于压缩空气接头6的环形通道7彼此相互密封，在其中设置有各种密封圈8，它们密封地贴合在气动阀1的主体上。

如图1b所示，驱动部件2a与阀部件2b相比具有大致矩形的横截面，该矩形横截面具有较短的边长B和较长的边长A。电磁线圈3的绕组直径显然决定了驱动部件2a的较短的边长B。电磁线圈3未被包封地安置在气动阀1上的对应容纳装置内。由铁磁金属材料制成的U形卡箍4在顶点的范围内有一个用于容纳圆柱形铁心9的孔，该铁心可轴向移动地设置在该孔内并在校准后被牢固地固定在其中。

如图2所示，与相对于所述卡箍4位置固定地设置的铁心9相邻地设置有一个可运动的电枢10，该电枢在电磁线圈3通电后沿轴向移动推杆11，以操作阀座12。

U形卡箍4的两条腿除了用于传导磁通之外还用作驱动部件2a与阀部件2b之间的机械连接构件。因为在该卡箍4的两条腿的端部区域内由于磁通而主要存在一个垂直于腿表面向径向内部(以箭头标示出)作用的分力的，所以在设置于该卡箍4的两端部之间的阀部件2b上产生一个夹持力。另外，该卡箍4的腿的两端部向径向内部延伸，以便构成与阀部件2b的卡锁(参见局部放大图)。卡箍4的指向径向内部的端部形状确保沿轴向压紧夹持在驱动部件2a内的构件(例如通过补偿公差的密封环14压靠到电磁线圈3外壳上的极板13)，以便以此方式产生轴向预应力。

在气动插装阀安装完成后对其进行校准。

对插装阀进行校准的目标是，补偿由制造导致的公差并这样调整可运动电枢的行程，使得其精确地与对于操作阀座12所必需的行程相匹配。通过这种校准，实际上驱动部件2a并不需要预留行程(Hubreserve)，这使得可以实现电磁变换器的一种功率优化的设计。驱动特性可以设计成通过约为0.2毫米或更小的极小电枢行程产生一个高的力电势。

尽管与这种极小的电枢行程相联系地对整个系统的精度(公差链)有较高的要求，但是由于下面描述的校准，所采用的构件的制造公差就相对较无关紧要了。为了进行校准，将整个驱动部件连同阀壳的与其相连的上部部分移动到一个其中安装有带有操作叉的密封元件的圆柱形装置上。操作叉的推杆11嵌接到阀壳的空隙中并支撑在可运动的电枢的朝向该空隙的端侧上。通过确定的沿轴向导入到驱动器内的力F，将密封元件这样地压靠在阀座12上，使得该阀座可靠地以一个特定的预应力锁闭。

校准本身通过要固定在U形卡箍4内的铁心9的轴向移动实现。铁心9沿x方向移动这样一个长度，即，直至接触到铁心9的端面和相邻的可运动的电枢10，使得工作气隙变为零。

在这一位置，铁心9通过一种相应的连接方法(例如激光焊接、夹紧等)与卡箍4位置固定地相连。由此将驱动器在已操作的开关位置中校准到阀座12上。

阀座12的校准因此明显地无关紧要，并可以基于更简单的公差链而由结构性设计覆盖。

附图标记清单

1    气动阀

2a   驱动部件

2b   阀部件

3    电磁线圈

4    卡箍

5    连接引线

6    压力介质接头

7    环形通道

8    密封圈

9    铁心

10   电枢

11   推杆

12   阀座

13   极板

14   密封圈

15   校准装置

16   电枢弹簧

Claims (6)

1.一种电-气动插装阀，在用于紧凑式阀单元的狭长构造的气动阀(1)中用作预控阀，该电-气动插装阀具有包含电磁线圈(3)的驱动部件(2a)，该驱动部件具有一个基本上为矩形的横截面，该矩形截面的短边长度(B)由所述电磁线圈(3)的绕组直径确定，该驱动部件操作带有外部压缩空气接头(6)的具有圆形横截面的阀部件(2b)，其中，所述压缩空气接头(6)的至少一部分在阀部件(2b)的圆柱形外壳表面范围内向外引出，并且所述驱动部件(2a)与所述阀部件(2b)相比具有基本上为矩形的横截面，其中，所述电磁线圈(3)的外部磁路的磁通传导件设计为U形的卡箍(4)，其中，所述驱动部件(2a)的所述矩形横截面的短边长度(B)由所述电磁线圈(3)的绕组直径确定，其中，该U形卡箍的腿在端部区域内与极板(13)基本上无间隙地通过接合相连，

其特征在于，所述电磁线圈(3)以未被包封的状态安置在所述气动阀(1)的至少围绕所述阀部件(2b)的对应容纳装置内，并且

用固化的浇铸材料密封在所述电磁线圈(3)与所述气动阀(1)的容纳装置之间的气隙。

2.按照权利要求1所述的电-气动插装阀，其特征在于，所述电磁线圈(3)的外部磁路的磁通传导件在顶点范围内有用于容纳圆柱形铁心(9)的孔。

3.按照权利要求2所述的电-气动插装阀，其特征在于，所述铁心(9)可沿轴向移动地设置在所述孔内，以便在校准后才将所述铁心(9)相对于同轴相邻设置的可运动的电枢(10)固定。

4.按照权利要求1所述的电-气动插装阀，其特征在于，所述卡箍(4)的两条腿除了传导磁通之外，还用作所述驱动部件(2a)与所述阀部件(2b)之间的机械连接构件。

5.按照权利要求4所述的电-气动插装阀，其特征在于，所述卡箍(4)的腿的两端部朝径向内部延伸，以构成与所述阀部件(2b)的牢固连接。

6.按照权利要求5所述的电-气动插装阀，其特征在于，所述卡箍(4)的指向径向内部的端部形状保证沿轴向压紧被夹持在驱动部件(2a)内的构件。

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