CN101555958A

CN101555958A - 开关电磁阀

Info

Publication number: CN101555958A
Application number: CNA2009101302544A
Authority: CN
Inventors: 英戈·富尔曼; 维尔弗里德·门泽尔; 托马斯·穆勒; 卡尔-海因茨·里迪格-杰尼施; 朱安·罗维拉-雷法泰拉; 哈特姆特·沙普勒; 安德烈亚斯·泰希曼
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2009-10-14
Also published as: EP2116437A2; DE102008017852A1; PL2116437T3; EP2116437A3; EP2116437B1

Abstract

本发明涉及一种开关电磁阀，作为用来产生和控制车辆压缩空气制动系统内控制压力的预控制阀，所述开关电磁阀包括第一通道，用于将压缩空气引入开关电磁阀或者从开关电磁阀导出压缩空气；第二通道，用于将压缩空气引入开关电磁阀或者从开关电磁阀导出压缩空气；阀室，包括用于选择性地释放和中断压缩空气流的阀座；以及阀芯，具有外部壳面以及用于让压缩空气通过的孔。根据本发明地，阀室(32)具有用于压缩空气的流动通道(28)，流动通道(28)与阀芯(24)的壳面(70)相邻，所述流动通道(28)优选由阀芯(24)的壳面(70)上的至少一个间隙形成。

Description

开关电磁阀

技术领域

本发明涉及一种开关电磁阀，尤其是作为用以产生和控制车辆压缩空气制动系统内控制压力的预控制阀，该开关电磁阀包括第一通道，用于将压缩空气引入开关电磁阀或者从开关电磁阀导出压缩空气；第二通道，用于将压缩空气引入开关电磁阀或者从开关电磁阀导出压缩空气；阀室，其包括用于选择性地释放和中断压缩空气流的阀座；以及阀芯，其具有外部壳面以及用于让压缩空气通过的贯通孔。

背景技术

为了对较大的阀(例如制动系统的换向阀)执行压力操作而应用预控制阀。对控制压力的控制不仅能够以连续的方式进行也可以以分级的方式进行。预控制阀既可被实施为减压阀，也可被实施为开关阀。预控制阀通常能够以电磁方式来操作，并且与换向阀联合形成结构单元。换向阀也可以通过两个或更多的预控制阀来控制。预控制阀通常可以以手动方式来操作，例如可以通过制动踏板的挺杆来操作。当由于电气设备的故障，电磁操作的预控制阀的电磁体不能被激活时，因为制动系统依然功能正常，所以相应的系统使得冗余回路的构建成为可能。在该情况下，必须保证在气动储存容器内预先保持的全部运行压力也能够被引入制动系统内。为了产生这种冗余而公知了不同的开关逻辑，这些开关逻辑基本上包括：由无电开启的(即英文：“normallyopen，NO”(常开的))和无电关闭的(即英文：“normally closed，NC”(常闭的))预控制阀构成的各种组合。无电开启的阀例如用于在电器故障情况下能够将运行压力引入制动系统，无电关闭的阀例如用来给电子装置的制动系统排气并且例如脱开冗余压力。

由DE 101 20 320 B4公知了一种预控制阀，尤其是用于车辆压缩空气制动系统的电气动调节阀，其具有中继阀壳体，在该中继阀壳体内，把可轴向移动的控制活塞布置在相关的控制室内部，用以操作对至少一个外置的制动管路接口、给气压力接口以及排气接口之间对压缩空气流动进行开关的阀座布置。为了进行轴向移动，控制活塞可以通过电磁预控制阀布置而运动，所述电磁预控制阀布置包括至少一个排气阀、进气阀和备用阀，它们共同安装在与中继阀壳体连接的预控制阀壳体内。在该预控制阀中，被构造为2M-换向阀的备用阀通过同轴地布置在所配属的阀芯内部的工作通道一方面与控制室的边缘区域连接，另一方面在侧向上通入阀内部的阀室。此外，设置有以部分地在工作通道旁边的方式在阀芯内延伸的给气通道，该给气通道一方面同轴地通入阀内部的阀室，另一方面可以通过在外部径向上设置在阀芯上的开口而被供给控制压缩空气。

这种解决方案的缺点在于，工作通道和给气通道在阀芯内的布置的制成是复杂的并且成本高的，因而该预控制阀的制造成本相当高。这点尤其在下述背景下可见，即，阀芯非常小进而这些通道非常难以被钻孔，尤其是当通道很长、以非同中心的方式布置且具有较小的直径时。另外的缺点在于，用于复位电磁衔铁的弹簧干扰了在线圈与电磁衔铁之间的磁通，从而降低了阀的效率。这一方面会造成较慢的反应时间，另一方面可能设置更强的线圈，而该线圈又需要更多的结构空间。

发明内容

因此，本发明的任务在于，给出一种开关电磁阀，尤其是作为根据开头所述类型的预控制阀的开关电磁阀，对于该开关电磁阀，在所需结构空间被最小化的同时能够简化阀芯的制成进而更为廉价地实现阀芯的制成。此外，开关电磁阀内部的磁通应当被改善，而为此无需更多的结构空间。

本发明这样解决该任务，即，阀室具有用于压缩空气的流动通道，该流动通道与阀芯的外壳面相邻。在阀位置为打开时，通过该流动通道产生通道之间的连接，用以引入或导出压缩空气。尤其是与由现有技术公知的斜孔相比，可以简单地制造这种流动通道。

优选通过阀芯的外壳面上的至少一个间隙来形成流动通道。所述间隙优选是在轴向上在阀芯上分布的槽。这些间隙可以具有任意形状，例如U形或者V形，并且可以完全或者部分地在壳面上延伸。显然，这些间隙的制成是明显更简单且更廉价的。阀室的容积能够通过这些间隙的数目和大小而简单地匹配于相应的应用。不用遵守在位置和大小方面的很小的公差。该阀芯的制造更快地进行并且明显变得更廉价，由此预控制阀的总成本被降低。

此外有利的实施方式(在该实施方式中，衔铁引导管具有内壳面)以如下所述见长，流动通道是通过衔铁引导管的内面上的至少一个凹部构成的。在该实施方式中，压缩空气不仅能够经由通过阀芯的外壳面上的间隙形成的流动通道来引导，而且也能够经由位于衔铁引导管的内面上的间隙来引导。以这种方式能够加大用于让压缩空气通过的容积，并且流动速度和压力状况能够被个别地匹配于相应的应用情况。可选地，流动通道也能够仅通过衔铁引导管内的间隙构成。在该情况下，阀芯仅需要设有居中的孔，因而进一步简化了阀芯的制造。在需要设置流动通道的区域内可以应用特别适合于制成间隙的材料。

本发明的有利构成方案(其可被划分为第一节段和第二节段)以如下所述见长：第一通道和第二通道被彼此相邻地布置在开关电磁阀的同一个节段内。这种构造方案使得另外的预控制阀能够被联合形成紧凑的结构单元，从而能够在空间受限的环境中实现较复杂的开关逻辑。由于通道或者其输入端和输出端彼此相近地布置在所应用的开关电磁阀的同一个节段中，因此仅需要该节段可从一侧被自由地触及，以便将输入端和输出端连接到相应的管路上。在由现有技术公知的阀中，输入端和输出端通常以彼此间隔得相对很远的方式布置在该阀的对置的端部上。在很多情况下，供给通道直接通入位于阀芯的第一端部上的阀座内。对于这种阀，排气通道始于阀芯的另一端部，从而供给通道和排气通道至少相差阀芯的长度地相互保持间隔。

开关电磁阀的有利改进方案在于(其包括可轴向移动的电磁衔铁以及用于移动所述电磁衔铁的电线圈)以用于引导电磁衔铁的衔铁引导管见长，其由第一材料和第二材料或者其它材料组成。如果衔铁引导管设有具备良好滑动特性的表面，那么就此而言应用衔铁引导管是有利的，从而这样电磁衔铁能够以降低的摩擦来运动，由此提高了阀的反应时间，并且减少了为了造成电磁衔铁运动所需要的力，并且能够将磨损最小化。基本上电磁衔铁能够直接支承在电线圈的线圈体内，电磁衔铁同样可以设有具有良好滑动特性的表面。然而，这种制成可能非常高，从而这种构造方式在经济方面显得意义不大。对两种或者更多种材料的应用开创了如下的可能性，即，衔铁引导管能够目标明确地配合于应该在相应的节段中获得满足的需要。

本发明以有利方式这样进一步改进，即，第一材料至少节段式地基本上布置在电磁衔铁的区域内，并且第二材料基本上布置在阀芯的区域内。在电磁衔铁的区域内和阀芯的区域内对衔铁引导管的提出需求是彼此不同的。例如电磁衔铁位于其内的区域没有或者至少不是很强地遭受压缩空气的影响，而在阀芯位于其内的区域内不会发生相对运动。通过设置各种材料能够目标明确地对不同需求做出反应。

本发明的特别有利的构成方案在于，应用奥氏体钢或者黄铜作为第一材料以避免磁短路，并且将铁素体钢用作为第二材料以在开关电磁阀内部构成磁回路。黄铜或者奥氏体钢是不可磁化的，而铁素体钢能够被良好地磁化。通过在衔铁引导管内应用两种或者更多种材料能够这样调整磁通的指向，即，磁通基本上仅穿流阀芯和电磁衔铁。由此，由磁通产生的磁力仅在阀芯与电磁衔铁之间起作用。以这种方式可以避免磁通穿流衔铁引导管并且产生磁短路，即，磁通从电磁衔铁和磁阀旁边流过。所产生的磁通这样地转向，使得损耗被最小化。电磁衔铁与阀芯之间的空气余隙应该优选被奥氏体钢包围，从而磁通在其方向上不会偏转。

开关电磁阀有利地具有至少一个用于增强磁通的磁轭套筒。如上所述地，如果围绕电磁衔铁布置有奥氏体钢，则对于磁通在电磁衔铁内部的引导是有利的。然而，由于奥氏体钢的较小的磁导率，使得磁通至电磁衔铁中的过渡变得困难。此外，由于电磁衔铁在衔铁引导管内可运动的支承而在两个构件的相应的接触面上产生空气余隙。空气同样具有小的磁导率，因而磁通被削弱。磁轭套筒用于改善磁通的所述过渡，其中，磁轭套筒优选由具有较高的磁导率的可磁化的材料制成。由此，加大了提供给磁通的通过面积，从而磁通能够更好地在电磁衔铁内的流动。磁轭套筒也可以设置在磁通过渡至阀芯中的位置处。通过这种方式，电磁衔铁能够更有效地受到电线圈驱动，并且能够获得更短的反应时间或者更高的开关频率。

有利地设置一体式的衔铁引导管。与两部分式的衔铁引导管相比，在这里不必相互连接一些区域。为了避免开关电磁阀内部的压力损耗，在两个区域之间的连接必须是压力密封式的。因而必须非常费力地制成这种连接。因此，通过衔铁引导管的一体式的实施，能够降低制造成本。

本发明有利地以如下方式改进，即，衔铁引导管由诸如奥氏体钢或者黄铜的不可磁化的材料制成。通过这种方式可以保证，有目标地引导电磁衔铁与阀芯内部的磁通，以使得磁通能够尽可能优化地驱动电磁衔铁。

此外，通过一个或者多个用于引导磁通的磁轭片可以获得有利的效果。在此，磁轭片优选与线圈体相邻地布置，从而磁轭片被磁通穿透。为此，磁轭片最好由具有较高的磁导率的可磁化的材料制成；其中，该材料可以相应于开关电磁阀壳体的材料。应用具有较高的磁导率的材料作为壳体的材料，能积极地影响开关电磁阀的效率。通过这些磁轭片尤其改善了从壳体经过衔铁引导管至电磁衔铁和/或阀芯的磁通。与磁通必须通过壳体部分引导的解决方案相比，磁轭片的应用具有制造技术上的优点。如果没有相应的壳体部分或者磁轭片，在壳体与衔铁引导管之间就会产生很大的余隙，以致于磁通不能抵达那里，而且开关电磁阀不能实现其效果。

此外，所述开关电磁阀根据另一方面具有用于复位电磁衔铁的弹簧，其中，弹簧基本上布置在磁通的区域之外。通过弹簧在磁通作用区域之外的布置，就不会由于弹簧而干扰磁通，从而线圈的磁场可以无较大损耗地对作用于电磁衔铁。因而线圈尺寸能够保持得很小，由此能够节约结构空间。同时磁通不会受到削弱，从而磁通被更有效地用来操作电磁衔铁。

附图说明

结合以下附图示范性地说明根据本发明的开关电磁阀。

其中：

图1示出根据本发明的开关电磁阀的第一实施例的剖视图，该开关电磁阀处于打开位置；

图2示出图1所示的根据本发明的开关电磁阀的剖视图，该开关电磁阀处于关闭位置；

图3示出根据本发明的开关电磁阀的第二实施例的剖视图，该开关电磁阀处于打开位置；

图4示出根据本发明的开关电磁阀的第三实施例的剖视图，该开关电磁阀处于打开位置。

具体实施方式

在图1和2中所示的开关电磁阀10包括优选由诸如铁的可磁化材料制成的壳体12，该壳体12能够通过盖或者弓形件14而被选择性地打开。在所示示例中，弓形件14通过法兰连接件16与壳体12连接，在这里采用螺栓18作为固定机构。把弓形件14固定在壳体12上的其它方式也是可行的。壳体12具有第一通道20和第二通道22，用于将压缩空气导入开关电磁阀10内部或者将压缩空气从开关电磁阀10内部导出。在壳体12的内部布置有阀芯24，阀芯24与第一通道20和第二通道22连通。另外，阀芯24具有孔26，一个或者多个间隙28附加地位于阀芯24上，它们构成流动通道28，通过该流动通道28，压缩空气能够被导向阀座30的方向。

紧接着阀芯24地设置有可轴向移动的电磁衔铁34，电磁衔铁34可运动地布置在由第一区域36a和第二区域36b组成的两部分式的衔铁引导管36内，并且由其引导。电磁衔铁34能够在两个端位置之间移动，其中，在图1中示出第一端位置而在图2中示出第二端位置，并且在第一端位置，电磁衔铁34撞到闭锁件38上。

在图2所示的第二端位置中，电磁衔铁34撞到阀芯24上。在该位置，电磁衔铁34气密性地密封阀芯24，为此电磁衔铁34在如下端部上具有密封节段40，电磁衔铁34利用所述端部与阀芯24接触。

为操作电磁衔铁34而设置有电线圈42，其卷绕在线圈体48上。此外在线圈体48的关于开关电磁阀纵轴线L的上端部和下端部上设置有磁轭片46。磁轭片46优选具有良好的磁导率，从而磁通能够很好地穿透磁轭片46，并被导入电磁衔铁34和阀芯24。

为了驱动线圈42而将其与未示出的电源连接。在无电流状态下，电磁衔铁34借助弹簧相对于闭锁件38被预紧，进而在其第一端位置上被预紧(参见图1)。为了使得磁通能够更好地穿过衔铁引导管36的不可磁化的区域，在所示示例中，在线圈体48的关于开关电磁阀10纵轴线L的上端部上安装磁轭套筒50。衔铁引导管36、闭锁件38和阀芯24构成压力密封的介质腔。闭锁件38借助第三密封垫圈76在弓形件14的方向上对压力密封的介质腔进行密封，而例如可被构造为O形环密封垫圈的第一密封垫圈52和第二密封垫圈54相对于壳体12对压力腔进行密封。

在图1和图2示出的衔铁引导管36由两个区域36a和36b组成，然而其也可以是一体的(参见图4)或者具有多于两个的区域。在区域36a内(在该区域36a内，衔铁引导管36基本上包括电磁衔铁34)在区域36a内至少节段式地设置有不可磁化的材料，例如奥氏体钢，可选地也可以应用黄铜。衔铁引导管36的区域36b(该区域36b包围阀芯24)由具有良好的磁导率的材料制成，例如由铁素体钢制成。如上所述地，衔铁引导管与闭锁件38和阀芯24共同构成压力密封的介质腔。为了保证压力密封性，衔铁引导管36的两个区域36a和36b必须相应地相互连接，例如通过焊缝72相互连接。

开关电磁阀10能够被划分为两个节段56和58，其中，第一节段56从壳体12的下表面60延伸直至线圈42的下表面62。第二节段58从线圈42的该下表面62延伸直至壳体12的弓形件14。由于第一通道20和第二通道22位于开关电磁阀10的第一节段56内，因而压缩空气的输入管路或输出管路能够由同一侧引出至所述阀，从而该阀也必须从这一侧可被自由地触及。在所示示例中，第一通道20从壳体12的侧面68通出，而如下的设计方案也是可行的，即，使第一通道20从壳体12的下表面60通出。在这种情况下，开关电磁阀10必须仅可从尤其是压缩空气接口的一侧被触及，并且此外开关电磁阀10可以被完全整合至其它构件内，这种情况如在预控制阀布置中是常见的。

在开关电磁阀10内形成的磁通在图1中以线条M标识。磁通穿越壳体的与线圈体48相邻的节段，沿着电磁开关阀10纵轴线L穿越并且接着穿越磁轭片46，所述磁轭片46关于纵轴线L布置在线圈体48的上端部和下端部上。在磁轭片46内部，磁通指向电磁衔铁34或阀芯24的方向。在从磁轭片46流出之后，磁通穿透衔铁引导管，并流入电磁衔铁34和阀芯24。磁通是自我闭合的，也就是说形成了磁回路。由磁通的在纵轴线L方向上的最大延伸限定了作用范围A。为了防止弹簧51干扰磁通，弹簧51布置在磁通的作用区域A的外部。

在开关电磁阀10起动之前，即在无电流的状况下，电磁衔铁34由于弹簧51的预紧力而被相对于闭锁件38挤压。在该位置上(也被称为“常开”)，电磁衔铁34与阀芯24保持间隔，即，不对阀芯24进行密封(参见图1)。例如能够经由第一通道20导入开关电磁阀10内的压缩空气或者另一流体，能够经由流动通道28沿着阀芯24的壳面朝向电磁衔铁34的方向流动。而压缩空气也能够经由衔铁引导管36的内面上的凹部，朝向阀座30的方向流动。通过该阀座，空气能够继续沿着孔26穿过阀芯24流向第二通道22的方向，并且经由第二通道22离开开关电磁阀10。压缩空气的流动方向也是可以是反向的。

如果现在对线圈施以电流，则形成磁场，于是电磁衔铁34将在阀座24的方向上推移。在电磁衔铁34抵抗弹簧51的预紧力回复确定的距离之后，电磁衔铁34在第二端位置上抵靠在阀芯24上。电磁衔铁34与阀芯24的接触面至少部分地通过密封节段40构成，这样确定密封节段40的尺寸，即，密封节段40覆盖阀芯24内的孔26并且以气密方式封闭阀芯24内的孔26。可以附加地在阀座30上设置例如呈密封唇74形式的密封外廓，密封唇74在第二端位置上被挤入密封节段40。在电磁衔铁34的第二端位置上，穿过开关电磁阀10的空气流被中断。

如果通过线圈42的电流被中断了，则磁场解体，而电磁衔铁34则由于弹簧51的预紧力而再次返回第一端位置。穿过所述阀的空气流也再次被释放。

在图3中示出根据本发明的开关电磁阀10的第二实施例。与在图1和图2中所示的实施例相反地，间隙28不位于阀芯24的壳面70上，而是被构造为衔铁引导管36的内面66上的凹部64。

在图4中示出根据本发明的开关电磁阀10的第三实施例。在该实施例中，衔铁引导管36被一体地实施，间隙28位于阀芯24的内面66上。为了扩大磁通进入阀芯24的通过面积，在线圈体48的下端部上设置有另一磁轭套筒50。

Claims

1.开关电磁阀，尤其是作为用以产生和控制车辆压缩空气制动系统内控制压力的预控制阀，所述开关电磁阀包括：

第一通道(20)，用于将压缩空气引入所述开关电磁阀或者从所述开关电磁阀导出压缩空气；

第二通道(22)，用于将压缩空气引入所述开关电磁阀或者从所述开关电磁阀导出压缩空气；

阀室(32)，包括用于选择性地释放和中断压缩空气流的阀座(30)；以及

阀芯(24)，具有壳面(70)以及用于让所述压缩空气通过的孔(26)，

其特征在于，所述阀室(32)具有用于压缩空气的流动通道(28)，所述流动通道(28)与所述阀芯(24)的所述壳面(70)相邻。

2.根据权利要求1所述的开关电磁阀，其特征在于，所述流动通道(28)由所述阀芯(24)的所述壳面(70)上的至少一个间隙(28)形成。

3.根据权利要求2所述的开关电磁阀，其特征在于，所述间隙是在轴向上在所述阀芯(24)上分布的槽。

4.根据权利要求1至3之一所述的开关电磁阀，所述开关电磁阀具有衔铁引导管(36)，所述衔铁引导管(36)具有内面(66)，其特征在于，所述流动通道(28)由位于所述衔铁引导管(36)的所述内面(66)内的至少一个凹部(64)构成。

5.根据前述权利要求中的至少一个所述的开关电磁阀，其中，所述开关电磁阀可被划分为第一节段(56)和第二节段(58)，其特征在于，所述第一通道(20)和第二通道(22)彼此相邻地布置在同一个节段内，尤其是彼此相邻地布置在所述开关电磁阀的第一节段(56)内。

6.开关电磁阀，尤其是根据权利要求1的前序部分所述的或者根据前面的权利要求之一所述的开关电磁阀，所述开关电磁阀包括轴向能移动的电磁衔铁(34)以及用于移动所述电磁衔铁(34)的电线圈，其特征在于用于引导所述电磁衔铁(34)的衔铁引导管(36)，所述衔铁引导管(36)由第一材料和第二材料或者其它材料制成。

7.根据权利要求6所述的开关电磁阀，其特征在于，所述第一材料至少节段式地基本上布置在所述电磁衔铁(34)的区域内，并且所述第二材料基本上布置在所述阀芯(24)的区域内。

8.根据权利要求6或7所述的开关电磁阀，其特征在于，设置奥氏体钢或者黄铜作为第一材料，用以避免磁短路，并且设置铁素体钢作为第二材料，用以在所述开关电磁阀内部构成磁回路。

9.根据权利要求6至8之一所述的开关电磁阀，其特征在于至少一个用于增强磁通的磁轭套筒(50)。

10.根据权利要求6所述的开关电磁阀，其特征在于一体式的衔铁引导管。

11.根据权利要求10所述的开关电磁阀，其特征在于，所述衔铁引导管由诸如奥氏体钢或者黄铜的不能磁化的材料制成。

12.根据前述权利要求之一所述的开关电磁阀，其特征在于一个或者多个用于引导磁通的磁轭片(46)。

13.开关电磁阀，尤其是根据权利要求1的前序部分所述的或者根据前述权利要求之一所述的开关电磁阀，所述开关电磁阀具有用于复位所述电磁衔铁(34)的弹簧(51)，

其特征在于，所述弹簧(51)基本上布置在磁通(A)之外。