CN102052299B - 用于活塞泵的具有阀关闭体的阀 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于活塞泵的阀(24)，所述阀具有阀关闭体(10)和在纵向对着阀关闭体(10)设置的阀座(28)，在所述阀中，所述阀关闭体(10)具有圆柱形导向段(14)和在纵向对着圆柱形导向段(14)且朝向阀座(28)的半球形密封段(16)，所述密封段用于可选择地关闭和打开被阀座(28)围住的孔(32)，根据本发明，所述阀的特征在于，在阀关闭体(10)中以可在流动方向上运动的方式嵌入至少一个封闭元件(12)，从而在阀(24)开启时从孔(32)流出的液流可以使阀关闭体(10)和封闭元件(12)在流动方向上运动。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于活塞泵的阀，所述阀具有阀关闭体和在纵向对着阀关闭体设置的阀座，在所述阀中，所述阀关闭体具有圆柱形导向段和在纵向对着圆柱形导向段且朝向阀座的半球形密封段，所述密封段用于可选择地关闭和打开被阀座围住的孔。此外本发明还涉及一种用于液压系统或气动系统的具有这种阀的活塞泵以及本发明的阀的应用。
现有技术
在现有技术中，阀以各种方式被应用在液压系统，特别是车辆制动系统的活塞泵中(DE 3907969A1以及DE 102006048903A1)。在这些制动系统中，活塞泵不仅对车轮制动缸中的压力进行控制，还用于在防抱死系统(ABS)中例如使制动液从车轮制动缸回流到主制动缸中。ABS常常与防滑控制系统(ASR)相结合，在所述防滑控制系统(ASR)中同样使用由阀控制的活塞泵。通过对各个车轮的针对性的制动对车辆的横向动力进行积极影响的电子稳定程序(ESP)也使用了由阀控制的活塞泵。
在车辆制动系统的活塞泵中使用的吸入阀和排出阀对经过泵的液流方向进行控制并且通常被设计成弹簧加载式止回阀。这些阀包括球形的密封体和与密封体的球形形状相配合的阀座。如果活塞泵中的压力升高，则球体被从阀座压开，阀开启，并且液体围绕球体流到接在阀之后的阀室中。
如果液体流过阀，则高压缩力和膨胀力，特别是在制动系统的高压泵中作用的高压缩力和膨胀力会基于各种不同的原因产生不希望的振动和噪声。例如当各个部件的公差累加时，特别是由于阀关闭体的空间间隙，会在阀开启时产生不希望的噪声。为了减少噪声的形成，在DE 102006027555A1中描述了一种排出阀，所述排出阀具有阀关闭体和单独的盘形元件，在所述盘形元件上设有阀座。通过使用盘形元件要确保活塞泵的各种不同部件的部件公差不会对在排出阀开启或关闭时的噪声产生造成消极的影响。
除了部件公差，通过在开启的排出阀的阀关闭体周围的紊流也会产生不希望的振动和噪声。这些紊流在径向不确定地操纵着阀关闭体，从而阀关闭体撞向阀室的内壁。此外，在阀开启时产生压力波动，因为压力波在阀关闭体从阀座上抬起时进行传播并在阀室中发生反射。这些压力波动不仅使阀关闭体发生振动，还引起了显著的噪声并对活塞泵和与活塞泵相连的液压部件施加机械负载。
发明内容
本发明的任务是提供一种在开启和关闭时的振动情况经过优化的阀，由此减少与阀相连的部件受到的机械负载。
本发明的任务依据本发明通过一种根据权利要求1所述的阀、一种根据权利要求9所述的活塞泵以及一种根据权力要求10所述的阀的应用得以解决。从属权利要求对本发明的有利改进措施进行了描述。
依据本发明，提供了一种用于活塞泵的阀，该阀具有阀关闭体以及在纵向对着阀关闭体设置的阀座，在所述阀中，所述阀关闭体具有圆柱形导向段和在纵向对着圆柱形导向段且朝向阀座的半球形密封段，所述密封段用于可选择地关闭和打开被阀座围住的孔。在阀关闭体中以可在流动方向运动的方式嵌入至少一个封闭元件，从而在阀开启时从孔流出的液流使阀关闭体和封闭元件在流动方向上运动。
流动方向应理解为液体流动的方向，所述液体从被阀座围住的孔流出并且相对于孔偏转最多为60°的角，优选的是45°或更小的角。
本发明的构思在于：通过这样的方式改善本发明的阀的振动情况，即，在阀开启时减少阀关闭体的开启脉冲，从而避免阀关闭体的过度振动。为了减少开启脉冲，在阀关闭体中嵌入第二快速动态的开启关闭机构，所述机构的形式为可在流动方向上运动地支承的封闭元件，所述封闭元件与阀关闭体并联连接。在阀的开启过程开始时，所述封闭元件同时开启或优选地作为第一阶段在阀关闭体之前开启，并且从被阀座围住的孔流出的液流脉冲使所述封闭元件在流动方向上运动。所述阀关闭体优选地作为第二阶段在封闭元件之后开启，从而一部分开启脉冲已经通过第一开启阶段即通过封闭元件被吸收并且阀关闭体的升程被减小。由此，避免了在活塞泵传动系中例如由反射的冲击波引起的压力波动以及突然发生的力和压力变化。通过本发明的阀可以使随压力波动和突发的压力变化产生的噪声发射最小化，所述噪声发射作为固体声传播到支撑部件上并且是很难衰减的。此外，通过阀关闭体的衰减的振动减少与阀相连的部件的机械负载。
此外，可以通过本发明的阀的阀关闭体在开启时借助于圆柱形导向段被确定地导向，使本发明的阀的振动情况最小化。通过对阀关闭体的确定导向和减少阀关闭体的振动，减少与阀相连的部件的压力波动、噪声扩散和机械负载。此外，所述导向段可以通过其纵向长度起到升程限制的作用，从而使阀关闭体的调节行程在每次开启运动中都是确定且恒定的。
本发明的阀还具有如下优点：即制造成本低。阀关闭体以及封闭元件可以大批量快速简单地并且因此便宜地有选择地制造为塑料注塑件或钢成型件或者说钢件。塑料注塑件仅具有很小的公差，并且可通过注塑工艺制造成经济的、可直接使用的成型件。由于密封段的半球形形状和导向段的圆柱形形状，不必为了容纳本发明的泵而改变常规活塞泵的造型。通过导向段的圆柱形形状可以简单地将阀关闭体集成到活塞泵的钻出的或铣削出的盲孔或者端盖中。
半球形的密封段具有用于密封由阀座围住的孔的表面，所述表面至少部分在两维中是拱起的。在这里，可以将球体、椭圆体或圆锥体的形状定义为半球形。所述拱起的表面与例如设计成内锥座的阀座共同作用，从而在密封段紧靠在阀座上时获得圆环形密封面或密封线。
具有半球形密封段的阀关闭体相对于球形阀关闭体具有以下优点：半球体的开启横截面可以相对于球体明显增大。因此，密封段的半球形形状的，即密封段拱起的表面的双曲率半径可以大于阀关闭体导向段的直径。
封闭元件可以优选地被设计为圆形体，例如球体、半球体、椭圆体、蛋形体、圆锥体或杵状件。
根据本发明的阀的第一种有利的改进方案，将封闭元件设置在一个两侧开口的空心圆柱形空隙中，所述空隙的开口对于封闭元件来说是被挡住的或者说不能通过的。在可容易制造的空心圆柱形空隙中，在阀开启时，借助于从被阀座围住的孔流出的液流使所述封闭元件运动。通过空心圆柱形空隙的纵向延伸产生了一个路径，在所述路径上封闭元件可以将脉冲转化为动能并且在所述路径上可以消除部分脉冲。由于流体技术原因，所述空隙优选地定向在导向段的纵向上。
空心圆柱空隙的开口对于封闭元件来说，例如是通过开口或空隙端部的变窄部或者通过回位弹簧被挡住的，从而使封闭元件不能离开空心圆柱空隙，并且不能被流体从空隙中推出。
根据本发明的阀的一种有利的改进方案，空隙的开口是通过至少一个伸入开口中的小钩被挡住的。在阀开启时，借助于从被阀座围住的孔流出的液流使封闭元件在空心圆柱空隙中运动。在空隙被挡住的开口上，封闭元件的这些动能作为脉冲被传递到阀关闭体上。所述封闭元件通过所述至少一个小钩弹性地支承在空隙中，从而由运动的封闭元件传递到阀关闭体上的脉冲被衰减并被至少一个小钩动态地吸收。通过脉冲的衰减避免了噪声发射并且减少了阀关闭体的机械负载。此外，可以通过卡在至少一个小钩后面将封闭元件简单且低成本地装配到阀关闭体中。
根据本发明的阀的另一种有利的改进方案，所述阀关闭体和/或封闭元件由塑料构成，即被构造成塑料部件。由此使阀关闭体和/或封闭元件的质量比用钢作为材料时下降多倍(大约10倍)。较轻塑料部件的开启脉冲在阀开启时被进一步减少，从而避免了阀关闭体的过度振动以及由反射冲击波产生的嘈杂的压力波动。通过较轻塑料部件也同样地避免了在阀上的突发的力和压力变化以及由此产生的噪声发射。总的来说，通过借助于塑料部件改善的阀的振动情况也进一步减少了与阀相连的部件的机械负载。此外，通过塑料部件还优化了在阀座和阀关闭体上的磨损情况，由此在活塞泵的整个使用寿命中获得阀的改善的密封性。
根据本发明的阀的另一种有利的实施方式，导向段具有空心圆柱内腔，回位弹簧轴向地设置在所述内腔中。所述与阀关闭体共同作用的回位弹簧至少部分位于导向段内。由此本发明的阀更好地利用了活塞泵中的结构空间，从而可以减小活塞泵的尺寸或将结构空间可作其它用。
通过导向段的空心圆柱内腔又一次减小了阀关闭体的质量，从而进一步使阀关闭体的振动最小化并避免了压力波动。由此进一步减少了与阀相连的部件的噪声发射以及机械负载。
在本发明的另一种有利的改进方案中，导向段具有至少一个用于固定阀关闭体的导向凸条。所述导向凸条优选地均匀地分布在导向段的周边上并且在导向段的轴向上延伸。为了稳定的导向，所述导向凸条优选地在导向段的近似整个轴向长度上延伸。
在本发明的另一种有利的改进方案中，所述导向段在纵向长于密封段的最大直径。通过阀关闭体延长的导向使阀关闭体被更稳定地支承。
通过借助于导向凸条的稳定导向以及/或者借助于导向段延长的稳定支承进一步减少了阀关闭体的振动，从而进一步减少与阀相连的部件的压力波动、噪声产生和机械负载。
在一种有利的实施方式中，本发明的阀具有容纳阀关闭体的壳体。优选地将流出口沿流动方向设计在阀后面。有利的是，液流仍在密封元件的高度上在壳体外壁和与壳体邻接的外部的缸体底面之间被排出，所述阀座形成在所述缸体底面中。所述流出口优选是在壳体中形成的径向槽。
本发明同样涉及一种用于液压系统或气动系统的具有本发明的阀的活塞泵。所述活塞泵除了活塞、阀、入口和出口外还至少包括一个本发明的阀。通过优化活塞泵的阀的振动情况，减少与阀相连的部件的压力波动、噪声产生和机械负载。因此，所述本发明的泵优选适用于高压系统，例如在机动车辆的制动系统，如ABS、ASP以及ESP中使用。在活塞泵的泵升程过程中，阀关闭体从阀座上被抬起，从而可以使液压介质从泵的压缩室中逸出，绕阀关闭体流动，并且通过流出口逸出。
此外，本发明还涉及特别是在液压系统或气动系统中，将本发明的阀用于减少压力波动以及/或者噪声产生的应用，的其中，从由阀座围住的孔流出的液流的第一部分脉冲被传递到阀的封闭元件上。仅仅是第二部分脉冲被传递到封闭阀座的容易产生噪声和脉冲的阀关闭体上。此外还通过阀关闭体在开启时借助于圆柱形导向段被确定地导向，改善了本发明的阀的振动情况。通过减少阀关闭体的振动，减少了与阀相连的液压或气动部件的压力波动、噪声产生和机械负载。优选地将本发明的阀应用在压力泵、吸入泵和活塞泵以及高压系统中，例如用在车辆制动系统，如ABS、ASP和ESP中，用于减少压力波动以及/或者噪声产生。
附图说明
下面将借助于后附的示意图对本发明解决方案的实施例进行详细阐述。图中：
图1示出了具有嵌入的封闭元件的阀关闭体的纵向剖视图；
图2示出了根据图1的后视图II；
图3示出了根据图1的前视图III；
图4示出了根据图1的阀关闭体的立体后视图；以及
图5示出了具有根据图1到4的阀关闭体的阀的纵向剖视图。
具体实施方式
图1至4示出了阀关闭体10，所述阀关闭体具有嵌在其中的球形封闭元件12。所述阀关闭体10由圆柱形导向段14和在纵向对着圆柱形导向段的半球形密封段16组成，所述密封段的密封面是球形的。在所述导向段14中设计了空心圆柱形内腔18。所述阀关闭体10还具有平行于导向段14的纵向轴线定向的两侧开口的或者说贯穿的圆柱形空隙20，所述空隙的形式为圆柱形孔。所述空隙20的一侧通向密封段16的中央位置，而另一侧通向导向段14的内腔18的中央位置。在所述空隙20中设置了封闭元件12，所述封闭元件作为封闭机理的第一阶段起作用。所述空隙20的朝向密封段16的开口是通过空隙20的端部变窄的半径被挡住的。所述空隙20的朝向导向段14的开口是通过三个板簧式的钩状元件或者说小钩22被挡住的，所述小钩动态地缓冲了封闭元件12的脉冲。
图4示出了阀24，其具有壳体26以及缸体30的锥形阀座28。所述阀座28呈圆形地围住了缸体30的孔32。在所述壳体26中容纳有阀关闭体10，该阀关闭体包括图1到图3所示的实施例的封闭元件12。在此阀关闭体10的密封段16朝向缸体30上的阀座28。沿轴向在远离缸体30的一侧与密封段16相接的是导向段14。
在阀24的壳体26内，在中央位置设置了用作阀室的盲孔。在所述盲孔中设置了阀关闭体10和用作螺旋压力弹簧的回位弹簧34。所述回位弹簧34的一端支撑在盲孔底部上，而另一端轴向地伸进阀关闭体10的导向段14的空心圆柱形内腔18中。通过所述回位弹簧34可以将阀关闭体10预紧抵靠在阀座28上。
在阀24通过从缸体30的孔32流出的液流压力开启时，球形封闭元件12在第一阶段开启。所述封闭元件12在空隙20中被挤向或推动到远离阀座28的空隙开口，在所述开口处由小钩22动态地使所述封闭元件停止运动。结果是，明显地减少了阀的开启脉冲，由此优化了所述阀的噪声情况并减小了与阀24相连的部件的机械负载。
在阀24开启的第二阶段，阀关闭体10打开，即，所述阀关闭体被从阀座28上抬起。液体从缸体30的孔32中流出，在密封段16旁边流过，并经由在壳体26的端面和缸体30的端面之间的径向槽36被排出。
Claims (10)
1.一种用于活塞泵的阀(24)，所述阀具有阀关闭体(10)和在纵向对着阀关闭体(10)设置的阀座(28)，在所述阀中，所述阀关闭体(10)具有圆柱形导向段(14)和在纵向对着圆柱形导向段(14)且朝向阀座(28)的半球形密封段(16)，所述密封段用于可选择地关闭或打开被阀座(28)围住的孔(32)，其特征在于，在阀关闭体(10)中以可在流动方向上运动的方式嵌入至少一个封闭元件(12)，从而在阀(24)开启时从孔(32)流出的液流使阀关闭体(10)和封闭元件(12)在流动方向上运动。
2.按照权利要求1所述的阀，其特征在于，所述封闭元件(12)设置在两侧开口的空心圆柱形空隙(20)中，所述空隙的开口对于所述封闭元件(12)来说是被挡住的。
3.按照权利要求2所述的阀，其特征在于，所述空隙(20)的开口通过至少一个伸入所述开口中的小钩(22)被挡住。
4.按照前述权利要求中任意一项所述的阀，其特征在于，所述阀关闭体(10)和/或所述封闭元件(12)由塑料制成。
5.按照权利要求1所述的阀，其特征在于，所述导向段(14)具有空心圆柱形内腔(18)，在所述内腔中沿轴向设置了回位弹簧(34)。
6.按照权利要求1所述的阀，其特征在于，所述导向段(14)具有至少一个用于固定阀关闭体(10)的导向凸条。
7.按照权利要求1所述的阀，其特征在于，所述导向段(14)在纵向长于所述密封段(16)的最大直径。
8.按照权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀(24)具有壳体(26)，该壳体容纳阀关闭体(10)，从而在导向段(14)的外周面和壳体(26)沿纵向朝向导向段(14)的内壁之间形成一个通道。
9.一种用于液压系统或气动系统的活塞泵，其特征在于，所述活塞泵具有根据权利要求1到8中任意一项所述的阀(24)。
10.一种根据权利要求1至8中任意一项所述的阀(24)的应用，所述阀用于减少压力波动以及/或者噪声产生，其特征在于，从被所述阀座(28)围住的孔(32)流出的液流的第一部分脉冲被传递到所述阀(24)的封闭元件(12)上。
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