CN102113067A - 行程磁体装置和阀门装置 - Google Patents

Abstract

行程磁体装置包括有极管（3），极管在轴向分成极芯部段（5），过渡部段（7）和管子部段（9），其中通过过渡部段（7）将极芯部段（5）和管子部段（9）之间的磁力线断开，包括有在极管（3）里可以导向运动的衔铁（13），这衔铁在其向着极芯部段（5）的端面上，具有从端面（22）轴向突出的突起（24）。极芯部段（5）具有台阶状凹处（31），衔铁（13）可以进入这凹处，而且这凹处从过渡部段（7）出发，分成有环形的凸缘（33），凸肩（34）和径向和轴向缩回的凹入（36）。凸缘（33）的轴向尺寸超过突起（24）的轴向尺寸。

Description

行程磁体装置和阀门装置

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的行程磁体装置(Hubmagnetanordnung)。本发明还设计一种阀门装置。

一种这样的行程磁体装置已在DE 197 07 587 A1里公开。一种压力密封的行程磁体除了极管之外具有一个线圈，用于操纵一个可以在极管的一个衔铁腔里轴向导向运动的衔铁。极管主要由一个极靴，也称为极芯，一个非磁性中间件和一个与其接着的管件组成，极靴可以通过一个中间螺纹拧入在一个阀壳里，而管件在背离极靴的一面，在端面侧借助于一个用作为行程限制的构件封闭住。极靴，中间件，管子件和行程限制件限制了与线圈共同作用的衔铁的衔铁腔。这衔铁与一个推杆相连，后者在轴向通过极靴并且用于操纵液压阀的一个滑阀。非磁性中间件用于使衔铁里的磁力线旁路。这非磁性中间件可以设计成环锥形用于实现一种有利的力-行程特性曲线。在制造时一种这样的成型必然很费钱。尤其是在简单的开关电磁铁时，应该应用一种在制造中几何上尽可能简单的中间件。

例如在DE 103 27 875 B4中说明了如何设计一个衔铁与一个极靴共同作用。但说明了在制造方面成型很费事的极靴。

对于传统的制造简单的行程磁体来说，目前的力-行程特性曲线大多不是最佳的。为了操纵液压开关阀/或比例阀，在控制活塞的小的直到中等行程时也就必需克服高的，方向与操纵相反的流体力，这些力在行程继续变化的时候只是还少量地增大。流体力常常只是在行程的狭窄限制的部段里才有效。而相反传统的行程磁体只是在最后的行程部段时才发挥高的力。不顾及这地发力很少定位，大部分设计成在一个大的行程范围里是均匀的，必要明略有升高。这样由于材料消耗和能耗高而限制了大尺寸行程磁体的使用。

因而本发明的任务是，提出一种改进的行程磁体装置，它尤其是可以简单地从结构上匹配于阀门的操纵力特性曲线。

这个任务通过一种具有专利权利要求1的特征的行程磁体装置来解决。

衔铁上有一个突起，极芯里有一个台阶状凹处，极芯具有一个凹入用于接收这突起，这样的结构可以在加工时以简单的手段实现。与衔铁上突起相比较大长度的凸缘造成了：在衔铁的行程上在操纵过程中，极靴的边棱或者说界线或界面相互一前一后地并且彼此有间距地与衔铁的相应部段重合。首先在凸缘的一个端面侧里面的界线和衔铁的端面之间进行重合。当行程继续时，突起则在凹处的一个凸肩旁经过，进入凹入里。这样可以设计力-行程特性曲线，从而在一个规定的行程部段里，也就是在衔铁的路程上，在两个边棱之间实现力的有目的的平顶状增高。按照本发明的行程磁体装置结构简单，容易制造。它可以最佳地匹配于例如分配阀的流体力特性曲线。借助于所述的结构形式，在衔铁行程的终端部位里，也就是在突起进入凹入之后，力甚至又降低。这有助于使抗粘接盘受载荷较小，转换噪声较小和断开时间更短。总之采用按照本发明的阀门装置可以在电功率较小的情况下克服较高的阀门力或流动力，而且尤其可以可靠而有效地操纵分配阀。

因此任务同样也通过一种具有这样的行程磁体装置的阀门装置来解决。

阀门尤其是与一种在特性曲线方面最佳地匹配于阀门的流动力关系的行程磁体装置相组合。从结构上简单地通过凸缘和突起上的几何的长度比例关系进行匹配。更直观地例如使所说的边棱的位置匹配于阀门在操纵行程上开口横截面的变化。

发明的有利设计方案在从属权利要求中加以说明。

按照本发明的一种优选的设计方案，过渡部段由一种非可磁化材料构成，而在过渡部段和凸缘之间的分离面基本上垂直于极管的中轴线。恰是当分离面的几何形状这样简单时，可以借助于按照本发明设计的衔铁和极芯部段而良好地实现适应于阀门的特性曲线。例如当应用电阻焊技术，例如储能焊接或者中频焊接时，它用于连接极靴和形成过渡部段的分离环，其加工是特别简单的。

在衔铁的端面和极靴的凸肩之间优选设有一个抗粘接盘。这里有一个比较大的面供使用，因此抗粘接盘也承受住大的载荷。抗粘接盘甚至可以吸到衔铁上，并因此不会丢失地置于衔铁的端面上。

所述的衔铁和极芯部段的几何形状也可以用于缓冲衔铁在极芯上的止挡。为此使突起和凹入之间的径向间隙设计得相应地窄。然后通过流体从一个外环形腔的排挤进行流体缓冲，这环形腔在衔铁，更准确地说其端面和突起，和凹处的凸肩之间。

对于一种具有按照本发明的行程磁体装置的阀门装置来说，优选地衔铁的第一位置，这里衔铁的端面位于凸缘端面的一个界线对面，对应于阀门的一个小开启度，也就是说，流动力是决定性的阀门活塞的位置对。衔铁的第二个位置，这里衔铁的突起的端面位于凹处的凸肩的对面，对应于阀门的一个较强的开启度，此时阀门活塞已经差不多结束了其开启行程，而且此时流体力又降低。这例如可以达到阀门活塞开启行程的25%或75%。

以下根据附图所示的实施例详细说明本发明及其优点。

图1 表示了一种行程磁体装置的示意剖视简图，

图2 表示了图1中工作空气间隙部位周围的局部放大图，

图3 表示了按照本发明的行程磁体装置的一个特性曲线，它与一个阀门的流动力特性曲线和一种通常的行程磁体的特性曲线相比较。

图1表示了一个行程磁体装置1，用于操纵一个液压阀门(未示出)的阀芯。行程磁体装置1具有一个流体密封的极管3。极管3具有一个极芯部段5，一个分离部段7，在权利要求书中也称之为过渡部段，一个管子部段9和一个封闭件11，也称为行程极限。极芯部段5，分离部段7，管子部段9和封闭件11构成了一个用于衔铁13的圆柱形接收腔。推杆15在极芯部段5里导向，并在极芯部段5的外端面处从其中露出来。

借助于极芯部段5上的螺纹17将极管3拧入液压阀的阀壳里。将一个线圈构件推倒极管3上。这个构件包括有一个真正的线圈19以及一个由磁性材料组成的外壳（未示出），这外壳在包括极管3时是一个用于磁性回路的轭。分离部段7在衔铁13和极芯部段5之间的工作气隙21的范围里使磁性回路断开，并强迫使磁力线从极芯部段5转到衔铁13上。

衔铁13在其向着极芯部段5的端侧上设有一个从端面22里露出来的突起24。在圆环形的端面22上设有一个抗粘接盘25。这个抗粘接盘为了进行固定必要时可以吸到在突起24上。轴向流体平衡通道27穿过衔铁13。这些通道通入突起24的一个端面29里。

极芯部段在内测具有一个台阶状凹处31用于接收向着它的衔铁部段。这个凹处31如下划分：一个凸缘33成圆环形突出于极芯部段5的内侧端面34。端面34还构成一个用于中间凹入36的凸肩。

在此，凸缘33的内径对应于分离部段7和管子部段9的内径。这样选择凹入36的内径，使得突起24能够进入凹入36里。通过一个在突起24和凹入36之间的间隙可以实现在终端位置时衔铁运动的流体缓冲。缓冲容积在此位于一个由突起24，端面22，端面34和凸缘33所限定的环形空间。

工作气隙21周围的部位在图2中作了放大表示。可以看到基本为圆管形结构的分离部段7，它没有锥度。具有一个这样的分离部段7的极管3例如可以通过电阻焊由管状或罐状半成品连接而成。关于抗粘接盘25‘表示了一种图1的变型方案。抗粘接盘25’装入到工作气隙21里，并且置于端面34上。那里可以在一定条件下使其固定。

突起24在端侧通过一个外环边41限制住。在从衔铁的端面22至其外壳面的过渡处同样也有一个环形边40。在极管3的内壁上，在从凸缘33至分离部段7的过道处有一个假想的圆线形的界线42，在这界线处，极管3的可磁化性在轴向突然发生变化。在端面34和凹入36之间，在极芯部段5的台阶状凹处31里有环形边43。这个环形边可以倒角或者倒圆。

图3表示了一种通常的行程磁体装置，例如一种操纵磁体的力-行程特性曲线50，如同在开头所述的DE197 07 587 A1中所描述的那样，一种按照本发明的行程磁体装置1的力-行程特性曲线52以及一种典型的直接操纵的，名义大小6或者10的分配阀的操纵力-行程特性曲线54（虚线）。行程细分成部位B1至B6。部位长度的数量级例如分别为1至2mm。阀门的特性曲线54具有一种向着部位B1升高的基线，这基线通过用一个复位弹簧对阀活塞通常的加载，并通过阀活塞在阀孔里的摩擦来决定。然而在开启过程中作用于阀活塞上的流动力对于特性曲线54有大的影响。这使得要求的操纵力在特性曲线54的部位B2和B3里有可见的强烈升高。在完全接通阀门之后流体力就不再是决定性的，如曲线54在部位B1里所示的那样。

在通过给线圈19通入电流电操纵行程磁体装置1时，进行以下的过程：从行程限位件11的终端位置或者推杆15的一个接触位置，如图1所示那样，衔铁13开始在极芯部段5的方向上运动。运动在B6部位里开始，或者在从部位B5至部位B4的过渡部位上开始，这里在推杆15上进行接触，首先具有小的力，如线52所示。部位B3是运动过程的一个部段，在这部段上衔铁13的环形边40经过界线42向着凸缘。在环形边40和界线42之间，在工作气隙里是高密度的磁力线。当具有环形边40的衔铁13进入凸缘33里时，工作气隙里的磁场能量因而明显地减小。因此特性曲线52从部位B4至部位B3陡急上升。

在衔铁13通过了界线42之后，在衔铁13的突起24上的环形边41和台阶状凹处31的环形边43之间有另一个高磁力线密度的部位。当衔铁13继续进入台阶状凹处31时，因而可以保持高的力，直到衔铁用突起31进入到凹入36里。这在特性曲线52 的部位B2里和从部位B2至部位B1的过渡部位处可以见到。在衔铁13的继续的路程上，在凹入36里的以少量磁力线的容积被减小。因此力在部位B1里降低。当衔铁13以抗粘接盘25或者25‘靠在端面34上时，运动结束。在突起24的端面29和凹入36的底部之间保留一个间隙。

通过选择界线42和环形边43的轴向布置，也就是说凸缘33的长度，并且通过突起24的一种适合的长度就可以实现在行程磁体装置1的力-行程特性曲线52中一个比较宽的行程范围上磁性力的平顶状升高。在此在凸缘33和突起24之间的长度差大致就是在部位B2和B3里力-行程特性曲线52的平顶部长度。为此磁力在开始时和在衔铁行程的终端阶段里，部位B4至B6和部位B1里，相应地减小，分别与一种同样电功率的通常电磁铁的特性曲线50相比较。

所述的行程磁体装置1尤其适合于操纵开关换向阀(Schalt-Wegeventil)。典型的在阀芯行程上的操纵力特性曲线54如所述的那样，在加大开口断面时由于流动力而具有明显的升高，直至达到阀门全开。这可以作为操纵力的平顶部位在特性曲线54的部位B2和B3里看得到。行程磁体装置1另外还借助于突起24和凸缘33的长度这样来设计，使得特性曲线54中操纵力的平顶部位被特性曲线52中磁体力的平顶状升起部分遮盖住。在衔铁行程的每个部段上都存在有足够的磁力用于使阀门可靠地接通。通过在特性曲线52的部位B4里的磁力的陡急升高，即使在阀芯行程开始时，就有足够的磁力，在这阀芯上必须克服复位弹簧的预紧力。在部位B1里磁力的退回与阀门完全开通时流动力的退回相互吻合。此外由于力的退回使抗粘接盘25或者25‘受到衔铁13冲击的载荷减小。冲击噪声同样也减小。衔铁13在线圈19断开之后更快地返回至其起始位置。

按照实施例已经说明了按照本发明的行程磁体装置应用于一种无电流闭合的开关换向阀，用来实施开启行程。当然也可以于一种无电流敞开的开关换向阀，用来实施关闭行程。此外按照本发明的行程磁体装置也可以应用于操纵比例阀。也可以设计有多个成台阶状布置的衔铁上的突起，并在极靴上采用相应的，多重台阶状的凹处，它们分别使突起容纳在适合的凹入里。

另一种方案在于：凸缘33设计成锥形。那么通过以前所述的具有突起24的衔铁13的形状和通过台阶状凹处31使比例部位可以扩展到较大的行程范围上。

附图标记表

1行程磁体装置

3极管

5极芯部段

7分离部段

9管子部段

11闭锁件

13衔铁

15推杆

17螺纹

19线圈

21工作气隙

22端面

24突起

25 抗粘接盘

25‘ 抗粘接盘

27流体平衡通道

29突起的端面

31 台阶状凹处

33凸缘

34端面

36凹入

40环形边

41环形边

42界线

43 环形边

50力-行程特性曲线

52力-行程特性曲线

54 阀门的操纵力-行程特性曲线

Claims (10)

1.行程磁体装置，包括有极管（3），极管在轴向分成极芯部段（5），过渡部段（7）和管子部段（9），其中通过过渡部段（7）将极芯部段（5）和管子部段（9）之间的磁力线断开，

还包括有在极管（3）里可以运动地导向的衔铁（13），这衔铁在其向着极芯部段（5）的端侧上，具有从端面（22）轴向突出的突起（24），其中极芯部段（5）具有台阶状凹处（31），衔铁（13）可以进入这凹处，而且这凹处从过渡部段（7）出发分成环形的凸缘（33）、凸肩（34）和径向和轴向缩回的凹入（36），其特征在于，凸缘（33）的轴向尺寸超过突起（24）的轴向尺寸。

2.按权利要求1所述的行程磁体装置，其特征在于，过渡部段（7）由非可磁化的材料构成，而且在过渡部段（7）和凸缘（33）之间的分离面基本上垂直于极管（3）的中轴线。

3.按权利要求1或者2所述的行程磁体装置，其特征在于，在衔铁的端面（22）上布置了抗粘接盘（25）。

4.按权利要求1或者2所述的行程磁体装置，其特征在于，在凹处（31）的凸肩（34）上布置抗粘接盘（25‘）。

5.按上述权利要求之一所述的行程磁体装置，其特征在于，突起（24）的轴向尺寸和凸缘（33）的轴向尺寸之比为1比2和1比4之间，例如1比2，1比3，或者1比4。

6.按上述权利要求之一所述的行程磁体装置，其特征在于，设计突起（24）和凹入（36）之间的径向间隙的尺寸，使得衔铁（13）向着极芯部段（5）上的终端位置的运动被流体地缓冲。

7.阀门装置，具有外壳，具有在外壳内的阀孔里可运动地导向的阀芯，通过这阀芯可以调整流体连通的控制横截面，并且具有按照权利要求1至6中之一所述的行程磁体装置（1），它用于操纵阀芯。

8.按权利要求7所述的阀门装置，其特征在于，衔铁（13）的第一位置，在此位置上衔铁（13）的端面（22）对置于凸缘（33）的在过渡部段侧的内界线（42），和衔铁（13）的第二位置，在这位置上衔铁（13）的突起（24）的端面（29）对置于凹处（31）的凸肩（34），对应于在开启过程中作用于阀芯上的流动力的预期的力的变化曲线（54）而设置。

9.按权利要求8所述的阀门装置，其特征在于，衔铁（13）的第一位置对应于控制横截面的小的开启度，而衔铁（13）的第二位置对应于比较更大的，尤其是差不多完全开启的控制横截面。

10.按权利要求8或者9所述的阀门装置，其特征在于，衔铁（13）的第一位置对应于阀芯的配属于开启过程的行程的20%至40%，尤其是25%的行程，而衔铁（13）的第二位置则对应于阀芯的配属于开启过程的行程的60%至85%，尤其是75%的行程。

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