CN102612618A - 具有可在壳体中运动的阀元件的换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种换向阀(10)，其具有可在壳体(12)中运动的阀元件(52)、在第一方向上作用于该阀元件(52)上的操纵装置和在第二方向上加载该阀元件(52)的弹簧装置(11)，其中，第一方向与第二方向是相反的，并且其中所述弹簧装置(11)具有递进的弹簧特性(38)。

Description

具有可在壳体中运动的阀元件的换向阀

技术领域

本发明涉及如权利要求1前序部分所述的换向阀。

背景技术

从市场上已知换向阀、尤其快速通断的电磁阀。它们例如在汽车领域在喷油设备、自动减速器或防抱死系统中使用。它们经常具有短的接通和断开时间并由此具有高的换向频率。这些换向阀经常由电磁铁操纵，其中衔铁执行轴向运动，该轴向运动通过静止配合和行程止挡限制。衔铁在操纵时通电，并且在断电后衔铁通过弹簧再返回到其初始位置。还已知，通过匹配于换向阀结构形式的装置阻尼这种换向阀。

此外可以参阅下面的公开文献：DE 102007034038A1，DE 102007028960A1，DE 102005022661A1，DE 102004061798A1，DE 2004016554A1，DE 10327411A1，DE 19834121A1，EP 1701031A1，EP 1471248A1和EP 1296061A2。

发明内容

本发明的目的通过如权利要求所述的换向阀实现。在从属权利要求中给出有利的扩展结构。对于本发明重要的特征还在下面的描述和附图中给出，其中所述特征不仅可以单独而且可以组合地对于本发明都是重要的，对此无需再一次特别地指出。

按照本发明的换向阀具有优点，减小阀元件或与其耦联的衔铁在止挡上的止挡速度，基本不延长换向阀的通断时间。通过减小的止挡速度减少换向阀磨损。同样降低在要输送介质中的压力脉冲。此外减小机械振荡激励并由此减小噪声辐射。

本发明源自这种思考，这样形成弹簧装置，使它在增加的弹簧行程时无需直线增加的而是递进增加的弹簧力。通过这种递进的弹簧特性(弹簧特性曲线)可以使阀元件在其运动中、尤其在达到终端位置之前有效地制动。在此相对提前但是柔和地加入弹簧作用，并且在接近结束阀元件运动时才变得明显更强。这意味着，所述阀元件在另一运动范围上只柔和地由弹簧装置加载，由此能够从开始快速加速阀元件。作为结果例如从阀元件行程的一半开始递进增加的弹簧力不再加速阀元件。在此根据操纵装置和弹簧的特性可以暂时给出基本相同形式的运动。相对地在快达到终端位置之前使阀元件明显更剧烈地且最终在终端位置制动到停止。与只直线增加的弹簧力相比，止挡速度更剧烈地减少。在此换向阀的通断时间不显著地延长。本发明的另一优点是，与只布置一个具有大的弹簧常数的弹簧段相反，弹簧预应力的误差敏感度更小并因此简化弹簧预应力的调整。

如果弹簧装置包括至少两个弹簧段的串联，则换向阀更好地工作，其中一个弹簧段的最大弹簧行程小于阀元件的最大行程。通过至少两个弹簧段的这种布置实现前提，以各种方式设计弹簧装置尺寸。对应于弹簧段的串联和其可能不同的刚性使阀元件的行程分布在各个弹簧段上，即，每个弹簧段的最大弹簧行程小于弹簧行程的总和。

为此建议，至少两个弹簧段通过中间体耦联，其中在达到阀元件的最大行程之前，该中间体止挡在壳体的截段上，由此接着跨接到另一弹簧段。由此如下给出弹簧装置的一个作用：在阀元件运动的第一状态中间体还不止挡在壳体的截段上，由此使力作用于所有串联的弹簧段上。在此所有弹簧段以相同的力挤压。相应地使得到的总弹簧常数相对较小，由此使弹簧装置首先以相对较小的力加载运动的阀元件。在阀元件继续运动过程中中间体止挡在壳体截段上。由此跨接至少一个弹簧段，因为它接着可以不强烈地挤压。在阀元件继续运动过程中也只有其余的弹簧段继续挤压。由于所有弹簧段串联由此也使派生的弹簧常数变大，即，在相同的行程变化时从属的力变化更大。通过这种方式现在以相对较大的力并因此更剧烈地制动阀元件的运动。

以弹簧装置的这种基本布置能够实现许多实施例。例如多个弹簧段可以串联，其中在两个相邻的弹簧段之间分别设置中间体。在多个中间体时它们最好在阀元件运动过程中先后分别止挡在壳体截段上。由此可以设计各种派生的弹簧特性曲线。例如可以有利地使衔铁运动的第一状态在供使用的最大衔铁行程以内设计得相对较大，在这个状态中间体还没有止挡在其止挡上，因此相对较迟但是较剧烈地使用制动效果。如果各个弹簧段具有相同的弹簧常数，则甚至达到总体上递进的弹簧特性曲线。弹簧段例如可以由分开的弹簧实现，它们在其端部段上固定地停止在各自的中间体上。可以选择使它们形成一个相关的弹簧，在弹簧上以确定的距离放置一个或多个中间体。由此总体上只需一个弹簧，由此降低加工成本，并且提高弹簧装置的可靠性。

此外建议一个换向阀，其弹簧段具有不同的弹簧常数。在此可以与其数量、结构和布置无关地使各个弹簧段具有恒定的或递进的弹簧特性曲线。例如在螺簧中从结构上能够实现递进的弹簧特性曲线。同时，通过按照本发明的换向阀总体上进一步加强弹簧特性曲线的级数。相应地也强化在阀元件在达到终端位置之前制动时的效果。

按照本发明的换向阀的弹簧装置能够灵活地使用，如果至少一个弹簧段包括螺簧、盘簧、垫圈和/或波盘。由此可以以大量其它的变化实现弹簧装置，由此可以使弹簧装置更好地匹配于各种要求、例如力、特性曲线、弹簧行程、空间需求、持续强度或加工成本。

本发明的另一扩展结构规定，至少两个弹簧段包括具有不同直径的螺簧，并且所述中间体具有这样的钵状结构形式，使两个弹簧段在功能上分别串联，但是在空间上相互同轴地设置。通过这种方式可以加工特别紧凑的弹簧装置结构形式，由此可以总体上较小地构造所述换向阀。

本发明的一个扩展结构规定，所述换向阀是电磁换向阀。由此本发明可以有利地在特别频繁出现的换向阀结构形式中使用。

所述换向阀的另一扩展结构规定，它是汽车的喷油设备、自动减速器或防抱死系统中的换向阀。这种应用需要换向阀特别精确地工作。这通过按照本发明的弹簧装置得到支持，它由机械部件组成，它们可以精确地制成。由此总体上得到换向阀相应精确地工作。本发明尤其适用于在蓄压管-同路喷油系统中的燃料-高压泵的流量控制阀中使用。

附图说明

下面借助附图详细解释本发明的示例实施形式。附图示出：

图1换向阀的弹簧装置的功能方框图，

图2与图1匹配的弹簧特性曲线，

图3换向阀实施例的纵剖面。

具体实施方式

对于功能上等同的部件和大小在所有附图中也在不同的实施形式中使用相同的附图标记。

图1以示意和简化图示出一个换向阀10的局部，具有电磁的操纵装置9和弹簧装置11。该换向阀10例如可以是电磁的流量控制阀，通过它控制燃料量，它输送到蓄压管-同路喷油系统的高压泵中。

示出未详细解释的壳体12的不同分段。在图1左侧示出衔铁14，它与在图1中未示出的阀元件耦联并且在所示的初始位置顶靠在静止配合16上。在图1中未示出所述操纵装置的其它部件、例如线圈或极芯。静止配合16是壳体12的部件，或者与壳体连接。在图右侧示出壳体12的分段13，在其上支承弹簧装置11的第一弹簧段18。在第一弹簧段18上在图中向左连接第二弹簧段20，它在其左端部段上顶靠在衔铁14。两个弹簧段18和20也在衔铁14与壳体段13之间夹紧。在第一弹簧段18与第二弹簧段20之间设置中间体22。属于壳体12的行程止挡24限制衔铁14在图中向右运动。以26表示能够实现的衔铁行程。同样在壳体侧的止挡28限制中间体22的运动，其中以30表示中间体22能够实现的运动。在所示部位换向阀10基本旋转对称地构造。

在图1中示出换向阀10的未通电的初始位置。衔铁14顶靠在其静止配合16上，而中间体22不顶靠在其止挡28上。衔铁14、两个弹簧段18和20以及中间体22的运动在轴向上衔接，即，在图1的视图中在水平方向上衔接。箭头32表示这一点。

在换向阀或激励线圈通电时衔铁14对应于箭头32运动。同时弹簧段18和20承受压负荷，即挤压。目前第二弹簧段20具有比第一弹簧段18更大的弹簧常数。相应地在衔铁14运动时第一弹簧段18比第二弹簧段20更剧烈地被压缩。第二弹簧段20也相对刚性。在衔铁14运动过程中中间体22止挡在止挡28上。由此跨接第一弹簧段18，它不再可以被挤压并因此失效。由此使弹簧装置的弹簧功能接着只能由更刚性的第二弹簧段20确定。由于第二弹簧段20的更大的弹簧常数使弹簧装置的特性“跳跃”地递进。第二更刚性的弹簧段20的作用主要延伸到衔铁14在行程止挡24附近的运动范围。因此在衔铁运动的这个最后状态衔铁14特别剧烈地被制动。衔铁14的运动在行程止挡24上结束，在其上完全消除可能剩余的运动能量。

可以看出，必须这样选择中间体22的最大行程30，使得在衔铁14接触行程止挡24之前，中间体顶靠在止挡28上。总体上使弹簧装置这样起作用，使衔铁在其第一运动状态从静止配合16开始首先极少地制动。这意味着，衔铁运动可以相对较快地进行，并且使换向阀10同样较快地接通。在快达到行程止挡24之前通过弹簧装置加入相对剧烈的制动。由此使衔铁的冲击速度在行程止挡24上剧烈地减小。

如果中断通电，则由此去掉在箭头32方向上作用的磁力。结果是，衔铁14通过弹簧装置11与箭头32方向相反地再返回到静止配合16。在图1中未示出可能附加的装置，用于使衔铁14返回到静止位置16，例如第二激励线圈。

对应于图1构造另一未示出的换向阀实施例，但是代替两个弹簧段具有三个弹簧段，并且相应地代替只一个中间体具有两个中间体。同时靠近壳体段的弹簧段具有小的弹簧常数，靠近衔铁的弹簧段具有大的弹簧常数，而设置在两个弹簧段之间的中间弹簧段具有中等的弹簧常数。由此匹配地使确定第二中间体行程的长度在其大小上位于确定衔铁行程的长度与确定第一中间体行程的长度之间。

另一未示出的换向阀实施例具有只一个弹簧段，包括一个盘簧和一个垫圈。另一同样未示出的换向阀实施例具有只一个弹簧段，包括一个螺簧和一个波盘。

图2示出与图1类似的两个弹簧段布置的派生弹簧特性曲线。示出一个坐标系，在其横坐标上标出确定衔铁14运动的弹簧行程34，在其纵坐标上标出弹簧力36。弹簧特性曲线38表示关系。在此零的弹簧行程34对应于按照图1的未通电的初始状态。

从图2左侧的零弹簧行程开始并且以弹簧力40开始，弹簧力随着弹簧行程的增加而提高。在弹簧行程42时达到弹簧力44。这正好是那个弹簧行程，以该弹簧行程中间体22接触止挡28。从这个行程开始跨接第一弹簧段18，即，它不继续被挤压。在衔铁14在行程止挡24方向上继续运动过程中只有第二弹簧段20承受负荷。对应于第二弹簧段20的较大弹簧常数弹簧特性曲线38的斜度从弹簧行程42开始变得更大，特性曲线也总体上递进。在弹簧行程46时衔铁14最终碰到其行程止挡24，其中达到最大弹簧力48。弹簧行程46对应于图1的长度26。

可以看出，如何通过两个弹簧段18和20的串联得到剧烈递进的派生弹簧特性曲线38，具有跃变的弹簧特性曲线38斜度。当第一弹簧段18与第二弹簧段20的弹簧常数相同时，则自动得到弹簧特性曲线38的一个级数。如果与图1的视图不同，两个弹簧段18和20形成唯一的弹簧而且中间体22只持久地接合到弹簧的螺旋形导程中，则同样得到这一点。

如果第一弹簧段的弹簧常数为R1，第二弹簧段的弹簧常数为R2，则按照公式得到派生的关系：

R_ges＝1/(1/R1+1/R2)

所得到的总弹簧常数R_ges也小于各R1或R2并因此相对较柔和，只要两个弹簧段发挥作用。

在图2中这个公式适用于零至弹簧行程42之间的弹簧行程34。而在弹簧行程42与弹簧行程46之间第一弹簧段20的弹簧常数R1不再起作用，而是仅仅弹簧常数R2有效。一般适用的是，在按照本发明多个弹簧段串联时在弹簧行程变化中派生弹簧的刚性只能增加、但是不减小。

图3示出换向阀10的实施例，作为用于通断流体的电磁换向阀49。在图3中未示出导引流体的部位。在图3所示的部件中基本围绕轴线450旋转对称地构成。轴线50在图3的视图中垂直地延伸。在壳体12中存在轴向移动的阀元件52，具有在其上固定设置的阀盘54。在此，衔铁14同样与阀元件52固定耦联。在钵状的中间体22与止挡28之间设置的一弹簧段18。在钵状中间体22与盘54之间设置第二弹簧段20。两个弹簧段18和20也通过中间体22耦联并且在功能上串联。在此两个弹簧段18和20由具有不同直径的螺簧构成。

按照图3的换向阀10状态对应于按照图1的未通电的初始状态，其中阀盘54顶靠在静止位置16。

在换向阀10通电时衔铁14和与衔铁14固定连接的阀元件52在箭头56方向上在图中向上运动。在此夹紧在弹簧段18与20之间的钵状中间体22一起移动并且在经过长度30以后止挡在止挡28上。因此对于剩余的衔铁14行程仅仅弹簧段20承受负荷，并且通过其大的弹簧常数使阀元件52特别剧烈地在运动结束状态中制动。通过阀元件54止挡在行程止挡24上结束运动。

可以看出，给出中间体22最大行程的长度30小于确定阀元件54或衔铁14行程的长度26。与换向阀10的尺寸相比两个长度26和30是小的。两个弹簧段18和20在外部或内部同轴地设置在中间体22上。确定中间体22的钵状特别有助于，使弹簧装置11并由此也使换向阀10节省空间地构成。图3的换向阀适合于在汽车的喷油设备、自动减速器或防抱死系统中使用。

如果中断通电，则换向阀又取得图3所示的初始位置。总的而言，该过程相应于对图1的描述。

Claims (8)

1.一种换向阀(10)，具有可在壳体(12)中运动的阀元件(52)、在第一方向上作用于阀元件(52)上的操纵装置、和在第二方向上加载阀元件(52)的弹簧装置(11)，其中第一与第二方向是相反的，其特征在于，所述弹簧装置(11)具有递进的弹簧特性(38)。

2.如权利要求1所述的换向阀(10)，其特征在于，所述弹簧装置(11)包括至少两个弹簧段(18，20)的串联，其中一个弹簧段(18，20)的最大弹簧行程(30)小于阀元件(52)的最大行程(26)。

3.如权利要求2所述的换向阀(10)，其特征在于，至少两个弹簧段(18，20)通过中间体(22)耦联，其中在达到阀元件(52)的最大行程之前，该中间体(22)止挡在壳体(12)的截段(28)上，由此接着跨接到另一弹簧段(18)。

4.如权利要求2或3所述的换向阀(10)，其特征在于，所述弹簧段(18，20)具有不同的弹簧常数。

5.至少如权利要求2或3所述的换向阀(10)，其特征在于，至少一个弹簧段(18，20)包括螺簧、盘簧、垫圈和/或波盘。

6.如权利要求2至4中至少任一项所述的换向阀(10)，其特征在于，至少两个弹簧段(18，20)包括具有不同直径的螺簧，并且所述中间体(22)具有这样的钵状结构形式，使两个弹簧段(18，20)在功能上分别串联，但是在空间上相互同轴地设置。

7.如上述权利要求中至少任一项所述的换向阀(10)，其特征在于，所述换向阀是电磁换向阀(49)。

8.如上述权利要求中至少任一项所述的换向阀(10)，其特征在于，所述换向阀是汽车的喷油设备、自动减速器或防抱死系统中的换向阀。

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