CN103097791A - 用于压力容器的电磁阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于压力容器的电磁阀(1)，其包括阀壳(2)和具有用于从所述压力容器导入和/或导出流体的第一开口(11)和用于将所述流体从所述阀(1)导入和导出的第二开口(12)的阀主体(21)，电磁线圈(8)，具有通孔(6)的密封件(5)，弹簧件(4)，可移动的推杆(3)，在未激活电磁线圈(8)的情况下能够通过所述弹簧件(4)将压力施加到所述推杆上，以便所述推杆(3)封闭所述密封件(5)的通孔(6)，并且在激活电磁线圈(8)的情况下所述推杆能够移动，其中，所述推杆(3)具有用于自由移动的空间，该电磁阀还包括与所述推杆(3)连接的用于移动所述密封件(5)的带动件(7)。其中，这样布置所述阀(1)，使得仅需提供较小的力开销就能将密封元件(5)从其安装座移开并开通用于从压力容器中导入和向压力容器导出流体的第一开口(11)和用于向阀(1)内导入或从阀(1)导出流体的第二开口(12)之间的直接连接。所述技术问题被这样解决，所述流体通过所述第一开口(11)可以导入在所述推杆(3)和密封件(5)之间延伸的空间(13)，由此可以在所述空间(13)内形成压力并且通过激活所述电磁线圈(8)所述推杆(3)可以经过第一调节行程，由此打开所述密封件(5)的通孔(6)，并且在此将所述密封件(5)保持在其位置上。

Description

用于压力容器的电磁阀
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于压力容器的电磁阀以及一种根据权利要求13前序部分所述的用于驱动在压力容器上的电磁阀的方法和一种压力容器，尤其是复合容器。
背景技术
用于储存液态或气态介质，优选氢气或天然气的压力容器包括至少一个具有至少一个开口用于封装液体或气体形态介质的存储容器，在该存储容器内装有一阀。通过安装在阀主体内的开关件和控制件实现液态或气态介质的加注和提取。在提取介质的情况下给电磁阀通电并且激活开启电磁阀。在加注的情况下电磁阀不被通电。出于安全原因该电磁阀在无电流的状态下被关闭。
一般在这种压力容器中，预调阀用作电磁阀，以便维持较小的功率消耗。压力容器的预调阀的一个示例由EP1681507A1公开。该预调电磁阀具有附带带动件的推杆，其中，在带动件和推杆之间存在用于推杆自由移动的间隙。通过操纵管控预调流的密封件这样地改变在主流体的密封件上作用的压力，使得主座被打开或关闭。
WO2009/006684A1示出一种阀，该阀在电磁线圈被激活时允许介质在进口和出口之间流动。在电磁线圈被激活的情况下推杆在迎向密封件的方向上移动。结果是介质从构造在推杆和密封件之间的具有较高压力的控制室中流向具有更低压力的出口。该密封件具有通孔，通过该通孔介质从控制室流向出口。当在出口端和在控制室内的压力接近时，该密封件从它的支座移开并且允许在进口和出口之间形成介质的直接的流动连接。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于压力容器的电磁阀，一种用于在压力容器内驱动电磁阀的方法和一种压力容器，其中，只需要较少的动力消耗，以使密封件移动离开其位置，并且在此开启在用于从压力容器导入和导出流体的第一开口和用于向阀导入或从阀导出流体的第二开口之间的直接连接。此外，所述电磁阀的制造应该是成本低廉的。
所述技术问题通过一种用于压力容器的电磁阀解决，其包括阀壳和阀主体，该阀主体具有用于从压力容器导入和/或导出流体的第一开口以及用于向阀导入和从阀内导出流体的第二开口。所述电磁阀还包括电磁线圈、具有通孔的密封件、弹簧件、可移动的推杆，在未激活电磁线圈的情况下通过弹簧件可以将压力施加到推杆上，由此该推杆封闭密封件的通孔，并且在激活电磁线圈的情况下该推杆可以移动，其中，该推杆具有自由移动的空间，所述电磁阀还包括与推杆连接的用于移动密封件的带动件，其中，流体通过第一开口可以导入在推杆和密封件之间延伸的空间，由此在该空间内可形成压力，并且通过激活电磁线圈推杆能够经过第一调节行程，由此开启密封件的通孔，并且在此密封件保留在其位置。这种阀具有结构简单的优点。
优选带动件与密封件机械连接。
在另一个实施方式中，当通过推杆开启密封件的通孔时，在第二开口上，由于通过第一开口和通孔的流体流动可形成反压力，其中(在第二开口和第一开口之间或在密封件的第二端面和第一端面之间达到足够的压力比后)在激活电磁线圈的电磁力的情况下，推杆经过第二调节行程，其中，密封件通过带动件可以移动离开其位置并且开启第二开口，由此可以开启优选比通孔更大的、在第一开口和第二开口之间的导流连接。通过这种阀的分级开口能减小必要的用于使密封件离开其位置和开启第二开口的作用力。这样尤其由此实现，在密封面的第二端面上形成反压力，其有助于密封件在封闭第二开口的情况下移动离开其位置。此外，因为密封件能够通过带动件主动地移动，所以缩短了需要用于开启第二开口的时间。
在一种补充的变型中，带动件具有朝向密封件的第一凹槽并且该密封件包括第二凹槽，其中，在第一凹槽和第二凹槽内嵌接有支承件，并且第一凹槽和第二凹槽的几何形状如下这样设计，使得推杆经过第一调节行程，而不改变密封件的位置。基于这种结构设计本发明只需要唯一一个密封件。由此降低阀的制造成本。
适宜地密封件的第二凹槽的轴向尺寸大于带动件的第一凹槽的轴向尺寸，和/或密封件的第二凹槽对置于带动件的第一凹槽，和/或第一凹槽和第二凹槽设计为相对开口的。
在补充的结构方案中，支承件形面配合地和/或摩擦接合地固定在带动件的第一凹槽内。由此该支承件与带动件固定连接并且随着推杆移动。
在附加的结构方案中，带动件包围密封件，其中带动件的第一凹槽和/或密封件的第二凹槽设计为环形槽，并且支承件基本呈环形。
当通过推杆封闭密封件的通孔时，密封件优选紧贴在阀主体上以便封闭第二开口。由此可靠地实现阀的主座。
在一种附加的变型中，密封件在其邻近推杆的端面上具有基本设置在中间的围住通孔的凸起，在未激活电磁线圈的情况下推杆紧贴在该凸起上，其中，在推杆和密封件之间的空间设计为环形空间。基于凸起的设计实现了在推杆紧贴时特别高的配合精确度，并由此保证更安全的封闭通孔。
在附加的实施方案中，空间通过导流的通道与第一开口连接，和/或该空间在阀壳以及推杆和/或带动件之间延伸。如果流体从第一开口流进环形空间或在推杆和密封件之间的空间，则压力产生使密封件压在阀主体上的作用力，由此第二开口被密封件封闭。
在另一种变型中，带动件和推杆设计为一体式的，和/或所述阀能够实现在本发明保护范围内描述的方法。
在优选实施方式中密封件至少部分、尤其全部由金属材料或塑料组成。由此在由塑料制成的情况下省去在主座和副座上的附加物，由此能够实现成本特别低廉的阀结构。因此附加地省掉在密封件和带动件之间通常必需的摩擦面涂层，因为在由塑料组成的密封件和由金属组成的带动件之间的摩擦副具有恒定良好的摩擦特性，并且由此没有涂层也能具有可靠性。
在另一个结构方案中，推杆和/或阀座和/或带动件和/或阀主体至少部分、尤其全部地由金属，例如钢或铝组成。
根据本发明的压力容器，尤其复合容器包括在本发明保护范围内描述的阀。
根据本发明的用于驱动在压力容器上的电磁阀的方法包括这些步骤：向电磁线圈加载电流，由于电磁力使推杆从密封件处移开，通过通孔从压力容器内流进流体，其中，在设定密封件的第一端面与第二端面之间的压力比后开启用于从压力容器和阀流出流体的开口，其中，在从压力容器流出的流体流进在推杆和密封件之间的空间后构成第一压力并且在激活电磁线圈的情况下推杆在离开密封件的方向上经过第一调节行程，由此带动件移动并且通过推杆开启密封件的通孔，而不移动密封件，因为通过压力产生的作用力在推杆和密封件之间的空间内暂时仍大于通过在第二开口中的压力产生的作用力。由此推杆具有集成的密封面，并且只要电磁线圈没有加载电流，由于有效的弹簧力将具有通孔的密封件在主座处压靠阀主体并且封闭第二开口。
在另一个结构方案中，在开启通孔后流体流过通孔，并且在密封件的第二端面上相对于在密封件的第一端面上存在的压力产生反压力，因此密封件能够在较小的作用力下移动。由此减少阀的打开和关闭时间。
在另一种变型中，在推杆的第一调节行程后电磁线圈保持激活或被激活，并且推杆经过第二调节行程，其中密封件被推杆和/或带动件带动，并且当电磁线圈产生的力和在密封件端面之间的压力比在此满足条件时，用于从阀流出流体的主座的开口被开启。在第二调节行程前和/或在第二调节行程中的电磁力能够大于或等于在第一调节行程前和/或第一回调行程中的电磁力。
优选在填充压力容器时通过电磁阀在无电流的未被激活的电磁线圈的情况下通过流入介质的压力，密封件和推杆与弹簧力相反地移动并且打开阀主体的开口。
附图说明
下面结合附图详细地阐述实施例。附图为：
图1：剖切电磁阀的剖面图，以及
图2：图1所示电磁阀的截面图。
具体实施方式
在图1中所示的电磁阀1用于从压力容器提取统称作流体的液体或气体，例如水或天然气，或用于向(未示出的)压力容器注入流体。
所述电磁阀1由阀壳2组成，在该阀壳内设置推杆3，该推杆3借助弹簧件4压靠在密封件5上。在此，所述密封件5具有贯通开口形式的通孔6，该通孔6具有两个不相同的横截面。在朝向推杆3的方向上该通孔6具有更小的直径，与之连接有一个向相反方向延伸的更大的直径。电磁线圈8围绕阀壳2并因此也围绕设置在阀壳2内的推杆3。所述推杆3的端面紧贴在密封件5的凸起15上。所述密封件5本身紧贴在阀主体21的第二开口12上并且由此将阀1与外部环境隔绝。该密封件5的这个部段称为主座10。与之相对，使推杆3位于密封件5的凸起15上的、保持密封件5的通孔6封闭的部段称为预调座9。阀1通过阀主体21固定在压力容器上。
靠近预调座9在推杆3和密封件5之间设有环形空间13(图2)，其通过通道14与开口11相连接，其中，开口11通向压力容器。此外，推杆3设有与其连为一体的带动件7，其中，该带动件7大范围地包围密封件5。密封件5具有设在密封件5的下部在开口12方向上的第一环形槽18。在该环形槽18内插入支承件17。该支承件17这样设计，使得其尺寸径向超出密封件5并且插进带动件7的第二环形槽16内。在此，该第二环形槽16这样设计，支承件17的厚度相当于环形槽16的轴向尺寸，由此支承件17在带动件7的凹槽16内不能移动。相反地，密封件5的第一环形槽18的轴向尺寸超出支承件17的厚度，由此支承件17与密封件5的环形槽18的内壁相隔地设置。
下面详细阐述电磁阀1的工作原理。从图2中示出的阀1的位置开始，支承件17设置在密封件5的环形槽18的中间。应该注意到这种情况，流体从未详细示出的压力容器内提取并且通过开口12从阀1中流出。在此，该流体首先通过开口11流过通道14流进环形空间13。在激活电磁线圈8之前，在环形空间13或空间13内由于存在于第一开口11和环形空间13之间的导流连接在环形空间13内基本上存在与在第一开口11上相同的压力，该第一开口11通入被压力容器围绕的压力容器内部空间。由于该压力在密封件5的第一端面19上施加一个将密封件5压在阀主体21上的作用力，由此封闭第二开口12。在使用具有阀1的压力容器时，第二开口12通入例如车辆的内燃机或燃料电池以及油箱加油接管。
如果激活电磁线圈8，推杆3在第一调节行程内离开密封件5的凸起15并且由此开启通孔6。在推杆3经过第一调节行程的情况下由于推杆3的移动支承件17随着带动件7一起但还在密封件5的第二凹槽18内移动。因此密封件5保持在其位置上。流体通过被推杆3开启的通孔6从环形空间13流出，并且流向密封件5的对面。条件是，在密封件5的第二端面20上产生从外侧压在密封件5上的反压力，因此密封件5能够用较小的作用力离开第二开口12。
在进一步激活电磁线圈8和在环形空间13与第二开口12之间达到压力充分平衡的情况下，推杆3经过第二调节行程，其中，支承件17被带动件7压靠在密封件5的环形槽18的壁上，其中，密封件5被压离其位置。由于存在于密封件5的第二端面20上的反压力，所以只需要较小的作用力，用于使密封件5离开其位置并且开启阀主体21的开口12。通过密封件5的移动，开口11直接与开口12相连接，其中，能够从压力容器内流出比通过通孔6更多的流体。
在结束提取过程时电磁线圈8被无电流的接通。因为开口11在此时刻直接与开口12连接，所以在环形空间13以及开口12内均存在大致相等的压力。由此压力对于密封件5的位置只有很小的影响。因此在无电流接通线圈的情况下密封件5通过弹簧件4的作用力朝向阀主体21的开口12移动，由此封闭开口12。
现在若压力容器被填充，电磁线圈8未通电。由于电磁线圈8未通电的未激活状态，推杆3被有效的弹簧件4的弹簧力压在密封件5上并且由此关闭阀1。通过流入流体的、在密封件5的第二端面20上施加作用力的压力，克服弹簧件4的作用力挤压密封件5和推杆3，并且开启阀主体21的开口12。
总之根据本发明的电磁阀1具有明显的优点。当能从压力容器提取流体时，通过阀1的结构设计减小必要的用于使密封件5从其位置移动的作用力。在从压力容器提取流体的情况下，尤其减少了打开阀1需要的时间，因为在密封件5的两个端面19和20之间达到压力充分平衡的情况下密封件5能够通过带动件7和支承件17直接被打开。在此，支承件17集成到两个环形槽16和18中已证实是特别有利的，因为在装配时密封件5只用插进已经嵌接有支承件17的带动件7中。附加地通过由塑料组成的密封件5的设计省去在主座10和预调座9上的附加物，由此构成更可靠并且成本更低廉的阀1。此外，在由塑料构成的密封件5和金属的带动件7之间的摩擦副已证实是尤其有利的，因为能够省去在两个组件相接触的表面通常需要的镀层。
附图标记列表
1   阀
2   阀壳
3   推杆
4   弹簧件
5   密封件
7   带动件
8   电磁线圈
9   预调座
10  主座
11  第一开口
12  第二开口
13  环形空间
14  通道
15  凸起
16  第二环形槽
17  支承件
18  第一环形槽
19  密封件的第一端面
20  密封件的第二端面
21  阀主体

Claims (16)

1.一种用于压力容器的电磁阀(1)，其包括
-阀壳(2)和具有用于从所述压力容器导入和/或导出流体的第一开口(11)和用于向所述阀(1)导入和从所述阀(1)导出流体的第二开口(12)的阀主体(21)，
-电磁线圈(8)，
-具有通孔(6)的密封件(5)，
-弹簧件(4)，
-可移动的推杆(3)，在未激活电磁线圈(8)的情况下通过所述弹簧件(4)能够将压力施加到所述推杆上，由此所述推杆(3)封闭所述密封件(5)的通孔(6)，并且在激活电磁线圈(8)的情况下所述推杆能够移动，其中，所述推杆(3)具有用于自由移动的空间，
-与所述推杆(3)连接的用于移动所述密封件(5)的带动件(7)，
其特征为，
所述流体通过所述第一开口(11)能够导入在所述推杆(3)和密封件(5)之间延伸的空间(13)，由此能够在所述空间(13)内形成压力并且通过激活所述电磁线圈(8)所述推杆(3)能经过第一调节行程，由此开启所述密封件(5)的通孔(6)，并且在此使所述密封件(5)保持在其位置上。
2.根据权利要求1所述的阀，其特征为，由于流体流过所述第一开口(11)和所述通孔(6)而在所述推杆(3)打开了所述密封件(5)的通孔(6)的情况下能够在所述第二开口(12)上形成反压力，其中，在激活所述电磁线圈(8)的电磁力时所述推杆(3)经过第二调节行程，在该第二调节行程内所述密封件(5)能通过所述带动件(7)移动离开其位置并且打开所述第二开口(12)，由此能够在所述第一开口(11)和第二开口(12)之间开通优选比所述通孔(6)更大的导流连接。
3.根据权利要求1或2所述的阀，其特征为，所述带动件(7)具有朝向所述密封件(5)的第一凹槽(16)并且所述密封件包括第二凹槽(18)，其中，在所述第一凹槽(16)和第二凹槽(18)内嵌接地插入有支承件(17)并且所述第一凹槽(16)和第二凹槽(18)的几何形状这样设计，使得所述推杆(3)经过所述第一调节行程而不改变所述密封件(5)的位置。
4.根据权利要求3所述的阀，其特征为，
所述密封件(5)的第二凹槽(18)的轴向尺寸大于所述带动件(7)的第一凹槽(16)的轴向尺寸，和/或
所述密封件(5)的第二凹槽与所述带动件(7)的第一凹槽(16)对置，和/或
所述第一凹槽(16)和第二凹槽(18)设计为相对开口的。
5.根据权利要求3或4所述的阀，其特征为，所述支承件(17)形面配合地和/或摩擦接合地固定在所述带动件(7)的第一凹槽(16)内。
6.根据权利要求3至5中一项或多项所述的阀，其特征为，所述带动件(7)包围所述密封件(5)，其中，所述带动件(7)的第一凹槽(16)和/或所述密封件(5)的第二凹槽(18)设计为环形槽并且所述支承件(17)基本上具有环形形状。
7.根据上述权利要求中的一项或多项所述的阀，其特征为，在密封件(5)的通孔(6)被所述推杆(3)封闭时，所述密封件(5)安装在所述阀主体(21)上用于封闭所述第二开口(12)。
8.根据上述权利要求中一项或多项所述的阀，其特征为，所述密封件(5)在其贴靠所述推杆(3)一侧具有基本上居中布置的、包围所述通孔(6)的凸起(15)，在未激活电磁线圈(8)的情况下所述推杆(3)安放在所述凸起上，其中在所述推杆(3)和密封件(5)之间的空间(13)设计为环形空间。
9.根据上述权利要求中一项或多项所述的阀，其特征为，所述空间(13)通过导流的通道(14)与所述第一开口(11)连接和/或
所述空间(13)在所述阀座(2)以及推杆(3)和/或所述带动件(7)之间延伸。
10.根据上述权利要求中一项或多项所述的阀，其特征为，
所述带动件(7)与所述推杆(3)设计为一体式的，和/或
所述阀(1)能够执行根据权利要求12至15中的一项或多项所述的方法。
11.根据上述权利要求中一项或多项所述的阀，其特征为，所述密封件(5)至少部分、尤其全部地由金属材料或由塑料组成。
12.一种压力容器，尤其复合容器，其特征为，所述压力容器具有根据上述权利要求中一项或多项所述的阀(1)。
13.一种用于驱动在压力容器上的电磁阀(1)的方法，其中，
-给电磁线圈(8)加载电流，
-其中，推杆(3)由于电磁力移动离开密封件(5)，
-并且流体从所述压力容器流过所述密封件(5)的通孔(6)，其中，在设定所述密封件(5)的第一端面(19)与第二端面(20)之间的压力比之后打开用于从压力容器和所述阀(1)流出流体的开口(12)，
其特征为，
在从所述压力容器流出的流体流入在推杆(3)和密封件(5)之间的空间(13)后形成第一压力并且在激活电磁线圈(8)的情况下所述推杆(3)沿离开所述密封件(5)的方向经过第一调节行程，由此使带动件(7)移动并且所述密封件(5)的通孔(6)由所述推杆(3)开启，而所述密封件(5)并不移动。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征为，在开启所述通孔(6)后所述流体流过所述通孔(6)并且在所述密封件(5)的第二端面(20)形成与在所述密封件(5)的第一端面(19)上已存在的压力相对的反压力，以便所述密封件(5)能够以较小的作用力移动。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征为，在所述推杆(3)的第一调节行程后激活所述电磁线圈(8)或保持所述电磁线圈(8)激活，并且所述推杆(3)经过第二调节行程，并且在此所述推杆(3)和/或所述带动件(7)带动所述密封件(5)并且一旦所述电磁线圈(8)的作用力和在所述密封件(5)的两个端面(19，20)之间的压力比在此达到要求，就开启用于从所述阀(1)流出流体的开口(12)。
16.根据权利要求13至15中一项或多项所述的方法，其特征为，在所述压力容器通过电磁阀(1)填充时在无电流接通、未激活的电磁线圈(8)的情况下通过流入流体的压力克服弹簧力地移动所述密封件(5)和推杆(3)并且由此打开所述阀主体(21)的开口(12)。
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