CN103775723A - 控制促动器 - Google Patents

Abstract

根据本发明的控制促动器(10)包括具有外接入流容积(18)的第一壁部分(12)和底部(16)的第一部分(24)。第一壁部分(12)包括至少一个流动开口(22,23)，来自入流容积(18)的流体可经由该流动开口流动。此外，控制促动器(10)包括具有第二壁部分(30)的第二部分(28)，该第二壁部分(30)布置成以便可沿第一壁部分(12)调整。由于此，可逐渐清理或限制流过流动开口(22,23)的流体。作为优选，底部(16)以一种方式布置，使得底部(16)中断进入入流容积(18)的基本入流方向S_e且防护第二部分(28)免于入流压力跳动。作为优选，第二壁部分(30)包括至少一对壁区段(32,34)，该对壁区段(32,34)优选为布置成与彼此相对，以便壁区段(32,34)上的力在第二部分(28)的中心中与彼此抵消。

Description

控制促动器

技术领域

本发明的主题为用于与输入独立压力无关的流体(尤其是气体)的输出压力的调节的调节阀。

背景技术

例如，公开案DE 40 08 493 A1公开了包括具有相关联的阀座的两个闭合部分的双座式调节阀，其中闭合部分连接到彼此上，以便控制输出压力。输入压力与输出压力之间的压力差造成的作用于闭合部分表面上的力在数量上相等且方向相反，且由于闭合部分之间的连通而使彼此抵消。一方面，必须以极大的精确度来制造所描述的类型的双座式调节阀，而另一方面，绝对需要两个通路，且因此，需要较大的空间。由于它们的设计，故它们以若干的气体偏转且因此相对较高的流动阻力为特征。

网站：

此外，

www.arca.de/download/1/ARCA_SLY_STELLVENTILE_DE.PDF公开了构造为滑动阀的锻造阀(第4页"具有穿孔的塞子")。

发明内容

鉴于该现有技术，本发明的目的在于提供一种用于与输入压力无关的压力调节的调节阀，压力调节与输入压力无关，所述调节阀具有紧凑的设计。

根据本发明，该目的以显示权利要求1的特征的调节阀来实现。

调节阀包括第一部分，该第一部分包括闭合的基部以及具有至少一个流通开口的第一壁部分，其中基部和壁部分界定入流容积。此外，调节阀包括第二部分，该第二部分布置在入流容积外，且包括具有至少两个壁区段的第二壁部分。第二壁部分布置成以便可相对于第一壁部分沿一个调整方向调整，以便借助于壁区段逐渐开启或关闭流动开口。作为优选，可沿第一壁部分平行地调整第二壁部分。然而，第二壁部分可沿第一壁部分布置，以便还可围绕至少一个旋转轴线(旋转地)调整。促动驱动器与第一部分相连，以便沿调整方向或围绕调整方向移动该促动驱动器。第一部分的基部和壁部分界定入流容积，且防护可被认为是阀的闭合部分的第二部分的区段尤其免受由于输入压力的压力波动或由于输入侧上的压力跳动生成的那些力。在其它情况下，这些压力波动可导致调节阀的非期望的调整运动。

第一部分的基部基本上为闭合的，然而，其还可包含孔口、微开口以及小凹口。作为优选，这些开口具有很小的流动截面和一定流动阻力，使得输入侧压力跳动不会前进到第一部分与第二部分之间界定的容积中。

第一部分的基部的区段可延伸到入流容积中。例如，基部可为圆形的，且第一壁部分可具有圆柱形的基本外形。此类圆柱形的壁部分和圆形的基部基本上界定了圆柱形的入流容积。然而，壁部分还可具有其它规则的(例如，长方体状的)或不规则的基本外形。第一壁部分包括至少一个流动开口，流体可通过该流动开口从具有输入压力的区域进入到具有输出压力的区域中。作为优选，流动开口具有第一壁部分中的连续的凹口，然而，其还可具有第一壁部分中的间断的凹口。流动开口可具有例如，如圆形或椭圆形的圆形凹口，或多边形的(例如，如矩形)凹口。流动开口还可具有其它规则形状或不规则形状的凹口。流动开口也可为偏离第一壁部分的附接构件中的开口，或也可通过第一壁部分中的产生的部分中的开口。此外，流通开口还可沿整个第一壁部分或围绕整个第一壁部分在其自身内闭合。此外，若干流动开口可提供在第一壁部分中或提供在第一壁部分上。

第二部分的第二壁部分的至少两个壁区段在空间上可分离，它们可由一个或多个联接件来连接，或它们可布置成直接靠近彼此连接，或至少两个壁区段可仅为壁的想象区段。第二壁部分可布置成以便可沿平行于第一壁部分的垂直调整方向调整，或以便可沿第一壁部分围绕旋转轴线旋转。由于第二壁部分的可调整部分和第一壁部分中的流动开口，故最终产生了用于流体的可调整的流动截面面积。通过沿调整方向调整第二壁部分，可增大或减小流体的流动截面面积。通过使一个或多个流动开口的外形和面积与第二壁部分相适应，有可能借助于调整路径实现流动截面的期望的轮廓。通过使用连接到第二部分上的促动器，有可能对应于压力差调整流动截面。

作为优选，存在第一壁部分和第二壁部分的至少一个调整位置，该位置用于使一个或多个流动开口闭合，即，紧闭。作为优选，第二壁部分布置成以便可平行于第一壁部分调整。

在优选实施例中，第二壁部分的两个壁区段中的每一个均连接到彼此上。该连接可直接完成或经由一个或多个中间件或其它壁区段来完成。该实施例的与彼此相连接的两个壁区段形成壁区段对。

壁区段对的第一壁区段的一个部分和第二壁区段的一个部分至少部分地覆盖流动开口。此部分可被称为第一壁区段和第二壁区段的界定部分。输出压力P_a存在于此类界定部分的一侧上，而输入压力P_e存在于另一侧上。

作为优选，一个壁区段对的壁区段以一种方式布置，使得首先，存在第一平面，且该第一平面上的第一壁区段的界定部分的突出面积等于该第一平面上的第二壁区段的界定部分的突出面积。"突出面积"理解为意指第一平面上的相应界定部分的突出部的面积。

第二，作为优选，存在第二平面，该第二平面垂直于第一平面，以便该第二平面上的壁区段对的第一壁区段的界定部分的突出面积为零，且该第二平面上的第二壁区段的界定部分的突出面积为零。

第三，作为优选，存在垂直于第一平面与第二平面的附加的第三平面，以便该第三平面上的第一壁区段的界定部分的突出面积为零，且该第三平面上的第二壁区段的界定部分的突出面积也为零。

因此，壁区段对的壁区段优选为以壁区段展示了面向相反方向的表面矢量的方式来布置。表面矢量基于壁的一侧上的压力P_e与壁的另一侧上的压力P_a之间的压力差限定壁区段上的力的方向。表面矢量乘以压力差的值结果是壁区段上的力的量。

以此方式，一个壁区段对的壁区段上的力使彼此抵消，且作为优选，由于输入压力P_e与输出压力P_a之间的压力差，故没有合力作用于第二壁部分上。

作为优选，壁区段对的壁区段上的力在一个点中抵消，以便由于输入压力P_e与输出压力P_a之间的压力差而没有转矩且没有净力可施加于第二壁部分上。

作为优选，壁区段对的壁区段以壁区段对的壁区段相对于平面的方式来布置，以便相对于彼此表面对称。

作为优选，第一部分包括具有中空圆柱形基本形状的第一壁部分。以此方式，有可能的是，产生具有圆柱形基本外形的入流容积。

入流的基本方向可由第一部分的底部中断。第二部分的底部可突出到入流容积中。在这种情况下，进入入流容积中的入流可沿不同的方向被分成至少两股分流。例如，该底部可圆锥形或锥形的、截头形的、锥体状的、人字形的或以适于完成分成分流的另一种方式突出到入流容积中。

在有利的实施例中，底部包括至少一个流动引导表面。由于该流动引导表面，故流体流可被引导到流动开口处。或例如，还有可能的是，借助于一个或多个流动引导表面将一股或多股分流引导到一个流动开口的不同区段中或引导到两个流动开口中。以此方式，还有可能的是，使调节阀的流通阻力最小化。

作为优选，促动驱动器包括压力膜，其中实际压力P_a遍布于压力膜的一侧上，而设定压力可预先设定在压力膜的另一侧上。例如，这可实现的是，膜的另一侧经受设定压力。作为备选，例如，可通过弹簧或配重来提供相等的机械力。促动驱动器还可包括膜盒压力传感器和弹簧的组合，以用于预先规定设定压力。作为优选，设定点生成器设立成以便为可调整的。

在优选实施例中，控制促动器与包括至少一个闭合阀的闭合阀部分组合。该闭合阀可为滑动阀。然而，作为优选，闭合阀为座阀。在闭合阀的帮助下，有可能的是，以流体类型的方式关闭入流容积(至少在控制促动器的一侧上)。以此方式，优选为可使流体完全停止流过第一部分和第二部分。

在优选实施例中，闭合阀包括第一阀座和第一阀闭合部分，以及第一密封件和具有第二阀座的第二闭合部分，并且第二闭合部分也具有第二密封件。首先，设立闭合阀部分，以便当闭合阀部分开启时开启第一闭合阀，然后清理第一流体入流截面，且允许入流进入入流容积中，且然后开启第二闭合阀和清理进入入流容积中的第二流体入流截面。作为优选，闭合阀部分可以以单个促动驱动器来促动。

附图说明

本发明的有利实施例可由从属专利权利要求和描述来推断。通过结合显示一个或多个从属权利要求的特征的至少一个从属权利要求获得了有利的发展。附图是对描述的补充。图1和图2的特征可有利地与彼此结合。示意图中示出了：

图1 具有圆柱形入流容积的控制促动器；

图2 附加实施例中的控制促动器。

将指出的是，附图不是准确按比例的，以便实现更好的图示。

参考符号清单

10 控制促动器

12 第一壁部分

14 分隔壁

16 底部

18 入流容积

19 流动引导表面

20 第一流动开口

22 第二流动开口

24 第一部分

26 区域

28 第二部分

30 第二壁部分

32 第一壁区段

34 第二壁区段

36 壁区段对

38 第一调整边缘

40 第二调整边缘

42 径向连接器

44 第一孔

46 第二孔

48 行程调整轴

50 调整膜

52 第二分隔壁

54 膜盒压力传感器

56 膜盒压力传感器底部

58 调整转盘

60 弹簧

62 第一流动截面

64 第二流动截面

66 第一界定部分

68 第二界定部分

70 第三分隔壁

72 第三孔

74 第四孔

76 闭合阀部分

78 磁性促动器

80 第一阀座

82 第一密封件

84 中间部分

86 第一闭合部分

87 第一闭合阀

88 第二阀座

90 第二密封件

92 第二闭合部分

93 第二闭合阀

94 锁紧垫圈

96 复位弹簧

98 密封环

Lid 盖壁

A₁ 第一表面矢量

A₂ 第二表面矢量

E 对称平面

F₁ 第一力

F₂ 第二力

F_R 总力

h 调整高度

P_e 输入压力

P_a 输出压力

P_stell 膜盒压力传感器中的压力

R 调整方向

S 对称轴线

S_e 基本入流方向

S_a 优选的流出方向

V_D 缓冲容积

V_A 平衡容积。

具体实施方式

图1示出了穿过控制促动器10的截面。作为优选，其包括具有保持为静止的或还可调整的第一壁部分12的杯形第一部分24。该第一壁部分12以不漏流体的方式(例如，通过焊接、螺接、压力配合、胶合等)安装到分隔壁14上。第一壁部分12包括以不透流体的方式连接到壁部分12上的底部16。

第一壁部分12和底部16外接基本上为圆柱形的入流容积18。底部16优选为延伸到入流容积18中。其可具有圆锥形形状，且包括流动引导表面19。输入压力P_e遍布于分隔壁14的上游和入流容积18中。例如，两个凹口布置在第一壁部分12中，这些凹口形成第一流动开口20和第二流动开口22。

第一壁部分12和底部16属于控制促动器10的第一部分24。流体，尤其是气体(优选为燃料气体)可经由第一流动开口20和第二流动开口22移出第一部分24和入流容积18进入遍布输出压力P_a的区域26中。

第二部分28布置在第一部分24外。第二部分28优选为杯形的。后者包括具有第一壁区段32和第二壁区段34的第二壁部分30。第二壁部分30优选为布置成以便与第一壁部分12同心，且布置成以便可平行于第一壁区段12调整。第一壁区段32和第二壁区段34形成壁区段对36。壁区段32,34包括第一调整边缘38和第二调整边缘40。此外，第二部分28包括将第二壁部分30连接到中心力引入点上的径向连接器42。径向连接器42可构造为闭合的底部或多孔的底部，构造为网格、构造为轮辐等。径向连接器42、第二部分28和第一部分24的底部16外接缓冲容积V_D。径向连接器42中机械加工了第一孔44和第二孔46。行程调整轴48的一侧与径向连接器42处于中心接触。由于该布置，通过行程调整轴48仅将垂直力施加于第二部分上，且不会出现任何非期望的杠杆力或摩擦。

在行程调整轴48的另一侧上连接到调整膜50上。该调整膜50优选为圆形的，且其边缘连接到第二分隔壁52上。在调整膜50下方，优选为存在具有内部容积的膜盒压力传感器54，该内部容积在一侧上由调整膜50界定。在调整膜50的对面，内部容积由膜盒压力传感器底部56界定。界定的容积可经由入口连接到管线上，以用于将目标压力施加于调整膜50上。作为备选，入口可保持为开启的。尤其是在提供了作用于调整膜50的弹簧60时可以是这样的情况，所述弹簧以限定的、可选择性地调整的力作用于调整膜50，且因此作用于行程调整轴48。在调整膜50远侧的弹簧60的端部抵靠包括调整转盘58的可调整的配件。所述配件非扭转地连接到位于膜盒压力传感器底部56的螺纹孔中的螺纹元件上。

通过旋转调整转盘58，可偏压弹簧60，且以此调整作用于调整膜50的弹簧力。此外，参照所示出的膜位置，压力P_stell遍布于膜盒压力传感器54的内部容积中。

流体优选为沿基本入流方向S_e流入入流容积18中。该基本入流方向S_e在底部16的流动引导表面19(可选择的)上中断，且由于此，流体流动基本上沿优选的流出方向S_a抵靠与优选的流出方向S_a成横向布置的第二壁部分30径向地引导。

在流动开口20,22未闭合或部分地闭合的情况下，由于输入压力P_e与输出压力P_a之间的压力差，故流体(例如，气体)可流入入流容积18中，且经由穿过第二流动开口22的截面64的第二流移入区域26中。穿过截面62,64的第一流和第二流的面积和形状由流动开口20,22限定，由第二壁的壁区段33,34的外形限定，由调整边缘38,40的外形限定，以及由调整边缘的调整高度h限定。具体而言，有可能的是，以在调整路径与流动阻力之间产生线性连接的方式使这些特征与彼此相适应。

由于压力P_e与压力P_a之间的压力差，故第一力F₁和第二力F₂作用于第一壁区段32的第一界定部分66和第二壁区段34的第二界定部分68，这些区段部分地覆盖了流动开口。第一和第二壁部分12设计成以便关于平面E对称，且力F₁和F₂的值相等，以及沿相反方向延伸。它们在控制促动器10的中心与彼此抵消。因此，作用于控制促动器10的第二部分28的力是恒定的，且独立于输入压力P_e。此外，输入侧压力跳动不会直接导致第二部分28的非期望的位置处的非期望的调整，因为由压力跳动引起的力仅在壁区段32,34（该壁区段至少部分地覆盖流动开口20,22，）的部分上的圆周上接触第二部分，且然后在控制促动器10的中心与彼此抵消。

最终，将输出压力P_a调整到对应于设定压力的值。在示例性实施例中，通过弹簧60的总力F_R和通过基于力P_stell的调整膜50的力可调整和预先规定设定压力。调整膜50采用一个位置，使得力平衡遍布于由调整膜50上的压力引起的力P_a与合力F_R之间。通过行程调整轴48，调整膜50调整平行于第一部分24的第二部分28。在这种情况下，调整调整高度h，且因此调整穿过流动开口的流动截面的大小。调整高度h随压力P_a变化，且经由在调整高度h内的流动截面面积大小的轮廓，有可能影响随压力变化的调整高度h。例如，以此方式，可实现线性的、渐进的或不连贯的函数轮廓，以及例如，可平衡弹簧60的力/路径特点的影响。

在一个实施例中，缓冲容积V_D在第二部分28的调整移动期间增大或减小。由于此，流体必须朝向或远离第一孔44和第二孔46流动。选择孔44,46的直径，使得孔44,46的流动阻力缓冲控制促动器10的调整移动。以此方式，有可能的是，例如，减小使用的快速周期性波动的影响，所述波动可能例如，由输出侧，例如，由气体使用者引起，且可能导致不必要的调整移动。例如，如果压力冲击出现在输入压力侧上，则增大的压力扩展到区域26中。一方面，该压力具有径向连接器42上的作用表面，另一方面，具有调整膜50上的作用表面。作用表面不同于彼此仅由于第一孔44和第二孔46的开口面积引起。因此，作用于径向连接器42和调整膜50的力大致相等且相反。例如，以第二部分的非期望的调整的形式的效果由该布置极大地减小。

在另一个实施例中，第一孔44和第二孔46的直径选择为相对较大的，且例如，若干较大的孔设在径向连接器42中，或径向连接器42构造为辐形轮。总的说来，根据该实施例的径向连接器42以一种方式设计，使得其仅提供最小的流动阻力，优选为没有流动阻力。在该示例性实施例中，直接作用于径向连接器42上的输入压力的压力跳动或突然增大引起的影响是可忽略的，且该压力直接作用于调整膜50上，且可导致第二部分28的瞬时调整运动。作为优选，弹簧60或备选的力元件(例如，配重)展现出平面力/路径特点。在使用此类温和的力元件的情况下，即使是实际压力与设定压力之间的最小压力差也导致调整膜60的较大调整移动。

图2示出了控制促动器10的另一个示例性实施例。第一部分和第二部分构造成以便关于对称轴线S基本上为旋转对称的。第一部分24的第一壁部分12具有四个凹口，该凹口具有第一间断的流动开口20和第二间断的流动开口22。第二部分包括构造为闭合的底部的径向连接器42，例如，其中心具有第一孔44。一方面，流体可从缓冲容积进入在第二部分外的区域26中，而另一方面，行程调整轴48位于第一孔44中。此外，控制促动器10具有位于第二部分28与调整膜50之间的第三分隔壁70。该第三分隔壁70具有流体可经由其流动的第三孔72和第四孔74。

通过提供第三分隔壁，调整膜50的被流动保护，且至少部分地减小了流体流动对调整膜50的直接影响。由于此，例如，防止了第二部分28在对周期性地操作的燃气发动机进料时执行连续的周期性调整移动。

此外，控制促动器10包括可由磁性促动器78促动的闭合阀部分76。闭合阀部分76基本上布置成以便与在第一部分24和第二部分28上方的对称轴线S为旋转对称的。闭合阀部分76包括布置在中间部分84上的第一阀座80。第一阀座80设有第一密封件82。第一闭合部分86设有第一密封件82。第一闭合部分86(至少在闭合阀部分76的闭合状态中)位于第一阀座80的第一密封件82上。第一阀座80和第一闭合部分86是闭合阀部分的第一闭合阀87的部分。第二阀座86布置在分隔壁14上，且包括第二密封件90。第二闭合部分92基本上包括中间部分84的下侧的部分。第二阀座86和第二闭合部分92是第二闭合阀93的部分。锁紧垫圈94设在局部突入入流容积18中的第一闭合部分86上。复位弹簧96围绕第一闭合部分86径向地布置。一方面，复位弹簧96可施加力到第一闭合部分86上，而另一方面，施加力到布置在盖壁100上的密封环98上。平衡通道96机械加工成第一闭合部分86，所述通道建立从入流容积18到平衡容积V_A的流体连接。

如果关闭的闭合阀部分76借助于磁性促动器78开启，则第一闭合部分86首先相对于复位弹簧96的力移动，且也相对于压力差力移动。在这种情况下，中间部分84基本上保持在其位置上。通过提升第一闭合部分86，释放了第一阀座80的第一密封件82上的第一闭合部分86的阀座连接，且流体可在第一阀座80与第一闭合部分86之间流入入流容积18中。由于此，可出现第一压力平衡。如果第一闭合部分86进一步移动，则借助于锁紧垫圈94，其提升中间部分84，且释放第二阀座88的第二密封件90上的第二闭合部分92的阀座连接，以便流体也可流入第二阀座88与第二闭合部分92之间的入流容积18中。

根据本发明的控制促动器10包括具有外接入流容积18的第一壁部分12和底部16的第一部分24。第一壁部分12包括至少一个流动开口22,23，来自入流容积18的流体可经由该流动开口流动。此外，控制促动器10包括具有第二壁部分30的第二部分28，该第二壁部分布置成以便可沿第一壁部分12调整。由于此，可逐渐清除或限制流过流动开口22,23的流体。作为优选，底部16以一种方式布置，使得底部16中断进入入流容积18的基本入流方向S_e且防护第二部分28免于入流压力跳动。作为优选，第二壁部分30包括至少一对壁区段32,34，该壁区段对优选为布置成与彼此相对，以便壁区段32,34上的力使第二部分28的中心中与彼此抵消。

Claims (12)

1.控制促动器(10)，包括：

具有闭合的底部(16)以及具有至少一个流动开口(20,22)的第一壁部分(12)的第一部分(24)，其中所述底部(16)和所述壁部分(12)界定入流容积(18)，

布置在所述入流容积(18)外的第二部分(28)和具有至少两个壁区段(32,34)的第二壁部分(30)，其中所述壁部分(30)布置成以便可在调整方向上沿所述第一壁部分(12)调整，以便借助于所述壁区段(32,34)逐渐清理或关闭所述流动开口(20,22)，以及

连接到所述第二部分(28)上的调整驱动器(50)，以便在所述调整方向(R)上移动所述第二部分。

2. 根据权利要求1所述的控制促动器(10)，

其特征在于，所述第二部分(28)的相应两个壁区段(32,34)连接到彼此上，且形成壁区段对(36)，其中壁区段对(36)的所述壁区段(32,34)展现出指向相反方向的表面矢量(A₁,A₂)。

3. 根据权利要求1或权利要求2所述的控制促动器(10)，

其特征在于，壁区段对(36)的所述壁区段(32,34)以一种方式布置，使得所述壁区段对(36)的壁区段(32,34)布置成以便关于第一平面(E)相对于彼此表面对称。

4. 根据权利要求1至权利要求3中的一项所述的控制促动器(10)，其特征在于，具有壁部分(12)的第一壁部分(24)具有中空圆柱体的所述基本外形。

5. 根据权利要求1至权利要求4中的一项所述的控制促动器(10)，其特征在于，所述第一部分(24)的底部(16)突出到所述入流容积(18)中，以便将一股入流分成至少两股不同方向的分流。

6. 根据权利要求1至权利要求5中的一项所述的控制促动器(10)，其特征在于，所述底部(16)包括至少一个流动引导表面(19)。

7. 根据权利要求1至权利要求6中的一项所述的控制促动器(10)，其特征在于，所述第二壁部分(30)的壁区段(32,34)定向成以便垂直于优选的流出方向(S_a)。

8. 根据权利要求1至权利要求7中的一项所述的控制促动器(10)，其特征在于，所述调整驱动器(50)为膜调整驱动器。

9. 根据权利要求1至权利要求8中的一项所述的控制促动器(10)，其特征在于，所述控制促动器(10)包括设定值生成器(54,60)，所述设定值生成器(54,60)设置成用以预先规定所述输入压力(P_e)与所述输出压力(P_a)之间的压力差。

10. 根据权利要求9所述的控制促动器(10)，

其特征在于，所述设定值生成器(54,60)包括弹簧(60)。

11. 根据权利要求1至权利要求10中的一项所述的控制促动器(10)，其特征在于，所述控制促动器(10)包括闭合阀部分(76)。

12. 根据权利要求11所述的控制促动器(10)，

其特征在于，所述闭合阀部分(76)包括具有第一阀座(80)和第一阀闭合部分(86)的第一闭合阀(87)，以及具有第二阀座(88)和第二闭合部分(92)的第二闭合阀(93)，其中所述闭合阀(87,93)按顺序设置为开启或闭合的。

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