CN104696538A - 具有磁力致动器的阀门 - Google Patents

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Abstract

一种阀门(1)，其具有磁力致动器(25)，磁力致动器配置有沿着轴线(12)延伸的套筒(18)，和可移动的芯(27)，该芯由铁磁性材料制成并且由所述套筒(18)的内表面轴向引导，以及磁性定子(26)，其围绕所述套筒(18)设置在固定位置；该定子(26)具有由铁磁性材料制成的外壳(35)、面向所述套筒(18)的外表面的线圈(36)；以及与所述线圈(36)对齐的两个磁铁(37、38)，该两个磁铁设置在所述线圈(36)的相对的轴向侧并且具有彼此相对的相同的磁极；该阀门(1)具有导管(9)，其具有轴向面对插塞构件(49)的阀座(48)，该插塞构件与所述芯(27)的端部(44)同轴并且相对于该端部固定，以打开/关闭所述阀座(48)；所述芯(27)具有至少一个通道(45)，其允许流体流过所述芯(27)，并且包括更大直径的两个端部(43、44)。

Description

具有磁力致动器的阀门
技术领域
本发明涉及具有磁力致动器的阀门。具体地，本发明涉及被设计成控制流体的流动以用液体(优选是碳酸软饮料)充填容器的阀门。
背景技术
众所周知，在充填机中，在将容器排列在各自的支架上并使它们的开口位于各自的充填装置下方时，将液体充填到容器中。充填机大体上包括充填室和充填头，该充填头可沿着垂直方向移动，以便移离和移向各自的容器开口。充填机还包括限位器，该限位器位于充填室内，并可在闭合位置和打开位置之间移动，在所述闭合位置切断至各自的容器的开口的液体流，在所述打开位置将充填室与该开口连通从而使液体能流入容器。
对于碳酸液体，特别是碳酸软饮料，在被充填之前，需要对每个容器进行一些准备步骤，即，第一排空步骤，在该步骤中，利用真空系统将空气从容器抽去；冲洗步骤，在该步骤中，将二氧化碳提供至该容器中并与剩余的空气混合；第二排空步骤，在该步骤中，利用真空系统将残余空气和二氧化碳的混合气体抽去；以及增压步骤，在该步骤中，从气体管道将二氧化碳输入该容器以将该容器增压至给定的压强。
在增压之后，限位器移动至打开位置以充填该容器。特别地(inparticular)，充填可包括快速充填步骤以及之后的慢速充填步骤。在这些充填步骤期间，二氧化碳逐渐从每个容器流出并返回到气体管道中。特别地，根据已经按照工艺和/或液体的类型设置的设定点(set-point)，控制单元调节被供给的液体的压力与气体管道内的压力之间的压力差。
在用液体充填容器之后，使位于容器颈部(container neck)的二氧化碳减压，以使液面上方的压强与大气压相等。
通过阀组(valve block)来控制二氧化碳流入和流出容器，特别地，所述阀组配备有三个开关阀门。这些阀门中的第一个能够对容器增压；第二个阀门能够使二氧化碳在充填期间返回到气体管道；并且第三个阀门能够在充填过程结束时使容器减压。
通常使用在充填装置中的已知的开关阀门具有机械传动装置，该机械传动装置将来自致动器(由气动致动器限定)的运动传递至插塞构件(plugmember)(由薄膜限定)，该薄膜被设计成执行阀座的打开和关闭。
这些类型的阀门存在一些弊端。首先，该机械传动装置的部件会受到磨损，因而使用寿命周期相对较短。第二，这些部件会与气体流接触，因而不能在内部无菌环境和外部未经灭菌的环境之间形成完美的隔离。而且，插塞构件的响应时间很糟糕，因此，在充填期间气流的控制没有如期望的那样精确。
为了克服这些弊端，最好是利用磁场的作用来远程移动插塞构件，而不使用与阀门的无菌环境接触的机械接口(mechanical interface)。对此，专利US 6246131B1对应于权利要求1的前序部分并且在附图10显示了具有磁力致动器的阀门。该致动器具有柱形套筒(cylindrical sleeve)，在所述柱形套筒内轴向可移动的铁芯，和围绕该柱形套筒设置的线圈。第一永磁体和第二永磁体以同极相互面对的方式对称地安装在该线圈的相对的侧面上，磁导环对称地设置在线圈和永磁体之间以提高磁力效果。
通过提供瞬时的正脉冲电压或负脉冲电压(约0.01秒)，该线圈内的磁化方向(magnetization direction)发生改变，并且产生磁力以使得铁芯轴向移动。
在该技术方案中，气体在设置在磁力致动器的一侧并且沿所述铁芯的轴线横向延伸的管道内流动。阀座被设置在侧室(side chamber)内并且能够被插塞构件关闭，该插塞构件被固定到铁芯的轴端上并且位于该侧室内。由于这种布置，当提供可能的清洁液体至所述管道以清洁该阀门时，该阀门存在着难以到达的位置。特别地，这些位置由铁芯滑动的空间限定。因此，这种类型的阀门不能利用所谓的CIP(就地清洗)和SIP(就地消毒)工艺清洁和/或消毒，并且不能用于充填机中。
而且，由于铁芯的圆柱外形，当该线圈未通电时，该铁芯似乎不存在单一的和含义明确的静止位置(rest position)，并且轴向磁力可能是相当低的。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有磁力致动器的阀门，以提供能够克服上述缺陷的廉价和方便的方案。
根据本发明，提供了一种阀门，包括：
磁力致动器，其包括：
a)沿着轴线延伸的套筒；
b)可移动的芯，该芯由铁磁性材料制成并且包括中部和两个相对的端部，所述相对的端部由所述套筒的内表面轴向引导；以及
c)磁性定子，其围绕所述套筒设置在固定位置并且包括：由铁磁性材料制成的外壳；面向所述套筒的外表面的线圈；以及与所述线圈对齐的两个磁铁，该两个磁铁被布置在所述线圈的相对的轴向侧并且具有彼此相对的相同的磁极；
导管，其具有阀座；
插塞构件，其轴向面对所述阀座并且该插塞构件与所述端部之一同轴并且相对于该端部之一固定，以与所述芯在打开位置和关闭位置之间一起轴向滑动，在所述打开位置，所述阀座是打开的，在所述关闭位置，所述阀座是关闭的；
其特征在于，所述芯具有至少一个通道，其允许流体流过所述芯，并且所述端部具有大于所述中部的直径的外直径。
附图说明
在下文中，将参照附图通过举例的方式描述本发明的优选的、非限制性的实施例，其中：
图1显示了根据本发明的教导的、包括配备有磁力致动器的阀门的优选实施例的充填装置的示意剖视图；
图2是图1所示的阀门的透视放大视图；
图3和4是图2中的阀门的剖视图，分别被设置为打开和关闭操作状态；以及
图5示意性地显示了前述附图中的阀门的磁力致动器。
具体实施方式
在图1中，数字1表示阀门，其被设计成形成用于将液体充填入容器3的充填装置2的一部分，所述液体具体可以是碳酸软饮料。
除了阀门1之外，充填装置2的特征在本领域中通常是已知的，因此不进行详细地描述。特别地，该充填装置2被配置成在充填容器3之前执行增压步骤，以便将来自气体管道5的气体(特别是二氧化碳)提供至容器3，从而将该容器3增压至给定的压强。充填装置2包括液体供给管道6，在增压步骤之后，该液体供给管道被打开以将液体供给到容器3中。特别地，充填可包括快速充填步骤以及之后的慢速充填步骤。在充填期间，二氧化碳逐渐从容器3流出并返回到气体管道5中。特别地，根据已经按照工艺和/或液体的类型设置的设定点(set-point)，控制单元(未显示)调节被供给的液体的压力与气体管道5内的压力之间的压力差。
在用液体充填容器3之后，使位于容器颈部(container neck)的二氧化碳减压，以使液面上方的压强与大气压相等。
在图1显示的优选实施例中，利用阀组(valve block)8来控制二氧化碳流入和流出容器3，该阀组包括三个开关阀门1。阀门1中的第一个能够对容器3增压；阀门1中的第二个能够使二氧化碳返回到气体管道5；以及第三个能够在充填过程结束时使容器3减压。
根据一种不同的实施方式(未显示)，在阀组8中的阀门1被用作调节或比例阀，而不是开关阀，尤其被用于根据被设计成检测供给至容器3的液体的数量的流量计(未显示)的测量值来控制气体流量。在这种情况下，代替三个阀门，阀组8可包括仅仅两个阀门1，并且/或由控制单元执行的控制能够不同于上述提及的控制。
与在阀组8中的使用阀门以控制气流相结合或者作为其替代，能够沿着液体供给管道6设置阀门1以直接控制充填入容器3中的液体的流动(flowof the liquid)。
如图3和4所示，阀门1包括内导管9，其包括管道11，该管道11沿着直线轴线12延伸并且终止于入口13和出口14。特别地，入口13和出口14是导管9相对于外部仅有的开口。优选地，入口13和出口14与管道11是同轴的。
管道11具有沿着轴线12恒定的并且优选是圆形的横截面。管道11是由套筒18径向限定的导管部分，套筒18由顺磁材料(例如钢AISI 316 L)制成，并且具有相对较低的径向厚度，特别是小于0.6mm的厚度。特别地，套筒18是具有端部21的管状体20的一部分，该端部限定了入口13并具有小于管道11的内径。管状体20还包括外凸缘或凸起22，该外凸缘或凸起优选设置在与端部21相反的轴端。
阀门1包括磁力致动器25，该磁力致动器25依次包括磁力定子26，其围绕套筒18设置在固定位置；以及可动芯27(movable core)，其由铁磁性材料制成，位于管道11内，并且由套筒18的内表面轴向引导。
如图2所示，优选地，定子26被轴向夹在两块板28、29之间，这两块板通过螺栓30相互固定在一起。板28具有轴向通孔31并被安装在管状体20上。优选地，端部21从孔31轴向伸出。
参考图3和4，板29限定出口14并且轴向抵靠在凸缘22上，使得凸缘22被轴向夹在板29和定子26之间，从而使得定子26相对于管状体20固定。特别地，环形垫片33被设置在管状体20和板29之间的连接处，以便确保导管9相对于外部未经灭菌的环境的密封。
如图5所示意性地显示的，定子26包括由铁磁性材料制成的外壳35；以及线圈36，该线圈围绕套筒18(图5中未显示)设置并且面对套筒18的外表面，以便使得相对于芯27的最低径向气隙(lowest radial air gap)成为可能。定子26还包括两个磁铁37、38，特别是永久磁铁，这两个磁铁在平行于轴线12的方向上与线圈36对齐，并且被设置在线圈36的相对的侧面，优选在对称的位置上，并且使得这两个磁铁的相同的磁极(N or S)相互面对以使各自的磁通量在定子26中以相反的轴向方向被引导。
线圈36被设置在外壳35的座体内，以使得铁磁性材料的两个环部40被轴向设置在线圈36和磁铁37、38之间，以引导所述磁通量。优选地，铁磁性材料的环部41也轴向地设置在磁铁37、38的外端侧。
根据本发明的一方面，芯27包括外径小于管道11的内径的中部42；和两个相反的端部或极43、44，该端部或极具有与管道11的内径基本上相等的外径，以便相对于中部42径向向外突出并且被套筒18的内表面引导。
而且，如图3和4所示，根据本发明，芯27具有一个或多个通道45以允许流体沿着导管9自由流动。优选地但并不是唯一地，通道45与轴线12平行。特别地，通道45被设置在端部43、44内并且由通孔限定，这些通孔围绕轴线12间隔开。
根据一种变型(未显示)，通道45由槽限定，这些槽制造在径向限定端部43、44并与套筒18滑动地接合的侧表面上。根据另一种变型(未显示)，通道45的至少一部分沿着轴线12，即，在芯27的中心，延伸。
根据图3和4显示的特定实施方式，端部43、44的每一个在径向方向上向外逐渐变细，以减少与套筒18的内表面摩擦接合的面积，并减小芯27的惯性。例如，端部43、44的每一个由截头圆锥形表面46轴向界定。
根据优选的变型，端部43、44具有如图5所示意性地显示的大致的圆柱形。
阀门1包括阀座48，其沿所述导管9设置在靠近管道11的位置；以及插塞构件49，其轴向面对阀座48。在优选的实施方式中，阀座48由板29限定并且使管道11与出口14连通。插塞构件49与端部44同轴并且相对于端部44固定以响应于提供至线圈36的电源与芯27在打开位置和关闭位置之间一起轴向滑动，在所述打开位置，阀座48是打开的(图4)，在所述关闭位置，阀座48是关闭的。特别地，提供螺纹连接件50以将插塞构件49与端部44中的轴向孔接合。
根据一种优选的变型(未显示)，芯27具有相对于垂直于轴线12的中面(middle plane)对称的形状。
特别地，连接件50的带螺纹的轴向孔被制造成能让插塞构件49进入并且由螺纹杆接合，该螺纹杆是芯27的一部分并且从端部44轴向伸出。在另一个轴端，芯27具有另一个杆，该杆从端部43轴向伸出并且具有盖。该盖由相对软的材料制成，以吸收与端部21之间的可能的影响，并且/或者该盖终止于锥形尖端，以使通过入口13进入的流体向外转向。
特别地，当线圈36不通电时，阀座48部分地打开，并且芯27被设置在静止位置(rest position)，该静止位置相对于磁铁37、38的位置被限定为在端部43、44的中心对称位置(central and symmetric position)。
为了关闭或者完全打开阀座48，线圈36被通以各自相反的电流。
在关闭过程中，提供的电流增加在端部44处(即，靠近插塞构件49)的气隙内的磁通量。与此同时，由于磁铁38、39的设置，在端部43处的气隙内的磁通量减少。因此，芯27受到朝阀座48轴向引导的磁力。
为了达到打开位置，可实施与上述的操作相反的操作(提供电流以增加在端部43处的气隙内的磁通量)。
为了将芯27保持在关闭位置或打开位置而不消耗电流，可想出两种变型(未显示)：在适当的位置提供额外的磁铁；或者打开位置对应于上述的静止位置，从而通过简单地不对线圈36通电来获得。
从上述的描述中，根据本发明的阀门1的优点是显而易见的。由于套筒18，将内部无菌环境与外部未经灭菌的环境隔开成为可能。同时，在打开和关闭阀座48时，磁力致动器25能够获得较短的响应时间，并且能够减少阀门部件的磨损。
同时，当通过入口13或者出口14提供清洁液体以清洁阀门1的内部时，清洁液体能够到达导管9中的所有的位置，特别是围绕芯27的位置，这是由于芯27在导管9内的布置以及由于提供了至少一个通道45。同时，在操作过程中，气体或者液体能够穿过芯27从入口13容易地流到出口14。
此外，当线圈36没通电时，芯27和插塞构件49会返回到相同的静止位置，由于芯27的突出的端部43、44的存在，所述静止位置被含义明确地限定为磁铁37、38之间的中心位置。
同时，当线圈36通电从而将芯27保持在关闭位置时，该关闭力大于US6246131B1公开的现有技术方案中的力。
此外，管状体20的特定的结构特征和/或板28、29的设置使得能够以快速和容易的方式制造和/或装配该阀门的各个部件。此外，利用对称的芯27，能够将插塞构件49安装到任一个轴端部43、44。
最后，应当清楚的是，在不背离权利要求所限定的保护范围的情况下，可以对本文中描述和示例的阀门1作各种修改。
特别地，能够调换入口13和出口14的位置和/或它们的位置可以与示例性的附图中所示的不同；和/或可相对于套筒18固定定子26，而不使用板28、29、螺栓30和凸缘22。
可以提供调节系统(例如，垫片)以调节定子26相对于套筒18的轴向位置，以便在阀门部件的装配期间改变管道11内的芯27的静止位置和/或作用于阀座48的关闭力。
最后，如上文已经提到的，通过例如调节供给到线圈36的电流，阀门1能够被用作比例阀，以便改变在插塞构件49和阀座48之间的流体通道面积。

Claims (13)

1.一种阀门(1)，包括：
磁力致动器(25)，其包括：
a)沿着轴线(12)延伸的套筒(18)；
b)可移动的芯(27)，该芯由铁磁性材料制成并且包括中部(42)和两个相对的端部(43、44)，所述相对的端部(43、44)由所述套筒(18)的内表面轴向引导；以及
c)磁性定子(26)，其围绕所述套筒(18)设置在固定位置并且包括：由铁磁性材料制成的外壳(35)；面向所述套筒(18)的外表面的线圈(36)；以及与所述线圈(36)对齐的两个磁铁(37、38)，该两个磁铁被布置在所述线圈(36)的相对的轴向侧并且具有彼此相对的相同的磁极；
导管(9)，其具有阀座(48)；
插塞构件(49)，其轴向面对所述阀座(48)并且该插塞构件(49)与所述端部(43、44)之一同轴并且相对于该端部之一固定，以与所述芯(27)在打开位置和关闭位置之间一起轴向滑动，在所述打开位置，所述阀座(48)是打开的，在所述关闭位置，所述阀座(48)是关闭的；
其特征在于，所述芯(27)具有至少一个通道(45)，其允许流体流过所述芯(27)，并且所述端部(43、44)具有大于所述中部(42)的直径的外直径。
2.根据权利要求1所述的阀门，其特征在于，所述导管(9)具有单一入口(13)和单一出口(14)，从而所述至少一个通道(45)允许所述流体沿着所述导管(9)流过所述芯(27)。
3.根据权利要求1或2所述的阀门，其特征在于，所述芯(27)具有多个所述通道(45)，这些通道被制造成穿过所述两个端部(43、44)并且围绕所述轴线(12)布置。
4.根据权利要求1或2所述的阀门，其特征在于，在与所述插塞构件(49)相反的轴端，所述芯(27)具有朝向所述导管(9)的入口轴向逐渐变细的尖端。
5.根据权利要求1或2所述的阀门，其特征在于，进一步包括通过螺栓(30)彼此连接的两个板(28、29)；所述定子(26)被轴向夹在所述两个板(28、29)之间。
6.根据权利要求1或2所述的阀门，其特征在于，包括：
至少一个板(29)，其与所述定子(26)同轴并且相对于所述定子固定；
管状体(20)，其包括所述套筒(18)和外部凸起(22)，该外部凸起被轴向夹在所述定子(26)和所述至少一个板(29)之间。
7.根据权利要求6所述的阀门，其特征在于，所述至少一个板(29)限定所述阀座(48)；在所述管状体(20)和所述至少一个板(29)之间的连接处具有密封装置(33)。
8.根据权利要求6所述的阀门，其特征在于，所述管状体(20)限定所述导管(9)的入口或出口(13、14)。
9.根据权利要求6所述的阀门，其特征在于，所述至少一个板(29)限定所述导管(9)的入口或出口(13、14)；在所述管状体(20)和所述至少一个板(29)之间的连接处具有密封装置(33)。
10.根据权利要求2所述的阀门，其特征在于，所述入口和出口(13、14)与所述套筒(18)是同轴的。
11.用液体充填容器(3)的充填装置(2)，其特征在于，包括根据权利要求1或2的至少一个阀门(1)。
12.根据权利要求11所述的充填装置(2)，其特征在于，所述阀门(1)限定阀组(8)的一部分，该阀组沿着气体管道(5)布置以控制气体流出和/或流向所述容器(3)。
13.根据权利要求11所述的充填装置(2)，其特征在于，所述阀门(1)沿着液体供给管道(6)布置以控制充填入所述容器(3)的液体的流动。
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