CN106170654B - 具有电磁阀的家用器具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有电磁阀(101)的家用器具，所述电磁阀包括具有先导控制开口(105)的隔膜(103)、用于关闭所述先导控制开口的控制栓(107)以及使所述控制栓承受力的弹簧系统(109)，所述弹簧系统具有当所述先导控制开口在关闭状态时用于将所述控制栓压至所述先导控制开口上的第一弹簧常数，以及当所述先导控制开口在打开状态时用于将所述控制栓保持在平衡位置的第二弹簧常数。

Description

具有电磁阀的家用器具
技术领域
本发明涉及一种具有电磁阀的家用器具，所述电磁阀包括隔膜。
背景技术
具有隔膜的电磁阀能够在家用器具中用于接通或关断压力管路中的流的目的。
例如，公开文献EP 685672 A1描述了一种具有用于连接给水器的电磁阀的洗衣机，所述阀包括隔膜与具有低弹簧常数的弹簧。尽管能够使用这种电磁阀接通或关断给水器，但是对流率的精细阶梯式控制是不可能的。
未审查的专利申请WO 89/02557 A1示出一种电磁阀。
未审查的专利申请JP H07198058 A示出一种电磁阀。
未审查的专利申请US 2012/0228535 A1示出一种电磁阀。
专利说明书US 4,178,573示出一种能够电动操作的阀机构。
专利说明书US 5,299,775示出了一种用于混合阀的阀装置。
未审查的专利申请DE 19948446 A1示出了一种尤其用于泵送调节式制动系统的先进的吸入阀弹簧。
未审查的专利申请FR 1323338示出了一种电磁阀。
未审查的专利申请GB 2044409示出了一种可电动操作的阀。
未审查的专利申请DE 19801363 A1示出了一种多步阀、尤其是电磁阀。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有电磁阀的家用器具，所述电磁阀能够用于控制流率或压力。
所述目的通过根据独立权利要求的主题与特征来实现。本发明的有利的实施例变体是附图、说明书以及从属权利要求的主题。
根据本发明的一个方面，所述目的通过具有电磁阀的家用器具来实现，所述电磁阀包括具有先导控制开口的隔膜、用于关闭先导控制开口的控制栓、用于使所述控制栓承受力的弹簧系统，其中，弹簧系统具有用于在所述先导控制开口处于关闭状态时将所述控制栓压至所述先导控制开口上的第一弹簧常数，以及用于在所述先导控制开口处于打开状态时将所述控制栓保持在平衡位置的第二弹簧常数。这例如具有下述技术优势，能够根据输入至磁性线圈的输入电流或输入电压来控制水的流率。
在家用器具的一个有利实施例变体中，提供有压力管路。因此特别地，家用器具具有压力管路。电磁阀优选地用于控制压力管路中的流率和/或压力管路中的压力。这尤其意味着压力管路中的流率和/或压力能够借助于电磁阀被控制。
电磁阀尤其被理解为由电磁体致动的阀。在先导控制电磁阀的情况下，例如操作压力的压力差被用于打开与关闭的目的。先导控制电磁阀的驱动机构更优选地具有先导控制功能，主密封元件、例如隔膜或活塞借助于所述先导控制功能被释放。
家用器具被理解为用于家政目的的器具。这可以是较大的家用器具例如洗衣机、干衣机、洗碗机、或诸如冰箱、冷冻机或组合式冷藏冷冻机的制冷器具。然而，它也可以是较小的家用器具，诸如热水器、咖啡机或食物处理机。
在家用器具的一个有利的实施例变体中，第一弹簧常数低于第二弹簧常数。这例如具有下述技术优势：使用小的力使控制栓保持在先导控制开口上，并且控制栓能够借助于低电功率被致动。相比之下，使用大的力使控制栓保持在平衡位置。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，弹簧系统包括具有第一弹簧常数的第一弹簧以及具有第二弹簧常数的第二弹簧。这例如具有下述技术优势，能够借助于两个不同的弹簧以简单的方式实现所述弹簧系统。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，第一弹簧与第二弹簧并联布置或串联布置。这例如具有下述技术优势，弹簧的特性能够容易地组合。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，第一弹簧具有比第二弹簧更长的长度。这例如具有下述技术优势，第一弹簧首先起作用以关闭先导控制开口，直到在特定的压缩效果下第二弹簧起作用以保持平衡位置。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，第一弹簧和/或第二弹簧采用螺旋弹簧的形式。这例如具有下述技术优势，使用了可靠的并且易于制造的弹簧。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，第一螺旋弹簧和/或第二螺旋弹簧靠在电磁阀的壳体上被支撑。这例如具有下述技术优势，所述控制栓的力能够被传递至壳体。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，第二螺旋弹簧布置在第一螺旋弹簧内。这例如具有下述技术优势，形成了电磁阀的紧凑结构。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，第一螺旋弹簧布置在第二螺旋弹簧内。这例如同样具有下述技术优势，形成了电磁阀的紧凑结构。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，第一螺旋弹簧具有与第二螺旋弹簧的螺旋旋转相反的螺旋旋转。这例如具有下述技术优势，能够防止螺旋弹簧的任何连锁。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，弹簧系统包括具有第一弹簧部分与第二弹簧部分的弹簧，所述第一弹簧部分具有第一弹簧常数，所述第二弹簧部分具有第二弹簧常数。这例如具有下述技术优势，使用单个弹簧实现所述电磁阀。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，第一弹簧部分抵靠着控制栓。这例如具有下述技术优势，第一弹簧部分首先被压缩，然后通过第二弹簧部分保持平衡位置。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，控制栓包括用于伸入先导控制开口内的销。这例如具有下述技术优势，实现了对于出口压力的精确控制。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，销具有比先导控制开口更小的直径。这例如具有下述技术优势，销能够布置在先导控制开口内。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，销由用于密封先导控制开口的密封头形成。这例如具有下述技术优势，形成了销的简单且稳定的结构。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，当作用在密封头上的力互相平衡时，就实现了密封头的平衡位置。因此这尤其意味着密封头的平衡位置对应密封头的作用于密封头上的力互相平衡的位置。这例如具有下述技术优势，总体上没有另外的力作用在密封头上。
作用在密封头上的力例如包括以下力中的一种或多种：控制栓的质量沿控制栓的轴线的重力向量(即重力)、和/或用于在关闭电磁阀时实现先导控制开口的关闭的弹簧的压力、和/或拉控制栓的线圈力和/或电磁阀的中间腔室内的压力(即，挤压力)。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，提供了用于控制电磁阀的控制单元，所述控制单元设计成能够根据电磁阀的线圈的输入电流或输入电压控制流体的流率和/或流体的压力。特别地，这具有的技术优势是：使得电磁阀易于控制，因此尤其能够确保可靠的运行。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，控制单元包括参考表，所述参考表指定了特定的输入电压和/或特定的输入电流与流体的流率和/或流体的压力之间的关系。特别地，这具有的技术优势是能够实现对电磁阀的高效的控制。参考表例如存储在控制单元的存储器中。控制单元优选地根据参考表控制电磁阀。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，设有流率传感器，所述流率传感器设计为能够测量压力管路中的流量。特别地，这具有的技术优势是能够测量压力管路中的流率。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，设有压力传感器，所述压力传感器设计为能够测量压力管路中的压力。特别地，这具有的技术优势是能够测量压力管路中的压力。
在家用器具的另一有利的实施例变体中，形成了包括压力传感器和/或流率传感器与具有弹簧系统的电磁阀的闭合控制环，其中，压力管路中的流量和/或压力管路中的压力能够借助于闭合控制环被控制或调节。
附图说明
本发明的示例性实施例在下文被更具体地描述并在图中示出，在图中：
图1示出家用器具的示意性视图；
图2A与图2B示出电磁阀的剖视图；
图3示出具有弹簧系统的电磁阀的剖视图，所述弹簧系统具有两个弹簧常数；
图4示出弹簧系统的示意性视图；以及
图5示出具有弹簧系统和销的电磁阀的剖视图，所述弹簧系统具有两个弹簧常数。
具体实施方式
图1示出家用器具100的示意性视图。家用器具100例如是洗衣机，所述洗衣机具有至洗涤剂容器133的水供应，所述洗涤剂容器133包括多个隔室。根据至洗涤剂容器133的压力管路内的流率，水被引导至位于洗涤剂容器内的单独的隔室中的一个内。电磁阀用于控制压力管路内的流率。所述电磁阀是由电磁体致动的阀。在先导控制电磁阀的情况下，操作压力的压力差被用于打开与关闭的目的。先导控制电磁阀的驱动机构具有先导控制功能，主密封元件、例如隔膜或活塞通过所述先导控制功能被释放。
图2A示出关闭状态下的电磁阀101及其部件的剖视图。电磁阀101 包括入口腔室125、具有隔膜夹持器123与隔膜开口129的隔膜103、中间腔室121以及控制栓107，所述控制栓107的移动由线圈117控制并且所述控制栓107具有密封头115。密封头115由橡胶或其他软质材料制成，以确保先导控制开口105关闭并且密封。密封头115与控制栓107是整体连接的。电磁阀101还包括出口腔室127、隔膜支撑部131以及弹簧135，当电磁阀101关闭时，所述弹簧135使得先导控制开口105关闭。
在关闭状态下，控制栓107的密封头115接触隔膜夹持器123。该接触使得先导控制开口105被关闭。当流体进入入口腔室125时，入口腔室125 首先被填充。一些流体经由隔膜开口129到达中间腔室121。这导致，中间腔室121内的压力增大并且隔膜103被压在隔膜支撑部131上，因此封闭了入口腔室125与出口腔室127之间的连通。电磁阀101可以以各种放置方式使用，例如倒置地使用。电磁阀101构造成使得电磁阀101在任何放置方式下都可关闭。
当线圈117被激活时，具有密封头115的控制栓107移动离开隔膜夹持器123并且压缩弹簧135。先导控制开口105因此被打开，使得流体能够流入中间腔室121内，然后通过先导控制开口105渗入出口腔室127内。中间腔室121内的压力因此被释放。
只要中间腔室121内的压力低于入口腔室125内的压力，隔膜103就被升高，使得将入口腔室125连接至出口腔室127的开口变得畅通。然后，流体直接从入口腔室125流至出口腔室127内。
图2B示出处于打开状态的电磁阀101及其部件的剖视图。当线圈117 被去激活时，弹簧135向隔膜夹持器123的方向压控制栓107，使得先导控制开口105被密封。然后，中间腔室121内的压力增大并且隔膜103被压在隔膜支撑部131上。电磁阀101被关闭。流率或出口压力取决于入口压力以及隔膜103与隔膜支撑部131之间的开口。这个开口越大，流体的出口流率越大或流体的出口压力越大。出口压力被限制为入口压力减去系统损耗。
隔膜103与隔膜支撑部131之间的开口取决于入口腔室125内的压力与中间腔室121内的压力。中间腔室121内的压力能够使用简化的公式估算：
其中，P1是入口腔室125内的压力，P5是中间腔室121内的压力，P11是出口腔室127内的压力，R4是隔膜开口129处的总流阻，以及R10是先导控制开口105处的流阻。根据上述简化的公式，如果P1是常数，P11同样是常数(可能是0)，以及R4同样是常数，那么P5主要取决于R10。R10 取决于先导控制开口105的形状与材料。R10也根据密封头115与先导控制开口105之间距离而变化。这个距离越大，R10就越低。这个距离越小， R10就越高。所以，出口流率根据密封头115相对于先导控制开口105的的位置而变化。因此可通过控制密封头115的位置来形成比例控制阀。因此，由线圈117产生并施加在控制栓107上的拉力能够控制出口腔室127 内的流体的出口流率或出口压力。线圈117的拉力由施加至其上的电流或电压控制。当下述力互相平衡时，就实现了密封头115的平衡位置：控制栓的质量沿控制栓107的轴线的重力向量X、弹簧135的压力、拉控制栓 107的线圈力、以及中间腔室121内的压力。
比例控制阀具有弹簧135，所述弹簧135具有比打开/关闭电磁阀的弹簧常数更高的弹簧常数。打开/关闭电磁阀内的弹簧135用于确保对阀的正确关闭。因此打开/关闭电磁阀的控制栓107的平衡位置是不稳定的。如果弹簧的弹簧常数太低，那么当控制栓107开始被线圈力撤回时，由于压力值P5突然下降，控制栓107的位置会不稳定。该压力下降使得系统能够以非线性系统的方式反应，其中，现有的向上力不再与压力P5的向下力抵消 (或至少不以相同的程度)。控制栓107因此被拉动，直到它接触壳体119 或弹簧135被完全压缩，使得电磁阀完全打开。
在弹簧135具有更高弹簧常数的情况下，提供更大的线圈力，以便开始打开电磁阀101。由于电磁阀101关闭，P5处于它的最高值并且弹簧135 具有高弹簧常数。当电磁阀101开始打开时，由于P5突然下降，控制栓 107的位置同样受到非线性影响。然而，弹簧135具有足够高的能够再次平衡力并将控制栓107保持在平衡位置的弹簧常数。由于弹簧135具有高弹簧常数，因此在这种情况下线圈117提供更高的拉力。这通过具有更大尺寸且以更大电功率供给的线圈117来实现。
图3示出电磁阀101的剖视图，所述电磁阀101包括具有两个弹簧常数的弹簧系统109。弹簧系统109将两个不同的弹簧109-1和109-2结合。弹簧109-2具有更高的弹簧常数并且比弹簧109-1短。弹簧109-1以相对较低的弹簧常数使得电磁阀101能够被正确关闭。只要线圈117被激活，控制栓107就被向上拉。只要压力P5下降，控制栓107就通过具有更高弹簧常数的弹簧109-2保持在平衡位置。在这个非线性系统内，由于最高压力 P5不与弹簧109-2的较高弹簧常数同时存在，所以线圈117能够利用较小的结构空间来实现。
如果弹簧109-2被压缩，那么压力P5已经通过控制栓107的初步移动被降低。两个弹簧109-1与弹簧109-2可以并联或串联布置。电磁阀101 在零电流状态下是关闭的(NC-常闭的)。
图4示出弹簧系统109的示意性视图。在这个弹簧系统109中，使用单个弹簧111，所述弹簧111包括具有第一弹簧常数的第一弹簧部分111-1 与具有第二弹簧常数111-2的第二弹簧部分111-2。弹簧111通过形成弹簧部分111-1与弹簧部分111-2的两种不同的卷绕间距和/或直径来实现。具有较低弹簧常数的部分111-1首先被压缩。
当第一弹簧部分109-1几乎被完全压缩时，第二弹簧部分109-2随后被压缩。因此可实现与具有不同的弹簧常数并且并联或串联布置的两个单独的弹簧相同的效果。
图5示出包括弹簧系统109与销113的电磁阀101的剖视图，所述弹簧系统109具有两个弹簧常数。流阻R10根据控制栓107相对于先导控制开口105的距离而变化。为了降低流阻R10对控制栓107的位置的灵敏度，销113从密封头115延伸。附接至密封头115和/或控制栓107的所述销113，降低了流阻R10对控制栓107的位置的灵敏度。销113具有比先导控制开口105的直径更小的直径，以及比先导控制开口105的直径更长的长度。销113的长度还大于隔膜103的厚度，并与先导控制开口105的深度相等。
销113因此能够深入地伸入先导控制开口105内，使得穿过电磁阀101 的流量能够以精确的、精细阶梯式方式被控制。这使得能够改进对流阻R10 的控制并且因此改进对穿过先导控制开口105的流量以及对中间腔室121 内的压力P5的控制。这种改进的控制意味着出口腔室127内的流率或压力能够被更平稳地控制。
销113与先导控制开口105可具有不同的形状。例如，销113与先导控制开口105的横截面可以是圆形的，使得销113周围具有一致的流动条件。因此，销113与先导控制开口105的内侧之间形成了周向间隙，使得当销被升高时，间隙中产生层流。
销113可以由合成材料制成或例如由密封头115的密封材料整体地形成。然而，销113也可以采用从控制栓107凸出的金属销的形式。所述销布置在圆形密封头115的中心，从而在密封头周围形成一致的流动条件。
包括弹簧系统109的电磁阀101能够与流率传感器结合使用，以便借助于闭合控制环，利用流率传感器控制压力管路内的流量或利用压力传感器控制压力管路内的压力。可用交流电或直流电控制线圈117。然而，直流线圈117由于直流电而给出控制栓107的更稳定的位置。通过施加电流或电压操作线圈117。线圈117内的电流越大，作用在控制栓107上的拉力就越大。在零电流状态下打开的(NO-常开的)比例电磁阀能够利用相同原理实现。在这种情况下，当施加电力时，由线圈117生成的力被用来关闭电磁阀101。
弹簧109-1与弹簧109-2可以以下述方式组合：当没有电力施加至线圈时，电磁阀101保持静止。每个弹簧长度均根据系统特性进行选择。每个弹簧常数也根据系统特性进行选择。如果弹簧109-1与弹簧109-2并联布置，那么不需要将一个弹簧109-1布置在另一个弹簧109-2内。替代地，弹簧 109-1与弹簧109-2可以彼此并排布置。
弹簧109-2可以布置在弹簧109-1内或者反过来也可以。如果一个弹簧 109-2布置在另一个弹簧109-1内，那么弹簧109-1与弹簧109-2的卷绕方向与卷绕间隔可设置成能够防止弹簧109-1与弹簧109-2的任何连锁。也可以在此将弹簧109-1与弹簧109-2的直径考虑进来。此外也可以将不止两个弹簧109-1与109-2组合，以便获得具有另外的弹簧常数的多个部分以用于调整流量或压力的目的。
电磁阀101的主要优点是：由于电磁阀101凭借斜升或斜降被平稳地激活而引起的噪声降低，由于压力管路内的流量控制而引起的噪声降低，以及在家用器具100内控制流率或压力的能力。使用闭合控制环的闭环控制能够被使用参考表的控制替代，在参考表中，输入电压的特定范围意味着出口流率或压力的特定范围。特别地，降低了布线的复杂度。电磁阀101 能够以更小的尺寸实现，同时提供方便的控制与可靠的运行。电磁阀101 能够根据线圈117的输入电流或输入电压控制流体的流率或压力。
所有结合本发明的各实施例变体所解释并示出的特征都可以在根据本发明的主题内以不同的组合使用，以便同时实现其有利效果。
本发明的保护范围由权利要求指定，而不限于在本说明书中解释或在附图中示出的特征。
附图标记列表
100 家用器具
101 电磁阀
103 隔膜
105 先导控制开口
107 控制栓
109 弹簧系统
109-1 弹簧
109-2 弹簧
111 弹簧
111-1 弹簧部分
111-2 弹簧部分
113 销
115 密封头
117 线圈
119 壳体
121 中间腔室
123 隔膜夹持器
125 入口腔室
127 出口腔室
129 隔膜开口
131 隔膜支撑部
133 洗涤剂容器
135 弹簧。

Claims (18)

1.一种具有电磁阀(101)的家用器具(100)，其中，所述电磁阀(101)包括具有先导控制开口(105)的隔膜(103)、用于关闭所述先导控制开口(105)的控制栓(107)以及使所述控制栓(107)承受力的弹簧系统(109)，其特征在于，所述弹簧系统(109)具有用于在所述先导控制开口(105)处于关闭状态时将所述控制栓(107)压至所述先导控制开口(105)上的第一弹簧常数，以及用于在所述先导控制开口(105)处于打开状态时将所述控制栓(107)保持在平衡位置的第二弹簧常数，其中，所述第一弹簧常数小于所述第二弹簧常数。
2.根据权利要求1所述的家用器具(100)，其特征在于，所述弹簧系统包括具有所述第一弹簧常数的第一弹簧(109-1)以及具有所述第二弹簧常数的第二弹簧(109-2)。
3.根据权利要求2所述的家用器具(100)，其特征在于，所述第一弹簧(109-1)与所述第二弹簧(109-2)并联或串联布置。
4.根据权利要求2或3所述的家用器具(100)，其特征在于，所述第一弹簧(109-1)具有比所述第二弹簧(109-2)更长的长度。
5.根据权利要求2或3所述的家用器具(100)，其特征在于，所述第一弹簧(109-1)和/或所述第二弹簧(109-2)采用螺旋弹簧的形式。
6.根据权利要求5中所述的家用器具(100)，其特征在于，第一螺旋弹簧(109-1)和/或第二螺旋弹簧(109-2)靠在所述电磁阀(101)的壳体(119)上被支撑。
7.根据权利要求5所述的家用器具(100)，其特征在于，第二螺旋弹簧(109-2)布置在第一螺旋弹簧(109-1)内。
8.根据权利要求5所述的家用器具(100)，其特征在于，第一螺旋弹簧(109-1)布置在第二螺旋弹簧(109-2)内。
9.根据权利要求7或8所述的家用器具(100)，其特征在于，所述第一螺旋弹簧(109-1)具有与所述第二螺旋弹簧(109-2)的螺旋旋转相反的螺旋旋转。
10.根据权利要求1所述的家用器具(100)，其特征在于，所述弹簧系统(109)包括弹簧(111)，所述弹簧(111)具有第一弹簧部分(111-1)与第二弹簧部分(111-2)，所述第一弹簧部分(111-1)具有所述第一弹簧常数，所述第二弹簧部分(111-2)具有所述第二弹簧常数。
11.根据权利要求10所述的家用器具(100)，其特征在于，所述第一弹簧部分(111-1)抵靠着所述控制栓(107)。
12.根据权利要求1-3、6-8、10-11中任一项所述的家用器具(100)，其特征在于，所述控制栓(107)包括用于伸入所述先导控制开口(105)内的销(113)。
13.根据权利要求12所述的家用器具(100)，其特征在于，所述销(113)具有比所述先导控制开口(105)更小的直径。
14.根据权利要求12所述的家用器具(100)，其特征在于，所述销(113)由用于密封所述先导控制开口(105)的密封头(115)形成。
15.根据权利要求1-3、6-8、10-11、13-14中任一项所述的家用器具(100)，其特征在于，控制单元被提供以用于控制所述电磁阀(101)，所述控制单元设计成能够根据至所述电磁阀(101)的线圈(117)的输入电流或输入电压来控制流体的流率和/或压力。
16.根据权利要求15所述的家用器具(100)，其特征在于，所述控制单元包括参考表，所述参考表指定了特定输入电压和/或特定输入电流与所述流体的流率和/或压力之间的关系。
17.根据权利要求1-3、6-8、10-11、13-14、16中任一项所述的家用器具(100)，其特征在于，所述家用器具(100)设有流率传感器和/或压力传感器，所述流率传感器设计成能够测量所述家用器具(100)的压力管路内的流量，所述压力传感器设计成能够测量所述家用器具(100)的压力管路内的压力。
18.根据权利要求17所述的家用器具(100)，其特征在于，所述家用器具(100)中形成包括所述压力传感器和/或所述流率传感器以及具有弹簧系统(109)的电磁阀(101)的闭合控制环，其中，借助于所述闭合控制环能够控制或调节所述压力管路中的流量和/或所述压力管路中的压力。
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