CN109073107A - 可电磁操纵的阀设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可电磁操纵的阀设备，其具有阀壳体(10)，阀壳体设有分别用于通过运动封闭单元(30)受控地打开和封闭的第一(P)和第二(E)流体接头和至少一个设置在阀壳体上的另外的流体接头(A)，所述另外的流体接头用于通过封闭单元交替地中断通向所述第一或第二流体接头的流体通道(46)，其中，所述封闭单元设置在在所述阀壳体中沿运动纵轴线(12)可运动地引导的并且作为对静止地设置在阀壳体中的线圈单元(14、16)的通电做出反应的可驱动的电枢单元(28)之上或之中，以及能够在相互对置的第一和第二封闭位置之间运动，构造用于与至少部分由线圈单元包围的静止的芯单元(18)磁性地共同作用，并且通过作用到电枢单元上的力存储器件，尤其是弹簧(48)预紧至所述封闭位置之一中，其中，所述第一封闭位置通过与第一流体接头连接的阀座(44)实现，其特征在于，所述芯单元具有沿轴向且优选一体式地延续芯体(20)的、直径相对于该芯体减小的、纵向延伸的、在端侧设计有与第二流体接头对应配设的第二流体位置的管部段和/或套筒区段(22)，其沿轴向与电枢单元的一个区段搭接，和/或嵌入到成形在电枢单元中的凹陷部中，并且在区段中具有槽、材料凹陷部、材料凹穿部(60、29)、材料去除部和/或局部的材料或物质改变，使得在该区段上形成针对通过通电的线圈单元产生的通向电枢单元的磁通量的磁阻升高，其中，力存储器件尤其是在外周侧包围所述管部段或套筒部段地一端与电枢单元连接并且另一端与芯单元连接或共同作用，力存储器件位于从第二流体接头至另外的流体接头的流体通道以外。

Description

可电磁操纵的阀设备

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的可电磁操纵的阀设备。此外，本发明还涉及这种阀设备的用途。

背景技术

上述类型的可电磁操纵的阀设备由申请人的DE 298 25 210U1已知。在此，在阀壳体中，作为对线圈单元的反应可运动地设置的承载封闭单元的电枢单元相对于静止的线圈单元以及相对于与该线圈单元共同作用的静止的芯单元引导移动。在此通过电枢单元的运动，电枢单元在壳体中交替封闭(通常沿轴向相互对置地设置的)第一或第二流体接头，其中，在典型地设计为3/2阀设备(即在两个开关位置中具有三个流体接头)的情况下，导致交替封闭的电枢运动释放第一或第二流体接头至另外的流体接头的流体通道(通常也被称为工作通道)。

在这种设备中，阀设备的NC(常闭＝在线圈单元的未通电的状态下关闭)或NO(常开＝在未通电的状态下打开)运行状态通过力存储器件(形式为弹簧)导致，弹簧以通常一端由壳体区段支撑的方式将电枢单元预紧至期望的无电流的封闭位置中，并且为此目的由电枢单元的外边缘或环形区段支撑。

为了确保流体沿通常可与芯单元中的中心钻孔同轴地运动的电枢单元流动至第二流体接头，在(通常柱形的)电枢体的周侧成形了轴向平行地延伸的通道，在通道上可以实现沿电枢单元的外周侧(并且由壳体的环绕的内部引导装置限界)的流体流动。

这种磁阀设备通常由现有技术已普遍公知，并且针对各种各样的应用领域实施，尤其是作为该设备通过其设计简单性使运行安全性与简单的可安装性组合。

然而业已证实，这种常见的由DE 298 25 210U1已知的设备始终需要逐步改进，尤其是在工业的大批量生产和最佳的运行特性方面，首先，已知的力存储器件(形式为从外部作用的压力弹簧)是不理想的：一方面，通常构造为锥形压力弹簧的力存储单元要求制造过程中的手动的装配，这是因为这种弹簧在普通的生产设备中不允许自动化的安装。由于为了交替封闭第一或第二流体接头装备有连续的(备选地在两侧硫化地设置的)聚合的封闭单元的电枢单元，这种弹簧同时必须针对比较高的弹簧力来设计，取决于已知的技术的几何条件地，承载封闭单元的电枢体是实心的和因此相对重的。

该特性又与所描述的电枢单元在周侧设有槽或类似的沿着或平行于轴向方向延伸的用于流体引导的槽的必要性相关。然而这种开槽或造型尤其是在持续使用中导致包围电枢单元的引导件(例如电枢引导管)上的不利的刻痕或不期望的材料磨蚀，从而在此也存在改进需求。此外，在槽中导致的流体流动鉴于流体流动阻力，例如空气而不是最佳的，从而就此而言也存在缺点。最后，由于如下情况形成另外的流动损耗：来自或至另外的流体接头(工作接头)的流体流动取决于几何形状地流过压力弹簧的区段，从而接头的有效的额定宽度或流动宽度通过弹簧器件减小。

用于沿电枢单元引导流体的已知的开槽方案的附加的缺点是：电枢周面上的槽或类似的引导流体的造型减小或限制了磁作用的电枢宽度，就此而言用于引导流体的负面的交互作用是：具有改进流体流动的目的的电枢侧的槽设计得越大，那么磁性的缺点就越大。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是，在其操纵、运行和效率特性方面，在最佳的导磁和导流条件方面改进根据独立权利要求的前序部分所述的可电磁操纵的阀设备，在此尤其是提供一种可电磁操纵的和可作为3/2或2/2阀使用的阀设备，其可简单地和自动化地制造，在此在必需的磁力(和弹簧力)方面得到优化，此外对用于封闭单元的(通常聚合物的)密封材料所提出的要求更低，并且在根据本发明连接的流体通道中的(通常气动的)流体流动方面使流动损失或流动阻力最小化。

上述技术问题通过具有独立权利要求的特征的可电磁操纵的阀设备得以解决；本发明的有利的改进方案在从属权利要求中描述。在本发明的范围内，附加地要求保护这种根据本发明的可电磁操纵的阀设备用于气动流体的用途，其中，用于机动车气动系统或在其中的用途被证实为是特别优选的和有利的用途。此外根据本发明，这种设备的应用要求通过根据本发明的流体接头的仅局部的连接来实现2/2旁通阀，并且要求保护根据本发明的阀设备通过根据本发明的第一或第二流体接头的相应的交换的用户侧的连接作为无电流地关闭的设备(NC)和无电流地打开的阀设备(NO)的优选的用途。

以根据本发明有利的方式，首先，芯单元根据本发明以两个(优选一体式地相互贴靠的)区段的形式实现，即，一方面芯体和另一方面根据本发明的纵向延伸且沿轴向延续芯体的管部段或套筒部段，所述管部段或套筒部段进一步优选地以喷嘴的方式为了导引流体而居中地被穿孔，并且在端侧为了连接第二流体接头而提供了用于最后通过电枢单元的封闭单元作用的第二封闭位置。

芯单元的纵向延伸的管部段或套筒部段现在根据本发明有利地能够实现通过(本身又根据本发明有利地和改进地杯形或锅形地设计的)电枢单元的搭接，从而管部段或套筒部段沉入电枢单元的敞开的凹陷部或空心区域，并且只有在沉入的状态中，封闭单元(其自身又优选地在电枢单元的底部侧构造)才可以密封所述管部段或套筒部段的自由端(喷嘴区段)，用于封闭第二流体接头。

这种根据本发明的几何设计因此首先能够实现采用柱形的弹簧，进一步优选地采用压力弹簧作为力存储器，其一端可以支撑在(直径扩大的)芯体上，另一端可以支撑在电枢单元的底部中，并且因此鉴于第一流体接头例如实现无电流地关闭的(NC)配置；它是根据本发明的以及有利地通过与芯单元沿轴向相对置的且相应与封闭单元的相对置的密封面共同作用的阀座实现朝第一流体接头敞开。因此根据本发明有利地，这种设备首先允许柱形弹簧的全自动化的安装和因此在安装中的进一步的效率提升。

附加地，该几何设计也实现了另外的优点，即，由于通过有利的杯形或锅形状(其允许电枢单元相对于管部段或套筒部段的轴向的搭接)不仅出现电枢单元的明显的重量减小，其又减小了力存储器件的必需的弹簧力，具有底部侧的封闭单元(整合到电枢单元中)的电枢单元的这种根据本发明的杯形或锅形状也需要用于封闭单元(即轴向更短的具有由此减小的膨胀或温度效应的聚合区域)的明显更简单的密封技术。更轻的(根据本发明改进地例如被空心钻孔的)电枢也明显减小了可能有害的振动，并且通过其更小的重量减小了对用于驱动电枢单元所需的磁力的要求，这又带来了对于另外参与的部件的磁性设计，例如用于电磁通量的引导通量的几何设计或线圈器件的设计的优点。

在此，为了磁性优化根据本发明规定，芯单元的管部段或套筒部段通常在与芯体轴向间隔开的外周面区段上设有槽、材料凹陷部、材料凹穿部、局部的材料改变和/或内侧或外侧的材料去除部，从而在该材料减少的或材料改变的材料区段上出现用于流过所述管部段或套筒部段的磁通量的磁阻升高。

这可以一方面通过材料去除部，例如通过切削方法在导磁的区段中实现，其中，该材料去除部不仅可以在外周面中，即在管部段或套筒部段上的径向外侧实现，而且也可以在管部段或套筒部段中的内周面区段上实现，通常通过(必要时阶梯式的、局部扩宽的)中心钻孔，备选地也可以通过利用适当的铣削或车削工具的内部扩孔实现。

另一方面，补充地或备选地，根据本发明的材料改变或影响可以通过例如局部的热处理(例如周面区段中的灼热)实现，目标是在那里降低导磁材料的磁导率。又备选地可想到的是，由很好地导磁的以及不导磁的或很差地导磁的金属材料构成的用于实现管-套筒部段的(例如焊接的)轴向序列。这在本发明的范围内就此而言是有利的和效率提高的，因此可以有效避免的是，明显的磁通量份额沿管部段或套筒部段和横向于电枢单元地流动，就此而言避免了不期望的磁分路。

在优选的改进方案中，根据本发明的封闭单元不仅由(例如聚合物的)密封材料实现，相反地，并且进一步优选地例如以在横截面中的双T形状，在环绕的硬的芯体(其自身整合到电枢单元中或者构造为其底部)中成形，从而在轴向两端很好地密封的接触面形成为封闭面，其通过电枢得到关于其各自的座位的尽可能好的封闭力或挤压力。

在此有利地规定，在保持实际的聚合物的密封材料的(由非弹性的材料，仍然例如由于自动化的可制造性的原因以塑料喷注方法自身由聚合材料制成的)承载区段中设置了缺口或类似的通孔，其将流体流动尤其是从另外的流体接头引导至第二流体接头；这种构造于是实现了如下流动优点和效率优点：根据本发明的力存储器件(优选实施为柱形的压力弹簧)保持不被该流体流动影响，即位于其外部，并且就此而言可以避免流动损失。

因此，以根据本发明描述的方式实现了一种可电磁操纵的阀设备，其在多个仍然在协同中相互共同作用的技术方面改进了已经存在的常见的技术的操纵和运行优点，在此，制造中的优点与关于磁和流动特性的效率优点组合，并且结果是，阀设备实施为3/2结构，它虽然有利地适用于机动车关系中的气动流体连接，然而不会局限于该用途，也例如不必必须要连接可能的3/2拓扑结构。相反地，通过流体接头的适当的接通也可以必然实现，将该设备用作2/2阀，并且通过尤其是适当交换第一和第二流体接头。在使用关系中可以实现NO和NC功能性。

附图说明

本发明的另外的优点、特征和细节由随后对优选的实施例的描述以及借助附图得到。

其中：

图1示出了通过根据优选的第一种实施方式的可电磁操纵的阀设备剖开示出的纵剖视图，其在存在底部侧设置的和配置为第一流体接头的压力接头以及相对置的和与芯单元对应配设的通风接头的情况下作为在NC配置结构中的3/2阀；

图2示出根据可电磁操纵的阀设备的第二种实施方式的类似于图1所示的视图的纵剖视图，该阀设备具有相对于图1的第一种实施例在周侧据内的区段，该区段具有用于产生局部的磁阻提高的材料去除部。

具体实施方式

图1以第一种实施例的纵剖视图示出了一种环绕的阀壳体10，其采用基本上径向对称地(备选地：C-弓形地)围绕纵轴线12构造的阀技术。在此，保持在线圈载体14上的绕组16(线圈单元)包围一个同样静止的芯单元18，芯单元由在图1中位于上方的芯体20和与之一体地邻接的相对于该芯体20具有减小的直径的管部段或套筒部段22形成。轴向钻孔24延伸穿过芯单元，朝壳体外部的方向构成通风接头E(作为根据本发明的第二流体接头)，并且喷嘴式地在相对置的端部通入通过卷边制成的喷嘴式的出口26中，该出口用作针对随后描述的、位于电枢单元28上的和由其运动的封闭单元30的阀座。

具体地，电枢单元28由锅形或杯形的电枢体32实现，其在图1中向上通过空心钻孔敞开，构造用于容纳或侧向地搭接所述管部段或套筒部段22的重要区段。

在下方的端部区域中和因此为了构造电枢底部，电枢体32被由硬的聚合材料形成的封闭体34封闭，以一体式的、在横截面中双T形的方式，聚合的、软的并且密封的材料36通过喷注引入封闭体中，从而形成沿轴向的方向(即沿轴线12)相互对置的密封面38、40，其中一个(在图1中上方的)密封面38密封地测定和构造用于作用到挺杆区段22的出口端部26上。

在轴向相对置的端部上，密封面40设计用于与构造在阀座结构组件42上的相同的喷嘴式的阀座44密封地共同作用，其与压力接头P(在本发明的意义中作为第一流体接头)连接。

在结构组件42内部，与配属于流体入口T的钻孔相邻地，工作接头A径向环绕地构造，工作接头根据封闭单元30在电枢28上的调节和封闭位置一方面朝通风接头E敞开(这相应于图1的无电流的调节或封闭状态，并且通过虚线46示出)，其中，封闭单元30利用其下方的密封面40作用到阀座44上，并且封闭流体接头P。另一方面，在线圈32通电的情况下，电枢单元相对于图1的位置并且克服柱形压力弹簧48(其一端由环形凸肩50支撑在芯体20上，另一端支撑在靠内的环形凸肩52上)的复位作用地随后封闭密封面38、管部段或套筒部段22的用作芯侧的阀座26的出口，并且因此能够实现从压力接头P至工作接头A的流体联通。

明显的是，压力弹簧48的设计和存储不仅能够实现柱形的和因此可自动化地安装的形状，不仅在流体联通E-A的情况下(根据图1中的虚线46)，而且在备选的开关状态中实现的流体联通P-A之外的情况下，压力弹簧也能位于流体路径(流体通道)之外。相应地，弹簧绝不会导致流动损害，并且附加地，所示的弹簧形状与(通过杯形实现的)减小重量的电枢设计方案相关联地形成更小的弹簧力，其又与用于电枢运动的更小的必需的磁力相关联，因此，该特性也相对于常见的现有技术得到优化。

除了封闭单元30(该封闭单元30自身因此模块化地设计，可以自动化地制成并且可以固定在电枢体32上)的由多个材料实现的几何形状以外，

图1的纵剖视图还附加地示出了，径向地围绕结构组件30的周边分布的缺口(形式为钻孔56)是通向通风接头E的流体通道的一部分，换言之，在流体进入芯18中的通过钻孔24形成的中心通道并且到达出口E之前，流体联通P-A和A-E分别通过这些缺口在结构组件30的载体34的硬的塑料材料中延伸。由此明显的是，以其他已知的方式在由非磁材料构成的电枢引导管58中引导的电枢体32不具有外周面上的槽缝、造型部或类似的引导流体的区段，从而电枢引导管58既不刻痕或者以其他的方式机械地在持续运行中承受负荷，有效的磁体横截面也没有例如通过这种相对于现有技术不需要的外周面上的凹槽而不利地减小。

对于设备的磁运动特性和效率特性来说附加地重要的是，在管部段或套筒部段22中形成的外周面上的凹部60，其以径向地去除区段20的壁的方式提供与芯体20相邻的管部段或套筒部段22的附属的区域中的明显的磁通量阻抗。在此去除这样多的材料，使得在磁通量加载时，在区域60中出现磁饱和。该措施的有利的效果是：大部分的磁通量(力和运动作用地)通过锥形区域62朝电枢流动，并且没有例如在端侧或在出口26的区域中封闭磁无效的分路。

图2的第二实施例在结构上在很大程度上相应于图1的第一实施例；因此，不仅具有内置的电磁部件的壳体，而且还有电枢结构和运动和开关功能性与图1的第一实施例相同。在此，与图1相同的附图标记意味着相同的或在功能上直接等价的结构组件或部件，从而在图2方面省略了重新描述(相同的)部件，并且参考对图1的之前的描述。

图2的第二实施例和图1的第一实施例的主要的不同之处在于，管部段或套筒部段22与芯体20之间的过渡区域上的磁阻抗或磁通量阻抗提高的区段29的不同的设计方案。在此，两个结构组件也一体式地相互连接，其中，由于在有效的材料厚度消减的过渡区段29，类似于图1的之前描述的方式地出现提前的磁饱和，并且相应地出现通向(沿轴向)前方的管部段或套筒部段22的磁通量的期望的磁去耦。

与第一实施例不同地，区段29上的材料消减是通过扩大一个贯通的钻孔25(就此而言相应于图1中的钻孔24)、从通风接头E的方向在芯体20中加工的另一个钻孔27实现，因为钻孔25从内部扩大，所以该另外的钻孔27确定了阻抗增大的区段29在芯体20的端部与钻孔27伸入到管部段或套筒部段22中的伸入深度之间的沿其轴向的延伸长度。明显的是，除了根据本发明的材料去除的径向向内的移位以外，在车削或铣削过程中附加地提供了在制造技术上简单的和简练的备选方案，利用车削或铣削过程，在图1的第一实施例中提供槽60。就此而言，图2中的附加的扩大的钻孔27也仅理解为用于从内部实现材料去除的示范性的可能性；利用另外的切削工具，例如弯折的或弯曲的铣削刀具，芯材料中的磁阻提高的区段也可以在期望的轴向延伸中产生。

图1和图2所示的实施例是气动3/2旁通阀，其例如特别适合应用在机动车中的气动系统中地实现NC设计方案，而通过简单交换接头P或E可以实现，将该设备用作NO(即因此在线圈16未通电的状态下打开)。通过三个流体接头P、E、A的仅局部的连接，所示的设备也可以用作2/2旁通阀。

Claims (14)

1.一种可电磁操纵的阀设备，其具有阀壳体(10)，阀壳体设有分别用于通过运动封闭单元(30)受控地打开和封闭的第一(P)和第二(E)流体接头和至少一个设置在阀壳体上的另外的流体接头(A)，所述另外的流体接头用于通过封闭单元交替地中断通向所述第一或第二流体接头的流体通道(46)，

其中，所述封闭单元设置在在所述阀壳体中沿运动纵轴线(12)可运动地引导的并且作为对静止地设置在阀壳体中的线圈单元(14、16)的通电做出反应的可驱动的电枢单元(28)之上或之中，以及能够在相互对置的第一和第二封闭位置之间运动，

构造用于与至少部分由线圈单元包围的静止的芯单元(18)磁性地共同作用，

并且通过作用到电枢单元上的力存储器件，尤其是弹簧(48)预紧至所述封闭位置之一中，

其中，所述第一封闭位置通过与第一流体接头连接的阀座(44)实现，

其特征在于，

所述芯单元具有沿轴向且优选一体式地延续芯体(20)的、直径相对于该芯体减小的、纵向延伸的、在端侧设计有与第二流体接头对应配设的第二流体位置的管部段和/或套筒区段(22)，其沿轴向与电枢单元的一个区段搭接，和/或嵌入到成形在电枢单元中的凹陷部中，并且在区段中具有槽、材料凹陷部、材料凹穿部(60、29)、材料去除部和/或局部的材料或物质改变，使得在该区段上形成针对通过通电的线圈单元产生的通向电枢单元的磁通量的磁阻升高，其中，力存储器件尤其是在外周侧包围所述管部段或套筒部段地一端与电枢单元连接并且另一端与芯单元连接或共同作用，力存储器件位于从第二流体接头至另外的流体接头的流体通道以外。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，力存储器件构造为柱形的压力弹簧(42)，并且优选地设定和构造为用于与自动化的装配器件共同作用。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，构造为压力弹簧的力存储器件一端由芯单元的相对于所述管部段或套筒部段直径扩大的芯体支撑，另一端由电枢单元的内部的支座，尤其是环形凸肩(52)支撑。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，沿轴向在两侧构造有封闭面(38、40)的封闭单元设置在电枢单元的端部侧，尤其是设计为集成到电枢单元中，和/或实现了电枢单元的端部和/或底部区域。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述封闭单元具有轴向延伸长度，该轴向延伸长度小于电枢单元的最大的轴向延伸长度的30％，优选小于20％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，这样构造具有由弹性材料构成的密封体(36)的封闭单元(30)，使得从第二流体接头至另外的流体接头的流体通道与所述密封体相邻地引导通过端侧的通孔和/或缺口(56)。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，通孔或缺口构造在保持密封体的由非弹性的优选聚合物的材料构成的承载区段(34)中，其与密封体一起实现结构单元和/或密封结构组件作为封闭单元，用于优选在端部侧固定至电枢单元的金属材料上。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，在喷嘴式的管部段或套筒部段中构造了优选中心的轴向延伸的用于引导流体的钻孔(24；25、27)。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，区段上的槽、材料凹陷部或材料去除部或材料凹穿部的壁厚相对于管部段或套筒部段的相邻的非凹陷的壁厚去除和/或凹陷了至少60％，进一步优选至少80％。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，中心的轴向延伸的且贯通的钻孔(25、27)在磁阻升高的区段(29)上具有和/或构造出影响或确定所述槽、材料凹陷部、材料去除部或材料穿凹部的壁厚的扩宽部。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述扩宽部由延伸穿过芯体且直达磁阻升高的区段(29)、构造在管部段或套筒部段中的、孔直径更大的另外的钻孔(27)实现。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其特征在于，优选构造为锅形或杯形的电枢单元具有柱形的外周面，而没有外周面上的造型部或外周面上的流体引导通道，尤其是没有外周面上的导流槽。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的可电磁操纵的阀设备作为2/2旁通阀和/或用于气动流体，进一步优选用于机动车气动系统的用途。

14.根据权利要求1至12中任一项所述的可电磁操纵的阀设备作为关于从第二流体接头至第一流体接头的流体通道无电流地打开的和无电流地关闭的阀的用途。