CN110030391A - 具有电动执行器的阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阀(10)，其具有电动执行器(30)，该电动执行器具有用于产生磁场的磁体组件和相对所述磁体组件可运动的调整机构(56)，其中，所述调整机构(56)可枢转地支承并且包括可通电流的空心线圈(54)，该空心线圈设置在磁场中并且与由非磁性材料构成的线圈架(52)固定联接，其中，在调整机构(56)的两个相反的侧面上设置有用于对阀座(72，74)进行密封的密封面(76，78)，其中，调整机构(56)构造为长形的，其中该调整机构(56)的纵向伸展的方向基本上沿着线圈纵向伸展延伸。

Description

具有电动执行器的阀

技术领域

本发明涉及一种具有电动执行器的阀。

背景技术

在流体技术中经常使用具有电磁执行器的阀。在这些执行器的大多数中，由磁性材料构成的衔铁借助由线圈产生的磁场运动。

相比之下，在电动驱动的情况中磁场强度取决于在驱动中使用的永久磁体的体积，其中，减小永久磁体的体积所产生的对在驱动中可供使用的磁场强度的影响程度没有在电磁执行器的情况中减少线圈尺寸那么大。因此能够利用电动驱动产生比较高的磁力。例如由DE 10 2013 110 029 B4公知了一种电动执行器。

通过膜片实现阀座密封的阀是众所周知的，所述阀通过调整机构压在相应的阀座上。然而，使用膜片却限制了最大工作压力。

发明内容

本发明的目的是：提供一种阀，该阀能够实现高磁力、大行程和高工作压力。

根据本发明，所述目的通过一种阀得以实现，该阀具有电动执行器，该电动执行器具有用于产生磁场的磁体组件和相对所述磁体组件可运动的调整机构，其中，所述调整机构可枢转地支承并且包括可通电流的空心线圈，该空心线圈设置在磁场中并且与由非磁性材料构成的线圈架固定联接，其中，在调整机构的两个相反的侧面上设置有用于对阀座进行密封的密封面，并且调整机构构造为长形的，其中，该调整机构的纵向伸展的方向基本上沿着线圈纵向伸展延伸。

相反的侧面是指两个指向相反方向的侧面。这就是说，密封面指向相反的方向。所述侧面可相互平行或相互倾斜。

本发明基于如下主导思想：若执行器的调整机构具有设置在磁场中的线圈，该线圈为了使调整机构偏转而被加载电流，就能够将洛伦兹力用作执行器的驱动力。这种方案在本发明中通过如下方式特别有效地得以实现，即，作为线圈使用空心线圈，该空心线圈与非磁性的线圈架固定联接。众所周知，空心线圈是一根多次围绕非软磁材料(通常为空气)缠绕的、无软磁芯体的线材。非磁性的线圈架应该是不可磁化的并且例如可由塑料构成。

由于在根据本发明的阀中在空心线圈与磁场之间的间距是恒定不变的，所以力并不由于行程改变而变化。由此能够实现具有比较大的传递力的大行程，而在传统的电磁阀中可供使用的力却随着行程大幅减小。由此能够达到高的工作压力，因此能够实现对阀座的可靠密封。

由于直接通过设置在调整机构的相反的侧面上的密封面对阀座进行密封，所以可放弃使用膜片。根据一种实施方式，调整机构由弹性体件包裹。通过这种方式可减弱碰撞噪声，使得阀在运行中声音特别小并且最大限度地避免了切换噪声。关于此点，需要特别指出的是：阀之所以声音特别小，是因为在洛伦兹原理中没有如在常用的电磁阀中那样的金属与金属的撞击。

弹性体件可包括两个密封部段，这些密封部段设置在调整机构的密封面上。这具有的优点是：可实现对阀座的特别可靠的密封。通过所述密封部段能够对阀座上或者调整机构的密封面上的凹凸不平和制造公差进行补偿。

优选地，弹性体件具有梨形部段和舌形部段，其中，舌形部段伸入梨形部段中并将调整机构包裹。弹性体件的梨形部段可用于对壳体件进行密封，这些壳体件能够组合成一个阀壳体。由于舌形部段将调整机构包裹，所以弹性体件可靠地紧固在调整机构上并且即使在调整机构运动时亦不会意外地从该调整机构上脱落。

根据一种实施方式，弹性体件具有装配辅助工具。该装配辅助工具例如成形在弹性体件上，特别是形式为该弹性体件的梨形部段上的隆起。在装配时，所述装配辅助工具例如可以夹紧在两个壳体件之间，从而将梨形部段固定在固定的位置中。同时，装配辅助工具通过如下方式可用于将弹性体件准确定位，即，将该装配辅助工具对准一个壳体件上的一个相应的几何结构。

由于阀具有两个彼此对置地阀座，特别是由于这些阀座并不位于一个平面中，所以能够很好地对阀座进行密封。通过调整机构的枢转，能够分别利用设置在调整机构的相反的侧面上的密封面之一对对置的阀座进行密封。在此，可利用较高的压力将调整机构压紧到阀座上。

调整机构可具有齿部，其中，线圈架借助该齿部与调整机构固定连接。特别是调整机构借助该齿部可卡紧在线圈架中，使得调整机构和线圈架不再能够不毁坏地相互脱离。线圈架和调整机构因此能够有益地在没有另外的连接件的情况下相互连接。所述齿部可成形在调整机构上。

优选地，阀具有壳体，该壳体至少部分由塑料构成并且部分通过金属外壳构成。例如所述壳体包括多个塑料件，这些塑料件可通过注塑制成。能够特别简单地将紧固件或流体通道构造在塑料件中。金属外壳首先用于对阀进行屏蔽和用作导磁板。为了这个目的，金属外壳例如由导磁钢构成。另外，金属外壳还改善散热。

所述壳体例如包括至少两个塑料件，这些塑料件相互嵌接，其中，金属外壳插到塑料壳体件上，以便将这些塑料件固定在一起。特别是外壳将所述至少两个塑料件包围，使得这些塑料件不能相互脱离。由此可放弃使用用于将壳体件连接的紧固件。壳体件由此能够特别简单地制造，因为例如不需要或者需要少量的卡锁元件或类似的连接元件。调整机构优选围绕与磁场的主方向平行的旋转轴线可枢转地支承。在此将洛伦兹力最佳地用作用于枢转运动的驱动力。这样的构造特别适合于将两个相反设置的阀座交替地打开和关闭。

根据一种构造设计，空心线圈的第一半部设置在具有第一主方向的第一磁场中，并且该空心线圈的第二半部设置在具有与第一主方向相反的第二主方向的第二磁场中。在一种这样的结构中，可将并排设置的永久磁体的不同极性(北极/南极)有效地用于：使绕组部段的大部分可用于产生驱动力。由于电流在空心线圈的绕组半部中大部分沿着相反的方向流动，所以在两种情况中均产生沿着相同的方向作用的洛伦兹力，从而由此产生一个大的总驱动力。

特别有益地使用空心线圈，该空心线圈一般具有带纵轴线的椭圆形状，优选具有两个间隔开的、互补的半圆连同一个将这些半圆连接的、直线的中间部分的形状，其中，所述纵轴线将该空心线圈分为两个半部，这些半部由相反定向的磁场穿过。空心线圈的椭圆形状具有下述优点：较大的绕组部段比圆形线圈更有助于力的产生。由此沿着调整机构的运动方向具有更多的力可供使用。然而，原则上也可使用圆形的或有角的线圈。

根据本发明的一个特别有益的观点，设置有复位元件，该复位元件在调整机构上施加预应力并且构成在空心线圈的一个绕组端部与执行器的一个电气端子之间的导电连接的至少一部分。所述复位元件由此通过如下方式实现双重功能，即，一方面其将调整机构预紧在确定的切换位置或运行位置中，并且另一方面使否则必要的线连接或类似机构成为多余的。

然而可选地，也可经由线连接实现触点接通。在这种情况中，必须注意保障线端的柔性，因为这些线端在切换过程期间随着一起运动。为此可为线端设置例如聚四氟乙烯(PTFE)涂层。

例如板簧或螺旋弹簧适合作为复位元件。也可以多个弹簧元件共同构成一个复位元件。

根据本发明的电动执行器的磁体组件和调整机构可容纳在一个执行器壳体中，该执行器壳体对所述磁体组件的磁场进行屏蔽。由此能够避免对相邻的电气和/或磁性装置的干扰。

根据本发明的一个特别的观点，在电动执行器的情况中设置有由软磁材料构成的增强板、特别是轭板，这些增强板、特别是轭板执行双功能：一方面其增强磁体组件的磁场，另一方面其将所述磁场对外屏蔽。如果不需要更强的屏蔽，使用这样的轭板允许设置由塑料构成的执行器壳体。

在一种示例性的实施方式中，由软磁材料构成的、具有磁场增强性能和屏蔽性能的增强板、特别是轭板构成执行器的壳体。

在另一种实施方式中，增强板例如在壳体内部分别设置在金属外壳与永久磁体之间。

附图说明

由下文的说明和所参考的附图获得本发明的另外的特征和优点。附图示出：

图1为根据本发明的阀；

图2为根据本发明的阀的底视图；

图3为根据本发明的阀的分解图；

图4为阀沿着图1中的线A-A的纵剖视图；

图5为阀沿着图1中的线B-B的另外的纵剖视图；

图6a至6c为调整机构的不同视图；

图7a和7b为调整机构的不同的剖视图；

图8为阀壳体的剖视图；

图9为阀壳体的外壳。

具体实施方式

图1示出根据本发明的阀10，其具有壳体12。该壳体12由多个塑料壳体件14、16、18和一个金属外壳20构成。该金属外壳20包括两个插接在一起的外壳件22、24，这些外壳件至少部分地插到塑料壳体件14、16。一个另外的塑料壳体件18构成封盖，该封盖将壳体12封闭。在装配状态中，全部壳体件14、16、18、20构成一个整体的表面。

金属外壳20的外壳件22、24优选由导磁钢构成。它们分别具有沿着从各自的外壳件22、24起远离的方向变宽的连接板26，这些连接板嵌入相应其它外壳件22、24的相应的凹深部28中，以便将外壳件22、24相互紧固。

在壳体12(在该壳体内还设置有执行器30)的上部区域中，外壳20用于对磁场进行屏蔽。由此能够避免对相邻的电气和/或磁性装置的干扰。在图3至5中能够看到执行器30。另外，外壳20用作导磁板，该导磁板可将磁场引向所期望的方向。此外，外壳还有利于散热。

在壳体12的下部区域中，外壳20构造为节省材料的并且主要具有紧固功能。特别是外壳20的延长部32、34延伸到壳体12的下部区域中。通过所述延长部32、34外壳的表面得以扩大，使得外壳20与周围环境之间的热交换得到改善。

图2示出了阀10的底视图。流体板(Fluidplatte)36成形在塑料壳体件14、16上。在流体板36中构造有流体通道38、40、42。可分别将流体管道与流体通道38、40、42连接。此外，在流体板36中构造有加强筋和通孔，这些通孔用于紧固流体板36。

图3示出了图1和2所示的根据本发明的阀10的分解图。

壳体件14、16具有紧固区域44、46，壳体件14、16利用这些紧固区域嵌入金属外壳20中、特别是该外壳20的延长部32、34中。例如壳体件14、16通过夹紧而与外壳20连接。为了这个目的，在紧固区域44、46中设置有凸起48、例如形式为接桥(Steg)。将凸起48的高度选择为，使得在壳体件14、16与外壳20之间实现足够的夹紧力，从而保障将外壳20可靠地保持在壳体件14、16上。

直接与凸起48毗邻地设置有凹深部50、特别是沟槽。在必要时，在将外壳20套装到塑料壳体件14、16上时产生的材料磨屑可积聚在这些凹深部50中。

在壳体12中设置有电动执行器30。该执行器30包括由非磁性材料构成的、带有空心线圈54(在图4和5中可看到该空心线圈)的线圈架52和与线圈架52固定连接的调整机构56。另外，执行器30包括两个复位弹簧58和两个触头60，这些触头将线圈端部分别与阳极和阴极连接。

空心线圈54与线圈架52固定连接，这就是说，线圈架52和空心线圈54始终共同运动。空心线圈54包括许多环绕一个非软磁芯体(空气或其它非磁性材料)的绕组。绕组使空心线圈54总体上具有基本上椭圆的形状，该形状具有垂直于所述空心线圈的中轴线的纵轴线。在所示出的实施例中，空心线圈54具有两个间隔开的、互补的半圆连同一个将这些半圆连接的、直的中间部分的形状。

为了更加清楚起见，在图3中未示出执行器30的另外的部件，例如永久磁体62和增强板64、特别是轭板。然而在图5中完整地示出了执行器30。

空心线圈54可导电地经由弹簧58通电流。为了更好地触点接通，在每个线圈线材端部上设置有一个接触板66。可以将线圈线材端部为了紧固而敷设到接触板66上，接着压紧该接触板66并进行焊接。接触板66构造为导电的并且优选由金属材料构成。每个弹簧58套装到一个接触板66的一个端部上。

当阀10无电流时，可通过弹簧58将线圈架52、特别是调整机构56加载到如下的位置中，在该位置中阀座是密封的。

在经由触头60给空心线圈54加载直流电流时，洛伦兹力作用在所述空心线圈54上。由此可使调整机构56枢转，从而将第二阀座封闭。一旦切断电流，洛伦兹力就消失，并且形式为弹簧58的复位元件将调整机构56重新压回原始状态中。

线圈架52借助枢轴68可枢转地支承在壳体件14、16中。

壳体件14、16具有互补的延长部或者沟槽，它们在壳体件14、16组装时相互嵌接。在此，将销栓68夹持并可转动地支承在壳体件14、16之间。在此，两个分别插入壳体件14、16中的同轴设置的孔中的销钉70保障了所述两个壳体件14、16的相互连接。

图4示出的是沿着图1所示的线A-A的纵剖视图。

在位于阀10内部、特别是壳体件14、16内部的流体通道38、40的端部上分别设置有一个阀座72、74，这些阀座72、74相互对置。

流体通道38、40、42的延伸至少大致与环形轨道的延伸相符、特别是在转向的区域中。由此实现了特别好的流动。虽然矩形的转向制造更加简单，然而矩形的转向会对流动产生负面影响。

当空心线圈54有电流通过时，可分别通过设置在调整机构56的相反侧面上的密封面76、78将阀座72、74封闭。

调整机构56构造为长形的，其中，调整机构56的纵向伸展的方向基本上沿着线圈纵向伸展延伸。调整机构56优选具有金属芯体80。

调整机构56的金属芯体80至少部分地由弹性体件82包裹。该弹性体件82由梨形部段84和舌形部段86构成。在图5或7a中能够特别好地看出这一点。也可以考虑其它几何形状代替梨形。例如弹性体件82也可以由O形部段和舌形部段构成。

调整机构56的密封面76、78由弹性体件82、特别是由舌形部段86覆盖。由此能够进行对阀座72、74的特别可靠的密封。特别是弹性体件82包括两个密封部段96、98，这些密封部段设置在调整机构56的密封面76、78上。密封部段96、98可以是弹性体件82在舌形部段86中的变粗部，特别地，密封部段96、98与弹性体82构造为一体的。

弹性体件82的梨形部段84用于对壳体件14、16进行密封。为了这个目的，弹性体件82、特别是该弹性体件82的梨形部段84夹紧在壳体件14、16之间。

梨形部段84构成封闭的轮廓，该轮廓将调整机构56、特别是该调整机构的密封面76、78包围。在此，梨形部段84至少局部同心地围绕密封面76、78设置，如例如在图5中示出的那样。为了简化弹性体件82的定位或者装配，设置有装配辅助工具88，其成形在弹性体件82上、特别是形式为隆起。由此可以保证对两个壳体件14、16的可靠密封。

图5示出了沿着图1所示的线B-B的纵剖视图。

在这个视图中可看到永久磁体62和增强板64，该增强板用于增强磁场。

调整机构56经由两个接桥90容纳在线圈架52中。为了保证可靠的紧固，在接桥90上成形有多个齿92，借助这些齿使得调整机构56可卡紧在线圈架52中。优选地，调整机构56由金属制成，而线圈架52由塑料制成。齿92由此能够至少一定深度地进入线圈架52的材料中。齿92可以是尖状的或倒圆的。

线圈架52经由销栓68围绕旋转轴线95可枢转地支承在壳体12中。因此当给空心线圈54相应地通电流时，线圈架52能够枢转以对阀座72、74进行密封。旋转轴线95在此有益地在弹性体件82的突出部下部位于调整机构56上。由此在线圈架52的枢转运动中这个突出部并不随着一起运动，因为梨形部段84应该始终固定地位于壳体件14、16之间，以保证最佳密封。

图6a至6c示出了调整机构56连同弹性体件82的不同视图。图7a和7b分别示出了调整机构56连同弹性体件82的剖视图。

弹性体件82在舌形部段86的突出部下部在梨形部段84上、即在运动部位上在几何形状方面得到优化，以避免形成裂纹。特别是在这个区域中设置有凹部96。该凹部96的轮廓可以是椭圆形的。

弹性体件82通过所述梨形形状在密封面76、78的区域中扩大。由此当相应的阀座72、74打开时，流体能够畅通无阻地穿过流体通道38、40流动。

图8示出了两个壳体件14、16借助销钉70相互连接的剖视图。

图9示出了永久磁体62和增强板64在外壳20上的设置。

阀10优选具有多个永久磁体62。若永久磁体62设置成使其纵轴线平行于空心线圈54的纵轴线延伸，那么能够最有效地利用其磁场。

另外，永久磁体62应该设置成，使得彼此对置的永久磁体62始终与相反的磁极对置。

Claims (13)

1.阀(10)，其具有电动执行器(30)，该电动执行器具有用于产生磁场的磁体组件和相对所述磁体组件可运动的调整机构(56)，

其中，所述调整机构(56)可枢转地支承并且包括可通电流的空心线圈(54)，该空心线圈设置在磁场中并且与由非磁性材料构成的线圈架(52)固定联接，

其中，在调整机构(56)的两个相反的侧面上设置有用于对阀座(72，74)进行密封的密封面(76，78)，

其中，调整机构(56)构造为长形的，该调整机构(56)的纵向伸展的方向基本上沿着线圈纵向伸展延伸。

2.根据权利要求1所述的阀(10)，其特征在于：调整机构由弹性体件(82)包裹。

3.根据权利要求2所述的阀(10)，其特征在于：弹性体件(82)包括两个密封部段(96，98)，这些密封部段设置在调整机构(56)的密封面(76，78)上。

4.根据权利要求2所述的阀(10)，其特征在于：弹性体件(82)具有梨形部段(84)和舌形部段(86)，其中，舌形部段(86)伸入梨形部段(84)中并将调整机构(56)包裹。

5.根据权利要求2所述的阀(10)，其特征在于：弹性体件(82)具有装配辅助工具(88)。

6.根据权利要求1所述的阀(10)，其特征在于：阀(10)具有两个彼此对置的阀座(72，74)。

7.根据权利要求1所述的阀(10)，其特征在于：调整机构(56)具有齿部(94)，其中，线圈架(52)借助该齿部(94)与调整机构(56)固定连接。

8.根据权利要求1所述的阀(10)，其特征在于：该阀(10)具有壳体(12)，该壳体(12)至少部分由塑料构成并且部分通过金属外壳(20)构成。

9.根据权利要求8所述的阀(10)，其特征在于：壳体(12)包括至少两个塑料件(14，16)，这些塑料件相互嵌接，其中，金属外壳(20)插到塑料壳体件(14，16)上，以便将这些塑料件(14，16)固定在一起。

10.根据权利要求8所述的阀(10)，其特征在于：金属外壳(20)由导磁钢构成并且用于对阀(10)进行屏蔽。

11.根据权利要求1所述的阀(10)，其特征在于：设置有由软磁材料构成的增强板(64)。

12.根据权利要求11所述的阀(10)，其特征在于：增强板(64)在壳体(12)内部分别设置在金属外壳(20)与永久磁体(62)之间。

13.根据权利要求1所述的阀(10)，其特征在于：调整机构(56)围绕与磁场的主方向平行的旋转轴线(95)可枢转地支承。