CN112868073A - 电磁阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工艺组件，具有第一接口(2)和第二接口(3)以及调节体(4)，所述调节体布置在工艺组件的将第一接口(2)与第二接口(3)流体连接的空腔(6)中并且能够在空腔(6)内部沿轴向方向引入第一位置和第二位置中，并且所述工艺组件具有永磁体(8)、第一电线圈(7)和第二电线圈(9)。为了提供简单且良好地在尺寸上可扩展的工艺组件，规定，第一线圈(7)、永磁体(8)和第二线圈(9)以该顺序沿轴向方向(L)依次地布置，并且设有磁轭，并且永磁体(8)、调节体(4)和磁轭在第一位置中形成闭合的第一磁路并且在第二位置中形成闭合的第二磁路，所述第一电线圈(7)设置用于补偿第一磁路，并且所述第二电线圈(9)设置用于补偿第二磁路，并且所述空腔(6)和调节体(4)成形为，使得所述工艺组件能被可构成在第一接口(2)与第二接口(3)之间的流体流穿过。

Description

电磁阀
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的工艺组件。
背景技术
在食品工业、生物技术和制药业中，对生产设备及其工艺组件的清洁度、可清洁性和封闭性提出了最高的要求。
在一种类型的工艺组件中，调节体在其内部中在两个端部位置之间运动，例如在阀中关闭元件在打开位置和关闭位置之间运动。现在挑战在于，为了建立卫生和无菌的条件，使工艺组件的内部相对于外部空间保持密封并且同时实现从外部空间引起调节体在内部的运动。
为此，在阀技术中已知，利用波纹管(EP945658B1)或膜片(WO2013/170931A1)密封切换杆到阀壳体中的通道，所述切换杆将驱动装置和关闭元件彼此连接。然而，这些密封元件的机械负载构成薄弱点。
有利的是，关闭元件的运动无接触地并且无切换杆地设计。这在所谓的灌装阀领域是已知的，利用灌装阀灌装例如瓶和罐。
DE1600717提出，关闭元件实施为磁芯，该磁芯布置在电磁线圈中并且运动通过该电磁线圈。在打开位置中，关闭元件在其整个外表面上被流动介质冲刷。
DE60021062提出一种具有针状关闭元件的阀。在打开位置和在闭合位置中，关闭元件由各一个永磁体组件的力保持。每个永磁体组件配属于所述位置中的一个。此外，为每个位置设置一个电线圈，利用该线圈可以使关闭元件克服永磁体组件的保持力运动到相应另一位置。
该解决方案部分地自数十年来已知并且用于相对较小的流体流和流体压力。然而，迄今为止，它们还未被用于更大的管道横截面，例如在50mm至200mm的直径范围内的管道横截面。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种具有磁体组件的工艺组件，该工艺组件对于大的管道横截面是可扩展的。
该目的通过具有权利要求1的特征的工艺组件实现。从属权利要求2至9给出了有利的改进方案。
所述工艺组件具有第一接口和第二接口以及调节体，该调节体布置在工艺组件的将第一接口与第二接口流体连接的空腔中，并且能够在空腔内沿轴向方向被引入第一位置和第二位置中。该工艺组件还包括永磁体、第一电线圈和第二电线圈。现在规定，第一线圈、永磁体和第二线圈以该顺序沿轴向方向依次布置并且设有磁轭，并且永磁体、调节体和磁轭在第一位置中形成闭合的第一磁路并且在第二位置中形成闭合的第二磁路，第一电线圈设置用于补偿第一磁路并且第二电线圈设置用于补偿第二磁路，并且空腔和调节体成型为，使得工艺组件能够被在第一和第二接口之间可形成的流体流穿过。“补偿”在本文中意味着，对于具有第一极性的第一磁场产生具有与第一磁场相反的极性的第二磁场，并且将其叠加在第一磁场上，从而使得磁场总和抵消。
永磁体和线圈的这种布置允许用永磁力将调节体保持在位置中。线圈必须仅为了调节体的运动而被通电，或者为了短时地产生高的保持力。因为用于第一和第二位置的磁路由永磁体磁性地馈给，所以仅需要少量的磁体材料。在各特征的共同作用下实现了，工艺组件可以具有大的管道横截面。通过这些特征，在阀中引起磁力以关闭和移动调节体，所述磁力抵抗二次方地随着管道直径增加的流体力。电功率消耗与流动有效的管道横截面的比例首次允许将使用范围在填充阀之外扩展到如下工艺组件，例如在酿造行业、乳制品行业和精细化学中的工艺组件。因此提供了非常好的可扩展性。另一个优点是，可以弃用在调节体中的磁体材料，由此在损坏情况下从一开始就排除了产品被磁体材料污染。
附图说明
借助实施例解释本发明并且解释优点。图中：
图1示出处于调节体的第一位置的工艺组件的纵剖视图；
图2示出处于调节体的第二位置的工艺组件的纵剖视图；
图3示出沿着线A-A的第一改进方案的工艺组件的横截面。
具体实施方式
图1示出沿着纵轴线L穿过实施为阀1的工艺组件的剖面。阀1具有用于接纳流体的第一接口2和第二接口3。这些接口2和3可与例如食品工业、生物技术和制药领域的过程设备的管路系统连接。
阀1包括调节体4，该调节体设置在阀1的内壳体5中，该内壳体设置有空腔6。所述空腔6在接口2与接口3之间建立流体连接。调节体4可以在空腔6中沿着纵轴线L移动并且可以占据内壳体5内部的不同位置。第一位置在图1中示出，第二位置在图2中示出。
第一电线圈7包围内壳体5，使得其绕组完全地围绕内壳体5环绕。在第一电线圈7的背离第一接口2的一侧上设置永磁体8。在永磁体8的背离第一电线圈7的一侧上布置有第二电线圈9。该第二电线圈9包括完全围绕内壳体5环绕的绕组。因此，第一电线圈7、永磁体8和第二电线圈9以该顺序沿着纵轴线L并且因此沿着轴向方向依次设置。
为了引导由永磁体8以及由第一电线圈7和第二电线圈9形成和可产生的磁场，设置由导磁材料制成的磁轭。磁轭包括第一终端体10，该第一终端体布置在第一电线圈7的朝向第一接口2的一侧上并且接触内壳体5。在第二电线圈9的朝向第二接口3的一侧上布置有第二终端体11，该第二终端体同样接触内壳体5。
外部体12与第一和第二终端体10和11以及永磁体8接触。永磁体8可以直接安装在内壳体5上。替代地，如图1所示，可以在永磁体8与内壳体5之间布置磁轭区段，该磁轭区段13与永磁体8以及内壳5接触。磁轭区段13能够与内壳体5一件式地设计。
为了限制调节体4在空腔6内部沿着纵轴线L的运动，设有第一机械止挡件14和第二机械止挡件15。第一机械止挡件14相对于纵轴线L位于第一接口2和第一电线圈7之间。第二机械止挡件15关于纵轴线L位于第二电线圈9和第二接口3之间。
调节体4具有封闭元件16，利用该关闭元件能够封闭第一接口2。可选的密封件17这样布置在调节体4上，使得该密封件在图1中示出的调节体4的第一位置中与第一机械止挡件14密封地共同作用。有利地，第一机械止挡件14包括阀座18。调节体4、密封件17和第一机械止挡件14可以如此实施，使得发生密封件17与阀座18的线状接触并且在调节体4与第一机械止挡件14之间保留狭窄的间隙，该间隙利用密封件17密封。间隙可以处于十分之一毫米的范围内。
调节体4包括纵向体19，其在纵轴线L的方向上延伸并且由导磁材料形成。纵向体19优选地设计成具有多个功能。一方面，它具有径向的延伸，该延伸与纵向延伸一起引起调节体4和封闭元件16在空腔6中的定向和引导。纵向体在纵轴线L的方向上的延伸优选根据以下方面来确定尺寸。在第一位置中，纵向体19与第一机械止挡件14接触。纵向体19于是在纵轴线L的方向上延伸超过第一电线圈7和永磁体8。在图2中示出的第二位置中，纵向体19与第二机械止挡件15接触。纵向体19于是延伸超过永磁体8和第二电线圈9。通过与机械止挡件14和15的共同作用，纵向体19实现调节体4在纵轴线L的方向上的定位的功能。除了所述功能之外，纵向体19也承担引导磁场以闭合磁路的任务，如下面将进一步阐述的那样。
在图1中示出了处于第一位置的调节体4，在该第一位置中调节体与第一机械止挡件14接触，其中，在形成密封件与阀座18之间的已经提到的间隙的情况下存在该接触。在该位置中，第一磁路是闭合的，该第一磁路包括纵向体19、第一终端体10、外部体12和磁轭区段13。同样地，永磁体8位于该磁路中，永磁体8的磁场馈给所述磁路。在该磁路中形成第一磁场M1，该第一磁场引起保持力，该保持力将调节体4固定在第一位置中。
为了将调节体4从第一位置中移除，脉冲式地将电压施加到第一电线圈7上。通过形成的电流脉冲，短时间地对第一磁路施加第一对应场G1。所述第一对应场的极性与第一磁场M1相反，从而磁场M1和G1在很大程度上相互抵消，没有磁场剩余并且保持力消失。永磁体8现在将磁阻力施加到纵向体19上，从而使得调节体4从第一位置出来在第二机械止挡件15的方向上运动。为了使调节体4进一步运动到第二位置中，可以在第二线圈9上施加电压以产生通过电流和磁场，该磁场引起调节体4的运动。
在图2中示出了在第二位置中的调节体4，在该第二位置中调节体4的纵向体19与第二机械止挡件15接触。在该位置中，第二磁路被闭合，该第二磁路包括永磁体8、第二终端体11、外部体12、磁轭区段13和纵向体19。在第二磁路中，通过永磁体8产生第二磁场M2。第二磁场M2的场线在各所述构件中引导地包围第二电线圈9。通过所述磁场M2产生保持力，该保持力保持调节体4的纵向体19与第二机械止挡件15接触。
为了将调节体4从第二位置移除，脉冲式地将电压施加到第二电线圈9上。通过形成的电流脉冲，对第二磁路短时地施加第二反向场G2。该第二反向场的极性与第二磁场M2相反，从而磁场M2和G2在很大程度上相互抵消，没有磁场剩余并且保持力消失。永磁体8现在将磁阻力施加到纵向体19上，从而使调节体4从第二位置出来朝向第一机械止挡件14运动。为了使调节体4运动到第一位置中，可以在第一线圈7上施加用于产生通过电流和磁场的电压，该磁场引起调节体4的运动。
在根据图2的调节体4的第二位置中，封闭元件16释放第一接口2。调节体4和空腔6如此成形，使得工艺组件能被可在第一和第二接口2和3之间形成的流体流穿过。在所示的示例中，这通过如下方式实现，纵向体19在调节体4的周缘的方向上仅在部分长度上延伸并且封闭元件16在第二位置中能够被绕流，其方式是沿着周缘至少局部地在内壳体5和封闭元件16之间设置有自由空间。
为了说明，图3示出了在图1的线A-A的高度上的截面。
永磁体8布置在外部体12和内壳体5之间。在位于绘图平面中的周向方向上，与永磁体8相邻地在第一侧上和与第一侧对置的第二侧上设置有另外的永磁体8a和8b。它们接触磁轭区段13，所述磁轭区段在背离内壳体5的一侧上足够宽，以便与所有永磁体8、8a和8b全面地接触。在朝向内壳体5的一侧上，磁轭区段13具有大约等于纵向体19的宽度。这样选择尺寸，使得由永磁体8、8a和8b感应出的磁场在朝向纵向体19的方向上被聚束，穿过内壳体5并且尽可能无损耗地过渡到纵向体19中。由此在纵向体19中产生高的场线密度，由此在磁路闭合时提高保持力。作为多个永磁体8、8a和8b的替代方案，可以使用弧形地成形的永磁体。替代地或附加地，可以设置平行于永磁体8沿着纵轴线L的方向的另一平面。永磁体8、8a和8b与外部体12接触，由此尽可能低损耗地传递磁场。为此，可以使用避免间隙的导电元件21。替代地，该外部体12可以具有承担导电元件21a和21b的功能的成型元件，或者永磁体8a和8b形锁合地成型。作为所示实施例的替代，磁轭区段13可以与内壳体5一件式地设计。
外部体12、永磁体8、8a和8b、磁轭区段13以及导电元件21a和21b共同构成永磁体组件20。优选，沿着内壳体5的周缘设置多个永磁体组件20、20a、20b、20c和20d，其中，优选每个永磁体组件与调节体4的单个的纵向体19共同作用，该调节体为此目的具有多个纵向体19。在相邻的纵向体19之间形成用于流动引导的通道22，其中，通道22延续直到封闭元件16。其如此确定尺寸，使得封闭元件16在第二位置中能够被通过第一或第二接口2和3进入的流体绕流，并且在第一位置中得到封闭元件16的足够的闭锁作用，以阻止在第一和第二接口2和3之间的流体流。
在一种扩展方案中，内壳体5由导磁良好的材料制成，从而磁路中的磁性作用的气隙被减小，尤其是在磁轭区段13和与第一终端体和第二终端体10和11的接触区域的区域中。有利的是，用于内壳体5的和用于纵向体19的材料的导磁能力大致处于相同的数量级。
有利的是，第一机械止挡件14、第二机械止挡件15或者两个止挡件14和15和在调节体4上的分别对应的面锥形地成形，如其在图1和图2中所示的那样。由此，当调节体4沿纵轴线L的方向从第一位置和第二位置之一中运动出来时，与调节体4沿纵轴线L走过的距离相比，在终端体10和11与调节体4之间的磁性地激活的间隙的增大较小。保持力以这种方式比例如在垂直于纵轴线L的面中更慢地降低。此外，这种设计改善了流体流动通过工艺组件的引导。
附图标记列表：
1 阀
2 第一接口
3 第二接口
4 调节体
5 内壳体
6 空腔
7 第一电线圈
8、8a、8b 永磁体
9 第二电线圈
10 第一终端体
11 第二终端体
12 外部体
13 磁轭区段
14 第一机械止挡件
15 第二机械止挡件
16 封闭元件
17 密封件
18 阀座
19 纵向体
19a、19b、19c、19d 纵向体
20、20a、20b、20c、20d 永磁体组件
21a,21b 导电元件
22 通道
L 纵轴线
M1 第一磁场
M2 第二磁场
G1 第一对应场
G2 第二对应场

Claims (9)

1.一种工艺组件，所述工艺组件具有第一接口(2)和第二接口(3)以及调节体(4)，所述调节体布置在工艺组件的将第一接口(2)与第二接口(3)流体连接的空腔(6)中并且能够在空腔(6)内部沿轴向方向引入第一位置和第二位置中，并且所述工艺组件具有永磁体(8)、第一电线圈(7)和第二电线圈(9)，其特征在于，第一线圈(7)、永磁体(8)和第二线圈(9)以该顺序沿轴向方向(L)依次地布置，并且设有磁轭，并且永磁体(8)、调节体(4)和磁轭在第一位置中形成闭合的第一磁路并且在第二位置中形成闭合的第二磁路，所述第一电线圈(7)设置用于补偿第一磁路，并且所述第二电线圈(9)设置用于补偿第二磁路，并且所述空腔(6)和调节体(4)成形为，使得所述工艺组件能被能构成在第一接口(2)与第二接口(3)之间的流体流穿过。
2.根据权利要求1所述的工艺组件，其特征在于，第一机械止挡件(14)限定所述调节体(4)在第一位置中的位置。
3.根据权利要求1或2所述的工艺组件，其特征在于，第二机械止挡件(15)限定所述调节体(4)在第二位置中的位置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的工艺组件，其特征在于，所述调节体(4)包括纵向体(19)，所述纵向体在所述第一位置或第二位置中在构成第一磁路或第二磁路的情况下与磁轭共同作用。
5.根据权利要求4所述的工艺组件，其特征在于，多个纵向体(19、19a、19b、19c、19d)分布在周缘上并且彼此间隔开地布置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的工艺组件，其特征在于，所述工艺组件包括阀座(18)，并且在所述调节体(4)上布置有封闭元件(16)，所述封闭元件在第一端部位置中与所述阀座(18)密封地共同作用。
7.根据前述权利要求中任一项所述的工艺组件，其特征在于，所述调节体(4)布置在能导磁的内壳体(5)内部。
8.根据权利要求7所述的工艺组件，其特征在于，所述内壳体(5)的导磁能力至少对应于所述纵向体(19)的导磁能力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的工艺组件，其特征在于，在永磁体(8)与调节体(19)之间的磁轭的造型引起磁场聚束。
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