CN112901783B - 阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀、特别是用于车辆中的载热介质流动回路的阀，所述阀包括至少一个阀机构(16)和配设给所述至少一个阀机构(16)的具有至少一个形状记忆材料调节机构(26、44)的致动器布置结构(24)。

Description

阀
技术领域
本发明涉及一种阀，所述阀例如可以在车辆中的载热介质流动回路中使用，以用于释放和中断一个或多个流动路径。
背景技术
在使用载热介质流动回路用于热量管理的车辆中，为了借助于通常液态的载热介质将热从确定的系统区域、例如电池、停车采暖装置或者说加热器或内燃机导出或/和将热传递到其他系统区域、例如车辆内部空间上，通常使用电激励的电磁阀，以便例如与温度相关地释放或中断不同的流动路径。这样的电磁阀是相对重的并且基于安装衔铁/线圈结构组件的必要性而要求相对大的结构空间。
发明内容
本发明的任务在于，设置一种特别是用于车辆中的载热介质流动回路的简单且紧凑地构造的并且运行安全的阀。
按照本发明，所述任务通过一种阀、特别是用于车辆中的载热介质流动回路的阀得以解决，所述阀包括至少一个阀机构和配设给所述至少一个阀机构的具有至少一个形状记忆材料调节机构的致动器布置结构。
使用具有至少一个形状记忆材料调节机构的致动器布置结构能实现这样的阀的紧凑的结构型式和防止故障的运行。
为了能够使这样的阀在不同的阀位置之间转换而提出：所述致动器布置结构包括预紧单元，所述预紧单元用于沿第一调节方向预紧所述至少一个阀机构，并且所述至少一个形状记忆材料调节机构构造用于与所述预紧单元的预紧作用相反地沿第二调节方向调节所述至少一个阀机构。
在一种辅助支持紧凑的结构型式的、运行安全的设计方案中，所述预紧单元可以包括至少一个预紧弹簧、优选螺旋压力弹簧。
为了能够以技术上简单的措施引起所述至少一个形状记忆材料调节机构的形状变化而提出：所述至少一个形状记忆材料调节机构能通过温度变化在其形状方面改变。
在此特别有利的是：所述至少一个形状记忆材料调节机构的温度能通过给所述至少一个形状记忆材料调节机构通电来改变。通过给形状记忆材料调节机构通电、即通过将电流引导通过形状记忆材料调节机构本身对形状记忆材料调节机构的加热导致非常快速的热反应和对应快速的形状变化。特别是在此可以规定：所述至少一个形状记忆材料调节机构构造用于在加热所述至少一个形状记忆材料调节机构时沿第二调节方向调节所述至少一个阀机构。
所述至少一个阀机构可以包括第一阀元件，其中，进一步可以规定：在第一阀位置中，第一阀元件安放在配设给所述第一阀元件的第一阀座上并且在第二阀位置中从所述第一阀座抬起。因此，在第一阀位置中可以通过第一阀元件中断第一管道区域与第二管道区域之间的流动连接，而在第二阀位置中释放该流动连接。
在按照二位三通阀的型式构造的阀中，在按照本发明的扩展方案中可以规定：所述阀机构包括第二阀元件，并且所述第二阀元件在第一阀位置中从配设给所述第二阀元件的第二阀座抬起并且在第二阀位置中安放在所述第二阀座上。在第二阀位置中，第二阀元件因此可以中断第一管道区域与第三管道区域之间的流动连接，而在第一阀位置中释放这个流动连接，然而中断第一管道区域与第二管道区域之间的流动连接。
所述至少一个阀机构可以通过所述预紧布置结构预紧到第一阀位置中。在阀作为一位二通阀的设计方案中，这意味着：所述阀在第一阀位置中中断流动连接并且在第二阀位置中释放流动连接。
为了还进一步扩大的使用范围，所述致动器布置结构可以包括至少两个形状记忆材料调节机构，其中，所述至少一个阀机构能通过所述形状记忆材料调节机构加载，以用于沿相同的运动方向以不同的运动程度运动。这可以意味着：例如形状记忆材料调节机构能以不同的程度在其形状方面改变、特别是延展，并且由此可以引起所述至少一个阀机构的分别不同的运动程度，或者与激活仅一个所述形状记忆材料调节机构还是激活两个或多个形状记忆材料调节机构有关地产生不同的运动力，所述不同的运动力然后引起所述至少一个阀机构的不同的运动程度。
利用致动器布置结构的这样的构造可能的是：所述至少一个阀机构能通过所述形状记忆材料调节机构中的至少一个形状记忆材料调节机构调节到第三阀位置中，其中，在第三阀位置中，所述第一阀元件从所述第一阀座抬起并且所述第二阀元件从所述第二阀座抬起，并且所述至少一个阀机构能通过所述形状记忆材料调节机构中的另一个形状记忆材料调节机构或者通过与所述形状记忆材料调节机构配合作用的另一个形状记忆材料调节机构调节到第二阀位置中。这意味着：在没有阀元件安放在所配设的阀座上的第三阀位置中，从第一管道区域不仅释放与第二管道区域的流动连接而且释放与第三管道区域的流动连接。
为了能够实现大的调节行程而提出：至少一个形状记忆调节机构以螺旋弹簧的形式构造。
在此，对于一种紧凑的结构型式进一步可以规定：至少两个形状记忆材料调节机构彼此嵌套地设置。
为了一种结构上能简单实现的设计提出：所述至少一个阀机构能通过所述至少一个形状记忆材料调节机构线性地移动。
附图说明
下面参考附图详细描述本发明。附图中：
图1示出用于在车辆中的载热介质流动回路的作为一位二通阀构造的阀的剖视图，其中，阀机构定位在第一阀位置中；
图2示出图1的阀，其中，阀机构定位在第二阀位置中；
图3示出用于载热介质流动回路的作为二位三通阀构造的阀的剖视图，其中，阀机构定位在第一阀位置中；
图4示出图3的阀，其中，阀机构定位在第二阀位置中；
图5示出用于车辆中的载热介质流动回路的阀的一种备选设计型式的对应于图3的图示，其中，阀机构定位在第一阀位置中；
图6示出图5的阀，其中，阀机构定位在第二阀位置中；
图7示出图5的阀，其中，阀机构定位在第三阀位置中。
具体实施方式
图1示出阀10的剖视图，该阀例如可以在车辆中的载热介质流动回路中使用，以便将液态的载热介质、例如用于内燃机的冷却液有针对性地引导到不同的管道区域中。
阀10包括阀壳体12，在所述阀壳体中构成两个管道区域14、15。在阀壳体12中设置有一般地以16标记的阀机构，所述阀机构具有沿运动轴线A的方向延伸的阀芯18和在示出的实例中圆锥形成形的第一阀元件20。在这个按照本发明的设计方式的意义内，下面与这个设计方式相关地也只称为阀元件的阀元件20是唯一的阀元件。
在阀壳体12中，给阀元件20配设例如对应圆锥形或棱边状成形的阀座22。在阀机构16定位在图1中示出的第一阀位置中时，阀元件20安放在所配设的阀座22上并且因此中断第一管道区域14与第二管道区域15之间的流动连接。
为了调节阀机构16，给这个阀机构配设一般以24标记的致动器布置结构。致动器布置结构24在示出的实例中包括按照螺旋弹簧的型式构成的形状记忆材料调节机构26。形状记忆材料调节机构26以导电的形状记忆合金构造，从而通过温度变化和奥氏体状态与马氏体状态之间的因此诱导的过渡可以引起形状记忆材料调节机构26的形状变化。
在示出的设计实例中，例如电绝缘的形状记忆材料调节机构26的两个处于沿运动轴线A的方向的端部区域连接到相应的电的导线28、30上。通过施加电压到导线28、30上，电流引导通过形状记忆材料调节机构26，由此，形状记忆材料调节机构可以被加热并且转变到奥氏体状态中。这导致：支撑在阀壳体12上的形状记忆材料调节机构26过渡到在图2中示出的沿运动轴线A的方向延展的状态中。在这个过渡中，形状记忆材料调节机构26沿运动轴线A的方向与预紧布置结构32的预紧作用相反地移动阀机构16，所述预紧布置结构在示出的设计实例中可以包括围绕阀芯18地设置的并且支撑在阀机构16的阀壳体12以及阀元件20上的预紧弹簧34、例如螺旋压力弹簧。因为形状记忆材料调节机构26也围绕阀机构16的阀芯18地设置，所以通过致动器布置结构24基本上仅沿运动轴线A的方向作用的力产生或者说导入到阀机构16中，从而通过预紧布置结构32沿第一调节方向R1朝在图1中示出的第一阀位置的方向预紧这个阀机构并且通过给形状记忆材料调节机构26通电和由此其引起的延展沿第二调节方向R2能调节这个阀机构，沿所述第二调节方向，阀元件20从所配设的阀座22抬起并且因此第一管道区域14与第二管道区域15之间的流动连接被释放。用于这个功能的前提是：通过形状记忆材料调节机构26在其通过加热引起延展时生成的并且沿第二调节方向R1作用到阀芯18上的力大于通过预紧弹簧34产生的并且沿第一调节方向R1作用的力。
在将阀机构16调节到在图2中示出的第二阀位置中时，运动止挡部例如可以通过也围绕形状记忆材料调节机构26的致动器壳体36提供，阀芯18可以靠置在所述致动器壳体上。也可以提供不同地成形的止挡部。原则上也可能的是：预紧布置结构32终止沿第二调节方向R2的运动，其方式是，将预紧弹簧34放置到区块上或者通过所述预紧弹簧生成这样大的预紧力，使得不能通过形状记忆材料调节机构26被加热并且同时延展而引起进一步移动。
如果要将阀10又置于在图1中示出的状态中，则终止给形状记忆材料调节机构26通电，从而这个形状记忆材料调节机构又冷却并且也在预紧布置结构32的作用下或者通过向马氏体状态中的过渡又收缩。
图3和图4示出阀10，其中，阀壳体12除了第一管道区域14和第二管道区域15之外还提供第三管道区域38。阀机构16在这个设计实例中具有两个阀元件20、40，其中，在阀壳体12中，给所述两个阀元件20、40中的每个阀元件分别配设一个阀座22、42。
在图3中，阀机构16通过借助于预紧布置结构32生成的预紧力沿第一运动方向R1朝第一阀位置的方向预紧，在所述第一阀位置中，第一阀元件20安放在配设给它的第一阀座22上。第二阀元件40从配设给它的第二阀座42抬起，从而释放在第一管道区域14与第三管道区域38之间的流动连接，而中断第一管道区域14与第二管道区域15之间的流动连接。形状记忆材料调节机构26在此例如沿轴向方向最大地或几乎最大地压缩。如果将电压施加到这个形状记忆材料调节机构上并且将电流引导通过这个形状记忆材料调节机构，则所述形状记忆材料调节机构变热，从而在达到奥氏体起始温度时开始延展，并且阀机构16与预紧布置结构32的预紧作用相反地置于在图4中示出的第二阀位置中，在所述第二阀位置中，第二阀元件40安放在配设给它的第二阀座42上，而第一阀元件20从配设给它的第一阀座22抬起。
如在图4中形象地说明的那样，在此阀机构16的对应于相应的阀位置的端部位置在其沿运动轴线A的方向运动时通过在分别配设的阀座22或42上安放的阀元件20或40定义，因此不设置或不需要例如通过阀芯18与阀壳体12或致动器壳体36的配合作用来定义的止挡部，并且通过分别有效的或者说在所配设的阀座22、42上安放的阀元件20或40确保流动路径的可靠结束。
在图3和图4中示出的设计实例的扩展方案在图5至图7中示出。在这个设计方案中，致动器布置结构24包括两个彼此嵌套的、即关于运动轴线A相对于彼此同轴地设置的形状记忆材料调节机构26、44。这两个形状记忆材料调节机构26、44中的每个形状记忆材料调节机构可以与相应另一个形状记忆材料调节机构无关地以电压加载，从而通过将电流引导通过分别只加热以电压加载的形状记忆材料调节机构26或44。出于这个目的有利的可以是：两个形状记忆材料调节机构26、44关于彼此保持电绝缘。
图5示出第一阀位置，在该第一阀位置中，第一阀元件20安放在配设给它的第一阀座上并且第二阀元件40从配设给它的第二阀座42抬起，从而释放从第一管道区域14到第三管道区域38的流动连接。这个状态在致动器布置结构24未激活时通过借助于预紧布置结构32生成的预紧力产生。只在第一管道区域14与第三管道区域38之间存在流动连接。
图6示出第二阀位置，在该第二阀位置中，第二阀元件40安放在配设给它的第二阀座42上并且因此第一阀元件20将配设给它的第一阀座22抬起并且因此释放从第一管道区域14到第二管道区域15的流动连接。为了实现这一点，以电压加载两个形状记忆材料调节机构26、44并且通过流过其的电流加热它们，从而所述形状记忆材料调节机构在配合作用时使阀机构16与预紧布置结构32的预紧作用相反地沿运动轴线A的方向运动到第二阀位置中并且保持在所述第二阀位置中。在这个状态中，只在第一管道区域14与第二管道区域15之间存在流动连接。
在图7中示出的状态中，阀机构16处于第三阀位置中，在所述第三阀位置中，没有所述阀机构20、40安放在分别配设的阀座22、42上。两个阀元件20、40从分别配设的阀座22、42抬起，从而不仅从第一管道区域14到第二管道区域15的流动连接而且第一管道区域14到第三管道区域38的流动连接而且第二管道区域15到第三管道区域38的流动连接被释放。
第三阀位置可以通过以下方式实现，即，在示出的实例中，只加热径向内部的形状记忆材料调节机构44，而不给径向外部的形状记忆材料调节机构26通电并且由此也不加热所述径向外部的形状记忆材料调节机构。对两个形状记忆材料调节机构26、44的设计在此这样选择，使得能通过形状记忆材料调节机构44产生的并且沿第二调节方向R2加载阀机构16的力是不足够的，以便以超过在图7中示出的程度的程度压缩预紧布置结构32。因此，调设通过形状记忆材料调节机构44产生的调节力和通过较强压缩的预紧布置结构32生成的预紧力之间的力平衡。当也给径向外部的形状记忆材料调节机构26通电并且由此加热所述径向外部的形状记忆材料调节机构并且因此产生附加的沿第二调节方向R2作用的力时，才可以进一步压缩预紧布置结构32并且阀机构16置于在图6中示出的第二阀位置中。
要指出的是：先前关于图7描述的作用机制也可以通过以下方式实现，即，例如通过将两个形状记忆材料调节机构26、44沿运动轴线的方向不同地确定尺寸将它们设计用于引起阀机构16的程度不同的移动，在所述作用机制中，通过两个形状记忆材料调节机构26、44，阀机构16可以以不同的程度运动，以便从第一阀位置出发建立第二阀位置或处于第一阀位置与第二阀位置之间的第三阀位置。为了建立第三阀位置要激励的内部的形状记忆材料调节机构44例如可以比外部的形状记忆材料调节机构26短地确定尺寸。为了建立第三阀位置然后只激励内部的形状记忆材料调节机构44，从而所述形状记忆材料调节机构的最大程度可引起的延展也与通过预紧布置结构32引起的预紧力相协调地将阀机构16置于第三阀位置中。如果要建立第二阀位置，则例如然后只激励径向外部的形状记忆材料调节机构26，从而这个轴向较大地确定尺寸的或较强延展的形状记忆材料调节机构26然后可以引起阀机构16的对应较强的直至其第二阀位置的移动。
另外，两个形状记忆材料调节机构26、44可能这样使用，使得当所述两个形状记忆材料调节机构可以在其轴向延展时引起不同的轴向的力时，总共可以占据四个阀位置，即当没有激励形状记忆材料调节机构时的第一阀位置、当激励两个形状记忆材料调节机构时的第二阀位置、当例如只激励内部的形状记忆材料调节机构44时的第三阀位置和当只激励外部的形状记忆材料调节机构26时的在图中未示出的第四阀位置。
此外，多于两个形状记忆材料调节机构例如可以彼此串联地设置，从而第三阀位置例如也可以通过两个形状记忆材料调节机构的配合作用来调节。
在另一种设计方案中，预紧布置结构也可以包括一个或多个形状记忆材料调节机构，从而将先前描述的阀机构预紧到第一阀位置中的预紧力例如可以通过一个或多个形状记忆材料调节机构产生。这些形状记忆材料调节机构例如可以只当要占据第一阀位置时通过通电来加热。备选地，也可以给这样的用于预紧到定义的阀位置中设置的形状记忆材料调节机构持久地通电，以便持久地产生这样的预紧力。

Claims (11)

1.阀，所述阀包括一个阀机构(16)和配设给所述阀机构(16)的具有形状记忆材料调节机构(26、44)的致动器布置结构(24)，所述阀机构(16)包括第一阀元件(20)，并且在第一阀位置中，所述第一阀元件(20)安放在配设给所述第一阀元件(20)的第一阀座(22)上并且在第二阀位置中从所述第一阀座(22)抬起，所述阀机构(16)包括第二阀元件(40)，并且所述第二阀元件(40)在所述第一阀位置中从配设给所述第二阀元件(40)的第二阀座(42)抬起并且在第二阀位置中安放在所述第二阀座(42)上，所述致动器布置结构(24)包括预紧单元(32)，所述预紧单元用于沿第一调节方向(R1)朝向第一阀位置预紧所述阀机构(16)，并且所述形状记忆材料调节机构(26、44)构造用于与所述预紧单元(32)的预紧作用相反地沿第二调节方向(R2)朝向第二阀位置调节所述阀机构(16)，其特征在于，所述致动器布置结构(24)包括第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)，所述阀机构(16)能通过所述第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)加载，以用于沿相同的运动方向以不同的运动程度运动，从而所述阀机构(16)能通过所述第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)中的一个形状记忆材料调节机构与所述预紧单元(32)的预紧作用相反地调节到第三阀位置中，在第三阀位置中，所述第一阀元件(20)从所述第一阀座(22)抬起并且所述第二阀元件(40)从所述第二阀座(42)抬起，所述阀机构(16)通过在通过第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)中的所述一个形状记忆材料调节机构最大能产生的调节力和所述预紧单元(32)的预紧力之间的力平衡保持在第三阀位置中，并且所述阀机构(16)通过第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)中的所述一个形状记忆材料调节机构不能调节到第二阀位置中，并且所述阀机构(16)能通过所述第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)中的另一个形状记忆材料调节机构或者通过第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)中的与第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)中的所述一个形状记忆材料调节机构配合作用的另一个形状记忆材料调节机构与所述预紧单元(32)的预紧作用相反地调节到第二阀位置中。
2.按照权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀是用于车辆中的载热介质流动回路的阀。
3.按照权利要求1所述的阀，其特征在于，所述预紧单元(32)包括至少一个预紧弹簧(34)。
4.按照权利要求3所述的阀，其特征在于，所述预紧弹簧(34)是螺旋压力弹簧。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的阀，其特征在于，所述第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)能通过温度变化在其形状方面改变。
6.按照权利要求5所述的阀，其特征在于，所述第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)的温度能通过给所述第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)通电来改变。
7.按照权利要求5所述的阀，其特征在于，所述第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)构造用于在加热所述第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)时沿第二调节方向调节所述阀机构(16)。
8.按照权利要求1至4中任一项所述的阀，其特征在于，所述阀机构(16)通过所述预紧单元(32)预紧到第一阀位置中。
9.按照权利要求1至4中任一项所述的阀，其特征在于，第一形旋弹簧的形式构造。
10.按照权利要求9所述的阀，其特征在于，第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)彼此嵌套地设置。
11.按照权利要求1至4中任一项所述的阀，其特征在于，所述阀机构(16)能通过所述第一形状记忆材料调节机构(26)和第二形状记忆材料调节机构(44)线性地移动。
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