CN1878974A - 用于控制流体的阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制流体的阀，尤其是用于控制气体，所述阀包括一个阀壳体，该阀壳体接收一个用于衔铁的操作单元，该衔铁可轴向移动地在所述阀壳体(13)中被导向并且设置有一个阀关闭机构，在该阀关闭机构的端侧上设置一个密封元件(29)，该密封元件这样与一个构造在一个阀座板(26)上的阀座(21)共同作用，使得可控制通过该阀座板(26)的出流开口(28)的流体流。所述阀座(21)由一个基本上环形的内凸缘(30)和一个基本上环形的外凸缘(31)构成，并且这些出流开口(28)设置在所述内凸缘(30)与所述外凸缘(31)之间。

Description

用于控制流体的阀

技术领域

本发明涉及一种根据在权利要求1的前述部分中详细定义类型的、用于控制流体的阀，尤其是用于控制气体的阀。

背景技术

这样一种阀在实践中已公知并且例如作为气体控制阀可以使用在燃料电池或也可使用在燃气发动机中。

公知的阀包括一个阀壳体，后者可以多件式地构造并且在该阀壳体中设置一个用于衔铁的操作单元。所述衔铁在阀壳体的一个相关联地构造的、必要时套筒状的接收部中可轴向移动地被导向并且设置有一个阀关闭机构，所述阀关闭机构这样与一个阀座共同作用，使得可控制通过至少一个出流开口的流体流(Fluidstrom)，所述出流开口设置在一个阀座板中并且通向阀的一个出流侧。为了控制气体，在阀关闭机构的向着所述阀座的端面上设置一个弹性密封装置，后者由弹性体、PEEK或类似物制成并且在阀关闭机构关闭时靠置在所述阀座上。在此，所述弹性密封装置基本上在所有面上设置在阀座板的向着所述阀关闭机构的面上。

在气体阀中基本上存在这样的问题，即待被控制的、干燥和气体状的介质可造成阀座区域、例如密封区域中的高的磨损，这可以导致阀的功能值的改变并且在阀关闭机构关闭时也可导致不允许的高渗漏率。

此外，在上面所说明的公知的阀中还存在这样的问题，即由于衔铁的、由间隙造成的、倾斜的压力套装可引起阀座区域中的不密封性。尤其是，由于高的单位面积压力造成的衔铁的倾斜压力套装也可以造成阀使用时间中的密封装置的高磨损。此外，出流开口的通过一个表面实现的密封可以导致不利地作用的沉降效应(Setzeffekt)、例如密封装置侵入出流开口中并且导致出流开口的区域中的另外一些不利的改变。

发明内容

本发明的具有根据权利要求1的前述部分特征的、用于控制流体、尤其是用于控制气体的阀——在所述的阀中阀座由一个基本上环形的内凸缘和一个基本上环形的外凸缘构成并且这些出流开口设置在所述内凸缘与外凸缘之间——具有这样的优点，即，即使存在沉降过程或者存在衔铁或阀关闭机构的偏斜的情况下也能在它的使用寿命期间保证阀的密封性，因为所述密封元件在阀关闭机构关闭时不是全面地，而是基本上沿着圆线(Kreislinien)放置在所述阀座上。

所述阀座的几何结构确定阀的密封性。具有一个根据本发明构造的阀座的气体阀提供了一个最佳的阀座几何结构，通过后者在阀的使用寿命期间在所有工作状态中保证高密封性并且保证阀功能的持续稳定性。

此外，可简单并且低成本制造的、根据本发明构造的阀座还提供这样的优点，即衔铁或阀关闭机构的打开过程通过待被控制的气体来支持，因为待被控制的气体已在阀关闭机构关闭时在阀座的上游流到密封元件的下面。因而在根据本发明的阀中在阀座的区域中也存在一个改善的气体绕流。

通过阀座的基本上由阀座几何结构预给定的、即使在低温度时也存在的高密封性，在密封元件中存在可使用的材料的广泛选择以及大的成形自由性。

根据本发明的阀尤其适合于调节气体、如氢和天燃气的质量流量并例如可以被使用在燃料电池中或也可被使用在燃气发动机中。

在根据本发明的阀的一个特别的实施形式中，这些凸缘在背离这些出流开口的侧上分别具有一个倾斜下降的外侧面。这些外侧面可以分别构造为直线下降的面，即构造为圆锥形的面并且在这样的情况下与密封装置或者说密封元件的端面一起形成一个锐角。

可替换地，这些外侧面也可以具有一个凸拱的横截面。所述凸拱横截面可以设置有一个统一的半径或也可以设置有一个变化的半径。

为了改善借助本发明的阀所控制的气体的流动比率和为了减小密封元件的磨损，这些凸缘可在向着出流开口的侧上分别具有一个内侧面，后者优选通过一个凸拱的横截面或一个半径来构造。但是，也可以考虑所述内侧面由一个基本上圆锥形的面构成，所述圆锥形的面过渡到相应的凸缘的斜面(Fase)或者由这样一个斜面构成。

通常，凸缘的端侧被凸拱地构造，密封元件在阀关闭机构关闭时靠置在所述端侧上。但是可替换地也可以考虑，这些凸缘分别具有一个端面，后者基本上与密封装置的端面平行地定向并且因此是一个平的面。

通过这些凸缘——它们的侧面由具有例如10°倾角的圆锥形的面或平面或者由凸拱的面构成——保证阀关闭机构的密封元件始终面状地或线状地配合在所述阀座上，由此实现高的密封性。在此，这些凸缘可以通过相互对称的横截面或者也可以通过不同构造的面或拱起来制造。

上面所说明的阀座几何结构可以被一阶段地或多阶段地制造。例如该阀座几何结构这样地被制造，使得所述阀座板首先以车削方法并且接着根据成型磨削方法在使用成型车刀的情况下来加工。

尤其是当所述阀座几何结构根据成型磨削方法来制造时，合乎目的的是，在磨削时形成一些沟纹，这些沟纹相对一个圆线同心地并且非径向地延伸，这对阀密封性有有益的影响，所述喷射孔沿着所述圆线设置。

通过这些同心延伸的沟纹可避免待被控制的气体渗透过所述密封元件，这尤其是在径向延伸的沟纹时在阀使用寿命期间可能是一个潜在的不密封性风险。

根据本发明的主题的另外一些优点和有利的构型可以从本说明书、附图和权利要求中获得。

附图说明

在附图中示意性简化地示出根据本发明的阀的四个实施例并且在下面的说明中详细地说明。附图表示：

图1气体阀的第一实施例的简化的纵向剖面图；

图2图1中的区域II的放大的视图；

图3图2中的区域III的放大的视图；

图4根据图1的气体阀的在图3中所示的区域，但是在使用精磨方法前；

图5具有靠置的密封元件的作为替换方案的阀座；

图6在使用精磨方法前的根据图5的阀座几何机构；

图7图5中所示的阀座几何结构的制造；

图8具有图5中所示的阀座几何结构的阀座板的俯视图；

图9图1中所示类型的阀的阀座的第三实施形式的纵向剖面视图；以及

图10在使用精磨方法前的、图1中所示类型的阀的阀座的第四实施形式的纵向剖面视图。

具体实施方式

在图1中示出一个气体阀10，它被设计用于使用在燃料电池中或使用在燃气发动机中并且用于调节从一个入流侧11到一个出流侧12的、例如由氢、LPG(液化石油气)或CNG(压缩天然气)组成的气体流。

所述阀10具有一个多件式的壳体13，后者接收一个电磁线圈14，所述电磁线圈围作用一个导向套筒15。在所述导向套筒15中固定一个基本上管状的塞件16，在所述塞件中插入一个用作预紧弹簧的螺旋弹簧17，所述弹簧作用于衔铁18，后者可纵向运动地在导向套筒15中导向。

所述衔铁18基本上管状地构造并且在其背离所述预紧弹簧17的侧上构成一个阀关闭机构20，后者在端面上与图2至图4中详细示出的阀座21共同作用。

此外，所述衔铁18设置有一个内腔22，后者与阀10的入流侧11相连接并且在本实施例中从该内腔分出一些径向出流孔23和一个轴向出流孔24。这些径向出流孔23通向一个高压腔25，后者径向由所述导向套筒15构成边界。所述轴向的出流孔24通向所述衔铁18上的端侧上。

如尤其是可从图2至图4中可看到的，所述阀座21构造在基本上罐状的部件27的一个构造为阀座板的底板26上。所述底板26设置有多个构造为喷嘴的出流开口28，它们在阀关闭机构或衔铁18打开时将所述高压腔25与所述阀10的流出侧12相连接。这些喷嘴或者说孔28沿着一个圆线布置并且在阀关闭机构或衔铁18关闭时被一个密封元件29覆盖，由合成材料如弹性体、PEEK或类似物制成的所述密封元件固定在衔铁18的端面上并且放置在所述阀座21上。为了提高横向可运动性(Querbeweglichkeit)，所述密封元件29可以设置有一个涂层，后者例如由PTFE组成。

所述阀座21由一个环形的内凸缘30和一个环形的外凸缘31构成，其中，所述出流开口28设置在内凸缘30与所述外凸缘31之间。所述凸缘30和31在它们的背离这些出流开口28的侧上分别具有一个外侧面(Aussenflanke)32或33，所述外侧面构造为直线下降的、圆锥形的面并且与所述密封元件29的端面形成大约10度的角度。所述外侧面32和33分别过渡到一个基本上凸起状的隆起34或35，所述隆起构成相应的凸缘30或31的拱形的止挡面。在向着所述喷嘴28的侧上，所述拱形的端面34和35又分别过渡到一个例如设置有0.1mm的半径的、拱形的、倾斜下降的内侧面(Innenflanke)36或37。

为了制造阀座21的尤其是在图3中所示的几何结构，目前使用多阶段的方法，在所述方法中首先以车削方法制造图4中所示的粗轮廓并且然后以精磨方法切除图4中设置有参考数字38的区域，以致产生阀座21的图3中所示的表面轮廓，在后者中所述内凸缘30具有一个横截面，所述横截面与外凸缘31的横截面镜像对称地构造。在精磨方法之后，所述阀座21具有一些沟纹，它们相对所述凸缘30和31基本上同心地布置。

在图5至图8中示出图1中所示类型的气体阀中的根据本发明构造的阀座几何结构的作为替换方案的实施形式。与按照图2至图4的所述实施例相应地，图5至图8中所示的实施例具有一个阀座21’，它由一个环形的内凸缘30’和一个环形的外凸缘31’构成。

这些凸缘30’和31’在背离这些出流开口28的侧上分别具有一个外侧面32’或33’，后者构造为直线下降的、圆锥形的面并且与由弹性体制成的密封元件29的端面形成大约10度的角度。这些外侧面32’和33’分别过渡到一个凸起状的隆起34’或35’，所述隆起构成相应的凸缘30’或31’的端面并且用于密封元件29的靠置。这些凸起状的隆起34’和35’分别在向着这些出流开口28的侧上通过一个半径过渡到一个陡峭下降的内侧面36’或37’，后者略微地拱曲。

图5中详细地示出的阀座21的制造同样两阶段地实现，准确地说这样实现，即首先在所述阀座板26上制造一个粗轮廓，后者通过一个在图6中设置有参考标记38’的区域来构成，所述区域在下面的精磨方法中被切除。为此，如从图7中可以看出，例如使用一个成型车刀44，后者被放置在所述粗轮廓上并且通过一个转动运动切除图6中所示的区域38’。成型车刀44的转动轴线在此也构成环形凸缘30’和31’的轴线45。由此在所述成型磨削方法中在所述阀座21’上形成一些沟纹(Riefen)46，它们相对这些凸缘30’和31’同心地延伸。

在图9中示出图1中详细所示类型的气体阀的阀座21”的另外一个实施形式。所述阀座21”很大程度上与根据图5的阀座相同，但是不同点在于，该阀座在两个凸缘30”和31”上具有一些外侧面32”或33”，它们的横截面是凸拱的，即设置有一个半径。

在图10中示出在精密-精加工前的、图1中所示类型的阀的阀座的另外一个实施形式。该阀座同样由一个内凸缘30和一个外凸缘31构成，它们在背离这些喷嘴28的侧上分别设置有倾斜下降的侧面32和33。在向着这些喷嘴28的侧上，这些凸缘30和31分别设置有一个构造为圆锥形面的、倾斜下降的内侧面36和37。

在精密-精加工时，在凸缘30和31的端侧上分别切除一个横截面是三角形的区域，以致分别形成一个端面34或35，后者基本上与图10中未示出的密封元件平行地定向。

Claims (9)

1.用于控制流体的阀，尤其是用于控制气体，所述阀包括一个阀壳体(13)，该阀壳体接收一个用于衔铁(18)的操作单元(14)，该衔铁可轴向移动地在所述阀壳体(13)中被导向并且设置有一个阀关闭机构(20)，在该阀关闭机构的端侧上设置一个密封元件(29)，该密封元件这样与一个构造在一个阀座板(26)上的阀座(21，21’，21”，21)共同作用，使得可控制通过该阀座板(26)的出流开口(28)的流体流，其特征在于，所述阀座(21，21’，21”，21)由一个基本上环形的内凸缘(30，30’，30”，30)和一个基本上环形的外凸缘(31，31’，31”，31)构成，并且这些出流开口设置在所述内凸缘(30，30’，30”，30)与所述外凸缘(31，31’，31”，31)之间。

2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述凸缘(30，30’，30”，30，31，31’，31”，31)在背离这些出流开口(28)的侧上分别具有一个倾斜地下降的外侧面(32，32’，32”，32，33，33’，33”，33)。

3.根据权利要求2所述的阀，其特征在于，这些倾斜地下降的外侧面(32，32’，32”，32，33，33’，33”，33)被分别构造为圆锥形的面。

4.根据权利要求2所述的阀，其特征在于，这些倾斜地下降的外侧面(32”，33”)分别通过一个凸拱的横截面来构造。

5.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，这些凸缘(30，30’，30”，31，31’，31”)分别具有一个凸拱的端面(34，34’，34”，35，35’，35”)。

6.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，这些凸缘(30，31)分别具有一个端面(34，35)，所述端面基本上与密封装置(29)的端面平行地定向。

7.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，这些凸缘(30，30，31，31)在向着这些出流开口(28)的侧上分别具有一个倾斜地下降的内侧面(34，34，35，35)，后者优选设置有一个半径。

8.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述内凸缘(30，30’，30”)具有一个横截面，后者基本上相对外凸缘(31，31’，31”)的横截面镜像对称地构造。

9.根据权利要求1至6之一所述的阀，其特征在于，所述阀座(21，21’，21”，21)根据成型加工方法、如车削方法、磨削方法或腐蚀方法来制造并且具有一些沟纹(46)，这些沟纹相对所述凸缘(30，30’，30”，30，31，31’，31”，31)基本上同心地布置。

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