CN212429907U - 阀执行机构和调节阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种阀执行机构(100)和调节阀，具有多个合作以沿轴线在调节阀(105)内定位恰好一个阀锥(125)的磁执行机构。至少其中一个磁执行机构是开关型磁执行机构(110,112,115,117)，至少其中另一个执行机构是比例调节型磁执行机构(130,135)，且这些磁执行机构相继布置。通过使用至少一个比例型磁体，可以在任何位置任意调节阀口，从而阀执行机构适合用在调节控制阀。通过采用附加开关型执行机构，可以明显减少耗电。

Description

阀执行机构和调节阀

技术领域

本实用新型涉及用于调节阀的阀执行机构(Ventilaktor)。这样的装置用于定位阀芯或阀锥。

背景技术

尤其知道了气压式、液压式和电磁式阀执行机构。在电磁式阀执行机构的情况下，人们尤其分为开关型(双位)磁执行机构和比例型磁执行机构。开关型磁执行机构(schaltende Magnetaktor)只能处于两个状态，在适当控制情况下可以保持低耗电。在比例型磁执行机构情况下可以调节出每个中间值，但它具有高耗电。在调节阀情况下，使用比例型磁执行机构因为高耗电而是成问题的。

为了降低高耗电，迄今已发展出各种不同的解决方案。

在出版物DT2540388A1和US4,546,955A中描述了各自具有两个串联的开关型磁执行机构的磁阀。通过这种结构而实现了能获得超过两个的状态(最大程度打开和最大程度关闭)。

在US4,546,955A中，两个磁执行机构的衔铁借助连接杆和弹簧相连。下衔铁直接连接至阀的节流体。此时不利的是，只能用该布置结构获得三个状态，即仅可以实现两个流通位置。

在DT2540388A1中设置有两个不同大小的开关型磁执行机构。较小的开关型磁执行机构作为辅助执行机构设置，其使半圆柱形挡板绕阀杆轴线转动以调节出中等流通量，此时的流通孔被挡板部分封闭。通过附加调节该挡板的转动范围(如借助调节螺钉)，也可以调节阀的最大开启度，但并非与中间位置无关。总体上，该结构是很复杂的且尽管如此还是仅实现自动控制三个位置。

实用新型内容

本实用新型的任务是指出一种电磁式阀执行机构，其适用于调节阀、具有尽量少的耗电但还是总是能够运动到每个位置。

单数的使用应该未排除复数，反之亦然，除非另有所述。

为了完成该任务，提出一种用于调节阀的阀执行机构，其具有多个磁执行机构，它们合作以在调节阀内沿着一轴线定位恰好一个阀锥。至少其中一个磁执行机构是开关型磁执行机构，至少其中另一个磁执行机构是比例调节型磁执行机构。这些磁执行机构接连布置以沿该轴线定位该阀锥。

通过使用至少一个比例磁体，可以在每个位置处任意细微地调节阀口，从而阀执行机构适合用在调节和控制阀中。通过采用附加开关型磁执行机构，可以明显减小耗电。为了切换所述开关型磁执行机构，需要短的电流脉冲，但随后只需要保持电流，保持电流的电流强度只大致为开关电流的三分之一。

每个磁执行机构优选具有至少一个线圈和一个磁衔铁(Magnetanker)。其中一个磁衔铁与阀锥相连，并且这些磁衔铁相互接合，在这里，磁衔铁相互接合允许磁衔铁沿着轴线轴向运动到各自规定的最大距离。在一个开关型磁执行机构的线圈通电时，在开关型磁执行机构的磁衔铁与相邻的磁衔铁或止挡之间的规定距离消失，并且阀锥被吸动所述距离。在比例调节型磁执行机构的线圈通电时，与电流强度成比例地调节出比例调节型磁执行机构的磁衔铁和一个相邻磁衔铁或一个止挡之间的距离。所述距离或气隙的数量和尺寸是如此设计的，可在整个阀锥行程内调节出所有的阀锥位置。

对于尽量低的耗电有利的是设有恰好一个比例调节型磁执行机构。它依据其偏移而具有与开关型磁执行机构相比更高的持久耗电，从而最少数量的比例型磁执行机构是最佳的。

当设有至少两个开关型磁执行机构时，耗电可以进一步减小。即，单独磁体的行程表现得越短，耗电越小。为了切换一个开关型磁执行机构，在很短时间内需要由气隙(距离)和力预定的开关电流。它可以在切换过程后被减小至低许多的保持电流值。另外，比例型磁执行机构的耗电由此减小，因为其行程在所述布置情况下也减小。

尤其是开关型磁执行机构只耗用很少的电功率，从而其自发热相应小。因此特别有意义的是，紧邻阀锥安置的磁衔铁是一个开关型磁执行机构，并且沿轴线离阀锥最远地安置的磁衔铁是比例调节型磁执行机构，因为它引起附加自发热而应该尽量远离阀体就位，以便例如避免由过热引起的功能故障。

当至少一个开关型磁执行机构是单稳开关件时，调节阀的操作是特别可靠的。于是，为了切换而暂时需要预定的开关电流，接着还只需要低许多的保持电流。如果电流被减至零，则磁执行机构返回其初始状态。具有阀执行机构的调节阀可以如此设计，即该初始状态对应于调节阀的安全位置。

当所述至少一个开关型磁执行机构是双稳开关件时，耗电还可以进一步降低。于是不需要保持电流。但控制成本略高，因为两个状态是稳定的。即，为了磁执行机构返回其初始状态，又必须进行方向相反的开关电流脉冲。

磁衔铁的相互接合最好允许磁衔铁沿轴线分别朝向一个弹性件轴向运动，从而磁衔铁之间的距离在线圈未通电时是最大的。该阀因此是常闭的或处于安全位置。

这在两个相邻磁衔铁的相互接合分别具有带有上止挡和下止挡的限位杆和弹性件时很好地发挥作用，其中该限位杆沿该轴线布置。通过该限位杆来引导该衔铁，同时通过该止挡来防止它们分离太远。所述弹性件例如螺旋弹簧用于在无电流状态中将衔铁压迫分开，由此例如该阀可被关闭。

由此获得阀执行机构的泄压，即该阀锥具有一个孔，从而该磁衔铁的区域被工艺介质环绕冲洗。即，当阀的关闭状态改变时，阀执行机构不必克服工艺过程压力。

为了保证泄压彻底，在阀锥上或在阀锥和与之相接的磁衔铁之间的连接处设有杆密封，其内径与在其关闭区内的阀座直径完全一样大。只有这样，要由执行机构克服的力可被最小化，这又利于低耗电。

当提供如下的管时可以很好地实现根据本实用新型的阀执行机构，该管包围多个磁执行机构铁的磁衔铁并且在其可能的轴向运动时引导它。该管必须是气密密封的并且能忍受住所存在的工艺过程压力。

该管优选具有多个管段，其中，一组管段如此布置，即，它包围在磁执行机构的磁衔铁之间的气隙(距离)。该组管段由磁绝缘材料构成，而其余管段由用于磁通引导的导磁性材料构成。由此防止磁短路。

磁通导通部和磁绝缘部可以融合在一个形成上述导向管的物体中。为此，这些管段以材料接合方式相互连接。

尤其有利地，管段的材料接合连接可以借助熔焊或钎焊来建立。

还有利的是该磁执行机构的线圈被卷绕到所述管的外部上。由此可省掉作为卷绕体的附加构件。

此外，根据本实用新型的阀执行机构能以模块化形式由多个部段组成。为此，每个部段由一个衔铁、所属的管段和接合机构组成。

开关型执行机构和所属的管段可以通过这种方式被“堆叠”，从而阀执行机构可以按照截然不同的尺寸和功率级来配置，它们最佳地适用于截然不同类型的阀。

有利地沿该轴线离阀锥最远的磁执行机构的、属于最大开启阀位的止挡由一个被固定的极靴构成。由此，该管或壳体被向上封闭。

在本实用新型的一个改进方案中，衔铁之间的距离可以设计如下：

-属于比例调节型磁执行机构的最大距离为A；

-属于第一开关型磁执行机构的最大距离也为A；

-属于第二开关型磁执行机构的最大距离为2^1*A；

-属于或许现有的第三开关型磁执行机构的最大距离为2^2*A；

-属于每个或许存在的其它开关型磁执行机构的最大距离分别加倍。

通过这种方式，可以就像在二进制数字系统中那样利用最少数量的开关型磁执行机构获得所有距离。并且也适用于比例调节型衔铁的距离A被减至最小，由此又可以将耗电保持最小。

该任务还通过一种具有如更前面所述的阀执行机构的调节阀来完成。

其它细节和特征来自以下结合附图对优选实施例的说明。在此情况下，各自特征可以本身单独地或多个相互组合地实现。完成所述任务的可能性不局限于所述实施例。因此，例如范围说明总是包含所有未提到的中间值和所有可想到的一些区间。

附图说明

在附图中示意性示出了多个实施例。在这些图中的相同的附图标记在此表示相同的或功能相同的或就其功能而言彼此对应的零部件，具体示出了：

图1示出具有本实用新型的阀执行机构的调节阀处于关闭状态的剖视示意图；

图2示出具有阀执行机构的同一调节阀处于部分打开状态的剖视示意图，在这里该阀锥的行程位于1/3与2/3之间；

图3示出具有阀执行机构的同一调节阀处于打开很大状态的剖视示意图，在这里该阀锥的行程在2/3与100％之间；

图4示出具有阀执行机构的本实用新型的阀的外部视图；图5a示出导向管的外部视图；和

图5b示出导向管的外横截面视图。

附图标记列表

100,410 阀执行机构；

105,400 阀；

110,112 绕组；

115,117 衔铁；

120,122 气隙；

125 阀锥或闭锁件；

130 比例型执行机构的绕组；

135 比例型执行机构的衔铁；

140 比例型执行机构的气隙；

145,430,510 极靴；

150,152,155 弹簧；

160,162,165 限位杆；

170 阀座；

175,420 壳体管；

180,182,185 绝缘部；

190,192,195 磁通导通部；

199 抗粘片；

300 泄压孔；

310 阀的入口侧；

320 阀的出口侧；

330 杆密封；

500 (导向)管；

520,525,530 磁绝缘部；

540,545,550 导磁部

具体实施方式

在图1中能看到所提出的阀执行机构100，借助其可以显著减小电功率需求。这可以通过多个磁执行机构或行程磁体的前后串联以及泄压来获得。通过使用至少一个比例型磁执行机构，可以在每个位置上任意精细调节阀口。

在图1中，阀105是关闭的。执行机构100在此例子中由3个磁衔铁构成，一个是比例型磁执行机构，而两个是开关型磁执行机构。开关型磁执行机构基本上由绕组110、 112和衔铁115、117以及所属(工作)气隙120、122组成。第一开关型磁执行机构的衔铁 115直接连接至阀锥或闭锁件125。

比例调节型磁执行机构也具有绕组130、衔铁135和气隙140。在其上端，气隙140由极靴145界定。磁执行机构的比例开关性能基本上源自极靴145的形状。原则上，任意多的开关型磁执行机构可被前后串联。但最好只需要一个比例作用行程磁体。

基本构想是将最大流通所需的阀行程分配给多个行程磁体。单独磁体的行程越短，耗电越小，这尤其适用于比例调节型磁执行机构，但也适用于其余磁执行机构。单独行程相加成为闭锁件125的总行程。在例如24毫米的阀座直径情况下，人们一般需要6毫米阀行程以完全打开阀。即，在此例子中，每个单独行程磁铁可完成2毫米行程。这也对应于气隙120、122、140的最大长度。

在无电流状态中，弹簧150、152、155分别压迫闭锁件125，第一衔铁115、第二衔铁117、第三衔铁135和极靴145。因此在所述部件之间出现各自的工作气隙120、122、 140。

为了引导和限位目的，上述部件还通过限位杆160、162、165相互松弛连接。当限位杆的止挡未完全接合时，由弹簧150、152、155前后串联决定地，这些弹簧力全都一样大。即，弹簧力于是对应于闭锁件125以此压迫阀座170的力。限位杆160、162、 165用于使单独行程磁体的气隙不会超过各自允许的最大值。因此保证了可供使用的电线足以切换或调节磁体。

活动部分(衔铁115、117、135和闭锁件125)在导向管内被引导移动。它具有绝缘部180、182、185和磁通导通部190、192、195并且通过极靴145被向上封闭。整个布置结构优选通过壳体管175被对外封闭。

即，在例举所述的阀执行机构中，阀行程的前三分之一可以通过只操作上比例型磁执行机构被移动经过，做法是其绕组130被可控通电。比例型衔铁通过极靴形状145 和抗粘片199的厚度来设计，从而总是能来到并保持每个行程位置。在此，活动衔铁 135通过两个下限位杆160、162带动两个下衔铁115、117还有闭锁件125。如果该行程范围被耗尽，则衔铁135抵靠抗粘片199。

为了获得更大的行程，现在可以通过给开关型磁执行机构的绕组110、112通电来分别产生如2毫米的附加行程增量。为此，只在很短时间需要由气隙120或122和力预定的开关电流。它可以在开关过程之后被减小至明显更小的保持电流。伴随用于离散多步增大行程的电流曲线控制的开关行程磁体的使用对获得小的耗电是非常有帮助的。在通过两个开关行程磁体之一添加一个行程增量之后，可以用比例磁体更精细地调节总行程1/3至2/3的阀行程范围。于是，在到达下一个行程极限之后，第二开关磁体还可被接通以便进入总行程的2/3至3/3的调节范围。所述状态在图2和图3中被示出。

图2示出了第二开关型磁执行机构(带有线圈112和衔铁117)被接通，所属的气隙122因此被闭合，从而可以利用比例型磁执行机构130、135调节在总行程的1/3与2/3 之间的范围。

在图3中，第一开关型磁执行机构(带有线圈110和衔铁115)也被接通，从而所属的气隙120被闭合。于是可以用比例型磁执行机构(带有线圈130和衔铁135)来调节在总行程的2/3至100％之间的范围。

通过泄压孔300，阀105的入口侧310的工艺过程压力被导入管和执行机构内。通过该泄压措施，行程的控制和调节所需要的能量与入口侧和出口侧320之间的介质压力或压差无关。

磨损小的杆密封330防止在压力平衡室即阀执行机构100内部与出口侧320之间的泄漏。杆密封330的内径在关闭区内的阀座170直径应该一样大以获得彻底的泄压。

尤其是开关型执行机构只耗用很少的电功率，因此其自发热相应小。就是说有意义的是在阀体附近安置开关型执行机构。比例调节型执行机构应该因为附加的自发热而尽量远离阀体。在使用多个执行机构时得到长条形结构。管420优选用作壳体，就像在图4的外部视图中能看到的那样。本实用新型的阀执行机构410可以相对节省地方地被安放到阀400上。因为比例型执行机构应尽量远离阀体，故所属的极靴430可以用作管420的上封盖。管420作为磁通引导件且用于优化、尤其是屏蔽磁系统。

活动部分(衔铁和闭锁件)必须是磨损小的且被稳定引导。同时，卷绕体须可供磁执行机构的线圈卷绕所用。为了在气隙区域内不出现磁短路，壁部须在那里是磁绝缘的。因此有利的是，导向管、卷绕体、磁通导通部和磁绝缘部融合在一个物体中、即例如融合于管500中。这在图5a的外部视图以及图5b的A-A的横截面图中被示出。

该管由多个管段构成。它们交替由用于磁通引导的导磁性材料540、545、550和用于避免工作气隙区域内的短路的磁绝缘材料520、525、530构成。比例调节型执行机构的极靴510向上封闭所述管。

除了极靴外，该区域可以模块化地设计成部段，从而可在制造时容易用不同多的磁执行机构设定各种参数。所述区段可以就像在磁阀结构中常见的那样相互焊接。记住圆形密封环的粘接或螺纹连接也是可行的。但是，管500必须在组装状态中能受得住存在的工艺过程压差。只有这样才能获得进一步上述的压力平衡。

另外，安装好的管必须为了引导活动部分而具有均匀一致的且容差范围小的内径并且在内壁不具有太粗糙的表面。

管可以在如在图5a和图5b的缺口处所看到的那样相应设计外形时直接用作用于电绕组的卷绕体。它于是处于所述管外并因此被良好保护以免工艺介质影响。

词汇表

执行机构

执行机构件将电信号转换为机械运动或其它物理参数(如压力和温度)并因此主动介入工艺过程。执行机构因此通常是驱动部件。

衔铁,磁衔铁

衔铁或磁衔铁是磁执行机构的活动部分。通常，衔铁由软磁性材料构成。

磁执行机构

磁执行机构是指如下执行机构，其是磁驱动件或电磁驱动件。一般，磁执行机构由衔铁和线圈和或许导向件构成。在阀驱动装置情况下，衔铁一般应该执行有限的线性运动。

双位磁执行机构或离散型磁执行机构或开关型磁执行机构

这种磁执行机构有两个稳定状态，它在这两个稳定状态之间根据控制而变换。这例如能以单稳形式或双稳形式完成。中间状态无法被控制。在单稳开关型磁执行机构情况下，执行机构所能处于的两个位置中仅有一个位置在供电中断时是稳定的。如果该执行机构应该在供电中断开始时处于不稳状态，该执行机构在无外来作用下回到唯一的稳定状态。在双稳开关型磁执行机构情况下，执行机构所能处于的两个位置在供电中断时是稳定的。该执行机构在供电中断时保持在如下状态，其在供电中断开始时处于该状态。

线性磁执行机构或比例型磁执行机构

比例型磁执行机构是如此配置的衔铁，即，在线圈通电时，衔铁的位置与电流强度成比例地调节。这例如通过磁通引导部分的特殊形状(线圈的铁芯等)来获得。由此，除了最终位置外，也可以控制所有可能的中间状态。与开关型磁执行机构相比的缺点是耗电较大。

磁阀

磁阀是具有例如借助磁执行机构的电磁驱动装置的阀。磁阀可以与结构形式相关地很快速切换。

线圈

卷绕导线，其形成电感，从而在有电流流动时产生磁场，一般是磁执行机构的固定不动的部分。

调节阀,工艺过程阀

工艺过程阀，也称为调节阀或控制阀，用于节流或调节流体流。为此，在调节阀的阀座的流通孔内借助驱动装置使节流体/阀芯/阀锥运动。

阀执行机构,磁阀执行机构或电磁阀执行机构

阀执行机构是用于阀、确切说是阀芯的驱动单元。磁阀执行机构或电磁阀执行机构借助电磁体被驱动并在此可以包括多个衔铁。

阀芯

阀芯由阀杆和阀锥或节流体构成。

阀锥,节流体

阀锥或节流体在调节阀中用于调节流通孔。该部分一般设计成圆锥形或锥形。为了关闭，节流体一般被调节阀的驱动装置借助阀杆压入阀座，为了开启而从阀座中被抽出。借助驱动装置定位该阀锥能获得不同的流通横截面。

引用的文献

引用的专利文献

DT2540388A1和US4,546,955A

Claims (20)

1.一种阀执行机构(100；410)，所述阀执行机构(100；410)用于调节阀(105；400)，其特征在于，

所述阀执行机构具有多个磁执行机构，所述多个磁执行机构合作以便沿着轴线在所述调节阀中定位恰好一个阀锥(125)；

其中，所述磁执行机构中的至少一个磁执行机构是开关型磁执行机构；

其中，所述磁执行机构中的至少另一个磁执行机构是比例型调节磁执行机构；并且

其中，所述磁执行机构沿着所述轴线前后相继地布置以便定位所述阀锥。

2.根据权利要求1所述的阀执行机构(100；410)，其特征在于，

所述磁执行机构分别具有至少一个线圈(110,112,130)和至少一个磁衔铁；

所述磁衔铁相互接合；

所述磁衔铁中的一个所述磁衔铁与所述阀锥(125)相接合；

所述磁衔铁的相互接合允许所述磁衔铁沿着所述轴线轴向运动至各自所限定的最大距离；

当一个开关型磁执行机构的所述线圈(110,112)通电时，在所述开关型磁执行机构的所述磁衔铁与相邻的磁衔铁或止挡之间的限定距离消失，并且所述阀锥被吸动所述距离；

当所述比例型调节磁执行机构的所述线圈(130)通电时，在所述比例型调节磁执行机构的所述磁衔铁与相邻的磁衔铁或止挡之间的距离与电流强度成比例地调节；并且

所述距离(120,122,140)的数量和尺寸被设计成，使得所有的阀锥位置稳定地在整个阀锥行程范围内调节。

3.根据权利要求2所述的阀执行机构，其特征在于，设有恰好一个比例型调节磁执行机构。

4.根据权利要求1所述的阀执行机构，其特征在于，设有至少两个开关型磁执行机构。

5.根据权利要求1所述的阀执行机构，其特征在于，

紧邻所述阀锥设置的磁执行机构是开关型磁执行机构，并且

沿所述轴线离所述阀锥最远设置的磁执行机构是比例型调节磁执行机构。

6.根据权利要求1所述的阀执行机构，其特征在于，所述至少一个开关型磁执行机构是单稳开关件。

7.根据权利要求1所述的阀执行机构，其特征在于，所述至少一个开关型磁执行机构是双稳开关件。

8.根据权利要求2所述的阀执行机构，其特征在于，所述磁衔铁的相互接合允许所述磁衔铁沿着所述轴线分别朝向一个弹性件(150,152,155)轴向运动，从而所述磁衔铁之间的距离因此在所述线圈未通电时是最大的。

9.根据权利要求8所述的阀执行机构，其特征在于，

两个相邻的磁衔铁的相互接合分别具有弹性件(150,152,155)和包括上止挡和下止挡的限位杆(160,162,165)，其中所述限位杆沿所述轴线布置。

10.根据权利要求2所述的阀执行机构，其特征在于，所述阀锥具有孔(300)，从而使得所述磁衔铁的区域被工艺介质环绕冲洗以便泄压。

11.根据权利要求10所述的阀执行机构，其特征在于，

在所述阀锥上或在所述阀锥与接合于其上的磁衔铁之间设有杆密封(330)；

其中所述杆密封的内径完全与阀座(170)的在其关闭区域内的直径一样大，从而彻底泄压。

12.根据权利要求2所述的阀执行机构，其特征在于，设有管(500)，所述管包围多个磁执行机构的所述磁衔铁并且在其可能的轴向运动时引导所述磁衔铁。

13.根据权利要求12所述的阀执行机构，其特征在于，

所述管具有多个管段；

其中一组管段被布置成其包围所述磁执行机构的所述磁衔铁之间的空隙；

其中这组管段(180,182,185；520,525,530)由磁绝缘材料构成；并且

其中其余管段(190,192,195；540,545,550)由用于磁通引导的导磁性材料构成。

14.根据权利要求13所述的阀执行机构，其特征在于，所述管的所述管段以材料接合方式相互连接。

15.根据权利要求14所述的阀执行机构，其特征在于，所述管的管段的材料接合连接借助熔焊或钎焊来产生。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的阀执行机构，其特征在于，所述磁执行机构的所述线圈绕所述管被卷绕在外部。

17.根据权利要求13至15中任一项所述的阀执行机构，其特征在于，

所述阀执行机构以模块形式由多个部段组成，

其中每个部段由一个磁执行机构、所属的所述管段和接合部件构成。

18.根据权利要求1所述的阀执行机构，其特征在于，沿所述轴线离所述阀锥最远的所述磁执行机构的属于最大开启阀位的止挡由被固定的极靴(145；430；510)构成。

19.根据权利要求3所述的阀执行机构，其特征在于，

所述磁衔铁的相互接合容许所述磁衔铁沿所述轴线轴向运动至各自限定的最大距离；并且

所述磁衔铁之间的距离的尺寸限定如下：

-属于所述比例型调节磁执行机构的最大距离为A；

-属于第一开关型磁执行机构的最大距离也为A；

-属于每个其它磁执行机构的最大距离分别翻倍。

20.一种调节阀(105；400)，其特征在于，所述调节阀具有根据前述权利要求1至19中任一项所述的阀执行机构(100；410)。

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