JP4617260B2 - 流体を制御するための弁 - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、流体を制御するため、特にガスを制御するための弁に関する。

このような形式の弁は、実際に公知のものであり、かつたとえばガス制御弁として燃料電池またはガス機関に使用可能である。

公知の弁は、弁座ケーシングを備えており、弁座ケーシングは、マグネットアーマチュアのための特に電磁式の作動ユニットを収容していて、かつケーシングスリーブを備えており、ケーシングスリーブ内でマグネットアーマチュアは軸方向可動に案内されている。マグネットアーマチュアは、弁閉鎖部材として役立ち、かつ座板に形成された弁座と協働するので、座板の流出開口を通る流体流は制御可能である。

公知のガス弁の問題によれば、制御しようとする乾燥したガス状の媒体に基づいて、マグネットアーマチュアの極めて精確なガイドを必要とする高い摩耗要求が課せられる。このことは、ケーシングスリーブ内のマグネットアーマチュアの従来行われたガイドでは確実に保証することはできない。なぜならばケーシングスリーブは、製作時に適用される深絞りプロセスに起因する高い真円度変動および直径製作誤差にさらされる恐れがあるからである。非真円度および直径変動によって、マグネットアーマチュアの傾動が高まり、これによって弁の耐用寿命の減少する恐れがある。

発明の利点
これに対して、請求項１の上位概念に記載の構成において、マグネットアーマチュアがアーマチュアスリーブに沿って案内されており、アーマチュアスリーブがケーシングスリーブ内に配置された、流体を制御するため、特にガスを制御するための弁の有するところの利点によれば、アーマチュアスリーブは簡単かつ経済的な形式で、一定の内径を有して、ひいては良好な真円度特性を有して製作可能であり、このことは弁の耐久運転特性に関して有利に働く。したがってアーマチュアスリーブの使用によって、追加的なガイドスリーブが提供され、ガイドスリーブは、最適なガイド特性を保証し、ひいてはマグネットアーマチュアの僅かな傾動と、その結果としてのマグネットアーマチュアのガイド領域および弁座の領域における僅かな摩滅とを保証する。

さらにアーマチュアスリーブの一定の内径によって、マグネットアーマチュアは、アーマチュアスリーブに相当する外径を製作するために、簡単な大量生産法、たとえば連続式切削法に従って加工することができる。なぜならばマグネットアーマチュアに特に１つのガイド直径しか必要でない、という理由による。

アーマチュアスリーブは、公知の弁では、簡単な形式で組付可能であるので、アーマチュアスリーブは、既存の大量生産法でも大きなコストをかけずにケーシングスリーブに組付可能である。

本発明の弁は、特に水素および天然ガスのようなガスの質量流量調整に適していて、かつたとえば燃料電池およびガス機関に使用することができる。

本発明による弁の特別な実施形態によれば、アーマチュアスリーブはプレス嵌め結合部を介して座板と結合されている。特にこの場合実質的に従来使用された座板に相当し、かつアーマチュアスリーブに結合するのに僅かなコストで変更できる座板を使用することができる。

選択的に、またはアーマチュアスリーブを追加的に固定するために、アーマチュアスリーブは座板に溶接することができる。さらにまたアーマチュアスリーブは、接着結合または縁曲げを介して座板と結合することも考えられる。

本発明の構成を有する弁の選択的な実施例では、アーマチュアスリーブは、座板と一体的に製作されていて、かつ特に深絞り部分として形成されている。アーマチュアスリーブおよび場合によっては座板は、切削部分、ＭＩＭ（Metall Injection Molding）部分または押出成形部分などとして形成することもできる。

本発明による弁の緊密性検査は、既に直接的にアーマチュアスリーブと座板とマグネットアーマチュアとから成る機能群で行うことができる。前述の公知の弁では、緊密性検査は、マグネットアーマチュアと座板とから成る構成群がケーシングスリーブもしくは弁ケーシングに組み込まれた状態でしか行うことができない。

アーマチュアスリーブにおけるマグネットアーマチュアのガイドは、マグネットアーマチュアの少なくとも１つのガイドカラー、有利には２つのガイドカラーを介して行われる。磁束を最適化するために、マグネットアーマチュアは、マグネットアーマチュアの軸方向で別の領域にわたって延びていて、かつ実質的に全周でアーマチュアスリーブの内壁に接触するガイド領域を備えている。

磁束を更に最適化するために、マグネットアーマチュアは、拡径された領域でアーマチュアスリーブの外側に配置されるように形成することができる。この場合拡径された領域は、場合によってはリングギャップを介して、磁気的な作動ユニットによって包囲されたケーシングスリーブに隣接する。マグネットアーマチュアの拡径された領域がケーシングスリーブに沿って案内されるようにすることも考えられる。

本発明の対象による別の利点および有利な実施形態は、実施例の説明、図面ならびに請求の範囲から理解することができる。

実施例の説明
次に本発明の実施例を図示し、詳しく説明する。

図１には、ガス弁１０を示しており、ガス弁は、燃料電池またはガス機関に組み込むために設計されていて、かつ流入側１１から流出側１２に向かう水素流もしくはＮＧ（天然ガス）流を調整するのに役立つ。

ガス弁１０は、複数部分から成るケーシング１３を備えており、ケーシング１３はソレノイド１４を収容しており、ソレノイド１４内にケーシングスリーブ１５が配置されている。

ケーシングスリーブ１５内に、実質的に管状の栓１６が取り付けられており、栓１６内に、プレロードのかけられたばねとして作用するコイルばね１７が押し込まれており、コイルばね１７はマグネットアーマチュア１８に作用しており、マグネットアーマチュア１８は長手方向可動にケーシングスリーブ１５内に配置されている。

特に図２から判るように、マグネットアーマチュア１８は、アーマチュアスリーブ１９に沿って案内されており、アーマチュアスリーブ１９は、ポット状の構成部材２０に被せ嵌められており、ポット状の構成部材２０の底部領域は、座板２１を形成しており、座板２１に、マグネットアーマチュア１８の、弁閉鎖部材として役立つ端部領域２３のための弁座２２が形成されている。固定するために、アーマチュアスリーブ１９は、ケーシングスリーブ１５に押し込まれたポット状の構成部材２０に溶接されている。アーマチュアスリーブ１９、マグネットアーマチュア１８および座板２１は、機能群４０を成す。

アーマチュアスリーブ１９内で案内するために、マグネットアーマチュア１８は周において２つのガイドカラー２４，２５を備えており、ガイドカラー２４，２５は、アーマチュアスリーブ１９の内径に相当する外径を製作するために、連続式（中断部のない一貫した形式）−切削法に従って加工されている。

実質的に管状に形成されたマグネットアーマチュア１８は、内室２６を備えており、内室２６は、弁１０の流入側１１と接続されており、内室２６から半径方向の流出孔２７と軸方向の流出孔２８とが分岐している。半径方向の流出孔２７は、高圧室２９に通じており、高圧室２９は、一方ではマグネットアーマチュア１８によって、また他方ではアーマチュアスリーブ１９によって制限されている。軸方向の流出孔２８は、マグネットアーマチュア１８の端面に通じている。

さらにマグネットアーマチュア１８の、弁部材として形成された端部領域２３の端面に、エラストマから成るシールリング３０が配置されており、シールリング３０は、弁座２２と協働して、複数の流出開口もしくは流出ノズル３１を通る流体流が制御可能になっている。流出開口もしくは流出ノズル３１は、円周に沿って、ポット状の構成部材２０の座板２１に形成されていて、かつガス弁１０の流出側１２に通じている。

図３および図４には、マグネットアーマチュア１８´とアーマチュアスリーブ１９´とから成る機能群４０´の選択的な実施例を示しており、機能群４０´は、図１に示した形式のガス弁のケーシングスリーブ１５´に組み込むのに役立つ。

マグネットアーマチュア１８´の構造は、図２に詳しく示したマグネットアーマチュアの構造に相当する。しかしながらアーマチュアスリーブ１９´の構成によれば、アーマチュアスリーブ１９´は円筒形の壁領域４１と、座板として役立つ底部領域２１´とから成っており、壁領域４１に沿ってマグネットアーマチュア１８´はガイドカラー２４，２５を介して案内されており、底部領域２１´は、マグネットアーマチュア１８´の端面に配置されたシール３０が接触するための弁座２２として作用し、底部領域２１´に流出開口もしくは流出ノズル３１´が配置されており、流出開口もしくは流出ノズル３１´は、図示していないガス弁の流出側に通じている。

流出ノズル３１´は、打抜法またはレーザ穿孔法などに従って、座板２１´に形成されている。

座板２１´を備えたアーマチュアスリーブ１９´は、深絞り部分を有しており、この場合弁座２１´は、既に図３に示した機能群４０で緊密性に関して検査可能であり、またマグネットアーマチュア１８´および弁座２１´のためのガイドは、最適化された形状製作誤差および姿勢製作誤差で製作可能である。したがってシール３０と弁座２１´とは、互いに最適な姿勢を有しており、これによって弁座２１´の高い緊密性が保証されている。

ケーシングスリーブ１５´内で固定するために、アーマチュアスリーブ１９´は、追加的にケーシングスリーブ１８´に溶接されている。

図５には、図１に詳しく示した形式のガス弁のケーシングスリーブ１５´´に組み込むための機能群４０´´の第３の実施例を示した。機能群４０´´は、図３および図４に示した機能群４０´に実質的に相当するものであり、その違いによれば、機能群４０´´はマグネットアーマチュア１８´´を備えており、マグネットアーマチュア１８´´は、長いガイド面５１を介してアーマチュアスリーブ１９´´内で案内されており、アーマチュアスリーブ１９´´は、図３および図４に示した実施例と同様に深絞り部分を成しており、深絞り部分は、座板２１´´と一体的に製作されており、座板２１´´に弁座２２´´ならびに流出ノズル３１´´が形成されている。弁座２２´´は、マグネットアーマチュア１８´´の端面に配置されたシール３０と協働する。

マグネットアーマチュア１８´´は、拡径された領域５２を備えており、拡径された領域５２は、シール３０とは反対側に形成されていて、かつアーマチュアスリーブ１９´´の外側に配置されている。拡径された領域５２は、狭幅のリングギャップ５３を介してケーシングスリーブ１５´´に隣接しており、したがってケーシングスリーブ１５´´に案内されてない。

選択的に図５に示した形式のマグネットアーマチュアは、図２に示した実施例に応じてプレス嵌めを介して座板と結合されたアーマチュアスリーブ内で案内することができ、座板は流出ノズルを備えており、座板に弁座が形成されている。

ガス弁の第１実施例を示す縦断面図である。 図１において符号ＩＩで示した領域を示す拡大図である。 ガス弁の第２実施例における、マグネットアーマチュアとポット状のアーマチュアスリーブとから成る機能群を示す概略図である。 ケーシングスリーブ内に配置された、図３に示した機能群を示す概略図である。 拡径された領域をアーマチュアスリーブの外側に有するマグネットアーマチュアとアーマチュアスリーブとを備えた機能群を示す、図４に相当する図である。

符号の説明

１０ ガス弁、 １１ 流入側、 １２ 流出側、 １３ ケーシング、 １４ ソレノイド、 １５ ケーシングスリーブ、 １６ 栓、 １７ コイルばね、 １８ マグネットアーマチュア、 １９ アーマチュアスリーブ、 ２０ ポット状の構成部材、 ２１ 座板、 ２２ 弁座、 ２３ 端部領域、 ２４，２５ ガイドカラー、 ２７ 半径方向の流出孔、 ２８ 軸方向の流出孔、 ２９ 高圧室、 ３０ シールリング、 ３１ 流出開口もしくは流出ノズル、 ４０ 機能群、 ４１ 壁領域、 ５１ ガイド面、 ５２ 拡径された領域、 ５３ リングギャップ

Claims (5)

1. 流体を制御するための弁であって、
   ケーシングスリーブ（１５，１５´，１５´´）を備えた弁座ケーシング（１３）が設けられており、マグネットアーマチュア（１８，１８´，１８´´）のための電磁式作動ユニット（１４）が設けられており、該マグネットアーマチュア（１８，１８´，１８´´）が、軸方向可動に案内されていて、かつ座板（２１，２１´，２１´´）に形成された弁座（２２，２２´，２２´´）と協働するようになっており、座板（２１，２１´，２１´´）の流出開口（３１，３１´，３１´´）を通る流体流が制御可能になっており、マグネットアーマチュア（１８，１８´，１８´´）が、アーマチュアスリーブ（１９，１９´，１９´´）に沿って案内されており、該アーマチュアスリーブ（１９，１９´，１９´´）が、ケーシングスリーブ（１５，１５´，１５´´）内に配置されている形式のものにおいて、
   マグネットアーマチュア（１８，１８´，１８´´）に、リング状のシールリング（３０）が設けられており、該シールリング（３０）が、座板（２１，２１´，２１´´）の弁座（２２，２２´，２２´´）と協働するようになっており、座板（２１，２１´，２１´´）に、複数の流出開口（３１，３１´，３１´´）が円周に沿って設けられており、該流出開口（３１，３１´，３１´´）が、弁の閉鎖状態でシールリング（３０）によって閉鎖されるようになっており、アーマチュアスリーブ（１９´，１９´´）が、深絞りにより座板（２１，２１´´）と一体的に製作されていることを特徴とする、流体を制御するための弁。
2. マグネットアーマチュア（１８，１８´）が、少なくとも１つのガイドカラー（２４，２５）を介してアーマチュアスリーブ（１９，１９´）内で案内されている、請求項１記載の弁。
3. マグネットアーマチュア（１８，１８´´）が、２つのガイドカラー（２４，２５）を介してアーマチュアスリーブ（１９，１９´）内で案内されている、請求項２記載の弁。
4. マグネットアーマチュア（１８´´）の拡径された領域（５２）が、アーマチュアスリーブ（１９´´）の外側に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁。
5. シールリング（３０）が、エラストマから成っている、請求項１記載の弁。

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