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CN103375619B - 电磁阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有主级和先导级（32）的电磁阀，主级具有开关元件（12），开关元件在电磁阀（10）关闭状态中关闭从高压侧（p1）到低压侧（p0）的主流动路径，并且在电磁阀（10）打开状态中开启主流动路径。先导级（32）在其关闭状态中关闭从高压侧（p1）到低压侧（p0）的先导流动路径，并且在其打开状态中开启先导流动路径。先导流动路径引导穿过经由控制口（28）与高压侧（p1）保持持久流体连接的控制室（24）。在控制室（24）中存在的压力作用到开关元件（12）上。先导级（32）具有线圈（34）和通过线圈的磁场而运动的先导阀元件（36），线圈和先导阀元件设置在开关元件（12）上并且随开关元件一起运动。

Description

电磁阀
技术领域
本发明涉及一种电磁阀。
背景技术
具有主级和先导级的电磁阀是已知的，其中仅通过操纵先导级来引起所述主级的打开和关闭。先导级通常由伺服机构来支持，以至于仅需要施加较小的力或电流来开关阀。但是附加的先导级增加了阀的空间需求。
发明内容
本发明的目的在于，制成一种小型的且易开关的电磁阀。
根据本发明，所述目的在具有主级和先导级的电磁阀中实现，其中所述主级具有开关元件，所述开关元件在阀的关闭状态中关闭从高压侧到低压侧的主流动路径并且在阀的打开状态中开启所述主流动路径，并且所述先导级在其关闭状态中关闭从高压侧到低压侧的先导流动路径并且在其打开状态中开启所述先导流动路径。先导流动路径引导穿过经由控制口与高压侧保持持久的流体连接的控制室，其中在所述控制室中存在的压力作用到开关元件上。先导级具有线圈和通过所述线圈的磁场而运动的先导阀元件，所述线圈和所述先导阀元件设置在开关元件上并且与开关元件一起运动。
优选地，开关元件是膜元件，也就是说，在控制室中的压力作用到膜上。对此替选的是，开关元件也能够设计为刚性的活塞。
根据第一优选实施方式，开关元件包括弹性的膜和设置在所述膜中心上的刚性的封闭体。在依照本发明的设置中，先导级变得这样小，使得其完全能够例如设置在封闭体上或封闭体中。封闭体仅固定在膜上而不安放在壳体上。通过这种方式，膜的或封闭体的冲程基本上与先导级的冲程无关。阀的结构尺寸减小，因为先导级不从外部安放到阀上。由于利用了介质压力来支持主级的打开和关闭，能够降低先导级的功率消耗。
封闭体优选在阀壳体中可移动地引导，所述阀壳体能够是阀配件。
根据第二优选实施方式，开关元件是刚性的活塞，所述活塞在电磁阀的关闭状态中紧靠在阀座上。
电磁阀特别适合于水和其它腐蚀性较小的流体。在此，高压侧形成阀的用于流体的入口，而低压侧形成出口。
主流动路径优选不穿过控制室，而是仅沿着开关元件的第一侧引导。在开关元件的所述第一侧上，高压侧的压力作用到膜或活塞上，而控制室中的压力作用到开关元件的相反置的第二侧上。
控制室优选仅经由控制口与高压侧流体连接。
在关闭的阀中和在关闭的先导流动路径中优选的是，控制室填充有流体，并且在开启所述先导流动路径时，所述流体从控制室中流出。这能够意味着，先导级基本上完全由流体，特别是由水围绕，在这种情况下，要采取用于使能导电的部件电绝缘的相应措施。
在打开先导级时，有利地通过使流体从控制室中流出来降低控制室中的压力，并且因此也降低在膜的或活塞的第二侧上的压力，以至于从控制室中的预先确定的压力起，开关元件从其阀座抬起并且开启主流动路径。
在关闭先导流动路径时，例如通过关闭先导级的流出口，流体开始填充控制室，因为控制口保持打开。在达到预先确定的压力水平时，开关元件优选地在其关闭位置中被挤压到阀座上并且因此关闭主流动路径。
例如，能够通过在先导流动路径中从控制室到低压侧的流出口的最小横截面大于控制口的最小横截面的方式来调节流动状况。在此重要的是，每时间单位从高压侧流入控制室中的液体体积比从控制室流出到低压侧上的液体体积更小。另外，确定阀的打开时间和关闭时间的、精确的流动状况能够经由流出口和控制口的横截面来进行匹配。
流入和流出的绝对流体量对必要的尺寸和必要的冲程有影响，并且因此对先导级的功率消耗有影响。由于这个原因有利的是，尤其实现具有尽可能小的横截面的控制口。
在第一实施方式中，控制口优选由膜中的小的开口形成，但是也能够在另一构件中、例如在膜载体或封闭体中实现。然而，将控制口设置在膜中具有简单的且低成本的制造的优势。在第二实施方式中，控制口优选构成在活塞中。
优选地，在先导级的关闭状态中，先导阀元件紧靠在先导阀座上，并且在先导级的打开状态中，先导阀元件从先导阀座抬起。先导阀元件的运动、特别是从先导阀座的抬起有利地通过给先导级的线圈通电来实现。由于先导阀元件从先导阀座抬起，上文中所描述的流出口被开启。
最小的流出横截面能够通过由于先导阀元件从先导阀座抬起而形成的流出口来限定，和/或最小的流入横截面通过控制口来限定。
控制室例如构成在开关元件和将阀向外封闭的阀盖之间。控制室能够由膜的第二侧、封闭体和阀盖限界或者由活塞和阀盖来限界。
为了支持关闭运动，开关元件优选通过弹簧朝关闭方向预紧，其中所述弹簧朝主级的阀座方向加载所述开关元件。所述弹簧优选容纳在控制室中并且能够设置在开关元件和阀盖之间。
有利地，弹簧力小于通过流体压力朝打开方向作用到开关元件上的力，以至于从低于控制室中的预先确定的压力水平起，逆着弹簧力将开关元件从阀座抬起，并且开启主流动路径。
与此相反，在超过控制室中的预先确定的压力水平时，开关元件通过弹簧力的支持被挤压到阀座上并且因此关闭所述主流动路径。
根据本发明的电磁阀不仅能够构成为常开（“normally open”）阀，或也能够构成为常闭（“normally closed”）阀。
附图说明
在下文中，根据附图借助于两个实施例进一步描述本发明。在附图中示出：
图1示出根据第一实施方式的、根据本发明的电磁阀在关闭状态中的示意性剖视图；
图2示出图1中的电磁阀的控制口的示意性细节图；
图3示出图1中的电磁阀的先导机构的示意性细节图；以及
图4示出根据第二实施方式的、根据本发明的电磁阀的示意性细节图。
具体实施方式
图1示出具有主级和先导级的先导的电磁阀10。在阀壳体中容纳有开关元件12，所述开关元件具有弹性的膜13和固定在膜13的中心的且能随着所述膜一起运动的封闭体14。开关元件12能够将从电磁阀10的入口E到出口A的用于流体的主流动路径在关闭状态中关闭以及在打开状态中开启。
电磁阀10的入口E形成阀的高压侧并且在高压p1下引导流体。主要将水用作流体，但是电磁阀10例如也能够用于其它的腐蚀性较小的液体。
在图1示出的电磁阀10的关闭状态中，膜13紧靠在阀壳体中成形的、环形的阀座16上。封闭体14在这里构成为两件式的，并且具有底座部分15和与其连接的支架42。
封闭体14伸入出口通道并且随着滑座一起在出口通道中轴向地引导，所述出口通道的上游的顶侧端部形成阀座16。
在入口侧上，在阀壳体中构成朝入口E敞开的环形室18，所述环形室在一侧上通过开关元件12的第一侧20限界，以至于流体压力p1作用到膜13上。压力p1产生致力于将开关元件12从阀座16抬起的力。
开关元件12的相反置的侧22对控制室24限界。控制室24的其它的壁通过壳体侧的阀盖26形成，所述阀盖将电磁阀10向外封闭。
在控制室24中设置有螺旋弹簧30，所述螺旋弹簧在阀盖26和开关元件12之间在阀座16的高度上延伸，并且朝阀座16方向将开关元件12加载到关闭位置中。
控制室24除了在膜13中构成的控制口28之外相对于环境被封闭，所述控制口建立从环形室18到控制室24的连接（见图2）。通过控制口28，控制室24与高压侧持久地流体连接。
膜13在这里由适合的塑料制成，并且这样构成为弹性的，所述膜在主流动路径打开时变形，使得也将封闭体14从阀座16抬起。
控制口28构成为具有尽可能小的直径，并且能够直接在注塑膜13时成形。
为了防止由于在流体中一起引导的颗粒不期望地封闭控制口28，能够设置过滤机构或清洁机构，所述过滤机构或清洁机构防止控制口28堵塞。
在封闭体14上构成先导级32。包括线圈34、能穿过所述线圈34的磁场运动的先导阀元件36以及用于先导阀元件36的复位弹簧38在内的完整的先导级32直接固定在封闭体14的留空部40中（见图3）。被旋入的支架42作为封闭体14的一部分将先导级32的构件保持在其位置上。
引向线圈34的电线具有足够空隙地伸展穿过控制室24，以便允许封闭体14的运动。包括线圈34的全部电构件被包封，使得其相对于流体完全电绝缘。在所示出的实施方案中，线圈34部分地被液体绕流，因为所述线圈设置在填充有液体的留空部40中。
线圈34借助塑料被加壳，以至于线圈34的绕组电绝缘。电线同样能够嵌入到塑料中。
在一个变型中，膜13或者由弹性体构成的整个开关元件12与线圈34的外壳构成为一件式的。例如将注塑法用于制造。
在封闭体14中构成先导阀座44，在先导级32的关闭状态中先导阀元件36紧靠在所述先导阀座上，并且在所述先导级32的打开状态中所述先导阀元件36从所述先导阀座抬起。在第二种情况下，先导级32位于其打开位置中，并且开启先导流动路径。
在支架42中、在先导阀元件36中以及在封闭体14中构成一系列的彼此排成一行的通孔，并且形成从控制室24穿过线圈34的中央的开口到达出口A的连续的先导流动路径。所述先导流动路径的最小横截面限定先导阀座44处的流出口46。
当封闭体从电磁阀10的关闭位置到打开位置中运动时以及相反地运动时，整个先导级32随着形成先导级32的阀座44的封闭体14一起运动。
阀元件36和其驱动器整体上设计为这样小，使得它们能够完全地安放在封闭体14中，而不必与传统的电磁伺服阀的封闭体相比显著地提高其尺寸。对于先导级32而言不需要很长的冲程并且也不需要大的开关作用力，因为仅须开启流出口46和穿过封闭体14的流动路径。
封闭体14在打开主流动路径时所实现的冲程，与先导阀元件36为了打开先导级32而实现的冲程无关。
先导级32除了能够设置在封闭体14上以外，还能够直接设置在膜13上或者在控制室24中的其它适合的部位上。
在电磁阀10的所示出的关闭状态中，线圈34是无电流的，先导阀元件36紧靠在先导阀座44上，进而关闭流出口46，并且关闭主流动路径，因为膜13和封闭体14紧靠在阀座16上。经由环形室18和控制口28，流体从入口的高压侧流到控制室24中，并且完全地填满所述控制室，以至于在控制室24中存在高压侧的压力p1。由于弹簧30的弹簧力，开关元件12保持在关闭位置中。
为了将阀转换到打开位置中，先导级32的线圈34被通电，并且先导阀元件36（在图1和3中所示出的位置中）从先导阀座44向上抬起。
经由此时被开启的先导流动路径，流体从控制室24中穿过封闭体14经由流出口46朝向具有更低压力p0的低压侧流到出口A。
流出口46的最小横截面选择为明显大于控制口28的最小横截面。因此，总的来说，每单位时间从控制室24中流出的流体量明显大于每单位时间流入控制室24中的流体量。因此，控制室24在先导级32打开后流空。因此在控制室24内部的压力从高压侧的首先存在的压力p1向低压侧上的压力p0变小。
弹簧30的弹簧力选择成，使得所述弹簧力小于经由压力p1将高压侧上的介质施加到开关元件12上的力。因此，从低于控制室24中的预先确定的极限压力起，开关元件12压入控制室24中。在此，将膜13和控制体14从阀座16抬起，并且开启主流动路径，以至于流体能够从入口E流到出口A。
在打开位置中，封闭体14或者完全不再伸入出口A或者仅借助于其圆锥形的端部50伸入所述出口，以至于露出环形腔。
通过使先导阀元件36再次下落到先导阀座44上并且由此关闭流出口46的方式来关闭先导级32以用于关闭电磁阀10。因此，由于在环形室18和控制室24之间的压力差，所述控制室通过经由控制口28流入的流体填充。从超出预先确定的极限压力起，弹簧30的力，除了在控制室24中作用到开关元件12的第二侧22上的压力之外，是足够大的，以便再次将开关元件12挤压到阀座16上并且因此关闭主流动路径。
在图4中示出电磁阀的第二实施方式。不同于第一实施方式，在这里开关元件12由刚性的活塞构成。
如在第一实施方式中那样，在电磁阀10的关闭状态中开关元件12紧靠在阀座16上并且关闭主流动路径，而在打开状态中开关元件从阀座16抬起并且开启主流动路径。
阀盖26的内壁例如能够形成在打开和关闭电磁阀10时用于活塞运动的轴向引导部。
在该实施方式中，控制口28构成在活塞本身中。
在这里线圈34的外壳也能够与由适合的塑料构成的活塞一件式地注塑，其中电线也能够嵌入到所述构件中。

Claims (11)

1.电磁阀，所述电磁阀具有主级和先导级(32)，
其中所述主级具有开关元件(12)，所述开关元件在所述电磁阀(10)的关闭状态中关闭从高压侧(p1)到低压侧(p0)的主流动路径，并且在所述电磁阀(10)的打开状态中开启所述主流动路径，并且
所述先导级(32)在其关闭状态中关闭从所述高压侧(p1)到所述低压侧(p0)的先导流动路径，并且在其打开状态中开启所述先导流动路径，
其中，所述先导流动路径引导穿过经由控制口(28)与所述高压侧(p1)保持持久的流体连接的控制室(24)，并且在所述控制室(24)中存在的压力作用到所述开关元件(12)上，并且
所述先导级(32)具有线圈(34)和通过所述线圈的磁场而运动的先导阀元件(36)，所述线圈和所述先导阀元件设置在所述开关元件(12)上并且随着所述开关元件一起运动，
其中，所述开关元件(12)具有弹性的膜(13)和固定在所述膜(13)上的刚性的封闭体(14)，所述封闭体承载所述先导阀元件(36)并且所述先导流动路径伸展穿过所述封闭体，并且所述封闭体(14)伸入出口通道并随着滑座一起在所述出口通道中轴向地引导。
2.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，在电磁阀(10)关闭时和在先导流动路径关闭时，所述控制室(24)填充有流体，并且在开启所述先导流动路径时，所述流体从所述控制室(24)中流出。
3.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，在所述先导流动路径中，从所述控制室(24)到所述低压侧(p0)的流出口(46)的最小横截面比所述控制口(28)的最小横截面更大。
4.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，在所述先导级(32)的关闭状态中所述先导阀元件(36)紧靠在先导阀座(44)上，并且在所述先导级(32)的打开状态中所述先导阀元件(36)从所述先导阀座(44)抬起。
5.根据权利要求4所述的电磁阀，其特征在于，来自所述控制室(24)的最小流出横截面通过由于所述先导阀元件(36)从所述先导阀座(44)抬起而形成的流出口(46)来限定，和/或到所述控制室(24)中的最小流入横截面通过所述控制口(28)来限定。
6.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述控制室(24)构成在所述开关元件(12)和将所述阀(10)向外封闭的阀盖(26)之间。
7.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述开关元件(12)通过弹簧(30)朝关闭方向预紧。
8.根据权利要求7所述的电磁阀，其特征在于，所述弹簧容纳在所述控制室(24)中。
9.根据权利要求7和8之一所述的电磁阀，其特征在于，所述弹簧(30)的弹簧力小于通过流体压力朝打开方向作用到所述开关元件(12)上的力。
10.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，弹性的所述膜(13)在所述电磁阀(10)的关闭状态中紧靠在阀座(16)上，其中所述控制口(28)形成在所述膜(13)中。
11.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述开关元件(12)是刚性的活塞，所述活塞在所述电磁阀(10)的关闭状态中紧靠在阀座(16)上，其中所述控制口(28)存在于所述活塞中。
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