ES2651939T3

ES2651939T3 - Válvula de solenoide de impulsos

Info

Publication number: ES2651939T3
Application number: ES11172860.6T
Authority: ES
Inventors: Uwe Risto; Lena Zentner; René UHLIG; Dirk Zimmermann
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau; AZ Vermoegensverwaltung GmbH and Co KG
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau; AZ Vermoegensverwaltung GmbH and Co KG
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: EP2405166A2; DE102010027456A1; PL2405166T3; EP2405166B1; EP2405166A3

Abstract

Válvula de solenoide de impulsos para el empleo en sistemas de conducción, que comprende: - un sistema de cierre, que está formado por un cuerpo de base (1), en el que se encuentran un asiento de estanqueidad (2) con un orificio de paso axial (10) y un cuerpo de cierre magnetizable (3) con dimensiones exteriores mayores que el orificio de paso (10) del asiento de estanqueidad (2), en el que el cuerpo de cierre (3) está constituido, al menos en parte, de un imán permanente, en el que el cuerpo de base (1) presenta en su interior uno o más elementos de suspensión elástica (4), en los que está fijado y alojado móvil el cuerpo de cierre (3), en el que los elementos de suspensión (4) pasan, con una actuación determinada de la fuerza desde una primera forma mecánicamente estable hasta una segunda forma mecánicamente estable, - una unidad de accionamiento, que está formada por al menos una bobina (5, 8), que genera en el cuerpo de base (1) un campo magnético que actúa sobre el cuerpo de cierre (3), en el que la unidad de accionamiento y el sistema de cierre están constituidos modularmente y se pueden incorporar de manera separada una del otro en el sistema de conducción.

Description

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DESCRIPCION

Valvula de solenoide de impulsos

La invencion se refiere a una valvula de solenoide de impulsos, en la que para la reduction de la energla total necesaria se aprovecha un llamado efecto mecanico de perforation. Esta valvula encuentra aplicacion en la tecnica de tuberlas, con preferencia en el campo de medios en forma de gas.

Con el concepto "efecto mecanico de perforacion" se designa a continuation la transition repentina desde una primera position mecanicamente estable hasta una segunda position mecanicamente estable como consecuencia de la actuation de una carga exterior crltica. Con respecto al comportamiento de conmutacion de la valvula, este efecto provoca una apertura o bien un cierre repentinos de la valvula.

Los mecanismos de cierre para tuberlas se emplean, en general, para controlar la entrada y salida de medios y en este caso para controlar y regular la direction del flujo. Segun el objeto de aplicacion, los sistemas de cierre se distinguen en el tipo de su activation, en campos de aplicacion, en los que no es forzosamente necesaria una regulation permanente del medio de circulation para la capacidad funcional de una instalacion.

Para aplicaciones, en las que es necesaria una regulacion y un control constantes y automatizados de flujos de sustancias, se emplean en muchos casos valvulas activadas con actuador. En este caso, estan muy extendidos en este caso los sistemas de valvula magnetica, como se describen, por ejemplo, en los documentos AT 381 575 B, DE 38 14 765 C2 y otros. Estos utilizan energla electrica para la activacion. Para la transicion de la valvula magnetica desde un estado de conmutacion a otro estado de conmutacion es necesaria en primer lugar una corriente de atraccion que es, en general, mas alta que la corriente de retention. La corriente de retention provoca que la valvula permanezca despues de la conmutacion en el estado conmutado deseado. Segun la duration de la conexion resulta de esta manera un consumo de energla, que se anade, con respecto al empleo de millones de valvulas de solenoide de impulsos, a una necesidad considerable de la energla total.

Las valvulas magneticas de 2/2 pasos de action directa poseen dos conexiones (entrada y salida) y posibilitan dos estados de conmutacion diferentes (abierto, cerrado). En el interior de la valvula se encuentra un cuerpo de cierre, que se puede conmutar a traves de un iman de inducido de carrera electrico. En las valvulas magneticas de 2/2 pasos, existen en el estado sin corriente, segun la forma de realization, dos estados de funcionamiento posibles. Para aplicaciones, en las que la valvula es accionada, con respecto al tiempo, durante mas tiempo en el estado abierto que en el estado cerrado, se recomienda el empleo de valvulas de solenoide de impulsos abiertas sin corriente. Si, por razones de seguridad, es necesario bloquear una corriente volumetrica en el caso de fallo de la alimentacion de corriente, se utilizan valvulas cerradas sin corriente.

Se conoce a partir del documento DE 101 37 307 A1 una valvula de rotura de tubo para el bloqueo de una section de tubo. En este dispositivo, se mueve el cuerpo de cierre por medio de una bobina electromagnetica. Ademas, la valvula se puede cerrar automaticamente cuando la corriente volumetrica se eleva en el sistema de tuberlas por encima de un valor llmite establecido previamente. El cuerpo de cierre de esta valvula forma el inducido necesario para el electroiman. En el caso de la activacion electrica de la bobina se atrae el cuerpo de cierre con la fuerza del electroiman al asiento se la valvula y se mantiene alll.

En el documento DE 10 2007 032 550 A1 se describe un dispositivo de bloqueo de seguridad que posibilita, con un empleo mlnimo de componentes, un cierre automatico de la tuberla a partir de un valor llmite determinado de la corriente volumetrica a traves del dispositivo. Esta valvula permite tanto una posicion de montaje horizontal como tambien una posicion de montaje vertical en el sistema de tuberla.

En la publication DE 197 20 849 A 1 se describe una valvula de 3/2 pasos, que presenta un cuerpo de cierre, que esta conectado a traves de un soporte alargado y una instalacion de resorte con la carcasa de la valvula. Esta valvula permite conmutar entre dos posiciones de conmutacion.

El documento GB 2 387 968 A muestra una valvula magnetica con una camara, un inducido magnetico dispuesto dentro de la camara con un cuerpo de cierre, imanes permanentes con piezas polares para la generation de campos magneticos opuestos transversalmente a la direccion del movimiento del inducido as! como con una bobina. Los imanes permanentes y la bobina sirven para la realizacion de un comportamiento de conmutacion biestable. En el inducido se pueden disponer laminas de resorte, que pretensan el inducido en el estado no alimentado con corriente en una posicion central entre dos asientos de valvula opuestos dentro de la camara. En el estado alimentado con corriente, el elemento de cierre se mueve hacia uno de los dos asientos de valvula, de manera que las laminas de resorte se doblan en la direccion del asiento de valvula.

El documento DE 29 10 660 A1 describe una valvula magnetica con una cabeza magnetica, un cuerpo de valvula y una camara, que esta delimitada por dos nucleos magneticos. En la camara esta dispuesto un inducido magnetico con un bulon de estanqueidad movil contra la fuerza de un muelle en la direccion del nucleo magnetico.

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El documento US 3.426.800 A1 se ocupa de una valvula de fluido biestable con un elemento de valvula, que puede adoptar dos estados estables. El elemento de valvula comprende un elemento flexible, que presentan en uno de los dos estados una forma en S y en el otro de los dos estados una forma de S invertida. La transicion desde uno al otro de los dos estados se realiza por medio de una presion ejercida por medio de fluido. La valvula puede presentar electroimanes adicionales, para ejercer una fuerza sobre el elemento flexible en el estado alimentado con corriente, con lo que se modifica esta forma.

La invention tiene el problema de preparar una valvula de solenoide de impulsos de tipo nuevo, que con una estructura sencilla y economica puede mantener dos estados de conmutacion - "abierto" y "cerrado" - sin alimentation de energla adicional. De acuerdo con la invencion, la solution de este problema se consigue con las caracterlsticas de la primera revindication de la patente. Las configuraciones ventajosas se indican en las reivindicaciones dependientes.

Una valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con la invencion comprende un cuerpo de base, en el que se encuentran un asiento de estanqueidad y un cuerpo de cierre de material magnetico, en el que el cuerpo de cierre esta constituido, al menos parcialmente, por un iman permanente y con medidas exteriores mayores que las del asiento de estanqueidad. Ademas, esta prevista al menos una primera bobina, que genera en el cuerpo de base un campo magnetico. El cuerpo de base posee en su interior unos elementos de suspension elastica, en los que esta fijado y esta alojado movil el cuerpo de cierre. Los elementos de suspension pasan, con una actuation de fuerza determinada, desde una primera forma mecanicamente estable hasta una segunda forma mecanicamente estable.

El principio basico para la solucion de acuerdo con la invencion consiste en que las fuerzas de retention necesarias en la valvula de solenoide de impulsos propuesta son generadas a traves de la conformation de los elementos de suspension, en los que esta fijado el cuerpo de cierre. Solamente es necesaria una fuerza de empuje para mover la valvula desde un estado de conmutacion a otro estado de conmutacion. La valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con la invencion tiene, frente a las valvulas convencionales, por lo tanto, la ventaja de que solo se necesita energla para el momento de arranque. En virtud de la duration corta de la conexion (< 1 s) resulta incluso con conmutaciones frecuentes (100 veces al dla) una necesidad de energla, que es mas de 100 veces menor que la de una valvula magnetica convencional. El consumo mas reducido de corriente conduce, ademas, a un consumo reducido de calor del aparato y, por lo tanto, a costes consiguientes reducidos en el empleo tecnico para la atemperacion de instalaciones de conmutacion.

A traves de la forma de realization cerrada de la valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con la invencion es concebible una integration directa en la tuberla. Ademas, la omision de estructuras de la valvula posibilita una configuration mas sencilla y mas economizadora de especio de las instalaciones. Ademas, en el campo de instalaciones amenazadas de explosion se pueden evitar los intersticios de chispas a traves de la forma de construccion cerrada.

Desde el punto de vista de la polltica del medio ambiente, se puede fabricar y accionar la valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con la invencion conservando los recursos en virtud de su estructura sencilla. En el caso de la reutilizacion se asegura a traves de una fabrication, por ejemplo en el procedimiento de fundicion por inyeccion, una separation sencilla del material.

Con preferencia, los elementos de suspension (4) presentan una forma geometrica, con la que se puede realizar un comportamiento de conmutacion biestable. Otra forma de realizacion de la valvula de solenoide de impulsos utiliza elementos de suspension, que presentan una forma geometrica, con la que se puede realizar un comportamiento de conmutacion monoestable.

En una forma de realizacion preferida, una o bien varias bobinas forman una unidad de accionamiento, mientras que el cuerpo de base, el asiento de estanqueidad, el cuerpo de cierre con un iman permanente, los elementos de suspension elastica y otro estrechamiento dado el caso presente forman un sistema de cierre. En este caso, la unidad de accionamiento y el sistema de cierre estan constituidos de forma modular y se pueden montar de manera separada unos de otros en el sistema de conduction. La unidad de accionamiento se puede desacoplar en una forma de realizacion especial desde el sistema de cierre y se puede posicionar fuera del sistema de conduccion, por ejemplo como casquillo, que se acopla sobre el cuerpo de base. En este caso, la unidad de accionamiento se puede posicionar de tal manera que el campo magnetico generado por las bobinas puede ejercer fuerzas suficientemente grandes sobre el cuerpo de cierre, para moverlas a las posiciones de conmutacion respectivas.

Una description detallada y otras ventajas de la invencion se pueden deducir a partir de la siguiente parte de la description, en la que se explica en detalle la invencion con referencia a los dibujos adjuntos. En este caso:

La figura 1 muestra una forma de realizacion de principio de una valvula de solenoide de impulsos que no forma parte de la invencion, en el estado conmutado abierto en una vista en section en perspectiva y en una vista de la seccion longitudinal.

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La figura 2 muestra una forma de realizacion de la valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con la

invention en el estado abierto en una vista en section en perspectiva y en una vista de la section

longitudinal.

La figura 3 muestra una segunda forma de realizacion de principio de la valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con la invencion en el estado abierto en una vista en seccion en perspectiva y en una vista de la seccion longitudinal.

Una valvula de solenoide de impulsos esta constituida, como se muestra en la figura 1, por un cuerpo de base (1) con preferencia de forma cillndrica. En este esta insertado otro cilindro mas pequeno con un orificio de paso (10). Este se designa como asiento de estanqueidad (2). El cuerpo de base (1) y el asiento de estanqueidad (2) pueden estar configurados de una sola pieza. En el interior del cuerpo de base (1) se encuentra un cuerpo de cierre (3), que esta alojado movil sobre uno o con preferencia sobre varios elementos de suspension elastica (4), que estan fijados en la pared interior del cuerpo de base (1). El diametro exterior del cuerpo de cierre (3) es mayor que el diametro interior del asiento de estanqueidad (2), de manera que la seccion transversal ocupada por el cuerpo de cierre (3) es mayor que la seccion transversal del orificio de paso (10) dejado libre dentro del asiento de estanqueidad (2). El cuerpo de cierre (3) esta distanciado axialmente del asiento de estanqueidad (2) o bien del orificio de paso (10) que se encuentra alll. Los elementos de suspension (4) no se extienden sobre toda la periferia del cuerpo de cierre (3),

de manera que en la seccion transversal entre la pared interior del cuerpo de base (1) y el cuerpo de cierre (3)

permanece un canal de circulation (11).

En este ejemplo, alrededor del cuerpo de base (1) esta enrollada una primera bobina (5) en direction axial. Esta bobina (5) es alimentada con corriente de tal manera que aparece un campo magnetico, que mueve el cuerpo de cierre (3) axialmente en la direccion del asiento de estanqueidad (2). De acuerdo con ello. a traves del campo magnetico actua una fuerza sobre el cuerpo de cierre (3). Bajo la actuation de esta fuerza se deforman los elementos de suspension elastica (4), de manera que permanecen de forma estable hasta una fuerza determinada y permiten un movimiento continuado del cuerpo de cierre (3) en la direccion del asiento de estanqueidad (2). En el caso de una intensification adicional del campo magnetico, se eleva tambien la actuacion de la fuerza sobre el cuerpo de cierre (3).

Condicionada por la construction, la forma de los elementos de suspension (4), en los que esta fijado el cuerpo de cierre (3), a partir de una fuerza determinada se vuelve inestable, de manera que tiene lugar una transition repentina desde una primera forma mecanicamente estable hasta una segunda forma mecanicamente estable (efecto de penetration mecanica). De esta manera, el cuerpo de cierre (3) se mueve de forma repentina en la direccion del asiento de estanqueidad (2) hasta que descansa sobre este y de esta manera se cierra la valvula. Si se desconecta a continuation la alimentation de energla, la valvula permanece cerrada en virtud de la segunda forma mecanicamente estable de los elementos de suspension elastica (4).

Para abrir ahora de nuevo la valvula, se alimenta corriente a la primera bobina (5) en direccion inversa, con lo que se desprende el cuerpo de cierre (3) desde el asiento de estanqueidad. El proceso de apertura se realiza en principio de la misma manera que el proceso de cierre. La intensidad del campo magnetico se incrementa hasta que los elementos de suspension elastica (4) se vuelven mecanicamente inestables y el cuerpo de cierre (3) salta, en virtud del efecto de penetracion mecanica de retorno a la position de partida, en la que la valvula esta abierta de forma duradera.

Los elementos de suspension elastica (4) presentan de acuerdo con la invencion una forma tal que se pueden transferir bajo la actuacion de una fuerza determinada a una segunda forma mecanicamente estable para la apertura y cierre opcionales de la valvula (efecto de penetracion mecanica). Esto se puede realizar, por ejemplo, con dos segmentos de arco sucesivos opuestos. Con preferencia, el cuerpo de cierre (3) esta instalado en varios elementos de suspension (4) distribuidos en la periferia, que estan desplazados, por ejemplo, respectivamente, alrededor de 120°.

La figura 2 muestra una primera forma de realizacion de la valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con la invencion en el estado abierto. Esta primera forma de realizacion se caracteriza por que en lugar de la primera bobina (5), instalada en el exterior en el cuerpo de base (1), una segunda bobina (8) esta integrada directamente en el asiento de estanqueidad (2) y por que el cuerpo de cierre (3) esta constituido, en parte, por un iman permanente (6). A traves del iman permanente (6) se intensifica la action del campo magnetico de la bobina, con lo que se requiere un gasto de energla mas reducido en comparacion con el primer ejemplo de realizacion. El cierre o apertura de la valvula de solenoide de impulsos se realiza de la misma manera que ya se ha descrito para el primer ejemplo de realizacion. El cuerpo de cierre (3) equipado con el iman permanente puede colaborar, en formas de realizacion modificadas, tambien con la primera bobina (5) instalada en el exterior en el cuerpo de base. De la misma manera son posibles formas de realizacion, que utilizan tanto la primera bobina (5) como tambien la segunda bobina (8) o en las que la segunda bobina (8) integrada colabora con un cuerpo de cierre (3) sin apoyo de iman permanente.

La figura 3 muestra una segunda forma de realizacion de la valvula de solenoide de impulsos en el estado abierto. En este caso se incorpora otro estrechamiento (7) en el cuerpo de base (1), de tal manera que el cuerpo de cierre (3) esta posicionado axialmente entre el otro estrechamiento (7) y el asiento de estanqueidad (2). En el asiento de

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estanqueidad (2) esta incorporada de nuevo la segunda bobina (8) y en el estrechamiento (7) esta incorporada una tercera bobina (9). El cuerpo de cierre (3) esta constituido tambien aqul, en parte, de un iman permanente (6).

La tercera bobina (9) es alimentada con corriente ahora de tal forma que aparece un campo magnetico, que presiona el cuerpo de cierre (3) en la direccion del asiento de estanqueidad (2). La segunda bobina (8) en el asiento de estanqueidad (2) es alimentada de nuevo con corriente, de tal manera que el cuerpo de cierre (3) es atraldo. Esto significa que las dos bobinas son alimentadas con corriente en la misma direccion, de manera que a traves de la actuacion del iman permanente (6) aparecen dos efectos, que se suman en la direccion axial de la fuerza. Por una parte, la repulsion de los campos magneticos de la tercera bobina (9) y del iman permanente (6) con la misma polaridad y la atraccion de los campos magneticos de la segunda bobina (8) y del iman permanente (6) con polaridad opuesta. Con esta forma de realizacion de la valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con la invencion se puede elevar de nuevo la actuacion de la fuerza sobre el cuerpo de cierre (3). El cierre y la apertura se realizan de acuerdo con el principio ya descrito. Tambien aqul son posibles combinaciones con las caracterlsticas de la forma de realizacion descrita anteriormente. Con preferencia, los elementos de suspension (4) estan configurados de tal forma que el cuerpo de cierre (3) puede adoptar tres posiciones estables, distanciadas axialmente unas de las otras, para apoyarse o bien en el asiento de estanqueidad (2) o en el estrechamiento (7) o para estar posicionados entre estas dos y de esta manera liberar el canal de circulacion (11)..

Lista de signos de referencia

1 -: Cuerpo de base

2 -: Asiento de estanqueidad

3 -: Cuerpo de cierre

4 -: Elementos de suspension elastica

5 -: Primera bobina

6 -: Iman permanente

7 -: Estrechamiento

8 -: Segunda bobina

9 -: Tercera bobina

10 -: Orificio de paso

11 -: Canal de circulacion

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REIVINDICACIONES

1. Valvula de solenoide de impulsos para el empleo en sistemas de conduccion, que comprende:

- un sistema de cierre, que esta formado por un cuerpo de base (1), en el que se encuentran un asiento de estanqueidad (2) con un orificio de paso axial (10) y un cuerpo de cierre magnetizable (3) con dimensiones exteriores mayores que el orificio de paso (10) del asiento de estanqueidad (2), en el que el cuerpo de cierre (3) esta constituido, al menos en parte, de un iman permanente, en el que el cuerpo de base (1) presenta en su interior uno o mas elementos de suspension elastica (4), en los que esta fijado y alojado movil el cuerpo de cierre (3), en el que los elementos de suspension (4) pasan, con una actuacion determinada de la fuerza desde una primera forma mecanicamente estable hasta una segunda forma mecanicamente estable,

- una unidad de accionamiento, que esta formada por al menos una bobina (5, 8), que genera en el cuerpo de base (1) un campo magnetico que actua sobre el cuerpo de cierre (3),

en el que la unidad de accionamiento y el sistema de cierre estan constituidos modularmente y se pueden incorporar de manera separada una del otro en el sistema de conduccion.
2. Valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que los elementos de suspension (4) presentan una forma geometrica, con la que se puede realizar un comportamiento de conmutacion biestable.
3. Valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que el cuerpo de cierre (3) esta distanciado en un estado abierto de la valvula magnetica axialmente desde el asiento de estanqueidad (2), de manera que esta configurado un canal de circulacion (11), que desemboca en el orificio de paso (10) del asiento de estanqueidad (2), en la que los elementos de suspension (4) estan en la primera forma mecanicamente estable, y por que el cuerpo de cierre (3) se apoya en un estado cerrado de la valvula magnetica en el asiento de estanqueidad (3), de manera que el orificio de paso (10) esta cerrado, en la que los elementos de suspension (4) estan en la segunda forma mecanicamente estable.
4. Valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que la bobina (5, 8) esta integrada en el asiento de estanqueidad (2) o esta instalada en el lado exterior del cuerpo de base (1).
5. Valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que otra bobina (9) as! como otro estrechamiento (7) esta previsto en el interior del cuerpo de base (1) axialmente a distancia del asiento de estanqueidad (2), y por que el cuerpo de cierre (3) esta posicionado entre el asiento de estanqueidad (2) y el estrechamiento (7).
6. Valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizada por que los elementos de suspension (4) estan configurados de tal forma que el cuerpo de cierre (3) puede adoptar tres posiciones estables, distanciadas axialmente unas de las otras.
7. Valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que la unidad de accionamiento esta desacoplada del sistema de cierre y esta posicionada fuera del sistema de conduccion.
8. Valvula de solenoide de impulsos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que esta configurada en cuanto a la construccion de tal forma que se puede emplean en diferentes posiciones de montaje en el sistema de conduccion.