CN104903636A - 阀门装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有阀杆(18)阀门装置，该阀杆有控制地打开或在阀座(22)上的接合位置时促使关闭流体流动通道(16)，作为对借助压力流体加压的反应，所述阀杆可以从初始位置被置于接合位置，其中，通过电磁驱动的泵装置(24)，将压力流体以这样的方式输送到一个为阀杆配设的压力腔(44)内，亦即使所述为了驱动阀杆的加压，通过具有输送活塞(26)，尤其具有往复式活塞的泵装置的多个泵行程实现。

Description

阀门装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种按独立权利要术前序部分所述的阀门装置。这种例如设计为所谓的截止阀的装置，作为液压或气动阀是众所周知的，以及在许多应用情况下使用。一种典型的应用情况是在汽车内(通过阀有控制地)关闭或打开冷却循环。

背景技术

这种应用的特点在于，必须关闭流体流动通道比较大的宽度，这相应地需要大的调整力(通过大的压力作用面)。而尤其在论及的汽车领域(Kontext)中常见的是，为了阀操纵，并因而为了造成阀杆的关闭或打开运动来使用电磁促动器，尽管如此，所提及的大的压力作用面仍需要相应地大尺寸的(并因而较重的)电磁装置。除了制造工艺复杂外，这种装置在有些情况下装配时耗用高的电能以及有(不利的)大的重量。

基于此原因，作为由现有技术已知的前提是，针对这种或类似的应用情况使用所谓预控制的阀，尤其在阀门装置的快速开关方面或其他动力特性不能满足要求时。这种借助所谓控制压力或控制力的预控制，附加支持阀杆的关闭运动，从而可以减小促动器实际尺寸。但是在规定的装配或应用环境(Kontext)中往往并不提供使用于这种预控制的控制压力。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是，使按本发明的阀门装置，尤其设计为大额定宽度的截止阀，能有更大的灵活性，其中尤其为了调整力所需要的促动器，在其尺寸确定和能耗方面最佳化，由此创造一种阀门装置，它能灵活地使用和装配，并保证高的工作可靠性，尽管如此，仍能实现简单的结构。

上述技术问题过具有独立权利要求特征的阀门装置得以解决；在从属权利要求中说明本发明有利的扩展设计。此外在本发明的范围内独立的保护，是对这种在汽车内用于有控制地关闭或打开冷却循环的阀门装置的应用提出的权利要求。

按本发明有利的方式，以预控制的方式，通过电磁驱动的泵装置将压力流体输送到一个为阀杆配设的压力腔内，并在那里通过泵装置的输送活塞多个泵行程压缩，直到在压力腔中压力流体有足够的压力为止，目的是将阀杆从初始位置置于在阀座上的接合位置，因此导致处于例如关闭状态。

由此有可能以结构和制造工艺简单的方式，使用以电磁促动器原理实现的、结构紧凑和节省能量的泵装置，以便能通过给压力流体加压来控制阀杆，而且优选的是，按本发明的阀门装置设计为液压阀(此时压力流体是一种适用的液压流体)，但作为替代方式例如也可以实现气动式阀和阀控制原理。

在实现本发明时特别优选的是，按本发明电磁驱动的泵装置设有往复式活塞作为输送活塞，所以此时作为泵活塞摆动或滑移运动的泵行程，导致压缩在压力腔内的压力流体。按确定的实际尺寸，在这方面按扩展设计仍优选的是，为了触发阀杆的开关过程(例如关闭过程)(亦即从初始位置运动到在阀座上的接合位置)，多个泵行程可调整为约5个至约60个；这按这里典型地采用的前后关系(Kontext)实现，亦即对按本发明的阀门装置时间或动力的要求是，能为往复式活塞提供使用相应的摆动时间。

仍按扩展设计，以及按众所周知和尤其经过大批生产工艺考验的方式，泵装置的电磁驱动器与起运动衔铁作用的往复式活塞协同动作，往复式活塞与固定线圈单元(以及附加一个相应地安装在磁回路内的固定的磁轭铁心组件)电磁配合工作，于是，按已知的方式，作为对线圈单元通电的反应，将往复式活塞置于期望的摆动运动之中。

在本发明优选的扩展设计的范围内，为了这种摆动，亦即相应地沿往复式活塞的运动纵轴线在两个行程终端位置之间连续的周期性运动，有利和优选的是，采用两个信号电平，在它们之间通电作为线圈单元的控制信号运动，在这里，按扩展设计，这两个信号电平不同于零。这导致，在受控制运行期间，往复式活塞占有在往复式活塞泵至少一个物理止挡外部规定的行程终端位置，从而再按扩展设计并会在下面阐述，例如针对电流中断之类可以采用有目的的运行状态。

按另一种扩展设计，亦即在本发明的范围内规定，不仅克服一个适用于作用在往复式活塞上的弹簧装置的复位力推动往复式活塞，而且这种弹簧装置在不通电状态的情况下(并因而也针对电流中断之类的情况)也能保证通过机械式弹簧作用，将往复式活塞运动到往复式活塞的机械止挡位置。然而因为通过在第一种与第二种总是不同于零的信号电平之间正常运行，往复式活塞在这种通电运行时不到达这些终端位置，所以可以为这种(不通电的)止挡状态以按扩展设计规定的方式配设一个用于控制(阀杆的)压力腔排气的装置，以及在止挡位置通过往复式活塞操纵。按安全运行状态(“fail safe”)的方式，在电流中断时这导致，与阀杆当前的压力和/或关闭状态无关，始终保证在电流故障的情况下(或也在断路的状态)阀处于初始位置(在这种情况下，除此之外有利并按扩展设计，阀杆还与一个朝初始位置方向作用相应复位力的复位弹簧配合工作)。

尤其本发明按扩展设计优选的应用，在冷却循环之类中液压适用的流体循环，可以实现本发明另一种有利的设计，亦即按本发明的压力流体直接从流体流动通道(并因而从通过按本发明的阀开关的流体)获得。具体而言，按扩展设计规定，为按本发明电磁驱动的泵装置配设压力流体的支流，它朝流体流动通道方向开口，从而为了多个泵行程总是置入压力腔并在那里受压缩的压力流体，从在流体流动通道内流动的流体获得。

本发明另一种尤其在实际工作中可利用的有利的实施形式规定，为配属于阀杆的压力腔配设一个过压阀，它作为对超过通过阀预定的压力阈值的反应打开，并将压力流体排回流体流动通道内，直至重新达到压力阈值。采取这种措施简化按本发明泵装置的控制，由此还能在阀杆的活化或关闭状态，实现往复式活塞的连续运动(必要时以降低的摆动频率)，此时限压阀防止过压或要不然可能的损坏；因为在实际工作时反正会出现例如由于不密封之类引起的泄漏效应，因而必须以非常复杂的方式，例如作为对具体压力测量的反应，即使在接合状态也进行单独泵活化。

此外，在本文(Kontext)中(作为示例)论及在接合位置的关闭状态，对于本专业技术人员而言明显的是，本发明例如作为无电流关闭的阀原理，包括一个在接合位置有目的控制的打开状态，从而根据阀座或接合位置的配置，可以使用多种适用的关闭或打开原理。

其结果是，本发明因而有可能以令人惊讶的简单而灵巧的方式，实现(尤其也基于大批量适用的生产工艺、高运行可靠性和尺寸紧凑的观点)特性有利的电磁促动器，并因而能使所设计的泵装置与(例如液压或气动式运行的)阀门装置相结合，阀门装置的作为要不然尺寸非常大的驱动器替代方式的阀杆，将压力流体用输送活塞的多个泵行程输送到压力腔内。

附图说明

由下面对优选实施例的说明以及借助附图提供本发明的其他优点、特征及详情。其中：

图1表示通过按本发明一种优选的实施形式的阀门装置剖开示出的示意剖视图，其中电磁驱动的往复式活塞泵从阀门流体流动通道引出的流体，用作使阀杆运动的压力流体；

图2表示类似于图1的视图，但与图1中阀杆的初始位置相比阀杆已置于接合位置；以及

图3表示类似于图1、图2的视图，包括未通电状态的线圈单元和往复式活塞操纵压力腔附属的排气装置的终端止挡。

具体实施方式

图1用示意的侧向剖视图表示阀门装置的一种优选的实施形式。在阀外壳10内，在向下定向的进口12与水平的出口14之间，延伸流体流动通道16，用于汽车内要借助此阀门开关的冷却循环的冷却剂。为此目的，以下面还要详细说明的方式，将阀杆18以坐落端加宽的密封体20，置于在流体流动通道16弯折区内构成的阀座22上(接合位置)，并因而导致中断在流体流动通道内的流体流动。

具体而言，在坐落在外壳10内的往复式活塞泵24的作用下，(在图中向下定向的)阀杆的运动从图1所示的初始位置，进行到在阀座上的接合位置，往复式活塞泵24的克服复位压力弹簧28的弹簧力预紧的往复式活塞26，以衔铁的方式相对于有固定铁心区的定子段30实施滑移的纵向运动。

具体而言，按已知的方式，作为对固定式线圈单元32通电的反应，实施往复式活塞26的滑移运动，其中，在这里表示的本实施例中，为了造成往复式活塞26摆动的滑移运动，借助交变信号进行线圈单元32的控制，它(优选周期性地)在一个低信号电平与一个高信号电平之间变更。例如在图1中表示的往复式活塞位置说明具有第一种信号电平的通电状态，与之相比，图2所示的活塞状态说明具有第二种(同样不同于零的)信号电平的通电状态，与图1相比，此时压力弹簧28比较松弛(但并没有完全卸荷)。

现在，所述往复式活塞26的摆动运行，以液压驱动器的方式导致阀杆18下降，由此通过吸入通道34和串联的过滤器36，从流体流动通道16的进口区12获得的冷却剂，作为液压流体经过第一截止阀36(作为所述压力流体的进口阀)及连接通道38，被置入泵装置24的压缩腔40内。往复式活塞26现在实施的泵行程(在图1的图平面内朝左向)，将如此吸入的流体量(仍经由通道38)，通过第二截止阀42，压入用于阀杆18的压力腔44中(在此行程运动时阀36关闭，而阀42此时起压力流体出口阀的作用，允许压力流体进入压力腔44内)。

摆动的往复式活塞接着的泵行程，将其他压力流体置入(横截面相对于管路38加宽的)压力腔44内，并提高在那里作用在阀杆18上的压力。

本实施例一种典型的设计或尺寸规定，需要约20个这样的泵行程，为的是，也能克服将阀杆18预紧在图1所示初始位置的复位螺旋弹簧46的复位力，将阀杆置于向下的方向，并由此能开关阀门。

图2表示这种开关状态：阀杆18将其在端侧的关闭或密封体20停靠在阀座22上，并由此在进口12与出口14之间截断流体流动通道16。

因为例如由于不密封性或其地泄漏效应在压力腔44内的流体压力连续下降(以及在图2所示的关闭状态下压缩的复位弹簧46施加一个反作用的压力)，所以为了保持此关闭状态需要连续地，然而用往复式活塞26低的摆动或泵频率，将其他压力流体以前面已说明的方式置入压力腔44内。由此在那里不形成有害的过压，而(至少在图2所示的关闭状态下露出的)过压阀48保证，当达到或超过通过过压阀48预定的压力阈值时，在压力腔44内的流体压力经由管路34向流体流动通道16减压。这有利地有下述作用：即使没有具体检测或测量压力腔44内的压力，泵装置24也能(连续地，在有利地降低了压力频率的情况下)继续运行，并能借助过压阀48在压力腔44内获得一个将阀杆保持在接合位置(图2的关闭状态)的压力杠杆(Druckhebelung)。

然而，此后若一旦(参见图3)结束线圈单元32的通电，则同样终止阀杆18的加压，为此目的此时有利地排气阀50起作用。它经由排气通道52建立与流体流动通道16的管路连接，并通过排气杆54开关，排气杆54在图3所示的左止挡位置(此时线圈单元32不通电)通过往复式活塞26操纵。相应地，在压力腔44内的压力通过所述的打开过程(“排气”)快速下降到在流动通道16内适用的压力，从而通过复位弹簧46的作用，使阀杆8回到图1或图3中的初始位置。在这里，通过在高与低信号电平之间的一个交变信号，表明控制往复式活塞泵有利的效果，但信号电平始终不同于零：由此在通电运行时达到往复式活塞26不操纵排气阀50(即使在往复式活塞在图2中表示的通电状态下仍不实施打开排气阀50，打开排气阀50要在完全撤消线圈电流时才实现，参见图3，为此往复式活塞弹簧28将往复式活塞26压靠在阀杆54上并因而打开阀50)。

在确定这些构件的尺寸时，弹簧28相应地设计为力量大于排气阀50(起反作用的)阀门弹簧56。

图1至3表示的本实施例公开了本发明的一种优选和有利的应用，对于大批量生产有利地采用塑料外壳10，以及设计用于汽车的冷却循环，尽管如此，本发明并不限于这种设计。

确切地说，本发明适用于其他任何应用领域，尤其还鉴于要调整或要关闭的压力或管路横截面、无电流打开或无电流关闭的构型或完全不同的阀原理。

相应地，处于本专业技术人员的能力范围内的是，配置这种装置并给予参数化，其中除几何尺寸外还应适当调整工作参数，例如与压缩腔40相比压力腔44适用的容积、起液压作用(作为替代方式也可以是气动设计)的比例有效的管路横截面、或往复式活塞26的运动状况。例如在本实施例中往复式活塞26典型的摆动频率处在约0.5Hz与5Hz之间的范围内，此时为达到阀杆18运动典型地约20-50个摆动行程，但本发明不受这些参数限制。

当本实施例以有效的方式将流动通道16中的有效流体，亦即例如要开关的冷却剂，同样作为液压流体利用于导致按本发明的调整状况时，也同样有可能并包括在本发明中的是，为液压回路运动并压缩例如来自应恰当设置的储罐的单独的液压流体。为此目的，此时上述管路或流体流动通道16的开口，亦即带过滤器36的吸入通道34，还有排气通道52和为泵装置24(或为往复式活塞26的运动腔)配设的泄漏通道33，分别与一个独立于它们并与流体流动通道16隔离的液压流体容器连接。

Claims (10)

1.一种具有阀杆(18)阀门装置，该阀杆有控制地打开或在阀座(22)上的接合位置时促使关闭流体流动通道(16)，作为对借助压力流体加压的反应，所述阀杆可以从初始位置被置于接合位置，其特征为：通过电磁驱动的泵装置(24)，将压力流体以这样的方式输送到一个为阀杆配设的压力腔(44)内，亦即使所述为了驱动阀杆的加压，通过具有输送活塞(26)，尤其具有往复式活塞的泵装置的多个泵行程实现。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征为，所述泵装置具有实施滑移式摆动运动的往复式活塞(26)，该往复式活塞作为衔铁由固定设置的并能用电流控制的线圈单元(32)驱动。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征为，为了确定泵行程，电流有优选地分别与不通电状态不同的第一种和第二种信号电平，以及在第一种与第二种信号电平之间信号变换的频率，决定往复式活塞的活塞运动摆动频率。

4.按照权利要求2或3所述的装置，其特征为，所述阀杆(18)克服复位弹簧装置(48)的复位力朝初始位置的方向预紧，以及，为压力腔配设和安置排气装置(50)，在线圈单元不通电状态，使压力腔内的压力流体尤其向流动通道减压。

5.按照权利要求1至4之一所述的装置，其特征为，在不通电状态作为对往复式活塞伺服位置的反应操纵所述排气装置(50)，尤其直接或通过机械连接件(54)与往复式活塞配合工作。

6.按照权利要求1至5之一所述的装置，其特征为，为泵装置配设一个压力流体的支流(34)，该支流优选地可朝流体流动通道(16)方向开口。

7.按照权利要求1至5之一所述的装置，其特征为，所述压力流体的流体循环与流体流动通道(16)隔离。

8.按照权利要求1至7之一所述的装置，其特征为，为压力腔配设一个有预定打开阈值的过压阀(48)，使得在所述接合位置也能实施泵行程。

9.按照权利要求1至8之一所述的装置，其特征为，为泵装置配设的控制器设计和/或安置为，实施对阀杆的驱动来作为对至少10个，优选地至少20个，更优选地至少30个泵行程的反应。

10.按照权利要求1至9之一所述的装置应用于在汽车中冷却循环有控制地关闭或打开。