CN108700202A - 电磁阀和电磁阀的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁阀，具有衔铁器件(22)，所述衔铁器件作为对固定线圈器件(16)的通电的响应沿轴向方向在阀壳体(14)中可活动地构造，衔铁器件(22)在轴向一端具有设计用于与配属于第一阀入口(P)的阀座(32)共同作用的密封器件(28)，其中，至少一个第二阀入口和/或出口(A，R)在阀壳体中通过衔铁器件的作用能朝第一阀入口(P)打开，并且其中，密封器件作为密封体(28)设置在衔铁器件的直径变细区段(26)中，使得相对变细区段具有更大直径的密封体通过衔铁器件的运动能在构造于密封体轴向两端的密封位置之间运动，其中，相对变细区段设计成单独的结构组和/或与其可松脱构造的密封体(28)具有由聚合物和/或橡胶‑材料构造的密封区段(42)以及具有由与密封区段的材料不同的且尤其更硬的材料制成的设计用于与衔铁器件力传递连接的支架区段(40)。

Description

电磁阀和电磁阀的应用

本发明涉及一种根据主权利要求的前序部分所述的电磁阀。此外，本发明还涉及这种电磁阀的应用。

在现有技术中普遍已知这种电磁阀；其中，阀功能通常借助在阀壳体中相对固定线圈器件可活动地设置的衔铁单元实现，衔铁单元一般设有密封器件，根据线圈器件的通电状态和由此引起的衔铁位置能打开或封闭电磁阀的入口或出口的所配属的阀座。

对于使用这种作为通用和众所周知的优越技术优选的应用领域是汽车工程；此处，例如已知的相同种类的电磁阀适合于与气动或液压流体有关的多种切换和调节任务。

因此，例如文献DE 196 06 318 C2公开现有技术中的这种技术，其一方面利用作为在推杆状衔铁区段的端侧以密封体形状提供的密封器件，以便被衔铁单元驱动地与配属于阀入口的阀座密封地共同作用。另一方面，根据现有技术中的此教导，附加地使用密封体，以便在轴向对置于阀座或所属的密封区段的区域上可控地打开或封闭阀内的另一个流体通道。

恰好密封体的这种结构方案还能够有利地实现，阀入口和至少一个另外的(第二)阀入口或阀出口均又鉴于与衔铁单元的轴向相对位置设置在共同一个轴向侧。换句话说，为了安装和连接上游或下游的装置，这种电磁阀技术可以以有利的方式连接在阀壳体的仅一侧或一个(共同的)区域上。

由所述现有技术已知的阀体在推杆的端侧固定在衔铁上，由聚合物弹性体材料制成，其中，由现有技术已知的设备在工作中通过线圈器件的通电并因此衔铁单元的激活来操作密封体以封闭阀入口；但因此该操作反作用有一个通过该入口流入的流体(现有技术中为液压油)的反压力。然后，在对置的衔铁或密封位置上，密封体阻塞后面的流体或压力补偿通道。

这种技术尤其针对所规定的使用目的在液压传动控制的液压压力调节器的范围内已证实是可靠的并且能被大批量制造，而同时已知的阀原理并不是对所有可考虑的设计方案都是最佳的。因此，例如已知的阀，以比例阀的形式通过密封体上的在衔铁力与流体反作用力之间的力比实现调节功能。但通过这种技术在实际中不能或仅能困难地实现具有无流闭合功能的阀，在无流闭合功能中，即当线圈器件未被通电并因此不出现衔铁的电磁操作时，通常通过压力弹簧或类似的力存储器件的作用将密封体相对阀座预紧：一方面它预先规定衔铁预紧通过弹簧器件逆着关闭方向进行，另一方面设计成全聚合物的密封体的已知方案在使用情况下具有明显的结构和运行缺陷。为了例如在相应于流体反压力的作用力在10bar以上时能够可靠地密封，不仅需要建立期望的无流闭合的运行状态的弹簧的相应大的弹簧力(一般实际上必须在密封体上加载一个18N至20N的弹簧力)，聚合物密封体也在持续运行中或在更长的使用时间内通过此作用力的加载而被影响或损坏，使得不再确保阀座上按规定的密封。尤其是已证明，弹性体密封已显现所谓的冲破效果(Durchstanzeffekt)，即，鉴于密封体在衔铁单元端侧区域上的固定，已显现密封体不可修复的机械变形。

这种问题重要性还在于，例如相对用于液压阀的液压油的这种压力调节，实践中不可能有意地利用作为具有在无流闭合的状态中可靠密封的气动阀，并且尤其是气动-开关阀。

因此，本发明所要解决的技术问题是，改善根据主权利要求的前序部分所述的电磁阀与阀座共同作用的密封特性，改善所述电磁阀能够进行大量的切换过程或持续负载的能力并因此显著地提高可用的使用时间。在此同时应当创造一种设计简单地且用较低的制造成本可自动化地形成的解决方案。

该技术问题通过一种具有主权利要求的特征的电磁阀解决；本发明有利的扩展设计在各从属权利要求中描述。在本发明范围内还要求保护按本发明的电磁阀在机动车领域中的应用，其中，该应用预先规定电磁阀进一步优选以成对形式用作气动阀。

以按本发明有利的方式，密封体多件式地构成或构造成多件式构件，使得由聚合物材料或橡胶材料构成的密封区段与支架区段组装在一起支架区段，该支架区段由与密封区段的材料不同的材料制成，该与密封区段的材料不同的材料还优选(并且相对于密封区段的材料)更硬。该支架区段又按本发明设计用于至少在阀座上的密封状态下或在阀座上的衔铁位置中形成与衔铁器件的力传递的连接或者说摩擦接合的连接。

按本发明的密封体的设计方案的有利作用是，一方面能实现磨损低的并因此为长的使用时间和长的寿命而设计的运行，尤其是可以即通过支架区段单独的设计方案实现避免聚合物密封材料的在现有技术中存在的不利穿刺或损坏，该支架区段实现与衔铁器件(并尤其是在此与端侧的推杆区段)的力传递连接。同时这些在其密封作用中对于按本发明的密封区段有利的聚合物或橡胶材料保持在支架区段的对有意的密封作用必要的区段或区域上，因此按本发明可以有效地克服现有技术中明显的问题。

在此密封体的多件式或者说由多个部件构成实施方式也能够获得简单且自动化的并因此可能成本低廉的可制造性，因此更耗费的密封体的表面上的缺点与结构设计上的机械的优点相比明显并不重要。因此，本发明则，如尤其是也进一步规定，优选为了实现无流闭合的电磁阀结构方案，其中，力存储器件，例如呈尺寸设计合适的且提供适于克服流入流体的反作用力的压力弹簧的形式，保证即使在较长的使用时间和大量的运行周期情况下也能磨损和损坏少的密封配合。此外因此也确保了用于将按本发明的电磁阀优选实施为气动阀的可能性，通过该气动阀即使在气动流体被加载压力时也能相应有利地影响阀座上的密封作用。

以按本发明有利的方式并且进一步设计地，本发明允许在阀壳体中与第一阀入口相同的轴侧上设置至少一个第二阀入口或出口，从而本发明例如在机动车领域优选的应用中，结合了所讨论的有利运行特性与从(轴向)侧有利的安装特性和简单的可连接性。

因此，在此尤其除了设计成气动阀的优选结构方案外，本发明还能够设计成所谓的3/2-(切换)阀，即，具有两个通过衔铁器件实现的切换位置和三个入口或出口，其中，第一阀入口则按本发明与两个第二阀入口或开口共同作用，根据切换位置，该第二阀入口或出口可直接地相互连接，或可以建立与第一阀入口的连接。

在该结构方案中，则按本发明密封体轴向一端作用在阀座上，密封体的另一端用于被切换的打开或封闭在两个第二阀入口或出口之间的流体导通的过渡区段。

按本发明进一步设计并且有利地还规定，密封体的支架区段构造为，尤其是给其配有止挡，该止挡可以与设置在衔铁器件的推杆区段的端侧的支座，尤其是环形凸肩共同作用。以这种方式不仅能有效的且磨损低地将力引入密封体，这种构造尤其是当例如支架区段借助槽或孔设计用于容纳衔铁器件对应的且适配的连接区段时也能实现在可能的维修或维护状态下简单的安装或必要时拆卸。

以特别有利于自动化批量制造的方式，密封体的支架区段还由塑料或金属材料实现并进一步优选通过适合的注塑(浇注)工艺制造，其中，那么聚合物密封区段通过适合的喷入或注塑包封，备选通过插入或粘入固定在这种支架区段上、这种支架区段旁边和/或这种支架区段中。还特别优选的是，聚合物密封区段，在密封体的轴向两侧作用地，(局部区段地)延伸通过支架区段的结构组，例如通过适合的注塑工艺实现，此处又作为补充或备选，通过适合横截面的异型部、凸肩等，以便在此处可能的高压背景下在阀入口处实现优化的力性能，尤其是也在支架区段和密封体的密封区段之间的过渡部中实现优化的力性能。

结果，通过本发明以极其简单且完美的方式改善了现有技术中已知的技术，即在寿命、磨损特性和密封特性方面，也在相关地对于(例如通过弹簧力预紧的)无流闭合的(无流密封的)阀的能力方面，该阀有利地符合气动流体的提高的密封性要求。

因此，本发明根据本发明的应用特别适合于机动车领域中的气动-调节目的，并且在此尤其适合商用车变速器控制。但本发明不局限于此应用。而是本发明对电磁阀的各种使用目的都适合，其中，有利地充分利用了按本发明的密封体的有利的轴向两侧的密封特性以及机械特性、制造特性和寿命特性。

本发明的其他优点、特点和细节由优选实施例的下列说明以及根据附图获得。附图中示出：

图1：是通过一对根据本发明第一实施例的电磁阀的装置剖分的纵剖面视图，具有分别在附图平面中垂直延伸的轴向方向；

图2：是从图1的实施例的电磁阀上脱离的密封体的立体视图；

图3：是按图2的密封体的立体横截面视图；

图4：是作为本发明范围内的关联图的电磁铁立体图和

图5、图6：是与本发明关联的图4的电磁阀对插入了按本发明的图2，3的密封体的纵剖面图。

图4示出按本发明的按第一实施例的电磁阀作为电磁阀对的使用关联的立体图，该电磁阀彼此相邻地布置并且安装在位于下方的未进一步指定的单元10上。图5和6示出这种设备的纵剖面，其中，图6的视图相对图5绕(垂直的)轴线旋转90°，相应地，图6仅示出该电磁阀对的布置。

每个电磁阀具有在附图平面中位于上方的线圈区域12，在该线圈区域上邻接有下方的连接和阀座区域14。在该电磁阀设计成3/2-阀，也就是说具有三个接头和两个开关位置的设计方案中，该连接和阀座区域14又具有阀入口P和出口A或R，其中，如对照图5和6可知，在壳体区段14的布置中，出口A(也称作工作接头)和R(也称作排空接头)围绕中央或轴向布置的入口P设置。

在上方壳体区段12的内部，固定线圈绕组16保持在线圈支架18上。该固定线圈绕组16轴向地在附图平面上方包围固定的铁芯区段20，为应对线圈16的通电相对固定的铁芯区段20轴向地可活动设计的衔铁单元22引起阀功能。更具体的说，衔铁单元22具有圆柱形的衔铁体24，该衔铁体一端相对于固定的铁芯20形成空隙25并且通过压力弹簧27的作用朝向下的方向预紧。在圆柱形的衔铁体24上在与铁芯20对置的端部处邻接推杆区段26，在推杆区段26的一端又固定有密封体28。

在所示的结构中并且通过借助弹簧27的预紧，密封体28以(在附图中向下指向的)端侧的端面位于构造在底侧的壳体区段14中的阀座32上，阀座32与入口P对应。相应地，在未通电状态下，该入口P封闭，从而阀在所示的实施形式中实现无流闭合的结构。

图5、6的剖视图附加地加以说明，在密封体28的另一端，即，在靠近铁芯20或衔铁体24的一侧，密封体28设计用于封闭通道34，该通道34打开和封闭壳体区段14中在各入口A和/或出口R之间的连接。具体地即，在给线圈16通电时，衔铁22在轴向上并因此沿附图平面的垂直方向向上运动，直至通过关闭空隙25衔铁体24抵靠在铁芯20上为止。同样，推杆区段26向上带动安装在其上的密封体28，直至它封闭通道34，因此用作另一个阀座。因此，在已通电的阀位置中入口P打开，进入的(气动-)流体可以相应地流入并且通过出口A流出。相反，通过在该位置中封闭的通道开口34，阻断A和R之间的流通，如它在图5，图6的无流闭合的状态下能够实现的那样。

如图4和5所述，这样设计和可运行的阀相互相邻地布置，使得根据通过图4或5中可见的插头区段36的电气控制，产生相应的通电信号(具体的电接触未示出)。

图2和3现在详细示出本实施例的密封体28有利的结构方案，其在图5，6中仅示意性表示。同样，与图5相似，图1示出按图2、图3构造的密封体的密封作用。

尤其从图3的立体剖视图中清楚可见，密封体28由多种材料制成。它尤其具有由可通过注塑工艺制造的硬塑料材料制成的支架区段40，由聚合物材料制成的密封区段42成型到或插入该支架区段中。具体地，该密封区段的一个端面(例如在本实施例中指向阀座32)实施为贯穿的圆盘区段44，与此同时对置地构造有聚合物环46，该聚合物环与圆盘区段44通过在周向分布的接片区段48连接。相应地，这种设备例如以多阶段的注塑工艺的形式可通过将为密封区段提供的聚合物材料注入支架区段40形成。

如图2、3清楚可见，密封体的一端还具有中心孔50，该中心孔可以与衔铁-推杆区段26的端部区段这样地共同作用，使得衔铁的端侧的圆柱形销钉区段52嵌接入孔中，而加宽的形成环形凸肩的支座区段54为形成力传递连接作用到(硬质的)支架体40的孔边缘56上。通过相应地设计尺寸可以形成配合，该配合例如在衔铁单元朝向下方向运动时通过力传递连接带动密封体28并且导引至阀座32上，此外还被弹簧27预紧。尤其是通过从区段54到(硬的)支架区段40的孔边缘56上的力传递连接的影响，还防止了从现有技术中已知的聚合物密封区段由于刺穿等造成的损坏风险，因为在该力传递连接区段上没有设置聚合物材料(并且对于达到所述的密封作用来说也不是必需的)。

因为此外在优选实施例的范围内，入口P在所述的在作为具有10bar以上工作压力的气动控制系统的优选实施例中被加载压力，所以力传递连接在衔铁单元向上运动时，亦即与阀座32脱离地向上运动时是不重要的，因为力加载通过进入P的流体实现。但可考虑这种结构方案，其中，例如在圆柱形推杆端部52和孔50之间实现过盈配合，从而也可以实现沿衔铁运动的两个方向的带动作用。图1的剖视图示出，如仅局部区段地在密封体28中设置的聚合物材料仍然可靠且优化地实施密封作用，而同时包围聚合物材料的由硬塑料材料制成的支架区段40保证在最不易于磨损的情况下尽可能好的机械特性。

本发明不局限于所示的实施例，设计为3/2-阀的优选方案和密封体借助塑料支架区段设计的方案均是纯示例性的，阀结构和材料选择、对应的几何形状和尺寸、密封体可能的几何形状和尺寸包括在内均可以任意改变并且根据各自的给定条件进行调整。

Claims (10)

1.一种电磁阀，其具有

作为对固定线圈器件(16)的通电的响应，沿轴向方向在阀壳体(14)中可活动地构造的衔铁器件(22)，所述衔铁器件(22)在轴向一端具有设计用于与配属于第一阀入口(P)的阀座(32)共同作用的密封器件(28)，

其中，至少一个第二阀入口和/或出口(A，R)在阀壳体中通过衔铁器件的作用能朝第一阀入口(P)打开，

并且其中，所述密封器件作为密封体(28)设置在所述衔铁器件的直径变细区段(26)上，使得相对变细区段具有更大直径的密封体通过衔铁器件的运动能在构造于密封体的轴向两端的密封位置之间运动，

其特征在于，相对变细区段构造为单独的结构组和/或与变细区段可松脱地构造的密封体(28)具有聚合物和/或橡胶-材料构造的密封区段(42)以及具有由与密封区段的材料不同的且尤其是更硬的材料制成的、设计用于与衔铁器件力传递连接的支架区段(40)。

2.根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述至少一个第二阀入口或出口在阀壳体(14)中构造在与第一阀入口相同的轴向侧。

3.根据权利要求1或2所述的电磁阀，其特征在于，所述电磁阀设计成气动阀和/或设计成预先规定衔铁器件的两个衔铁位置的带有至少两个第二阀入口或出口的阀，所述至少两个第二阀入口或出口在所述衔铁位置之一上流体导通地(34)相互连接。

4.根据权利要求3所述的电磁阀，其特征在于，所述密封区段(42)构造在密封体上，使得密封区段根据衔铁器件的一个衔铁位置一端(44)，尤其是轴向一端能打开和封闭与第一阀入口(P)对应的阀座(32)，另一端能打开和封闭设计用于流体导通的在至少两个第二阀入口或出口(A，R)之间的过渡区段(34)。

5.根据权利要求1至4之一所述的电磁阀，其特征在于，所述衔铁器件配有力存储器件，尤其是弹簧器件(28)，使得所述力存储器件将衔铁器件(22)在线圈器件未通电状态下抵靠配属于第一阀入口(P)的阀座(32)预紧。

6.根据权利要求1至5之一所述的电磁阀，其特征在于，所述第一阀入口和/或所配属的阀座沿轴向方向设置并因此能这样地被加载流体，使得流体的流体压力能在密封体上加载一个力，尤其是加载一个使密封体从阀座上脱离的力。

7.根据权利要求1至6之一所述的电磁阀，其特征在于，所述密封体的支架区段(40)具有设计用于与设置在衔铁器件的优选推杆状构造的变细区段(26，52)上的支座(54)，尤其是环形凸肩共同作用的止挡(56)。

8.根据权利要求1至7之一所述的阀，其特征在于，所述支架区段具有孔(50)或用于容纳衔铁器件的连接区段(52)的槽。

9.根据权利要求1至8之一所述的电磁阀，其特征在于，所述密封体的支架区段(40)由塑料和/或金属材料制成，所述聚合物密封区段(42)通过喷入和/或注塑包封或通过插入或粘入与所述塑料和/或金属材料连接。

10.根据权利要求1至9之一所述的电磁阀，尤其是一对所述电磁阀作为一个气动阀/多个气动阀在用于在机动车中实施流体切换过程，尤其是商用车变速器控制中的应用。