CN102753873B - 电磁阀 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有阀套（10）的磁阀（1），其中可移动地引导阀体（6）例如阀芯或阀杆从而控制至少一个压力介质通路。阀体（6）固定地与扁平衔铁（66）连接。对置于衔铁（66）的远离阀体（6）的端侧布置往复磁铁（2），通过该往复磁铁看可以用转换磁阀（1）的磁力对扁平衔铁（66）连同阀芯（6）进行加载。

Description

电磁阀

本发明涉及一种磁阀以及一种用于控制这种磁阀的方法。

在DE 10 2004 009 460 A1中公开了一种磁阀。该磁阀具有阀套连同导入阀套中的阀芯用以控制压力介质通路。在此，由往复磁铁操作该阀芯。阀芯具有环形的或者说管状的容纳在磁体盆中的线圈，其中磁体盆在此由阀芯穿过。所述线圈大致与阀芯同轴地布置并且围卡阀芯。用从磁体盆中伸出的端部段将阀芯与磁性衔铁固定地连接。为了移动阀芯，通过线圈以磁力加载磁性衔铁，由此该磁性衔铁沿着磁体盆的方向运动，直到磁性衔铁的指向阀芯的环形端面靠在磁体盆的环形端面上。

在EP 1 088 182 B1中示出了另一磁阀。在此，代替阀芯设置了可经由起动磁铁操作的阀杆，该阀杆在操作中开启布置在阀座上的阀球。往复磁铁具有围卡长形的磁极铁心的线圈。在此，该磁极铁心由阀杆穿过，该阀杆在磁极铁心的两个端部上伸出。通过阀杆的第一端部段可以用闭合力加载阀球。在第二端部段上将阀杆与扁平衔铁固定地连接。该阀杆在线圈通电时远离该线圈运动，由此降低了通过阀杆作用到阀球上的闭合力。

前面所解释的解决方案具有以下缺点，即磁阀转换地比较慢并且在装置技术上设计地非常麻烦。

相应地，本发明的任务是实现一种构造简单并且快速转换的磁阀。此外，本发明的任务是实现一种用于控制这种磁阀的方法，用该方法可以在能量需求较小时快速转换磁阀。

所述任务在磁阀方面用权利要求1的特征得到解决并且在方法方面用权利要求13的特征得到解决。

按本发明，磁阀具有阀套，其中可轴向运动地引导阀体。阀体尤其涉及阀芯或者阀杆用于控制至少一个压力介质连接。为了用往复磁铁操作阀体，该阀体与衔铁尤其扁平衔铁连接。在此，往复磁铁与衔铁的远离阀体的端侧对置地布置，从而用磁力加载该衔铁。

所述解决方案具有以下优点，即可以特别快速地操作这种磁阀并且其具有很大的磁力，因为往复磁铁没有如开头所述的现有技术一样被阀体穿过并且由此具有很大的极性作用面。为了操作磁阀，阀体经由衔铁被大面积的极性作用面朝往复磁铁吸。这种磁阀还可以特别简单地进行构造。

优选所述衔铁经由阀体在阀套中进行引导并且不需要自己引导。

所述往复磁铁有利地具有磁线圈，该磁线圈插入磁体盆的大致沿轴向引入的基本上空心柱形的凹处中，由此该磁体盆具有两个环形面作为比较大的极性作用面。

在本发明的其它有利的设计方案中，所述磁体盆在指向衔铁的盆侧上沿轴向缩进，从而实现环形的阶梯，衔铁在往复运动中可以深入该阶梯中。通过该阶梯收紧磁通，由此相对于现有技术显著增加了在操作过程开始时作用到衔铁上的磁力（极形效应）。

大致与磁体盆同轴地将止挡杆插入其中。该止挡杆大致从磁体盆的盆侧朝衔铁伸出。该止挡杆用作衔铁和/或阀芯的稳定的止挡并且定义了衔铁的指向往复磁铁的端侧与盆侧之间的剩余气隙。

为了在往复磁铁断开时将阀体连同衔铁一起移动的基本位置中，设置了弹簧，该弹簧在装置技术中简单地布置在止挡杆的凹处中并且支撑在其上并且用弹簧力对衔铁或者说阀体进行加载。

为了使磁阀的制造便宜，所述止挡杆和磁体盆分别在其远离衔铁的端侧上支撑在唯一共同的支撑面上，由此相对于现有技术降低了有待遵守的公差的数量。此外，由此以较少的装置技术上的花费精确地定义了转换位置中在衔铁的端侧与磁体盆的盆侧之间的剩余气隙，这对于切断时间来说是重要的影响因素。

所述磁体盆优选精确地装入阀套中，由此实现了磁体盆与阀套之间很好的热传递。

为了产生少涡流的磁路，该磁路实现了磁通的快速形成，所述磁体盆由具有特殊高阻抗（高电阻）的软磁材料制成，尤其由压制或烧结材料制成，尤其由电阻很高的软磁复合物（SMC）制成。

有利的衔铁材料是高阻抗的软磁实心材料，尤其具有大致10到15%之间较高铬含量的合金钢。

所述阀套优选由奥氏体钢制成，并且止挡杆由非铁磁性材料制成。其例如同样可以是奥氏体钢或不锈钢。

按本发明的用于快速并且节省能量地转换所述磁阀的方法可以具有以下步骤：

在往复磁铁上施加增压，该增压大于额定电压，从而在衔铁的往复运动的开始阶段中快速形成磁通，并且随后在开始阶段之后在其它往复运动中施加降低的电压。

作为降低的电压适用位于增压和额定电压之间的获取电压（Pick-Up-Spannung）从而进一步使衔铁加速。在随后的步骤中可以在往复磁铁上施加负的去除电压用于快速降低磁场能量并且用于降低往复结束时的磁力。随后例如为了保持衔铁而在往复磁体上施加正的低于获取电压的保持电压。

为了使衔铁朝基本位置的方向快速返回运动，在中断电压供给之前在往复磁铁上施加负的去除电压。

本发明的其它有利的改进方案是其它从属权利要求的主题。

下面根据示意性的附图详细解释本发明的优选实施例。附图示出：

图1是按本发明的根据第一实施例的磁阀的纵剖图；

图2是图1中磁阀的截取部分；

图3是在磁阀转换过程中电压、电流以及衔铁往复曲线图；

图4是按第二实施例的磁阀的纵剖图；以及

图5是按第三实施例的磁阀的纵剖图。

图1以纵剖图示出了按第一实施例的磁阀1。其具有电往复磁铁2用于触发在阀套4中滑动引导的阀芯6。

阀套4构造成弹药筒状的并且插入控制块10的阶梯孔8中。该阀芯6与阀套4的纵轴线大致同轴地滑动地支承在引入的阀孔14中。其中在阀芯6的区域内径向设置三个沿轴向相互隔开的控制室16、18和20。所述控制室16、18和20分别通过径向构造在阀套4中的星状孔22、24或者说26分别与由阀套4和控制块10限制的环形室28、30或者说32处于压力介质连接之中。所述环形室28、30和32又分别与设置入控制块10中的压力介质通道34、36或者说38连接并且分别由阀套4的沿径向从外面缩进的凹处和控制块10的阶梯孔8的阶梯形成。

所述阀芯6在图1中处于基本位置中，其中所述控制室16到20相互连接。通过阀芯6的环形槽37实现了图1中左边的控制室16和中间的控制室18之间的压力介质连接，并且通过另一环形槽39实现了中间的控制室18和右边的控制室20之间的压力介质连接。通过所述环形槽37、39大致在阀芯6的中间形成了径向带40，经由其在图1中左边的控制边缘42在向左移动阀芯6时节流控制左边的控制室16和中间的控制室18之间的压力介质通路。另一控制边缘44由右边控制室20范围内的环形槽39形成，通过该环形槽在朝转换位置向左移动阀芯6时节流控制控制室20与中间的控制室18之间的压力介质通路。

所述阀芯6由大致同轴延伸的通孔46穿过。由此形成了在图1中右边的环形端面48，阀芯用该环形端面在所示出的基本位置中大致靠在大致同轴拧入在图1中从右边设置入阀套4中的螺纹孔49中的止挡螺母50上。其具有构造成内六边形的沿轴向连续的凹处52，相应的工具为了拧入止挡螺母50可以嵌入该凹处中。所述阀套4以其在图1中右边的端面54连同控制块10的阶梯孔8的阶梯一起限制压力介质腔56，该压力介质腔与轴向设置到控制块10的泄漏接口58连接。

所述阀套6在图1左边从阀孔14以端部段62伸入沿径向显著拓宽的往复磁铁孔60中。其沿径向缩进，由此形成了容纳阶梯64。扁平衔铁66以其大致同轴构造的通孔68装到插口阶梯上并且通过压力配合或者其它方式与阀芯6固定连接。在此，扁平衔铁66大致靠在阀芯6的由插口阶梯64形成的环形面70上。此外，所述扁平衔铁66以其背离阀芯6的端侧72连同阀芯6的在图1中左边的环形端面74构成大致平坦的表面。

在图2中为了更好的示出，示出了图1中磁阀1的截取部分，其基本上具有往复磁铁2和扁平衔铁66。该往复磁铁2具有对置于扁平衔铁66的端侧72布置的大致圆柱形的磁体盆76。其中在其指向扁平衔铁66的盆侧78上引入大致空心柱形的线圈插口80，其中插入环形的线圈绕组82。在此，该线圈绕组直到其外罩面都由线圈体84包围。

大致与磁体盆76同轴地将通孔86引入该磁体盆中，止挡杆88插入该通孔中。止挡杆以远离扁平衔铁66的端面90大致靠在插入往复磁铁孔60中的密封片92的支撑面91上。磁体盆76以环形端面94同样支撑在该支撑面91上。

所述磁体盆76在其远离环形端面94的盆侧78上以圆柱形的直径大致大于扁平衔铁66的直径的凹处沿轴向缩进，由此形成了外极阶梯96。通过该外极阶梯在磁体盆76上构造了环形的盆突起98，该盆突起以环形端面100大致靠在由非铁磁材料制成的大致空心柱形的支撑环102上。其大致具有和磁体盆76的外极阶梯96相同的内直径并且围卡扁平衔铁66。该支撑环102又以其远离磁体盆的环形端面104大致靠在往复磁铁孔60的孔基底106上。

所述磁体盆76经由密封片92由拧入往复磁铁孔60中的空心螺栓108朝支撑环102压紧，该支承环又支撑在孔基底106上。空心螺栓108拧入设置到往复磁铁孔60中的螺纹中并且以环形端面110大致靠在密封片92的支承面112上。

将盲孔116从指向阀芯6的止挡面114置入止挡杆88中。其中插入压力弹簧118，该压力弹簧支撑在盲孔116的孔基底上并且由其环形端面74参见图1用弹簧力加载所述阀芯6并且朝止挡螺母50压入所示的基本位置中。

所述扁平衔铁66连同阀芯6在图2中向左的往复运动由止挡杆88的止挡面114限制，因为其大致从外极阶梯96的极面中轴向伸出。

至少两个压力介质孔120沿轴向设置到扁平衔铁66中，由此实现了扁平衔铁66的在图2中左侧和右边侧之间的压力介质连接。由扁平衔铁66、磁体盆76的外极阶梯96以及支撑环102限制的压力介质腔122通过图1中阀芯6的通孔46、止挡螺母50的凹处52以及压力介质腔56与泄漏接口58处于压力介质连接之中。

为了电接触线圈绕组82，设置两个接触销124、126。所述接触销分别从线圈体84通过置入磁体盆76中的孔128以及与之同轴地设置于密封片92中的孔130向外引导。在此，所述接触销124、126在空心螺栓108内部从密封片92中伸出，其中在接触销124、126上设置插口132。

为了对外密封往复磁铁孔60，密封片92具有沿径向看外部的具有O形密封圈134的环形槽，该O形密封圈密封地靠在往复磁铁孔60上以及在环形槽内。此外，在用于接触销124、126的孔130中同样分别插入O形密封圈136，从而相对于压力介质封闭周围环境。如果浇铸或者喷注具有往复磁铁2的线圈体84的话，就额外地避免了浇铸材料出来。

为了操作磁阀1经由图2中的触点124、126对往复磁铁2进行通电，由此形成磁场。由此，用磁吸引力加载扁平衔铁66，其中该扁平衔铁与阀芯一起从图1中向左朝着往复磁铁2运动，直到阀芯6的环形端面74大致靠在止挡杆88的止挡面114（参见图2）上。在该位置中所述阀芯6处于转换位置中。为了尽可能快地到达该转换位置并且由此实现所谓的快速转换的换向阀或者说磁阀，需要少涡流的磁路。涡流在构造磁场时形成并且是损耗能量的。对于快速转换阀芯6所需的快速的磁场变化产生了较大的涡流，该涡流反作用于磁场的变化并且由此延迟该变化。为了降低涡流，磁阀1的部件有利地由高电阻的材料制成，这在下面进行解释。

图2中的磁体盆76由很高电阻的材料制成。扁平衔铁66由高电阻的实心材料制成，这同样使得涡流损耗保持得很小。所述阀套4优选由奥氏体钢制成，其基本上不是铁磁性的。在形成磁场时在阀套4的区域内形成的并且称作散射流的磁通通过具有高电阻的奥氏体钢同样会引起较小的涡流。此外，通过较高的磁阻几乎不会对阀套4进行磁化，由此节省了能量。图2中的止挡杆88同样由奥氏体钢制成。

通过将线圈体84布置在空心柱形的线圈插口80中，所述磁体盆76在端侧具有内部以及外部的环形面138、140。相反，开头所解释的现有技术具有仅仅一个环形面。由此，在磁体盆76的环形面138、140与扁平衔铁66的端侧72之间形成了两个环形的气隙，由此相对于现有技术显著提高了作用到扁平衔铁66上的磁力。

在图2中构造在磁体盆76上的环形的盆突起98用于提高作用到扁平衔铁66上的磁力。在阀套4的基本位置中，所述盆突起98的内边缘与扁平衔铁66的外边缘对置，由此收紧由磁场形成的磁通，这称作极形效应。由此可以在磁阀1的转换过程开始时用较小的能量实现足够的磁力。此外，通过盆突起98的几何形状在扁平衔铁66在图2中向左的其伸入外极阶梯96时的往复运动中降低沿轴向作用的磁力并且提高沿径向作用的磁力，因为扁平衔铁66的外部的罩面与盆突起98的内部的内罩面沿轴向覆盖。沿轴向作用的磁力在到达最大的往复距离时显著降低，由此在碰撞到止挡杆88上时有利地降低图1中阀芯6的速度。由此使得阀芯6和止挡杆88之间的磨损较小。沿轴向作用的磁力通过盆突起98还配合弹簧118的在扁平衔铁66（在图2中向左）的往复运动中反作用的弹簧力，因为轴向的磁力降低了，而弹簧力增加了。

图2中的磁体盆76以特别小的公差插入阀套4的往复磁铁孔60中，由此使得热传导很高。这同样适用于阀套4，该阀套以特别小的公差尤其在控制块6中往复磁铁2的区域内置于阶梯孔8中。由此，由线圈绕组82和磁体盆76尤其通过涡流损耗产生的热量最佳地通过阀套4朝控制块10导出。

在图3中示出了一张图，该图关于时间描绘了线圈绕组82中的电压和电流曲线以及图2中扁平衔铁66从基本位置运动到转换位置的往复运动。通过用实线示出的电压曲线142描绘往复磁铁2的电压曲线，通过作为点划线示出的往复曲线144描绘了扁平衔铁66的往复运动并且通过作为划线示出的电流曲线146描绘了电流曲线。在横坐标上示出了时间并且在纵坐标上示出了电压V、电流强度A以及以mm为单位的往复距离。

为了快速产生线圈电流并且由此快速产生磁场，在接入往复磁铁2时并且由此在转换过程开始时在线圈绕组82上-参见图2-产生增压148，该增压明显大于额定电压（过激励）。增压曲线通过电压曲线142的上面大致水平的线条示出。通过较高的增压148同样快速提高线圈电流，这通过增压148曲线范围内电流曲线146的增加示出。一旦扁平衔铁66运动，降低了用于获取电压150的增压148（作为大致水平的线条示出）。电流曲线146在获取电压150的范围内再度轻微下降并且进一步加速扁平衔铁66，这通过获取电压150范围内的升高的往复曲线144进行说明。在扁平衔铁66到达其限制在止挡杆88上的往复路程的末端之前转换到负的去除电压152上，该去除电压作为大致水平的线条在图3中示出。电流曲线146由此强烈下降，以此快速减少磁场并且由此减少磁力。由此降低了扁平衔铁66的往复运动的速度。这引起了很少的阀芯6碰撞到止挡杆88上的碰撞能量，由此减少了磨损。在去除电压152之后变换到正的保持电压154（大致水平的线条）上从而将扁平衔铁66保持在转换位置中，该保持电压低于额定电压。由此，线圈绕组82的加热更少了。

为了使阀芯6在图2中快速返回运动到基本位置中，将线圈绕组82上的电压重新切换到负的去除电压上并且随后才中断。阀芯6就连同扁平衔铁66一起通过压力弹簧118的作用到其上的弹簧力返回运动直到碰到止挡螺母50上。

在转换位置中，所述扁平衔铁66的端侧72参见图2通过止挡杆88与磁体盆76的环形面138、140隔开并且形成剩余气隙。由此，尤其避免了扁平衔铁66粘附在磁体盆76上。为了实现剩余气隙只需要遵守两个尺寸。这一方面是止挡杆88的轴向长度并且另一方面是磁体盆76的在其左边的环形端面94与其右边的环形面138、140之间的轴向长度。

图4示出了按第二实施例的磁阀1的纵剖图。与图1中第一实施例的不同之处在于，在阀芯6的所示的基本位置中断开控制室16、18和20之间的压力介质连接。在阀芯6朝转换位置的往复运动中，所述控制室16到20处于压力介质连接之中，因为径向带40的右边的控制边缘156与阀芯6的另一径向带159的布置在控制边缘16范围内的控制边缘158不再与阀套4的阀孔14重叠。

在图5中以纵剖图描绘了按第三实施例的磁阀1。其仅仅具有两个控制室16、18，所述控制室在阀芯6的基本位置中不处于压力介质连接之中。扁平衔铁66相对于前面的实施例以轴向的固定销160固定地插入引入阀芯6的端部段66中的容纳孔162中。在中间用纵向孔164穿过固定销160从而与阀芯6的通孔46进行压力介质连接。代替阀芯6，现在扁平衔铁66在转换位置中靠在止挡杆88上。

按图5的结构具有另一优点。通过壳体4中的阶梯166，密封片92具有确定的止挡。阀芯6的往复通过尺寸a;b和c确定，其中a是阀芯6的环形端面48直到磁体盆76的环形端面94的轴向长度，b是止挡面114到止挡杆88的端面90的轴向长度并且c是扁平衔铁66的端侧72到阀芯6的环形端面48的轴向长度。这三个尺寸a、b、c用很小的公差进行制造。剩余气隙通过尺寸d-b确定，其中d是环形端面94到磁体盆76的盆侧78的轴向长度。通过较少数量的有待遵守的尺寸，所述磁阀1的制造花费是特别小的，因为不在需要如现有技术中一样用垫片进行调整或者沿着轴向可移动的止挡杆。

密封片92在图5中用环绕的卷边168进行轴向固定。

公开了一种具有阀套的磁阀，其中可移动地引导阀体例如阀芯或阀杆用于控制至少一个压力介质连接。该阀体固定地与扁平衔铁连接。与扁平衔铁的远离阀体的端侧对置地布置往复磁铁，通过该往复磁铁可以以用于转换磁阀的磁力使得扁平衔铁连同阀芯一起被加载。

附图标记列表

1            磁阀

2            往复磁铁

4            阀套

6            阀芯

8            阶梯孔

10           控制块

12           纵轴线

14           阀孔

16、18、20   控制室

22、24、26   星状孔

28、30、32   环形室

34、36、38   压力介质通道

37、39       环形槽

40           径向带

42           控制边缘

44           控制边缘

46           通孔

48           环形端面

49           螺纹孔

50           止挡螺母

52           凹处

54           端面

56           压力介质腔

58           泄漏接口

60           往复磁铁孔

62           端部段

64           容纳阶梯

66           扁平衔铁

68           通孔

70           环形面

72           端侧

74           环形端面

76           磁体盆

78           盆侧

80           线圈插口

82           线圈绕组

84           线圈体

86           通孔

88           止挡杆

90           端面

91           支撑面

92           密封片

94           环形端面

96           外极阶梯

98           盆突起

100          环形面

102          支撑环

104          环形端面

106          孔基底

108          空心螺栓

110          环形端面

112          支撑面

114          止挡面

116          盲孔

118          压力弹簧

120          孔

122          压力介质腔

124、126     接触销

128、130     孔

132          插口

134          O形密封圈

136          O形密封圈

138          内部的环形面

140          外部的环形面

142          电压曲线

144          往复曲线

146          电流曲线

148          增压

150          获取电压

152          去除电压

154          腔室表面

156、158     控制边缘

159          径向带

160          固定销

162          容纳孔

164          纵向孔

166          阶梯

166           卷边

Claims (21)

1.具有阀套（4）的磁阀，在所述阀套中可移动地引导阀体（6）用于控制至少一个压力介质连接，其中阀体（6）与衔铁（66）连接，其中，对置于衔铁（66）的远离阀体（6）的端侧（72）布置往复磁铁（2）用于以磁力加载衔铁（66），其特征在于，往复磁铁（2）具有带有线圈体（84）和线圈绕组（82）的线圈，其插入磁体盆（76）的大致沿轴向引入的基本上空心柱形的线圈插口（80）中，并且其中，大致沿着磁体盆（76）的轴向将止挡杆（88）插入该磁体盆中，该止挡杆从磁体盆（76）中朝衔铁（66）大致伸出。

2.按权利要求1所述的磁阀，其中，衔铁（66）经由阀体（6）在阀套（4）中进行引导。

3.按权利要求1所述的磁阀，其中，磁体盆（76）在指向衔铁（66）的盆侧（78）上具有盆突起（98）以及相应的外极性阶梯（96）用于伸入衔铁（66）。

4.按权利要求1所述的磁阀，其中，在止挡杆（88）中构造凹处（116）用于容纳压力弹簧（118），该压力弹簧支撑在止挡杆（88）上并且用弹簧力加载衔铁（66）或与其相连的阀芯。

5.按权利要求1或4所述的磁阀，其中，止挡杆（88）和磁体盆（76）分别在其远离衔铁（66）的端侧（90、94）上支撑在共同的支撑面（91）上。

6.按权利要求1所述的磁阀，其中，磁体盆（76）由电阻较高的软磁材料制成。

7.按权利要求1所述的磁阀，其中，衔铁（66）由高电阻的软磁实心材料制成。

8.按权利要求1所述的磁阀，其中，阀套（4）由高电阻的材料制成。

9.按权利要求1所述的磁阀，其中，止挡杆（88）由非铁磁性的钢制成。

10.按权利要求1所述的磁阀，其中，所述阀体（6）是阀芯或阀杆。

11.按权利要求1所述的磁阀，其中，所述衔铁（66）是扁平衔铁。

12.按权利要求6所述的磁阀，其中，磁体盆（76）由压制或烧结材料制成。

13.按权利要求12所述的磁阀，其中，磁体盆（76）由软磁复合物（SMC）制成。

14.按权利要求7所述的磁阀，其中，衔铁（66）由铬钢制成。

15.按权利要求14所述的磁阀，其中，衔铁（66）由具有10到15%铬成分的铬钢制成。

16.按权利要求8所述的磁阀，其中，阀套（4）由奥氏体钢制成。

17.按权利要求9所述的磁阀，其中，止挡杆（88）由奥氏体钢制成。

18.按权利要求17所述的磁阀，其中，止挡杆（88）由不锈钢制成。

19.用于控制按权利要求1到18中任一项所述的磁阀（1）的方法，具有以下步骤：

-在往复磁铁（2）上施加增压，该增压大于额定电压，用于导入朝衔铁（66）的转换位置的往复运动，

-随后施加相对于增压降低的电压，并且/或者

-在中断电压供给之前在往复磁铁（2）上施加负的去除电压，用于将阀体（6）朝基本位置的方向快速返回。

20.按权利要求19所述的方法，其中，降低的电压是位于增压和额定电压之间的用于进一步加速衔铁（66）的获取电压。

21.按权利要求19或20所述的方法，其中，为了在朝转换位置的往复运动中制动衔铁（66），在往复磁铁（2）上施加负的去除电压，并且随后为了保持衔铁（66），在往复磁铁（2）上施加正的低于获取电压的保持电压。