Клапан
Изобретение относится к клапану, выполненному с возможностью приведения в действие при помощи привода (2), который позиционирует исполнительный элемент (3) по отношению к соплу (4) для его открывания и закрывания. На своей обращенной к соплу (4) стороне исполнительный элемент (3) имеет уплотнительный элемент (5), который в закрытом положении клапана (1) прилегает к седлу (40) сопла, а в открытом положении клапана (1) приподнят от седла (40) сопла. Уплотнительный элемент (5) установлен на исполнительном элементе (3) с возможностью перемещения относительно него при помощи пружинного элемента (8), причем пружинный элемент (8) обеспечивает направление уплотнительного элемента (5) на исполнительном элементе (3) или в нем в радиальном направлении относительно седла (40) сопла, в частности, без трения. Изобретение повышает надежность клапана в эксплуатации. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к клапану, выполненному с возможностью приведения в действие при помощи привода, который позиционирует исполнительный элемент по отношению к соплу с целью его открывания и закрывания, при этом на своей обращенной к соплу стороне исполнительный элемент имеет уплотнительный элемент, который в закрытом положении клапана прилегает к седлу сопла, а в открытом положении клапана приподнят от него.
По состоянию техники упомянутые клапаны широко распространены. Например, известны клапаны с электромагнитным приводом, которые имеют исполнительный элемент, соединенный как одно целое с якорем электромагнита или находящийся в непосредственном рабочем контакте с ним. В свою очередь, исполнительный элемент на своем переднем обращенном к соплу конце имеет выполненный в виде гнезда установочный элемент, в который вложен уплотнительный элемент с возможностью свободного перемещения по отношению к исполнительному элементу.
Вследствие перемещения привода исполнительный элемент перемещается. Это может быть, например, продольное перемещение, вращательное перемещение или перемещение откидывания. Это перемещение служит для того, чтобы уплотнительный элемент надлежащим образом прилегал к седлу сопла и снова приподнимался от него, и вследствие этого образовывались закрытое или открытое положения клапана. Очевидно, что исполнительный элемент имеет соответствующие выемки или отверстия, чтобы обеспечить возможность рабочего контакта уплотнительного элемента, часто расположенного внутри, с седлом сопла.
Типовые клапаны эксплуатируют в большом диапазоне температур, например, от -40°С до +140°С. Уплотнительный элемент часто состоит из эластомера, который имеет другой коэффициент линейного расширения, чем материал исполнительного элемента. Вследствие этого возникает опасность того, что обычно предусмотренная скользящая посадка функционирует лишь в узком диапазоне температур, а в другом диапазоне температур возникает зажатие уплотнительного элемента на исполнительном элементе, что оказывает отрицательное влияние на надежность функции закрывания и открывания клапана.
Поэтому в качестве возможного решения был предложен увеличенный зазор между уплотнительным элементом и его направляющей на исполнительном элементе, что хотя принципиально обеспечивает работоспособность в большем диапазоне температур, однако содержит в себе опасность легкого опрокидывания уплотнительного элемента. Возникает также другая проблема, состоящая в том, что уплотнительный элемент прилегает к седлу сопла не всегда в одном и том же месте, а с боковым или радиальным смещением. Эластичный материал имеет зависящую от температуры способность восстановления, которая при низких температурах зачастую становится хуже. Это проявляется в том, что промежуток времени, который требуется для полной релаксации уплотнительного элемента, сжатого на седле сопла, превосходит среднее время цикла между двумя закрытыми положениями клапана. Это означает, что в этих случаях еще не полностью подвергнутый релаксации уплотнительный элемент уже на следующем этапе закрывания клапана снова прижимается к седлу сопла. Если имеет место слишком большой радиальный зазор уплотнительного элемента в исполнительном элементе, то существует опасность того, что уплотнительный элемент подходит к седлу сопла с радиальным боковым смещением, что неизбежно приводит к соответствующим протечкам в клапане. Очевидно, что вследствие этого ожидаемая функциональная способность клапана существенно ухудшается.
Исходя из этого состояния техники, задачей настоящего изобретения является предложить клапан, который является максимально надежным в эксплуатации.
Исходя из описанного выше клапана, для решения упомянутой выше задачи в изобретении предложено, что уплотнительный элемент установлен на исполнительном элементе с возможностью перемещения относительно него при помощи пружинного элемента. Согласно изобретению известный уплотнительный элемент соединен с отдельным пружинным элементом, при этом пружинный элемент устанавливает уплотнительный элемент на исполнительном элементе и допускает соответствующую (определенную) подвижность по отношению к нему. Установочная функция пружинного элемента неожиданным образом обеспечивает то, что клапаны согласно изобретению имеют намного более высокую надежность, так как боковое или же радиальное смещение уплотнительного элемента по отношению к седлу сопла при любом уровне температуры отсутствует, и, таким образом, надежность клапана уже не зависит от способности к восстановлению эластомера уплотнительного элемента, зависящей от температуры.
Неожиданным образом при помощи предложенного в изобретении решения достигается еще множество дополнительных преимуществ.
Предложенное в изобретении направление уплотнительного элемента при помощи отдельного пружинного элемента обеспечивает то, что уплотнительный элемент уже не прилегает к боковым стенкам выполненной в виде гнезда установочной полости, где он может подвергаться трению и изнашиванию, как это наблюдается по состоянию техники. Хотя износ на боковой поверхности уплотнительного элемента, выполненного зачастую цилиндрическим (для уплотнения служит торцевая поверхность), еще не оказывает сразу же отрицательного влияния на уплотняющие свойства уплотнительного элемента, однако он в значительной мере ограничивает долговечность клапана.
По состоянию техники проблема направления эластомера в исполнительном элементе решалась путем применения соответствующей направляющей втулки с надлежащими свойствами материала. Благодаря предложенному в изобретении решению этот очень трудоемкий этап обработки устранен.
Установка уплотнительного элемента при помощи пружинного элемента также эффективно противодействует угрозе опрокидывания уплотнительного элемента и существенно повышает надежность клапана согласно изобретению.
Разделение функций подвижности и уплотняющей способности между пружинным элементом и уплотнительным элементом позволяет также соответствующим образом оптимизировать обе эти функции независимо друг от друга. Таким образом, при помощи предложенного в изобретении решения можно назначить параметры и размеры пружинного элемента, независимо от свойств материала эластомера уплотнительного элемента, таким образом, что осуществляется оптимальное взаимодействие уплотнительного элемента с перемещением исполнительного элемента. Это может использоваться как в открытом, так и в закрытом положениях клапана и является преимуществом.
Из предложенного в изобретении решения получается, например, улучшенное постоянство величин потока среды, протекающей через клапан, так как положение (как осевое, так и радиальное) уплотнительного элемента благодаря пружинному элементу может точно задаваться, а также длительное время сохраняться, то есть оно является воспроизводимым.
Таким образом, предложенное в изобретении решение не только решает поставленную выше задачу, но и обнаруживает неожиданным образом множество дополнительных преимуществ.
В одном усовершенствовании решения предусмотрено, что исполнительный элемент имеет поводок, который по меньшей мере при подъеме уплотнительного элемента от седла сопла прилегает к уплотнительному элементу. Как описано выше, предусмотрена подвижность уплотнительного элемента по отношению к исполнительному элементу. Она в конечном итоге ограничена ходом пружины, то есть ходом пружинного элемента. При прилегании уплотнительного элемента к седлу сопла обычно наблюдаются явления прилипания или приклеивания, вследствие чего является благоприятным воздействие на уплотнительный элемент отдельной приподнимающей силы. Эта приподнимающая сила будет без дополнительных мер нагружать пружинный элемент, вследствие чего здесь является преимуществом применение отдельного поводка, так как, во-первых, может определяться момент времени отделения уплотнительного элемента от седла сопла, точно управляемый посредством положения поводка относительно уплотнительного элемента, во-вторых, пружинный элемент защищен от чрезмерной нагрузки.
Предпочтительно поводок неподвижно расположен на исполнительном элементе и перемещается вместе с ним. Поэтому уплотнительный элемент также является подвижным по отношению к поводку. При перемещении отведения поводок еще не прилегает к уплотнительному элементу, а вначале проходит определенный путь, чтобы затем воздействовать на уплотнительный элемент.
При этом поводок может быть выполнен в виде упорной закраины, которая прилегает к уплотнительному элементу на стороне, обращенной к седлу сопла. Существует также возможность того, что уплотнительный элемент имеет окружной паз, а поводок или же упорная закраина выступают в этот расположенный на боковой поверхности окружной паз и при перемещении отведения прилегают к стенке паза и увлекают за собой уплотнительный элемент. Здесь возможны различные варианты расположения поводка по отношению к уплотнительному элементу и его выполнения. В этом отношении изобретение не ограничено.
В отношении конфигурации упорной закраины изобретение также может быть выполнено самыми различными способами. Так, например, предусмотрено, что упорная закраина выполнена кольцевой, точечной или сегментной, или взаимодействует с уплотнительным элементом с прилеганием на отдельных участках. Разумеется, возможно, что упорная закраина или же поводок прилегают к уплотнительному элементу на стороне, обращенной к соплу.
В следующем варианте выполнения изобретения предусмотрено, что на обращенной к соплу стороне исполнительный элемент имеет по меньшей мере частично открытый колпачок, образующий поводок и по меньшей мере частично закрывающий уплотнительный элемент. При этом колпачок может выполнять множество функций. Во-первых, он закрывает в виде кожуха установочную полость, в которой размещен уплотнительный элемент. Тем самым он образует защиту для уплотнительного элемента. Через расположенное преимущественно с фронтальной стороны отверстие, которое предпочтительно не совпадает с седлом сопла, обеспечено взаимодействие уплотнительного элемента с соплом или же с седлом сопла. Это отверстие, например, очерчено в виде выемки. При этом край выемки выполнен, например, в виде кольцевой упорной закраины.
В следующем усовершенствовании этого решения предусмотрено, что колпачок по меньшей мере частично закрывает установочную полость исполнительного элемента, охватывает установочную полость уплотнительного элемента и имеет по меньшей мере одно отверстие, через которое установочная полость может продуваться в закрытом положении клапана.
Колпачок может быть также выполнен таким образом, что он не ограничивает или не закрывает установочную полость.
Типовые клапаны применяют, например, для управления протекающими средами в пневматической, а при необходимости, также и в гидравлической технике. Полное удаление воздуха из области вокруг уплотнительного элемента облегчает работу клапана, а также экономит энергию. В закрытом состоянии клапана исполнительный элемент (посредством либо своего привода, либо возвратной пружины или аналогичного устройства) герметично прижимает уплотнительный элемент к седлу сопла. Расположение соответствующих отверстий, которые обеспечивают возможность вентиляции или же тыльного продувания установочной полости в закрытом положении клапана, уменьшает эффект прилипания, который может возникать при открывании клапана.
При этом конструкция исполнительного элемента такова, что он, например, образует по меньшей мере боковые стенки установочной полости, хотя согласно изобретению он может быть также выполнен иначе. На обращенной к соплу области размещен расположенный на пружинном элементе уплотнительный элемент, который закрыт надетым колпачком.
В свою очередь, колпачок может иметь, например, тарельчатую или горшкообразную конфигурацию и примыкать к исполнительному элементу или удерживаться на нем сбоку. В этом варианте установочная полость в основном образована колпачком, а торцевая поверхность исполнительного элемента эту полость закрывает. Возможны различные варианты реализации установочной полости. В установочной полости расположен пружинный элемент с уплотнительным элементом, а колпачок должен быть надлежащим образом закреплен на исполнительном элементе, к чему относится, например, выполнение колпачка как одного целого с исполнительным элементом. Это реализуют, например, при помощи соответствующего формообразующего этапа обработки, при котором втулку фальцуют или обжимают внутрь.
Наряду с этим выполнением колпачка как одного целого с исполнительным элементом, возможно также соединение путем приваривания или припаивания колпачка к исполнительному элементу. Возможно также материальное соединение, например, посредством клеевого слоя, то есть изобретение включает в себя приклеивание, а также механические технологии соединения с силовым или геометрическим замыканием, например, расчеканку, отбортовку, защелкивание или установку в пружинный зажим.
При этом предпочтительно выбирают технологию соединения, которая не только надежно закрепляет колпачок на исполнительном элементе, но и одновременно фиксирует желаемым образом пружинный элемент на исполнительном элементе.
В одном предпочтительном усовершенствовании - решения предусмотрено, что уплотнительный элемент имеет проходное отверстие, которое на одной стороне входит в сопло, а на другой стороне, обращенной к исполнительному элементу, образует управляющее сопло, которое в закрытом положении клапана закрыто обращенной к уплотнительному элементу уплотнительной поверхностью исполнительного элемента.
Благодаря концепции управляющего сопла уменьшается сила, необходимая для открывания закрытого клапана, что благоприятно сказывается на конструкции привода. Принцип функционирования подробно описан и показан на прилагаемых чертежах. Обычно проходное отверстие в уплотнительном элементе является параллельным оси сопла. Однако изобретение этим не ограничено, и проходное отверстие может также проходить наклонно. Также может очень широко варьироваться конфигурация проходного отверстия согласно изобретению. Может быть предусмотрено цилиндрическое проходное отверстие, а также отверстие с конической или же фасонной формой. Смысл применения управляющего сопла состоит в том, что уплотнительный элемент многократно применяется для задач уплотнения, а именно, с одной стороны, для закрывания или же освобождения (основного) сопла, а с другой стороны, он сам образует сопло, которое может закрываться обращенным к уплотнительному элементу днищем или уплотнительной поверхностью исполнительного элемента. Выгодным образом упругость материала уплотнительного элемента дважды используется для задач уплотнения.
Предпочтительным образом при этом эффективный диаметр управляющего сопла меньше, чем диаметр (основного) сопла.
На обращенной к уплотнительному элементу стороне исполнительного элемента предусмотрена уплотнительная поверхность. Обычно это обращенная к соплу торцевая поверхность исполнительного элемента, однако изобретение этим не ограничено. Конструктивно эту функцию может также выполнять другая сторона или поверхность исполнительного элемента. В закрытом положении клапана к уплотнительному элементу, состоящему из эластичного материала и окружающему уплотнительную поверхность управляющего сопла, прилегает деформирующее уплотнительное кольцо или уплотнительное утолщение. Это уплотнительное кольцо или же уплотнительное утолщение выступает по отношению к уплотнительной поверхности в направлении уплотнительного элемента и образует сбоку или же в радиальном направлении рядом с ним соответствующее освобождающее пространство или поднутрение, давление в котором выравнено с давлением на этой стороне клапана или же уплотнительного элемента. Отсюда получается, что к управляющему соплу и его поверхности поперечного сечения приложено такое же рабочее давление, как и к основному соплу, вследствие чего для открывания управляющего сопла требуется небольшая сила. На это непосредственно ориентирована концепция управляющего сопла.
При этом следует отметить, что концепция освобождающего пространства может быть также реализована иначе, например, при помощи соответствующего выполнения уплотнительного элемента, который на обращенной к уплотнительной поверхности стороне проходного отверстия имеет отдельный уплотнительный край, уплотнительное кольцо или уплотнительное утолщение из эластичного материала уплотнительного элемента, что приводит к такому же результату.
Предпочтительным образом пружинный элемент образован из плоского упругого материала, например, из пружинной стали. Он соответствующим образом оптимизирован для задачи упругой установки или же перемещения уплотнительного элемента, к чему относится, например, также выбор материала пружинного элемента.
Пружинный элемент осуществляет радиальное по отношению к седлу сопла направление уплотнительного элемента на исполнительном элементе, в частности, без трения. Разумеется, формулировка «на исполнительном элементе» включает в себя также выполнение направления уплотнительного элемента в исполнительном элементе. Благодаря предложенному в изобретении решению с одной стороны, надежным образом предотвращен чрезмерный износ уплотнительного элемента вследствие бокового прилегания и трения на исполнительном элементе или же его установочной полости, а с другой стороны, расположение пружинного элемента обеспечивает точное, в частности, точно повторяемое позиционирование уплотнительного элемента на седле сопла.
Для закрепления уплотнительного элемента на пружинном элементе возможно множество различных концепций, и изобретение в этом отношении не ограничено. Так например, уплотнительный элемент может быть нанесен на пружинный элемент литьем под давлением, пристегнут, установлен в пружинном зажиме, привулканизован или приклеен. Изобретение включает в себя любую технологию соединения, которая пригодна для удерживания уплотнительного элемента на пружинном элементе, предпочтительно в течение длительного времени.
Уже было отмечено, что уплотнительный элемент предпочтительно выполнен из эластомера. Например, возможно выполнение уплотнительного элемента из сравнительно мягкого материала, например, с твердостью по меньшей мере 60 единиц Шора по шкале А, а также принципиально возможно применение эластомеров с твердостью ниже 80 или же 85 единиц Шора по шкале А. Это возможно, так как направление уплотнительного элемента на пружинном элементе соответственно приводит к щадящей эксплуатации уплотнительного элемента, и поэтому уплотнительный элемент может быть оптимизирован в отношении задачи уплотнения, которая, разумеется, решается очень эффективно при помощи мягкого материала.
Кроме того, предпочтительным образом на обращенной к соплу стороне уплотнительного элемента предусмотрен кольцевой паз, действующий, в частности, в качестве освобождающего пространства. Этот кольцевой паз или освобождающее пространство обеспечивают то, что при прилегании уплотнительного элемента к седлу сопла в уплотнительном элементе не вызывается появление трещин. При этом расположение выбрано таким, что на материале, если смотреть снаружи внутрь, наружная область уплотнительного элемента (которая обращена к соплу) при перемещении открывания или же отведения исполнительного элемента взаимодействует с поводком и охватывается им. В радиальном направлении внутри к этой области примыкает описанный выше кольцевой паз, служащий в качестве освобождающего пространства, который затем переходит в область уплотнительного элемента, закрывающую или же уплотняющую седло сопла или же сопло.
Следующее преимущество применения пружинного элемента, который удерживает уплотнительный элемент, состоит в том, что в зависимости от конструктивных условий пружинному элементу может быть придано предварительное напряжение, и, таким образом, ненагруженное положение уплотнительного элемента в клапане согласно изобретению может однозначно фиксироваться. Предварительное напряжение может при этом осуществлять соответствующие предварительные установки в различных направлениях, что является преимуществом. В частности, предусмотрена плоская конфигурация пружинного элемента, что обеспечивает возможность предварительного напряжения, исходя от ненагруженного среднего положения, в двух направлениях (под прямым углом к плоскому пружинному элементу). В этом варианте в распоряжении имеются оба направления предварительного напряжения (например, в направлении исполнительного элемента или от него). Разумеется, возможно также, что на пружинный элемент предварительное напряжение не воздействует.
В одном предпочтительном варианте выполнения пружинного элемента он проявляет свои упругие свойства вследствие упругого деформирования своей плоской конфигурации. Это может быть, например, достигнуто посредством того, что пружинный элемент выполнен в виде пружины в форме меандра, тарельчатой пружины, звездообразной пружины или пластинчатой пружины. Благодаря такой конфигурации реализуется очень компактная конструкция, при этом, в частности, является преимуществом, если в клапане согласно изобретению не требуется очень большой рабочий ход пружинного элемента.
Следует заметить, что, разумеется, могут быть также предусмотрены другие варианты выполнения пружинного элемента, например, конические пружины, винтовые пружины или другие пружины.
Пружинный элемент может быть разделен на установочную область и пружинную область, при этом уплотнительный элемент расположен в (центральной) установочной области. Благодаря этому разделению предотвращается чрезмерное механическое нагружение уплотнительного элемента, что достигается, например, посредством соответствующих вариаций жесткости пружинного элемента в установочной области по отношению к пружинной области.
Предпочтительным образом в пружинной области предусмотрено по меньшей мере одно проходное отверстие. Оно служит для тыльного продувания области управляющего сопла и одновременно служит в качестве фильтра или же элемента, удерживающего частицы загрязнений, которые при определенных обстоятельствах подводятся вместе с управляемой средой. При определенных обстоятельствах такие частицы могли бы сделать управляющее сопло неработоспособным и, таким образом, вывести из строя весь клапан. Посредством конфигурации проходного отверстия в пружинной области без проблем может устанавливаться «размер фильтра».
Предпочтительным образом пружинный элемент, удерживающий уплотнительный элемент, расположен между колпачком и исполнительным элементом, или же предусмотрен в установочной полости, ограниченной колпачком и исполнительным элементом. Разумеется, для надежного направления уплотнительного элемента предусмотрено также соответствующее закрепление пружинного элемента на исполнительном элементе, которое, например, может быть реализовано совместно с закреплением колпачка или независимо от него, например, посредством отдельного этапа закрепления, перед тем, как колпачок будет надет и закреплен. При этом, например, пружинный элемент может быть приварен к исполнительному элементу, приклеен, расчеканен, отбортован, припаян, установлен в пружинном зажиме или присоединен другим способом, механически или материально.
Предпочтительным образом предусмотрено, что имеют место по существу параллельные рабочее направление пружинного элемента и управляющее перемещение или же перемещение отведения исполнительного элемента. Благодаря такой параллельности направлений существенно упрощается взаимодействие между элементами, хотя изобретение включает в себя также отличающиеся от этого концепции, например, если исполнительный элемент и/или уплотнительный элемент проводятся по дуговой или круговой траектории. Эти концепции также включены в замысел изобретения.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения в качестве привода предусмотрен электромагнит, который имеет выполненную с возможностью подачи электрического тока катушку, и при подаче тока подвижно установленный якорь может перемещаться, в частности, навстречу усилию возвратной пружины, при этом якорь перемещает исполнительный элемент или его образует. Применение электромагнита в качестве привода клапана согласно изобретению является предпочтительным из многих различных альтернативных концепций привода. Исполнительный элемент, который совершает перемещение, может быть выполнен как одно целое с якорем, перемещаемым катушкой электромагнита, или же может быть предусмотрен или же установлен отдельно от него. При этом предусмотрено соответствующее механическое соединение между якорем и исполнительным элементом.
Разумеется, изобретение включает в себя также решения, при которых перемещение отведения реализовано не посредством возвратной пружины, а посредством перемещающего импульса, также выработанного электромагнитным путем.
Также изобретение не ограничено исключительно прямолинейным перемещением исполнительного элемента в клапане согласно изобретению, а включает в себя, например, также вращательное перемещение или перемещение откидывания исполнительного элемента, то есть любое перемещение, которое применимо для надежного и повторяемого надвигания уплотнительного элемента на седло сопла и подъема от него. Разумеется, концепция прямолинейного перемещения исполнительного элемента имеет соответствующие преимущества при движении, однако применение пружинного элемента позволяет также предусмотреть, например, вращательное перемещение или перемещение откидывания исполнительного элемента в области седла сопла и соответствующее выравнивание при помощи надлежащего предварительного напряжения пружинного элемента.
Один вариант выполнения изобретения схематически представлен на чертежах. На них изображено:
фиг.1а, 1b и 1с - сечения клапана согласно изобретению в трех различных положениях, а именно, в полностью закрытом положении (фиг.1а), с открытым управляющим соплом (фиг.1b) и в полностью открытом положении (фиг.1с);
фиг.2а, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f - пространственные изображения различных вариантов выполнения пружинного элемента с расположенным на нем уплотнительным элементом согласно изобретению.
Одинаковые или соответствующие друг другу элементы обозначены на чертежах одинаковыми номерами позиции и поэтому повторно не описываются, если это не является необходимым.
На фиг.1а показан клапан 1 согласно изобретению в закрытом положении. Клапан имеет клапанную часть 10, а также привод 2, который на представленных видах показан не полностью. Привод 2 реализован, например, в виде электромагнита, который известным образом имеет катушку (не показана), выполненную с возможностью подачи электрического тока, и подвижно-установленный якорь 20, который посредством подачи тока может перемещаться, в частности, навстречу усилию возвратной пружины 21.
В свою очередь, якорь 20 воздействует на исполнительный элемент 3, который уже является деталью клапанной части 10, выступает в полость 11 клапана, и преобразует выполненное якорем 20 перемещение в перемещение открывания или закрывания. Как уже было описано, якорь 20 и исполнительный элемент 3 могут быть двумя отдельными конструкционными элементами или одним (совместным) конструкционным элементом с двумя функциями, то есть якорь 20 образует исполнительный элемент 3. Показан последний вариант.
Известным способом якорь 20 подвижно установлен в полости 22 якоря, и двойной стрелкой 33 обозначено направление его перемещения, которое одновременно соответствует направлению перемещения исполнительного элемента 3. На обращенной от исполнительного элемента 3 или же от клапанной части 10 стороне полости 22 якоря или же якоря 20 после воздушного зазора 24 примыкает сердечник или магнитный сердечник 23, который является стационарным конструкционным элементом электромагнита и проводит силовые линии магнитного поля. В показанном на фиг.1а опущенном положении электромагнита получается, что воздушный зазор 24 (в полости 22 якоря), образованный между якорем 20 и магнитным сердечником 23, является наибольшим. Якорь 20, и, таким образом, исполнительный элемент 3, опираются через возвратную пружину 21 на сердечник и (на показанном здесь виде) сдвигаются вниз, вследствие чего уплотнительный элемент, установленный в исполнительном элементе 3 или же на нем, прилегает по всей поверхности к седлу 40 сопла 4. В обесточенном состоянии этот клапан закрыт. Однако предложенная в изобретении концепция функционирует также в клапанах, открытых в обесточенном состоянии.
Через осевое отверстие 26 и поперечное отверстие 25 полость 22 якоря находится в выравнивающей давление связи с полостью 11 клапана, чтобы обеспечить посредством этого возможность выравнивания давления или же тыльного продувания при перемещении якоря и обеспечить таким образом быстрое перемещение якоря 20.
В клапанной части 10 предусмотрена полость 11 клапана, которая находится в рабочем соединении с подводом давления. Сопло 4 открывается и закрывается уплотнительным элементом 5, в зависимости от положения исполнительного элемента 3. К соплу 4 примыкает присоединительный элемент 41 сопла, например, в направлении рабочего присоединительного элемента.
На своей стороне, обращенной к соплу 4, исполнительный элемент 3 удерживает уплотнительный элемент 5. Для этого на обращенной к соплу 4 стороне исполнительного элемента 3 находится установочная полость 30, которая подвижно направляет уплотнительный элемент 5 по существу параллельно направлению 33 перемещения исполнительного элемента 3 или же якоря 20.
Предпочтительным образом по замыслу изобретения уплотнительный элемент 5 ограничен в отношении своей свободной подвижности установочной полостью 30.
Получающееся вследствие этого направление уплотнительного элемента 5 имеет, как было описано выше, некоторые преимущества. Это направление достигается посредством того, что предусмотрен пружинный элемент 8, который надлежащим образом зафиксирован на исполнительном элементе 3 и удерживает уплотнительный элемент 5, предпочтительно посередине или симметрично, или же по центру. При этом существует множество различных вариантов выполнения пружинного элемента 8, которые, например, показаны на фиг.2a-f. В частности, в показанном здесь варианте выполнения уплотнительный элемент 5 залит под давлением в средней области пружинного элемента 8, выполненной в качестве установочной области 80, причем в этой области пружинный элемент 8 имеет соответствующие проемы 83, через которые проникает (эластичный) заливаемый материал уплотнительного элемента 5 и образует соединение с геометрическим замыканием с пружинным элементом 8.
Пружинный элемент 8 обеспечивает подвижность уплотнительного элемента в направлении, параллельном перемещению 33 исполнительного элемента 3.
Для этого пружинный элемент 8 соединен на своем наружном крае с исполнительным элементом 3. Исполнительный элемент 3 имеет в этой области ориентированное в радиальном направлении наружу (по отношению к направлению 33 перемещения или же центральной оси 12) имеющее форму фланца кольцо 34, которое образует упорную или же соединительную поверхность для пружинного элемента 8. Это кольцо 34 выступает за диаметр якоря 20 в полость 11 клапана.
Пружинный элемент 8 и уплотнительный элемент 5 расположены в установочной полости 30 и благодаря этому направляются, а также защищены. Установочная полость 30 в свою очередь ограничена торцевой поверхностью 35 исполнительного элемента 3, цилиндрическим краем 36, который примыкает к торцевой поверхности 35 и переходит в кольцо 34, а также колпачком 7, который примыкает наподобие тарелки или горшка к кольцу 34 и проходит от него в направлении сопла 4.
Этот колпачок 7 имеет несколько задач. Во-первых, он закрывает установочную полость 30. Этому не препятствует то, что колпачок 7 имеет, например, отверстия 71 или выемки 70. Колпачок 7, например, выполнен на кольце 34 как одно целое с ним, в качестве части исполнительного элемента 3 или, в настоящем варианте, он выполнен и закреплен в виде отдельной детали, например, прикреплен при помощи лазера, приварен, приклеен, припаян или неподвижно присоединен другим, например, уже описанным механическим способом (в частности, расчеканен и т.д.).
Колпачок 7 является, например, осесимметричным относительно центральной оси 12. Средняя область, обозначенная как днище 73, проходит по существу плоско, и колпачок 7 имеет на своей периферии отогнутый в направлении исполнительного элемента край 72, который входит в соединительную область, служащую для присоединения колпачка 7 к исполнительному элементу 3.
На днище 73 колпачка 7 предусмотрена выемка 70, размеры которой назначены таким образом, что колпачок 7 в области 73 днища не сталкивается с соплом 4.
Благодаря расположению выемки 70 возможна плотная посадка уплотнительного элемента 5 на седло 40 сопла 4. Так, например, на фиг.1а хорошо видно, что днище 73 надвинуто на сопло 4 рядом с выемкой 70. Разумеется, расположение выбрано таким образом, что имеют место лишь минимальные щели или зазоры.
В показанном здесь варианте выполнения клапан 1 оснащен управляющим соплом 51. Оно выполнено в уплотнительном элементе 5 таким образом, что предпочтительно оно имеет проходное отверстие 50, проходящее параллельно центральной оси 12. На обращенной от исполнительного элемента стороне это проходное отверстие 50 входит в сопло 4 и закрыто на обращенной к исполнительному элементу 3 стороне уплотнительной поверхностью 31. В показанном здесь варианте выполнения эта уплотнительная поверхность 31 является идентичной торцевой поверхности 35 исполнительного элемента 3.
Хорошо видно, что в области управляющего сопла 51 на уплотнительной поверхности 31 в направлении уплотнительного элемента 5 выступает уплотнительное кольцо 32, которое вдавливается в эластичный материал уплотнительного элемента 5 в закрытом положении клапана 1. Таким образом уплотнительное кольцо 32 определяет также действующую здесь уплотнительную поверхность и, тем самым, закрывающее усилие, которое нужно преодолеть на этапе открывания. Очевидно, что эта уплотнительная поверхность существенно меньше, чем уплотнительная поверхность на седле 40 сопла. Эффект применения управляющего сопла состоит в том, что вследствие этого уменьшаются силы, требуемые для открывания клапана, и для приведения в действие клапана достаточно меньшего (электромагнитного) привода.
При этом давление в области, находящейся в радиальном направлении рядом с уплотнительным кольцом 32, выравнено с давлением в остальной внутренней части клапана, то есть в полости 11 клапана. Это выравнивание давлений осуществляется в закрытом положении клапана 1 через отверстие 71, которое предусмотрено в боковом крае 72 колпачка 7 и через проемы 83 в пружинном элементе 8, через которые выравнивается давление в обращенной к торцевой поверхности 35 исполнительного элемента 3 области установочной полости 30.
Перемещение открывания клапана, полностью закрытого на фиг.1а и полностью открытого на фиг.1с, поясняется здесь лишь кратко.
Сопло 4 (основное) и управляющее сопло 51 закрыты, исполнительный элемент 3 посредством возвратной пружины 21 перемещен в направлении сопла 4, а электромагнит обесточен. Исходя от этого закрытого положения привод 2 активируют, например, на катушку (не показана) электромагнита подают ток, вследствие чего в воздушном зазоре, предусмотренном между якорем 20 и магнитным сердечником 23, возникает взаимодействие силовых линий магнитного поля (навстречу усилию возвратной пружины 21), которое стремится вытянуть якорь 20 в направлении магнитного сердечника 23. Это направленное вверх перемещение якоря 20 приводит к перемещению подъема исполнительного элемента 3 относительно сопла 4, при этом вначале открывается управляющее сопло 51, то есть уплотнительная поверхность 31 отклоняется вверх, и уплотнительное кольцо 32 выходит из сжатого материала уплотнительного элемента 5, вследствие чего управляющее сопло 51 открывается. Однако уплотнительный элемент 5 продолжает прилегать к соплу 4.
Подлежащее регулированию давление приложено в полости 11 клапана, и находящаяся со стороны выпуска область, нагруженная, как правило, меньшим давлением, расположена в выпускном отверстии 41 сопла 4, и таким образом, рабочее давление приложено также к уплотнительному кольцу 32 управляющего сопла 51, и требующаяся для открывания управляющего сопла сила получается из произведения эффективной уплотнительной поверхности на разность давлений между полостью 11 клапана и выпускным отверстием 41 сопла. Таким образом, осуществляется предварительное продувание выпускного отверстия 41 сопла и, тем самым, уменьшение разности давлений между выпускным отверстием 41 сопла и полостью 11 клапана, вследствие чего уменьшается сила, необходимая для подъема уплотнительного элемента 5 от седла 40 сопла (с большей уплотнительной поверхностью).
Открытое управляющее сопло 51 показано на фиг.1b. На фиг.1b также хорошо видно, что примыкающая к выемке 70 кольцевая область колпачка 7 прилегает к обращенной к соплу 4 области уплотнительного элемента 5.
Окружающий выемку 70 край образует поводок 6, который вступает в действие в ситуации, показанной на фиг.1b, а именно, при дальнейшем перемещении отведения исполнительного элемента 3 (уменьшении воздушного, зазора 24) поводок 6 прилегает к уплотнительному элементу 5 и приподнимает его от седла 40 сопла. Это осуществляется без дополнительного механического нагружения пружинного элемента 8, и клапан 1 переходит в положение, показанное на фиг.1с, в котором воздушный зазор 24 является минимальным, сопло 4 полностью открыто и колпачок 7 приподнят над соплом 4.
При этом расположение выбрано таким образом, что в открытом положении управляющее сопло 51 снова закрыто, вследствие чего уплотнительный элемент 5 в открытом положении занимает определенную позицию и, таким образом, проточный зазор на сопле 4 определен с возможностью точного повторения. Это может быть без проблем реализовано, например, при помощи соответствующего предварительного напряжения пружинного элемента 8. Согласно изобретению возможны также другие варианты предварительного напряжения.
На своей стороне, обращенной к соплу 4, уплотнительный элемент 5 имеет кольцевой паз 52, который действует в качестве освобождающего пространства для поводка 6. При этом, когда поводок 6 взаимодействует с уплотнительным элементом 5, он, то есть внутренний край выемки 70 в днище 73 колпачка 7, прилегает к области уплотнительного элемента 5, расположенной в радиальном направлении снаружи от кольцевого паза 52. Кольцевой паз 52 эффективно противодействует угрозе образования трещин вследствие взаимодействия расположенной в радиальном направлении снаружи области уплотнительного элемента 5 с поводком 6.
На фиг.2a-2f показано множество вариантов выполнения пружинного элемента 8, которые удерживают уплотнительный элемент 5.
Например, на фиг.2а показан вариант выполнения с пружиной в форме меандра, в которой спиральные проходные отверстия 82 примыкают к спиральным пружинящим ребрам или перемычкам материала. При этом ход пружины определяется, в частности, длиной этих перемычек 85 материала. Одновременно проходные отверстия 82 обеспечивают выравнивание давлений на передней и задней сторонах пружинного элемента, в противном случае герметично вставленного в колпачок 7 или же в исполнительный элемент 3.
Для лучшей наглядности в пружинном элементе на фиг.2b установочная область 80 показана отделенной от пружинной области 81. Пружинная область 81 расположена в радиальном направлении снаружи и обеспечивает в значительной мере (предпочтительно исключительно) упругие свойства пружинного элемента 8. Установочная область 80 служит для установки и закрепления уплотнительного элемента 5. На фиг.2b предусмотрены проходящие в радиальном направлении лучи 84, которые образуют пружинную область 81, и между которыми находятся проходные отверстия 82, являющиеся со стороны конца открытыми, однако в смонтированном положении они, разумеется, полностью окружены.
На фиг.2с показана конструкция, аналогичная фиг.2b. Крепежные лучи 84 расположены здесь в форме креста и имеют в свою очередь проемы 82'.
На фиг.2d показан пружинный элемент, который выполнен в форме диска, аналогично варианту с пружиной в форме меандра согласно фиг.2а, однако содержит проходящие по существу в радиальном направлении пружинные лучи 84, которые расширяются в наружной в радиальном направлении области и тем самым образуют четыре проходных отверстия 82 одинаковой величины, расположенных на одинаковых расстояниях в окружном направлении пружинного элемента 8.
На фиг.2е показан вариант выполнения пружинного элемента 8 с двухсторонней установкой на противоположных сторонах, который на фиг.2f дополнительно упрощен, и в котором расположены лишь четыре штыря 85 в форме буквы Н, удерживающие между собой уплотнительный элемент 5.
Пункты формулы изобретения, направленные вместе с заявкой в настоящий момент и позднее, не содержат преюдиции для достижения продолжающейся защиты.
Если при последующей экспертизе, в частности, на основании соответствующего состояния техники получится, что один или другой признак хотя и является благоприятным для цели изобретения, но не является решающим образом важным, то, разумеется, следует стремиться к формулировке, которая уже не содержит такой признак, в частности, в независимом пункте формулы изобретения. Такая последующая комбинация обеспечивается публикацией настоящей заявки.
Следует также обратить внимание на то, что различные варианты выполнения изобретения, описанные и показанные на чертежах, могут произвольно комбинироваться друг с другом. При этом отдельные признаки или несколько признаков могут произвольно заменяться. Эти комбинации признаков также включены в публикацию.
Приведенные в зависимых пунктах формулы изобретения ссылки указывают на следующий вариант выполнения предмета независимого пункта формулы изобретения при помощи признаков соответствующего зависимого пункта. Однако их не следует понимать, как отказ от достижения самостоятельной предметной защиты для признаков соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения.
Признаки, которые были опубликованы лишь в описании, или же отдельные признаки из пунктов формулы изобретения, включающих в себя множество признаков, могут быть всегда помещены в независимый пункт (пункты) формулы изобретения в качестве признаков, имеющих существенное для изобретения значение, с целью отграничения от состояния техники, а именно, также если такие признаки были упомянуты в связи с другими признаками, или же если в связи с другими признаками достигаются особенно благоприятные результаты.
1. Клапан, выполненный с возможностью приведения в действие при помощи привода (2), который позиционирует исполнительный элемент (3) по отношению к соплу (4) для его открывания и закрывания,
при этом на своей обращенной к соплу (4) стороне исполнительный элемент (3) имеет уплотнительный элемент (5), который в закрытом положении клапана (1) прилегает к седлу (40) сопла, а в открытом положении клапана (1) приподнят от седла (40) сопла,
причем уплотнительный элемент (5) установлен на исполнительном элементе (3) с возможностью перемещения относительно него при помощи пружинного элемента (8), причем
пружинный элемент (8) обеспечивает направление уплотнительного элемента (5) на исполнительном элементе (3) или в нем в радиальном направлении относительно седла (40) сопла, в частности, без трения.
2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что
исполнительный элемент (3) имеет поводок (6), который по меньшей мере при подъеме уплотнительного элемента (5) от седла (40) сопла прилегает к уплотнительному элементу (5), и/или что
уплотнительный элемент (5) имеет проходное отверстие (50), которое на одной стороне входит в сопло (4), а на другой стороне, обращенной к исполнительному элементу (3), образует управляющее сопло (51), которое в закрытом положении клапана (1) закрыто обращенной к уплотнительному элементу (5) уплотнительной поверхностью (31) исполнительного элемента (3).
3. Клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что
поводок (6) выполнен в виде упорной закраины, которая при подъеме уплотнительного элемента (5) прилегает к нему на обращенной к седлу (40) сопла стороне в форме кольца, точечно, сегментами или отдельными участками, и/или что
исполнительный элемент (3) на обращенной к соплу (4) стороне имеет по меньшей мере частично открытый, образующий поводок (6) колпачок (7), по меньшей мере частично закрывающий уплотнительный элемент (5).
4. Клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что
колпачок (7) в области сопла (4) имеет выемку (70), и/или что
колпачок (7) по меньшей мере частично закрывает установочную полость (30) исполнительного элемента (3), в которой установлен уплотнительный элемент (5), и колпачок (7) имеет по меньшей мере одно отверстие (71), через которое установочная полость (30) может продуваться в закрытом положении клапана (1), и/или что
колпачок (7) расположен на исполнительном элементе (3) как одно целое с ним, приварен, приклеен, защелкнут, установлен в пружинном зажиме, расчеканен, отбортован или припаян, и/или что
колпачок (7) и исполнительный элемент (3) состоят из одного и того же или из различных материалов.
5. Клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что
уплотнительная поверхность (31) имеет уплотнительное кольцо (32) или уплотнительное утолщение, окружающее управляющее сопло (51) и деформирующее в закрытом положении уплотнительный элемент (5), состоящий из эластичного материала, и/или что,
начиная от закрытого положения движение отведения исполнительного элемента (3), вначале открывает управляющее сопло (51), и исполнительный элемент (3) перемещается относительно неподвижного на седле (40) сопла уплотнительного элемента (5), а при дальнейшем перемещении отведения поводок (6) приподнимает уплотнительный элемент (5) от седла (40) сопла, и/или что
уплотнительный элемент (5) на обращенной к соплу (4) стороне имеет кольцевой паз (52), действующий, в частности, в качестве освобождающего пространства.
6. Клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что
пружинный элемент (8) образован из плоского упругого материала, например, из пружинной стали, и/или что пружинный элемент (8) удерживает уплотнительный элемент (5), который залит под давлением на пружинный элемент (8), пристегнут к нему, установлен в пружинном зажиме, привулканизован или приклеен.
7. Клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что
пружинный элемент (8) выполнен в виде пружины в форме меандра, тарельчатой пружины, звездообразной пружины или пластинчатой пружины, и/или что
пружинный элемент (8) расположен между колпачком (7) и исполнительным элементом (3), и/или что
пружинный элемент (8) приварен к исполнительному элементу (3), приклеен, расчеканен, отбортован или припаян, и/или что
предусмотрены по существу параллельные рабочие направления пружинного элемента (8) и управляющего перемещения или же перемещения (33) отведения исполнительного элемента (3).
8. Клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что пружинный элемент (8) имеет установочную область (80) и пружинную область (81), и уплотнительный элемент (5) расположен в установочной области (80), при этом, в частности, в пружинной области (81) предусмотрено по меньшей мере одно проходное отверстие (82).
9. Клапан по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве привода (2) предусмотрен электромагнит, который имеет катушку, выполненную с возможностью подачи электрического тока, и при подаче тока подвижно установленный якорь (20) может перемещаться, в частности, навстречу усилию возвратной пружины (21), при этом якорь (20) перемещает исполнительный элемент (3) или его образует.
10. Клапан по п. 1 или 2, отличающийся по существу прямолинейным перемещением исполнительного элемента (3) или его вращательным перемещением, или перемещением откидывания.
