CN102330832B - 具有异形弹簧的电磁阀 - Google Patents

Abstract

本发明总体上涉及一种具有异形弹簧的电磁阀。具体地，本发明提出一种用于控制流体的电磁阀，包括磁极铁芯(5)、与闭合元件(15)连接的衔铁(6)以及弹簧元件，该弹簧元件被设置在所述磁极铁芯(5)与所述衔铁(6)之间的工作间隙(13)中，其中，所述弹簧元件包括异形弹簧(2)，所述异形弹簧具有基本上为盘形的结构，并且所述异形弹簧(2)具有拱起部(2a)，该拱起部具有至少一个侧边区域(24)和一个圆顶区域(23)，其中，所述圆顶区域(23)上的切线(T1)平行于所述磁极铁芯(5)的端部面(50)。

Description

具有异形弹簧的电磁阀

技术领域

本发明涉及一种用于控制流体的电磁阀，所述电磁阀具有异形弹簧，所述异形弹簧设置在磁极铁芯与衔铁之间的工作间隙中。

背景技术

在现有技术中已知各种具有不同结构的电磁阀并且被例如用在车辆的制动***中。已知的电磁阀通常具有磁力在轴向工作间隙变小时十分剧烈(成指数倍)地增加的磁力特性。因此在工作间隙变小时仅能通过增大调节力来实现电磁阀的可控制性，从在极端头与衔铁之间预先设定的小间距开始不能够再对电磁阀进行调节。因此，在已知的电磁阀中都应用相对大的工作间隙，使得阀的工作范围处于更平坦变化的但同时也在更低水平的磁力范围内。然而，特别是在断电关闭的电磁阀中，可用的磁力必须足以克服起闭合作用的压力弹簧以打开阀。此压力弹簧的强度通常被设计成，使所述弹簧可以在很小的预紧状态下克服工作介质在电磁阀上起打开作用的力并且可以关闭电磁阀。由于在工作中在工作介质中必要时会出现很大的压力差，所以压力弹簧必须始终提供可以在较高的工作压力下能可靠地关闭电磁阀的力。这相应地导致压力弹簧具有相对较高的关闭力，这又导致了电磁阀的磁路必须提供克服此弹簧力的打开力。这使得磁路的电磁线圈或其它部件的几何结构变大，这除了意味着结构空间增加之外还意味着额外的重量。

发明内容

与此相对的是，具有权利要求1所述特征的根据本发明的电磁阀的优点在于，可以在更大的行程范围内，即特别是在磁极铁芯与衔铁之间的工作间隙很小时，实现电磁阀的可调节性。由此，根据本发明可以减小电磁阀特别是磁路的结构尺寸。此外，可以在不同的标准方面，例如在关闭状态下改进的密封性、改进的接通时间或改进的阀动态性能方面对电磁阀进行设计。这根据本发明可通过使用异形弹簧来实现，该异形弹簧具有基本上呈盘形的结构并且具有拱起部，所述拱起部带有至少一个侧边和一个圆顶区域。根据本发明，对圆顶区域进行限定，使得紧贴在其上的切线平行于磁极铁心的一端平面。因此，根据本发明的使用异形弹簧的构思可以实现弹簧特性曲线的需要的设计，其中，特别是可十分简单且低成本地制造电磁阀的组件的其余几何形状。

从属权利要求描述了本发明的优选的改进方案。

优选的是，在电磁阀的断电状态中，异形弹簧的圆顶区域与磁极铁芯的端部面或衔铁的朝向磁极铁心的端面接触。

特别优选的是，异形弹簧具有两级的弹簧特性。因此，弹簧力特性曲线根据磁极铁芯与衔铁之间的工作间隙的大小而变化，从而可以对应于所期望的需要根据工作间隙的大小对弹簧特性进行设计。

特别优选的是，异形弹簧具有带有第一圆顶区域的第一拱起部和带有第二圆顶区域的第二拱起部，其中在电磁阀的断电状态下两个圆顶区域中仅有一个与衔铁或磁极铁芯接触。因此，当工作间隙略微减小时，另一个圆顶区域才与磁极铁芯或衔铁接触，从而可以提供两级弹簧特性。优选的是，两个拱起部被构造为朝向彼此相反的方向。

根据异形弹簧的形状的设计方式，弹簧特性与工作间隙的大小相关地变化，从而能够以简单的方式通过异形弹簧的不同造型来实现与不同应用领域的个别的匹配。

可选的是，电磁阀还包括第二弹簧元件，其中，在电磁阀的断电状态下，不是第二弹簧元件就是异形弹簧与衔铁或磁极铁芯接触。因此可以通过应用两个弹簧元件提供两级弹簧特性。特别优选的是，在此，第二弹簧元件是圆柱形螺旋弹簧。然而，作为替代，也可以使用异形弹簧作为第二弹簧元件。

根据本发明的另一种优选的设计方案，异形弹簧具有固定区域并且衔铁具有用于容纳固定区域的凹部。由此实现了异形弹簧在衔铁上的简单固定。特别优选的是，异形弹簧的固定区域在此处是圆柱形。可选的是，在使用两个弹簧元件时，可以将其中一个弹簧元件固定在衔铁上而另一个弹簧元件固定在固定于衔铁上的弹簧元件上。

为了确保在电磁阀的在起作用的状态下的异形弹簧的可靠的可变形性，异形弹簧优选地具有多个空隙，以使位于工作间隙中的流体能够穿过所述异形弹簧流动。所述空隙优选为在异形弹簧中的延伸直到异形弹簧的内边缘和/或外边缘的缝隙，或者为异形弹簧中的缝隙状的封闭的空隙。

附图说明

以下参照附图详细说明优选的实施例。在附图中：

图1为根据本发明的第一实施例的电磁阀的示意性剖视图，

图2为电磁阀的部分区域的示意性放大视图，

图3示出了弹簧力随工作间隙的大小变化的图，

图4为第一实施例的异形弹簧的放大剖视图，

图5为根据本发明的第二实施例的电磁阀的示意图，

图6为第二实施例的弹簧力随工作间隙的大小变化的图，以及

图7为根据本发明的第三实施例的电磁阀的示意图。

具体实施方式

以下参照图1至图4详细说明根据本发明第一优选的实施例的电磁阀1。

图1示出了根据本发明的电磁阀的基本结构。电磁阀1包括磁极铁芯5和衔铁6。在衔铁6上，在远离磁极铁芯5的一侧上设置有闭合元件15。闭合元件15将阀体16中位于阀座17上的通流口9关闭或将该通流口打开。图1示出了在电磁阀断电接通时得到的关闭位置。在通电时，衔铁6被拉向磁极铁芯5并且闭合元件15将通流口9打开。在阀体16中还设有排出孔18，通过过滤器19流入的流体(箭头A)经由所述排出孔通过通流口9首先到达压力腔10中，随后通过流出孔18被导出。

在磁极铁芯5与衔铁6之间设有工作间隙13，该工作间隙在断电状态下大小为H。工作间隙13通过衔铁6中的侧面的通道6a与压力腔10连通。

在位于磁极铁芯5与衔铁6之间的工作间隙13中设有异形弹簧2，所述异形弹簧在图4中详细示出。异形弹簧2在此处基本上具有形状确定的盘形结构。如图4所示，异形弹簧2包括基部区域21和沿径向向内紧接着该基部区域的固定区域22。固定区域22用于将异形弹簧2固定在衔铁6中。构造在衔铁6中的凹部62在此处可以被设置成，例如可以通过形状配合连接和/或传力连接来实现对异形弹簧2的固定。异形弹簧2还包括第一拱起部2a，该第一拱起部具有第一圆顶区域23、第一侧边区域24和第二侧边区域25。所述第一圆顶区域23位于第一侧边区域24和第二侧边区域25之间，其中第二侧边区域25与基部区域21紧接(参照图4)。异形弹簧2还包括第二拱起部2b和第三侧边区域27，该第二拱起部具有第二圆顶区域26，该第二圆顶区域与第一侧边区域24紧接，而该第三侧边区域与第二圆顶区域26紧接(参照图4)。在此，第三侧边区域27比第一侧边区域24和第二侧边区域25更平且更短。在此对第一圆顶区域23进行限定，使得在添加切线T1时，该切线平行于磁极铁芯5的端部面50。对第二圆顶区域26进行限定，使得在添加切线T2时，该切线平行于衔铁6的端面61。

因此，第一实施例的异形弹簧2被构造为，第一圆顶区域23和第二圆顶区域26与紧接在其上的侧边区域相关地对异形弹簧2的弹簧特性进行限定。由于如图2所示的，在电磁阀的断电状态下第一圆顶区域23与端部面50相接触，而第二圆顶区域26相对于衔铁6的端面61仍然具有间距H1，所以获得两级弹簧特性。在图3中示出了第一实施例的异形弹簧2的弹簧特性，其中图3示出了弹簧力F随衔铁6的行程H的变化。在此，行程H对应于在电磁阀的断电状态下的工作间隙13的大小，如在图1和图2中所示。

由此，如图3所示，在开始朝磁极铁芯5的方向拉动衔铁6时首先得到在图3中区域H1内示出的弹簧特性曲线。一旦第二圆顶区域26与衔铁6的端面61接触，则产生弹簧特性曲线中的拐点并且弹簧特性曲线具有图3中区域H2内示出的特性。在电磁阀的断电位置中，异形弹簧2使得衔铁又回到如图1所示的初始位置并关闭通流口9。

因此，根据本发明的异形弹簧在第一圆顶区域23和第二圆顶区域26上具有两个单独的弹簧区域，其中在异形弹簧2与磁极铁芯5之间的接触区域在压缩期间沿径向向外移动。两个朝相反方向构造的拱起部2a、2b提供了所述两个弹簧区域。在此处，圆顶区域23和26的拱起部的几何形状以及第二圆顶区域26与端面61之间的在阀的轴向X-X上的间距H1以及第一圆顶区域23与第二圆顶区域26之间的在阀的轴向X-X上的间距H2确定了弹簧特性。在此实施例中弹簧特性由两个具有不同斜率的线性弹簧力曲线给出。

根据本发明的异形弹簧的另一特别的优点在于，异形弹簧可以被***到磁极铁芯的平坦的端部面50与衔铁6的端面61之间。由此在制造磁极铁芯5和衔铁6时产生大的成本优势。根据本发明的异形弹簧相对于组件的与安装有关的或与工作有关的径向的轴偏差是鲁棒的，因为根据本发明的异形弹簧2贴靠在磁极铁芯和衔铁的平坦的端部面上并且不需要在几何上明确的支承点。此外，异形弹簧2的优点在于，不存在异形弹簧的锋利边缘与衔铁和磁极铁芯的贴靠面的接触，从而磁极铁芯和衔铁可以由未经硬化的材料制成并在异形弹簧的整个使用寿命期间不会出现不利的影响或磨损现象。此外，特别是非常平坦的第三侧边区域27的特殊的造型用于在异形弹簧2向上弯曲时增加异形弹簧2与衔铁6之间的接触面，从而以增大的贴靠面产生减小负荷的效果(赫兹接触)。

因此，根据本发明提供了一种电磁阀1，所述电磁阀在结构十分简单且成本很低的同时具有改善的可调节性。

以下参照图5和图6对根据本发明第二实施例的电磁阀进行描述，其中相同的或功能相同的部件以与第一实施例相同的附图标记表示。

如图5所示，第二实施例的电磁阀还具有第二弹簧元件3。所述第二弹簧元件3是圆柱形的螺旋弹簧并且设置在异形弹簧2的固定区域22中。如图5所示，第二弹簧元件3与磁极铁芯5的端部面50处于接触中并且第一弹簧元件2相对于端部面50具有间距G1。第二实施例的异形弹簧2与第一实施例的区别之处在于仅具有恰好一个带有圆顶区域23的拱起部。在此，图6示出的弹簧特性与第一实施例的弹簧特性相似，其中，在图6中示出的弹簧特性在第二实施例中是通过两个不同的弹簧元件，即异形弹簧2和第二弹簧元件3提供的。如由图6结合图5所示，在开始朝磁极铁芯5的方向拉动衔铁6时首先经过路径G1，在该路径中仅第二弹簧元件3起作用。在经过路径G1之后异形弹簧2的圆顶区域23与磁极铁芯5的端部面50接触，使得弹簧特性曲线的特征变化，因为在此时两个弹簧都起作用。这在图6中在区域G2中被示出。

在此实施例中，异形弹簧2具有特别简单的结构。可以使用构造简单的圆柱形螺旋弹簧作为第二弹簧元件。

图7示出了根据本发明的电磁阀的第三实施例，其与第二实施例相似，其中相同的或功能相同的部件也用相同的附图标记表示。

在第三实施例中，异形弹簧2被固定在第二弹簧元件3中。第二弹簧元件3同样是圆柱形的螺旋弹簧并且异形弹簧2的固定区域22被引入到螺旋弹簧的内部区域中且由此被固定。异形弹簧2的基部区域21与磁极铁芯5的端部面50接触。异形弹簧2同样仅包括恰好一个带有圆顶区域23的拱起部，该圆顶区域被设置为相对于衔铁6的端面61具有间距K1。此实施例的弹簧特性曲线因此同样地也为两级，因为首先仅第二弹簧元件3被压缩，随后才在圆顶区域23与端面61接触时才进行异形弹簧2的压缩。

因此，由所描述的多个实施例可见，根据本发明可以通过使用异形弹簧2的构思获得更简单的电磁阀的结构，并且特别是通过异形弹簧的相应设计或通过使用第二弹簧元件3可获得分别为特定的使用目的优化的弹簧特性。在使用两个弹簧时，优选的是使两个弹簧相继起作用。然而应注意的是，也可以在使用两个弹簧时通过异形弹簧2的相应的造型而使这两个弹簧同时变形，从而通过异形弹簧2的造型而在磁极铁芯5与衔铁6之间的工作间隙13的大小H相应变化时实现随着行程变化的弹簧特性曲线。

Claims (9)

1.一种用于控制流体的电磁阀，包括：磁极铁芯(5)，

衔铁(6)，其与闭合元件(15)连接，以及

弹簧元件，其设置在所述磁极铁芯(5)与所述衔铁(6)之间的工作间隙(13)中，

其中，所述弹簧元件包括异形弹簧(2)，所述异形弹簧具有基本上为盘形的结构，以及

其中，所述异形弹簧(2)具有在径向延伸的拱起部(2a)，该拱起部具有至少一个侧边区域(24)和一个圆顶区域(23)，其中所述圆顶区域沿径向相对于基本上为盘形的异形弹簧的中心偏置，所述圆顶区域(23)上的切线(T1)平行于所述磁极铁芯(5)的端部面(50)，以及所述弹簧元件具有两级弹簧特性。

2.按照权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，在所述电磁阀的断电状态下，所述异形弹簧(2)的圆顶区域(23)与所述磁极铁芯(5)的端部面(50)或所述衔铁(6)的端面(61)接触。

3.按照权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述异形弹簧(2)具有带第一圆顶区域(23)的第一拱起部(2a)和带第二圆顶区域(26)的第二拱起部(2b)，其中，在所述电磁阀的断电状态下所述两个圆顶区域(23，26)中仅有一个与所述衔铁(6)或所述磁极铁芯(5)接触。

4.按照权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，所述电磁阀还包括第二弹簧元件(3)，其中，在所述电磁阀的断电状态下，不是所述第二弹簧元件(3)就是所述异形弹簧(2)与所述衔铁(6)或所述磁极铁芯(5)接触。

5.按照权利要求4所述的电磁阀，其特征在于，所述第二弹簧元件(3)是圆柱形螺旋弹簧。

6.按照权利要求3或4所述的电磁阀，其特征在于，所述异形弹簧(2)具有固定区域(22)，并且所述衔铁(6)具有用于容纳所述固定区域(22)的凹部(62)。

7.按照权利要求6所述的电磁阀，其特征在于，所述固定区域(22)以形状配合连接和/或传力连接的方式设置在所述凹部(62)中。

8.按照权利要求3或4所述的电磁阀，其特征在于，所述异形弹簧(2)具有多个空隙，以使位于所述工作间隙(13)中的流体能够穿过所述异形弹簧(2)流动。

9.按照权利要求3或4所述的电磁阀，其特征在于，所述异形弹簧(2)的最外侧的侧边区域(27)尽可能得平。

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