КЛАПАН Российский патент 2013 года по МПК F16K31/122 

Изобретение относится к клапану в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы.

Такой клапан, который может быть выполнен, например, в виде 2/2-распределителя, служит, например, для управления потоком рабочей среды между его источником и стоком. Для этого впускная камера клапана через входное присоединение сообщается с источником рабочей среды, а выпускная камера через выходное присоединение - со стоком рабочей среды. Клапан содержит исполнительный орган, посредством которого впускная камера сообщается с выпускной камерой или запирается. В открытом положении впускная камера сообщается с выпускной камерой, и, тем самым, источник рабочей среды связан с его стоком. В закрытом положении впускная камера отделена от выпускной камеры, и, тем самым, источник рабочей среды отделен от его стока.

Исполнительный орган реализован обычно в виде поршня. Управление им осуществляется посредством управляющей камеры, в которую может подаваться рабочая среда. Через управляющую поверхность поршня рабочая среда может воздействовать на него, вызывая, таким образом, его перемещение. В одном выполнении такого клапана, называемом также нормально закрытым, он находится при откачанной управляющей камере в закрытом положении. Поршень подпружинен пружиной таким образом, что рабочая среда не может протекать из впускной камеры в выпускную камеру. Чтобы привести клапан из закрытого положения в открытое положение, требуется подача рабочей среды в управляющую камеру. При подаче в управляющую камеру рабочей среды он воздействует на управляющую поверхность поршня, в результате чего тот перемещается против усилия пружины и, тем самым, открывает проход между впускной и выпускной камерами, так что рабочая среда может проходить из впускной камеры в выпускную камеру.

При подаче рабочей среды в управляющую камеру может возникнуть та проблема, что поршень, будучи обусловлен управлением с помощью рабочей среды, будет приведен в колебания, поскольку он в комбинации с пружиной представляет собой колебательную систему. Эти колебания нежелательны, поскольку они, во-первых, вызывают шумы, а, во-вторых, могут привести даже к разрушению клапана.

В основе изобретения лежит задача создания клапана, который позволил бы избежать колебаний поршня или исполнительного органа, обусловленных управлением с помощью рабочей среды.

Эта задача решается, согласно изобретению, посредством признаков п.1 формулы.

Согласно изобретению, предусмотрено разделение управляющей камеры на первую и вторую камеры, причем первая камера сообщается со второй камерой. За счет разделения управляющей камеры происходит зависимая от скорости амортизация перемещения исполнительного органа в случае подачи сжатой текучей среды в управляющую камеру. Амортизация достигается за счет двух эффектов. Во-первых, рабочая среда при переходе из первой камеры во вторую камеру затормаживается. Следовательно, рабочая среда не воздействует с полной энергией на управляющую поверхность исполнительного органа, как в случае цельной управляющей камеры. Во-вторых, при перемещении исполнительного органа возникает разрежение во второй камере, поскольку выравнивание давлений между первой и второй камерами не может происходить соответственно быстро. За счет разрежения к исполнительному органу прикладывается усилие, противодействующее перемещению.

За счет описанной выше амортизации предотвращаются колебания исполнительного органа. Следовательно, изобретение позволяет реализовать бесшумные и надежные клапаны.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы и примеров его осуществления, более подробно поясняемых с помощью прилагаемых чертежей, на которых изображают:

- фиг.1: сечение клапана, известного из уровня техники;

- фиг.2: сечение предложенного клапана в одном варианте выполнения;

- фиг.3: сечение предложенного клапана в другом варианте выполнения.

На фиг.1 изображено сечение клапана, известного из уровня техники. Он служит для управления потоком рабочей среды (среды, передающей давление) между входным 2 и выходным 4 присоединениями. Для этого к входному присоединению 2 может быть присоединен источник рабочей среды, а выходное присоединение 4 может быть соединено с потребителем. Посредством исполнительного органа 5 впускная камера 1 может сообщаться с выпускной камерой 3 или отделяться от нее. В изображенном на фиг.1 положении впускная камера 1 отделена от выпускной камеры 3, так что от входного присоединения 2 к выходному присоединению 4 рабочая среда течь не может.

Управление исполнительным органом 5, который реализован в виде поршня 5, осуществляется посредством управляющей камеры 6. Для управления исполнительным органом 5 управляющая камера 6 может быть связана через свое присоединение 7 с источником рабочей среды или его стоком. Изображенное на фиг.1 положение клапана соответствует связи управляющей камеры 6 со стоком рабочей среды. Клапан находится в своем закрытом положении, поскольку исполнительный орган подпружинен пружиной 8 таким образом, что из впускной камеры 1 в выпускную камеру 3 рабочая среда проходить не может.

Чтобы привести клапан из закрытого положения в открытое положение, требуется подача рабочей среды в управляющую камеру 6, т.е. управляющее присоединение 7 управляющей камеры 6 соединяется с источником рабочей среды. При подаче в управляющую камеру 6 рабочей среды он воздействует на управляющую поверхность исполнительного органа 5, в результате чего тот перемещается против усилия пружины 8, открывая, тем самым, проход между впускной 1 и выпускной 3 камерами, так что рабочая среда может протекать из впускной камеры 1 в выпускную камеру 3.

При подаче рабочей среды в управляющую камеру 6 может возникнуть та проблема, что исполнительный орган 5, будучи обусловлен управлением с помощью рабочей среды, будет приведен в колебания, поскольку он в комбинации с пружиной 8 представляет собой колебательную систему. Эти колебания нежелательны, поскольку они, во-первых, вызывают шумы, а, во-вторых, могут привести даже к разрушению клапана.

На фиг.2 изображено сечение предложенного клапана в одном варианте выполнения. Принцип работы клапана соответствует принципу работы клапана на фиг.1, так что здесь можно опустить отдельное описание принципа работы. Согласно изобретению, предусмотрено, что управляющая камера 6 клапана разделена на первую 9 и вторую 8 камеры. Управляющая камера 6 разделена диафрагмой 10. Через ее отверстие 11 первая камера 9 сообщена со второй камерой 8. Диафрагма 10 и ее отверстие 11 рассчитаны так, что они действуют в качестве дросселя. Действие дросселя 10, 11 выражается в том, что при подаче рабочей среды в первую камеру 9 поступающая в нее рабочая среда попадает во вторую камеру 8 в дросселированном виде, в результате чего предотвращаются колебания исполнительного органа 5.

Для управления исполнительным органом 5 первая камера 9 соединяется с источником рабочей среды или его стоком. Чтобы привести клапан из его изображенного на фиг.2 закрытого положения в открытое положение, необходима подача рабочей среды в первую камеру 9. Через отверстие 11 в диафрагме 10 рабочая среда попадает из первой камеры 9 во вторую камеру 8. Попадающий таким образом во вторую камеру 8 рабочая среда воздействует на управляющую поверхность исполнительного органа 5, вызывая, тем самым, срабатывание клапана и его переход из закрытого положения в открытое положение. Объем первой камеры 9 не зависит, а объем второй камеры 8 зависит от положения исполнительного органа 5. В открытом положении клапана объем второй камеры 8 больше, чем в закрытом положении клапана.

За счет разделения управляющей камеры 6 происходит зависимая от скорости амортизация перемещения исполнительного органа 5 в случае подачи в нее рабочей среды. Амортизация достигается за счет двух эффектов. Во-первых, рабочая среда при переходе из первой камеры 9 во вторую камеру 8 затормаживается. Следовательно, рабочая среда не воздействует с полной энергией на управляющую поверхность исполнительного органа 5, как в случае цельной управляющей камеры 6. Во-вторых, при перемещении исполнительного органа 5, которое больше, чем это необходимо для уравновешивания усилий рабочей среды и пружины (случай колебаний), возникает разрежение во второй камере 8, поскольку за счет перемещения исполнительного органа 5 объем второй камеры 8 увеличивается и выравнивание давлений между первой 9 и второй 8 камерами не может происходить соответственно быстро. За счет разрежения к исполнительному органу 5 прикладывается усилие, противодействующее перемещению.

За счет описанной выше амортизации предотвращаются колебания исполнительного органа 5. Следовательно, изобретение позволяет реализовать бесшумные и надежные клапаны.

Предпочтительно обе камеры 8, 9 выполнены так, что объем второй камеры 8 меньше объема первой камеры 9. Такое выполнение позволяет особенно эффективно предотвратить колебания исполнительного органа 5.

Чтобы способствовать предотвращению колебаний исполнительного органа 5, он может быть выполнен в зоне выпускной камеры 3 дополнительно уступчатым, т.е. он выполнен уступчатым на противоположной своей управляющей поверхности стороне.

На фиг.3 изображен вариант выполнения предложенного клапана, который может использоваться во влагоотделителях в качестве воздушного или выпускного клапана. По сравнению с клапанами на фиг.1 и 2 исполнительный орган 5 реализован не в виде цельного клапана 5, а в виде поршневой головки 12, которая снабжена огибающим уплотнением 13 и соединена посредством поршневого штока 14 с нажимной пластиной 15.

Влагоотделитель для пневмосистемы автомобилей, в которой может использоваться клапан на фиг.3, описан в документе DE 112005002633 Т5. В нем воздушный или выпускной клапан называется продувочным клапаном, обозначенным поз. 22. Продувочный клапан описан, в частности, в абзацах [0024] и [0030]. На фиг.1-3 и в абзаце [0024] управляющая камера продувочного клапана образована цилиндрическим участком корпуса, причем в этом документе цилиндрический участок обозначен поз. 62, а корпус - поз. 12. Согласно раскрытому в данной заявке изобретению, цилиндрический участок корпуса и, тем самым, управляющая камера продувочного клапана разделена на две камеры.

В качестве других примеров компонентов/приборов, в которых может использоваться предложенный клапан, можно назвать регуляторы давления или устройства пневмоснабжения автомобилей. Такое устройство пневмоснабжения раскрыто, например, в документе DE 102006035772 А1.

Клапан имеет по меньшей мере одну впускную камеру (1) и по меньшей мере одну выпускную камеру (3), выполненные с возможностью сообщения между собой или запирания друг от друга посредством исполнительного органа (5, 12, 13, 14, 15), а также управляющую камеру (6) для управления исполнительным органом (5, 12, 13, 14, 15). Управляющая камера (6) разделена на первую камеру (9) и вторую камеру (8). Первая камера (9) и вторая камера (8) сообщаются между собой, при этом объем первой камеры (9) не зависит от положения исполнительного органа (5). 5 н. и 38 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Клапан, имеющий по меньшей мере одну впускную камеру (1) и по меньшей мере одну выпускную камеру (3), выполненные с возможностью сообщения между собой или запирания друг от друга посредством исполнительного органа (5, 12, 13, 14, 15), а также управляющую камеру (6) для управления исполнительным органом (5, 12, 13, 14, 15), отличающийся тем, что управляющая камера (6) разделена на первую камеру (9) и вторую камеру (8), причем первая камера (9) и вторая камера (8) сообщаются между собой, при этом объем первой камеры (9) не зависит от положения исполнительного органа (5).

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что первая камера (9) и вторая камера (8) сообщаются между собой через дроссель (10, 11).

3. Клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что управляющая камера (6) разделена диафрагмой (10).

4. Клапан по п.3, отличающийся тем, что отверстие (11) диафрагмы (10) действует в качестве дросселирующего отверстия (11).

5. Клапан по одному из пп.1, 2 или 4, отличающийся тем, что первая камера (9) выполнена с возможностью подачи в нее рабочей среды, а объем второй камеры (8) зависит от положения исполнительного органа (5, 12, 13, 14, 15).

6. Клапан по п.3, отличающийся тем, что первая камера (9) выполнена с возможностью подачи в нее рабочей среды, а объем второй камеры (8) зависит от положения исполнительного органа (5, 12, 13, 14, 15).

7. Клапан по одному из пп.1, 2, 4 или 6, отличающийся тем, что объем первой камеры (9) больше объема второй камеры (8) в закрытом положении клапана.

8. Клапан по п.3, отличающийся тем, что объем первой камеры (9) больше объема второй камеры (8) в закрытом положении клапана.

9. Клапан по п.5, отличающийся тем, что объем первой камеры (9) больше объема второй камеры (8) в закрытом положении клапана.

10. Клапан по одному из пп.1, 2, 4, 6, 8 или 9, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) подпружинен пружиной (8).

11. Клапан по п.3, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) подпружинен пружиной (8).

12. Клапан по п.5, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) подпружинен пружиной (8).

13. Клапан по п.7, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) подпружинен пружиной (8).

14. Клапан по одному из пп.1, 2, 4, 6, 8, 9, 11-13, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) представляет собой поршень.

15. Клапан по п.3, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) представляет собой поршень.

16. Клапан по п.5, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) представляет собой поршень.

17. Клапан по п.7, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) представляет собой поршень.

18. Клапан по п.10, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) представляет собой поршень.

19. Клапан по одному из пп.1, 2, 4, 6, 8, 9, 11-13, 15-18, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) в зоне выпускной камеры (3) выполнен уступчатым.

20. Клапан по п.3, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) в зоне выпускной камеры (3) выполнен уступчатым.

21. Клапан по п.5, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) в зоне выпускной камеры (3) выполнен уступчатым.

22. Клапан по п.7, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) в зоне выпускной камеры (3) выполнен уступчатым.

23. Клапан по п.10, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) в зоне выпускной камеры (3) выполнен уступчатым.

24. Клапан по п.14, отличающийся тем, что исполнительный орган (5, 12, 13, 14, 15) в зоне выпускной камеры (3) выполнен уступчатым.

25. Клапан по одному из пп.1, 2, 4, 6, 8, 9, 11-13, 15-18, 20-24, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью нагрева.

26. Клапан по п.3, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью нагрева.

27. Клапан по п.5, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью нагрева.

28. Клапан по п.7, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью нагрева.

29. Клапан по п.10, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью нагрева.

30. Клапан по п.14, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью нагрева.

31. Клапан по п.19, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью нагрева.

32. Клапан по одному из пп.2, 4, 6, 8, 9, 11-13, 15-18, 20-24, 26-31, отличающийся тем, что дроссель (10, 11) имеет такие размеры, что предотвращаются колебания исполнительного органа (5, 12, 13, 14, 15) при подаче давления в первую камеру (9).

33. Клапан по п.3, отличающийся тем, что дроссель (10, 11) имеет такие размеры, что предотвращаются колебания исполнительного органа (5, 12, 13, 14, 15) при подаче давления в первую камеру (9).

34. Клапан по п.5, отличающийся тем, что дроссель (10, 11) имеет такие размеры, что предотвращаются колебания исполнительного органа (5, 12, 13, 14, 15) при подаче давления в первую камеру (9).

35. Клапан по п.7, отличающийся тем, что дроссель (10, 11) имеет такие размеры, что предотвращаются колебания исполнительного органа (5, 12, 13, 14, 15) при подаче давления в первую камеру (9).

36. Клапан по п.10, отличающийся тем, что дроссель (10, 11) имеет такие размеры, что предотвращаются колебания исполнительного органа (5, 12, 13, 14, 15) при подаче давления в первую камеру (9).

37. Клапан по п.14, отличающийся тем, что дроссель (10, 11) имеет такие размеры, что предотвращаются колебания исполнительного органа (5, 12, 13, 14, 15) при подаче давления в первую камеру (9).

38. Клапан по п.19, отличающийся тем, что дроссель (10, 11) имеет такие размеры, что предотвращаются колебания исполнительного органа (5, 12, 13, 14, 15) при подаче давления в первую камеру (9).

39. Клапан по п.25, отличающийся тем, что дроссель (10, 11) имеет такие размеры, что предотвращаются колебания исполнительного органа (5, 12, 13, 14, 15) при подаче давления в первую камеру (9).

40. Влагоотделитель с клапаном по одному из предыдущих пунктов.

41. Регулятор давления с клапаном по одному из пп.1-39.

42. Устройство пневмоснабжения с клапаном по одному из пп.1-39.

43. Тормозная система с приводом от давления рабочей среды или система пневматической подвески автомобиля с клапаном по одному из пп.1-39.