专利名称：阀结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种阀结构，其包括连通进口和出口的流径，布置在该流径中的关闭 装置，复位装置，和沿关闭方向作用于所述关闭装置的第一压力室中的第一压力，和在所述 关闭装置关闭时、与所述进口的压力相对应的沿打开方向作用于所述关闭装置的所述出口 的压力和第二压力室中的第二压力，所述第一压力室可经由辅助阀连接到出口。
背景技术：
从WO 2005/031202A1已知这种阀结构。关闭装置形成导杆控制阀装置。这种阀装置尤其用于承受高压的水控制。应用例 如有造雪装置及加湿装置。以造雪装置为例说明本发明。然而，本发明并不仅限于用于造雪装置的阀结构。造雪装置使用加压至20-120巴的水。该水被雾化并被喷撒到冷空气中，从而产生 雪。当造雪装置未使用时，其必须被清空，从而避免水结冰造成的损害。当造雪装置启动时，通过驱动导阀(pilot valve)而打开阀结构。然而，由于上述 压力为20-120巴的高压水被送到空的造雪装置，因此在造雪装置中产生的压力脉动是有 害的。
发明内容
本发明的任务是在打开阀结构的同时保持较小的压力脉动。对于前述阀结构，该任务通过以下方案解决所述关闭装置具有第一打开状态和 第二打开状态，所述关闭装置在第一打开状态下的流阻大于所述关闭装置在第二打开状态 下的流阻。当阀结构打开以使压力源与造雪装置连接时，水首先通过第一状态下的关闭装置 被输送。关闭装置具有相对高的流阻，因此在关闭装置两端产生相对应的大压降。然而，关 闭装置填充水且造雪装置中的压力增大。当造雪装置完全充满或者满足其它状态时，关闭 装置打开至第二打开状态，因此水的供应不再如之前被限制。关闭装置在第二打开状态下 的流阻远小于其在第一打开状态下的流阻。在造雪装置的操作期间，需要始终提供高压水。 由于第二打开状态下关闭装置仅具有相对小的流阻，因此可以实现上述水供应。如果阀结 构并不用于造雪装置，可以使用任意其它合适液压流体。以下，用水作为液压流体的实例来 说明本发明。然而，本发明并不仅限于水作为液压流体。在优选实施例中，由超过预定值的出口处的压力实现所述关闭装置的第二打开状 态。换言之，阀结构是自我控制的。提供到造雪装置的水充满造雪装置，增大了出口处的压 力。当达到预定压力值时，阀结构“知道”其现在可以完全打开并提供水，而不会有在空系 统中产生强压力脉冲的风险。有利地，所述复位装置包括至少一个弹簧。弹簧是相对简单的复位装置的实施例。 其优点在于，当弹簧被压缩时，弹簧力增大。该特性可用于实现关闭装置不同的打开程度或
3打开状态。有利的是，所述关闭装置包括至少一个第一阀元件和第二阀元件。使用至少两个 阀元件实现相对简单构造的阀结构，其中可实现两种不同的打开状态。优选地，所述第一压力室和所述第二压力室通过贯穿所述第一阀元件的孔连通。 根据第一阀元件的位置，水被从第二压力室提供到第一压力室。因此能够在应当关闭阀 结构的情况下，在第一压力室中产生足够的压力来将第一阀元件从打开位置移动到关闭位 置。由于孔布置在阀元件中，不能通过所述第一阀元件的运动来关闭该孔。优选地，第一阀元件与第一阀座一起形成阀装置，第二阀元件与第二阀座一起形 成节流装置，阀装置与节流装置串联连接。当阀装置打开时，水流被节流装置限制。仅当节 流装置也打开时，水流几乎不受限制。这是相对简单构造的阀结构。优选地，所述第一阀元件滑动地套在所述第二阀元件上，所述第二阀元件突出穿 过所述第一阀座，且所述第二阀座由支承所述第一阀座的环形成。这样的实施例允许相对 紧凑的构造。第二阀元件和第二阀座之间的间隙形成节流装置。通过形成第二阀元件和/ 或具有对应几何结构的第二阀座，能够确定该节流装置的节流特性。优选地，第一弹簧作用于所述第一阀元件而第二弹簧作用于所述第二阀元件。以 此方式，能够制造关闭装置，从而移动第一阀元件所需的力小于移动第二阀元件所需的力。 由于在出口处压力的控制下、第二阀元件沿打开方向移动，因此第二弹簧的尺寸可取决于 使关闭装置进入第二打开状态的预定压力。优选地，所述第二阀元件包括移动限制器，其阻止所述第二阀元件在关闭方向上 的运动。这种移动限制器可以由梯级部或任意其它突出部形成，所述突出部抵靠其中布置 有第二阀元件的外壳的一部分。这种第二阀元件可以以相对高精度定位在第二阀座中。在另一优选实施例中，所述第一压力室经由第二孔与所述出口相连，且所述第二 阀元件与第二阀座一起形成与所述第二孔并联的第二阀装置。由于第二压力室和第一压 力室经由第一孔连接，因此在辅助阀打开时，第一孔和第二孔形成压力分隔部(pressure diviner)。这意味着，在第一压力室中产生一压力，该压力处于进口处压力与出口处压力中 间。该“中间”压力沿关闭方向作用于第一阀元件，因此第一阀元件仅离开第一阀座一小段 距离，直到该中间压力与复位装置的力一起与出口处压力所产生的力达到平衡。这允许仅 受限的水流通过第一阀元件和第一阀座之间的间隙。当第二阀打开时，第一压力室连接到 出口而无第二孔。因此，第一压力室中的压力下降，从而出口处的压力可将第一阀元件移动 至完全打开状态。优选地，所述第二阀元件可以由所述出口处的压力驱动。当出口处的压力达到预 定值时，第二阀打开，自动使第一压力室与出口连通，从而关闭装置自动移动至完全打开状 态。在另一优选实施例中，第三阀装置布置在所述进口和所述出口之间，当该第三阀 装置由所述第一压力室中的所述第一压力加载时，该第三阀装置打开受限流动通道，其中 所述加载由所述辅助阀控制。第三阀装置是一种预充填装置，通过其，水(或者在所有其它 实施例中任意其它流体)可从进口流到出口而不在空的出口中引起压力脉动。这允许压力 在出口中的受控增大。当出口和造雪装置充分填注水时，关闭装置可完全打开，从而提供所 需水流到出口和造雪装置。
优选地，当所述出口处的压力超过预定值时，所述第二阀元件打开第一压力室和 所述出口之间的通道。当出口和造雪装置充分填充水时，第二阀元件自动打开，从而可以避 免空的或部分填注的系统中产生压力脉动。当第一压力室连通到出口时，由于第一压力室 中的压力充分低且进口处的压力沿打开方向作用于第一阀元件，因此第一阀元件可以可离 开第一阀座。不需要外部额外操作。
以下，参照附图中的优选实施例详细说明本发明图1A-1C显示了液压回路的示意图；图2显示了关闭装置处于完全关闭状态的阀结构的第一实施例；图3显示了关闭装置处于部分打开状态的所述阀结构；图4显示了关闭装置处于完全打开状态的所述阀结构；图5显示了关闭装置关闭期间的所述阀结构；图6显示了阀结构的第二实施例；和图7显示了第三阀结构的示意图。
具体实施例方式图1显示了液压回路1，其提供高压水到造雪装置2。造雪装置2包括喷嘴2a，水 通过该喷嘴2a喷出，形成小水滴或水雾。因此，在运行期间，造雪装置一直需要水。由电机 4驱动的泵3产生20巴(bar)或更大压力。该压力受到安全阀5限制，该安全阀5具有例 如110巴的打开压力(openingpressure)。当安全阀5打开时，水被排到水箱6。泵3可以 由任意其它的压力产生装置所代替，例如位置高于造雪装置2的水箱或贮液器。造雪装置2经由阀结构7连接到泵3。进一步，其经由排水阀8连接到水箱6。当 造雪装置未使用时，排水阀8打开，以使水流出，从而避免造雪装置中水结冰而造成损害。当造雪装置2是空的时，即几乎完全充满空气时，以最大压力从泵3提供水是有害 的。在此情况下，会产生压力脉动，损害造雪装置2。阀结构7包括经由流径11连通的进口 9和出口 10。关闭装置12布置在所述流径11中，所述关闭装置具有完全关闭状态。图2中显示了该状态。另外，所述关闭装置具有第一打开状态A和第二打开状态 B。所述关闭装置12的流阻在所述第一打开状态A下要大于其在第二打开状态B下的流阻。 换言之，关闭装置12在第二打开状态B中完全打开，而在所述第一打开状态A中部分打开。 图IB显示了出口处压力P与时间t的关系曲线。压力Pl是泵3的出口压力。从时间tl 到时间t2，关闭装置12仅部分打开，因此压力可仅从零缓慢增大到压力P2。在时间t2，关 闭装置12被打开到完全打开状态B，因此压力迅速增大到压力值P3。该压力值P3维持不 变，直到关闭装置12被完全关闭。从压力P2增大到压力P3仅在造雪装置2完全或几乎完全充满水时进行，由此没 有空气、或仅有少量空气会被流进的水挤压。从时间t2到时间t3，水被施加以足够的压力 及流量，从而使造雪装置2能够产生雪。为了打开阀结构7，辅助阀13布置在进口 9和出口 10之间，与关闭装置12并联。第一压力室14经由第一孔15与进口 9相通。因此，当关闭装置12关闭时，第一压力室14 内产生第一压力，与进口 9处的压力相同。所述第一压力室14中的该第一压力沿关闭方向 作用于所述关闭装置12。另外，弹簧16形式的复位装置也沿关闭方向作用于所述关闭装置 12。第一压力室14经由辅助阀13和第二孔17连接到出口 10。当辅助阀13打开时， 所述第一压力室14中的第一压力将成为所述进口 9处压力与所述出口 10处压力之间的中 间压力。所述进口 9连接到第二压力室18。所述压力室18中的压力(“第二压力”)沿打 开方向作用于关闭装置12。另外地，出口 10连接到第三压力室19。因此，出口 10处的压 力沿打开方向作用于所述关闭装置12。所述阀结构的工作如下所述当辅助阀13关闭时，第一压力室14中的第一压力与复位装置(弹簧16) —起使 关闭装置12移动到完全关闭位置。没有水再被提供到造雪装置2。造雪装置2可以经由排 水阀8排空。当造雪装置2启动时，排水阀8关闭。辅助阀13打开。第一压力室14中的第一 压力经由第二孔17降低。第二压力室18和第一压力室14之间的压力差超过弹簧16的 力，因此关闭装置12移动入第一打开状态A，即进入部分打开状态。由于关闭装置12被止 动部20阻止，因此该时刻不会产生进一步的运动，其中止动部20由第二弹簧21支撑。然而，水从进口 9流过流径11到达出口 10，增加了出口 10处的压力。第三压力 室19中的该压力增加增大了沿打开方向作用于关闭装置12的力。当出口 10达到预定压 力P2时，第三压力室19和第一压力室14之间的压力差超过第二弹簧21的力，因此关闭装 置12被完全打开，即进入第二打开状态，在该状态下，水可以几乎不受限制地流过流径11。 在关闭装置12两侧仅出现较小的压降。当阀结构要关闭时，辅助阀13关闭。第一压力室14中的第一压力增大到泵的出 口压力P1。第一压力室14中的有效压力区域大于第二压力室18中的有效压力区域。因 此，关闭装置12被装置。图Ic显示了略微修改的阀结构7，其中第二弹簧21所在的室设计成通向外界。其 它所有要素都相同。图2-5更详细地显示了所述阀结构7的第一实施例。与图1中相同的元件以相同的附图标记表示。进口 9和出口 10布置在外壳22中，该外壳22形成第一阀座23和第二阀座24。 第二阀座24形成在外壳22的环部25的径向内侧，支承第一阀座23。第一阀元件26与所述第一阀座23—起形成阀装置。当第一阀元件26与第一阀 座23接触时，阀结构7被完全关闭。第二阀元件27突出穿过所述第二阀座24，并与所述第二阀座24 —起形成节流装 置。换言之，第二阀元件27和第二阀座24之间存在小间隙。当第一阀元件26离开第一阀 座23(打开阀装置)时，从进口 9到出口 10的水流被节流装置节流。进口 9连接到第二压力室18。出口 10经由辅助阀13连接到第一压力室14。辅 助阀13包括电磁体28。辅助阀13布置在通道29中，该通道29连通第二压力室18和出口
610。第一弹簧16沿关闭方向作用于第一阀元件26。第二弹簧21沿关闭方向作用于第 二阀元件27。第二阀元件27包括移动限制器30，当节流装置产生最大节流时，该移动限制 器30抵靠外壳22。第二弹簧21布置在弹簧室中，该弹簧室通向外界。第二弹簧21是复位装置。然而，也可使用其它装置来产生复位力，例如，外部流体 压力(液体或气体)，电机或者从外部加载的杠杆。第一压力室14中的压力作用于第一压力区域31。第二压力室18中的压力作用于 第二压力区域32。第二压力区域32大于第一压力区域31。第一阀元件26布置成滑动地围绕第二阀元件27，即，其形成中空圆筒，其内径等 于第二阀元件27的外径。设置密封元件33，以防止水在第一阀元件26和第二阀元件27之 间的流动。孔34设置在第一阀元件26中，连通第一压力室14和第二压力室18，即第一压力 室14和进口 9。该孔34等同于图1中的孔15。参照图2-5解释该阀结构7的操作。假定造雪装置2已经排空。因此，出口 10处的压力非常低。当辅助阀13打开时， 第一压力室14中的第一压力降低到几近出口 10处的压力。第二压力室18中的压力是进 口 9处的压力。虽然第一压力室14中的第一压力区域31大于第二压力室18中的第二压 力区域32，沿打开方向作用于第一阀元件26上的力超过使第一阀元件26远离第一阀座23 的第一弹簧16的力。图3中显示了该状态。在图3-5中，辅助阀13的元件被省略。当第一阀元件26已离开第一阀座23时，水从进口 9到出口 10的流动被由第二阀 元件27和第二阀座24形成的节流装置限制，即水流过第二阀元件27和第二阀座24之间 的间隙。该间隙可以设定成环状，径向厚度为例如15/100mm。其也可取决于应用及流动限 制而更小或更大。通过设计第二阀座24的形式及第二阀元件27的形式，可以调整该节流 装置的节流特性。从进口 9流到出口 10的水会增大出口 10处的压力。当出口 10处的压力超过预 定值时，出口 10处压力在第二阀元件27上产生的力超过第二弹簧21产生的力，因此第二 阀元件27移出第二阀座24，完全打开进口 9和出口 10之间的连接。图4显示了该状态。第一压力室14始终通过孔34接纳来自进口 9的水。然而，只要辅助阀13打开， 该水通过通道29流到出口 10。当辅助阀13关闭时，利用第一压力室14中的压力，第一阀元件26回到第一阀座 23，关闭阀装置7。短时间内，阀元件27停留在第二阀座24之外(图5)。然而，由于再没 有水从进口 9提供到出口 10，出口 10处的压力下降，第二弹簧21将使第二阀元件27移动 回图2中所示状态。图6显示了阀结构7的第二实施例，其中与图1-5中相似的元件标有相同的附图 标记。在所示状态下，阀结构7完全关闭。第一阀元件26以及第一阀座23密封进口 9 和出口 10之间的连接。第一压力室14经由第二孔35及辅助阀13连接到出口 10。在初始状态(阀结构完全关闭)，第一压力室14中的第一压力等于进口 9处的压力。出口 10处的压力接近零。第一压力区域31远大于第二压力区域32。当辅助阀13打开时，建立在进口 9与出口 10之间经由两个孔34、35的流动。因 此，第一压力室14中的第一压力降至进口 9处压力和出口 10处压力之间的中间压力。孔 34、35设计成，第一阀元件26上的压力差略微超过第一弹簧16的力，其中所述压力差由作 用在第一压力区域31上的第一压力室14中的压力与作用在第二压力区域32上的第二压 力室18中的压力产生。然而，压力差仅略微大于第一弹簧26的力。因此，当第一阀元件26 以小间隙(范围为数毫米或更小)离开第一阀座23时，实现平衡。在此状态下，从进口 9 到出口 10的受限流是可能的。该流增大了出口 10处的压力。第二阀元件27与第二阀座24 —起形成第二阀装置，其与第二孔35并行。利用第 二弹簧21，第二阀元件27被推向第二阀座24。与出口 10处压力相等的通道29中的压力 作用于第二阀元件27的压力区域36上。当出口 10处的压力已实现预定值时，由作用于第二阀元件27的压力区域36的该 压力(通过通道29传递到第二阀元件27)所产生的力超过第二弹簧21的力，且由于第二 阀元件27离开第二阀座24，第二阀装置打开。在此情况下，第一压力室14中的压力进一 步下降到出口 10处的压力值。第一阀元件26上的压力差现在足够大以完全压缩第一弹簧 16，从而第一阀元件26进一步远离第一阀座23，阀结构7完全打开。当辅助阀13关闭时，由于水始终通过孔34提供，因此第一压力室14中的第一压 力增大。由于与此同时出口 10处的压力下降，因此第一阀元件26返回而接触第一阀座23， 从而关闭阀结构7。图7显示了阀结构7的另一实施例。图1-6中的相似元件标以相同的附图标记。在图7所示状态中，阀结构7被完全关闭。第一阀元件26与第一阀座23—起阻 止从进口 9到出口 10的任何流动。由于进口 9通过第一孔34连接到第一压力室14，因此 第一压力室14中的第一压力等于进口 9处的压力。设置第三阀装置37，其具有布置在孔39中的第三阀元件38。第三阀元件38包括 圆周槽40。孔39横穿辅助通道41。第三弹簧42作用于第三阀元件38，从而使槽40不与 辅助通道41重叠。因此，进口 9和出口 10之间的辅助通道41被关闭。当辅助阀打开时，第一压力室14中的第一压力沿打开方向作用于第三阀元件38， 并移动第三阀元件38，从而槽40与辅助通道41重叠。因此，在进口 9和出口 10之间建立 水流。第一阀元件26抵靠第一阀座23。通过辅助通道41的水流被第三阀装置37所限制， 即出口 10中的压力由一种预先充满缓慢增大。第二阀元件27类似地包括圆周槽43。第二弹簧21使第二阀元件27在孔44内移 动，以使槽43不再与通道45重叠。当出口 10中的压力在第二阀元件27所产生的力超过第二弹簧21的力时，第二阀 元件27移动，从而槽43与通道45重叠。该重叠建立了从第一压力室14通过通道29和通 道45、辅助阀13和通道45到出口 10的连接。第一压力室14中的第一压力迅速下降，从 而该第一压力与第一弹簧16的力不再能够承受第二压力室18中作用于第一阀元件26的 第二压力区域32上的压力所产生的力。第一阀元件26逆第一弹簧16的力远离第一阀座 23，且阀结构被完全打开。当阀结构7要关闭时，辅助阀13被关闭，从而第一压力室14中的第一压力经由孔34增大到进口 9处的压力，且第一阀元件26返回以接触阀座23。
权利要求
一种阀结构(7)，包括连接进口(9)和出口(10)的流径(11)，布置在所述流径(11)中的关闭装置(12)，复位装置，和沿关闭方向作用于所述关闭装置(12)的第一压力室(14)中的第一压力，当所述关闭装置(12)关闭时、沿打开方向作用于所述关闭装置(12)的对应于所述进口(9)的压力的所述出口(10)的压力与第二压力室(18)中的第二压力，所述第一压力室(14)能够通过辅助阀(13)连接到所述出口(10)，其特征在于，所述关闭装置(12)具有第一打开状态(A)和第二打开状态(B)，所述关闭装置(12)在所述第一打开状态(A)下的流阻大于所述关闭装置在所述第二打开状态(B)下的流阻。
2.根据权利要求1所述的阀结构，其特征在于，所述关闭装置(12)的第二打开状态由 超过预定值的出口(10)处的压力实现。
3.根据权利要求1或2所述的阀结构，其特征在于，所述复位装置包括至少一个弹簧 (16)。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的阀结构，其特征在于，所述关闭装置包括至少 一个第一阀元件(26)和第二阀元件(27)。
5.根据权利要求4所述的阀结构，其特征在于，所述第一压力室(14)和所述第二压力 室(18)通过贯穿所述第一阀元件(26)的孔(34)连通。
6.根据权利要求4或5所述的阀结构，其特征在于，所述第一阀元件(26)与第一阀座 (23) 一起形成阀装置，所述第二阀元件(27)与第二阀座(24) —起形成节流装置，所述阀装 置和所述节流装置串联连接。
7.根据权利要求6所述的阀结构，其特征在于，所述第一阀元件(26)滑动地套在所述 第二阀元件(27)上，所述第二阀元件穿出所述第一阀座(23)，且所述第二阀座(24)由支承 所述第一阀座(23)的环形成。
8.根据权利要求4-7中任意一项所述的阀结构，其特征在于，第一弹簧(16)作用于所 述第一阀元件(26)，而第二弹簧(21)作用于所述第二阀元件(27)。
9.根据权利要求4-8中任意一项所述的阀结构，其特征在于，所述第二阀元件(27)包 括移动限制器(30)，所述移动限制器(30)阻止所述第二阀元件(27)沿关闭方向的运动。
10.根据权利要求1-4中任意一项所述的阀结构，其特征在于，所述第一压力室(14)通 过第二孔(35)与所述出口(10)相连接，且所述第二阀元件(27)与第二阀座(24) —起形 成与所述第二孔(35)并联的第二阀装置。
11.根据权利要求10所述的阀结构，其特征在于，所述第二阀元件(27)能够由所述出 口(10)处的压力驱动。
12.根据权利要求1-4中任意一项所述的阀结构，其特征在于，在所述进口(9)和所述 出口(10)之间设置第三阀装置(37)，当所述第三阀装置(37)由所述第一压力室(14)中的 所述第一压力加载时，所述第三阀装置(37)打开受限流动通道(41)，其中所述加载由所述 辅助阀(13)控制。
13.根据权利要求12所述的阀结构，其特征在于，当所述出口(10)处的压力超过预定 值时，所述第二阀元件(27)打开所述第一压力室(14)和所述出口(10)之间的通道(45)。
全文摘要
本发明涉及一种阀结构(7)，包括连接进口(9)和出口(10)的流径(11)，布置在所述流径(11)中的关闭装置(12)，复位装置，和沿关闭方向作用于所述关闭装置(12)的第一压力室(14)中的第一压力，当所述关闭装置(12)关闭时、沿打开方向作用于所述关闭装置(12)的对应于所述进口(9)的压力的所述出口(10)的压力与第二压力室(18)中的第二压力，所述第一压力室(14)能够通过辅助阀(13)连接到所述出口(10)。所述关闭装置(12)具有第一打开状态(A)和第二打开状态(B)，所述关闭装置(12)在所述第一打开状态(A)下的流阻大于所述关闭装置在所述第二打开状态(B)下的流阻。
文档编号F16K31/12GK101900217SQ20101019482
公开日2010年12月1日 申请日期2010年5月31日 优先权日2009年5月29日
发明者卡斯滕·克里斯滕森, 埃里克·豪加德, 弗纳·施米特, 拉斯·N·兰玛克, 西格弗里德·曾克, 韦尔姆·弗里德里克森 申请人:丹佛斯公司