КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО
VALVE UNIT

Настоящее изобретение относится к клапанному устройству, в частности к четырехходовому трехпозиционному клапану, содержащему два электромагнитных клапана, выполненных с возможностью независимого друг от друга включения.
Чтобы обеспечить функционирование так называемых четырехходовых трехпозиционных клапанов, обычно последовательно включают два трехходовых двухпозиционных клапана или три двухходовых двухпозиционных клапана. Для этого, как правило, требуются трудоемкие мероприятия по уплотнению или же дополнительные соединения шлангов и резьбовые соединения, которые требуют значительных дополнительных затрат и существенно повышают стоимость изготовления.
Задачей настоящего изобретения является предложить улучшенный вариант выполнения клапанного устройства, который, в частности, является компактным и, кроме того, конструктивно простым.
Согласно изобретению эта задача решена посредством объекта независимого п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения являются объектом зависимых пунктов формулы изобретения.
Настоящее изобретение основано на общей идее реализовать клапанное устройство, выполненное в виде четырехходового трехпозиционного клапана, то есть клапанное устройство с четырьмя присоединительными элементами и тремя положениями включения, при помощи двух электромагнитных клапанов, выполненных с возможностью независимого друг от друга включения, которые соединены друг с другом при помощи расположенного между ними жесткого корпуса, в частности пластмассового корпуса, содержащего расположенную в нем систему каналов. При этом клапанное устройство в области первого электромагнитного клапана содержит первый выпускной канал, в области второго электромагнитного клапана - второй выпускной канал, а в области корпуса - впускной канал, а также третий выпускной канал, причем образованная в корпусе система каналов выполнена таким образом, что в зависимости от включенного состояния обоих электромагнитных клапанов впускной канал соединен с одним из выпускных каналов. При помощи корпуса, выполненного согласно изобретению и расположенного между обоими электромагнитными клапанами, может быть реализован четырехходовой трехпозиционный клапан, который, с одной стороны, является компактным, а с другой стороны, выполнен конструктивно чрезвычайно простым, при этом, в частности, можно избежать трудоемких соединений, например соединений шлангов, которые кроме того, склонны к дефектам и повреждениям. Кроме того, благодаря тому факту, что корпус может быть выполнен в виде экономичного пластмассового литого изделия, клапанное устройство согласно изобретению может быть изготовлено экономичным образом.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения направляющая втулка соответствующего электромагнитного клапана, внутри которой направляется поршень соответствующего электромагнитного клапана, имеет в области корпуса некруглый наружный контур, который входит в выполненную комплементарно с ним выемку в корпусе с геометрическим замыканием и с невозможностью вращения. Посредством этого соответствующий электромагнитный клапан может быть соединен с корпусом с невозможностью вращения конструктивно простым способом, причем направляющая втулка в области некруглого наружного контура дополнительно содержит открытый наружу паз, который расположен на одной прямой с соответствующими отверстиями в корпусе, так что при помощи предохранительного штифта, введенного в отверстие в корпусе и входящего в паз на направляющей втулке, образуется фиксация соответствующего электромагнитного клапана в корпусе. В таком варианте выполнения благодаря комплементарному введению направляющей втулки в соответствующим образом выполненную выемку в корпусе и введению соответствующего предохранительного штифта в направляющую втулку соответствующий электромагнитный клапан фиксируется в корпусе как с невозможностью вращения, так и неподвижно в осевом направлении, причем при помощи соответствующего предохранительного штифта простым способом возможны фиксация или же освобождение фиксации. Для фиксации электромагнитного клапана в корпусе требуется лишь вставить его своей направляющей втулкой в соответствующую выемку в корпусе, а затем вдвинуть по меньшей мере один соответствующий предохранительный штифт через отверстие в корпусе в паз на направляющей втулке. Дополнительные операции не требуются. Для демонтажа электромагнитного клапана из корпуса, в частности, с целью обслуживания или замены, требуется лишь вытянуть предохранительный штифт, а затем вынуть соответствующий электромагнитный клапан из выемки.
Еще в одном предпочтительном варианте реализации изобретения оба электромагнитных клапана выполнены идентичными, то есть в виде одинаковых элементов. Благодаря применению одинаковых элементов могут быть, в частности, уменьшены затраты на хранение и логистику, и благодаря этому стоимость изготовления клапанного устройства согласно изобретению снижается.
Следующие важные признаки и преимущества изобретения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения, чертежей и соответствующего описания чертежей.
Упомянутые выше признаки, дополнительно поясняемые ниже, применимы не только в соответственно указанной комбинации, но и в других комбинациях, или же поодиночке, не выходя за рамки настоящего изобретения.
Предпочтительные варианты выполнения изобретения показаны на чертежах и подробнее поясняются в последующем описании, при этом одинаковые номера позиций относятся к одинаковым или аналогичным, или же функционально одинаковым конструкционным элементам.
При этом на чертежах схематически показано:
фиг.1 - изображение клапанного устройства согласно изобретению в разрезе,
фиг.2 - вид клапанного устройства согласно изобретению,
фиг.3 - изображение как на фиг.2, в другой перспективе,
фиг.4 - изображение как на фиг.3, с частично удаленным первым электромагнитным клапаном.
В соответствии с фиг.1 клапанное устройство 1 согласно изобретению содержит два выполненных с возможностью независимого друг от друга включения электромагнитных клапана 2, 3, а именно первый электромагнитный клапан 2 и второй электромагнитный клапан 3, которые соединены друг с другом при помощи расположенного между ними корпуса 4, содержащего расположенную в нем систему каналов. При этом корпус 4 предпочтительно выполнен из пластмассы, в частности, в виде пластмассового литого изделия. В области первого электромагнитного клапана 2 клапанное устройство 1 содержит первый выпускной канал 5, в то время как в области второго электромагнитного клапана 3 оно содержит второй выпускной канал 6 (сравните также фиг.2-4). В области корпуса 4 клапанное устройство 1 содержит впускной канал 7, а также третий выпускной канал 8. Согласно изобретению система каналов в корпусе 4 выполнена таким образом, что в зависимости от включенного состояния обоих электромагнитных клапанов 2, 3 впускной канал 7 соединен с одним из выпускных каналов 5, 6 или 8. В общем случае система каналов в корпусе 4 включает в себя следующий каналы: впускной канал 7, третий выпускной канал 8, первый канал 9, ведущий от впускного канала 7 к первому электромагнитному клапану 2, второй канал 10, ведущий от первого электромагнитного клапана 2 ко второму электромагнитному клапану 3, а также третий канал 11, ведущий от второго электромагнитного клапана 3 к третьему выпускному каналу 8.
Ниже подробнее описаны оба электромагнитных клапана 2, 3, при этом они предпочтительно выполнены в виде одинаковых элементов, то есть идентичными. В обоих электромагнитных клапанах 2, 3 соответственно расположен электромагнит 12, 12', который окружает соответствующий выпускной канал 5, 6, предпочтительно в форме кольца. Также в форме кольца соответствующий электромагнит 12, 12' окружает поршень 13, 13' клапана, который согласно фиг.1 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения, по существу в вертикальном направлении. Если рассматривать второй канал 10, то он со стороны конца соответственно содержит седло 14 или же 14' клапана для соответствующего поршня 13, 13' клапана, или же расположенного в нем клапанного элемента 24, 24а первого электромагнитного клапана 2, или же второго электромагнитного клапана 3. Таким образом, поршень 13 первого электромагнитного клапана 2 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения между седлом 14 клапана во втором канале 10 и седлом 15 клапана в первом выпускном канале 5. В противоположность этому поршень 13' второго электромагнитного клапана 3 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения между седлом 14' клапана и седлом 15' клапана во втором выпускном канале 6. При этом каждый поршень 13, 13' клапана и, тем самым, соответствующий клапанный элемент 24, 24', предварительно прижат к соответствующему седлу 14, 14' клапана при помощи соответствующей пружины 16, 16', предпочтительно проходящей конически.
Каждый поршень 13, 13' клапана направляется в соответствующей направляющей втулке 17, 17', которая в области корпуса 4 имеет некруглый наружный контур 18, 18', в частности шестигранник, и благодаря этому входит с геометрическим замыканием и с невозможностью вращения в выполненную комплементарно с ним выемку 25, 25' в корпусе 4. Таким способом соответствующий электромагнитный клапан 2, 3 может фиксироваться на корпусе 4 с невозможностью вращения. В области соответствующего некруглого наружного контура 18, 18' направляющая втулка 17, 17' содержит открытый наружу паз 19, 19', который находится на одной прямой с соответствующими отверстиями 20, 20' в корпусе 4, так что при помощи предохранительного штифта 21, 21', введенного через отверстия 20, 20' в корпусе 4 и входящего в паз 19, 19' на соответствующей направляющей втулке 17, 17', образуется осевая фиксация соответствующего электромагнитного клапана 2, 3 в корпусе 4. Таким образом, направляющие втулки 17, 17' зафиксированы на корпусе 4 не только с невозможностью вращения, но и в продольном направлении. Чтобы также иметь возможность неподвижного соединения электромагнитов 12, 12' с корпусом 4, соответствующий выпускной канал 5, 6 каждого электромагнитного клапана 2, 3 имеет наружную резьбу, на которую может навинчиваться соответствующая гайка 22, 22'. При этом упор 27 фиксирует электромагниты 12 в радиальном направлении и гарантирует эффективную защиту от проворачивания.
В общем случае клапанное устройство 1 согласно изобретению функционирует следующим образом. Если через первый выпускной канал 5 должны выходить жидкость или же пар, то оба электромагнитных клапана 2 и 3 находятся в неактивированном состоянии и, в соответствии с этим, имеют положение своих поршней 13, 13' клапана, показанное на фиг.1. Если при этом через впускной канал 7 в корпус 4 подают жидкость или же пар, то они протекают через первый канал 9 и через радиальное поднутрение 23, расположенное на соответствующем поршне 13 клапана, предпочтительно по обеим сторонам, к седлу 15 клапана, и оттуда через первый выпускной канал 5 далее. В положении, показанном на фиг.1, поршень 13 клапана прилегает своим клапанным элементом 24 к седлу 14 клапана, вследствие чего поступление текучей среды во второй канал 10 перекрыто.
Если, в противоположность этому, поток текучей среды, например воды или пара, должен выходить из клапанного устройства 1 через второй выпускной канал 6, то должно быть подано питание на первый электромагнитный клапан 2, вследствие чего поршень 13 клапана перемещается в нем вверх, а именно, до тех пор, пока он не будет герметично прилегать клапанным элементом (не обозначен) к седлу 15 клапана. В этом случае поток текучей среды протекает через впускной канал 7 в корпусе 4, первый канал 9 и второй канал 10 к поршню 13' клапана и через его поднутрение 23', расположенное по обеим сторонам, ко второму выпускному каналу 6. Так как поршень 13' второго электромагнитного клапана 3 в обесточенном, то есть в неактивированном состоянии второго электромагнитного клапана 3, герметично прилегает своим клапанным элементом 24' к седлу 14' клапана, то в этом состоянии поток текучей среды не может протекать через третий канал 11 к третьему выпускному каналу 8.
Если, напротив, поток текучей среды должен выходить из клапанного устройства 1 исключительно через третий выпускной канал 8, то должны быть активированы оба электромагнитных клапана 2 и 3, вследствие чего в первом электромагнитном клапане 2 поршень 13 клапана герметично прилегает к седлу 15 клапана и одновременно открывает второй канал 10, в то время как во втором электромагнитном клапане 3 поршень 13' клапана герметично прилегает к седлу 15' клапана и открывает третий канал 11. В этом случае поток текучей среды протекает через впускной канал 7, первый канал 9, второй канал 10 и третий канал 11 непосредственно к третьему выпускному каналу 8. В приведенной ниже таблице еще раз представлены отдельные включенные состояния.
Первый электромагнитный клапан 2
Второй электромагнитный клапан 3
Открытый выпускной канал
не активен
не активен
первый выпускной канал 5
активен
не активен
второй выпускной канал 6
активен
активен
третий выпускной канал 8
При этом согласно фиг.1-4 оба электромагнитных клапана 2 и 3 расположены противоположно друг другу, при этом, разумеется понятно, что они могут быть также расположены в другой ориентации относительно друг друга. Предпочтительно оба электромагнитных клапана 2, 3 выполнены идентичными, в виде одинаковых элементов, благодаря чему затраты на хранение и логистику могут быть уменьшены вследствие меньшего разнообразия деталей. Особым преимуществом клапанного устройства 1 согласно изобретению является то, что оно является сравнительно компактным и, кроме того, имеет благоприятное для монтажа расположение впускного канала 7, а также выпускных каналов 5, 6 и 8. Кроме того, благодаря предохранительному штифту 21 или же 21' и согласованности некруглого наружного контура 18, 18' с выполненной комплементарно с ним выемкой 25, 25' в корпусе 4 может быть реализован максимально простой монтаж и демонтаж клапанного устройства 1, что, в частности, облегчает техническое обслуживание или замену.
При помощи клапанного устройства 1 согласно изобретению можно выполнить существенно более упрощенное конструктивно и в отношении трудоемкости монтажа по сравнению с прежними четырехходовыми трехпозиционными клапанами клапанное устройство, так как, в частности, могут быть исключены требующиеся до сих пор соединительные трубопроводы, закрепления, резьбовые соединения и т.д. Далее, благодаря выполнению корпуса 4 из пластмассы, в частности, в виде пластмассового литого изделия, могут быть уменьшены потери тепла, и кроме того, корпус 4 может быть изготовлен сравнительно экономично. Предпочтительно клапанное устройство 1 применяют для расходов в размере 400 мл/мин, при максимальном рабочем давлении примерно 2,5 бар, например, в кофеварках, работающих с так называемыми «coffee pads» (кофе в бумажном фильтре).
Клапанные элементы 24 или же 24' зафиксированы с геометрическим замыканием в соответствующих поршнях 13 или же 13' клапана. Как, в частности, видно на фиг.1 далее, внутри соответствующего поршня 13, 13' клапана предусмотрена дополнительная пружина 16а или же 16b, которая соответственно предварительно прижимает уплотнительный элемент 26, 26' в поршне 13, 13' клапана по отношению к клапанному элементу 24, 24', зафиксированному с геометрическим замыканием. При активировании соответствующих электромагнитов 12, 12' поршни 13, 13' клапана перемещаются до упора в направлении седел 14, 14' клапана, при этом силы, необходимые для уплотнения, образуются при помощи подпружиненного расположения уплотнительных элементов 26, 26'.