可切换水阀的密封系统的制作方法

1.本发明涉及一种优化的低噪声密封系统，用于供暖器具和热水器中使用的可切换水阀，特别是用于二通或三通水阀。


背景技术：

2.在家用加热设备或热水器中，特别是在燃气锅炉领域，已经有多种不同的阀门类型，它们根据需要中断并改变水回路的水流方向。通常，阀门是全开或全关的。优选地，这里机电致动使用的是二通阀或三通阀。这些阀门的设计必须确保它们在水流过程中不会出现明显的压降，并且在它们运行的整个温度范围内，水回路内的阀门区域中的泄漏可以可靠地排除。为了能够避免泄漏，使用可弹性变形的材料作为密封体，然后必须在其上施加特定的压力，以便材料可以在特定范围内变形，以确保在多次切换循环的情况下仍能长时间保持所需的密封性。另一方面，作用在阀体上的力也不能太大，因为这涉及到高能耗。因此，机电驱动器的尺寸不应太大以致于无法使用具有成本效益的驱动器。由于这些是大批量产品，即使是很小的节省也会产生很大的经济影响。原则上，有两种解决方法。一方面，存在具有空心圆柱形阀门关闭系统或具有球形阀空间和用于密封阀门的匹配球形阀体的阀门。在密封的瞬间，阀门内发生压力波动，产生很大的噪音，然后通过连接的管道系统传播并被认为是干扰。de 20 2011 004 433 u1描述了一种三通原理的混合阀，其具有以可线性移动的方式在衬套中引导圆柱形阀闭合件。在该阀中，圆柱形阀体设置在混合室中，从而它关闭或打开两个入口管的横截面的可变比例。在此，阀芯由不锈钢制成，并且阀体以形状配合的方式在碳石墨材料的衬套中引导。因为各个阀门组件相互之间的精确配合以及阀芯的精确定位很重要，由此导致这种设计成本高，并且难以大批量自动制造。
3.de 697 18 317 t2描述了一种更接近球形的密封体，它为供暖系统和热水器提供一种改进的阀门装置，具有更好的防漏能力。这里描述的密封体是一种圆柱形金属体的密封球，它必须移动到圆柱形密封面中。为防止泄漏，阀体内设有侧环(作为实际密封圈)径向压缩以保证密封性。这种设计还旨在避免阀体内的任何污染或沉积物，或确保这些不会影响阀门的密封性。这种解决方案的缺点是密封体的行程相对较长，因为它必须在阀座的圆柱形密封表面中移动很长一段距离，直到中央侧环(密封圈)可以发挥作用为止。此外，该解决方案的特征在于使用昂贵的材料和密封体的相对复杂的制造，即制造难以自动化。
4.从de 10 2012 219 745 a1已知一种具有两个阀座的机电操作的三通阀，其中单个阀密封件被布置成朝向具有最小面积的阀座移动以适当地密封它。阀体的密封面是锥形的，使得密封体平贴在它们上面。阀杆关闭元件的直径小于阀体部分的平均内径。这具有的优点是仅靠在阀表面上的区域受到应力。密封体在阀体内部的两个相对点处被轴向引导，因此它不能在偏心位置(即倾斜方式)倾斜或靠在接合的阀座上。然而，这增加了流动流体的流动阻力。密封体的任何变形也是不利的，例如：当密封体的一侧长时间压在一个阀座上时，可能会影响另一位置密封位置的泄漏。


技术实现要素：

5.本发明的目的是设计一种优化的、特别低噪音的密封系统，用于加热器具和热水器中使用的可切换水阀，其结构简单，由极少的部件组成，材料用量最少，可以非常快速地以自动化方式组装，开启状态流阻小，任一阀位无泄漏，使用寿命长。
6.根据本发明，该目的通过第一专利权利要求的特征来实现。本发明的进一步有目的的实施例是进一步从属权利要求的对象。根据本发明的用于供暖器具和热水器中使用的可切换水阀的优化的低噪声密封系统的优点在于其结构非常简单并且包括非常少的部件。这允许其快速和自动化的制造。此外，在这种类型的水阀中，就算永久施加高达4bar或更高压力的水阀，它也具有这样的密封效果，当它在二通或者三通水阀中长时间使用时，两个阀门位置都不会发生泄漏。此外，与以前类似的二通或三通水阀相比，由于结构设计，流阻和阀门噪音进一步降低。由于密封圈的轴向膨胀也可以缩短，因此也可以缩短带有两个密封圈的气门驱动杆的行程。此外，与其他密封体相比，材料用量减少，从而提高了水阀的经济性。利用本发明的密封系统，还可以在密封体对阀体的密封表面的相同或更高的接触压力下操作。此外，可以根据特殊应用情况以简单的方式实现阀体内不同几何形状的密封面。可切换水阀的密封系统配置为带有步进电机驱动的三通水阀。该步进电机设置在阀芯的外侧，该阀芯插入阀体并与其密封连接。整个密封体的线性位移是由一个阀门驱动杆实现的，该阀门驱动杆通过阀芯被引导。密封体直接设置在阀门驱动杆上并与其连接。通常，它直接包覆成型在阀门驱动杆上。但是，它也可以作为单独的组件进行收缩配合，例如在阀门驱动杆上，或以任何其他方式设置，例如以机械可移动的方式连接。阀门驱动杆上的密封体包括密封体主体，密封体主体上设置有一个或两个或多个圆盘状的中心肋。密封体主体具有两个压配合的特殊形状的o形密封圈，它们通过一个或两个中心肋彼此隔开预定的距离。这两个密封圈通过在密封体主体的每个外端形成的两个圆周法兰肋固定在它们的位置上，并且在流动旁路区域内呈锯齿状或连续状。由于o形环类型的小密封圈比先前已知的较大密封体膨胀得更小，因此步进电机必须在停止处移动更少的步数以确保密封性。
7.密封圈的设置使得一空腔形成于所述密封圈于所述密封圈的后密封面与一个或两个中心肋之间的背面。该空腔允许密封圈更好地与密封体主体的密封表面接触，即与中心肋接触。这允许沿密封体主体和密封圈的后密封表面(即后表面)之间的后密封路径很大程度上排除泄漏。代替将密封件彼此间隔开并将它们固定在密封体主体上的单个较宽的中心肋，优选地可以在密封体主体上设置和形成两个中心肋。中心肋的宽度或两个或几个中心肋彼此之间的距离由待密封的阀座的内部尺寸，即由阀体的相应密封表面的距离确定。由于流过水阀的流体的流动方向有利地与阀的运动方向一致，这导致整个密封体被吸到阀体的阀座上。然而，相反的流动方向也是可能的。这种吸力会导致压力波动，从而在液压水系统中产生清晰可闻的噪音。为了防止这些噪音，通过在密封体主体的主体柄部中的密封圈的区域中设置一个或多个轴向流动旁路来防止这种噪音。通过在密封体主体的主体柄部中的密封圈的区域中在所述密封圈下方的密封圈区域内设置一个或多个轴向流动旁路作为凹陷部来防止这种噪音。然而，代替密封体主体中的轴向流动旁路，这些轴向流动旁路也可以设置在密封圈本身中。在阀门关闭过程中，这些流动旁路会导致余流随时间减少，从而使水阀的完全关闭(密封)时移，即可靠地防止压力波动和不可避免地产生的噪音。从横截面看，这些轴向槽状流动旁路有利地成形为圆形段或矩形。为了确保流动旁路最初打开和
有效，在流动旁路的区域中凹进或连续形成的周向肋设置在中心肋的紧邻区域处或中心肋的紧邻区域中的主体柄部上。这些轴向流动旁路将密封圈与密封表面隔开并允许水流过，直到密封圈靠在阀体的密封表面上，并且相应的密封圈通过阀体的运动压在中心肋的密封表面上，最后将一个或另一个出口密封在各自的密封位置。
8.特别有利的是，密封系统的密封体主体具有三个或四个在密封圈的区域中以径向对称的方式设置为凹陷部的流动旁路。这些流动旁路除了可以防止压力波动外，还导致密封体中心靠近阀体的阀座，还可以防止密封件突然吸入。因为在密封圈的后密封面也通过密封件的轴向致动运动密封地压靠在中心肋的密封面上之前，尽管密封圈的前密封面已经形成紧密的密封接触，但水仍然可以通过流动旁路流过水阀身体的主要部分，从而可以防止密封件突然吸入。
9.在一个有利的实施例中，除了密封体的部分缩进的或连续的法兰肋之外，创新的密封系统还具有在密封表面的方向上在一侧或有利地在两侧分别轴向向外形成并材料连接或设置的减速环。所述的减速环可以准确影响流水的流动特性。
10.在另一种减速环设计中，用于可切换水阀的密封系统可以具有特殊形状的减速环法兰或锥体，该减速环法兰或锥体在减速环上朝向密封区域轴向向外形成或设置。这种减速环法兰或锥体也改善了流动特性。
11.如果具有两个形成的彼此间隔开的中心肋的可切换水阀的密封系统在两个中心肋之间具有中央凹部，则有相当大的优势。这减少了材料使用量和步进电机移动的质量。此外，这在密封体主体的尺寸稳定性方面具有优势，例如，如果它被制造为注塑部件。
12.特别地，在用于可切换水阀的新型密封系统中，具有中心肋的密封体主体如果设计为单件，则形成为在一次操作中制造的单个注塑成型塑料部件。
13.如果在密封系统的密封体主体内部形成两个或更多个腔体，则是进一步的优点。这减少了待移动的密封体主要部分的质量，并且允许更精确地设置不同的壁厚，包括密封体主体的相关尺寸的稳定性。
14.然而，对于用于可切换水阀的密封系统的特定实施例，也可以将密封体主体设计成具有一个中心肋或具有两个或多个中心肋或多件式的减速环或减速环或锥体。这可以提供例如建设性或制造优势。
15.如果在用于可切换水阀的密封系统上，o形环类型的密封圈在限定的预紧力下插入并压配合在密封体主体中，这也是一个优点。这可以以简单的方式通过密封圈的内径略小于阀座区域中密封体主体的主体部分杆部的外径来实现。此外，密封体主体的两端可具有局部向外凹进的周向法兰肋，以确保密封圈在密封体线性移动时不会在密封体主体的表面上移位。
16.出于安装和视情况而定的维修原因，用于可切换水阀的密封系统优选地设计成使得密封体主体在特定联接点与阀门驱动杆耦合联接。该耦合点被配置为例如作为实体关节或球窝关节。
17.在这种通用密封系统中，o形环型密封圈的轮廓也可以配置和成形以匹配二通或三通水阀体的密封区域的轮廓。根据需要，这些密封区域可以被配置成，例如半径更小或更大的角形，平面或带有锯齿的平面。因此，密封圈的轮廓在它们的前密封表面上与它们相适应。
18.此外，阀体的两个密封区域或其轮廓可以在二通或三通阀的密封系统中不同地构造。
19.将参考图1至图4在一个示例性实施例中详细解释本发明。
附图说明
20.图1显示了带有注塑成型阀门驱动杆的完整密封体的剖视图，
21.图2显示了具有四个腔的完整一体式可切换密封体的3d部分剖视图，
22.图3显示了完整的多件式可切换密封体的3d部分剖视图，
23.图4示出了根据本发明的具有内置密封体的完整的可切换水阀的剖视图。
具体实施方式
24.图1示出了完整的密封体5的剖视图，阀门驱动杆3联接到其上。完整的密封体5包括带有两个压入配合的密封圈1的密封体主体2和连接的阀门驱动杆3。在此，密封体主体2构造为一体式注塑成型部件，并且，在注塑过程中，阀门驱动杆3同时被直接包覆成型，从而在同一操作中牢固地联接到密封体主体2。然而，密封体主体2也可以通过连接点20处的可拆卸连接与阀门驱动杆3连接，例如，通过球窝关节。出于安装和维修的原因，用于可切换水阀的密封系统优选地设计为使得密封体主体2在特定的联接点9处与阀门驱动杆3联接。该联接点9配置为例如作为实体关节或球窝关节。在该实施例中，三个空腔18径向对称地分布在密封体主体2中。这既减小了要移动的密封体主体的质量，又减小了壁厚。此外，这允许更精确地设置密封体主体2的相关尺寸稳定性。在密封体主体2的中心，两个圆盘状的中心肋12相互间隔设置。在中心肋12之间形成特殊的凹部14。这减少了联接的线性步进电机7在每次行驶操作移动时要移动的质量，这对其使用寿命具有积极影响。密封体主体2具有两个特殊形状的o形环型密封圈1，在预应力下从外部压装到其上，并通过两个中心肋12彼此隔开限定的距离。这两个密封圈1通过在密封体主体2的每个外端形成的两个圆周法兰肋15固定在它们的位置上，并防止在密封体主体2的表面上滑动。由于o形环的小密封圈1类型也比以前已知的更大的密封体膨胀更少，线性步进电机7必须在停止处行进更少的步数以确保密封性。在该锯齿状设计的实施例中，作为外端终止，两个减速环24的直径大于周向法兰肋15的直径，且其连同其他部件一起注塑成型。通过这些减速环24的尺寸和形状，可以精确地设定阀体17内的流动特性。阀体17具有允许水进入其的入口16。设置在阀芯6处的驱动器包括线性步进电机7和设计为自锁的主轴螺母系统(未绘制)，以便密封圈1对阀体密封区域10的所需接触压力17在静止时持久存在。用于可切换水阀的密封系统被配置为带有步进电机7驱动的三通水阀11。两个密封圈1成形为使得在密封圈1的背面于所述密封圈1的后密封面8与中心肋12的密封表面及密封体主体2的表面之间形成空腔4。该空腔4允许密封圈1与密封体主体2的密封表面更好地接触。这允许沿密封体主体2与密封体主体2之间的后密封路径很大程度上排除泄漏。中心肋12的宽度或两个中心肋12彼此之间的距离由要密封的阀座的内部尺寸和在关闭位置该线性步进电机7施加的用于按压密封圈1抵触阀体17的密封区域10的力来确定，也即，阀体17的各个密封区域的距离。在温度的影响下，密封圈1的预紧力会随着时间的推移而松弛，特别是在热水回路中使用时，这种水阀设计的密封性可以在很长一段时间内得到保证，例如通过自锁。此外，在磨损的情况下，为了确定水阀所需的密封性，
可以通过卸下阀芯6并快速更换密封体5来在拆卸后快速修复二通或三通阀，只需进行几次操作即可重新安装。在密封圈1下方的密封圈1的区域中，四个轴向流动旁路21设置为密封体主体2的主体柄部22中的凹槽。在阀门关闭过程中，这些流动旁路21导致余流随着时间使得水阀的完全关闭(密封)是时移的，即可靠地防止压力波动和不可避免地产生的噪音。从横截面看，这些轴向凹槽状流动旁路21的形状像圆形凹槽状凹槽。为了确保流动旁路最初是打开和有效的，在流动旁路21的区域中凹进的圆周锯齿状肋23设置在主体柄部22上或者在中心肋12的紧邻区域处或中间肋12的紧邻区域中。这些轴向流动旁路将密封圈1与密封表面隔开并允许水流过，直到密封圈1靠在阀体17的密封表面上，并且相应的密封圈1通过阀体17的运动压在中心肋12的密封表面上，最后将一个或另一个出口19密封在各自的密封位置。
25.图2示出了完整一体式可切换密封体主体5的三维、部分剖视图，其用于二通或三通阀11，具有四个空腔18以最大可能地减少质量。两个密封圈1被剖开以显示四个流动旁路21的圆形槽状凹部。它们中的每一个都在两个主体柄部22的整个长度上延伸，即，两个圆周锯齿状肋23及圆周凹进的法兰肋15在这些地方都是打开的。如果需要，打开的圆周锯齿状肋23和圆周凹进的法兰肋15在流动旁路21的区域中也可以是连续设计的，例如可以设计为隧道状开口。在两个中心肋12的密封表面附近，由于重量的原因，它们通过中间凹部14彼此隔开限定的距离，圆周锯齿状肋23形成在主体柄部22上，用于将密封圈1相较于中心肋条12的密封表面隔离一定的距离。圆周锯齿状肋23到中心肋12的距离可以是一到几毫米，这取决于结构尺寸。这确保了流动旁路21是打开的，直到在前密封面13(具有倾斜(或略微拱形或凸出)锥面的轮廓)接触阀体17的相应的结合密封面后该密封圈1及其后密封面8(具有圆周半径的轮廓)被压靠在相应的中心肋12的平坦密封表面上以通过整个密封体5的移动来实现密封接触。作为外部终端，两个减速环24与其他部件一起注塑成型。减速环24的直径大于圆周凹进的法兰肋15的直径。这两个沿轴向布置在最左侧和最右侧的减速环24用于调节阀体17内的流动特性(这里集成到注塑成型部件中)作为单件)。在密封圈1抵靠圆周锯齿状肋23的位置处，密封圈可设置有周向凹部。
26.图3示出了完整的多件式、更坚固的可切换密封体主体5的三维、部分剖视图，没有额外的腔体18。该图示出了两个密封圈1和减速环24切开后显示四个旁路21的圆形凹槽状凹部。此外，通过密封圈1的横截面区域，使得密封圈1的后密封表面8的形状是外周半径的轮廓和密封圈1的前密封面13的轮廓是倾斜的或略微拱起的或凸出的锥面的轮廓更清晰可见。
27.这些中的每一个都在主体柄部22的整个长度上延伸，即圆周锯齿状肋23和周向法兰肋15在它们的圆周中在设置流动旁路21的位置处凹陷。可选地，密封体主体2可以可选地为一件式或多件式设计。减速环24以适当的方式单独地固定到密封体主体2。
28.图4为本发明密封体5内置可切换三通水阀11的完整剖视图及整体结构示意图。完整的密封体5包括带有两个压入配合的密封圈1的密封体主体2和耦合的阀门驱动杆3。优选地，密封体主体2构造为一体式注塑成型部件，并且，在注塑过程中，阀门驱动杆3同时被直接包覆成型，从而在同一操作中牢固地联接到密封体主体2。在该实施例中，三个腔体18(未示出)径向对称地分布在密封体主体2中。这减少了要移动的密封体主体2的质量并允许壁厚包括相关的尺寸稳定性，从而更精确地设置密封体主体2。在密封体主体2的中心，两个圆
盘状的中心肋12相互间隔设置。在中心肋12之间形成特殊的凹槽14。这减少了耦合的线性步进电机7在每次行驶操作时必须移动的质量，这对其使用寿命具有积极影响。密封体主体2具有两个特殊形状的o形环型密封圈1，在预应力下从外部压装到其上，并通过两个中心肋12彼此隔开限定的距离。这两个密封圈1通过形成在密封体主体2的每个外端处的两个环形凹入法兰肋15固定在它们的位置上，并防止在密封体主体2的表面上滑动。由于o形环型的小密封圈1比先前已知的更大的密封体膨胀更少，线性步进电机7必须在停止处行进更少的步数以确保密封性。作为外部终端，两个减速环24与其他部分一起注塑成型，其直径大于周向法兰肋的直径。通过这些减速环24的尺寸和形状，可以准确地设定阀体17内的流动特性。
29.设置在阀芯6处的水阀驱动器包括线性步进电机7和设计为自锁的主轴螺母系统(未绘制)，从而使密封圈1对相应密封区域的所需接触压力确保阀体17处于静止状态。两个密封圈1的形状使得在密封圈1的背面于密封圈1的后密封面8和两个中心肋12与密封体主体2表面之间形成空腔4。该空腔4允许密封圈1与中心肋12的密封表面更好地接触。这允许沿着带有中心肋12的密封体主体2和密封圈1的后密封面8之间的后密封路径在很大程度上排除泄漏。中心肋12的宽度或两个中心肋12彼此之间的距离由要密封的阀座的内部尺寸和由阀座施加的接触压力决定。线性步进电机7在关闭位置将密封圈1压靠在阀体17的密封区域10上，即，阀体17的相应密封区域10的距离。虽然密封圈的预紧力s1会随着时间的推移而松弛，但是，特别是在热水回路中使用时，这种水阀设计的密封性可以在很长一段时间内得到保证，例如通过自锁。此外，在磨损的情况下，可以在三通阀11已被拆卸后快速再组装，方法是移除阀芯6并非常快速地更换密封体5只需几次操作即可重新建立要求水阀的密封性。在密封圈1下方的密封圈1的区域中，四个轴向流动旁路21设置为密封体主体2的主体柄部22中的凹槽。在阀门关闭过程中，这些流动旁路21引起随时间减少的余流，使得水阀的完全关闭(密封)时移，即可靠地防止压力波动和不可避免地产生的噪音。在横截面中观察，这些轴向槽状流动旁路21在此优选成形为圆形、槽状凹部。为了确保流动旁路21最初是打开和有效的，在流动旁路21的区域中缩进的圆周锯齿状肋23设置在主体柄部22上的中心肋12的紧邻区域处或中间肋12的紧邻区域中。这些轴向流动旁路将密封圈1与密封表面隔开并允许水流过，直到密封圈1靠在阀体17的密封表面上，并且相应的密封圈1通过阀体17的运动压在中心肋12的密封表面上，最后将一个或另一个出口19密封在各自的密封位置。
30.第二出口19朝向后方布置。插入阀体17中并且还可靠地密封连接到阀体17并且用环形密封件安装在一起的阀芯6。阀门驱动杆3的导管也通过合适的密封设计相对于导水阀腔密封。此外，单独的传感器入口25设置在此处，其可以配备各种传感器(例如温度或压力传感器)或以其他方式密封。
31.上述技术方案主要适用于一种新型的极低噪音、经济的使用可切换水阀密封系统的供暖电器和热水器上，特别是二通或三通水阀。
32.以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于以上列举的实施例，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
33.参考符号列表
34.1 密封圈
35.2 密封体主体
36.3 阀门驱动杆
37.4 空腔
38.5 密封体
39.6 阀芯
40.7 线性步进电机
41.8 后密封面(例如具有圆周半径的轮廓)
42.9 线性步进电机的联接点
43.10 阀体密封区域(前密封通路泄漏)
44.11 二通或三通水阀
45.12 中心肋
46.13 前密封面(例如带有倾斜(略微弯曲、凸出)圆锥面的轮廓
47.14 凹槽
48.15 锯齿状或连续圆周法兰肋
49.16 入口
50.17 阀体
51.18 空腔
52.19 出口
53.20 密封体与阀门驱动杆之间的联接点
54.21 流动旁路
55.22 主体柄部
56.23 锯齿状或连续圆周锯齿状肋
57.24 减速环
58.25 传感器入口