CN101755157B - 压电阀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有壳体(1)的压电阀，该壳体(1)具有一可穿流的内腔(2)，至少一个喷嘴(3，3`；4)通入该内腔中，所述喷嘴同与之配属的流体介质接口(5；6)连通并具有带有座面的密封座，其中，一通过加电可变形的压电弯曲元件(7)这样装入所述壳体的内腔中，即，所述喷嘴(3，3`；4)通过由于所述弯曲元件(7)的变形相对于所述喷嘴可移动的所述弯曲元件的区段(9)可封闭，并且所述弯曲元件至少在其相对于喷嘴的区域中具有由弹性材料制成的垫片(13；14)，其特征在于，所述密封座设置在喷嘴插件(15；30)的端侧，所述喷嘴插件(15；30)基本上垂直于所述座面(17)可移动地设置在壳体上固定的插孔(24；24`)中，其中，在所述插孔和所述配属的喷嘴插件之间作用有一可热膨胀的补偿件(25)。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有壳体的压电阀，该压电阀具有一可穿流的内腔，至少一个这样的喷嘴连通至该内腔中，该喷嘴同与之配属的一流体介质接口连通并具有一带有座面的密封座，其中，一通过施加电可变形的弯曲元件这样装入该壳体的内腔中，即，所述喷嘴通过一弯曲元件的区段是可封闭的，该区段由于弯曲元件的变形相对喷嘴可移动，并且所述弯曲元件至少在其相对于喷嘴的区域中具有一由弹性材料组成的垫片。
背景技术
压电阀在众多设计方案中都公开过，例如DE2511752A1，DE3400645A1，DE 3527069A1，EP 0404082B1，EP 0538236 A1，DE 4320909 C1，DE4410153 C1，WO 97/09555 A1，DE 19547149 A1，EP 0191011 B1和EP0565510 B1。尤其在EP 0907852 B1和EP 0943812 A1记载了这种类型的压电阀，其中，考虑到要在封闭位置处实现尽可能小的漏损量，所述压电式弯曲元件至少在其相对于喷嘴的区域具有一由弹性材料组成的垫片。按首先提到的EP 0907852 B1，所述由弹性材料组成的垫片设计成一局部安装在弯曲元件上的、例如由氟化硅树脂组成的弹性体垫片。按EP 0943812 A1则将一由弹性体组成的包覆层涂敷到压电式弯曲元件位于夹紧部位之外的可自由移动的区域上，该包覆层端侧具有一密封隆凸，该隆凸确保壳体内腔对外密封。
若与大多数其他电控阀相比，压电阀的特征在于有特别高的开关动力特性，该开关动力特性使这种压电阀类型在多数应用中显得尤其有益。然而，弯曲换能器的力-行程-特性曲线给压电阀的应用设立了一定的限制，因为闭合力随着偏移的增加可能减小。因此，有待通过压电阀接通的流量功率典型地受到限制，该流量功率与被接通的通流量和压差的乘积成正比。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种按本申请开头所述类型的实用性更强的压电阀，用该压电阀在保持或提升已知优点(如尤其是高的开关动力特性)的情况下，在实践中可达到比用已知类型的压电阀更高的断流容量。
上述技术问题根据本发明通过这样解决，即，在这种类型压电阀的情况下，所述密封座布置于喷嘴插件的端侧，该喷嘴插件基本上垂直于座面可移动地布置于壳体固定的插孔中，其中，在所述插孔和配属的喷嘴插件之间作用有一可热膨胀的补偿件。因此，本发明的一主要特征在于，所述喷嘴的密封座并未占据一个相对于壳体不可变的或固定设定的位置，而是相反地，所述密封座相对于壳体的位置通过喷嘴插件在壳体固定的插孔中的移动可变化，该喷嘴插件在其一个端侧具有密封座。密封座相对于壳体的位置在此与可热膨胀的补偿件的尺寸相关地改变，该补偿件这样在壳体固定插孔和配属的喷嘴插件之间作用，即，该补偿件与其热膨胀或收缩相关地推动所述喷嘴插件在配属的插孔中移动。在此，这样布置上述可热膨胀的补偿件，即，在补偿件热膨胀的作用下，所述在壳体固定插孔内的喷嘴插件被推离所述弯曲元件。因此，换一句话说，在补偿件热膨胀的作用下，在喷嘴插件端侧布置的密封座与配属的弯曲元件表面之间的距离增大。按这种方法，布置在弯曲换能器相关表面上的、由弹性体材料构成的垫片在热膨胀作用下的膨胀受到这样的补偿，即，在压电阀一定的开关状态下，由弹性体材料构成的垫片的表面到所述密封座的座面的距离与压电阀运行温度不相关地基本上保持不变，无论如何比在已知压电阀的情况下显著更少地变化。这对于实际应用压电阀取得了多个如下决定性的优点。一方面，在已知类型的压电阀的情况下，考虑到在不同的运行温度(典型的运行区域：-30至+80℃；扩展的运行区域：-50至+100℃)中使用该压电阀，可靠性可能丧失或至少显著减小，这尤其在扩展温度区域应用时相当明显。因此，按本发明构造压电阀，使该压电阀在较小的运行温度时以一比已知压电阀更小的空行程工作，而且这种压电阀的流量功率不受温度影响或相对于现有技术受到更小的温度影响。这不仅对于开关动力特性产生有利的效果，而且，在考虑到压电弯曲元件的典型的力-行程-特性曲线的情况下，由于通过本发明的应用减小了空行程，也可接通更高的流量功率。此外，本发明的压电阀的运行特性曲线相较于已知类型的压电阀可在一更大的温度区域内更好地再现。这在本质上扩大了压电阀在这样一些区域内应用的可能性，即，在这些区域中，所述压电阀的开关特性尤其好的可再现性是必不可少的。此外，按本发明的压电阀也可相较于现有技术的压电阀在更大的温度区域中运行可靠地使用，这再次扩大了在开关动力特性方面优于其它电控阀的压电阀尤其在更高温度区域中应用的可能性。
为了以尤其突出的程度达到前述有利的效果，比较有利的是，所述补偿件尤其由此具有与弯曲元件的垫片基本上一样的热膨胀特性，即，补偿件和弯曲元件的垫片由相同或很相近的材料组成并具有相同或基本上相同的有效厚度。但这并不是强制必需的。因为所述优点也可通过对补偿件和垫片不同的材料匹配而达到，例如通过设计补偿件厚于弯曲元件的垫片，但由一种具有比垫片材料更小的热膨胀系数的材料组成。这种材料匹配在一定的前提下甚至可证明尤其有利，例如可将补偿件的两个相应表面分别与所述壳体固定插孔和喷嘴插件可靠连接，通过这种可靠的连接，一个单独的、相对补偿件预压紧喷嘴插件的弹簧元件(见下面)就变得多余。
将补偿件尤其优选地设计为环形并布置于喷嘴插件的凸缘和插孔的凸肩之间。“环形”在此一定不能强制地理解为圆形；更确切的说，所述环形封闭的补偿件可以具有任意一种自身封闭的几何形状。借助这种环形的补偿件，即便在压电阀尤其紧凑的情况下，也可以提供所述用于改变喷嘴插件位置所需的推移力，其中，与喷嘴插件轴对称地引入推移力到喷嘴插件中对功能可靠性有利。
本发明既可以在这类压电阀中实现，即，用于喷嘴插件的插孔直接在这类压电阀的壳体中成形，也可在另一种实施形式的压电阀中实现，其中，用于喷嘴插件的插孔设计在一单独的、置入壳体中的喷嘴支座里。所述另一实施形式在这方面是有利的，即，通过其附加的几何自由度尤其可以这样校准喷嘴用于调节实现期望的运行特性曲线，即，可通过细螺纹将喷嘴支座螺旋拧入壳体中或可压入壳体内到一可选择的深度。
此外，如上面所谈及的那样，喷嘴插件可借助弹簧元件相对补偿件被预压紧。这种弹簧可以在此尤其支承在壳体固定的、用于喷嘴插件的插孔上并以不同的构造方式设计。可以在这种情况下取消相应的单独的弹簧元件，即，所述补偿件与喷嘴插件以及配属的插孔以适合传递拉力的方式相连接，例如通过粘合，硫化处理等。同时，这种连接具有优点：可以保证相应的各部件气密地相互连接。
本发明可实现前述优点地既在压电阀带有仅一个喷嘴的情况下应用，也可在这种压电阀的情况下使用，即，所述压电阀具有两个相互基本上对立布置的喷嘴，这两个喷嘴通过所述弯曲元件因加电而产生的变形可选择地被封闭，例如在弯曲元件应用在两位三通换向阀的情况下。本发明压电阀的运行特性曲线的可再现性和在宽的温度区域中尤其高的精确度恰恰使两位三通阀能够得到一个全新的应用。本发明的优点在按比例关系工作的气动控制元件或调节器上以特别的方式起到了作用，在所述气动控制元件或调节器中，所述弯曲元件按规定不仅可转换到它的两个分别封闭两喷嘴之一的终端位置上，而且可占据在两个喷嘴之间的任一中间位置上，以便(通过改变流动阻力)按不同的相互比例关系控制喷嘴的通流量。只有在应用本发明的情况下才可提供与之相应的压电式运行的流动分岔(Stroemungsweichen)，该流动分岔能够满足尤其在温度影响下对运行精确度和可再现性的高要求。根据所述按比例关系工作的分岔阀的弯曲元件在其未被加电时的运行点时所占据的位置而定，一个或两个复位弹簧可作用在所述弯曲元件上，这两个弹簧分别支撑在壳体固定的支座上，并将所述弯曲元件预压紧到其在无电流运行时所预定的位置上，或起到减小滞后效应的作用并在停止加电时支持所述弯曲元件复位。
附图说明
以下将借助两个优选的实施例并参考附图详细阐述本发明。附图中：
图1以纵截面的形式示出了按本发明第一实施形式的压电阀的、在此仅仅感兴趣的喷嘴侧区域，所述压电阀未示出的区域根据现有技术制造；
图2以纵截面的形式示出了按本发明第二实施形式的压电阀的、在此仅仅感兴趣的喷嘴侧区域，同样地，所述压电阀未示出的区域根据现有技术制造。
具体实施方式
在其基本结构方面，按图1中所示优选实施形式的压电阀与EP 943812A1(US 6143744 B1)中公开的压电阀相应。因此，放弃对所述压电阀整个的细节和其余的设计特点进行描述，而是为了补充下面的阐述可全面参考上述公开文献。
图1中所示的压电阀包括一壳体1，该壳体具有一可穿流的内腔2。两个相互对置的喷嘴3和4通入该内腔2中，这两个喷嘴分别与一个相配属的流体介质接口5或6连通。此外，壳体1的所述内腔2还以已知的方式与一个未示出的开口连通。在壳体1的所述内腔2中这样安装有一个通过加电可变形的压电式弯曲元件7，即，该压电元件7的那个在加电时相对于所述壳体改变其位置的区域8，以其端侧区段9突伸到所述两个喷嘴3和4之间。因此，根据加电情况而定，所述弯曲元件7可以关闭第一喷嘴3或第二喷嘴4，或位于任意一个中间位置，在这样的中间位置时，所述两个喷嘴或宽或窄地开启。
在自由地通过其夹持点悬伸出的区域8中，将由弹性的弹性体材料组成的包覆层10放置在所述弯曲元件7上，所述包覆层10在所述弯曲元件7的下侧和上侧分别形成一垫片13或14。
图1中下部所示的喷嘴3包括一喷嘴插件15，该喷嘴插件15面朝所述壳体内腔2的端侧形成一基本上垂直于喷嘴3的轴线16的座面17。为了装入所述喷嘴插件15，所述壳体1具有一阶梯式钻孔18，将该阶梯式钻孔较小孔径的区域19布置成与壳体的内腔2相邻，并将该阶梯式钻孔18较大孔径的区域20布置成与壳体1的外侧邻近。阶梯式钻孔18的这两个不同孔径的区域19，20通过一个凸肩21彼此分离。所述喷嘴插件15具有一管段22和一端侧布置的凸缘23。该凸缘23可在壳体1中基本上垂直于座面17地移动导引。为此，所述喷嘴插件15的管段22可沿轴线16滑动地安装在阶梯式钻孔18的较小孔径的区域19中，阶梯式钻孔18在此区域19中形成一个用于喷嘴插件的插孔24。
在阶梯式钻孔18的凸肩21与喷嘴插件15的凸缘23之间布置一弹性体环26形式的可热膨胀的补偿件25。借助一弹簧27预压紧所述喷嘴插件15而使之贴靠在所述弹性体环26上。该弹簧27支撑在阶梯式钻孔18的有较大孔径的区域20的壁上，并具有一个与喷嘴插件15的钻孔28对应的钻孔29。所述弹性体环26由与弯曲元件7的包覆层相同的材料组成并具有这样一厚度，即，该厚度与包覆层10在喷嘴3对面区域内的厚度相同。按这种方式，在压电阀的运行温度上升时，所述喷嘴插件15以与包覆层10受热膨胀量相同的量返回运动，也就是说，远离所述弯曲元件7。因此，虽然包覆层10的厚度随温度的变化而变化，但弯曲换能器的关闭位置保持不变。相应地，在所述弯曲元件7处于给定的位置而打开喷嘴3时，所述垫片14表面到座面17的距离也保持不变。
上面的描述也相应地适用于图1上部所示的喷嘴4，但所述相应的喷嘴插件30不可以直接在壳体1的钻孔中移动，而是可以在一个喷嘴支座31的也设计为阶梯式钻孔的一个钻孔中移动。因此，喷嘴插件30的插孔24`由喷嘴支座31的阶梯式钻孔形成。所述喷嘴支座31通过一螺纹连接32螺旋拧入壳体1中。因此，为了校准该压电阀的开关特性曲线或运行特性曲线，可调节所述喷嘴支座31的位置。
图1中示出了复位弹簧33，该复位弹簧这样相对于喷嘴3预压紧所述弯曲元件7，即，在未给弯曲元件7施加电时，通过弯曲元件7的包覆层10密封地紧贴在喷嘴3上而有效地封闭喷嘴3。
图2中所示的压电阀与图1所示压电阀之间仅有两个区别特征。一个区别是，图2中的两个喷嘴3`和4均按图1中压电阀的喷嘴4那样来设计，因此，这两个喷嘴3`和4均可以按上述方式调节。另一区别是设有两个镜像对称布置的复位弹簧33和34，这两个复位弹簧相互对立作用于弯曲元件7上，因此，该弯曲元件7在没有施加电的情况下可靠地位于所述两个喷嘴3`和4的座面之间的中间位置。图2所示压电阀按这种方式特别适合作为按比例关系工作的调节元件。
Claims (11)
1.一种带有壳体(1)的压电阀，该壳体(1)具有一可穿流的内腔(2)，至少一个喷嘴(3，3`；4)通入该内腔中，所述喷嘴同与之配属的流体介质接口(5；6)连通并具有带有座面的密封座，其中，一通过加电可变形的压电弯曲元件(7)装入所述壳体的内腔中，使得所述喷嘴(3，3`；4)能够被所述弯曲元件的区段(9)封闭，该区段(9)由于所述弯曲元件(7)的变形能够相对所述喷嘴移动，并且所述弯曲元件至少在其相对于喷嘴的区域中具有由弹性材料制成的垫片(13；14)，其特征在于，所述密封座设置在喷嘴插件(15；30)的端侧，所述喷嘴插件(15；30)基本上垂直于所述座面(17)可移动地设置在壳体上固定的插孔(24；24`)中，其中，在所述插孔和所述配属的喷嘴插件之间作用有一可热膨胀的补偿件(25)。
2.按权利要求1所述的压电阀，其特征在于，所述补偿件(25)设计为环形并布置于所述喷嘴插件(15；30)的凸缘(23)和插孔(24；24`)的凸肩(21)之间。
3.按权利要求1或2所述的压电阀，其特征在于，所述补偿件(25)具有与所述弯曲元件(7)的垫片(13；14)基本上一样的热膨胀特性。
4.按权利要求3所述的压电阀，其特征在于，所述补偿件(25)和垫片(13；14)的厚度基本上相同。
5.按权利要求1或2所述的压电阀，其特征在于，所述插孔设计在一置入在壳体中的喷嘴支座(31)里。
6.按权利要求1或2所述的压电阀，其特征在于，所述喷嘴插件(15；30)借助弹簧元件(27)被预压紧在所述补偿件(25)上。
7.按权利要求1或2所述的压电阀，其特征在于，所述补偿件(25)与所述喷嘴插件(15；30)以及所配属的插孔(24；24`)以适合传递拉力的方式相结合。
8.按权利要求1或2所述的压电阀，其特征在于，所述压电阀具有两个相互基本上对置的喷嘴(3，3`；4)，所述两个喷嘴可选择地通过所述弯曲元件因加电产生的变形而被封闭。
9.按权利要求8所述的压电阀，其特征在于，在所述弯曲元件(7)上的确定用于封闭所述两个喷嘴(3；4)的区段(9)的区域内作用有一个复位弹簧(33)，该复位弹簧支撑在壳体上固定的一个支座上，并预压紧所述弯曲元件使之抵靠在所述两个喷嘴之一上。
10.按权利要求8所述的压电阀，其特征在于，在所述弯曲元件(7)上的确定用于封闭所述两个喷嘴(3；4)的区段(9)的区域内作用有两个相互对立指向的复位弹簧(33；34)，所述两个复位弹簧分别支撑在壳体上固定的一个支座上，并预压紧所述弯曲元件使之处于所述两个喷嘴之间的中间位置。
11.按权利要求8所述的压电阀，其特征在于，所述两个喷嘴(3`；4)各自的密封座分别设置在相应的各喷嘴插件的端侧(15；30)，所述各喷嘴插件(15；30)分别基本上垂直于座面(17)可移动地布置于壳体上固定的相应的各插孔(24，24`)中，其中，在所述各插孔和配属的各喷嘴插件之间分别作用有一个可热膨胀的补偿件(25)。
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