CN107559473A - 阀直线驱动器以及阀 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于连接到具有阀座(26)的阀体(12)上的阀直线驱动器(14)，其中所述阀直线驱动器(14)包括驱动器壳体(31)、阀闭锁元件(28)和压电执行器(32)，所述阀执行器设置在驱动器壳体(31)之内。所述阀闭锁元件(28)经由所述压电执行器(32)和连接在中间的操作装置(34)能够沿着轴向方向在打开位置和闭合位置之间调整。所述压电执行器(32)经由其朝向所述阀闭锁元件(28)的那侧支撑在所述操作装置(34)上。所述阀直线驱动器(14)包括调节装置(56)，所述调节装置构成为，使得能够调节所述阀直线驱动器(14)的空行程。此外，描述了一种阀(10)。

Description

阀直线驱动器以及阀

技术领域

本发明涉及一种用于连接到阀体上的阀直线驱动器以及一种阀，尤其是液控的阀、即常闭阀(NC阀)，该阀体具有阀座。

背景技术

现有技术中已知了用于控制或调节流体的阀，所述阀具有阀体和与阀体单独构成的阀直线驱动器。阀直线驱动器和阀体彼此连接，以便构成阀。

阀直线驱动器具有驱动单元，例如压电的执行器。驱动单元可以经由设置在阀直线驱动器中的操作装置或者操作机构调整阀闭锁元件。这样，阀直线驱动器可以使阀闭锁元件至少移动到打开位置和/或闭合位置中，其中阀闭锁元件靠置在构成在阀体中的阀座并且将阀座密封，使得没有流体能流过阀。

此外，在现有技术中已知了，可以设置调节装置或调节可能性，利用其可以补偿阀直线驱动器中的长度改变，尤其是操作装置。长度改变会由温度改变或使用寿命效果引起，例如沉降效果。

在操作装置中可以使用特定的材料配合，经由该材料配合至少可以补偿温度引起的长度改变。然而由此不能补偿出现的使用寿命效果。

根据另一可能性，施加应力，只要驱动单元是压电执行器。由此，主动地引起阀直线驱动器中的长度改变，尤其压电执行器的长度改变，使得该压电执行器在初始状态中从阀控制技术角度看具有改变的长度。主动地调节的长度改变补偿了由温度改变或使用寿命效果引起的长度改变。

现有技术中已知的另一可能性是设置间隙或空行程，该间隙或空行程可以被利用来对操作装置的出现的长度改变做出反应并且对其补偿。空行程是操作装置或操作机构在阀直线驱动器中的调节路径，该调节路径并不转换成阀闭锁元件的轴向运动，因为首先必须克服在操作装置或操作机构中存在的间隙。

在DE 10 2010 027 518 A1中例如公开了一种NC阀，即常闭阀，该常闭阀具有可调节的空行程，其可以经由设置在外部的张紧元件来调节。来自执行器的力经由设置在阀直线驱动器中的机构传递到阀闭锁元件，其中操作机构尤其包括杆式装置，即转向机构。

JP-H11-173 440 A描述了一种阀装置，其中在阀装置安装时出现的呈缝隙形式的间隙必须被补偿一次，使得间隙不再存在。在这里，这是必须的，以便设置在阀装置中的压电叠堆承受必须的预紧，其方式是：压电堆叠经由凸缘直接贴靠在锁紧螺母上，即没有间隙。

发明内容

本发明的任务是提供一种阀直线驱动器以及一种阀，它们简单地构建并且利用其能够调节空行程。

本发明的任务尤其通过用于连接到具有阀座的阀体上的阀直线驱动器来解决，其中所述阀直线驱动器包括驱动器壳体、阀闭锁元件和压电执行器，该阀执行器设置在驱动器壳体之内，其中阀闭锁元件经由压电执行器和连接在中间的操作装置可以沿着轴向方向在打开位置和闭合位置之间调整，其中压电执行器经由其朝向阀闭锁元件的那侧支撑在操作装置上，并且其中阀直线驱动器包括调节装置，该调节装置构成为，可以调节阀直线驱动器的空行程。

本发明的基本构思是简化用于NC阀的阀直线驱动器的机械结构，其方式是：压电执行器支撑在操作装置的朝向阀闭锁元件的那侧上。由此，在压电执行器的下部端部上，即在朝向阀闭锁元件的那侧上提供用于压电执行器的轴承。压电执行器的该另一端部因此是自由端部，这在压电执行器的电压改变时相应地轴向调整，更确切地说，离开阀闭锁元件。在压电执行器的自由端部上可以以简单方式设置操作机构或操作装置，所述操作机构或操作装置于是将拉力传递到阀密封元件上，只要压电执行器伸展。阀直线驱动器的操作装置相应地简化，需要该操作装置来将来自压电执行器的力传递给阀闭锁元件。设置在操作机构或操作装置中的复杂构建的杠杆作用可以取消，该杠杆作用使力方向相反。空行程的调节尤其在阀安装时只能进行一次。

空行程通常可理解为阀直线驱动器的行程路径，其大于零，其中阀闭锁元件在空行程期间还未被操作。空行程因此也在NC阀的阀直线驱动器的闭合的位置或闭合位置中出现，在闭合的位置或闭合位置中阀闭锁元件同样处于其闭合位置中。

此外，通过调节装置确保，在操作装置中的空行程可以被调节，由此可以对阀直线驱动器的操作机构中的不可防止的长度改变做出反应，所述长度改变例如由于寿命长度或温度效果引起。空行程相应地与出现的长度改变匹配，使得长度改变可以被补偿并且对阀直线驱动器的打开或闭合特性没有影响。

因此，大于零的空行程可以变化地调节，其中所述空行程还可以与在阀直线驱动器中的改变始终匹配。其于是恰好并非是在安装时出现的间隙的一次性补偿，以便相应地防止该间隙。相反，更多考虑地引入和调节空行程，即行程路径大于零，在该空行程中阀闭锁元件还未被操作。

一种方案设计为：操作装置包括带动元件和牵拉件，尤其是其中在带动元件与牵拉件之间可以经由调节装置调节间隙，该间隙对应于空行程。操作装置因此多件式地构建，其中设置两个部件，所述部件并不刚性地彼此连接。因此，带动元件和牵拉件通常相对彼此可运动。调节装置相应地与操作装置一起作用，以便在需要时改变在带动元件与牵拉件之间设置的间隙。

带动元件优选与压电执行器耦合，并且当压电执行器将拉力传递到带动元件上时，带动元件使牵拉件从动，所述拉力即背离于阀闭锁元件的力。牵拉件又与阀闭锁元件耦合并且于是将阀闭锁元件从其闭合状态朝向打开位置牵拉。

根据另一方案，调节装置包括可轴向调整的牵拉套筒，牵拉套筒至少部分包围压电执行器并且是操作装置的部分，尤其是固定地与操作装置的带动元件耦联。另外，压电执行器被阀直线驱动器中的牵拉套筒机械保护。此外，同心的装置确保，来自压电执行器的力以均匀的方式经由牵拉套筒来传递。

牵拉套筒不仅是调节装置的部分而且是操作装置的部分。相应地，设置在调节装置上的改变经由牵拉套筒被传递到带动元件上，使得在带动元件与牵拉件之间的间隙被改变，这导致阀直线驱动器的空行程改变或调节。

带动元件和牵拉套筒可以一起一件式地构建，使得形成牵拉从动套筒，其与压电执行器的自由端部耦合并且直接与牵拉件一起作用。

此外，牵拉套筒与压电执行器的轴向端部耦合，尤其与压电执行器的背离阀闭锁元件的端部耦合。在此涉及压电执行器的未固定的端部，当压电执行器相应地被控制时，经由该端部传递长度改变。轴向的端部也可以称作压电执行器的自由端部。

在压电执行器的长度改变时，牵拉套筒被调整并且作用于操作装置的带动元件，由此又调整阀闭锁元件。如果压电执行器由于相应的控制改变其长度，则与执行器耦合的牵拉套筒于是一起运动。在此，只要克服了在带动元件与牵拉套筒之间设置的并且可调节的间隙即空行程，则在与牵拉套筒耦合的带动元件上，带动元件带动牵拉件。

根据一种优选的实施形式，操作装置具有与压电执行器直接耦联的支承元件，在该支承元件上支撑有压电执行器，尤其是其中支承元件固定地支承在驱动器壳体中。支承元件因此是在阀直线驱动器中的压电执行器的轴承，压电执行器可以用其固定的端部或轴承端部经由该轴承来支撑。由于支承元件固定地支承在驱动器壳体中，所以确保了，压电执行器在该侧相对于阀直线驱动器固定地支承。

尤其是，牵拉套筒具有至少一个凹进部，支承元件延伸穿过所述凹进部。由此确保了，当例如空行程或间隙改变或阀通常被调整到另一位置中时，牵拉套筒在轴向方向上可以调整。牵拉套筒也可以具有两个独立的凹进部，支承元件的相应的腿部延伸穿过所述凹进部，以便支撑在驱动器壳体上。

另一方面设计为，操作装置包括弹簧系统，压电执行器通过弹簧系统预紧，尤其其中弹簧系统用一侧支撑在支承元件上，优选支撑在支承元件的与压电执行器对置的那侧上。弹簧系统将带动元件朝阀闭锁元件压，由此与带动元件耦联的牵拉套筒朝向阀闭锁元件牵拉。牵拉套筒由此将压电执行器的自由端部预紧，因为压电执行器的自由轴向端部被牵拉套筒朝向阀闭锁元件压。

此外，可以设置闭合弹簧，其支撑在驱动器壳体上并且背离压电执行器地对阀闭锁元件加载，使得只要在压电执行器没有电压，阀闭锁元件在阀体连接时被压到阀座上。由此，构建NC阀。

尤其，压电执行器在闭合位置中没有力传递到阀闭锁元件上。相应地，阀直线驱动器是用于NC阀的驱动装置，因为在闭合位置中没有力源自压电执行器。只有当阀闭锁元件被从闭合位置朝打开位置调整时，经由压电执行器传递力，该力调整阀闭锁元件离开闭合位置。

阀闭锁元件可以包括密封区段和隔膜区段，它们尤其一件式彼此构建。密封区段用于只要阀直线驱动器与阀体耦合以便构建阀，密封在阀体中的流出通道或流入通道。通过至少一个隔膜区段确保，相应地密封其他流动空间，如汇集空间。

此外，本发明的任务通过阀来解决，尤其NC阀，其具有前面所述类型的阀驱动装置。前面所述的阀直线驱动器的相应的优点类似地适用于阀。

尤其是，阀具有阀体，阀体包括至少一个流入通道、至少一个流出通道和/或至少一个汇集空间。相应的通道和空间通过阀闭锁元件在闭合位置中密封。为此，阀闭锁元件相应地具有密封区段和/或隔膜区段。

附图说明

本发明的其他优点和特征从如下的描述和所附的被参考的附图中得到。在附图中示出：

图1示出了根据本发明的阀的透视视图，

图2示出了根据图1的根据本发明的阀的剖视图，

图3示出了图2的细节视图，其中阀直线驱动器处于闭合位置中，

图4示出了图3的视图，其中阀直线驱动器在打开位置的方向上运动，以及

图5示出了图2的另一细节视图，其示出了阀直线驱动器的调节装置。

具体实施方式

在图1和图2中示出了阀10，该阀用于控制或调节流体。该阀10在所示的实施形式中两件式地构建并且包括阀体12和耦联在其上的阀直线驱动器14。

阀体12具有流体输入端16，经由流体输入端为阀10输送要控制的或要调节的流体。此外，阀体12具有流体输出端18，流体可以经由流体输出端离开阀10。

在阀体12中还构成流入通道20，该流入通道与流体输入端16形成流动连接。流入通道20通入汇集空间22中，该汇集空间又与两个流出通道24形成流动连接，所述流出通道通入流体输出端18。

阀体12尤其是由耐腐蚀的材料构成。尤其是，引导流体的通道和空间的内侧由耐腐蚀的材料构成。

此外，为流入通道20配设阀座26(参见图3)，阀直线驱动器14的阀闭锁元件28与阀座共同作用来控制或调节通过阀10的流量，如在下文中还要阐述的那样。此外，阀闭锁元件28将阀10的流体的部件与阀直线驱动器14密封，该部件构成在阀体12中。阀密封元件28因此同时是密封屏障，并且在所示的实施形式中是隔膜。

在图1和图2中还看出，汇集空间22以及阀座26构造在从阀体12的基体伸出的凸缘区段30中，阀直线驱动器14用轴向端部耦合到所述凸缘区段上。

阀直线驱动器14具有多件式驱动器壳体31，该多件式驱动器壳体具有盆状的下部件31a和放置于其上的套筒状的上部件31b。在驱动器壳体31中设置构建为堆叠式执行器的压电执行器32，其与操作装置34共同作用。下部件31a具有底部35，该底部在本身与阀体12之间夹持或仅保持封闭元件28。下部件31a与上部件31b一起限定容纳空间，在容纳空间中安置有执行器32和操作装置34。

压电执行器32的长度改变经由操作装置34传递给阀闭锁元件28，由此阀闭锁元件可以在轴向方向上在打开位置与闭合位置之间调整。相应地，操作装置34也可以称作操作机构。

此外，操作装置34包括牵拉套筒36，该牵拉套筒与压电执行器32经由压电执行器32的轴向的上端部耦合。在此情况下涉及压电执行器32的轴向端部，该轴向端部背离阀闭锁元件28或阀体12并且还在驱动器壳体31中是可运动的。该轴向端部也称作压电执行器32的自由端部。

此外，带动元件38还与牵拉套筒36耦合，该带动元件同样是操作装置34的一部分。相应地，带动元件38固定地与压电执行器32耦合，即经由牵拉套筒36来耦合。

可替选地，牵拉套筒36和带动元件38也可以一件式地彼此构建，使得它们构成牵拉从动套筒。

此外，操作装置34包括牵拉件40，该牵拉件与阀闭锁元件28固定地连接。例如，牵拉件40可以具有螺纹，牵拉件40经由螺纹旋入阀闭锁元件28中。该阀闭锁元件28相应地具有例如套筒状的固定区段42，该固定区段具有相对应的配合螺纹，牵拉件40经由其螺纹接合到配合螺纹中。

此外，操作装置34具有处在下部件31a的下沉部上的支承元件44，压电执行器32经由其朝向阀闭锁元件28的端部又支撑在该支承元件上。该端部也可以称作压电执行器32的轴承端部、固定端部或固定支承的端部。

因此，压电执行器32具有固定支承的轴向端部，该轴向端部支撑在支承元件44上，以及具有自由轴向端部，该自由轴向端部在轴向上可运动地设置在驱动器壳体31中并且牵拉套筒36固定地与该自由轴向端部耦合，使得压电执行器32的运动被传递到牵拉套筒36上。

支承元件44固定地支承在下部件31a的下沉部上，使得支承元件44不能运动地设置在驱动器壳体31中。

如尤其是从图2至图4中看出的那样，支承元件44的侧向腿部45延伸穿过牵拉套筒36，以便支承在驱动器壳体31中。牵拉套筒36为此具有至少一个对应的凹进部46，优选两个相对置的凹进部，支承元件44用两个相应的腿部45穿通所述凹进部。

此外，从这些图中看到，在支承元件44上，在与压电执行器32对置的那侧上支撑有弹簧系统48(在此盘形弹簧组)，其压向带动元件38并且该弹簧系统相应地朝向阀闭锁元件28施加力。由此，实现压电执行器32的预紧。

源于弹簧系统48的弹簧力经由带动元件38以及固定在其上的牵拉套筒36被传递给压电执行器32，其自由轴向端部被相应地压向支承元件44，由此在压电执行器32中产生预紧。

除了弹簧系统48之外，设置闭合弹簧50，其支撑在底板35上并且阀闭锁元件28朝向闭合位置施加，即朝向阀座26施加。

此外，阀闭锁元件28在固定区段42的延长部中具有密封区段52，该密封区段配设给流入通道20或阀座26。密封区段52设置在固定区段42的相对置的那侧上并且在闭合状态下压向阀座26。

此外，阀闭锁元件具有隔膜区段54，该隔膜区段配设给汇集空间22并且在封闭位置中密封该汇集空间。

此外，从图2和图5中看到，阀直线驱动器14包括调节装置56，牵拉套筒36相对于压电驱动装置32的相对位置可以经由调节装置来调节。调节装置56包括保持元件58，该保持元件与牵拉套筒36耦合(旋入)。调节螺丝60转入保持元件58的中央的内螺纹中，该调节螺丝压向贴靠在执行器32的上端部的轴承件59。在轴承件59上的中央的加深部将轴承件相对于调节螺丝60的凸面的端部对中。

相应地，牵拉套筒36同时是调节装置56的一部分以及操作装置34的一部分。类似地，保持元件58和调节螺丝60也同时是调节装置56的一部分以及操作装置34的一部分，因为源自压电驱动装置32的力被传递到调节装置56和与之连接的牵拉套筒36上。

这从阀10的运行方式以及下文中要阐述的调节装置56的功能得到。为此尤其介绍图3至5。

阀10是常闭阀，即NC阀。这意味着，当在压电执行器32上没有电压时，阀闭锁元件28处于其闭合位置中。该闭合位置在图3中示出。

从图3所示的闭合位置中尤其得到，在带动元件38与牵拉套筒40之间存在轴向间隙S。带动元件38和牵拉套筒40因此并非刚性地彼此连接。

在闭合位置中，压电执行器32处于其初始位置中，因此牵拉套筒36处于其在轴向方向上看最深的位置中。相应地，与牵拉套筒36耦合的带动元件38也处于其在轴向上看最深的位置中，由此在带动元件38与牵拉套筒40之间形成相应的间隙S。牵拉套筒40在轴向上看可能并不更深，因为与牵拉套筒40耦合的阀闭锁元件28贴靠在阀座26上。

只要阀直线驱动器14被从图3中所示的位置调整到打开位置中，则压电执行器32用其自由端部在与阀闭锁元件28对置的方向上伸展，即用固定有牵拉套筒36的端部伸展。

在此情况下，牵拉套筒36被压电执行器32运动离开阀闭锁元件28，使得拉力经由牵拉套筒36被施加到带动元件38上。带动元件38相应同样运动离开阀闭锁元件28，由此设置在带动元件38与牵拉套筒40之间的间隙S首先被减小，直至带动元件38贴靠在牵拉件40上，这在图4中示出。在此情况下，至少在轴向方向上在带动元件38与牵拉件40之间形成形状配合。

设置在带动元件38与牵拉件40之间的间隙S因此对应于阀直线驱动器14的小的空行程，因为由阀直线驱动器14尤其压电执行器32产生的以便封闭间隙S的轴向运动对阀闭锁元件28没有影响。这如前地保持在其闭合状态中。

然而，只要压电执行器32进一步伸展，从带动元件38与牵拉件40接触开始，由带动元件38将力传递到牵拉件40上，由此牵拉件40牵拉阀闭合元件28，使得阀闭合元件28被阀座26牵拉，尤其在密封区段52的区域中。

阀10于是相应地打开并且能够实现在流入通道20与流出通道24之间流体流动，或在流体输入端16与流体输出端18之间流体流动。

源自压电执行器32的力相应地大于闭合弹簧50的弹簧力以及弹簧系统48的弹簧力，使得阀闭锁元件28可以逆着弹簧系统48和闭合弹簧50的弹簧力来调整。

因此在操作装置34中并不进行源自压电执行器32的力的复杂的方向反转，因为只要要打开阀10，则牵拉套筒36、带动元件38以及牵拉件40都在相同的方向上运动。

为了使阀10从其打开的位置转变到闭合位置中，压电执行器32简单地液控地切换，或者说，不再施加前面施加的电压。由此，压电执行器32返回到其阀控制技术的初始位置中。闭合弹簧50的弹簧力将阀闭锁元件28压到阀座26上。由此直观地看到，阀10是常闭的阀。

只要在带动元件38与牵拉件40之间的间隙S过小或过大，这由于在操作机构中的长度改变会出现，这是温度引起的或使用寿命引起的，相应的间隙S和因此阀直线驱动器14的空行程可以通过调节装置56来调节。一定的空行程也因此是必需的，因为所有串联耦合的部分受制造公差影响并且不允许出现，牵拉元件40过早地贴靠在带动元件38上并且闭锁元件28不能碰到阀座。

为了调节间隙S，调节装置56的螺旋元件58被操作，尤其手动地操作，由此牵拉套筒36相对于压电执行器32尤其相对于压电执行器32的自由轴向端部的相对位置改变。

牵拉套筒36由此相对于压电执行器32轴向调整，由此与牵拉套筒36耦合的带动元件38同样被轴向地调整。在带动元件38与牵拉件40之间的间隙S相应地改变，因为牵拉件40与带动元件38并非固定地耦合。

可以简单地经由驱动器壳体31到达调节装置56，因为驱动器壳体31例如包括盖板元件61，该盖板元件可以与驱动器壳体31的其余部分分离。

对压电执行器32的电控制所需的电线缆62同样可以以简单方式穿过盖板元件61引导。

在阀直线驱动器14与阀体12耦合之后，凸缘区段30和阀闭锁元件28的侧壁尤其彼此焊接，以便气密地密封阀10。

间隙S或空行程在阀10安装时尤其仅调节一次，例如在阀体12与阀直线驱动器14耦合的情况下。

同样，因此提出阀直线驱动器14和常闭的阀10，其简单地构建并且因此提供如下可能性：调节在操作装置34中存在的间隙S，以便对温度引起的或使用寿命引起的改变或制造引起的公差做出反应或对其补偿。

Claims (11)

1.一种用于连接到具有阀座(26)的阀体(12)上的阀直线驱动器(14)，其中所述阀直线驱动器(14)包括驱动器壳体(31)、阀闭锁元件(28)和压电执行器(32)，所述阀执行器设置在驱动器壳体(31)之内，其中所述阀闭锁元件(28)经由所述压电执行器(32)和连接在中间的操作装置(34)能够沿着轴向方向在打开位置和闭合位置之间调整，其中所述压电执行器(32)经由其朝向所述阀闭锁元件(28)的那侧支撑在所述操作装置(34)上，并且其中所述阀直线驱动器(14)包括调节装置(56)，所述调节装置构成为，使得能够调节所述阀直线驱动器(14)的空行程。

2.根据权利要求1所述的阀直线驱动器(14)，其特征在于，所述操作装置(34)包括带动元件(38)和牵拉件(40)，尤其是其中在所述带动元件(38)与所述牵拉件(40)之间能够经由所述调节装置(56)调节间隙(S)，所述间隙对应于空行程。

3.根据权利要求1或2所述的阀直线驱动器(14)，其特征在于，所述调节装置(56)包括可轴向调整的牵拉套筒(36)，所述牵拉套筒至少部分包围所述压电执行器(32)并且是所述操作装置(34)的部分，尤其是固定地与所述操作装置(34)的带动元件(38)耦联。

4.根据上述权利要求中任一项所述的阀直线驱动器(14)，其特征在于，所述操作装置(34)具有与所述压电执行器(32)直接耦联的支承元件(44)，在所述支承元件上支撑有所述压电执行器(32)，尤其是其中所述支承元件(44)固定地支承在所述驱动器壳体(31)中。

5.根据权利要求3和4所述的阀直线驱动器(14)，其特征在于，所述牵拉套筒(36)具有至少一个凹进部(46)，所述支承元件(44)延伸穿过所述凹进部。

6.根据上述权利要求中任一项所述的阀直线驱动器(14)，其特征在于，所述操作装置(34)包括弹簧系统(48)，所述压电执行器(32)通过所述弹簧系统预紧，尤其其中所述弹簧系统(48)用一侧支撑在所述支承元件(44)上，优选支撑在所述支承元件(44)的与所述压电执行器(32)对置的那侧上。

7.根据上述权利要求中任一项所述的阀直线驱动器(14)，其特征在于，设有闭合弹簧(50)，所述闭合弹簧支撑在所述驱动器壳体(31)上并且使背离所述压电执行器(32)地对所述阀闭锁元件(28)加载。

8.根据上述权利要求中任一项所述的阀直线驱动器(14)，其特征在于，所述压电执行器(32)在闭合位置中没有把力传递给阀闭锁元件(28)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的阀直线驱动器(14)，其特征在于，所述阀闭锁元件(28)包括密封区段(52)和隔膜区段(54)，它们尤其一件式彼此构建。

10.一种阀(10)，尤其NC阀，具有根据上述权利要求中任一项所述的阀直线驱动器(14)。

11.根据权利要求10所述的阀(10)，其特征在于，所述阀体(12)包括至少一个流入通道(20)、至少一个流出通道(24)和/或至少一个汇集空间(22)。