CZ20014140A3 - Piezoelektrický ventil - Google Patents

Description

(57) Anotace:

Piezoelektrický ventil (1) obsahuje jednotku (8) ohebných měničů včetně dvou ohebných měničů (12,13), které vykonávají vychylovací pohyby v opačném smyslu. Ohebné měniče (12, 13) jsou ke koncovým oblastem jednotky (8) ohebných měničů pevně vzájemně spojeny pro vytvoření společného úložného úseku (14). Jednotka (8) ohebných měničů je vzhledem k pouzdru (2) uložena otočně. Alespoň jeden ohebný měnič (12, 13) slouží k regulaci jednoho ventilového otvoru (25), tomuto měniči (12, 13) přiřazeného. Druhý ohebný měnič (13, 12) je možné pružně předepnout pro dosažení zvětšení nastavovací dráhy druhého ohebného měniče.

-3 360-01 -Če

Piezoelektrický ventil

Oblast techniky

Vynález se týká piezoelektrického ventilu, s jednotkou ohebných měničů, uspořádanou v pouzdře ventilu, která obsahuje nejméně dva ohebné měniče, které je zavedením regulačního napětí možné pohánět tak, že vykonávají vychylovací pohyby v opačném smyslu, které jsou vzájemně rovnoběžnými rovinami vychylování uspořádány podélnými stranami vedle sebe, přičemž jsou na jedné koncové oblasti jednotky ohebných měničů vzájemně pevně spojeny za vytvoření společného úložného úseku, na kterém je jednotka ohebných měničů uložena otočně vůči pouzdru ventilu kolem osy otáčení, probíhající napříč k rovinám vychylování, a přičemž alespoň jeden ohebný měnič je proveden jako řídicí ohebný měnič, sloužící k regulaci alespoň jednoho ventilového otvoru, který je mu přiřazen a druhý ohebný měnič tvoří podpůrný ohebný měnič, vhodný ke zvětšení nastavovací dráhy a/nebo síly řídicího ohebného měniče, který je možné zavedením regulačního napětí pružně předepnout k opěrné ploše, uspořádané v dráze jeho vychylování.

Dosavadní stav techniky

U piezoelektrického ventilu, známého ze spisu WO 98/25061, jsou vzájemně propojeny dva piezoelektrické ohebné měniče pomocí elektrického vodiče, který obsahuje pružné kontaktní ústrojí. Měniče jsou odděleně montovány do pouzdra ventilu. Podle požadované funkce ventilu mohou být ohebné měniče elektricky řízeny pro vyvolání vychylovacího pohybu, který je využíván pro otevírání nebo uzavírání regulovaných ventilových otvorů.

• · · · • · · v · • · · • · · ·

Podobně jako je tomu u piezoelektrického ventilu, který obsahuje jen jeden jediný ohebný měnič, vyskytuje se také u této formy konstrukce podle spisu WO 98/25061 problém v tom, že regulační dráha, kterou lze docílit vychýlením ohebného měniče a tomu odpovídající maximální uvolnitelný průtokový průřez ventilových otvorů při běžných ovládacích napětích, jsou poměrně malé.

Úkolem předkládaného vynálezu tedy je vytvořit piezoelektrický ventil, u kterého lze ohebným měničem realizovat větší regulační dráhy.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje piezoelektrický ventil, s jednotkou ohebných měničů, uspořádanou v pouzdře ventilu, která obsahuje nejméně dva ohebné měniče, které je zavedením ovládacího napětí možné pohánět tak, že vykonávají vychylovací pohyby v opačném smyslu, které jsou vzájemně rovnoběžnými rovinami vychylování uspořádány podélnými stranami vedle sebe, přičemž jsou na jedné koncové oblasti jednotky ohebných měničů vzájemně pevně spojeny za vytvoření společného úložného úseku, na kterém je jednotka ohebných měničů uložena otočně vůči pouzdru ventilu kolem osy otáčení, probíhající napříč k rovinám vychylování, a přičemž alespoň jeden ohebný měnič je proveden jako řídicí ohebný měnič, sloužící k regulaci alespoň jednoho ventilového otvoru, který je mu přiřazen a druhý ohebný měnič tvoří podpůrný ohebný měnič, vhodný ke zvětšení nastavovací dráhy a/nebo síly řídicího ohebného měniče, který je možné zavedením regulačního napětí pružně předepnout k opěrné ploše, uspořádané v dráze jeho vychylování.

• · · · • · · · · · · ··· · · ······· ·· ·

U konstrukce tohoto druhu může být zavedením elektrického napětí do jednotky ohebných měničů vyvoláno známým způsobem vychýlení řídicího ohebného měniče, z čehož vyplývá určitá regulační dráha tohoto řídicího ohebného měniče. Tím, že je nyní dodatkově aktivován podpůrný ohebný měnič, který tlačí v opačném směru vychýlení na opěrnou plochu, uspořádanou v jeho vychylovací dráze, se zbývající jednotka ohebného měniče pootočí okolo osy otáčení, což má za následek dodatkové přesunutí řídicího ohebného měniče do požadovaného směru vychýlení a podle toho zvětšení uskutečnitelné regulační dráhy. Toto popsané chování může být dodatkově nebo alternativně využito také pro zvýšení síly, kterou je řídicí ohebný měnič přidržován v určité poloze

S pouze jedním řídicím ohebným měničem a s jedním podpůrným ohebným měničem je možné realizovat jednoduchou uzavírací funkci ventilu, což ve spojení s dalším ventilovým otvorem vytváří možnost uskutečnit ventil v uspořádání cest 2/2.

Ohebné měniče jednotky ohebných měničů mohou být ovšem v případě potřeby také vybaveny vícenásobnou funkcí tak, že každý ohebný měnič představuje řídicí ohebný měnič, který současně funguje jako podpůrný ohebný měnič pro jiný řídicí ohebný měnič. Tímto způsobem lze při zachování uvedených výhod realizovat se zřetelem na zvětšení regulační dráhy a/nebo uzavírací síly vysoce funkční piezoelektrické ventily, například ventily 3/2 nebo dokonce ventily 3/3 a 3/4, které dovolují také nastavení středové polohy, v níž každý ohebný měnič uzavírá ventilový otvor, který je mu přiřazen. Piezoelektrické ventily tohoto druhu jsou důležité pro takový způsob použití, u kterého jde o uzavírání předem daných objemů kapalin.

Další výhoda otočného uložení jednotky ohebných měničů spočívá v tom, že při teplotně podmíněné deformaci je prováděna

automatická samočinná korekce délky měniče, aniž by to ovlivňovalo poměry v jeho napětí, takže nehledě na teplotní vlivy zůstávají trvale zachovávány stejné provozní vlastnosti.

Konstrukcí podle vynálezu je nakonec usnadněna také výroba piezoelektrického ventilu, protože je možné upustit od pevného uchycení ohebného měniče, který musí být zavěšen pouze s možností otočného pohybu.

Další výhody vynálezu jsou patrné z opatření uvedených v dodatkových patentových nárocích.

Jde-li o zajištění reciproční funkčnosti, a sice tak, že každý ohebný měnič vytváří jak řídicí ohebný měnič, tak i - vzhledem ke druhému řídicímu ohebnému měniči - podpůrný ohebný měnič, je obzvlášť výhodné, pokud jsou opěrné plochy zajišťující podpůrnou funkci, tvořeny přímo ventilovým sedlem přiřazeného ventilového otvoru. Tak je možné upustit od vytváření separátní opěrné plochy, protože její funkci přebírá ventilové sedlo.

Výhodné je dále, pokud jsou v případě existence dvou regulovaných ventilových otvorů tyto otvory upraveny na stejné straně jednotky ohebných měničů. Tím je také usnadněna výroba, protože tytéž regulované ventilové otvory s eventuálně přiřazenými ventilovými sedly mohou být realizovány v jednom společném dílu pouzdra ventilu, takže lze také minimalizovat výrobní tolerance.

Mohou být také upraveny pružinové prostředky, které předepínají nejméně jeden řídicí ohebný měnič do směru uzavírací polohy, ve které se regulovaný ventilový otvor uzavírá, a v elektricky deaktivovaném stavu v této uzavírací poloze drží. Přes spojení s přenosem točivého momentu v oblasti úložného úseku může být • ···· · ·· ·· · • · · ··· · · ··· • · · · · · · • ·· · ····· • · · ·· ··· ··· ·· ······· ·« ··· současně dosaženo toho, že v uzavřené poloze je předepnut také druhý ohebný měnič, pokud je koncipován rovněž jako řídicí ohebný měnič.

Účelným způsobem jsou ohebné elementy vzájemně elektricky spojeny tak, že prostřednictvím společné regulace je současně vyvoláno jejich vychylování v opačném smyslu. Bylo by však také možné upravit možnosti individuální regulace, takže například požadovaná nastavovací dráha a/nebo efekt zvětšení síly se připojí pouze v případě potřeby. Je také možné provést variabilní připojení, aby se například pro trvalé používání dosáhlo variabilního zvětšení nastavovací dráhy.

Při obzvlášť výhodném provedení otočného uložení přiléhá jednotka ohebných měničů jednou stranou svého úložného úseku na úložnou partii na straně pouzdra a k této partii je tam předepnut alespoň jeden činný element, působící z opačné strany. Jednotka ohebných měničů je přitom axiálně nepohyblivě fixována v oblasti místa otočného uložení, aby tak byl zajištěn požadovaný efekt otočného unášení. U alespoň jednoho činného elementu se jedná zejména o pružinový element.

U odpovídajícího provedení jednotky ohebných měničů může být napájení regulačním napětím, které je požadováno pro provoz, provedeno přímo přes alespoň jeden činný element a/nebo přes opěrnou část, takže v oblasti kontaktování nejsou zapotřebí žádná dodatečná opatření.

Zejména při zohlednění aktuálních provozních požadavků mohou být upraveny, odlišně od běžně navrhované stejné vzdálenosti mezi regulovanými ventilovými otvory a osou otáčení, tyto vzdálenosti různě. Při větším počtu regulovaných ventilových otvorů

8(- lH<+o mohou také ležet ventilová sedla, která jsou jim přiřazena, volitelně ve společné rovině nebo v různé výši.

Tuhé spojení obou ohebných měničů v oblasti společného úložného úseku může být principiálně realizováno libovolnými upevňovacími prostředky, která zajišťují tak silné spojení, že mezi oběma ohebnými měniči je ve směru otáčení, definovaném prostřednictvím osy otáčení, zajištěn přenos točivého momentu, který má za následek požadovaný unášecí efekt. Za obzvlášť výhodnou je však považována konstrukce, u které oba ohebné měniče mají jedno nebo více piezoelektrických těles s příslušným uspořádáním elektrod, obsahujících alespoň jednu nebo více vrstev piezoelektrického materiálu, přičemž elektrody jsou na úložném úseku pevně vzájemně spojeny do jednoho kusu s vrstvami piezoelektrického materiálu svého piezoelektrického tělesa. Tato jednodílná konstrukce je z hlediska techniky výroby obzvlášť příznivá, přičemž jednotka ohebných měničů může být postavena na desce, opatřené přes část své délky drážkou.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude následně blíže vysvětlen na základě přiložených obrázků, na kterých znamená obr. 1 podélný řez první formou konstrukce piezoelektrického ventilu podle vynálezu, podle čáry I-I z obr. 2, v provedení jako ventil 3/3, obr. 2 piezoelektrický ventil z obr. 1 v příčném řezu podle čáry II-II v uzavřené poloze, přičemž každý ohebný měnič uzavírá ventilový otvor, který je mu přiřazen, • · · · • · obr. 3 piezoelektrický ventil podle obr. 1, zobrazený způsobem, odpovídajícím obr. 2, v napájecí poloze, ve které je ventilový otvor, patřící k napájecímu kanálu uvolněn a ventilový otvor, patřící k odvzdušňovacímu kanálu je uzavřen, obr. 4 piezoelektrický ventil podle obr. 1, zobrazený způsobem, odpovídajícím obr. 2 a 3, který zaujímá odvzdušňovací polohu, ve které je ventilový otvor, patřící k odvzdušňovacímu kanálu uvolněn a ventilový otvor, patřící k napájecímu kanálu je uzavřen, obr. 5 až obr. 6 piezoelektrický ventil z obr. 1 ve schématickém znázornění v podélném řezu, přičemž jsou opět znázorněny uzavřená poloha (obr. 5), napájecí poloha (obr. 6) a odvzdušňovací poloha (obr. 7), obr. 8 piezoelektrický ventil v perspektivním zobrazení s pouze částečně znázorněným pouzdrem ventilu a obr. 9 jednotka ohebných měničů v detailním zobrazení, v pohledu shora na obě jejich velkoplošné podélné strany.

Příklady provedení vynálezu

Piezoelektrický ventil 1_, patrný z obrázků, má podlouhlé pouzdro 2_ ventilu, které ohraničuje ventilovou komoru 3_.

Pouzdro 2. ventilu má přednostně dvoudílnou konstrukci se spodním dílem 4 a s horním dílem 5_, který je na něm upevněn. V * · · · příkladu provedení zahrnuje spodní díl 4 dno 6_ s bočními stěnami ]_, které ze dna na okrajích vyčnívají směrem vzhůru, a na kterých je nasazen horní díl 5_ na způsob víka.

Ve ventilové komoře 3_ se nachází podlouhlá jednotka 8_ ohebných měničů, která je na obr. 8 v perspektivním znázornění a na obr. 9 v půdorysu. Jednotka 8. ohebných měničů má deskovitý plochý tvar a zahrnuje dva piezoelektrické, podlouhlé ohebné měniče 12, 1 3, které jsou vzájemně pevně spojeny v zadní koncové oblasti jednotky 8. ohebných měničů přes úložný úsek 14. Oba ohebné měniče 12, 13 tak jsou včetně úložného úseku 14 sestaveny v samonosnou konstrukční jednotku, utvářenou jako jednotka 8_ ohebných měničů.

Jednotka 8_ ohebných měničů je přes úložný úsek 14 fixována v pouzdře 2_ ventilu. Úložné místo 15 na straně pouzdra je vyznačeno příslušnou vztahovou značkou.

Ohebné měniče 12, 13 maj í na příkladu provedení vždy bimorfní konstrukci se dvěma piezoelektrickými tělesy 16a, 16b, které jsou vzájemně upevněny podélnými stranami, například slepením. Každé piezoelektrické těleso 16a, 16b má jednu nebo více vrstev 45a, 45b piezoelektrického materiálu a uspořádání 17a, 17b elektrod, které probíhají známým způsobem mezi jednotlivými vrstvami piezoelektrického materiálu, respektive mezi sesazenými piezoelektrickými tělesy. V půdorysu podle obr. 9 jsou obě vnější vrstvy uspořádání 17a elektrod prvního piezoelektrického tělesa 16a obou ohebných měničů 12, 13, které leží na obr. 1 nahoře, zvýrazněny šrafováním. Na spodní straně ohebných měničů 12, 13 se nachází srovnatelná struktura elektrod.

Přes elektrické kontaktní prostředky 18a, 18b může být do uspořádání 17a, 17b elektrod zvnějšku přiváděno ovládací napětí. To má za následek vychýlení dotyčných ohebných měničů 12, 13 v rovině 22, 23 vychýlení, která probíhá kolmo k hlavní rovině roztahování nenabuzené jednotky 8_ ohebných měničů. Vychylovacím pohybem je ohýbací pohyb, který je vyznačen dvojitou šipkou 21. Pohyb je výsledkem zkrácení a eventuelně také prodloužení piezoelektrického materiálu, vyvolaného elektrickým polem v uspořádání elektrod.

Ohebné měniče 12, 13 jsou na příkladu provedení vytvořeny tak, že vycházeje ze základní polohy, ve které se tyto měniče rozprostírají v hlavní rovině roztažení jednotky 8_ piezoelektrických měničů, mohou být volitelně vychylovány k jedné nebo druhé straně této roviny.

Principiálně mohou mít ohebné měniče 12, 13 také jinou strukturální konstrukci a mohou být koncipovány například jako unimorfní nebo jako trimorfní piezoelektrické destičky.

Uvnitř jednotky 8_ ohebných měničů jsou podélnými stranami vedle sebe s malým vzájemným odstupem uspořádány oba ohebné měniče 12, 13, přičemž jejich roviny 22, 23 vychýlení probíhají vzájemně rovnoběžně. Uspořádání elektrod 17a, 17b je vzájemně spojeno zejména takovým způsobem, že ohebné měniče 12, 13 jsou při zavedení regulačního napětí poháněny do protisměrného vychylovacího pohybu. Směr tohoto vychylovacího pohybu přitom závisí na polaritě přiváděného ovládacího napětí. Toto spojení, zajišťující funkci, může být integrováno do piezoelektrického ventilu 1_, například odpovídajícím spojením kontaktních prostředků 18a, 1 8b a/nebo uspořádání elektrod 17a, 17b, může však být upraveno také mimo ventil.

Piezoelektrický ventil v příkladu provedení je koncipován jako ventil 3/3. Disponuje dvěma regulovatelnými ventilovými otvory 24,

25, z nichž první 24 je přiřazen prvnímu ohebnému měniči 12 a druhý 25 druhému ohebnému měniči 13. Podle polohy aktuálního ohebného měniče 12, 13 může být jemu přiřazený ventilový otvor 24, 25 uzavírán nebo uvolňován.

Oba regulovatelné ventilové otvory 24, 25 se nacházejí ve ventilové komoře 3_, na vnitřní ploše pouzdra 2 ventilu, která je ohraničuje. Kromě toho se tam nalézá také neregulovatelný třetí ventilový otvor 26, který je nezávisle na stavu aktivace jednotky 8_ ohebných měničů trvale spojen s ventilovou komorou 3_.

Každý ventilový otvor 24, 25, 26 je ve spojení s ventilovým kanálem 27, procházejícím stěnou pouzdra 2_ ventilu, který vede směrem ven. Ventilový kanál 27 přiřazený prvnímu ventilovému otvoru 24, je napájecím kanálem 27a, spojeným v provozu s tlakovým zdrojem, přičemž jako tlakové médium se používá zejména plynové tlakové médium a zejména tlakový vzduch. Stejně tak by bylo vhodné také hydraulické tlakové médium.

Ventilový kanál 27, spojený s regulovatelným druhým ventilovým otvorem 25, je odvzdušňovacím kanálem 27b a vede například do atmosféry. Zbývající ventilový kanál 27, spojený s neregulovatelným třetím ventilovým otvorem, představuje pracovní kanál 27c, na který je možné připojit ovládaný spotřebič, například kapalinově ovladatelný pohon.

Prostřednictvím odpovídající elektrické regulace a s tím spojeným vychylováním nebo nečinností mohou oba ohebné měniče 12, 13 dávat podněty k zaujímání určitých poloh. V příkladu provedení jsou upraveny uzavírací poloha, vycházející z obr. 2 a 5, napájecí poloha, vycházející z obr. 3 a 6 a odvzdušňovací poloha, vycházející z obr. 4 a 7.

01—

V uzavřené poloze jsou oba regulovatelné ventilové otvory 24, 25 těsně uzavřeny přiřazenými ohebnými měniči 12, 1 3, takže tlakové médium obsažené ve ventilové komoře 3_ a v pracovním kanále 27c, který vede ke spotřebiči, je blokováno.

V napájecí poloze je první ventilový otvor 24, přiřazený napájecímu kanálu 27a, uvolněn, kdežto regulovatelný druhý ventilový otvor 25, spojený s odvzdušňovacím kanálem 27b, je současně uzavřen. Tímto způsobem je pracovní kanál 27c napájen přes ventilovou komoru 3_ tlakovým médiem, přivedeným přes napájecí kanál 27a.

V odvzdušňovací poloze je, opačně než v napájecí poloze, napájecí kanál 27a uzavřen a odvzdušňovací kanál 27b uvolněn, takže spotřebič napojený na pracovní kanál 27c je přes ventilovou komoru 3_ odvzdušněn odvzdušňovacím kanálem 27b.

Popsané funkce mohou být upraveny jako spojovací funkce, možné je však také připravení trvalé regulace s předem danými průtočnými průřezy v oblasti regulovatelných ventilových otvorů 24_,

25..

Piezoelektrický ventil J_ podle vynálezu může být provozován také jako ventil 3/4, přičemž čtvrtá spojovací poloha může být dosažena současným uvolněním obou regulovatelných ventilových otvorů'24, 25.

Principielně by bylo možné umístit regulované ventilové otvory 24, 25 mimo vychylovací dráhu a zejména na podélných nebo čelních stranách vedle přiřazených ohebných měničů 12, 13, takže regulace stupně otevření by nastala prostřednictvím okrajové plochy každého • · · · ohebného měniče 12, 13. Zpravidla se však upřednostňuje forma konstrukce patrná z výkresů, u které jsou regulovatelné ventilové otvory 24, 25 umístěny přímo v dráze vychylování přiřazených ohebných měničů 12, 13 a jsou ohraničeny ventilovými sedly 28, vytvořenými zejména s lehkým zvýšením, na která přiléhají dotyčné ohebné měniče 12, 13 v uzavřené poloze a od nichž se v otevíracím kroku, odpovídajícím kroku uvolňujícím průtočný průřez, více nebo méně zvedají. Představují tedy druh sedlových ventilů.

Tím, že oba ohebné měniče 12, 13 slouží prostřednictvím součinnosti s regulovatelnými ventilovými otvory 24, 25 k ovládání proudu tekutiny nebo plynu, mohou být označovány za řídicí ohebné měniče.

Regulovatelné ventilové otvory 24, 25 se nacházejí na stejné straně jednotky 8. ohebných měničů a v příkladu provedení pod hlavní rovinou jejich roztažnosti. Ve spojení s vícedílným provedením pouzdra je to výhodné z hlediska výrobní techniky, protože do obou polovin formy mohou být uloženy odpovídající prostředky.

Další podstatná zvláštnost piezoelektrického ventilu 1_ spočívá v tom, že jednotka 8. ohebných měničů není na úložném úseku 14 pevně upevněna, jako je tomu u piezoelektrických ventilů v obvyklých případech. Místo toho je úložný úsek 14 otočně uložen relativně vůči pouzdru 2_ ventilu na úložném místě 15 kolem osy 32, která probíhá napříč a zejména kolmo k rovinám 22, 23 vychylování (dvojitá šipka 31). Protože osa 32 otáčení je přednostně upravena s axiálním odstupem od zadní čelní plochy 33 jednotky 8_ ohebných měničů a nachází se zejména v bezprostřední blízkosti přední strany úložného úseku 14, přivrácené k ohebným měničům 12, 13, je jednotku 8. ohebných měničů možné srovnat s otočně uloženou dvouramennou pákou, která je otočná na způsob vahadla. Úložný úsek 14 se přitom • · · · pohybuje podle obr. 1 směrem dolů, pokud se oba ohebné měniče 12, současně pohybují směrem vzhůru a naopak.

Osa 32 otáčení může být realizována přímo jako hmotná osa, například osovým čepem, vedeným oběma okraji na podélných stranách jednotky 8. ohebných měničů, které jsou uloženy v pouzdře 2 ventilu, přičemž poskytují určitý stupeň volnosti otáčení.

Definice osy 3 2 otáčení, výhodná především z výrobně technického hlediska, vyplývá z příkladu provedení. Jednotka 8. ohebných měničů s jednou z obou velkoplošných stran úložného úseku 14, s obrysy zejména obdélníkovými nebo čtvercovými, zde přiléhá na úložnou partii 35 na straně pouzdra a je proti této partii 3 5 předepnuta dvěma pružinovými činnými elementy 36 působícími na opačnou stranu úložného elementu 1 4. Úložná partie 35 je na příkladu provedení tvořena výběžky stěn, vyčnívajícími do ventilové komory 3_, a definována opěrnou hranou 37, probíhající kolmo k rovinám 22, 23 vychylování, na kterou přiléhá úložný úsek 14. Tento úložný úsek má přitom blíže neznázorněné prohloubení, takže jednotce 8. ohebných měničů je součinností, prováděnou s tvarovým stykem mezi úložnou partií 35 a úložným úsekem 14, bráněno v relativním axiálním pohybu vůči pouzdru 2_ ventilu.

Rozumí se, že axiální fixace může být také zajištěna jinými způsoby.

V uvedeném příkladu provedení se osa 32 otáčení nachází v oblasti úložného úseku 14, který je při elektricky aktivovaných ohebných měničích 12, 13 rovněž piezoelektricky aktivní, protože uspořádání 17a, 17b elektrod se rozprostírá v oblasti otočného uložení. Alternativně by však bylo také možné upravit osu otáčení v • · • · trvale piezoelektricky neaktivní oblasti jednotky 8_ ohebných měničů, nezávisle na provozním stavu těchto ohebných měničů 12, 1 3,

Aby byla jednotka 8. ohebných měničů stabilizována ve svém podélném směru vzhledem k pouzdru 2_ ventilu a nemohla se ve své hlavní rovině roztažení pootočit, je na pouzdru upraven ještě jeden pevný středící výběžek 3 8, který zasahuje jako nůž do mezilehlého prostoru 42 upraveného mezi oběma ohebnými měniči 12, 13. Středící výběžek 38 je účelným způsobem uspořádán přímo před přední stranou 34 úložného úseku 14 a rozprostírá se podél části délky ohebných měničů 12, 1 3.

Úložná partie 35 se účelným způsobem nachází na stejném dílu pouzdra jako regulovatelné ventilové otvory 24, 25, přičemž je na tomto dílu pouzdra účelně upraven také středící výběžek 3 8, u kterého se v případě příkladu provedení jedná o spodní díl 4.

Činné elementy 3 6 jsou účelně vytvořeny jako pružinové elementy, fixované na straně pouzdra, přičemž každý činný element 36 je umístěn v prodloužení jednoho z obou ohebných měničů 12, 1 3 a působí na úložný úsek 14. Důvodem je to, že činné elementy jsou současně používány jako elektrické kontaktní prostředky 18a, přes které je napájeno uspořádání 17a elektrod ohebných měničů 12, 13 ovládacím napětím.

Účelným způsobem přebírá také úložná partie 35 dvojí funkci, a to tím, že je provedena jako součást elektrického kontaktního prostředku 18b, přes který je prováděn přívod proudu do uspořádání 17b elektrod druhého piezoelektrického tělesa 1 6b. K tomu se mohou vždy nejhořejší a nejspodnější vrstva elektrod piezoelektrického tělesa 16a, 16b odkrýt, takže může nastat přímé kontaktování elektrickými kontaktními prostředky 18a, 18b, přiřazenými úložnému úseku 14.

Místo dvou činných elementů 36 se může v zásadě vyskytovat také jeden jediný činný element. Napájení ovládacím napětím může být principiálně odděleno od prostředků upravených pro otočné uložení.

V závislosti na tuhém spojení obou ohebných měničů 12, 13 v oblasti úložného úseku 14 mohou být ve směru 21 vychylování přenášeny síly mezi oběma ohebnými měniči 12, 13. Pokud ohebný měnič působí ve směru vychylování, má to, pokud nejsou učiněna jiná vhodná opatření, za následek současné unášení druhého ohebného měniče.

Tento efekt se u piezoelektrického ventilu podle příkladu provedení používá mimo jiné k tomu, aby bylo s malým nákladem zajištěno zaujetí uzavřené polohy podle obr. 2 až 5 při deaktivovaných ohebných měničích 12, 13. Upraveny jsou pružinové prostředky 43, které jsou činné mezi pouzdrem 2 ventilu a pouze jedním ohebným měničem 12, přičemž tento ohebný měnič 12 pružně udržují v uzavřené poloze. Relativně silné spojení v oblasti úložného úseku 14 je příčinou toho, že také druhý ohebný měnič 13 je přiváděn do uzavřené polohy, aniž by potřeboval vlastní aktivaci individuálním pružinovým prostředkem. Uzavírací síla působící pružinovým prostředkem 43 na přímo přiřazený ohebný měnič 12 tak působí'srovnatelným způsobem také na druhý ohebný měnič 1 3.

Jako pružinový prostředek 43 je v příkladu provedení upraveno tlačné pružinové zařízení, které se opírá mezi volnou koncovou oblastí dotyčného ohebného měniče 12 a jemu protilehlým úsekem pouzdra 2. ventilu. Principiálně by ovšem byly možné také pružinové

M- Wýc· c» · · · • · · * 0 • · · · • · · · · • · · · • · · · · · · · prostředky jiného druhu nebo jiná místa záběru pro zavedení pružinové síly.

Účelným způsobem spolupůsobí pružinové prostředky 43 s prvním ohebným měničem 12, ovládaným napájecím kanálem 27a, protože zde působí díky příslušnému přetlaku největší reakční síla.

Pro úplnost je třeba uvést, že principiálně mohou být pružinovým prostředkem uváděny do určité polohy také oba ohebné měniče 12, 1 3

Obzvlášť výhodný aspekt piezoelektrického ventilu l_je zřejmý, když se ohebné měniče 12, 1 3 vychylují v provozu v opačném smyslu. Pevné spojení mezi ohebnými měniči 12, 13 zde působí ve spojení s vysvětleným otočným uložením zvětšení uskutečnitelné regulační dráhy dotyčného řídicího ohebného měniče, tedy uskutečnitelného odstupu mezi zmíněným řídicím ohebným měničem a přiřazeným regulovatelným ventilovým otvorem v otevřené poloze.

Pro vysvětlení je zde třeba vzít v úvahu nejprve uzavírací polohu podle obr. 2 a 5 a napájecí polohu podle obr. 3 a 6. V deaktivovaném stavu je uzavřená poloha, ve které jsou oba ohebné měniče 12, 1 3 přitlačovány pružinovými prostředky 43 k ventilovému sedlu 28 přiřazeného ventilového otvoru 24, 25, takže tyto ventilové otvory jsou uzavřeny a každý ohebný měnič zaujímá uzavírací polohu.

Pro zachování napájecí polohy je první ohebný měnič 12 řízen ve smyslu zvedání od přiřazeného ventilového sedla 28. Současně začíná působení druhého ohebného měniče 1 3 tak, že ten má tendenci vychylovat se v opačném směru. Druhý ohebný měnič 13 je tak dodatkově stlačován ke svému přiřazenému ventilovému sedlu 28, • ·

které zde působí jako opěrná plocha 44, která ve skutečnosti zabraňuje vychýlení druhého ohebného měniče 13 v oblasti druhého ventilového otvoru 25. Působící vychylovací síla má však za následek, že se druhý ohebný měnič 13 poněkud zakřiví podle schématického znázornění na obr. 6, takže úložný úsek 14 se pootočí okolo osy 32 otáčení. To má na základě výše vysvětleného unášecího efektu za následek, že první ohebný měnič 12 se o další úsek dráhy oddálí od ventilového sedla 28 přiřazeného ventilového otvoru 24.

Druhý ohebný měnič 13 zde funguje jako podpůrný ohebný měnič, který přispívá ke zvětšení zdvihu prvního ohebného měniče 12, pracujícího jako řídicí ohebný měnič.

Opačný způsob působení lze získat při přepólování ovládacího napětí, takže první ohebný měnič 12 je tlačen do uzavírací polohy a druhý ohebný měnič 13 se od přiřazeného druhého ventilového otvoru 25 zvedá. V tomto případě pracuje první ohebný měnič 12 jako podpůrný ohebný měnič, který přiléhá k ventilovému sedlu 28 přiřazeného prvního ventilového otvoru 24, přičemž toto ventilové sedlo 28 působí nyní pouze jako opěrná plocha. Tím je dosaženo odvzdušňovací polohy, patrné z obr. 4 a 7, přičemž regulační dráha druhého ohebného měniče 13 je opět zvětšena na základě popsaného efektu.

V závislosti na zvolené regulaci působí tak oba ohebné měniče 12, 1 3 jako podpůrné měniče vzájemně jeden pro druhý, což vede ke zvýšení jejich uskutečnitelné regulační dráhy.

Podpora jednoho ohebného měniče může být v případě potřeby použita také k zesílení uzavírací síly, kterou je druhý ohebný měnič stlačován proti regulovanému ventilovému otvoru. V tomto případě se regulovaný ventilový otvor a opěrná plocha, přiřazená podpůrnému • * ohebnému měniči, nacházejí účelným způsobem na protilehlých plochách roviny hlavního roztažení jednotky 8_ ohebných měničů. Tato forma konstrukce není na výkresech zobrazena.

Například ve spojení s piezoelektrickým ventilem, který je dimenzován pouze pro spojovací funkci 2/2, je možné upustit od vzájemného působení obou ohebných měničů jako podpůrných ohebných měničů. Pak může být použit pouze jeden ohebný měnič, sloužící jako řídicí ohebný měnič pro regulaci jednoho ventilového otvoru a druhý ohebný měnič může být použit pouze jako podpůrný ohebný měnič, přičemž opěrnou plochou je libovolná plocha, pevně spojená s pouzdrem, která není přiřazena žádnému ventilovému otvoru. Podpůrný ohebný měnič by pak neměl v oblasti fluidní regulace žádnou samostatnou funkci, ale byl by používán pouze pro zvětšování dráhy a/nebo síly druhého ohebného měniče, fungujícího jako řídicí ohebný měnič.

Stejná opatření jsou účelným způsobem upravena pro otočné uložení jednotky 8. ohebných měničů, i regulované ventilové otvory 24, 25 a opěrné plochy 44 na jednom a tomtéž dílu ventilového pouzdra 2_, přičemž se jedná o spodní díl 4.

Na piezoelektrickém ventilu l_je dále výhodné to, že je možné upustit od pevného upnutí jednotky 8. ohebných měničů, která by vzhledem ke své činnosti musela být speciálně dimenzována. Montáž je tak proto velmi jednoduchá.

V závislosti na mechanickém pohybovém spojení obou ohebných měničů 12, 13 mohou být při odpovídajícím přizpůsobení geometrie pouzdra a přiřazených regulovaných ventilových otvorů realizovány velmi jednoduše piezoelektrické ventily s různým chováním za provozu. Vzniká například možnost uspořádat oba regulované

I ventilové otvory 24, 25 odlišně od příkladu provedení, ve kterém jsou oba otvory 24, 25 umístěny ve stejné vzdálenosti od osy 32 otáčení, a to v různých vzdálenostech od této osy 32. Ohebné měniče 12, 13 mohou být také vybaveny jinak, než je tomu na příkladu provedení kde mají stejnou délku, a sice s různými délkami. Konečně by bylo také možné uspořádat ventilová sedla 28, přiřazená regulovaným ventilovým otvorům 24, 25, v různých výškách a nikoliv, jako na příkladu provedení, v jedné společné rovině. V důsledku toho by například, odlišně od stavu znázorněného na obr. 2, nemuselo předpětí jednoho ohebného měniče proti přiřazenému ventilovému sedlu držet současně také druhý ohebný měnič v uzavřené poloze, ale jemu přiřazený ventilový otvor by zůstal otevřený.

Piezoelektrický ventil může být vytvořen také tak, že alespoň jednomu ohebnému elementu jsou přiřazeny dva regulované otvory, umístěné na opačných podélných stranách.

Tuhé spojení obou ohebných měničů 12, 13 co se týče přenosu točivého momentu v oblasti úložného místa 15 může působit pomocí libovolných vhodných prostředků, například tím, že oba ohebné měniče 12, 13 jsou vzájemně relativně fixovány mechanickými spojovacími prostředky a/nebo vzájemně předepnuty nebo jsou tyto ohebné měniče vzájemně slepeny nebo svařeny. Obzvlášť výhodné je však vzájemně pevně spojit piezoelektrická tělesa obou ohebných měničů 12, 13, která ve formě provedení, realizované v příkladu provedení leží ve společné rovině, do jednoho kusu. Vrstvy piezoelektrického materiálu piezoelektrického tělesa obou ohebných měničů 12, 13, ležící ve stejné rovině, jsou tímto způsobem provedeny vždy jako jedno těleso, které lze například provedením podélného výřezu, definujícího mezilehlý prostor 42, udržet v destičce piezoelektrického materiálu.

a · » • ft

Jednodílnou stavbou je také možné obzvlášť jednoduše realizovat identicky strukturovanou konstrukci obou ohebných měničů 12, což zajišťuje identické chování při provozu.

Claims (22)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Piezoelektrický ventil, s jednotkou (8) ohebných měničů uspořádanou v pouzdře ventilu, která obsahuje nejméně dva ohebné měniče (12, 13), které je zavedením ovládacího napětí možné pohánět tak, že vykonávají vychylovací pohyby v opačném smyslu, které jsou vzájemně rovnoběžnými rovinami (22, 23) vychylování uspořádány podélnými stranami vedle sebe, přičemž jsou na jedné koncové oblasti jednotky (8) ohebných měničů vzájemně pevně spojeny za vytvoření společného úložného úseku (14), na kterém je jednotka (8) ohebných měničů uložena otočně vůči pouzdru (2) ventilu kolem osy (32) otáčení, probíhající napříč k rovinám (22, 23) vychylování, a přičemž alespoň jeden ohebný měnič (12, 13) je proveden jako řídicí ohebný měnič, sloužící k regulaci alespoň jednoho ventilového otvoru (24, 25), který je mu přiřazen a druhý ohebný měnič (13, 12) tvoří podpůrný ohebný měnič, vhodný ke zvětšení nastavovací dráhy a/nebo síly řídicího ohebného měniče, který je možné zavedením regulačního napětí pružně předepnout k opěrné ploše (44), uspořádané v dráze jeho vychylování.
2. 2. Piezoelektrický ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý ohebný měnič (12, 13) je proveden jako řídicí ohebný měnič, sloužící k regulaci alespoň jednoho ventilového otvoru (24, 25), přičemž na vychylovací dráze každého ohebného měniče (12, 13) je upravena opěrná plocha (44), která umožňuje použití dotyčného řídicího ohebného měniče vzhledem ke druhému řídicímu ohebnému měniči jako podpůrného ohebného měniče.
3. 3. Piezoelektrický ventil podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že regulovaný ventilový otvor (24, 25) je umístěn ve vychylovací dráze přiřazeného ohebného měniče (12, 13).
4. 4. Piezoelektrický ventil podle nároku 3, vyznačující se tím, že opěrná plocha (44) je tvořena ventilovým sedlem (28), které obklopuje ventilový otvor (24, 24), regulovaný přiřazeným řídicím ohebným měničem.
5. 5. Piezoelektrický ventil podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že ventilový otvor (24, 25), regulovaný řídicím ohebným měničem, se nachází na stejné podélné straně jednotky (8) ohebných měničů jako opěrná plocha (44), přiřazená sousednímu podpůrnému ohebnému měniči.
6. 6. Piezoelektrický ventil podle nároku 5, vyznačující se tím, že u jednotky (8) ohebných měničů se dvěma řídicími ohebnými měniči jsou uspořádány všechny regulované ventilové otvory (24, 25) a opěrné plochy (44) na stejné podélné straně jednotky (8) ohebných měničů.
7. 7. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že opatření k otočnému uložení jednotky (8) ohebných měničů i regulované ventilové otvory (24, 25) a opěrné plochy (44) jsou upraveny na jednom a tomtéž dílu (4) pouzdra (2) ventilu.
8. 8. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se pružinovým prostředkem (43), který na jednotku (8) ohebných měničů působí takovým způsobem, že ve směru uzavírací polohy, ve které je regulovaný ventilový otvor (24, 25) uzavřen, je posouván nejméně jeden řídicí ohebný měnič.

   • ·
9. 9. Piezoelektrický ventil podle 8, vyznačující se tím, že pružinový prostředek (43) přidržuje při absenci řídicího napětí přiřazený řídicí ohebný měnič v uzavírací poloze.
10. 10. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že ohebné elementy (12, 13) jsou elektricky vzájemně spojeny tak, že je možná společná regulace, která vyvolává současné vychylování v opačném smyslu.
11. 11. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se nejméně jedním trvale otevřeným dalším ventilovým otvorem (26), který je podle spínací polohy ohebného měniče (12, 13) možné fluidně spojit s nejméně jedním regulovatelným ventilovým otvorem (24, 25).
12. 12. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 11, vyznačující se provedením s funkčností jako 2/2, 3/2, 3/3 nebo 3/4 ventil.
13. 13. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že jednotka (8) ohebných měničů přiléhá pro dosažení otočného uložení jednou stranou svého úložného úseku (14) na úložnou partii (35) na straně pouzdra a je předepnuta proti této úložné partii (35) pomocí nejméně jednoho činného elementu (36), působícího z opačné strany.
14. 14. Piezoelektrický ventil podle nároku 13, vyznačující se tím, že nejméně jedním činným elementem (36) je pružinový element, fixovaný na straně pouzdra.
15. 15. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 13 nebo 14, vyznačující se tím, že přes nejméně jeden činný element (36) a/nebo • · · • · · přes úložnou partii (35) vzniká elektrické kontaktování ohebného elementu (12, 13), nutné pro napájení ovládacím napětím.
16. 16. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že jednotka (8) ohebných měničů je v oblasti otočného úložného místa v podélném směru jednotky ohebných měničů nepohyblivě fixována.
17. 17. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 16, vyznačující se tím, že osa (32) otáčení se nachází v bezprostřední blízkosti přední strany úložného úseku (14).
18. 18. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že osa (32) otáčení se nachází v oblasti úložného úseku (14), který je při elektricky aktivovaném ohebném měniči (12, 13) piezoelektricky aktivní nebo neaktivní.
19. 19. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 18, vyznačující se tím, že u většího počtu regulovaných ventilových otvorů (24, 25) mají ventilová sedla (28), která jsou jim přiřazena, různou vzdálenost od osy (32) otáčení.
20. 20. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 19, vyznačující se tím, že u většího počtu regulovaných ventilových otvorů (24, 25), leží ventilová sedla (28), která jsou jim přiřazena, v jedné společné rovině nebo, vzhledem ke směru (21) vychýlení, v různě výšce.
21. 21. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 20, vyznačující se identickou strukturovanou konstrukcí ohebných měničů (12, 13).

    • · · to • to
22. 22. Piezoelektrický ventil podle jednoho z nároků 1 až 21, vyznačující se tím, že oba ohebné měniče (12, 13) mají vždy nejméně jedno piezoelektrické těleso (16a, 16b), obsahující jednu nebo více vrstev (45a, 45b) piezoelektrického materiálu, s příslušným uspořádáním (17a, 17b) elektrod, přičemž uspořádání jsou vzájemně pevně spojena na úložném úseku (14) do jednoho kusu s vrstvami (45a, 45b) piezoelektrického materiálu jejich piezoelektrického tělesa (16a, 16b).