DE102004055247B3 - Micro valve with electrostatic drive especially for pneumatic uses has vacuum chamber inlet and outlet channels and valve member held by electrostatic force - Google Patents

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Abstract

A micro-valve with electrostatic drive comprises valve chamber (3), inlet (6) and outlet (7) with an electrostatic drive (14) and valve member (4) between them holding the valve open when active and a protruding baffle plate (35). On deactivation there is reverse movement to the closed position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroventil mit elektrostatischem Antrieb, mit einer Ventilkammer, in die mindestens ein Einlasskanal und mindestens ein Auslasskanal einmünden, und in der ein unter Mitwirkung des elektrostatischen Antriebes zwischen einer die Auslassöffnung des Auslasskanals verschließenden Schließstellung und einer von der Auslassöffnung abgehobenen, die Fluidverbindung zwischen Einlasskanal und Auslasskanal freigebenden Offenstellung umschaltbares Ventilglied angeordnet ist.The Invention relates to a micro-valve with electrostatic drive, with a valve chamber into which at least one inlet channel and at least an outlet channel open, and in the one with the participation of the electrostatic drive between one the outlet opening the exhaust duct closing closed position and one of the outlet port lifted, the fluid connection between the inlet channel and outlet channel releasing open position switchable valve member arranged is.

Bei einem aus der EP 0866919 B1 bekannten Mikroventil dieser Art kann ein in einer Ventilkammer angeordnetes Ventilglied mittels eines elektrostatischen Antriebes in eine Schließstellung verbracht werden, in der die Fluidverbindung zwischen einem Einlasskanal und einem Auslasskanal unterbrochen ist. Zum Freigeben der Fluidverbindung wird der elektrostatische Antrieb deaktiviert, also spannungslos geschaltet, sodass das Ventilglied – in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung – durch das zuströmende Druckmedium oder aufgrund seiner federelastischen Aufhängung in seine Offenstellung verlagert wird. Ähnlich ist die Betriebsweise eines aus der US 4585209 bekannten Mikroventils. Das über den Einlasskanal zuströmende Druckmedium wird dort an einem Überströmen in den Auslasskanal gehindert, wenn das Ventilglied durch Aktivierung eines zugeordneten elektrostatischen Antriebes entgegen den anstehenden fluidischen Druckkräften in seiner Schließstellung gehalten wird. Zum Freigeben der Fluidverbindung wird der elektrostatische Antrieb deaktiviert, um dem Druckmedium die Möglichkeit zu geben, das Ventilglied in die Offenstellung auszulenken.At one of the EP 0866919 B1 known microvalve of this type, a valve disposed in a valve member valve member can be moved by means of an electrostatic drive in a closed position in which the fluid communication between an inlet channel and an outlet channel is interrupted. To release the fluid connection of the electrostatic drive is deactivated, so switched dead, so that the valve member - depending on the flow direction - is displaced by the inflowing pressure medium or due to its elastic suspension in its open position. Similarly, the operation of one of the US 4585209 known microvalve. The pressure medium flowing in via the inlet channel is prevented there from overflowing into the outlet channel when the valve member is held in its closed position by activation of an associated electrostatic drive against the applied fluidic pressure forces. To release the fluid connection, the electrostatic drive is deactivated to allow the pressure medium to deflect the valve member into the open position.

Vor allem bei pneumatischen Anwendungen besteht Interesse am Einsatz von Mikroventilen als Sicherheitsventile. Hier geht es insbesondere darum, bei einem Notfall einen oder mehrere angeschlossene Verbraucher vom Druckluftnetz abzutrennen. Diese Sicherheitsfunktion sollte auch bei einem Stromausfall gewährleistet sein.In front especially in pneumatic applications there is interest in the use of microvalves as safety valves. Here it is in particular therefore, in case of an emergency, one or more connected consumers disconnect from the compressed air network. This security feature should guaranteed even in the event of a power failure be.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mikroventil zu schaffen, das die vorstehend geschilderten Anforderungen erfüllt und sich somit für sicherheitsrelevante Anwendungen eignet.It Therefore, the object of the present invention is a microvalve to create that meets the above requirements and thus for safety-relevant applications.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der elektrostatische Antrieb ausgebildet, um in seinem aktivierten Zustand das Ventilglied in der Offenstellung zu halten und dadurch eine Strömung von Druckmedium vom Einlasskanal zum Auslasskanal zu ermöglichen. Ferner ist an dem Ventilglied mindestens eine wenigstens in der Offenstellung mit Abstand vor mindestens eine Einlassöffnung eines Einlasskanals unmittelbar in den Zuströmweg des Druckmediums ragende Prallfläche angeordnet, sodass auf das Ventilglied eine bei Deaktivierung des elektrostatischen Antriebes das Umschalten in die Schließstellung hervorrufende Strömungs-Stellkraft einwirkt.to solution This object is the electrostatic drive is designed to in its activated state, the valve member in the open position to hold and thereby a flow to allow pressure medium from the inlet channel to the outlet channel. Furthermore, at least one at least in the Open position at a distance in front of at least one inlet opening of a Inlet channel arranged directly in the inflow of the pressure medium projecting impact surface, so that the valve member on deactivation of the electrostatic Drive the switching into the closed position causing flow-force acts.

Bei diesem Mikroventil ist der elektrostatische Antrieb vorgesehen, um das Ventilglied entgegen der Kraft des über den Einlasskanal zuströmenden Druckmediums in der Offenstellung zu halten. Um die Fluidströmung durch das Ventil hindurch zu unterbinden, ist lediglich der elektrostatische Antrieb zu deaktivieren. Es wird dann das Ventilglied durch die Strömungs-Stellkraft des über den Einlasskanal zuströmenden und auf die mindestens eine Prallfläche aufprallenden Druckmediums schlagartig in die Schließstellung umgeschaltet. Indem die Prallfläche mit Abstand vor die Einlassöffnung ragt, kann zum einen der für das strömende Druckmedium erforderliche offene Strömungsquerschnitt gewährleistet werden, und wird zum anderen erreicht, dass durch das auf die Prallfläche auftref fende Druckmedium durch dessen kinetische Energie eine sehr hohe Stellkraft auf das Ventilglied zum Schließen desselben ausgeübt werden kann. Aufgrund dieses strömungsunterstützten Schließvorganges lassen sich problemlos auch relativ große Hübe des Ventilgliedes bei gleichzeitig großen Strömungsquerschnitten beherrschen, anders als bei konventionellen elektrostatischen Mikroventilen, mit denen sich meist nur relativ geringe Strömungsquerschnitte steuern lassen. Obgleich auch anderen Anwendungen zugänglich, empfiehlt sich das Mikroventil vor allem für einen Einsatz als Sicherheitsventil, wobei es bei einem Stromausfall und daraus resultierender Deaktivierung des elektrostatischen Antriebes umgehend in die Schließstellung umgeschaltet wird.at this microvalve is the electrostatic drive provided to the valve member against the force of the incoming via the inlet channel pressure medium to hold in the open position. To the fluid flow through the valve To prevent, only the electrostatic drive to disable. It is then the valve member by the flow force of the over Inlet channel inflowing and on the at least one impact surface impacting pressure medium abruptly in the closed position switched. By the baffle with Distance in front of the inlet opening stands for one, the one for the streaming Pressure medium required open flow area guaranteed be achieved, and is achieved on the other by the auftreffeende on the baffle Pressure medium by its kinetic energy to a very high force the valve member to close exercised the same can be. Due to this flow-assisted closing process can be easily and relatively large strokes of the valve member at the same time huge Flow cross sections unlike conventional electrostatic microvalves, with which usually only relatively small flow cross sections can be controlled. Although also accessible to other applications, this is recommended Especially for microvalve an insert as a safety valve, being in case of a power failure and resulting deactivation of the electrostatic drive immediately switched to the closed position becomes.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.advantageous Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Insbesondere wenn die Auslassöffnung dem zentralen Bereich des Ventilgliedes gegenüberliegt, ist die mindestens eine Prallfläche zweckmäßigerweise dem äußeren Rand des Ventilgliedes zugeordnet.Especially if the outlet opening the central region of the valve member is opposite, which is at least a baffle expediently the outer edge associated with the valve member.

Zweckmäßigerweise werden die Prallflächen so am Ventilglied platziert, dass die eingeleiteten Strömungs-Stellkräfte eine symmetrische Kraftentfaltung bewirken und das Ventilglied beim Umschalten nicht verkantet. Es können mehrere, symmetrisch entlang des Umfanges der Auslassöffnung verteilt angeordnete Prallflächen am Ventilglied angeordnet sein. Besonders zweckmäßig ist ein Aufbau, bei dem sich mehrere Prallflächen bezüglich der Auslassöffnung diametral gegenüberliegen. Wird das Ventilglied mit einem derart angeordneten Prallflächenpaar ausgestattet, lässt sich ein besonders schmales Mikroventil verwirklichen.Conveniently, the baffles are placed on the valve member so that the induced flow-actuating forces cause a symmetrical power development and the valve member does not tilt when switching. There may be arranged a plurality of symmetrically distributed along the circumference of the outlet opening arranged baffles on the valve member. Particularly useful is a structure in which a plurality of baffles with respect to the outlet opening diametrically opposite. Will the valve member equipped with such a pair of baffles arranged, can be a particularly narrow micro valve realize.

Verfügt das Mikroventil über mehrere Einlassöffnungen, die mit mehreren Einlasskanälen kommunizieren oder einem gemeinsamen Einlasskanal zugeordnet sind, kann sämtlichen oder nur einigen dieser Einlassöffnungen jeweils eine eigene Prallfläche am Ventilglied zugeordnet werden.Does the microvalve have more than one Inlets, with multiple inlet channels communicate or are assigned to a common inlet channel, can all or just some of these inlet openings each with its own baffle assigned to the valve member.

Besonders zweckmäßig ist ein Aufbau, bei dem die jeweilige Prallfläche die zugeordnete Einlassöffnung, in der Zuströmrichtung des Druckmediums betrachtet, vollständig überdeckt. Auf diese Weise wird die Prallfläche großflächig vom zuströmenden Druckmedium beaufschlagt.Especially is appropriate a structure in which the respective baffle surface the associated inlet opening, in the inflow direction of the print medium, completely covered. This way will the baffle large area of inflowing pressure medium applied.

Bei allen Bauformen des Mikroventils ist um die Prallfläche herum zweckmäßigerweise mindestens ein Strömungsspalt vorgesehen, der das Ventilglied durchsetzen kann und/oder der vom Rand des Ventilgliedes und der Wandung der Ventilkammer be grenzt ist und durch den hindurch das zunächst aufgestaute Druckmedium zwischen den Einlass- und Auslasskanälen überströmen kann.at All designs of the microvalve is around the baffle expediently at least one flow gap provided, which can enforce the valve member and / or from the Edge of the valve member and the wall of the valve chamber be limited is and through the initially accumulated pressure medium can flow between the inlet and outlet channels.

Zusätzlich zu dem elektrostatischen Antrieb kann eine Federeinrichtung vorgesehen sein, die das Ventilglied ständig in Richtung der Offenstellung beaufschlagt. Diese Federeinrichtung kann zur Unterstützung des elektrostatischen Antriebes oder für sich allein eingesetzt werden, um das Ventilglied aus der Schließstellung in die Offenstellung zurückzuschalten. Es ist hierzu lediglich der einlassseitig anstehende Druck kurzzeitig zu entfernen.In addition to the electrostatic drive can be provided with a spring device be that the valve member constantly acted upon in the direction of the open position. This spring device can be for support the electrostatic drive or used alone, to the valve member from the closed position to the open position return. For this purpose, only the pressure present on the inlet side is temporary to remove.

Zusätzlich oder alternativ ist auch eine insbesondere als Handbetätigungseinrichtung ausgeführte Betätigungseinrichtung realisierbar, mit der zum neuerlichen Öffnen des Ventils eine Öffnungs-Stellkraft, bevorzugt manuell, auf das in der Schließstellung befindliche Ventilglied aufgebracht werden kann.Additionally or Alternatively, one is in particular as manual override executed actuator feasible, with the opening of the valve again opening force, preferably manually, in the closed position located valve member can be applied.

Um eine Beschädigung des Ventilgliedes beim manuellen Öffnungsvorgang auszuschließen, kann vorgesehen sein, dass das Ventilglied federelastisch aufgehängt ist, wobei die Handbetätigungseinrichtung auf die federelastischen Aufhängemittel einwirkt. Eine Überbeanspruchung kann auf diese Weise ausge schlossen werden. Ein besonderer Vorteil des elektrostatischen Antriebes besteht darin, dass bis auf einige unbedeutende Leckströme kein Stromverbrauch entsteht, um das Ventilglied in der Offenstellung zu halten.Around a damage can exclude the valve member during manual opening process, can be provided that the valve member is suspended resiliently, the manual override acting on the elastic suspension means. An overuse can be excluded in this way. A special advantage of the electrostatic drive is that except for a few insignificant leakage currents no power consumption occurs to the valve member in the open position to keep.

Um eine Überwachung des Betriebszustandes des Mikroventils zu ermöglichen, können Detektionsmittel zur Detektion der Schließstellung des Ventilgliedes vorhanden sein. Insbesondere kann das Ventilglied als Schaltelement ausgebildet sein, das in der Schließstellung einen während der Offenstellung unterbrochenen Stromkreis schließt, wobei es mit ventilgehäusefesten Kontaktflächen zusammenarbeitet.Around a surveillance the operating state of the microvalve, detection means for detection the closed position be present of the valve member. In particular, the valve member be designed as a switching element, which in the closed position one during the open position interrupted circuit closes, it being with valve housing fixed contact surfaces cooperates.

Unterliegt das Mikroventil im Betrieb Schwankungen hinsichtlich des Durchflusses, können die durch das Druckmedium auf die Prallfläche ausgeübten Stellkräfte unter Umständen größer werden, als der elektrostatische Antrieb zu halten vermag. Um solche Zustände auszuschließen, kann die Prallfläche derart auslenkbar am Ventilglied angeordnet sein, dass sie ihre Lage bezüglich der zugeordneten Einlassöffnung ändert, wenn der Einlass-Durchfluss ein vorgegebenes Maß übersteigt. Dadurch ist die Prallfläche beispielsweise nicht mehr wie ursprünglich rechtwinkelig, sondern unter einem hiervon abweichenden Winkel bezüglich der Zuströmrichtung des Druckmediums ausge richtet, sodass die in der Hubrichtung des Ventilgliedes wirksame Strömungs-Stellkraft nicht weiter ansteigt.subject the microvalve in operation fluctuations in the flow, can the forces exerted by the pressure medium on the baffle actuating forces below circumstances grow, as the electrostatic drive is able to hold. To rule out such conditions, can the baffle be arranged deflectable on the valve member, that they their Situation regarding the assigned inlet opening changes, if the inlet flow exceeds a predetermined level. This is the result baffle for example, no longer as originally rectangular, but at a different angle with respect to the inflow direction out of the pressure medium out, so that in the stroke direction of the Valve member effective flow force does not increase any further.

Um diese selbsttätige Anpassung an veränderliche Strömungskräfte besonders einfach zu erhalten, ist die Prallfläche zweckmäßigerweise an einem federelastisch bewegbar am Ventilglied aufgehängten Prallelement vorgesehen, das beispielsweise flügelartig ausgebildet ist.Around this automatic Adaptation to changeable Flow forces especially easy to obtain, the baffle is expediently on a resilient movably suspended from the valve member Impingement provided, which is formed, for example, wing-like.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:in the The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In show this:

1 eine mögliche erste Bauform des erfindungsgemäßen Mikroventils im Längsschnitt bei in der Offenstellung befindlichem Ventilglied mit aktiviertem elektrostatischem Antrieb, 1 a possible first design of the microvalve according to the invention in a longitudinal section in the open position located in the valve member with activated electrostatic drive,

2 das Mikroventil aus 1 bei deaktiviertem elektrostatischem Antrieb und daraus resultierend in die Schließstellung umgeschaltetem Ventilglied, 2 the microvalve off 1 with deactivated electrostatic drive and resulting in the closed position switched valve member,

3 eine modifizierte Ausführungsform des Mikroventils im Längsschnitt, wobei das Ventilglied gegenüber dem Ventilgehäuse federelastisch aufgehängt ist und eine Handbetätigungseinrichtung zur manuellen Rückstellung des Ventilgliedes aus der Schließstellung in die Offenstellung vorhanden ist, das Ganze im Längsschnitt gemäß Schnittlinie III-III aus 4, 3 a modified embodiment of the microvalve in longitudinal section, wherein the valve member relative to the valve housing is suspended resiliently and a manual actuator for manually resetting the valve member from the closed position to the open position is present, the whole in longitudinal section along section line III-III 4 .

4 eine Einzeldarstellung eines beim Ausführungsbeispiel der 3 vorhandenen, das Ventilglied beinhaltenden Steuerelementes in Draufsicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil IV aus 3, 4 a single representation of the embodiment of the 3 existing, the valve member-containing control element in plan view with viewing direction according to arrow IV 3 .

5 eine vergrößerte Detailansicht eines modifizierten Mikroventils zur Verdeutlichung optional realisierbarer Detektionsmittel zur Erfassung des aktuellen Betriebszustandes des Mikroventils, 5 an enlarged detail view of a modified microvalve to illustrate optional realizable detection means for detecting the current operating state of the microvalve,

6 eine alternative Bauform des Mikroventils mit Mitteln zur Beeinflussung der vom zuströmenden Druckmedium hervorgerufenen Strömungs-Stellkräfte in einer vergrößerten Ausschnittsdarstellung bei in der Offenstellung befindlichem Ventilglied und 6 an alternative design of the microvalve with means for influencing the caused by the inflowing pressure fluid flow actuating forces in an enlarged sectional view in befindlichem in the open position valve member and

7 das Mikroventil aus 6, wobei die für eine Begrenzung der Strömungs-Stellkraft verantwortlichen auslenkbaren Prallflächen eine entsprechend ausgelenkte Stellung einnehmen. 7 the microvalve off 6 , wherein the deflectable baffles responsible for limiting the flow force occupy a correspondingly deflected position.

Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichneten Mikroventile verfügen jeweils über ein Ventilgehäuse 2, in dem eine Ventilkammer 3 definiert ist, in der sich ein bewegliches Ventilglied 4 befindet. Das Ventilglied 4 kann eine durch einen Doppelpfeil angedeutete Schaltbewegung 5 ausführen.The in their entirety with reference numeral 1 designated microvalves each have a valve housing 2 in which a valve chamber 3 is defined, in which a movable valve member 4 located. The valve member 4 can be indicated by a double arrow switching movement 5 To run.

Bezogen auf die Schaltbewegung 5, münden auf einer Seite des Ventilgliedes 4 ein oder mehrere Einlasskanäle 6 mit einer oder mehreren Einlassöffnungen 8 ein. Auf der entgegengesetzten Seite des Ventilgliedes 4 befindet sich mindestens eine zu einem Auslasskanal 7 gehörende Auslassöffnung 9.Relative to the switching movement 5 , open on one side of the valve member 4 one or more inlet channels 6 with one or more inlet openings 8th one. On the opposite side of the valve member 4 there is at least one to an exhaust duct 7 belonging outlet opening 9 ,

Bei den Ausführungsbeispielen ist jeweils ein das Ventilgehäuse 2 durchsetzender Einlasskanal 6 vorhanden, der sich in der Gehäusewandung in zwei Kanaläste aufspaltet, sodass er über zwei Einlassöffnungen 8 mit der Ventilkammer 3 kommuniziert. Das den Einlassöffnungen 8 entgegengesetzte Ende des Einlasskanals 6 ist zum Anschluss an eine nicht näher dargestellte Druckquelle ausgebildet. Der bei den Ausführungsbeispielen einzige Auslasskanal 7 ist an einen mit Druckmedium zu versorgenden Verbraucher 12 anschließbar, beispielsweise eine zur Ansteuerung eines oder mehrerer Antriebe dienende Ventilanordnung.In the embodiments, one is the valve housing 2 penetrating inlet channel 6 existing, which splits in the housing wall in two channel branches, so that it has two inlet openings 8th with the valve chamber 3 communicated. That the inlet openings 8th opposite end of the inlet channel 6 is designed for connection to a pressure source, not shown. The only outlet duct in the exemplary embodiments 7 is to a consumer to be supplied with pressure medium 12 connectable, for example, serving to control one or more drives valve assembly.

Das Ventilgehäuse 2 kann sich beispielsweise aus einer Mehrzahl plattenartig gestalteter Schichten zusammensetzen, die in einer zu den Ausdehnungsebenen rechtwinkeligen Schichtungsrichtung sandwichartig aufeinandersitzen. Die einzelnen Schichten können durch Kleben oder Bonden fest miteinander verbunden sein. Die einzelnen Komponenten des Ventilgehäuses können beispielsweise in als solches bekannter Ätztechnik oder Kunststoff-Abformtechnik hergestellt sein. In der Zeichnung ist das Ventilgehäuse jeweils stark schematisiert wiedergegeben.The valve housing 2 For example, it can be composed of a plurality of plate-like layers, which sandwich in a direction perpendicular to the expansion planes layering direction. The individual layers can be firmly joined together by gluing or bonding. The individual components of the valve housing can be produced, for example, in etching technology known as such or plastic molding technology. In the drawing, the valve housing is represented in each case highly schematic.

Durch die Schaltbewegung 5 kann das Ventilglied 4 wahlweise in einer in 1 und 4 bis 7 angedeuteten Offenstellung und einer aus 2 und 3 hervorgehenden Schließstellung positioniert werden. In der Schließstellung liegt es unter Abdichtung an einem die Auslassöffnung 9 umrahmenden gehäusefesten Ventilsitz 13 an. Die Verbindung zwischen dem Auslasskanal 7 und der Ventilkammer 3 ist dadurch unterbrochen. In der Offenstellung ist das Ventilglied 4 vom Ventilsitz 13 des Auslasskanals 7 abgehoben und nimmt eine Position mit Abstand zu diesem Ventilsitz 13 ein, ohne gleichzeitig die Einlassöffnungen 8 zu verschließen Der Einlasskanal 6 ist unabhängig von der Stellung des Ventilgliedes 4 ständig mit der Ventilkammer 3 verbunden. Über den Einlasskanal 6 eingespeistes Druckmedium steht mithin ständig in der Ventilkammer 3 an. Entsprechend der jeweiligen Stellung des Ventilgliedes 4 kann das Druckmedium zum Auslasskanal 7 ausströmen oder ist an einem derartigen Ausströmen gehindert.By the switching movement 5 can the valve member 4 optionally in an in 1 and 4 to 7 indicated open position and one off 2 and 3 resulting closed position are positioned. In the closed position, it lies under sealing at one of the outlet opening 9 framing housing-fixed valve seat 13 at. The connection between the exhaust duct 7 and the valve chamber 3 is interrupted by it. In the open position, the valve member 4 from the valve seat 13 the outlet channel 7 lifted and takes a position at a distance to this valve seat 13 without at the same time the inlet openings 8th to close the inlet channel 6 is independent of the position of the valve member 4 constantly with the valve chamber 3 connected. About the inlet channel 6 fed pressure medium is therefore constantly in the valve chamber 3 at. According to the respective position of the valve member 4 can the pressure medium to the outlet channel 7 outflow or is prevented from such leakage.

Das Umschalten des Ventilgliedes 4 erfolgt unter Mitwirkung eines in das Mikroventil 1 integrierten elektrostatischen Antriebes 14. Dieser ist so ausgebildet und angeordnet, dass er im aktivierten Zustand, also wenn eine Betätigungsspannung an ihn angelegt worden ist, das Ventilglied 4 in der Offenstellung hält. Dadurch kann das über den Einlasskanal 6 zuströmende Druckmedium unter Passieren des Ventilgliedes 4 durch die Ventilkammer 3 hindurch zum Auslasskanal 7 überströmen.Switching the valve member 4 takes place with the participation of one in the microvalve 1 integrated electrostatic drive 14 , This is designed and arranged so that in the activated state, that is, when an actuating voltage has been applied to it, the valve member 4 holds in the open position. This can do this through the inlet duct 6 inflowing pressure medium while passing the valve member 4 through the valve chamber 3 through to the outlet channel 7 overflow.

Der elektrostatische Antrieb 14 besitzt ein auf der der Auslassöffnung 9 entgegengesetzten Seite des Ventilgliedes 4 platziertes Elektrodenpaar. Im Einzelnen handelt es sich dabei um eine gehäusefeste Elektrode 15 und eine mitbewegbar am Ventilglied 4 angeordnete weitere Elektrode, die als bewegliche Elektrode 16 bezeichnet sei.The electrostatic drive 14 has one on the outlet opening 9 opposite side of the valve member 4 placed electrode pair. In detail, this is a housing-fixed electrode 15 and a mitbewegbar on the valve member 4 arranged another electrode, which serves as a movable electrode 16 is designated.

Bei allen Ausführungsbeispielen besitzt das Ventilglied 4 einen bevorzugt plattenartigen Trägerabschnitt 17 aus bevorzugt elektrisch leitendem Material, insbesondere Metall. Er trägt an seiner der Auslassöffnung 9 abgewandten Unterseite die bewegliche Elektrode 16, bei der es sich insbesondere um ein in an sich bekannter Mikrotechnologie hergestelltes Siliziumelement handelt. In gleicher Weise kann die gehäusefeste Elektrode 15 ausgebildet sein. Sie ist bei den Ausführungsbeispielen in die die Ventilkammer 3 begrenzende Gehäusewand des Ventilgehäuses 2 eingelassen.In all embodiments, the valve member has 4 a preferably plate-like support portion 17 preferably made of electrically conductive material, in particular metal. He wears at his outlet 9 opposite bottom of the movable electrode 16 , which is in particular a silicon element produced in known micro technology. In the same way, the housing-fixed electrode 15 be educated. It is in the embodiments in which the valve chamber 3 limiting housing wall of the valve housing 2 admitted.

In der Offenstellung liegen die beiden Elektroden 15, 16 aneinander an. Eine dazwischen angeordnete Isolationsschicht 18 verhindert einen Kurzschluss. Die Isolationsschicht 18 befindet sich an einer oder an beiden Elektroden 15, 16 und ist dort durch Oxidation von Silizium aufgebaut. Die hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit thermischer Oxide im Silizium erweist sich dabei als besonders vorteilhaft.In the open position are the two electrodes 15 . 16 to each other. An interposed insulating layer 18 prevents a short circuit. The insulation layer 18 is located on one or both electrodes 15 . 16 and is built there by oxidation of silicon. The high dielectric strength of thermal oxides in silicon proves to be particularly advantageous way.

Auf mindestens einer der Elektrodenflächen können rasterförmig Abstandshalter aus Siliziumoxid strukturiert sein. Diese nur einige 100 nm hohen Strukturen dienen der Druckunterstützung beim Schließen des Ventils und vermindern parasitäre Aufladungen der elektrisch isolierenden Oxidschicht.On At least one of the electrode surfaces may be grid-shaped spacers be structured of silica. These only a few 100 nm high structures serve the pressure support while closing of the valve and reduce the parasitic charges of the electric insulating oxide layer.

Der Trägerabschnitt 17 kann beispielsweise gestanzt oder mittels Laser geschnitten sein und kann über entsprechend ausgeformte Strukturen 22 verfügen, um die bewegliche Elektrode 16 festzuhalten und bei Bedarf auch zu kontaktieren. Für eine sichere elektrische Kontaktierung zwischen dem Trägerabschnitt 17 und der beweglichen Elektrode 16 kann auch ein Leitkleber 23 an den entsprechenden Kontaktstellen aufgebracht werden.The carrier section 17 For example, it can be stamped or cut by laser and can have correspondingly shaped structures 22 dispose of the movable electrode 16 to hold on and if necessary also to contact. For a secure electrical contact between the support section 17 and the movable electrode 16 can also be a conductive adhesive 23 be applied to the corresponding contact points.

Allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass das Ventilglied 4 bezüglich des Ventilgehäuses 2 federelastisch aufgehängt ist. Beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist hierzu eine das Ventilglied 4 ständig in Richtung der Offenstellung beaufschlagende Federeinrichtung 24 vorgesehen, die sich einerseits am Ventilgehäuse 2 und andererseits am Ventilglied 4 abstützt. Es handelt sich beim Ausführungsbeispiel um eine Druckfedereinrichtung, insbesondere in Form einer Schraubenfeder. Diese sitzt auf der der Auslassöffnung 9 zugewandten Seite des Ventilgliedes 4, wobei sie zu ihrer Führung in eine den Auslasskanal 7 ringförmig umschließende Erweiterung der Ventilkammer 3 eintauchen kann.All embodiments shown have in common that the valve member 4 with respect to the valve housing 2 is suspended elastically. In the embodiment of 1 and 2 this is a valve member 4 constantly acting in the direction of the open position spring device 24 provided, on the one hand on the valve housing 2 and on the other hand on the valve member 4 supported. The exemplary embodiment is a compression spring device, in particular in the form of a helical spring. This sits on the outlet opening 9 facing side of the valve member 4 , taking to their leadership in a the outlet channel 7 annular enclosing extension of the valve chamber 3 can dive.

Alternativ könnte die Federeinrichtung 24 auch als entsprechend installierte Zugfedereinrichtung ausgeführt sein.Alternatively, the spring device could 24 be designed as a suitably installed tension spring device.

Die Federeinrichtung 24 ist so ausgelegt, dass sie das Ventilglied 4 bei drucklosem Einlasskanal 6 auch dann in der Of fenstellung hält, wenn der elektrostatische Antrieb 14 deaktiviert ist.The spring device 24 is designed to hold the valve member 4 at unpressurized inlet channel 6 holds in the Of fenstellung, even if the electrostatic drive 14 is disabled.

Für das Anlegen der notwendigen Betätigungsspannung besitzt der elektrostatische Antrieb 14 zwei außen am Ventilgehäuse 2 zugängliche Anschlusskontakte 26, die über im Ventilgehäuse 2 verlaufende elektrische Leiter 27a, 27b mit jeweils einer der beiden Elektroden 15, 16 elektrisch verbunden sind. Die Kontaktierung der beweglichen Elektrode 16 geschieht zweckmäßigerweise über die Federeinrichtung 24, die ihrerseits leitfähig ausgebildet ist und die mit dem elektrisch leitenden Trägerabschnitt 17 in Kontakt steht, der seinerseits mit der beweglichen Elektrode 16 kontaktiert ist.For the creation of the necessary operating voltage has the electrostatic drive 14 two outside on the valve body 2 accessible connection contacts 26 that over in the valve body 2 extending electrical conductors 27a . 27b each with one of the two electrodes 15 . 16 are electrically connected. The contacting of the movable electrode 16 expediently takes place via the spring device 24 , which in turn is conductive and which is connected to the electrically conductive support portion 17 in contact, in turn, with the movable electrode 16 is contacted.

An dieser Stelle ist noch zu erwähnen, dass zum Erhalt einer zuverlässigen Abdichtung der Auslassöffnung 9 in der Schließstellung des Ventilgliedes 4 an der der beweglichen Elektrode 16 entgegengesetzten Oberseite des Trägerabschnittes 17 zweckmäßigerweise ein insbesondere aus Elastomermaterial bestehendes Dichtelement 28 angeordnet ist, das in der Schließstellung am Ventilsitz 13 zur Anlage kommt. Das padartig ausgebildete Dichtelement 28 kann beispielsweise aufgeklebt oder aufvulkanisiert sein.At this point it should be mentioned that in order to obtain a reliable sealing of the outlet opening 9 in the closed position of the valve member 4 at the movable electrode 16 opposite top of the support section 17 expediently an existing in particular of elastomeric sealing element 28 is arranged, in the closed position on the valve seat 13 comes to the plant. The pad-like sealing element 28 For example, it can be glued or vulcanized.

Bei den Ausführungsbeispielen der 3 bis 7 sind zur federnden gehäuseseitigen Aufhängung des Ventilgliedes 4 federelastische Aufhängungsarme 32 vorhanden, die seitlich vom Trägerabschnitt 17 wegragen. Sie sind zweckmäßigerweise einstöckig mit dem Trägerabschnitt 17 ausgebildet und lassen sich durch einen Stanzvorgang oder durch Laserstrahlschneiden sehr einfach mit der gewünschten Geometrie realisieren.In the embodiments of the 3 to 7 are for resilient housing-side suspension of the valve member 4 spring-elastic suspension arms 32 present, the side of the support section 17 protrude. They are expediently one-piece with the support section 17 trained and can be realized by a punching process or by laser beam cutting very easy with the desired geometry.

Die Aufhängungsarme 32 sind mit ihren äußeren Endabschnitten 33 am Ventilgehäuse 2 befestigt. Dies kann beispielsweise durch Verschrauben, Vernieten oder mittels geeigneter Klemmtechnik geschehen. Vorgesehen ist bei diesen Ausführungsbeispielen eine zweifache Aufhängung auf bezüglich der Längsachse 34 der Auslassöffnung 9 sich insbesondere diametral gegenüberliegenden Seiten, um eine symmetrische Aufhängung zu erzielen, die eine lineare Schaltbewegung 5 in Richtung der Längsachse 34 gewährleistet. Um noch kompaktere Abmessungen zu erzielen, sind allerdings auch einseitige Aufhängungen möglich.The suspension arms 32 are with their outer end sections 33 on the valve body 2 attached. This can be done for example by screwing, riveting or by means of suitable clamping technology. Provided in these embodiments is a double suspension with respect to the longitudinal axis 34 the outlet opening 9 in particular diametrically opposite sides in order to achieve a symmetrical suspension, which is a linear switching movement 5 in the direction of the longitudinal axis 34 guaranteed. To achieve even more compact dimensions, but also one-sided suspensions are possible.

Auch bei den Ausführungsbeispielen der 3 bis 7 ist die Federeinrichtung 32 zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass sie das Ventilglied 4 in Richtung der Offenstellung beaufschlagt. Allerdings wäre es auch denkbar, das Ventilglied 4 in Richtung der Auslassöffnung 9 vorzuspannen.Also in the embodiments of the 3 to 7 is the spring device 32 suitably designed so that they the valve member 4 acted upon in the direction of the open position. However, it would also be conceivable, the valve member 4 in the direction of the outlet opening 9 pretension.

Eine Vorspannung in die eine oder andere Richtung ist nicht zwingend erforderlich, jedoch für das Betriebsverhalten günstig. Möglich wäre eine Auslegung der federelastischen Aufhängung derart, dass im komplett drucklosen Zustand des Systems und bei gleichzeitig deaktiviertem elektrostatischem Antrieb 14 das Ventilglied 4 eine Zwischenstellung zwischen der Schließstellung und der Offenstellung einnimmt.A bias in one or the other direction is not mandatory, but favorable for the performance. It would be possible to design the spring-elastic suspension such that in the completely depressurized state of the system and at the same time disabled electrostatic drive 14 the valve member 4 an intermediate position between the closed position and the open position occupies.

Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass das Ventilglied 4 eine der Anzahl der Einlassöffnungen 8 entsprechende Anzahl von Prallflächen 35 aufweist, wobei jeder Einlassöffnung 8 eine der Prallflächen 35 zugeordnet ist. Die entsprechende Prallfläche 35 ragt mit Abstand vor die zugeordnete Einlassöffnung 8 und mithin unmittelbar in den durch Pfeile angedeuteten Zuströmweg 36 des Druckmediums. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Druckmedium beim Zuströmen in die Ventilkammer 3 eine in 1 durch Pfeile angedeutete Strömungs-Stellkraft 37 auf das Ventilglied 4 ausübt, die in Richtung der Schließstellung wirksam ist. Das Druckmedium wird also an einem geradlinigen Einströmen in die Ventilkammer 3 gehindert und von den Prallflächen 35 aufgestaut. Der Strömungsweg von den Einlassöffnungen 8 zur Auslassöffnung 9 ist mithin stark gekrümmt und folgt den gestrichelt eingezeichneten Pfeilen 38 unter Umgehung der Prallflächen 35 im Anschluss an die Stauzone. Dabei strömt das Druckmedium durch einen oder mehrere Strömungsspalte 42 hindurch, die umfangsseitig zwischen den Prallflächen 35 und der benachbarten Wand des Ventilgehäuses 2 vorgesehen sind.All embodiments have in common that the valve member 4 one of the number of inlet openings 8th corresponding number of baffles 35 having, each inlet opening 8th one of the baffles 35 assigned. The corresponding impact surface 35 protrudes at a distance in front of the assigned inlet opening 8th and thus directly in the direction indicated by arrows Zuströmweg 36 of the print medium. In this way it is achieved that the pressure medium when flowing into the valve chamber 3 a in 1 indicated by arrows flow-actuating force 37 on the valve member 4 exercises, which is effective in the direction of the closed position. The pressure medium is thus at a rectilinear flow into the valve chamber 3 hindered and from the baffles 35 dammed. The flow path from the inlet openings 8th to the outlet opening 9 is therefore strongly curved and follows the dashed arrows 38 bypassing the baffles 35 following the storage zone. The pressure medium flows through one or more flow gaps 42 through, the circumference between the baffles 35 and the adjacent wall of the valve housing 2 are provided.

Zweckmäßigerweise sind die Paarungen von Einlassöffnungen 8 und Prallflächen 35 so angeordnet, dass sich bei Blick in Richtung der Schaltbewegung 5 entlang des Umfanges der Auslassöffnung 9 eine symmetrische Verteilung einstellt. Bei den Ausführungsbeispielen ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die beiden Einlassöffnungen 8 mit Abstand zur Längsachse 34 der Auslassöffnung 9 platziert sind, und zwar zweckmäßigerweise mit gleichem Abstand zu dieser Längsachse 34 auf einander diametral entgegengesetzten Seiten derselben. Indem beiden Einlassöffnungen 8 je eine Prallfläche 35 gegenüberliegt, wird das Ventilglied 4 symmetrisch mit Strömungs-Stellkräften beaufschlagt und an einem Verkanten gehindert.Conveniently, the pairings of inlet openings 8th and baffles 35 arranged so that when looking in the direction of the switching movement 5 along the circumference of the outlet opening 9 sets a symmetric distribution. In the embodiments, it is provided in this connection that the two inlet openings 8th at a distance from the longitudinal axis 34 the outlet opening 9 are placed, and expediently at the same distance from this longitudinal axis 34 on diametrically opposite sides of the same. By having two inlet openings 8th one baffle each 35 is opposite, the valve member 4 symmetrically loaded with flow-adjusting forces and prevented from jamming.

Zweckmäßigerweise befinden sich die Prallflächen 35 im Bereich des äußeren Randes des Ventilgliedes 4. Sie können, wie dies aus 4 hervorgeht, an zungenartigen Vorsprüngen 43 des Ventilgliedes 4 ausgebildet sein, die insbesondere einstückig mit dem Trägerabschnitt 17 verbunden sind.Conveniently, there are the baffles 35 in the region of the outer edge of the valve member 4 , You can, like this 4 shows tongue-like projections 43 of the valve member 4 be formed, in particular in one piece with the support portion 17 are connected.

Die Prallflächen 35 sind so angeordnet und ausgelegt, dass die in Verbindung mit dem aufprallenden Druckmedium auf das Ventilglied 4 ausgeübten Stellkräfte ausreichen, um das Ventilglied 4 aus der Offenstellung in die Schließstellung umzuschalten, wenn der elektrostatische Antrieb 14 deaktiviert, also spannungslos geschaltet wird.The baffles 35 are arranged and designed so that in connection with the impacting pressure medium on the valve member 4 applied actuating forces are sufficient to the valve member 4 switch from the open position to the closed position when the electrostatic drive 14 deactivated, ie switched off.

Befindet sich das Ventilglied 4 in der Offenstellung, reicht die vom aktivierten elektrostatischen Antrieb ausgeübte Anziehungskraft entweder allein oder in Verbindung mit der in Richtung der Schließstellung wirksamen Feder-Stellkraft der Federeinrichtung 24, 32 aus, um das Ventilglied 4 trotz der an ihm angreifenden Strömungs-Stellkräfte sicher in der Offenstellung zu fixieren. Das Druckmedium kann dann unter Passieren des Ventilgliedes 4 vom Einlasskanal 6 zum Auslasskanal 7 überströmen.Is the valve member 4 in the open position, the force exerted by the activated electrostatic drive attraction extends either alone or in conjunction with the effective in the direction of the closed position spring-actuating force of the spring means 24 . 32 off to the valve member 4 despite the fact attacking him flow-restoring forces secure in the open position. The pressure medium can then pass the valve member 4 from the inlet channel 6 to the outlet channel 7 overflow.

Wird hingegen der elektrostatische Antrieb 14 abgeschaltet und somit die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den beiden bis dahin aneinander anliegenden Elektroden 15, 16 aufgehoben, bewirken die durch das sich an den Prallflächen 35 aufstauende Druckmedium hervorgerufenen Strömungs-Stellkräfte 37 ein schlagartiges Umschalten des Ventilgliedes 4 in die Schließstellung, wobei auch die gegebenenfalls wirkende, relativ geringe Feder-Stellkraft der Federeinrichtung 24, 32 überwunden wird.Will, however, the electrostatic drive 14 switched off and thus the electrostatic attraction between the two hitherto abutting electrodes 15 . 16 lifted, cause by the itself at the baffles 35 accumulating pressure medium caused flow-actuating forces 37 a sudden switching of the valve member 4 in the closed position, wherein also the optionally acting, relatively small spring-actuating force of the spring device 24 . 32 is overcome.

Die Strömungs-Stellkräfte 37 sind so groß, dass das Schließen des Ventilgliedes 4 auch bei einem relativ großen Schalthub zuverlässig gewährleistet ist. Dies hat zur Folge, dass in der Offenstellung des Ventilgliedes 4 ein relativ großer Abstand zwischen dem Ventilglied 4 und der Auslassöffnung 9 vorherrschen kann, mit dem Resultat eines großen freigegebenen Strömungsquerschnittes und dementsprechend der Ermöglichung relativ hoher Durchflusswerte.The flow-adjusting forces 37 are so great that closing the valve member 4 is reliably guaranteed even with a relatively large switching stroke. This has the consequence that in the open position of the valve member 4 a relatively large distance between the valve member 4 and the outlet opening 9 can prevail, with the result of a large flow cross-section enabled and, accordingly, allowing relatively high flow rates.

Das Mikroventil 1 kann beispielsweise als Sicherheitsventil eingesetzt werden, wobei es die Druckmediumversorgung eines Verbrauchers 12 schlagartig unterbricht, wenn eine bestimmte Situation eintritt, beispielsweise ein Stromausfall. Bei einem Stromausfall würde der elektrostatische Antrieb 14 deaktiviert werden und demzufolge automatisch das durch die Strömungs-Stellkräfte 37 hervorgerufene Umschalten des Ventilgliedes 4 aus der Offenstellung in die Schließstellung verursacht.The microvalve 1 For example, it can be used as a safety valve, where it is the pressure medium supply of a consumer 12 abruptly interrupts when a particular situation occurs, such as a power outage. In the event of a power failure, the electrostatic drive would 14 be deactivated and therefore automatically by the flow-adjusting forces 37 caused switching of the valve member 4 caused from the open position to the closed position.

Das Abschalten des Mikroventils kann zum Beispiel auch von einem Sensor aus erfolgen, wenn beispielsweise zu hohe Durchflussraten infolge eines Lecks in der dem Ventil nachgeschalteten Pneumatikleitung verursacht und detektiert werden.The Shutdown of the microvalve may, for example, also by a sensor off, for example, if too high flow rates due a leak in the pneumatic line downstream of the valve caused and detected.

Selbstverständlich kann die Betätigungsspannung auch mittels eines Not-Aus-Schalters abgeschaltet werden.Of course you can the actuating voltage be switched off by means of an emergency stop switch.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine mögliche spannungsgesteuerte Abschaltefunktion. Der Abschaltvorgang, d.h. das Umschalten in die Schließstellung ist dann abhängig von der Höhe der momentan angelegten Betätigungsspannung, d.h. über die Betätigungsspannung kann der maximale Durchfluss durch das Mikroventil so eingestellt werden, dass bei einer bestimmten Betätigungsspannung die Strömungsstellkraft des strömenden Fluids höher als die elektrostatische Kraft ist. Damit hat man einen leicht einstellbaren Durchflussbegrenzer. Man kann praktisch durch variable Vorgabe der Betätigungsspannung die Umschaltschwelle des Mikroventils 1 für das Umschalten in die Schließstellung variabel einstellen und erreicht somit, dass das Mikroventil bei Erreichen einer bestimmten, einstellbaren Durchflussrate schließt.Another aspect of the invention is a potential voltage-controlled turn-off function. The switch-off, ie switching to the closed position is then dependent on the height of the currently applied actuation voltage, ie on the actuation voltage of the maximum flow through the micro-valve can be adjusted so that at a certain actuation voltage, the flow actuating force of the flowing fluid higher than the electrostatic force is. This gives you an easily adjustable flow limiter. You can practically by variable specification of the operating voltage, the switching threshold of the microvalve 1 variable for switching to the closed position and thus achieves that the microvalve closes upon reaching a certain, adjustable flow rate.

Um besonders hohe Strömungs-Stellkräfte 37 zu erzielen, sind die Prallflächen 35 zweckmäßigerweise so ausgebildet und angeordnet, dass sie die zugeordnete Einlassöffnung 8, in der Zuströmrichtung 36 des Druckmediums betrachtet, vollständig überdecken. Man kann auch die Einlassöffnungen 8 so ausgestalten, dass das ausströmende Druckmedium zielgerichtet zur zugeordneten Prallfläche 35 geleitet wird.For particularly high flow control forces 37 to achieve, are the baffles 35 suitably designed and arranged so that they the associated inlet opening 8th , in the inflow direction 36 of the pressure medium, completely cover. You can also see the inlet openings 8th designed so that the outflowing pressure medium targeted to the associated baffle 35 is directed.

Wie oben erläutert, ist die gegebenenfalls vorhandene, in Richtung der Offenstellung wirksame Feder-Stellkraft der Federeinrichtung 24, 32 geringer als die Strömungs-Stellkraft 37, um das Umschalten des Ventilgliedes 4 in die Schließstellung zu gewährleisten. Zumindest beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist die Feder-Stellkraft jedoch ausreichend groß, um das Ventilglied 4 in die Offenstellung zurückzuschalten und auch dort zu halten, wenn bei deaktiviertem elektrostatischem Antrieb 14 der Einlasskanal 6 vorübergehend, beispielsweise durch eine nicht näher dargestellte, vorgeschaltete Ventileinrichtung, drucklos geschaltet wird. Mit dieser einfachen Maßnahme kann daher das Ventilglied 4 trotz des großen Schalthubes bei Bedarf wieder in die Offenstellung zurückgeschaltet werden. Es versteht sich, dass zum Öffnen des Ventils auch der elektrostatische Antrieb 14 wieder aktiviert werden kann.As explained above, the possibly existing, in the direction of the open position effective spring force of the spring device 24 . 32 less than the flow force 37 To switch the valve member 4 to ensure in the closed position. At least in the embodiment of 1 and 2 However, the spring force is large enough to the valve member 4 to switch back to the open position and also to hold there when disabled electrostatic drive 14 the inlet channel 6 temporarily, for example, by a non-illustrated, upstream valve means, is depressurized. With this simple measure, therefore, the valve member 4 be switched back to the open position, if necessary, despite the large switching stroke. It is understood that to open the valve also the electrostatic drive 14 can be reactivated.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist zum neuerlichen Öffnen des Mikroventils 1 eine gesonderte Betätigungseinrichtung 44 am Mikroventil 1 vorgesehen. Mit ihr lässt sich zum gewünschten Zeitpunkt eine durch einen Pfeil angedeutete Öffnungs-Stellkraft 45 auf das in der Schließstellung befindliche Ventilglied 4 ausüben.In the embodiment of the 3 and 4 is to reopen the microvalve 1 a separate actuator 44 at the microvalve 1 intended. With it can be at the desired time indicated by an arrow opening force 45 on the valve member located in the closed position 4 exercise.

Beim Ausführungsbeispiel ist die Betätigungseinrichtung 44 als manuell aktivierbare Handbetätigungseinrichtung ausgeführt. Sie besitzt ein abgedichtet im Ventilgehäuse 2 verstellbar geführtes Beaufschlagungselement 46, dessen mögliche Bewegungsrichtung mit der Richtung der Schaltbewegung 5 zusammenfällt. Von dem Beaufschlagungselement 46 gehen mehrere Beaufschlagungsstößel 47 ab, die in die Ventilkammer 3 hineinragen und dort auf die federelastischen Aufhängungsarme 32 oder sonstige federelastische Aufhängungsmittel für das Ventilglied 4 treffen.In the embodiment, the actuating device 44 designed as manually activatable manual override. It has a sealed in the valve body 2 adjustably guided loading element 46 , its possible direction of movement with the direction of the switching movement 5 coincides. From the imposition element 46 go several impulse tappets 47 starting in the valve chamber 3 protrude and there on the elastic suspension arms 32 or other resilient suspension means for the valve member 4 to meet.

Wird auf das Beaufschlagungselement 46 eine manuelle Drückkraft ausgeübt, verlagert sich das Beaufschlagungselement 46 gemeinsam mit den Beaufschlagungsstößeln 47 relativ zum Ventilgehäuse 2 und drückt auf die Aufhängungsarme 32, sodass es indirekt auch das Ventilglied 4 selbst beaufschlagt und dieses in die Offenstellung verlagert.Is on the imposition element 46 exerted a manual pressure, the loading element shifts 46 together with the loading tappets 47 relative to the valve housing 2 and press on the suspension arms 32 so that it also indirectly the valve member 4 itself charged and this shifted to the open position.

Gegenüber einer direkten Beaufschlagung des Ventilgliedes 4 hat diese Anordnung den Vorteil, dass die Beschädigungsgefahr für das spröde Silizium-Material der Elektroden 15, 16 beim gegenseitigen Aneinanderdrücken eliminiert wird.Compared to a direct admission of the valve member 4 this arrangement has the advantage that the risk of damage to the brittle silicon material of the electrodes 15 . 16 is eliminated when pressing against each other.

Das Beaufschlagungselement 46 kann beispielsweise als Tastelement ausgeführt sein.The imposition element 46 can for example be designed as a probe element.

Bei Bedarf kann die Betätigungseinrichtung 44 auch für elektrische Betätigung ausgeführt sein. Hierzu kann das Beaufschlagungselement 46 beispielsweise durch den gestrichelt angedeuteten beweglichen Anker 48 einer Elektromagneteinrichtung beaufschlagt werden.If necessary, the actuator 44 also be designed for electrical operation. For this purpose, the Beaufschlagungselement 46 for example, by the dashed lines indicated moving armature 48 a solenoid device are acted upon.

Jedenfalls hat die Betätigungseinrichtung 44 den Vorteil, dass ein Zurückschalten des Ventilgliedes 4 in die Offenstellung auch ohne Unterbrechung der Fluidzufuhr zum Mikroventil 1 möglich ist.Anyway, the actuator has 44 the advantage that a switching back of the valve member 4 in the open position without interruption of the fluid supply to the microvalve 1 is possible.

Die 5 illustriert, dass es möglich ist, das Mikroventil 1 mit Detektionsmitteln 52 zur Detektion der Schließstellung des Ventilgliedes 4 auszurüsten.The 5 illustrates that it is possible the microvalve 1 with detection means 52 for detecting the closed position of the valve member 4 equip.

Die Detektionsmittel 52 können zwei ventilgehäusefeste Kontaktflächen 53 aufweisen, die jeweils im Hubweg eines am Ventilglied 4 angeordneten Kontaktelementes 54 liegen, wobei die beiden Kontaktelemente 54 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Bevorzugt handelt es sich bei den Kontaktelementen 54 um in Richtung der Schaltbewegung 5 zur Auslassöffnung 9 hin abgebogene Abschnitte des insgesamt elektrisch leitenden Trägerabschnittes 17, sodass der Trägerabschnitt 17 selbst die elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktelementen 54 übernimmt.The detection means 52 can be two valve housing fixed contact surfaces 53 each having in the stroke of the valve member 4 arranged contact element 54 lie, with the two contact elements 54 electrically conductively connected to each other. The contact elements are preferably 54 in the direction of the switching movement 5 to the outlet opening 9 bent portions of the total electrically conductive support portion 17 so that the carrier section 17 even the electrical connection between the two contact elements 54 takes over.

Die Kontaktflächen 53 sind über elektrische Leiter 55 an eine Spannungsquelle UT angeschlossen, wobei in einen der Leiter 55 ein Messgerät IT eingeschaltet ist.The contact surfaces 53 are via electrical conductors 55 connected to a voltage source UT, wherein in one of the conductors 55 a meter IT is turned on.

Die Anordnung ist so getroffen, dass die beiden Kontaktelemente 54 an den Kontaktflächen 53 zur Anlage gelangen, wenn das Ventilglied 4 die Schließstellung einnimmt. Dadurch wird der Stromkreis geschlossen, und das Messgerät IT gibt ein die Schließstellung detektierendes Signal aus. Sobald das Ventilglied 4 die Schließstellung wieder verlässt, wird der Stromkreis neuerlich unterbrochen, sodass das Detektionssignal abfällt.The arrangement is such that the two contact elements 54 at the contact surfaces 53 get to the plant when the valve member 4 the closed position occupies. As a result, the circuit is closed, and the meter IT outputs a signal detecting the closed position. As soon as the valve member 4 leaves the closed position again, the circuit is interrupted again, so that the detection signal drops.

Somit fungiert das Ventilglied 4 zweckmäßigerweise unmittelbar selbst als Schaltelement zum Schließen und Unterbrechen des für die Detektion der Schaltstellung verantwortlichen Stromkreises.Thus, the valve member acts 4 expediently directly itself as a switching element for closing and interrupting the responsible for the detection of the switching position circuit.

Die Kontaktflächen 53 lassen sich relativ einfach durch eine Metallisierung des beispielsweise aus Kunststoffmaterial bestehenden Ventilgehäuses 2 realisieren.The contact surfaces 53 can be relatively easily by a metallization of existing example of plastic material valve housing 2 realize.

Wenn das Mikroventil 1 mit veränderlichen Durchflussraten betrieben wird, sollte sichergestellt sein, dass keine zu hohen Strömungs-Stellkräfte 37 auftreten, die das Ventilglied 4 unerwünscht aus der Offenstellung in die Schließstellung um schalten, weil die Haltekraft des elektrostatischen Antriebes 14 nicht mehr ausreichend ist. Um solche Fälle zu berücksichtigen, kann die Prallfläche 35 relativ zum Ventilglied 4 auslenkbar an dem Ventilglied 4 angeordnet sein, sodass sie bei eine bestimmte Schwelle überschreitender Strömungs-Stellkraft 37 ihre Ausrichtung bezüglich der Zuströmrichtung des Druckmediums verändert, sodass die in der Richtung der Schaltbewegung 5 wirkenden Stellkräfte nicht weiter ansteigen können. Die 6 und 7 illustrieren beispielhaft, wie sich dieses Grundprinzip bei dem Mikroventil verwirklichen lässt.If the micro valve 1 operated at variable flow rates, it should be ensured that not too high flow-actuating forces 37 occur, which is the valve member 4 undesirable to switch from the open position to the closed position, because the holding force of the electrostatic drive 14 is no longer sufficient. To take into account such cases, the baffle can 35 relative to the valve member 4 deflectable on the valve member 4 be arranged so that they at a certain threshold exceeding flow-force 37 their orientation with respect to the inflow direction of the pressure medium changed, so that in the direction of the switching movement 5 acting actuating forces can not increase further. The 6 and 7 illustrate by way of example how this basic principle can be realized with the microvalve.

Gemäß 6 und 7 ist jede Prallfläche 35 an einem federelastisch bewegbar am Ventilglied 4 aufgehängten Prallelement 56 vorgesehen. Das Prallelement 56 ist zungenartig ausgebildet und in einem Wurzelbereich 57 federelastisch mit dem Trägerabschnitt 17 verbunden. Bei einem rechteckigen Prallelement 56 wäre der Wurzelbereich einer Rechteckseite zugeordnet. Im Übrigen ist das Prallelement 56 nicht am Trägerabschnitt 17 befestigt.According to 6 and 7 is every baffle 35 on a spring-elastic movable on the valve member 4 suspended impact element 56 intended. The impact element 56 is tongue-like and formed in a root area 57 elastic with the support section 17 connected. For a rectangular baffle element 56 the root area would be assigned to a rectangle page. Incidentally, the baffle element 56 not at the vehicle section 17 attached.

In der aus 6 hervorgehenden Grundstellung verlaufen die Ausdehnungsebenen der Prallelemente 56 und des Trägerabschnittes 17 parallel zueinander bzw. fallen zusammen. Die Prallflächen 35 erstrecken sich hierbei rechtwinkelig zur Richtung der Schaltbewegung 5. Diese Anordnung entspricht den Gegebenheiten bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen.In the out 6 resulting basic position extend the expansion planes of the baffles 56 and the carrier section 17 parallel to each other or fall together. The baffles 35 extend in this case at right angles to the direction of the switching movement 5 , This arrangement corresponds to the circumstances in the embodiments described above.

Steigt der Durchfluss des über den Einlasskanal 6 eingespeisten Druckmediums über ein vorbestimmtes Maß an, bewirken die entsprechend ansteigenden Strömungskräfte ein Verschwenken der Prallelemente 56 gemäß Pfeil 58 zur Auslassöffnung 9 hin, ohne dass das Ventilglied 4 als solches seine Schaltstellung ändert. Dies führt zu einer Schrägstellung der Prallflächen 35 bezüglich der Umschaltrichtung 5, sodass die in der Umschaltrichtung 5 wirksame Strömungs-Stellkraft 37 letztlich nicht weiter ansteigt oder verringert wird.If the flow through the inlet channel increases 6 fed pressure medium over a predetermined amount, cause the corresponding rising flow forces pivoting of the baffles 56 according to arrow 58 to the outlet opening 9 out without the valve member 4 as such changes its switching position. This leads to an inclination of the baffles 35 with respect to the switching direction 5 , so that in the switching direction 5 effective flow force 37 ultimately does not increase or decrease further.

Ragt das verschwenkbare Prallelement 56 in eine fensterartige Ausnehmung 62 des Ventilgliedes 4 hinein, kann durch das Verschwenken auch erreicht werden, dass ein weiterer Strömungsspalt 42' geöffnet wird, der ein Überströmen des Druckmediums ermöglicht, sodass der Strömungswiderstand verringert ist.Protrudes the pivotable impact element 56 in a window-like recess 62 of the valve member 4 into it, can be achieved by pivoting also that another flow gap 42 ' is opened, which allows overflow of the pressure medium, so that the flow resistance is reduced.

Abschließend noch einige allgemeine Anmerkungen zu den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.Finally some general comments on the preferred embodiments the invention.

Der Trägerabschnitt 17 kann insgesamt aus Federstahl bestehen. Es wird zweckmäßigerweise so strukturiert, dass daran die bewegliche Elektrode 16 fixiert und kontaktiert werden kann.The carrier section 17 can be made entirely of spring steel. It is expediently structured in such a way that the movable electrode is attached thereto 16 can be fixed and contacted.

Das Dichtungselement 28 kann in der Praxis eine Gummischicht sein.The sealing element 28 can be a rubber layer in practice.

Anstelle zweier oder noch mehr Einlassöffnungen 8 könnte die Erfindung auch mit nur einer Einlassöffnung und zugeordneter Prallfläche realisiert werden. Dies insbesondere dann, wenn das Ventilglied einseitig aufgehängt ist und seine Schaltbewegung 5 als Schwenkbewegung ausführt.Instead of two or more inlet openings 8th could the invention also be realized with only one inlet opening and associated baffle. This is especially true when the valve member is suspended on one side and its switching movement 5 executes as a pivoting movement.

Erste Versuche haben die vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit des Mikroventils bestätigt. Mit einer Betätigungsspannung von 150 Volt, angelegt an den elektrostatischen Antrieb 14, konnte das Ventilglied bei einer einen Durchmesser von 2 mm aufweisenden Auslassöffnung 9 bis etwa 8 bar problemlos in der Offenstellung gehalten werden, um dann bei Entfernung der Steuerspannung schlagartig in die Schließstellung umzuschalten. Von Vorteil ist hierbei die praktisch leistungslos erhaltbare Offenstellung des Ventils.First experiments have confirmed the advantageous application of the microvalve. With an operating voltage of 150 volts applied to the electrostatic drive 14 , the valve member could with a 2 mm diameter outlet opening 9 be held in the open position easily to about 8 bar, then suddenly switch to the closed position when removing the control voltage. The advantage here is the practically powerless maintainable open position of the valve.

Prinzipiell können beide Elektroden durch Silizium-Mikrotechnik in der abgebildeten Weise gestaltet sein. Wenn es jedoch ausreicht, die Isolationsschicht 18 an nur einer der Elektroden vorzusehen, kann die andere Elektrode einfacher und preisgünstiger hergestellt werden, beispielsweise aus metallisiertem Glas oder aus einem unstrukturierten Silizium-Chip.In principle, both electrodes can be designed by silicon microtechnology in the manner shown. However, if it is sufficient, the insulation layer 18 provided on only one of the electrodes, the other electrode can be made simpler and cheaper, for example, from metallized glass or from an unstructured silicon chip.

Claims (17)

Mikroventil mit elektrostatischem Antrieb, mit einer Ventilkammer (3), in die mindestens ein Einlasskanal (6) und mindestens ein Auslasskanal (7) einmünden, und in der ein unter Mitwirkung des elektrostatischen Antriebes (14) zwischen einer die Auslassöffnung (9) des Auslasskanals (7) verschließenden Schließstellung und einer von der Auslassöffnung (9) abgehobenen, die Fluidverbindung zwischen Einlasskanal (6) und Auslasskanal (7) freigebenden Offenstellung umschaltbares Ventilglied (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrostatische Antrieb (14) ausgebildet ist, um in seinem aktivierten Zustand das Ventilglied (4) in der Offenstellung zu halten und dadurch eine Strömung von Druckmedium vom Einlasskanal (6) zum Auslasskanal (7) zu ermöglichen, und dass an dem Ventilglied (4) mindestens eine wenigstens in der Offenstellung mit Abstand vor mindestens eine Einlassöffnung (8) eines Einlasskanals (6) unmittelbar in den Zuströmweg (36) des Druckmediums ragende Prallfläche (35) angeordnet ist, sodass auf das Ventilglied (4) eine bei Deaktivierung des elektrostatischen Antriebes (14) das Umschalten in die Schließstellung hervorrufende Strömungs-Stellkraft einwirkt.Micro-valve with electrostatic drive, with a valve chamber ( 3 ) into which at least one inlet channel ( 6 ) and at least one outlet channel ( 7 ), and in which, with the assistance of the electrostatic drive ( 14 ) between one of the outlet openings ( 9 ) of the outlet channel ( 7 ) closing position and one of the outlet opening ( 9 ), the fluid connection between inlet channel ( 6 ) and outlet channel ( 7 ) releasing open position switchable valve member ( 4 ), characterized in that the electrostatic drive ( 14 ) is designed to, in its activated state, the valve member ( 4 ) in the open position and thereby a flow of pressure medium from the inlet channel ( 6 ) to the outlet channel ( 7 ) and that on the valve member ( 4 ) at least one at least in the open position at a distance from at least one inlet opening ( 8th ) of an inlet channel ( 6 ) directly into the inflow path ( 36 ) of the pressure medium projecting impact surface ( 35 ) is arranged so that on the valve member ( 4 ) when deactivating the electrostatic An drive ( 14 ) the switching in the closed position causing flow-actuating force acts. Mikroventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Prallfläche (35) dem äußeren Rand des Ventilgliedes (4) zugeordnet ist.Microvalve according to claim 1, characterized in that the at least one baffle surface ( 35 ) the outer edge of the valve member ( 4 ) assigned. Mikroventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (9) dem zentralen Bereich des Ventilgliedes (4) gegenüberliegt, wobei – in Draufsicht betrachtet – mehrere Prallflächen (35) symmetrisch entlang des Umfanges der Auslassöffnung (9) verteilt am Ventilglied (4) vorgesehen sind.Microvalve according to claim 1 or 2, characterized in that the outlet opening ( 9 ) the central region of the valve member ( 4 ), wherein - viewed in plan view - more baffles ( 35 ) symmetrically along the circumference of the outlet opening ( 9 ) distributed on the valve member ( 4 ) are provided. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mehrere, sich bezüglich der Auslassöffnung (9) diametral gegenüberliegende Prallflächen (35) am Ventilglied (4).Microvalve according to one of claims 1 to 3, characterized by a plurality, with respect to the outlet opening ( 9 ) diametrically opposed baffles ( 35 ) on the valve member ( 4 ). Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mehrere Einlassöffnungen (8), denen jeweils eine eigene Prallfläche (35) am Ventilglied (4) zugeordnet ist.Microvalve according to one of claims 1 to 4, characterized by a plurality of inlet openings ( 8th ), each of which has its own impact surface ( 35 ) on the valve member ( 4 ) assigned. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallfläche (35) die zugeordnete Einlassöffnung (8), in der Zuströmrichtung des Druckmediums betrachtet, vollständig überdeckt.Microvalve according to one of claims 1 to 5, characterized in that the impact surface ( 35 ) the associated inlet opening ( 8th ), viewed in the inflow direction of the pressure medium, completely covered. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (4) bezüglich des Ventilgehäuses (2) federelastisch aufgehängt ist.Microvalve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the valve member ( 4 ) with respect to the valve housing ( 2 ) is suspended elastically. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine das Ventilglied (4) ständig in Richtung der Offenstellung beaufschlagende Federeinrichtung (24, 32).Microvalve according to one of claims 1 to 7, characterized by a valve member ( 4 ) spring device continuously acting in the direction of the open position ( 24 . 32 ). Mikroventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder-Stellkraft der Federeinrichtung (24, 32) geringer ist als die Strömungs-Stellkraft, jedoch ausreichend, um bei drucklosem Einlasskanal (6) und gleichzeitig deaktiviertem elektrostatischem Antrieb (14) das Ventilglied (4) in die Offenstellung umzuschalten.Microvalve according to claim 8, characterized in that the spring-actuating force of the spring device ( 24 . 32 ) is less than the flow force, but sufficient to with unpressurized inlet channel ( 6 ) and at the same time deactivated electrostatic drive ( 14 ) the valve member ( 4 ) to switch to the open position. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine bevorzugt als Handbetätigungseinrichtung ausgebildete Betätigungseinrichtung (44) zum aktiven Aufbringen einer der Strömungs-Stellkraft entgegengesetzten Öffnungs-Stellkraft auf das in der Schließstellung befindliche Ventilglied (4).Microvalve according to one of Claims 1 to 9, characterized by an actuating device (preferably designed as a manual operating device) ( 44 ) for actively applying an opening force that opposes the flow actuating force to the valve member (in the closed position) ( 4 ). Mikroventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (4) federelastisch aufgehängt ist, wobei die Betätigungseinrichtung (44) auf die Aufhängungsmittel (32) einwirkt.Microvalve according to claim 10, characterized in that the valve member ( 4 ) is suspended elastically, the actuating device ( 44 ) on the suspension means ( 32 ) acts. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch Detektionsmittel (52) zur Detektion der Schließstellung des Ventilgliedes (4).Microvalve according to one of Claims 1 to 11, characterized by detection means ( 52 ) for detecting the closed position of the valve member ( 4 ). Mikroventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (4) als Schaltelement ausgebildet ist, das in der Schließstellung einen während der Offenstellung unterbrochenen Stromkreis schließt, indem es an ventilgehäusefesten Kontaktflächen (53) zur Anlage gelangt.Microvalve according to claim 12, characterized in that the valve member ( 4 ) is formed as a switching element which closes in the closed position a broken during the open position circuit by it to valve housing fixed contact surfaces ( 53 ) arrives at the plant. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Prallfläche (35) derart auslenkbar am Ventilglied (4) angeordnet ist, dass sie bei über ein vorgegebenes Maß steigendem Durchfluss des über die Einlassöffnung zuströmenden Druckmediums ihre Lage bezüglich der zugeordneten Einlassöffnung (8) ändert, sodass die Strömungs-Stellkraft nicht mehr oder nurmehr geringfügig ansteigt.Microvalve according to one of claims 1 to 13, characterized in that the at least one baffle surface ( 35 ) so deflectable on the valve member ( 4 ) is arranged such that, when the flow rate of the pressure medium flowing in via the inlet opening increases above a predetermined level, its position with respect to the associated inlet opening ( 8th ) changes, so that the flow force is no longer or only slightly increases. Mikroventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallfläche (35) an einem federelastisch bewegbar am Ventilglied (4) aufgehängten Prallelement (56) vorgesehen ist.Microvalve according to claim 14, characterized in that the baffle surface ( 35 ) on a resiliently movable on the valve member ( 4 ) suspended impact element ( 56 ) is provided. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (4) einen Trägerab schnitt (17) aufweist, der einstückig mit zur federnden gehäuseseitigen Aufhängung dienenden federelastischen Aufhängungsarmen (32) verbunden ist und an dem die bewegliche Elektrode (16) des elektrostatischen Antriebes (14) fixiert ist, der unter Zwischenschaltung einer Isolationsschicht (18) die gehäusefeste Elektrode (15) des elektrostatischen Antriebes (14) in Hubrichtung gegenüberliegt.Microvalve according to one of claims 1 to 15, characterized in that the valve member ( 4 ) a Trägerab section ( 17 ), which integral with resilient housing-side suspension serving resilient suspension arms ( 32 ) and to which the movable electrode ( 16 ) of the electrostatic drive ( 14 ) is fixed, with the interposition of an insulating layer ( 18 ) the housing-fixed electrode ( 15 ) of the electrostatic drive ( 14 ) Opposite in the stroke direction. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsspannung (U) des elektrostatischen Antriebes (14) variabel einstellbar ist, um eine veränderliche Vorgabe der das Umschalten in die Schließstellung hervorrufende Strömungs-Stellkraft zu ermöglichen.Microvalve according to one of claims 1 to 16, characterized in that the actuating voltage (U) of the electrostatic drive ( 14 ) Is variably adjustable to allow a variable specification of the switching to the closed position causing flow-actuating force.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4585209A (en) * 1983-10-27 1986-04-29 Harry E. Aine Miniature valve and method of making same
EP0866919B1 (en) * 1995-12-11 2000-11-02 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Microvalve

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