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.