Die
Erfindung betrifft ein Miniatur-Piezo-Biegewandlerelement, insbesondere
ein Miniatur-Ventilsystem zur Steuerung von Fluiden mittels eines
Piezo-Biegewandlerelements mit kurzer Ansprechzeit.The
The invention relates to a miniature piezo bending transducer element, in particular
a miniature valve system for controlling fluids by means of a
Piezo bending transducer element with short response time.
Piezo-Biegewandler
sind Aktuatoren zur Erzeugung einer Stellbewegung in einem nicht-geklemmten
Bereich und sind aus mehreren Materialschichten mit mindestens einer
piezoelektrischen Schicht aufgebaut. Die Schichten weisen insbesondere
in Monomorph-Konfiguration unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten
auf. Bei Temperaturänderungen, aber auch bei betriebsbedingten Gehäuse-Verformungen
oder Alterungsprozessen können Störauslenkungen
sich der nutzbaren Stellbewegung in gleicher Größenordnung überlagern und
somit die Funktion des Aktuators stark beeinträchtigen.Piezoelectric bending transducer
are actuators for generating an actuating movement in a non-clamped
Range and are made of several layers of material with at least one
built up piezoelectric layer. The layers have in particular
in monomorph configuration different thermal expansion coefficients
on. For temperature changes, but also for operational housing deformations
or aging processes can cause disturbances
superimpose the usable positioning movement in the same order and
thus greatly affect the function of the actuator.
US 6,581,638 beschreibt
ein Ventil mit einer zusammenhängenden piezoelektrischen
Biegewandlereinheit, die aus zwei an einer Drehlagerung zusammenhängenden
Biegeelementen mit gemeinsamer Trägerschicht besteht. Die
Biegewandlereinheit weist im Vergelich zu einem einfachen Biegewandler
einen vergrößerten Ventilhub auf. Als weiterer
Vorteil dieser Konfiguration geht aus US 6,581,638 hervor,
dass infolge der Drehlagerung und des gleichartigen Aufbaus der
beiden Biegeelemente eine automatische selbsttätige Lagekorrektur
bei temperaturbedingten Verformungen der Biegeelemente stattfindet.
Im Vergleich zu konventionellen piezoelektrischen Biegeelementen
nachteilig ist allerdings die doppelte Baubreite, was beispielsweise
ungüstig für den Einsatz in Ventilarrays mit geringem Kanalabstand
ist. Nachteilig ist auch die technisch aufwändige Herstellung
der Biegewandlereinheit. US 6,581,638 describes a valve with a continuous piezoelectric bending transducer unit, which consists of two connected to a rotary bearing bending elements with common carrier layer. The Bieoderlereinheit has in comparison to a simple bending transducer on an enlarged valve. Another advantage of this configuration goes out US 6,581,638 shows that due to the pivot bearing and the similar structure of the two bending elements an automatic automatic position correction takes place at temperature-induced deformations of the bending elements. In comparison to conventional piezoelectric bending elements disadvantageous, however, is twice the width, which is, for example, unfavorable for use in valve arrays with a small channel spacing. Another disadvantage is the technically complex production of the bending transducer unit.
Um
langsam auftretende Störbewegungen infolge von Temperaturänderungen,
Alterung oder mechanischen Verspannungs- oder Kriechzustände auszugleichen,
wird in EP 148630 die
Einfügung einer Kraftübertragungseinrichtung in
den Kraftübertragungsweg zwischen dem bewglichen Ende eines
Aktuators und einem Arbeitselement vorgeschlagen, welche eine fast
vollständige Übertragung der Aktorbewegung ermöglicht.
Die Kraftübertragungseinrichtung enthält ein Kraftübertragungselement,
welches dem Aktuator zugeordnet ist, ein Kraftaufnahmeelement, das
dem Arbeitselement zugeordnet ist und eine viskose Flüssigkeit
in einem Spalt zwischen Kraftübertragungselement und Kraftaufnahmeelement,
welche sich bei schnellen Aktuations-Bewegungen hart verhält,
langsam ablaufende Störbewegungen jedoch nicht auf das
Arbeitselement überträgt.In order to compensate for slow disturbing movements due to temperature changes, aging or mechanical stress or creep conditions, is in EP 148630 the insertion of a power transmission device in the power transmission path between the permissible end of an actuator and a working element proposed, which allows an almost complete transmission of the actuator movement. The power transmission device includes a force transmitting member associated with the actuator, a force receiving member associated with the working member and a viscous fluid in a gap between the force transmitting member and the force receiving member, which behaves hard in rapid actuation movements, slow jamming movements but not on the working member transfers.
In EP 148630 wird auch die grundsätzliche Verwendbarkeit
der beschriebenen Kraftübertragungseinrichtung in einem
Ventil mit bimorphem Piezo-Biegewandler genannt. Nach EP 148630 wäre die vorgeschlagene
Kraftübertragungseinrichtung zwischen dem aktuierenden
Ende eines Piezo-Biegewandlers und einem Arbeitselement, beispielsweise einem
Ventil-Verschlußteil, angebracht. Übertragen auf
ein Miniatur-Ventilsystem mit Antriebskräften unterhalb
von 50 mN würde die gesamte Masse der Kraftübertragungseinrichtung
mitgewegt werden, was die Schaltzeiten stark negativ beeinflussen
würde. Auch müßten höchst diffizile
Frtigungs- und Montageschritte vorgenommen werden.In EP 148630 also the basic usability of the described power transmission device is called in a valve with bimorph piezo bending transducer. To EP 148630 the proposed power transmission device would be mounted between the actuating end of a piezo bending transducer and a working element, for example a valve closure part. Transferred to a miniature valve system with drive forces below 50 mN, the entire mass of the power transmission would be moved along, which would greatly adversely affect the switching times. Also would have to be made very difficult Frtigungs- and assembly steps.
Ausgehend
von EP 148630 liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine miniaturisierbare, dabei gleichzeitig
einfach und kostengünstig zu fertigende Arbeitsvorrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 insbesondere zur Verwendung
in einem Fluidventil vorzustellen, welche dazu geeignet ist, reproduzierbare
Stellgewegungen schnell auszuführen, unbeeinflußt
von den o. g. Störeinflüssen. Die Aufgabe wird
erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils des Anspruchs 1 gelöst. Danach enthält die
erfindungsgemäße Arbeitsvorrichtung ein Fluidlager 5 mit
einer ersten Fläche 7, die dem Biegewandlerelement 2 zugeordnet
ist, einer zweiten Fläche 8, die dem Gehäuse 15 zugeordnet ist
und einem fließfähigen Kraftübertragungsmaterial 6 zwischen
den Flächen, zur Übertragung der aus der Stellbewegung 14 resultierenden
Reaktionskräfte oder -momente vom Biegewandlerelement 2 auf
das Gehäuse 15.Starting from EP 148630 The invention has for its object to provide a miniaturizable, while at the same time simple and inexpensive to be manufactured working device according to the preamble of claim 1 in particular for use in a fluid valve, which is adapted to carry out reproducible positioning movements quickly, unaffected by the above-mentioned disturbing influences. The object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1. Thereafter, the working device according to the invention includes a fluid bearing 5 with a first surface 7 that the bending transducer element 2 is assigned, a second surface 8th that the housing 15 is assigned and a flowable power transmission material 6 between the surfaces, to transfer the out of the adjusting movement 14 resulting reaction forces or moments of the bending transducer element 2 on the case 15 ,
Das
Fluidlager ist durch die Fließfähigkeit des Kraftübertragungsmaterials
geeignet, langsame Lage- und Geometrieveränderungen von
Biegewandler und Gehäuse auszugleichen, ohne dass dabei
wesentliche Kräfte zwischen Gehäuse und Biegewandlerelement übertragen
werden. Das Fluidlager bewirkt somit ein Ausgleich von Verformungen
oder Verspannungen des Piezo-Biegewandlers oder sonstiger Teile
infolge von Temperaturveränderungen und Krafteinwirkungen,
Stress, Alterung und Drift. Im Gegensatz zu herkömmlichen
Biegewandlern, bei denen solche Verspannungen oder Störauslenkungen
die Arbeitskennlinie des Aktors verändern, können
sich diese durch Verwendung des Fluidlagers nicht mehr auf den Stellmechanismus
selbst auswirken. Das erfindungsgemäße Fluidlager
erspart weiterhin aufwändige Maßnahmen zur Temperaturkompensationen
und die Notwendigkeit einer präzisen Montage. Durch die
Fluidlagerung können auch größere Gehäuseverformungen
zugelassen werden, die beispielsweise in Druck-beaufschlagten Fluidventilen
auftreten können. Dies ermöglicht eine insgesamt
Platz- und Material-sparende Bauweise, insbesondere auch eine Miniaturisierung.The
Fluid bearing is due to the fluidity of the power transmission material
suitable, slow position and geometry changes of
Balance bending transducer and housing, without doing so
transmit essential forces between the housing and bending transducer element
become. The fluid bearing thus causes a compensation of deformations
or tension of the piezo bending transducer or other parts
as a result of temperature changes and force effects,
Stress, aging and drift. Unlike traditional ones
Bending transducers, where such tension or disturbance distractions
can change the working characteristic of the actuator
these are no longer due to the use of the fluid bearing on the actuating mechanism
impact yourself. The fluid bearing according to the invention
saves costly measures for temperature compensation
and the need for precise assembly. By the
Fluid storage can also cause larger housing deformations
be admitted, for example, in pressure-loaded fluid valves
may occur. This allows a total
Space- and material-saving construction, especially a miniaturization.
Zweckmäßige
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Arbeitsvorrichtung mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Dabei wird von einem flächigen, bevorzugt länglichen
Biegewandlerelement ausgegangen mit mehreren übereinander
angeordneten Materialschichten, von denen mindestens eine Schicht
piezoelektrische Eigenschaften aufweist.Expedient embodiments of the inventions Working device according to the invention with advantageous developments and embodiments of the invention are specified in the further claims. In this case, it is assumed that a flat, preferably elongated bending transducer element with a plurality of superimposed material layers, of which at least one layer has piezoelectric properties.
Zur
besseren Verständlichkeit der Beschreibung der Erfindung
soll im Folgenden angenommen werden, dass das Biegewandlerelement
in horizontaler X-Y Ebene liegt und Stellbewegungen senkrecht aus
der Ebene heraus in Z-Richtung erfolgen.to
better understanding of the description of the invention
will be assumed below that the bending transducer element
lies in the horizontal X-Y plane and positioning movements vertically
take the plane out in Z direction.
Gemäß einer
zweckmäßigen Ausführungsform werden Reaktionskräfte
oder -momente von einer Fläche des Biegewandlerelements über
das fließfähige Kraftüberrtagungsmaterial
auf eine Fläche des Gehäuses übertragen.
In einer besonders bevorzugten Variante ist die Fläche
des Biegewandlerelementes eine Fläche einer Trägerschicht
des Biegewandlerelementes. Durch die Nutzung der Flächen
des Biegewandlerelementes und des Gehäuses unmittelbar
für das Fluidlager kann die Arbeitsvorrichtung sehr einfach
und kostengünstig hergestellt werden. Eine besonders wirkungsvolle
Kraftübertragung ergibt sich in einer weiteren zweckmäßigen
Ausführungsform, in der sich das fließfähige Kraftübertragungsmaterial
in einem Spalt zwischen der Fläche des Biegewandlerelements
und der Fläche des Gehäuses befindet. Schließlich
wird noch eine weitere Ausführungsform vorgeschlagen, bei der
die Fläche des Gehäuses eine Innenfläche
einer offenen oder geschlossenen Kavität ist.According to one
expedient embodiment, reaction forces
or moments of a surface of the bending transducer element over
the flowable Kraftragtungsmaterial
transferred to a surface of the housing.
In a particularly preferred variant, the area
the flexural transducer element is a surface of a carrier layer
the bending transducer element. By using the surfaces
the bending transducer element and the housing directly
For the fluid bearing, the working device can be very simple
and manufactured inexpensively. A particularly effective
Power transmission results in a further appropriate
Embodiment in which the flowable power transmission material
in a gap between the surface of the flexural transducer element
and the surface of the housing is located. After all
Yet another embodiment is proposed in which
the surface of the housing has an inner surface
an open or closed cavity.
Es
wird eine weitere zweckmäßige Ausführungsform
vorgeschlagen, bei der das Biegewandlerelement schwimmend in der
X-Y Ebene gelagert ist. Die laterale Beweglichkeit des Biegewandlerelements
wird dabei durch seitliche Anschläge 11 begrenzt,
welche sich im Gehäuse der Arbeitsvorrichtung befinden.
Das nach dem Oberbegriff vorhandene Drehlager für das Piezoelement
ist in diesem Fall zweckmäßig als einfaches Auflager 9 ausgeführt.It is proposed a further expedient embodiment in which the bending transducer element is floatingly mounted in the XY plane. The lateral mobility of the bending transducer element is characterized by lateral stops 11 limited, which are located in the housing of the working device. The existing according to the preamble rotary bearing for the piezoelectric element is expedient in this case as a simple support 9 executed.
Zweckmäßige
Ausführungsformen enthalten zur Festlegung einer ersten
und/oder zweiten stabilen Referenzposition der Stellbewegung des
Biegewandlerelementes einen ersten und/oder zweiten Referenz-Anschlag
Zref im Gehäuse. Diese können sich sowohl auf
einen nicht angesteuerten, den sogennanten stromlosen Fall als auch
auf einen angesteuerten Fall beziehen. Die Anschläge befinden
sich in einem Bereich im Gehäuse, in dem das Biegewandlerelement
seine Stellbewegung ausführt. In einer ersten bevorzugten
Ausführungsform befindet sich genau ein in Aktuationsrichtung
wirkender Referenzanschlag in Form eines Anschlages für
das Biegewandlerelement im Gehäuse oder in einer Struktur,
die gegenüber dem Gehäuse unbeweglich ist.expedient
Embodiments include establishing a first
and / or second stable reference position of the adjusting movement of
Biewandlerelementes a first and / or second reference stop
Zref in the case. These can affect both
a non-driven, the so-called currentless case as well
refer to a driven case. The stops are located
in an area in the housing in which the bending transducer element
executes its actuating movement. In a first preferred
Embodiment is exactly one in Aktuationsrichtung
acting reference stop in the form of a stop for
the bending transducer element in the housing or in a structure,
which is immovable relative to the housing.
Das
Biegewandlerelement wird in einer bevorzugten Ausführungsform
durch eine geeignete Kraft in einer Referenzposition gehalten. Die
Kraft kann beispielsweise eine mechanische Kraft, eine Druckkraft
oder eine Kraft sein, die aus der Oberflächenspannung eines
fluiden Kraftübertragungsmaterials in Wechselwirkung mit
dem Gehäuse resultiert. Das erfindungsgemäße
Fluidlager stellt dabei sicher, dass das Biegewandlerelement in
dieser Referenzposition unanbhängig von Verformungen, inneren Verspannungen
und Verschiebungen sich in einem reproduzierbaren Ausgangszustand
befindet.The
Bending transducer element is in a preferred embodiment
held by a suitable force in a reference position. The
Force can, for example, a mechanical force, a compressive force
or a force resulting from the surface tension of a
fluid transmission material in interaction with
results in the housing. The invention
Fluid bearing ensures that the bending transducer element in
This reference position is independent of deformation, internal tension
and shifts in a reproducible initial state
located.
Die
Arbeitsvorrichtung ist bevorzugt geeignet für die Verwendung
in einem Ventil, besonders bevorzugt in einem Mikroventil. Dieses
weist ein Veschlußteil, das dem Biegewandlerelement zugeordnet
ist, ein Ventilsitz, der dem Gehäuse zugeordnet ist und einen
Fluiddurchgang, der dem Gehäuse zugeordnet ist, auf. In
einer günstig zu fertigenden Variante wird das Verschlußteil
durch eine Schicht, insbesondere durch die Trägerschicht
des Biegewandlerelementes selbst gebildet.The
Working device is preferably suitable for use
in a valve, more preferably in a microvalve. This
has a Veilußteil associated with the bending transducer element
is a valve seat, which is associated with the housing and a
Fluid passage, which is associated with the housing, on. In
a favorable variant to be produced is the closure part
through a layer, in particular through the carrier layer
the bending transducer element itself formed.
In
einer Ausführung als stromlos-geschlossenes Ventil bildet
der Ventilsitz selbst den Referenz-Anschlag, welcher die Referenzlage
Zref für das Biegewandlerelement definiert. Die Kraft zum
Schließen des Ventils kann beispielsweise aus (a) einer Druckkraft,
welche das Fluid auf das geschlossene Schließelement ausübt,
(b) aus einer mechanischen Andrück-Kraft einer Andrück-Feder,
die auf das Biegewandlerelement wirkt oder (c) aus einer Oberflächenspannungskraft
des fließfähigen Kraftübertragungsmaterials
zusammengesetzt sein.In
an embodiment forms as a normally closed valve
the valve seat itself the reference stop, which is the reference position
Zref defined for the bending transducer element. The power to
Closing the valve may, for example, consist of (a) a compressive force,
which exerts the fluid on the closed closing element,
(b) from a mechanical pressing force of a pressure spring,
acting on the flexural transducer element or (c) from a surface tension force
the flowable power transmission material
be composed.
In
einer stromlos offenen Variante sind in Stellrichtung des Biegewandlerelements
zwei gegenüberliegende Anschläge in ein oder zwei
Gehäuseteilen integriert, die mit dem Stellbereich des
Biegewandlerelements funktionstüchtig korrespondieren, wobei
ein erster Anschlag den Referenzanschlag bildet, mit dem das Piezo
im stromlosen Zustand in Kontakt ist und der zweite Anschlag durch
den Ventilsitz gebildet wird. Bei Ansteuerung des Mikroventils hebt
das Piezo-Biegewandlerelement vom ersten Anschlag ab und verschließt
am Ventilsitz, der den zweiten Anschlag darstellt, den Fluiddurchgang.In
a normally open variant are in the direction of the bending transducer element
two opposite stops in one or two
Housing parts integrated with the adjustment range of
Biewanderlerelements functionally correspond, wherein
a first stop forms the reference stop, with which the piezo
in the de-energized state is in contact and the second stop by
the valve seat is formed. When the microvalve is actuated, it raises
the piezo-bending transducer element from the first stop and closes
at the valve seat, which represents the second stop, the fluid passage.
In
einer bistabilen Variante sind in Stellrichtung des Biegewandlerelements
zwei gegenüberliegende Anschläge in ein oder zwei
Gehäuseteilen integriert, die mit dem Biegewandlerelement
zugeordneten Verschlußteilen funktionstüchtig
korrespondieren, wobei ein erster Anschlag durch einen ersten Ventilsitz,
der einem ersten Fluiddurchgang zugeordnet ist und ein zweiter Anschlag
durch einen zweiten Ventilsitz, der einem zweiten Fluiddurchgang
zugeordnet ist, gebildet wird. In einer bevorzugten Variante basieren
die jeweiligen Kräfte zum Verschließen der Fluiddurchgänge überwiegend
oder ausschließlich auf Druckkräfte, die das zu
schaltende Fluid auf das jeweilige Ventil-Verschlußteil
ausübt. In einer weiter bevorzugten Varinate sind die Verschlußteile Teile
des Biegewandlerelementes, insbesondere der passiven Lage des Biegewandlerelementes
selbst.In a bistable variant, two opposing stops are integrated into one or two housing parts in the direction of the bending transducer element, which functionally correspond to closure elements associated with the flexural transducer element, wherein a first stop is assigned by a first valve seat associated with a first fluid passage and a second stop by a second stop Valve seat, the second fluid passage added orders is formed. In a preferred variant, the respective forces for closing the fluid passages are based predominantly or exclusively on pressure forces which the fluid to be switched exerts on the respective valve closure part. In a further preferred Varinate the closure parts are parts of the bending transducer element, in particular the passive position of the bending transducer element itself.
Zur
Erläuterung der Erfindung sind folgende Zeichnungen beigefügt:to
Explanation of the invention are attached to the following drawings:
1 zeigt
in einer seitlichen Schnittansicht und in einer Ansicht von oben
eine erfindungsgenäße Arbeitsvorrichtung im aktuierten
Zustand. 1 shows in a side sectional view and in a view from above a erfindungsgenäße working device in the actuated state.
2 zeigt
eine zweckmäßige Konfiguration des Kraftübertragungsmaterials
im Spalt eines Fluidlagers. 2 shows a convenient configuration of the power transmission material in the gap of a fluid bearing.
3 zeigt
eine weitere zweckmäßige Konfiguration des Kraftübertragungsmaterials
im Spalt eines Fluidlagers. 3 shows a further expedient configuration of the force transmission material in the gap of a fluid bearing.
4 zeigt
eine bzgl. 1 alternative zweckmäßige
Konfiguration für die Lagerung einer erfindungsgemäßen
Arbeitsvorrichtung. 4 shows a bzgl. 1 alternative expedient configuration for the storage of a working device according to the invention.
5 zeigt
eine zweckmäßige Konfiguration einer erfindungsgemäßen
Arbeitsvorrichtung mit mittig angeordnetem Stell-Bereich. 5 shows a functional configuration of a working device according to the invention with centrally located parking area.
6 zeigt
eine zweckmäßige Ausführungsform für
ein stromlos geschlossenes Fluidventil, insbesondere geeignet als
Pneumatik-Pulsventil, basierend auf einer erfindungsgemäßen
Arbeitsvorrichtung. 6 shows an expedient embodiment of a normally closed fluid valve, in particular suitable as a pneumatic pulse valve, based on a working device according to the invention.
7 zeigt
eine zweckmäßige Ausführungsform für
ein stromlos offenes Pneumatikventil, basierend auf einer erfindungsgemäßen
Arbeitsvorrichtung. 7 shows a useful embodiment of a normally open pneumatic valve, based on a working device according to the invention.
8 zeigt
eine zweckmäßige Ausführungsform für
ein bistabiles Fluidventil, insbesondere geeignet als Pneumatikventil,
basierend auf einer erfindungsgemäßen Arbeitsvorrichtung. 8th shows an expedient embodiment of a bistable fluid valve, in particular suitable as a pneumatic valve, based on a working device according to the invention.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Anhand der Figuren:Detailed description of the invention
Based on the figures:
In 1 ist
das Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Arbeitsvorrichtung 1, welche ein Biegewandlerelement 2 in
einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse 15 enthält,
schematisch in einer seitlichen Schnitt-Darstellung und in einer
Ansicht von oben skizziert. Unter einem Biegewandlerelement soll
im Rahmen dieser Erfindung das zusammenhängende Bauteil
verstanden werden, welches den piezoelektrischen Biegewandler enthält.
Der prinzipielle Aufbau und die Funktion eines piezoelektrischen
Biegewandlers werden hier als bekannt vorausgesetzt. Im Rahmen der
Erfindung bevorzugt eingesetzte monomorph-Biegewandler enthalten
neben der aktiven, piezoelektrischen Schicht 3 eine passive
Träger-Schicht 4 aus einem ausreichend festen,
nicht-piezoelektrischen Material. Die aktive, piezoelektrische Schicht 3 bedeckt
in mehreren bevorzugten Ausführungsformen die Trägerschicht 4 nur
abschnittsweise, die Trägerschicht als Teil des Biegewandlerelements 2 kann
beispielsweise das Verschluß-Element eines Ventils, Montagestrukturen,
Anbauteile oder Strukturen, die ein verrutschen verhindern, enthalten. In 1 ist
eine solche bevorzugte Ausführungsform eines Biegewandler-Elements
dargestellt. Im linken Bereich ist das Biegewandlerelement als Biegewandler,
bestehend aus einer piezoelektrischen Schicht und einer vorzugsweise
metallischen Trägerschicht aufgebaut und ist beweglich
bezüglich der Stellbewegung, weshalb der linke Bereich
als beweglicher Bereich bezeichnet werden kann. Am Beispiel von 1 wird
links am verlängerten Ende der Trägerschicht die
Stellarbeit geleistet. Die Hälfte des Biegewandlerelements
rechts des Auflagers 9 dient der Lagerung desselben durch
das erfindungsgemäße Fluidlager, dieser Bereich
kann als Lager- oder Einspannbereich bezeichnet werden. Das Biegewandlerelement
kann ganz oder teilweise als piezoelektrischer Biegewandler, bestehend
aus mindestens einer piezoelektrischen Schicht, aufgebaut sein.
Im einfachsten Fall ist das Biegewandlerelement vom linken bis zum
rechten Ende als monomorph oder bimorph-Biegewandler aufgebaut.
Bevorzugt ist das Biegewandlerelement im beweglichen Bereich als monomorph
oder bimorph-Biegewandler ausgeführt. Im Bereich des Fluidlagers
besteht das Biegewandlerelement bevorzugt aus nur einer Schicht
des Biegewandlerelements, beispielsweise der Trägerschicht,
welche nicht mit einer piezoelektrischen Schicht belegt ist.In 1 is the embodiment of a working device according to the invention 1 which is a bending transducer element 2 in a single or multi-part housing 15 contains, schematically outlined in a side sectional view and in a view from above. In the context of this invention, a bending transducer element is understood to mean the coherent component which contains the piezoelectric bending transducer. The basic structure and the function of a piezoelectric bending transducer are assumed to be known here. In the context of the invention preferably used monomorphic bending transducers contain in addition to the active, piezoelectric layer 3 a passive carrier layer 4 from a sufficiently strong, non-piezoelectric material. The active, piezoelectric layer 3 covers the carrier layer in several preferred embodiments 4 only in sections, the carrier layer as part of the bending transducer element 2 For example, the shutter member of a valve, mounting structures, attachments, or structures that prevent slippage may be included. In 1 Such a preferred embodiment of a bending transducer element is shown. In the left-hand region, the bending transducer element is constructed as a bending transducer, consisting of a piezoelectric layer and a preferably metallic carrier layer, and is movable with respect to the adjusting movement, which is why the left-hand region can be referred to as a movable region. On the example of 1 is done on the left of the extended end of the carrier layer, the Stellarbeit. Half of the bending transducer element to the right of the support 9 serves the storage of the same by the fluid bearing according to the invention, this area can be referred to as a storage or clamping area. The bending transducer element may be wholly or partially constructed as a piezoelectric bending transducer, consisting of at least one piezoelectric layer. In the simplest case, the bending transducer element is constructed from the left to the right end as a monomorph or bimorph bending transducer. Preferably, the bending transducer element is designed in the movable range as a monomorph or bimorph bending transducer. In the region of the fluid bearing, the bending transducer element preferably consists of only one layer of the bending transducer element, for example the carrier layer, which is not covered with a piezoelectric layer.
Typische
Dicken der Schichten des Biegeaktuators liegen zwischen 0,1 mm und
0,5 mm, in besonderen Fällen bis 1 mm. Der Materialauswahl
für die Träger-Schicht sind prinzipiell keine
Grenzen gesetzt, bevorzugt geeignet sind beispielsweise Metalle wie
Edelstahl, Messing oder Beryllium-Kupfer, Glas, Keramik, einige
Kunststoffe, halbleitende Materialien oder (Karbon-) faserverstärkte
Materialien.typical
Thicknesses of the layers of the bending actuator are between 0.1 mm and
0.5 mm, in special cases up to 1 mm. The material selection
for the carrier layer are in principle no
Limits set, preferably suitable are for example metals such as
Stainless steel, brass or beryllium copper, glass, ceramics, some
Plastics, semiconducting materials or (carbon) fiber reinforced
Materials.
Das
Biegewandlerelement 2 befindet sich an mindestens einer
Stelle, dem Drehlager 9, in mechanischem Kontakt mit dem
Gehäuse 15 oder mit Strukturen, die dem Gehäuse
gegenüber unbeweglich sind. Am Drehlager 9 ist
das Biegewandlerelement 2 um die Y-Achse drehbar gelagert.
In der Konfiguration in 1 befindet sich das Drehlager 9 etwa
in der Mitte des Biegewandlerelements 2. Als Drehlager 9 wird
eine Aufspannung verstanden, die keine Drehmomente um die Y-Achse überträgt.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Drehlagers ist ein
Auflager, welches hauptsächlich Kräfte in positive
Z-Richtung überträgt. In der Ausführung
als Auflager kann das Biegewandlerelement durch einen eigenen Andruckmechanismus
auf das gehäuseseitige Auflager angedrückt werden,
welcher beispielsweise aus einer Metallfeder besteht, die auf das
Biegewandlerelement an der Stelle des Auflagers drückt.
Die drehbare Lagerung des Biegewandlerelementes erfordert weitere Maßnahmen,
damit dessen Lage statisch bestimmt ist: Ein in Z-Richtung wirkender
Referenz-Anschlag 10 ist im Gehäuse dort angebracht,
wo das Biegewandlerelements seine nutzbare Stellbewegung 14 ausführt.
Der Referenzanschlag definiert für einen definierten Ansteuerzustand
eine Referenz-Drehlage des Biegewandlerelements um die Drehachse 9 und gleichzeitig
eine Referenz-Stellposition Zref für die Stell-Tätigkeit 14.
Im Falle eines stromlos geschlossenen Ventils ist es beispielsweise
vorteilhaft, wenn ein Ventilsitz 22 selbst einen solchen
Referenz-Anschlag 10 bildet.The bending transducer element 2 is located at least one place, the pivot bearing 9 , in mechanical contact with the housing 15 or with structures that are immovable to the housing. At the pivot bearing 9 is the bending transducer element 2 rotatably mounted about the Y-axis. In the configuration in 1 is the pivot bearing 9 approximately in the middle of the bending transducer element 2 , As a pivot bearing 9 is understood to mean a clamping that does not transmit torques about the Y-axis. A preferred Embodiment of a pivot bearing is a support which mainly transmits forces in the positive Z direction. In the embodiment as a support, the bending transducer element can be pressed by its own pressure mechanism on the housing-side support, which consists for example of a metal spring which presses on the bending transducer element at the location of the support. The rotatable mounting of the bending transducer element requires further measures, so that its position is determined statically: acting in the Z direction reference stop 10 is mounted in the housing where the bending transducer element its usable adjustment movement 14 performs. The reference stop defines for a defined drive state a reference rotational position of the bending transducer element about the axis of rotation 9 and at the same time a reference position Zref for the actuating action 14 , In the case of a normally closed valve, for example, it is advantageous if a valve seat 22 even such a reference stop 10 forms.
Eine
Arbeitsvorrichtung, die im Wesentlichen zwei definierte Stellzustände
einnimmt, enthält vorzugsweise zwei Referenz-Anschläge,
beispielsweise einen oberen in negative Z-Richtung wirkenden und einen
unteren in positive Z-Richtung wirkenden, welche mit einem stromlosen
und einen bestromten Austeuerzustand korrespondieren.A
Working device, which essentially has two defined actuating states
preferably contains two reference stops,
for example, an upper acting in the negative Z direction and a
lower acting in the positive Z-direction, which with a de-energized
and an energized Austeuerzustand correspond.
In
der Ansicht von oben in 1 wird beispielhaft die Ausführung
einer schwimmenden Lagerung des Biegewandlerelements 2 verdeutlicht.
Seitlich wirkende Anschläge 11 begrenzen die seitliche Beweglichkeit
des Biegewandlerelementes mit ihren senkrechten Flächen.
Statt einer Anordnung der Anschläge seitlich außerhalb
des Biegewandlerelements 2 können seitlich wirkende
Anschläge auch in Öffnungen im Biegewandlerelement
mit definiertem Spiel hineinragen und auf diese Weise eine lockere geometrische
Fixierung in lateraler Richtung sicherstellen.In the view from the top in 1 exemplifies the execution of a floating bearing of the bending transducer element 2 clarified. Side-acting attacks 11 limit the lateral mobility of the bending transducer element with their vertical surfaces. Instead of an arrangement of the stops laterally outside of the bending transducer element 2 lateral stops can also protrude into openings in the bending transducer element with defined play and thus ensure a loose geometric fixation in the lateral direction.
Um
das Biegewandlerelement im Kontakt mit dem Referenz-Anschlag 10 zu
halten, muß durch einen geeigneten Wirkmechanismus eine
Kraft oder ein Moment auf das Biegewandlerelement ausgeübt werden.
Am Beispiel der 1 wird die Kraft durch eine
mechanische Andrückvorrichtung unter Einbeziehung eines
Federelementes 12 aufgebracht, das auf eine Schicht des
Biegewandlerelements drückt. Der Berührungspunkt
befindet sich bevorzugt nahe dem Drehlager, besonders bevorzugt
mit einem Abstand L1 vom Drehlager entfernt, wobei das Verhältnis
von L1 zum Abstand L2 zwischen Referenz-Kontaktpunkt und Drehlager
besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0,02 und 0,3 liegt. Bezogen
auf das Biegewandlerelement befindet sich entweder der Berührungspunkt
des Federelements 12 rückseitig zwischen dem Referenz-Anschlag 10 und
dem Drehlager 9 oder das Drehlager 9 rückseitig
zwischen Referenzanschlag 10 und Berührungspunkt
des Federelements 12 (nicht dargestellt in 1).To the bending transducer element in contact with the reference stop 10 To hold, a force or a moment must be exerted on the bending transducer element by a suitable mechanism of action. The example of 1 the force is generated by a mechanical pressure device including a spring element 12 applied, which presses on a layer of the bending transducer element. The contact point is preferably located near the pivot bearing, particularly preferably at a distance L1 from the pivot bearing, the ratio of L1 to the distance L2 between the reference contact point and pivot bearing being particularly preferably in the range between 0.02 and 0.3. Based on the bending transducer element is either the point of contact of the spring element 12 at the back between the reference stop 10 and the pivot bearing 9 or the pivot bearing 9 backside between reference stop 10 and point of contact of the spring element 12 (not shown in 1 ).
In
einer vorteilhaften Variante dient das Federelement zusätzlich
zur elektrischen Kontaktierung einer ersten Schicht des Biegewandlerelemtes,
insbesondere der piezoelektrischen Schicht. Vorteilhaft kann hier
der Kontaktpunkt zwischen erster Schicht und Federelement zur Herstellung
des elektrischen Kontaktes genutzt werden. Zur Herstellung des für den
Betrieb erforderlichen zweiten elektrischen Kontaktes, insbesondere
eines Massekontaktes an der Unterseite der piezoelektrischen Schicht
ist es vorteilhaft, wenn die Trägerschicht aus elektrisch
leitendem Material, insbesondere aus Metall ist. In einer vorteilhaften
Variante wird eine zweite Schicht des Biegewandlerelements, insbesondere
die Trägerschicht, am Kontaktpunkt mit dem Auflager 9 mit
dem Gehäuse elektrisch kontaktiert. Vorteilhafterweise handelt
sich hierbei um den Massekontakt. Das Federelement 12 liefert
in dieser Konfiguration die Anpresskraft zur Herstellung eines zuverlässigen
elektrischen Kontakts.In an advantageous variant, the spring element additionally serves for electrically contacting a first layer of the bending transducer element, in particular the piezoelectric layer. Advantageously, the contact point between the first layer and the spring element can be used here for producing the electrical contact. To produce the second electrical contact required for operation, in particular a ground contact on the underside of the piezoelectric layer, it is advantageous if the carrier layer is made of electrically conductive material, in particular of metal. In an advantageous variant, a second layer of the bending transducer element, in particular the carrier layer, at the point of contact with the support 9 electrically contacted with the housing. Advantageously, this is the ground contact. The spring element 12 provides in this configuration, the contact force to produce a reliable electrical contact.
Erfindungsgemäß überträgt
ein Fluidlager 5 die aus der Stellbewegung 14 des
Biegewandlerelements resultierenden Reaktionskräfte oder
-momente über ein fließfähiges Kraftübertragungsmaterial 6 auf
das Gehäuse 15. In dem Ausführungsbeispiel
in 1 befindet sich das Fluidlager in einem Bereich des
Biegewandlerelements rechts des Drehlagers 9 und enthält
als Wirkkomponenten einen Spalt zwischen einer Fläche 7,
die dem Biegewandler zugeordnet ist und einer Fläche 8,
die dem Gehäuse 15 zugeordnet ist, in dem sich
zumindest abschnittsweise ein Kraftübertragungsmaterial 6 befindet.
Die Flächen 6 und 7 mit dazwischenliegendem
Spalt sind im Ausführungsbeispiel in 1 parallel
zur XY-Ebene ausgerichtet. Das Kraftübertragungsmaterial 6 ist
so beschaffen, dass es unter Einwirkung langsamer Verschiebungen
oder Verformungen fließfähig ist, d. h. diesen
keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzt. Das Kraftübertragungsmaterial
verhält sich zumindest im Bereich mittlerer und hoher Scherspannungen
mittel- bis hochviskos. Wird beispielsweise eine Kraft auf die Trägerschicht 4 an
der Stelle des Fluidlagers ausgeübt, so findet prinzipiell
eine Verdrängung des Kraftübertragungsmaterials
aus dem Spalt statt. Die hohe Viskosität des Kraftübertragungsmaterials
hindert dieses jedoch daran, schnell auszutreten. Bei schnellen
Bewegungen verhält sich das Kraftübertragungsmaterial
daher weitestgehend steif, sodass das Fluidlager imstande ist, Kräfte
in senkrechter Richtung zum Spalt zu übertragen. Die Kräfte
entsprechen erfindungsgemäß den Reaktions- bzw.
Lagerkräften des Biegewandlerelements bei schnellen Stellbewegungen.
Es sei angemerkt, dass das Ausführungsbeispiel in 1 nur
eine der vielen Ausführungsmöglichkeiten für
die Realisierung eines Fluidlagers für die Lagerung eines
Biegewandlerelements darstellt. In weiteren zweckmäßigen
Ausfühungsformen kann beispielsweise der Spalt parallel zu
einer Ebene entlang der Z-Achse verlaufen. In diesem Fall bildet
sich bei Lagerreaktionen eine Couette-Strömung im Spalt
aus und es wird eine Lagerreaktion parallel zum Spalt übertragen.
In weiteren zweckmäßigen Ausfühungsformen
kann anstelle eines Spalts eine offene oder geschlossene Kavität
im Gehäuse enthalten sein, die zumindest einen Teil des Biegewandlerelements
umgibt und zumindest teilweise mit Kraftübertragungsmaterial
gefüllt ist, siehe auch 3 oder 4.
Vorzugsweise geeignet als Kraftübertragungsmaterial sind
Fluide mittlerer und höherer Viskosität, wie beispielsweise
einige Harze oder Öle, insbesondere Silikonöle,
aber auch feste Materialien, die eine hohe Ralaxationsfähigkeit
und Kriechneigung besitzen.According to the invention, a fluid bearing transmits 5 the from the adjusting movement 14 the bending transducer element resulting reaction forces or moments on a flowable power transmission material 6 on the case 15 , In the embodiment in 1 the fluid bearing is located in a region of the bending transducer element to the right of the rotary bearing 9 and contains as active components a gap between a surface 7 that is associated with the bending transducer and a surface 8th that the housing 15 is assigned, in which at least partially a force transmission material 6 located. The surfaces 6 and 7 with intermediate gap are in the embodiment in 1 aligned parallel to the XY plane. The power transmission material 6 is such that, under the action of slow displacements or deformations, it is flowable, ie it does not present any appreciable resistance to it. The force transmission material behaves at least in the range of medium and high shear stresses medium to high viscosity. For example, a force on the carrier layer 4 exerted at the location of the fluid bearing, so in principle takes place a displacement of the power transmission material from the gap. However, the high viscosity of the power transmission material prevents it from leaking quickly. For fast movements, therefore, the force transmission material behaves as stiff as possible, so that the fluid bearing is able to transmit forces in a direction perpendicular to the gap. According to the invention, the forces correspond to the reaction or bearing forces of the bending transducer element during rapid positioning movements. It should be noted that the embodiment in FIG 1 just one of the many execution options for the realization of a Fluid bearing for the storage of a bending transducer element represents. In further expedient embodiments, for example, the gap may extend parallel to a plane along the Z-axis. In this case, during storage reactions, a Couette flow forms in the gap and a bearing reaction is transferred parallel to the gap. In further expedient embodiments, instead of a gap, an open or closed cavity can be contained in the housing, which surrounds at least part of the bending transducer element and is at least partially filled with force transmission material, see also 3 or 4 , Preferably suitable as a power transmission material are fluids of medium and higher viscosity, such as some resins or oils, especially silicone oils, but also solid materials that have a high Ralaxationsfähigkeit and creep.
Im
Hinblick auf eine einfache Fertigung ist die Ausführung
des Fluidlagers als offener Spalt zwischen einer Fläche
des Biegewandlerelements und einer Fläche des Gehäuses
vorteilhaft. Zumindest in Bereichen des Spaltes befindet sich erfindungsgemäß das
fließfähige Kraftübertragungsmaterial.
Die Wechselwirkungen zwischen dem Kraftübertragungsmaterial
und den benetzten Oberflächen bestimmen die Lage und das
Verhalten des Fluidlagers im Spalt. In der Konfiguration nach 2A bildet das Kraftübertragungsmaterial
und beide angrenzenden Flächen einen Kontaktwinkel α von > 90°, d. h.
das Kraftübertragungsmaterial ist bestrebt, sich zusammenzuziehen.
Der Innendruck in der Flüssigkeit übersteigt dadurch
den Außendruck und das Kraftüberragungsmaterial übt
eine resultierende Kraft nach oben auf das Biegewandlerelement aus.
Wird das Biegewandlerelement beispielsweise durch die Kraft eines
ausreichend steifen Federelements 12 auf das Auflager 9 gedrückt,
so resultiert eine Andrückkraft des Biegewandlerelements
auf den Anschlag 10 infolge einer Oberflächenspannungskraft
des Kraftübertragungsmaterials. Ein Kontaktwinkel von α > 90° kann
beispielsweise nachträglich durch Hydrophobierung, z. B.
durch Teflonbeschichtung oder durch Aufbringen von Nanoschichten
eingestellt werden. Eine hydrophobe Auslegung insbesondere des Grenzflächenkontaktes
des Gehäuses zum Kraftübertragungsmaterial verhindert
weiterhin das Ausfließen des Kraftübertragungsmaterials
aus dem Spalt oder das Zusammenfließen der Kraftübertragungsfluide
benachbarter Kanäle im Fall einer Array-Anordnung erfindungsgemäßer
Arbeitsvorrichtungen. Eine vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen
Arbeitsvrorrichtung enthält somit ein Fluidlager, welches
Reaktionskräfte oder -momente von einer Fläche
des Biegewandlerelements über das fließfähige Kraftüberrtagungsmaterial
auf eine Fläche des Gehäuses überträgt,
wobei zumindest abschnittsweise der Benetzungswinkel zwischen Gehäuse
und Kraftübertragungsmaterial α > 90° beträgt.
Eine weitere vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen
Arbeitsvorrichtung enthält strukturierte Bereiche im Gehäuse,
bei denen der Benetzungswinkel zwischen Gehäuse und Kraftübertragungsmaterial > 90° beträgt und
dazu benachbarte Bereiche, bei denen der Benetzungswinkel zwischen
Gehäuse und Kraftübertragungsmaterial α < 90°. Eine
dritte vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen
Arbeitsvorrichtung enthält Bereiche im Bereich des Fluidlagers,
bei denen der Benetzungswinkel zwischen Gehäuse und Kraftübertragungsmaterial > 90° beträgt
und der Benetzungswinkel α zwischen einer an das Kraftübertragungsmaterial
angrenzenden Fläche des Beigewandlerelements und Kraftübertragungsmaterial < 90° beträgt. Eine
vierte vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen
Arbeitsvorrichtung enthält Bereiche des Biegewandlerelementes
im Bereich des Fluidlagers, bei denen der Benetzungswinkel zwischen
Gehäuse und Kraftübertragungsmaterial α < 90° beträgt,
und Bereiche des Biegewandlerelements in Richtung des Bereichs der
Stellbewegung, die einen Benetzungswinkel von > 90° mit dem Kraftübertragungsmaterial
ausbilden, so, dass das Kraftübertragungsmaterial an der
Grenze zwischen den Bereichen unterschiedlicher Benetzungswinkel
daran gehindert wird, vom Bereich des Fluidlagers zum Bereich des
Biegewandlerelementes, der die Stellbewegung ausführt, zu
gelangen. Eine fünfte vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen
Arbeitsvorrichtung enthält Bereiche des Gehäuses
im Bereich des Fluidlagers, in denen der Benetzungswinkel zwischen
Gehäuse und Kraftübertragungsmaterial α < 90° beträgt,
und in Richtung des Bereichs des Biegewandlerelementes, der die
Stellbewegung ausführt Bereiche im Gehäuse, die
einen Benetzungswinkel von α > 90° mit dem Kraftübertragungsmaterial
ausbilden, so, dass Kraftübertragungsmaterial an der Grenze
zwischen den Bereichen unterschiedlicher Benetzungswinkel daran
gehindert wird, vom Bereich des Fluidlagers im Gehäuse
zum Bereich der Stellbewegung des Biegewandlerelementes im Gehäuse
zu gelangen. In eine sechsten vorteilhaften Variante ist das Biegewandlerelement
so beschaffen oder so behandelt, dass der Benetzungswinkel zwischen
Kraftübertragungsmaterial und Biegewandlerelement im Wesentlichen > 90° beträgt.
In eine siebten vorteilhaften Variante ist die Trägerschicht
des Biegewandlerelementes so beschaffen oder so behandelt, dass
der Benetzungswinkel zwischen Kraftübertragungsmaterial
und der Trägerschicht des Biegewandlerelementes im Wesentlichen α > 90° beträgt.With a view to simple production, the design of the fluid bearing as an open gap between a surface of the bending transducer element and a surface of the housing is advantageous. At least in areas of the gap according to the invention is the flowable power transmission material. The interactions between the transmission material and the wetted surfaces determine the location and behavior of the fluid bearing in the gap. In the configuration after 2A The force transmission material and both adjacent surfaces forms a contact angle α of> 90 °, ie the force transmission material tends to contract. The internal pressure in the liquid thereby exceeds the external pressure and the force-transmitting material exerts a resultant force upward on the bending transducer element. If the bending transducer element, for example, by the force of a sufficiently rigid spring element 12 on the support 9 pressed, a pressing force of the bending transducer element results on the stop 10 due to a surface tension force of the power transmission material. A contact angle of α> 90 °, for example, subsequently by hydrophobing, z. B. be adjusted by Teflon coating or by applying nanolayers. A hydrophobic design in particular of the interface contact of the housing to the power transmission material further prevents the flow of power transmission material from the gap or the confluence of the power transmission fluids adjacent channels in the case of an array arrangement of working devices according to the invention. An advantageous variant of the working direction according to the invention thus comprises a fluid bearing which transmits reaction forces or moments from a surface of the bending transducer element via the flowable Kraftüberrtagungsmaterial on a surface of the housing, wherein at least partially the wetting angle between the housing and force transmission material is α> 90 °. A further advantageous variant of the working device according to the invention contains structured regions in the housing, in which the wetting angle between the housing and the force transmission material is> 90 ° and adjacent regions in which the wetting angle between the housing and the force transmission material α <90 °. A third advantageous variant of the working device according to the invention includes areas in the region of the fluid bearing in which the wetting angle between housing and force transmission material is> 90 ° and the wetting angle α between an adjacent to the force transmission material surface of the Beigewandlerelements and force transmission material <90 °. A fourth advantageous variant of the working device according to the invention comprises areas of the bending transducer element in the region of the fluid bearing, in which the wetting angle between the housing and the force transmission material is α <90 °, and areas of the bending transducer element in the direction of the range of the adjusting movement, a wetting angle of> 90 ° with the Forming power transmission material, so that the force transmission material is prevented at the boundary between the areas of different wetting angle from the area of the fluid bearing to the area of the bending transducer element, which performs the adjusting movement to arrive. A fifth advantageous variant of the working device according to the invention includes areas of the housing in the region of the fluid bearing, in which the wetting angle between the housing and the force transmission material α <90 °, and in the direction of the region of the bending transducer element, which performs the adjusting regions in the housing, the wetting angle of α> 90 ° with the power transmission material, so that force transmission material is prevented at the boundary between the areas of different wetting angle from reaching from the region of the fluid bearing in the housing to the region of the adjusting movement of the bending transducer element in the housing. In a sixth advantageous variant, the bending transducer element is designed or treated in such a way that the wetting angle between the force transmission material and the bending transducer element is substantially> 90 °. In a seventh advantageous variant, the carrier layer of the bending transducer element is designed or treated so that the wetting angle between the force transmission material and the carrier layer of the bending transducer element is substantially α> 90 °.
In 2 ist
eine vorteilhafte Variante dargestellt, in der der Benetzungswinkel
zwischen Kraftübertragungsmaterial und der Trägerschicht
des Biegewandlerelementes und zwischen Kraftübertragungsmaterial
und Gehäuse α > 90° beträgt.
In dieser Konfiguration produziert das Fluidlager eine nach oben
gerichtete Kraft.In 2 an advantageous variant is shown, in which the wetting angle between the force transmission material and the carrier layer of the bending transducer element and between the force transmission material and housing α> 90 °. In this configuration, the fluid bearing produces an upward force.
In 3 ist
eine vorteilhafte Variante dargestellt, in der der Benetzungswinkel
zwischen Kraftübertragungsmaterial und der Trägerschicht
des Biegewandlerelementes α < 90° beträgt und
zwischen Kraftübertragungsmaterial und Gehäuse α > 90° beträgt.
Diese Konfiguration sichert eine definierte Lage und Verteilung
des Kraftübertragungsmaterials bezüglich des Biegewandlerelementes
und verhindert gleichzeitig laterales Fließen des Kraftübertragungsmaterials
im Gehäuse. In einer Abwandlung der Variante nach 3 befindet
sich im Bereich des Fluidlagers unterhalb des Biegewandlerelements
ein begrenzter Bereich im Gehäuse, bei dem der Benetzungswinkel
zwischen Kraftübertragungsmaterial und der Trägerschicht
des Biegewandlerelementes α < 90° beträgt.In 3 an advantageous variant is shown, in which the wetting angle between the force transmission material and the carrier layer of the bending transducer element is α <90 ° and α between the force transmission material and housing> 90 °. This configuration ensures a defined position and distribution of the force transmission material relative to the bending transducer element and at the same time prevents lateral flow of the force transmission material in the housing. In a modification of the variant 3 is located in the region of the fluid bearing below the bending transducer element, a limited area in the housing, in which the wetting angle between the power transmission material and the carrier layer of the bending transducer element is α <90 °.
In
einer vorteilhaften Variante wird die Fläche, die dem Gehäuse
zugeordnet ist, zumindest abschnittsweise derart modifiziert, dass
der Benetzungswinkel zwischen der Fläche 8, die
dem Gehäuse zugeordnet ist und dem fließfähigen
Kraftübertragungsmaterial > 90° beträgt. Die Modifikation
kann dabei durch die Diffunsion eines Stoffes in das Material des
Gehäuses, durch eine auf der Oberfläche aufgetragene
Beschichtung oder eine gezielte Änderung der Oberflächenstruktur
mit definierten Rauhigkeitsprofilen erfolgen. Als Beschichtung kommen
beispielsweise Fluor-Polymer-Schichten wie PTFE-, PFA-, FEP- oder
PVDF-Schichten in Betracht. In Verbindung mit beispielsweise einer
PTFE Beschichtung kann beispielsweise auch das sonst sehr gut benetzende
Silikonöl als Kraftübertragungsmaterial verwendet
werden.In an advantageous variant, the surface which is assigned to the housing is at least partially modified in such a way that the wetting angle between the surface 8th , which is assigned to the housing and the flowable power transmission material is> 90 °. The modification can be effected by the diffusion of a substance into the material of the housing, by a coating applied to the surface or a specific change of the surface structure with defined roughness profiles. As a coating, for example, fluorine polymer layers such as PTFE, PFA, FEP or PVDF layers are considered. In conjunction with, for example, a PTFE coating, for example, the otherwise very well-wetting silicone oil can be used as a power transmission material.
In
einer weiteren vorteilhaften Variante ist die Fläche 8 des
Fluidlagers, die dem Gehäuse zugeordnet ist trägt,
lateral scharfkantig begrenzt derart, dass ein Übertreten
von Kraftübertragungsmaterial über die Kante unterbunden
wird. Eine derartige Kante kann beispielsweise durch eine ausreichend
breite Rechteck-Nut im Gehäuse um den Bereich des Fluidlagers 5 herum
ausgeführt werden. Da in diesem Breispiel die Innenkante
einen Winkel von 270° aufweist, wird ein Übertreten
von Kraftübertragungsmaterial auch dann verhindert, wenn
der Benetzungswinkel zwischen diesem und der dem Gehäuse
zugeordneten Fläche 8 kleiner als 90° beträgt.In a further advantageous variant, the surface 8th the fluid bearing, which is assigned to the housing carries, laterally sharp-edged limited such that a violation of force transmission material is prevented over the edge. Such an edge can, for example, by a sufficiently wide rectangular groove in the housing to the region of the fluid bearing 5 to be performed around. Since in this Breispiel example, the inner edge has an angle of 270 °, a violation of power transmission material is also prevented when the wetting angle between this and the housing associated surface 8th is less than 90 °.
Treten
langsame Störbewegungen auf, so ändert sich der
Spaltabstand und das Kraftübertragungsmaterial wird innerhalb
des Spaltes verdrängt. Bei einer Ausgleichsbewegung, die
eine Verringerung des Spaltabstandes zur Folge hat, muß ein
Auffang-Volumen zur Verfügung stehen, das das verdrängte
Fluid puffern, also aufnehmen und wieder abgeben kann. Umgekehrt
muß in einem Puffer zusätzliches Kraftübertragungsmaterial
zur Verfügung stehen für den Fall, dass sich der
Spalt vergrößert. In einer ersten Variante, in
der das Kraftübertragungsmaterial nur einen Teil des Spaltes
füllt, kann das Volumen des verbleibenden Spaltes dazu
dienen, verdrängtes Kraftübertragungsmaterial
zu puffern. In einer weiteren Variante kann im Bereich des Fluidlagers
im Biegewandlerelement und/oder im Gehäuse eine zumindest
einseitig offene Kavität vorgesehen sein, welche der Pufferung
des Kraftübertragungsmaterials dient. In einer dritten
Variante ist der Spalt des Fluidlagers im Wesentlichen gefüllt
mit Kraftübertragungsmaterial und die zum Gehäuse
gehörige Fläche des Fluidlagers ist seitlich weiter
ausgedeht als die korrespondierende Fläche des Biegewandlerelementes.
In dieser Variante kann sich überschüssiges Kraftübertragungsmaterial
seitlich entlang des Randes der Fläche des Biegewandlerelementes sammeln
und bei einer inversen Ausgleichsbewegung wieder in den Spalt zurück
gelangen.To step
slow disturbing movements, it changes
Gap distance and the power transmission material is within
displaced the gap. In a compensation movement, the
A reduction in the gap distance has the consequence, must
Retrieval volumes are available that displaced the
Buffer fluid, so absorb and release. Vice versa
must in a buffer additional power transmission material
be available in the event that the
Gap enlarged. In a first variant, in
the power transmission material only a part of the gap
fills, the volume of the remaining gap can do so
serve, displaced power transmission material
to buffer. In a further variant, in the region of the fluid bearing
in the bending transducer element and / or in the housing one at least
be provided on one side open cavity, which is the buffering
the power transmission material is used. In a third
Variant, the gap of the fluid bearing is substantially filled
with power transmission material and the housing
associated surface of the fluid bearing is laterally further
expands as the corresponding surface of the bending transducer element.
In this variant, excess power transmission material can
collect laterally along the edge of the surface of the flexural transducer element
and in an inverse compensatory movement back into the gap
reach.
In 1 wurde
eine erfindungsgemäße Ausführungsform
gezeigt, bei der sich das Auflager 9 zwischen dem Referenz-Anschlag 10 im
Bereich der Stellbewegung und dem Fluidlager 5 befindet.
Letzteres erzeugt als Lagerreaktion das Gegenmoment bei schnellen
Aktorbewegungen zu den Stellkräften. Eine weitere Variante
ist in 4 dargestellt. In dieser Variante befindet sich
das Fluidlager 5 zwischen einem Referenz-Anschlag 10 links
im Bereich der Stellbewegung und einem Auflager 9 rechts.
Das Fluidlager 5 befindet sich im rechten Bereich nahe
des Auflagers 9, sodass sich der rechte Bereich des Biegewandlerelementes
für schnelle Stellbewegungen näherungsweise wie
eine feste Einspannung verhält. Ein Federelement 12 drückt
nahe dem rechten Auflager 9 auf das Biegewandlerelement
und stellt auf diese Weise den Kontakt mit dem Auflager 9 und
den Anschlag 10 sicher. 5 zeigt
eine Ausführungsform, bei der das Biegewandlerelement in
einem mittleren Bereich seine Stellbewegung 14 ausführt.
In diesem Bereich findet sich auch ein Referenzanschlag 10.
Das Dreh- bzw. Auflager befindet sich am linken Ende des Biegewandlerelementes.
Die Andruckkraft zur Herstellung der Ausgangslage wird wieder durch
ein Federelement 12 in der Nähe des Auflagers 9 auf
das Biegewandlerelement ausgeübt. Das Fluidlager befindet
sich im Bereich des rechten Endes des Biegewandlerelementes und
bewirkt, dass sich dieses für dynamische Stellbewegungen des
Biegewandlerelements wie ein festes Lager verhält.In 1 an embodiment of the invention has been shown in which the support 9 between the reference stop 10 in the area of the adjusting movement and the fluid bearing 5 located. The latter generates as a bearing reaction, the counter-torque in rapid actuator movements to the restoring forces. Another variant is in 4 shown. In this variant is the fluid bearing 5 between a reference stop 10 left in the area of the positioning movement and a support 9 right. The fluid bearing 5 is located in the right area near the support 9 so that the right-hand portion of the flexural transducer element behaves approximately like a fixed restraint for fast positioning movements. A spring element 12 presses near the right support 9 on the bending transducer element and in this way makes contact with the support 9 and the stop 10 for sure. 5 shows an embodiment in which the bending transducer element in a central region its adjusting movement 14 performs. There is also a reference stop in this area 10 , The rotary or support is located at the left end of the bending transducer element. The pressure force for producing the initial position is again by a spring element 12 near the support 9 exerted on the bending transducer element. The fluid bearing is located in the region of the right end of the bending transducer element and causes it to behave like a fixed bearing for dynamic actuating movements of the bending transducer element.
Aufgrund
der Fähigkeit der erfindungsgemäßen Arbeitsvorrichtung,
zum einen äußere Störeinflüsse
zu kompensieren und zum anderen eine exakt definierte Referenzposition
des Biegewandlerelements ohne eine Feinjustage eines Aktuatorelementes
sicherzustellen, ist die erfindungsgemäße Arbeitsvorrichtung
bevorzugt für die Realisierung eines Mikroventils oder
Mikroventil-Arrays, besonders bevorzugt für die Realisierung
eines Mikro-Pneumatikventils oder Mikro-Pneumatik-Ventilarrays geeignet. Diese
sind beispielsweise anwendbar als Pilot- oder Steuerventil für
pneumatisch getriebene Anwendungen wie beispielsweise pneumatische
Aktuatoren oder Aktuator-Arrays, pneumatisch gesteuerte Hydraulik-Anwendungen,
Array-Luft-Steurungen, industrielle Sortiereinrichtungen und vieles
mehr. Ein Mikroventil wird dadurch realisiert, dass das Biegewandlerelement 2 den
Veschlußteil 21 eines Ventils 20 trägt,
welches hinsichtlich eines Ventilsitzes 22 funktionsfähig
derart angeordnet ist, dass bei elektrischer Betätigung
des Biegewandlerelements 2 ein Fluiddurchgang 23 verändert,
insbesondere geöffnet und geschlossen wird. Das Verschlußteil 21 kann
ein separat gefertigtes Anbauteil sein, beispielsweise eine Dichtung,
die im Berich der Stellbewegung des Biegewandlerelements mit diesem
verbunden ist oder es kann ein Teil einer Schicht des Biegewandlerelementes
selbst, bevorzugt der Trägerschicht sein. Erfindungsgemäße
Pneumatikventile sind bevorzugt als Steuerventile oder Pilotventile
oder Schaltventil- oder Pilotventil-Arrays mit sehr kurzen Schaltzeiten und
hohen Schaltfrequnzen einsetzbar.Due to the ability of the working device according to the invention, on the one hand to compensate for external interference and on the other to ensure a precisely defined reference position of the bending transducer element without a Feinjustage an actuator, the working device according to the invention is preferred for the realization of a microvalve or micro-valve array, particularly preferably for the realization of Micro-pneumatic valve or micro-pneumatic Ventilarrays suitable. These are applicable, for example, as a pilot or control valve for pneumatically driven applications such as pneumatic actuators or actuator arrays, pneumatically controlled hydraulic applications, array air controls, industrial sorters, and more. A microvalve is realized in that the bending transducer element 2 the final part 21 a valve 20 which regards a valve seat 22 is operatively arranged such that upon electrical actuation of the bending transducer element 2 a fluid passage 23 changed, in particular, opened and closed. The closure part 21 may be a separately manufactured attachment, for example, a seal which is connected in the Berich the adjusting movement of the bending transducer element with this or it may be part of a layer of the bending transducer element itself, preferably the carrier layer. Pneumatic valves according to the invention are preferably used as control valves or pilot valves or switching valve or pilot valve arrays with very short switching times and high switching frequencies.
6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes
Mikro-Pneumatikventil in stromlosgeschlossener Ausführung,
geeignet als Pulsventil. Das Biegewandlerelement 2 befindet
sich in einer geschlossenen Kavität, welche über
einen Fluideinlaß 24 mit einer Druckquelle verbunden
ist. Im Bereich der Stellbewegung 14 des Biegewandlerelements 2 befindet
sich ein Ventil 20 mit einem Fluiddurchgang 23,
der durch den Teil der Trägertschicht 4, der das
Verschlußteil 21 bildet, im stromlosen Zustand
verschlossen wird. Der Ventilsitz 22 dient gleichzeitig
als Anschlag 10 und stellt auf diese Weise eine exakte
Referenzposition Zref für das Biegewandlerelement her.
Die Verschlußkraft wird zum einen durch das Federelement 12 und
zum anderen durch die Druckdifferenz über dem Ventil aufgebracht.
Das Federelement, welches gleichzeitig zur elektrischen Kontaktierung
der piezoelektrischen Schicht 3 dient, ist unter Verwendung
einer isolierten Durchführung 25 im Gehäuse
befestigt. Wird das Mikro-Pneumatikventil nach 6 stationär
angesteuert, so hebt das Biegewandlerelement nach dem Einschalten
zuerst schnell vom Ventilsitz ab, da sich das Fluidlager 5 bei
dynamischer Beanspruchung hart verhält. Im stationär
angesteuerten Zustand tragen sodann die Federkraft des Federelements 12 als auch
der Differenzdurck über das Ventil dazu bei, dass das ausgelengte
Biegewandlerelement sich insgesamt um das Auflager herum verkippt
und schließlich den Ventildurchgang verschließt.
Aus diesem Grunde ist das Ventil nach 1 nur für
kurze Öffnungszeiten, also im Pulsbetrieb verwendbar. 6 shows an embodiment of an inventive micro-pneumatic valve in normally closed version, suitable as a pulse valve. The bending transducer element 2 is located in a closed cavity, which via a fluid inlet 24 connected to a pressure source. In the area of the positioning movement 14 the bending transducer element 2 there is a valve 20 with a fluid passage 23 passing through the part of the carrier layer 4 , the closure part 21 forms, is closed in the de-energized state. The valve seat 22 serves as a stop at the same time 10 and thus establishes an exact reference position Zref for the flexural transducer element. The closure force is on the one hand by the spring element 12 and applied to the other by the pressure difference across the valve. The spring element, which simultaneously for electrical contacting of the piezoelectric layer 3 is, is using an isolated execution 25 fastened in the housing. Will the micro-pneumatic valve after 6 actuated stationary, so the bending transducer element after switching first lifts off quickly from the valve seat, as the fluid bearing 5 behaves hard under dynamic load. In stationary driven state then carry the spring force of the spring element 12 as well as the difference over the valve to the fact that the ausgelegte bending transducer element tilts all around the support around and finally closes the valve passage. For this reason, the valve is after 1 only for short opening times, thus usable in pulse mode.
7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes
stromlos-offenes Mikro-Pneumatikventil. Im Bereich der Stellbewegung 14 des Biegewandlerelements 2 befindet
sich im Grundzustand durch die Wirkung des Federelements 12 das Biegewandlerelement 2 in
Kontakt mit dem Anschlag 10 im oberen Gehäuseteil.
An gegenüberliegender Stelle, im unteren Gehäuseteil,
sind die Komponenten eines Ventils 20 in der Ausführung
wie in 6 angeordnet. Der Anschlag 10 ist derart
im Gehäuse angeordnet, dass sich in der stromlosen Ausgangsposition
Zref ein definierter Ventilspalt zwischen Verschlußfläche 21 des
Biegewandlerelementes und Ventilsitz 22 befindet. Die Ansteuerung
des Ventils bewirkt, dass der Fluiddurchgang 23 des Ventils 20 durch
die Trägerschicht des Biegewandlerelements verschlossen
wird. Hierfür ist der Verschlußteil der Trägerschicht
geometrisch so im Hinblick auf den Ventilsitz 22 gestaltet,
dass das Ventil schließt. Die Schließkraft für
das Ventil nach 3 wird im dynamischen Fall durch
die Aktorkraft des Biegewandlerelements im ausgelenkten Zustand,
abstützt durch das Fluidlager, geliefert. Im stationären
Fall ist ein stationär geschlossener Zustand nur dann möglich, wenn
die Schließkraft infolge des Differenzdrucks über
dem geschlossenen Ventil größer ist als die Kraft,
die das Federelement in umgekehrter Richtung am Ventilsitz generiert.
In einer bevorzugten Ausführung entspricht zusätzlich
die Höhe des Ventilspaltes dem stationären Wert
des Arbeitshubs des Biegewandlerelements. Dadurch wird gewährleistet,
dass sowohl im Pulsbetrieb als auch im stationären Betrieb keine
Ausgleichsbewegung des Biegewandlerelementes in Relation zum Drehlager 9 zwischen
dem offenen und geschlossenen Zustand des Ventils stattfindet. 7 shows an embodiment of an inventive electroless-open micro-pneumatic valve. In the area of the positioning movement 14 the bending transducer element 2 is in the ground state by the action of the spring element 12 the bending transducer element 2 in contact with the stop 10 in the upper housing part. At the opposite place, in the lower housing part, are the components of a valve 20 in the execution as in 6 arranged. The stop 10 is arranged in the housing such that in the currentless starting position Zref a defined valve gap between the closure surface 21 the bending transducer element and valve seat 22 located. The activation of the valve causes the fluid passage 23 of the valve 20 is closed by the carrier layer of the bending transducer element. For this purpose, the closure part of the carrier layer is geometrically so with respect to the valve seat 22 designed to close the valve. The closing force for the valve after 3 is supplied in the dynamic case by the actuator force of the bending transducer element in the deflected state, supported by the fluid bearing. In the stationary case, a stationary closed state is only possible if the closing force due to the differential pressure across the closed valve is greater than the force that generates the spring element in the reverse direction of the valve seat. In a preferred embodiment, the height of the valve gap additionally corresponds to the stationary value of the working stroke of the bending transducer element. This ensures that both in pulse mode and in stationary operation no compensating movement of the bending transducer element in relation to the pivot bearing 9 takes place between the open and closed state of the valve.
Das
in 8 gezeigte Ausführungsbeispiel betrifft
ein Pneumatikventil, das einen Fluideingang 24 besitzt,
der sich alternativ auf zwei Fluidausgänge 23a und 23b durchschalten
läßt. Das Pneumatikventil enthält je
Fluidausgang je ein Ventil 20a und 20b, die durch
das Biegewandlerelement betätigt werden. Dieses besitzt
hierfür auf den beiden den Ventilsitzen zugewandten Seiten
Verschlußteile 21, welche im Beispiel von 8 lediglich
durch die obere und untere Fläche der Trägerschicht
in einem vorstehenden Teil repräsentiert sind. Anhand von 8 soll
beispielhaft gezeigt werden, dass das Fluidlager 5 auch als
gekapseltes Lager ausgeführt werden kann: Ein Gehäuseteil
aus zwei Gehäusehälften 25 umgibt an der
Stelle des Fluidlagers den dem Biegewandlerelement zugeordneten
Teil des Fluidlagers. An der Stelle des Drehlagers 9 dichtet
eine elastische Dichtung 26 das im Fluidlager 5 enthaltene
Kraftübertragungsmaterial hermetisch ab. Die Ventilsitze 22a und 22b definieren
die zwei Referenz-Positionen für die Stellbewegung des
Biegewandlerelements. In diesen Positionen wird das Biegewandlerelement
hauptsächlich durch die Wirkung der Druckkräfte
des Druckmediums auf die jeweiligen Ventilsitze gepresst. Ein Federelement 12,
das gleichzeitig der Kontaktierung der Piezoschicht dient, ist so
ausgelegt, dass es gerade eine ausreichend große Kraft
auf das Biegewandlerelement ausübt, um das Biegewandlerelement
in eine vordefinierte Anfangsposition zu halten: In einem nicht
stromlosen Anfangs-Zustand befinde sich das Biegewandlerelement 2 in
Kontakt mit Ventilsitz 22a. Hauptsächlich der
Fluiddruck verschließt dabei das Ventil 20a. Durch
Ansteuerung des Piezoelementes verbiegt sich der linke, freie Teil
des Biegewandlerelementes in Richtung des Ventilsitzes 22b und
verschließt so den Fluiddurchgang 23b des Ventils 20b mit
Unterstützung des Fluiddrucks. Damit das Biegewandlerelement
zwischen den beiden Stell-Positionen schalten kann, muß die
Stellkraft des Biegewandlerelementes die Schliesskraft durch das Fluid übersteigen.
Ist das Biegewandlerelement weiterhin so ausgelegt, dass seine unbelastete
Vollauslenkung Zmax näherungsweise dem Spaltabstand eines
geöffneten Ventils entspricht, dann ändert sich auch
im angesteuerten Zustand die Lage des im Fluidlager befindlichen
Teils des Biegewandlerelements nicht in einer Weise, dass zeitliche
Veränderungen des Ventilverhaltens infolge einer beliebigen
Ansteuer-Sequenz auftreten können. Gleiches trifft ebenfalls
zu für das Ausführungsbeispiel nach 7.This in 8th embodiment shown relates to a pneumatic valve, the fluid input 24 which alternatively has two fluid outlets 23a and 23b let through. The pneumatic valve contains one fluid outlet per valve 20a and 20b which are actuated by the bending transducer element. This has for this purpose on the two sides facing the valve seats closure parts 21 , which in the example of 8th are represented only by the upper and lower surfaces of the carrier layer in a protruding part. Based on 8th will be shown by way of example that the fluid bearing 5 Also can be executed as encapsulated bearing: A housing part of two housing halves 25 surrounds the part of the fluid bearing associated with the bending transducer element at the location of the fluid bearing. In the place of the pivot bearing 9 seals an elastic seal 26 that in the fluid bearing 5 hermetically contained power transmission material. The valve seats 22a and 22b define the two reference positions for the actuating movement of the bending transducer element. In these positions, the bending transducer element is pressed mainly by the action of the pressure forces of the pressure medium on the respective valve seats. A spring element 12 , which simultaneously serves to contact the piezoelectric layer, is designed so that there is just enough force to bend transducer element in order to keep the bending transducer element in a predefined initial position: In a non-energized initial state, the bending transducer element is located 2 in contact with valve seat 22a , Mainly the fluid pressure closes the valve 20a , By driving the piezoelectric element, the left, free part of the bending transducer element bends in the direction of the valve seat 22b and thus closes the fluid passage 23b of the valve 20b with support of fluid pressure. Thus, the bending transducer element can switch between the two actuating positions, the force of the bending transducer element must exceed the closing force by the fluid. If the bending transducer element continues to be designed such that its unloaded full deflection Zmax approximately corresponds to the gap distance of an open valve, then the position of the part of the bending transducer element located in the fluid bearing does not change in a controlled manner in such a way that changes in the valve behavior as a result of any activation Sequence can occur. The same applies to the embodiment 7 ,
Als
Beispiel für die breite Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen
Arbeitsvorrichtung, insbesondere des erfindungsgemäßen
Mikroventils, ist in 9 ein Pneumatikventil
skizziertwelches ein erfindungsgemäßes Mikroventil
als Pilotventil enthält. Das erfindnungsgemäße
Mikroventil dient hier zum Steuern eines pneumatisch gesteuerten
Haupt-Membranventils 30, welches einen vergleichsweise
sehr viel höheren Durchsatz als das Pilotventil aufweist.
Das Membranventil 30 enthält einen Einlaß 37 und
einen Ringkanal 33 im Zulauf und wird durch das Zusammenwirken
einer durch das Pilotventil pneumatisch aktuierten Membrane 31 und
eines Ventilsitz 34, der eine Auslassöffnung verschließt,
betrieben. Die Pilotventileinheit wird aus dem Pneumatik-Zulauf
durch einen Kanal 37 gespeist. Im stromlosen Zustand strömt
Luft über den Verbindungskanal 36 durch das geöffnete erfindungsgemäße
Pilotventil und baut schließlich vor der Drossel 32 einen
Steuerdruck auf, der auf die Membrane 31 wirkt und diese
auf den Ventilsitz 34 presst, sodass das Haupt-Ventil geschlossen
ist. In diesem Zustand stellt sich ein geringer Luftverbrauch über
die Drossel 32 ein, die auslassseitig auch mit dem Haupt-Auslass 35 verbunden
sein kann. Zum Öffnen des Ventils wird das Biegewandlerelement 3 ausgelenkt.
Dieses verschließt das Pilotventil und der Steuerdruck
entspannt sich über die Drossel 32, sodass der
Vordruck das Membranventil öffnet.As an example of the broad applicability of the working device according to the invention, in particular of the microvalve according to the invention, is in 9 sketched a pneumatic valve which contains a microvalve according to the invention as a pilot valve. The microvalve according to the invention serves here for controlling a pneumatically controlled main diaphragm valve 30 which has a comparatively much higher throughput than the pilot valve. The diaphragm valve 30 contains an inlet 37 and a ring channel 33 in the inlet and is due to the interaction of a pneumatically actuated by the pilot valve diaphragm 31 and a valve seat 34 , which closes an outlet opening operated. The pilot valve unit is from the pneumatic inlet through a channel 37 fed. When de-energized, air flows through the connection channel 36 through the open pilot valve according to the invention and finally builds before the throttle 32 a control pressure acting on the diaphragm 31 acts and this on the valve seat 34 press so that the main valve is closed. In this condition, there is a low air consumption through the throttle 32 one, the outlet also with the main outlet 35 can be connected. To open the valve, the bending transducer element 3 deflected. This closes the pilot valve and the control pressure relaxes over the throttle 32 so that the pre-pressure opens the diaphragm valve.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list
The documents listed by the applicant have been automated
generated and is solely for better information
recorded by the reader. The list is not part of the German
Patent or utility model application. The DPMA takes over
no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
- US 6581638 [0003, 0003]
- US 6581638 [0003, 0003]
-
- EP 148630 [0004, 0005, 0005, 0006]
- EP 148630 [0004, 0005, 0005, 0006]
