Die Erfindung betrifft ein Piezoventil, mit einem Ventilgehäuse, in dem eine bewegliche Steuereinheit angeordnet ist, die einen Steuerkörper mit einem Basisabschnitt und zwei nebeneinander von dem Basisabschnitt wegragenden Steuerfingern aufweist, wobei die Steuerkörper an seinem Basisabschnitt bezüglich dem Ventilgehäuse um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert ist und die beiden Steuerfinger mit jeweils einem Verschlussabschnitt über jeweils einen von zwei am Ventilgehäuse angeordneten Ventilsitzen ragen, wobei die Steuereinheit ferner zwei jeweils einem der Steuerfinger zugeordnete Piezoaktoren aufweist, durch deren einzelne Aktivierung der jeweils zugeordnete Verschlussabschnitt unter gleichzeitigem Durchbiegen des Steuerkörpers an den ihm gegenüberliegenden Ventilsitz andrückbar ist, so dass der Basisabschnitt einschließlich des anderen Steuerfingers um die Schwenkachse verschwenkt wird und dadurch der diesem anderen Steuerfinger zugeordnete Verschlussabschnitt von dem ihm zugeordneten Ventilsitz entfernt wird.The invention relates to a piezoelectric valve, with a valve housing, in which a movable control unit is arranged, which has a control body with a base portion and two side by side projecting from the base portion control fingers, wherein the control body is pivotally mounted at its base portion relative to the valve housing about a pivot axis and the two control fingers, each with a closure section, project beyond one of two valve seats arranged on the valve housing, the control unit also having two piezoactuators each assigned to one of the control fingers, by means of which the respective associated closure section can be pressed against the valve seat opposite it with simultaneous deflection of the control body is, so that the base portion including the other control finger is pivoted about the pivot axis and thereby associated with this other control finger closure portion of d em assigned valve seat is removed.
Ein aus der EP 1 207 329 B1 bekanntes Piezoventil dieser Art enthält eine in einem Ventilgehäuse angeordnete Steuereinheit, die aus einem Steuerkörper mit zwei integrierten, als Biegewandler ausgebildeten Piezoaktoren besteht. Der Steuerkörper hat einen am Ventilgehäuse verschwenkbar gelagerten Basisabschnitt und zwei von dem Basisabschnitt wegragende Biegewandler-Piezoaktoren, die jeweils mit einem Verschlussabschnitt über einen am Ventilgehäuse angeordneten Ventilsitz ragen. Normalerweise sind die Verschlussabschnitte durch Federmittel an die Ventilsitze angedrückt und verschließen jeweils einen Ventilkanal. Um einen möglichst großen Strömungsquerschnitt freizugeben, kann jeder Piezoaktor so aktiviert werden, dass er mit seiner Aktorkraft an den zugeordneten Ventilsitz angedrückt wird. Dies führt zu einem Durchbiegen des Steuerkörpers, wobei der Basisabschnitt relativ zum Ventilgehäuse verschwenkt wird, wobei er den anderen Piezoaktor mitnimmt und diesen folglich von dem ihm zugeordneten Ventilsitz entfernt.One from the EP 1 207 329 B1 known piezoventil this type includes a valve housing arranged in a control unit, which consists of a control body with two integrated, designed as a bending transducer piezoelectric actuators. The control body has a base section pivotably mounted on the valve housing and two bending transducer piezo actuators projecting away from the base section, each projecting with a closure section via a valve seat arranged on the valve housing. Normally, the closure portions are pressed by spring means to the valve seats and each seal a valve channel. To release the largest possible flow cross section, each piezoelectric actuator can be activated so that it is pressed with its actuator force to the associated valve seat. This leads to a deflection of the control body, wherein the base portion is pivoted relative to the valve housing, wherein it entrains the other piezoelectric actuator and thus removes it from its associated valve seat.
Die Piezobiegewandler des bekannten Piezoventils ermöglichen zwar einen zuverlässigen Betrieb und eine exakte Betätigung. Allerdings sind der Betätigungskraft prinzipbedingt Grenzen gesetzt, was entsprechend auch für die steuerbaren Nennweiten bzw. Druckbereiche gilt. Somit werden je nach Anforderungsprofil Piezoventile mit unterschiedlichen Baugrößen zur Verfügung gestellt. Um große Drücke bzw. Nennweiten beherrschen zu können, bedarf es also relativ großer Abmessungen der Steuereinheit.Although the piezoelectric transducers of the known piezoelectric valve allow reliable operation and precise operation. However, the actuation force principle limits are set, which also applies to the controllable nominal diameters and pressure ranges. Thus, depending on the requirement profile, piezo valves with different sizes are made available. In order to be able to control large pressures or nominal diameters, relatively large dimensions of the control unit are therefore required.
Aus der DE 20 2009 007 298 U1 ist ein Piezoantrieb für Ventile beschrieben, der einen Piezostapelaktor aufweist, der auf einen schwenkbar gelagerten Hebel einwirkt, der seinerseits mit einem wippenartig gelagerten Ventilglied zusammenwirkt.From the DE 20 2009 007 298 U1 a piezo drive for valves is described, which has a piezo stack actuator, which acts on a pivotally mounted lever, which in turn interacts with a rocker-like mounted valve member.
Die DE 103 03 856 B3 beschreibt eine Vorrichtung zum Schalten eines Ventils, bei der ein als Piezo-Translator ausgebildeter piezoelektrischer Aktor über einen Betätigungshebel auf das zu steuernde Ventil einwirkt, wobei der Betätigungshebel über ein Festkörpergelenk mit einem gehäusefesten Lagerkörper verbunden ist.The DE 103 03 856 B3 describes a device for switching a valve in which a designed as a piezo-translator piezoelectric actuator acts via an actuating lever on the valve to be controlled, wherein the actuating lever is connected via a solid-state joint with a housing-fixed bearing body.
In der WO 96/19836 A1 wird ein piezo-aktuatorisches Antriebselement beschrieben, das über zwei als Stapeltranslatoren ausgebildete Piezoaktoren verfügt, die nebeneinander angeordnet sind und gemeinsam an einem verkippbaren Schenkel angreifen.In the WO 96/19836 A1 a piezo-actuator drive element is described, which has two trained as a stack translators piezo actuators, which are arranged side by side and attack together on a tiltable leg.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Piezoventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei kompakten Abmessungen einen relativ großen Fluiddruckbereich steuern kann.It is the object of the present invention to provide a piezo valve of the type mentioned, which can control a relatively large fluid pressure range in compact dimensions.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass jeder Steuerfinger über ein integriertes Festkörpergelenk des Steuerkörpers mit dem Basisabschnitt verbunden ist und dass die beiden Piezoaktoren von bezüglich dem Steuerkörper gesonderten Stapeltranslatoren gebildet sind, die sich jeweils einerseits an einem der Steuerfinger und andererseits am Basisabschnitt des Steuerkörpers abstützen, so dass durch ihre selektive Aktivierung der jeweils zugeordnete Steuerfinger im Bereich des Festkörpergelenkes bezüglich dem Basisabschnitt verschwenkbar ist.To solve this problem is provided in connection with the features mentioned above, that each control finger is connected via an integrated solid-state joint of the control body to the base portion and that the two piezoelectric actuators are formed by respect to the control body separate Stapeltranslatoren, each on the one hand to one of the control finger and on the other hand supported on the base portion of the control body, so that by their selective activation of the respectively associated control finger in the region of the solid-state joint with respect to the base portion is pivotable.
Auf diese Weise liegt ein Piezoventil vor, bei dem die beiden Verschlussabschnitte mit als Stapeltranslatoren konzipierten Piezoaktoren betätigt werden, so dass sehr hohe Betätigungskräfte zur Verfügung stehen. Der konzeptionelle Nachteil geringen Hubes von Stapeltranslatoren wird dadurch mehr als kompensiert, dass die Verschlussabschnitte an bezüglich dem Basisabschnitt verschwenkbaren Steuerfingern angeordnet sind, auf die auch die Stapeltranslatoren einwirken, so dass durch entsprechende Wahl unterschiedlicher Abstände zwischen dem zur Schwenklagerung dienenden Festkörpergelenk und einerseits dem Verschlussabschnitt sowie andererseits dem Krafteinleitungsbereich des Stapeltranslators eine Hebelübersetzung realisierbar ist, mit der sich ein relativ großer Hub des zugeordneten Verschlussabschnittes verwirklichen lässt. Dabei ergibt sich auch bei relativ großem Hub eine sehr steife Steuereinheit, d. h. eine Aktuatorik mit großem Kraftüberschuss. Dies ermöglicht die Verwirklichung eines Piezoventils mit sehr hohem steuerbarem Druckbereich und dementsprechend einem sehr breiten Einsatzfeld. Bedingt durch die Festkörpergelenke lässt sich der Steuerkörper verhältnismäßig einfach herstellen und verfügt von Hause aus über eine sehr gute Struktursteifigkeit.In this way, there is a piezoelectric valve in which the two closure sections are actuated with designed as a stack translators piezo actuators, so that very high actuation forces are available. The conceptual disadvantage of low stroke stack converters is more than compensated that the closure portions are arranged with respect to the base portion pivotable control fingers on which the stack translators act, so that by appropriate choice of different distances between the serving for pivotal solid joint and on the one hand the closure portion and on the other hand, a lever transmission can be realized in the force introduction region of the stack translator with which a relatively large stroke of the associated closure section can be realized. This also results in a relatively large stroke a very rigid control unit, ie an actuator with a large excess of force. This enables the realization of a Piezo valve with a very high controllable pressure range and accordingly a very wide field of application. Due to the solid state joints, the control body can be relatively easily manufactured and has a very good structural rigidity from home.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Jedem der von den Steuerfingern steuerbaren Ventilsitze ist ein von einem Fluid durchströmbarer Ventilkanal zugeordnet. Es wäre möglich, durch die Steuereinheit den Fluidübertritt zwischen diesen beiden Ventilkanälen zu steuern. Zweckmäßig ist allerdings das zusätzliche Vorhandensein eines weiteren, dritten Ventilkanals, so dass die Möglichkeit besteht, diesen dritten Ventilkanal wahlweise mit dem einen oder anderen der beiden steuerbaren Ventilkanäle zu verbinden. Zweckmäßig ist eine Ausgestaltung des Piezoventils als 3/3-Wege-Piezoventil, das auch noch die Möglichkeit bildet, die beiden steuerbaren Ventilkanäle gleichzeitig zu verschließen und vom dritten Ventilkanal abzutrennen.Each of the controllable by the control fingers valve seats is associated with a fluid-flow valve channel. It would be possible to control the fluid transfer between these two valve channels by the control unit. It is expedient, however, the additional presence of another, third valve channel, so that there is the possibility to connect this third valve channel optionally with one or the other of the two controllable valve channels. Suitably, an embodiment of the piezo valve as a 3/3-way piezo valve, which also makes it possible to close the two controllable valve channels simultaneously and separate from the third valve channel.
Das Piezoventil kann prinzipiell als Schaltventil digital betrieben werden. Besonders vorteilhaft wird jedoch die Nutzung als Proportionalventil angesehen, wobei die beiden Piezoaktoren unabhängig voneinander variabel elektrisch ansteuerbar sind, so dass jeder Verschlussabschnitt stufenlos mehrere Offenstellungen einnehmen kann, in denen er mit unterschiedlichem Abstand zum jeweils zugeordneten Ventilsitz angeordnet ist. Dadurch kann der ausgangsseitige Fluiddruck und/oder Durchfluss variabel und bei Bedarf auch in geregelter Weise vorgegeben bzw. eingestellt werden.The piezo valve can in principle be operated digitally as a switching valve. However, the use is regarded as a proportional valve, wherein the two piezoelectric actuators are electrically controlled independently variable, so that each closure portion can continuously take a plurality of open positions in which it is arranged at different distances to the respectively associated valve seat. As a result, the output-side fluid pressure and / or flow can be variably set and set in a regulated manner as required.
Die Festkörpergelenke resultieren zweckmäßigerweise aus je einem biegbaren, verhältnismäßig dünnen Materialsteg, der einenends mit dem Basisabschnitt und andernends mit dem zugeordneten Steuerfinger verbunden ist. Es liegt hierbei insbesondere eine einstückige Verbindung vor. Besonders vorteilhaft ist eine gesamthafte Realisierung des Steuerkörpers als einstückiges Bauteil, vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl.The solid-state joints advantageously result from a respective bendable, relatively thin material web, which is connected at one end to the base portion and at the other end to the associated control finger. In this case, in particular, there is a one-piece connection. Particularly advantageous is an overall realization of the control body as a one-piece component, preferably of metal, in particular of steel.
Jeder Verschlussabschnitt trägt in dem den zugeordneten Ventilsitz gegenüberliegenden Bereich zweckmäßigerweise eine Verschlussfläche, die zum Verschließen eines Ventilkanals dichtend am zugeordneten Ventilsitz anliegen kann. Die Verschlussfläche kann Bestandteil eines am Verschlussabschnitt angeordneten separaten Dichtelementes sein oder ist ein direkter Bestandteil des Verschlussabschnittes, beispielsweise gebildet von einem Oberflächenabschnitt des Steuerfingers.In the area opposite the associated valve seat, each closure section expediently carries a closure surface which, in order to close a valve channel, can sealingly abut the associated valve seat. The closure surface can be part of a separate sealing element arranged on the closure section or is a direct component of the closure section, for example formed by a surface section of the control finger.
Vorzugsweise liegt ein größerer Abstand zwischen dem Festkörpergelenk und der Verschlussfläche vor als zwischen dem Festkörpergelenk und der am Steuerfinger angeordneten Krafteinleitungsstelle, an der der zugeordnete Piezoaktor angreift. Auf diese Weise ergibt sich eine optimale Hubübersetzung für die bezüglich dem Basisabschnitt verschwenkbaren Steuerfinger. Selbst wenn eine zwanzigfache Übersetzung des Nutzhubes vorgenommen wird, der beispielsweise im Bereich von 30 μm liegt, entsteht ein für Pneumatikanwendungen immer noch sehr steifer Antrieb mit großem Kraftüberschuss. Dadurch ist nicht nur ein sehr hoher Druckbereich abdeckbar, sondern es ergeben sich auch für die bedarfsweise Regelung des Ventilbetriebes wesentliche Vorteile.Preferably, there is a greater distance between the solid-body joint and the closure surface than between the solid-body joint and the force introduction point arranged on the control finger, against which the associated piezoactuator acts. In this way, there is an optimal stroke ratio for the pivotable relative to the base portion control finger. Even if a twenty-fold translation of Nutzhubes is made, for example, is in the range of 30 microns, created for pneumatic applications still very rigid drive with high power surplus. As a result, not only a very high pressure range can be covered, but there are also significant advantages for the control of the valve operation as required.
Für den Steuerfinger empfiehlt sich insbesondere eine L-förmige Gestaltung, wobei der längere L-Schenkel den Verschlussabschnitt bildet und der kürzere L-Schenkel mit dem zugeordneten Festkörpergelenk verbunden ist. Die Krafteinleitungsstelle für den zugehörigen Piezoaktor befindet sich hierbei insbesondere am kürzeren L-Schenkel und insbesondere an derjenigen Außenfläche dieses kürzeren L-Schenkels, die dem längeren L-Schenkel in die entgegengesetzte Richtung abgewandt ist.In particular, an L-shaped design is recommended for the control finger, wherein the longer L-leg forms the closure section and the shorter L-leg is connected to the associated solid-body joint. The force introduction point for the associated piezoelectric actuator is in this case in particular at the shorter L-leg and in particular at that outer surface of this shorter L-leg, which faces away from the longer L-leg in the opposite direction.
Eine besonders platzsparende Anordnung lässt sich erhalten, wenn die Piezoaktoren gemeinsam in einer seitlichen Ausnehmung des Steuerkörpers aufgenommen sind, die einerseits von den sich an die Festkörpergelenke anschließenden rückseitigen Endabschnitten der Steuerfinger begrenzt sind und andererseits von einer gegenüberliegenden Abschlusswand des Basisabschnittes. Die Piezoaktoren sind hierbei insbesondere so angeordnet, dass sie einenends auf jeweils einen der beiden rückseitigen Endabschnitte der Steuerfinger einwirken und andernends sich direkt oder indirekt an der der Ausnehmung zugewandten Innenfläche der Abschlusswand abstützen.A particularly space-saving arrangement can be obtained if the piezoelectric actuators are accommodated together in a lateral recess of the control body, which are bounded on the one hand by the adjoining the solid joints rear end portions of the control fingers and on the other hand by an opposite end wall of the base portion. The piezoelectric actuators are in this case arranged in particular such that they act on one of the two rear end sections of the control fingers at one end and on the other end are supported directly or indirectly on the inner surface of the end wall facing the recess.
Die beiden Steuerfinger sind insbesondere identisch gestaltet. Ihre Verschlussabschnitte können vorzugsweise eine stabförmige Form haben. Zweckmäßig ist eine Anordnung, bei der sie im deaktivierten Zustand parallel mit Querabstand zueinander ausgerichtet sind.The two control fingers are designed in particular identical. Their closure portions may preferably have a rod-like shape. It is expedient to have an arrangement in which they are aligned parallel to each other with transverse spacing in the deactivated state.
Es ist auch vorteilhaft, wenn sich die beiden steuerbaren Ventilsitze auf der gleichen Längsseite des Steuerkörpers befinden. Die Kraftrichtung, mit der sich die Verschlussabschnitte bei Aktivierung des ihnen zugeordneten Piezoaktors an einem Ventilsitz abstützen, ist dann bei beiden Steuerfingern die gleiche.It is also advantageous if the two controllable valve seats are located on the same longitudinal side of the control body. The force direction with which the closure sections are supported on a valve seat upon activation of their associated piezoelectric actuator is then the same for both control fingers.
Eine besonders vorteilhafte Schwenklagerung des Steuerkörpers am Basisabschnitt wird mittels einer Schneidenlagerung realisiert. Hierbei kommt eine Schwenklagereinrichtung zum Einsatz, die zwei Lagerkomponenten hat, bei der es sich im einen Fall um eine Lagernut und im anderen Fall um eine in die Lagernut eingreifende Lagerschneide handelt. Von diesen beiden Lagerkomponenten befindet sich die eine am Basisabschnitt des Steuerkörpers und die andere am Ventilgehäuse. Vorzugsweise ist die Lagerschneide am Ventilgehäuse angeordnet.A particularly advantageous pivotal mounting of the control body on the base portion is realized by means of a knife edge bearing. in this connection a pivot bearing device is used which has two bearing components, which in one case is a bearing groove and in the other case is a bearing blade engaging in the bearing groove. Of these two bearing components, one is located at the base portion of the control body and the other at the valve body. Preferably, the bearing blade is arranged on the valve housing.
Die Lagerschneide stützt sich an der Begrenzungsfläche der Lagernut ab. Der Basisabschnitt liegt also an der Schwenklagereinrichtung nur lose am Ventilkörper an. Zweckmäßigerweise sind jedoch Federmittel vorhanden, die zwischen dem Basisabschnitt und dem Ventilgehäuse wirksam sind und die den Basisabschnitt ständig an die am Ventilgehäuse angeordnete Lagerkomponente andrücken, ohne die Schwenkbeweglichkeit zu behindern.The bearing blade is supported on the boundary surface of the bearing groove. The base portion is therefore only loose on the pivot bearing device on the valve body. Conveniently, however, spring means are provided which are effective between the base portion and the valve housing and which constantly press the base portion to the valve housing disposed on the bearing component, without hindering the pivoting movement.
Das Piezoventil ist insbesondere so ausgelegt, dass beide Verschlussabschnitte im deaktivierten Zustand des jeweils zugeordneten Piezoaktors eine am gegenüberliegenden Ventilsitz dichtend anliegende Schließstellung einnehmen. Bei deaktivierten Piezoaktoren sind dann die den beiden steuerbaren Ventilsitzen zugeordneten Ventilkanäle abgesperrt. Diese Schließstellung wird insbesondere dadurch erreicht, dass das Piezoventil mit Federmitteln ausgestattet ist, die ständig zwischen dem Ventilgehäuse und den Steuerfingern wirksam sind, um letztere in Richtung der Schließstellung zu beaufschlagen. Die Federmittel können hierbei beispielsweise direkt im Bereich der Verschlussabschnitte oder im Bereich der Festkörpergelenke auf die Steuerfinger einwirken. Erfolgt die Krafteinleitung der Federmittel im Bereich der Festkörpergelenke, kann damit vorzugsweise auch die notwendige Haltekraft aufgebracht werden, um bei Vorhandensein einer Schneidenlagerung den Basisabschnitt am Ventilgehäuse verschwenkbar zu fixieren.The piezo valve is in particular designed so that both closure sections in the deactivated state of the respective associated piezoelectric actuator occupy a closed position sealingly abutting the opposite valve seat. When the piezo actuators are deactivated then the valve channels assigned to the two controllable valve seats are shut off. This closed position is achieved in particular by the fact that the piezo valve is equipped with spring means which are constantly effective between the valve housing and the control fingers to act on the latter in the direction of the closed position. The spring means can act, for example, directly on the control fingers in the area of the closure sections or in the area of the solid-state joints. If the introduction of force of the spring means in the region of the solid-state joints, so that preferably the necessary holding force can be applied to pivot in the presence of a cutting edge bearing the base portion on the valve housing.
Die Federmittel können beispielsweise von Schraubenfedern gebildet sein, sind vorzugsweise jedoch in Form mindestens einer Blattfeder verwirklicht.The spring means may for example be formed by coil springs, but are preferably realized in the form of at least one leaf spring.
Die beiden Steuerfinger erstrecken sich zweckmäßigerweise in zueinander parallelen, mit Abstand zueinander angeordneten Auslenkebenen, die sich rechtwinkelig zur Schwenkachse der zwischen dem Basisabschnitt und dem Ventilgehäuse vorhandenen Schwenklagerung erstrecken. Die Piezoaktoren sind in diesem Zusammenhang vorzugsweise so angeordnet, dass ihre Längsachsen parallel zu diesen Auslenkebenen verlaufen, wobei zweckmäßigerweise die Längsachse des einen Piezoaktors in der einen Auslenkebene und die Längsachse des anderen Piezoaktors in der anderen Auslenkebene verläuft.The two control fingers extend expediently in mutually parallel, spaced-apart Auslenkebenen extending perpendicular to the pivot axis of the existing between the base portion and the valve housing pivot bearing. The piezoelectric actuators are in this context preferably arranged so that their longitudinal axes are parallel to these Auslenkebenen, wherein expediently the longitudinal axis of a piezoelectric actuator in the one Auslenkebene and the longitudinal axis of the other piezoelectric actuator in the other Auslenkebene.
Wenn jeweils ein Steuerfinger und ein Piezoaktor axial aufeinanderfolgend angeordnet sind, lässt sich eine besonders flache Bauweise der Steuereinheit realisieren. Besteht Interesse an einer kurzen Bauweise, kann dies mittels einer Nebeneinanderanordnung realisiert werden, bei der jeweils ein Steuerfinger und ein Piezoaktor in ein und derselben Auslenkebene längsseits nebeneinander angeordnet sind.If in each case a control finger and a piezoelectric actuator are arranged axially successively, a particularly flat design of the control unit can be realized. If there is interest in a short construction, this can be realized by means of a juxtaposition in which a control finger and a piezoelectric actuator are arranged alongside one another in one and the same deflection plane.
Der Basisabschnitt verfügt zweckmäßigerweise über eine Grundplatte, von der zwei mit Querabstand zueinander angeordnete Fingerträger wegragen, an denen jeweils unter Zwischenschaltung eines der Festkörpergelenke einer der Steuerfinger schwenkbeweglich angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich zwischen den beiden Festkörpergelenken ein Freiraum erhalten, der die angestrebte Unabhängigkeit zwischen den Schwenkbewegungen der beiden Steuerfinger vorteilhaft unterstützt.The base portion expediently has a base plate, protrude from the two transversely spaced finger carrier, to each of which one of the control fingers is pivotally mounted with the interposition of one of the solid-state joints. In this way, a free space can be obtained between the two solid joints, which advantageously supports the desired independence between the pivoting movements of the two control fingers.
Das Piezoventil ist zweckmäßigerweise mit einer elektronischen Steuereinrichtung für die Piezoaktoren ausgestattet. Hierzu kann ein am Ventilgehäuse angeordneter Ansteuerkopf vorhanden sein, der die elektronische Steuereinrichtung beinhaltet. Diese Steuereinrichtung kann bei Bedarf so ausgebildet sein, dass eine geregelte Betriebsweise des Piezoventils möglich ist. Insbesondere kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um von einem Drucksensor und/oder Durchflusssensor erhaltene Messwerte bei der Ansteuerung der Piezoaktoren zu berücksichtigen. Dieser mindestens eine Drucksensor und/oder Durchflusssensor ist vorzugsweise ein unmittelbarer Bestandteil des Piezoventils.The piezo valve is expediently equipped with an electronic control device for the piezoelectric actuators. For this purpose, a control head arranged on the valve housing can be present, which contains the electronic control device. If required, this control device can be designed so that a controlled operation of the piezo valve is possible. In particular, the control device may be designed to take into account measured values obtained by a pressure sensor and / or a flow sensor when controlling the piezo actuators. This at least one pressure sensor and / or flow sensor is preferably an immediate component of the piezo valve.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In this show:
1 eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Piezoventils in einer perspektivischen Außenansicht, 1 an advantageous embodiment of the piezoelectric valve according to the invention in a perspective external view,
2 eine für die Fluidsteuerung verantwortliche Ventileinheit des Piezoventils in einer Explosionsdarstellung, 2 a responsible for the fluid control valve unit of the piezoelectric valve in an exploded view,
3 das Piezoventil aus 1 im Längsschnitt gemäß Schnittlinie III-III, wobei der Bereich eines Festkörpergelenkes ergänzend vergrößert abgebildet ist, 3 the piezo valve off 1 in longitudinal section according to section line III-III, wherein the area of a solid-state joint is shown enlarged in addition,
4 einen Querschnitt durch die Ventileinheit des Piezoventils gemäß Schnittlinie IV-IV aus 3 in der Schließstellung beider Verschlussabschnitte, 4 a cross section through the valve unit of the piezoelectric valve according to section line IV-IV 3 in the closed position of both closure sections,
5 eine Schnittdarstellung vergleichbar der 4, wobei der eine Verschlussabschnitt eine Offenstellung und der andere Verschlussabschnitt die Schließstellung einnimmt, 5 a sectional view comparable to the 4 wherein the one closure section an open position and the other closure portion assumes the closed position,
6 die Anordnung aus 5 mit vertauschten Stellungen der Verschlussabschnitte, 6 the arrangement 5 with reversed positions of the closure sections,
7 eine Einzeldarstellung der im Ventilgehäuse beweglich untergebrachten Steuereinheit in einer Seitenansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil VII aus 8, 7 a single representation of the valve housing movably housed control unit in a side view with viewing direction according to arrow VII 8th .
8 eine Draufsicht von oben auf die Steuereinheit mit Blickrichtung gemäß Pfeil VIII aus 7, 8th a top view from above of the control unit in the direction of arrow VIII 7 .
9 eine perspektivische Einzeldarstellung der Steuereinheit, 9 a perspective individual representation of the control unit,
10 einen Ausschnitt des Piezoventils im deaktivierten Zustand beider Piezoaktoren, 10 a section of the piezo valve in the deactivated state of both piezo actuators,
11 eine Darstellung vergleichbar 10, wobei der eine Piezoaktor aktiviert und der andere Piezoaktor deaktiviert ist, 11 a representation comparable 10 in which one piezoactuator is activated and the other piezoactuator is deactivated,
12 die Anordnung aus 11 mit vertauschter Aktivierung und Deaktivierung der beiden Piezoaktoren, 12 the arrangement 11 with reversed activation and deactivation of the two piezo actuators,
13 eine Seitenansicht der Steuereinheit in einem Zustand gemäß 11 und 13 a side view of the control unit in a state according to 11 and
14 eine Seitenansicht der Steuereinheit in einem Zustand gemäß 12. 14 a side view of the control unit in a state according to 12 ,
Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Piezoventil enthält eine Ventileinheit 2 mit einem Ventilgehäuse 3. Im Innern des Ventilgehäuses 3 ist eine Ventilkammer 4 ausgebildet.That in its entirety with reference number 1 designated piezo valve contains a valve unit 2 with a valve housing 3 , Inside the valve body 3 is a valve chamber 4 educated.
Beispielhaft ist das Ventilgehäuse 3 blockförmig oder quaderförmig ausgebildet. Es enthält zweckmäßigerweise ein Unterteil 5 mit einer Bodenwand 5a und einer umlaufenden, nach oben ragenden Seitenwand 5b. Auf den der Bodenwand 5a entgegengesetzten Rand der Seitenwand 5b ist ein Gehäusedeckel 6 aufgesetzt, insbesondere unter Zwischenschaltung einer umlaufenden Dichtung 7.An example is the valve housing 3 formed block-shaped or cuboid. It expediently contains a lower part 5 with a bottom wall 5a and a circumferential, upstanding side wall 5b , On the bottom wall 5a opposite edge of the side wall 5b is a housing cover 6 put on, in particular with the interposition of a circumferential seal 7 ,
Die Ventilkammer 4 befindet sich hauptsächlich im Unterteil 5 und ist nach oben hin vom Gehäusedeckel 6 verschlossen.The valve chamber 4 is located mainly in the lower part 5 and is upwards from the housing cover 6 locked.
Die Ventilkammer 4 und insbesondere auch das Ventilgehäuse 3 haben eine längliche Gestalt mit einer Längsachse 8. Rechtwinkelig zur Längsachse 8 verläuft eine Hochachse 12, die sich exemplarisch senkrecht zur Bodenwand 5a erstreckt. Eine zur Längsachse 8 und zur Hochachse 12 rechtwinkelige Achse sei im Folgenden als Querachse 13 bezeichnet.The valve chamber 4 and in particular also the valve housing 3 have an elongated shape with a longitudinal axis 8th , Right-angled to the longitudinal axis 8th runs a vertical axis 12 , which are exemplary perpendicular to the bottom wall 5a extends. One to the longitudinal axis 8th and to the vertical axis 12 right-angled axis is referred to below as a transverse axis 13 designated.
In die Ventilkammer 4 münden an der Innenfläche der Bodenwand 5a ein erster und zweiter Ventilkanal 14a, 14b. Ihre Mündungen sind in der Richtung der Querachse 13 mit Abstand zueinander angeordnet und von einem ersten bzw. zweiten Ventilsitz, der fest am Ventilgehäuse 3 angeordnet ist, umrahmt. In Achsrichtung der Längsachse 8 liegen die beiden Ventilsitze 15a, 15b zweckmäßigerweise auf gleicher Höhe.In the valve chamber 4 lead to the inner surface of the bottom wall 5a a first and second valve channel 14a . 14b , Their mouths are in the direction of the transverse axis 13 arranged at a distance from each other and by a first and second valve seat fixed to the valve housing 3 is framed. In the axial direction of the longitudinal axis 8th lie the two valve seats 15a . 15b expediently at the same height.
Die beiden Ventilkanäle 14a, 14b münden jeweils zu einer Außenfläche des Ventilgehäuses 3 aus. Der erste Ventilkanal 14a bildet beim Ausführungsbeispiel einen mit einer Druckquelle P verbindbaren Speisekanal, der zweite Ventilkanal 14b einen mit der Atmosphäre R verbindbaren Entlüftungskanal. Eine an der Außenmündung des ersten Ventilkanals 14a angeordnete Anschlusseinheit 16 ermöglicht den Anschluss einer zu einer nicht abgebildeten Druckquelle führenden Fluidleitung. An die Außenmündung des zweiten Ventilkanals 14b ist exemplarisch ein Schalldämpfer 17 angeschlossen.The two valve channels 14a . 14b each lead to an outer surface of the valve housing 3 out. The first valve channel 14a forms in the embodiment a connectable to a pressure source P feed channel, the second valve channel 14b a connectable to the atmosphere R vent channel. One at the outer mouth of the first valve channel 14a arranged connection unit 16 allows the connection of a fluid line leading to an unillustrated pressure source. To the outer mouth of the second valve channel 14b is an example of a silencer 17 connected.
Ein dritter Ventilkanal 14c mündet einerseits ebenfalls in die Ventilkammer 4 und andererseits zu einer Außenfläche des Ventilgehäuses 3. Er wird beim Ausführungsbeispiel als mit einem Verbraucher A verbindbarer Arbeitskanal genutzt. An der Außenmündung des dritten Ventilkanals 14c ist ebenfalls eine Anschlusseinheit 16 angeordnet, mit der sich eine zum anzusteuernden Verbraucher führende Fluidleitung lösbar anschließen lässt.A third valve channel 14c on the one hand also flows into the valve chamber 4 and on the other hand to an outer surface of the valve housing 3 , It is used in the embodiment as connectable with a consumer A working channel. At the outer mouth of the third valve channel 14c is also a connection unit 16 arranged, with which a leading to the consumer to be driven fluid line can be detachably connected.
Während der erste und zweite Ventilkanal 14a, 14b von einer in der Ventilkammer 4 angeordneten Steuereinheit 23 steuerbar sind, gilt dies nicht für den dritten Ventilkanal 14c. Dieser mündet ständig unbeeinflusst von der Steuereinheit 23 in die Ventilkammer 4 und benötigt daher im Bereich seiner Innenmündung auch keinen Ventilsitz.While the first and second valve channel 14a . 14b from one in the valve chamber 4 arranged control unit 23 are controllable, this does not apply to the third valve channel 14c , This always flows unaffected by the control unit 23 in the valve chamber 4 and therefore does not require a valve seat in the region of its inner mouth.
Die Ventilkammer 4 hat eine Längserstreckung entlang der Längsachse 8 und verfügt dabei über zwei einander entgegengesetzte Endbereiche, die im Folgenden als vorderer und hinterer Endbereich bezeichnet werden sollen. Die beiden Ventilsitze 15a, 15b sind exemplarisch im vorderen Endbereich der Ventilkammer 4 platziert.The valve chamber 4 has a longitudinal extent along the longitudinal axis 8th and it has two opposite end portions, which will be referred to as the front and rear end portion. The two valve seats 15a . 15b are exemplary in the front end of the valve chamber 4 placed.
Im hinteren Endbereich der Ventilkammer 4 ist an der Bodenwand 5a eine erste Lagerkomponente 22a einer Schwenklagereinrichtung 22 angeordnet. Sie ist als sich in Achsrichtung der Querachse 13 erstreckender und nach oben in die Ventilkammer 4 hineinragender Vorsprung gestaltet, der schneidenartig spitz zuläuft und daher im Folgenden auch als Lagerschneide bezeichnet wird.In the rear end area of the valve chamber 4 is on the bottom wall 5a a first bearing component 22a a pivot bearing device 22 arranged. It is considered to be in the axial direction of the transverse axis 13 extending and up into the valve chamber 4 designed protruding projection, the point-like tapered and therefore referred to below as a bearing blade.
Im Innern der Ventilkamer 4 ist eine bewegliche Steuereinheit 23 angeordnet. Selbige ist in 7 bis 9, 13 und 14 auch nochmals gesondert abgebildet. Es handelt sich bei ihr um eine Baugruppe, die als wesentliche Bestandteile einen insbesondere einstückig ausgebildeten Steuerkörper 24 und zwei als Stapeltranslatoren ausgebildete erste und zweite Piezoaktoren 25a, 25b umfasst.Inside the valve chamber 4 is a mobile control unit 23 arranged. Same is in 7 to 9 . 13 and 14 also shown separately again. It is an assembly which, as essential constituents, has an in particular one-piece control body 24 and two first and second piezo actuators configured as stack translators 25a . 25b includes.
Die Steuereinheit 23 erstreckt sich in Achsrichtung der Längsachse 8 und dabei sowohl über die erste Lagerkomponente 22a als auch die beiden Ventilsitze 15a, 15b hinweg.The control unit 23 extends in the axial direction of the longitudinal axis 8th and thereby both the first bearing component 22a as well as the two valve seats 15a . 15b time.
Der insbesondere aus Metall und hierbei vorzugsweise aus Stahl bestehende Steuerkörper 24 verfügt an seinem sich neben der ersten Lagerkomponente 22a erstreckenden rückwärtigen Endabschnitt über eine zweite Lagerkomponente 22b der Schwenklagereinrichtung 22. Es handelt sich hierbei um eine an der der Bodenwand 5a zugewandten Unterseite des Steuerkörpers 24 ausgebildete und sich in der Querrichtung 13 erstreckende Längsnut, die im Folgenden auch als Lagernut bezeichnet wird. Mit dieser Lagernut 22b sitzt der Steuerkörper 24 auf der Lagerschneide 22a, so dass selbige in die Lagernut 22b eingreift. Hierbei liegt eine Linienberührung vor, die eine sich in Achsrichtung der Querachse 13 verlaufende Schwenkachse 26 definiert, um die der Steuerkörper 24 relativ zum Ventilgehäuse 3 gemäß Doppelpfeil 27 verschwenkbar ist.The particular metal and in this case preferably made of steel control body 24 has its own next to the first bearing component 22a extending rear end portion via a second bearing component 22b the pivot bearing device 22 , It is one at the bottom wall 5a facing bottom of the control body 24 Trained and moving in the transverse direction 13 extending longitudinal groove, which is also referred to below as Lagernut. With this storage groove 22b the control body sits 24 on the cutting edge 22a so that same in the warehouse 22b intervenes. Here is a line contact, which is a in the axial direction of the transverse axis 13 extending pivot axis 26 defined to the the control body 24 relative to the valve housing 3 according to double arrow 27 is pivotable.
Prinzipiell könnte die Schwenklagereinrichtung 22 auch auf andere Weise generiert werden, beispielsweise durch Bohrungen im Ventilgehäuse 3 und im Steuerkörper 24, in die Lagerbolzen eingesteckt sind. Die beim Ausführungsbeispiel realisierte Schwenklagereinrichtung 22, die als Schneidenlagerung bezeichenbar ist, lässt sich jedoch einfach herstellen und ermöglicht eine sehr einfache schwenkbewegliche Montage des Steuerkörpers 24, indem dieser lediglich auf die erste Lagerkomponente 22a aufgelegt wird.In principle, the pivot bearing device could 22 be generated in other ways, for example, through holes in the valve body 3 and in the control body 24 , in which bearing bolts are inserted. The realized in the embodiment pivot bearing device 22 However, which can be labeled as a cutting edge storage, but can be easily manufactured and allows a very simple pivotable mounting of the control body 24 by adding this only to the first bearing component 22a is hung up.
Die Anordnung von Lagerschneide 22a und Lagernut 22b könnte auch vertauscht sein.The arrangement of bearing cutting edge 22a and storage groove 22b could also be reversed.
Der Steuerkörper 24 verfügt über einen Basisabschnitt 28 und über zwei längsseits nebeneinander angeordnete und mit Querabstand zueinander von dem Basisabschnitt 28 in die gleiche Richtung wegragende erste und zweite Steuerfinger 31a, 31b. Während der Basisabschnitt 28 den hinteren Endbereich des Steuerkörpers 24 bildet, gehören die beiden Steuerfinger 31a, 31b zum vorderen Endbereich des Steuerkörpers 24.The tax body 24 has a base section 28 and over two alongside each other and spaced transversely from each other by the base portion 28 in the same direction protruding first and second control fingers 31a . 31b , During the base section 28 the rear end portion of the control body 24 forms, include the two control fingers 31a . 31b to the front end portion of the control body 24 ,
Die zweite Lagerkomponente 22b ist an dem Basisabschnitt 28 angeordnet. Mithin erfolgt die Schwenklagerung des Steuerkörpers 24 an diesem Basisabschnitt 28.The second bearing component 22b is at the base section 28 arranged. Consequently, the pivotal mounting of the control body takes place 24 at this base section 28 ,
Während der erste Steuerfinger 31a mit einem als erster Verschlussabschnitt 32a bezeichneten Längenabschnitt über den ersten Ventilsitz 15a ragt, ragt der zweite Steuerfinger 31b mit einem als zweiter Verschlussabschnitt 32b bezeichneten Längenabschnitt über den zweiten Ventilsitz 15b.While the first control finger 31a with a first closure portion 32a designated longitudinal portion over the first valve seat 15a protrudes, the second control finger protrudes 31b with a second closure section 32b designated longitudinal portion via the second valve seat 15b ,
Die beiden Verschlussabschnitte 32a, 32b sind zweckmäßigerweise von den dem Basisabschnitt 28 axial entgegengesetzten Endabschnitten der Steuerfinger 31a, 31b gebildet.The two closure sections 32a . 32b are suitably from the base section 28 axially opposite end portions of the control fingers 31a . 31b educated.
Jeder Verschlussabschnitt 32a, 32b weist an seiner dem zugeordneten Ventilsitz 15a, 15b zugewandten Seite in dem diesem Ventilsitz 15a, 15b gegenüberliegenden Bereich eine Verschlussfläche 33 auf, die am gegenüberliegenden Ventilsitz 15a, 15b dichtend zur Anlage bringbar ist, um den zu dem betreffenden Ventilsitz 15a, 15b gehörenden Ventilkanal 14a oder 14b abzusperren. Die Verschlussfläche 33 kann direkt von einer Außenfläche des zugehörigen Steuerfingers 31a, 31b gebildet sein, befindet sich zweckmäßigerweise jedoch an einem insbesondere aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden Dichtelement 34, das am Steuerfinger 31a, 31b fixiert ist.Each closure section 32a . 32b indicates at its the associated valve seat 15a . 15b facing side in this valve seat 15a . 15b opposite area a closure surface 33 on, on the opposite valve seat 15a . 15b sealing can be brought to the plant to the valve seat in question 15a . 15b belonging valve channel 14a or 14b shut off. The closure surface 33 can directly from an outer surface of the associated control finger 31a . 31b be formed, but is expediently located on a particular material with rubber-elastic properties existing sealing element 34 at the control finger 31a . 31b is fixed.
Zwischen den ersten Steuerfinger 31a und den Basisabschnitt 28 ist ein erstes Festkörpergelenk 35a zwischengeschaltet, zwischen den zweiten Steuerfinger 31b und den Basisabschnitt 28 ein zweites Festkörpergelenk 35b. Die Festkörpergelenke 35a, 35b sind integrale und insbesondere einstückige Bestandteile des Steuerkörpers 24 und bewirken voneinander unabhängige gelenkige Verbindungen zwischen jedem Steuerfinger 31a, 31b und dem Basisabschnitt 28. Die Gelenkachsen 36 beider Festkörpergelenke 35a, 35b verlaufen parallel zu der Schwenkachse 26. Jeder Steuerfinger 31a, 31b und der Basisabschnitt 28 sind um die jeweils zugeordnete Gelenkachse 36 relativ zueinander verschwenkbar. Dies allerdings nur bei entsprechendem Kraftaufwand, da die Festkörpergelenke 35a, 35b über eine relativ hohe Drehmomentensteifigkeit verfügen.Between the first control fingers 31a and the base section 28 is a first solid-body joint 35a interposed, between the second control finger 31b and the base section 28 a second solid-body joint 35b , The solid joints 35a . 35b are integral and in particular integral parts of the control body 24 and effect independent hinged connections between each control finger 31a . 31b and the base section 28 , The joint axes 36 both solid-state joints 35a . 35b run parallel to the pivot axis 26 , Every control finger 31a . 31b and the base section 28 are around the respective joint axis 36 pivotable relative to each other. However, this only with appropriate effort, because the solid joints 35a . 35b have a relatively high torque stiffness.
Der vergrößerte Ausschnitt in 3 macht deutlich, dass jedes Festkörpergelenk 35a, 35b zweckmäßigerweise von einem biegbaren Materialsteg 37 des Steuerkörpers 24 gebildet ist, der sich in Achsrichtung der Längsachse 8 erstreckt und der einenends an einem der Steuerfinger 31a, 31b und andernends am Basisabschnitt 28 angreift. Ein solcher Materialsteg 37 lässt sich insbesondere durch zwei zueinander beabstandete Einschnitte 38 realisieren, die von einander entgegengesetzten Seiten her in den Steuerkörper 24 eingebracht werden. Die Steifigkeit des Festkörpergelenks 35a, 35b wird hierbei durch die Dicke des Materialsteges 37 sowie die Tiefe und Breite der Einschnitte 38 bestimmt.The enlarged detail in 3 makes it clear that every solid joint 35a . 35b suitably by a flexible material web 37 of the tax body 24 is formed, extending in the axial direction of the longitudinal axis 8th extends and the one end to one of the control fingers 31a . 31b and at the base section at the other end 28 attacks. Such a material web 37 can be particularly by two spaced incisions 38 realize, from opposite sides forth in the control body 24 be introduced. The rigidity of the solid-state joint 35a . 35b This is due to the thickness of the material web 37 as well as the depth and width of the incisions 38 certainly.
In der aus der Zeichnung ersichtlichen vorteilhaften Gestaltung des Steuerkörpers 24 enthält der Basisabschnitt 28 eine einstückig in ihn integrierte Grundplatte 42, die sich in einer zu der Schwenkachse 26 parallelen Ebene erstreckt und von der rückseitig, insbesondere im Bereich der Schwenkachse 26, ein als Abschlusswand 43 bezeichneter Fortsatz in einer zur Ausdehnungsebene der Grundplatte 42 rechtwinkeligen ersten Richtung wegragt. Die erste Richtung weist beim Ausführungsbeispiel von der Bodenwand 5a weg nach oben in Richtung zum Gehäusedeckel 6. In the apparent from the drawing advantageous design of the control body 24 contains the base section 28 an integrally integrated in it base plate 42 that are in one to the pivot axis 26 extends parallel plane and from the back, in particular in the region of the pivot axis 26 , as a closing wall 43 designated extension in one to the expansion plane of the base plate 42 right-angled first direction. The first direction, in the embodiment of the bottom wall 5a away up towards the housing cover 6 ,
An der der Abschlusswand 43 axial entgegengesetzten Vorderseite der Grundplatte 42 schließen sich zwei ebenfalls in der ersten Richtung, und somit beim Ausführungsbeispiel nach oben wegragende Fortsätze an, die auf Grund ihrer Funktion als erste und zweite Fingerträger 44a, 44b bezeichnet seien. Die Beiden Fingerträger 44a, 44b sind in Achsrichtung der Querachse 13 zueinander beabstandet.At the end wall 43 axially opposite front side of the base plate 42 close to two also in the first direction, and thus in the exemplary embodiment upwardly projecting extensions, due to their function as the first and second finger carrier 44a . 44b be designated. The two finger carriers 44a . 44b are in the axial direction of the transverse axis 13 spaced apart.
Jeder Fingerträger 44a, 44b trägt unter Zwischenschaltung eines Festkörpergelenkes 35a, 35b einen der beiden Steuerfinger 31a, 31b. Deren Querabstand entspricht dabei zweckmäßigerweise demjenigen zwischen den beiden Fingerträgern 44a, 44b. Das erste Festkörpergelenk 35a sitzt in der oben genannten ersten Richtung, exemplarisch also vertikal, zwischen dem ersten Fingerträger 44a und dem rückwärtigen Endabschnitt des ersten Steuerfingers 31a. Die gleiche Anordnung gilt für das zweite Festkörpergelenk 35b bezüglich des zweiten Fingerträgers 44b und des zweiten Steuerfingers 31b. Der Materialsteg jedes Festkörpergelenkes 35a, 35b ist einenends einstückig mit einem der Fingerträger 44a, 44b und andernends mit dem rückwärtigen Endabschnitt eines der Steuerfinger 31a, 31b verbunden.Every finger carrier 44a . 44b carries with the interposition of a solid-state joint 35a . 35b one of the two control fingers 31a . 31b , Their transverse distance corresponds expediently to that between the two finger carriers 44a . 44b , The first solid-body joint 35a sits in the above-mentioned first direction, so for example vertically, between the first finger carrier 44a and the rear end portion of the first control finger 31a , The same arrangement applies to the second solid-state joint 35b with respect to the second finger carrier 44b and the second control finger 31b , The material bridge of each solid body joint 35a . 35b is one-piece with one of the finger carrier 44a . 44b and at the other end with the rear end portion of one of the control fingers 31a . 31b connected.
Die beiden Steuerfinger 31a, 31b sind vorzugsweise L-förmig gestaltet. Der längere L-Schenkel 46 bildet den zugeordneten Verschlussabschnitt 32a, 32b, während der kürzere L-Schenkel 47 den rückwärtigen Endabschnitt des Steuerfingers 31a, 31b bildet und an seiner Stirnseite mit dem sich jeweils anschließenden Festkörpergelenk 35a, 35b verbunden ist. Somit erstrecken sich die beiden längeren L-Schenkel 46 im Wesentlichen axial, also in Achsrichtung der Längsachse 8, während die kürzeren L-Schenkel 47 in Achsrichtung der Hochachse 12 und somit auch rechtwinkelig zur Ausdehnungsebene der Grundplatte 42 verlaufen.The two control fingers 31a . 31b are preferably designed in an L-shape. The longer L-leg 46 forms the associated closure portion 32a . 32b while the shorter L-leg 47 the rear end portion of the control finger 31a . 31b forms and on its front side with each subsequent solid state joint 35a . 35b connected is. Thus, the two longer L-legs extend 46 essentially axially, ie in the axial direction of the longitudinal axis 8th while the shorter L-thighs 47 in the axial direction of the vertical axis 12 and thus also at right angles to the expansion plane of the base plate 42 run.
Die in die entgegengesetzte Richtung wie der zugeordnete längere L-Schenkel 46 weisende Außenfläche jedes kürzeren L-Schenkels 47, die im Folgenden als Krafteinleitungsfläche 48 bezeichnet sei, ist nach rückwärts orientiert und der Abschlusswand 43 zugewandt.The in the opposite direction as the associated longer L-leg 46 facing outer surface of each shorter L-leg 47 , hereinafter referred to as the force introduction surface 48 is designated, is oriented backwards and the end wall 43 facing.
Gemeinsam begrenzen die Grundplatte 42, die Abschlusswand 43, die in die gleiche Richtung wie die Abschlusswand 43 ragenden Fingerträger 44a, 44b und die kürzeren L-Schenkel 47 der Steuerfinger 31a, 31b eine längsseitige Ausnehmung 52 des Steuerkörpers 24, die an der der Bodenwand 5a entgegengesetzten Oberseite und auch an den in Achsrichtung der Querachse 13 orientierten Seiten offen ist. Der Steuerkörper 24 hat in diesem Bereich also einen U-förmigen Längsschnitt. Die Ausnehmung 52 dient zur Aufnahme der beiden Piezoaktoren 25a, 25b.Together, limit the base plate 42 , the end wall 43 in the same direction as the end wall 43 protruding finger carrier 44a . 44b and the shorter L-thighs 47 the control finger 31a . 31b a longitudinal recess 52 of the tax body 24 at the bottom wall 5a opposite top and also in the axial direction of the transverse axis 13 oriented pages is open. The tax body 24 So in this area has a U-shaped longitudinal section. The recess 52 serves to accommodate the two piezo actuators 25a . 25b ,
Die beiden Piezoaktoren 25a, 25b haben jeweils eine Längserstreckung mit Längsachsen 53a, 53b. Sie sind in der Ausnehmung 52 so ausgerichtet, dass ihre Längsachsen 53a, 53b parallel zueinander und insbesondere auch parallel zu der Längsachse 8 verlaufen. Jeder Piezoaktor 25a, 25b hat eine axial orientierte hintere Stirnfläche 54, mit der er sich direkt oder indirekt innen an der Abschlusswand 43 abstützt, und außerdem eine entgegengesetzt und exemplarisch nach vorne weisende vordere Stirnfläche 55, mit der er sich an der Krafteinleitungsfläche 48 von jeweils einem der beiden Steuerfinger 31a, 31b abstützt.The two piezo actuators 25a . 25b each have a longitudinal extent with longitudinal axes 53a . 53b , They are in the recess 52 aligned so that their longitudinal axes 53a . 53b parallel to each other and in particular also parallel to the longitudinal axis 8th run. Every piezoactuator 25a . 25b has an axially oriented rear end face 54 with which he is directly or indirectly inside the end wall 43 supports, and also an opposite and exemplary forward facing front end face 55 with which he is at the force introduction surface 48 each one of the two control fingers 31a . 31b supported.
Während die Abstützung bezüglich der Abschlusswand 43 insbesondere großflächig erfolgen kann, stützen sich beide Piezoaktoren 25a, 25b im Bereich der Krafteinleitungsfläche 48 zweckmäßigerweise nur punktuell oder linienförmig in einem begrenzten Bereich ab, der als Krafteinleitungsstelle 56 bezeichnet sei und der insbesondere definiert ist von einem in die Ausnehmung 52 hineinragenden höckerartigen Vorsprung an der Krafteinleitungsfläche 48. Man erkennt dies besonders gut in dem vergrößerten Ausschnitt der 3.While the support with respect to the end wall 43 In particular, can be made over a large area, based both piezo actuators 25a . 25b in the area of the force introduction surface 48 expediently only selectively or linearly in a limited area, as the force application point 56 is designated and in particular is defined by a in the recess 52 protruding hump-like projection on the force introduction surface 48 , One recognizes this particularly well in the enlarged section of the 3 ,
Prinzipiell könnten sich die Piezoaktoren 25a, 25b mit ihren hinteren Stirnflächen 54 direkt an der Abschlusswand 43 abstützen. Zweckmäßiger ist jedoch die beim Ausführungsbeispiel realisierte Bauform, bei der eine nur mittelbare bzw. indirekte Abstützung unter Zwischenschaltung je einer Justierschraube 57 erfolgt, die in ein die Abschlusswand 43 durchsetzendes Gewindeloch eingeschraubt ist und geringfügig von der Rückseite her in die Ausnehmung 52 hineinragt. Mit Hilfe der Justierschrauben 57 lässt sich die axiale Vorspannung der Piezoaktoren 25a, 25b einstellen.In principle, the piezo actuators could 25a . 25b with their rear faces 54 directly on the end wall 43 support. Appropriately, however, is the embodiment realized in the embodiment in which only indirect or indirect support with the interposition of one adjusting screw 57 that takes place in a the closing wall 43 penetrating threaded hole is screwed in and slightly from the back into the recess 52 protrudes. With the help of adjusting screws 57 can be the axial bias of the piezo actuators 25a . 25b to adjust.
An jedem Piezoaktor 25a, 25b sind der elektrischen Ansteuerung dienende Kontaktmittel 58 angeordnet. An ihnen lässt sich eine bevorzugt variable Ansteuerspannung zur bevorzugt stufenlosen Aktivierung jedes Piezoaktors 25a, 25b anlegen. Die beiden Piezoaktoren 25a, 25b sind insbesondere unabhängig voneinander betätigbar.At every piezo actuator 25a . 25b are the electrical control serving contact means 58 arranged. On them can be a preferably variable drive voltage for preferably continuously variable activation of each piezoelectric actuator 25a . 25b invest. The two piezo actuators 25a . 25b are in particular independently operable.
Im deaktivierten Zustand beider Piezoaktoren 25a, 25b, also wenn an keinem der Piezoaktoren 25a, 25b eine Ansteuerspannung anliegt, nimmt der Steuerkörper 24 eine beispielsweise aus 3, 4, 7 und 10 ersichtliche Grundstellung ein. Hierbei erstrecken sich die beiden Steuerfinger und insbesondere deren Verschlussabschnitte 32a, 32b parallel zueinander und insbesondere auch parallel zu der Längsachse 8. In dieser Grundstellung liegen beide Verschlussabschnitte 32a, 32b unter Vorspannung und Absperrung des zugeordneten Ventilkanals 14a, 14b am jeweils zugeordneten Ventilsitz 15a, 15b an. Die beiden Ventilsitze 15a, 15b befinden sich auf der gleichen Längsseite des Steuerkörpers 24, exemplarisch unterhalb diesem. Die Schwenklagereinrichtung 22 ist auf der gleichen Längsseite des Steuerkörpers 24 angeordnet wie die Ventilsitze 15a, 15b. In the deactivated state of both piezo actuators 25a . 25b , so if not on any of the piezo actuators 25a . 25b a drive voltage is applied, the control body takes 24 for example 3 . 4 . 7 and 10 apparent basic position. In this case, the two control fingers and in particular their closure sections extend 32a . 32b parallel to each other and in particular also parallel to the longitudinal axis 8th , In this basic position are both closure sections 32a . 32b under bias and shut off the associated valve channel 14a . 14b at the respectively assigned valve seat 15a . 15b at. The two valve seats 15a . 15b are on the same longitudinal side of the control body 24 , exemplary below this. The pivot bearing device 22 is on the same longitudinal side of the control body 24 arranged like the valve seats 15a . 15b ,
Zugunsten einer flachen Bauweise der Steuereinheit 23 ragen die Steuerfinger 31a, 31b von der Ausnehmung 52 bzw. vom Basisabschnitt 28 weg. Hierdurch ergibt sich insbesondere eine dahingehende Anordnung, dass jeweils ein Steuerfinger 31a, 31b und ein Piezoaktor 25a, 25b axial aufeinanderfolgend angeordnet sind.In favor of a flat design of the control unit 23 protrude the control fingers 31a . 31b from the recess 52 or from the base section 28 path. This results in particular a pertinent arrangement, that in each case a control finger 31a . 31b and a piezoelectric actuator 25a . 25b are arranged axially in succession.
Bei einer nicht abgebildeten alternativen Bauform sind die Steuerfinger 31a, 31b ausgehend von den Fingerträgern 44a, 44b nach rückwärts gewandt und erstrecken sich über die Piezoaktoren 25a, 25b hinweg. Das Piezoventil 1 baut in diesem Fall kürzer, zugleich aber auch etwas höher.In a non-illustrated alternative design, the control fingers 31a . 31b starting from the finger carriers 44a . 44b turned backwards and extend over the piezoelectric actuators 25a . 25b time. The piezo valve 1 builds shorter in this case, but at the same time a bit higher.
Der erste Steuerfinger 31a erstreckt sich in einer ersten Auslenkebene 62a, der zweite Steuerfinger 31b in einer dazu parallelen zweiten Auslenkebene 62b. Beide Auslenkebenen 62a, 62b erstrecken sich rechtwinkelig zur Schwenkachse 26 der Schwenklagereinrichtung 22.The first control finger 31a extends in a first deflection plane 62a , the second control finger 31b in a second deflection plane parallel thereto 62b , Both deflection levels 62a . 62b extend at right angles to the pivot axis 26 the pivot bearing device 22 ,
Die Piezoaktoren 25a, 25b sind vorzugsweise so angeordnet, dass die Längsachse 53a des ersten Piezoaktors 25a in der ersten Auslenkebene 62a verläuft und die Längsachse 53b des zweiten Piezoaktors 25b in der zweiten Auslenkebene 62b. Im deaktivierten Zustand der beiden Piezoaktoren 25a, 25b verlaufen deren Längsachsen 53a, 53b zweckmäßigerweise parallel zu den Längsachsen der bevorzugt stabförmigen Verschlussabschnitte 32a, 32b.The piezo actuators 25a . 25b are preferably arranged so that the longitudinal axis 53a of the first piezoelectric actuator 25a in the first deflection level 62a runs and the longitudinal axis 53b of the second piezoelectric actuator 25b in the second deflection plane 62b , In the deactivated state of the two piezo actuators 25a . 25b run their longitudinal axes 53a . 53b expediently parallel to the longitudinal axes of the preferably rod-shaped closure sections 32a . 32b ,
Die gleichzeitige Anlage beider Verschlussabschnitte 32a, 32b an den ihnen zugeordneten Ventilsitzen 15a, 15b in der Grundstellung, wird durch Federmittel 63 hervorgerufen, die zwischen dem Steuerkörper 24 und dem Ventilgehäuse 3 wirksam sind. Der Übersichtlichkeit wegen sind diese Federmittel 63 in den 10 bis 12 als einzelne Schraubendruckfedern gezeigt – um solche es sich in der Praxis prinzipiell auch handeln kann –, wobei sie aber zweckmäßigerweise in Form mindestens einer und vorzugsweise genau einer Blattfeder realisiert sind, die aus 2 und 3 ersichtlich ist.The simultaneous installation of both closure sections 32a . 32b at the assigned valve seats 15a . 15b in the basic position, is by spring means 63 caused between the control body 24 and the valve housing 3 are effective. For clarity, these spring means 63 in the 10 to 12 shown as a single helical compression springs - to which it may in principle also act in practice - but they are expediently realized in the form of at least one and preferably exactly one leaf spring, the 2 and 3 is apparent.
Die Federmittel 63 beaufschlagen beide Steuerfinger 31a, 31b ständig in Richtung einer am jeweils gegenüberliegenden Ventilsitz 15a, 15b anliegenden Schließstellung. Sie wirken dabei im Bereich der Verschlussabschnitte 32a, 32b individuell auf jeden Steuerfinger 31a 31b ein. Die Krafteinleitungsstelle der Federmittel 63 befindet sich hierbei insbesondere auf axialer Höhe der Verschlussflächen 33.The spring means 63 apply both control fingers 31a . 31b constantly in the direction of one on the opposite valve seat 15a . 15b adjacent closed position. They act in the area of the closure sections 32a . 32b individually on each control finger 31a 31b one. The force application point of the spring means 63 is here in particular at the axial height of the closure surfaces 33 ,
Vorzugsweise sind die Federmittel 63 so ausgebildet, dass sie darüber hinaus auch den Basisabschnitt beaufschlagen und ständig mit seiner zweiten Lagerkomponente 22b an die erste Lagerkomponente 22a andrücken. Somit dienen die Federmittel 63 zur Vorspannung des Steuerkörpers 24 einerseits gegen die beiden Ventilsitze 15a, 15b und andererseits im Bereich der als Schneidenlagerung konzipierten Schwenklagereinrichtung 22.Preferably, the spring means 63 designed so that they also act on the base section and constantly with its second bearing component 22b to the first bearing component 22a press down. Thus serve the spring means 63 for biasing the control body 24 on the one hand against the two valve seats 15a . 15b and on the other hand in the area of designed as a cutting bearing pivot bearing device 22 ,
Bei einer Ausgestaltung als Blattfeder 63a können die Federmittel 63 einen sich an der der Ventilkammer 4 zugewandten Innenfläche des Gehäusedeckels 6 abstützenden Abstützabschnitt 64 aufweisen und über vier von diesem Abstützabschnitt 64 wegragende Federarme 65 verfügen, von denen zwei auf die nach oben weisende Stirnfläche der Abschlusswand 43 drücken und zwei weitere auf die der Verschlussfläche 33 entgegengesetzte Oberseite je eines Steuerfingers 31a 31b.In an embodiment as a leaf spring 63a can the spring means 63 one at the valve chamber 4 facing inner surface of the housing cover 6 supporting support section 64 and over four of this support section 64 protruding spring arms 65 of which two are on the upwardly facing end face of the end wall 43 Press and two more on the the closure surface 33 opposite top of each control finger 31a 31b ,
In 10 ist gestrichelt bei 63' angedeutet, dass die gleichzeitige Vorspannung des Steuerkörpers 24 gegen die Ventilsitze 15a 15b und gegen die erste Lagerkomponente 22a auch durch zentral wirkende Federmittel 63' realisiert werden könnte, die im Bereich der Festkörpergelenke auf den Steuerkörper 24 einwirken.In 10 is dashed at 63 ' indicated that the simultaneous bias of the control body 24 against the valve seats 15a 15b and against the first bearing component 22a also by centrally acting spring means 63 ' could be realized in the area of the solid state joints on the control body 24 act.
Eine bevorzugte Betriebsweise des Piezoventils 1 gestaltet sich wie folgt:
Im deaktivierten Zustand der beiden Piezoaktoren 25a, 25b nimmt der Steuerkörper 24 die Grundstellung ein, was gleichbedeutend ist mit der Einnahme einer dichtend am zugeordneten Ventilsitz 15a, 15b anliegenden Schließstellung beider Verschlussabschnitte 32a, 32b.A preferred mode of operation of the piezo valve 1 is designed as follows:
In the deactivated state of the two piezo actuators 25a . 25b takes the control body 24 the basic position, which is synonymous with the assumption of a sealing on the associated valve seat 15a . 15b adjacent closed position of both closure sections 32a . 32b ,
Um den ersten Verschlussabschnitt 32a vom ersten Ventilsitz 15a abzuheben, so dass durch die Ventilkammer 4 hindurch eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Ventilkanal 14a und dem dritten Ventilkanal 14c hergestellt wird, erfolgt eine elektrische Aktivierung des zweiten Piezoaktors 25b. Dieser Betriebszustand des aktivierten zweiten Piezoaktors 25b ist aus 5, 11 und 13 ersichtlich. Der erste Piezoaktor 25a bleibt hierbei deaktiviert.Around the first closure section 32a from the first valve seat 15a take off, leaving through the valve chamber 4 through a fluid connection between the first valve channel 14a and the third valve channel 14c is produced, there is an electrical activation of the second piezoelectric actuator 25b , This operating state of the activated second piezoelectric actuator 25b is out 5 . 11 and 13 seen. The first piezoelectric actuator 25a remains deactivated.
Bei seiner Aktivierung erfährt der als Stapeltranslator ausgebildete zweite Piezoaktor 25b auf Grund des sogenannten umgekehrten piezoelektrischen Effektes eine Verlängerung, was zur Folge hat, dass er an der Krafteinleitungsstelle 56 eine relativ hohe erste Stellkraft F1 in den zweiten Steuerfinger 31b einleitet. Bedingt dadurch, dass die Krafteinleitungsstelle 56 der ersten Stellkraft F1 mit einem ersten Abstand L1 zum zugeordneten zweiten Festkörpergelenk 35b angeordnet sind, wirkt auf den zweiten Steuerfinger 31b relativ zum Basisabschnitt 28 ein Drehmoment, das danach trachtet, den zweiten Steuerfinger 31b gemäß Pfeil 66 in Richtung zum zweiten Ventilsitz 15b zu verschwenken. When activated, the second piezoelectric actuator designed as a stack translator experiences 25b due to the so-called reverse piezoelectric effect, an extension, which has the consequence that he at the force application point 56 a relatively high first actuating force F 1 in the second control finger 31b initiates. Due to the fact that the force application point 56 the first actuating force F 1 with a first distance L 1 to the associated second solid-state joint 35b are arranged acts on the second control finger 31b relative to the base section 28 a torque that seeks the second control finger 31b according to arrow 66 towards the second valve seat 15b to pivot.
Dies hat zur Folge, dass der zweite Steuerfinger 31b im Bereich seiner Verschlussfläche 33 mit einer zweiten Stellkraft F2 an den zweiten Ventilsitz 15b angedrückt wird. Die Krafteinleitungsstelle der zweiten Stellkraft F2 ist dabei unter einem zweiten Abstand L2 zum zweiten Festkörpergelenk 35b angeordnet.This has the consequence that the second control finger 31b in the area of its closing surface 33 with a second actuating force F 2 to the second valve seat 15b is pressed. The force introduction point of the second actuating force F 2 is at a second distance L 2 to the second solid-state joint 35b arranged.
Auf Grund dessen, dass der zweite Ventilsitz 15b nicht nachgeben kann, fungiert er als Widerlager für den zweiten Steuerfinger 31b im Bereich der Verschlussfläche 33.Due to the fact that the second valve seat 15b can not give, he acts as an abutment for the second control finger 31b in the area of the closure surface 33 ,
Da der Steuerkörper 24 außerdem auch an der Schwenklagereinrichtung 22 in der gleichen Richtung abgestützt ist wie am zweiten Ventilsitz 15b, dazwischen jedoch frei liegt und am Ventilgehäuse 3 nicht befestigt ist, findet ein Durchbiegen des Steuerkörpers im Bereich des zweiten Festkörpergelenkes 35b in der oben erwähnten ersten Richtung, beim Ausführungsbeispiel also nach oben von der Bodenwand 5a weggerichtet, statt. Bei diesem Durchbiegen wird einerseits der Basisabschnitt 28 um die Schwenkachse 26 verschwenkt und es findet auch ein geringfügiges Verschwenken des zweiten Steuerfingers 31b um den zweiten Ventilsitz 15b statt, wobei die Auslenkung jedoch so gering ist, dass die Schließstellung nicht aufgehoben wird. Eine sichere Schließstellung kann insbesondere dadurch begünstigt werden, dass ein elastisch nachgiebiges Dichtelement 34 verwendet wird, das den Schwenkwinkel unter Beibehaltung des Dichtkontaktes kompensiert.Since the tax body 24 also on the pivot bearing device 22 supported in the same direction as the second valve seat 15b , but in between is exposed and on the valve body 3 is not fixed, finds a bending of the control body in the area of the second solid-state joint 35b in the above-mentioned first direction, that is, in the embodiment, upward from the bottom wall 5a directed away, instead. In this bending, on the one hand, the base section 28 around the pivot axis 26 pivoted and it also finds a slight pivoting of the second control finger 31b around the second valve seat 15b instead, but the deflection is so small that the closed position is not canceled. A secure closed position can be favored in particular by the fact that an elastically yielding sealing element 34 is used, which compensates the pivot angle while maintaining the sealing contact.
Nachdem der Basisabschnitt 28 beim Durchbiegen des Steuerkörpers 24 im Bereich seines zweiten Festkörpergelenkes 35b von der Bodenwand 5a weg nach oben verschwenkt wird, findet automatisch auch ein entsprechendes Verschwenken des ebenfalls am Basisabschnitt 28 angeordneten ersten Festkörpergelenkes 35a statt. Dies hat zur Folge, dass der an dem ersten Festkörpergelenk 35a angeordnete erste Steuerfinger 31a, da er in dieser Richtung nicht blockiert wird, mitgenommen wird und von dem ihm zugeordneten ersten Ventilsitz 15a abhebt. Dadurch ist die Verbindung des ersten Ventilkanals 14a zur Ventilkammer 4 freigegeben.After the base section 28 when bending the control body 24 in the area of his second solid-body joint 35b from the bottom wall 5a is pivoted upward, automatically finds a corresponding pivoting of the base section 28 arranged first solid-state joint 35a instead of. This has the consequence that at the first solid-state joint 35a arranged first control fingers 31a , as it is not blocked in this direction, is taken along and from the associated first valve seat 15a takes off. This is the connection of the first valve channel 14a to the valve chamber 4 Approved.
Wird der zweite Piezoaktor 25b in der Folge wieder deaktiviert, kehrt der Steuerkörper 24 auf Grund der dem elastischen zweiten Festkörpergelenk 35b inherenden Rückstellkräfte wieder in die Grundstellung zurück und es sind wieder sowohl der erste als auch der zweite Ventilkanal 14a, 14b abgesperrt.Will be the second piezo actuator 25b deactivated again in the sequence, the control body returns 24 due to the elastic second solid-body joint 35b inherent restoring forces back to the normal position and it is again both the first and the second valve channel 14a . 14b shut off.
Soll nun der zweite Ventilkanal 14b mit der Ventilkammer 4 und über diese hinweg mit dem dritten Ventilkanal 14c verbunden werden, geschieht dies durch Aktivierung des ersten Piezoaktors 25a, wobei der zweite Piezoaktor 25b deaktiviert bleibt. Dieser Zustand ergibt sich aus 6, 12 und 14. Es finden dabei mit vertauschten Rollen der Steuerfinger und Festkörpergelenke die gleichen Bewegungsabläufe statt, die oben bei Aktivierung des zweiten Piezoaktors 25b geschildert wurden, wobei nun der erste Steuerfinger 31a gemäß Pfeil 66 an den ersten Ventilsitz 15a angedrückt wird, so dass das im Bereich des ersten Festkörpergelenkes 35a stattfindende Durchbiegen des Steuerkörpers 24 eine Mitnahme des zweiten Steuerfingers 31b zur Folge hat, so dass dieser gemäß Pfeil 67 von dem ihm zugeordneten zweiten Ventilsitz 15b entfernt wird.Should now the second valve channel 14b with the valve chamber 4 and across it with the third valve channel 14c be connected, this is done by activating the first piezoelectric actuator 25a , wherein the second piezoelectric actuator 25b remains deactivated. This condition arises 6 . 12 and 14 , It can be found with reversed roles of the control fingers and solid joints the same movements instead of the above when activating the second piezoelectric actuator 25b been described, now with the first control finger 31a according to arrow 66 to the first valve seat 15a is pressed, so that in the area of the first solid-state joint 35a taking place bending of the control body 24 a capture of the second control finger 31b entails, so that this according to arrow 67 from its associated second valve seat 15b Will get removed.
Die Intensität der auch als Hub bezeichenbaren Auslenkung der beiden Steuerfinger 31a, 31b und somit deren in der vom zugeordneten Ventilsitz 15a, 15b abgehobenen Offenstellung eingenommener Abstand zum zugeordneten Ventilsitz, lässt sich zweckmäßigerweise variabel einstellen. Da der Abstand einer Verschlussfläche 33 vom Ventilsitz 15a, 15b den dem hindurchströmenden Fluid zur Verfügung gestellten Strömungsquerschnitt definiert, lässt sich auf diese Weise der Durchfluss, also die Strömungsrate regulieren. Somit lässt sich das Piezoventil als Proportionalventil mit stetigem Betriebsverhalten nutzen. Die variable Auslenkung lässt sich sehr einfach dadurch erzielen, dass die beiden Piezoaktoren 25a, 25b variabel mit unterschiedlich hohen Ansteuerspannungen aktivierbar sind.The intensity of the deflection, which can also be called the stroke, of the two control fingers 31a . 31b and thus their in the associated valve seat 15a . 15b lifted open position occupied distance to the associated valve seat, can be conveniently set variably. As the distance of a closure surface 33 from the valve seat 15a . 15b defines the flow cross-section made available to the fluid flowing through, can thus regulate the flow, so the flow rate. Thus, the piezo valve can be used as a proportional valve with steady operating behavior. The variable deflection can be achieved very simply by using the two piezo actuators 25a . 25b can be activated variably with different high drive voltages.
Das Piezoventil kann somit insbesondere als 3/3-Wege-Proportionalventil genutzt werden, wobei es den dritten Ventilkanal 14c entweder gleichzeitig sowohl vom ersten als auch vom zweiten Ventilkanal 14a, 14b absperrt oder alternativ mit dem ersten oder zweiten Ventilkanal 14a, 14b verbindet und zugleich vom anderen dieser beiden genannten ersten und zweiten Ventilkanäle 14a, 14b abtrennt. Dabei sind jeweils stufenlos eine Mehrzahl unterschiedlicher Abstände zwischen jedem Verschlussabschnitt 32a, 32b und dem diesem zugeordneten Ventilsitz 15a, 15b einstellbar.The piezo valve can thus be used in particular as a 3/3-way proportional valve, where it is the third valve channel 14c either simultaneously from both the first and second valve channels 14a . 14b shut off or alternatively with the first or second valve channel 14a . 14b connects and at the same time from the other of these two mentioned first and second valve channels 14a . 14b separates. In each case, a plurality of different distances between each closure section are steplessly 32a . 32b and the valve seat associated therewith 15a . 15b adjustable.
Auf Grund ihrer Ausgestaltung als Stapeltranslatoren sind die Piezoaktoren 25a, 25b in der Lage, sehr hohe Drückkräfte zu erzeugen. Due to their design as Stapeltranslatoren are the piezoelectric actuators 25a . 25b able to generate very high compressive forces.
Die Stapeltranslatoren bestehen zweckmäßigerweise in an sich bekannter Bauweise aus einer Vielzahl dünner Keramikscheiben, beispielsweise mit Dicken zwischen 0,3 und 1 mm, auf denen sich metallische Elektroden für die Zuführung der Ansteuerspannung befinden. Die einzelnen Scheiben werden paarweise mit entgegengesetzter Polarisationsrichtung aufeinander geschichtet und verklebt. Es ergibt sich somit ein elektrisch parallel und mechanisch in Reihe geschalteter Stapel von Piezoscheiben, deren Dicke sich bei elektrischer Ansteuerung vergrößert, wobei die gesamthafte Längenänderung des Piezostapels aus der Summe der Dickenänderung der Einzelelemente resultiert.The stack translators expediently consist of a plurality of thin ceramic disks, for example with thicknesses between 0.3 and 1 mm, in which metal electrodes for the supply of the drive voltage are located. The individual disks are stacked and glued together in pairs with opposite polarization direction. This results in an electrically parallel and mechanically connected in series stack of piezoelectric disks whose thickness increases with electrical control, the Gesamthafte change in length of the piezo stack resulting from the sum of the change in thickness of the individual elements.
Trotz des Stapelaufbaus ist die maximale Längenänderung der Piezoaktoren 25a, 25b relativ gering. Dies wird jedoch durch eine in Verbindung mit den gelenkig gelagerten Steuerfingern 31a, 31b erhaltene Hubübersetzung mehr als kompensiert. Es lassen sich somit relativ große Auslenkhübe der Steuerfinger 31a, 31b im Bereich der Ventilsitze 15a, 15b verwirklichen. Insgesamt besteht somit die Möglichkeit zur Steuerung einer großen Bandbreite von Durchflüssen bzw. Drücken mit ein und demselben Piezoventil.Despite the stack construction, the maximum length change of the piezo actuators 25a . 25b relatively low. However, this is done by a in conjunction with the hinged control fingers 31a . 31b obtained stroke ratio more than compensated. It can thus be relatively large Auslenkhübe the control finger 31a . 31b in the area of the valve seats 15a . 15b realize. Overall, it is thus possible to control a wide range of flow rates or pressures with one and the same piezo valve.
Die erwähnte Hubübersetzung ergibt sich insbesondere dadurch, dass der zweite Abstand L2 zwischen jedem Festkörpergelenk 35a, 35b und der Verschlussfläche 33 des daran angeordneten Steuerfingers 31a, 31b größer ist als der Abstand zwischen dem besagten Festkörpergelenk 35a, 35b und der vom zugeordneten Piezoaktor 25a, 25b beaufschlagten Krafteinleitungsstelle 56 des betreffenden Steuerfingers 31a, 31b.The mentioned stroke ratio results in particular in that the second distance L 2 between each solid-body joint 35a . 35b and the closure surface 33 the control finger arranged thereon 31a . 31b is greater than the distance between said solid body joint 35a . 35b and the associated piezo actuator 25a . 25b acted upon 56 the relevant control finger 31a . 31b ,
Beim Ausführungsbeispiel ist über die beiden jeweils über ein Festkörpergelenk verschwenkbar gelagerten Steuerfinger 31a, 31b eine ca. zwanzigfache Hubübersetzung verwirklicht.In the exemplary embodiment, the two control fingers, which are pivotably mounted in each case via a solid-body joint, are mounted 31a . 31b realized a twenty-fold stroke translation.
Bei der beispielhaften Anordnung ist die Krafteinleitungsstelle 56 in einer anderen Richtung vom Festkörpergelenk 35a, 35b beabstandet wie die Verschlussfläche 33. Der erste Abstand L1 misst sich insbesondere in der Achsrichtung der Hochachse 12, während sich der zweite Abstand L2 in der Achsrichtung der Längsachse 8 misst.In the exemplary arrangement, the force introduction point 56 in a different direction from the solid-state joint 35a . 35b spaced as the closure surface 33 , The first distance L 1 is measured in particular in the axial direction of the vertical axis 12 while the second distance L 2 in the axial direction of the longitudinal axis 8th measures.
Das Piezoventil 1 ist zweckmäßigerweise mit einer elektronischen Steuereinrichtung 68 ausgestattet, über die die beiden Piezoaktoren 25a, 25b elektrisch ansteuerbar sind. Exemplarisch ist die elektronische Steuereinrichtung 68 unter Verwendung mindestens einer mit elektronischen Bauteilen bestückten Platine 71 realisiert.The piezo valve 1 is expediently with an electronic control device 68 equipped, over which the two Piezoaktoren 25a . 25b are electrically controlled. Exemplary is the electronic control device 68 using at least one board equipped with electronic components 71 realized.
Das Piezoventil 1 kann zusätzlich zu der Ventileinheit 2 einen an das Ventilgehäuse 3 angesetzten Ansteuerkopf 72 aufweisen, in dessen Innern sich die elektronische Steuereinrichtung 68 befindet und der insbesondere oben auf den Gehäusedeckel 6 aufgesetzt ist. Der Gehäusedeckel 6 kann Durchbrechungen 73 aufweisen, durch die die Kontaktmittel 58 hindurchgeführt sind, so dass sie in einen Innenraum 74 des Ansteuerkopfes 72 führen, in dem die elektronische Steuereinrichtung 68 untergebracht ist und in dem sie mit dieser elektronischen Steuereinrichtung 68 kontaktiert sind.The piezo valve 1 can in addition to the valve unit 2 one to the valve body 3 attached drive head 72 have, in the interior, the electronic control device 68 located and in particular on top of the housing cover 6 is attached. The housing cover 6 can breakthroughs 73 have, through which the contact means 58 are passed, so they into an interior 74 of the drive head 72 lead, in which the electronic control device 68 is housed and in which they are using this electronic control device 68 are contacted.
Eine von außen her zugängliche elektromechanische Schnittstelle 75 ermöglicht eine elektrische Kommunikation der internen elektronischen Steuereinrichtung 68 mit einer nicht dargestellten externen Steuerelektronik.An externally accessible electromechanical interface 75 allows electrical communication of the internal electronic control device 68 with an external control electronics, not shown.
Der internen elektronischen Steuereinrichtung 68 ist beim Ausführungsbeispiel ein Drucksensor 76 zugeordnet, der den in der Ventilkammer 4 und mithin den im dritten Ventilkanal 14c herrschenden Druck erfasst, so dass er bei der elektrischen Ansteuerung der Piezoaktoren 25a, 25b verwertbar ist, insbesondere bei einem geregelten Betrieb.The internal electronic control device 68 is a pressure sensor in the embodiment 76 associated with that in the valve chamber 4 and therefore the third valve channel 14c detected pressure prevailing, so he in the electrical control of the piezo actuators 25a . 25b usable, in particular in a regulated operation.
Es wäre auch möglich, zusätzlich oder alternativ einen Durchflusssensor zu integrieren, so dass ein druckgeregelter und/oder durchflussgeregelter Betrieb des Piezoventils 1 möglich ist.It would also be possible to additionally or alternatively integrate a flow sensor, so that a pressure-controlled and / or flow-controlled operation of the piezo valve 1 is possible.
Das Piezoventil kann sehr kostengünstig realisiert werden, weil geeignete Stapeltranslatoren am Markt von verschiedenen Herstellern preisgünstig zur Verfügung gestellt werden. Da das Piezoventil einen sehr hohen Druckbereich abdeckt, erspart man sich die Bereitstellung mehrerer, für unterschiedliche Druckbereiche speziell angepasster Ventile, was in der Fertigung eine hohe Kosteneinsparung verspricht. Durch den nahezu reibungsfreien Aufbau mit Festkörpergelenken zeigt der Ventilaufbau eine sehr geringe Hysterese und ermöglicht somit sehr exakte Druck- und/oder Durchflussvorgaben. Da die sich aus dem Steuerkörper 24 und den Piezoaktoren 25a, 25b zusammensetzende Steuereinheit 23 eine hohe Steifigkeit aufweist, treten auch bei großen Druckunterschieden nur geringe Hubunterschiede auf. Mithin ergibt sich eine sehr gute Regelbarkeit des Ventils.The piezo valve can be realized very inexpensively, because suitable stack translators are made available at low cost on the market by different manufacturers. Since the piezo valve covers a very high pressure range, it saves the provision of multiple, specially adapted for different pressure ranges valves, which promises a high cost savings in manufacturing. Due to the almost friction-free construction with solid-state joints, the valve design shows a very low hysteresis and thus enables very exact pressure and / or flow specifications. As the result of the tax body 24 and the piezo actuators 25a . 25b composing control unit 23 has a high rigidity, occur even at large pressure differences only small differences in lift. This results in a very good controllability of the valve.
Der beim Ausführungsbeispiel realisierte Aufbau ist temperaturkompensiert und äußerst toleranzunempfindlich.The construction realized in the exemplary embodiment is temperature-compensated and extremely insensitive to tolerances.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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EP 1207329 B1 [0002] EP 1207329 B1 [0002]
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DE 202009007298 U1 [0004] DE 202009007298 U1 [0004]
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DE 10303856 B3 [0005] DE 10303856 B3 [0005]
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WO 96/19836 A1 [0006] WO 96/19836 A1 [0006]
