Die Erfindung betrifft ein Piezoventil, mit einem Ventilgehäuse, das eine Ventilkammer definiert, in der ein Ventilglied angeordnet ist, das ein einem Ventilsitz gegenüberliegendes flaches Dichtelement aufweist oder ein solches Dichtelement bildet, und das mit das mit einem unter Ausführung einer Antriebsbewegung verschwenkbaren Antriebsabschnitt eines piezoelektrischen Biegewandlers derart antriebsmäßig gekoppelt ist, dass es durch diese Antriebsbewegung zu einer sich an den Ventilsitz annähernden oder von dem Ventilsitz entfernenden Arbeitsbewegung antreibbar ist.The invention relates to a piezoelectric valve, comprising a valve housing, which defines a valve chamber in which a valve member is arranged, which has a valve seat opposite flat sealing element or forms such a sealing element, and with the one with a drive movement of a drive pivotable drive portion of a piezoelectric Bending transducer is drivingly coupled such that it can be driven by this drive movement to an approaching to the valve seat or removing the valve seat working movement.
Ein aus der DE 19949197 A1 bekanntes Piezoventil dieser Art enthält einen piezoelektrischen Biegewandler, der einenends am Ventilgehäuse fest eingespannt ist und über einen durch Anlegen einer Steuerspannung verschwenkbaren Antriebsabschnitt verfügt, der ein Ventilglied trägt. Das Ventilglied besteht aus einem in einer Durchbrechung des Biegewandlers fixierten Grundkörper und mindestens einem einem Ventilsitz gegenüberliegenden plättchenförmigen Dichtelement. Das Ventilglied macht die schwenkende Antriebsbewegung des Antriebsabschnittes des Biegewandlers mit und kann dadurch zu einer einen Bogen beschreibenden Arbeitsbewegung veranlasst werden, im Rahmen derer es an den gegenüberliegenden Ventilsitz dichtend anlegbar oder von diesem Ventilsitz abhebbar ist.One from the DE 19949197 A1 known piezoelectric valve of this type includes a piezoelectric bending transducer, which is firmly clamped at one end to the valve housing and has a pivotable by applying a control voltage drive section which carries a valve member. The valve member consists of a fixed in an opening of the bending transducer body and at least one opposite a valve seat plate-shaped sealing element. The valve member carries with it the pivoting drive movement of the drive section of the bending transducer and can thereby be made to perform a work movement describing a curve, in which it can be sealingly applied to the opposite valve seat or lifted off this valve seat.
Das bekannte Piezoventil stellt hohe Anforderungen an die Fertigungs- und Montagegenauigkeit, damit im am Ventilsitz anliegenden Zustand des Dichtelementes eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet werden kann.The known piezoelectric valve makes high demands on the manufacturing and assembly accuracy, so that in the voltage applied to the valve seat state of the sealing element a reliable seal can be ensured.
Aus der EP 1 419 333 B1 ist ein piezoelektrisch betätigtes Fluidventil bekannt, bei dem ein Biegewandler axial beidseits an einem Ventilgehäuse befestigt ist und in einem mittleren Bereich mit einem in einer Vertiefung des Ventilgehäuses untergebrachten stößelförmigen Ventilglied in Antriebsverbindung steht. Ein solches Ventil hat den Nachteil, dass es sich bedingt durch die relativ große Baulänge des Ventilgliedes nur mit relativ großen Abmessungen realisieren lässt.From the EP 1 419 333 B1 a piezoelectrically actuated fluid valve is known in which a bending transducer is fixed axially on both sides of a valve housing and is in drive connection in a central region with a housed in a recess of the valve housing tappet-shaped valve member. Such a valve has the disadvantage that it can be realized only with relatively large dimensions due to the relatively large length of the valve member.
In der EP 0 943 812 A1 ist ein piezoelektrisches Ventil beschrieben, dessen Biegewandler mit einem isolierenden Schutzüberzug versehen ist, der zumindest teilweise aus einem elastischen Material besteht und gleichzeitig die Funktion eines Ventilgliedes übernimmt. Der Schutzüberzug verhindert Kurzschlüsse im Bereich der im Betrieb mit einer hohen Spannung beaufschlagten Elektroden des Biegewandlers. Fertigungstechnisch erfordert dieses Ventil jedoch einen nicht unerheblichen Aufwand, um den Schutzüberzug mit einer ausreichenden Dicke und zugleich mit einer präzisen Formgebung zu versehen, so dass im Zusammenwirken mit einem gegenüberliegenden Ventilsitz eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet werden kann.In the EP 0 943 812 A1 a piezoelectric valve is described, the bending transducer is provided with an insulating protective coating, which consists at least partially of an elastic material and at the same time assumes the function of a valve member. The protective cover prevents short circuits in the area of the electrodes of the bending transducer subjected to high voltage during operation. However, manufacturing technology requires this valve a considerable effort to provide the protective coating with a sufficient thickness and at the same time with a precise shaping, so that in conjunction with an opposite valve seat, a reliable seal can be ensured.
Aus der DE 20 2005 014 561 U1 ist ein in einem Piezoventil zum Einsatz kommender Piezo-Biegewandler bekannt, der zur Betätigung eines Ventilverschlussgliedes dient und der ein Biegewandlerelement enthält, das mit einem Schutzüberzug zum Schutz gegen Feuchtigkeit versehen ist.From the DE 20 2005 014 561 U1 a piezo bending transducer used in a piezoelectric valve is known, which serves to actuate a valve closure member and which contains a bending transducer element, which is provided with a protective cover for protection against moisture.
Die WO 01/42698 A1 offenbart ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, das über ein schwenkbewegliches Ankerelement verfügt, welches mit einem in einer Vertiefung des Ventilgehäuses aufgenommenen Schließelement kooperiert, um einen Strömungskanal wahlweise zu öffnen oder zu verschließen.The WO 01/42698 A1 discloses an electromagnetically operable valve having a pivotable armature member cooperating with a closure member received in a recess of the valve body to selectively open or close a flow passage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für ein kurzschlusssicheres Piezoventil zu schaffen, der kompakte Abmessungen ermöglicht und wenig toleranzempfindlich ist.The invention has for its object to provide a structure for a short-circuit proof piezoelectric valve, which allows compact dimensions and is less sensitive to tolerances.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass der Biegewandler zumindest an seinem Antriebsabschnitt und dort einschließlich seiner mit dem Ventilglied in Kontakt stehenden Bereiche mit einem einen Schutz vor Feuchtigkeit bewirkenden Schutzüberzug versehen ist, wobei die zwischen dem Antriebsabschnitt und dem Ventilglied vorhandene antriebsmäßige Kopplung relative Ausgleichsbewegungen zumindest in Form relativer Translationsbewegungen und relativer Kippbewegungen zwischen diesen beiden Komponenten zulässt und das Ventilglied zur Ausführung seiner Arbeitsbewegung unabhängig von dem Biegewandler durch Linearführungsmittel relativ zum Ventilgehäuse linear verschiebbar geführt ist.To achieve this object is provided in connection with the features mentioned above, that the bending transducer is provided at least at its drive section and there including his standing with the valve member in contact areas with a moisture protection protective coating, wherein the between the drive section and the Valve member existing driving coupling relative compensating movements at least in the form of relative translational movements and relative tilting movements between these two components permits and the valve member is performed to perform its working movement independently of the bending transducer by linear guide means relative to the valve housing linearly displaceable.
Bei dem erfindungsgemäßen Piezoventil wird durch den Schutzüberzug eine Isolation der internen elektrischen Komponenten des Antriebsabschnittes gegenüber dem zu steuernden, den Arbeitsabschnitt im Betrieb des Piezoventils umspülenden Fluid erzielt. Der Schutzüberzug befindet sich selbst dort, wo das Ventilglied mit dem Antriebsabschnitt zwecks Übertragung der erforderlichen Antriebskräfte kooperiert und gekoppelt ist. Durch diesen Schutzüberzug eventuell hervorgerufene Oberflächenungenauigkeiten des Biegewandlers haben gleichwohl keine negativen Auswirkungen auf die präzise Dichtfunktion des Ventilgliedes, weil das Ventilglied vom Biegewandler entkoppelt ist und unabhängig von dem Biegewandler über die vorhandenen Linearführungsmittel eine exakte lineare Verschiebeführung bezüglich des Ventilgehäuses und des Ventilsitzes erfährt. Die Erfindung verlässt also das Prinzip eines mechanisch fest mit dem Biegewandler verbundenen und dessen Schwenkbewegung mitmachenden Ventilgliedes und sieht stattdessen eine von dem Biegewandler entkoppelte präzise Linearführung des Ventilgliedes vor. Das Ventilglied ist mithin unabhängig von Fertigungs- und Montagetoleranzen des Biegewandlers und unter Entkopplung von der einen Bogen beschreibenden Antriebsbewegung des Biegewandlers sehr exakt in Bezug auf den zugeordneten Ventilsitz geführt. Dadurch, dass das Dichtelement zudem eine Flachgestalt hat, wobei es insbesondere plättchenförmig gestaltet ist, kann das Piezoventil mit äußerst kompakten Abmessungen verwirklicht werden.In the case of the piezoelectric valve according to the invention, the protective coating achieves insulation of the internal electrical components of the drive section from the fluid to be controlled, which circulates the working section during operation of the piezoelectric valve. The protective cover is located even where the valve member cooperates and is coupled to the drive section for the purpose of transmitting the required drive forces. Nevertheless, any surface inaccuracies of the bending transducer caused by this protective coating have no negative effects on the precise sealing function of the valve member because the valve member is decoupled from the bending transducer and experiences an exact linear displacement guide with respect to the valve housing and the valve seat independently of the bending transducer via the existing linear guide means. The invention thus leaves the principle of a mechanical fixedly connected to the bending transducer and the pivoting movement mitmachenden valve member and instead provides a decoupled from the bending transducer precise linear guide of the valve member. The valve member is therefore performed very accurately with respect to the associated valve seat, regardless of manufacturing and assembly tolerances of the bending transducer and decoupling from the arc describing drive movement of the bending transducer. The fact that the sealing element also has a flat shape, wherein it is designed in particular plate-shaped, the piezoelectric valve can be realized with extremely compact dimensions.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Bei dem Schutzüberzug handelt es sich vorzugsweise um einen Schutzlack, der aufgrund seiner Funktion auch als Feuchteschutzlack bezeichnet werden könnte. Der Schutzüberzug bewirkt eine Abschirmung der empfindlichen Komponenten des Biegewandlers gegenüber ungünstigen Einflüssen seitens des den Biegewandler umströmenden Fluides.The protective coating is preferably a protective lacquer which, due to its function, could also be referred to as moisture protection lacquer. The protective coating causes a shielding of the sensitive components of the bending transducer against unfavorable influences on the part of the fluid flowing around the bending transducer.
Der Antriebsabschnitt des Biegewandlers und das Ventilglied sind insbesondere derart antriebsmäßig miteinander gekoppelt, dass sie quer zur Richtung der Antriebsbewegung gleitverschieblich aneinander anliegen und zwischen ihnen zudem ein allseitiger Kippfreiheitsgrad gegeben ist. Auf diese Weise kann der Antriebsabschnitt des Biegewandlers bei Ausführung der Antriebsbewegung an dem Ventilglied abgleiten und/oder diesbezüglich verkippen, ohne die aufgrund der Linearführungsmittel bezüglich des Ventilsitzes exakt vorgegebene Ausrichtung des Ventilgliedes zu beeinträchtigen.The drive section of the bending transducer and the valve member are in particular so drivingly coupled to each other that they rest transversely to the direction of the drive movement slidably against each other and between them also an all-round Kippfreiheitsgrad is given. In this way, the drive portion of the bending transducer in the execution of the drive movement on the valve member slide and / or tilt in this regard, without affecting the due to the linear guide means with respect to the valve seat exactly predetermined orientation of the valve member.
Das Piezoventil ist insbesondere so aufgebaut, dass das Ventilglied an einer dem Ventilsitz zugewandten unteren Grundfläche des Antriebsabschnittes des Biegewandlers lose anliegt.The piezoelectric valve is in particular constructed such that the valve member loosely rests against a lower base surface of the drive section of the bending transducer facing the valve seat.
Es ist von Vorteil, wenn Beaufschlagungsmittel das Ventilglied ständig an die dem Ventilsitz zugewandte untere Grundfläche des Biegewandlers andrücken. Auf diese Weise wird die Auslenkung des Antriebsabschnittes direkt und ohne Verfälschung auf das Ventilglied übertragen.It is advantageous if loading means press the valve member constantly against the valve seat facing lower base surface of the bending transducer. In this way, the deflection of the drive section is transmitted directly and without adulteration to the valve member.
Insbesondere wenn das Piezoventil in einer Weise eingesetzt wird, bei der durch den dem zu steuernden Ventilsitz zugeordneten Ventilkanal hindurch ein Druckmedium in die Ventilkammer eingespeist wird, kann dieses fluidische Druckmedium unmittelbar selbst das das Ventilglied ständig gegen den Biegewandler andrückende Beaufschlagungsmittel bilden.In particular, when the piezoelectric valve is used in a manner in which a pressure medium is fed into the valve chamber through the valve channel assigned to the valve seat to be controlled, this fluidic pressure medium can itself directly form the valve member constantly pressing against the bending transducer.
Eine besonders zuverlässige Betriebsweise unabhängig von der Belegung der Ventilkanäle des Piezoventils ist vor allem dann gewährleistet, wenn als Beaufschlagungsmittel fungierende mechanische Federmittel vorhanden sind. Solche mechanischen Federmittel stützen sich einerseits am Ventilgehäuse und andererseits an dem Ventilglied ab, wobei sie insbesondere als Druckfedermittel ausgebildet sind.A particularly reliable mode of operation regardless of the occupancy of the valve channels of the piezoelectric valve is especially ensured when acting as a loading means mechanical spring means are present. Such mechanical spring means are supported on the one hand on the valve housing and on the other hand on the valve member, wherein they are in particular designed as a compression spring means.
Das Piezoventil kann so konzipiert sein, dass der Biegewandler lediglich drückende Kräfte in der Richtung zum Ventilsitz auf das Ventilglied übertragen kann. In diesem Fall bewirken oder unterstützen die erwähnten Beaufschlagungsmittel die Öffnungsbewegung des Ventilgliedes, wenn der Antriebsabschnitt des Biegewandlers vom Ventilsitz weggeschwenkt wird.The piezo valve can be designed so that the bending transducer can only transmit pressing forces in the direction of the valve seat on the valve member. In this case, the mentioned urging means cause or assist the opening movement of the valve member when the driving portion of the bending transducer is pivoted away from the valve seat.
Eine alternative Ausführungsform des Piezoventils sieht vor, dass der Biegewandler bei beiden Schwenkrichtungen seiner Antriebsbewegung eine Kraftübertragung auf das Ventilglied vornehmen kann, um dieses Ventilglied entweder in eine Schließstellung am Ventilsitz oder in eine vom Ventilsitz abgehobene Offenstellung zu verlagern. Eine derartige antriebsmäßige Kopplung wird insbesondere mit Hilfe einer auf Formschluss basierenden Mitnehmerstruktur des Ventilgliedes realisiert, die insbesondere so ausgebildet ist, dass sie das Ventilglied auf der dem Ventilsitz abgewandten Oberseite zumindest partiell übergreift. Die Mitnehmerstruktur kann beispielsweise über Schnapphaken verfügen. Jedenfalls ist eine Hakenstruktur von Vorteil.An alternative embodiment of the piezoelectric valve provides that the bending transducer can perform a power transmission to the valve member in both pivoting directions of its drive movement to move this valve member either in a closed position on the valve seat or in an open position lifted from the valve seat. Such a driving coupling is realized in particular by means of a positive-fit based driver structure of the valve member, which is in particular designed so that it engages over the valve member on the upper side facing away from the valve seat at least partially. The driver structure may for example have snap hooks. Anyway, a hook structure is an advantage.
Die mittels der Mitnehmerstruktur zwischen dem Antriebsabschnitt des Biegewandlers und dem Ventilglied realisierte antriebsmäßige Kopplung kann ohne weiteres in der Richtung der Antriebsbewegung des Antriebsabschnittes mit einem gewissen Spiel behaftet sein. Auf diese Weise wird die zwecks Entkoppelung der beiden Komponenten gewünschte relative Beweglichkeit wirksam unterstützt.The drive-type coupling realized by means of the carrier structure between the drive section of the bending transducer and the valve member can be subject to a certain amount of play in the direction of the drive movement of the drive section without further ado. In this way, the relative mobility desired for decoupling the two components is effectively supported.
Das Piezoventil kann bei Bedarf mit Federmitteln ausgestattet sein, die in der Schließrichtung auf das Ventilglied einwirken. Jegliche Beaufschlagungsmittel beziehungsweise Federmittel, die das Ventilglied in einer Richtung vorspannen, wirken zweckmäßigerweise ausschließlich zwischen dem Ventilglied und dem Ventilgehäuse und kooperieren nicht mit dem Biegewandler. Dadurch wird der Biegewandler geschont und entlastet.If necessary, the piezo valve can be equipped with spring means which act on the valve member in the closing direction. Any urging means or spring means biasing the valve member in one direction expediently act exclusively between the valve member and the valve housing and do not cooperate with the bending transducer. As a result, the bending transducer is protected and relieved.
Die Linearführungsmittel können grundsätzlich beliebig in der Ventilkammer des Ventilgehäuses angeordnet sein. Als besonders vorteilhaft wird allerdings angesehen, wenn die Linearführungsmittel – quer zu einer Schwenkebene, in der der Antriebsabschnitt bei seiner Betätigung verschwenkt wird – längsseits neben dem Biegewandler angeordnet sind. Auf diese Weise kann insbesondere auf Führungsmittel, die unterhalb des Biegewandlers liegen und die sich nachteilig auf die Bauhöhe des Piezoventils auswirken könnten, verzichtet werden. Besonders zweckmäßig wird erachtet, die Linearführungsmittel längsseits beidseits des Biegewandlers vorzusehen, so dass eine symmetrische Linearführung möglich ist, wobei der Biegewandler seine Antriebskraft in einem zwischen den Linearführungsmitteln liegenden Bereich in das Ventilglied einleiten kann.The linear guide means can basically be arranged arbitrarily in the valve chamber of the valve housing. However, it is considered to be particularly advantageous if the linear guide means is arranged alongside the bending transducer, transversely to a pivoting plane in which the drive section is pivoted during its actuation are. In this way, in particular on guide means, which are below the bending transducer and could adversely affect the height of the piezoelectric valve, are dispensed with. It is considered particularly expedient to provide the linear guide means alongside both sides of the bending transducer, so that a symmetrical linear guide is possible, wherein the bending transducer can introduce its driving force into the valve member in an area located between the linear guide means.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung enthalten die Linearführungsmittel eine oder mehrere Führungssäulen, mit denen das Ventilglied linear verschiebbar in Eingriff steht. Das Ventilglied kann pro Führungssäule beispielsweise ein Führungsauge haben, mit dem es auf die Führungssäule gleitverschieblich aufgesteckt ist.In a preferred embodiment, the linear guide means comprise one or more guide columns, with which the valve member is linearly displaceable engaged. The valve member may have, for example, a guide eye per guide column, with which it is slidably mounted on the guide column.
Anstelle von Führungssäulen können beispielsweise auch Führungsnuten direkt in der Wandung des Ventilgehäuses vorhanden sein, in die das Ventilglied gleitverschieblich eingreift. Solche Führungsnuten sind beispielsweise schwalbenschwanzförmig profiliert.Instead of guide columns, for example, also guide grooves may be present directly in the wall of the valve housing, in which the valve member engages slidably. Such guide grooves are profiled, for example dovetail-shaped.
Mechanische Federmittel, die zur Unterstützung der Arbeitsbewegung des Ventilgliedes eingesetzt werden, können neben den Linearführungsmitteln platziert sein oder aber mit den Linearführungsmitteln zu einer Baueinheit zusammengefasst sein. Es besteht insbesondere die Möglichkeit, drückend wirkende Schraubenfedern oder Tellerfedern koaxial auf vorhandene Führungssäulen aufzustecken, so dass eine sehr platzsparende Unterbringung gegeben ist.Mechanical spring means, which are used to support the working movement of the valve member may be placed next to the linear guide means or be combined with the linear guide means to form a structural unit. There is in particular the possibility of coaxially aufzustecken push-acting coil springs or disc springs on existing guide columns, so that a very space-saving accommodation is given.
Das Ventilglied ist zweckmäßigerweise ein sich aus mehreren Komponenten zusammensetzendes Bauteil, wobei es zum einen das aus einem gut dichtenden Material bestehende, bevorzugt plättchenförmige, flache Dichtelement enthält und außerdem einen dieses Dichtelement tragenden Dichtelementträger. Der Dichtelementträger besteht hierbei insbesondere aus einem verschleißfesten Kunststoffmaterial. Das Dichtelement ist vorzugsweise stoffschlüssig an dem Dichtelementträger befestigt, beispielsweise durch Ankleben oder durch Spritzgießen unmittelbar bei der eigenen Herstellung.The valve member is expediently a composite of several components component, wherein it contains on the one hand, the existing of a good sealing material, preferably platelet-shaped, flat sealing element and also a sealing element carrying this sealing element carrier. The sealing element carrier in this case consists in particular of a wear-resistant plastic material. The sealing element is preferably firmly bonded to the sealing element carrier, for example by gluing or by injection molding directly in its own production.
Es ist von Vorteil, wenn der Dichtelementträger diejenige Komponente des Ventilgliedes ist, über die sowohl die antriebsmäßige Kopplung mit dem Biegewandler stattfindet als auch die Linearführung bezüglich des Ventilgehäuses. Um Reibungseinflüsse zu minimieren, können alle an der Linearführung teilnehmenden Komponenten bei Bedarf mittels geeigneter Verfahren beschichtet werden, beispielsweise mit einer durch Abscheidung generierten sogenannten PVD-Beschichtung (PVD = Physical Vapour Deposition).It is advantageous if the sealing element carrier is that component of the valve member, via which both the driving coupling with the bending transducer takes place and the linear guide with respect to the valve housing. In order to minimize the effects of friction, all components participating in the linear guide can, if required, be coated by means of suitable methods, for example with a so-called PVD coating (PVD = physical vapor deposition) generated by deposition.
Sollte im Betrieb des Piezoventils eine Beschädigung des Dichtelementes auftreten, kann das Ventilglied kostengünstig ausgetauscht werden, während der Biegewandler weiterhin uneingeschränkt nutzbar bleibt und problemlos wiederverwendet werden kann. Somit ist das Piezoventil äußerst wartungsfreundlich.If damage to the sealing element occurs during operation of the piezo valve, the valve member can be exchanged cost-effectively, while the bending transducer remains fully usable and can be easily reused. Thus, the piezo valve is extremely easy to maintain.
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 Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Piezoventils bei abgenommenem Gehäusedeckel des Ventilgehäuses, 1 a plan view of a preferred embodiment of the piezoelectric valve according to the invention with removed housing cover of the valve housing,
2 einen Längsschnitt durch das Piezoventil gemäß Schnittlinie II-II aus 1, 2 a longitudinal section through the piezoelectric valve according to section line II-II 1 .
3 einen Querschnitt durch das Piezoventil gemäß Schnittlinie III-III aus 2 im Bereich des Ventilglieds, 3 a cross section through the piezo valve according to section line III-III 2 in the area of the valve member,
4 eine perspektivische Einzeldarstellung des Piezoventils bei abgenommenem Gehäusedeckel, 4 a perspective individual representation of the piezoelectric valve with the housing cover removed,
5 eine perspektivische Einzeldarstellung des bei dem Piezoventil der 1 bis 4 verwendeten Ventilgliedes, 5 an individual perspective view of the piezo valve in the 1 to 4 used valve member,
6 einen Querschnitt analog 3 eines modifizierten Piezoventils, das über mechanische Federmittel zur Rückstellung des Ventilgliedes verfügt, und 6 a cross section analog 3 a modified piezo valve, which has mechanical spring means for returning the valve member, and
7 in einem Querschnitt analog 6 eine andere modifizierte Bauform des Piezoventils, das über Federmittel zur Rückstellung des Ventilgliedes verfügt, die im Vergleich zur Ausführungsform der 6 unmittelbar mit den Linearführungsmitteln zusammengefasst sind. 7 in a cross section analog 6 Another modified design of the piezoelectric valve, which has spring means for returning the valve member, compared to the embodiment of the 6 are summarized directly with the linear guide means.
Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Piezoventil wird im Folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei die Erläuterungen für alle Ausführungsbeispiele gelten, sofern im Einzelfall keine anderslautenden Angaben gemacht werden.That in its entirety with reference number 1 designated piezoelectric valve is described below with reference to several embodiments, the explanations apply to all embodiments, unless otherwise stated in individual cases.
Das Piezoventil 1 verfügt über ein beispielsweise kastenförmiges Ventilgehäuse 2, das einen im Folgenden als Ventilkammer 3 bezeichneten Innenraum umschließt. Das Ventilgehäuse 2 hat exemplarisch ein Unterteil 2a mit einer Bodenwand 4 und einer umlaufenden, von der Bodenwand 4 in einer Höhenrichtung 5 hochragenden Seitenwand 6. Ferner enthält das Ventilgehäuse 2 eine der Bodenwand 4 in der Höhenrichtung 5 gegenüberliegende Deckenwand 8, die beim Ausführungsbeispiel von einem Gehäusedeckel 2b gebildet ist, der eine von der Seitenwand 6 umrahmte Gehäuseöffnung 7 des Unterteils 2a verschließt. In den 1 und 4 ist der Gehäusedeckel 2b nicht abgebildet.The piezo valve 1 has a box-shaped valve housing, for example 2 , the one below as a valve chamber 3 encloses designated interior. The valve housing 2 has an example of a lower part 2a with a bottom wall 4 and a circumferential, from the bottom wall 4 in a height direction 5 towering sidewall 6 , Furthermore, the valve housing contains 2 one of the bottom wall 4 in the height direction 5 opposite ceiling wall 8th in the embodiment of a housing cover 2 B is formed, one of the sidewall 6 framed housing opening 7 of the lower part 2a closes. In the 1 and 4 is the housing cover 2 B not illustrated.
Im Innern des Ventilgehäuses 2 befindet sich ein piezoelektrischer Biegewandler 12. Der Biegewandler 12 hat eine Längsgestalt mit einer Längsachse 13 und ist insbesondere lamellenförmig gestaltet. Er verfügt quer zu der Längsachse 13 über einen länglichen und bevorzugt im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, was aus 3, 6 und 7 gut ersichtlich ist. Seine Außenfläche 14 unterteilt sich in zwei einander entgegengesetzte, vordere und hintere Stirnflächen 15a, 15b, zwei großflächige, einander entgegengesetzte untere und obere Grundflächen 16a, 16b sowie zwei ebenfalls einander entgegengesetzte erste und zweite längsseitige Randflächen 17a, 17b. Die beiden Stirnflächen 15a, 15b weisen in Achsrichtung der Längsachse 13, die beiden Grundflächen 16a, 16b sind in der Höhenrichtung 5 orientiert und die beiden längsseitigen Randflächen 17a, 17b weisen in einer zu der Höhenrichtung 5 und der Längsachse 13 rechtwinkeligen Querrichtung 18.Inside the valve body 2 there is a piezoelectric bending transducer 12 , The bending transducer 12 has a longitudinal shape with a longitudinal axis 13 and is particularly lamellar. He has transversely to the longitudinal axis 13 over an elongated and preferably substantially rectangular cross-section, which is made 3 . 6 and 7 is clearly visible. His outer surface 14 divided into two opposite, front and rear faces 15a . 15b , two large, opposing lower and upper surfaces 16a . 16b and two likewise opposite first and second longitudinal edge surfaces 17a . 17b , The two end faces 15a . 15b point in the axial direction of the longitudinal axis 13 , the two basic surfaces 16a . 16b are in the height direction 5 oriented and the two longitudinal edge surfaces 17a . 17b point in one to the height direction 5 and the longitudinal axis 13 right-angled transverse direction 18 ,
Die bei der vorstehenden Benennung der Flächen verwendeten Richtungsangaben dienen zur besseren Unterscheidung bei der nachfolgenden Beschreibung. Grundsätzlich kann das Piezoventil 1 aber mit beliebiger Ausrichtung eingesetzt werden, so dass beispielsweise die vordere Stirnfläche 15 nach oben weist oder die untere Grundfläche 16 seitwärts oder nach oben orientiert ist.The directional data used in the above naming of the areas are used to better distinguish in the following description. Basically, the piezo valve 1 but are used with any orientation, so that, for example, the front end face 15 facing up or the bottom surface 16 oriented sideways or upwards.
Der Biegewandler 12 ist derart in der Ventilkammer 3 ausgerichtet, dass seine untere Grundfläche 16a der Bodenwand 4 zugewandt ist, jedoch mit Abstand zu dieser Bodenwand 4 zu liegen kommt. Ein Abstand ist außerdem vorhanden zwischen der oberen Grundfläche 16b und der dieser gegenüberliegenden Deckenwand 8.The bending transducer 12 is so in the valve chamber 3 aligned that with its bottom footprint 16a the bottom wall 4 facing, but with distance to this bottom wall 4 to come to rest. There is also a gap between the upper base 16b and the opposite ceiling wall 8th ,
Der Biegewandler 12 hat exemplarisch einen der hinteren Stirnfläche 15b zugeordneten hinteren Endabschnitt, der als Halteabschnitt 22 bezeichnet sei und mit dem er in geeigneter Weise am Ventilgehäuse 2 gehalten ist. Exemplarisch ist der Halteabschnitt 22 zwischen einem an die Bodenwand 4 angeformten Widerlager 23 und einer schematisch angedeuteten Federeinrichtung 24 eingespannt. Er kann aber beispielsweise auch mittels einer Vergussmasse an seinem Halteabschnitt 22 gehäusefest fixiert sein.The bending transducer 12 has an example of the rear end face 15b associated rear end portion, which serves as a holding section 22 is designated and with which he in a suitable manner on the valve body 2 is held. Exemplary is the holding section 22 between one to the bottom wall 4 molded abutment 23 and a schematically indicated spring device 24 clamped. But he can also, for example, by means of a potting compound on its holding section 22 fixed to the housing.
An den Halteabschnitt 22 schließt sich ein sich bis zur vorderen Stirnfläche 15a erstreckender Längenabschnitt des Biegewandlers 12 an, der als Antriebsabschnitt 25 bezeichnet sei.To the holding section 22 closes itself up to the front end face 15a extending length of the bending transducer 12 on, as the drive section 25 is designated.
Unter Verwendung elektrischer Leiter 26, die mit dem piezoelektrischen Biegewandler 12 kontaktiert sind und die aus dem Ventilgehäuse 2 herausführen, lässt sich an den piezoelektrischen Biegewandler 12 mittels einer nicht abgebildeten elektronischen Steuereinrichtung eine elektrische Steuerspannung anlegen. Dadurch kann der Antriebsabschnitt 25 des Biegewandlers 12 unter Ausnutzung des reziproken piezoelektrischen Effektes zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Antriebsbewegung 27 relativ zu dem Halteabschnitt 22 und zum Ventilgehäuse 2 veranlasst werden. Die Antriebsbewegung 27 ist eine Schwenkbewegung. Durch die Antriebsbewegung 27 wird der Antriebsabschnitt 25 je nach Bewegungsrichtung entweder nach oben in Richtung zur Deckenwand 8 oder nach unten in Richtung zur Bodenwand 4 ausgelenkt. Die Antriebsbewegung 27 findet in einer Schwenkebene 28 statt, die rechtwinkelig zu den beiden Grundflächen 16a, 16b verläuft.Using electrical conductors 26 that with the piezoelectric bending transducer 12 are contacted and removed from the valve body 2 lead out, can be connected to the piezoelectric bending transducer 12 create an electrical control voltage by means of a non-illustrated electronic control device. This allows the drive section 25 of the bending transducer 12 taking advantage of the reciprocal piezoelectric effect to a direction indicated by a double arrow drive movement 27 relative to the holding section 22 and to the valve body 2 be initiated. The drive movement 27 is a pivoting movement. By the drive movement 27 becomes the drive section 25 depending on the direction of movement either upwards towards the ceiling wall 8th or down towards the bottom wall 4 deflected. The drive movement 27 takes place in a swivel plane 28 instead, perpendicular to the two bases 16a . 16b runs.
Der piezoelektrische Biegewandler 12 ist in an sich bekannter Weise piezoelektrisch aufgebaut und repräsentiert beispielsweise einen Biegewandler 12 mit bimorpher Struktur. Er enthält mindestens eine Schicht aus einem Piezomaterial, insbesondere eine Piezokeramik, die mit mindestens einer piezoelektrisch inaktiven Materialschicht, beispielsweise federelastisches Metall oder federelastisches Karbonmaterial, zu einem Schichtkörper vereinigt ist und die an ihrer Oberseite und Unterseite von je einer beispielsweise aufgedampften oder auf sonstige Weise aufgebrachten Elektrodenschicht flankiert wird. Die elektrischen Leiter 26 sind mit diesen Elektrodenschichten elektrisch leitend verbunden.The piezoelectric bending transducer 12 is constructed piezoelectrically in a manner known per se and represents, for example, a bending transducer 12 with bimorph structure. It contains at least one layer of a piezomaterial, in particular a piezoceramic, which is combined with at least one piezoelectrically inactive material layer, for example resilient metal or resilient carbon material, to form a layered body and which is applied to its top and bottom by one, for example vapor-deposited or otherwise applied Flanked electrode layer. The electrical conductors 26 are electrically connected to these electrode layers.
Den äußeren Abschluss des Biegewandlers 12 bildet ein als sehr dünne Schicht aufgebrachter Schutzüberzug 32. Er umhüllt bevorzugt komplett die vorstehend erläuterten Schichtkomponenten des Biegewandlers 12 einschließlich der Elektroden, wobei es vor allem darauf ankommt, dass die Elektroden fluiddicht abgedeckt werden.The outer end of the bending transducer 12 forms a very thin layer applied protective coating 32 , It preferably completely surrounds the above-described layer components of the bending transducer 12 including the electrodes, where it is important that the electrodes are covered fluid-tight.
Beim Ausführungsbeispiel ist der gesamte piezoelektrische Biegewandler 12 in der Ventilkammer 3 angeordnet, die im Betrieb des Piezoventils 1 von einem zu steuernden Fluid, beispielsweise Druckluft oder eine unter Druck stehende Flüssigkeit, befüllt sein kann. Insofern bildet hier der Schutzüberzug 32 eine Außenhülle des gesamten Biegewandlers 12. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel gelangt während des Betriebes des Piezoventils 1 lediglich der zu der Antriebsbewegung 27 antreibbare Antriebsabschnitt 25 in Kontakt mit dem Fluid, da der Halteabschnitt 22 außerhalb der Ventilkammer 3 liegt. In diesem Fall genügt es prinzipiell, wenn lediglich der Antriebsabschnitt 25 mit dem Schutzüberzug 32 versehen ist. Der Schutzüberzug 32 isoliert die innere Struktur des Biegewandlers 12 vom ihn umgebenden Medium und bewirkt insbesondere einen Schutz vor Feuchtigkeit. Er besteht insbesondere aus einem dünnen Schutzlack. Auf diese Weise werden Kurzschlüsse oder sonstige Funktionsbeeinträchtigungen des piezoelektrischen Biegewandlers 12 ausgeschlossen.In the embodiment, the entire piezoelectric bending transducer 12 in the valve chamber 3 arranged in the operation of the piezo valve 1 may be filled by a fluid to be controlled, for example compressed air or a pressurized fluid. In this respect, the protective coating forms here 32 an outer shell of the entire bending transducer 12 , In an alternative embodiment, passes during operation of the piezoelectric valve 1 only to the drive movement 27 drivable drive section 25 in contact with the fluid since the holding section 22 outside the valve chamber 3 lies. In this case, it is sufficient in principle if only the drive section 25 with the protective cover 32 is provided. The protective cover 32 isolates the internal structure of the bending transducer 12 from the surrounding medium and causes in particular a protection against moisture. It consists in particular of a thin protective lacquer. In this way, short circuits or other functional impairments of the piezoelectric bending transducer 12 locked out.
In der Ventilkammer 3 befindet sich außer dem Biegewandler 12 ein bezüglich des Biegewandlers 12 separat ausgebildetes Ventilglied 36. Das Ventilglied 36 ist durch Linearführungsmittel 37 relativ zum Ventilgehäuse 2 linear verschiebbar geführt, wobei die von ihm ausführbare und geführte Linearbewegung als Arbeitsbewegung 38 bezeichnet sei und in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil illustriert ist. Die Arbeitsbewegung 38 verläuft in einer zu der Schwenkebene 28 parallelen Ebene, so dass die Antriebsbewegung 27 und die Arbeitsbewegung 38 in zueinander parallelen Ebenen ausführbar sind. Während allerdings die Arbeitsbewegung 38 eine Linearbewegung ist, handelt es sich bei der Antriebsbewegung 27 des Antriebsabschnittes 25 um eine einem bogenförmigen Verlauf folgende nichtlineare Bewegung.In the valve chamber 3 is located outside the bending transducer 12 with respect to the bending transducer 12 separately formed valve member 36 , The valve member 36 is by linear guide means 37 relative to the valve housing 2 guided linearly displaceable, with him executable and guided linear motion as working movement 38 is designated and illustrated in the drawing by a double arrow. The work movement 38 runs in one to the pivoting plane 28 parallel plane, allowing the drive motion 27 and the work movement 38 are executable in parallel planes. While, however, the labor movement 38 is a linear movement, it is the drive movement 27 the drive section 25 around a non-linear movement following a curved course.
Die Arbeitsbewegung 38 des Ventilgliedes 36 ist durch den Biegewandler 12 hervorrufbar, dessen Antriebsabschnitt 25 in einer die erforderliche Antriebskraft übertragenden Weise antriebsmäßig mit dem Ventilglied 36 gekoppelt ist.The work movement 38 of the valve member 36 is through the bending transducer 12 hervorufbar whose drive section 25 drivingly communicating with the valve member in a manner transmitting the required driving force 36 is coupled.
Das Ventilglied 36 weist ein flaches, bevorzugt plättchenförmig ausgebildetes Dichtelement 42 auf, das auch als ”Dichtrad” bezeichnet werden kann und das zweckmäßigerweise einen kreisförmigen Außenumriss hat. Es besteht zweckmäßigerweise aus einem Material mit gummielastischen Eigenschaften.The valve member 36 has a flat, preferably platelet-shaped sealing element 42 which can also be called a "sealing wheel" and which expediently has a circular outer contour. It is expediently made of a material with rubber-elastic properties.
Das Dichtelement 42 liegt in der Höhenrichtung 5 einem Ventilsitz 35 gegenüber, der an der Innenfläche der Bodenwand 4 angeordnet ist und insbesondere von einer kragenartigen Erhebung der Bodenwand 4 gebildet ist. Der Ventilsitz 35 umrahmt die Kanalmündung 34 eines in die Ventilkammer 3 einmündenden, steuerbaren Ventilkanals 33, der die Wandung des Ventilgehäuses 2 und insbesondere die Bodenwand 4 durchsetzt. Mit dem Ausdruck ”steuerbar” soll ausgedrückt werden, dass durch Zusammenwirken des Ventilgliedes 36 mit dem Ventilsitz 35 der Fluiddurchgang durch den steuerbaren Ventilkanal 33 beeinflussbar ist.The sealing element 42 lies in the height direction 5 a valve seat 35 opposite to the inner surface of the bottom wall 4 is arranged and in particular of a collar-like elevation of the bottom wall 4 is formed. The valve seat 35 framed the canal mouth 34 one in the valve chamber 3 opening, controllable valve channel 33 , which is the wall of the valve body 2 and in particular the bottom wall 4 interspersed. By the term "controllable" is to be expressed that by cooperation of the valve member 36 with the valve seat 35 the fluid passage through the controllable valve channel 33 can be influenced.
Im Rahmen der Arbeitsbewegung 38 ist das Ventilglied 36 wahlweise in einer Schließstellung oder in mindestens einer Offenstellung positionierbar. In der Schließstellung liegt es mit seinem Dichtelement 42 unter Abdichtung an dem Ventilsitz 35 an und sperrt den steuerbaren Ventilkanal 33 mithin ab. In jeder Offenstellung ist das Ventilglied 36 derart positioniert, dass das Dichtelement 42 mehr oder weniger weit vom Ventilsitz 35 abgehoben ist, so dass der Fluiddurchgang durch den steuerbaren Ventilkanal 33 hindurch freigegeben ist und ein Fluidübertritt zwischen der Ventilkammer 3 und dem steuerbaren Ventilkanal 33 möglich ist.As part of the labor movement 38 is the valve member 36 optionally positionable in a closed position or in at least one open position. In the closed position, it lies with its sealing element 42 under seal on the valve seat 35 on and locks the controllable valve channel 33 thus off. In each open position, the valve member 36 positioned so that the sealing element 42 more or less far from the valve seat 35 is lifted off, so that the fluid passage through the controllable valve channel 33 is released through and a fluid transfer between the valve chamber 3 and the controllable valve channel 33 is possible.
Der im Folgenden als Koppelbereich 43 bezeichnete Bereich der antriebsmäßigen Kopplung zwischen dem Ventilglied 36 und dem Antriebsabschnitt 25 des Biegewandlers 12 liegt zweckmäßigerweise benachbart zu der vorderen Stirnfläche 15a. Dort führt der Antriebsabschnitt 25 im Rahmen seiner Antriebsbewegung 27 den größten Hub aus. Der Schutzüberzug 32 befindet sich an dem Biegewandler 12 auch in dem Koppelbereich 43. Es ist ein Merkmal des Piezoventils 1, dass dieser Schutzüberzug 32 keiner lokalen Entfernung bedarf, um das antriebsmäßige Zusammenwirken des Antriebsabschnittes 25 mit dem Ventilglied 36 zu ermöglichen. Der Biegewandler 12 muss also in dem Fall, dass der Schutzüberzug 32 von einem Schutzlack gebildet ist, nicht entlackt werden. Dies ermöglicht günstige Herstellkosten.The following as a coupling area 43 designated area of the driving coupling between the valve member 36 and the drive section 25 of the bending transducer 12 is suitably adjacent to the front end face 15a , There leads the drive section 25 as part of its drive movement 27 the biggest hub. The protective cover 32 is located on the bending transducer 12 also in the coupling area 43 , It is a feature of the piezo valve 1 that this protective cover 32 no local distance required to the driving interaction of the drive section 25 with the valve member 36 to enable. The bending transducer 12 So in the case that needs the protective cover 32 is formed by a protective varnish, not be stripped. This allows low production costs.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des Piezoventils 1 besteht darin, dass die in dem Koppelbereich 43 realisierte antriebsmäßige Kopplung zwischen dem Antriebsabschnitt 25 und dem Ventilglied 36 in einer Weise realisiert ist, dass zwischen den vorgenannten Komponenten, also zwischen dem Antriebsabschnitt 25 und dem Ventilglied 36, relative Translationsbewegungen 44a und Kippbewegungen 44b möglich sind, die insgesamt als relative Ausgleichsbewegungen 44 bezeichnet werden. Die relativen Kippbewegungen 44b ermöglichen insbesondere ein Verkippen zwischen dem Antriebsabschnitt 25 und dem Ventilglied 36 um eine zur Längsachse 13 parallele Achse. Die Translationsbewegungen 44a ermöglichen zweckmäßigerweise relative Verschiebebewegungen zwischen dem Antriebsabschnitt 25 und dem Ventilglied 36 in einer zu der geführten Arbeitsbewegung 38 rechtwinkeligen Ausgleichsebene. Auf diese Weise sind der Antriebsabschnitt 25 und das Ventilglied 36 so voneinander entkoppelt, dass zwar der Antriebsabschnitt 25 die notwendige Stellkraft zum Ausführen der Arbeitsbewegung 38 auf das Ventilglied 36 ausüben kann, gleichzeitig jedoch das Ventilglied 36 in der Präzision seiner Arbeitsbewegung 38 nicht von in dem Koppelbereich 43 vorhandenen Unregelmäßigkeiten beeinflusst wird und dementsprechend das Dichtelement 42 in der Schließstellung sehr präzise auf dem Ventilsitz 35 aufliegt.Another important aspect of the piezo valve 1 is that in the coupling area 43 realized drive coupling between the drive section 25 and the valve member 36 is realized in a way that between the aforementioned components, ie between the drive section 25 and the valve member 36 , relative translational movements 44a and tilting movements 44b are possible, the total as relative compensatory movements 44 be designated. The relative tilting movements 44b allow in particular a tilt between the drive section 25 and the valve member 36 one to the longitudinal axis 13 parallel axis. The translation movements 44a suitably allow relative displacement movements between the drive section 25 and the valve member 36 in one to the guided work movement 38 right-angled level of equalization. In this way, the drive section 25 and the valve member 36 so decoupled from each other, that while the drive section 25 the necessary force for carrying out the working movement 38 on the valve member 36 exercise, but at the same time the valve member 36 in the precision of his labor movement 38 not in the coupling area 43 existing irregularities is influenced and, accordingly, the sealing element 42 in the closed position very precise on the valve seat 35 rests.
Die Linearführungsmittel 37 sind bevorzugt so ausgebildet, dass die Richtung der durch sie vorgegebenen Arbeitsbewegung 38 mit der Normalenrichtung der Kanalmündung 34 zusammenfällt und hierbei insbesondere auch mit der Höhenrichtung 5 zusammenfällt.The linear guide means 37 are preferably designed so that the direction of the given by them work movement 38 with the Normal direction of the channel mouth 34 coincides and in particular also with the height direction 5 coincides.
Bevorzugt ist das Ventilglied 36 mehrteilig ausgebildet. Beim Ausführungsbeispiel ist dies der Fall. Hier besteht das Ventilglied 36 aus einem beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigten Dichtelementträger 45 und dem diesbezüglich eigenständigen Dichtelement 42, die beide zu einer nur einheitlich bewegbaren Baueinheit in Gestalt des Ventilgliedes 36 zusammengefasst sind. Exemplarisch sind sie miteinander verklebt. Das Dichtelement 42 kann aber an dem Dichtelementträger 45 auch durch Spritzgießen angeformt sein.Preferably, the valve member 36 formed in several parts. In the embodiment, this is the case. Here is the valve member 36 from a made of a plastic material, for example, sealing element carrier 45 and in this respect independent sealing element 42 , Both of them to an only uniformly movable assembly in the form of the valve member 36 are summarized. By way of example, they are glued together. The sealing element 42 but can on the sealing element carrier 45 also be molded by injection molding.
Die sich auf die antriebsmäßige Kopplung mit dem Antriebsabschnitt 25 und auf die Linearführung bezüglich des Ventilgehäuses 2 beziehenden Maßnahmen des Ventilgliedes 36 sind an dem Dichtelementträger 45 realisiert.The focus on the driving coupling with the drive section 25 and on the linear guide with respect to the valve housing 2 relating measures of the valve member 36 are on the sealing element carrier 45 realized.
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Ventilglied 36 allein aus dem entsprechend gestalteten Dichtelement 42.In one embodiment, not shown, there is the valve member 36 solely from the appropriately designed sealing element 42 ,
Das Ventilglied 36 ist zweckmäßigerweise in dem zwischen dem Antriebsabschnitt 25 und dem Ventilsitz 35 liegenden Bereich angeordnet. Dabei wird es von dem sich auch über den Ventilsitz 35 hinweg erstreckenden Antriebsabschnitt 25 überlagert. An der der unteren Grundfläche 16a des Biegewandlers 12 zugewandten Oberseite verfügt das Ventilglied 36 über eine beim Ausführungsbeispiel an dem Dichtelementträger 45 ausgebildete Abstützfläche 48, mit der es an der Unterseite des Antriebsabschnittes 25 anliegen kann. Bevorzugt ist ein nur loser Kontakt zwischen der Abstützfläche 48 und der unteren Grundfläche 16a vorhanden, der eine Gleitverschieblichkeit ermöglicht, derart, dass durch Abgleiten der Abstützfläche 48 an der unteren Grundfläche 16a eine relative Translationsbewegung 44a zwecks Toleranzausgleich möglich ist.The valve member 36 is expediently in the between the drive section 25 and the valve seat 35 lying area. It also gets over the valve seat 35 extending drive section 25 superimposed. At the bottom of the floor 16a of the bending transducer 12 facing top has the valve member 36 via a in the embodiment of the sealing element carrier 45 trained support surface 48 with it at the bottom of the drive section 25 can be present. Preferably, only loose contact between the support surface 48 and the bottom surface 16a present, which allows Gleitverschieblichkeit, such that by sliding of the support surface 48 at the bottom surface 16a a relative translational movement 44a for tolerance compensation is possible.
Wenn der Biegewandler 12 derart elektrisch angesteuert wird, dass er sich im Rahmen der Antriebsbewegung 27 in Richtung zum Ventilsitz 35 bewegt, drückt er mit seinem Antriebsabschnitt 25 auf die Abstützfläche 48 und drückt somit das Ventilglied 36 einschließlich des Dichtelementes 42 in Richtung zum Ventilsitz 35 bis zum Erreichen der daran anliegenden Schließstellung.When the bending transducer 12 is electrically controlled so that it is within the drive movement 27 towards the valve seat 35 moved, he pushes with his drive section 25 on the support surface 48 and thus pushes the valve member 36 including the sealing element 42 towards the valve seat 35 until reaching the adjacent closed position.
Wenn im Betrieb des Piezoventils 1 an dem steuerbaren Ventilkanal 33 ein Überdruck anliegt – dies ist der Fall, wenn der steuerbare Ventilkanal 33 als Speisekanal genutzt wird –, hat der Biegewandler 12 durch ein Hervorrufen der Schließbewegung des Ventilgliedes 36 die dem Ventilglied 36 entgegenwirkenden Fluidkräfte zu überwinden. Mit anderen Worten bildet hier das über den steuerbaren Ventilkanal 33 zugeführte Fluid ein zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilglied 36 wirkendes Beaufschlagungsmittel, das das Ventilglied 36 ständig in der Öffnungsrichtung, also im Sinne eines Abhebens vom Ventilsitz 35, beaufschlagt und dadurch das Ventilglied 36 ständig an die untere Grundfläche 16a des Antriebsabschnittes 25 andrückt. In einem solchen Fall, der in 3 illustriert ist, bedarf es keiner zusätzlichen Beaufschlagungsmittel, um die Offenstellung des Ventilgliedes 36 zu erhalten.When in operation of the piezo valve 1 on the controllable valve channel 33 an overpressure is applied - this is the case when the controllable valve channel 33 is used as a feed channel - has the bending transducer 12 by causing the closing movement of the valve member 36 the valve member 36 to overcome counteracting fluid forces. In other words, this forms over the controllable valve channel 33 supplied fluid between the valve housing and the valve member 36 acting urging means, the valve member 36 constantly in the opening direction, ie in the sense of lifting off the valve seat 35 , and thereby the valve member 36 constantly to the bottom surface 16a the drive section 25 presses. In such a case, in 3 is illustrated, it requires no additional Beaufschlagungsmittel to the open position of the valve member 36 to obtain.
Je nach Anwendung des Piezoventils 1 kann es vorteilhaft sein, wenn der Biegewandler 12 nicht nur die Schließbewegung, sondern auch die Öffnungsbewegung des Ventilgliedes 36 aktiv unterstützt. Beim Ausführungsbeispiel ist dies der Fall, wobei die genannte Funktionalität dadurch gewährleistet ist, dass das Ventilglied 36 in dem Koppelbereich 43 eine mit dem Antriebsabschnitt 25 in formschlüssigem Eingriff stehende Mitnehmerstruktur 52 aufweist.Depending on the application of the piezo valve 1 It may be advantageous if the bending transducer 12 not only the closing movement, but also the opening movement of the valve member 36 actively supported. In the embodiment, this is the case, wherein said functionality is ensured by the fact that the valve member 36 in the coupling area 43 one with the drive section 25 in a positively engaging driver structure 52 having.
Die Mitnehmerstruktur 52 ist vorzugsweise als Hakenstruktur 53 realisiert, die den Antriebsabschnitt 25 an der oberen Grundfläche 16b zumindest ein Stückweit übergreift.The driver structure 52 is preferably as a hook structure 53 realized that the drive section 25 at the upper base 16b at least one piece overlaps.
Exemplarisch enthält die Hakenstruktur 53 zwei insbesondere einstückig an dem Dichtelementträger 45 ausgebildete Mitnehmerhaken 54, die an den beiden längsseitigen Randflächen 17a, 17b des Biegewandlers 12 vorbei nach oben ragen und an ihren oberen Endbereichen abgebogen oder abgewinkelt sind, so dass sie die obere Grundfläche 16b an den beiden längsseitigen Randbereichen jeweils ein Stückweit übergreifen.Exemplary contains the hook structure 53 two in particular in one piece on the sealing element carrier 45 trained catch hooks 54 at the two longitudinal edge surfaces 17a . 17b of the bending transducer 12 protrude past and bent or angled at their upper end portions, so that they are the upper base 16b each overlap piece by piece on the two longitudinal edge regions.
Bewegt sich der Antriebsabschnitt 25 im Rahmen der Antriebsbewegung 27 vom Ventilsitz 36 weg nach oben, drückt er von unten her gegen die ihn übergreifenden Mitnehmerhaken 54, so dass er das Ventilglied 36 mitnimmt.Moves the drive section 25 in the context of the drive movement 27 from the valve seat 36 away upwards, he presses from below against him over the catch hooks 54 so that he has the valve member 36 entraining.
Die Mitnehmerstruktur 52 ist so ausgebildet, dass die gewünschten Freiheitsgrade für die relative Ausgleichsbewegung 44 gewährleistet sind. Insbesondere wird der Antriebsabschnitt 25 zwischen der Abstützfläche 48 und den Mitnehmerhaken 54 derart mit Spiel gehalten, dass er unabhängig vom Ventilglied 36 sowohl bezüglich der Längsachse 13 als Schwenkachse verkippen kann als auch geringfügiges Spiel in der Höhenrichtung 5 und in der Querrichtung 18 hat. Ferner sind auch in der Achsrichtung der Langsachse 13 translatorische Relativbewegungen zwischen dem Antriebsabschnitt 25 und dem Ventilglied 36 möglich, so dass Lageabweichungen kompensiert werden, die daraus resultieren, dass es sich bei der Arbeitsbewegung 38 um eine Linearbewegung und bei der Antriebsbewegung 27 des Antriebsabschnittes 25 um eine Schwenkbewegung handelt.The driver structure 52 is designed so that the desired degrees of freedom for the relative compensation movement 44 are guaranteed. In particular, the drive section 25 between the support surface 48 and the catch hook 54 held so with play that he is independent of the valve member 36 both with respect to the longitudinal axis 13 as a pivot axis can tilt as well as slight play in the height direction 5 and in the transverse direction 18 Has. Furthermore, also in the axial direction of the longitudinal axis 13 translational relative movements between the drive section 25 and the valve member 36 possible, so that positional deviations are compensated, which result from the fact that it is at the working movement 38 one Linear movement and during the drive movement 27 the drive section 25 is a pivoting movement.
Eine nicht abgebildete Ausführungsform der Mitnehmerstruktur 52 sieht vor, dass das Ventilglied 36 eine nach Art einer Öse gestaltete Öffnung hat, durch die der Antriebsabschnitt 25 spielbehaftet hindurchgreift.A non-illustrated embodiment of the driver structure 52 provides that the valve member 36 has an opening designed in the manner of an eyelet through which the drive section 25 with play.
Durch die Linearführungsmittel 37 ist gewährleistet, dass das Dichtelement 42 in der Schließstellung sehr exakt auf dem Ventilsitz 35 aufsitzt, unabhängig von eventuellen Fertigungs- und Montagetoleranzen des Biegewandlers 12 und der zur antriebsmäßigen Kopplung zwischen dem Biegewandler 12 und dem Ventilglied 36 vorhandenen Maßnahmen.Through the linear guide means 37 is ensured that the sealing element 42 in the closed position very accurately on the valve seat 35 seated, regardless of any manufacturing and assembly tolerances of the bending transducer 12 and the for driving coupling between the bending transducer 12 and the valve member 36 existing measures.
Die Linearführungsmittel 37 können auf unterschiedliche Weise realisiert werden, so beispielsweise dadurch, dass an der Innenfläche der Wandung des Ventilgehäuses 2 eine oder mehrere Führungsnuten ausgebildet sind, in die das Ventilglied 36 mit insbesondere seinem Dichtelementträger 45 linear gleitverschieblich eingreift. Unabhängig von der Ausgestaltung der Linearführungsmittel 37 ist es jedoch von Vorteil, wenn die Linearführungsmittel 37 in der Querrichtung 18 längsseits neben dem Biegewandler 12 angeordnet sind, wobei es sich aus Symmetriegründen empfiehlt, die Linearführungsmittel 37 längsseits beidseits des Biegewandlers 12 auszubilden.The linear guide means 37 can be realized in different ways, such as by the fact that on the inner surface of the wall of the valve housing 2 one or more guide grooves are formed, in which the valve member 36 in particular with its sealing element carrier 45 slidably engages linearly. Regardless of the design of the linear guide means 37 However, it is advantageous if the linear guide means 37 in the transverse direction 18 alongside beside the bending transducer 12 are arranged, it is recommended for reasons of symmetry, the linear guide means 37 alongside both sides of the bending transducer 12 train.
Bei den Ausführungsbeispielen sind die Linearführungsmittel 37 in vorteilhafter Weise als Säulenführungen ausgebildet. In der Querrichtung 18 beidseits neben dem Antriebsabschnitt 25 ist jeweils mindestens eine sich in der Höhenrichtung 5 erstreckende Führungssäule 55 angeordnet, die fest mit dem Ventilgehäuse 2 verbunden und insbesondere einstückig mit der Wandung des Ventilgehäuses 2 ausgebildet ist. Jede Führungssäule 55 ragt ausgehend von der Bodenwand 4 nach oben in Richtung zu der Deckenwand 8. Die Führungssäulen 55 sind in der Querrichtung 18 derart beabstandet zueinander angeordnet, dass der Biegewandler 12 mit seinem Antriebsabschnitt 25 zwischen sie eingreifen und insbesondere auch zwischen ihnen hindurchgreifen kann.In the embodiments, the linear guide means 37 formed in an advantageous manner as a column guides. In the transverse direction 18 on both sides next to the drive section 25 is at least one each in the height direction 5 extending guide column 55 arranged firmly with the valve body 2 connected and in particular integral with the wall of the valve housing 2 is trained. Every guide pillar 55 protrudes from the bottom wall 4 upwards towards the ceiling wall 8th , The guide columns 55 are in the transverse direction 18 so spaced apart from each other that the bending transducer 12 with its drive section 25 intervene between them and in particular can intervene between them.
Das Ventilglied 36 und insbesondere dessen Dichtelementträger 45 erstreckt sich unterhalb des Antriebsabschnittes 25 in der Querrichtung 18 und ragt mit zwei Führungsabschnitten 47a, 47b längsseits auf entgegengesetzten Seiten über den Biegewandler 12 hinaus. Jeder dieser Führungsabschnitte 47a, 47b ist an einer der beiden Führungssäulen 55 in der gewünschten Richtung der Arbeitsbewegung 38 linear verschiebbar geführt. Beim Ausführungsbeispiel ist dies dadurch realisiert, dass die Führungsabschnitte 47a, 47b als Führungsaugen konzipiert sind und jeweils eine Führungsbohrung 56 definieren, mit der sie auf die zugeordnete Führungssäule 55 axial gleitverschieblich aufgesteckt sind. Durch geeignete Beschichtungen lässt sich eine sehr leichtgängige Verschiebbarkeit des Ventilgliedes 36 bezüglich den Führungssäulen 55 gewährleisten.The valve member 36 and in particular its sealing element carrier 45 extends below the drive section 25 in the transverse direction 18 and protrudes with two guide sections 47a . 47b alongside on opposite sides over the bending transducer 12 out. Each of these leadership sections 47a . 47b is at one of the two guide columns 55 in the desired direction of the working movement 38 guided linearly displaceable. In the embodiment, this is realized in that the guide sections 47a . 47b are designed as guide eyes and one guide bore each 56 Define with which they are on the associated guide column 55 are slid axially slidably mounted. By suitable coatings can be a very smooth displaceability of the valve member 36 concerning the guide columns 55 guarantee.
Bevorzugt hat das Ventilglied 36 eine aus 5 gut ersichtliche knochenähnliche Formgebung, mit einem das Dichtelement 42 tragenden und mit dem Antriebsabschnitt 25 kooperierenden Mittelabschnitt größeren Durchmessers und zwei von diesem Mittelabschnitt abstehenden schmäleren Führungsabschnitten 47a, 47b.Preferably, the valve member 36 one out 5 well-evident bone-like shape, with a sealing element 42 bearing and with the drive section 25 cooperating middle section of larger diameter and two projecting from this middle section narrower guide sections 47a . 47b ,
Die beiden Ausführungsbeispiele weisen identisch konzipierte Linearführungsmittel 37 auf. Unterschiede ergeben sich allerdings in der Art und Weise der Unterstützung der Rückstellung des Antriebsabschnittes 25 in eine die Offenstellung des Ventilgliedes 36 vorgebende Grundstellung.The two embodiments have identically designed linear guide means 37 on. Differences arise, however, in the way of supporting the provision of the drive section 25 in a the open position of the valve member 36 specified basic position.
Während beim Ausführungsbeispiel der 3 die genannte Grundstellung allein durch den formschlüssig mit dem Ventilglied 36 gekoppelten Biegewandler 12 und durch die gegebenenfalls vorhandene Fluidkraft hervorgerufen wird, sehen die Ausführungsbeispiele der 5 und 6 jeweils zusätzliche mechanische Federmittel 57 als Beaufschlagungsmittel vor, die das Ventilglied 36 ständig in der Öffnungsrichtung beaufschlagen.While in the embodiment of 3 said basic position solely by the form-fitting with the valve member 36 coupled bending transducer 12 and caused by the possibly existing fluid force, see the embodiments of the 5 and 6 each additional mechanical spring means 57 as a loading means, which the valve member 36 constantly apply in the opening direction.
Die mechanischen Federmittel 57 sind als Druckfedermittel ausgebildet und stützen sich einerseits an der Bodenwand 4 und andererseits am Ventilglied 36 und hierbei vorzugsweise an dem Dichtelementträger 45 ab.The mechanical spring means 57 are formed as compression spring means and are based on the one hand on the bottom wall 4 and on the other hand on the valve member 36 and in this case preferably on the sealing element carrier 45 from.
Beim Ausführungsbeispiel der 6 sind die Federmittel 57 unabhängig von den Linearführungsmitteln 37 angeordnet und befinden sich bevorzugt zwischen den beiden den Biegewandler 12 flankierenden Führungssäulen 55. Sie sind insbesondere koaxial zu der Kanalmündung 34 angeordnet und bestehen beim Ausführungsbeispiel aus einer einzigen Druckfeder.In the embodiment of 6 are the spring means 57 independent of the linear guide means 37 arranged and are preferably between the two the bending transducer 12 flanking guide columns 55 , They are in particular coaxial with the channel mouth 34 arranged and consist in the embodiment of a single compression spring.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 7 sind die Federmittel 57 mit den Linearführungsmitteln 37 kombiniert. Sie enthalten hier pro Führungssäule eine Federeinheit 57a, die koaxial auf die zugeordnete Führungssäule 55 aufgesteckt ist und sich zwischen einerseits der Bodenwand 4 und andererseits einem Führungsabschnitt 47a, 47b abstützt.In the embodiment of the 7 are the spring means 57 with the linear guide means 37 combined. They contain one spring unit per guide post here 57a coaxial with the associated guide column 55 is plugged and between on the one hand the bottom wall 4 and on the other hand, a guide section 47a . 47b supported.
Allen Ausführungsbeispielen des Piezoventils 1 ist gemeinsam, dass das Ventilglied 36 quasi ”fliegend” unabhängig vom Biegewandler 12 im Ventilgehäuse 2 angeordnet und geführt ist. Das Ventilglied 36 ist von dem als Aktor fungierenden Biegewandler 12 getrennt und unabhängig ausgebildet. Aufgrund der vorhandenen Entkopplung der Antriebsverbindung ist der genaue Kontaktbereich zwischen dem Antriebsabschnitt 25 und dem Ventilglied 36 prinzipiell irrelevant, da die reproduzierbare Positionierung des Dichtelementes 42 bezüglich des Ventilsitzes 35 allein von den Linearführungsmitteln 37 bestimmt wird.All embodiments of the piezo valve 1 is common that the valve member 36 virtually "flying" regardless of the bending transducer 12 in the valve housing 2 is arranged and guided. The valve member 36 is of the acting as an actuator bending transducer 12 separated and independently trained. Due to the existing decoupling of the drive connection is the exact contact area between the drive section 25 and the valve member 36 in principle irrelevant, since the reproducible positioning of the sealing element 42 with respect to the valve seat 35 solely from the linear guide means 37 is determined.
Das Ventilglied 36 kann druckunterstützt betrieben werden, also mit Unterstützung durch den Druck des zu steuernden Fluides, oder aber alternativ oder ergänzend durch eine entsprechende Anbindung beziehungsweise Kopplung mit dem Antriebsabschnitt 25, was beispielsweise durch die schon geschilderte Hakenstruktur 53 realisierbar ist, wobei die Mitnehmerhaken 54 im Übrigen auch als Schnapphaken ausgebildet sein können.The valve member 36 can be operated under pressure support, so with support by the pressure of the fluid to be controlled, or alternatively or additionally by a corresponding connection or coupling with the drive section 25 , which, for example, by the already described hook structure 53 is feasible, with the driving hook 54 Incidentally, it can also be designed as snap hooks.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, Federmittel 57 unterstützend zum öffnen oder auch – was in der Zeichnung nicht illustriert ist – zum Schließen des Ventilgliedes 36 vorzusehen, wobei die schließend wirkenden Federmittel zweckmäßigerweise direkt auf das Ventilglied 36 einwirken und nicht auf den Biegewandler 12, so dass Letzterer keine Überbeanspruchung erfährt. Die Federelemente können als Einlegeteile oder als Spritzgussteile realisiert oder integriert sein. Im Falle eines defekten Dichtelementes 42 kann das Piezoventil durch einfachen Austausch des ”fliegend” gelagerten Ventilgliedes 36 repariert werden.Basically there is the possibility of spring means 57 supporting the opening or also - which is not illustrated in the drawing - to close the valve member 36 provide, the closing-acting spring means expediently directly on the valve member 36 act and not on the bending transducer 12 so that the latter does not experience overuse. The spring elements can be realized or integrated as inserts or as injection-molded parts. In the case of a defective sealing element 42 can the piezo valve by simply replacing the "floating" mounted valve member 36 to be repaired.
Die Piezoventile 1 des Ausführungsbeispiels sind als 2/2-Wegeventile konzipiert. Zusätzlich zu dem steuerbaren Ventilglied 36 mündet hierbei in die Ventilkammer 3 ein nicht steuerbarer, ungesteuerter Ventilkanal 58, der im Betrieb beispielsweise mit einem zu versorgenden Verbraucher verbindbar ist. Der ungesteuerter Ventilkanal 58 durchsetzt die Wandung des Ventilgehäuses 2, exemplarisch die Bodenwand 4, und kommuniziert unabhängig von der momentanen Stellung des Ventilgliedes 36 ständig mit der Ventilkammer 3. In der Offenstellung des Ventilgliedes 36 liegt über die Ventilkammer 3 hinweg eine Fluidverbindung zwischen dem steuerbaren Ventilkanal 33 und dem ungesteuerten Ventilkanal 58 vor, die in der Schließstellung des Ventilgliedes 36 unterbrochen ist.The piezo valves 1 of the embodiment are designed as 2/2-way valves. In addition to the controllable valve member 36 opens into the valve chamber 3 a non-controllable, uncontrolled valve channel 58 , which is connectable in operation, for example, with a consumer to be supplied. The uncontrolled valve channel 58 passes through the wall of the valve housing 2 , exemplarily the bottom wall 4 , and communicates regardless of the current position of the valve member 36 constantly with the valve chamber 3 , In the open position of the valve member 36 lies over the valve chamber 3 a fluid connection between the controllable valve channel 33 and the uncontrolled valve channel 58 before, in the closed position of the valve member 36 is interrupted.
Abweichend vom Ausführungsbeispiel lässt sich die erfindungsgemäße Maßnahme auch bei Piezoventilen mit anderer Funktionalität realisieren, beispielsweise bei einem 3/2-Wege-Piezoventil oder einem 3/3-Wege-Piezoventil.Deviating from the exemplary embodiment, the measure according to the invention can also be implemented in the case of piezo valves with different functionality, for example in the case of a 3/2-way piezo valve or a 3/3-way piezo valve.
