DE102017123672A1

DE102017123672A1 - Electrostatic-pneumatic converter

Info

Publication number: DE102017123672A1
Application number: DE102017123672.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kolbenschlag
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2019-04-11
Also published as: CN109654083B; CN109654083A

Abstract

Ein elektrostatisch-pneumatischer Umformer umfasst eine elektrostatische Steuereinrichtung, die eine Masseelektrode (2) und eine als bewegliche Wippe ausgebildete, elektrisch von der Masseelektrode (2) isolierte Steuerelektrode (4) umfasst, die durch eine zwischen der Masseelektrode (2) und der Steuerelektrode (4) angelegte Steuerspannung (U_St) zu betätigen ist, und eine Ventileinrichtung (40), die einen Eingang (42) zur Zufuhr von unter einem Vordruck (Pv) stehendem Strömungsmittel, eine mit dem Eingang (42) in Strömungsverbindung angeordnete Auslassdüse (44) und einen mit dem Eingang (42) in Strömungsverbindung angeordneten Ausgang (46) umfasst, wobei die Steuerelektrode (4) mit der Masseelektrode (2) wenigstens teilweise einen Spalt (3) bildet, dessen Spaltgröße abhängig von der zwischen der Steuerelektrode (4) und der Masseelektrode (2) von einer Stromquelle (5) angelegten Steuerspannung (U_St) veränderbar ist, wobei über die Spaltgröße der Öffnungsquerschnitt der Auslassdüse (4) beeinflusst wird, wobei der Ausgangsdruck (Pa) als pneumatisches Ausgangssignal an dem Ausgang (46) abhängig von der Steuerspannung (U_St) steuerbar ist.An electrostatic-pneumatic converter comprises an electrostatic control device which comprises a ground electrode (2) and a control electrode (4), which is designed as a movable rocker and is electrically isolated from the earth electrode (2), which is connected between the earth electrode (2) and the control electrode (2). 4), and valve means (40) having an inlet (42) for supply of pressurized fluid (Pv), an outlet nozzle (44) in fluid communication with the inlet (42). and an output (46) in fluid communication with the input (42), the control electrode (4) at least partially forming a gap (3) with the ground electrode (2) whose gap size is dependent on that between the control electrode (4) and the ground electrode (2) of a current source (5) applied control voltage (U_St) is variable, wherein the gap size of the opening cross section of the off Laßdüse (4) is influenced, wherein the output pressure (Pa) as a pneumatic output signal at the output (46) depending on the control voltage (U_St) is controllable.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrostatisch-pneumatischer Umformer zum Umformen einer elektrischen Steuerspannung in ein pneumatisches Ausgangssignal.The invention relates to an electrostatic-pneumatic converter for converting an electrical control voltage into a pneumatic output signal.

Die DE 10047705 U1 offenbart ein Mikroventil zur Steuerung von Fluidströmen, mit mindestens einem Ventilglied, zu dessen Betätigung auf elektrostatischem Funktionsprinzip basierende Antriebsmittel vorhanden sind, wobei die Antriebsmittel mindestens einen sogenannten Comb-Drive-Antrieb enthalten. Das Ventilglied des Mikroventils ist an einer Lagerstelle nach Art einer Wippe schwenkbar gelagert und durch Federmittel in Richtung zu einer Ausgangsstellung vorgespannt. Je nach Lage der Wippe wird einer von zwei Ausgängen geschlossen und der andere der zwei Ausgänge wird geöffnet. Ein derartiges Schaltventil ist daher nicht in der Lage den Druck an den Ausgängen zu variieren.The DE 10047705 U1 discloses a micro-valve for controlling fluid flows, with at least one valve member, for its actuation based on electrostatic operation principle drive means are provided, wherein the drive means comprise at least one so-called Comb-Drive drive. The valve member of the microvalve is pivotally mounted on a bearing point in the manner of a rocker and biased by spring means in the direction of a starting position. Depending on the position of the rocker, one of two outputs is closed and the other of the two outputs is opened. Such a switching valve is therefore unable to vary the pressure at the outputs.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrostatisch-pneumatischen Umformer bereit zu stellen, durch den eine an den Umformer angelegte, elektrische Steuerspannung in ein pneumatisches Ausgangssignal umgesetzt werden kann, dessen Wert durch die Steuerspannung von einem minimalen bis zu einem maximalen einstellbar ist.The invention is therefore based on the object to provide an electrostatic-pneumatic converter can be implemented by a voltage applied to the converter, electrical control voltage in a pneumatic output signal whose value is adjustable by the control voltage from a minimum to a maximum.

Dazu umfasst der elektrostatisch-pneumatische Umformer gemäß der Erfindung eine elektrostatische Steuereinrichtung, die eine Masseelektrode und eine als bewegliche Wippe ausgebildete, elektrisch von der Masseelektrode isolierte Steuerelektrode umfasst, die durch eine zwischen der Masseelektrode und der Steuerelektrode angelegte Steuerspannung zu betätigen ist, und eine Ventileinrichtung, die einen Eingang zur Zufuhr von unter einem Vordruck stehendem Strömungsmittel, eine mit dem Eingang in Strömungsverbindung angeordnete Auslassdüse und einen mit dem Eingang in Strömungsverbindung angeordneten Ausgang umfasst, wobei die Steuerelektrode mit der Masseelektrode wenigstens teilweise einen Spalt bildet, dessen Spaltgröße abhängig von der zwischen der Steuerelektrode und der Masseelektrode von einer Stromquelle angelegten Steuerspannung veränderbar ist, wobei über die Spaltgröße der Öffnungsquerschnitt der Auslassdüse beeinflusst wird, wobei der Ausgangsdruck als pneumatisches Ausgangssignal an dem Ausgang abhängig von der Steuerspannung steuerbar ist.For this purpose, the electrostatic-pneumatic converter according to the invention comprises an electrostatic control device which comprises a ground electrode and a control electrode designed as a movable rocker, electrically isolated from the ground electrode control electrode to be actuated by a control voltage applied between the ground electrode and the control electrode, and a valve means injector comprising an inlet for supply of pressurized fluid, an outlet nozzle fluidly connected to the inlet, and an exit in flow communication with the inlet, the control electrode at least partially forming a gap with the ground electrode, the gap size of which is dependent upon the gap between the control electrode and the ground electrode of a current source applied control voltage is variable, wherein the gap size of the opening cross section of the outlet nozzle is influenced, wherein the output pressure as pneumatic it output signal is controllable at the output depending on the control voltage.

Ein derartiger Umformer ist für Anwendungsfälle geeignet, bei denen es auf eine genaue Umsetzung der Steuerspannung in ein pneumatisches Ausgangssignal ankommt. Ein Beispiel für solch einen Anwendungsfall ist ein elektrostatisch-pneumatischer Umformer zur Ansteuerung eines Stellungsreglers bei pneumatisch angetriebenen Stellventilen.Such a converter is suitable for applications in which it depends on an accurate implementation of the control voltage in a pneumatic output signal. An example of such an application is an electrostatic-pneumatic converter for controlling a positioner in pneumatically driven control valves.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Umformer die Steuerelektrode plattenförmig ausgebildet ist und sich über die Auslassdüse erstreckt, wobei in vorteilhafter Weise der Öffnungsquerschnitt unmittelbar von der Spaltgröße abhängig ist.If, in the converter according to the invention, the control electrode is plate-shaped and extends over the outlet nozzle, wherein advantageously the opening cross-section is directly dependent on the gap size.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformer die Steuerelektrode eine Ausgleichsmasse und eine daran anschließende Prallplatte umfasst und zwischen der Ausgleichsmasse und der Prallplatte an einer Drehachse an der Masseelektrode gelagert ist, wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass das stetige Ansprechverhalten des Umformer verbessert wird., da die Steuerelektrode nahezu trägheitsfrei auf die Steuerspannung reagieren kann. Da ein Masseausgleich um die Drehachse stattfindet, wird das Umformer-System lageunabhängig.When in the inventive electrostatic-pneumatic converter, the control electrode comprises a balancing mass and a subsequent baffle plate and is mounted between the balancing mass and the baffle plate on a rotation axis at the ground electrode, is achieved in an advantageous manner that the steady response of the converter is improved. because the control electrode can react to the control voltage almost without inertia. Since a mass balance takes place around the axis of rotation, the converter system is position-independent.

Nach einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformers wird die Drehachse der Steuerelektrode durch eine scharfe Kante der Masseelektrode gebildet, wobei eine punktgenaue Lagerung der der aus der Ausgleichsmasse und der Prallplatte gebildeten Wippe mit geringen mechanischen Mitteln erreicht wird.According to an advantageous embodiment of the electrostatic-pneumatic converter according to the invention, the axis of rotation of the control electrode is formed by a sharp edge of the ground electrode, with a pinpoint mounting of the rocker formed from the balancing mass and the baffle plate is achieved with little mechanical means.

Wenn nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformers eine Federeinrichtung vorgesehen ist, die die Steuerelektrode an die Kante drückt, wird eine weitere Stabilisierung der aus der Ausgleichsmasse und der Prallplatte gebildeten Wippe mit wenig Aufwand erreicht, insbesondere, wenn die Federeinrichtung eine Feder umfasst, die an einem Bolzen geführt ist. Außerdem können so parasitäre Drehmomente auf die Wippe gegebenenfalls eliminiert werden.If according to a further advantageous embodiment of the electrostatic-pneumatic converter according to the invention, a spring device is provided which presses the control electrode to the edge, a further stabilization of the rocker formed from the balancing mass and the baffle plate is achieved with little effort, especially if the spring device is a spring includes, which is guided on a bolt. In addition, parasitic torques on the rocker can optionally be eliminated.

Bei dieser Ausführung kann die Stromzuführung zu der Steuerelektrode über den Bolzen und die Feder erfolgen, sodass keine weiteren Bauteile zur Stromzuführung benötigt werden.In this embodiment, the power supply to the control electrode via the bolt and the spring can be done so that no other components are required for power supply.

Wenn nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformers die Prallplatte eine wabenförmige Struktur aufweist, wird das Gewicht der Prallplatte reduziert, wodurch das Ansprechverhalten und die stetige Reaktion des erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformers verbessert wird. Außerdem wird durch die Verminderung der Masse durch die Wabenstruktur auf der Oberseite eine gute Vibrationsbeständigkeit und Beschleunigungsunempfindlichkeit erreicht. If according to a further advantageous embodiment of the electrostatic-pneumatic converter according to the invention, the baffle plate has a honeycomb-shaped structure, the weight of the baffle plate is reduced, whereby the response and the steady reaction of the electrostatic-pneumatic converter according to the invention is improved. In addition, by reducing the mass through the honeycomb structure on the top, good vibration resistance and acceleration insensitivity are achieved.

Wenn nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformers die Prallplatte aus elektrisch leitender Keramik und einer auf einer der Masseelektrode zugewandten Seite der Prallplatte vorgesehene Dielektrikums- und Isolationsschicht aus isolierender Keramik besteht, wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die einander zugewandten Oberflächen der Prallplatte und der Masseelektrode äußerst plan und glatt ausgeführt werden können, wobei Fehler bei der Spannungs-Druck-Umsetzung des erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformers vermieden werden können.If according to a further advantageous embodiment of the electrostatic-pneumatic converter according to the invention, the baffle plate of electrically conductive ceramic and provided on one of the ground electrode side facing the baffle dielectric and insulating layer of insulating ceramic is achieved in an advantageous manner that the facing surfaces of Baffle plate and the ground electrode can be made extremely flat and smooth, with errors in the voltage-pressure conversion of the electrostatic-pneumatic converter according to the invention can be avoided.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformers kann die Feder durch den Bolzen zu verdrehen sein, sodass die Federkrafteinleitung auf die Steuerelektrode eingestellt werden kann.According to a further advantageous embodiment of the electrostatic-pneumatic converter according to the invention, the spring can be rotated by the bolt, so that the spring force introduction can be adjusted to the control electrode.

Nach einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformers ist ein ebenfalls feinjustierbarer Anschlag vorgesehen, der die Bewegung der Prallplatte weg von der Masseelektrode bzw. die Wippenöffnung begrenzt, was zur Sicherheit des erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischer Umformers beiträgt, weil die Wippe den Arbeitsbereich nicht verlassen kann.According to an advantageous embodiment of the electrostatic-pneumatic converter according to the invention a likewise finely adjustable stop is provided which limits the movement of the baffle plate away from the ground electrode or the rocker opening, which contributes to the safety of the electrostatic-pneumatic converter according to the invention, because the rocker not leave the work area can.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformer die Prallplatte direkt mit der Auslassdüse zusammenwirkt, wird der Spalt zwischen der Auslassdüse und der Steuerelektrode keilförmig ausgebildet, da die untere Oberfläche der Prallplatte in einem Winkel zu der Öffnung des Auslassdüse steht. Andererseits ist die Verschlussdichtigkeit dieser Ausführung der Ventileinrichtung für eine Reihe von Anwendungen durchaus ausreichend.In the inventive electrostatic-pneumatic converter, when the baffle plate directly cooperates with the discharge nozzle, the gap between the discharge nozzle and the control electrode is wedge-shaped because the lower surface of the baffle plate is at an angle to the opening of the discharge nozzle. On the other hand, the sealing tightness of this embodiment of the valve device is quite sufficient for a number of applications.

Die Verschlussdichtigkeit des elektrostatisch-pneumatischen Umformers wird dadurch verbessert, dass eine Kugel zwischen der Auslassdüse und Steuerelektrode vorgesehen ist, die das Dichtschließen unabhängig von einem Winkel zwischen der Steuerelektrode und der Auslassdüse gewährleistet.The sealing tightness of the electrostatic-pneumatic converter is improved by providing a ball between the outlet nozzle and the control electrode, which ensures the sealing closure independently of an angle between the control electrode and the outlet nozzle.

Bei einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformers ist die Auslassdüse höhenjustierbar und somit der Spalt einstellbar, wobei der erfindungsgemäße elektrostatisch-pneumatische Umformer einfach auf unterschiedliche Anwendungsfälle einstellbar ist.In a further embodiment of the electrostatic-pneumatic converter according to the invention, the outlet nozzle is adjustable in height and thus the gap adjustable, the inventive electrostatic-pneumatic converter is easily adjustable to different applications.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformers ist an dem Eingang der Ventileinrichtung eine unter dem Vordruck stehende Vordrossel angeordnet, wobei in vorteilhafter Weise dafür gesorgt wird, dass der Vordruck so gering ist, dass eine zuverlässige Einstellfunktion gegeben ist.According to a further advantageous embodiment of the electrostatic-pneumatic converter according to the invention, a pre-restrictor arranged under the form is arranged at the inlet of the valve device, wherein care is taken to ensure that the pre-pressure is so low that a reliable adjustment function is given.

Wenn in vorteilhafter Weise die Vordrossel eine austauschbare Gewindebuchse umfasst, die in ein Gewinde in der Masseelektrode eingeschraubt ist, wird erreicht, dass der erfindungsgemäße elektrostatisch-pneumatische Umformer einfach auf unterschiedliche Anwendungsfälle umzurüsten ist.If, advantageously, the pre-throttle comprises a replaceable threaded bush which is screwed into a thread in the ground electrode, it is achieved that the electrostatic-pneumatic converter according to the invention is easy to convert to different applications.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.Further advantages, features and possible applications of the present invention will become apparent from the following description in conjunction with the embodiments illustrated in the drawings.

In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:

1 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A von 2 durch einen elektrostatisch-pneumatischen Umformer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Draufsicht auf den elektrostatisch-pneumatischen Umformer nach 1;
3 eine perspektivische Darstellung der Masseelektrode mit der Steuerelektrode; .
4 eine weitere Schnittdarstellung entlang der Linie B - B von 2 durch den elektrostatisch-pneumatischen Umformer nach 1;
5 eine Detaildarstellung des Details B von 3;
6 eine Detaildarstellung der Ventileinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung; und
7 eine Detaildarstellung der Ventileinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung.

In the description, the claims, and the drawing, the terms and associated reference numerals used in the list of reference numerals below are used. In the drawing:

1 a sectional view along the line AA from 2 by an electrostatic-pneumatic converter according to an embodiment of the invention;
2 a plan view of the electrostatic-pneumatic converter after 1 ;
3 a perspective view of the ground electrode with the control electrode; ,
4 another sectional view along the line B - B from 2 by the electrostatic-pneumatic converter after 1 ;
5 a detail of the detail B from 3 ;
6 a detailed view of the valve device according to a first embodiment of the valve device; and
7 a detailed view of the valve device according to a second embodiment of the valve device.

1 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A von 2, die eine Draufsicht auf den elektrostatisch-pneumatischen Umformer nach 1 zeigt. Der elektrostatisch-pneumatische Umformer nach 1 umfasst somit eine elektrostatische Steuereinrichtung, die eine Masseelektrode 2 und eine als bewegliche Wippe ausgebildete, elektrisch von der Masseelektrode 2 isolierte Steuerelektrode 4 umfasst, die durch eine zwischen der Masseelektrode 2 und der Steuerelektrode 4 von einer Stromquelle 5 angelegten Steuerspannung U_St zu betätigen ist. Die Steuerelektrode 4 bildet mit der Masseelektrode 2 wenigstens teilweise einen Spalt 3, dessen Spaltgröße abhängig von der zwischen der Steuerelektrode 4 und der Masseelektrode 2 anliegenden elektrischen Steuerspannung U_St veränderbar ist, wobei der Ausgangsdruck Pa als pneumatisches Ausgangssignal an dem Ausgang 46 abhängig von der Steuerspannung U_St steuerbar ist. 1 shows a sectional view along the line AA from 2 , which is a plan view of the electrostatic-pneumatic converter after 1 shows. The electrostatic-pneumatic converter after 1 thus comprises an electrostatic control device which is a ground electrode 2 and a movable rocker formed electrically from the ground electrode 2 isolated control electrode 4 includes, by a between the ground electrode 2 and the control electrode 4 from a power source 5 applied control voltage U_St is to be operated. The control electrode 4 forms with the ground electrode 2 at least partially a gap 3 whose gap size depends on the between the control electrode 4 and the ground electrode 2 applied electrical control voltage U_St is changeable, the output pressure Pa as a pneumatic output signal at the output 46 depending on the control voltage U_St is controllable.

Die Masseelektrode 2 und die Steuerelektrode 4 bestehen aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise elektrisch leitender Keramik oder Aluminium. Die Masseelektrode 2 und die Steuerelektrode 4 sind elektrisch mit einer Spannungsquelle 5 verbunden und durch eine Dielektrikums- und Isolationsschicht 7 auf der der Masseelektrode 2 zugewandten Seite der Steuerelektrode 4 gegeneinander elektrisch isoliert.The ground electrode 2 and the control electrode 4 consist of electrically conductive material, such as electrically conductive ceramic or aluminum. The ground electrode 2 and the control electrode 4 are electrical with a voltage source 5 connected and through a dielectric and insulation layer 7 on the ground electrode 2 facing side of the control electrode 4 electrically isolated from each other.

Die Steuerelektrode 4 umfasst eine Ausgleichsmasse 6 und eine daran anschließende Prallplatte 8 und ist zwischen der Ausgleichsmasse 6 und der Prallplatte 8 an einer Drehachse 10 an der Masseelektrode 2 gelagert, wobei das Gewicht der Ausgleichsmasse 6 bis zu der Drehachse 10 gleich dem Gewicht der Prallplatte 8 bis zu der Drehachse 10 ist. Die Prallplatte 8 besteht aus elektrisch leitender Keramik und hat eine wabenförmige Struktur mit Ausnehmungen 12. Die Bewegung der Prallplatte 8 weg von der Masseelektrode 2 wird durch einen verstellbaren Anschlag 14 begrenzt, der durch die Unterseite 16 einer Stellschraube 18 gebildet wird. Die Drehachse 10 der Steuerelektrode 4 ist eine scharfe Kante 11 der Masseelektrode 2.The control electrode 4 includes a balancing mass 6 and an adjoining baffle plate 8th and is between the balancing mass 6 and the flapper 8th on a rotation axis 10 at the ground electrode 2 stored, the weight of the balancing mass 6 up to the axis of rotation 10 equal to the weight of the baffle plate 8th up to the axis of rotation 10 is. The flapper 8th It is made of electrically conductive ceramics and has a honeycomb structure with recesses 12 , The movement of the flapper 8th away from the earth electrode 2 is controlled by an adjustable stop 14 bounded by the bottom 16 a set screw 18 is formed. The rotation axis 10 the control electrode 4 is a sharp edge 11 the earth electrode 2 ,

Eine Federeinrichtung 20 drückt die Steuerelektrode 4 an die Kante 10, wobei die Prallplatte 8 sicher und schwenkbar an der Masseelektrode 2 gelagert ist. Die Federeinrichtung 20 besteht aus einer Feder 22, die an einem Bolzen 24 geführt ist. Mit dieser Anordnung kann die Stromzuführung zu der Steuerelektrode 4 über den Bolzen 24 und die Feder 22 erfolgen.A spring device 20 pushes the control electrode 4 to the edge 10 , where the baffle plate 8th safe and pivotable at the earth electrode 2 is stored. The spring device 20 consists of a spring 22 attached to a bolt 24 is guided. With this arrangement, the power supply to the control electrode 4 over the bolt 24 and the spring 22 respectively.

Die Feder 22 ist einerseits mit der Masseelektrode 2 und andererseits mit dem Bozen 24 verbunden, sodass die Feder 22 durch den Bolzen 24 zu verdrehen ist, um die Federkrafteinleitung auf die Steuerelektrode 4 einzustellen.The feather 22 is on the one hand with the ground electrode 2 and on the other hand with the Bolzano 24 connected so that the spring 22 through the bolt 24 is to twist the spring force on the control electrode 4 adjust.

Die Prallplatte 8 ist an ihrer der Masseelektrode gegenüber liegenden Unterseite mit einer dünnen keramischen Isolierschicht 28 beschichtet, wobei die Masseelektrode 2 und die Steuerelektrode 4 den Kondensator für den elektrostatischen Antrieb bilden.The flapper 8th is at its underside opposite the ground electrode with a thin ceramic insulating layer 28 coated, wherein the ground electrode 2 and the control electrode 4 form the capacitor for the electrostatic drive.

Der elektrostatisch-pneumatische Umformer nach 1 wird durch einen Deckel 30 aus elektrisch isolierendem Material vervollständigt, der die Federeinrichtung 20 trägt, wie in 1 gezeigt ist.The electrostatic-pneumatic converter after 1 is through a lid 30 made of electrically insulating material that completes the spring device 20 carries, as in 1 is shown.

3 zeigt eine perspektivische Darstellung der Masseelektrode 2 mit der Steuerelektrode 4. Zur seitlichen Führung der Prallplatte 8 an der Masseelektrode 2 sind zwei Führungsstifte 32, 34 vorgesehen, die, wie in den 4 und 5 gezeigt ist, in Isolierhülsen 36, 38 gelagert sind, die Prallplatte 8 durchsetzen und in der Masseelektrode 2 verankert sind. 3 shows a perspective view of the ground electrode 2 with the control electrode 4 , For lateral guidance of the baffle plate 8th at the ground electrode 2 are two guide pins 32 . 34 provided, as in the 4 and 5 is shown in insulating sleeves 36 . 38 are stored, the baffle plate 8th prevail and in the ground electrode 2 are anchored.

Der elektrostatisch-pneumatische Umformer umfasst ferner eine Ventileinrichtung 40, die einen Eingang 42 zur Zufuhr von unter einem Vordruck Pv stehendem Strömungsmittel, eine mit dem Eingang 42 in Strömungsverbindung angeordnete Auslassdüse 44 und einen mit dem Eingang 42 in Strömungsverbindung angeordneten Ausgang 46 umfasst. Über die Spaltgröße des Spalts 3 wird der Öffnungsquerschnitt der Auslassdüse 4 beeinflusst, wobei die Öffnung der Auslassdüse durch Bewegung der Wippe gesteuert wird.The electrostatic-pneumatic converter further comprises a valve device 40 that have an entrance 42 for supply of under a form pv standing fluid, one with the entrance 42 arranged in flow connection outlet nozzle 44 and one with the entrance 42 in flow connection arranged output 46 includes. About the gap size of the gap 3 becomes the opening area of the outlet nozzle 4 influenced, wherein the opening of the outlet nozzle is controlled by movement of the rocker.

An dem Eingang 42 ist eine unter dem Vordruck stehende Vordrossel 48 angeordnet, die eine austauschbare Gewindebuchse 50 umfasst, die in ein Gewinde 52 in der Masseelektrode 2 eingeschraubt ist. Der Versorgungsdruck Pv wird daher über die Vordrossel 44 zugeführt.At the entrance 42 is a pre-choke under the form 48 arranged, which has a replaceable threaded bushing 50 Includes, in a thread 52 in the ground electrode 2 is screwed. The supply pressure pv is therefore about the Vordrossel 44 fed.

Die Steuerelektrode 4 bildet mit der Auslassdüse 44 den Spalt 3, der abhängig von der zwischen der Steuerelektrode 4 und der Masseelektrode 2 von einer Stromquelle 5 angelegten elektrischen Steuerspannung U_St stetig veränderbar ist, wobei der Ausgangsdruck Pa als pneumatisches Ausgangssignal an dem Ausgang 46 abhängig von der Steuerspannung U_St steuerbar ist.The control electrode 4 forms with the outlet nozzle 44 the gap 3 which depends on the between the control electrode 4 and the ground electrode 2 from a power source 5 applied electrical control voltage U_St is continuously variable, the output pressure Pa as a pneumatic output signal at the output 46 depending on the control voltage U_St is controllable.

Der Spalt zwischen der Auslassdüse 44 und der Steuerelektrode 4 ist gemäß 6 keilförmig ausgebildet, sodass die Auslassdüse 44 nicht vollständig geschlossen werden kann.The gap between the outlet nozzle 44 and the control electrode 4 is according to 6 wedge-shaped, so that the outlet nozzle 44 can not be closed completely.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach 7 ist eine Kugel 54 zwischen der Auslassdüse 44 und der Steuerelektrode 4 vorgesehen, die das Dichtschließen der Auslassdüse 44 unabhängig von einem Winkel zwischen der Steuerelektrode 4 und der Auslassdüse 44 gewährleistet.According to the embodiment 7 is a ball 54 between the outlet nozzle 44 and the control electrode 4 provided that sealing the outlet nozzle 44 regardless of an angle between the control electrode 4 and the outlet nozzle 44 guaranteed.

Die Auslassdüse 44 ist sowohl bei der Ausführung nach 6 als auch bei der Ausführung nach 7 höhenjustierbar, damit der Spalt einstellbar ist.The outlet nozzle 44 is both in the execution after 6 as well as in the execution 7 height adjustable, so that the gap is adjustable.

Im Folgenden wird die Funktion des erfindungsgemäßen elektrostatisch-pneumatischen Umformers beschrieben. Die Höhe der Steuerspannung U_St, die zwischen der Masseelektrode 2 und der Steuerelektrode 4 angelegt wird, steuert den Ausgangs- Signaldruck Pa. Wenn die Steuerspannung U_St, die zwischen der Masseelektrode 2 und der Steuerelektrode 4 angelegt wird, eine elektrostatische Kraft erzeugt, die die Steuerelektrode 4 zu der Masseelektrode 2 hin zieht, wird der Spalt 3 zwischen der Steuerelektrode 4 und der Masseelektrode 2 verkleinert und der Ausgangsdruck Pa an dem Ausgang 46 wird erhöht. Wenn die Auslassdüse 44 geschlossen ist, ist der Ausgangsdruck Pa gleich dem Eingangsdruck bzw. dem Vordruck Pv, sodass der Ausgangsdruck Pa zwischen Eingangsdruck Pv und nahezu Null variieren kann.In the following, the function of the electrostatic-pneumatic converter according to the invention will be described. The height of the control voltage U_St between the ground electrode 2 and the control electrode 4 is applied, controls the output signal pressure Pa. When the control voltage U_St between the ground electrode 2 and the control electrode 4 is applied, generates an electrostatic force, which is the control electrode 4 to the ground electrode 2 pulls, the gap is 3 between the control electrode 4 and the ground electrode 2 reduced and the outlet pressure Pa at the exit 46 will be raised. When the outlet nozzle 44 is closed, is the outlet pressure Pa equal to the inlet pressure or the form pv , so that the output pressure Pa between input pressure pv and can vary almost zero.

Das Kräftegleichgewicht findet zwischen der auf die Wippe einwirkenden elektrostatischen Kraft des Kondensators und der auf die Wippe einwirkenden pneumatischen Kraft der Ventileinrichtung 40 mit Vordrossel 48 und Auslassdüse 44 statt. Zur Einstellung des Kräftegleichgewichts sind folgende Parameter einstellbar: der Durchmesser der Vordrossel 48 und der Auslassdüse 44, die Fläche des durch die Masseelektrode 2 und die Steuerelektrode 4 gebildeten Kondensators, die Dicke der Isolierschicht 28 und der Hebelarm zwischen Drehachse 10 und Auslassdüse 44.The equilibrium of forces takes place between the electrostatic force of the capacitor acting on the rocker and the pneumatic force of the valve device acting on the rocker 40 with choke 48 and outlet nozzle 44 instead of. To adjust the balance of forces, the following parameters can be set: the diameter of the pre-throttle 48 and the outlet nozzle 44 , the area of the ground electrode 2 and the control electrode 4 formed capacitor, the thickness of the insulating layer 28 and the lever arm between the axis of rotation 10 and outlet nozzle 44 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22: Masseelektrodeground electrode
33: Spaltgap
44: Steuerelektrodecontrol electrode
55: Stromquellepower source
66: AusgleichsmasseLeveling compound
88th: Prallplatteflapper
1010: Drehachseaxis of rotation
1111: Kanteedge
1212: Ausnehmungrecess
1414: Anschlagattack
1616: Unterseitebottom
1818: Stellschraubescrew
2020: Federeinrichtungspring means
2222: Federfeather
2424: Bolzenbolt
2828: Isolierschichtinsulating
3030: Deckelcover
3232: Führungsstiftguide pin
3434: Führungsstiftguide pin
3636: Isolierhülseinsulating sleeve
3838: Isolierhülseinsulating sleeve
4040: Ventileinrichtungvalve means
4242: Eingangentrance
4444: Auslassdüseoutlet nozzle
4646: Ausgangoutput
4848: Vordrosselprethrottle
5050: Gewindebuchsethreaded bushing
5252: Gewindethread
5454: KugelBullet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10047705 U1 [0002]

Claims

Electrostatic-pneumatic converter having an electrostatic control device which comprises a ground electrode (2) and a control electrode (4) which is designed as a movable rocker and is electrically isolated from the ground electrode (2), said control electrode being connected between the ground electrode (2) and the control electrode (4) ), and valve means (40) having an inlet (42) for supply of pressurized fluid (Pv), an outlet nozzle (44) in fluid communication with the inlet (42). and an output arranged in fluid communication with the input (42), wherein the control electrode (4) at least partially forms a gap (3) with the ground electrode (2) whose gap size depends on that between the control electrode (4) and the ground electrode ( 2) of a current source (5) applied control voltage (U_St) is variable, wherein on the gap size of the opening cross section of the outlet d se (4) is influenced, wherein the output pressure (Pa) as a pneumatic output signal at the output (46) dependent on the control voltage (U_St) is controllable.

Converter after Claim 1 , characterized in that the control electrode (4) is plate-shaped and extends over the outlet nozzle (44).

Converter after Claim 1 or 2 , characterized in that the control electrode (4) comprises a balancing mass (6) and an adjoining baffle plate (8) and on between the balancing mass (6) and the baffle plate (8) on a rotation axis (10) on the ground electrode (2) is stored.

Converter after Claim 3 , characterized in that the axis of rotation (10) of the control electrode (4) comprises an edge (11) of the ground electrode (2), and that a spring means (20) is provided which presses the control electrode (4) against the edge (11) ,

Converter after Claim 4 , characterized in that the spring means (20) comprises a spring (22) which is guided on a bolt (24).

Converter after Claim 5 , characterized in that the power supply to the control electrode (4), via the bolt (24) and the spring (22).

Converter after Claim 4 . 5 or 6 , characterized in that the spring force of the spring (22) through the bolt (24) is adjustable to adjust the spring force introduction to the control electrode (4).

Converter to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the baffle plate (8) has a honeycomb-shaped structure.

Converter to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the baffle plate (8) made of electrically conductive ceramics and on one of the ground electrode (2) facing side of the baffle plate (8) provided dielectric and insulating layer (28) made of insulating ceramic.

Converter to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that an adjustable stop (14) is provided, which limits the movement of the baffle plate (8).

Converter to one of the Claims 1 to 10 , characterized in that the gap (3) between the outlet nozzle (44) and the control electrode (4) is wedge-shaped.

Converter to one of the Claims 1 to 11 characterized in that a ball (54) is provided between the outlet nozzle (44) and control electrode (4), which ensures a sealing closure independent of an angle between the control electrode (4) and the outlet nozzle (44).

Converter to one of the Claims 1 to 12 , characterized in that the outlet nozzle (44) is height adjustable and thus the gap (3) is adjustable.

Converter to one of the Claims 1 to 13 , characterized in that at the input (42) a pre-thrust under the form (48) is arranged.

Converter after Claim 14 , characterized in that the pre-throttle (44) comprises a replaceable threaded bushing (50) which is screwed into a thread (52) in the ground electrode (2).