DE19810009C1

DE19810009C1 - Elektrisch betätigbares Kleinventil

Info

Publication number: DE19810009C1
Application number: DE1998110009
Authority: DE
Inventors: Johan H Pragt
Original assignee: Honeywell BV
Current assignee: Honeywell BV
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1998-03-09
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2018-03-10

Description

Zur elektrischen Betätigung von Ventilen ist die Verwendung von Magnetspulen mit Verschiebeanker, Tauchspulen sowie piezoelektrischen Betätigern bekannt.

Als Stand der Technik wird auf das DE 295 14 495 U1 und auf EP 0 565 510 A2 verwiesen. Das DE 295 14 495 U1 zeigt ein Ventil mit einer piezoelektrischen Lamelle, die einerseits mit Vorspannung auf einem Zuluftsitz und andererseits mit einer Vergußmasse in einem Gehäuse fixiert ist. Die EP 0 565 510 A2 offenbart einen elektropneumatischen Signalwandler mit einem piezoelektrischen Biegeelement. Das dort gezeigte piezoelektrische Biegeelement ist durch eine Lenkfeder in einer Kammer gehalten. Über Kontaktstifte ist elektrische Spannung dem piezoelektrischen Biegeelement zuführbar.

Ziel der Erfindung ist ein elektrisch betätigbares Kleinventil, welches mit möglichst geringem Strombedarf auskommt. Die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung zeichnet sich einerseits durch geringen Strombedarf und andererseits durch einen äußerst einfachen mechanischen Aufbau aus. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Mit Hilfe des thermoelektrischen Elements, z. B. einem Peltier-Element, wird der Mittelsteg beispielsweise zum Öffnen des Ventils gekühlt, so daß er sich mechanisch verkürzt und aufgrund der stationären Einspannung der Außenschenkel, deren freies Ende vom Ventilsitz abhebt und wegbewegt. Soll das Ventil langsam schließen, so genügt es, die Stromzufuhr zum Peltier-Element zu unterbrechen, so daß Mittelsteg und Außenschenkel des Federblechs wieder die gleiche Temperatur annehmen und das freie Ende des Federblechs, vorzugsweise unter einer elastischen Vorspannung, am Ventilsitz anliegt. Soll das Schließen beschleunigt werden, so leitet mm einen Strom in Gegenrichtung durch das Peltier-Element, so daß durch vorübergehendes Aufheizen des Mittelstegs, dessen Rückverformung in die Ausgangslage schneller erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung wiedergegeben er Ausführungsbeispiele erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ventil mit einem dreischenkligen Federblech als Betätiger;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie B-B von Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Ventil mit einem zweischenkligen Federblech als Betatiger; und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie D-D in Fig. 3.

Nach dem in Fig. 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Grundplatte 1 auf ihrer Unterseite einen Ventileinlaß 2 und an ihrer Oberseite eine Ventilabblasdüse 3 auf, welche im Ruhezustand durch das freie Ende 4 eines dreischenkligen Auslegers verschlossen ist. Die beiden Außenschenkel 5 dieses Auslegers sind mit ihren Lagerenden im Bereich 6 an der Grundplatte 1 befestigt. Der Mittelsteg 7 ist mit seinem Lagerende 8 ebenfalls an der Grundplatte 1 befestigt. Zwischen dem Befestigungsende 8 des Mittelstegs und dem freien Ende 4 des dreischenkligen Betätigers 4, 5, 7 liegt ein Peltier-Element 9 am Mittelsteg an, so daß dieser durch dieses thermoelektrische Element gekühlt oder beheizt werden kann. Das Peltier-Element 9 liegt ebenfalls auf der Grundplatte 1 auf.

Um zu verhindern, daß die im Mittelsteg 7 mit Hilfe des Peltier-Elements 9 erzeugte Wärme oder Kälte über den Querschnitt des Mittelstegs einerseits am Befestigungsende 8 zur Grundplatte 1 oder andererseits über das Verbindungsende 4 in die Außenschenkel abfließt, ist der Mittelsteg in der Nähe seines Befestigungsendes 8 sowie beim Übergang in das Betätigerende 4 mit je einer, im vorliegenden Fall kreisförmigen, seinen Wärmeübertragungsquerschnitt verringernden Ausnehmung 10 versehen. Diese wirken auch wie ein Gelenk. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß im Ruhestand zwischen dem Mittelsteg 7 einerseits und den beiden Außenschenkeln 5 andererseits ein spitzer Winkel W liegt. Das freie Betätigungsende 4 des dreischenkligen Auslegers 5, 7 liegt bei stromlosem Peltier-Element 9 mit einer durch das Federblech erzeugten elastischen Vorspannung am Ventilsitz 3 an, so daß dieser vibrationsfrei verschlossen ist. Dem Ventilsitz 3 kann auch ein Schließkörper, insbesondere ein Dichtungskörper aus Gummi, zugeordnet sein.

Anstelle eines einzigen Peltier-Elements können auch mehrere mechanisch parallel oder in Reihe wirkende Einzelelemente vorgesehen sein. Der eine elektrische Anschluß 12 des Peltier-Elements 9 liegt üblicherweise auf dem Potential der Grundplatte 1, während der andere Anschluß 13 gegenüber Grundplatte und Betätiger elektrisch isoliert ist. Das Betätigerende 4 kann entweder, wie gezeigt, selbst als Ventilschließkörper dienen oder einen solchen tragen.

In die Außenschenkel 5 kann in der Nähe der Befestigungsstellen 6 jeweils eine verringernde Ausnehmung vorgesehen sein. Diese Ausnehmungen sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als Loch 11 ausgebildet. Die Ausnehmer wirken auch als Gelenk.

Der Ventilsitz 3 kann verstellbar, insbesondere höhenverstellbar sein. Hierdurch ist die auf das Betätigungsende 4 einwirkende Kraft einstellbar.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils zeigen Fig. 3 und 4. Auch bei dem dort gezeigten Ventil weist eine Grundplatte 21 einen Ventileinlaß 22 auf. Dieser kann in eine der Einfachheit halber nicht weiter dargestellte Düse münden. Im Ruhezustand ist der Ventilsitz 23 durch ein freies Ende 24 eines zweischenkligen Auslegers verschlossen. Die beiden Schenkel 25, 27 des zweischenkligen Auslegers sind mit Befestigungsenden 26, 28 an der Grundplatte 21 befestigt, wobei die Befestigungsenden 26, 28 dem freien Ende 24 gegenüberliegen. Gemäß Fig. 4 sind die Befestigungsenden 26, 28 der Schenkel 25, 27 in der Höhe versetzt zueinander angeordnet. Die Schenkel 25, 27 schließen demnach einen spitzen Winkel W ein.

Zwischen den beiden Schenkeln 25, 27 ist ein Peltier-Element 29 angeordnet. Mit einer Seite liegt das Peltier-Element am Schenkel 27 an, mit einer anderen Seite hingegen am Schenkel 25. Mit Hilfe des Peltier-Elements kann der Schenkel 27 gekühlt oder beheizt werden.

Der Schenkel 27 ist wiederum mit Ausnehmungen 34, 35 versehen, die den wärmeleitenden Querschnitt des Schenkels 27 im Bereich der Ausnehmungen 34, 35 verringern. Hierdurch wird wiederum gewährleistet, daß die durch das Peltier-Element 29 erzeugte Wärme oder Kälte nicht bereits am Befestigungsende 28 zur Grundplatte 21 oder über das Verbindungsende 24 abfließt. Die Ausnehmungen 34, 35 wirken wiederum wie ein Gelenk.

Die Ventile gemäß Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 sowie Fig. 3 und 4 arbeiten demnach nach demselben Prinzip. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird daher hinsichtlich des zweiten Ausführungsbeispiels auf die zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 angestellten Ausführungen verwiesen. An dieser Stelle sei jedoch nochmals angemerkt, daß auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 elektrische Anschlüsse 32, 33 zur Stromversorgung des Peltier- Elements 29 vorgesehen sind. Des weiteren kann der Ventilsitz 23 verstellbar, insbesondere höhenverstellbar, ausgebildet sein. Des weiteren ist es möglich, daß der Ventilsitz 23 mit einem Dichtungskörper aus insbesondere Gummi versehen ist.

Claims

1. Durch das freie Ende eines einseitig eingespannten Auslegers verschließbares Ventil, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Ausleger mindestens zweischenklig (5, 7; 25, 27) ausgebildet ist;
b) die Schenkel (5, 7; 25, 27) an einem freien Ende (4; 24) miteinander verbunden sind;
c) an einem Schenkel (7; 27) in der Nähe seines Befestigungsendes (8; 28) eine Seite eines thermoelektrischen Elements (9; 29) anliegt; und
d) elektrische Anschlüsse (12, 13; 32, 33) des thermoelektrischen Elements (9; 29) vorgesehen sind, um durch Stromzufuhr und hierdurch bedingte thermische Verformung des Schenkels (7; 27) das bewegliche Ende (4; 24) des Auslegers in bezug auf den Ventilsitz zu bewegen.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Ausleger (5, 7) dreischenklig ausgebildet ist;
b) die beiden Außenschenkel (5) an einer zugleich den Ventilsitz (3) tragenden Grundplatte (1) befestigt sind;
c) am Mittelsteg (7) in der Nähe seines Befestigungsendes (8) die eine Seite des thermoelektrischen Elements (9) anliegt, dessen andere Seite von der Grundplatte (1) getragen wird; und
d) durch Stromzufuhr und hierdurch bedingte thermische Verformung des Mittelstegs (7) das bewegliche Ende (4) des Auslegers in bezug auf den Ventilsitz (3) bewegbar ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelsteg (7) an seinem Befestigungsende (8) und/oder am beweglichen Ende in seinem wärmeleitenden Querschnitt verringert ist.

4. Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsstelle (8) des Mittelstegs (7) gegenüber Befestigungsstellen (6) der Außenschenkel (5) in der Höhe versetzt ist, derart, daß bei geschlossenem Ventil (3, 4) die Ebene der Außenschenkel (5) und die Ebene des Mittelstegs (7) einen spitzen Winkel (W) einschließen.

5. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Ende (4) des als Federblech ausgebildeten Auslegers einen Ventilschließkörper trägt oder bildet.

6. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Ventil als Abblasventil ausgestaltet, der Ventilsitz (3) in der Grundplatte (1) gebildet und an der Grundplatte ein Anschluß (2) für eine Zuleitung vorgesehen ist.

7. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der eine elektrische Anschluß (12) des thermoelektrischen Elements (9) elektrisch mit der Grundplatte (1) verbunden ist.

8. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, daß das thermoelektrische Element (9) aus mehreren mechanisch parallel oder in Reihe angeordneten Einzelelementen besteht.

9. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 8, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ventilsitz mit einem Dichtungskörper aus insbesondere Gummi versehen ist.

10. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 8 oder 9, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ventilsitz höhenverstellbar ausgebildet ist.

11. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Ausleger zweischenklig (25, 27) ausgebildet ist;
b) dem freien Ende (24) gegenüberliegende Befestigungsenden (26, 28) der Schenkel (25, 27) an einer den Ventilsitz tragenden Grundplatte (21) befestigt sind;
c) an dem anderen Schenkel (25) eine andere Seite des thermoelektrischen Elements (29) anliegt.

12. Ventil nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der oberhalb verlaufende Schenkel (27) in der Nähe des Befestigungsendes (28) und/oder in der Nähe des freien Endes (24) in seinem wärmeleitenden Querschnitt verringert ist, insbesondere Ausnehmungen (34, 35) zur Verringerung des wärmeleitenden Querschnitts aufweist.

13. Ventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsstelle (28) des oberhalb verlaufenden Schenkels (27) gegenüber der Befestigungsstelle (26) des Schenkels (25) in der Höhe versetzt ist, derart, daß bei geschlossenem Ventil (23, 24) die beiden Schenkel (25, 27) einen spitzen Winkel (W) einschließen.

14. Ventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß das thermoelektrische Element (29) aus mehreren mechanisch parallel oder in Reihe angeordneten Einzelelementen besteht.