DE19949197A1 - Steuerglied eines Piezoventils - Google Patents

Abstract

Es wird ein Steuerglied für ein Piezoventil (2) vorgeschlagen, das ein längliches Biegeelement (5) enthält, das im Bereich eines seiner beiden axialen Enden an einander entgegengesetzten längsseitigen Seitenflächen (7, 7') über jeweils ein eine Dichtfläche (17, 17') aufweisendes Dichtelement (16, 16') verfügt. Die beiden Dichtelemente (16, 16') sind gemeinsamer Bestandteil eines Dichtkörpers (15), der einen sich zwischen den beiden Dichtelementen (16, 16') erstreckenden und einstückig mit diesen ausgebildeten Verbindungsabschnitt (22) aufweist, der eine Durchbrechung (26) des Biegeelementes (5) durchsetzt. Die beiden Dichtelemente (16, 16') übergreifen den die Durchbrechung (26) begrenzenden Randabschnitt (27) des Biegeelementes (5) und liegen im Umfangsbereich der Durchbrechung (26) an der jeweils zugeordneten längsseitigen Seitenfläche (7, 7') des Biegeelements (5) an.

Description

Die Erfindung betrifft das Steuerglied eines Piezoventils, mit einem länglichen Biegeelement, das im Bereich eines sei­ ner beiden axialen Enden an einander entgegengesetzten längs­ seitigen Seitenflächen über jeweils ein eine Dichtfläche auf­ weisendes Dichtelement verfügt.

Ein Steuerglied dieser Art geht beispielsweise aus der EP 0 170 990 A1 hervor. Es ist dort Bestandteil eines zu ei­ ner Unterdruck-Steuervorrichtung gehörenden Piezoventils, wo­ bei es über ein als Biegewandler bezeichnetes längliches Bie­ geelement verfügt, das im Bereich seines einen axialen Endes gehäusefest eingespannt ist und im Bereich seines anderen axialen Endes an einander entgegengesetzten längsseitigen Seitenflächen mit jeweils einem Dichtelement versehen ist, das der Mündung eines Fluidkanals gegenüberliegt. Durch Anle­ gen einer Spannung an das Biegeelement wird selbiges ver­ formt, so daß wahlweise eines der beiden Dichtelemente mit einer an ihm vorgesehenen Dichtfläche an einem die zugeordne­ te Kanalmündung umgebenden Ventilsitz anliegt.

Bei dem bekannten Piezoventil sind die beiden Dichtelemente auf das Biegeelement aufgesetzt und vermutlich angeklebt. Auf diese Weise treten im Bereich beider Dichtelemente Ferti­ gungs- bzw. Montagetoleranzen auf, die sich addieren und die zur Folge haben, daß die Abstände zwischen den beiden Dicht­ flächen variieren können, was die Betriebsgenauigkeit des Piezoventils beeinträchtigt. Weil die im Betrieb auftretende Auslenkung des Biegeelementes regelmäßig sehr gering ist, ma­ chen sich schon geringe Maßtoleranzen sehr negativ bemerkbar und erfordern beispielsweise eine aufwendige Düsenjustierung mit Bezug zum Biegeelement.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuer­ glied der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine einfa­ chere und dennoch präzisere Herstellung gestattet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die beiden Dichtelemente gemeinsamer Bestandteil eines Dichtkörpers sind, der einen sich zwischen den beiden Dichtelementen er­ streckenden und einstückig mit diesen ausgebildeten Verbin­ dungsabschnitt aufweist, der eine Durchbrechung des Biegeele­ mentes durchsetzt, wobei die beiden Dichtelemente den die Durchbrechung begrenzenden Randabschnitt des Biegeelementes übergreifen und im Umfangsbereich der Durchbrechung an der jeweils zugeordneten längsseitigen Seitenfläche des Biegeele­ mentes anliegen.

Auf diese Weise sind die beiden Dichtelemente in einem ge­ meinsamen Dichtkörper zusammengefaßt, wobei sie über den Ver­ bindungsabschnitt untereinander verbunden sind, so daß ein fester Abstand zwischen den beiden Dichtflächen vorliegt, der bereits bei der Herstellung des Dichtkörpers festgelegt wer­ den kann. Dabei ist insbesondere auch die Möglichkeit gege­ ben, den Dichtkörper mit seinen Dichtflächen unabhängig vom Biegeelement nach Bedarf mechanisch und/oder thermisch zu be­ handeln, ohne das Material des Biegeelementes zu beeinträch­ tigen. Da sich im montierten Zustand, bedingt durch die den die Durchbrechung begrenzenden Randabschnitt des Biegeelemen­ tes übergreifenden Dichtelemente eine mechanische Fixierung des Dichtkörpers am Biegeelement einstellt, ist eine einfache und präzise Montage möglich, wobei sich gewährleisten läßt, daß der zwischen den beiden Dichtflächen vorhandene Abstand nicht verändert wird und die Montagetoleranzen gering sind. Es versteht sich, daß das Biegeelement unter Berücksichtigung der Durchbrechung zweckentsprechend gestaltet wird, wobei insbesondere durch die Lage der zum Betrieb gegebenenfalls erforderlichen Elektroden (Elektrodenlayout) die Einbringung der Durchbrechung möglich gemacht werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Un­ teransprüchen hervor.

Es wäre prinzipiell möglich, die Durchbrechung als umfangs­ seitig vollständig geschlossenes Loch auszuführen, in das der Dichtkörper eingeknöpft wird, der insbesondere in diesem Fal­ le über gummielastische Eigenschaften verfügen sollte. Eine noch einfachere Bauform sieht allerdings vor, daß die vom Verbindungsabschnitt des Dichtkörpers durchsetzte Durchbre­ chung des Biegeelementes zu dessen Rand hin offen ist, um ei­ ne einfache Steckmontage des Dichtkörpers über die randseiti­ ge Öffnung hinweg vornehmen zu können. Dabei ist es aus Grün­ den der Symmetrie von Vorteil, wenn sich die randseitige Öff­ nung der Durchbrechung an der axial orientierten Stirnseite des Biegeelementes befindet.

Insbesondere dann, wenn allein durch mechanische Befesti­ gungsmaßnahmen keine ausreichend sichere Fixierung gewährlei­ stet werden kann, empfiehlt sich eine zusätzliche Klebever­ bindung zwischen dem Dichtkörper und dem Biegeelement.

Die Abmessungen des Verbindungsabschnittes können so gewählt werden, daß die beiden Dichtelemente mit Vorspannung am Bie­ geelement anliegen.

Die Dichtflächen können unmittelbar am jeweils zugeordneten Dichtelement vorgesehen sein, so daß sie einstückiger Be­ standteil des Dichtkörpers sind. Eine hierzu alternative und besonders vorteilhafte Bauform sieht allerdings vor, die Dichtflächen an separaten Dichtflächenteilen auszubilden und diese Dichtflächenteile am einstückigen Dichtkörper festzule­ gen. Dies macht es möglich, den Dichtkörper hinsichtlich sei­ ner Haltefunktion am Biegeelement optimal auszulegen und un­ abhängig davon für die Dichtflächen das sich am besten eig­ nende Material auszuwählen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich­ nung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine erste Bauform des erfindungsgemäßen Steuer­ gliedes in einer Draufsicht auf eine der längssei­ tigen Seitenflächen des Biegeelementes,

Fig. 2 eine weitere Bauform des Steuergliedes in einer der Fig. 1 entsprechenden Ansicht, wobei die Blick­ richtung in Fig. 3 durch Pfeil II verdeutlicht ist,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Steuerglied der Fig. 2 gemäß Schnittlinie III-III, wobei ergänzend Ge­ häusebestandteile eines mit dem Steuerglied ausge­ statteten Piezoventils abgebildet sind und wobei der Dichtkörper in einer Querschnittsdarstellung vor der Montage und in einer Seitenansicht nach der Montage gezeigt ist, und

Fig. 4 eine weitere Bauform des Steuergliedes in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellungsweise mit einer abweichenden Formgebung der Dichtelemente.

Alle Figuren der Zeichnung zeigen ein Steuerglied 1, das bei Piezoventilen zum Einsatz gelangen kann. Die Fig. 3 zeigt exemplarisch einige weitere Bestandteile eines solchen Piezo­ ventils 2, welches in der Regel über ein Gehäuse 3 verfügt, das einen Innenraum 4 definiert, in dem sich das Steuerglied 1 erstreckt.

Das Steuerglied 1 enthält ein längliches plattenartiges Bie­ geelement 5 mit zweckmäßigerweise rechteckigem Umriß, das im Bereich eines seines beiden axialen Enden - nachfolgend als rückseitiges Ende 6 bezeichnet - gehäusefest eingespannt ist. Seine beiden einander entgegengesetzten längsseitigen Seiten­ flächen 7, 7', die von den voneinander abgewandten größerflä­ chigen Plattenflächen repräsentiert werden, sind mit elektri­ schen Leitern 8, 8' kontaktiert, so daß unter Vermittlung ei­ ner strichpunktiert angedeuteten Spannungsquelle 12 eine Spannung angelegt werden kann, die eine durch Doppelpfeil an­ gedeutete Schwenkbewegung 12 des Biegeelementes 5 bezüglich der gehäuseseitigen Einspannstelle 13 hervorruft.

Im Bereich des dem rückseitigen Ende 6 entgegengesetzten an­ deren axialen Endes des Biegeelementes 5 - nachfolgend als vorderes Ende 14 bezeichnet - ist ein Dichtkörper 15 festge­ legt. Dieser enthält zwei scheiben- oder plattenähnliche Dichtelemente 16, 16', die von entgegengesetzten Seiten her an den beiden längsseitigen Seitenflächen 7, 7' des Biegeele­ mentes 5 anliegen. Jedes Dichtelement 16, 16' enthält eine vom Biegeelement 5 abgewandte Dichtfläche 17, 17', die einem gehäusefesten ringförmigen Ventilsitz 18, 18' gegenüberliegt, der die Mündung eines im Gehäuse 3 verlaufenden Fluidkanals 19, 19' umschließt.

Durch Verschwenken des Steuergliedes 1 läßt sich wahlweise eine der Dichtflächen 17, 17' an den ihr gegenüberliegenden Ventilsitz 18, 18' anlegen, so daß die Mündung des zugeordne­ ten Fluidkanals 19, 19' verschlossen wird. Gleichzeitig ist die entgegengesetzt orientierte andere Dichtfläche von dem dieser zugewandten Ventilsitz abgehoben, so daß die Mündung des zugeordneten Fluidkanals freigegeben ist und eine Fluid­ strömung stattfinden kann. Handelt es sich bei dem Piezoven­ til 2 um ein 3/2-Wegeventil, kann in den Innenraum 4 ein nicht dargestellter weiterer Fluidkanal einmünden, der in Ab­ hängigkeit von der Schwenkstellung des Steuergliedes 1 wahl­ weise mit einem der beiden oben beschriebenen Fluidkanäle 19, 19' verbindbar ist. Denkbar wäre beispielsweise auch eine Ausgestaltung als 2/2-Ventil, wobei eine aus Fig. 3 ersicht­ liche Schaltstellung möglich ist, in der beide Dichtflächen 17, 17' vom zugeordneten Ventilsitz 18, 18' abgehoben sind, so daß ein Fluid, beispielsweise Druckluft, durch den Innen­ raum 4 hinweg zwischen den beiden Fluidkanälen 19, 19' über­ strömen kann. Um die Fluidverbindung zu unterbrechen, wird hier der Dichtkörper 15 mit einer seiner Dichtflächen 17, 17' an einen der Ventilsitze 18, 18' angedrückt.

Die beiden Dichtelemente 16, 16' sind über einen zwischen ih­ nen angeordneten Verbindungsabschnitt 22 des Dichtkörpers 15 einstückig miteinander verbunden, wobei der Querschnitt des Verbindungsabschnittes 22 geringer ist als derjenige der bei­ den Dichtelemente 16, 16', so daß der Dichtkörper 15 insge­ samt eine klotz- oder scheibenähnliche Form hat und über eine umlaufende Ringnut 23 verfügt. Der Nutgrund 24 der Ringnut 23 ist von der Umfangsfläche des Verbindungsabschnittes 22 ge­ bildet, die beiden Nutflanken 25 werden von den den Verbin­ dungsabschnitt 22 radial überragenden Randbereichen der Dichtelemente 16, 16' definiert. Die zwischen den Nutflanken 25, 25' gemessene Breite der Ringnut 23 entspricht zweckmäßi­ gerweise der zwischen den längsseitigen Seitenflächen 7, 7' gemessenen Dicke des Biegeelementes 5 im Bereich der Befesti­ gungsstelle des Dichtkörpers 15.

Das Biegeelement 5 weist im Bereich der Befestigungsstelle des Dichtkörpers 15 eine zwischen den beiden längsseitigen Seitenflächen 7, 7' durchgehende Durchbrechung 26 auf. Bei montiertem Dichtkörper 15 greift der Verbindungsabschnitt 22 durch die Durchbrechung 26 hindurch, während die beiden Dich­ telemente 16, 16' den die Durchbrechung 26 umfangsseitig be­ grenzenden Randabschnitt 27 des Biegeelementes 5 übergreifen und im Umfangsbereich der Durchbrechung 26 an der jeweils zu­ geordneten längsseitigen Seitenfläche 7, 7' des Biegeelemen­ tes 5 anliegen.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Durchbrechung 26 nach Art einer umfangsseitig vollständig geschlossenen Boh­ rung ausgeführt, in die der vorzugsweise aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehende Dichtkörper 15 ein­ geknöpft ist.

Hiervon abweichend ist bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 4 vorgesehen, daß die Durchbrechung 26 zu dem re­ lativ schmalen Rand des Biegeelementes 5 hin offen ist, wobei die randseitige Öffnung 28 zweckmäßigerweise an der axial orientierten Stirnfläche 32 des vorderen Endes 14 des Biege­ elementes 5 liegt. Die Durchbrechung 26 ist hier also nach Art eines Einschnittes oder einer Aussparung in die vordere Stirnfläche 32 eingebracht.

Die Einbringung der Durchbrechung 26 wird im übrigen bei al­ len Ausführungsformen zweckmäßigerweise dadurch begünstigt, daß die in der Zeichnung nicht im Detail dargestellten, mit den Leitern 8, 8' kontaktierten Elektroden des Biegeelementes eine entsprechend angepaßte Gestaltung haben.

Die randseitige Öffnung 28 der Durchbrechung 26 ermöglicht eine einfache Steckmontage des Dichtkörpers 15 von der axia­ len Vorderseite des Biegeelementes 5 her. Dabei ist zweckmä­ ßigerweise vorgesehen, daß die in der Ausdehnungsebene des Biegeelementes 5 quer zu dessen Längsrichtung gemessene Brei­ te der randseitigen Öffnung 28 den entsprechend gemessenen Querabmessungen des Verbindungsabschnittes 22 entspricht. Die Anordnung sollte möglichst so getroffen werden, daß beim Ein­ führen des Dichtkörpers 15 in die Durchbrechung 26 des Biege­ elementes 5 der vor der Montage vorhandene Abstand "a" zwi­ schen den beiden Dichtflächen 17, 17' unverändert bleibt. So­ mit kann bei der separat vom Biegeelement 5 erfolgenden Fer­ tigung des Dichtkörpers 15 ein präziser Abstand "a" vorgege­ ben werden, der sich auch nach der Montage am Biegeelement 5 nicht geändert hat, so daß insgesamt eine Herstellung mit ge­ ringen Toleranzen möglich ist.

Bei der Einsteckmontage des Dichtkörpers 15 in die Durchbre­ chung 26 greift der die Durchbrechung 26 begrenzende Randab­ schnitt 27 des Biegeelementes 5 auf entgegengesetzten Seiten in die Ringnut 23 ein, so daß sich der Dichtkörper 15 leicht und zielgerichtet aufschieben läßt. Hat der Dichtkörper 15 seine Endposition erreicht, ist er sowohl in der Dickenrich­ tung als auch in der Querrichtung des Biegeelementes 5 mecha­ nisch formschlüssig fixiert und bereits relativ sicher gehal­ ten. Dabei würde es die in der Regel gummielastische Ausge­ staltung des Dichtkörpers 15 gestatten, die maßliche Abstim- mung so zu treffen, daß die beiden Dichtelemente 16, 16' mit zumindest geringer Vorspannung am Biegeleement 5 anliegen, so daß auch noch eine gewisse kraftschlüssige Fixierung vorhan- den ist. Zweckmäßigerweise wird man aber zur endgültigen Be­ festigung auf eine zusätzliche Klebeverbindung zwischen dem Dichtkörper 15 und dem Biegeelement 5 zurückgreifen.

Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 hat der Verbindungsabschnitt 22 eine zylindrische Außenkontur und auch die Dichtelemente 16, 16' verfügen über einen kreisför­ migen Umriß. Bei der Bauform der Fig. 1 entspricht der Durchmesser der Durchbrechung 26 demjenigen des Verbindungs­ abschnittes 22. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 hat die Durchbrechung 26 eine U-förmige Kontur, wobei sich die randseitige Öffnung 28 im Bereich der U-Öffnung befindet und der Radius des U-Bogens dem Radius des Verbindungsab­ schnittes 22 entspricht, so daß dieser am Rand der Durchbre­ chung 26 satt anliegen kann.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 ist sowohl die Durchbre­ chung 26 als auch der Verbindungsabschnitt 22 rechteckförmig und insbesondere quadratisch konturiert. Auch die Dichtele­ mente 16, 16' verfügen hier über einen reckteckförmigen und insbesondere quadratischen Umriß.

Die Fig. 2 bis 4 machen ferner deutlich, daß die in Längs­ richtung des Biegeelementes 5 gemessene Tiefe der Durchbre­ chung 26 durchaus so gewählt sein kann, daß der Dichtkörper 15 im montierten Zustand mit einem Abschnitt seines Umfanges über die vordere Stirnfläche 32 des Biegeelementes 5 axial hinausragt.

Die Dichtflächen 17, 17' können unmittelbar am jeweils zuge­ ordneten Dichtelement 16, 16' ausgebildet sein, wie dies ex­ emplarisch anhand der Fig. 1 gezeigt ist. Hier bildet der Dichtkörper 15 einschließlich der Dichtflächen 17, 17' einen zweckmäßigerweise integralen Körper, der vorzugsweise aus Kunststoffmaterial besteht und der insbesondere über gummi­ elastische Eigenschaften verfügt.

Bei einer alternativen Bauform, wie sie anhand der Fig. 2 bis 4 verdeutlicht wird, sind die Dichtflächen 17, 17' Be­ standteil separater Dichtflächenteile 33, 33', die im Bereich der Dichtelemente 16, 16' am Dichtkörper 15 unverlierbar be­ festigt sind. Die Befestigung der Dichtflächenteile 33, 33' kann beispielsweise durch Verkleben erfolgen oder vorzugswei­ se dadurch, daß sie bei einer Spritzgießherstellung des Dichtkörpers 15 vom Dichtkörpermaterial teilweise umspritzt werden. Auf jeden Fall empfiehlt sich eine Ausgestaltung bei der die Dichtflächenteile 33, 33' flache Scheibenkörper sind, die an der dem Ventilsitz 18, 18' zugewandten Außenseite in das zugeordnete Dichtelement 16, 16' zumindest teilweise ein­ gelassen bzw. eingebettet sind. Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 4 verlaufen die an den Dichtflächenteilen 33, 33' vorgesehenen Dichtflächen 17, 17' bündig in einer Ebene mit den die Dichtflächenteile 33, 33' umschließenden Bereichen des Dichtkörpers 15.

Die separate Ausgestaltung der Dichtflächen 17, 17' hat den Vorteil, daß man das Material des Dichtkörpers 15 hinsicht­ lich seiner Haltefunktion und das Material der Dichtflächen­ teile 33, 33' hinsichtlich der zu erfüllenden Dichtfunktion auswählen kann, ohne Kompromisse eingehen zu müssen. Zweckmä­ ßigerweise bestehen sowohl der Dichtkörper 15 als auch die Dichtflächenteile 33, 33' aus Kunststoffmaterial, dessen Här­ te und Elastizität man nach Bedarf auswählt.

Claims (10)

1. Steuerglied eines Piezoventils (2), mit einem länglichen Biegeelement (5), das im Bereich eines seiner beiden axialen Enden (14) an einander entgegengesetzten längsseitigen Sei­ tenflächen (7, 7') über jeweils ein eine Dichtfläche (17, 17') aufweisendes Dichtelement (16, 16') verfügt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Dichtelemente (16, 16') gemein­ samer Bestandteil eines Dichtkörpers (15) sind, der einen sich zwischen den beiden Dichtelementen (16, 16') erstrecken­ den und einstückig mit diesen ausgebildeten Verbindungsab­ schnitt (22) aufweist, der eine Durchbrechung (26) des Biege­ elementes (5) durchsetzt, wobei die beiden Dichtelemente (16, 16') den die Durchbrechung (26) begrenzenden Randabschnitt (27) des Biegeelementes (5) übergreifen und im Umfangsbereich der Durchbrechung (26) an der jeweils zugeordneten längssei­ tigen Seitenfläche (7, 7') des Biegeelementes (5) anliegen.

2. Steuerglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verbindungsabschnitt (22) des Dichtkörpers (15) durchsetzte Durchbrechung (26) zur Ermöglichung einer Steck­ montage des Dichtkörpers (15) zum Rand des Biegeelementes (5) hin offen ist.

3. Steuerglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechung (26) zur benachbarten, axial orientierten Stirnfläche (32) des Biegeelementes (5) hin offen ist.

4. Steuerglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkörper (15) mit dem Biegeelement (5) verklebt ist.

5. Steuerglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtelemente (16, 16') mit zumindest geringer Vorspannung am Biegeelement (5) anliegen.

6. Steuerglied nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkörper (15) über eine umlaufende Ringnut (23) verfügt, deren Nutgrund (24) von der Umfangsflä­ che des Verbindungsabschnittes (22) und deren Nutflanken (25, 25') von den Dichtelementen (16, 16') gebildet sind.

7. Steuerglied nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Dichtfläche (17, 17') un­ mittelbar am zugeordneten Dichtelement (16, 16') ausgebildet ist.

8. Steuerglied nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Dichtfläche (17, 17') an einem am zugeordneten Dichtelement (16, 16') festgelegten se­ paraten Dichtflächenteil (33, 33') vorgesehen ist.

9. Steuerglied nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtflächenteil (33, 33') am zugehörigen Dichtelement (16, 16') durch eine Klebeverbindung oder durch Umspritzen bei der Spritzgießherstellung des Dichtkörpers (15) fixiert ist.

10. Steuerglied nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Dichtflächenteil (33, 33') zumindest teilweise in das zugeordnete Dichtelement (16, 16') eingebettet ist.