DE29514308U1 - Pneumatic valve with integrated pressure booster - Google Patents
Pneumatic valve with integrated pressure boosterInfo
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Description
1
Beschreibung1
Description
Die Erfindung betrifft ein Pneumatik-Ventil mit integiertem Druckverstärker.The invention relates to a pneumatic valve with integrated pressure amplifier.
Membranventile mit vielfältigen Konstruktionsmerkmalen, Antriebsmechanismen und Materialien der Membran sind in den unterschiedlichsten Veröffentlichungen zu finden. Den Aufbau von Membranventilen beschreiben unter anderem die EP 0 190 414, EP 0 424 676, EP 0 444 007 und EP 0 608 523.Diaphragm valves with a variety of design features, drive mechanisms and diaphragm materials can be found in a wide variety of publications. The structure of diaphragm valves is described in, among others, EP 0 190 414, EP 0 424 676, EP 0 444 007 and EP 0 608 523.
Die EP 0 190 414 Druckmittelbetätigtes Membranventil beschreibt eine besondere Gestaltung der Ventilfläche, die mit einer zusätzlichen Dichtkante ausgerüstet ist.EP 0 190 414 Pressure medium-operated diaphragm valve describes a special design of the valve surface, which is equipped with an additional sealing edge.
In der EP 0 424 676 Membranventil wird die Membran an einem Druckstück befestigt. Damit muß das Druckstück zur schließenden Öffnung mitgeführt werden, daß die Schaltfrequenz wesentlich verringert. Eine Beeinflussung der notwendigen Anpreßdrücke beim Verschließen des Ventils über den Aufbau selbst ist dabei nicht möglich.In EP 0 424 676 diaphragm valve, the diaphragm is attached to a pressure piece. This means that the pressure piece must be moved to the closing opening, which significantly reduces the switching frequency. It is not possible to influence the necessary contact pressures when closing the valve via the structure itself.
Eine ähnliche Lösung ist in der EP 0 608 523 Membranventil mit Schließhubbegrenzung aufgeführt. Diese Lösung dient aber nur einer durch ein Handrad und einer Gewindemutter voreinstellbaren Hubbegrenzung im Ventilweg. Die Membran ist bei dieser Lösung wiederum mit dem Schließmechanismus fest verbunden und besitzt damit gleiche Nachteile, wie sie die Lösung der EP 0 424 676 aufweist.A similar solution is listed in EP 0 608 523 Diaphragm valve with closing stroke limitation. However, this solution only serves to limit the stroke in the valve path, which can be preset using a handwheel and a threaded nut. In this solution, the diaphragm is firmly connected to the closing mechanism and therefore has the same disadvantages as the solution in EP 0 424 676.
Die EP 0 444 007 Elektromagnetisch betätigbares Ventil beschreibt ein Membranventil, wobei die Membran scheibenförmig ausgebildet ist und eine gehäusefeste Einspannung aufweist. Die Betätigung erfolgt wiederum durch einen beweglichen Kolben, der direkt auf diese Membran wirkt. Allen Lösungen ist eine unmittelbare Kopplung von MembranEP 0 444 007 Electromagnetically actuated valve describes a diaphragm valve, where the diaphragm is disk-shaped and has a housing-fixed clamping. The actuation is in turn carried out by a movable piston, which acts directly on this diaphragm. All solutions have a direct coupling of the diaphragm
und Antrieb gemeinsam. Der Antrieb wirkt damit direkt auf den Ventilverschluß. Die Dichtheit wird direkt durch den Anpreßdruck, den der Antrieb ausübt, gewährleistet. Lösungen, in denen das fließende Medium auf den Stellmechanismus wirkt, sind unter anderem in Schriften DE OS 37 03 303 und DE OS 43 00 733 zu finden.and drive together. The drive therefore acts directly on the valve closure. The tightness is ensured directly by the contact pressure exerted by the drive. Solutions in which the flowing medium acts on the actuating mechanism can be found in documents such as DE OS 37 03 303 and DE OS 43 00 733.
In der DE OS 37 03 303 wird ein Schnellschluß-Absperrschieber beschrieben. Ein Kolben, der durch Eigenmedium beaufschlagt wird, das aus der Zuleitung entnommen wird, ist dabei mit einem Absperrorgan in Form eines Schiebers verbunden. Ein selbsttätiges Öffnen ist dabei nach dem Schließvorgang nicht vorgesehen.DE OS 37 03 303 describes a quick-closing gate valve. A piston, which is actuated by its own medium taken from the supply line, is connected to a shut-off device in the form of a gate valve. Automatic opening after the closing process is not provided.
In der DE OS 43 00 733 ist ein Ventil veröffentlicht. Ein Ventilteller wird dabei ausschließlich durch den Mediumsdruck entgegen der Strömung des Mediums gegen den Ventilsitz gedrückt. Damit erfolgt ein sanftes Schließen des Ventils.A valve is published in DE OS 43 00 733. A valve plate is pressed against the valve seat against the flow of the medium solely by the medium pressure. This results in the valve closing gently.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Schließzeit eines Pneumatik-Ventils bei gleichbleibenden Antriebsbedingungen wesentlich zu verkürzen .The invention specified in claim 1 is based on the problem of significantly shortening the closing time of a pneumatic valve under constant drive conditions.
Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This problem is solved with the features listed in claim 1.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung einer Druckkammer erfolgt eine Vergrößerung der Auslenkung des Antriebs auf die Bewegung einer flexiblen Wand als Schließanordnung des Pneumatik-Ventils Damit kann zum einen die Masse des Antriebs verringert werden, das zu einer Verstärkung der Dynamik des gesamten Pneumatik-Ventils führt. Zum anderen können Antriebe mit kleinen Auslenkungen eingesetzt werden, wobei ebenfalls die DynamikWith the arrangement of a pressure chamber according to the invention, the deflection of the drive is increased to the movement of a flexible wall as a closing arrangement of the pneumatic valve. This means that on the one hand the mass of the drive can be reduced, which leads to an increase in the dynamics of the entire pneumatic valve. On the other hand, drives with small deflections can be used, whereby the dynamics
des gesaraten Pneumatik-Ventils gesteigert wird. Ein weiterer Aspekt stellt die Erhöhung des Anpressdruckes der flexiblen Wand durch die Anordnung der Druckkammer auf die Ventilöffnung gegenüber einer Anordnung ohne Druckkammer bei vergleichsweise gleichen Auslenkungen des Antriebs dar. Damit können Medien mit höheren Drücken beeinflußt werden. Begünstigt wird dieses Verhalten zum einen mit der Anordnung einer Düse zur Druckkammer, die mit dem Eingangskanal verbunden ist. Dadurch ergeben sich die gleichen Druckverhältnisse in der Druckkammer und dem Eingangskanal·. Während des Schließvorganges des Ventiis steigt der Druck im Eingangskanal, wodurch der Druck in der Druckkammer entsprechend steigt und den Schließvorgang unterstützt.of the entire pneumatic valve is increased. Another aspect is the increase in the contact pressure of the flexible wall by arranging the pressure chamber on the valve opening compared to an arrangement without a pressure chamber with comparatively equal deflections of the drive. This means that media with higher pressures can be influenced. This behavior is promoted on the one hand by arranging a nozzle for the pressure chamber, which is connected to the inlet channel. This results in the same pressure conditions in the pressure chamber and the inlet channel. During the closing process of the valve, the pressure in the inlet channel increases, whereby the pressure in the pressure chamber increases accordingly and supports the closing process.
Zum anderen erfolgt eine Druckverstärkung während der Bewegung des Antriebs mit der daran befestigten Membran zur Abdichtdüse durch die Verhältnisse Druckkammer-, Anschlußkammervolumen und Größe der Abdichtdüse.On the other hand, pressure amplification occurs during the movement of the drive with the attached membrane to the sealing nozzle through the ratios of pressure chamber, connection chamber volume and size of the sealing nozzle.
Die Öffnung nach außen in der Auslaßkammer dient dem Druckausgleich des Ventils.The opening to the outside in the outlet chamber serves to equalize the pressure of the valve.
Die universelle Gestaltungsmöglichkeit der Geometrie des Eingangs- und Ausgangskanals erlaubt eine beliebige Anpassung an bestehende oder zu entwickelnde Anlagen.The universal design option for the geometry of the input and output channels allows any adaptation to existing or future systems.
Ein Schichtaufbau des Gehäuses und damit des gesamten Pneumatik-Ventils begünstigt eine Miniaturisierung. Die einzelnen Schichten und damit die Strukturen werden durch fotolithografische Prozesse und Ätzen hergestellt. Damit können die bekannten Verfahren der Halbleiterherste^ung eingesetzt werden.A layered structure of the housing and thus of the entire pneumatic valve facilitates miniaturization. The individual layers and thus the structures are produced using photolithographic processes and etching. This means that the known processes of semiconductor production can be used.
Mit dieser Anordnung können unter anderem die Zusammensetzungen von den Produktionsprozeß bestimmenden Athmosphären in kurzer Zeit verändert werden. Damit ergeben sich besondere Vorteile bei der Herstellung mikroelektronischer oder -mechanischer Bauteile oder Baugruppen. Weiterhin ergeben sich besondere Vorteile bei medizinischen Anwendungen, bei denen Dosierungen eine wesentliche Bedeutung haben.With this arrangement, the composition of the atmospheres that determine the production process can be changed in a short time. This results in particular advantages in the manufacture of microelectronic or micromechanical components or assemblies. Furthermore, particular advantages arise in medical applications where dosages are of key importance.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Schutzansprüchen 2 bis 9 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in claims 2 to 9.
Das Resultat einer Druckerhöhung in der Druckkammer bei Auslenkung des Antriebes zur Abdichtdüse entsteht durch Anäherung der Membran zum Rand der Abdichtdüse, entsprechend der Weiterbildung nach Schutzanspruch 2.The result of a pressure increase in the pressure chamber when the drive is deflected towards the sealing nozzle is caused by the membrane approaching the edge of the sealing nozzle, according to the further development according to claim 2.
Die Weiterbildung nach Schutzanspruch 3 führt dazu, daß bei Betätigung des Antriebes der daraus resultierende Druck in Richtung der flexiblen Wand und nicht durch die Düse auf den Eingangskanal wirkt.The further development according to claim 3 results in the fact that when the drive is actuated, the resulting pressure acts in the direction of the flexible wall and not through the nozzle onto the inlet channel.
Die Schutzansprüche 4 und 5 zeigen Weiterbildungen hinsichtlich der Gestaltung der flexiblen Wand auf.Claims 4 and 5 show further developments regarding the design of the flexible wall.
Die Realisierung des Pneumatik-Ventils mit einem Schichtaufbau aus Silizium entsprechend den Weiterbildungen der Schutzansprüche 7 und 8 begünstigt die Miniaturisierung und die Herstellung eines mikromechanischen Bauelements.The realization of the pneumatic valve with a layer structure made of silicon according to the further developments of claims 7 and 8 promotes miniaturization and the production of a micromechanical component.
Die Weiterbildung nach Schutzanspruch 9 beschreibt die Kraft-Weg-Kennünie des verwendeten Antriebs.The further development according to claim 9 describes the force-displacement characteristic of the drive used.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dieses und ein weiteres wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing. This and another are described in more detail below.
Die Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau des Pneumatik-Ventils mit integriertem Druckverstärker in einer Schnittdarstellung.The figure shows the basic structure of the pneumatic valve with integrated pressure amplifier in a sectional view.
Das Pneumatik-Ventil mit integriertem Druckverstärker entsprechend der Figur wird über den Eingangs- 7 und Auslaßkanal 12 in den zu beeinflussenden Medienstrom plaziert. Sie sind als rohrförmige Stutzen ausgebildet, so daß SchlauchendenThe pneumatic valve with integrated pressure amplifier as shown in the figure is placed via the inlet 7 and outlet channel 12 in the media flow to be influenced. They are designed as tubular nozzles so that hose ends
über diese geschoben werden. Damit ergibt sich eine sehr einfache Montagemöglichkeit in neu zu konzipierende oder bereits bestehende Anlagen.This makes it very easy to install them in newly designed or existing systems.
Der Eingangs- 7 und Auslaßkanal 12 sind über die Ventilöffnung 10, die Ventilkammer 9 und die Austrittsöffnung 11 räumlich miteinander verbunden, aber durch eine feste Wand voneinander getrennt.The inlet 7 and outlet channel 12 are spatially connected to one another via the valve opening 10, the valve chamber 9 and the outlet opening 11, but are separated from one another by a solid wall.
Die Ventilöffnung 10 weist eine geringere Grundfläche als die Grundfläche der Ventilkammer 8 auf. Den Abschluß der Ventilkammer 9 bildet eine Seite einer flexiblen Wand 8, die mit dem Gehäuse 17 fest und luftdicht verbunden ist und sich über der mittig angeordneten Ventilöffnung befindet. Bei einer Auslenkung der flexiblen Wand 8 zur Ventilöffnung 10, wird diese vollständig durch dieselbe verschlossen'und der Fluß vom Eingangs- 7 zum Auslaßkanal 12 unterbrochen. Die flexible Wand 8 besteht vollständig aus Gummi, einem gummiartigen Material oder einem Schichtverbund aus einem gummiartigen Material und einer profilierten und/oder durchbrochenen Membranfeder mit vorzugsweise einem verformungssteifen Zentrum. Im zweiten Fall befindet sich das gummiartige Material auf der Seite zur Ventilöffnung 10. Auf der anderen Seite der flexiblen Wand 8 ist eine Druckkammer 5 angeordnet, die vorzugsweise eine der Ventilkammer 9 analoge geometrische Grundfläche besitzt. Diese wird durch das Gehäuse 17 seitlich begrenzt. Die Druckkammer 5 besitzt in der Seitenwand des Gehäuses 17 eine Düse 6 in Form einer Bohrung, die über einen sich anschließenden Kanal im Gehäuse 17 mit dem Eingangskanal 7 verbunden ist.The valve opening 10 has a smaller base area than the base area of the valve chamber 8. The end of the valve chamber 9 is formed by one side of a flexible wall 8, which is firmly and airtightly connected to the housing 17 and is located above the centrally arranged valve opening. If the flexible wall 8 is deflected towards the valve opening 10, it is completely closed by it and the flow from the inlet 7 to the outlet channel 12 is interrupted. The flexible wall 8 consists entirely of rubber, a rubber-like material or a layered composite of a rubber-like material and a profiled and/or perforated diaphragm spring with preferably a deformation-resistant center. In the second case, the rubber-like material is on the side towards the valve opening 10. On the other side of the flexible wall 8, a pressure chamber 5 is arranged, which preferably has a geometric base area analogous to the valve chamber 9. This is laterally limited by the housing 17. The pressure chamber 5 has a nozzle 6 in the form of a bore in the side wall of the housing 17, which is connected to the inlet channel 7 via an adjoining channel in the housing 17.
Auf der der flexiblen Wand 8 gegenüberliegenden Seite der Druckkammer 5 befindet sich mittig in der Deckplatte eine
Abdichtdüse 2, die diese mit einer Auslaßkammer 3 verbindet. Diese Abdichtdüse weist einen in die Auslaßkammer 3 hineinragenden
Rand 13 auf. Die Öffnung der Düse 6 ist dabei kleiner als die der Abdichtdüse 2.
Die Auslaßkammer 3 wird durch das Gehäuse 17 und eine MembranOn the side of the pressure chamber 5 opposite the flexible wall 8, there is a sealing nozzle 2 in the middle of the cover plate, which connects it to an outlet chamber 3. This sealing nozzle has an edge 13 that projects into the outlet chamber 3. The opening of the nozzle 6 is smaller than that of the sealing nozzle 2.
The outlet chamber 3 is formed by the housing 17 and a membrane
16, die rait dem Gehäuse 17 fest und luftdicht verbunden und an die der Antrieb 1 angekoppelt ist, begrenzt. Weiterhin weist diese eine Öffnung mit einem Auslaßstutzen 15 nach außen auf, so daß bei Öffnung des Pneumatik-Ventils der Druck der Druckkammer 5 nach außen entweichen und sich damit die flexible Wand 8 in den Ausgangszustand begeben kann. Der Abstand zwischen Oberkante des Randes 13 der Abdichtdüse 2 und der Membran ist so zu bemessen, daß bei vollständiger Auslenkung der Membran durch den Antrieb 1 die Abdichtdüse 2 vollständig oder nicht vollständig geschlossen ist. Der Antrieb 1 ist zweckmäßigerweise in das Gehäuse 17 des Pneumatik-Ventils integriert und weist eine lineare, progressive oder degressive Kraft-Weg-Kennlinie auf.16, which is firmly and airtightly connected to the housing 17 and to which the drive 1 is coupled. Furthermore, this has an opening with an outlet connection 15 to the outside, so that when the pneumatic valve is opened, the pressure of the pressure chamber 5 can escape to the outside and the flexible wall 8 can thus return to its initial state. The distance between the upper edge of the edge 13 of the sealing nozzle 2 and the membrane is to be dimensioned such that when the membrane is fully deflected by the drive 1, the sealing nozzle 2 is completely or not completely closed. The drive 1 is expediently integrated into the housing 17 of the pneumatic valve and has a linear, progressive or degressive force-displacement characteristic curve.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 17 in Schichten aufgebaut. Die einzelnen Schichten bestehen ausIn a second embodiment, the housing 17 is constructed in layers. The individual layers consist of
- Eingangs- 7 und Auslaßkanal 12,- Inlet 7 and outlet channel 12,
- Ventilkammer 9 mit der Ventilöffnung 10, der Austrittsöffnung 11 und dem Kanal 14,- Valve chamber 9 with the valve opening 10, the outlet opening 11 and the channel 14,
- Druckkammer 5 mit der flexiblen Wand 8 und der Düse 6,- Pressure chamber 5 with the flexible wall 8 and the nozzle 6,
- Auslaßkammer 3 mit der Abdichtdüse 2 und der Öffnung 4 und- Outlet chamber 3 with the sealing nozzle 2 and the opening 4 and
- Antrieb 1 mit der Membran 16, die übereinander angeordnet und miteinander fest verbunden sind.- Drive 1 with the membrane 16, which are arranged one above the other and firmly connected to each other.
Dabei bestehen das Gehäuse 17, die flexible Wand 8 und die Membran 16 aus Silizium.The housing 17, the flexible wall 8 and the membrane 16 are made of silicon.
Die Schichtfolge kann auch vom Antrieb 1 zu dem Eingangs-7 und Auslaßkanal 12 realisiert werden, so daß eine Platte sowohl den Eingangs- 7 als auch den Auslaßkanal 12 abschließt.The layer sequence can also be implemented from the drive 1 to the inlet 7 and outlet channel 12, so that one plate closes both the inlet 7 and the outlet channel 12.
Claims (9)
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Cited By (1)
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EP0811795A2 (en) * | 1996-06-03 | 1997-12-10 | Geberit Technik Ag | Pilot controlled water valve |
-
1995
- 1995-09-05 DE DE29514308U patent/DE29514308U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0811795A2 (en) * | 1996-06-03 | 1997-12-10 | Geberit Technik Ag | Pilot controlled water valve |
EP0811795A3 (en) * | 1996-06-03 | 1998-07-01 | Geberit Technik Ag | Pilot controlled water valve |
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Effective date: 19951221 |
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