DE3713697C2

DE3713697C2 -

Info

Publication number: DE3713697C2
Application number: DE19873713697
Authority: DE
Inventors: Eckardt Von 3501 Fuldatal De Bonin
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: BONIN, ECKHARDT VON, DIPL.-ING., 3501 FULDATAL, DE
Priority date: 1987-04-24
Filing date: 1987-04-24
Publication date: 1989-06-01
Also published as: DE3713697A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch betätigtes Ventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to an electrically operated valve in the preamble of claim 1 specified Art.

Aus der JP 60-1 39 981 ist ein elektrisch betätigtes Ventil dieser Art bekannt. Eine elektromechanische Übertragungseinrichtung, die nach diesem Prinzip arbeitet, ist auch aus der US-PS 36 35 016 bekannt.From JP 60-1 39 981 is an electrically operated valve of this type known. An electromechanical transmission device based on this Working principle is also known from US-PS 36 35 016.

Bei solchen Einrichtungen, die mittels einer hydraulischen Übersetzung den geringen Hub der piezoelektrischen Elemente in einen großen Hub eines Ventilstößels umwandeln, können infolge großer Temperaturänderungen, wie sie beispielsweise bei in Freiluft betriebenen elektrischen Schaltgeräten, welche mitunter extremen klimatischen Bedingungen ausgesetzt sind, Funktionsstörungen auftreten. Diese Gefahr von Funktionsstörungen ist durch die Längenänderung des Stapels der piezoelektrischen Elemente sowie durch die Volumenänderung der Hydraulikflüssigkeit infolge großer Temperaturschwankungen bedingt. Bei elektrischen Schaltgeräten, die der Stromversorgung dienen, müssen jedoch eine hohe Zuverlässigkeit und höchste Betriebssicherheit gewährleistet sein.In such facilities, the by means of a hydraulic translation small stroke of the piezoelectric elements in a large stroke one Valve tappets can convert as a result of large temperature changes such as for example in the case of electrical switching devices operated in the open air, which sometimes exposed to extreme climatic conditions, malfunctions occur. This risk of malfunctions is due to the change in length of the stack of piezoelectric elements as well as the change in volume hydraulic fluid due to large temperature fluctuations conditionally. For electrical switching devices that serve the power supply, However, they must have a high level of reliability and maximum operational reliability to be guaranteed.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil verfügbar zu machen, das sich trotz Änderungen der Temperatur durch eine hohe Zuverlässigkeit auszeichnet.The invention is therefore based on the object of making a valve available make that stand out despite changes in temperature due to high reliability distinguished.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst. This object is with the specified in the characterizing part of claim 1 Means solved.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Ventils liegt in der hohen Betriebssicherheit infolge der Kompensation von Ausdehnungen, sowohl der Hydraulikflüssigkeit wie der piezoelektrischen Elemente, welche durch Änderungen der Außentemperatur bedingt sind.The advantage of the valve according to the invention lies in the high level of operational reliability due to the compensation of expansion, both of the hydraulic fluid like the piezoelectric elements, which by changing the Outside temperature are conditional.

Durch das Ventil werden große Durchflußöffnungen für hohe Drücke freigegeben. Es ist unempfindlich gegen Verschleiß, zuverlässig in seiner Funktion, benötigt eine geringe Wartung und ist einfach in seinem Aufbau. Es ist für die äußerst schnelle Beherrschung großer Kräfte geeignet.The valve opens up large flow openings for high pressures. It is insensitive to wear, reliable in its function, requires little maintenance and is simple to set up. It is for the extremely fast mastery of large forces.

Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen angegeben.Further developments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Fig. dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained below with reference to an embodiment shown in the figure .

Ein Stapel piezoelektrischer Elemente 11 befindet sich in einem Raum 12, dem Innenraum eines topfartigen Gehäuses 13. Die piezoelektrischen Ele mente 11 können aufeinandergeklebt sein oder durch eine mechanische Vor spannung zusammengepreßt werden. Sie sind elektrisch parallel geschaltet, so daß sie sich während der Energieaufnahme in Achsrichtung vergrößern und in Querrichtung zusammenziehen. Dadurch wird, in bereits bekannter Weise, eine Addition der Wirkungen der Einzelelemente erzielt. Der Raum 12 des topfartigen Gehäuses 13 wird durch eine Membran 17 abgeschloßen, die auf der Oberfläche des Stapels der piezoelektrischen Elemente 11 aufliegt. Das topfartige Gehäuse 13 wird durch einen Deckel 9 verschlossen, der mit dem Gehäuse 13 einen Flansch bildet, welcher der Membran 17 einspannt. Der Deckel 9 hat eine trichterförmige Ausgestaltung, so daß zwischen ihm und der Membran 17 ein Hydraulikraum 10 entsteht. Der Deckel 9 enthält den abgedichteten Sitz eines Ventilstößels. Dieser Ventilstößel 5 führt in einen Ventilblock 3, der mit dem Deckel 9 verbunden ist. Dieser Ventil block 3 enthält einen Ventilsitz, der mit einem Ventilteller des Stößels 5 zusammenarbeitet. Durch eine Bewegung des Stößels 5 nach oben wird ein Hochdruckraum 16 mit einem Niederdruckraum 7 verbunden. Eine Feder 4 sorgt für die Rückstellkraft des Stößels 5 sowie für den Anpreßdruck des Ventil tellers auf den Sitz 6 im Falle daß, in den Räumen 16 und 10 Druckgleich heit herrscht. Eine Verschraubung 1 dient der Einstellung des Anpreßdrucks der Feder 4.A stack of piezoelectric elements 11 is located in a space 12 , the interior of a pot-like housing 13 . The piezoelectric elements 11 can be glued to one another or pressed together by a mechanical voltage. They are electrically connected in parallel so that they enlarge in the axial direction and contract in the transverse direction during the energy consumption. In this way, in an already known manner, the effects of the individual elements are added together. The space 12 of the pot-like housing 13 is closed off by a membrane 17 , which rests on the surface of the stack of the piezoelectric elements 11 . The pot-like housing 13 is closed by a cover 9 , which forms a flange with the housing 13 , which clamps the membrane 17 . The cover 9 has a funnel-shaped configuration, so that a hydraulic chamber 10 is formed between it and the membrane 17 . The cover 9 contains the sealed seat of a valve lifter. This valve tappet 5 leads into a valve block 3 which is connected to the cover 9 . This valve block 3 contains a valve seat that cooperates with a valve plate of the tappet 5 . By moving the plunger 5 upward, a high-pressure space 16 is connected to a low-pressure space 7 . A spring 4 ensures the restoring force of the plunger 5 and the contact pressure of the valve plate on the seat 6 in the event that, in rooms 16 and 10 there is equal pressure. A screw connection 1 is used to adjust the contact pressure of the spring 4 .

Die Funktion ist folgende: Durch das Schließen eines Schalters 14 werden die piezoelektrischen Elemente 11 mit einer Spannungsquelle 15 verbunden, dadurch tritt eine Formänderung des Stapels von ca. 200 µm auf, die das Fluid nach oben drückt und dadurch den Stößel 5 betätigt. Da die Stapel deckfläche der piezoelektrischen Elemente 11 größer ist als die Kolben fläche des Ventilstößels 5 wird eine Vergrößerung des Hubs im Verhältnis dieser Flächen erzielt.The function is as follows: By closing a switch 14 , the piezoelectric elements 11 are connected to a voltage source 15 , which causes a change in shape of the stack of approximately 200 μm, which presses the fluid upward and thereby actuates the plunger 5 . Since the stack cover surface of the piezoelectric elements 11 is larger than the piston surface of the valve lifter 5 , an increase in the stroke is achieved in the ratio of these surfaces.

Durch eine Bohrung 8 des Stößels 5 wird eine Verbindung des Hydraulik raums 10 mit dem Hochdruckraum 16 erzielt. Dadurch wird ein Ausgleich der Hydraulikflüssigkeit erreicht, wenn sich diese durch die Änderung der Außentemperatur ausdehnt. Auch eine Änderung der Höhe des Stapels der piezoelektrischen Elemente 11 durch eine Temperaturänderung wird auf diese Weise kompensiert. Dazu ist eine Bemessung der lichten Weite der Bohrung 8 erforderlich, die solche Ausgleichsvorgänge zuläßt, jedoch die Übertragung des Hubs des Stapels der piezoelektrischen Elemente 11 mittels der Hydrau likflüssigkeit auf den Ventilstößel 5 nicht beeinträchtigt. Die Bemessung dieser lichten Weite hängt ab von den Volumenverhältnissen sowie von der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit. Sie wird z. B. so einge stellt, daß die Ausgleichsvorgänge im Sekundenbereich liegen, so daß die Schaltvorgänge, die im Mikrosekundenbereich liegen, nicht beeinträchtigt werden. Dieser Verbindungskanal 8 kann eine Düse 2 enthalten, deren lichte Weite verstellbar ist.Through a bore 8 of the plunger 5 , a connection of the hydraulic chamber 10 with the high-pressure chamber 16 is achieved. As a result, the hydraulic fluid is compensated if it expands due to the change in the outside temperature. A change in the height of the stack of the piezoelectric elements 11 due to a change in temperature is also compensated in this way. For this purpose, a dimensioning of the clear width of the bore 8 is required, which permits such compensatory processes, but does not affect the transmission of the stroke of the stack of the piezoelectric elements 11 by means of the hydraulic fluid on the valve tappet 5 . The dimensioning of this clear width depends on the volume ratios and the viscosity of the hydraulic fluid. You will z. B. is so that the compensation processes are in the second range, so that the switching processes, which are in the microsecond range, are not affected. This connecting channel 8 can contain a nozzle 2 , the clear width of which is adjustable.

Eine schnelle und zuverlässige Schaltung großer Kräfte bei elektrischen Schaltgeräten wird am besten dadurch erzielt, daß das Ventil als Vorventil der Hydrauliksteuerung dieser Schaltgeräte Verwendung findet.A fast and reliable switching of large forces in electrical Switchgear is best achieved by the fact that Valve used as a pre-valve for the hydraulic control of these switching devices finds.

Claims

1. Electrically operated valve with a drive made of stacked piezoelectric elements, in which a space filled with hydraulic fluid is arranged in order to increase the stroke between the piston surface of the valve tappet and the larger diameter stacking surface of the piezoelectric elements, characterized in that the hydraulic space ( 10 ) (8) with a high-pressure chamber (16) and a channel in communication that the connecting channel (8) is dimensioned such that compensate While expansions of the hydraulic fluid and / or of the piezoelectric elements due to changes in outside temperature, but the stroke of the stack of Piezoelectric elements ( 11 ) due to a switching process fully transferred to the valve lifter ( 5 ).

2. Electrically operated valve according to claim 1, characterized in that the connecting channel ( 8 ) is dimensioned such that the compensation of the hydraulic fluid, which is caused by the change in the outside temperature, takes place in a time period lying in the range of seconds.

3. Electrically operated valve according to claim 1, characterized in that the connecting channel ( 8 ) contains a nozzle ( 2 ) which is adjustable in its clear width.

4. Electrically operated valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the stacked piezoelectric elements ( 11 ) are a pot-like housing ( 13 ), that the housing ( 13 ) with a cover ( 9 ) forms a flange in which the membrane ( 17 ) is clamped in, and that the cover ( 9 ) encloses the high-pressure chamber ( 16 ) by means of a funnel-shaped configuration and contains the valve tappet ( 5 ) by means of a sealed seat.