DE4422944A1

DE4422944A1 - Axially movable micro-valve e.g. for fuel injection valve

Info

Publication number: DE4422944A1
Application number: DE19944422944
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Dr Mettner; Gerhard Dipl Ing Stokmaier; Armin Dipl Ing Schuelke; Thanh-Hung Dip Nguyen-Schaefer; Hans-Peter Trah; Christian Dipl Ing Doering; Thomas Dipl Phys Dr Schittny; Peter Dipl Ing Deuble
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1996-01-04

Abstract

The microvalve (1) includes a valve plug (2) located between two pressure chambers (3,4) in a valve housing. The plug sealingly abuts a common wall of the chambers via a valve seat (5). In the housing is located a drive cavity in the form of a pressure equalising chamber (8). The equalising chamber is in a pressure equalised state and so extends in the valve plug and/or the housing body that an extra pressure equalising diaphragm (12) is formed with the outlet chamber (4). Pref. the microvalve is formed in a multilayer structure in silicon, thin or thick-layer technology.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft ein Mikroventil mit einem ganz oder teilweise druckausgeglichenem Ventilschließglied nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to a microvalve with a whole or partially pressure-balanced valve closing element after the Genus of the main claim.

Es ist bereits ein solches gattungsgemäßes Ventil aus der DE-OS 39 19 876 bekannt, bei dem das Ventilschließglied mittels eines elektrostatischen Antriebs von einem dichten den Ventilsitz wegbewegt werden kann. Die dichtende Aus gangsstellung wird hierbei durch eine sich in der Ruhe stellung befindliche Membran, an der das Ventilschließglied gehalten ist, bewirkt. Zur Öffnung des Ventils muß eine ausreichende Kraft aufgebracht werden um insbesondere eine Auslenkung der Membran zu bewerkstelligen, die zu einer entsprechenden Bewegung des Ventilschließgliedes führt. Auf der, der inneren Kammer gegenüberliegenden Seite der Mem bran liegt eine Antriebskavität (Druckausgleichskammer). Der Innendruck P_in in dem Eingangsraum ist durch geeignete Wahl der Arbeitsmembranfläche und des Ventiltellers des Ventilschließgliedes druckausgeglichen, so daß der Eingangs druck P_in beliebige Werte annehmen kann, ohne daß eine Be wegung des Ventilschließgliedes erfolgt. Da ein Druckaus gleich hinsichtlich des Ausgangsdrucks P_out in dem Aus gangsraum hier nicht vorgesehen ist, müssen der Druck in der Druckausgleichskammer und der Ausgangsdruck P_out nahezu gleich sein.Such a generic valve is already known from DE-OS 39 19 876, in which the valve closing member can be moved away from a tight valve seat by means of an electrostatic drive. The sealing from the starting position is effected by a membrane in the rest position, on which the valve closing member is held. Sufficient force must be applied to open the valve, in particular to bring about a deflection of the membrane, which leads to a corresponding movement of the valve closing member. On the side of the membrane facing the inner chamber there is a drive cavity (pressure compensation chamber). The internal pressure P _in in the input space is pressure-balanced by a suitable choice of the working diaphragm surface and the valve head of the valve closure member, so that the input pressure P can take _in any values without a loading movement of the valve closure member is carried out. Since a pressure equalization with respect to the outlet pressure P _out in the exit space is not provided here, the pressure in the pressure equalization chamber and the outlet pressure P _{out must be} almost the same.

Dieses bekannte Mikroventil weist eine hydraulische Eigen sicherheit hinsichtlich eines Ausfalls der Antriebsenergie und beispielsweise eines Bruchs von Membranteilen auf. Da zum Beispiel bei einem Bruch der Antriebsmembran sich der Druck in der Antriebskavität (Druckausgleichskammer) ent sprechend erhöht, wirkt eine schließende Kraft auf den Ven tilsitz, womit der zu schaltende Volumenstrom sicher abge schaltet wird. Diese hydraulische Eigensicherheit ist auch bei Mikroventilen zu gewährleisten, die weiterentwickelte Gestaltungsformen der Geometrie des Ventilschließgliedes, zum Beispiel hinsichtlich eines besseren Druckausgleichs für den Ausgangsdruck P out′ aufweisen.This known micro valve has a hydraulic characteristic safety regarding a failure of the drive energy and, for example, a break in membrane parts. There for example, if the drive membrane breaks Pressure in the drive cavity (pressure compensation chamber) ent speaking increased, a closing force acts on the Ven tilsitz, with which the volume flow to be switched off safely is switched. This hydraulic intrinsic safety is too in micro valves to ensure the more advanced Design forms of the geometry of the valve closing member, for example with regard to better pressure equalization for the outlet pressure P out '.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Mikroventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs ist insofern vorteilhaft, daß auch bei Druckschwankungen in der äußeren Ventilkammer und bei Druckschwankungen in der Druckausgleichskammer, bei spielsweise durch temperaturbedingte Ausdehnung des einge schlossenen Gases oder durch Bewegung der Arbeitsmembran bei einer Betätigung des Mikroventils, keine resultierenden Kräfte auf das Ventilschließglied wirken. Durch die zusätz liche Druckausgleichsmembran werden diese Kräfte kompen siert. Insbesondere bei mikromechanisch hergestellten Ventilen (in einer Dünnschicht- oder Dickschichttechnologie mit Silizium, Kunststoff oder Metall), die mit kleinen An triebskräften bei relativ großen lateralen Abmessungen und Flächen arbeiten, ergeben sich hier große Vorteile hin sichtlich störender Druckschwankungen des Ausgangsdrucks P_out oder des Drucks in der Druckausgleichskammer. The microvalve according to the invention with the characterizing features of the main claim is advantageous in that even with pressure fluctuations in the outer valve chamber and with pressure fluctuations in the pressure compensation chamber, for example by temperature-related expansion of the enclosed gas or by movement of the working membrane when the microvalve is actuated, no resulting Forces act on the valve closing element. These forces are compensated by the additional pressure equalization membrane. Especially with micromechanically manufactured valves (in a thin-film or thick-film technology with silicon, plastic or metal), which work with small drive forces at relatively large lateral dimensions and areas, there are great advantages in terms of visually disturbing pressure fluctuations in the outlet pressure P _out or the pressure in the pressure compensation chamber.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Mikroven til auch hinsichtlich des Ausgangsdrucks P_out solche Kom pensationsflächen auf, daß sowohl bezüglich des Eingangs drucks P_in als auch des Ausgangsdrucks P_out die auf das Ventilschließglied wirkenden Kräfte und Momente kompen siert sind. Auch der Druck in der Druckausgleichskammer ist hier kompensiert. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Mi kroventil so konstruiert, daß ein Bruch der Arbeitsmembran nicht zu einem Öffnen des Ventilschließgliedes führt.In an advantageous embodiment, the Mikroven til also with respect to the outlet pressure P _out such compensation areas that both with respect to the inlet pressure P _in and the outlet pressure P _out, the forces and moments acting on the valve closing member are compensated. The pressure in the pressure compensation chamber is also compensated for here. Furthermore, the micro valve according to the invention is constructed in such a way that a break in the working diaphragm does not lead to the valve closing member opening.

Vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeiten für die Anordnung der Druckausgleichskammer und der mit ihr gebildeten Membranen sind den Unteransprüchen 2 bis 5 zu entnehmen. Mit der Aus führungsform nach Anspruch 5 wird durch eine hydraulische Verbindung der Druckausgleichskammer mit einem Tank für das Medium verhindert, daß hier ein Druckaufbau auf den Ein gangs- oder Ausgangsdruck beim Bruch einer der Membranen erfolgt. Die Zerstörung der verbleibenden Membran wird hierbei somit weitgehend verhindert, wodurch die Sicherheit weiter erhöht wird.Advantageous design options for the arrangement of the Pressure compensation chamber and the membranes formed with it can be found in subclaims 2 to 5. With the out is according to claim 5 by a hydraulic Connection of the pressure compensation chamber with a tank for the Medium prevents a build-up of pressure on the on initial or initial pressure when one of the membranes breaks he follows. The destruction of the remaining membrane will thus largely prevented, thereby increasing security is further increased.

Gemäß der Ansprüche 7 bis 10 wird mit besonderen Maßnahmen insbesondere ein Bruch der Druckausgleichsmembran durch eine Anordnung von Rückschlagventilen bzw. Sicherheitsdros seln oder durch Widerlager verhindert.According to claims 7 to 10 with special measures in particular a rupture of the pressure compensation membrane an arrangement of check valves or safety throttles seln or prevented by abutments.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen sind mit Ausführungs formen des erfindungsgemäßen Mikroventils gemäß der weite ren Unteransprüche zu schaffen. Insbesondere eine einfache und sehr wirkungsvolle Herstellungsweise mit mikromechani schen Fertigungsverfahren in Schichtbauweise und ein Ein satz in der Mikrodosiertechnik oder als Kraftstoff- Ein spritzventil weisen erhebliche Vorteile auf.Other advantageous developments are with execution shape the microvalve according to the invention according to the width to create their subclaims. In particular, a simple one and very effective manufacturing method with micromechani manufacturing processes in layered construction and a set in microdosing technology or as a fuel input Spray valves have significant advantages.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mikroventils wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:An embodiment of the microvalve according to the invention is explained using the drawing. Show it:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein bekanntes Mikroventil mit einem druckausgeglichenen Ventilschließglied; Fig. 1 shows a section through a known microvalve with a pressure-balanced valve closure member;

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer zusätzli chen Membran des Ventilschließgliedes zur Kompensation von Schwankungen des Drucks in der Druckausgleichskam mer mit einer Kompensierung des Außendrucks; Figure 2 shows a section through an embodiment with an inventive design of an additional membrane of the valve closing member to compensate for fluctuations in the pressure in the pressure compensation chamber with compensation of the external pressure.

Fig. 3 bis 7 weitere Ausführungsbeispiele der mög lichen Gestaltungen der Membran; Fig. 3 to 7 further embodiments of the possible designs of the membrane;

Fig. 8 eine Ausführungsform der zusätzlichen Membran des Mikroventils bei der sowohl der Innendruck, der Druck der Antriebskavität als auch der Außendruck des Mikroventils unabhängig voneinander kompensiert sind; Fig. 8 shows an embodiment of the additional diaphragm of the micro-valve in which both the inner pressure, the pressure and the outside pressure are the microvalve compensated independently of Antriebskavität;

Fig. 9 bis 11 weitere Ausführungsformen der zusätz lichen Membran mit unterschiedlich gestalteten zusätz lichen Membranteilen; 9 to 11 show further embodiments of the union zusätz diaphragm with differently shaped membrane zusätz union parts.

Fig. 12 ein druckausgeglichenes Mikroventil mit einem Rückschlagventil im Bereich der Druckausgleichsmembran; Figure 12 is a pressure-balanced micro-valve with a check valve in the region of the pressure-equalizing membrane.

Fig. 13 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 12 mit einem Widerlager für die Rückschlagventil funktion und Fig. 13 is a modification of the embodiment of FIG. 12 with an abutment for the check valve and function

Fig. 14 eine weitere Fortbildung des vorangehend be schriebenen Mikroventils mit einer Sicherheitsdrossel. Fig. 14 shows a further development of the previously described micro valve with a safety throttle.

Description of the embodiment

In der Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein, beispielsweise aus der DE-OS 39 19 876, bekanntes Mikroventil 1 darge stellt, bei dem im Inneren ein Ventilschließglied 2 zwi schen zwei druckbeaufschlagbaren Räumen 3 und 4 angeordnet ist. In dem inneren Raum 3 ist ein Druck P_in aufgebaut, wo bei als Druckmittel vorzugsweise eine Flüssigkeit dient, die durch einen Zulauf 6 einbringbar ist. In dem äußeren Raum 4 herrscht ein Druck P_out, der vorzugsweise mittels Luft erzeugt wird. In dieser Ausführungsform ist das Ventil beispielsweise als Kraftstoff-Einspritzventil einsetzbar. Die Abdichtung zwischen den Räumen 3 und 4 erfolgt über einen hier ringförmigen Ventilsitz 5, der in der hier dar gestellten Ruhestellung geschlossen ist. Bezüglich der Schwankungen des Eingangsdrucks P_in ist des Mikroventil 1 hier in jeder Stellung druckausgeglichen. Durch Pfeile 7 ist die ausgleichende Kraftwirkung des Innendrucks P_in auf das Ventilschließglied 2 verdeutlicht, durch die ein kon stantes Dichtverhalten des Ventilsitzes 6 auch bei Schwan kungen des Innendrucks P_in gewährleistet ist.In Fig. 1 is a section through a, for example from DE-OS 39 19 876, known microvalve 1 Darge provides, in which inside a valve closing member 2 between two pressurized spaces 3 and 4 is arranged. A pressure P _{in is} built up in the inner space 3 , where a liquid, which can be introduced through an inlet 6 , preferably serves as the pressure medium. A pressure P _out prevails in the outer space 4 , which is preferably generated by means of air. In this embodiment, the valve can be used, for example, as a fuel injection valve. The seal between the rooms 3 and 4 takes place via an annular valve seat 5 here, which is closed in the rest position shown here. With regard to the fluctuations in the inlet pressure P _in , the microvalve 1 is pressure-balanced in every position. Arrows 7 illustrate the balancing force effect of the internal pressure P _in on the valve closing member 2 , by means of which a constant sealing behavior of the valve seat 6 is ensured even in the event of fluctuations in the internal pressure P _in .

An der Unterseite des Ventilschließgliedes 2 befindet sich eine Antriebskavität 8 (Druckausgleichskammer) mit einem Druck P₀, der im wesentlichen dem Druck P_out entsprechen muß und über die gesamte obere Fläche der Antriebskavität auf diese einwirkt. Zur Betätigung des Ventilschließgliedes 2 , d. h. zur Öffnung des Ventilsitzes 5 ist ein hier nicht näher erläuterter Antrieb vorhanden, der beispielsweise durch elektrostatische Kraftwirkung eine Bewegung der Ar beitsmembran 9 und damit des Ventilschließgliedes 2 be wirkt. Um eine einfache Montage der vorzugsweise in einer mikromechanischen Schichtbauweise hergestellten Mikroven tilteile zu erreichen ist eine oder mehrere Fügestellen 11 vorhanden, an der die separat hergestellten Schichten bei spielsweise zusammengeklebt oder in vorteilhafter Weise auch gebondet werden.On the underside of the valve closing member 2 there is a drive cavity 8 (pressure compensation chamber) with a pressure P₀, which essentially has to correspond to the pressure P _out and acts on the drive cavity over the entire upper surface of the latter. To actuate the valve closing member 2 , that is to say to open the valve seat 5 , a drive (not explained in more detail here) is present, which acts, for example, through movement of the working membrane 9 and thus the valve closing member 2 , by means of electrostatic force. In order to achieve a simple assembly of the microven tilteile preferably manufactured in a micromechanical layer construction, one or more joining locations 11 are present, at which the separately produced layers are glued together, for example, or advantageously also bonded.

Bei einem Bruch der Antriebsmembran 9 des bekannten Mikro ventils erhöht sich somit der Druck in der Druckausgleichs kammer 8, wobei eine verbleibende Fläche 9a unter dem bie gesteifen Kern des Ventilschließgliedes 2 hinsichtlich der Kräfte und Momente auf das Ventilschließglied 2 nicht druckausgeglichen ist. Hieraus resultiert eine schließende Kraft auf das Ventilschließglied 2 , wodurch der Volumen strom sicher abgestellt wird. Bei diesem bekannten Mikro ventil treten jedoch bei Schwankungen des Außendrucks P_out sowie des Drucks P₀ durchaus Probleme hinsichtlich einer sicheren Funktionsweise in allen Betriebszuständen des Mi kroventils 1 auf.In the event of a break in the drive diaphragm 9 of the known micro valve, the pressure in the pressure compensation chamber 8 thus increases, with a remaining area 9 a under the rigid stiff core of the valve closing element 2 with respect to the forces and moments on the valve closing element 2 not being pressure balanced. This results in a closing force on the valve closing member 2 , whereby the volume flow is safely shut off. In this known micro valve, however, with fluctuations in the external pressure P _out and the pressure P₀ problems with regard to a safe functioning in all operating states of the micro valve 1 occur.

In der Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer erfindungsgemäßen Ausbildung des Ventilschließgliedes 2 ge zeigt, bei der alle funktionsidentischen Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der Fig. 1 versehen worden sind. Das Ventilschließglied 2 enthält bei dieser Ausfüh rungsform eine derart gestaltete Druckausgleichskammer 8, daß als Abschluß zum äußeren Raum 4 eine Druckausgleichs membran 12 gebildet ist. Diese Druckausgleichsmembran 12 besitzt idealerweise keine Steifigkeit, so daß sie nur als Medientrennung zwischen der Druckausgleichskammer 8 und dem äußeren Raum 4 wirkt. Durch das somit gewährleistete Nach geben der Druckausgleichsmembran 12 herrscht in beiden Kam mern 4 und 8 der gleiche Druck; d. h. das Ventilschließ glied 2 erfährt keinerlei Kräfte und Momente wenn der Aus gangsdruck P_out schwankt. Schwankungen des Drucks P₀ werden hier gleichfalls abgebaut- so daß in der Antriebskavität 8 in etwa immer der Ausgangsdruck P_out herrscht.In FIG. 2, a first embodiment with an inventive design of the valve closing member 2 is shows ge, have been provided in which all function identical parts having the same reference numerals as in FIG. 1. In this embodiment, the valve closing member 2 contains a pressure compensation chamber 8 designed in such a way that a pressure compensation membrane 12 is formed as a closure to the outer space 4 . This pressure equalization membrane 12 ideally has no rigidity, so that it only acts as a media separation between the pressure equalization chamber 8 and the outer space 4 . By thus ensuring after give the pressure compensation membrane 12 prevails in both chambers 4 and 8 the same pressure; ie the valve closing member 2 experiences no forces and moments when the output pressure P _out fluctuates. Fluctuations in the pressure P₀ are also reduced here, so that the output pressure P _out always prevails in the drive cavity 8 .

Bei den folgenden, anhand der Fig. 3 bis 7 beschriebenen Varianten ist die Druckausgleichsmembran 12 an unterschied lichen Geometrien des Ventilschließgliedes 2 gebildet, wo bei jedoch immer sichergestellt ist, daß die in einem de finierten Bereich gebildete schlaffe Druckausgleichsmembran 12 lediglich eine Medientrennung zwischen den Räumen 4 und 8 bewirkt und druckausgleichend wirkt. In der Variante nach Fig. 3 ist die Druckausgleichsmembran 12 der innere Teil einer Ring- oder Rechteckmembran 14, wobei der äußere Teil dieser Membran die eigentliche Arbeitsmembran 13 bildet, über welche die Rückstellung nach vorangegangener Aktuie rung des Ventilschließgliedes 2 erfolgt.In the following, described with reference to FIGS. 3 to 7, the pressure equalization membrane 12 is formed on different geometries of the valve closing member 2 , where, however, it is always ensured that the sagging pressure equalization membrane 12 formed in a defined area is only a media separation between the rooms 4 and 8 causes and pressure equalizing. In the variant according to FIG. 3, the pressure compensation membrane 12 is the inner part of a ring or rectangular membrane 14 , the outer part of this membrane forming the actual working membrane 13 , via which the resetting takes place after previous actuation of the valve closing member 2 .

Bei der Variante nach der Fig. 4 befindet sich die Druck ausgleichsmembran 12 im oberen Bereich des Ventilschließ gliedes 2 und die Arbeitsmembran 9 im unteren Bereich. Die Geometrie der Räume 3, 4 und 8 ist entsprechend gestaltet, so daß die Medientrennung und der Druckausgleich in der oben beschriebenen Weise stattfindet.In the variant according to FIG. 4, the pressure-equalizing membrane 12 in the upper portion of the valve closure member 2 and the operating diaphragm 9 in the lower area is located. The geometry of rooms 3 , 4 and 8 is designed accordingly, so that media separation and pressure equalization take place in the manner described above.

Das Mikroventil 1 nach der Variante in der Fig. 5 weist eine Druckausgleichskammer 8 auf, die der nach Fig. 2 gleicht, jedoch ist hier der Eingangsraum 3 unter das Ven tilschließglied 2 gezogen, so daß sich hier eine andere Ge staltungsform der Arbeitsmembran 9 und der Druckausgleichs membran 12 ergibt.The micro-valve 1 according to the variant in Fig. 5 comprises a pressure compensation chamber 8, which is similar to that of FIG. 2, but here the input chamber 3 under the Ven tilschließglied 2 drawn so that here a different Ge staltungsform the working diaphragm 9 and the pressure compensation membrane 12 results.

In der Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das einen zentrale Eingangsraum 3 (vergleichbar mit Fig. 4) aufweist und bei der die Druckausgleichsmembran 12 in einem außenliegenden Bereich des Ventilschließgliedes 2 gebildet ist. FIG. 6 shows an exemplary embodiment which has a central input space 3 (comparable to FIG. 4) and in which the pressure compensation membrane 12 is formed in an outer region of the valve closing element 2 .

Bei der Variante nach der Fig. 7 ist in Abwandlung vom Mi kroventil nach Fig. 5 der Ausgangsraum 4 zentral nach in nen geführt, so daß die Druckausgleichsmembran 12 zu diesem Bereich des Raums 4 ausgerichtet ist. Die Druckaus gleichskammer 8 ist somit in einen oberen Teil und in einen unteren Teil aufgespaltet, wobei diese Teile durch Durch brüche 15 miteinander verbunden sind.In the variant according to FIG. 7 5 of the output chamber 4 is in modification of the Mi kroventil of FIG. Guided centrally by NEN, so that the pressure-equalizing membrane 12 is aligned to this region of the space 4. The Druckaus equalizing chamber 8 is thus split into an upper part and a lower part, these parts being interconnected by openings 15 .

Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 8 weist eine Druck ausgleichsmembran 12 auf, die ebenso wie die Arbeitsmembran 9 einseitig am Gehäuse des Mikroventils 1 befestigt ist. Hierdurch ist gewährleistet, daß nicht nur der Druck P₀ in der Druckausgleichskammer 8 ausgeglichen ist, sondern auch der Ausgangsdruck P_out unabhängig davon schwanken kann ohne resultierende Kräfte auf das Ventilschließglied auszuüben. Dieser Druckausgleich funktioniert unabhängig von der Stei figkeit der Druckausgleichsmembran 12 und bei geeigneter Wahl der Membranflächen ist der Kern des Ventilschließglie des 2 unabhängig von sämtlichen am Mikroventil 1 anstehen den Drücken und deren Schwankungen da keine resultierenden axialen Kräfte einwirken. Es sind somit drei für sich abge schlossenen Räume gebildet, in denen die Drücke unabhängig voneinander schwanken können.The exemplary embodiment according to FIG. 8 has a pressure compensation membrane 12 which, like the working membrane 9, is fastened on one side to the housing of the microvalve 1 . This ensures that not only the pressure P₀ in the pressure compensation chamber 8 is balanced, but also the output pressure P _out can fluctuate independently of it without exerting any resulting forces on the valve closing member. This pressure compensation is independent of the sti stiffness of the pressure-equalizing membrane 12 and with a suitable choice of the membrane surfaces of the core of the valve closing Glienicke is of the pressures and their variations as to act for 2 queue independent of all the microvalve 1 no resultant axial forces. There are three separate rooms are formed in which the pressures can fluctuate independently.

Eine erhöhte Eigensicherheit des Mikroventils nach Fig. 8 läßt sich erreichen, wenn zusätzlich eine Verbindung 16 zu einem hier nicht dargestellten Tank für ein Medium besteht. Diese Verbindung 16 verhindert, daß in der Druckausgleichs kammer 8 ein Druckaufbau auf den Eingangsdruck P_in oder den Ausgangsdruck P_out erfolgt und verhindert dadurch, daß beim Bruch einer der Membranen 9 oder 12 , die jeweils andere Membran mit einer Druckdifferenz beaufschlagt wird, die in bestimmten Fällen über ihrer auslegungsgemäßen Druckdiffe renz liegen kann. Beim Bruch der Membran, die mit dem je weils höheren Druck beaufschlagt war, bleibt somit dieser hohe Druck durch das Ausweichen des Mediums nicht erhalten. Bricht dagegen die Membran, die mit der geringeren Druck differenz beaufschlagt war, bleibt die Druckbeaufschlagung der anderen nahezu konstant. Die Wahrscheinlichkeit, daß die zweite Membran somit aus den selben Gründen bricht wie die erste wird somit deutlich gesenkt.An increased intrinsic safety of the microvalve according to FIG. 8 can be achieved if there is an additional connection 16 to a tank, not shown here, for a medium. This connection 16 prevents that in the pressure compensation chamber 8, a pressure build-up to the inlet pressure P _in or the outlet pressure P _out takes place and thereby prevents that when one of the membranes 9 or 12 breaks, the other membrane is acted upon with a pressure difference which certain cases may be above their design pressure differential. If the diaphragm ruptures, which has been subjected to the higher pressure, this high pressure is not retained due to the evasion of the medium. If, on the other hand, the membrane breaks, which was subjected to the lower pressure difference, the pressure applied to the others remains almost constant. The probability that the second membrane breaks for the same reasons as the first is thus significantly reduced.

Die Fig. 9 und 10 weisen jeweils eine geänderte Geome trie des Ventilschließgliedes 2 und der Kammern 3, 4 und 8 auf, deren Zusammenwirken jedoch der Funktion des Ausfüh rungsbeispiels nach Fig. 8 entspricht. FIGS. 9 and 10 each have a modified trie Geome the valve closure member 2 and of the chambers 3, 4 and 8, their interaction however, corresponds to the function of exporting approximately example of FIG. 8.

Eine etwas geänderte Ausbildung der Druckausgleichskammer 8 weist die Variante nach Fig. 11 auf, bei der die Druckaus gleichskammer U-förmig, konzentrisch von außen um einen Be reich des Eingangsraumes 3 geführt ist. Der Antrieb für die Bewegung des Ventilschließgliedes 2 wirkt bei der Varianten nach der Fig. 10 auf die oben liegende Membran 12 und bei der Variante nach der Fig. 11 auf die unten liegende Arbeitsmembran 9.A slightly modified design of the pressure compensation chamber 8 has the variant according to FIG. 11, in which the pressure compensation chamber is U-shaped, concentrically guided from the outside around a loading area of the entrance space 3 . The drive for the movement of the valve closing member 2 acts on the membrane 12 lying above in the variant according to FIG. 10 and on the working membrane 9 lying below on the variant according to FIG. 11.

Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 12 ist das Ventil schließglied 2 über die Arbeitsmembran 9 mit dem Gehäuse des Mikroventils 1 verbunden. Die Arbeitsweise entspricht im wesentlichen der Arbeitsweise der vorher beschriebenen Varianten nach den Fig. 2 bis 7, jedoch weist die Druck ausgleichsmembran 12 einen biegesteifen Kern 20 auf, der bei einem Bruch der Arbeitsmembran 9 durch den Druck P_in nach oben gedrückt wird (Pfeil 21). Wenn der Bruch der Ar beitsmembran 9 durch Druckdifferenzen hervorgerufen wird, die deutlich über der Auslegungsdruckdifferenz der Druck ausgleichsmembran 12 liegen, bricht hierbei auch die Druckausgleichsmembran 12. Ein Volumenstrom von Raum 3 nach Raum 4, entweder direkt oder über die Druckausgleichskammer 8, findet jedoch nicht statt, da der biegesteife Kern 20 eine Öffnung 22 im Ventilschließglied 2 abdichtet. Durch den nun nicht mehr vorhandenen Druckausgleich zwischen der Druckausgleichskammer 8 und dem Ausgangsraum 4 wirkt au ßerdem eine schließende Kraft auf das Ventilschließglied 2, das somit in seiner geschlossenen Ruhestellung gehalten wird.In the exemplary embodiment according to FIG. 12, the valve closing member 2 is connected to the housing of the microvalve 1 via the working membrane 9 . The method of operation essentially corresponds to the method of operation of the previously described variants according to FIGS. 2 to 7, but the pressure compensation membrane 12 has a rigid core 20 which is pressed upwards by the pressure P _in if the working membrane 9 breaks (arrow 21 ). If the fraction of Ar is beitsmembran 9 caused by pressure differences, which are well above the design pressure difference of the pressure-equalizing membrane 12, this also interrupts the pressure compensation membrane 12th A volume flow from room 3 to room 4 , either directly or via the pressure compensation chamber 8 , does not take place, however, since the rigid core 20 seals an opening 22 in the valve closing member 2 . By the no longer existing pressure balance between the pressure balancing chamber 8 and the outlet chamber 4 acts au ßerdem a closing force on the valve closure member 2, which is thus held in its closed rest position.

Bei einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 12 weist das Ventilschließglied 2 nach Fig. 13 einen derart geformten Hohlraum 23 auf, daß dieser als Widerlager für die extrem durchgebogene Druckausgleichsmembran 12 dienen kann. Dieses Widerlager hat vorzugsweise die Form der Bie gelinie der Druckausgleichsmembran 12 bzw. weicht nur in dem Maß von ihr ab, daß die Bruchspannung der Druckaus gleichsmembran 12 an keiner Stelle erreicht wird. Die Ober fläche des Widerlagers kann glatt oder rauh sein oder so strukturiert sein, so daß eine Adhäsion der Druckausgleichs membran 12 am Widerlager vermieden wird. Die Druckaus gleichsmembran 12 kann hierbei so ausgelegt werden, daß das über der als Drossel wirkenden Öffnung 22 liegende Mittel teil eine ausreichende Festigkeit aufweist, oder die Druck ausgleichsmembran 12 besitzt - wie bei der Variante nach Fig. 12 - einen hinreichend festen biegesteifen Kern.In a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 12, the valve closing member 2 according to FIG. 13 has a cavity 23 shaped in such a way that it can serve as an abutment for the extremely bent pressure compensation membrane 12 . This abutment preferably has the shape of the bending line of the pressure compensation membrane 12 or deviates from it only to the extent that the breaking stress of the pressure compensation membrane 12 is not reached at any point. The upper surface of the abutment can be smooth or rough or structured so that adhesion of the pressure compensation membrane 12 to the abutment is avoided. The Druckaus equalizing membrane 12 can be designed so that the part acting as a throttle opening 22 has sufficient strength, or the pressure equalizing membrane 12 has - as in the variant of FIG. 12 - a sufficiently strong rigid core.

In der Fig. 14 ist ein Mikroventil 1 gezeigt, das in Ab wandlung von den vorher beschriebenen Ausführungsformen eine Sicherheitsdrossel 24 zwischen der Druckausgleichskam mer 8 und der Druckausgleichsmembran 12 aufweist. Bei einem Bruch der Antriebsmembran 9 und bei gleichzeitigem Bruch der Druckausgleichsmembran 12 wird der hier fließende Volumenstrom in den Ausgangsraum 4 durch diese Sicherheits drossel 24 begrenzt. Das Ventilschließglied 2 wird hierbei durch den Druckanstieg an den Ventilsitz 5 angedrückt und somit wird das Mikroventil 1 geschlossen.In Fig. 14, a microvalve 1 is shown, the conversion from the previously described embodiments, a safety throttle 24 between the Druckausgleichskam mer 8 and the pressure compensation membrane 12 . In the event of a break in the drive diaphragm 9 and at the same time a break in the pressure compensation diaphragm 12 , the volume flow flowing here into the outlet space 4 is limited by this safety throttle 24 . The valve closing member 2 is pressed against the valve seat 5 by the pressure increase and thus the microvalve 1 is closed.

Der im Fall eines Bruchs der Membranen 9 oder 12 sich ein stellende Volumenstrom vom Eingangsraum 3 zum Ausgangsraum 4 kann durch eine geeignete Auslegung der Sicherheitsdros sel 24 so dimensioniert werden, daß bei einer Verwendung des Mikroventils 1 nach Fig. 14 - beispielsweise als Vor steuerstufe eines vorgesteuerten Ventils - die Hauptstufe des Ventils trotzdem geschlossen bleibt.In the event of a rupture of the membranes 9 or 12 , a volume flow from the input space 3 to the output space 4 can be dimensioned by a suitable design of the safety throttles 24 so that when using the microvalve 1 according to FIG. 14 - for example as a control stage before pilot operated valve - the main stage of the valve remains closed.

Claims

1. microvalve, with

- An axially movable, largely pressure-balanced valve closing member ( 2 ) which is arranged between two pressurized spaces ( 3 , 4 ) in a valve housing and is sealed via a valve seat ( 5 ) on a common wall of the rooms ( 3 , 4 ) can be applied and with
- a drive cavity (pressure compensation chamber ( 8 )) arranged in the valve housing,

characterized in that

- The pressure compensation chamber ( 8 ) is in a largely pressure-balanced state and extends in the body by the valve closing member ( 2 ) and / or the housing of the microvalve ( 1 ) that with the outlet space ( 4 ) an additional pressure compensation membrane ( 12 ) is formed.

2. Micro valve according to claim 1,
characterized in that

- The pressure compensation chamber ( 8 ) consists of two completely or via channels ( 15 ) interconnected partial chambers, each of which one, at least in one partial area, a common wall (pressure equalizing membrane 12 ) with the outlet chamber ( 4 ) and the other partial chamber , at least in a partial area, forms a common wall (working membrane 9) with the entrance space ( 3 ).

3. Micro valve according to claim 2,
characterized in that

- Both subchambers of the pressure compensation chamber ( 8 ) are arranged in the core area of the valve closing member ( 2 ).

4. Micro valve according to claim 2,
characterized in that

- Both sub-chambers of the pressure compensation chamber ( 8 ) in the Ge housing of the microvalve ( 1 ), each facing the valve closing member ( 2 ), are arranged.

5. microvalve according to claim 1,
characterized in that

- The pressure compensation chamber ( 8 ) extends radially, disk-shaped in the housing of the microvalve ( 1 ) and that
- The radially outer part of a membrane ( 9 , 12 ) and the radially inner part of the other membrane ( 9 , 12 ) bil det.

6. Micro valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that

- the pressure compensation membrane (12) comprises a rigid core (20), the same diaphragm (12) applies at a fraction of the Druckaus sealingly engage an opening (22) from the passage space (4).

7. Micro valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that

- On the outlet chamber ( 4 ) facing side of the pressure compensation membrane ( 12 ) a cavity ( 23 ) in the valve closing member ( 2 ) is formed, the contour of which largely corresponds to the bending line of the pressure compensation membrane ( 12 ) and this in the event of a break in the working membrane ( 9 ) serves as an abutment.

8. Micro valve according to claim 7,
characterized in that

- The surface of the cavity ( 23 ) is structured so that adhesion when the pressure compensation chamber ( 12 ) is applied is avoided.

9. Micro valve according to claim 2,
characterized in that

- The pressure compensation chamber ( 8 ) is arranged concentrically around the centrally arranged valve closing member ( 2 ), wherein in the center of the valve closing member ( 2 ) either the input space ( 3 ) or the output space ( 4 ) extends and that
- The pressure equalization membrane ( 12 ) and the working membrane ( 9 ) thus formed is held on one side only, at various points on the valve housing and are designed with regard to the forces and moments arising due to pressure fluctuations in the rooms ( 3 , 3 , 8 ), that no resulting forces are effective.

10. Micro valve according to claim 9,
characterized in that

- The pressure compensation chamber ( 8 ) is connected via a connection ( 16 ) to a tank for a medium in the pressure compensation chamber ( 8 ).

11. Micro valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that

- Between the pressure compensation chamber ( 8 ) and the pressure compensation diaphragm ( 12 ) act as a safety throttle ( 24 ), the flow channel is arranged.

12. Micro valve according to one of the preceding claims, characterized in that

- The microvalve is made in a multilayer structure, wherein
- The individual layers according to a corresponding Formge environment in silicon, thin-film or thick-film technology, or made of plastic or metal, are connected to each other.

13. Micro valve according to one of the preceding claims, characterized by its use in microdosing technology or in particular as fuel injection valves or servo valves.