DE69916264T2

DE69916264T2 - Elektrisch regelbares ventil

Info

Publication number: DE69916264T2
Application number: DE69916264T
Authority: DE
Inventors: Simon Baldock POWELL
Original assignee: PBT IP Ltd
Current assignee: PBT IP Ltd
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: AU760730B2; GB9811398D0; EP1080323B1; ATE263942T1; DE69916264D1; JP2002542431A; AU4154899A; WO1999061827A1; EP1080323A1; US6439539B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern eines Fluidstroms und insbesondere ein Ventil mit einem integralen piezoelektrischen Stellglied, das so eingerichtet ist, dass es die Funktion des Ventils steuert.
Stand der Technik
Ventile und Schieberventile sind als Einrichtungen zum Steuern von Fluidstrom bekannt und viele verschiedene Konstruktionen und Anordnungen sind in der Technik bekannt. Des Weiteren sind auch elektrisch gesteuerte Ventile bekannt, die von einem Solenoid gesteuert werden, um den Fluidweg direkt zu öffnen oder zu schließen oder eine Membran oder Blende zu steuern, um die Ventilbohrung zu schließen. Auch bei derartigen Solenoidventilen jedoch besteht nach wie vor ein Bedart nach einem Ventil, das einfach aufgebaut sein kann und durch eine elektrische Steuerschaltung leicht gesteuert werden kann.
US-A-5148735 offenbart ein Stellglied mit einem beweglichen Schieber in einem Ventilkörper zum Steuern des Strömens von Druckmedium in einen Betätigungszylinder hinein und aus diesem heraus. Das Druckmedium in dem Ventilkörper wird zu jedem Ende des Schiebers geleitet, um das Druckmedium dazu zu nutzen, den Schieber, wenn gewünscht, zu bewegen. Ein Paar piezoelektrischer bzw. magnetostriktiver Servomotoren ist vorhanden, um An-/Aus-Ventile zu betätigen, von denen jedes einen Strom von Druckmedium von jedem Ende des Schiebers steuert. Bei Betätigung eines Servomotors wird ein Ventil geöffnet, so dass der Druck an dem entsprechenden Ende des Schiebers abnimmt und eine Verschiebung des Schiebers in dieser Richtung bewirkt. Die Servomotoren werden durch kurze elektrische Digitalsignale ausgelöst.
GB-A-2134223 offenbart einen elektro-pneumatischen Signalwandler mit einem piezoelektrischen Biegeelement, das sich biegt, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird, und einen pneumatischen Signalgeber steuert. Das piezoelektrische Biegeelement wird in einem abgedichteten Signalgebergehäuse festgeklemmt und steuert einen Lufteinlasssitz und einen Luftauslasssitz, die einander gegenüberliegend in das Signalgebergehäuse eingesetzt sind. Beim Nichtvorhandensein elektrischer Spannung liegt das piezoelektrische Biegeelement an dem Lufteinlasssitz an, an den es vorgespannt wird. Wenn eine Spannung angelegt wird, löst es sich von dem Lufteinlasssitz und schließt den Luftauslasssitz. Das entsprechende pneumatische Signal wird an einem Signalausgang abgenommen, der aus dem abgedichteten Raum des Signalgebergehäuses herausgeführt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein piezoelektrisches Stellglied in ein Ventil zu integrieren, um ein leicht elektrisch zu steuerndes Ventil zum Steuern eines Fluidstroms zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein elektrisch steuerbares Ventil, das wenigstens einen Eingangsanschluss und einen oder mehr Ausgangsanschlüsse, wenigstens eine Dichtungseinrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie den Strom eines Fluids zwischen dem Eingangsanschluss und wenigstens einem der Ausgangsanschlüsse steuert, und ein oder mehr piezoelektrische Stellglieder umfasst, die so eingerichtet sind, dass sie den Zustand der Dichtungseinrichtung steuern, so dass der Strom von Fluid durch das Ventil elektrisch gesteuert werden kann;
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung eine verschiebbare Platte umfasst, die mit einem Loch versehen ist, das sich durch sie hindurch erstreckt, wobei die Platte so eingerichtet ist, dass sie in eine Richtung quer zu einer Bohrung gleitet, die den Einlassanschluss an einem Ende und den Auslassanschluss an dem anderen Ende aufweist, und des Weiteren so eingerichtet ist, dass sie in Reaktion auf das piezoelektrische Stellglied in der Querebene gleitet, wobei in einer ersten Betriebsart des Stellgliedes die Platte so gehalten wird, dass sich das Loch nicht in der Bohrung befindet, so dass das Ventil geschlossen ist, und in einer zweiten Betriebsart des Stellgliedes die Platte so gehalten wird, dass sich das Loch in der Bohrung befindet, so dass das Ventil offen ist.
Bei dieser Anordnung kann des Weiteren ein zweites piezoelektrisches Stellglied vorhanden sein, das so eingerichtet ist, dass es die Wirkung des ersten piezoelektrischen Stellgliedes ergänzt, so dass beispielsweise das erste piezoelektrische Stellglied so eingerichtet ist, dass es die Platte in der Querebene schiebt, während das zweite piezoelektrische Stellglied die Platte zieht und umgekehrt. Die Platte besteht vorzugsweise aus im Wesentlichen reibungsfreiem Material wie beispielsweise Polytetrafluorethylen.
Bei beiden der oben beschriebenen Anordnungen handelt es sich bei dem Fluid vorzugsweise um ein Druckgas.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Endung wird im Folgenden eine Anzahl bevorzugter Ausführungen derselben, die lediglich als Beispiel dienen, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die einen schematischen Schnitt durch ein Ventil gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
In der Zeichnung ist ein Gehäuse 36 mit einer Bohrung mit einem Einlassanschluss 38 und einem Auslassanschluss 40 versehen, durch die Fluid strömen kann. Eine verschiebbare Platte 42 ist so eingerichtet, dass sie in einem Schlitz in dem Gehäuse 36 quer zu der Bohrung so gleitet, dass die Platte die Bohrung schneidet, um die Bohrung zu verschließen und zu verhindern, dass Fluid von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss strömt. Die verschiebbare Platte 42 ist mit einem Loch 44 versehen, das sich durch sie hindurch erstreckt, wobei das Loch so angeordnet ist, dass in einer ersten Position der verschiebbaren Platte das Loch in dem Querschlitz in dem Gehäuse gehalten wird, so dass kein Fluid durch das Loch hindurchtreten kann, und in einer zweiten Position der verschiebbaren Platte ein Loch in der Bohrung angeordnet ist, so dass Fluid von dem Eingangsanschluss 38 durch das Loch zu dem Ausgangsanschluss 40 fließen kann. Um die bewegliche Platte aus der ersten, geschlossenen Position in die zweite, offene Position zu bewegen, sind zwei piezoelektrische Stellglieder 46 und 48 vorhanden, die so an dem Gehäuse 36 befestigt sind, dass sich eines der Stellglieder an jedem Ende der Platte 42 befindet. Die Stellglieder sind so eingerichtet, dass sie über Verbindungsarme 52, die zwischen den Enden der Platte und den Betätigungsarmen der Stellglieder schwenkbar angebracht sind, auf die entsprechenden Enden der Platte 42 einwirken. Schließlich kann eine Dichtung 50 in dem Querschlitz in dem Gehäuse 36 vorhanden sein, durch den die verschiebbare Platte gleitet, die um die Bohrung herum angeordnet ist, um die Bohrung abzudichten, wenn sich die Platte in der geschlossenen Position befindet.
Die zwei piezoelektrischen Stellglieder 46 und 48 sind so eingerichtet, dass sie komplementär auf die Platte einwirken, und zwar so, dass eines der Stellglieder sein entsprechendes Ende der Platte über den Verbindungsarm 52 zieht, während das andere Stellglied das gegenüberliegende Ende der Platte über seinen entsprechenden Verbindungsarm schiebt und umgekehrt. So können die piezoelektrischen Stellglieder direkt auf die Platte wirken, um die Platte aus der ersten geschlossenen Position an die zweite geschlossene Position zu bewegen, so dass der Zustand des Ventils und damit der Strom von Fluid durch das Ventil gesteuert wird.
Die verschiebbare Platte besteht vorzugsweise aus einem im Wesentlichen reibungslosen Material, so beispielsweise Polytetrafluorethylen, obwohl auch andere Fluorkunststoffe eingesetzt werden können, so beispielsweise die, die unter dem Handelsnamen Penton vertrieben werden. Des Weiteren besteht, wenn eine Dichtung 50 um die Bohrung herum eingesetzt wird, um die verschiebbare Platte an dem Gehäuse 36 abzudichten, die Dichtung ebenfalls vorzugsweise aus einem im Wesentlichen reibungsfreien Material wie dem oben erwähnten.
Es liegt auf der Hand, dass die genaue Konstruktion eines Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung nach Wunsch abgewandelt werden kann, und dass die zwei oben beschriebenen speziellen Ausführungen lediglich als nicht einschränkendes Beispiel dienen. So könnte beispielsweise ein erheblich komplizierteres Ventil konstruiert werden, und ebenso ein viel einfacheres Ventil. Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Ventil mittels einer piezoelektrischen Vorrichtung geöffnet und geschlossen oder anderweitig gesteuert werden kann, und andere Anordnungen, die dieses Kriterium erfüllen, ergeben sich für den Fachmann, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Elektrisch steuerbares Ventil, das wenigstens einen Eingangsanschluss (38) und einen oder mehr Ausgangsanschlüsse (40), wenigstens eine Dichtungseinrichtung (42), die so eingerichtet ist, dass sie den Strom eines Fluids zwischen dem Eingangsanschluss und wenigstens einem der Ausgangsanschlüsse steuert, und ein oder mehr piezoelektrische Stellglieder (46) umfasst, die so eingerichtet sind, dass sie den Zustand der Dichtungseinrichtung steuern, so dass der Strom von Fluid durch das Ventil elektrisch gesteuert werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung eine verschiebbare Platte umfasst, die mit einem Loch (44) versehen ist, das sich durch sie hindurch erstreckt, wobei die Platte so eingerichtet ist, dass sie in eine Richtung quer zu einer Bohrung gleitet, die den Einlassanschluss (38) an einem Ende und den Auslassanschluss (40) an dem anderen Ende aufweist, und des Weiteren so eingerichtet ist, dass sie in Reaktion auf das piezoelektrische Stellglied (46) in der Querebene gleitet, wobei in einer ersten Betriebsart des Stellgliedes die Platte so gehalten wird, dass sich das Loch (44) nicht in der Bohrung befindet, so dass das Ventil geschlossen ist, und in einer zweiten Betriebsart des Stellgliedes die Platte so gehalten wird, dass sich das Loch (44) in der Bohrung befindet, so dass das Ventil offen ist.
Elektrisch steuerbares Ventil nach Anspruch 1, das des Weiteren ein zweites piezoelektrisches Stellglied umfasst, das so eingerichtet ist, dass es auf die Platte einwirkt, um das Loch in die Bohrung und aus ihr heraus zu bewegen, wobei das zweite piezoelektrische Stellglied des Weiteren so eingerichtet ist, dass es das erste piezoelektrische Stellglied so ergänzt, dass das erste piezoelektrische Stellglied so eingerichtet ist, dass es die Platte zieht, und das zweite elektrische Stellglied so eingerichtet ist, dass es die Platte schiebt oder umgekehrt.
Elektrisch steuerbares Ventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Platte aus einem im Wesentlichen reibungsfreien Material besteht.
Elektrisch steuerbares Ventil nach Anspruch 3, wobei das Material Polytetrafluorethylen ist.
Elektrisch steuerbares Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das des Weiteren eine im Wesentlichen reibungsfreie Dichtung umfasst, die in der Bohrung vorhanden und so eingerichtet ist, dass sie mit der Oberfläche der Platte in Kontakt kommt, um Fluidstrom durch die Bohrung zu verhindern.
Elektrisch steuerbares Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fluid ein Druckgas ist.