ES2228000T3 - Vallvulapiezoelectrica. - Google Patents
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Abstract
EL ELEMENTO DE FLEXION PIEZOELECTRICO (7) SE INTRODUCE Y RETIENE EN EL CUERPO (1) DE LA VALVULA ESTANDO OBTURADO DESDE UN LADO, Y CONTROLA CON SU LADO LIBRE, AL MENOS, UN ASIENTO DE OBTURACION (3, 4) DE ACUERDO CON UNA TENSION DE CONTROL APLICADA. AL MENOS EN LA ZONA SITUADA EN LA CAMARA INTERIOR (2) DEL CUERPO (1) EL ELEMENTO DE FLEXION (7) ESTA DOTADO DE UN RECUBRIMIENTO (10) DE UN MATERIAL AISLANTE AL MENOS PARCIALMENTE ELASTICO, QUE POR EL LADO RETENIDO OBTURA AL MISMO TIEMPO LA CAMARA INTERIOR (2) DEL CUERPO (1) FRENTE AL EXTERIOR. POR CONSIGUIENTE, EL ELEMENTO DE FLEXION (7) ESTA ELECTRICAMENTE AISLADO Y OBTURADO FRENTE AL MEDIO A CONTROLAR, ENCONTRANDOSE TAMBIEN LOS PUNTOS DE CONTACTO ELECTRICO FUERA DE LA CAMARA DE TRABAJO DE LA VALVULA.
Description
Válvula piezoeléctrica.
La invención se refiere a una válvula
piezoeléctrica con una carcasa fundamentalmente de una pieza, con
como mínimo un asiento de obturación controlable, dispuesto en el
espacio interior de la carcasa, y con un elemento de flexión
piezoeléctrico, encajado desde un lado en la carcasa de forma
hermética y sujeto de un lado en la carcasa, cuyo lado libre obtura
o desbloquea el asiento de obturación correspondientemente a una
tensión de control aplicada.
A partir del documento EP-A1 0
191 011 se conoce un transformador de flexión piezocerámico en el
que el elemento de flexión está montado en una carcasa de tal manera
que en un extremo se apoya en tres puntos, de los cuales uno es
regulable y sirve al mismo tiempo para establecer contacto con el
electrodo central. El elemento de flexión en sí está unido
firmemente con un resorte individual de dirección, que a su vez está
unido con la carcasa y sirve al mismo tiempo para la presión de
contacto del elemento de flexión en los puntos de apoyo. Con el
extremo libre del elemento de flexión, una tobera de alimentación o
evacuación del aire puede obturarse o desbloquearse alternativamente
de forma correspondiente a la tensión de control aplicada. Los
contactos eléctricos para el elemento de flexión piezoeléctrico
están conducidos fuera de la carcasa y estanqueizados.
Dado que los electrodos del elemento de flexión y
las piezas de contacto que se encuentran en el interior de la
carcasa no están protegidas o aisladas y están expuestas
directamente al medio que fluye, no es posible un funcionamiento de
esta disposición conocida con líquidos conductores eléctricos. En el
caso de formarse un producto de condensación en el interior de la
carcasa existe riesgo de cortocircuito; en los puntos de contacto,
riesgo de corrosión. Ya que los puntos de contacto en el espacio
interior de la carcasa no están aislados del área de trabajo, los
contactos eléctricos de conexión deben conducirse fuera de la
carcasa estancos al gas. La estanqueidad entre el elemento de
flexión y las toberas o aberturas que se van a controlar requiere
superficies de alta calidad y posiciones precisas entre sí para
conseguir valores de fuga lo más pequeños posible. A partir de todas
las circunstancias descritas se obtiene un proceso de fabricación
relativamente caro y que requiere gran esfuerzo, así como se produce
la desventaja adicional de que la carcasa, tras el montaje mediante
pegado con cola, sólo puede abrirse destrozándola, de manera que,
por ejemplo, los elementos de flexión relativamente caros, tras un
error de montaje o ajuste, ya no pueden extraerse y
reutilizarse.
Además, por ejemplo, a partir del documento DE 44
10 153 C1 se conoce un transformador de flexión construido de forma
similar al descrito anteriormente, con lo que allí ya se propone
aplicar una capa de recubrimiento aislante al elemento de flexión.
Esto posibilita también el control de líquidos corrosivos o
conductores eléctricos, aunque también aquí se siguen manteniendo
fundamentalmente las otras desventajas descritas.
Finalmente, por ejemplo, a partir del documento
WO 97/09555 se conoce una válvula piezoeléctrica del tipo mencionado
al principio, en la que la carcasa fundamentalmente de una pieza
presenta una abertura lateral para la introducción del elemento de
flexión, la cual, al concluir el montaje, se obtura permanentemente
con una masa obturadora. Con ello, es posible en un lado una
estanqueidad relativamente sencilla del espacio interior de la
carcasa con una fijación o empotramiento simultáneo del elemento de
flexión, aunque nuevamente un desmontaje sólo puede realizarse
destrozándola. Además, aquí no está previsto ningún aislamiento del
elemento de flexión en sí, de manera que el empleo de esta válvula
tiene nuevamente los límites descritos al principio.
La tarea de la presente invención es mejorar una
válvula piezoeléctrica del tipo mencionado al principio de tal
manera que se eviten las desventajas descritas de válvulas
conocidas, iguales o similares, y que pueda realizarse un control de
los medios más diversos, especialmente de forma sencilla y rentable,
y que, por ejemplo, en caso de errores de montaje o de ajuste, pueda
volver a desmontarse toda la válvula sin destrozos y poder
reutilizar como mínimo piezas individuales de la misma.
Esta tarea se resuelve para una válvula
piezoeléctrica del tipo mencionado al principio porque el elemento
de flexión piezoeléctrico está dotado de un recubrimiento, de
material aislante como mínimo parcialmente elástico, como mínimo en
la zona colocada en el espacio interior de la carcasa, el cual, en
el lado sujeto, también hermetiza hacia fuera simultáneamente el
espacio interior de la carcasa. Por tanto, el recubrimiento
aislante, conocido en sí mismo, por ejemplo, en relación con el
documento DE 44 10 153 C1 mencionado al principio, del elemento de
flexión sirve aquí al mismo tiempo para hermetizar el espacio
interior de la carcasa hacia fuera, la cual con ello no tiene que
hermetizarse por encolado ni de otra forma extensa. Con ello, el
elemento de flexión con recubrimiento y obturación para la abertura
enchufable lateral de la carcasa puede extraerse fácilmente de la
carcasa también tras el montaje y el ajuste, de manera que, por
ejemplo, el elemento de flexión en sí puede reutilizarse sin
más.
En la configuración preferida de la invención
está previsto que el recubrimiento en el lado que está sujeto del
elemento de flexión presente un reborde de obturación, conformado
preferiblemente de una pieza, fundamentalmente perpendicular a la
extensión longitudinal del elemento de flexión, extendiéndose
alrededor de éste, que en el estado montado de la válvula está
sujeto firmemente entre la carcasa y un dispositivo de sujeción que
puede encajarse desde fuera con el elemento de flexión sujeto de un
lado junto con el recubrimiento. De esta forma se obtiene una
configuración muy sencilla del recubrimiento o de la obturación de
la abertura enchufable en la carcasa mediante el reborde de
obturación conformado en el recubrimiento, el cual realiza hacia
fuera la obturación necesaria del espacio interior de la carcasa
entre la carcasa y el dispositivo de sujeción.
En otra configuración preferida de la invención,
el dispositivo de sujeción también puede presentar como mínimo
piezas para el contacto eléctrico del elemento de flexión, las
cuales, con ello, también al encajar el elemento de flexión en la
abertura lateral de la carcasa se colocan en las posiciones
necesarias para el contacto eléctrico.
Según otro perfeccionamiento preferido de la
invención, en el dispositivo de sujeción está previsto un talón de
enganche, que puede desengancharse desde fuera en caso necesario,
que se encaja en la carcasa en el estado montado de la válvula, lo
que simplifica mucho el montaje y, en caso necesario, el desmontaje
de la válvula y determina fácilmente y de forma que puede
reproducirse la posición relativa entre sí de los componentes o
elementos montados. Partiendo de la configuración descrita,
naturalmente el talón de enganche también podría estar previsto en
la carcasa en una configuración correspondiente y, entonces,
encajarse en el dispositivo de sujeción.
En la configuración preferida de la invención, el
recubrimiento se compone de elastómero de pared fina,
preferiblemente reforzado en la zona del reborde de obturación y / o
del asiento de obturación. Gracias a la pared fina, sobre todo en la
zona de la tobera, se mantienen reducidos los efectos debidos a la
dilatación térmica longitudinal y al hinchamiento, con lo que es
adicionalmente una ventaja que sólo se perjudique la libertad
mecánica de movimiento del elemento de flexión de forma no
fundamental.
En otra configuración ventajosa de la invención,
la longitud del recubrimiento en el estado no montado es escasamente
menor que la longitud recubierta con ello del elemento de flexión en
el estado montado, con lo que mediante la dilatación durante el
montaje se asegura un buen apoyo del recubrimiento en el elemento de
flexión.
En otra configuración preferida de la invención,
el espacio interior del recubrimiento se evacua al entorno mediante
la rugosidad superficial del elemento de flexión, y / o mediante
escotaduras adicionales, ranuras, canales o similares del elemento
de flexión, así como a través del dispositivo de sujeción, con lo
que se consigue una presión de contacto adicional del recubrimiento
en la superficie del elemento de flexión dependiendo de la presión
de funcionamiento y se impide un levantamiento, sobre todo, en la
zona de la tobera.
A continuación, la invención se explica más
detalladamente mediante los ejemplos de realización representados
esquemáticamente parcialmente en el dibujo. La figura 1 muestra un
corte longitudinal a través de una válvula piezoeléctrica
configurada según la invención y las figuras 2 y 3 muestran en
representación despiezada en perspectiva dos etapas parciales en el
montaje de la válvula según la figura 1.
La válvula piezoeléctrica mostrada presenta una
carcasa 1, fundamentalmente de una pieza, que aquí, como
consecuencia de la función de la válvula como transformador de
flexión eléctrico-neumático, sostiene dos asientos
3, 4 de obturación controlables, dispuestos enfrentados entre sí en
el espacio 2 interior, así como una salida 5 de señales que
desemboca también en el espacio 2 interior. Aquí, el asiento 3 de
obturación controla el aire adicional y, el asiento 4 de obturación,
que está configurado en una pieza 6 roscada y, por tanto, es
regulable, el aire de salida.
Un elemento 7 de flexión piezoeléctrico está
encajado, desde el lado izquierdo en la representación según la
figura 1, en una abertura 8 lateral (véase también la figura 3) de
la carcasa 1 de forma hermética y en este lado está sujeto por un
lado en la carcasa 1. El lado derecho, libre, del elemento 7 de
flexión puede desplazarse entre los asientos 3, 4 de obturación
correspondientemente a una tensión de control aplicada, con lo que
estos asientos de obturación se obturan o desbloquean y la salida 5
de señales está en conexión con el aire adicional o con el aire de
salida. Con ello, la válvula mostrada puede utilizarse, por ejemplo,
como válvula piloto.
El elemento 7 de flexión piezoeléctrico está
dotado de un recubrimiento 10, de material aislante como mínimo
parcialmente elástico, en la zona colocada en el espacio 2 interior
de la carcasa 1, el cual hermetiza hacia fuera simultáneamente
también el espacio 2 interior de la carcasa 1 en el lado 11 que está
sujeto del elemento 7 de flexión. Además, el recubrimiento 10
presenta, en el lado 11 que está sujeto del elemento 7 de flexión,
un reborde 12 de obturación, conformado de una pieza,
fundamentalmente perpendicular a la extensión longitudinal del
elemento 7 de flexión extendiéndose alrededor de éste (véase también
la figura 2), que en el estado montado de la válvula está sujeto
firmemente entre la carcasa 1 y un dispositivo 13 de sujeción que
puede encajarse desde fuera con el elemento 7 de flexión sujeto de
un lado junto con el recubrimiento 10. Este dispositivo de sujeción
presenta como mínimo piezas para el contacto eléctrico del elemento
de flexión, aquí una clavija 14 de contacto regulable y un resorte
15 de contacto, para ello véase también la figura 2.
El dispositivo 13 de sujeción, que puede
encajarse desde la izquierda, según la representación de la figura
3, en la abertura 8 de la carcasa 1, presenta además un talón 16 de
enganche, que puede desengancharse desde fuera en caso necesario,
que se engancha en la carcasa 1 en el estado montado de la válvula
(véase la figura 1), talón que actúa conjuntamente con la carcasa 1
de tal manera que, en la posición enganchada del dispositivo de
sujeción, éste presiona el resorte 15 de contacto junto con el
reborde 12 de obturación del recubrimiento 10 contra una superficie
17 de contacto en la carcasa 1, de manera que con ello el espacio 2
interior de la carcasa se hermetiza de forma segura.
El resorte 15 de contacto se apoya con un extremo
18 en un apoyo del dispositivo 13 de sujeción y presiona desde abajo
en la zona de la clavija 14 de contacto contra el elemento 7 de
flexión. En la zona del otro extremo 19 del resorte 15 de contacto
se establece el contacto con una segunda clavija 20 de contacto,
aquí no regulable, o con su prolongación 20' interna, en el estado
encajado mostrado en la figura 1 del elemento 7 de flexión.
El recubrimiento 10 del elemento 7 de flexión
está realizado con paredes relativamente delgadas y reforzado
preferiblemente sólo en la zona del reborde 12 de obturación (o del
modo bosquejado sólo en la figura 2, en la zona del asiento 3 ó 4 de
obturación). El elastómero empleado aísla eléctricamente y sus otras
características (por ejemplo, resistencia a las sustancias químicas
y similares) están orientados al uso. La longitud del recubrimiento
10 es escasamente menor en el estado no montado que la longitud
recubierta con ello del elemento de flexión en el estado montado,
con lo que el recubrimiento 10 se tensa fácilmente en el estado
montado entre la sujeción en el reborde 12 de obturación y el
extremo 9 libre y, por tanto, se apoya de forma segura en el
elemento 7 de flexión. El espacio interior del recubrimiento 10
puede estar evacuado, de una forma no mostrada aquí adicionalmente,
por ejemplo, mediante la rugosidad superficial del elemento 7 de
flexión, o mediante canales adicionales o similares, a través del
dispositivo 13 de sujeción, al entorno, lo que, en caso de una
presión de trabajo aplicada, resulta en una presión de contacto
activa del recubrimiento 10 en la superficie del elemento 7 de
flexión y, con ello, un mejor apoyo.
Gracias a las paredes finas del recubrimiento 10
se mantienen reducidos los efectos negativos debidos a una
dilatación térmica longitudinal o hinchamiento, sobre todo en la
zona de los asientos 3, 4 de obturación, con lo que adicionalmente
sólo se perjudica de forma no esencial la libertad mecánica de
movimiento del elemento 7 de flexión. Gracias a la elasticidad del
recubrimiento también se mejora considerablemente el efecto de
obturación en los asientos 3, 4 de obturación con, al mismo tiempo,
requisitos reducidos en cuanto a la geometría y la calidad de
superficie de los asientos de obturación.
El elemento 7 de flexión, introducido en el
dispositivo 13 de sujeción junto con el resorte 15 de contacto
desplazado, según la figura 2, se retiene en el dispositivo 13 de
sujeción en tres puntos de apoyo, con lo que uno de los puntos de
apoyo, formado por la clavija 14 de contacto, es regulable por la
misma y, al mismo tiempo, sirve para establecer el contacto del
electrodo central del elemento 7 de flexión. Además, el dispositivo
13 de sujeción cuenta con superficies laterales de centrado que
fijan lateralmente el elemento 7 de flexión. El resorte 15 de
contacto, ya mencionado y que puede verse en las figuras 1 y 2,
sirve para la presión de contacto en los puntos de apoyo y para
establecer el contacto de los electrodos externos. Este resorte 15
de contacto rodea el elemento de flexión en la zona del reborde 12
de obturación y establece contacto con la superficie por ambos lados
por medio de lengüetas elásticas (véase la figura 2). Estas
lengüetas están formadas de tal manera que el elemento 7 de flexión
prácticamente sólo puede encajarse y, al intentar extraerlo del
resorte 15 de contacto, se bloquea con retención automática. De esta
forma, se consigue que el elemento 7 de flexión esté fijado, tras el
montaje en la prolongación, en el dispositivo 13 de sujeción en su
dirección longitudinal.
Al montar el dispositivo 13 de sujeción
encajándolo lateralmente en la carcasa 1 (véase la figura 3), el
resorte 12 de contacto está pretensado en la carcasa 1. Además, el
reborde 12 de obturación periférico se presiona contra la superficie
17 de contacto mencionada de la carcasa 1 y el talón 16 de enganche
se engancha en la abertura 21. La presión de contacto del reborde 12
de contacto crea una fuerza antagónica que permite que el talón 16
de enganche del terminal 13 de apriete, en la representación según
la figura 1, se disponga a la izquierda en contacto con la abertura
21 de la carcasa, con lo que se garantiza una colocación precisa del
elemento de flexión en sí en el estado montado.
Los puntos de contacto eléctrico del elemento 7
de flexión están dispuestos en el lado del dispositivo de sujeción
fuera del espacio 2 interior de la carcasa 1 y, por tanto, están
separados del área de trabajo de la válvula lleno con el medio que
se va a controlar, lo que es ventajoso en relación con la corrosión
en estos puntos.
Debido a la supresión total de los puntos de
adhesión o soldadura o similares, toda la válvula puede desmontarse
sin destrozos en cualquier momento, para lo cual se desbloquea
fundamentalmente sólo el talón 16 de enganche según la figura 1
presionando hacia abajo, tras lo cual el dispositivo 13 de sujeción
junto con el elemento 7 de flexión, el recubrimiento 10, la clavija
14 de contacto y el resorte 15 de contacto pueden arrastrarse
lateralmente nuevamente fuera de la carcasa 1 (véase la figura
3).
Gracias al aislamiento y a la obturación del
elemento 7 de flexión en relación con la carcasa 1, así como el tipo
de construcción y montaje descrito de la válvula, la carcasa puede
fabricarse, por ejemplo, con la técnica de moldeo por inyección de
material sintético, lo que simplifica y abarata en conjunto la
fabricación de la válvula. También, el dispositivo de sujeción puede
estar hecho, por ejemplo, de material sintético y fabricado con la
técnica de moldeo por inyección, lo que posibilita válvulas
sencillas y rentables del tipo descrito.
Claims (7)
1. Válvula piezoeléctrica con una carcasa (1)
fundamentalmente de una pieza, con como mínimo un asiento (3, 4) de
obturación controlable, dispuesto en el espacio (2) interior de la
carcasa (1), y con un elemento (7) de flexión piezoeléctrico,
encajado desde un lado en la carcasa (2) de forma hermética y sujeto
por un lado en la carcasa (2), cuyo lado (9) libre obtura o
desbloquea el asiento (3, 4) de obturación correspondientemente a
una tensión de control aplicada, caracterizada porque el
elemento (7) de flexión piezoeléctrico está dotado de un
recubrimiento (10), de material aislante como mínimo parcialmente
elástico, como mínimo en la zona colocada en el espacio (2) interior
de la carcasa (1), el cual hermetiza hacia fuera simultáneamente
también el espacio (2) interior de la carcasa (1) en el lado (11)
que está sujeto.
2. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada porque el recubrimiento (10) en el lado (11)
que está sujeto del elemento (7) de flexión presenta un reborde (12)
de obturación, conformado preferiblemente de una pieza,
fundamentalmente perpendicular a la extensión longitudinal del
elemento (7) de flexión extendiéndose alrededor de éste, que en el
estado montado de la válvula está firmemente sujeto entre la carcasa
(1) y un dispositivo (13) de sujeción que puede encajarse desde
fuera con el elemento (7) de flexión sujeto de un lado junto con el
recubrimiento (10).
3. Válvula según la reivindicación 2,
caracterizada porque el dispositivo (13) de sujeción presenta
como mínimo piezas (14, 15) para el contacto eléctrico del elemento
(7) de flexión.
4. Válvula según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizada porque en el dispositivo (13) de sujeción está
previsto un talón (16) de enganche, que puede desengancharse desde
fuera en caso necesario, que se encaja en la carcasa (1) en el
estado montado de la válvula.
5. Válvula según una o varias de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el recubrimiento
(10) se compone de elastómero de pared fina, preferiblemente
reforzado en la zona del reborde (12) de obturación y / o del
asiento (3, 4) de obturación.
6. Válvula según una o varias de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizada porque la longitud del
recubrimiento (10) en el estado no montado es escasamente menor que
la longitud recubierta con ello del elemento (7) de flexión en el
estado montado.
7. Válvula según una o varias de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizada porque el espacio
interior del recubrimiento (10) se evacua al entorno mediante la
rugosidad superficial del elemento (7) de flexión,
\hbox{y /
o} mediante las escotaduras adicionales, ranuras, canales o
similares del elemento (7) de flexión, así como a través del
dispositivo (13) de sujeción.Applications Claiming Priority (2)
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