ES2930731T3 - Válvula de seguridad - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una válvula de seguridad (1) con una unidad de control electrónico (2) para generar un voltaje de control, una etapa preliminar electrofluídica (3) que tiene un actuador de flexión piezoeléctrico (4) que puede ser accionado entre una posición de trabajo y una posición de seguridad por medio de la tensión de control y que influye en el flujo de un flujo de fluido de control secundario dependiendo de la posición, y una etapa principal fluidomecánica (5) con un dispositivo de influencia (6) para influir en el flujo de un primario flujo de fluido de trabajo. El dispositivo de influencia (6) se puede accionar por medio del flujo de fluido de control secundario que fluye hacia una cámara de control (10) de la etapa principal (5). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Válvula de seguridad

La presente invención se refiere a una válvula de seguridad con una unidad de control electrónica para generar un voltaje de control, una etapa previa electrofluídica, que presenta un transductor piezoeléctrico de flexión que se puede accionar entre una posición de trabajo y una de seguridad por medio del voltaje de control, influyendo el transductor piezoeléctrico de flexión sobre el flujo de una corriente de fluido de control secundaria en función de la posición, y una etapa principal fluidomecánica con un dispositivo de influencia para influir sobre el flujo de una corriente de fluido de trabajo primaria, pudiéndose accionar el dispositivo de influencia por medio de la corriente de fluido de control secundaria que desemboca en una cámara de control de la etapa principal.

Dichas válvulas de seguridad de dos etapas se conocen bien a partir del estado de la técnica, por ejemplo, a partir del documento WO 98/02685 A. De forma particular son adecuadas para el accionamiento, en particular, eficaz y preciso de dispositivos de conmutación, control y regulación fluídicos y se pueden construir, en particular, de forma modular. La división de la corriente de medio fluídica en una corriente de fluido de control secundaria responsable del accionamiento de la etapa principal, así como una corriente de fluido de trabajo primaria, ha demostrado su eficacia. A cada una de estas corrientes de fluido y de medio se le asigna un dispositivo de influencia (válvula). En una válvula de seguridad genérica en la que se basa la presente invención, el dispositivo de influencia de la etapa previa está formado por un transductor piezoeléctrico de flexión que, directa o indirectamente como accionador para un elemento de válvula separado, controla la corriente de fluido de control secundaria en dirección de la cámara de control de la etapa principal corriente abajo. Ventajosamente, el dispositivo de influencia de la etapa principal es un elemento de válvula accionado de forma fluida, con el que se controla de forma adecuada el flujo de una corriente de fluido de trabajo primaria.

Estos dos dispositivos de influencia se diferencian, en primer lugar, en cuanto al tipo de energía de accionamiento que se les suministra en cada caso, en tanto que el dispositivo de influencia de la etapa previa se acciona eléctricamente y el dispositivo de influencia de la etapa principal se acciona de forma fluida (a través del fluido de control secundario).

Mediante la selección adecuada de la relación de transmisión de energía entre la etapa previa y la principal, es posible influir sobre una corriente de fluido de trabajo primaria de alta energía por medio de una señal de control eléctrica de energía significativamente más baja (voltaje de control). La diferencia de energía necesaria para accionar el dispositivo de influencia de la etapa principal se aplica por el medio de presión de la corriente de fluido secundaria, que se conduce o bloquea de forma adecuada a la cámara de control de la etapa principal, dependiendo del estado de conmutación del transductor piezoeléctrico de flexión de la etapa previa.

Una ventaja particular de dichos sistemas controlados de forma fluida es que la interfaz electrofluídica, que consiste en la unidad de control y la etapa previa, solo necesita proporcionar la energía de accionamiento eléctrica limitada para influir sobre la corriente de fluido de control secundaria, independientemente de la necesidad de energía real de la etapa principal para influir sobre la corriente de fluido de trabajo primaria.

En principio, una interfaz electrofluídica de este tipo se puede basar en una amplia variedad de principios de transductores electromecánicos (por ejemplo, electromecánicos, magnetoestrictivos, electrotérmicos, electrorreológicos, capacitivos, piezoeléctricos, etc.). En particular, los mecanismos de accionador electromagnéticos y piezoeléctricos para la etapa previa han demostrado hasta ahora su eficacia para uso industrial. Con respecto a la eficiencia energética, estos últimos han demostrado ser especialmente ventajosos, de modo que la presente invención se basa en ello.

En particular, dichos transductores piezoeléctricos de flexión con material piezoeléctricamente activo en forma de tira o de placa que está dispuesto por fricción sobre una capa de soporte piezoeléctricamente inactiva realizada plana de baja compresibilidad, han demostrado ser accionadores piezoeléctricos en campos de aplicación que requieren un largo recorrido de accionamiento, así como la provisión de una elevada fuerza de accionador mínima. El cambio de configuración reversible e inducido en este por la excitación eléctrica del material piezoeléctricamente activo conduce, en interacción con la capa de soporte de pequeña compresibilidad conectada por fricción, a la desviación geométrica del transductor piezoeléctrico de flexión, que, por tanto, se puede transferir desde una posición de reposo (que representa típicamente la posición de seguridad) a una posición desviada (que representa típicamente la posición de trabajo) aplicando un voltaje de control. Para el aprovechamiento óptimo de la potencia, los transductores piezoeléctricos de flexión planos, por lo general, se realizan de forma alargada y estrecha. La fuerza se transmite típicamente a lo largo de la dirección longitudinal del transductor piezoeléctrico de flexión, soportando su extensión transversal realizada de forma breve la acumulación de fuerza.

Los materiales piezoeléctricos están sujetos a estrechos límites físicos con respecto a su capacidad para cambiar de volumen y forma. En las condiciones dadas, típicamente se pueden inducir deformaciones en materiales piezoeléctricamente activos de alto rendimiento que estén por debajo de 1/10.000 de la dimensión de reposo. En el contexto de la fabricación de transductores piezoeléctricos de flexión, esto requiere un alto grado de precisión en el ámbito de fabricación. Incluso errores insignificantes en la estructura cristalina del material piezoeléctricamente activo y/o las dimensiones geométricas o en la estructura de capas del transductor piezoeléctrico de flexión pueden dar lugar a que dichos transductores de flexión no sean adecuados para su uso (continuo) en aplicaciones críticas de seguridad con el grado de seguridad necesario. Dado que los materiales piezoeléctricos también tienen unos costes de material comparativamente elevados, es necesario una manipulación correspondientemente cuidadosa de los materiales usados solo por motivos económicos.

En este contexto, también se explica que los productos piezoeléctricos en serie, en general, tienen que poder hacer frente a reservas de potencia limitadas, es decir, que los transductores piezoeléctricos de flexión en válvulas de seguridad genéricas, en particular, a menudo se mueven al borde de los límites de rendimiento que son factibles en términos de tecnología de fabricación.

Hasta el momento, dos estrategias han demostrado ser, en particular, prometedoras para asegurar las propiedades del producto requeridas.

En el ámbito de fabricación, una primera estrategia consiste en minimizar todos los factores que pueden provocar pérdidas de rendimiento, en particular, mediante el uso de procedimientos de precisión y medidas adecuadas de garantía de calidad a lo largo de toda la cadena del procedimiento de fabricación, de modo que se produzca el menor número posible de rechazos durante la fabricación de transductores piezoeléctricos de flexión que cumplan determinados criterios de rendimiento. Dado que, en el contexto del aseguramiento de la calidad, también se debe tener en cuenta el hecho de que las válvulas de seguridad del mismo tipo y sus transductores de flexión piezoeléctricos también se pueden usar en condiciones ambientales extremas (por ejemplo, en el límite de un intervalo de funcionamiento nominal adecuadamente predeterminado) y dado que en el funcionamiento continuo se pueden producir efectos de relajación o envejecimiento de intensidad variable en función de las condiciones ambientales (por ejemplo, en función de la temperatura y/o la atmósfera), en la actualidad no se puede evitar un determinado grado de rechazos de producción a pesar de los procedimientos de fabricación más cuidadosos.

Una segunda estrategia consiste en compensar las limitaciones de rendimiento individuales relacionadas con la fabricación y/o el desgaste mediante el diagnóstico de estado interno del producto y, preferentemente, la compensación eléctrica, por ejemplo, equipando los transductores piezoeléctricos de flexión o las etapas previas que contienen el transductor piezoeléctrico de flexión con sensores adicionales, como se conoce, por ejemplo, a partir del documento DE 102016213228 A2.

En general, los límites de rendimiento técnico se pueden agotar en un amplio campo de aplicación con las dos estrategias mencionadas anteriormente o su combinación.

La primera estrategia requiere una mayor inversión en procedimientos y procesos de fabricación y garantía de calidad, siendo inevitable, en última instancia, a pesar de los procedimientos de producción más cuidadosos, un rechazo de producción a veces no despreciable, en particular, si, como suele ser el caso de las válvulas de seguridad genéricas, un alto grado de fiabilidad se debe garantizar.

En cambio, con la segunda estrategia, los costes de fabricación relacionados con el producto aumentan significativamente, ya que esto requiere el uso de sensores adicionales, almacenamiento de datos o dispositivos de evaluación en las etapas previas de las válvulas de seguridad genéricas. Esto a menudo genera una contradicción diametral con el enfoque de producto de soluciones minimalistas reducidas a lo esencial.

En este contexto, el objetivo de la presente invención es mejorar una válvula de seguridad, genérica y que se pueda usar de la forma más universal posible, del tipo mencionado al principio de modo que su fiabilidad en funcionamiento se incremente por una función de seguridad que sea comparativamente fácil de implementar.

Este objetivo se logra con una válvula de seguridad de acuerdo con la reivindicación 1. Además de los rasgos característicos mencionados al principio, se caracteriza por que la unidad de control está diseñada para la realización de una prueba de funcionamiento de la etapa previa electrofluídica de forma completamente automática y que se tiene que repetir de forma iterativa después de la expiración de intervalos de tiempo predeterminados, induciéndose, en el contexto de la prueba de funcionamiento, con la variación adecuada del voltaje de control, un cambio de la posición del transductor piezoeléctrico de flexión tan breve y/o tan insignificante, que, por un lado, se pueda comprobar su correcto funcionamiento con la determinación realizada simultáneamente de un movimiento de desviación realizado de forma real del transductor piezoeléctrico de flexión, pero, por otro lado, no se influya de ninguna manera sobre el flujo de la corriente de fluido de trabajo primaria a través de la etapa principal.

Con la presente invención, incluso para aplicaciones críticas de seguridad, se pueden usar dichos transductores piezoeléctricos de flexión en una válvula de seguridad de acuerdo con la invención que antes se consideraban rechazos debido a desviaciones insignificantes de los parámetros estándar deseados en términos de tecnología de fabricación, ya que estaban en el límite de las propiedades del producto que se deben garantizar para el funcionamiento continuo. Gracias a las pruebas de funcionamiento realizadas de acuerdo con la invención, una válvula de seguridad de acuerdo con la invención siempre puede garantizar que el transductor piezoeléctrico de flexión que sirve como accionador de la etapa previa funciona correctamente o que se detecta un posible mal funcionamiento existente o inminente por parte del transductor piezoeléctrico de flexión, con lo que se pueden tomar las contramedidas adecuadas (por ejemplo, la sustitución de la etapa previa de una válvula de seguridad de acuerdo con la invención o de la válvula de seguridad en su conjunto).

Si una o más de las pruebas de funcionamiento revelan desviaciones pertinentes de la funcionalidad prevista del transductor piezoeléctrico de flexión, que también puede consistir, por ejemplo, en un cambio/deterioro gradual de la funcionalidad del transductor piezoeléctrico de flexión, se puede informar al personal operativo de esto por una señal de alarma o error adecuada de que el correcto funcionamiento de la válvula de seguridad ya no se da o puede dejar de darse pronto. Además, por el almacenamiento de datos adecuado de los resultados de medición de las pruebas de funcionamiento iterativas, también se puede documentar, si es necesario, que la etapa previa de la válvula de seguridad o el transductor piezoeléctrico de flexión instalado en ella todavía está en perfectas condiciones.

En la medida en que se menciona anteriormente que, en el contexto de las pruebas de funcionamiento que se tienen que repetir de acuerdo con la invención, se realiza una afirmación sobre el correcto funcionamiento del transductor piezoeléctrico de flexión, aquí se comprueba, en particular, por una medición adecuada si el movimiento de desviación del transductor piezoeléctrico de flexión esperado mediante la variación del voltaje de control está dentro de un intervalo estándar predeterminado. En el contexto de la presente invención se puede realizar una medición del comportamiento de movimiento real o de un movimiento de desviación realizado de forma real del transductor piezoeléctrico de flexión, como se explica con más detalle a continuación, de forma, en particular, preferente por medio de las propiedades sensoriales presentes de forma natural en el material piezoeléctricamente activo sin sensores adicionales en la etapa previa que presenta el transductor piezoeléctrico de flexión, lo que es una gran ventaja en términos de tecnología de fabricación.

En principio, también hay que mencionar, en el contexto de la presente invención, que, en principio, ya se conoce una implementación de pruebas de funcionamiento que se tienen que repetir de forma iterativa en el caso de válvulas de seguridad. Sin embargo, en la mayoría de los casos, como, por ejemplo, en el estado de la técnica de acuerdo con los documentos WO 01/59346 A1, WO 2008/005967 A2 o WO 2016/149590 A1, son las llamadas "pruebas de carrera parcial", con las que siempre se comprueba la funcionalidad de la válvula de seguridad en su conjunto bajo la influencia de la corriente de fluido de trabajo primaria. Además, a partir del documento WO 2008/000459 A1 ya se conoce una turbomáquina con varios elementos de control de procedimiento que sirven como accionadores, en la que se comprueba el funcionamiento de un primer elemento de control de procedimiento sin influir sobre la variable de procedimiento corriente abajo, ajustando ambos elementos de control de procedimiento en direcciones opuestas durante la prueba de funcionamiento de modo que las influencias de los ajustes sobre la variable de procedimiento corriente abajo se anulen sustancialmente entre sí, lo que no sería posible con una válvula de seguridad del tipo reivindicado en el presente documento con solo un transductor piezoeléctrico de flexión que actúe como accionador.

En una primera variante de realización ventajosa de la invención, en particular, puede estar previsto que, mediante la predeterminación adecuada del volumen de la cámara de control, de las condiciones de presión dadas y/o de la energía requerida para su accionamiento, el dispositivo de influencia de la etapa principal fluidomecánica se accione por el fluido secundario que fluye hacia la cámara de control solo con un retardo de tiempo tan grande que el transductor piezoeléctrico de flexión se pueda mover, en el contexto de la prueba de funcionamiento, desde su posición de trabajo a su posición de seguridad y viceversa por la breve desconexión del voltaje de control, sin dar como resultado una influencia sobre el flujo de la corriente de fluido de trabajo primaria a través de la etapa principal.

En otras palabras, la válvula de seguridad de acuerdo con la invención se puede realizar ventajosamente de modo que los respectivos tiempos de conmutación o de reacción de las etapas previa y principal estén calculados de modo que el transductor piezoeléctrico de flexión se pueda conmutar tan rápidamente (completamente), en el contexto de la prueba de funcionamiento, desde su posición de trabajo a su posición de seguridad y viceversa, que el periodo de tiempo requerido para ello sea menor que el retardo de tiempo predeterminado de la etapa principal, de modo que la etapa principal o su dispositivo de influencia no se accione por el breve cambio de la posición de conmutación del transductor piezoeléctrico de flexión y, como resultado, no se influya sobre el fluido de trabajo principal a través de la válvula de seguridad.

En una segunda variante de realización, puede estar previsto que el transductor piezoeléctrico de flexión solo se desvíe de forma insignificante de su posición de trabajo durante la prueba de funcionamiento por una reducción adecuada del voltaje de control, y, en particular, de forma que la influencia dada sobre la presión en la cámara de control de la etapa principal siga siendo tan pequeña que, incluso al alcanzar o exceder el retardo de tiempo de la etapa principal, siga sin darse como resultado ningún accionamiento del dispositivo de influencia de la etapa principal que influya en el flujo del fluido de trabajo primario. De esta forma, con la detección simultánea del movimiento de desviación real del transductor piezoeléctrico de flexión, se pueden sacar las conclusiones requeridas, en el contexto de la prueba de funcionamiento, sobre el correcto funcionamiento del transductor piezoeléctrico de flexión o la etapa previa sin accionar la etapa principal o su dispositivo de influencia.

En principio, también se debe tener en cuenta con respecto a la presente invención que una válvula de seguridad de acuerdo con la invención puede variar fuertemente en su configuración específica dependiendo de los requisitos del cliente respectivo y puede poseer diferente complejidad.

Está realizada, en principio, de modo que posibilite una separación de medios entre la corriente de fluido de control secundaria y la corriente de fluido de trabajo primaria. Esto asegura que los fluidos primario y secundario no tengan que ser idénticos en tipo, caudal o presión. Con una configuración adecuada, las corrientes de fluido primarias energéticamente muy desviadas se pueden controlar a través de la corriente de fluido de control secundaria preferentemente optimizada energéticamente.

La división del dispositivo de accionamiento fluídico en una etapa previa y una principal permite, en una especie de sistema modular, la combinación de una unidad de control electrónica configurada de forma idéntica y una etapa previa idéntica (equipada con un transductor piezoeléctrico de flexión) con una etapa principal que se puede seleccionar adecuadamente según la aplicación, en particular, con respecto a la funcionalidad básica de una válvula de trabajo que actúa como dispositivo de influencia de la etapa principal. A través de la flexible configuración del sistema con un dispositivo de influencia abierto (NO) o cerrado (NG) no accionado de la etapa principal, se puede impartir un comportamiento de seguridad definido en caso de fallo del portador de energía eléctrica o fluídica en la estructura general (junto con la posición de trabajo y de seguridad predeterminada del transductor piezoeléctrico de flexión). Esto es, en particular, importante cuando se usa en aplicaciones pertinentes para la seguridad, que, en caso de fallo, deben adoptar un estado seguro definido sin energía auxiliar adicional.

Como en el estado de la técnica, las válvulas de seguridad de acuerdo con la invención se pueden usar en funcionamiento normal como válvulas de conmutación de accionamiento permanente que vuelven a la posición de seguridad deseada en caso de una situación de seguridad. Con la presente invención, las características de seguridad de dichas válvulas mejoran a largo plazo. Esto se logra, en particular, porque las pruebas de funcionamiento implementadas de acuerdo con la invención se pueden realizar en la válvula de seguridad accionada en funcionamiento sin que el procedimiento se vea afectado ni el dispositivo de seguridad se desactive temporalmente durante cada una de las pruebas de funcionamiento iterativas.

Cuando se usa la estructura de válvula de dos etapas descrita, que consiste en una etapa previa con el transductor piezoeléctrico de flexión (con un tiempo de conmutación preferentemente breve) en combinación con la etapa principal corriente abajo (con un retardo de conmutación), se puede crear una zona de transición estable y dependiente del tiempo por una configuración adecuada de la relación volumen/presión que conecta las dos etapas, en el que las fluctuaciones a corto plazo en la corriente de control que acciona el transductor piezoeléctrico de flexión no tienen efecto en la etapa principal o la corriente de fluido primaria influida por ella.

El periodo de tiempo máximo de la zona de transición temporal que se puede usar con fines de diagnóstico durante la prueba de funcionamiento se calcula a partir de la duración del procedimiento de conmutación de la etapa previa que se ha de realizar durante la prueba de funcionamiento y el retardo de tiempo con el que la etapa de trabajo corriente abajo sigue un cambio de la señal de entrada. Esta zona de transición forma la conexión directa entre la corriente de fluido de control secundaria suministrada, el volumen muerto de la cámara de control de la etapa principal, así como la energía de accionamiento necesaria para manipular el dispositivo de influencia de la etapa principal. Los dos últimos parámetros, a su vez, están relacionados con la relación de transmisión fluídica entre las corrientes de fluido primaria y secundaria separadas. Como relación general, la zona de transición temporal también aumenta con una relación de transmisión fluídica creciente, lo que se puede tener en cuenta adecuadamente en el contexto de la presente invención.

En el contexto de la presente invención, de forma, en particular, preferente, puede estar prevista una estructura de forma modular de la válvula de seguridad, en la que la unidad de control electrónica, la etapa previa electrofluídica y/o la etapa principal fluidomecánica estén realizadas respectivamente como módulos separados. En este caso, solo la unidad de control se debe contactar eléctricamente de forma adecuada con la etapa previa o el transductor piezoeléctrico de flexión contenido en ella y se debe proporcionar un paso de fluido adecuado para que el fluido de control secundario se conduzca desde la etapa previa a la cámara de control de la etapa principal. Cada módulo posee preferentemente su propia carcasa, que se dispone preferentemente de forma adyacente cuando se monta la válvula de seguridad de acuerdo con la invención. El paso de fluido para la conexión de conducción de fluido de la etapa previa a la etapa principal se puede formar, entonces, ventajosamente por medio de aberturas de carcasa que se corresponden entre sí.

Además, resulta ser, en particular, ventajoso que la etapa previa electrofluídica no contenga ningún otro componente eléctrico y/o electrónico, a excepción de los conductores eléctricos necesarios para alimentar el transductor piezoeléctrico de flexión con el voltaje de control, con lo que, en particular, los costes unitarios de las válvulas de seguridad de acuerdo con la invención se pueden mantener dentro de límites razonables.

Además, en una configuración preferente de la presente invención, puede estar previsto que la unidad de control esté diseñada para modular una señal de medición eléctrica evaluable, en particular, un voltaje alterno con amplitud adecuada, con respecto al transductor piezoeléctrico de flexión durante la prueba de funcionamiento para fines de diagnóstico a través de los conductores que también conducen el voltaje de control. Puede estar previsto ventajosamente además que la unidad de control esté diseñada para detectar y evaluar una señal de respuesta provocada por la señal de medición para determinar un movimiento de desviación realizado de forma real del transductor piezoeléctrico de flexión.

La señal de medición puede ser ventajosamente un voltaje alterno, de modo que, con la evaluación del desplazamiento de fase entre la señal de medición y la corriente alterna inducida de este modo como señal de respuesta, se pueda determinar un cambio de impedancia del transductor piezoeléctrico de flexión que corresponde a un movimiento de desviación real del transductor piezoeléctrico de flexión.

Esta configuración preferente de la presente invención se basa en las siguientes consideraciones. Un transductor piezoeléctrico de flexión cambia su impedancia cuando se aleja o se acerca a un punto de contacto mecánico en comparación con las posiciones intermedias que se mueven libremente. Para fines de diagnóstico, el transductor piezoeléctrico de flexión se puede modular sobre un voltaje alterno cuya amplitud esté (muy) por debajo del voltaje umbral requerido para la desviación del transductor piezoeléctrico de flexión, y, al mismo tiempo, se puede reducir la señal de voltaje continuo (voltaje de control) responsable de la desviación. El cambio del desplazamiento de fase entre la trayectoria del voltaje alterno y la corriente alterna inducida como resultado permite entonces, de una forma, en particular, sencilla y sin necesidad de sensores adicionales en la etapa previa, la comprobación inequívoca de un movimiento de desviación que ha tenido lugar realmente en el transductor piezoeléctrico de flexión, o bien permite afirmar el momento en que el transductor piezoeléctrico de flexión adopta o abandona la posición de trabajo (típicamente predeterminada mediante topes) y/o la posición de seguridad.

Después de que el voltaje de control se haya reducido (brevemente) o desconectado y antes de que se alcance el retardo de tiempo crítico del dispositivo de influencia de la etapa principal, la válvula piloto que forma la etapa previa se somete nuevamente al voltaje de control requerido para adoptar la posición de trabajo y la válvula de seguridad se restablece así al modo de funcionamiento nominal sin ninguna reacción a la etapa previa o a la corriente de fluido de trabajo primaria influida por ella.

Sin embargo, en el contexto de la presente invención, por supuesto, también se pueden usar otros procedimientos de medición para determinar un movimiento de desviación realizado de forma real del transductor piezoeléctrico de flexión, pudiéndose considerar, en particular, también una medición de la capacitancia y/o un cambio en el comportamiento de resonancia del transductor piezoeléctrico de flexión, lo que también es posible sin ayuda de elementos de sensor adicionales en la etapa previa. Se entiende que, en principio, también se podrían evaluar de forma sencilla otras variables de influencia medibles eléctricamente y dependientes de la posición para determinar un movimiento de desviación real del transductor piezoeléctrico de flexión.

En otro perfeccionamiento preferente de la presente invención, puede estar previsto que la unidad de control esté diseñada además para determinar la duración del intervalo de tiempo entre dos pruebas de funcionamiento dependiendo de un valor de calidad que representa la calidad del transductor piezoeléctrico de flexión, que, a su vez, se almacena en una unidad de almacenamiento preferentemente asignada a la unidad de control (es decir, dispuesta preferentemente dentro de la unidad de control).

Este valor de calidad puede ser, por ejemplo, una variable medida para la calidad del transductor piezoeléctrico de flexión en cuestión, determinada como parte del control de calidad o durante un procedimiento de calibración, de modo que para un transductor de flexión de alta calidad, por ejemplo, hay intervalos de tiempo más largos entre dos pruebas de funcionamiento consecutivas y para un transductor de flexión de peor calidad, por ejemplo, se pueden determinar intervalos de tiempo más breves entre dos pruebas de funcionamiento. En el contexto de la presente invención, los intervalos de tiempo típicos entre dos pruebas de funcionamiento pueden estar además ventajosamente en el intervalo entre 8 horas y 72 horas.

Además, es ventajoso si la unidad de control está diseñada para adaptar dinámicamente el valor de calidad (y la duración resultante del intervalo de tiempo entre dos pruebas de funcionamiento) dependiendo de los valores medidos de pruebas de funcionamiento anteriores.

Por ejemplo, el intervalo de tiempo entre dos pruebas de funcionamiento se puede acortar si una o más pruebas de funcionamiento realizadas anteriormente muestran que el voltaje de control necesario para mantener el transductor piezoeléctrico de flexión en la posición de trabajo ha aumentado o, de forma equivalente, que, a partir de la posición de trabajo, ya ha habido una disminución menor, una reducción menor del voltaje de control ya es suficiente para que el transductor piezoeléctrico de flexión se mueva desde la posición de trabajo a la posición de seguridad, o bien que este movimiento solo se pueda inducir después de que el voltaje de control se haya reducido en mayor medida. Dicho comportamiento se atribuye evidentemente a un deterioro de la calidad del transductor piezoeléctrico de flexión.

Además, también puede estar previsto, de forma, en particular, conveniente que la unidad de control esté diseñada para adaptar dinámicamente el voltaje de control requerido para accionar el transductor piezoeléctrico de flexión dependiendo de los valores medidos de pruebas de funcionamiento anteriores (y/o dependiendo del valor de calidad).

Esto también se puede usar en particular para reducir la carga de funcionamiento de los transductores piezoeléctricos de flexión, que típicamente funcionan en uso continuo, reduciendo selectivamente el voltaje de control previsto para mantener la posición de trabajo desviada al voltaje mínimo requerido actualmente para los transductores piezoeléctricos de flexión de alta calidad, para los que un pequeño voltaje de control ya es suficiente para la desviación máxima.

Además, resulta ser, en particular, ventajoso que el transductor piezoeléctrico de flexión esté configurado mediante selección de una geometría adecuada y materiales adecuados de modo que la capacitancia eléctrica del transductor piezoeléctrico de flexión, en un intervalo de temperatura de funcionamiento permisible de -40 °C a 80 °C, sea siempre menor de 170 nF, preferentemente menor de 100 nF. También es ventajoso si la etapa previa electrofluídica está configurada de acuerdo con DIN EN 60079-11 para su uso en atmósferas potencialmente explosivas, preferentemente como unidad realizada intrínsecamente segura.

Si la capacitancia máxima del transductor piezoeléctrico de flexión se limita a un valor por debajo de los límites críticos de explosión, la etapa previa electrofluídica se puede usar como un producto intrínsecamente seguro en todo el intervalo de temperatura de funcionamiento industrial típico, incluso en entornos potencialmente explosivos, sin medidas adicionales. Mediante el cumplimiento consecuente de la mencionada directiva de protección contra explosiones (por ejemplo, distancias de separación y de fuga adecuadas para los conductores eléctricos, etc.) y prescindiendo de cualquier otra electrónica de conversión de energía o de los sensores integrados en la etapa previa electrofluídica, se puede garantizar la seguridad intrínseca de la válvula piloto sin ningún esfuerzo adicional, independientemente de la aplicación. La conexión eléctrica de la etapa previa electrofluídica a la unidad de control electrónica (configurada ventajosamente como módulo separado con su propia carcasa), que también se puede configurar de acuerdo con la directiva de protección contra explosiones, se realiza de forma, en particular, sencilla por medio de tecnología de dos conductores, asegurándose la conexión eléctrica preferentemente por medio de contactos de enchufe con una distancia entre pistas de conductor suficientemente grande.

Para cumplir con las directivas de protección contra explosiones, el transductor piezoeléctrico de flexión se puede configurar geométricamente y en términos de material, en particular, de modo que nunca almacene más de 50 pJ de energía eléctrica en un intervalo de temperatura de -40 °C a 80 °C. Si se predetermina un voltaje de control eléctrico máximo permisible de 24 VDC, esto se puede garantizar, como ya se mencionó anteriormente como configuración, en particular, preferente, manteniendo la capacitancia del transductor de flexión C un valor máximo de 170 nF en cada estado de funcionamiento.

Además, en el contexto de la presente invención, puede estar previsto preferentemente que la unidad de control presente una interfaz para la comunicación con dispositivos y sistemas de control, regulación, diagnóstico y/o comunicación de nivel superior (de estándares adecuados) y esté diseñada para la transmisión activa o pasiva de los datos determinados durante las pruebas de funcionamiento iterativas.

La unidad de control de la válvula de seguridad y/o el sistema de control, regulación o diagnóstico de nivel superior también se puede diseñar, en particular, para emitir una solicitud totalmente automática de llevar a cabo un servicio preventivo o medidas de reparación dependiendo de valores medidos de las pruebas de funcionamiento realizadas y cuando se alcanzan los umbrales de advertencia que se pueden especificar a este respecto, en particular, en el caso de un valor de calidad sucesivamente deteriorado.

Los aspectos y perfeccionamientos adicionales que ventajosamente se pueden tener en cuenta en el contexto de la presente invención, en particular, en relación con los transductores piezoeléctricos de flexión a que se van a usar, resultan de las siguientes observaciones.

Los transductores piezoeléctricos de flexión en los que el material piezoeléctricamente activo está dispuesto por fricción tanto en el lado superior como en el lado inferior de la capa de soporte piezoeléctricamente inactiva en al menos una capa han demostrado cada uno ser, en particular, eficaces. El material piezoeléctrico se selecciona preferentemente, en particular, de modo que el cambio de configuración de al menos una capa en el lado superior cambie exactamente en dirección opuesta al cambio de configuración en el lado inferior con excitación eléctrica simultánea. La expansión iniciada simultáneamente de la capa piezoeléctricamente activa en un lado y la contracción de la capa de soporte inactiva en la capa opuesta aumentan adicionalmente el efecto de flexión del transductor de flexión.

La selección de un material cerámico relacionado con el material piezoeléctricamente activo con un comportamiento térmico comparable resulta ser, en particular, ventajosa para la capa de soporte piezoeléctricamente inactiva realizada plana. Dichos materiales compiten con los materiales impregnados de resina reforzados con fibra, cuya rigidez puede verse influenciada de una forma espacialmente orientada dependiendo de la orientación de la fibra seleccionada y el diseño geométrico, lo que también puede ser ventajoso. También resulta ser, en particular, ventajoso un uso de capas de materiales reforzados con fibra eléctricamente conductores y/o sistemas de resina, que, simultáneamente, posibilitan el contacto eléctrico con la capa de material piezoeléctricamente activo asignada con el compuesto de fibra. Con su sistema de resina integrado, crean una compensación de tolerancia fiable para desviaciones del grosor geométricas insignificantes de los materiales piezoeléctricos activos que se les asignan y garantizan un cierre de fuerza seguro.

Debido a su estructura en capas hecha de materiales con diferentes propiedades físicas, los transductores piezoeléctricos de flexión tienden a comportarse de forma bimetálica con respecto a su autoflexión térmica. Si esto no está limitado por medidas adecuadas, como garantizar la homogeneidad adecuada del material y el emparejamiento de espesores, la extensión de la desviación térmica inherente puede afectar significativamente al intervalo de la desviación inducida piezoeléctricamente deseada. La aplicación selectiva de superficies o estructuras de compensación adecuadas (de capa fina) de material de compensación con desviación térmica ha demostrado ser una medida de compensación ventajosa que se puede aplicar después del procedimiento de producción del transductor de flexión. La aplicación de dichas superficies o estructuras de compensación adicionales al lado superior o inferior del transductor de flexión permite impartir un momento de flexión inducido térmicamente, que contrarresta la flexión térmica inherente y la compensa. Las propiedades físicas de la superficie o estructura de compensación se eligen ventajosamente de modo que cumplan el efecto de compensación térmica descrito por un lado, pero solo influyan mínimamente en los parámetros determinantes del rendimiento del accionador (en particular, la desviación sin carga y la fuerza de bloqueo) por el otro.

Para el aprovechamiento óptimo de la potencia de accionamiento aplicada en dirección longitudinal del transductor piezoeléctrico de flexión, por lo general, en forma de tira, este se fija firme y mecánicamente, en particular, de forma ventajosa en toda su anchura cerca de un primer extremo geométrico de la tira. Su movimiento de accionador y la fuerza requerida para influir sobre la corriente de fluido de control secundaria se aprovecha ventajosamente cerca del segundo extremo opuesto. Dado que las zonas de fijación y roscado no contribuyen a la desviación debido a la fijación mecánica, se minimiza su expansión longitudinal. Por lo tanto, la fijación mecánica se realiza preferentemente sobre una superficie o linealmente en forma de un cojinete de corte rígido. El golpeteo del movimiento y fuerza del accionador es ventajosamente lineal o puntual. Para evitar pérdidas de potencia por torsión, la toma se realiza ventajosamente a lo largo de la línea central del transductor de flexión.

Si se va a usar una válvula de seguridad de acuerdo con la invención con un transductor piezoeléctrico de flexión en un ambiente húmedo, los elementos eléctricamente activos se deben proteger de la humedad para evitar cortocircuitos y corrosión. Ventajosamente, esto se realiza por capas de aplicación planas, como revestimientos impermeables a la humedad, o por encapsulación usando revestimientos de película resistentes a la humedad. Para evitar pérdidas de transmisión de potencia, es ventajoso prescindir selectivamente de la protección contra la humedad en la zona de fijación, de modo que se pueda garantizar una fijación mecánica directa sin una capa intermedia. En el golpeteo, por otro lado, puede ser ventajoso combinar la protección contra la humedad con estructuras funcionales adicionales. De esta forma, se pueden realizar superficies de contacto selectivas con propiedades de sellado, por ejemplo, en el caso de válvulas, o propiedades antiadherentes, por ejemplo, en el caso de elementos de contacto o de amortiguación, con una fuerza de desprendimiento mínima.

El material piezoeléctrico tiende, dentro de determinados límites, a la relajación eléctrica o mecánica bajo voltaje eléctrico o mecánico continuo. El calor tiene un efecto potenciador del efecto. Debido a su dependencia del tiempo, la influencia absoluta de los efectos de relajación disminuye con la duración del efecto del parámetro causal. El material piezoeléctricamente activo se relaja hasta determinado punto por la polarización o el estrés interno que se le imparte durante el procedimiento de fabricación. En este contexto, es especialmente ventajoso limitar la señal de control eléctrica (es decir, el voltaje de control) al intervalo de voltaje necesario para la desviación, como ya se ha explicado anteriormente.

Durante el montaje de la fijación mecánica, las perturbaciones mecánicas se deben minimizar ventajosamente por una orientación óptima entre los puntos de fijación y roscado, o se debe proporcionar un procedimiento de unión de bajo voltaje con la subsiguiente corrección de la posición usando un dispositivo de ajuste adecuado.

Para excitar eléctricamente las capas piezoeléctricamente activas de un transductor piezoeléctrico de flexión, es necesario someterlas a un campo eléctrico preferentemente, en particular, homogéneo. Para fabricar las superficies de electrodo, el material de película piezoeléctrico se puede metalizar en ambos lados como una superficie delgada en el procedimiento de fabricación. Después de separar los elementos de película individuales usando procedimientos de recorte adecuados, como aserrar, marcar y romper, el material de película piezoeléctrico se puede excitar eléctricamente en toda la superficie con un punto de contacto que se proporcionará en ambos lados. El componente se puede poner en contacto de forma, en particular, sencilla para transductores de flexión construidos simétricamente con una capa piezoeléctricamente activa en el lado superior e inferior, así como una capa de soporte eléctricamente conductora. En este caso es suficiente conectar la capa de soporte, así como las superficies de electrodo exteriores a través de un punto de contacto eléctrico respectivamente.

Para la excitación eléctrica de capas piezoeléctricamente activas, se debe aplicar un voltaje de control eléctrico a sus superficies de electrodo en ambos lados. Esto imparte un campo eléctrico homogéneo sobre el material piezoeléctricamente activo en el medio. Las propiedades aislantes del material piezoeléctricamente activo evitan cualquier conducción de corriente, lo que significa que la corriente solo fluye para el procedimiento de carga o recarga de las superficies de electrodo.

La capacitancia eléctrica del transductor piezoeléctrico de flexión resulta sustancialmente del número de elementos piezoeléctricamente activos implicados, sus superficies de electrodo, así como la permitividad del material piezoeléctricamente activo. Para minimizar la relajación eléctrica en los transductores piezoeléctricos de flexión, es ventajoso iniciar procedimientos de inversión de carga usando un pulso de excitación eléctrico de ciclo breve con el mismo signo que la dirección del cambio y reducir el voltaje de mantenimiento, así como el campo eléctrico iniciado por este a través del material piezoeléctrico hasta un grado permisible después de alcanzar la nueva posición objetivo, sin iniciar así un nuevo cambio de posición.

Para el aprovechamiento óptimo de economías de escala independientes de la aplicación, es, en particular, razonable, en el contexto de configuración y fabricación de válvulas de seguridad de acuerdo con la invención, debido a consideraciones económicas, estandarizar la interfaz electrofluídica que consiste en la unidad de control electrónica y la etapa previa electrofluídica con respecto a sus propiedades físicas del producto en los rasgos característicos sustanciales. Como accionador accionado eléctricamente para aplicaciones, en particular, eficaces desde el punto de vista energético, esto da como resultado las siguientes propiedades del producto para un uso amplio, que se deben considerar, en particular, ventajosas en el contexto de la implementación de la presente invención:

• Limitación del voltaje de control eléctrico permisible máximo a 24 VDC típicos en la industria.

• Limitación de la energía eléctrica que se puede almacenar en el transductor piezoeléctrico de flexión a un máximo de 50 pJ para accionadores intrínsecamente seguros. Con un voltaje máximo de 24 VDC, esto resulta en una capacitancia máxima eléctrica ventajosa del accionador piezoeléctrico de 170 nF.

• La predeterminación de la presión de trabajo para el fluido de control secundario de 1,2 bar en base a la señal estándar neumática común.

• Configuración de la interfaz para el intervalo de temperatura de funcionamiento estándar de la industria de procedimientos de -40 °C a 80 °C.

Además de los componentes ya descritos en detalle anteriormente, una válvula de seguridad de acuerdo con la invención, que, en particular, se puede construir de forma modular, finalmente también puede presentar un módulo de preparación del medio de presión que se encarga de la preparación específica de la aplicación de la corriente de medio de control secundaria. Además de un elemento de filtro, puede contener un regulador de presión previa para la protección contra sobrecarga de la presión de suministro proporcionada en la corriente de fluido de control secundaria.

A continuación, se explica con más detalle un ejemplo de modo de realización de una válvula de seguridad de acuerdo con la invención o los componentes que pueden usar en ella con referencia al dibujo.

En este sentido, muestra

la fig. 1 una representación esquemática, parcialmente en sección transversal, de todos los componentes de un ejemplo de modo de realización de una válvula de seguridad de acuerdo con la invención,

la fig. 2 trayectorias de señal y presión típicas durante una prueba de funcionamiento realizada de acuerdo con la invención, y

la fig. 3 una representación con respecto a la trayectoria de un desplazamiento de fase entre la señal de entrada y la de respuesta en función de la posición del transductor piezoeléctrico de flexión.

La fig. 1 muestra un ejemplo de modo de realización de una válvula de seguridad 1 de acuerdo con la invención y configurada de forma modular. Esta comprende una unidad de control electrónica 2 para generar un voltaje de control, una etapa previa electrofluídica 3 con un transductor piezoeléctrico de flexión 4 que se puede accionar entre una posición de trabajo y una de seguridad por medio del voltaje de control que, en función de la posición, influye sobre el flujo de una corriente de fluido de control secundaria indicado por las flechas S1, S2, S3, y una etapa principal fluidomecánica 5 con un dispositivo de influencia 6 para influir sobre el flujo de una corriente de fluido de trabajo primaria indicado por las flechas P1, P2.

La etapa principal 5 está realizada aquí como variante NG (NG = normalmente cerrada) en estado accionado. Comprende una carcasa 7, una entrada fluídica 8 y una salida fluídica 9 para la corriente de fluido de trabajo primaria, una cámara de control 10 con un orificio 11 para la corriente de fluido secundaria S2, que se separa por una membrana 12, un elemento de accionamiento 14 que retorna por medio de un resorte 13 (y que en este caso se desvía contra la fuerza de resorte), así como un elemento de sellado 15 que está sujeto al mismo que, cuando el elemento de accionamiento 14 se desplaza hacia arriba, bloquea la corriente de fluido de trabajo primaria a través de la etapa principal 5 con un asiento de sellado 15a. El elemento de accionamiento 14 desplazable longitudinalmente consiste en un plato de membrana 14a unido con la membrana 12, así como un eje 14b sujeto al mismo, que sobresale en el flujo primario y en cuyo extremo libre está sujeto el elemento de sellado 15. La transmisión entre la etapa previa 3 y la etapa principal 5 se determina sustancialmente a través de la relación de área del plato de membrana 14a con respecto al elemento de sellado 15.

La etapa previa 3 está realizada como piezoválvula, representándose el transductor piezoeléctrico de flexión 4 tanto en su estado de trabajo accionado (con línea continua) como en su posición de seguridad (con línea discontinua). La adopción de la posición de seguridad (cuando no está presente voltaje de control) se fuerza por un resorte 16 que pretensa el transductor piezoeléctrico de flexión en dirección de la posición de seguridad. Ambos elementos (es decir, el transductor piezoeléctrico de flexión 4 y el resorte 16) se encuentran en una carcasa 17 de la etapa previa 3, que presenta un orificio de suministro 18 (para el fluido de control secundario presurizado), un orificio de ventilación 19, así como un orificio 20 para la corriente de fluido secundaria que se conduce a/desde la cámara de control 10 de la etapa principal 5, que se ha de conectar de forma adecuada con el orificio 11 superior en la carcasa 7 de la etapa principal 5.

En la posición de trabajo del transductor piezoeléctrico de flexión 4, hay un paso de fluido entre la entrada de suministro 18 y la salida 20 de la etapa previa 3 que conduce a la etapa principal 5, mientras que el orificio de ventilación 19 está cubierto o bloqueado por el extremo libre del transductor piezoeléctrico de flexión 4.

En la posición de seguridad del transductor piezoeléctrico de flexión 4 representada de forma discontinua, la entrada de suministro 18 está cubierta por el extremo libre del transductor piezoeléctrico de flexión 4, de modo que en esta posición haya un paso de fluido entre el orificio 20 y el orificio de ventilación 19, que conduce a la ventilación de la cámara de control 10 de la etapa principal, de modo que el dispositivo de influencia 6 de la etapa principal 5 se transfiera entonces a la posición final que bloquea la corriente de fluido de trabajo primaria debido a su pretensado de resorte.

Los conductores eléctricos 21, 22 de la etapa previa requeridos para el suministro del transductor piezoeléctrico de flexión 4 con el voltaje de control se conducen hacia el exterior a través de la carcasa 7, desde donde se conectan de forma habitual —por ejemplo, con ayuda de enchufes adecuados— por medio de un cable 23 a los orificios 24, 25 correspondientes de la unidad de control 2, seleccionándose para ello la variante más sencilla de una conexión de dos conductores en el ejemplo de modo de realización dado.

La unidad de control 2, diseñada de forma adecuada de forma habitual para controlar la válvula de seguridad 1 y, en particular, para generar un voltaje de control, se representada solo de forma esquemática. Además de la electrónica de control (no representada) que está diseñada de forma de acuerdo con la invención para la realización de pruebas de funcionamiento de la etapa previa 3 que se tienen que repetir de forma iterativa, también comprende elementos funcionales 26, un elemento de visualización 27 y conexiones o interfaces adecuadas (no representadas) para la comunicación con dispositivos y sistemas de control, regulación, diagnóstico y/o comunicación de nivel superior y para la transmisión activa o pasiva de los datos determinados durante las pruebas de funcionamiento iterativas. Además, pueden estar previstas entradas de señal adecuadas para cualquier señal de medición requerida para controlar la válvula.

La conexión que se ha de establecer de forma adecuada para la corriente de fluido de control secundaria entre los orificios 20, 11 en las etapas previa y principal 3, 5 está representada por una flecha doble. Por tanto, el dispositivo de influencia 6 de la etapa principal 5 se puede accionar por medio de la corriente de fluido de control secundaria que desemboca en la cámara de control 10 de la etapa principal 5, suministrándose la presión aplicada al orificio de suministro 18 de la etapa previa 3 a la cámara de control 10 de la etapa principal 5 cuando el transductor piezoeléctrico de flexión 4 está en la posición de trabajo mostrada en la fig. 1, con lo que el dispositivo de influencia 6 de la etapa principal 5, como se representa, adopta el estado de conmutación que libera la corriente de fluido de trabajo primaria.

Si el transductor piezoeléctrico de flexión 4 se transfiere ahora a la posición de seguridad representada de forma discontinua en la fig. 1 o se desvía en esta dirección a través de la desconexión o reducción del voltaje de control por medio de la unidad de control 2, la presión en la cámara de control 10 disminuye (debido a la apertura del orificio de ventilación 19), ya que el fluido de control secundario presurizado en la misma puede fluir de regreso a la etapa previa 3 y escapar a través de la salida de ventilación 19 de acuerdo con la flecha S3.

La unidad de control 2 de la válvula de seguridad 1 de acuerdo con la invención está diseñada para la realización de una prueba de funcionamiento de la etapa previa electrofluídica 3 de forma totalmente automática y que se tiene que repetir de forma iterativa después de la expiración de intervalos de tiempo predeterminados (por ejemplo, de entre 8 y 72 horas), induciéndose, en el contexto de la prueba de funcionamiento, con la variación adecuada del voltaje de control, un cambio de la posición del transductor piezoeléctrico de flexión 4 tan breve y/o tan insignificante, que, por un lado, se pueda comprobar su correcto funcionamiento con la determinación realizada simultáneamente de un movimiento de desviación realizado de forma real del transductor piezoeléctrico de flexión 4, pero, por otro lado, no se influya de ninguna manera sobre el flujo de la corriente de fluido de trabajo primaria a través de la etapa principal 5.

La fig. 2 muestra a modo de ejemplo las trayectorias de señal y presión durante una prueba de funcionamiento realizada de acuerdo con la invención, en la que se modula una señal de medición sobre el voltaje de control y la corriente (alterna) inducida como resultado se mide como señal de respuesta.

Los gráficos de la columna izquierda muestran las trayectorias de señal para un voltaje de control nominal (Unom), es decir, en la posición de trabajo.

Los gráficos en la columna derecha muestran las respectivas trayectorias de señal cuando se reduce el voltaje de control, habiendo abandonado el transductor piezoeléctrico de flexión 4 su posición final.

Cada uno de los gráficos en la fila superior muestra el voltaje de control U, que se modula sobre un voltaje alterno de baja amplitud como señal de medición. La fila central muestra la respectiva señal de corriente I medida como señal de respuesta y la fila inferior muestra la presión p resultante en la salida 20 de la etapa previa 3 (que conduce a la cámara de control 10 de la etapa principal 5).

En el caso expuesto, la señal de voltaje modulada tiene una frecuencia próxima y ligeramente por encima de la frecuencia de resonancia del transductor piezoeléctrico de flexión 4 en su posición final.

En posición de trabajo, la presión en la salida 20 de la etapa previa 3 es constante. Hay un pequeño desplazamiento de fase positivo entre el voltaje y la corriente.

Si ahora se reduce el voltaje de control, el transductor piezoeléctrico de flexión 4 abandona su posición final y la presión se reduce ligeramente, llevando cuidado, en el contexto de la prueba de funcionamiento realizada de acuerdo con la invención mediante la predeterminación adecuada del volumen de la cámara de control 10, de las condiciones de presión dadas y/o de la energía requerida para el accionamiento del dispositivo de influencia 6 de la etapa principal 5 (que también se determina, por ejemplo, por la fuerza de recuperación del resorte 13 de la etapa principal 5), de que la presión esté por encima de la presión de conmutación (p sw) necesaria para el accionamiento del dispositivo de influencia 6 de la etapa principal 5 en todo momento. Como resultado, se puede realizar una prueba de funcionamiento de la etapa previa sin influir sobre la corriente de fluido de trabajo primaria.

Al abandonar la posición final, resulta un cambio de la posición de fase y de la amplitud en la señal de respuesta, de modo que si hay un desplazamiento de fase entre la señal de medición modulada sobre el voltaje de suministro y la señal de respuesta (medida como flujo de corriente) que se desvía del desplazamiento de fase dado en la posición de trabajo, se puede inferir una desviación real del transductor piezoeléctrico de flexión desde su posición final y, por tanto, su correcto funcionamiento. El desplazamiento de fase entre corriente y voltaje ahora es de -180° en el ejemplo dado (véanse las trayectorias de señal representadas en los dos gráficos superiores en la columna derecha de la fig. 2).

Finalmente, para el ejemplo de modo de realización dado, la fig. 3 muestra la trayectoria del desplazamiento de fase en función de la posición/desviación (relativa) del transductor piezoeléctrico de flexión 4 desde su posición de trabajo, correspondiendo un valor de 1 a la transferencia del transductor piezoeléctrico de flexión en su posición de seguridad.

El gráfico representado en la fig. 3 se explica, en gran medida, por sí mismo junto con las explicaciones de la fig.

2. La trayectoria exacta del desplazamiento de fase depende de la frecuencia de la señal modulada. De nuevo, se expone un caso que se aplica a una frecuencia cercana y ligeramente por encima de la frecuencia de resonancia del transductor piezoeléctrico de flexión en la posición final.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Válvula de seguridad (1) con

- una unidad de control electrónica (2) para generar un voltaje de control,

- una etapa previa electrofluídica (3) que presenta un transductor piezoeléctrico de flexión (4) que se puede accionar entre una posición de trabajo y una de seguridad por medio del voltaje de control, que influye sobre el flujo de una corriente de fluido de control secundaria en función de la posición, y - una etapa principal fluidomecánica (5) con un dispositivo de influencia (6) para influir sobre el flujo de una corriente de fluido de trabajo primaria, pudiéndose accionar el dispositivo de influencia (6) por medio de la corriente de fluido de control secundaria que desemboca en una cámara de control (10) de la etapa principal (5),

caracterizada por

que la unidad de control (2) está diseñada para la realización de una prueba de funcionamiento de la etapa previa electrofluídica (3) de forma completamente automática y que se tiene que repetir de forma iterativa después de la expiración de intervalos de tiempo predeterminados, y que, en el contexto de la prueba de funcionamiento, con la variación adecuada del voltaje de control, se induce un cambio de la posición del transductor piezoeléctrico de flexión (4) tan breve y/o tan insignificante, que, por un lado, se pueda comprobar su correcto funcionamiento con la determinación realizada simultáneamente de un movimiento de desviación realizado de forma real del transductor piezoeléctrico de flexión (4), pero, por otro lado, no se influya de ninguna manera sobre el flujo de la corriente de fluido de trabajo primaria a través de la etapa principal (5).

2. Válvula de seguridad (1) de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizada por

que, mediante la predeterminación adecuada del volumen de la cámara de control (10), de las condiciones de presión dadas y/o de la energía requerida para su accionamiento, el dispositivo de influencia (6) de la etapa principal fluidomecánica (5) se acciona por el fluido secundario que fluye hacia la cámara de control solo con un retardo de tiempo tan grande que el transductor piezoeléctrico de flexión (4) se puede mover, en el contexto de la prueba de funcionamiento, desde su posición de trabajo a su posición de seguridad y viceversa por la breve desconexión del voltaje de control, sin dar como resultado una influencia sobre el flujo de la corriente de fluido de trabajo primaria a través de la etapa principal (5).

3. Válvula de seguridad (1) de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizada por

que el transductor piezoeléctrico de flexión (4) solo se desvía de forma insignificante de su posición de trabajo durante la prueba de funcionamiento por una reducción adecuada del voltaje de control.

4. Válvula de seguridad de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizada por

que la unidad de control electrónica (2), la etapa previa electrofluídica (3) y/o la etapa principal fluidomecánica (5) están realizadas respectivamente como módulos separados.

5. Válvula de seguridad de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizada por

que la etapa previa electrofluídica (3) no contiene ningún otro componente eléctrico y/o electrónico, a excepción de los conductores eléctricos (21,22) necesarios para alimentar el transductor piezoeléctrico de flexión (4) con el voltaje de control.

6. Válvula de seguridad (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en particular, de acuerdo con la reivindicación 5,

caracterizada por

que la unidad de control (2) está diseñada para modular una señal de medición eléctrica evaluable con respecto al transductor piezoeléctrico de flexión (4) durante la prueba de funcionamiento para fines de diagnóstico a través de los conductores (21, 22) que también conducen el voltaje de control.

7. Válvula de seguridad (1) de acuerdo con la reivindicación 6,

caracterizada por

que la unidad de control (2) está diseñada para detectar y evaluar una señal de respuesta provocada por la señal de medición para determinar un movimiento de desviación realizado de forma real del transductor piezoeléctrico de flexión (4).

8. Válvula de seguridad (1) de acuerdo con la reivindicación 6 y la reivindicación 7, caracterizada por que la señal de medición es un voltaje alterno y que, con la evaluación del desplazamiento de fase entre la señal de medición y la corriente alterna inducida de este modo como señal de respuesta, se determina un cambio de impedancia del transductor piezoeléctrico de flexión (4) que corresponde a un movimiento de desviación real del transductor piezoeléctrico de flexión (4).

9. Válvula de seguridad (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 5, caracterizada por

que la unidad de control (2) está diseñada para determinar un movimiento de desviación realizado de forma real del transductor piezoeléctrico de flexión (4) mediante la medición de capacitancia y/o de un cambio del comportamiento de resonancia del transductor piezoeléctrico de flexión (4).

10. Válvula de seguridad (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizada por

que la unidad de control (2) está diseñada para determinar la duración del intervalo de tiempo entre dos pruebas de funcionamiento dependiendo de un valor de calidad que representa la calidad del transductor piezoeléctrico de flexión (4), que, a su vez, se almacena en una unidad de almacenamiento preferentemente asignada a la unidad de control (2).

11. Válvula de seguridad (1) de acuerdo con la reivindicación 10,

caracterizada por

que la unidad de control (2) está diseñada para adaptar dinámicamente el valor de calidad y la duración resultante del intervalo de tiempo entre dos pruebas de funcionamiento dependiendo de los valores medidos de pruebas de funcionamiento anteriores.

12. Válvula de seguridad (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizada por

que la unidad de control (2) está diseñada para adaptar dinámicamente el voltaje de control requerido para accionar el transductor piezoeléctrico de flexión (4) dependiendo de los valores medidos de pruebas de funcionamiento anteriores.

13. Válvula de seguridad (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizada por

que el transductor piezoeléctrico de flexión (4) está configurado mediante selección de una geometría adecuada y materiales adecuados de modo que la capacitancia eléctrica del transductor piezoeléctrico de flexión (4), en un intervalo de temperatura de funcionamiento permisible de -40 °C a 80 °C, sea siempre menor de 170 nF, preferentemente menor de 100 nF.

14. Válvula de seguridad (1) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en particular, de acuerdo con la reivindicación 5 y la reivindicación 13,

caracterizada por

que la etapa previa electrofluídica (2) está configurada de acuerdo con DIN EN 60079-11 para su uso en atmósferas potencialmente explosivas, preferentemente como unidad realizada intrínsecamente segura.

15. Válvula de seguridad (1) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por

que la unidad de control (2) presenta una interfaz para la comunicación con dispositivos y sistemas de control, regulación, diagnóstico y/o comunicación de nivel superior y está diseñada para la transmisión activa o pasiva de los datos determinados durante las pruebas de funcionamiento iterativas.