HU223020B1 - Piezoszelep - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya piezoszelep, amely szelepházban elrendezettelhajlásos átalakítóegységgel (8) van ellátva, amely vezérlőfeszültségrákapcsolásával ellentétes kitérőmozgások elvégzésére kényszeríthető,legalább két elhajlóelemet (12, 13) tartalmaz. Az elhajlóelemek (12,13) az elhajlásos átalakítóegység (8) egyik végének tartományábanközös ágyazási szakaszt (14) képezően egymással szilárdan össze vannakkötve. Az elhajlásos átalakítóegység (8) forgástengely (32) körül aszelepházhoz (2) képest elforgathatóan van ágyazva. Legalább egyelhajlóelem (12, 13) legalább egy hozzárendelt szelepnyílás (24, 25)vezérlésére szolgáló vezérlő-elhajló átalakítóként van kiképezve, míga másik elhajlóelem (13, 12) – például a vezérlő-elhajló átalakítóállítási úthosszának növelésére alkalmasan – támasztó-elhajlóátalakítóként van kiképezve, amely a vezérlőfeszültség rákapcsolásávalegy kitérési útjában elrendezett támasztófelület (44) ellenelőfeszíthető. ŕ

Description

A találmány tárgya piezoszelep, amely több piezoelektromos elhajlóelemmel (átalakítóval) van ellátva és fluid áramok vezérlésére alkalmazható.

A WO 98/25061 számú közzétételi iratból olyan piezoszelep (piezoelektromos szelep) ismert, amelynél két piezoelektromos elhajlóelem villamos vezetőket tartalmazó flexibilis érintkeztetési ág segítségével egymással össze van kapcsolva, és egymástól elkülönítve szelepházban van elrendezve. A kívánt szelepfunkciónak megfelelően az elhajlóelemek villamosán vezérelhetők, hogy kitérőmozgást tudjanak végrehajtani, ami vezérelendő szelepnyílások nyitásához és zárásához hasznosítható.

Ahogy az egyetlenegy elhajlóelemet tartalmazó piezoszelepeknél, úgy a WO 98/25061 szerinti kialakításnál is felmerül az a probléma, hogy az elhajlóelemek kitérésével elérhető állítási úthosszák és ennek megfelelően egy szelepnyílás maximálisan szabaddá tehető áramlási keresztmetszete szokásos vezérlőfeszültségek esetén viszonylag kicsiny.

Ebből kiindulva a jelen találmány révén megoldandó feladat, hogy olyan piezoszelepet hozzunk létre, amelynél egy elhajlóelem segítségével nagyobb állítási úthosszák valósíthatók meg.

A feladat megoldására olyan piezoszelepet hoztunk létre, amely szelepházban elrendezett elhajlásos átalakítóegységgel van ellátva, amely vezérlőfeszültség rákapcsolásával ellentétes irányú kitérőmozgások elvégzésére kényszeríthető, legalább két elhajlóelemet tartalmaz, amelyek egymással párhuzamos kitérési síkokkal hosszoldalt egymás mellett vannak elrendezve, és az elhajlásos átalakítóegység egyik végének tartományában közös ágyazási szakaszt képezően egymással szilárdan össze vannak kötve, amely ágyazási szakaszon az elhajlásos átalakítóegység egy, a kitérési síkokhoz képest keresztirányban elhelyezkedő forgástengely körül a szelepházhoz képest elforgathatóan van ágyazva, és ahol legalább egy elhajlóelem legalább egy hozzárendelt szelepnyílás vezérlésére szolgáló vezérlő-elhajló átalakítóként van kiképezve, míg a másik elhajlóelem a vezérlő-elhajló átalakító állítási úthosszának és/vagy erejének növelésére alkalmasan - a vezérlőfeszültség rákapcsolásával egy, kitérési útjában elrendezett támasztófelület ellen előfeszíthető - támasztó-elhajló átalakítóként van kiképezve.

Ilyen jellegű kialakítás esetén vezérlőfeszültségnek az elhajlásos átalakítóegységre való kapcsolásával önmagában ismert módon a vezérlő-elhajló átalakító kitérése valósítható meg, amiből ezen vezérlő-elhajló átalakítónak egy bizonyos állítási úthossza adódik. Amennyiben járulékosan a támasztó-elhajló átalakítót aktiváljuk, amely ellentétes kitérési iránnyal a kitérési útjában elrendezett támasztófelületre nyomást fejt ki, úgy a fennmaradó elhajlásos átalakítóegység a forgástengely körül elfordul, ami a vezérlő-elhajló átalakítónak a kívánt kitérési irányban járulékos elmozdulásához és ennek megfelelően a vele megvalósítható állítási úthossz növekedéséhez vezet. Járulékosan vagy alternatív módon az ismertetett működés arra is hasznosítható, hogy azon erőt megnöveljük, amellyel a vezérlő-elhajló átalakítót egy meghatározott helyzetben tartjuk.

Egyetlenegy vezérlő-elhajló átalakítóval és egy támasztó-elhajló átalakítóval egyszerű lezáró szelepfunkció valósítható meg, ami egy további szelepnyílással kombinálva egy 2/2 utas szelep megvalósításához nyújt lehetőséget.

Az elhajlásos átalakítóegység elhajlóelemei azonban szükség esetén többfunkciós átalakítóként lehetnek kiképezve, úgyhogy mindegyik elhajlóelem vezérlőelhajló átalakítót képvisel, amely egyben a mindenkor másik vezérlő elhajlóelem számára támasztó-elhajló átalakítóként működik. Ily módon az állítási úthossz és/vagy záróerő növelésére vonatkozó ismertetett előnyök megtartása mellett továbbfejlesztett funkciójú piezoszelepek valósíthatók meg, például 3/2 utas szelepek és akár 3/3 és 3/4 utas szelepek, amelyek középhelyzetet is megvalósítanak, amelynél mindegyik elhajlóelem egy hozzárendelt szelepnyílást zár le. Az ilyen piezoszelepek olyan alkalmazások esetén fontosak, amelyeknek az a feladatuk, hogy egy előre megadott folyadéktérfogatot zárjanak be.

Az elhajlásos átalakítóegység elfordulást lehetővé tevő ágyazásának egy további előnye abban van, hogy hőmérsékletre visszavezethető deformálódások esetén a feszültségviszonyok befolyásolása nélkül egy önműködő helyzetkorrekció valósul meg, úgyhogy a hőmérsékleti hatásoktól függetlenül mindenkor azonos üzemi tulajdonságok biztosíthatók.

Végül a találmány szerinti felépítés révén a piezoszelep előállítását is megkönnyítjük, mivel az elhajlóelem befogásától el lehet tekinteni, amelyet csupán elfordulást lehetővé tevő módon fel kell függeszteni.

A találmány további előnyei az aligénypontokban megadott jellemzők révén biztosíthatók.

Reciprok működőképesség biztosítása érdekében, azaz annak érdekében, hogy mindegyik elhajlóelem mind vezérlő-elhajló átalakítót, mind - a másik vezérlőelhajló átalakítóhoz képest - támasztó-elhajló átalakítót képezzen, különösen előnyös, ha a támasztó funkciót biztosító támasztófelületet közvetlenül a mindenkor hozzárendelt szelepnyílás szelepüléke képezi. így külön támasztófelület kialakításától el lehet tekinteni, ennek funkcióját a szelepülék veszi át.

Célszerű, ha a vezérlő-elhajló átalakító által vezérelendő szelepnyílás az elhajlásos átalakítóegységnek ugyanazon hosszanti oldalán van elrendezve, mint a szomszédos támasztó-elhajló átalakítóhoz hozzárendelt támasztófelület.

Előnyös továbbá, ha két vezérelendő szelepnyílás jelenléte esetén ezen szelepnyílások az elhajlásos átalakítóegység egy és ugyanazon oldalán vannak elrendezve. Ezáltal az előállítást megkönnyítjük, mivel az összes vezérelendő szelepnyílás az adott esetben hozzárendelt szelepülékekkel a szelepháznak egy közös házrészében lehet kiképezve, úgyhogy a gyártási tűrések minimumra csökkenthetők.

Célszerű, ha az elhajlásos átalakítóegység elfordulást lehetővé tevő ágyazására szolgáló szerkezeti megoldások, valamint a vezérelendő szelepnyílások és a támasztófelületek a szelepháznak egy és ugyanazon házrészén vannak elrendezve.

HU 223 020 Bl

Előnyös az olyan kiviteli alak, amelyben az elhajlásos átalakítóegységre történő hatáskifejtés céljából legalább egy vezérlő-elhajló átalakító - a vezérelendő szelepnyílást lezáró záróhelyzet irányában - előfeszítő rugóeszközökkel van ellátva. Ebben az esetben célszerű, ha a rugóeszközök hozzárendelt vezérlő-elhajló átalakítót vezérlő feszültség hiánya esetén zárt helyzetben tartó eszközökként vannak kiképezve. Az ágyazási szakasz tartományában létrehozott, forgatónyomaték tekintetében merev összeköttetésen keresztül ezáltal egyben biztosítható, hogy a másik elhajlóelem is záró helyzetben legyen előfeszíthető, amennyiben szintén vezérlőelhajló átalakítóként működik.

Célszerű, ha az elhajlóelemek - egyidejűleg ellentétes irányú kitérést előidéző közös vezérlést lehetővé tévőén - egymással villamosán vannak összekötve. Azonban lehetséges olyan megoldás is, amely egyéni vezérlési lehetőséget biztosít, úgyhogy például a kívánt állítási úthossz megnövelését és/vagy erőmegnövelését biztosító hatást csak szükség esetén alkalmazzuk vagy változtathatóan alkalmazzuk, hogy például állandó alkalmazások számára változó állításiúthossz-növeléseket biztosítsunk.

Az elfordulást lehetővé tevő ágyazásnak egy különösen előnyös kiviteli alakja esetén az elhajlásos átalakítóegység ágyazási szakaszának egyik oldalával a házoldali felfekvési részen fekszik fel, és ott legalább egy, ellenkező oldalról ható terhelőelem révén a felfekvési rész ellen elő van feszítve. Az elhajlásos átalakítóegység ekkor az elfordulást lehetővé tevő ágyazási hely tartományában tengelyirányban mozgathatatlanul van rögzítve, hogy az elfordulás során a kívánt menesztést hatást biztosítsa. A legalább egy terhelőelem különösen rugóelemként van kiképezve.

Az elhajlásos átalakítóegység megfelelő kialakítása esetén a vezérlőfeszültségnek az üzemeléshez szükséges betáplálása közvetlenül a legalább egy terhelőelemen és/vagy a felfekvési részen keresztül valósítható meg, úgyhogy járulékos érintkeztetési intézkedések alkalmazására nincs szükség.

Különösen a mindenkori üzemi követelmények figyelembevételével olyan kiviteli alak képezhető ki, amelynél a vezérelendő szelepnyílások és a forgástengely között meglévő szokásosan azonos távolságtól eltérően különböző távolságok vannak megvalósítva. Több vezérelendő szelepnyílás alkalmazása esetén a hozzájuk rendelt szelepülékek választhatóan egy közös síkban vagy eltérő magasságokban lehetnek elrendezve.

A két elhajlóelem merev összeköttetése a közös ágyazási szakasz tartományában elvileg tetszőleges olyan rögzítőeszközökkel valósítható meg, amelyek olyan jellegű merev kapcsolatot biztosítanak, hogy a két elhajlóelem között a forgástengely által meghatározott forgásirányban forgatónyomaték-átvitel biztosítható, amely a kívánt hatást biztosítja. Különösen előnyösnek azonban olyan kiviteli alakot tekintünk, amelynél a két elhajlóelem egy vagy több piezoanyagréteget tartalmazó, hozzá tartozó elektródelrendezéssel ellátott, mindenkor legalább egy piezotesttel van ellátva, ahol az elhajlóelemek az ágyazási szakaszon piezotesteik piezoanyagrétegeivel egydarabosan, egymással szilárdan vannak összekötve. Ezen egydarabos felépítési mód gyártástechnológiailag különösen előnyös, ahol az elhajlásos átalakítóegységet hosszának egy részén réseit lemezhez hasonlóként lehet elképzelni.

A találmányt az alábbiakban egy előnyös kiviteli példa kapcsán a mellékelt rajzra való hivatkozással részletesebben is ismertetjük, ahol a rajzon az

1. ábrán a találmány szerinti piezoszelepnek egy első kiviteli alakja a 2. ábrán bejelölt I-I metszésvonal mentén vett metszetben 3/3 utas piezoszelepként, a

2. ábrán az 1. ábra szerinti piezoszelep II-II metszésvonal mentén vett keresztmetszete zárt helyzetben, ahol mindegyik elhajlóelem egy hozzárendelt szelepnyílást zár le, a

3. ábrán az 1. ábra szerinti piezoszelep a 2. ábrának megfelelő nézetben táplálási helyzetben, amelyben tápcsatornához tartozó szelepnyílás szabaddá van téve és szellőztetőcsatomához tartozó szelepnyílás le van zárva, a

4. ábrán az 1. ábra szerinti piezoszelep a 2. és 3. ábrának megfelelő nézetben szellőztetési helyzetben, amelynél szellőztetőcsatomához tartozó szelepnyílás szabaddá van téve és tápcsatornához tartozó szelepnyílás zárva van, az

5-7. ábrákon az 1. ábra szerinti piezoszelep vázlatos hosszmetszetben, ahol a zárt helyzetet (5. ábra), a táplálási helyzetet (6. ábra) és a szellőztetési helyzetet (7. ábra) szemléltettük, a

8. ábrán a piezoszelep perspektivikus nézete csak részben ábrázolt szelepházzal, és a

9. ábrán külön csak az elhajlásos átalakítóegység látható, két nagyobb felületű, hosszanti oldalainak egyikére való felülnézetben.

A rajzon ismertetett 1 piezoszelep hosszúkás 2 szelepházzal van ellátva, amely 3 szelepkamrát határol.

A 2 szelepház előnyösen kétrészes házként van kiképezve, amely alsó 4 házrészből és ehhez rögzített felső 5 házrészből áll. A bemutatott kiviteli példa esetén az alsó 4 házrész 6 fenékrésszel és annak peremeiből kiinduló, felfelé mutató 7 oldalfalakkal van ellátva, amelyekhez a felső 5 házrész fedélszerűen csatlakozik.

A 3 szelepkamrában hosszúkás 8 elhajlásos átalakítóegység van elrendezve, amelyet a 8. ábrán perspektivikus nézetben, a 9. ábrán pedig felülnézetben mutattunk be. A 8 elhajlásos átalakítóegység lemezszerű lapos alakkal rendelkezik és két piezoelektromos hosszúkás 12, 13 elhajlóelemet tartalmaz, amelyek a 8 elhajlásos átalakítóegység hátsó végének tartományában 14 ágyazási szakaszon keresztül egymással szilárdan össze vannak kötve. A két 12, 13 elhajlóelem így a 14 ágyazási szakasszal együtt önhordozó szerkezeti egységet képezve 8 elhajlásos átalakítóegységgé van összefogva.

A 8 elhajlásos átalakítóegység a 14 ágyazási szakaszon keresztül a 2 szelepházban van rögzítve. Az ábrán jelöltük a házoldali 15 ágyazási helyet.

A 12, 13 elhajlóelemek a bemutatott kiviteli példa esetén két 16a, 16b piezotestet tartalmazó bimorf szer3

HU 223 020 Bl kezetűek, ahol a 16a, 16b piezotestek hosszoldalt például ragasztással vannak egymáshoz rögzítve. Mindegyik 16a, 16b piezotest egy vagy több 45a, 45b piezoanyagréteggel, valamint 17a, 17b elektródelrendezéssel van ellátva, amely önmagában ismert módon az egyes piezoanyagrétegek, illetve az egymáshoz illesztett piezotestek között helyezkedik el. A 9. ábra szerinti felülnézetben a két 12,13 elhajlóelem az 1. ábrán felül elhelyezkedő első 16a piezotestéhez tartozó 17a elektródelrendezés két külső elektródrétegét sraffozással jelöltük. A 12,13 elhajlóelemek alsó oldalán egy hasonló elektródszerkezet helyezkedik el.

A 17a, 17b elektródelrendezésekre kívülről villamos 18a, 18b érintkezőeszközökön keresztül vezérlőfeszültség kapcsolható. Ennek hatására a vonatkozó 12, 13 elhajlóelem 22, 23 kitérési síkban kitér, amely 22, kitérési sík a gerjesztetten 8 elhajlásos átalakítóegység fő kiterjedési síkjával derékszöget bezáróan helyezkedik el. A kitérési mozgás hajlási mozgás, amelyet 21 kettős nyíllal jelöltünk. Ez a mozgás a piezoelektromos anyagnak az elektródelrendezésen keresztül rákapcsolt villamos erőtér hatására bekövetkező lerövidüléséből és adott esetben meghosszabbodásából adódik.

A 12, 13 elhajlóelemek a bemutatott kiviteli példa esetén úgy vannak kiképezve, hogy egy alaphelyzetből kiindulva, amelyben a 8 elhajlásos átalakítóegység fő kiterjedési síkjában helyezkednek el, választhatóan ezen sík egyik vagy másik oldala felé kitéríthetők.

Elvileg a 12, 13 elhajlóelemek más szerkezettel is ki tehernek képezve és például unimorf vagy trimorf piezoelektromos eszközként lehetnek kiképezve.

A két 12,13 elhajlóetem a 8 elhajlásos átalakítóegységen belül hosszirányban kis távolsággal egymás mellett van elrendezve, ahol 22,23 kitérítési síkjai egymással párhuzamosan helyezkednek el. A 17a, 17b elektródelrendezések előnyösen oly módon vannak egymással összekötve, hogy a 12,13 elhajlóelemek vezérlőfeszültség rákapcsolása esetén ellenértelmű kitérési mozgások elvégzésére vannak kényszerítve. Ezen kitérési mozgások iránya a rákapcsolt vezérlőfeszültség polaritásától függ. Az ezen működési módot biztosító kapcsolás az 1 piezoszelepbe tehet beépítve, például a 18a, 18b érintkezőeszközök és/vagy a 17a, 17b elektródelrendezések megfelelő összekapcsolásával, de ez a kapcsolás külső kapcsolásként is meg tehet valósítva.

A bemutatott kiviteli példa szerinti piezoszelep 3/3 utas szelepként van kiképezve. Két vezérelhető 24, 25 szelepnyílással rendelkezik, amelyek közül az első szelepnyílás az első 12 elhajlóetemhez és a második szelepnyílás a második 13 elhajlóetemhez van hozzárendelve. A vonatkozó 12, 13 elhajlóetem pozicionálásának megfelelően a hozzárendelt 24, 25 szelepnyílás zárt helyzetbe hozható vagy szabaddá tehető.

A két vezérelhető 24, 25 szelepnyílás a 3 szelepkamrában a 2 szelepháznak az ezt határoló belső felületén van elrendezve. Ott ezenkívül egy nem vezérelhető harmadik 26 szelepnyílás is elhelyezkedik, amely a 8 elhajlásos átalakítóegység működési állapotától függetlenül állandóan a 3 szelepkamrával közlekedő kapcsolatban van.

Mindegyik 24,25,26 szelepnyílás egy, a 2 szelepházon átvezető 27 szelepcsatomával áll kapcsolatban, amely kifelé van vezetve. Az első 24 szelepnyíláshoz hozzárendelt 27 szelepcsatoma egy, üzem közben nyomásforrással összekapcsolt 27a tápcsatornát képez, ahol nyomóközegként különösen gáznemű nyomóközeget és különösen nyomólevegőt alkalmazunk. Hasonlóképpen hidraulikus nyomóközeget is alkalmazhatunk.

A vezérelhető második 25 szelepnyílással kommunikáló 27 szelepcsatoma 27b szellőztetőcsatoma, amely például a környezetbe van vezetve. A még hátralévő, a nem vezérelhető harmadik 26 szelepnyílással kapcsolatban lévő 27 szelepcsatoma pedig 27c munkacsatornát képvisel, amelyhez egy működtetendő fogyasztó, például egy fluidummal működtethető hajtás csatlakoztatható.

Megfelelő villamos vezérléssel és ezzel összefüggő kitéréssel vagy nem kitéréssel a két 12, 13 elhajlóetem meghatározott helyzetek elfoglalására kényszeríthető. A bemutatott kiviteli példában ilyen helyzetek például a 2, és 5. ábrán látható zárt helyzet, a 3. és 6. ábrán látható táplálási helyzet és a 4. és 7. ábrán látható szellőztetési helyzet.

A zárt helyzetben a két vezérelhető 24,25 szelepnyílás a hozzárendelt 12, 13 elhajlóetem révén tömören te van zárva, úgyhogy a 3 szelepkamrában és a fogyasztóhoz vezető 27c munkacsatornában lévő nyomóközeg be van zárva.

A táplálási helyzetben a 27a tápcsatornához hozzárendelt első 24 szelepnyílás szabaddá van téve, míg egyidejűleg a 27b szellőztetőcsatomával összekapcsolt vezérelhető második 25 szelepnyílás zárt állapotban van. Ily módon a 27c munkacsatornát a 3 szelepkamrán át a 27a tápcsatornán keresztül bevezetett nyomóközeggel tápláljuk.

Szellőztetési helyzetben, fordítva, mint a táplálási helyzetben, a 27a tápcsatorna te van zárva és a 27b szellőztetőcsatoma szabaddá van téve, úgyhogy a 27c munkacsatornához csatlakoztatott fogyasztó a 3 szelepkamrán át a 27b szellőztetőcsatoma felé szellőztetve van.

Az ismertetett funkciók kapcsolási funkciókként állhatnak rendelkezésre, tehetséges azonban, hogy a vezérelhető 24,25 szelepnyílások tartományában biztosítandó változtatható előírt áramlási keresztmetszetek megvalósítása céljából folytonos vezérlést biztosítsunk.

A példa szerinti 1 piezoszelep 3/4 utas szelepként is üzemeltethető, amikor is a két vezérelhető 24, 25 szelepnyílás egyidejűleg történő szabaddá tételével egy negyedik kapcsolási helyzetet biztosíthatunk.

Elvileg tehetséges, hogy a vezérelendő 24, 25 szelepnyílásokat a kitérési úton kívül és különösen a hozzárendelt 12, 13 elhajlóetem mellett hosszoldalt vagy homlokoldalt helyezzük el, úgyhogy a nyitási mérték vezérlése a mindenkori 12, 13 elhajlóelem peremfelülete révén valósítható meg. Általában viszont a rajzon bemutatott kiviteli alak részesítendő előnyben, amelynél a vezérelhető 24, 25 szelepnyílások közvetlenül a hozzárendelt 12, 13 elhajlóetem kitérési útjában vannak elrendezve és egy, előnyösen kissé kiemelkedően kiképzett 28 szelepülék által vannak körülhatárolva,

HU 223 020 Bl amelyen a vonatkozó 12, 13 elhajlóelem zárt helyzetben fekszik fel, és amelytől nyitott helyzetben a szabaddá teendő áramlási keresztmetszetnek megfelelően többé-kevésbé el van emelve. így tehát egyfajta ülékes szelep van megvalósítva.

Mivel a két 12, 13 elhajlóelem a vezérelhető 24, 25 szelepnyílásokkal való együttműködés révén fluid áramok vezérlésére szolgál, vezérlő-elhajló átalakítónak is nevezhetjük ezeket.

A vezérelhető 24,25 szelepnyílások a 8 elhajlásos átalakítóegység azonos oldalán helyezkednek el, és a bemutatott kiviteli példa esetén annak fő kiterjedési síkja alatt. Ez a többrészes házkialakítással együtt azt a gyártástechnológiai előnyt biztosítja, hogy a vonatkozó szerkezeti elemek az egyik alakos részfélben rendezhetők el.

Az 1 piezoszelepnek egy további lényeges különlegessége abban van, hogy a 8 elhajlásos átalakítóegység a 14 ágyazási szakaszon nem szilárdan van befogva, ahogy ez piezoszelepeknél szokásos, hanem a 14 ágyazási szakasz a 15 ágyazási helyen a 22,23 kitérési síkokra keresztirányban és különösen vele derékszöget bezáróan elhelyezkedő 32 forgástengely körül a 2 szelepházhoz képest elforgathatóan van ágyazva (31 kettős nyíl). Mivel a 32 forgástengely előnyösen a 8 elhajlásos átalakítóegység hátsó 33 homlokfelületétől tengelyirányú távolságban van elrendezve, és különösen a 14 ágyazási szakasznak a 12,13 elhajlóelemek felé mutató elülső oldala közvetlen közelében helyezkedik el, a 8 elhajlásos átalakítóegység összességében egy elforgathatóan ágyazott kétkarú emelővel hasonlítható össze, amely himbaszerűen elforgatható, ahol a 14 ágyazási szakasz az

1. ábrán lefelé mozogna, ha a két 12, 13 elhajlóelemet egyidejűleg felfelé mozgatnánk, és fordítva.

A 32 forgástengely közvetlenül fizikai tengelyként lehet megvalósítva, például a 8 elhajlásos átalakítóegység hosszoldali peremén kiálló tengelycsapok segítségével, amelyek a 2 szelepházban forgási szabadságfok biztosítása mellett vannak ágyazva.

A 32 forgástengelynek főleg gyártástechnológiai vonatkozásban különösen előnyös meghatározása a kiviteli példánál található. Itt a 8 elhajlásos átalakítóegység az előnyösen téglalap alakú vagy négyzetes körvonalú 14 ágyazási szakasz két nagyobb felületű oldalának egyikével egy házoldali 35 felfekvési részre van felfektetve és két, ellenkező oldalról a 14 ágyazási szakaszra ható 36 terhelőelem által a 35 felfekvési rész ellen rugalmasan elő van feszítve. A 35 felfekvési rész a kiviteli példánál a 2 szelepház falának a 3 szelepkamrába benyúló kiugró része által van kiképezve, és ez egy, a 22, 23 kitérési síkokkal derékszöget bezáró 37 felfekvési élt határoz meg, amelyen a 14 ágyazási szakasz fekszik fel. Ebben az esetben a 14 ágyazási szakasz egy részletesebben be nem mutatott mélyedéssel van ellátva, amelybe a 37 felfekvési él kismértékben bemerülhet, úgyhogy a 8 elhajlásos átalakítóegységnek a 2 szelepházhoz képesti axiális mozgását a 35 felfekvési rész és a 14 ágyazási szakasz közötti alakzáró együttműködés révén megakadályozzuk.

Magától értetődő, hogy az axiális irányú rögzítés más módon is biztosítható.

A kiviteli példa esetén a 32 forgástengely a 14 ágyazási szakasznak egy olyan részében helyezkedik el, amely villamosán aktivált 12, 13 elhajlóelemek esetén szintén piezoelektromosán aktivált állapotban van, mivel a 17a, 17b elektródelrendezések az elfordulást biztosítóan ágyazott tartományba nyúlnak be. Alternatív módon lehetőség van arra is, hogy a forgástengelyt a 8 elhajlásos átalakítóegységnek egy, a 12, 13 elhajlóelemek üzemi állapotától függetlenül állandóan piezoelektromosán inaktív tartományában rendezzük el.

Annak érdekében, hogy a 8 elhajlásos átalakítóegység hosszirányában a 2 szelepházhoz képest stabilizálva legyen és fő kiterjedési síkjában ne tudjon elfordulni, még egy házhoz rögzített 38 központosító kiálló rész van elrendezve, amely kardszerűen a két 12,13 elhajlóelem között meglévő résszerű 42 térközbe nyúlik bele. A 38 központosító kiugró rész célszerűen közvetlenül a 14 ágyazási szakasz 34 elülső oldala előtt van elrendezve, és a 12, 13 elhajlóelemek hosszának egy része mentén helyezkedik el.

A 35 felfekvési rész célszerűen ugyanazon házrészen helyezkedik el, mint a vezérelhető 24, 25 szelepnyílások, ahol célszerűen a 38 központosító kiugró rész is ezen házrészen van elrendezve, amely a kiviteli példa esetén az alsó 4 házrész.

A 36 terhelőelemek célszerűen házhoz rögzített rugózó elemekként vannak kiképezve, ahol mindegyik 36 terhelőelem a két 12,13 elhajlóelem egyikének meghosszabbításában van elrendezve, és a 14 ágyazási szakaszra hatást fejt ki. Ennek az az oka, hogy a 36 terhelőelemeket egyben villamos 18a érintkezőeszközökként alkalmazzuk, amelyeken keresztül a mindenkori 12, 13 elhajlóelem 17a elektródelrendezését vezérlőfeszültséggel látjuk el.

Célszerűen a 35 felfekvési rész is ilyen jellegű kettős funkciót lát el, amikor is a villamos 18b érintkezőeszközök alkotórészeként van kiképezve, amelyen keresztül a második 16b piezotest 17b elektródelrendezésének áramellátása van megvalósítva. Ennek érdekében mindenkor a 16a, 16b piezotest legfelső és legalsó elektródrétegei szabaddá lehetnek téve, úgyhogy a 14 ágyazási szakaszhoz hozzárendelt villamos 18a, 18b érintkezőeszközökön keresztül közvetlen érintkeztetés valósítható meg.

Két 36 terhelőelem helyett elvileg egyetlenegy terhelőelem is alkalmazható. Ezenkívül a vezérlőfeszültség betáplálása elvileg az elfordulást lehetővé tevő ágyazáshoz alkalmazott eszközöktől különválasztva is meg lehet valósítva.

A két 12, 13 elhajlóelemnek a 14 ágyazási szakasz tartományában létrehozott merev összeköttetése miatt a két 12, 13 elhajlóelem között 21 nyíllal jelölt kitérési irányban erőátvitel valósítható meg. Amennyiben az egyik elhajlóelemre az egyik kitérési irányban erőt fejtünk ki, úgy ez, amennyiben más intézkedéseket nem foganatosítottunk, a másik elhajlóelem menesztését eredményezi.

Ezt a hatást a kiviteli példa szerinti piezoszelep esetén többek között arra használjuk fel, hogy deaktivált 12, 13 elhajlóelemek esetén kis ráfordítással a 2-5. áb5

HU 223 020 ΒΙ rák szerinti zárt helyzetet biztosítsuk. A 2 szelepház és csupán az egyik 12 elhajlóelem között 43 rugóeszközök fejtik ki hatásukat, amikor is ezen 12 elhajlóelemet zárt helyzetbe előfeszítik. A 14 ágyazási szakasz tartományában biztosított, viszonylag merev összeköttetés miatt ennek az a következménye, hogy a másik 13 elhajlóelemet is zárt helyzetbe előfeszítjük, anélkül, hogy ehhez egyéni rugóeszközök révén külön erőkifejtésre lenne szükség. A 43 rugóeszközök által a közvetlenül hozzárendelt 12 elhajlóelemre kifejtett záróerő így hasonló módon a másik 13 elhajlóelemre is hatást fejt ki.

A kiviteli példa esetén 43 rugóeszközökként nyomórugó-elrendezést alkalmazunk, amely a vonatkozó 12 elhajlóelem szabad vége és a 2 szelepháznak ezzel szemben lévő szakasza között van megtámasztva. Elvileg azonban más rugóeszközök vagy a rugóerő bevezetésére szánt más támadási pontok is lehetségesek.

A 43 rugóeszközök célszerűen a 27a tápcsatornát vezérlő első 12 elhajlóelemmel működnek együtt, mivel itt a meglévő túlnyomás miatt a legnagyobb ellenerőt kell kifejteni.

A teljesség kedvéért azonban megemlítenénk, hogy elvileg mind a két 12,13 elhajlóelem rugóeszközök segítségével meghatározott helyzetbe lehet előfeszítve.

Az 1 piezoszelepnek egy különösen előnyös aspektusa akkor adódik, ha a 12,13 elhajlóelemek üzem közben ellentétes irányban vannak kitérítve. Ebben az esetben a 12, 13 elhajlóelemek közötti szilárd kapcsolat az említett, elfordulást lehetővé tevő ágyazással együtt a vonatkozó vezérlő-elhajló átalakító által megvalósítható állítási út növelését teszi lehetővé, tehát a vonatkozó vezérlő-elhajló átalakító és a hozzárendelt vezérelhető szelepnyílás között nyitott helyzetben megvalósított távolság növelését.

Magyarázatként a 2. és 5. ábra szerinti zárt helyzetet és a 3. és 6. ábra szerinti táplálási helyzetet tárgyaljuk. Deaktivált állapotban zárt helyzet áll fenn, amelyben a két 12,13 elhajlóelem a 43 rugóeszközök révén a hozzárendelt 24,25 szelepnyílás 28 szelepülékéhez van hozzányomva, úgyhogy a 24, 25 szelepnyílások zárva vannak, és mindegyik 12, 13 elhajlóelem zárt helyzetet foglal el.

A táplálási helyzet beállítása érdekében az első 12 elhajlóelemet a hozzárendelt 28 szelepüléktől való felemelése értelmében vezéreljük. Egyidejűleg a második 13 elhajlóelemre erőt fejtünk ki oly módon, hogy ez arra hajlik, hogy ellenkező irányban kitérjen. így tehát a második 13 elhajlóelemet járulékosan a hozzárendelt 28 szelepülékéhez hozzányomjuk, amely ennek során 44 támasztófelületként hat, amely ténylegesen a második 13 elhajlóelemnek a második 25 szelepnyílás tartományában történő kitérését akadályozza meg. A kifejtett kitérítési erő hatására viszont a második 13 elhajlóelem a 6. ábra szerinti vázlatos ismertetésnek lényegében megfelelően elhajlik (elgörbül), úgyhogy a 14 ágyazási szakasz a 32 forgástengely körül elfordul, ami a fentiekben ismertetett menesztési hatás miatt ahhoz vezet, hogy az első 12 elhajlóelem a hozzárendelt 24 szelepnyílás 28 szelepülékétől tovább távolodik.

A második 13 elhajlóelem ebben az esetben támasztó-elhajló átalakítóként működik, amely a vezérlő-elhajló átalakítóként működő első 12 elhajlóelem löketnövekedéséhez járul hozzá.

Ellentétes hatásmód a vezérlőfeszültség polaritásának változtatásával biztosítható, úgyhogy az első 12 elhajlóelemet zárt helyzetbe nyomjuk, és a második 13 elhajlóelemet a hozzárendelt második 25 szelepnyílástól elemeljük. Ebben az esetben az első 12 elhajlóelem támasztó-elhajló átalakítóként működik, amelyet a hozzárendelt első 24 szelepnyílás 24 szelepüléke ellen előfeszítünk, ahol ez a 28 szelepülék ebben az esetben támasztófelületként működik. Ekkor a 4. és 7. ábrán felismerhető szellőztetési helyzet adódik, ahol a második 13 elhajlóelem állítási úthosszát az említett hatás segítségével megnöveltük.

A kiválasztott vezérléstől függően így tehát a két 12, 13 elhajlóelem mindenkor a másik elhajlóelem számára támasztó-elhajló átalakítóként működik, ami a másik elhajlóelem megvalósítható állítási úthosszának növelését biztosítja.

Az elhajlóelem megtámasztása szükség esetén arra is szolgálhat, hogy a záróerőt növeljük, amellyel a másik elhajlóelemet egy vezérelendő szelepnyíláshoz nyomjuk. Ebben az esetben a vezérelendő szelepnyílás és a támasztó-elhajló átalakítóhoz hozzárendelt támasztófelület célszerűen a 8 elhajlásos átalakítóegység fő kiterjedési síkjának ellenkező oldalain helyezkedne el. Ezt a kialakítást az ábrán nem mutattuk be.

Például csupán 2/2-es kapcsolási funkcióhoz kiképzett piezoszelep esetén a két elhajlóelemnek váltakozva támasztó-elhajló átalakítóként történő alkalmazásától eltekinthetünk. Ebben az esetben csupán egyetlenegy elhajlóelemet szelepnyílás vezérlésére szolgáló vezérlőelhajló átalakítóként és a másik elhajlóelemet kizárólag támasztó-elhajló átalakítóként alkalmazhatjuk, ahol a támasztófelület egy tetszőleges házhoz rögzített felület, amely szelepnyíláshoz nincs hozzárendelve. Ebben az esetben a támasztó-elhajló átalakítónak nem lenne külön fluidumvezérlő funkciója, hanem ezt kizárólag a vezérlő-elhajló átalakítóként működő másik elhajlóelem út- és/vagy erőnöveléséhez alkalmaznánk.

Célszerű, ha a 8 elhajlásos átalakítóegység elfordulást biztosító ágyazására szolgáló összes szerkezeti részt, valamint a vezérelendő 24, 25 szelepnyílásokat és a 44 támasztófelületeket a 2 szelepháznak egy és ugyanazon házrészében rendezzük el, amely házrészt előnyösen az alsó 4 házrész képezi.

Az 1 piezoszelepnél továbbá előnyös, hogy a 8 elhajlásos átalakítóegység szilárd befogásától eltekinthetünk, amelyet előfeszítés érdekében különleges módon kellene kiképezni. Ezért a szerelés lényegesen leegyszerűsíthető.

A két 12, 13 elhajlóelem mechanikus mozgáscsatolása miatt a házgeometria megfelelő hozzáigazítása és a vezérelendő szelepnyílások megfelelő hozzárendelése esetén eltérő üzemelési tulajdonságokkal jellemezhető piezoszelepek egyszerű módon valósíthatók meg. Például lehetőség lenne arra, hogy a két vezérelendő 24, 25 szelepnyílást a bemutatott kiviteli példától eltérően, amelynél a 32 forgástengelyétől azonos távolságban vannak elrendezve, a 32 forgástengelytől eltérő távol6

HU 223 020 Bl ságban rendezzük el. A 12,13 elhajlóeleinek továbbá a bemutatott kiviteli példától eltérően, amelynél azonos hosszal rendelkeznek, eltérő hosszúsággal lehetnek kialakítva. Végül arra is lenne lehetőség, hogy a vezérelendő 24, 25 szelepnyílásokhoz hozzárendelt 28 szelepülékeket ne közös síkban fekvőén helyezzük el, ahogy a bemutatott kiviteli példa esetén, hanem eltérő magasságokban helyezzük el, úgyhogy például a 2. ábrán bemutatott állapottól eltérően az egyik elhajlóelemnek a hozzárendelt szelepülékkel szembeni előfeszítése nem tartaná egyben a másik elhajlóelemet is zárt helyzetben, hanem az ahhoz hozzárendelt szelepnyílás nyitva maradna.

A piezoszelep oly módon is ki lehet képezve, hogy legalább egyik elhajlóelemhez ellenkező hosszanti oldalakon elhelyezkedő és vezérelendő két szelepnyílás van hozzárendelve.

A két 12, 13 elhajlóelemnek a 15 ágyazást helyen megvalósított, forgatónyomaték szempontjából merev összeköttetése tetszőleges intézkedések révén hozható létre, például azáltal, hogy a két 12, 13 elhajlóelemet mechanikus összekötő eszközök segítségével egymáshoz viszonyítva rögzítjük és/vagy egymással megfeszítve összekapcsoljuk, vagy az elhajlóelemeket egymással összeragasztjuk vagy összehegesztjük. Különösen előnyös viszont a bemutatott kiviteli példánál megvalósított kialakítás, amelynél a két 12, 13 elhajlóelemnek egy közös síkban fekvő 16a, 16b piezotestei 45a, 45b piezoanyagrétegeivel egydarabosan szilárdan egymással össze vannak kötve. A két 12, 13 elhajlóelem 16a, 16b piezotesteinek az azonos rétegsíkban lévő 45a, 45b piezoanyagrétegei ily módon egyetlenegy testként vannak kiképezve, amely például a 42 térközt meghatározó hosszanti résnek piezoanyaglemezben való létrehozásával alakítható ki.

Az egydarabos felépítés révén különösen egyszerűen a két 12,13 elhajlóelem azonos szerkezeti felépítése valósítható meg, ami azonos üzemi tulajdonságokat biztosít.

Claims (22)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Piezoszelep, amely szelepházban elrendezett elhajlásos átalakítóegységgel (8) van ellátva, amely vezérlőfeszültség rákapcsolásával ellentétes kitérőmozgások elvégzésére kényszeríthető, legalább két elhajlóelemet (12,13) tartalmaz, amelyek egymással párhuzamos kitérési síkokkal (22, 23) hosszoldalt egymás mellett vannak elrendezve, és az elhajlásos átalakítóegység (8) egyik végének tartományában közös ágyazást szakaszt (14) képezően egymással szilárdan össze vannak kötve, azzal jellemezve, hogy ágyazást szakaszon (14) az elhajlásos átalakítóegység (8) egy, a kitérési síkokhoz (22, 23) képest keresztirányban elhelyezkedő forgástengely (32) körül a szelepházhoz (2) képest elforgathatóan van ágyazva, és legalább egy elhajlóelem (12, 13) legalább egy hozzárendelt szelepnyílás (24, 25) vezérlésére szolgáló vezérlő-elhajló átalakítóként van kiképezve, míg a másik elhajlóelem (13,12) a vezérlő-elhajló átalakító állítási úthosszának és/vagy erejének növelésére alkalmasan - a vezérlőfeszültség rákapcsolásával egy, kitérési útjában elrendezett támasztófelület (44) ellen előfeszíthető - támasztó-elhajló átalakítóként van kiképezve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy mindegyik elhajlóelem (12, 13) legalább egy szelepnyílás (24, 25) vezérlésére szolgáló vezérlőelhajló átalakítóként van kiképezve, és mindegyik elhajlóelem (12, 13) kitérési útjában támasztófelület (44) van elrendezve, amely a vonatkozó vezérlő-elhajló átalakítónak a másik vezérlő-elhajló átalakítóhoz viszonyítva támasztó-elhajló átalakítóként való alkalmazását lehetővé tevő felület.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy a vezérelendő szelepnyílás (24, 25) a hozzárendelt elhajlóelem (12,13) kitérési útjában van elrendezve.
4. 4. A 3. igénypont szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy a támasztófelület (44) a hozzárendelt vezérlőelhajló átalakító által vezérelendő szelepnyílást (24, 25) körülvevő szelepülék (28) által van kiképezve.
5. 5. Az 3. vagy 4. igénypont szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy a vezérlő-elhajló átalakító által vezérelendő szelepnyílás (24, 25) az elhajlásos átalakítóegységnek (8) ugyanazon hosszanti oldalán van elrendezve, mint a szomszédos támasztó-elhajló átalakítóhoz hozzárendelt támasztófelület (44).
6. 6. Az 5. igénypont szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy két vezérlő-elhajló átalakítóval ellátott elhajlásos átalakítóegység (8) esetén az összes vezérelendő szelepnyílás (24,25) és támasztófelület (44) az elhajlásos átalakítóegység (8) azonos hosszanti oldalán van elrendezve.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy az elhajlásos átalakítóegység (8) elfordulást lehetővé tevő ágyazására szolgáló szerkezeti megoldások, valamint a vezérelendő szelepnyílások (24, 25) és a támasztófelületek (44) a szelepháznak (2) egy és ugyanazon házrészén (4) vannak elrendezve.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy az elhajlásos átalakítóegységre (8) történő hatáskifejtéssel legalább egy vezérlő-elhajló átalakítót - a vezérelendő szelepnyílást (24, 25) lezáró záróhelyzet irányában - előfeszítő rugóeszközökkel (43) van ellátva.
9. 9. A 8. igénypont szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy a rugóeszközök (43) hozzárendelt vezérlőelhajló átalakítót vezérlő feszültség hiánya esetén zárt helyzetben tartó eszközökként vannak kiképezve.
10. 10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy az elhajlóelemek (12, 13) - egyidejűleg ellentétes irányú kitérést előidéző közös vezérlést lehetővé tévőén - egymással villamosán vannak összekötve.
11. 11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy legalább egy, állandóan nyitott további szelepnyílással (26) van ellátva, amely az elhajlóelemek (12, 13) kapcsolási helyzetétől függően a vezérelhető szelepnyílások (24, 25) legalább egyikével közlekedő kapcsolatba hozhatóan van elrendezve.

    HU 223 020 Bl
12. 12. Az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy 2/2, 3/2, 3/3 vagy 3/4 utas szelepfunkciót biztosítóan van kiképezve.
13. 13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy az elhajlásos átalakítóegység (8) az elfordulást lehetővé tevő ágyazáshoz ágyazási szakaszának (14) egyik oldalával egy házoldali felfekvési részen (35) fekszik fel és legalább egy, ellenkező oldalról ható terhelőelem (36) által a felfekvési rész (35) ellen elő van feszítve.
14. 14. A 13. igénypont szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy a legalább egy terhelőelem (36) egy házhoz rögzített rugalmas elem.
15. 15. A 13. vagy 14. igénypont szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy legalább egy terhelőelemen (36) és/vagy a felfekvési részen (35) keresztül az elhajlóelemeknek (12,13) a vezérlőfeszültség betáplálására alkalmas villamos érintkeztetése van megvalósítva.
16. 16. Az 1-15. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy az elhajlásos átalakítóegység (8) az elfordulást lehetővé tevő ágyazási hely tartományában az elhajlásos átalakítóegység hosszirányában mozgathatatlanul van rögzítve.
17. 17. Az 1-16. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy a forgástengely (32) az ágyazási szakasz (14) elülső oldalának közvetlen közelében van elrendezve.
18. 18. Az 1-17. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy a forgástengely (32) az ágyazási szakasznak (14) villamosán aktivált elhajlóelemek (12, 13) esetén piezoelektromosán aktív vagy inaktív tartományában helyezkedik el.
19. 19. Az 1-18. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy több vezérelendő szelepnyílással (24, 25) van ellátva, ahol a hozzájuk rendelt szelepülékek (28) a forgástengelytől (32) különböző távolságban helyezkednek el.
20. 20. Az 1-19. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy több vezérelendő szelepnyílással (24, 25) van ellátva, ahol a hozzájuk rendelt szelepülékek (28) egy közös síkban vagy a kitérési irányt (21) tekintve eltérő magasságban vannak elrendezve.
21. 21. Az 1-20. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy azonos szerkezeti felépítésű elhajlóelemekkel (12,13) van ellátva.
22. 22. Az 1-21. igénypontok bármelyike szerinti piezoszelep, azzal jellemezve, hogy a két elhajlóelem (12, 13) mindenkor legalább egy, egy vagy több piezoanyagréteget (45a, 45b) tartalmazó piezotesttel (16a, 16b) és hozzá tartozó elektródelrendezéssel (17a, 17b) van ellátva, és az ágyazási szakaszon (14) piezotesteinek (16a, 16b) piezoanyagrétegeivel (45a, 45b) egydarabosan egymással szilárdan össze vannak kötve.