WO1997022824A1 - Fluidisches ventil - Google Patents

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WO1997022824A1
WO1997022824A1 PCT/EP1996/005286 EP9605286W WO9722824A1 WO 1997022824 A1 WO1997022824 A1 WO 1997022824A1 EP 9605286 W EP9605286 W EP 9605286W WO 9722824 A1 WO9722824 A1 WO 9722824A1
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opening
cross
fluidic
valve according
openings
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PCT/EP1996/005286
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Inventor
Martin Reuter
Konrad Voigt
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Marco Systemanalyse Und Entwicklung Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
    • F16K31/005—Piezoelectric benders
    • F16K31/006—Piezoelectric benders having a free end
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15C—FLUID-CIRCUIT ELEMENTS PREDOMINANTLY USED FOR COMPUTING OR CONTROL PURPOSES
    • F15C3/00—Circuit elements having moving parts
    • F15C3/10—Circuit elements having moving parts using nozzles or jet pipes
    • F15C3/14—Circuit elements having moving parts using nozzles or jet pipes the jet the nozzle being intercepted by a flap

Definitions

  • the invention relates to a fluidic valve, in particular for switching or controlling relatively large volume flows, preferably using a piezoelectric drive.
  • the invention finds preferred application in 3/2 valves.
  • Solenoid valves are widely used for switching volume flows.
  • the main disadvantages of these solenoid valves are that they require a constant supply of energy to hold the magnet in one position, they have relatively long switching times and a large construction volume.
  • Valves of the generic type are also known and are preferably used in electrovalve technology as an alternative to solenoid valves (see data sheet PLEZO 2000 A5P023D61KO30 ⁇ from Hoerbiger Pneumatic).
  • these valves contain a piezoelectric bending actuator, which can be switched in at least two positions by applying an electrical voltage. Depending on the application, such bending actuators are selected or optimized with regard to the achievable adjustment path, the force, size and electrical operating voltage.
  • the invention has for its object to provide a fluidic valve, in particular for switching or controlling relatively large volume flows, which preferably includes a piezoelectric drive.
  • a piezoelectric drive in particular a piezoelectric bender with predeterminable voltage, driving force and bending deflection and the prevailing fluidic pressure, as well as the valve lift according to the invention, can create valves which control or switch larger volume flows through a defined configuration of at least one valve opening to let. If the switching of larger volume flows is not the main concern of the user, the invention can be used to create simplified and thus more cost-effective valve designs by using smaller piezoelectric actuators with less drive force and / or less stroke.
  • at least one nozzle is given a shape deviating from a circular geometry such that its circumference, with an otherwise identical nozzle cross-sectional area, is at least 1.5 times the comparison nozzle circumference of a circular nozzle geometry.
  • Fig. 1 shows a 3/2 valve in side section as an example of the
  • Fig. 3 shows a possibility of an additional application of force to the piezoelectric drive by means of a spring.
  • a valve housing 1 contains a piezoelectric drive 2, which in the example is designed as a bimorph bender. Furthermore, the valve is designed as a 3/2 valve, wherein it has openings P, R and a connecting path A. In the illustration shown, the 3/2 valve is closed; the broken line representation of the bender stands for the open valve position, a flow path for the medium present at the opening P to the connecting path A being released in this switching position. In the closed switching position, the bender is subjected to a fluidic pressure force F p .
  • the medium flowing through the connecting path A in the open valve position causes the adjustment of an adjusting piston 3 which is shown by way of example and which, in the closed position, undergoes an opposite movement along a double arrow, for example by a spring (not shown).
  • an adjusting piston 3 which is shown by way of example and which, in the closed position, undergoes an opposite movement along a double arrow, for example by a spring (not shown).
  • the predeterminable valve lift is designated by s.
  • the openings of P and R are circular; see. Fig. 2a.
  • the cross-sectional areas Ap of the opening P and Ao of the opening R are each approximately 1.3 mm 2 .
  • fluidic forces Fp or FQ in the open valve position
  • a multilayer bimorph bender intended for operating the valve should have a maximum stroke of 0.7 mm and exert a maximum force F ⁇ of 1.3 N.
  • valve stroke s usable in the valve is only 0.2 mm.
  • valve housing 1 Based on the described reference example, two openings P and R with the same opening cross-sectional areas are in turn in a first exemplary embodiment in the valve housing 1
  • Opening cross-sectional design as shown in Fig. 2b, assumed.
  • a s 0.82 mm 2
  • This means that the same conditions are already achieved here with a valve stroke s 0.1 mm.
  • piezoelectric drive only has to overcome 62% of the force difference.
  • the additional external force can be generated as in the first embodiment and should be about 0.3 N here.
  • a further advantage here is that the resonant frequency of the bender increases by a factor of 2.25 to approximately 820 Hz, which means that valve switching processes can be implemented much faster.
  • a valve as in example 2 is to be considered equipped with a geometry of the opening as in example 1 and provided with a piezoelectric drive as in the reference example. There is an additional external force of approximately 0.3 N, as provided in the second embodiment.
  • Such a valve can be operated with voltages of 50 V if the bender width is increased to 12.5 mm or the operating pressure is reduced to 4.5 bar. With such a requirement, the valve can be connected to standard 24 V voltage supplies by means of a simple voltage doubler circuit or can be supplied via 24 V bus lines.
  • Fb 0.4 N can still be actuated safely if an additional spring generates a static preload of 0.1 N.
  • the bender can then be given the following dimensions, for example, length: 20 mm, width:
  • This opening cross section enlarged by a factor of 2.75 compared to the reference example, results in values of ⁇ min ⁇ 1.0 N, ⁇ F ⁇ 0.6 N and a static preload of ⁇ 0.7 N.
  • this valve can even switch a volume flow that is about 3 times as large as in the reference example with a slightly weaker bender, e.g. by reducing its width to 8 mm.
  • FIG. 2c shows a last exemplary embodiment in which the opening cross-sectional areas of P and R are to be of different sizes.
  • the flow cross sections Ag of both openings are the same size.
  • the static preload force of an additional spring that engages the bender is set at 0.7 N.
  • slot-shaped openings with a rectangular cross-section have been described in the context of the description, they represent a particularly preferred embodiment, since they can be more easily closed in one plane by the bender, but do not limit the invention to this.
  • Essential within the scope of the invention is the defined choice of openings with a cross-section that deviates from a circular cross-section and thus make it possible for the first time to mutually adapt the mutually influencing opening and bending parameters to the respective application.
  • elliptical openings, slot openings or the like as indicated in FIG. 2d, also fall under the invention.
  • the invention is also not limited to the use of piezoelectric drives in the form of benders. While maintaining the above considerations, piezoelectric stack drives can also be used, as described, for example, in P 44 45 642.5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluidisches Ventil, insbesondere zum Schalten bzw. Steuern relativ großer Volumenströme, vorzugsweise unter Verwendung eines piezoelektrischen Antriebs. Die Aufgabe der Erfindung, ein solches Ventil zu schaffen, wird dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit von der erreichbaren Antriebskraft und einem Antriebshub eines vorgebbaren Antriebs (2), einem erreichbaren vorgebbaren Ventilhub(s) und der sich durch den anliegenden fluidischen Druck ergebenden Kraft (Fp) der Querschnitt wenigstens einer Öffnung (P; R) mit der Maßgabe gestaltet ist, daß ihm eine von der Kreisform abweichende Mantelliniengeometrie gegeben ist.

Description

Fluidisches Ventil
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein fluidisches Ventil, insbesondere zum Schalten bzw. Steuern relativ großer Volumenströme, vorzugsweise unter Verwendung eines piezoelektrischen Antriebs. Bevorzugte Anwendung rindet die Erfindung in 3/2-Ventilen.
Weit verbreitet zum Schalten von Volumenströmen sind Magnetventile. Der hauptsächliche Nachteile dieser Magnetventile besteht darin, daß sie zum Halten des Magneten in einer Position einer ständigen Energiezufuhr bedürfen, sie relativ hohe Schaltzeiten und ein großes Bauvolumen aufweisen. Auch sind Ventile der gattungsgemäßen Art bekannt und finden bevorzugt in der Elektroventiltechnik als Alternative zu Magnetventilen Anwendung (vgl. Datenblatt PLEZO 2000 A5P023D61KO30Ö der Fa. Hoerbiger Pneumatic). Diese Ventile enthalten als Schaltelement einen piezoelektrischen Biegeakruator, der durch Anlegen einer elektrischen Spannung in wenigstens zwei Lagen schaltbar ist. Solche Biegeaktuatoren werden je nach Anwendungsfall bezüglich des erreichbaren Verstellweges, der Kraft, Baugröße und elektrischer Betriebsspannung ausgewählt bzw. optimiert. Der grundsätzliche Nachteil dieser Biegeaktuatoren besteht darin, daß sich mit größer werdender Auslenkung die Kraft, die auf einen Anschlag noch ausgeübt werden kann, verkleinert. Aus diesem Grund können diese Ventile nach dem Stand der Technik nur zum Schalten relativ geringer Volumenströme bzw. geringer fluidischer Drucke eingesetzt werden, weshalb sie meist nur als Relaisventile zum Schalten von weiteren Pneumatikventilen in Kaskadenanordnungen, die größere Volumen schalten können, eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fluidisches Ventil, insbesondere zum Schalten bzw. Steuern relativ großer Volumenströme anzugeben, das vorzugsweise einen piezoelektrischen Antrieb beinhaltet. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst. Je nach Anwendungsfall lassen sich durch Auswahl eines piezoelektrischen Antriebs, insbesondere eines piezoelektrischen Biegers mit vorgebbarer Spannung, Antriebskraft und Biegerauslenkung und des anhegenden fluidischen Drucks sowie des Ventilhubs gemäß der Erfindung Ventile schaffen, die durch eine definierte Ausbildung wenigstens einer Ventilöfihung größere Volumenströme steuern bzw. schalten lassen. Ist das Schalten größer Volumenströme nicht das Hauptanhegen des Anwenders, kann die Erfindung zur Schaffung vereinfachter und damit kostengünstigerer Ventilbauformen verwendet werden, indem kleinere piezoelektrische Antriebe mit geringerer Antriebskraft und/oder geringerem Hub Verwendung finden können. Im Rahmen der Erfindung ist wenigstens einer Düse eine von einer Kreisgeometrie abweichende Form derart gegeben, daß deren Umfang bei sonst identischer Düsenquer¬ schnittsfläche wenigstens ein l,5faches des Vergleichsdüsenumfangs einer kreisförmigen Düsengeometrie beträgt.
Die Erfindung soll nachstehend anhand schematischer Ausfiihrungs- beispiele und Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein 3/2-Ventil im seitlichen Schnitt als ein Beispiel der
Anwendung der Erfindung, Fig. 2a bis d mögliche Öflhungsprofile gemäß der Erfindung in einem Schnitt senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 und
Fig. 3 eine Möglichkeit einer zusätzlichen Kraftbeaufschlagung des piezoelektrischen Antriebs vermittels einer Feder.
In Figur 1 enthält ein Ventilgehäuse 1 einen piezoelektrischen Antrieb 2, der im Beispiel als Bimorph-Bieger ausgeführt ist. Weiterhin ist das Ventil als 3/2-Ventil ausgeführt, wobei es Öffnungen P, R und einen Verbindungsweg A besitzt. In der gezeigten Darstellung ist das 3/2- Ventil geschlossen; die strichlinierte Darstellung des Biegers steht für die geöffnete Ventilstellung, wobei in dieser Schaltstellung ein Strömungsweg für das an der Öffnung P anliegende Medium zum Verbindungsweg A freigegeben ist. In der geschlossenen Schaltstellung wird der Bieger mit einer fluidischen Druckkraft Fp beaufschlagt.
Das durch den Verbindungsweg A in geöffneter Ventilstellung strömende Medium bewirkt die Verstellung eines beispielhaft dargestellten Verstellkolbens 3, der in geschlossener Stellung bspw. durch eine nicht näher dargestellte Feder eine gegenläufige Bewegung entlang eines dargestellten Doppelpfeils erfahrt. Weiterhin ist der vorgebbare Ventilhub, als einer weiteren wesentlichen Größe im Rahmen der Erfindung, mit s bezeichnet.
Zur Verdeutlichung der Wirkung der Erfindung soll zunächst ein Referenzbeispiel beschrieben werden, bei dem die Öffnungen von P und R, wie nach dem Stand der Technik übhch, kreisrund ausgeführt sind; vgl. Fig. 2a. Bei einem beispielhaft angenommenen Öffhungsdurchmesser von 1,3 mm betragen die Querschnittsflächen Ap der Öffnung P und Ao der Öffnung R jeweils ca. 1,3 mm2. Bei einem angenommenen, an der Öffnung P anhegenden Druck von 6 bar ergeben sich fluidische Kräfte Fp (bzw. FQ in geöffneter Ventilstellung) von jeweils 0,8 N im stationären Zustand. Ein zum Betrieb des Ventils vorgesehener Multilayer-Bimorph- Bieger soll einen Maximalhub von 0,7 mm aufweisen und eine Maximalkraft F^ von 1,3 N ausüben. Diese Daten werden z.B. mit kommerziellen Multüayer-Bimorph-Biegern (vgl. Multilayer-Bieger pa/b marco 1995) einer Länge von 30 mm, einer Breite von 10 mm und einer Dicke von 0,7 mm mit einer Ansteuerspannung von 100 V erreicht. Es zeigt sich jedoch, daß der im Ventil nutzbare Ventilhub s nur 0,2 mm beträgt. Womit der Strömungsquerschnitt As, worunter das Produkt aus dem Mantellinienumfang der Öffnung (in diesem Beispiel also π
• 1,3 mm) und Ventilhub (s) zu verstehen ist, der Öffnung P nur ca. 0,82 mm2 beträgt. Würde der Ventilhub s größer eingestellt, reichte die Antriebskraft Ffc des Biegers nicht mehr aus, um die fluidischen Kräfte, die durch ΔF = Fp - ¥mm charakterisiert werden sollen, zu überwinden. Fmin steh* dabei für das KrafuTiinimum, die das fluidische System zwischen den beiden Endlagen auf den piezoelektrischen Bieger ausübt. Der geringe Strömungsquerschnitt bewirkt, daß die fluidische Kraft zwischen den Schließpunkten auf nahezu Null abfällt (Fmjn = 0,05 N), der piezoelektrische Bieger also nicht nur die o.g. Kraft von 0,8 N, sondern auch die Kraftdifferenz von ΔF = 0,75 N überwinden muß.
Ausgehend vom beschriebenen Referenzbeispiel sind nun in einem ersten Ausfiihrungsbeispiel im Ventilgehäuse 1 zwei Öffnungen P und R mit gleichen Öffhungsquerschnittsflächen von wiederum
Ap = Ao = 1 ,3 mm2, also gleichen Werten für Fp und Fo = 0,8 N, vorgesehen. Jedoch wird im Beispiel von einer, von der oben beschriebenen kreisrunden Öffhungsquerschnittsfläche, stark abweichenden erfindungsgemäßen schlitzförmigen
Öffhungsquerschnittsausfuhrung, wie in Fig. 2b dargestellt, ausgegangen. Die Längsausdehnung der schlitzförmigen Öffnung soll dabei 1 = 3,6 mm und die Breitenausdehnung b = 0,36 mm betragen. Bei vorausgesetztem gleichen Ventilhub wie im Referenzbeispiel von 0,2 mm ergibt sich hier ein Strömungsquerschnitt As von 1,6 mm2. Durch den damit verbundenen höheren Volumenstrom wird der Wert für Fπ^ auf s?mm ~
0,4 N angehoben. Für die Kraftdifferenz ΔF ergibt sich ΔF = 0,4 N, d.h. der piezoelektrische Bieger 2 hätte in diesem Beispiel nur die halbe
Kraftdifferenz zu überwinden und könnte somit, bspw. durch Halbierung seiner Breite, kleiner dimensioniert werden oder er könnte bei beibehaltener Dimensionierung mit höheren fluidischen Drucken beaufschlagt werden. Voraussetzung ist aber, daß eine zusätzliche äußere Kraft von ca. 0,5 N wirkt, die die verminderte Biegerkraft kompensiert und die bspw. durch Vorspannung des Biegers selbst oder durch eine zusätzhche Feder 4, wie in Fig. 3 schematisch angedeutet, erzeugt werden kann. Aufgrund des vergrößerten Strömungsquerschnitts, läßt sich mit einem Ventil dieses Ausführungs-beispiels ein wesentlich größerer Volumenstrom schalten.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die gleiche schhtzförmige Öffhungsgeometrie wie im ersten Ausführungsbeispiel gewählt, wobei ein Strömungsquerschnitt wie im Referenzbeispiel As = 0,82 mm2 gegeben sein soll und die Öfftiungsquerschnittsflächen Ap = AQ = 1,3 mm2 betragen. Das heißt, dieselben Verhältnisse werden hier bereits bei einem Ventilhub s = 0,1 mm erreicht. Dies bewirkt fluidische Kräfte von Fp = F0 = 0,8 N, Fπύn « 0,3 N und ΔF = 0,5 N. Der piezoelektrische Antrieb muß neben dem halben Ventilhub hier auch nur 62% des Kraftunterschieds überwinden. Die zusätzliche äußere Kraft kann wie im ersten Ausführungsbeispiel erzeugt werden und soll hier ca. 0,3 N betragen. Damit könnte der Bieger wesentlich kleiner dimensioniert werden, z.B. 20 mm lang, 7 mm breit bei einer Dicke von 0,7 mm und erreicht mit einer Betriebsspannung von 100 V einen maximalen Hub von z = 0,3 mm mit einer Antriebskraft F^ des Biegers von Ffc = 0,9 N. Als weiterer Vorteil ergibt sich hierbei, daß die Resonanzfrequenz des Biegers um den Faktor 2,25 auf ca. 820 Hz ansteigt, womit sich wesentlich schnellere Ventilschaltvorgänge realisieren lassen.
In einem dritten Ausführungsbeispiel soll ein Ventil wie im Beispiel 2 ausgestattet mit einer Geometrie der Öffnung wie im Beispiel 1 und versehen mit einem piezoelektrischen Antrieb wie im Referenzbeispiel betrachtet werden. Es wird eine zusätzliche äußere Kraft von ca. 0,3 N, wie im zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Ein derartiges Ventil kann mit Spannungen von 50 V betrieben werden, wenn die Biegerbreite auf 12,5 mm vergrößert, oder der Betriebsdruck auf 4,5 bar reduziert wird. Bei einer solchen Maßgabe kann das Ventil mittels einer einfachen Spannungsverdopplerschaltung an standardmäßige 24 V Spannungs¬ versorgungen angeschlossen bzw. über 24 V-Bus-Leitungen versorgt werden.
In einem vierten Ausführungsbeispiel soll ein 3/2-Ventil betrachtet werden, das einen Ventilhub von s = 0,2 mm und einen
Strömungsquerschnitt von As = 1,8 mm2 aufweisen soll. Es wird wieder von zwei gleichen spaltförmigen Öffnungen von P und R, diesmal mit einer Länge 1 = 2 mm und einer Breite b = 0,2 mm ausgegangen, woraus eine Öffhungsfläche Ap = 0,4 mm2 resultiert. Es ergeben sich folgende fluidische Kräfte: Fp = 0,25 N, Ετtήlϊ « 0,1 N, ΔF = 0,15 N. Dieses Ventil kann z.B. mit einem piezoelektrischen Bieger mit einem maximalen
Biegerhub von z = 0,4 mm und einer maximalen Antriebskraft von
Fb = 0,4 N noch sicher betätigt werden, wenn eine zusätzliche Feder eine statische Vorspannung von 0,1 N erzeugt. Dem Bieger können dann bspw. folgende Abmessungen gegeben sein, Länge: 20 mm, Breite:
4 mm, Dicke: 0,5 mm bei einer Spannung U = 100 V. Dadurch ergeben sich kompaktere Bauformen und außerdem ein mehr als verdoppelter Strömungsquerschnitt gegenüber einer Ausführung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel .
In einem fünften Ausfuhrungsbeispiel wird ein piezoelektrischer Bieger wie im Referenzbeispiel beschrieben unter Verwendung von Schhtzöffhungen mit einem Verhältnis l/b = 10, wie im Beispiel 1 ausgeführt. Wird dieser Öffhungsquerschnitt verdoppelt, so daß Ap = Ao = 2,6 mm2 beträgt, so ergibt sich Fp = 1,6 N und 1 = 5,1 mm, b = 0,51 mm und der Strömungsquerschnitt As zu 2,24 mm2. Dieser um den Faktor 2,75 gegenüber dem Referenzbeispiel vergrößerte Öfrhungsquerschnitt bewirkt Werte von Εmin ~ 1,0 N, ΔF ~ 0,6 N und eine statische Vorspannung von ~ 0,7 N. Wiederum unterstützt durch eine Feder, die die statische Vorspannkraft aufbringt, die in diesem Fall auf 1,1 N erhöht wird, kann dieses Ventil sogar mit einem etwas schwächer dimensionierten Bieger, z.B. durch Reduzierung seiner Breite auf 8 mm, einen etwa 3mal so großen Volumenstrom wie im Referenzbeispiel schalten.
In Figur 2c ist ein letztes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Öffhungsquerschnittsflächen von P und R unterschiedlich groß ausgebildet sein sollen. So soll Ap = l,63 mm2 bei 1 = 3,05 und b = 0,55 mm (l/b = 5,6) und Ao = l ,05 mm~ bei 1 = 3,25 und b = 0,325 mm (1/b = 10) betragen. Dabei sind die Strömungsquerschnitte Ag beider Öffnungen gleich groß. Die sich hier ergebenden Kräfte betragen Fp = 1 N und Fo = 0,65 N. Als piezoelektrischer Antrieb soll hier ein Bieger einer mit einer Länge von 30 mm, einer Breite von 5 mm, einer Dicke von 0,7 mm einem Maximalhub von z = 0,7 mm und einer Maximalkraft F^ = 0,65 N Verwendung finden. Der Ventilhub s soll so gewählt werden, daß die Kraftänderung des Biegers gleich Fp - Fo = 0,35 N beträgt. Damit ergibt sich s zu 0,38 mm, womit die Strömungsquerschnitte beider Öffnungen 2,72 mm2 betragen. Die statische Vorspannkraft einer zusätzlichen, auf den Bieger eingreifenden Feder wird auf 0,7 N festgelegt. Eine Ausbildung der Erfindung entsprechend dieses Ausführungsbeispiels ermöglicht eine noch bessere Anpassung des Verlaufs der fluidischen Kraf-Weg-Kennlinie an die Arbeitskerinlinie des zum Einsatz gelangenden piezoelektrischen Antriebs.
Wenn im Rahmen der Beschreibung schlitzförmige Öffnungen mit rechteckigem Querschnitt beschrieben wurden, stellen diese zwar eine besonders bevorzugte Ausführungsform dar, da sie sich in einer Ebene durch den Bieger günstiger verschließen lassen, beschränken die Erfindung jedoch nicht darauf. Wesentlich im Rahmen der Erfindung ist die definierte Wahl von Öffnungen mit einem Querschnitt, der von einem kreisrunden Querschnitt abweicht und damit eine gegenseitige Anpassung der sich wechselseitig beeinflussenden Offnungs- und Biegerparameter auf den jeweiligen Anwendungsfall erstmals möglich machen. So fallen auch elliptische Öffnungen, Langlochöffhungen o.a., wie in Fig. 2d angedeutet, unter die Erfindung. Ebenso ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von piezoelektrischen Antrieben in Form von Biegern beschränkt. Es können unter Beibehaltung obiger Betrachtungen auch piezoelektrische Stapelantriebe Verwendung finden, wie sie bspw. in P 44 45 642.5 beschrieben sind.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezuεszei ichenhste
1 Ventilgehäuse
2 piezoelektrischer Antrieb
3 Verstellkolben
4 Feder
P, R - Öffnungen
A Verbindungsweg s Ventilhub z Maximalhub des Biegers
Ao - Flächenquerschnitt der Öffnung R
Ap - Flächenquerschnitt der Öffnung P
Fθ - fluidische Kraft an der Fläche Ao
FP " fluidische Kraft an der Fläche Ap
1 Öffhungslängsausdehnung
Öffhungsbreitenausdehnung

Claims

Patentansprüche
1. Fluidisches Ventil, insbesondere zum Schalten bzw. Steuern relativ großer Volumenströme, vorzugsweise einen piezoelektrischen Antrieb
(2) beinhaltend, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der erreichbaren Antriebskraft (F*-,) und einem Antriebshub (z) eines vorgebbaren Antriebs (2), einem erreichbaren vorgebbaren Ventilhub (s) und der sich durch den anliegenden fluidischen Druck ergebenden Kraft (Fp) der Querschnitt wenigstens einer Öffnung (P; R) mit der
Maßgabe gestaltet ist, daß ihm eine von der Kreisform abweichende Mantelhniengeometrie gegeben ist.
2. Fluidisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines 3/2- Ventils bei gleichem Flächenquerschnitt (Ap,
Ao) der Öffnungen (P; R) insbesondere der Öffnung (P) eine von der Kreisform abweichende Mantelliniengeometrie gegeben ist.
3. Fluidisches Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines 3/2-Ventils bei gleichem Flächenquerschnitt (Ap,
Ao) der Öffnungen (P; R) beiden Öffnungen (P und R) eine von der Kreisform abweichende Mantelliniengeometrie gegeben ist.
4. Fluidisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines 3/2-Ventils bei unterschiedlichem Flächenquer¬ schnitt (Ap, AQ) der Öffnungen (P; R) wenigstens einer Öffnung (P) eine von der Kreisform abweichende Mantelliniengeometrie gegeben ist.
5. Fluidisches Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Öffnungen (P und R) eine von der Kreisform abweichende Mantelliniengeometrie gegeben ist.
6. Fluidisches Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kreisform abweichende Mantellinien¬ geometrie im wesentlichen schlitzförmig ausgebildet ist.
7. Fluidisches Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei unterschiedlichem Flächenquerschnitt (Ap, AQ) der Öffnungen (P und R) den Öffnungen ein gleicher Strömungsquerschnitt, worunter das Produkt aus Mantellinienumfang (21 + 2b) und Ventilhub (s) zu verstehen ist, gegeben ist.
8. Fluidisches Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Öffnung (R) ein kleinerer Flächenquerschnitt als der anderen Öffnung (P) gegeben ist.
9. Fluidisches Ventil nach einem der Ansprüche 1, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität der Öffhungsque- rschnitte zueinander so gewählt ist, daß die auf die eine Öffnung (P) wirkende fluidische Kraft Fp und die auf den piezoelektrischen Antrieb (2) an der anderen Öffnung (R) wirkende fluidische Druckkraft Fo zueinander in einem Verhältnis
F P - FO _ F„ s z festgelegt sind, wobei F^ für die Antriebskraft des piezoelektrischen Antriebs und z für den Maximalhub des Antriebs (2), bei: z > s, steht.
10. Fluidisches Ventil nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Antrieb (2) in beiden Schaltstellungen (Fp, FQ) zusätzlich mit einer weiteren Kraft, bevorzugt erzeugt durch eine mechanische Feder (4), beaufschlagt ist.
11. Fluidisches Ventil nach einem der Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der von einer Kreisgeometrie abweichenden wenigstens einen Düsenöffhung mit der Maßgabe festgelegt ist, daß dieser Umfang bei sonst identischer Düsenquerschnittsfläche wenigstens ein l,5faches des Vergleichsdüsenumfangs einer kreisförmigen Düsengeometrie beträgt.
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