压电阀和阀系统的制作方法

本发明涉及一种用于影响流体流的压电阀(piezoventil)以及一种带有这样的压电阀的阀系统。

背景技术：

技术实现思路

1、本发明的任务在于，提供一种压电阀以及一种带有这样的压电阀的阀系统，利用其能够实现阀功能对于相应的阀任务的成本适宜的匹配。

2、该任务对于开头提到的类型的压电阀通过以下解决，即，压电阀包括阀壳体，其设有输入端口、输出端口和在输入端口和输出端口之间延伸的流体通道，其中在流体通道中布置有板条状地构造的压电弯曲件(piezobieger)，其包括带状的载体层和施加到其上的带状的激励层(aktorschicht，有时也称为促动层或执行层)且其通过施加电气供给电压可从其中压电弯曲件具有第一曲率半径的第一功能位置转移到其中压电弯曲件具有第二曲率半径的第二弯曲位置中，其中压电弯曲件以一弹簧的第一表面压靠到前方的轴承刃(lagerschneide，有时也称为轴承边)处和后方的轴承刃处，其分别在阀壳体的内面处彼此间隔开且在共同的轴承平面中布置，且其中压电弯曲件在背对第一表面的第二表面处设有密封件，其在功能位置中的一个中构造用于密封贴靠在阀座处，其中阀座构造为与输入端口或与输出端口连接的流体通道区段的通口，其中第一表面可选地由载体层或由激励层形成且其中密封件在第一功能位置中可选地贴靠在阀座处或释放阀座。优选地设置成，在输入端口处可选地施加过压或负压且输出端口与流体消耗器如例如激励器(aktor)连接。典型地，流体通道区段由阀座延伸直至输出端口，然而也可设置成，流体通道区段在输入端口和阀座之间延伸。

3、示例性地设置成，带状的载体层构造为矩形的金属板件，其优选地具有矩形的基础面。到该带状的载体层上施加有带状的激励层，其可构造为带有压电性质的陶瓷材料。优选地，激励层同样构造成带有矩形横截面且以平面平行板(planparallelplatte)的形式。然而，不仅载体层而且激励层的几何形状可不同于矩形几何形状或平面平行板构造。例如设置成，激励层如此与载体层连接，使得在施加电气供给电压到激励层处和激励层的由此产生的膨胀或收缩的情形中引起对于压电弯曲件在如下平面中的曲率改变，其垂直于带状的载体层和带状的激励层的最大表面取向。例如设置成，压电弯曲件在其中未施加电气供给电压到激励层处的第一功能位置中具有第一(尤其无限的)曲率半径且通过施加电气供给电压转移到其中压电弯曲件具有第二曲率半径的第二功能位置中，该第二曲率半径可小于第一曲率半径。

4、在压电弯曲件的改进方案中，由压电材料构成的多个带状的激励层施加到导电的带状的载体层的表面上。

5、为了可施加期望的阀功能，压电弯曲件由弹簧(其尤其可为由弹簧钢带材料构成的板簧)以第一表面压靠到前方的轴承刃处和到后方的轴承刃处。通过在弹簧、压电弯曲件和相应的轴承刃之间的交互作用，形成一种类型的关节设备(gelenkeinrichtung)，以便可使压电弯曲件的部分区域在其曲率改变的进程中通过施加电气供给电压摆动。前方的轴承刃和后方的轴承刃分别构造在阀壳体的内面处，其也用作用于流体通道的限制面，其中前方的轴承刃和后方的轴承刃布置在共同的轴承平面中。该轴承平面可尤其通过限定带有压电弯曲件的表面的前方的轴承刃的第一触碰线以及限定带有压电弯曲件的第一表面的后方的轴承刃的第二触碰线描述。

6、在背对第一表面的、优选地平行于第一表面取向的第二表面处，压电弯曲件设有密封件。该密封件可例如为由橡胶弹性的材料构成的平面平行板。备选地，密封件也可具有不同于平面平行板的三维几何形状。密封件设置用于可选地在压电弯曲件的第一功能位置中或在压电弯曲件的第二功能位置中密封地贴靠在阀座处，以便由此中断在输入端口和输出端口之间的流体联通连接。阀座在此构造为与输入端口或与输出端口连接的流体通道区段的通口。优选地设置成，通口构造为在阀壳体的内表面中的优选地圆柱形的钻孔，从而阀座例如可限定为圆环面。

7、为了可确保压电阀对于不同的阀要求的有利的匹配，设置成，压电弯曲件可选地以载体层或以激励层贴靠在前方的轴承刃或后方的轴承刃处且密封件取决于压电弯曲件的空间取向安装在激励层或载体层处。此外，通过以下方式可对于压电阀的阀功能具有另外的影响，即密封件在第一功能位置中或者贴靠在阀座处或者释放阀座。

8、本发明的有利的改进方案是从属权利要求的对象。

9、适宜的是，弹簧构造为板簧且以前方的端部区域与前方的轴承刃相对而置地以及以后方的端部区域与后方的轴承刃相对而置地贴靠在压电弯曲件处且在中间区段中支撑在阀壳体的放置面处。

10、有利的是，前方的轴承刃构造在金属板处且/或后方的轴承刃构造在金属板处，其中金属板支撑或固定在阀壳体的内表面处且其中在阀壳体中在金属板的区域中、尤其在相应的轴承刃的区域中构造有用于相应的金属板的几何形状的几何匹配、尤其激光调节的凹口。优选地设置成，金属板可通过力导入或无接触的匹配方法、尤其通过借助于激光束的局部加热在其几何形状中改变，以便促使对于相应的轴承刃的位置改变。通过该位置改变(其尤其是相应的轴承刃相对于阀壳体的间距的改变)，可一方面促使制造公差的平衡，从而在相应的功能位置中(在其中密封件应密封地贴靠在阀座处)同样可实际上获得期望的密封作用。此外可设置成，在密封件的密封贴靠中作用于阀座的密封力匹配于对于压电阀的期望的压力作用方向。压力作用方向描述了，在密封件在阀座上的密封贴靠的情况中拦住的流体压力是沿对于压电阀的打开方向还是沿对于压电阀的闭合方向取向。与之相应地，对于压电弯曲件的有利的预应力可通过金属板的几何匹配和相应的轴承刃的位置移动促使。

11、与之相应地，在本发明的有利的改进方案中可设置成，金属板的几何形状匹配于作用于密封件的流体压力的压力作用方向。

12、优选地设置成，在压电弯曲件的背对密封件的端部区域处构造有电气接触组件，其穿过阀壳体的壁区段且密封地与壁区段连接。电气接触设备能够实现电气供给电压供应到压电弯曲件处，其中接触组件的电气触头密封地容纳在阀壳体的壁区段中。

13、在本发明的一种有利的改进方案中设置成，第一曲率半径和第二曲率半径沿共同的半径方向指向，其布置在横向于第一表面和/或第二表面取向的曲率平面中。相应地由以下出发，压电弯曲件通过施加电气供给电压从较弱的弯曲配置转移到较强的弯曲配置中。尤其可设置成，第一曲率半径接近无限，当压电弯曲件的第一表面和/或第二表面在第一功能位置中平坦地构造时，则这是这样的情况。备选地，也可设置在施加供给电压时曲率半径的增大。

14、优选地设置成，压电弯曲件、弹簧、前方的轴承刃、后方的轴承刃、阀座和流体通道区段形成阀组合件且在阀壳体中布置有第一阀组合件和第二阀组合件，其分别具有阀组合件。优选地设置成，构造为阀组合件的第一阀组合件和同样构造为阀组合件的第二阀组合件布置在共同的流体室中，由其中出来延伸有第一阀组合件的流体通道区段和第二阀组合件的流体通道区段，其中该流体室与两个流体通道区段共同形成在阀壳体中的流体通道。在压电阀的这样的设计方案中由此可设置成，通过提供在输入端口处的过压以压力加载的流体供给流体室且通过第一阀组合件的压电弯曲件或第二阀组合件的压电弯曲件在第一阀组合件或第二阀组合件的相应的输出端口处的有针对性的操控能够实现压力加载的流体的提供。可选地可设置成，第一阀组合件的压电弯曲件和第二阀组合件的压电弯曲件可单独地供给以电气供给电压或设置两个压电弯曲件的共同电气供给。备选地也可设置流体室的负压加载，从而在相应的输出端口处同样能够实现负压加载。

15、在本发明的另一设计方案中设置成，第二阀组合件镜像对称于第一阀组合件布置且镜像平面横向于在彼此相对而置的前方的轴承刃之间的间距且/或横向于在彼此相对而置的后方的轴承刃之间的间距取向。由此可实现对于压电阀的特别紧凑的结构方式。

16、有利的是，第一阀组合件的阀座和流体通道区段和第二阀组合件的阀座和流体通道区段构造在密封地容纳在阀壳体中的喷嘴载体中，其中用于第一阀组合件的设置在喷嘴载体处的输入端口或输出端口和用于第二阀组合件的设置在喷嘴载体处的输入端口或输出端口在阀壳体外部构造在喷嘴载体处。通过可密封地装入在阀壳体处的喷嘴载体的单独的设计方案，可实现对于针对第一阀组合件的流体通道区段和针对第二阀组合件的流体通道区段的性质的选出。例如可设置成，压电阀以积木系统(baukastensystem)的形式可选地装备有不同的喷嘴载体，以便确保对于不同的阀类型的有利的匹配。此外可设置成，压电弯曲件如此布置在阀壳体中，使得镜像地相对而置的压电弯曲件在以电能供给时可选地占据同一方向的或相反方向的曲率方向。

17、在压电阀的一种设计方案中设置成，第一阀组合件的压电弯曲件在第一功能位置中封闭第一阀组合件的阀座且第二阀组合件的压电弯曲件在第一功能位置中封闭第二阀组合件的阀座。由此得出两个正常闭合的输出端口的组合。以此可例如设置成，在压电弯曲件的相应的第二功能位置中两个流体消耗器单独地以过压或负压供给或唯一的流体消耗器通过第一和第二阀组合件的级联操控在相应的第二功能位置中供给以双重流体流量。

18、在压电阀的一种备选的设计方案中设置成，第一阀组合件的压电弯曲件在第一功能位置中封闭第一阀组合件的阀座且第二阀组合件的压电弯曲件在第一功能位置中释放第二阀组合件的阀座。由此得出正常闭合的和正常敞开的输出端口的组合。

19、在压电阀的另一备选的设计方案中设置成，第一阀组合件的压电弯曲件在第一功能位置中释放第一阀组合件的阀座且第二阀组合件的压电弯曲件在第一功能位置中释放第二阀组合件的阀座。由此得出两个正常敞开的输出端口的组合。以此可例如设置成，在压电弯曲件的相应的第一功能位置中两个流体消耗器单独地供给以过压或负压或唯一的流体消耗器通过第一和第二阀组合件的级联操控在第一功能位置中供给以双重的流体流量。

20、在本发明的另一设计方案中设置成，阀壳体设有喷嘴载体，其具有对于第一和第二阀组合件的流体通道区段的相应的横截面，或设有喷嘴载体，其具有对于第一和第二阀组合件的流体通道区段的相应的第二横截面，或设有喷嘴载体，其具有对于第一阀组合件的流体通道区段的第一横截面和对于第二阀组合件的流体通道区段的第二横截面，且第一横截面构造成小于第二横截面。以此可相应于对于压电阀的使用的要求进行对于第一和第二阀组合件的流体通道区段的相应的横截面的匹配。优选地，喷嘴载体构造为单独构件。

21、本发明的任务通过带有根据本发明的压电阀的阀系统解决，其包括控制设备，其取决于压电弯曲件在阀壳体中的布置以及取决于环流压电弯曲件的流体的流动方向构造用于电气控制电压到压电弯曲件处的匹配提供。