气动阀门和阀门单元

摘要

气动阀门包括里面构成至少两个分配给各自气动接口的贯通通道的阀体、用于有选择关闭和释放贯通通道的可运动的闭合件和用于使闭合件受控制运动的压电驱动装置。压电驱动装置包括两个可以单独控制的单独驱动装置以及分配给它们、可以彼此独立运动的闭合件，其中，每个闭合件用于有选择关闭和释放贯通通道之一。

说明书

技术领域

本发明涉及一种气动阀门，包括里面构成至少两个分配给各自气动接口的 贯通通道的阀体、用于有选择关闭和释放贯通通道的可运动的闭合件和用于使 闭合件受控制运动的压电驱动装置。

背景技术

气动阀门用于控制气动系统内的压缩空气流动。人们普遍追求使气动阀门 的阀体尽可能窄地构成，以便可以按照简单方式一列内并排设置大量的阀门。 压电驱动装置向这种对窄结构形式的要求让步。

具有压电驱动装置的标准气动阀门具有单独驱动的闭合件，其根据开关位 置封闭两个贯通通道之一。这种构成不可避免地与确定的调节性能，即负遮盖 量相关。如果希望正遮盖量或零遮盖量的话，这种类型的阀门不能使用。

发明内容

本发明的目的在于，在压电驱动的气动阀门上可以实现更加灵活的控制。

该目的通过具有权利要求1特征的气动阀门以及具有权利要求12特征的阀 门单元得以实现。

依据本发明，压电驱动装置包括两个可以单独控制的单独驱动装置以及分 配给它们、可以彼此独立运动的闭合件，其中，每个闭合件用于有选择关闭和 释放贯通通道之一。这一点提供的可能性是，通过相应控制单独驱动装置，按 要求影响打开一个贯通通道与关闭另一个贯通通道之间或相反，关闭一个贯通 通道与打开另一个贯通通道之间的时间顺序。特别是由于可以独立驱动，在一 个和同一个气动阀门上有选择地具有确定类型的遮盖量和需要时改变这种遮盖 量。依据本发明的气动阀门因此具有可以灵活配合的调节性能。

依据本发明的一种实施方式，每个单独驱动装置包括带大量堆叠设置和各 自具有电极的压电材料层的压电板叠，在这种情况下依据一种优选的构成，每 个板叠具有一个里面不产生电场的压电无源区。在压电无源区内可以设置电连 接，以减少其机械负荷。最好两个单独驱动装置相同构成。

至少一个压电板叠可与杠杆机械连接，该杠杆用于将板叠的驱动运动转换 成杠杆上所具有的闭合件，特别是固定在杠杆上的密封板的调整运动构成。这 种类型设置的特征特别是在于减少占用位置。因此优选所有存在的压电板叠与 各自的杠杆为将驱动运动转换成调整运动机械连接。密封板在这种情况下可以 粘贴在所属的杠杆上，最好是杠杆末端上。一种特别节省位置的结构是，至少 一个压电板叠为翻转的驱动运动构成。

每个压电板叠夹紧在基面与对应基面之间。基面和对应基面在这种情况下 可以借助一个或多个夹紧件如夹紧螺栓、夹紧装置设置或诸如此类的设置彼此 相对预夹紧。

但优选为夹紧压电板叠具有各自一种由在夹紧方向上延伸的支承件和可以 垂直于夹紧方向运动的楔组成的设置，其中，支承件借助楔在对应基面或一个 与该对应基面连接的部件与阀体的一个壁段之间楔住。特别是支承件可以是细 长的、基本上平行于如上所述的杠杆延伸的板或棒。在安装气动阀门时，以确 定的力将楔压入支承件与壁之间，以便使压电板叠预夹紧。事实证明，按照这 种方式可以比例如通过拧紧夹紧螺栓更精确地调整预夹紧力。

楔上可以至少按区域涂覆润滑剂，特别是可硬化的树脂如环氧树脂。这样 使安装时楔的压入变得容易。只要使用可硬化的树脂，该树脂此外就可以在相 应的硬化后使楔可靠固定在预先规定的位置上。

依据本发明的另一种实施方式，每个单独驱动装置借助弹性材料铸入阀体 内。由此特别是处于阀体内的空气体积可以缩小并因此可以使气动阀门的开关 性能更加迅速。

单独驱动装置可以并排设置，特别是设置在阀体的一个共同端区内。需要 时存在的杠杆在这种设置中可以彼此平行穿过整个阀体延伸，从而产生一种特 别节省位置的结构形式。

作为选择，单独驱动装置可以彼此相对设置，特别是设置在阀体相反的端 区内。单独驱动装置因此在作用方向方面可以彼此相对，其中，需要时存在的 杠杆与其杠杆轴相关前后依次取代彼此平行设置。这种构成因此可以产生一种 特别窄的外壳形状。

依据本发明的另一种实施方式，阀体内构成三个贯通通道，分配给入流接 口、排流接口和工作线路接口，其中，单独驱动装置分配给入流接口和排流接 口。这种3/2方向阀提供排气的可能性。

单独驱动装置包括各自所属的闭合件以及各自所属的贯通通道可以设置在 阀体彼此分开的室内。在这种构成中，工作线路接口的体积可以保持在特别小 的程度上，这样让步于阀门的快速开关性能。

至少一个贯通通道可以具有细长的截面形状。特别是它可以按照缝隙式喷 嘴的类型构成。在这种情况下有利的是大圆周与小面积的组合。

本发明还涉及一种阀门单元，具有如前所述的气动阀门。

依据本发明，关闭阀与阀体的贯通通道，特别是与分配给入流接口的贯通 通道流体连接。关闭阀这种类型的前置连接因此具有优点，因为压电的单独驱 动装置在缺乏电激活的情况下保留在不闭合的中间位置内。

依据本发明的阀门单元作为对关闭阀的选择或附加，可以包括压力传感器， 用于检测气动阀门的输出压力。阀门单元的控制装置为调节目的可以使用所检 测的输出压力。

特别是阀门单元的电子控制装置可与压力传感器通信连接并用于根据压力 传感器的压力信号控制气动阀门的单独驱动装置构成。控制装置因此可以精确 调节输出压力。控制装置可以包含控制计算机或作为很容易与上级控制系统一 体化的控制计算机构成。控制计算机可以从上级控制系统接收控制指令并转换 成相应的电压信号以激活压电的单独驱动装置。

控制装置可以为此构成，即通过控制单独驱动装置调整气动阀门的遮盖量， 其中，优选控制装置为此构成，即在取决于所接收的控制指令情况下调整气动 阀门的正遮盖量、负遮盖量或零遮盖量。因此可以通过软件调整遮盖量并因此 调整气动阀门的调节性能以及与此相应需要时进行交换。

本发明的进一步构成也在从属权利要求、说明书以及附图中予以说明。

附图说明

下面参照附图举例对本发明进行说明。其中：

图1A和1B示出依据本发明的气动阀门的第一实施方式的剖面透视图和俯

视图；

图2示出依据本发明的气动阀门的第二实施方式的侧视剖面图；

图3示出依据本发明的气动阀门的第三实施方式的侧视剖面图；

图4示出依据本发明的阀门单元的接线图。

附图符号

11、11'、11″     气动阀门

13                阀体

15A               第一贯通通道

15B               第二贯通通道

15C               第三贯通通道

17A               入流接口

17B               排流接口

17C               工作线路接口

19                压电驱动装置

20A、20B          单独驱动装置

21A、21B          压电板叠

25、26            电极

27                层

29                连接电缆

31A、31B          杠杆

33A、33B          闭合件

35                基面

37                对应基面

39                支承件

41                楔

45                支座件

47                弹性材料

49                隔板

50                阀门单元

53                关闭阀

55                压力传感器

57                电子控制装置

S                 夹紧方向

具体实施方式

图1A和1B示出依据本发明第一实施方式构成的气动阀门11，其包括仅部 分示出的阀体13。阀体13内构成三个贯通通道15A、15B、15C，其中，第一 贯通通道15A分配给气动的入流接口17A，第二贯通通道15B分配给气动的排 流接口17B和第三贯通通道15C分配给气动的工作线路接口17C。正如从图1B 所看到的那样，第一贯通通道15A和第二贯通通道15B各自具有细长的截面形 状。

阀体13内此外安装一个压电的驱动装置19，其包括两个可以单独控制的单 独驱动装置20A、20B。在图1A的剖面图中，只能看到一个单独驱动装置20A。 两个单独驱动装置20A、20B包括各自一个压电板叠21A、21B，它们具有大量 堆叠设置的和各自具有电极25、26的压电材料层27。此外，板叠21A、21B具 有各自一个沿电极25、26分布的、里面不产生电场的压电无源区。压电板叠21A、 21B的控制由穿过阀体13的壁引出的连接电缆29进行。

压电板叠21A、21B为传递到各自杠杆31A、31B上的翻转驱动运动构成。 在平行分布的杠杆31A、31B远离板叠的末端上，例如粘贴固定密封板形式的各 自闭合件33A、33B。如果第一杠杆31A处于下部的翻转位置上，那么第一贯通 通道15A流体密封封闭。相反，如果第一杠杆31A处于上部的翻转位置上，那 么第一贯通通道15A打开。相同内容适用于第二杠杆31B与第二贯通通道15B 之间的共同作用。通过压电板叠21A、21B的翻转运动，因此气动阀门11的入 流和排流可以彼此独立进行控制。

压电板叠21A、21B各自夹紧在基面35(图1A)与安装在所属的杠杆31A、 31B上或通过其一部分形成的对应基面37之间。

由在夹紧方向S上延伸的细长支承件39和可以垂直于夹紧方向S运动的楔 41组成的设置各自用于将相关的杠杆31A、31B压向压电板叠21A、21B。紧贴 在阀体13壁上的楔41与所属的支承件39之间设置支座件45。在安装气动阀门 11时，将楔41垂直于夹紧方向S以确定的力压入，以便这样使相关的压电板叠 2A、21B具有所要求的预夹紧。楔41可以借助硬化的树脂固定在其安装位置上。

在图1所示的实施方式中，单独驱动装置20A、20B并排设置在阀体13的 一个共同端区内。与此相反，在图2所示依据一种可选择的实施方式构成的气 动阀门11'中，单独驱动装置20A、20B彼此相对设置在阀体13的相反端区内。 压电驱动装置19与阀体13属于气动工作线路接口17C的那个室连接。这样做 就此而言的优点是，单独驱动装置20A、20B之间无需隔板。从图2可以看出， 单独驱动装置20A、20B借助弹性材料47铸入阀体13内。

在类似于图2所示的气动阀门11'构成的依据本发明的气动阀门11″图3所 示的另一种实施方式中，单独驱动装置20A、20B包括各自所属的杠杆31A、31B 和闭合件33A、33B设置在阀体13彼此分开的室内。为此阀体13内具有隔板 49。图3所示的气动阀门11″适用于特别迅速的开关，因为两个闭合件33A、33B 分配给第三贯通通道15C并因此与工作线路接口17C连接的体积特别小。但需 要时通过单独驱动装置20A、20B的相应控制可以实现缓慢的开关。

图4示出依据本发明的阀门单元50，具有如上所述和前置连接的关闭阀53。 此外具有用于检测气动阀门11输出压力的压力传感器55。电子控制装置57借 助由压力传感器55接收的压力信号调节气动阀门11的运行。控制装置57根据 可以单独控制的单独驱动装置20A、20B能够调整气动阀门11的遮盖量。特别 是对于用户来说，可以通过软件选取气动阀门11是应该具有正遮盖量、负遮盖 量还是零遮盖量。