專利名稱：壓電閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有殼體的壓電閥，該壓電閥具有一可穿流的內(nèi)腔，至少一個這
樣的噴嘴連通至該內(nèi)腔中，該噴嘴同與之配屬的一流體介質(zhì)接口連通并具有一帶有座面的密封座，其中， 一通過施加電可變形的彎曲元件這樣裝入該殼體的內(nèi)腔中，即，所述噴嘴通過一彎曲元件的區(qū)段是可封閉的，該區(qū)段由于彎曲元件的變形相對噴嘴可移動，并且所述彎曲元件至少在其相對于噴嘴的區(qū)域中具有一由彈性材料組成的墊片。
背景技術(shù)：
壓電閥在眾多設(shè)計方案中都公開過，例如DE2511752A1， DE3400645A1， DE3527069A1， EP 0404082Bl， EP 0538236 Al， DE 4320909 Cl， DE4410153 Cl， WO 97/09555A1，DE 19547149 A1，EP 0191011 B1和EP0565510 B1。尤其在EP 0907852 B1和EP 0943812Al記載了這種類型的壓電閥，其中，考慮到要在封閉位置處實現(xiàn)盡可能小的漏損量，所述壓電式彎曲元件至少在其相對于噴嘴的區(qū)域具有一由彈性材料組成的墊片。按首先提到的EP 0907852 Bl，所述由彈性材料組成的墊片設(shè)計成一局部安裝在彎曲元件上的、例如由氟化硅樹脂組成的彈性體墊片。按EP 0943812 Al則將一由彈性體組成的包覆層涂敷到壓電式彎曲元件位于夾緊部位之外的可自由移動的區(qū)域上，該包覆層端側(cè)具有一密封隆凸，該隆凸確保殼體內(nèi)腔對外密封。 若與大多數(shù)其他電控閥相比，壓電閥的特征在于有特別高的開關(guān)動力特性，該開關(guān)動力特性使這種壓電閥類型在多數(shù)應(yīng)用中顯得尤其有益。然而，彎曲換能器的力-行程-特性曲線給壓電閥的應(yīng)用設(shè)立了一定的限制，因為閉合力隨著偏移的增加可能減小。因此，有待通過壓電閥接通的流量功率典型地受到限制，該流量功率與被接通的通流量和壓差的乘積成正比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種按本申請開頭所述類型的實用性更強的壓電閥，用該壓電閥在保持或提升已知優(yōu)點(如尤其是高的開關(guān)動力特性)的情況下，在實踐中可達到比用已知類型的壓電閥更高的斷流容量。 上述技術(shù)問題根據(jù)本發(fā)明通過這樣解決，S卩，在這種類型壓電閥的情況下，所述密封座布置于噴嘴插件的端側(cè)，該噴嘴插件基本上垂直于座面可移動地布置于殼體固定的插孔中，其中，在所述插孔和配屬的噴嘴插件之間作用有一可熱膨脹的補償件。因此，本發(fā)明的一主要特征在于，所述噴嘴的密封座并未占據(jù)一個相對于殼體不可變的或固定設(shè)定的位置，而是相反地，所述密封座相對于殼體的位置通過噴嘴插件在殼體固定的插孔中的移動可變化，該噴嘴插件在其一個端側(cè)具有密封座。密封座相對于殼體的位置在此與可熱膨脹的補償件的尺寸相關(guān)地改變，該補償件這樣在殼體固定插孔和配屬的噴嘴插件之間作用，即，該補償件與其熱膨脹或收縮相關(guān)地推動所述噴嘴插件在配屬的插孔中移動。在此，這樣布置上述可熱膨脹的補償件，即，在補償件熱膨脹的作用下，所述在殼體固定插孔內(nèi)的噴嘴插件被推離所述彎曲元件。因此，換一句話說，在補償件熱膨脹的作用下，在噴嘴插件端側(cè)布置的密封座與配屬的彎曲元件表面之間的距離增大。按這種方法，布置在彎曲換能器相關(guān)表面上的、由彈性體材料構(gòu)成的墊片在熱膨脹作用下的膨脹受到這樣的補償，即，在壓電閥一定的開關(guān)狀態(tài)下，由彈性體材料構(gòu)成的墊片的表面到所述密封座的座面的距離與壓電閥運行溫度不相關(guān)地基本上保持不變，無論如何比在已知壓電閥的情況下顯著更少地變化。這對于實際應(yīng)用壓電閥取得了多個如下決定性的優(yōu)點。 一方面，在已知類型的壓電閥的情況下，考慮到在不同的運行溫度(典型的運行區(qū)域-30至+8(TC;擴展的運行區(qū)域-50
至+10(TC )中使用該壓電閥，可靠性可能喪失或至少顯著減小，這尤其在擴展溫度區(qū)域應(yīng)
用時相當明顯。因此，按本發(fā)明構(gòu)造壓電閥，使該壓電閥在較小的運行溫度時以一比已知壓電閥更小的空行程工作，而且這種壓電閥的流量功率不受溫度影響或相對于現(xiàn)有技術(shù)受到更小的溫度影響。這不僅對于開關(guān)動力特性產(chǎn)生有利的效果，而且，在考慮到壓電彎曲元件的典型的力-行程-特性曲線的情況下，由于通過本發(fā)明的應(yīng)用減小了空行程，也可接通更高的流量功率。此外，本發(fā)明的壓電閥的運行特性曲線相較于已知類型的壓電閥可在一更大的溫度區(qū)域內(nèi)更好地再現(xiàn)。這在本質(zhì)上擴大了壓電閥在這樣一些區(qū)域內(nèi)應(yīng)用的可能性，即，在這些區(qū)域中，所述壓電閥的開關(guān)特性尤其好的可再現(xiàn)性是必不可少的。此外，按本發(fā)明的壓電閥也可相較于現(xiàn)有技術(shù)的壓電閥在更大的溫度區(qū)域中運行可靠地使用，這再次擴大了在開關(guān)動力特性方面優(yōu)于其它電控閥的壓電閥尤其在更高溫度區(qū)域中應(yīng)用的可能性。 為了以尤其突出的程度達到前述有利的效果，比較有利的是，所述補償件尤其由
此具有與彎曲元件的墊片基本上一樣的熱膨脹特性，g卩，補償件和彎曲元件的墊片由相同或很相近的材料組成并具有相同或基本上相同的有效厚度。但這并不是強制必需的。因為所述優(yōu)點也可通過對補償件和墊片不同的材料匹配而達到，例如通過設(shè)計補償件厚于彎曲元件的墊片，但由一種具有比墊片材料更小的熱膨脹系數(shù)的材料組成。這種材料匹配在一定的前提下甚至可證明尤其有利，例如可將補償件的兩個相應(yīng)表面分別與所述殼體固定插孔和噴嘴插件可靠連接，通過這種可靠的連接，一個單獨的、相對補償件預(yù)壓緊噴嘴插件的彈簧元件(見下面)就變得多余。 將補償件尤其優(yōu)選地設(shè)計為環(huán)形并布置于噴嘴插件的凸緣和插孔的凸肩之間。"環(huán)形"在此一定不能強制地理解為圓形；更確切的說，所述環(huán)形封閉的補償件可以具有任意一種自身封閉的幾何形狀。借助這種環(huán)形的補償件，即便在壓電閥尤其緊湊的情況下，也可以提供所述用于改變噴嘴插件位置所需的推移力，其中，與噴嘴插件軸對稱地引入推移力到噴嘴插件中對功能可靠性有利。 本發(fā)明既可以在這類壓電閥中實現(xiàn)，S卩，用于噴嘴插件的插孔直接在這類壓電閥的殼體中成形，也可在另一種實施形式的壓電閥中實現(xiàn)，其中，用于噴嘴插件的插孔設(shè)計在一單獨的、置入殼體中的噴嘴支座里。所述另一實施形式在這方面是有利的，即，通過其附加的幾何自由度尤其可以這樣校準噴嘴用于調(diào)節(jié)實現(xiàn)期望的運行特性曲線，即，可通過細螺紋將噴嘴支座螺旋擰入殼體中或可壓入殼體內(nèi)到一可選擇的深度。 此外，如上面所談及的那樣，噴嘴插件可借助彈簧元件相對補償件被預(yù)壓緊。這種彈簧可以在此尤其支承在殼體固定的、用于噴嘴插件的插孔上并以不同的構(gòu)造方式設(shè)計。可以在這種情況下取消相應(yīng)的單獨的彈簧元件，即，所述補償件與噴嘴插件以及配屬的插孔以適合傳遞拉力的方式相連接，例如通過粘合，硫化處理等。同時，這種連接具有優(yōu)點可以保證相應(yīng)的各部件氣密地相互連接。 本發(fā)明可實現(xiàn)前述優(yōu)點地既在壓電閥帶有僅一個噴嘴的情況下應(yīng)用，也可在這種壓電閥的情況下使用，即，所述壓電閥具有兩個相互基本上對立布置的噴嘴，這兩個噴嘴通過所述彎曲元件因加電而產(chǎn)生的變形可選擇地被封閉，例如在彎曲元件應(yīng)用在兩位三通換向閥的情況下。本發(fā)明壓電閥的運行特性曲線的可再現(xiàn)性和在寬的溫度區(qū)域中尤其高的精確度恰恰使兩位三通閥能夠得到一個全新的應(yīng)用。本發(fā)明的優(yōu)點在按比例關(guān)系工作的氣動控制元件或調(diào)節(jié)器上以特別的方式起到了作用，在所述氣動控制元件或調(diào)節(jié)器中，所述彎曲元件按規(guī)定不僅可轉(zhuǎn)換到它的兩個分別封閉兩噴嘴之一的終端位置上，而且可占據(jù)在兩個噴嘴之間的任一中間位置上，以便(通過改變流動阻力)按不同的相互比例關(guān)系控制噴嘴的通流量。只有在應(yīng)用本發(fā)明的情況下才可提供與之相應(yīng)的壓電式運行的流動分岔(Stroemungsweichen)，該流動分岔能夠滿足尤其在溫度影響下對運行精確度和可再現(xiàn)性的高要求。根據(jù)所述按比例關(guān)系工作的分岔閥的彎曲元件在其未被加電時的運行點時所占據(jù)的位置而定，一個或兩個復(fù)位彈簧可作用在所述彎曲元件上，這兩個彈簧分別支撐在殼體固定的支座上，并將所述彎曲元件預(yù)壓緊到其在無電流運行時所預(yù)定的位置上，或起到減小滯后效應(yīng)的作用并在停止加電時支持所述彎曲元件復(fù)位。


以下將借助兩個優(yōu)選的實施例并參考附圖詳細闡述本發(fā)明。附圖中 圖1以縱截面的形式示出了按本發(fā)明第一實施形式的壓電閥的、在此僅僅感興趣
的噴嘴側(cè)區(qū)域，所述壓電閥未示出的區(qū)域根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造； 圖2以縱截面的形式示出了按本發(fā)明第二實施形式的壓電閥的、在此僅僅感興趣的噴嘴側(cè)區(qū)域，同樣地，所述壓電閥未示出的區(qū)域根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造。
具體實施例方式
在其基本結(jié)構(gòu)方面，按圖1中所示優(yōu)選實施形式的壓電閥與EP 943812A1(US6143744 Bl)中公開的壓電閥相應(yīng)。因此，放棄對所述壓電閥整個的細節(jié)和其余的設(shè)計特點進行描述，而是為了補充下面的闡述可全面參考上述公開文獻。 圖1中所示的壓電閥包括一殼體1，該殼體具有一可穿流的內(nèi)腔2。兩個相互對置的噴嘴3和4通入該內(nèi)腔2中，這兩個噴嘴分別與一個相配屬的流體介質(zhì)接口 5或6連通。此外，殼體1的所述內(nèi)腔2還以已知的方式與一個未示出的開口連通。在殼體1的所述內(nèi)腔2中這樣安裝有一個通過加電可變形的壓電式彎曲元件7，即，該壓電元件7的那個在加電時相對于所述殼體改變其位置的區(qū)域8，以其端側(cè)區(qū)段9突伸到所述兩個噴嘴3和4之間。因此，根據(jù)加電情況而定，所述彎曲元件7可以關(guān)閉第一噴嘴3或第二噴嘴4，或位于任意一個中間位置，在這樣的中間位置時，所述兩個噴嘴或?qū)捇蛘亻_啟。
在自由地通過其夾持點懸伸出的區(qū)域8中，將由彈性的彈性體材料組成的包覆層10放置在所述彎曲元件7上，所述包覆層10在所述彎曲元件7的下側(cè)和上側(cè)分別形成一墊片13或14。 圖1中下部所示的噴嘴3包括一噴嘴插件15，該噴嘴插件15面朝所述殼體內(nèi)腔2的端側(cè)形成一基本上垂直于噴嘴3的軸線16的座面17。為了裝入所述噴嘴插件15，所述殼體1具有一階梯式鉆孔18，將該階梯式鉆孔較小孔徑的區(qū)域19布置成與殼體的內(nèi)腔2相 鄰，并將該階梯式鉆孔18較大孔徑的區(qū)域20布置成與殼體1的外側(cè)鄰近。階梯式鉆孔18 的這兩個不同孔徑的區(qū)域19，20通過一個凸肩21彼此分離。所述噴嘴插件15具有一管段 22和一端側(cè)布置的凸緣23。該凸緣23可在殼體1中基本上垂直于座面17地移動導(dǎo)引。為 此，所述噴嘴插件15的管段22可沿軸線16滑動地安裝在階梯式鉆孔18的較小孔徑的區(qū) 域19中，階梯式鉆孔18在此區(qū)域19中形成一個用于噴嘴插件的插孔24。
在階梯式鉆孔18的凸肩21與噴嘴插件15的凸緣23之間布置一彈性體環(huán)26形 式的可熱膨脹的補償件25。借助一彈簧27預(yù)壓緊所述噴嘴插件15而使之貼靠在所述彈 性體環(huán)26上。該彈簧27支撐在階梯式鉆孔18的有較大孔徑的區(qū)域20的壁上，并具有一 個與噴嘴插件15的鉆孔28對應(yīng)的鉆孔29。所述彈性體環(huán)26由與彎曲元件7的包覆層相 同的材料組成并具有這樣一厚度，即，該厚度與包覆層10在噴嘴3對面區(qū)域內(nèi)的厚度相同。 按這種方式，在壓電閥的運行溫度上升時，所述噴嘴插件15以與包覆層10受熱膨脹量相同 的量返回運動，也就是說，遠離所述彎曲元件7。因此，雖然包覆層10的厚度隨溫度的變化 而變化，但彎曲換能器的關(guān)閉位置保持不變。相應(yīng)地，在所述彎曲元件7處于給定的位置而 打開噴嘴3時，所述墊片14表面到座面17的距離也保持不變。 上面的描述也相應(yīng)地適用于圖1上部所示的噴嘴4，但所述相應(yīng)的噴嘴插件30不 可以直接在殼體l的鉆孔中移動，而是可以在一個噴嘴支座31的也設(shè)計為階梯式鉆孔的一 個鉆孔中移動。因此，噴嘴插件30的插孔24—由噴嘴支座31的階梯式鉆孔形成。所述噴 嘴支座31通過一螺紋連接32螺旋擰入殼體1中。因此，為了校準該壓電閥的開關(guān)特性曲 線或運行特性曲線，可調(diào)節(jié)所述噴嘴支座31的位置。 圖1中示出了復(fù)位彈簧33，該復(fù)位彈簧這樣相對于噴嘴3預(yù)壓緊所述彎曲元件7， 即，在未給彎曲元件7施加電時，通過彎曲元件7的包覆層10密封地緊貼在噴嘴3上而有 效地封閉噴嘴3。 圖2中所示的壓電閥與圖1所示壓電閥之間僅有兩個區(qū)別特征。 一個區(qū)別是，圖 2中的兩個噴嘴3—和4均按圖1中壓電閥的噴嘴4那樣來設(shè)計，因此，這兩個噴嘴3—和4 均可以按上述方式調(diào)節(jié)。另一區(qū)別是設(shè)有兩個鏡像對稱布置的復(fù)位彈簧33和34，這兩個復(fù) 位彈簧相互對立作用于彎曲元件7上，因此，該彎曲元件7在沒有施加電的情況下可靠地位 于所述兩個噴嘴3—和4的座面之間的中間位置。圖2所示壓電閥按這種方式特別適合作 為按比例關(guān)系工作的調(diào)節(jié)元件。
權(quán)利要求
一種帶有殼體(1)的壓電閥，該殼體(1)具有一可穿流的內(nèi)腔(2)，至少一個噴嘴(3，3`；4)通入該內(nèi)腔中，所述噴嘴同與之配屬的流體介質(zhì)接口(5；6)連通并具有帶有座面的密封座，其中，一通過加電可變形的壓電彎曲元件(7)這樣裝入所述殼體的內(nèi)腔中，即，所述噴嘴(3，3`；4)通過由于所述彎曲元件(7)的變形相對于所述噴嘴可移動的所述彎曲元件的區(qū)段(9)可封閉，并且所述彎曲元件至少在其相對于噴嘴的區(qū)域中具有由彈性材料制成的墊片(13；14)，其特征在于，所述密封座設(shè)置在噴嘴插件(15；30)的端側(cè)，所述噴嘴插件(15；30)基本上垂直于所述座面(17)可移動地設(shè)置在殼體上固定的插孔(24；24`)中，其中，在所述插孔和所述配屬的噴嘴插件之間作用有一可熱膨脹的補償件(25)。
2. 按權(quán)利要求l所述的壓電閥，其特征在于，所述補償件(25)設(shè)計為環(huán)形并布置于所 述噴嘴插件(15 ;30)的凸緣(23)和插孔(24 ;24，的凸肩(21)之間。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的壓電閥，其特征在于，所述補償件(25)具有與所述彎曲元 件(7)的墊片(13 ;14)基本上一樣的熱膨脹特性。
4. 按權(quán)利要求3所述的壓電閥，其特征在于，所述補償件(25)和墊片(13 ;14)的厚度 基本上相同。
5. 按權(quán)利要求1至4之一所述的壓電閥，其特征在于，所述插孔設(shè)計在一置入在殼體中 的噴嘴支座(31)里。
6. 按權(quán)利要求1至5之一所述的壓電閥，其特征在于，所述噴嘴插件(15 ;30)借助彈 簧元件(27)被預(yù)壓緊在所述補償件(25)上。
7. 按權(quán)利要求1至5之一所述的壓電閥，其特征在于，所述補償件(25)與所述噴嘴插 件(15 ;30)以及所配屬的插孔(24 ;24，以適合傳遞拉力的方式相結(jié)合。
8. 按權(quán)利要求1至7之一所述的壓電閥，其特征在于，所述壓電閥具有兩個相互基本上 對置的噴嘴(3， 3— ;4)，所述兩個噴嘴可選擇地通過所述彎曲元件因加電產(chǎn)生的變形而被 封閉。
9. 按權(quán)利要求8所述的壓電閥，其特征在于，在所述彎曲元件(7)上的確定用于封閉所 述兩個噴嘴(3 ;4)的區(qū)段(9)的區(qū)域內(nèi)作用有一個復(fù)位彈簧(33)，該復(fù)位彈簧支撐在殼體 上固定的一個支座上，并預(yù)壓緊所述彎曲元件使之抵靠在所述兩個噴嘴之一上。
10. 按權(quán)利要求8所述的壓電閥，其特征在于，在所述彎曲元件(7)上的確定用于封閉 所述兩個噴嘴(3 ;4)的區(qū)段(9)的區(qū)域內(nèi)作用有兩個相互對立指向的復(fù)位彈簧(33 ;34)， 所述兩個復(fù)位彈簧分別支撐在殼體上固定的一個支座上，并預(yù)壓緊所述彎曲元件使之處于 所述兩個噴嘴之間的中間位置。
11. 按權(quán)利要求7至10之一所述的壓電閥，其特征在于，所述兩個噴嘴(3— ;4)各自的 密封座分別設(shè)置在一個噴嘴插件的端側(cè)(15 ;30)，所述各噴嘴插件(15 ;30)分別基本上垂 直于座面(17)可移動地布置于殼體上固定的一插孔(24,24，中，其中，在所述各插孔和配 屬的各噴嘴插件之間分別作用有一個可熱膨脹的補償件(25)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有殼體(1)的壓電閥，該殼體(1)具有一可穿流的內(nèi)腔(2)，至少一個噴嘴(3，3`；4)通入該內(nèi)腔中，所述噴嘴同與之配屬的流體介質(zhì)接口(5；6)連通并具有帶有座面的密封座，其中，一通過加電可變形的壓電彎曲元件(7)這樣裝入所述殼體的內(nèi)腔中，即，所述噴嘴(3，3`；4)通過由于所述彎曲元件(7)的變形相對于所述噴嘴可移動的所述彎曲元件的區(qū)段(9)可封閉，并且所述彎曲元件至少在其相對于噴嘴的區(qū)域中具有由彈性材料制成的墊片(13；14)，其特征在于，所述密封座設(shè)置在噴嘴插件(15；30)的端側(cè)，所述噴嘴插件(15；30)基本上垂直于所述座面(17)可移動地設(shè)置在殼體上固定的插孔(24；24`)中，其中，在所述插孔和所述配屬的噴嘴插件之間作用有一可熱膨脹的補償件(25)。
文檔編號F16K31/00GK101755157SQ200880025237
公開日2010年6月23日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者喬肯·謝布爾, 馬庫斯·格羅德爾 申請人:賀爾碧格自動化技術(shù)控股股份有限公司