專利名稱：帶有壓電控制機(jī)構(gòu)的閥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別適用于氣體應(yīng)用的閥裝置。
為了控制液體流量，由引導(dǎo)閥控制的伺服閥被頻繁的使用。這樣的閥裝置可以在諸如德國(guó)專利10006600B4中找到。這種閥裝置具有閥關(guān)閉件配置在閥座上的主閥。閥關(guān)閉件由彈簧張緊在閥座上。要打開主閥，采用了通過閥桿連接到閥關(guān)閉件上的形式為設(shè)置在殼體中的膜的液力操作裝置。為了控制和引導(dǎo)壓力作用的膜和產(chǎn)生可以打開主閥的力，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)換閥的電磁引導(dǎo)閥。該閥將在殼體中由膜分開的兩個(gè)腔室相互連接，或者在它的其它轉(zhuǎn)換位置，將其中一個(gè)腔室連接于閥的下游側(cè)。這樣，小的電功率就能夠打開和關(guān)閉閥裝置。然而，為了保持閥裝置開著，引導(dǎo)閥的電磁鐵必須持續(xù)供給電流。即使減少了保持電流，這也導(dǎo)致一般不可忽略的功率損耗，這是不能被任意減少的。因?yàn)榘踩卦?，如果在停電的情況下，該引導(dǎo)閥必須轉(zhuǎn)換到需要將閥裝置安全帶到關(guān)閉位置的位置。為此，就需要相關(guān)的復(fù)位彈簧來有效的克服所有剩余的可能出現(xiàn)在磁路中的力。引導(dǎo)閥中的保持電流必須達(dá)到相當(dāng)大的幅度，使得在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)能夠再次克服彈簧的關(guān)閉力。
此外，這樣的閥裝置不允許任何調(diào)制的氣流。它常常是中間值不能持續(xù)調(diào)整的開關(guān)閥。如果應(yīng)用這種閥控制具有不同能量需求的氣體裝置，附加的調(diào)制閥則是必需的。
以此為基礎(chǔ)，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的閥裝置，其至少改進(jìn)上述閥裝置的某一個(gè)方面。
該目的是通過本發(fā)明的閥裝置和本發(fā)明的閥控制方法來達(dá)到的。
本發(fā)明的閥裝置具有壓電閥結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)閥，它是通過使用交流電壓的控制裝置的作用來打開主閥的。這是一個(gè)安全特征。由于存在一個(gè)確定的安全系數(shù)，控制裝置的故障導(dǎo)致開始的交流電壓的中斷。如果將該交流電壓通過電位分離元件例如變壓器或者耦合電容器傳導(dǎo)給壓電操作元件，那么在出現(xiàn)電氣故障時(shí)，例如持續(xù)直流電壓不能夠到達(dá)壓電操作元件并且也不能將壓電操作元件打開到持續(xù)打開位置。因此，只有交流電壓信號(hào)可以打開引導(dǎo)閥從而打開主閥。交流信號(hào)的頻率必須選的足夠大，這樣連接的伺候閥整合通過引導(dǎo)閥和引引導(dǎo)氣流的脈動(dòng)作用引起的振蕩，也就是它不再跟隨他們或者是不再以相關(guān)的方式跟隨。
使用具有壓電操作元件的引導(dǎo)閥帶來了額外的優(yōu)點(diǎn)需要用來打開和關(guān)閉引導(dǎo)閥的輸出量很小。因此，閥裝置的能源消耗就降低了，這些就可以實(shí)現(xiàn)電池驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用。而且，隨著熱能損耗的被吸收，閥中產(chǎn)生的熱量也降低，這也有助于結(jié)構(gòu)的小型化。
使用交流電壓的引導(dǎo)閥不僅使主閥作為開關(guān)閥使用成為可能，而且可以作為調(diào)制閥，用它可以調(diào)節(jié)在打開位置和關(guān)閉位置之間的中間位置。通過引導(dǎo)閥的控制信號(hào)的相應(yīng)無級(jí)的變化調(diào)節(jié)，可能達(dá)到主閥的相應(yīng)無級(jí)的變化調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)引導(dǎo)閥的通流能力，就可以改變交流電壓和頻率的振幅控制。然而，更好的是在不變的頻率，振幅和矩形波信號(hào)的條件下工作，其脈沖占空比是根據(jù)一定規(guī)格的信號(hào)變化的。因此有可能來控制引導(dǎo)液流而且也能夠通過控制引導(dǎo)閥的交流電壓脈沖間隙比例控制主閥的開啟。因此這可以被用作調(diào)制閥，其中其仍然可以作為氣體安全閥起作用。特別真實(shí)的是該閥通常是由封閉彈簧保持在關(guān)閉位置上，只有在通過用交流信號(hào)激發(fā)引導(dǎo)閥使引導(dǎo)閥主動(dòng)開啟才可以使該閥激活，亦即轉(zhuǎn)換到打開位置。這樣的閥裝置可以被操作，例如在調(diào)節(jié)裝置的范圍下像壓力調(diào)節(jié)器或者像通流調(diào)節(jié)器工作，使得產(chǎn)生想要的持續(xù)的氣壓或者想要的氣流。為此，控制裝置連接到被定位在合適位置的壓力傳感器和流量計(jì)上。
如果交流電壓具有矩形波信號(hào)形式，相關(guān)的交流電壓信號(hào)就可以以一種低損耗的簡(jiǎn)單形式產(chǎn)生。如果是在固定頻率下工作，這些頻率優(yōu)選位于音頻之上，那么引導(dǎo)閥的工作是聽不到聲音的。而且壓電操作元件的打開和關(guān)閉的間隔時(shí)間跟隨的速度如此高以至于引導(dǎo)液流量是均勻的并且主閥的驅(qū)動(dòng)裝置不振動(dòng)。最后，這樣就實(shí)現(xiàn)了使驅(qū)動(dòng)裝置形成了機(jī)械式低通濾波器，在其中引導(dǎo)閥的工作頻率遠(yuǎn)在其截止頻率之上。
引導(dǎo)閥的調(diào)制并且通過調(diào)制交流電壓的脈沖占空比來打開主閥可以分級(jí)、準(zhǔn)無級(jí)或完全無級(jí)地進(jìn)行。這可以通過數(shù)字手段低損耗地實(shí)現(xiàn)，例如可以通過微機(jī)實(shí)施。
更適宜的是，一種允許直流電流的元件被并聯(lián)到壓電操作元件上。最簡(jiǎn)單的情況就是電阻，如果發(fā)生故障，它就會(huì)將壓電元件上負(fù)荷移出。然而像這樣的電阻總是跟能量損失連在一起。如果該壓電引導(dǎo)閥是基于一個(gè)模型設(shè)計(jì)的，即只有在壓電操作元件振動(dòng)時(shí)，才可能產(chǎn)生氣流，則可以消除與壓電操作元件平行的電流路徑。如果根據(jù)模型這種保證不存在的，那么在壓電操作元件上并聯(lián)然電感元件例如線圈是有好處的。更適宜的是它以壓電元件形成了并聯(lián)振蕩電路，它的諧振頻率小于或等于控制交流電壓的頻率。因此由于電感元件，只有小的寄生電流出現(xiàn)，并且電能損耗很低。在共振情況下，控制裝置必須產(chǎn)生的供給電流很小并且沒有無功功率。而且，用低控制電流的壓電操作元件可以達(dá)到相關(guān)的高振蕩幅度。然而，如果有錯(cuò)誤發(fā)生，線圈產(chǎn)生了壓電操作元件的直接放電，也就是短路了，所以它幾乎同時(shí)回到松弛狀態(tài)。如果引導(dǎo)閥被設(shè)計(jì)成當(dāng)它在與其相連接的線圈處于電諧振時(shí)僅振蕩，那么控制頻率必須與諧振頻率良好匹配來達(dá)到打開引導(dǎo)閥。這在本質(zhì)上有附加安全優(yōu)點(diǎn)的。如果沒有電壓提供，或者有任何電壓提供，再或者提供一個(gè)其頻率偏離諧振頻率的振蕩，那引導(dǎo)閥就保持關(guān)閉。以一種隨機(jī)和部希望的方式產(chǎn)生準(zhǔn)確諧振頻率的錯(cuò)誤情況是不太可能的。
壓電元件優(yōu)選是彎曲振蕩器。用數(shù)十個(gè)千赫左右的振蕩頻率，就可能達(dá)到足夠的升程，以釋放適合用來控制氣閥的氣流。由此可以調(diào)節(jié)適合在幾千瓦到超過幾百千瓦范圍內(nèi)控制氣流的氣閥。
作為彎曲振蕩器，可以采用傳統(tǒng)的用其平的側(cè)面支撐電極的壓電帶或壓電梁。為了獲得更大的升程，采用替代傳統(tǒng)共振器的共振器，該共振器具有基本上長(zhǎng)度不變的元件以及與該元件平行設(shè)置和連接的長(zhǎng)度部變的壓電堆棧。該裝置有著用低控制電壓就能達(dá)到高偏斜的作用，因此可以控制較高的引引導(dǎo)氣流。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，該引導(dǎo)閥有兩個(gè)交互釋放出口，當(dāng)引導(dǎo)閥處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即不被控制時(shí)，兩出口都關(guān)閉。通過用正極或負(fù)極來控制壓電操作元件，就僅有一個(gè)或另一個(gè)出口被釋放。這兩個(gè)出口不是同時(shí)打開而是隨時(shí)間交替釋放。例如兩個(gè)出口都是通過同一個(gè)壓電操作元件如彎曲振蕩器來控制，其在激活條件下交替地向一個(gè)或另一個(gè)方向彎曲，由此實(shí)現(xiàn)上述情況。如果它支承兩個(gè)閥關(guān)閉元件，如一個(gè)位于其自由端，另一個(gè)則近似位于同一側(cè)的中間位置，則可通過這兩個(gè)閥關(guān)閉元件交互地釋放相應(yīng)配置的出口。用這樣的引導(dǎo)閥例如可以控制兩個(gè)前后接連的主閥。只有當(dāng)共振器振蕩時(shí)，兩個(gè)主閥才獲得氣體。兩個(gè)引導(dǎo)閥的出口以較快的節(jié)奏間歇地供給小量的氣體部分，這些小量的氣體部分聯(lián)合形成了引導(dǎo)氣流來控制第一和第二主閥。如果失去振蕩或者引導(dǎo)閥由于例如直流電壓到達(dá)壓電操作元件而保持在某個(gè)位置上，那么氣體至多在引導(dǎo)閥中的一個(gè)出口處，因此兩主閥中至多一個(gè)出口是開著的。另一個(gè)肯定是關(guān)閉著。因此，甚至如果導(dǎo)致引導(dǎo)閥完全癱瘓的災(zāi)難性故障發(fā)生時(shí)，至少串聯(lián)的主閥中的一個(gè)是關(guān)閉的。本發(fā)明的閥裝置只是在引導(dǎo)閥的壓電操作元件振蕩時(shí)才打開，由此提供了非常高的安全系數(shù)。
此外，串聯(lián)的兩個(gè)主閥可以相互地用振蕩轉(zhuǎn)換的引導(dǎo)閥的脈寬調(diào)制來單獨(dú)控制。為此，例如采用雙極交流電壓，其如正負(fù)極波可以彼此獨(dú)立地脈寬調(diào)制。因此就可以彼此獨(dú)立地控制兩個(gè)串聯(lián)的主閥，由此可以實(shí)現(xiàn)非常大的調(diào)節(jié)范圍、點(diǎn)火氣體或其它形式的操作。例如，第一個(gè)閥可以用作壓力調(diào)節(jié)器而第二個(gè)閥可以用作調(diào)制閥。
還可以在兩個(gè)壓電控制的主閥之前或者之后連接磁動(dòng)作的開關(guān)閥，或者由一個(gè)這種閥取代其中的一個(gè)主閥。通過這種方法就有可能將有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的磁閥的已知和公認(rèn)的安全特性與具有良好可控性的壓電控制的伺服閥結(jié)合起來。例如，磁閥提供對(duì)期望安全等級(jí)的分級(jí)，并且通過由引導(dǎo)閥控制的主閥可以調(diào)節(jié)希望的氣壓和/或通流量。
在引導(dǎo)閥的一個(gè)改進(jìn)的實(shí)施例中，引導(dǎo)閥殼體圍成的內(nèi)部空間作為緩沖器。伸入殼體中的入口上安置有閥關(guān)閉元件。從殼體延伸出來的出口上同樣設(shè)置有閥關(guān)閉元件。兩個(gè)閥關(guān)閉元件例如都是由相同的壓電元件開動(dòng)的，其中如果操作元件沒有被激活，兩個(gè)閥關(guān)閉元件就停在其各自的閥座上，也就是處于松弛和靜止?fàn)顟B(tài)。操作元件優(yōu)選是彎曲振蕩器。兩個(gè)閥關(guān)閉元件在彎曲振蕩器上彼此之間有一定距離，如果彎曲振蕩器在某方向上彎曲，入口就可以被打開，但是當(dāng)操作元件向相反的方向彎曲，入口就關(guān)閉，出口就打開。這樣僅入口或出口可以被交替釋放。如果入口一側(cè)的氣壓對(duì)這樣的引導(dǎo)閥起作用，每次打開入口時(shí)有一小部分氣體進(jìn)入內(nèi)腔，而在入口關(guān)閉和出口打開時(shí)，這部分氣體會(huì)再次從出口處釋放出去。大量的單獨(dú)通過的氣體部分的量可以通過引導(dǎo)閥殼體內(nèi)腔的容積和施加的氣壓來控制。
這樣的引導(dǎo)閥可以用來直接控制小的氣流，也可以用于控制伺服閥。它具有僅在操作元件振蕩下允許氣體通過的優(yōu)點(diǎn)。操作元件僅在一個(gè)方向或另一個(gè)方向上的偏轉(zhuǎn)并不能產(chǎn)生持久的氣流，而是僅限于導(dǎo)入或釋放最小限度的氣體部分。可以通過改變振蕩頻率和/或操作元件的控制信號(hào)的脈沖占空比來調(diào)節(jié)氣流的大小。以這樣的理解，該閥也可以用作一個(gè)氣量表。在給定的氣壓下，振蕩的周期數(shù)就相應(yīng)于通過的氣體量。連接在閥的控制交變電壓上的電子計(jì)數(shù)表由此指示出與通過的氣體量成比例的數(shù)字。
本發(fā)明的有利的實(shí)施例的其它細(xì)節(jié)可以從附圖，說明書，權(quán)利要求書中得出。本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中示意示出。附圖中

圖1為本發(fā)明的閥裝置的一般示意性視圖；圖2為圖1中閥裝置在關(guān)閉狀態(tài)下的示意截面圖；圖3為圖2中閥裝置在打開狀態(tài)下的示意截面圖；圖4為圖1至3中閥裝置的引導(dǎo)閥在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的縱剖面示意圖；圖5和圖6為圖4中引導(dǎo)閥處于不同振蕩狀態(tài)的縱剖面示意圖7為在點(diǎn)火氣體操作中有引導(dǎo)閥和兩個(gè)主閥的改進(jìn)型閥裝置縱剖面示意圖；圖8為有兩個(gè)分開的壓電操作元件的改進(jìn)型引導(dǎo)閥的縱剖面示意圖；圖9為壓電操作部件的部分剖面示意圖；圖10為有壓電操作元件的共振電路的電路圖；圖11和圖12為圖4至6中引導(dǎo)閥的壓電操作元件的不同的控制信號(hào)；圖13為用來控制小氣流的引導(dǎo)閥的一個(gè)備選實(shí)施例；圖14為圖13中的閥在第一振蕩相位；圖15為圖14中的閥在第二振蕩相位；在圖1中示出的閥裝置1在大體上可以被用來控制各種流體介質(zhì)，特別是控制氣流。至少一個(gè)優(yōu)選是兩個(gè)被前后相繼置于管道4中的主閥2，3屬于閥裝置1。主閥2，3受共同的引導(dǎo)閥5控制，引導(dǎo)閥5設(shè)計(jì)成單獨(dú)的組件或者可以與主閥2，3中的一個(gè)相結(jié)合或者與兩個(gè)主閥2，3一起形成組件。例如主閥2，3可以設(shè)置在一個(gè)共同的殼體。它們?cè)O(shè)計(jì)成稱之為伺服閥并且各有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置6，7。其可以如圖2所示由膜8，9形成。膜片8，9位于殼體10，11中。殼體如圖2所示可以是閥殼體12的一部分。然而殼體10，11也可以與殼體12分開。膜8，9劃分殼體10，11里的至少一個(gè)工作腔13，14，工作腔13，14經(jīng)流體通道15，16節(jié)流地連接到管道4的位于主閥2，3上游的一段中。
膜8，9例如通過推桿或閥桿與閥關(guān)閉元件17，18連接。做為選擇，如圖2顯示的那樣，可以由一個(gè)中心段或膜8，9的一部分或與膜8，9直接連接的一部分形成閥關(guān)閉元件17，18。
此外，提供閥關(guān)閉彈簧19，20用來使閥關(guān)閉元件17，18相對(duì)閥座21，22預(yù)張緊。因此，閥裝置1從入口23到出口24的路徑被兩個(gè)主閥2，3封閉。中間腔25在主閥2，3之間。沒有更多描述的適合的傳感器可以設(shè)置在該中間腔的的上部或內(nèi)部。例如，通流傳感器可以被用來探測(cè)通流量。根據(jù)探測(cè)的通流量數(shù)值，例如用閥3就可以調(diào)節(jié)希望的通流量值。
也可以探測(cè)腔25中的壓力并用閥2調(diào)節(jié)到希望的值，例如隨時(shí)間時(shí)的常量值。然后例如利用閥3調(diào)節(jié)所要求的通流量，這是根據(jù)閥3的已知的特性曲線將其調(diào)節(jié)到相應(yīng)的打開值來進(jìn)行的。通過在腔25里進(jìn)行適當(dāng)更精確的壓力調(diào)節(jié)和具有精確的已知和作為基礎(chǔ)的例如被存儲(chǔ)起來的特性曲線，那么可以利用閥3相當(dāng)精確地調(diào)節(jié)或調(diào)整要求的通流量。
工作腔13，14通過適當(dāng)?shù)墓艿阑蛲ǖ?6，27連接到引導(dǎo)閥5的第一和第二入口28，29上。引導(dǎo)閥有殼體30，其中設(shè)有一個(gè)或多個(gè)壓電操作元件31。它們通過形成閥關(guān)閉元件的平表面32，33連接在閥座上，閥座配置在入口28，29上。彈簧作用于操作元件31是通過圖2的彈簧符號(hào)表示的。從殼體30延伸出的通道經(jīng)管道34連接到閥裝置1下游側(cè)，也就是出口24。
閥裝置1連接到控制壓電操作元件31的控制裝置35上。后者例如是彎曲振蕩器，其通過控制裝置35提供交流電壓來打開主閥2，3。這適用于當(dāng)表面32，33被提供在同一個(gè)壓電操作裝置元件31上和當(dāng)它們被提供在分開的操作元件上。
在這兩者情況下，操作元件受到控制，使得表面32，33在相反的方向移動(dòng)，也就是入口28，29交替地釋放。
到此描述的閥裝置1工作如下靜止時(shí)，當(dāng)控制裝置不發(fā)出任何電壓信號(hào)，一個(gè)或者兩個(gè)操作元件31的兩個(gè)表面32，33都接合在所配的閥座上，因此關(guān)閉入口28，29。工作腔13，14由此朝出口24被阻塞。另一方面，它們是通過流體通道15，16作用有流體壓力；流體壓力就像閥關(guān)閉彈簧19，20作用于同樣的方向。因此兩個(gè)閥關(guān)閉元件17，18位于閥座21，22上提供關(guān)閉，因此，閥裝置1關(guān)閉。
為了打開閥裝置1，控制裝置35向操作元件31(如果有多個(gè)就向多個(gè))發(fā)出交流電壓信號(hào)，使其發(fā)生振蕩。這在圖3中通過箭頭標(biāo)記36來表示的。表面32，33周期性的從它們的各自閥座升起。操作元件31優(yōu)選在聽不見的頻率即高于20千赫或者低于20赫或16赫—也就是超聲波和亞聲波頻率下振蕩。入口28，29因此被釋放，也就是它們通過管道34連接到出口24上。釋放的通道的流阻很小，無論如何都比通道15，16的流阻小。這樣，工作腔13，14的氣壓衰減并且入口23旁的液壓可以將膜8，9移到開啟的方向。閥關(guān)閉元件17，18從它們的閥座21，22上升起并釋放氣流。
通過影響由操作元件31(或者多個(gè)操作元件31)形成的振蕩的脈沖占空比，液體或者氣體從工作腔13，14中流出的阻力可以改變。這樣，閥關(guān)閉元件17，18的位置可以有目的地調(diào)節(jié)，使得既不能完全將氣體釋放也不能完全阻塞它，但使其以一種期望的方式節(jié)流，使其達(dá)到例如一個(gè)不變的氣壓或一個(gè)不變的氣流。如果將壓力傳感器連接到中間腔25上，那么主閥2可以被用作壓力調(diào)節(jié)器在中間腔5中保持一恒定氣壓。在跟隨流動(dòng)方向的主閥3也可以用作例如數(shù)量調(diào)節(jié)器，用來從工作腔25中不變的預(yù)壓出發(fā)調(diào)節(jié)氣流量。
圖4描述了引導(dǎo)閥5的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。操作元件31由壓電彎曲振蕩器形成，該壓電彎曲振蕩器在一端36處連接在殼體30上，并且例如被穩(wěn)固的夾在那里，壓電共振器例如由壓電陶瓷材料制成的平窄條加工而成。其設(shè)有電極，從而其被設(shè)計(jì)成在施加的第一極性的電壓作用下它向第一方向彎曲，如圖5所示，而當(dāng)連接到相反極性的電壓上，它向相反的方向彎向，如圖6所示。
表面32，33例如形成了一些較小的突起，其定位在壓電操作元件31的公共的平側(cè)面上。它們?cè)趬弘姴僮髟?1沒有電壓時(shí)關(guān)閉入口28，29。在圖4中描述了該狀態(tài)。
如果操作元件31連接在第一極性的電壓上，表面33從相連接的閥座上升起同時(shí)入口29被釋放。此時(shí)壓電操作元件31以表面32支撐在入口28的閥座上，因此入口28保持關(guān)閉。
如果壓電操作元件31被提供相反的電壓，則它向相反的方向彎曲。此時(shí)它通過表面33支撐在入口29的閥座上，而表面32從入口28的閥座上升起。因此入口28釋放，而入口29保持關(guān)閉。
操作元件31由預(yù)張緊力張緊在入口28，29的方向上。該預(yù)張緊力是由圖4，5，6中的箭頭37表示的。依據(jù)不同的控制方向，預(yù)張緊力得到表面32或33的支持。如果沒有控制，預(yù)張緊力通過表面32，33依照箭頭37轉(zhuǎn)移。
預(yù)張緊力可以由一個(gè)單獨(dú)的彈簧元件生成，或者由操作元件31的內(nèi)在彈性生成。
依照?qǐng)D3至6的引導(dǎo)閥5特別是適合用來控制根據(jù)圖2和3的主閥2，3。只有在操作元件31振蕩時(shí)，兩個(gè)工作腔13，14的壓力才進(jìn)行釋放。如果不振蕩，而是固定在圖5和6所示的一個(gè)或另一個(gè)位置上，則至少主閥2，3中的一個(gè)被關(guān)閉。因此，每次切斷控制裝置35都會(huì)關(guān)閉至少主閥2，3中的一個(gè)。最遲當(dāng)壓電操作元件31被外部電阻、內(nèi)部電阻或其它方式釋放并且處于圖4所示狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)主閥2，3就被關(guān)閉。
根據(jù)圖11和圖12，操作元件31可以由交流電壓激活。該交流電壓優(yōu)選為雙極性的，就是說它有相對(duì)于參考零電壓具有正極波I和負(fù)極波II。根據(jù)圖5正極波I控制例如操作元件31的彎曲，而根據(jù)圖6負(fù)極波II影響操作元件31的彎曲。兩波可以如波序III，IV顯示的那樣對(duì)它們的脈沖間隔比率進(jìn)行調(diào)制。如在圖12中示出的那樣，波序V，VI可以具有不同的脈沖間隔比率。因此，通過入口28，29的氣體釋放可以相互的獨(dú)立地控制。例如，就像波VII，VIII顯示的那樣，其中一個(gè)閥的開啟可以幾乎省去或完全省去，所以該操作元件31僅打開主閥2，3中的一個(gè)而讓另一個(gè)關(guān)閉。
根據(jù)圖7，后者可以被用在閥裝置1的改進(jìn)的實(shí)施例中。其中點(diǎn)火氣體通過連接頭38從中間腔25引出。引導(dǎo)閥5振蕩地啟動(dòng)，其中控制交流電壓例如按照?qǐng)D12那樣是不對(duì)稱的，使得只有上游的主閥2是打開的，主閥3保持關(guān)閉。點(diǎn)火氣體可以通過連接頭38引出，。另外其中點(diǎn)火氣體量可以通過調(diào)制主閥2的開啟來控制。該調(diào)制可以通過約束波形VIII(見圖12)的適合的脈沖占空比來做到，該波形用于控制主閥2。
圖8描述的實(shí)施例為引導(dǎo)閥5有兩個(gè)操作元件31a，31b，兩元件可以相互獨(dú)立地控制并連到控制裝置35的相關(guān)出口上。兩控制元件31a，31b具有已經(jīng)論述的表面32，33，用于封閉與之相配的入口28，29。在松弛的狀態(tài)下，操作元件31a，31b關(guān)閉入口28，29。為了進(jìn)行控制操作，也就是將入口28，29釋放，將操作元件31a，31b置于振蕩運(yùn)動(dòng)中，其中通過頻率和/或脈沖占空比和/振幅，對(duì)在各自的閥座上的流阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。其它方面適用先前的描述。
圖9描述在一個(gè)具體實(shí)施方式
中操作元件的結(jié)構(gòu)。它包括托板39組成，在圖9中該托板為長(zhǎng)方形條狀并水平放置。托板39可以彎曲但幾乎不能伸展，即不能伸展的托板39例如是金屬榫舌或者也可以是陶瓷榫舌。榫舌上安置有由單個(gè)壓電元件40，41，42等構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)，當(dāng)有電壓作用在其上時(shí)，元件就會(huì)改變它們的厚度；厚度是從圖9中托板39的水平縱向上與托板平行地進(jìn)行測(cè)量。單個(gè)壓電元件40到42是通過絕緣層彼此分開的并且被提供了兩個(gè)電極。圖9中的左電極被連接到第一條導(dǎo)線44上。每個(gè)壓電元件40到42的右電極都被連接到第二條導(dǎo)線45上。壓電元件40，41，42以交替的方式被安排在彼此像梳子一樣嚙合交叉的導(dǎo)線44，45的電極之間，并且位于上述絕緣層之間。
使用低的控制電壓，這樣的堆疊結(jié)構(gòu)顯示出相當(dāng)大的縱向變化，其通過與托板39的穩(wěn)固連接被轉(zhuǎn)化為彎曲運(yùn)動(dòng)。
圖10描述了壓電操作元件31的電路，該元件有外電極并且其本身形成可振蕩的系統(tǒng)。操作元件在外部連接有電感L，用于與操作元件31的電容組成振蕩電路；其共振頻率等于或小于由控制裝置35提供的連接交流電壓的頻率。當(dāng)控制裝置35操作中止時(shí)，操作元件31的電感元件L短路，也就是實(shí)現(xiàn)自我釋放并因此回到連接閥關(guān)閉的伸展位置。
圖13至15描述了另一個(gè)引導(dǎo)閥5的改進(jìn)實(shí)施例，其中引導(dǎo)閥5可以用來控制一個(gè)單獨(dú)的主閥2，也可以在一種雙模式中用來控制兩個(gè)主閥2，3。此外它可以用來直接控制相關(guān)小的例如高能氣流，例如用丙烷設(shè)備。然而，該引導(dǎo)閥5的結(jié)構(gòu)很大程度上相應(yīng)于圖4至6中的引導(dǎo)閥5，但是其中沒有通向管道34的出口。在連接頭28，29中，例如連接頭28為入口，而在此之前也被指定成入口的另一個(gè)連接頭29，現(xiàn)在用46表示并形成出口。其它方面適用之前的描述，沒有任何限制。處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，操作元件31的表面32，33關(guān)閉入口28和出口46。操作元件31通過預(yù)張緊力裝在相應(yīng)的閥座上。而預(yù)張緊力是由在圖13至15中示出的彈簧47產(chǎn)生的，其中該彈簧可以被提供和設(shè)計(jì)成獨(dú)立的元件，也可以通過操作元件31自身的預(yù)張緊力來形成。
入口28和出口46不能同時(shí)被釋放。它們只能交互被打開，因?yàn)椴僮髟?1向一個(gè)或另一個(gè)方向偏離。圖14描述出口46釋放的同時(shí)入口28關(guān)閉。圖15在另一方面描述了入口28釋放的同時(shí)出口46關(guān)閉。
該引導(dǎo)閥5工作情況如下在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，操作元件31沒有被操作，也就不振蕩。引導(dǎo)閥5完全關(guān)閉。如果將例如根據(jù)圖11或圖12的曲線形狀的雙極性交流電壓提供給操作元件31，操作元件就振蕩，其中，入口28和出口46交替打開。如圖15中描述的一個(gè)極性的相位，一氣體部分通過增強(qiáng)的氣壓導(dǎo)入殼體30的內(nèi)部容積中。依照?qǐng)D14，如果控制信號(hào)交替改變其極性，操作元件31就擺動(dòng)到其另一個(gè)位置上。入口28接著關(guān)閉同時(shí)出口46打開，其中通過減小壓力由殼體30接收的氣體部分再次通過出口46釋放。
對(duì)引導(dǎo)閥5的控制優(yōu)選由對(duì)稱的交流電壓進(jìn)行，例如，依照?qǐng)D11右邊的。如果氣流被節(jié)流了，就轉(zhuǎn)變?yōu)槿绺鶕?jù)圖11左邊的曲線形狀，其中打開入口28和出口46的時(shí)間更短，因此允許通過的氣體部分變得更少。氣流可以由引導(dǎo)閥5無級(jí)地控制。
此外，也可以通過增加或減少操作元件31的控制頻率和振蕩頻率來控制氣流。當(dāng)在一個(gè)振蕩周期里正好讓一氣體部分通過后，氣流因?yàn)轭l率的增加而變得更大。同樣的，通過改變振蕩幅度可以在較小范圍上對(duì)氣流進(jìn)行影響。
根據(jù)圖13至15，引導(dǎo)閥5本質(zhì)上是安全的。氣壓向前壓和向后壓都不能打開引導(dǎo)閥。至少兩個(gè)部分閥中的一個(gè)關(guān)閉入口28或出口46。而且，引導(dǎo)閥不能由一個(gè)或其它方向(極)上應(yīng)用的直流電壓打開。為了釋放氣流，要應(yīng)用交流電壓，該電壓使得操作元件31充分振蕩，優(yōu)選在超聲波范圍內(nèi)。引導(dǎo)閥5適合用來計(jì)量小氣流或可壓縮的流體介質(zhì)。不可壓縮介質(zhì)(水，油)可以由該閥控制，如果殼體30是彈性的，或具有彈性部分，或者在入口和出口之間有另一個(gè)彈性緩沖部分的話。
閥裝置有引導(dǎo)閥5，該引導(dǎo)閥有用來提供控制的壓電操作元件31。引導(dǎo)閥5由交流電壓激活，使得它的操作元件31振蕩來釋放氣流。
權(quán)利要求
1.閥裝置(1)，特別是氣體閥裝置，具有至少一個(gè)主閥(2)，該主閥有與液體控制驅(qū)動(dòng)裝置(6)連接的閥關(guān)閉元件(17)；具有引導(dǎo)閥(5)，該引導(dǎo)閥連接于驅(qū)動(dòng)裝置(6)，使得通過引導(dǎo)流體流來控制該驅(qū)動(dòng)裝置，并且引導(dǎo)閥有用來影響引導(dǎo)流體流的壓電操作元件(31)；具有控制裝置(35)，該控制裝置連接到引導(dǎo)閥(5)上，該引導(dǎo)閥上作用了交流電壓來打開主閥(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥裝置，其特征在于交流電壓具有矩形波信號(hào)形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥裝置，其特征在于設(shè)置控制裝置(35)來調(diào)制交流電壓的脈沖占空比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥裝置，其特征在于電感元件(L)并聯(lián)到壓電操作元件(31)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閥裝置，其特征在于交流電壓具有與由壓電操作元件(31)和電感元件(L)構(gòu)成的并聯(lián)振蕩電路(31，L)的諧振頻率相一致的頻率，或者大于該諧振頻率的頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥裝置，其特征在于交流電壓的頻率高于或低于可聽聲頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥裝置，其特征在于壓電元件(31)為一彎曲振蕩器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥裝置，其特征在于彎曲振蕩器具有壓電元件堆棧(41，42，43)，該壓電元件堆棧長(zhǎng)度是可以壓電地變化的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閥裝置，其特征在于壓電元件堆棧(41，42，43)的一側(cè)連接到不可延展的支撐件(39)上，該支撐件在壓電元件堆棧(41，42，43)的縱向上平行延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥裝置，其特征在于具有兩個(gè)前后設(shè)置的主閥(2，3)，其各由流體控制驅(qū)動(dòng)裝置(6，7)控制。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的閥裝置，其特征在于引導(dǎo)閥(5)有兩個(gè)能交替釋放的連接頭(28，29，46)，該連接頭連接到主閥(2，3)的驅(qū)動(dòng)裝置(6，7)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥裝置，其特征在于引導(dǎo)閥(5)的壓電操作元件(31)控制引導(dǎo)閥(5)的兩個(gè)連接頭(28，29，46)。
13根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥裝置，其特征在于壓電操作元件(31)為彎曲振蕩器，該彎曲振蕩器向第一方向偏轉(zhuǎn)來釋放連接頭(28，29，46)中的一個(gè)，和向另一個(gè)方向上偏轉(zhuǎn)來釋放連接頭(28，29，46)中的另一個(gè)，使得僅一個(gè)或另一個(gè)連接頭被釋放。
14根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥裝置，其特征在于壓電操作元件(31)在相互相間的位置上的同一側(cè)上支撐閥關(guān)閉表面(32，33)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥裝置，其特征在于控制裝置(35)設(shè)置用來傳輸雙極性交流電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的閥裝置，其特征在于交流電壓可以在至少一個(gè)極性上進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥裝置，其特征在于在連接著主閥(2)的腔室(25)的內(nèi)部或上面設(shè)置與控制裝置(35)連接的傳感器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥裝置，其特征在于傳感器為壓力傳感器，控制裝置依靠主閥(2)調(diào)節(jié)在腔室(25)里的壓力。
19.根據(jù)權(quán)利要求10和18所述的閥裝置，其特征在于控制裝置(35)依照其通流量特性曲線將第二主閥(3)調(diào)節(jié)到相應(yīng)的確定希望的氣流量的位置上，以調(diào)節(jié)希望的氣流量。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥裝置，其特征在于主閥(2)之前或者之后連接有電磁操作的閥。
21.用于控制小氣流的引導(dǎo)閥，具有壓電操作元件(31)，該元件設(shè)置在殼體(30)的內(nèi)部且具有兩個(gè)閥關(guān)閉表面(32，33)，其中的一個(gè)表面與伸入該殼體(30)中的入口(28)相配，另一個(gè)表面與從該殼體(30)伸出的出口(46)相配，其中入口(28)和出口(46)由操作元件(31)交替釋放。
22.用于控制閥裝置的方法，該閥裝置有至少一個(gè)主閥(2)和至少一個(gè)控制該主閥的引導(dǎo)閥(5)，其中引導(dǎo)閥在打開位置和關(guān)閉位置之間被振蕩地驅(qū)動(dòng)，以便打開主閥(2)。
全文摘要
一種閥裝置具有引導(dǎo)閥(5)，該引導(dǎo)閥具有提供控制的壓電操作元件(31)。引導(dǎo)閥(5)由交流電壓控制，使得它的操作元件(31)振蕩來釋放氣流。
文檔編號(hào)F16K31/02GK1877171SQ20061007928
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
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