WO2001004526A1 - Piezoelektrisches ventil - Google Patents

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WO2001004526A1
WO2001004526A1 PCT/EP2000/006154 EP0006154W WO0104526A1 WO 2001004526 A1 WO2001004526 A1 WO 2001004526A1 EP 0006154 W EP0006154 W EP 0006154W WO 0104526 A1 WO0104526 A1 WO 0104526A1
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WO
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piezo
valve member
valve according
electro
valve
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PCT/EP2000/006154
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Post
Jürgen Gerhartz
Reiner Bindig
Original Assignee
Festo Ag & Co.
Ceramtec Ag
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Publication date
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Priority to AT00947906T priority patent/ATE241771T1/de
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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—Piezo-electric benders
    • F16K31/006—Piezo-electric benders having a free end
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8158—With indicator, register, recorder, alarm or inspection means
    • Y10T137/8225—Position or extent of motion indicator
    • Y10T137/8242—Electrical

Definitions

  • the invention relates to a preferably directly actuated electric valve, with a valve member which is linearly displaceable relative to a valve housing and to which an electrically activatable drive device is assigned.
  • valves are widely used in the form of so-called solenoid valves.
  • Their drive device generally contains an electromagnet which drives an armature forming the valve member.
  • the valve member is linearly displaceably guided in a valve housing, wherein the valve housing can be at least partially formed by the housing of the electromagnet.
  • the known electrovalves have the disadvantage that the technological barriers opposing miniaturization are relatively high.
  • the operation of the solenoid valves is regularly associated with a relatively high energy consumption, which leads to a strong development of heat.
  • electromagnetic drive devices soon reach their limits in connection with the realization of high switching speeds. It is the object of the present invention to create a directly actuated, that is to say non-pilot-operated, electrovalve of the type mentioned at the beginning, consumption of smaller sizes and higher switching speeds.
  • the drive device is designed as a piezoelectric drive device which contains at least one piezo-bending element which extends transversely to the direction of displacement of the valve member, which on the one hand engages the valve member and on the other hand is fixed to the housing in such a way that its electrically gentle bending movement causes the linear displacement movement of the valve member.
  • the bending behavior of a piezo transducer designed as a piezo bending element is used to cause the actuation of a valve member, with direct actuation preferably being provided.
  • This enables hitherto unattainable reductions in the size of the valve, the transverse length of the existing piezo bending elements in particular also making it possible to keep the overall length of the valve very compact.
  • the piezoelectric drive device also permits high-frequency valve actuation, for example in the order of magnitude of 200 Hz, so that significantly shorter switching times can be achieved. Overall, it is therefore possible to switch faster with higher performance data and to achieve lower construction volumes. Furthermore, with a higher degree of efficiency than with solenoid valves, there is less thermal stress.
  • piezo valves are known as such, for example from DE 198 01 613 AI. With them, the piezo bending element has so far always been used directly as a valve member and not as a valve drive which drives a displaceably guided valve member by mechanical coupling.
  • valve member is expediently a valve spool, for example in the form of a so-called piston spool.
  • the drive device of the solenoid valve can be equipped with only a single piezo bending element. If it is correspondingly motion-coupled to the valve member, movements of the valve member in the opposite axial direction can also be brought about here if necessary. However, it would also be conceivable to additionally install a restoring device that counteracts the actuating force of the piezo bending element, for example a spring device.
  • the piezoelectric drive device has a plurality of piezo bending elements which engage the valve member. If these are piezo bending elements with an identically oriented force effect, increased positioning forces can be realized. However, a design is considered to be particularly expedient in which there are two piezo bending elements which can act on the valve member with oppositely oriented actuating forces. In this way, among other things, a piezoelectrically actuated actuating movement of the valve member can be realized in both axial directions of movement.
  • a control device which enables coordinated electrical control of the piezo bending elements with variable voltages in order to obtain different actuation paths and / or actuation positions depending on the applied voltage values.
  • a voltage-controlled control of the piezo bending elements would be possible in order to realize a multi-position behavior of the valve member.
  • continuously variable control on the other hand, it is very easy to implement a constant movement behavior and, accordingly, an electro valve designed as a continuous valve. It would be possible to position two piezo bending elements so that they interact with the opposite axial end sections of the valve member.
  • an embodiment in which two piezo-bending elements acting on the valve member act adjacent to one another and engage on one and the same axial end section of the valve member promises a structurally reduced construction effort.
  • a position detection device is present, with which at least one, but preferably continuously, any current position of the valve member can be determined.
  • a position detection device expediently receives the necessary information on the basis of the current bending state of at least one piezo bending element, which is expediently detected by using at least one strain gauge attached to the piezo bending element.
  • the piezo bending elements have an elongated, strip-like support which is coated with piezoelectric material at least on one side, that is to say on one of its two larger surfaces, re a multilayer coating is used.
  • the individual layer planes could run parallel to the plane of expansion of the carrier, but a realization with layer planes oriented transversely to the longitudinal direction of the carrier seems particularly advantageous, so that the piezoelectric material can be constructed from a strip-shaped piezo stack.
  • FIG. 1 shows an axial end region of a first design of the electrovalve according to the invention in a highly schematic representation and in longitudinal section
  • FIG. 2 shows a perspective individual illustration of a piezo bending element that is preferably used in the electro valve according to FIG. 1,
  • FIG. e shows a control circuit which is particularly suitable for realizing these actuation phases
  • FIG 4 in a highly schematic representation another electrovalve of the type according to the invention, but in comparison to the embodiment of Figures 1 to 3, the piezo-bending elements of the drive device interact with both end sections of the valve member and an undeflected neutral position is shown, and
  • FIG. 5 shows the electrovalve from FIG. 4 when the drive device is activated with the correspondingly deflected one
  • FIG. 1 shows an end section of a directly operated electrovalve 1, that is to say a valve, the valve member 2 of which is actuated directly, without fluidic pilot control, by an electrically activatable drive device 3.
  • the electrovalve 1 has a valve housing 4 which is penetrated by a number of valve channels 5 which is dependent on the valve type and which includes an elongated receptacle 6, which is cylindrically contoured in the exemplary embodiment and in which the valve member 2 is linearly displaceable in the longitudinal direction.
  • valve channels 5 open into the receptacle 6.
  • valve member 2 They are fluidically linked in a coordinated manner, so that, for example, the functionality of a 3/2-way valve or a more functional directional valve is established.
  • valve housing 4 is only indicated by dash-dotted lines there.
  • valve member 2 is designed as a valve slide which has length sections of different diameters, so that control sections 9 result which are in sealing contact with the wall of the receptacle 6.
  • the electro valve could also be a seat valve.
  • the drive device 3 is designed as a piezoelectric drive device. In the exemplary embodiments shown, it each includes two piezo-bending elements 8, 8 'extending transversely to the direction of displacement 7 of the valve member 2 indicated by the double arrow. These are with their Right an axial end, hereinafter referred to as the fastening end 12, fixed in place with respect to the valve housing 4 and engage with its opposite other end, which is hereinafter referred to as the actuating end 13, on the valve member 2.
  • the housing-fixed fixation can take place immediately according to Figures 4 and 5.
  • there is preferably an indirect fastening for example according to FIG. 1 with the interposition of a holder 14, on which the fastening ends 12 are clamped and which in turn is fastened to the valve housing 4.
  • the piezo bending elements 8, 8 'can have a structure which is known per se, so that they can be applied by applying an electrical one
  • Activation under voltage results in a pivoting movement indicated schematically in FIG. 1 by double arrows, which is caused by a bending of the piezo bending elements 8, 8 'and is therefore referred to as a bending movement 16.
  • a suitable control device 17 is provided for the electrical control of the piezo bending elements 8, 8 '. It is expediently designed in such a way that it can individually and electrically control the existing piezo bending elements independently of one another.
  • Each piezo bending element 8, 8 ' is mechanically coupled to the valve member 2 in the area of a coupling point 15 provided thereon in such a way that the electrically caused bending movement 16 of a respective piezo bending element 8, 8 'causes a linear displacement movement of the valve member 2 in the displacement direction 7 already defined.
  • the two piezo bending elements 8, 8 ' are designed and installed in such a way that they can act on the valve member 2 with oppositely oriented actuating forces. In this way, a piezo bending element 8, 8 'is responsible for the displacement of the valve member 2 in one of the two axial displacement directions.
  • the two piezo-bending elements 8, 8 ' are summarized in a compact space. They are located alongside one another alongside one another, wherein they are placed one after the other with respect to the direction of displacement 7. Their actuating ends 13 act on the coupling point 15 on a transmission element 18 provided on the valve element 2 on sides oriented axially opposite one another with respect to the displacement direction 7. In other words, the web-like transmission member 18 sits between the two actuating ends 13, whereby the already mentioned mechanical pretensioning of the piezo bending elements 8, 8 ′ provides a clamping that is free of play in the displacement direction 7.
  • a pre-stressed engagement of the piezo bending elements 8, 8 'on the valve member 2 can also be provided in the embodiment of Figures 4 and 5.
  • an arrangement has been made there such that the two piezo bending elements 8, 8 'are at a greater distance from one another and each engage one of the two axial end sections of the valve member 2.
  • they are placed in the region of the two opposite end sections of the valve housing 4, while according to FIG. 1 they are installed together in the region of the one housing end.
  • the valve member 2 thus extends between the two piezo bending elements 8, 8 ', between which it can be clamped without play.
  • the piezo bending elements 8, 8 ' can run or slide off in the contact area with the valve member 2, so that mechanical tension is avoided. It goes without saying that a physical connection can also be provided between the piezo-bending elements 8, 8 'and the valve member 2, if necessary, for example with the engagement of joint and / or hinge means.
  • the piezoelectric drive device 3 could also be equipped with only one piezo bending element, which is then expediently responsible for generating the switching movement of the valve member 2 in only one direction of displacement.
  • Suitable resetting means for example a pneumatic or fluidic spring device or sufficient resilience of the piezo bending element itself, could in this case cause the resetting when the piezo bending element is deactivated. It would also be conceivable to design the piezo bending element in such a way that it can be actively deflected in two pivoting directions, in order to bring about the actuating movement of the valve member 2 in both axial directions by one and the same piezo bending element.
  • the drive device 3 is equipped with more than two piezo bending elements. As is also the case with a double arrangement of piezo bending elements, such a design could be used to achieve an addition of the piezo actuating forces and thereby to increase the force.
  • the solenoid valve is suitable, for example, for applications in which the fluid to be controlled, in particular compressed air, is to be supplied to a consumer at a variable flow rate.
  • Proportional valve technology is a particularly useful field of application.
  • valve member 2 it is entirely possible to implement a digital multi-position behavior of the valve member 2 by means of the piezoelectric drive device 3, the valve member 2 being positioned in very specific positions by covering predetermined travel ranges. This is done here by a correspondingly graded control of the piezo-bending element pair 8, 8 ', the actuating forces of the two piezo-bending elements 8, 8' mutually influencing each other, so that in total at the coupling point 15 or at the transmission element 18 a resulting adjustment path can be tapped, which results from the superimposition of the bending movements of the two piezo bending elements 8, 8 1 .
  • FIG. 3 (e) shows a control circuit 23 which is expediently integrated in the control device 17 and which is designed as a voltage divider circuit, an applied output voltage — in the exemplary embodiment 200 V — depending on the setting, in a predetermined ratio to the two piezo bending elements 8, 8 'is distributed.
  • the possible effects of certain voltage distributions are shown in Figures (a) to (d) of Figure 3.
  • FIG. 3 (a) shows the two piezo bending elements 8, 8 'in their deactivated neutral position, that is to say their zero current position. This neutral position is consequently also present in the event of a power failure, so that a desired fail-safe function can be implemented based thereon.
  • FIG. 3 (b) shows an even distribution of the output voltage over both piezo bending elements 8, 8 1 .
  • the bending transducer forces acting on the coupling element 15 cancel each other out, the piezo-bending elements 8, 8 'bulging out, but overall do not cause any displacement of the valve element 2.
  • FIG. 3 (c) shows a state in which a voltage of 150 V is applied to one piezo bending element 8 'and a voltage of 50 V to the other piezo bending elements 8 via a corresponding specification of the control circuit 23. This results in a deflection of the coupling point 15 and accordingly an axial travel 24 of the valve member 2, which in the present case is half the maximum travel that can be generated.
  • FIG. 3 (d) shows a control state in which the total output voltage of 200 V is applied to one Piezo bending element 8 'abuts, while the other piezo bending element 8 is without voltage.
  • the maximum possible actuation path 24 results at the coupling point 15 and accordingly at the valve member 2 connected to it.
  • a particular advantage of the piezoelectric activation of the electrovalve 1, 1 ' is that high-frequency valve actuation is possible, for example in the order of magnitude of 200 Hz, so that extremely short switching times can be achieved.
  • a position detection device 25 can be provided in order to detect one or more positions and preferably each instantaneous position of the valve member 2.
  • the design implemented in the exemplary embodiment provides for position detection on the basis of the current bending state of at least one piezo bending element 8 of the piezoelectric drive device 3.
  • the relevant piezo bending element 8 can be equipped with at least one strain gauge 29, the elongation of which depends on the bending angle of the piezo bending element 8 and which is accordingly able to produce position signals which are evaluated in an evaluation unit 26.
  • the latter can be carried out separately, as shown, or can also be a component of the control device 17.
  • FIG. 2 also shows a possible embodiment of a piezo bending element 8 ′ which can advantageously be used in the piezoelectric drive device 3. It has a strip-like elongate carrier 27, for example made of ceramic material and / or metal, which is coated on one side with one of its two larger-area stiffening surfaces with piezoelectric material 28.
  • This piezoelectric material 28 expediently has a multi-layer structure with a plurality of piezo layers 32 lying one on top of the other.
  • the layer planes of the individual piezo layers 32 run transversely to the longitudinal direction of the carrier 27 and this longitudinal direction is aligned, in particular, at right angles to the individual layer planes.
  • the piezoelectric material 28 thereby has a structure comparable to a piezoelectric stack translator, the individual piezo layers being contacted in a corresponding manner.
  • the application of a voltage now leads to a change in the length of the piezo stack and, as a result, to a curvature of the carrier 27, the front end of which forms the actuating end 13.
  • the piezoelectric material 28 expediently covers only a partial length of the carrier 27.
  • the carrier can be flush-coated with active piezo material (multilayer made of piezo and electrode material) or with passive piezo material (piezo material without electrode layers). This reduces the notch effect between the piezo material and the carrier, combined with an increase in the service life.
  • the piezoelectric material 28 is constructed comparable to a strip transformer, the one in FIG. 2 being dash-dotted for such a construction indicated piezo layers 33 can extend in the longitudinal direction of the carrier 27 with layer planes parallel to the carrier plane.
  • High-strength ceramics such as aluminum oxide, zirconium oxide or silicon nitride, are advantageously used as the carrier material.
  • the already strip-shaped preformed piezo material is glued onto the carrier material without insulation problems arising. If a metal is used as the carrier material, a thin insulator made of, for example, polyamide is necessary between the metal carrier and the piezo material.
  • strain gauge 29 is used for position detection, this would expediently be placed on the second, larger-area side surface of the carrier 27 facing away from the piezoelectric material 28.

Abstract

Es wird ein direktbetätigtes Elektroventil vorgeschlagen, das eine piezoelektrische Antriebseinrichtung (3) zur direkten Betätigung eines Ventilgliedes (2) aufweist. Die piezoelektrische Antriebseinrichtung (3) enthält mindestens ein sich quer zur Verschieberichtung des Ventilgliedes (2) erstreckendes Piezo-Biegeelement (8, 8'), das derart einerseits am Ventilglied (2) angreift und andererseits gehäusefest fixiert ist, dass seine elektrisch verursachte Biegebewegung die lineare Verschiebebewegung des Ventilgliedes (2) hervorruft. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht bei kompakten Abmessungen sehr kurze Schaltzeiten.

Description

PIEZOELEKTRISCHES VENTIL
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein vorzugsweise direktbetätigtes E- lektroventil, mit einem relativ zu einem Ventilgehäuse linear verschiebbar geführten Ventilglied, dem eine elektrisch aktivierbare Antriebseinrichtung zugeordnet ist .
Derartige Ventile sind in Gestalt sogenannter Magnetventile weit verbreitet. Deren Antriebseinrichtung beinhaltet in der Regel einen Elektromagneten, der einen das Ventilglied bildenden Anker antreibt. Das Ventilglied ist in einem Ventilgehäuse linear verschiebbar geführt, wobei das Ventilgehäuse zumindest teilweise vom Gehäuse des Elektromagneten gebildet sein kann.
Die bekannten Elektroventile haben den Nachteil, daß die einer Miniaturisierung entgegenstehenden technologischen Schranken relativ hoch liegen. Außerdem ist der Betrieb der Magnetventile regelmäßig mit einem relativ hohen Energie- verbrauch verbunden, der zu einer starken Wärmeentwicklung führt. Nicht zuletzt gelangen elektromagnetische Antriebsein- richtungen auch im Zusammenhang mit der Realisierung hoher Schaltgeschwindigkeiten relativ bald an ihre Grenzen. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein direktbe- tätigtes, also nicht vorgesteuertes Elektroventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei reduziertem Energie- verbrauch geringere Baugrößen und höhere Schaltgeschwindigkeiten ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Antriebs- einrichtung als piezoelektrische Antriebseinrichtung ausgeführt ist, die mindestens ein sich quer zur Verschieberichtung des Ventilgliedes erstreckendes Piezo-Biegeelement enthält, das derart einerseits am Ventilglied angreift und andererseits gehäusefest fixiert ist, daß seine elektrisch verur- sachte Biegebewegung die lineare Verschiebebewegung des Ventilgliedes hervorruft.
Auf diese Weise wird das Biegeverhalten eines als Piezo- Biegeelement ausgeführten Piezowandlers ausgenutzt, um die Betätigung eines Ventilgliedes hervorzurufen, wobei vorzugsweise eine direkte Betätigung vorgesehen ist. Dies ermöglicht bisher unerreichte Reduzierungen in der Baugröße des Ventils, wobei durch die Queranordnung der vorhandenen Piezo-Biege- elemente insbesondere auch die Baulänge des Ventils sehr kom- pakt gehalten werden kann. Die piezoelektrische Antriebseinrichtung gestattet überdies hochfrequente Ventilbetätigungen, beispielsweise in der Größenordnung von 200 Hz, so daß wesentlich kürzere Schaltzeiten realisiert werden können. Es ist somit insgesamt möglich, bei höheren Leistungsdaten schneller zu schalten und geringere Bauvolumina zu erreichen. Weiterhin stellt sich bei einem höheren Wirkungsgrad als bei Magnetventilen eine geringere Wärmebelastung ein. Zwar sind sogenannte Piezo-Ventile als solches bekannt, beispielsweise aus der DE 198 01 613 AI. Bei ihnen wird das Pie- zo-Biegeelement bisher allerdings stets unmittelbar selbst als Ventilglied eingesetzt und nicht als Ventilantrieb, der durch mechanische Kopplung ein verschiebbar geführtes Ventil- glied antreibt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Bei dem Ventilglied handelt es sich zweckmäßigerweise um einen Ventilschieber, beispielsweise in einer Bauform als sogenannter Kolbenschieber.
Die Antriebseinrichtung des Elektroventils kann mit lediglich einem einzigen Piezo-Biegeelement ausgestattet sein. Ist es mit dem Ventilglied entsprechend bewegungsgekoppelt, können auch hierbei bei Bedarf Bewegungen des Ventilgliedes in ent- gegengesetzten Axialrichtung hervorgerufen werden. Denkbar wäre aber auch die ergänzende Installation einer der Stell- kraft des Piezo-Biegeelementes entgegenwirkenden Rückstelleinrichtung, beispielsweise einer Federeinrichtung.
Als wesentlich vorteilhafter wird jedoch eine Ausführungsform eingestuft, bei der die piezoelektrische Antriebseinrichtung mehrere an dem Ventilglied angreifende Piezo-Biegeelemente aufweist. Handelt es sich dabei um Piezo-Biegeelemente mit identisch orientierter Kraftwirkung, lassen sich erhöhte Stellkräfte realisieren. Als besonders zweckmäßig wird jedoch eine Bauform angesehen, bei der zwei Piezo-Biegeelemente vorhanden sind, die mit einander entgegengesetzt orientierten Stellkräften auf das Ventilglied einwirken können. Auf diese Weise läßt sich unter anderem eine piezoelektrisch aktuierte Stellbewegung des Ventilgliedes in beiden axialen Bewegungsrichtungen realisieren. Vor allem in diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn eine Steuereinrichtung vorhanden ist, die eine aufeinander abgestimmte elektrische Ansteuerung der Piezo-Biegeelemente mit variablen Spannungen ermöglicht, um in Abhängigkeit von den angelegten Spannungswerten unterschiedliche Stellwege und/oder Stellpositionen zu erhalten. Hier wäre beispielsweise eine spannungsmäßig abgestufte AnSteuerung der Piezo-Biegeelemente möglich, um ein Mehrstellungsverhalten des Ventilgliedes zu realisieren. Bei εtufen- loser variabler Ansteuerung kann hingegen sehr einfach ein stetiges Bewegungsverhalten und dementsprechend ein als Stetigventil ausgeführtes Elektroventil verwirklicht werden. Es wäre möglich, zwei Piezo-Biegeelemente so zu positionieren, daß sie mit den einander entgegengesetzten axialen Endabschnitten des Ventilgliedes zusammenwirken. Einen konstruktiv verringerten Bauaufwand verspricht jedoch eine Ausführungsform, bei der zwei am Ventilglied angreifende Piezo- Biegeelemente benachbart zueinander angeordnet sind und an ein und demselben axialen Endabschnitt des Ventilgliedes angreifen.
Vor allem wenn das Ventilglied durch zwei Piezo-Biegeelemente mit entgegengesetzter Kraftrichtung beaufschlagt wird, ist es vorteilhaft, wenn mindestens eines und vorzugsweise beide Piezo-Biegeelemente unter mechanischer Vorspannung am Ventil- glied angreifen, so daß die Piezo-Biegeelemente zumindest partiell aus ihrer Neutrallage ausgelenkt sind. Dies verspricht mit einfachen Mitteln eine spielfreie Kraftübertragung auf das Ventilglied selbst in Fällen, bei denen das Piezo-Biegeelement ausschließlich durch Berührkontakt mit dem Ventilglied zusammenarbeitet. Somit lassen sich Schaltbewegungen mit hoher Präzision realisieren.
Um das Elektroventil in eine elektronische Steuerung integrieren zu können, ist es von Vorteil, wenn eine Positionser- fassungseinrichtung vorhanden ist, mit der sich zumindest eine, vorzugsweise jedoch kontinuierlich jede momentane Stellung des Ventilgliedes ermitteln läßt. Eine solche Positions- erfassungseinrichtung erhält die notwendigen Informationen zweckmäßigerweise auf Basis des aktuellen Biegezustandes min- destens eines Piezo-Biegeelementes, der zweckmäßigerweise durch Einsatz mindestens eines am Piezo-Biegeelement angebrachten Dehnmeßstreifens erfaßt wird.
Die Piezo-Biegeelemente verfügen in vorteilhafter Bauweise über einen länglichen, streifenartigen Träger, der zumindest einseitig, also an einer seiner beiden größeren Flächen, mit piezoelektrischem Material beschichtet ist, wobei insbesonde- re eine Multilayer-Beschichtung zum Einsatz kommt. Die einzelnen Schichtebenen könnten hier parallel zur Ausdehnungs- ebene des Trägers verlaufen, besonders vorteilhaft erscheint jedoch eine Realisierung mit quer zur Längsrichtung des Trägers ausgerichteten Schichtebenen, so daß das piezoelektrische Material aus einem streifenför igen Piezostapel aufgebaut sein kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Figur 1 einen axialen Endbereich einer ersten Bauform des erfindungsgemäßen Elektroventils in stark schematisierter Darstellungsweise und im Längsschnitt,
Figur 2 in perspektivischer Einzeldarstellung ein beim Elekt- roventil gemäß Figur 1 vorzugsweise zum Einsatz gelangendes Piezo-Biegeelement,
Figur 3 in den Bildern (a) bis (d) verschiedene Betätigungs- phasen der bei dem Elektroventil gemäß Figur 1 zum
Einsatz gelangenden piezoelektrischen Antriebsein- richtung, wobei Bild (e) eine zur Realisierung dieser Betätigungsphasen besonders geeignete Steuerschaltung wiedergibt,
Figur 4 in stark schematisierter Darstellungsweise ein weiteres Elektroventil der erfindungsgemäßen Bauart, wobei jedoch im Vergleich zur Ausführungsform der Figuren 1 bis 3 die Piezo-Biegeelemente der Antriebseinrichtung mit beiden Endabschnitten des Ventilgliedes zusammenwirken und wobei eine unausgelenkte Neutralstellung gezeigt ist, und
Figur 5 das Elektroventil aus Figur 4 bei aktivierter An- triebseinrichtung mit dementsprechend ausgelenktem
Ventilglied. Die Figur 1 zeigt einen im Längsschnitt abgebildeten Endabschnitt eines direktbetätigten Elektroventils 1, also eines Ventils, dessen Ventilglied 2 durch eine elektrisch aktivierbare Antriebseinrichtung 3 direkt, ohne fluidische Vorsteue- rung, betätigt wird.
Das Elektroventil 1 verfügt über ein Ventilgehäuse 4, das von einer vom Ventiltyp abhängigen Anzahl von Ventilkanälen 5 durchsetzt ist und das eine beim Ausführungsbeispiel zylind- risch konturierte längliche Aufnahme 6 beinhaltet, in der das Ventilglied 2 in Längsrichtung linear verschiebbar geführt ist.
Die nur teilweise sichtbaren Ventilkanäle 5 münden in die Aufnahme 6 ein. Sie werden in Abhängigkeit von der momentanen Stellung des Ventilgliedes 2 in aufeinander abgestimmter Weise fluidisch verknüpft, so daß sich beispielsweise die Funktionalität eines 3/2-Wegeventils oder eines höherfunktionalen Wegeventils einstellt.
Bei der in Figuren 4 und 5 gezeigten weiteren Ausführungsform eines Elektroventils l1 sind übereinstimmende Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen. Das Ventilgehäuse 4 ist dort nur strichpunktiert angedeutet.
Bei beiden Elektroventilen 1, 1' ist das Ventilglied 2 als Ventilschieber ausgeführt, der über Längenabschnitte unterschiedlichen Durchmessers verfügt, so daß sich Steuerabschnitte 9 ergeben, die mit der Wandung der Aufnahme 6 in Dichtkontakt stehen. Bei dem Elektroventil könnte es sich allerdings auch um ein Sitzventil handeln.
Die Antriebseinrichtung 3 ist als piezoelektrische Antriebseinrichtung ausgeführt. Sie beinhaltet bei den gezeigten Aus- führungsbeispielen jeweils zwei sich quer zu der durch Doppelpfeil angedeuteten Verschieberichtung 7 des Ventilgliedes 2 erstreckende Piezo-Biegeelemente 8, 8'. Diese sind mit ih- re einen axialen Ende, nachfolgend als Befestigungsende 12 bezeichnet, bezüglich dem Ventilgehäuse 4 ortsfest fixiert und greifen mit ihrem entgegengesetzten anderen Ende, das nachfolgende als Betätigungsende 13 bezeichnet sei, am Ven- tilglied 2 an.
Die gehäusefeste Fixierung kann gemäß Figuren 4 und 5 unmittelbar erfolgen. Vorzugsweise liegt jedoch eine mittelbare Befestigung vor, beispielsweise gemäß Figur 1 unter Zwischen- Schaltung eines Halters 14, an dem die Befestigungsenden 12 eingespannt sind und der seinerseits am Ventilgehäuse 4 befestigt ist.
Die Piezo-Biegeelemente 8, 8' können einen an sich bekannten Aufbau haben, so daß ihre durch Anlegen einer elektrischen
Spannung erfolgende Aktivierung eine in Figur 1 durch Doppelpfeile schematisch angedeutete Schwenkbewegung zur Folge hat, die ihre Ursache in einem Verbiegen der Piezo-Biegeelemente 8, 8' findet und daher als Biegebewegung 16 bezeichnet sei. Im wesentlichen führt die Aktivierung der Piezo-Biegeelemente 8, 8' dazu, daß sie mit ihren Betätigungsenden 13 eine Art Schwenkbewegung bezüglich der fixierten Befestigungsenden 12 ausführen, wobei die Ebene dieser Schwenkbewegung bei den Ausführungsbeispielen mit der Zeichenebene zusammenfällt und zur linearen Verschieberichtung 7 des Ventilgliedes 2 parallel ausgerichtet ist.
Zur elektrischen Ansteuerung der Piezo-Biegeelemente 8, 8' ist eine geeignete Steuereinrichtung 17 vorgesehen. Sie ist zweckmäßigerweise dahingehend ausgelegt, daß sie die vorhandenen Piezo-Biegeelemente unabhängig voneinander individuell elektrisch ansteuern kann.
Jedes Piezo-Biegeelement 8, 8' ist mit dem Ventilglied 2 im Bereich einer an diesem vorgesehenen Koppelstelle 15 mechanisch derart bewegungsgekoppelt, daß die elektrisch verursachte Biegebewegung 16 eines jeweiligen Piezo-Biegeelementes 8, 8' eine lineare Verschiebebewegung des Ventilgliedes 2 in der schon definierten Verschieberichtung 7 hervorruft.
Um dabei den miteinander kooperierenden Komponenten die er- forderlichen Bewegungsfreiheitsgrade zu garantieren, ist bei den Ausführungsbeispielen ein ausschließlich auf Berührkontakt basierendes Zusammenwirken zwischen den Piezo-Biege- elementen 8, 8' und dem Ventilglied 2 vorgesehen. Das Ganze zweckmäßigerweise derart, daß die Piezo-Biegeelemente 8, 8' das Ventilglied 2 mit mechanischer Vorspannung beaufschlagen.
Im einzelnen sind die beiden Piezo-Biegeelemente 8, 8' so ausgebildet und installiert, daß sie mit einander entgegengesetzt orientierten Stellkräften auf das Ventilglied 2 einwir- ken können. Auf diese Weise ist jeweils ein Piezo-Biegeelement 8, 8' maßgeblich für die Verlagerung des Ventilgliedes 2 in einer der beiden axialen Verschieberichtungen verantwortlich.
Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3 sind die beiden Piezo-Biegeelemente 8, 8' kompakt auf engstem Räume zusammengefaßt. Sie liegen längsseits benachbart nebeneinander, wobei sie bezogen auf die Verschieberichtung 7 nacheinander plaziert sind. Ihre Betätigungsenden 13 beaufschlagen an der Koppelstelle 15 ein am Ventilglied 2 vorgesehenes Übertragungsglied 18 auf bezüglich der Verschieberichtung 7 axial einander entgegengesetzt orientierten Seiten. Mit anderen Worten ausgedrückt, sitzt das zum Beispiel stegartige Übertragungsglied 18 zwischen den beiden Betätigungsenden 13, wo- bei durch die schon erwähnte mechanische Vorspannung der Piezo-Biegeelemente 8, 8' eine in Verschieberichtung 7 spielfreie Einspannung gegeben ist.
Durch die mechanische Vorspannung verfügen die Piezo-Biege- elemente 8, 8" im Bereich ihrer Betätigungsenden 13 über eine in Figur 1 etwas übertrieben dargestellte winkelmäßige Aus- lenkung im Vergleich zum Neutralzuεtand und entgegen der von ihnen jeweils verursachten Verschieberichtung des Ventilgliedes 2. Diese Auslenkung ist in Figur 1 bei 22 ersichtlich.
Ein unter Vorspannung erfolgendes Angreifen der Piezo- Biegeelemente 8, 8' am Ventilglied 2 kann auch beim Ausführungsbeispiel der Figuren 4 und 5 vorgesehen sein. Jedenfalls ist dort aber eine dahingehende Anordnung getroffen, daß die beiden Piezo-Biegeelemente 8, 8' einen größeren Abstand zueinander aufweisen und jeweils an einem der beiden axialen Endabschnitte des Ventilgliedes 2 angreifen. Sie sind zu diesem Zweck im Bereich der beiden einander entgegengesetzten Endabschnitte des Ventilgehäuses 4 plaziert, während sie gemäß Figur 1 gemeinsam im Bereich des einen Gehäuseendes installiert sind. Gemäß Figuren 4 und 5 erstreckt sich somit das Ventilglied 2 zwischen den beiden Piezo-Biegeelementen 8, 8', zwischen denen es dabei spielfrei eingespannt sein kann.
Während ihrer Aktivierung können die Piezo-Biegeelemente 8, 8' im Kontaktbereich mit dem Ventilglied 2 an diesem ablaufen oder abgleiten, so daß mechanische Verspannungen vermieden werden. Es versteht sich dabei, daß zwischen den Piezo- Biegeelementen 8, 8' und dem Ventilglied 2 bei Bedarf auch eine gegenständliche Verbindung vorgesehen sein kann, beispielsweise unter Einschaltung von Gelenk- und/oder Schar- niermitteln.
Die piezoelektrische Antriebseinrichtung 3 könnte auch mit nur einem Piezo-Biegeelement ausgestattet sein, das dann zweckmäßigerweise für die Erzeugung der Schaltbewegung des Ventilgliedes 2 in nur einer Verschieberichtung verantwortlich ist. Geeignete Rückstellmittel, beispielsweise eine pneumatische oder fluidische Federeinrichtung oder eine ausreichende Federelastizität des Piezo-Biegeelementes selbst, könnten in diesem Falle die Rückstellung bei deaktiviertem Piezo-Biegeelement hervorrufen. Denkbar wäre es auch, das Piezo-Biegeelement durch entsprechenden Aufbau so auszuführen, daß es in zwei Schwenkrichtungen aktiv auslenkbar ist, um auf diese Weise die Stellbewegung des Ventilgliedes 2 in beiden Axialrichtungen durch ein und dasselbe Piezo-Biegeelement hervorzurufen.
Bei einer ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsform ist die Antriebseinrichtung 3 mit mehr als zwei Piezo-Biegeelementen ausgestattet. Wie im übrigen auch bei einer Zwei- fach-Anordnung von Piezo-Biegeelementen könnte eine solche Bauform dazu verwendet werden, um eine Addition der Piezo- Stellkräfte und dadurch eine Kraftverstärkung zu erreichen.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist es möglich, durch variable stufenlose Vorgabe der an die Piezo-Biegeelemente 8, 8' angelegten Spannungen eine stetige Verstellcharakteristik des Ventilgliedes 2 zu realisieren. Auf diese Weise eignet sich das Elektroventil beispielsweise für Einsätze, bei denen das zu steuernde Fluid, insbesondere Druckluft, mit variabler Strömungsrate einem Verbraucher zugeführt werden soll . Ein besonders zweckmäßiges Einsatzfeld ist die Proportionalven- tiltechnik.
Anhand der Figur 3 wird allerdings deutlich, daß es durchaus möglich ist, durch die piezoelektrische Antriebseinrichtung 3 ein digitales Mehrstellungsverhalten des Ventilgliedes 2 zu realisieren, wobei das Ventilglied 2 durch Zurücklegen vorgegebener Stellwege in ganz bestimmten Stellpositionen positioniert wird. Dies geschieht hier durch eine spannungsmäßig entsprechend abgestufte Ansteuerung des Piezo-Biegeelement- Paares 8, 8', wobei sich die Stellkräfte der beiden Piezo- Biegeelemente 8, 8' gegenseitig beeinflussen, so daß in der Summe an der Koppelstelle 15 bzw. an dem Übertragungsglied 18 ein resultierender Stellweg abgegriffen werden kann, der aus der Überlagerung der Biegebewegungen der beiden Piezo-Biegeelemente 8, 81 resultiert.
In Figur 3 (e) ist eine zweckmäßigerweise in die Steuereinrichtung 17 integrierte Steuerschaltung 23 dargestellt, die als Spannungsteilerschaltung ausgeführt ist, wobei eine anliegende AusgangsSpannung - beim Ausführungsbeispiel 200 V - je nach Einstellung in einem vorbestimmten Verhältnis auf die beiden Piezo-Biegeelemente 8, 8' verteilt wird. Mögliche Auswirkungen bestimmter Spannungsaufteilungen machen die Abbildungen (a) bis (d) der Figur 3 deutlich.
Die Figur 3 (a) zeigt die beiden Piezo-Biegeelemente 8, 8' in ihrer deaktivierten Neutralstellung, also ihrer stromlosen Null-Lage. Diese Neutralstellung liegt folglich auch bei einem Stromausfall an, so daß darauf basierend eine gewünschte Fail-Safe-Funktion realisiert werden kann.
Die Figur 3 (b) zeigt eine gleichmäßige Aufteilung der Aus- gangsspannung auf beide Piezo-Biegeelemente 8, 81. Hier heben sich die an der Koppelstelle 15 auf das Ventilglied 2 einwirkenden Biegewandlerkräfte auf, wobei sich die Piezo-Biegeelemente 8, 8' zwar auswölben, insgesamt aber keine Verschie- bung des Ventilgliedes 2 hervorrufen.
Die Figur 3 (c) zeigt einen Zustand, bei dem über eine entsprechende Vorgabe der Steuerschaltung 23 am einen Piezo- Biegeelement 8' eine Spannung von 150 V und am anderen Piezo- Biegeelemente 8 eine Spannung von 50 V anliegt. Daraus resultiert eine Auslenkung der Koppelstelle 15 und dementsprechend ein axialer Stellweg 24 des Ventilgliedes 2, der im vorliegenden Fall die Hälfte des maximal erzeugbaren Stellweges beträgt .
Die Figur 3 (d) schließlich zeigt einen Ansteuerungszustand, bei dem die gesamte AusgangsSpannung von 200 V an dem einen Piezo-Biegeelement 8' anliegt, während das andere Piezo- Biegeelement 8 spannungslos ist. In diesem Falle ergibt sich an der Koppelstelle 15 und dementsprechend am mit dieser verbundenen Ventilglied 2 der maximal mögliche Stellweg 24.
Es ist also möglich, durch aufeinander abgestimmte elektrische Ansteuerung der beiden Piezo-Biegeelemente 8, 8' mit variablen Spannungen unterschiedliche Stellwege und/oder Stell- Positionen des Ventilgliedes 2 hervorzurufen.
Ein besonderer Vorteil der piezoelektrischen Aktivierung des Elektroventils 1, 1' liegt auch darin, daß eine hochfrequente Ventilbetätigung möglich ist, beispielsweise in der Größenordnung von 200 Hz, so daß extrem kurze Schaltzeiten reali- siert werden können.
Es kann eine Positionserfassungseinrichtung 25 vorgesehen sein, um eine oder mehrere Positionen und dabei vorzugsweise jede Momentanposition des Ventilgliedes 2 zu erfassen. Die beim Ausführungsbeispiel realisierte Bauform sieht dabei eine Positionserfassung auf Basis des aktuellen Biegezustandes mindestens eines Piezo-Biegeelementes 8 der piezoelektrischen Antriebseinrichtung 3 vor. Hierzu kann gemäß Abbildung das betreffende Piezo-Biege- element 8 mit mindestens einem Dehnmeßstreifen 29 bestückt sein, dessen Dehnungszustand vom Biegewinkel des Piezo- Biegeelementes 8 abhängt und der dementsprechend in der Lage ist, Positionssignale hervorzurufen, die in einer Auswerteeinheit 26 ausgewertet werden. Letztere kann wie abgebildet separat ausgeführt oder aber auch ein Bestandteil der Steuereinrichtung 17 sein.
Anstelle der Dehnmeßstreifen 29 könnten auch andere geeignete Sensoren zum Einsatz gelangen. Ferner wäre es möglich, mehre- re und zweckmäßigerweise jedes der vorhandenen Piezo-Biegeelemente 8, 8' mit einer dementsprechenden Sensorik auszustatten. 13
In Figur 2 ist noch eine mögliche Ausführungsform eines Piezo-Biegeelementes 8' abgebildet, das in der piezoelektrischen Antriebseinrichtung 3 vorteilhaft eingesetzt werden kann. Es verfügt über einen streifenartigen länglichen Träger 27, beispielsweise aus Keramikmaterial und/oder aus Metall, der einseitig, an einer seiner beiden größerflächigen Steifenflächen, mit piezoelektrischem Material 28 beschichtet ist. Dieses piezoelektrische Material 28 hat zweckmäßigerweise Multi- layer-Aufbau mit mehreren aufeinanderliegenden Piezoschichten 32.
Beim Ausführungsbeispiel liegt eine der Längsachse des Trägers 27 folgende Schichtung vor, so daß die Schichtebenen der einzelnen Piezoschichten 32 quer zur Längsrichtung des Trägers 27 verlaufen und diese Längsrichtung insbesondere rechtwinkelig zu den einzelnen Schichtebenen ausgerichtet ist. Das piezoelektrische Material 28 erhält dadurch einen Aufbau vergleichbar eines piezoelektrischen Stapeltranslators, wobei die einzelnen Piezoschichten in entsprechender Weise kontaktiert sind. Das Anlegen einer Spannung führt nun zu einer Längenänderung des Piezostapels und daraus resultierend zu einer Krümmung des Trägers 27, dessen vorderes Ende das Betätigungsende 13 bildet.
Das piezoelektrische Material 28 bedeckt zweckmäßigerweise nur eine Teillänge des Trägers 27. Möglich sind aber auch andere Ausführungsformen. So kann der Träger mit aktivem Piezo- material (Multilayer aus Piezo- und Elektrodenmaterial) oder mit passivem Piezomaterial (Piezomaterial ohne Elektrodenschichten) bündig überzogen sein. Dadurch reduziert sich die Kerbwirkung zwischen Piezomaterial und Träger, verbunden mit einer Erhöhung der Lebensdauer.
Bei einer abgewandelten Bauform ist das piezoelektrische Material 28 vergleichbar einem Streifentranslator aufgebaut, wobei die in Figur 2 für einen solchen Aufbau strichpunktiert angedeuteten Piezoschichten 33 in Längsrichtung des Trägers 27 mit zur Trägerebene parallelen Schichtebenen verlaufen können.
Vorteilhafterweise wird als Trägermaterial hochfeste Keramik verwendet, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Siliziumnitrid. Auf das Trägermaterial wird das bereits streifenför ig vorgeformte Piezomaterial aufgeklebt, ohne daß dabei Isolationsprobleme entstehen können. Wird als Trägerma- terial ein Metall verwendet, so ist zwischen Metall-Träger und Piezomaterial ein dünner Isolator, aus zum Beispiel Polyamid notwendig.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Piezo-Biegeelement nicht wie allgemein üblich am Punkt der maximalen Auslenkung, sondern am Punkt des maximalen elektromechanischen Wirkungsgrades zu betreiben. Dieser kann in bekannter Weise durch Abstimmung von E-Modul und Dicke des Trägers und der piezoelektrischen Beschichtung aufeinander eingestellt werden.
Kommt zur Positionserfassung ein Dehnmeßstreifen 29 zur Anwendung, würde dieser zweckmäßigerweise an der dem piezoelektrischen Material 28 abgewandten zweiten größerflächigen Seitenfläche des Trägers 27 plaziert werden.

Claims

15Ansprüche
1. Elektroventil, mit einem relativ zu einem Ventilgehäuse (4) linear verschiebbar geführten Ventilglied (2) , dem eine elektrisch aktivierbare Antriebseinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung als pie- zoelektrische Antriebseinrichtung (3) ausgeführt ist, die mindestens ein sich quer zur Verschieberichtung des Ventil- gliedes (2) erstreckendes Piezo-Biegeelement (8, 8') enthält, das derart einerseits am Ventilglied (2) angreift und andererseits gehäusefest fixiert ist, dass seine elektrisch ver- ursachte Biegebewegung die lineare Verschiebebewegung des Ventilgliedes (2) hervorruft.
2. Elektroventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (2) von einem Ventilschieber gebildet ist.
3. Elektroventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Antriebseinrichtung (3) mehrere an dem Ventilglied (2) angreifende Piezo-Biegeele- mente (8, 8') aufweist.
4. Elektroventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Piezo-Biegeelemente (8, 8') individuell e- lektrisch ansteuerbar sind.
5. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Antriebseinrichtung (3) zwei Piezo-Biegeelemente (8, 8') enthält, die mit einander entgegengesetzt orientierten Stellkräften auf das Ventil- glied (2) einwirken können.
6. Elektroventil nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (17) zur aufeinander abgestimmten elektrischen Ansteuerung der Piezo-Biegeelemente (8, 8') mit variablen Spannungen zur Hervorrufung unterschiedlicher Stellwege und/oder Stellpositionen des Ventilgliedes (2) .
7. Elektroventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) eine spannungsmäßig abgestufte Ansteuerung der Piezo-Biegeelemente (8, 8') ermöglicht, um ein Mehrstellungsverhalten des Ventilgliedes (2) zu realisieren.
8. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei am Ventilglied (2) angreifende Pie- zo-Biegeelemente (8, 8') benachbart zueinander angeordnet sind.
9. Elektroventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Piezo-Biegeelemente (8, 8') gemeinsam an einem der beiden axialen Endabschnitte des Ventilgliedes (2) angreifen.
10. Elektroventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Piezo-Biegeelemente (8, 8') gemein- sam einem der beiden axialen Endbereiche des Ventilgehäuses (4) zugeordnet sind.
11. Elektroventil nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Piezo-Biegeelemente (8, 8') an den beiden einander entgegengesetzten axialen Endabschnitten des Ventilgliedes (2) angreifen.
12. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als Stetigventil.
13. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Piezo-Biegeelement (8, 8') unter mechanischer Vorspannung am Ventilglied (2) angreift.
14. Elektroventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei entgegengesetzt wirkende Piezo-Biegeelemente (8,
81) unter mechanischer Vorspannung gleichzeitig am Ventilglied (2) angreifen.
15. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Piezo-Biegeelement (8,
8') ausschließlich durch Berührkontakt mit dem Ventilglied (2) zusammenwirkt.
16. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekenn- zeichnet durch eine anhand des aktuellen Biegezustandes mindestens eines Piezo-Biegeelementes (8) die Position des Ventilgliedes (2) erfassende Positionserfassungeinrichtung (25) .
17. Elektroventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Piezo-Biegeelement (8, 8') zur Erfassung seines Biegezustandes mit mindestens einem Dehnmeßstreifen (29) oder einem anderen Sensor ausgestattet ist.
18. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Piezo-Biegeelement (8,
8') einen länglichen streifenartigen Träger (27) aufweist, der zumindest einseitig mit piezoelektrischem Material (28) beschichtet ist.
19. Elektroventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Material auf den Träger (27) aufgeklebt ist.
20. Elektroventil nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Träger (27) aus hochfester Keramik besteht, beispielsweise Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Siliziumnitrid. 18
21. Elektroventil nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul und die Dicke des Trägers (27) und des piezoelektrischen Materials so aufeinander abgestimmt sind, daß sich der elektromechanische Wirkungsgrad des Piezo-Biegeelementes (8, 8') am Maximum befindet .
22. Elektroventil nach einem der Ansprüche 18 bis 21, da- durch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Material (28) einen Multilayer-Aufbau hat .
23. Elektroventil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtebenen der einzelnen Schichten des piezo- elektrischen Materials (28) in Längsrichtung des Trägers (27) oder quer zu dieser verlaufen.
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DE (2) DE19931990C1 (de)
WO (1) WO2001004526A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004084274A2 (en) * 2003-03-17 2004-09-30 Par Technologies, Llc. Piezoelectric actuator and pump using same
CN100396975C (zh) * 2003-04-18 2008-06-25 株式会社佐竹 压电空气阀和多阀式压电空气阀
US7498718B2 (en) 2005-04-13 2009-03-03 Adaptivenergy, Llc. Stacked piezoelectric diaphragm members

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7338433B2 (en) 2002-08-13 2008-03-04 Allergan, Inc. Remotely adjustable gastric banding method
DE60331457D1 (de) 2002-08-28 2010-04-08 Allergan Inc Ermüdungsfeste magenbandvorrichtung
DE10307360A1 (de) * 2003-02-21 2004-10-07 Ceramics Gmbh & Co. Kg Dehnungssensor, insbesondere für einen piezokeramischen Biegewandler
PL380451A1 (pl) 2004-01-23 2007-02-05 Allergan, Inc. Jednoelementowa regulowana opaska żołądkowa, mocowana z możliwością zwolnienia
MXPA06010204A (es) 2004-03-08 2007-03-07 Endoart Sa Sistema de cierre para organos tubulares.
ES2368149T3 (es) 2004-03-18 2011-11-14 Allergan, Inc. Aparato para el ajuste del volumen de globos intragástricos.
US8251888B2 (en) 2005-04-13 2012-08-28 Mitchell Steven Roslin Artificial gastric valve
US7458520B2 (en) * 2005-04-19 2008-12-02 Masco Corporation Of Indiana Electronic proportioning valve
US7448553B2 (en) * 2005-04-19 2008-11-11 Masco Corporation Of Indiana Fluid mixer
US7475827B2 (en) * 2005-04-19 2009-01-13 Masco Corporation Of Indiana Fluid mixer
DE102005020527A1 (de) * 2005-05-03 2006-11-09 Festo Ag & Co. Piezoelektrisches Element
US7462976B2 (en) * 2006-01-03 2008-12-09 Parker-Hannifin Corporation Smart material actuator
US8043206B2 (en) 2006-01-04 2011-10-25 Allergan, Inc. Self-regulating gastric band with pressure data processing
US7798954B2 (en) 2006-01-04 2010-09-21 Allergan, Inc. Hydraulic gastric band with collapsible reservoir
DE102006021945A1 (de) * 2006-05-11 2007-11-15 Robert Bosch Gmbh Piezoelektrischer Aktor und Injektor mit einem piezoelektrischen Aktor für eine Brennkraftmaschine
AU2009257591A1 (en) * 2008-06-11 2009-12-17 Allergan, Inc. Implantable pump system
US8082952B2 (en) 2008-08-22 2011-12-27 Hamilton Sundstrand Corporation Piezoelectric bending element actuator for servo valve
US8317677B2 (en) 2008-10-06 2012-11-27 Allergan, Inc. Mechanical gastric band with cushions
US8366602B2 (en) * 2008-10-22 2013-02-05 Allergan, Inc. Electrically activated valve for implantable fluid handling system
US20100185049A1 (en) 2008-10-22 2010-07-22 Allergan, Inc. Dome and screw valves for remotely adjustable gastric banding systems
DE102008057415B3 (de) * 2008-11-14 2010-06-17 Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding Gmbh Maschine zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls
JP2012512629A (ja) * 2008-12-17 2012-05-31 ディスカバリー テクノロジー インターナショナル，インク． 高トルク圧電モータ
JP2012513188A (ja) 2008-12-19 2012-06-07 ディスカバリー テクノロジー インターナショナル，インク． 圧電モータ
WO2011028780A2 (en) * 2009-09-01 2011-03-10 Discovery Technology International, Lllp Piezoelectric rotary motor with high rotation speed and bi- directional operation
US8678993B2 (en) * 2010-02-12 2014-03-25 Apollo Endosurgery, Inc. Remotely adjustable gastric banding system
US20110201874A1 (en) * 2010-02-12 2011-08-18 Allergan, Inc. Remotely adjustable gastric banding system
US8758221B2 (en) * 2010-02-24 2014-06-24 Apollo Endosurgery, Inc. Source reservoir with potential energy for remotely adjustable gastric banding system
US8764624B2 (en) 2010-02-25 2014-07-01 Apollo Endosurgery, Inc. Inductively powered remotely adjustable gastric banding system
US8840541B2 (en) 2010-02-25 2014-09-23 Apollo Endosurgery, Inc. Pressure sensing gastric banding system
US9044298B2 (en) 2010-04-29 2015-06-02 Apollo Endosurgery, Inc. Self-adjusting gastric band
US20110270024A1 (en) 2010-04-29 2011-11-03 Allergan, Inc. Self-adjusting gastric band having various compliant components
US9028394B2 (en) 2010-04-29 2015-05-12 Apollo Endosurgery, Inc. Self-adjusting mechanical gastric band
US20110270025A1 (en) 2010-04-30 2011-11-03 Allergan, Inc. Remotely powered remotely adjustable gastric band system
US9226840B2 (en) 2010-06-03 2016-01-05 Apollo Endosurgery, Inc. Magnetically coupled implantable pump system and method
US8517915B2 (en) 2010-06-10 2013-08-27 Allergan, Inc. Remotely adjustable gastric banding system
US8698373B2 (en) 2010-08-18 2014-04-15 Apollo Endosurgery, Inc. Pare piezo power with energy recovery
US9211207B2 (en) 2010-08-18 2015-12-15 Apollo Endosurgery, Inc. Power regulated implant
US20120059216A1 (en) 2010-09-07 2012-03-08 Allergan, Inc. Remotely adjustable gastric banding system
US8961393B2 (en) 2010-11-15 2015-02-24 Apollo Endosurgery, Inc. Gastric band devices and drive systems
US8876694B2 (en) 2011-12-07 2014-11-04 Apollo Endosurgery, Inc. Tube connector with a guiding tip
US8961394B2 (en) 2011-12-20 2015-02-24 Apollo Endosurgery, Inc. Self-sealing fluid joint for use with a gastric band
GB201313804D0 (en) * 2013-08-01 2013-09-18 Moog Controls Ltd Improvements in hydraulic servovalves
US9279509B2 (en) 2013-09-09 2016-03-08 Hamilton Sundstrand Corporation Valve with precision mounted hinge pin posts
WO2018123852A1 (ja) * 2016-12-26 2018-07-05 株式会社フジキン 圧電素子駆動式バルブおよび流量制御装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2185554A (en) * 1986-01-17 1987-07-22 Commercial Shearing Fluid valves
DE19714045A1 (de) * 1997-04-05 1998-10-08 Itt Mfg Enterprises Inc Piezoelektrisches Fluidventil mit Druckausgleich
DE19801613A1 (de) 1997-04-08 1998-10-22 Festo Ag & Co Ventil

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3524474A (en) * 1967-10-12 1970-08-18 Delta Hydraulics Co Servo-valve with ceramic force motor
US4340083A (en) * 1978-11-30 1982-07-20 Carleton Controls Corporation Deflectable beam valve
US4617952A (en) * 1984-07-31 1986-10-21 Yamatake-Honeywell Co. Limited Switching valve and an electro-pneumatic pressure converter utilizing the same
US4903732A (en) * 1989-01-19 1990-02-27 A. K. Allen Company Piezoelectric valve
DE3935474A1 (de) * 1989-06-22 1991-01-03 Hoechst Ceram Tec Ag Piezoelektrischer biegewandler und seine verwendung
US5163463A (en) * 1990-07-19 1992-11-17 Fisher Controls International, Inc. Mechanical flexure for motion amplification and transducer with same
AT396392B (de) * 1991-09-30 1993-08-25 Hoerbiger Fluidtechnik Gmbh Piezo-ventil
DE4220177A1 (de) * 1992-06-19 1993-12-23 Marco Systemanalyse Entw Vorrichtung zur Betätigung eines Ventilelementes
US5445185A (en) * 1993-04-05 1995-08-29 Ford Motor Company Piezoelectric fluid control valve
DE4320909C1 (de) * 1993-06-18 1994-06-01 Siemens Ag Servoventil
DE4410153C1 (de) * 1994-03-24 1995-02-09 Joucomatic Gmbh Piezoelektrisch betätigtes Fluidventil
US5628411A (en) * 1994-12-01 1997-05-13 Sortex Limited Valve devices for use in sorting apparatus ejectors
DE29514495U1 (de) * 1995-09-08 1995-11-02 Buerkert Werke Gmbh & Co Ventil mit piezoelektrischer Lamelle
GB9611147D0 (en) * 1996-05-29 1996-07-31 Flight Refueling Ltd A flapper valve
DE19644564A1 (de) * 1996-10-26 1998-04-30 Teves Gmbh Alfred SO-Piezoventil
DE19712855A1 (de) * 1997-03-27 1998-10-01 Itt Mfg Enterprises Inc Piezoelektrisch betätigtes Fluidventil
US6164621A (en) * 1999-07-09 2000-12-26 Deka Products Limited Partnership Simplified piezoelectric valve

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2185554A (en) * 1986-01-17 1987-07-22 Commercial Shearing Fluid valves
DE19714045A1 (de) * 1997-04-05 1998-10-08 Itt Mfg Enterprises Inc Piezoelektrisches Fluidventil mit Druckausgleich
DE19801613A1 (de) 1997-04-08 1998-10-22 Festo Ag & Co Ventil

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7198250B2 (en) 2000-09-18 2007-04-03 Par Technologies, Llc Piezoelectric actuator and pump using same
WO2004084274A2 (en) * 2003-03-17 2004-09-30 Par Technologies, Llc. Piezoelectric actuator and pump using same
WO2004084274A3 (en) * 2003-03-17 2006-12-07 Par Technologies Llc Piezoelectric actuator and pump using same
CN100396975C (zh) * 2003-04-18 2008-06-25 株式会社佐竹 压电空气阀和多阀式压电空气阀
US7498718B2 (en) 2005-04-13 2009-03-03 Adaptivenergy, Llc. Stacked piezoelectric diaphragm members

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