專利名稱：壓電閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電閥，它裝備有多個壓電彎曲換能器并且可以用于控制流體的流動。
在一種從WO 98/25061中已知的壓電閥中，兩個壓電彎曲換能器借助一個含有電導(dǎo)體的撓性接觸條彼此錯接并相互分開地安裝在一個閥體中。根據(jù)所需的閥功能，可以對所說的彎曲換能器進行控制，以引起偏轉(zhuǎn)運動，用以打開或封閉待控制的閥門開口。
正如已經(jīng)在只包括唯一的一個彎曲換能器的壓電閥中那樣，在根據(jù)WO98/25061的結(jié)構(gòu)形式中也出現(xiàn)了這樣的問題，即，在通常控制電壓情況下，由彎曲換能器的偏轉(zhuǎn)所實現(xiàn)的調(diào)整路徑和閥門開口可相應(yīng)開通的最大流體斷面都是相當(dāng)小的。
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種壓電閥，其中，彎曲換能器可以具有較大的調(diào)整路徑。
要完成上述任務(wù)，將通過一種壓電閥，這種壓電閥具有一個布置在閥體中的彎曲換能器單元，所說彎曲換能器單元至少包括兩個通過施加控制電壓可以向相反的方向做偏轉(zhuǎn)運動的彎曲換能器，它們并排布置，具有相互平行的偏轉(zhuǎn)平面，在此，在彎曲換能器單元的一個端部區(qū)域上，它們彼此固定連接在一起，同時形成一個共同的支承段，在該支承段上，所說彎曲換能器單元可以繞著一個橫置于偏轉(zhuǎn)平面的旋轉(zhuǎn)軸線相對于閥體進行擺動，并且，至少一個彎曲換能器用作控制-彎曲換能器用以控制至少一個與其相配的閥門開口，而另一個彎曲換能器則構(gòu)成一個支撐-彎曲換能器適用于對控制-彎曲換能器的調(diào)整路徑和/或力進行放大，通過施加控制電壓，該支撐-彎曲換能器可以預(yù)緊在一個布置在其偏轉(zhuǎn)路徑內(nèi)的支撐面上。
在一種這樣的結(jié)構(gòu)中，通過將一個控制電壓施加給該彎曲換能器單元，所說控制-彎曲換能器將以本身已知的方式發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由此形成該控制-彎曲換能器的一定的調(diào)整路徑。通過另外再激活所說支撐-彎曲換能器的方式，該支撐-彎曲換能器將以相反的偏轉(zhuǎn)方向壓靠在布置在其偏轉(zhuǎn)路徑內(nèi)的支撐面上，剩下的彎曲換能器單元將繞著所說旋轉(zhuǎn)軸線擺動，這將導(dǎo)致控制-彎曲換能器在所需的偏轉(zhuǎn)方向上形成附加移動并且相應(yīng)地放大了其可實現(xiàn)的調(diào)整路徑。所述這種情況還可以附加地或另外地用于提高力，借助這種力可以將所說控制-彎曲換能器保持在一個確定的位置上。
只借助一個控制-彎曲換能器和一個支撐-彎曲換能器，就可以實現(xiàn)一種簡單的截止-閥功能，再與另一個閥門開口相結(jié)合，便能提供實現(xiàn)一種二位二通-換向閥的可能性。
而必要時，所說彎曲換能器單元的彎曲換能器還可以分別設(shè)置多重功能，這樣，每個彎曲換能器都是一個控制-彎曲換能器，而該控制-彎曲換能器同時也起支撐-彎曲換能器的作用，分別用于另一個控制-彎曲換能器。以這種方式，鑒于放大了調(diào)整路徑和/或閉合力，可以在同時保留了上述的優(yōu)點的情況下實現(xiàn)一些較高功能的壓電閥，例如二位三通-換向閥(3/2-Wegeventile)或三位三通-和四位三通-換向閥，它們還可以有一個中間位置，在該中間位置上，每一個彎曲換能器都將一個與其相配的閥門開口封閉。這種類型的壓電閥對于那些涉及對預(yù)定流體體積流量進行截流的應(yīng)用是很重要的。
彎曲換能器單元的轉(zhuǎn)動支承的另一個優(yōu)點在于，在出現(xiàn)受溫度限制的變形時，能夠自動進行位置校正，而不影響應(yīng)力關(guān)系，這樣將不受溫度的影響而始終保持運行特性。
最后，通過本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方式，還可以簡化壓電閥的制造，因為可以放棄對彎曲換能器的固定安裝，而只需將其擺動地掛上即可。
本發(fā)明的其他優(yōu)點將通過在從屬權(quán)利要求中所述的措施得出。
如下將涉及確保一種交互的功能，即每一個彎曲換能器不僅構(gòu)成一個控制-彎曲換能器，而且相對于另一個控制-彎曲換能器來說還構(gòu)成了一個支撐-彎曲換能器，特別有利的是，確保支撐功能的支撐面直接由各相配的閥門開口的閥座構(gòu)成。因此可以放棄獨立的支撐面結(jié)構(gòu)，而其功能則由閥座承擔(dān)。
此外有利的是，在有兩個待控制閥門開口存在的情況下，這些閥門開口設(shè)置在彎曲換能器單元的同一面上。由此簡化了制造，因為所有的待控制閥門開口都可以與可能相配的閥座一起安置在閥體的同一個閥體部分上，這樣可以使加工誤差最小化。
還可以有一些彈簧裝置，這些彈簧裝置將至少一個控制-彎曲換能器預(yù)緊在使待控制閥門開口封閉的封閉位置的方向上，并且在去除電激勵的狀態(tài)下將其保持在這一封閉位置上。通過在支承段區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)矩剛性連接，可以因此同時導(dǎo)致將另一彎曲換能器也預(yù)緊在一個封閉位置上，只要它也設(shè)計成控制-彎曲換能器。
適當(dāng)?shù)姆绞绞牵f的彎曲元件彼此間如此進行電連接，以致通過共同控制可以引起同時向相反方向的偏轉(zhuǎn)。而且還可以預(yù)見一種獨立進行控制的可能性，例如只在必要時接入所需調(diào)整路徑和/或力的放大作用，或者進行不同的接入，以得到不同的調(diào)整路徑放大率，例如對于一些固定的應(yīng)用。
在擺動支承的另一種特別有利的結(jié)構(gòu)中，將所說彎曲換能器單元的支承段的一面平放在閥體一側(cè)的一個支承部分上，并且在那里通過至少一個從相反面作用的加載元件將其預(yù)緊到所說支承部分上。此外，所說彎曲換能器單元在擺動支承部位的區(qū)域內(nèi)被固定成不能軸向移動，以確保所需的轉(zhuǎn)動同步效應(yīng)。其中至少一個加載元件特別涉及一種彈簧元件。
在所說彎曲換能器單元的相應(yīng)結(jié)構(gòu)中，可以直接通過至少一個加載元件和/或支承部分實現(xiàn)運行所需控制電壓的供給，這樣就不再需要附加的觸點接通措施。
特別考慮到各自的運行要求，還可以不同于通常將待控制的閥門開口與旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離設(shè)置成相等，而是將其設(shè)置成具有不同的距離。也可以在具有多個待控制閥門開口情況下，有選擇地將與其相配的閥座配置在一個共同的平面內(nèi)或是定位在不同的高度上。
兩個彎曲換能器在共同的支承段區(qū)域內(nèi)的剛性連接原則上可以通過任意的固定措施實現(xiàn)，該措施能確保一種這樣的剛性連接，即在兩個彎曲換能器之間在由旋轉(zhuǎn)軸線限定的轉(zhuǎn)動方向上進行轉(zhuǎn)矩傳遞，這種轉(zhuǎn)矩傳遞將導(dǎo)致所需的同步效應(yīng)。然而，特別有利的一種結(jié)構(gòu)形式在于，兩個彎曲換能器至少分別具有一個含有一層或多層壓電材料層的壓電體，該壓電體帶有所屬的電極結(jié)構(gòu)，在此，它們在支承段與其壓電體的壓電材料層一起相互固定連接成一個整塊。這種整塊式結(jié)構(gòu)形式在加工工藝上特別有利，在此可以提出的彎曲換能器單元是一個在其長度的一部分上被切了口的薄板。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的闡述。其中

圖1是本發(fā)明壓電閥第一種結(jié)構(gòu)形式沿圖2中I-I剖面線的縱向剖面圖，其結(jié)構(gòu)形式為一個三位三通-換向-壓電閥，圖2是圖1壓電閥在閉鎖位置上沿Ⅱ-Ⅱ剖面線的橫向剖面圖，在此，每個彎曲換能器都封閉了一個與其相配的閥門開口，圖3是圖1壓電閥在供給位置上的一個與圖2相對應(yīng)的視圖，其中，屬于供給通道的閥門開口是開通的，而屬于排出通道的閥門開口則是封閉的，圖4是圖1壓電閥在排出位置上的一個與圖2和3相對應(yīng)的視圖，其中，屬于排出通道的閥門開口是開通的，而屬于供給通道的閥門開口則是封閉的，圖5至7是圖1壓電閥的示意性縱向剖面圖，在此，再次描述了閉鎖位置(圖5)、供給位置(圖6)和排出位置(圖7)，圖8是壓電閥的透視圖，在此只局部描述了閥體，和圖9是彎曲換能器單元在其兩個較大的長面之一上的細節(jié)的平面圖。
從附圖中可清楚地看到的壓電閥1具有一個縱長的閥體2，該閥體限定了一個閥室3。
有利的是，閥體2具有一個兩部分結(jié)構(gòu)，一個下部4和一個固定在其上的上部5。在本實施例中，下部4包括一個底部6，其四周具有從該底部高聳出來的側(cè)壁7，所說上部5如蓋子式地裝配在所說側(cè)壁上。
一個在圖8透視圖和圖9平面圖中所描述的縱長彎曲換能器單元8位于閥室3中。該彎曲換能器單元8具有一個板狀扁平結(jié)構(gòu)并且包括兩個縱長的壓電彎曲換能器12、13，它們在彎曲換能器單元8的后端區(qū)通過一個支承段14彼此固定連接在一起。因此連同所說支承段14在內(nèi)，這兩個彎曲換能器12、13合成了一個彎曲換能器單元8形狀的自支承結(jié)構(gòu)單元。
彎曲換能器單元8通過該支承段14固定在閥體2中。閥體一側(cè)的支承部位表示在15處。
在本實施例中，所說彎曲換能器12、13分別具有一個帶兩個壓電體16a、16b的雙膜片結(jié)構(gòu)，這兩個壓電體并排地彼此固定在一起，例如通過粘貼。每個壓電體16a、16b具有一層或多層壓電材料層45a、45b以及一個電極結(jié)構(gòu)17a、17b，該電極結(jié)構(gòu)17a、17b以本身已知的方式在各壓電材料層之間或在彼此放置在一起的壓電體之間延伸。在圖9的平面圖中，通過陰影部分清楚地顯示出了兩個彎曲換能器12、13在圖1中位于上方的第一壓電體16a的電極結(jié)構(gòu)17a的兩個最外面的電極層。在彎曲換能器12、13的下面有一個可比較的電極構(gòu)造。
通過一些電接觸裝置18a、18b，可以從外邊將一種控制電壓施加到電極結(jié)構(gòu)17a、17b上。這樣，所說的彎曲換能器12、13將在一個偏轉(zhuǎn)平面22、23內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)平面垂直于未激勵的彎曲換能器單元8的主延伸平面。偏轉(zhuǎn)運動是一種彎曲運動并用雙向箭頭21表示。這種彎曲運動是由于電極結(jié)構(gòu)施加的電場使壓電材料縮短和此外可能出現(xiàn)的伸長而產(chǎn)生的。
彎曲換能器12、13在本實施例中是這樣制造的，即從基本位置出發(fā)，在該基本位置上它們在彎曲換能器單元8的主延伸平面內(nèi)延伸，它們可以有選擇地向主延伸平面的一面或另一面偏轉(zhuǎn)。
彎曲換能器12、13原則上還可以具有另一種組織結(jié)構(gòu)，例如可以設(shè)計成單一膜片型或三膜片型的壓電彎曲器。
在彎曲換能器單元8內(nèi)部，兩個彎曲換能器12、13并排布置彼此間只有很小的間距，其中其偏轉(zhuǎn)平面22、23彼此平行。電極結(jié)構(gòu)17a、17b最好如此進行相互錯接，即在施加控制電壓時，可帶動彎曲換能器12、13向相反的方向進行偏轉(zhuǎn)運動。此外，這種偏轉(zhuǎn)運動的方向還取決于所施加的控制電壓的極性。確保這種功能的錯接可以集成在壓電閥1中，但例如通過接觸裝置18a、18b和/或電極結(jié)構(gòu)17a、17b的相應(yīng)錯接，也可以設(shè)置在外部。
本實施例的壓電閥1設(shè)計成三位三通-換向閥。它具有兩個可控制的閥門開口24、25，其中，第一個(24)配備給第一彎曲換能器12，而第二個(25)則配備給第二彎曲換能器13。根據(jù)各彎曲換能器12、13的位置，可以將與其相配的閥門開口24、25封閉或開通。
兩個可控制的閥門開口24、25在閥室3中位于限定該閥室的閥體2內(nèi)表面上。此外，在那里還有一個不可控制的第三閥門開口26，該閥門開口始終與閥室3保持連通而與彎曲換能器單元8的活動狀態(tài)無關(guān)。
每一個閥門開口24、25、26都與一個穿過閥體2側(cè)壁的閥門通道27相連，該通道通向外邊。與第一閥門開口24相配的閥門通道27是一個在運行時與壓力源相連的供給通道27a，在此作為壓力介質(zhì)，特別使用一種氣體形式的壓力介質(zhì)，而且特別是壓縮空氣。但液體形式的壓力介質(zhì)也同樣是適合的。
與可控制的第二閥門開口25連通的閥門通道27是一個排出通道27b，例如通向大氣。剩下的與不可控制的第三閥門開口26相連的閥門通道27是一個工作通道27c，一個待操縱的消耗器，例如是一個可用流體操縱的驅(qū)動裝置可以連接到其上。
通過相對應(yīng)的電控制和與此相關(guān)的偏轉(zhuǎn)或不偏轉(zhuǎn)，兩個彎曲換能器12、13可以進入到一定的位置。在本實施例中，設(shè)置了圖2和圖5所示的閉鎖位置，圖3和圖6所示的供給位置、圖4和圖7所示的排出位置。
在閉鎖位置，相配的彎曲換能器12、13將兩個可控制的閥門開口24、25密封封閉，這樣，在閥室3和通向消耗器的工作通道27c中的壓力介質(zhì)被截在里面。
在供給位置，與供給通道27a相配的第一閥門開口24是開通的，而同時與排出通道27b相連的可控制的第二閥門開口25則是封閉的。以這種方式，工作通道27c將通過閥室3向外供以經(jīng)供給通道27a輸入的壓力介質(zhì)。
與在供給位置相反，在排出位置，供給通道27a關(guān)閉，而排出通道27b開通，這樣，連接到工作通道27c上的消耗器將通過閥室3向外向排出通道27b排氣。
所述的功能可以起轉(zhuǎn)換作用，而且還可以提供一種在可控制的閥門開口24、25區(qū)域具有可變預(yù)定流體斷面的連續(xù)控制。
本實施例的壓電閥1也可以作為四位三通-換向閥，其中，通過同時開通兩個可控制的閥門開口24、25，可以得到一個第四閥芯位置。
原則上還可以將待控制的閥門開口24、25安置在偏轉(zhuǎn)路徑之外且特別是在縱向或在端面上挨著相配的彎曲換能器12、13，這樣，將通過各自彎曲換能器12、13的側(cè)面進行開度控制。然而，一般情況下，在附圖中可以看到的結(jié)構(gòu)形式都是優(yōu)選的，其中，可控制的閥門開口24、25直接安置在相配的彎曲換能器12、13的偏轉(zhuǎn)路徑中并且由一個最好是輕微凸出的閥座28圈起來，在封閉位置，所述的彎曲換能器12、13靠在該閥座28上，而在敞開位置，它將根據(jù)所要開通的流體斷面從該閥座28上或多或少地抬起來。這還涉及一種中心閥。
由于兩個彎曲換能器12、13是通過與可控制的閥門開口24、25一起的共同作用來控制流體的流動的，因此可以將其稱作控制-彎曲換能器。
可控制的閥門開口24、25位于彎曲換能器單元8的同一側(cè)上，而在本實施例中是在其主延伸平面的下方。結(jié)合多部分的閥體結(jié)構(gòu)，對制造工藝是很有利的，即相應(yīng)的措施都可以放在一個模制半殼中。
所說壓電閥1的另一重要的特殊之處在于彎曲換能器單元8在支承段14不固定安裝，在壓電閥中的情況通常如此。取代這種情況，支承段14在支承部位15處安裝成可以繞著一個橫置于且特別是垂直于偏轉(zhuǎn)平面22、23的旋轉(zhuǎn)軸線32相對于閥體2進行擺動(雙向箭頭31)。由于優(yōu)選的是所說旋轉(zhuǎn)軸線32相對于彎曲換能器單元的后端面33有一定的軸向間距而且特別是就在支承段14朝向彎曲換能器12、13的前面的附近，該彎曲換能器單元8總體上可以與一個可轉(zhuǎn)動支承的雙臂杠桿相比，所說杠桿可以蹺蹺板狀地擺動，在此，在圖1中，當(dāng)兩個彎曲換能器12、13同時向上移動時，支承段14將向下移動，反之亦然。
旋轉(zhuǎn)軸線32可以直接由實物軸形成，例如可以由在彎曲換能器單元8的兩個縱向邊緣上凸出的軸頸形成，這些軸頸安裝在閥體2中可以確保旋轉(zhuǎn)自由度。
在本實施例中，所定義的旋轉(zhuǎn)軸線32首先在加工工藝方面特別有利。在此，彎曲換能器單元8最好按長方形或正方形成形的支承段14的兩個較大面中的一個放置在閥體一側(cè)的一個支承部分35上，并且通過兩個從相反面作用到支承段14上的加載元件36彈性地預(yù)緊到支承部分35上。在本實施例中，支承部分35由一個伸入到閥室3內(nèi)的閥體2的側(cè)壁凸起構(gòu)成并且限定了一個垂直于偏轉(zhuǎn)平面22、23的支承棱37，支承段14平放在該支承棱37上。此外支承段14還具有一個未詳細描述的凹槽，所說支承棱37可以稍稍進入到該凹槽中，這樣，通過在支承部分35和支承段14之間的形狀連接的共同作用，可以阻止彎曲換能器單元8相對于閥體2的軸向運動。
顯然還可以使用其他的方式進行軸向固定。
在本實施例中，旋轉(zhuǎn)軸線32位于支承段14的一個區(qū)域中，該區(qū)域在彎曲換能器12、13處于電激活狀態(tài)時也處于壓電激活狀態(tài)，因為電極結(jié)構(gòu)17a、17b一直延伸到該轉(zhuǎn)動支承區(qū)域。另外一種可能性還可以是，將旋轉(zhuǎn)軸線設(shè)置在彎曲換能器單元8的一個與彎曲換能器12、13的運行狀態(tài)無關(guān)的始終不被壓電激活的區(qū)域上。
為了使彎曲換能器單元8在其縱向上相對于閥體2是穩(wěn)定的而不能在其主延伸平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，還設(shè)置有一個固定在閥體上的對中凸起38，該凸起以中插板形式嵌入到兩個彎曲換能器12、13之間的切口狀中間空隙42中。適當(dāng)?shù)姆绞绞?，將對中凸?8直接布置在支承段14的前面34之前，并且使其沿著彎曲換能器12、13的部件長度延伸。
適當(dāng)?shù)姆绞绞?，支承部?5在同一閥體部分上，就像可控制的閥門開口24、25那樣，在此，適當(dāng)?shù)姆绞绞菍χ型蛊?8也設(shè)置在這個閥體部分上，在本實施例情況下所涉及的是下部4。
適當(dāng)?shù)姆绞绞牵瑢⒓虞d元件36設(shè)計成固定在閥體一側(cè)的彈性元件，在此，每一個加載元件36均安置在兩彎曲換能器12、13之一的延長部分上并且向支承段14加載。由于在此加載元件同時還用作電接觸裝置18a，所以通過這些加載元件可以將控制電壓提供給各自彎曲換能器12、13的電極結(jié)構(gòu)17a。
適當(dāng)?shù)姆绞绞?，通過讓支承部分35成為電接觸裝置18b的組成部分的方式，該支承部分35還將承擔(dān)雙重功能，通過該支承部分，將電流引入到第二壓電體16b的電極結(jié)構(gòu)17b中。為此也可以將壓電體16a、16b的最上和最下的電極層分別暴露出來，這樣就可以通過配備給支承段14的電接觸裝置18a、18b直接進行觸點接通。
原則上還可以用一個單個的加載元件來取代兩個加載元件36。在原則上同樣還可以將控制電壓的供給裝置與為擺動支承而設(shè)置的裝置分開。
由于受兩個彎曲換能器12、13在支承段14區(qū)域內(nèi)的剛性連接的限制，在偏轉(zhuǎn)方向21上，在兩個彎曲換能器12、13之間可以進行力的傳遞。如果在一個偏轉(zhuǎn)方向上對一個彎曲換能器進行加載，只要沒有碰到其他的輔助裝置，將導(dǎo)致另一個彎曲換能器出現(xiàn)同步運動。
此外，本實施例的壓電閥還利用了這種效應(yīng)，以很小的消耗便確保彎曲換能器12、13在去激勵狀態(tài)下處在圖2至5的閉鎖位置上。有一些彈簧裝置43，它們在閥體2和僅僅一個彎曲換能器12之間起作用，在此，所說彈簧裝置將該彎曲換能器12預(yù)緊在封閉位置上。由于在支承段14區(qū)域內(nèi)的相對剛性的連接，使另一個彎曲換能器13也被預(yù)緊在封閉位置上，而無需通過單獨的彈簧裝置進行特別加載。因此由彈簧裝置43施加到直接相配的彎曲換能器12上的閉合力還能夠以可比的方式作用到另一個彎曲換能器13上。
在本實施例中，將一個壓力彈簧裝置作為彈簧裝置43，該裝置支撐在所說的彎曲換能器12的自由端區(qū)和閥體2上與該自由端區(qū)相對的區(qū)段之間。當(dāng)然原則上還可以使用其他種類的彈簧裝置或是在其他的作用位置引入彈簧力。
適當(dāng)?shù)姆绞绞?，彈簧裝置43與控制供給通道27a的第一彎曲換能器12共同作用，因為在這里施加最大的反作用力要通過存在的超壓。
為完整起見，應(yīng)該指出，原則上還可以通過彈簧裝置將兩個彎曲換能器12、13預(yù)緊在一定的位置上。
壓電閥1的一個特別優(yōu)選的方面是在運行中彎曲換能器12、13反向偏轉(zhuǎn)。在此，在彎曲換能器12、13之間的固定連接結(jié)合所說的擺動支承，使得可由所說控制-彎曲換能器實現(xiàn)的調(diào)整路徑放大了，也就是在所說控制-彎曲換能器和相配的可控制閥門開口之間在敞開位置上可以實現(xiàn)的距離放大了。
為了在此進行說明，首先研究圖2至5的閉鎖位置和圖3和6的供給位置。在去激勵狀態(tài)下，出現(xiàn)該閉鎖位置，在該位置上，兩個彎曲換能器12、13被彈簧裝置43壓靠在相配的閥門開口24、25的閥座28上，這樣，閥門開口都是封閉的且每一個彎曲換能器都處在一個封閉位置上。
為了得到供給位置，按照從相配的閥座28上抬起的方向?qū)Φ谝粡澢鷵Q能器12進行控制。同時對第二彎曲換能器13如此進行加載，以致該彎曲換能器13具有向相反的方向偏轉(zhuǎn)的趨勢。該第二彎曲換能器13因此還壓靠在與其相配的閥座28上，該閥座28在此起支撐面44的作用，該支撐面實際上阻止了第二彎曲換能器13在第二閥門開口25區(qū)域的偏轉(zhuǎn)。而所施加的偏轉(zhuǎn)力導(dǎo)致了第二彎曲換能器13大約按圖6中的示意圖進行彎曲，這樣，支承段14將繞著旋轉(zhuǎn)軸線32擺動，由于上述的同步效應(yīng)，這將導(dǎo)致第一彎曲換能器12繼續(xù)離開相配的閥門開口24的閥座28一段路段。
第二彎曲換能器13在此起支撐-彎曲換能器的作用，該彎曲換能器有助于對作為控制-彎曲換能器進行工作的第一彎曲換能器12的升程進行放大。
在控制電壓變換極性情況下將出現(xiàn)相反的工作方式，這樣第一彎曲換能器12被壓到封閉位置上，而第二彎曲換能器13則從相配的第二閥門開口25上抬起來。在這種情況下，第一彎曲換能器12作為支撐-彎曲換能器進行工作，它被預(yù)緊在相配的第一閥門開口24的閥座28上，在此該閥座28起支撐面的作用。隨后出現(xiàn)圖4和7所看到的排出位置，其中，第二彎曲換能器13的調(diào)整路徑再次通過上述效應(yīng)得以放大。
因此，根據(jù)所選擇的控制，兩個彎曲換能器12、13交替地作為支撐-彎曲換能器而對另一個彎曲換能器產(chǎn)生作用，從而導(dǎo)致可實現(xiàn)的同一調(diào)整路徑增加。
必要時，彎曲換能器的支撐作用還可以用于加強閉合力，借助該力，另一個彎曲換能器將被壓靠到一個待控制的閥門開口上。在這種情況下，適當(dāng)?shù)姆绞绞牵摯刂频拈y門開口和與該支撐-彎曲換能器相配的支撐面都位于彎曲換能器單元8的主延伸平面的相反面上。這種結(jié)構(gòu)形式在附圖中沒有給出。
例如，與一個僅用于二位二通轉(zhuǎn)換作用的壓電閥相結(jié)合，便可以放棄作為支撐-彎曲換能器的兩個彎曲換能器的交替作用。還可以規(guī)定，只將一個彎曲換能器用作用于控制一個閥門開口的控制-彎曲換能器而將另一個彎曲換能器僅用作支撐-彎曲換能器，其中，所說支撐面是任意的一個不與閥門開口相配的閥體固定面。此外支撐-彎曲換能器并不具有獨立的流體控制作用，而僅用于對用作控制-彎曲換能器的另一彎曲換能器的路徑和/或力進行放大。
適當(dāng)?shù)姆绞绞?，將所有用于彎曲換能器單元8的擺動支承的措施以及待控制閥門開口24、25和支撐面44都設(shè)置在閥體2的同一個閥體部分上，在此所涉及的是下部4。
此外在所說壓電閥1中，有利的是可以放棄對彎曲換能器單元8的固定安裝，就預(yù)緊而言這種固定安裝是必須的。因此其裝配是非常簡單的。
由于受兩個彎曲換能器12、13的機械運動耦合的限制，在閥體幾何形狀和待控制閥門開口的配置相應(yīng)匹配的情況下，可以很簡單地實現(xiàn)一些具有極其不同的運行情況的壓電閥。例如，可以與本實施例的不同，將兩個待控制的閥門開口24、25配置成相對于旋轉(zhuǎn)軸線32具有不同的距離，而在本實施例中它們被安置成相對于旋轉(zhuǎn)軸線32具有相同的距離。彎曲換能器12、13同樣可以與本實施例中的不同，裝備成具有不同的長度，而在本實施例中它們具有相同的長度。最后，與待控制閥門開口24、25相配的閥座28也可以不像本實施例中那樣配置在一個共同的平面內(nèi)，而是定位在不同的高度上，這樣，例如，與圖2所示的狀態(tài)不同，不是將一個彎曲換能器預(yù)緊在相配的閥座上，而同時也將另一個彎曲換能器保持在一個封閉位置上，而是使與其相配的閥門開口保持敞開。
所說壓電閥還可以這樣設(shè)計，即，至少給一個彎曲元件配備兩個安置在相反長面上且待控制的閥門開口。
兩個彎曲換能器12、13在支承部位15區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)矩剛性連接可以通過任意合適的措施形成，例如通過用機械連接裝置將兩個彎曲換能器12、13相對彼此固定和/或彼此張緊的方式，或者通過將其彼此粘貼或焊接在一起的方式。而特別有利的是在本實施例中所實現(xiàn)的實施形式，在此，兩個彎曲換能器12、13處在一個共同平面中的壓電體與其壓電材料層45a、45b一起相互固定連接成一個整塊。兩個彎曲換能器12、13的壓電體處在相同層面中的壓電材料層分別以這種方式制成一個體，該體例如可以通過將一個限定中間空隙42的縱向切口引入到一個壓電材料板中而獲得。
通過這種整塊式結(jié)構(gòu)形式，還可以特別簡單地實現(xiàn)兩個彎曲換能器12、13的一種全等的組織結(jié)構(gòu)，這可以確保全等的運行情況。
權(quán)利要求
1.一種壓電閥，它具有一個布置在閥體中的彎曲換能器單元(8)，所說彎曲換能器單元至少包括兩個通過施加控制電壓可以向相反的方向做偏轉(zhuǎn)運動的彎曲換能器(12、13)，它們并排布置，具有相互平行的偏轉(zhuǎn)平面(22、23)，其中，在彎曲換能器單元(8)的一個端部區(qū)域上，它們彼此固定連接在一起，同時形成一個共同的支承段(14)，在該支承段上，所說彎曲換能器單元(8)可以繞著一個橫置于偏轉(zhuǎn)平面(22、23)的旋轉(zhuǎn)軸線(32)相對于閥體(2)進行擺動，并且，至少一個彎曲換能器(12、13)用作控制-彎曲換能器用以控制至少一個與其相配的閥門開口(24、25)，而另一個彎曲換能器(13、12)則構(gòu)成一個支撐-彎曲換能器適用于對控制-彎曲換能器的調(diào)整路徑和/或力進行放大，通過施加控制電壓，該支撐-彎曲換能器可以預(yù)緊在一個布置在其偏轉(zhuǎn)路徑內(nèi)的支撐面(44)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的壓電閥，其特征在于每一個彎曲換能器(12、13)實施為控制-彎曲換能器用以控制至少一個閥門開口(24、25)，其中，在每一個彎曲換能器(12、13)的偏轉(zhuǎn)路徑內(nèi)都設(shè)置一個支撐面(44)，相對于另一控制-彎曲換能器而言，該支撐面可以將所說的控制-彎曲換能器用作支撐-彎曲換能器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的壓電閥，其特征在于所說的待控制閥門開口(24、25)安置在相配的彎曲換能器(12、13)的偏轉(zhuǎn)路徑內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的壓電閥，其特征在于所說支撐面(44)由一個閥座(28)構(gòu)成，該閥座包圍著由相配的控制-彎曲換能器所要控制的閥門開口(24、25)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的壓電閥，其特征在于由一個控制-彎曲換能器所要控制的閥門開口(24、25)位于彎曲換能器單元(8)的同一個長面上，如與相鄰的支撐-彎曲換能器相配的支撐面(44)那樣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的壓電閥，其特征在于當(dāng)一個彎曲換能器單元(8)帶有兩個控制-彎曲換能器時，所有的待控制閥門開口(24、25)和支撐面(44)都布置在彎曲換能器單元(8)的同一個長面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的壓電閥，其特征在于所有用于彎曲換能器單元(8)的擺動支承的措施以及待控制閥門開口(24、25)和支撐面(44)都設(shè)置在閥體(2)的同一個閥體部分(4)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的壓電閥，其特征在于具有一些彈簧裝置(43)，它們是這樣地對彎曲換能器單元(8)進行作用，以致將至少一個控制-彎曲換能器預(yù)緊在使待控制閥門開口(24、25)封閉的封閉位置的方向上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的壓電閥，其特征在于在沒有控制電壓時，所說的彈簧裝置(43)將相配的控制-彎曲換能器保持在封閉位置上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一的壓電閥，其特征在于所說的彎曲元件(12、13)彼此間如此進行電連接，以致能夠?qū)崿F(xiàn)可以引起同時向相反方向偏轉(zhuǎn)的共同控制。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的壓電閥，其特征在于還具有另一個常開的閥門開口(26)，根據(jù)彎曲換能器(12、13)的轉(zhuǎn)換位置，所說常開閥門開口可以與至少一個可控制的閥門開口(24、25)相連。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一的壓電閥，其特征在于它具有一個二位二通、二位三通、三位三通或四位三通-閥功能的結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一的壓電閥，其特征在于為實現(xiàn)擺動支承，將所說彎曲換能器單元(8)的支承段(14)的一面平放在閥體一側(cè)的一個支承部分(35)上，并且通過至少一個從相反面作用的加載元件(36)將其預(yù)緊到所說支承部分(35)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的壓電閥，其特征在于至少一個加載元件(36)是一個固定在閥體一側(cè)的彈性元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的壓電閥，其特征在于由至少一個加載元件(36)和/或所說支承部分(35)實現(xiàn)了彎曲換能器(12、13)的適用于供給控制電壓的電觸點接通。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15之一的壓電閥，其特征在于所說彎曲換能器單元(8)在擺動支承部位的區(qū)域內(nèi)被固定成不能在彎曲換能器單元的縱向移動。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16之一的壓電閥，其特征在于所說旋轉(zhuǎn)軸線(32)就在支承段(14)的前面附近。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17之一的壓電閥，其特征在于所說旋轉(zhuǎn)軸線(32)位于支承段(14)的一個區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域在彎曲換能器(12、13)處于電激活狀態(tài)時處于壓電激活狀態(tài)或未激活狀態(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18之一的壓電閥，其特征在于在多個待控制閥門開口(24、25)情況下，與其相配的閥座(28)距所說旋轉(zhuǎn)軸線(32)具有不同的距離。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19一的壓電閥，其特征在于在多個待控制閥門開口(24、25)情況下，與其相配的閥座(28)處在一個共同的平面內(nèi)，或者相對于偏轉(zhuǎn)方向(21)處在不同的高度上。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20之一的壓電閥，其特征在于所說彎曲換能器(12、13)具有一種全等的組織結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至21之一的壓電閥，其特征在于所說兩個彎曲換能器(12、13)至少分別具有一個含有一層或多層壓電材料層(45a、45b)的壓電體(16a、16b)，該壓電體帶有所屬的電極結(jié)構(gòu)(17a、17b)，其中，它們在支承段(14)與其壓電體(16a、16b)的壓電材料層(45a、45b)一起相互固定連接成一個整塊。
全文摘要
本發(fā)明提出一種壓電閥(1),它包括一個彎曲換能器單元(8),所說彎曲換能器單元具有兩個可以向相反的方向做偏轉(zhuǎn)運動的彎曲換能器(12、13)。所說彎曲換能器(12、13)在彎曲換能器單元(8)的一個端部區(qū)域上彼此固定連接在一起,同時形成一個共同的支承段(14)。所說彎曲換能器單元(8)可以相對于閥體(2)進行擺動。至少一個彎曲換能器(12、13)用于控制一個與其相配的閥門開口(25),其中,另一個彎曲換能器(13、12)通過施加控制電壓可以預(yù)緊在一個布置在其偏轉(zhuǎn)路徑內(nèi)的支撐面(44)上,以便例如導(dǎo)致另一個彎曲換能器的調(diào)整路徑放大。
文檔編號F16K31/02GK1354335SQ01133830
公開日2002年6月19日 申請日期2001年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月20日
發(fā)明者H·弗里希, H·沃特, M·維恩曼恩, M·麥奇 申請人:費斯托合資公司