DE102004011923A1

DE102004011923A1 - High-pressure valve for controlling flow of e.g. plasma, has cylindrical body moved to piezoceramic by applying DC voltage, where dead volume and gap between body parts and housing are flooded with high pressure before opening valve

Info

Publication number: DE102004011923A1
Application number: DE200410011923
Authority: DE
Inventors: Horst Meinders
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-29

Abstract

The valve has a cylindrical valve body arranged in a metallic housing (1) of a cylindrical bore, and moved to a piezoceramic by applying a DC voltage. The body has two parts (2, 3), which are pressed together with a hemispherical tappet by a compression spring (5) against an opening of a gas conduit (7). Dead volume and a gap between the parts and housing are flooded with high pressure before opening the valve. The valve body is moved back and forth under the influence of electromagnets. The part (2) of the body consists of iron or magnetic steel, and the part (3) of the body consists of a temperature-resistant material.

Description

Diese Erfindung ergänzt die Erfindungsmeldung Plasmazündung (IV. Version). Wichtig für eine zuverlässige Funktion der Plasmazündung ist die Konstruktion der Ventile, mit denen der Fluß der Plasmaströme zwischen Kompressor und Vorkammer bzw. zwischen Vorkammer und dem Brennraum der jeweiligen Zylinder gesteuert wird. Die Ventile brauchen folgende Eigenschaften:

1. Kurze Verzugszeit zwischen dem Einschaltzeitpunkt und Öffnen bzw. Schließen des Ventils.
2. Temperaturfestigkeit: Heiße, brennende Gase dürfen die Ventilfunktion nicht stören.
3. Geringes Volumen im Ventilinnenraum, um beim Einschalten nur wenig Plasma zu verlieren.
4. Druckfestigkeit: Das Ventil muß im geschlossenen Zustand auch bei hohem Druck dicht sein.

This invention complements the invention disclosure plasma ignition (IV version). Important for a reliable function of the plasma ignition is the construction of the valves with which the flow of plasma flows between the compressor and the prechamber or between the prechamber and the combustion chamber of the respective cylinder is controlled. The valves need the following properties:

1. Short delay time between the switch-on and opening or closing of the valve.
2. Temperature resistance: Hot, burning gases must not disturb the valve function.
3. Low volume in the valve interior to lose little plasma at power up.
4. Compressive strength: The valve must be tight in the closed state even at high pressure.

Im Prinzip sind zwei Ventiltypen denkbar: Magnetventile und Piezzostellventile. Bei den Magnetventilen kann die Forderung 1 nach kurzer Schaltzeit nur bedingt erfüllt werden. Hier treten je nach Konstruktion abhängig vom Stromanstieg in der Magnetspule und von der Stärke der Feder 5 Schaltverzugszeiten von 1-10 ms auf. Zusätzlich kann der Schaltvorgang auch durch Kleben und Prellen des Ventilkörpers verzögert werden. Dieser Effekt führt zu einer Ungenauigkeit des Schaltzeitpunktes, der sich durch Vorhalten nicht kompensieren läßt. Deswegen sind Magnetventile ungeeignet, wenn ein exakter Zeitpunkt im Kennfeld der Zündung gefordert wird. Piezzostellventile haben diesen Nachteil nicht. Bei ihnen werden spezielle Keramiken verwendet, die sich beim Anlegen einer Gleichspannung besonders stark zusammenziehen. Dieser auch als Elektrostriktion bezeichnete Effekt kann zum Schalten von Ventilen ausgenutzt werden.In principle, two valve types are conceivable: solenoid valves and piezostool valves. In the solenoid valves, the requirement 1 only be fulfilled to a limited extent after a short switching time. Depending on the design, this depends on the increase in current in the magnetic coil and on the strength of the spring 5 Switching delay times of 1-10 ms. In addition, the switching process can be delayed by sticking and bouncing of the valve body. This effect leads to an inaccuracy of the switching time, which can not be compensated by Vorhalten. Therefore, solenoid valves are unsuitable when an exact timing in the map of the ignition is required. Piezo control valves do not have this disadvantage. They use special ceramics that contract particularly tightly when a DC voltage is applied. This effect, also known as electrostriction, can be used to switch valves.

Das Magnetventil:The solenoid valve:

Mit einem Magnetventil lassen sich die Forderungen 2, 3, 4 außer der nach einer kurzen und stabilen Schaltzeit erfüllen. Diese Ventilart ist somit beispielsweise zum Schalten der Gasströme zwischen dem Kompressor und der Vorkammer bei der Plasmazündung geeignet, weil dort keine hohe Zeitgenauigkeit gefordert wird. Damit Gase mit bis zu 100 Bar hohem Druck und einer Temperatur bis zu 500 °C geschaltet werden können, ist eine besondere Konstruktion notwendig: Siehe 1a, 1b, 1c. Das Ventil befindet sich in einem druckfesten Gehäuse 1 mit einer zylindrischen Bohrung mit der Achse 12, in der sich ein Ventilkörper mit zwei beweglichen, zusammenhängenden, zylindrischen Teilen 2 und 3 mit derselben Achse wie 1 befindet. Er kann im Gehäuse 1 zwischen dem Anschlag 9 und der schalenförmigen Öffnung der Leitung 7 hin und her bewegt werden. Unter den mit 4 angedeuteten Spulenwindungen ist das Gehäusematerial magnetisch durchlässig, damit das Magnetfeld eine Kraft auf den ferromagnetischen Ventilkörper 2 ausüben kann. Hier kann vorzugsweise Kupfer oder Aluminium verwendet werden. An den Einmündungen der Leitungen 6 + 7 an das Gehäuse, wo die heißen Gase mit dem Gehäuse und Ventilkörper in Verbindung kommen, müssen diese aus temperaturfestem Material z.B. Kupfer, Stahl, Molybdän, oder Sinterkeramik bestehen. Der Ventilkörper 2 aus ferromagnetischem Material z. B. Eisen oder Magnetstahl bewegt die zusammenhängenden Teile 2 + 3 durch das Magnetfeld gegen die Druckfeder 5 bis zum Anschlag 9. Der Ventilkörper 3 aus Kupfer, Stahl, Molybdän oder Keramik versperrt bei ausgeschaltetem Magnetfeld den Gasfluß der Leitung 7 mit dem Ventilstößel 11. Damit der Ventilkörper 3 auch bei ungleichmäßiger Erwärmung im Gehäuse beweglich bleibt, sind Molybdän bzw. Keramik mit einer thermischen Ausdehnung von nur 5.2 ppm/°C bzw. 7-8 ppm/°C im Gegensatz zum Kupfer mit 17 ppm/°C vorteilhaft. Nur eine Leitung z.B. Leitung 7 wird mit dem Stößel des Ventilkörpers 3 versperrt. Er hat vorne eine Oberfläche einer halben Kugelschale, mit der er gegen die flacher gekrümmte Pfanne 19 stößt, die auch die Form einer halben Kugelschale hat. Er kann somit die Öffnung 7 auch bei etwas schräg zur Achse 12 geneigtem Ventilkörper 3 verschließen. Somit ist immer eine sichere Abdichtung der Ventilöffnung 7 möglich trotz der wegen der Beweglichkeit des Ventilkörpers notwendigen Toleranzen zwischen Ventilkörper und Gehäuse. Von der Gaszuführung 6 führt eine zusätzliche Rohrverbindung 8 zu dem Teil des Ventilgehäuses, in dem die Druckfeder 5 untergebracht ist. Dieses Totvolumen und der Spalt zwischen den Ventilkörpern 2 + 3 und dem Gehäuse 1 wird somit schon vor dem Öffnen des Ventils mit hohem Druck geflutet. Das vermeidet eine Zeitverzögerung beim Schalten und den Verlust von heißem Gas. Zum Öffnen des Ventils wird der Strom durch die Magnetfeldwindungen 4 eingeschaltet. Dadurch baut sich mit einer Zeitverzögerung von 1-10 ms ein Magnetfeld auf, mit dem sich der Ventilkörper 2 + 3 gegen den Druck der Feder 5 gegen den linken Anschlag 9 des Ventilgehäuses (1b) bewegt, den Spalt 10 freigibt und somit die Verbindung zwischen den Rohren 6 + 7 hergestellt wird.With a solenoid valve can be the demands 2 . 3 . 4 except to meet after a short and stable switching time. This type of valve is thus suitable, for example, for switching the gas flows between the compressor and the pre-chamber in the plasma ignition, because there is no high time accuracy required. In order to be able to switch gases with a pressure of up to 100 bar and a temperature of up to 500 ° C, a special construction is necessary: See 1a . 1b . 1c , The valve is located in a pressure-resistant housing 1 with a cylindrical bore with the axis 12 in which there is a valve body with two moving, contiguous, cylindrical parts 2 and 3 with the same axis as 1 located. He can in the case 1 between the stop 9 and the cup-shaped opening of the conduit 7 be moved back and forth. Among the with 4 indicated coil turns, the housing material is magnetically permeable, so that the magnetic field, a force on the ferromagnetic valve body 2 can exercise. Here, preferably copper or aluminum can be used. At the junctions of the pipes 6 + 7 to the housing, where the hot gases come into contact with the housing and valve body, they must be made of temperature-resistant material such as copper, steel, molybdenum, or sintered ceramics. The valve body 2 made of ferromagnetic material z. As iron or magnetic steel moves the related parts 2 + 3 through the magnetic field against the compression spring 5 until the stop 9 , The valve body 3 made of copper, steel, molybdenum or ceramic blocks the gas flow of the line when the magnetic field is switched off 7 with the valve lifter 11 , So that the valve body 3 Even with uneven heating in the housing remains mobile, molybdenum or ceramic with a thermal expansion of only 5.2 ppm / ° C and 7-8 ppm / ° C in contrast to copper at 17 ppm / ° C are advantageous. Only one line eg line 7 is with the plunger of the valve body 3 blocked. He has a front surface of half a spherical shell, with which he against the flat curved pan 19 which also has the shape of a half spherical shell. He can thus the opening 7 even at a slight angle to the axis 12 inclined valve body 3 close. Thus, there is always a secure seal of the valve opening 7 possible despite the required because of the mobility of the valve body tolerances between the valve body and housing. From the gas supply 6 leads an additional pipe connection 8th to the part of the valve housing in which the compression spring 5 is housed. This dead volume and the gap between the valve bodies 2 + 3 and the housing 1 Thus, it is flooded with high pressure even before opening the valve. This avoids a time delay in switching and the loss of hot gas. To open the valve, the current through the magnetic field windings 4 switched on. As a result, with a time delay of 1-10 ms, a magnetic field builds up, with which the valve body 2 + 3 against the pressure of the spring 5 against the left stop 9 of the valve housing ( 1b ) moves the gap 10 releases and thus the connection between the pipes 6 + 7 will be produced.

Für die Druckfestigkeit (Forderung 4) darf der Ventilkörper nicht durch den in den Gasleitungen 6 + 7 herrschenden Druck bewegt werden. Die Leitung 6 ist wegen dem Beipass 8 unkritisch, weil kein Differenzdruck auf beiden Seiten des Ventilkörpers auftreten kann. Damit der Ventilkörper nicht durch den Druck in der Leitung 7 aus der Kugelpfanne 19 gedrückt werden kann, muß die Federkraft der Druckfeder 5 ausreichend hoch sein und zusätzlich muß der Durchmesser der Rohrmündung 7 so klein ausgelegt sein, daß die auf den Ventilkörper 3 übertragene Kraft kleiner als die Federkraft der Druckfeder 5 ist. Deswegen wird das Rohr 7 kurz vor der Mündung erfindungsgemäß enger ausgeführt als im übrigen Teil. Beispiel: Bei der Plasmazündung kann nach der Entflammung des Gasgemisches in der Vorkammer ein Druck von ca. 100 Bar auftreten. Dieser Druck darf den Ventilkörper 3 nicht zurückdrängen. Während im gesamten Verlauf das Rohr eine Querschnittsfläche von 0.5 mm² hat, wird dieser Querschnitt unmittelbar am Mündungsloch auf 0.1 mm² reduziert. Der Strömungswiderstand der Rohverbindung erhöht sich hierdurch nur unwesentlich, aber die Kraft auf den Ventilkörper reduziert sich von 500 auf 100 Pond. Sie kann durch eine entsprechend ausgelegte Druckfeder ausgeglichen werden.For the compressive strength (requirement 4 ), the valve body must not through the in the gas lines 6 + 7 prevailing pressure to be moved. The administration 6 is because of the by-pass 8th not critical, because no differential pressure can occur on both sides of the valve body. So that the valve body is not affected by the pressure in the pipe 7 from the ball socket 19 can be pressed, the spring force of the compression spring 5 be sufficiently high and in addition must the diameter of the muzzle 7 be designed so small that on the valve body 3 transmitted force less than the spring force of the compression spring 5 is. That's why the tube is 7 designed according to the invention narrower than in the remaining part just before the mouth. Example: During plasma ignition, a pressure of approx. 100 bar may occur after the gas mixture in the antechamber has ignited. This pressure allows the valve body 3 do not push back. While the pipe has a cross-sectional area of 0.5 mm ² over the entire course, this cross-section is reduced to 0.1 mm ² directly at the outlet hole. The flow resistance of the raw compound is thereby increased only insignificantly, but the force on the valve body is reduced from 500 to 100 Pond. It can be compensated by a suitably designed compression spring.

Zum Zusammenbau des Magnetventils besteht das Gehäuse 1 vorteilhaft aus zwei Teilen, wobei der Anschlag 9 die Trennlinie zwischen den beiden Teilen darstellt. Mit einem in der Zeichnung 1 nicht dargestellten Dichtring aus Metall oder Gummi (Perbunan oder Viton) zwischen diesen beiden Teilen werden beide Teile durch Zusammenschrauben druckfest abgedichtet.To assemble the solenoid valve is the housing 1 advantageous from two parts, wherein the stop 9 represents the dividing line between the two parts. With a sealing ring, not shown in the drawing of metal or rubber (Perbunan or Viton) between these two parts, both parts are pressure-sealed by screwing together.

Kennzeichen der Konstruktion des Magnetventils:Identification of the construction of the solenoid valve:

1. Die innere Bohrung des Ventilgehäuses und der Ventilkörper haben eine Zylinderstruktur mit derselben Achse.1. The inner bore of the valve body and the valve body have a cylinder structure with the same axis.
2. Der bewegliche Ventilkörper besteht aus zwei zusammenhängenden Teilen, einem ferromagnetischen und einem temperaturfesten Teilkörper.2. The movable valve body consists of two related Parts, a ferromagnetic and a temperature-resistant part body.
3. Das Gehäuse unter den Spulenwindungen besteht aus magnetisch durchlässigem Metall – Kupfer oder Aluminium. Der Bereich des Ventils, welcher mit dem heißen Gas aus den Leitungen 6 + 7 in Berührung kommt, besteht aus temperaturfestem Material Kupfer, Stahl, Molybdän oder Sinterkeramik.3. The case under the coil turns is made of magnetically permeable metal - copper or aluminum. The area of the valve, which with the hot gas from the lines 6 + 7 is made of temperature-resistant material copper, steel, molybdenum or sintered ceramic.
4. Nur eine Gasleitung z. B. Nr. 7 mündet in der Achse 12 in einer Kugelpfanne, welche bei geschlossenem Ventil durch einen Ventilkörper 3 mit einem Stößel 11 mit einer Halbkugel an der Vorderseite abgedichtet wird. Der Radius der Kugelpfanne ist größer als der Radius der Halbkugel des Stößels. Der Radius der Halbkugel am Stößel ist aber größer als die Öffnung der Mündung der Gasleitung 7.4. Only one gas line z. Eg no. 7 flows in the axle 12 in a ball socket, which with the valve closed by a valve body 3 with a pestle 11 sealed with a hemisphere at the front. The radius of the ball socket is greater than the radius of the hemisphere of the plunger. The radius of the hemisphere on the plunger is larger than the opening of the mouth of the gas line 7 ,
5. Eine Beipassleitung 8 verbindet das Totvolumen des Ventils mit der Gasleitung 6. Hierdurch wird ein Druckabfall und Gasverbrauch beim Einschalten des Ventils vermieden.5. A bypass cable 8th connects the dead volume of the valve to the gas line 6 , As a result, a pressure drop and gas consumption when switching the valve is avoided.
6. Zusätzlich verhindert der Beipass 8, daß auf den Ventilkörper 2 + 3 ein Differenzdruck ausgeübt wird. Somit kann der Ventilkörper durch den Druck in der Leitung 6 nicht zurückweichen.6. In addition, the by-pass prevents 8th that on the valve body 2 + 3 a differential pressure is exerted. Thus, the valve body by the pressure in the line 6 do not back off.
7. Um ein Zurückweichen des Ventilkörpers durch den Druck in der Leitung 7 zu verhindern, muß die Federkraft der Druckfeder 5 ausreichend groß und das Mündungsloch der Kapillare 7 so klein gewählt sein, daß die durch den Druck in der Kapillare auf den Stößel des Ventilkörpers ausgeübte Kraft kleiner als die Federkraft ist.7. To a retraction of the valve body by the pressure in the line 7 To prevent, the spring force of the compression spring 5 sufficiently large and the mouth hole of the capillary 7 be chosen so small that the force exerted by the pressure in the capillary on the plunger of the valve body force is smaller than the spring force.
8. Das Gehäuse 1 wird zum Zusammenbau aus zwei Teilen zusammengesetzt. Die Trennlinie zwischen diesen beiden Teilen ist der Anschlag 9 des Ventilkörpers. Zur Abdichtung dieser beiden Teile kann ein Metalldichtring, wenn die Temperatur nicht zu groß ist auch ein Dichtring aus Perbunan oder Viton verwendet werden.8. The case 1 is assembled to assemble two parts. The dividing line between these two parts is the stop 9 of the valve body. To seal these two parts, a metal sealing ring, if the temperature is not too large, a sealing ring made of Perbunan or Viton can be used.

Das Piezzostellventil:The piezostep valve:

Piezzoventile werden zur Zeit bei der Dieseleinspritzung verwendet, um flüssigen, hochverdichteten, Dieselkraftstoff zu einem genauen Zeitpunkt in die Brennkammer zu spritzen und fein zu verteilen. Bei der Anwendung dieses Ventiltyps bei der Plasmazündung entfällt die Verdüsung des Kraftstoffes. Dafür müssen die heißen Gase unter hohem Druck zum genauen Zeitpunkt geschaltet werden. Die dazu notwendige Konstruktion des Piezzoventils lehnt sich an das Magnetventil für die Plasmazündung an. Die 2a, 2b, 2c zeigen den prinzipiellen Aufbau eines nach dem Prinzip der Elektrostriktion arbeitenden Piezzostellventiles: Die Rohrleitungen sind identisch mit den in den 1a, 1b, 1c. Anstelle des ferromagnetischen Körpers 2 wird eine Piezzokeramik 14 z.B. aus Blei-Zirkon-Titanat (PZT) benutzt, mit der kleine Bewegungen ausgeführt werden können. Sie zieht sich beim Anlegen einer Gleichspannung an die Stirnflächen dieser Keramik wegen der darin günstig angeordneten Dipole besonders stark zusammen. Die Schrumpfung ist proportional zur Keramikdicke und zur angelegten Spannung. Sie beträgt bei einigen Millimeter dicken Keramiken und Spannungen von einigen 100 Volt typisch 100μm.Piezo valves are currently used in diesel injection to inject and finely disperse liquid, high density, diesel fuel at a precise time into the combustion chamber. When using this type of valve in plasma ignition eliminates the atomization of the fuel. For this, the hot gases must be switched at high pressure at the exact time. The necessary construction of the piezoelectric valve is based on the solenoid valve for the plasma ignition. The 2a . 2 B . 2c show the basic structure of a working on the principle of electrostriction piezostep valve: The pipes are identical to those in the 1a . 1b . 1c , Instead of the ferromagnetic body 2 becomes a piezoceramic 14 For example, from lead zirconium titanate (PZT) used, with the small movements can be performed. It contracts when applying a DC voltage to the end faces of this ceramic because of the dipole conveniently arranged therein particularly strong. The shrinkage is proportional to the ceramic thickness and the applied voltage. It amounts to a few millimeters thick ceramics and voltages of a few 100 volts typically 100μm.

Der Piezzosteller 14 ist an der Innenseite 16 des Ventilgehäuses 1 festgelötet oder geklebt. Er hat auf seiner Stirnseite eine Metallisierungsschicht 18, die mit der Anschlußleitung 15 flexibel verbunden und druckfest und isoliert aus dem Gehäuse herausgeführt wird. Zwischen dem Ventilgehäuse 1 und der Anschlußleitung 15 kann eine Gleichspannung von 100 bis 500 Volt an die Piezzokeramik angelegt werden. Zur Isolation des Piezzostellers mit der Innenwand des Ventilgehäuses 1 ist das Gehäuseinnere gegenüber der Keramik mit einer Isolierschicht 13 überzogen. Vorteilhaft ist eine Eloxalschicht mit einer Dicke von 30-100 μm. Zusätzlich befindet sich zur Isolation der Gleichspannung zwischen dem Piezzosteller 14 und dem temperaturfesten Teilkörper 3 eine Keramikschicht 17. Diese Keramikschicht kann entfallen, wenn der Teilkörper 3 nicht aus Metall sondern auch aus Keramik besteht. Beim Anlegen der Gleichspannung an den Piezzosteller 14 schrumpft dieser, die Keramik 17 und der Ventilkörper 3 entfernen sich vom Rohrende 7 und geben den Spalt 10 frei. Dabei öffnet sich das Ventil in derselben Weise, wie in den 1a, 1b, 1c beim Magnetventil beschrieben.The piezzer 14 is on the inside 16 of the valve housing 1 soldered or glued. He has on his front side a metallization layer 18 that with the connection line 15 flexibly connected and pressure-resistant and led out of the housing in isolation. Between the valve body 1 and the connection line 15 a DC voltage of 100 to 500 volts can be applied to the piezoceramic. To isolate the piezoelectric actuator with the inner wall of the valve housing 1 is the housing interior with respect to the ceramic with an insulating layer 13 overdrawn. Advantageously, an anodized layer with a thickness of 30-100 microns. In addition, there is the DC voltage between the piezostool for isolation 14 and the temperature-resistant part body 3 a ceramic layer 17 , This ceramic layer can be omitted if the part body 3 not made of metal but also of ceramic. When applying the DC voltage to the piezo controller 14 this one is shrinking, the ceramics 17 and the valve body 3 move away from the pipe end 7 and give the gap 10 free. The valve opens in the same way as in the 1a . 1b . 1c when Magnetven til described.

Zum Zusammenbau des Ventilgehäuses 1 wird hier das Gehäuse vorteilhaft in der Ebene der Stirnseite des Piezzokristalls 16 in zwei Teile zerlegt. Die Zerlegung ist in 2 nicht dargestellt. Die Abdichtung erfolgt wie beim Magnetventil entweder mit einem Metallring oder mit einem Gummiring aus Perbunan oder Viton zwischen diesen beiden Teilen.To assemble the valve body 1 Here, the housing is advantageous in the plane of the face of the piezocrystal 16 split into two parts. The decomposition is in 2 not shown. The sealing is done as with the solenoid valve either with a metal ring or with a rubber ring made of Perbunan or Viton between these two parts.

Der Ventilkörper 3 + 14 muß beim Zusammenbau der beiden Gehäuseteile mechanisch so vorgespannt werden, daß bei geschlossenem Ventil, wenn also keine Spannung am Piezzokristall angelegt wird, trotzdem ein ausreichend druckfester Sitz des Ventilstößels 11 in der Kugelwanne 19 sichergestellt ist.The valve body 3 + 14 must be mechanically biased during assembly of the two housing parts so that when the valve is closed, so if no voltage is applied to the piezocrystal, nevertheless a sufficiently pressure-tight seat of the valve lifter 11 in the ball tub 19 is ensured.

Die Gleichspannungsguelle für den Piezzosteller:The DC source for the Piezzosteller:

Zum schnellen Ventilschalten wird eine schnell ein- und ausschaltbare Gleichspannungsquelle benötigt, die zu einer Elektrostriktion des Piezzostellers führen soll. Hierzu eignet sich die in 3 dargestellte, in der Literatur auch als Hochsetzsteller oder „up-converter" bekannte Schaltungsanordnung. Um zusätzlich zum Schließen des Ventils ein schnelles Abschalten der Spannung zu ermöglichen, wurde die Schaltung noch um einen Entlade- und Klammerzweig ergänzt.
Quelle: Kassakian, Schlecht, Verghese, MIT, Addison-Wesley Publishing Corp. Inc. Principles Power Electronics, Page 135.For fast valve switching, a DC source which can be quickly switched on and off is required, which should lead to an electrostriction of the piezocell. For this purpose, the in 3 In the literature also known as a boost converter or "up-converter" circuit arrangement., In addition to the closing of the valve to enable a quick shutdown of the voltage, the circuit was supplemented by a discharge and stapling branch.
Source: Kassakian, Bad, Verghese, MIT, Addison-Wesley Publishing Corp. Inc. Principles Power Electronics, Page 135.

Kernstück dieser Schaltung ist ein hochsperrender MOS-Transistor 22 vom n-Typ. Er wird am Gate 31, das mit einer 15 Volt Zenerdiode 23 gegen Überspannungsspitzen geschützt ist, mit einer Impulsfolge von typisch 1 MHz und einer Amplitude von 10 Volt getaktet. Während sich der Source-Anschluß auf Massepotential 25 befindet, ist der Drainanschluß 27 mit einer auf einen Ringkern gewickelten Induktionsspule 34 von typisch 100 μH verbunden, die mit einer +14 Volt Quelle 30 versorgt wird. Durch Ein- und Ausschalten der Induktivität entstehen am Drainpunkt 27 Spannungsspitzen von 100 bis 500 Volt, abhängig vom Durchbruchswert der Zenerdiode 28, welche die BC-Strecke des Schutztransistors 26 klammert. Hierdurch wird der Kondensator 21 über die Hochspannungsdiode 33 aufgeladen. Der Transistor 26 ist parallel zur BC-Strecke mit der Zenerdiode 28 geklammert und hat im Kollektorkreis den Entladewiderstand 29 von typisch 100 Ω. Der in 3 gestrichelt umrahmte Entlade- und Schutzkreis mit dem npn-Transistor 26 hat vier Funktionen:

1. Der in der BC-Strecke geklammerte Transistor schützt den empfindlichen MOS-FET 22 gegen Überspannungen an der Drain-Source-Strecke. Dazu muß die Zenerspannung der Diode 28 kleiner sein als die Drain-Source-Durchbruchsspannung des MOS-FET.
2. Die Durchbruchsspannung der Zenerdiode in der BC-Strecke des npn-Transistors bestimmt die Größe der Hochsetzstellerspannung, die am Punkt 24 abgegriffen wird.
3. Die Zusatzschaltung kann mit der Zenerdiode und dem npn-Transistor monolithisch integriert werden. Mit ihr kann die Ausgangsspannung des Hochsetzstellers in kurzer Zeit wieder gegen Null geschaltet werden. Hierzu wird am Ende des Impulspaketes (Gate 31) die Spannung am der Eingang 32 des npn-Transistors aktiviert, der Transistor eingeschaltet und somit der Kondensator 21 im Kollektorkreis des Transistors über den Widerstand 29 entladen. Das RC-Glied hat mit 200 nF und 100 Ω eine Entladezeit von ca. 20 μs.
4. Messungen an einer Hochsetzstellerschaltung mit der Kapazität 21 von 200 nF und einer Spannung von 500 V ergaben eine Anstiegszeit von ca. 20 μs. Weil die Kapazität des Piezzostellers mit 5 pF klein gegen 200 nF ist, liegt somit auch die Schaltverzugszeit des Piezzostellventils in diesem Bereich. Im Gegensatz zur Schaltzeit der Zünddarlington und Zünd-IGBT's ist die Schaltverzugszeit des Piezzostellers weitgehend unabhängig von der Temperatur. Das ist vorteilhaft für den Anwender und führt zu deutlichen Vereinfachungen bei der Applikation.

At the heart of this circuit is a high-blocking MOS transistor 22 of the n-type. He will be at the gate 31 that with a 15 volt zener diode 23 protected against overvoltage spikes, clocked with a pulse train of typically 1 MHz and an amplitude of 10 volts. While the source terminal is at ground potential 25 is the drain connection 27 with an induction coil wound on a toroidal core 34 typically 100 μH connected to a +14 volt source 30 is supplied. Turning the inductor on and off gives rise to the drain point 27 Voltage peaks of 100 to 500 volts, depending on the breakdown value of the zener diode 28 showing the BC path of the protection transistor 26 excluded. This will cause the capacitor 21 over the high voltage diode 33 charged. The transistor 26 is parallel to the BC path with the Zener diode 28 clamped and has in the collector circuit the discharge resistance 29 of typically 100 Ω. The in 3 dashed framed discharge and protection circuit with the npn transistor 26 has four functions:

1. The transistor clamped in the BC path protects the sensitive MOS FET 22 against overvoltages at the drain-source line. For this purpose, the Zener voltage of the diode 28 smaller than the drain-source breakdown voltage of the MOS-FET.
2. The breakdown voltage of the zener diode in the BC path of the npn transistor determines the magnitude of the boost converter voltage that is at the point 24 is tapped.
3. The additional circuit can be monolithically integrated with the zener diode and npn transistor. With it, the output voltage of the boost converter can be switched back to zero in a short time. For this purpose, at the end of the pulse packet (Gate 31 ) the voltage at the input 32 of the npn transistor is activated, the transistor is turned on and thus the capacitor 21 in the collector circuit of the transistor across the resistor 29 discharged. The RC element has a discharge time of approx. 20 μs with 200 nF and 100 Ω.
4. Measurements on a boost converter circuit with the capacity 21 of 200 nF and a voltage of 500 V resulted in a rise time of approximately 20 μs. Because the capacity of the piezocell with 5 pF is small compared to 200 nF, the switching delay time of the piezostool valve is thus within this range. In contrast to the switching time of the Zünddarlington and ignition IGBT's, the switching delay time of the piezoelectric actuator is largely independent of the temperature. This is advantageous for the user and leads to significant simplifications in the application.

Zusätzliche Kennzeichen zur Konstruktion des Piezzostellventils:Additional license plates for construction of the piezostart valve:

1. Der bewegliche Ventilkörper ist aus zwei Teilen zusammengesetzt, einer Piezzokeramik und einem Teilkörper aus Kupfer, Stahl, Molybdän oder Keramik.1. The movable valve body is composed of two parts, a piezoceramic and a body of copper, steel, molybdenum or ceramic.
2. Die Piezzokeramik muß elektrisch nach allen Seiten gegen das Ventilgehäuse isoliert sein, damit an eine der Elektroden eine Gleichspannung von 100-500 Volt angelegt werden kann. 3. Um ein Zurückweichen des Ventilkörpers durch den Druck in der Leitung 7 zu verhindern, muß der Piezzokristall ohne angelegte Spannung mechanisch so vorgespannt werden, daß die dadurch auf den Stößel 11 ausgeübte Kraft größer ist als die durch den Druck in der Kapillare 20 auf den Ventilkörper 3 ausgeübte Kraft.2. The piezoceramic must be electrically insulated on all sides against the valve body so that a DC voltage of 100-500 volts can be applied to one of the electrodes. 3. To a retraction of the valve body by the pressure in the line 7 To prevent the piezoelectric crystal without applied voltage must be mechanically biased so that thereby on the plunger 11 applied force is greater than that due to the pressure in the capillary 20 on the valve body 3 applied force.
4. Für einen schnellen Spannungsanstieg am Piezzokristall dient eine Hochsetzstellerschaltung, bei der ein schneller MOS-Transistor hochfrequent ein und ausgeschaltet wird. Dabei entsteht an einer Induktivität im Drainkreis dieses Transistors eine Abschaltspannung, die über eine Diode auf einen Kondensator geladen und dort abgegriffen werden kann.4. For a fast voltage increase at the piezocrystal serves a boost converter circuit, when a fast MOS transistor high frequency on and off becomes. This results in an inductance in the drain circuit of this transistor a shutdown voltage that over a diode is charged to a capacitor and tapped there can.
5. Eine zusätzliche Klammer- und Löschschaltung schützt den schnellen MOS-Schalter, indem ein in der CB-Strecke geklammerter npn-Transistor die Hochsetzstellerspannung auf den Wert der Klammerdiode kleiner als die Durchbruchsspannung des MOS-Schalters begrenzt und ihn somit schützt und daß mit einer Löschschaltung aus einem npn-Transistor und einem Widerstand im Kollektorkreis diese Gleichspannung zum Schließen des Ventiles schnell wieder abgeschaltet werden kann.5. An additional clamp and clear circuit protects the fast MOS switch by having an npn transistor clamped in the CB path lower the boost converter voltage to the value of the clamp diode than the breakdown voltage limited by the MOS switch and thus protects him and that with an erase circuit of an NPN transistor and a resistor in the collector circuit, this DC voltage for closing the valve can be quickly turned off again.

11: Gehäuse für das Magnetventil und das Piezzo-VentilHousing for the solenoid valve and the piezo valve
22: ferromagnetischer Teil des Ventilkernesferromagnetic Part of the valve core
33: temperaturfester Teil des Ventilkernestemperature resistant Part of the valve core
44: Spulenwindungen am Ventilgehäusecoil windings on the valve body
55: Druckfeder am Ventilkern 2 Compression spring on the valve core 2
66: Gaszuführung zum Ventil (Hochdruckseite)Gas supply to Valve (high pressure side)
77: Gasabführung vom Ventil (Niederdruckseite)Gas discharge from Valve (low pressure side)
88th: Rohrverbindung zwischen dem Totvolumen und der Hochdruckseite 6 Pipe connection between the dead volume and the high pressure side 6
99: Anschlag für den Ventilkern 2 Stop for the valve core 2
1010: Spalt am geöffneten Ventilgap at the open Valve
1111: Halbkugelförmiger Stößel am Ventilkörper 3 Hemispherical plunger on the valve body 3
1212: Achse des Ventilkörpersaxis of the valve body
1313: Isolierschicht auf der Innenwand des Ventilgehäuses 1 Insulating layer on the inner wall of the valve body 1
1414: Piezzosteller z.B. Blei-Zirkon-Titanat (PZT)Piezzosteller e.g. Lead zirconium titanate (PZT)
1515: Anschlußleitung zur Metallisierung des Piezzostellerslead for the metallization of the piezzer
1616: Innenwand des Gehäuses 1 zur Befestigung des PiezzostellersInner wall of the housing 1 for fixing the piezocell
1717: Keramik zwischen den Ventilkernen 3 und 14 Ceramic between the valve cores 3 and 14
1818: Anschlußmetallisierung am Piezzostellerconnection metallization at the piezzer
1919: Halbkugelförmige Öffnung des Rohrendes 7 Hemispherical opening of the pipe end 7
2020: Rohrende der Gasleitung 7 mit geringerem DurchmesserPipe end of the gas line 7 with a smaller diameter
2121: Kondensator, Kapazität typisch 220 nF (Keramik)Capacitor, capacity typically 220 nF (ceramic)
2222: Hochsperrender n-MOS-FET, z.B. BUZ 80High-locking n-MOS FET, e.g. BUZ 80
2323: 15 Volt Schutzzenerdiode für das Gate des n-MOS-FET's15 Volt protective earth diode for the gate of the n-MOS FET
2424: Spannungsausgang des Hochsetzstellers (+100-500 V)voltage output of the boost converter (+ 100-500 V)
2525: Masseleiste der Hochsetzstellerschaltungmass bar the boost converter circuit
2626: npn-EntladetransistorNPN discharge transistor
2727: Drainanschluß des MOS-FET's 22 Drain connection of the MOS-FET 22
2828: Klammer-Zenerdiode zur Spannungsbegrenzung, Spannungsbereich 100-500 VoltBrace Zener diode for voltage limitation, voltage range 100-500 volts
2929: Entladewiderstand typ. 100 Ωdischarge typ. 100 Ω
3030: Eingangsspannung des Hochsetzstellers (typisch +14 V)input voltage of the boost converter (typically +14 V)
3131: Gateanschluß und zeitlicher Verlauf des Gatepotentials des n-MOS-FET's 22 Gate connection and timing of the gate potential of the n-MOS FET's 22
3232: Basisanschluß und zeitlicher Verlauf des Basispotentials des npn-Entladetransistors 26 Basis connection and timing of the base potential of the npn discharge transistor 26
3333: Diode zum Laden des Kondensators 21, Sperrspannung > 500 Volt z.B. 1N4004Diode for charging the capacitor 21 , Blocking voltage> 500 volts eg 1N4004
3434: Induktivität, typisch 100 μH, auf Ringkern gewickeltInductance, typical 100 μH, wound on toroidal core

Claims

Ventil unter anderem auch für die Plasmazündung zur Steuerung des Flusses heißer Gase bzw. des Plasmas vom Kompressor zur Vorkammer und von der Vorkammer zu den Brennräumen der Zylinder nach dem Prinzip eines durch einen Elektromagneten betriebenen Ventils, dadurch gekennzeichnet, daß sich in einem metallischen Gehäuse (1) in einer zylindrischen Bohrung ein zylindrischer, beweglicher, zweigeteilter Ventilkörper in einem Gehäuse mit zylindrischer Bohrung befindet, der in der Führung dieser Bohrung unter dem Einfluß eines Elektromagneten deswegen hin und her bewegt werden kann, weil ein Teil (2) des Ventilkörpers aus einem ferromagnetischen Material z.B. Eisen oder Magnetstahl besteht, welches durch das Magnetfeld einer Spule (4) außerhalb des Gehäuses magnetisiert und angezogen wird, und der zweite Teil (3) des Ventilkörpers – mit dem ersten fest verbunden – aus einem temperaturbeständigen Material besteht, welches auch bei Temperaturen von 500 °C und darüber nicht weich wird und sich nur so wenig im Vergleich zum Gehäuse ausdehnt, daß durch die Erwärmung die Beweglichkeit des Ventilkörpers nicht beeinträchtigt wird und daß der zweite Teil (3) des Ventilkörpers an seinem Ende einen halbkugelförmigen Stößel (11) hat, mit dem er die Öffnung einer Gasleitung (7) versperrt, wenn das Ventil geschlossen ist, wenn also der Elektromagnet stromlos ist und die beiden Ventilkörper (2), (3) zusammen mit dem Stößel (11) durch eine Druckfeder (5) gegen diese Öffnung gedrückt werden, während zum Öffnen des Ventils die Spule (4) bestromt wird und unter dem Einfluß des sich dadurch aufbauenden Magnetfeldes beide Ventilkörper gegen einen Anschlag (9) bewegt werden und mit dem sich dadurch bildenden Spalt (10) eine Verbindung zwischen der Gaszuführung (6) und der Gasabführung (7) hergestellt wird.Valve inter alia also for the plasma ignition for controlling the flow of hot gases or the plasma from the compressor to the antechamber and from the antechamber to the combustion chambers of the cylinder according to the principle of a valve operated by an electromagnet, characterized in that in a metallic housing ( 1 ) in a cylindrical bore a cylindrical, movable, two-part valve body is located in a housing with a cylindrical bore, which can be moved in the leadership of this bore under the influence of an electromagnet because of a part ( 2 ) of the valve body made of a ferromagnetic material such as iron or magnetic steel, which by the magnetic field of a coil ( 4 ) is magnetized and attracted outside the housing, and the second part ( 3 ) of the valve body - with the first fixedly connected - consists of a temperature-resistant material which does not soften even at temperatures of 500 ° C and above and only so little compared to the housing expands that does not affect the mobility of the valve body by the heating and that the second part ( 3 ) of the valve body at its end a hemispherical plunger ( 11 ), with which he has the opening of a gas line ( 7 ) locked when the valve is closed, so when the electromagnet is de-energized and the two valve body ( 2 ) 3 ) together with the plunger ( 11 ) by a compression spring ( 5 ) are pressed against this opening, while to open the valve, the coil ( 4 ) is energized and under the influence of the resulting magnetic field both valve body against a stop ( 9 ) and with the gap ( 10 ) a connection between the gas supply ( 6 ) and the gas discharge ( 7 ) will be produced.

Ventil unter anderem auch für die Plasmazündung zur Steuerung des Flusses heißer Gase bzw. des Plasmas vom Kompressor zur Vorkammer und von der Vorkammer zu den Brennräumen der Zylinder nach dem Prinzip eines durch einen Piezzoeffekt betriebenen Ventils, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Ventilkörper alternativ aus einer Piezzokeramik (14) besteht, welcher an einer seiner Stirnflächen (16) mit dem Gehäuse (1) und mit der zweiten Stirnfläche (18) mit einem metallischen Überzug versehen ist, so daß eine Gleichspannung an die Keramik zwischen diesen beiden Flächen (16) und (18) angelegt werden kann, welche dazu führt, daß sich diese Keramik auf Grund ihrer besonders hohen Piezzoempfindlichkeit unter dem Einfluß dieser Spannung zusammenzieht, und daß die Spannung an der Stirnfläche (18) dieser Keramik mit einer weiteren Keramik (17) gegen den zweiten Ventilkörper (3) isoliert ist, der dieselbe Form und Funktion wie der Ventilkörper (3) im Magnetventil hat, daß sich also dieser Ventilkörper unter dem Einfluß der an die Keramik angelegte Gleichspannung zusammenzieht, wodurch sich der Ventilstößel (11) von der Öffnung der Gasleitung (7) entfernt und eine Verbindung zwischen der Gaszuführung (6) und der Gasabführung (7) hergestellt wird.Valve inter alia also for the plasma ignition for controlling the flow of hot gases or plasma from the compressor to the antechamber and from the antechamber to the combustion chambers of the cylinder according to the principle of operated by a piezo effect valve, characterized in that one of the two valve body alternatively a piezoceramic ( 14 ), which at one of its end faces ( 16 ) with the housing ( 1 ) and with the second end face ( 18 ) is provided with a metallic coating, so that a DC voltage to the ceramic between these two surfaces ( 16 ) and ( 18 ) can be applied, which causes this ceramic due to their particularly high piezoelectric sensitivity contracts under the influence of this voltage, and that the voltage at the end face ( 18 ) of this ceramic with another ceramic ( 17 ) against the second valve body ( 3 ) is isolated, the same shape and function as the valve body ( 3 ) in the solenoid valve has that so this valve body contracts under the influence of the applied to the ceramic DC voltage, whereby the valve stem ( 11 ) from the opening of the gas line ( 7 ) and a connection between the gas supply ( 6 ) and the gas discharge ( 7 ) will be produced.

Ventil zur Steuerung des Gas- bzw. Plasma-Flusses nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich, wo das Ventilgehäuse und der Ventilkörper mit den heißen Gasen in Verbindung kommen, das Gehäuse (1) aus einem temperaturfesten Metall z. B. aus Kupfer, Stahl, Molybdän oder aus Keramik besteht, und der Teil (3) des Ventilkörpers aus einem Material mit möglichst geringem Ausdehnungskoeffizienten vorzugsweise Molybdän mit 5.2 ppm/°C oder Keramik z.B. Aluminiumoxid mit 7-8 ppm/°C besteht, damit er sich im Gehäuse (1) nicht verklemmen kann.Valve for controlling the flow of gas or plasma according to claims 1 and 2, characterized in that in the region where the valve housing and the valve body come into contact with the hot gases, the housing ( 1 ) made of a temperature-resistant metal z. B. made of copper, steel, molybdenum or ceramic, and the part ( 3 ) of the valve body of a material with the lowest possible coefficient of expansion is preferably molybdenum at 5.2 ppm / ° C or ceramic eg alumina at 7-8 ppm / ° C, so that it is in the housing ( 1 ) can not jam.

Ventil zur Steuerung des Gas- bzw. Plasma-Flusses nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) für ein Magnetventil unter dem Spulenkörper (4) aus einem magnetisch durchlässigen Metall, z. B. Aluminium oder Kupfer besteht.Valve for controlling the gas or plasma flow according to claim 1, characterized in that the housing ( 1 ) for a solenoid valve under the bobbin ( 4 ) made of a magnetically permeable metal, for. As aluminum or copper.

Ventil zur Steuerung des Gas- bzw. Plasma-Flusses nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturfeste Teil des Ventilkörpers (3) an seiner Stirnseite einen Stößel (11) mit einer Halbkugel an seinem Ende hat und daß bei ausgeschaltetem Magnetstrom beim Magnetventil der Stößel durch eine Druckfeder (5) bzw. bei der Piezzokeramik (14) bei abgeschalteter Gleichspannung der Stößel (11) auf Grund der mechanischen Vorspannung der Piezzokeramik gegen eine Schale (19) in der Gehäusewand (1), die auch die Form einer Halbkugel hat, gedrückt wird, wobei der Radius der Schale (19) etwas größer als der Radius der Halbkugel des Stößels (11) ist, und daß in der Achsenmitte (12) dieser Schale das Rohrende der Gasleitung (7) mündet und daß der Stößel diese Gasleitung bei geschlossenem Ventil, also ausgeschaltetem Magnetfeld bzw. abgeschalteter Gleichspannung am Piezzokristall abdichtet, indem der Stößel mit seiner Halbkugel an der Vorderseite den Ausgang der Gasleitung in der Schale (19) versperrt.Valve for controlling the gas or plasma flow according to claims 1 and 2, characterized in that the temperature-resistant part of the valve body ( 3 ) on its front side a plunger ( 11 ) with a hemisphere at its end and that when solenoid current is switched off at the solenoid valve, the plunger by a compression spring ( 5 ) or in the piezoceramic ( 14 ) with switched off DC voltage of the plunger ( 11 ) due to the mechanical bias of the piezoceramic against a shell ( 19 ) in the housing wall ( 1 ), which also has the shape of a hemisphere, with the radius of the shell ( 19 ) slightly larger than the radius of the hemisphere of the plunger ( 11 ), and that in the middle of the axis ( 12 ) of this shell the pipe end of the gas line ( 7 ) and that the plunger seals this gas line with the valve closed, ie switched off magnetic field or switched off DC voltage on the piezocrystal by the plunger with its hemisphere on the front of the output of the gas line in the shell ( 19 ) blocked.

Ventil zur Steuerung des Gas- bzw. Plasma-Flusses nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß beim Piezzostellventil im Inneren des Ventilgehäuses Mittel vorgesehen sind, mit denen die an die Piezzokeramik angelegte Spannung von der Gehäusewand isoliert wird und daß dieses Mittel aus einer zusätzlichen Isolierschicht (13) an der Innenwand des Gehäuses (1) gegenüber der Piezzokeramik (14) besteht, welche die an die Keramik angelegte Spannung lateral gegen das Gehäuse isoliert und daß diese Isolierschicht aus einer für die angelegten Gleichspannungen ausreichend dicken z.B. mit 50 – 100 μm Dicke, vorzugsweise aus einer aufgedampften Metalloxid-Schicht – auch als Eloxal-Schicht bezeichnet – besteht, und daß bei Verwendung eines metallischen Ventilkörpers (3) eine zusätzliche Isolierschicht (17) aus Keramik zwischen der Anschlußmetallisierung (18) der Piezzokeramik und dem Ventilkörper (3) vorhanden ist, während bei Verwendung eines keramischen Ventilkörpers (3) diese Isolierkeramik entfallen kann.Valve for controlling the gas or plasma flow according to Claim 2, characterized in that means are provided in the interior of the valve housing for the piezostep valve, with which the voltage applied to the piezoceramic voltage is isolated from the housing wall and in that this means consists of an additional insulating layer ( 13 ) on the inner wall of the housing ( 1 ) in relation to the piezoceramic ( 14 ), which isolates the voltage applied to the ceramic laterally against the housing and that this insulating layer of a sufficient thickness for the applied DC voltages, for example 50-100 microns thick, preferably from a vapor-deposited metal oxide layer - also referred to as anodized coating and that when using a metallic valve body ( 3 ) an additional insulating layer ( 17 ) made of ceramic between the terminal metallization ( 18 ) of the piezoceramic and the valve body ( 3 ) while using a ceramic valve body ( 3 ) this insulating ceramic can be omitted.

Ventil zur Steuerung des Gas- bzw. Plasma-Flusses nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß beim Piezzostellventil die verwendete Piezzokeramik (14) vorzugsweise aus Blei-Zirkon-Titanat besteht, welcher sich beim Anlegen einer Gleichspannung von z.B. 500 Volt durch die darin günstig angeordneten Dipole besonders stark zusammenzieht und damit die Bewegung des Ventilkörpers verursacht.Valve for controlling the gas or plasma flow according to claim 2, characterized in that the piezoceramic used in the piezostep valve ( 14 ) is preferably made of lead zirconium titanate, which contracts particularly strong upon application of a DC voltage of eg 500 volts by the dipoles arranged therein favorably and thus causes the movement of the valve body.

Ventil zur Steuerung des Gas- bzw. Plasma-Flusses nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Bypass (8) eine Rohrverbindung zwischen Gaszuführung (6) und dem Totvolumen des Ventils bestehend aus dem Hohlraum der Druckfeder (5) beim Magnetventil und dem Zwischenraum zwischen dem Ventilkörper (2), (3) bzw. (14), (5) und dem Ventilgehäuse (1) und dem Spalt (10) vor den Gasleitungen zur Vermeidung eines Druckabfalls beim Einschalten des Ventils hergestellt wird, so daß dieses im Ventil unvermeidbare Totvolumen, immer unter Druck steht und somit beim Öffnen des Ventils nur die Gasmengen verloren gehen, die in das Spaltvolumen (10) eindringen.Valve for controlling the gas or plasma flow according to claims 1 and 2, characterized in that with the bypass ( 8th ) a pipe connection between gas supply ( 6 ) and the dead volume of the valve consisting of the cavity of the compression spring ( 5 ) at the solenoid valve and the space between the valve body ( 2 ) 3 ) respectively. ( 14 ) 5 ) and the valve housing ( 1 ) and the gap ( 10 ) is made in front of the gas lines to avoid a pressure drop when switching on the valve, so that this unavoidable dead volume in the valve, is always under pressure and thus only the amounts of gas are lost when opening the valve, in the gap volume ( 10 ).

Ventil zur Steuerung des Gas- bzw. Plasma-Flusses nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rohres am Ende der Rohrleitung (7), welche in der Achsenmitte (12) der Kugelschale (19) mündet, kleiner als im übrigen Bereich ist, damit die durch den Gasdruck in diesem Rohrstück (20) ausgeübte Kraft nicht ausreicht, den Ventilstößel (11) aus der Schale (19) zu verdrängen.Valve for controlling the gas or plasma flow according to claims 1 and 2, characterized in that the diameter of the pipe at the end of the pipeline ( 7 ), which in the middle of the axis ( 12 ) of the spherical shell ( 19 ) is smaller than in the remaining area, so that by the gas pressure in this pipe section ( 20 ) is insufficient force, the valve stem ( 11 ) from the shell ( 19 ) to displace.

Ventil zur Steuerung des Gas- bzw. Plasma-Flusses nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Stößels (11) größer als der Durchmesser der Rohrmündung (20) in der Schale (19) ist.Valve for controlling the gas or plasma flow according to claims 1 and 2, characterized in that the diameter of the plunger ( 11 ) greater than the diameter of the muzzle ( 20 ) in the bowl ( 19 ).

Ventil zur Steuerung des Gas- bzw. Plasma-Flusses nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Magnetventil die Federkraft der Druckfeder (5) so groß gewählt ist, daß die durch den Gasdruck im Rohr (7) ausgeübte Kraft nicht ausreicht, den Ventilstößel (11) aus der Schale (19) zu verdrängen.Valve for controlling the gas or plasma flow according to claim 1, characterized in that, in the case of a magnetic valve, the spring force of the pressure spring ( 5 ) is chosen so large that by the gas pressure in the pipe ( 7 ) is insufficient force, the valve stem ( 11 ) from the shell ( 19 ) to displace.

Ventil zur Steuerung des Gas- bzw. Plasma-Flusses nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß beim Piezzostellventil die mechanische Vorspannung des Ventilkörpers mit den Teilkörpern (14), (3) beim Zusammenfügen des Gehäuses (1) so groß gewählt wird, daß ohne an die Piezzokeramik angelegte Gleichspannung die durch den Gasdruck im Rohr (7) ausgeübte Kraft nicht ausreicht, den Ventilstößel (11) aus der Schale (19) zu verdrängen.Valve for controlling the gas or plasma Ma-flow according to claim 2, characterized in that the piezostep valve, the mechanical bias of the valve body with the part bodies ( 14 ) 3 ) when assembling the housing ( 1 ) is so large that, without applied to the piezoceramic DC voltage by the gas pressure in the pipe ( 7 ) is insufficient force, the valve stem ( 11 ) from the shell ( 19 ) to displace.

Ventil zur Steuerung des Gas- bzw. Plasma-Flusses nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß zum Öffnen des Piezzostellventils an die Piezzokeramik eine Gleichspannung angelegt wird, so daß sich die Piezzokeramik durch Elektrostriktion zusammenzieht und zum schnellen Öffnen des Ventils und somit für einen schnellen Anstieg der Gleichspannung eine Hochsetzstellerschaltung (upconverter) verwendet wird, bei der ein schneller MOS-Transistor (22) mehrfach ein- und ausgeschaltet wird und dabei an einer Induktivität (34) zwischen Drainpunkt (27) und Plus-Versorgung (30) im Drainkreis dieses Transistors eine Abschaltspannung entsteht, die über eine Diode (33) auf einen Kondensator (21) geladen wird und am Punkt (24) abgegriffen werden kann.Valve for controlling the gas or plasma flow according to claim 2, characterized in that a DC voltage is applied to open the piezostep valve to the piezoceramic so that the piezoceramic contracts by electrostriction and to quickly open the valve and thus for a rapid increase the DC voltage is a boost converter circuit (upconverter) is used, in which a fast MOS transistor ( 22 ) is turned on and off several times and thereby at an inductance ( 34 ) between the drain point ( 27 ) and plus supply ( 30 ) in the drain circuit of this transistor, a turn-off voltage is produced, which via a diode ( 33 ) to a capacitor ( 21 ) and at the point ( 24 ) can be tapped.

Ventil zur Steuerung des Gas- bzw. Plasma-Flusses nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet daß im Hochsetzsteller eine zusätzliche Klammer- und Löschschaltung parallel zum MOS-Transistor (22) vorgesehen ist, welche den MOS-Transistor schützt, indem ein in der CB-Strecke mit einer Zenerdiode (28) geklammerter npn-Transistor (26) die Hochsetzstellerspannung auf den Durchbruchsspannungswert der Zenerdiode (28) unterhalb der Durchbruchsspannung des MOS-Transistors (22) begrenzt und daß durch Einschalten des npn-Transistors (26) diese Gleichspannung zum Schließen des Ventiles schnell wieder abgeschaltet werden kann, indem sie mit dem im Kollektorkreis des npn-Transistors (26) geschalteten Widerstand (29) über die CE-Strecke des Transistors (26) gegen Masse (25) abgeleitet wird.Valve for controlling the gas or plasma flow according to claim 2, characterized in that in the boost converter, an additional clamping and clearing circuit parallel to the MOS transistor ( 22 ), which protects the MOS transistor by using a in the CB path with a Zener diode ( 28 ) clamped npn transistor ( 26 ) the boost converter voltage to the breakdown voltage value of the Zener diode ( 28 ) below the breakdown voltage of the MOS transistor ( 22 ) and that by switching on the npn transistor ( 26 ), this DC voltage for closing the valve can be switched off again quickly by connecting it to the one in the collector circuit of the npn transistor ( 26 ) switched resistor ( 29 ) over the CE path of the transistor ( 26 ) against mass ( 25 ) is derived.