ES2256711T3 - Valvula piezoelectrica. - Google Patents

Abstract

Válvula con un elemento (1) de accionamiento que puede desviarse que controla los movimientos de al menos un elemento (3) de obturación real para abrir o cerrar al menos un contorno (6) de obturación, estando solicitado el elemento de accionamiento mediante un elemento (5) elástico fundamentalmente perpendicular a la dirección de desviación, alineándose el eje longitudinal del elemento de accionamiento y la fuerza ejercida por el elemento elástico en una posición del elemento de accionamiento entre sus dos posiciones extremas, caracterizada porque el elemento (1) de accionamiento está realizado como transductor de flexión piezoeléctrico sujeto en un lado y el elemento (3) de obturación como palanca oscilante que puede girar alrededor de un eje dispuesto perpendicular a la dirección de desviación del elemento (1) de accionamiento.

Description

Válvula piezoeléctrica.

La invención se refiere a una válvula con un elemento de accionamiento que puede desviarse que controla los movimientos de al menos un elemento de obturación real para abrir o cerrar al menos un contorno de obturación, estando solicitado el elemento de accionamiento mediante un elemento elástico fundamentalmente perpendicular a la dirección de desviación, alineándose el eje longitudinal del elemento de accionamiento y la fuerza ejercida por el elemento elástico en una posición del elemento de accionamiento entre sus dos posiciones extremas.

En muchos tipos de válvulas, el elemento de obturación, o un elemento de accionamiento que desplaza este elemento de obturación están tensados previamente en uno de los dos sentidos mediante, por ejemplo, elementos elásticos. La tensión previa puede provocarse eventualmente también a través de aquellas fuerzas que se originan en la desviación del elemento de obturación o de accionamiento. Por esto, la mayoría de las veces, sin embargo el sistema dinámico de conmutación de la válvula también se ve influenciado de manera desventajosa en un sentido y se requiere mucha absorción de potencia de la válvula para superar esta tensión previa.

Por otro lado también se conocen estructuras de válvula, en las que gracias a la geometría del elemento de obturación o de accionamiento, en cualquier caso con la ayuda de al menos un elemento de resorte, las dos posiciones finales se sujetan de manera estable mediante tensión previa, mientras que para la conmutación debe superarse la fuerza de un elemento elástico, facilitando el elemento elástico la conmutación adicional tras recorrer una primera sección de toda la carrera de trabajo. Un ejemplo para una válvula de este tipo se describe en el documento DE 197 20 849 A1 en el que están previstos dos actores para la conmutación que actúan en el elemento de soporte para el elemento de obturación real.

El objetivo de la invención es una válvula que puede conectarse eléctricamente con poca fuerza de accionamiento, es decir, con pocas corrientes, que se caracteriza especialmente por un tamaño estructural pequeño, pero que sin embargo ofrece una elevada fuerza de obturación con el mejor sistema dinámico de conmutación posible.

Para alcanzar este objetivo está previsto según la invención, que el elemento de accionamiento esté realizado como transductor de flexión piezoeléctrico sujeto en un lado, y el elemento de obturación está realizado como palanca oscilante que puede girar alrededor de un eje dispuesto perpendicular a la dirección de desviación del elemento de accionamiento. Estos transductores de flexión conocidos por sí mismos, gracias a su densidad de fuerza muy alta y al buen sistema dinámico de conmutación con baja potencia de excitación ofrecen todas las condiciones para una gran carrera con unas dimensiones mínimas. Junto con el apoyo para la sujeción de la palanca oscilante en una posición de conexión, en la que el transductor de flexión está en estado de reposo, puede garantizarse un efecto seguro de sujeción y también de obturación en esta posición, y sin que disminuya el proceso de conmutación y la energía que ha de aplicarse para esto aumente considerablemente, los desplazamientos mínimos del transductor de flexión podrían disminuir el efecto de obturación, como por ejemplo en el caso de estructuras con elementos de accionamiento que actúan directamente en el asiento de la junta. Incluso una colocación de la superficie de obturación real no varía la separación del elemento de accionamiento de la palanca oscilante en la dirección de accionamiento y por tanto se mantiene la posición cero. Además a través de los comportamientos geométricos pueden adaptarse la fuerza de obturación, carrera de trabajo del elemento de obturación y similares a las necesidades en la práctica.

Según una forma de realización ventajosa de la invención está previsto que el eje de la palanca oscilante coincida sustancialmente con un borde de obturación que es parte de al menos un contorno de obturación. A través de este alojamiento axial de la palanca oscilante puede impedirse un desplazamiento de la palanca oscilante respecto al contorno de obturación y posibilita también una colocación del material de obturación sin disminuir por ello el efecto de obturación.

Según una característica adicional de la invención, el borde de obturación es una sección central, común a dos contornos de obturación.

A este respecto está previsto de manera ventajosa que el borde de obturación se presente como línea de corte de dos contornos de obturación fundamentalmente planos, incluyendo los dos planos de obturación que contienen los contornos de obturación un ángulo obtuso entre sí. En este caso, la superficie de obturación puede adaptarse en su posición de manera exacta al contorno de obturación respectivo sin disminución mediante el otro contorno de obturación correspondiente, de manera que pueden realizarse valores mínimos de pérdida por derrame.

A este respecto, de manera preferida está previsto que la palanca oscilante y el transductor de flexión presenten en cada caso un punto de articulación para el elemento elástico y este elemento elástico se sujete entre la palanca oscilante y el transductor de flexión.

Otra forma de realización ventajosa de la invención prevé que el punto de ataque del transductor de flexión se disponga en la palanca oscilante fuera del/de los plano/planos del contorno de obturación. Con ello, la fuerza que puede ejercerse por el transductor de flexión puede llevarse a cabo lo más favorablemente.

Según otra variante, el punto de ataque del elemento elástico en la palanca oscilante también puede disponerse fuera del plano definido mediante el punto de ataque del transductor de flexión en la palanca oscilante y el borde de obturación.

De manera ventajosa, en una forma de realización adicional de la invención está previsto que en la palanca oscilante estén previstos al menos dos puntos de ataque para el transductor de flexión separados entre sí en la dirección longitudinal del transductor de flexión. Con ello puede conseguirse una característica de válvula acodada.

El mejor efecto de obturación posible en al menos una posición de conmutación de la válvula según la invención puede conseguirse porque la palanca oscilante está tensada previamente a través del elemento elástico en un contorno de obturación y puede elevarse de este contorno de obturación mediante la desviación del transductor de flexión desde la posición de reposo.

Según otra forma de realización según la invención está previsto que la palanca oscilante esté tensada previamente a través del elemento elástico en un contorno de obturación y pueda elevarse de este contorno de obturación mediante la desviación del transductor de flexión desde la posición de reposo y se disponga en contacto de manera estanca en la posición extrema desviada del transductor de flexión con el segundo contorno de obturación.

De manera ventajosa, la palanca oscilante puede presentar una depresión en la que se engancha un extremo del transductor de flexión para aprovechar de esta manera de manera óptima la fuerza de retroceso del transductor de flexión para la conmutación de la válvula.

En la siguiente descripción la invención debe explicarse más detalladamente mediante los ejemplos de realización mostrados en los dibujos adjuntos.

La figura 1 muestra en representación esquemática una sección transversal a través de un ejemplo de realización de una válvula según la invención en una realización de 3/2 vías, y la figura 2 muestra una vista en planta de los contornos de obturación de la válvula de la figura 1.

Un transductor 1 de flexión piezoeléctrico se sostiene en un extremo en un punto de sujeción en la carcasa 2 de la válvula o en una estructura unida a ella. En la posición de reposo mostrada en la figura 1, en la que no se aplica ninguna tensión, existe una pequeña holgura entre el transductor 1 de flexión y una palanca 3 oscilante como elemento de obturación real, de manera que pequeñas variaciones en la posición del transductor 1 de flexión no pueden ejercer una influencia desventajosa en el efecto de obturación ni en la dirección axial ni tampoco en la dirección de desviación.

La palanca 3 oscilante se apoya en un borde 4 de obturación que es casi congruente con su eje de giro. A este respecto, la palanca 3 oscilante se aprieta a través de un elemento elástico, preferiblemente un muelle 5 helicoidal sometido a presión en un primer contorno 6 de obturación, pudiendo adaptarse exactamente la superficie 3a de obturación real al contorno 6 de obturación. Este muelle 5 helicoidal está sujeto entre el transductor 1 de flexión y la palanca 3 oscilante, preferiblemente unido de forma articulada a los dos componentes de manera móvil y actúa de manera paralela al eje longitudinal del transductor 1 de flexión.

El efecto de obturación se produce en esta posición de conmutación debido a las propiedades mecánicas del transductor 1 de flexión en la dirección longitudinal y debido a la acción del muelle 5 helicoidal que se dispone básicamente alineado con el transductor 1 de flexión, o que incluye con éste solamente un ángulo obtuso de aproximadamente 180º, es decir perpendicular a la dirección de desviación del transductor 1 de flexión.

Al aplicar, por ejemplo, dos puntos de ataque del transductor 1 de flexión en la palanca 3 oscilante que están separados entre sí en la dirección longitudinal del transductor 1 de flexión puede generarse una característica de válvula acodada mediante la modificación originada por ello del punto de ataque del transductor 1 de flexión y con ello del comportamiento de palanca en la palanca 3 oscilante. Es decir, en relación con la desviación del elemento de accionamiento, con la misma carrera de desviación del transductor 1 de flexión, en primer lugar en el caso de contacto del transductor 1 de flexión con el punto de ataque en la palanca 3 oscilante más separado del borde 4 de obturación, la palanca 3 oscilante realiza un pequeño movimiento, y en el caso de contacto con el segundo punto de ataque dispuesto más cerca del borde 4 de obturación realiza un movimiento grande. Esto posibilita una mejor adaptación a un sistema global con característica no lineal, consiguiéndose una mejor resolución con la misma zona de excitación.

Al aplicar una tensión, el transductor 1 de flexión en la figura 1 se desvía hacia la derecha. En este caso, trabaja contra el muelle 5 helicoidal y adopta finalmente una posición extrema desviada en la que la palanca 3 oscilante y su superficie 3a de obturación real se presionan en el segundo contorno 7 de obturación, mientras que el primer contorno 6 de obturación se libera. Al desconectar la tensión el transductor 1 de flexión retorna a su posición de reposo mediante su elasticidad, facilitándose este movimiento de retorno mediante la acción del muelle 5 helicoidal. Al final del movimiento de retorno, el transductor 1 de flexión vuelve a levantarse preferiblemente de la palanca 3 oscilante, y el muelle 5 helicoidal sujeto entre el transductor 1 de flexión y la palanca 3 oscilante vuelve a presionar la palanca 3 oscilante en el primer contorno 6 de obturación mientras que se vuelve a liberar el segundo contorno 7 de obturación.

Tal como puede observarse en la figura 1, los dos contornos 6, 7 de obturación están configurados planos en cada caso, y los planos de obturación que contienen los contornos 6, 7 de obturación comprenden de manera ventajosa un ángulo obtuso entre sí. Con ello, el lado opuesto a los contornos 6, 7 de obturación de la palanca 3 oscilante y su superficie 3a de obturación pueden estar realizados planos de manera sencilla. En principio podría concebirse también un plano común a los dos contornos 6, 7 de obturación y para ello una configuración en forma de cuña obtusa del lado inferior de la palanca 3 oscilante y/o su superficie 3a de obturación. En ambos casos, la superficie 3a de obturación puede adaptarse en las dos posiciones de conmutación de la válvula al contorno 6 ó 7 de obturación respectivo sin la influencia a través del otro contorno de obturación en cada caso.

El rozamiento del alojamiento de la palanca 3 oscilante se reduce en gran medida a través de la configuración como borde 4 de obturación, y el rozamiento en los puntos de ataque del elemento 5 elástico que también podría estar configurado como pieza de chapa doblada, puede reducirse también en la palanca 3 oscilante o en el transductor 1 de flexión mediante la configuración de este cojinete o puntos de ataque como bordes cortantes.

Mientras que la válvula en las variantes mostradas es una válvula de 3/2 vías, puede realizarse mediante el cierre o la omisión completa de uno de los dos contornos 6, 7 de obturación de una forma de realización simplificada una válvula de 2/2 vías con solamente un contorno de obturación que puede controlarse.

Claims (11)

1. Válvula con un elemento (1) de accionamiento que puede desviarse que controla los movimientos de al menos un elemento (3) de obturación real para abrir o cerrar al menos un contorno (6) de obturación, estando solicitado el elemento de accionamiento mediante un elemento (5) elástico fundamentalmente perpendicular a la dirección de desviación, alineándose el eje longitudinal del elemento de accionamiento y la fuerza ejercida por el elemento elástico en una posición del elemento de accionamiento entre sus dos posiciones extremas, caracterizada porque el elemento (1) de accionamiento está realizado como transductor de flexión piezoeléctrico sujeto en un lado y el elemento (3) de obturación como palanca oscilante que puede girar alrededor de un eje dispuesto perpendicular a la dirección de desviación del elemento (1) de accionamiento.

2. Válvula según la reivindicación 1, caracterizada porque el eje de la palanca (3) oscilante coincide sustancialmente con un borde (4) de obturación que es parte del al menos un contorno (6) de obturación.

3. Válvula según la reivindicación 2, caracterizada porque el borde (4) de obturación es una sección central común a dos contornos (6, 7) de obturación.

4. Válvula según la reivindicación 3, caracterizada porque el borde (4) de obturación se presenta como línea de corte de dos contornos (6, 7) de obturación sustancialmente planos, incluyendo los planos de obturación que contienen los contornos (6, 7) de obturación un ángulo obtuso entre sí.

5. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la palanca (3) oscilante y el transductor (1) de flexión presentan en cada caso un punto de articulación para el elemento (5) elástico y este elemento (5) está sujeto entre la palanca (3) oscilante y el transductor (1) de flexión.

6. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el punto de ataque del transductor (1) de flexión en la palanca (3) oscilante se dispone fuera del/de los plano/planos del contorno (6 o 7) de obturación.

7. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el punto de ataque del elemento (5) elástico en la palanca (3) oscilante se dispone fuera del plano definido por el punto de ataque del transductor (1) de flexión en la palanca (3) oscilante y por el borde (4) de obturación.

8. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque en la palanca (3) oscilante están previstos al menos dos puntos de ataque separados entre sí en la dirección longitudinal del transductor (1) de flexión para el transductor (1) de flexión.

9. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque la palanca (3) oscilante está tensada previamente mediante el elemento (5) elástico en un contorno (6, 7) de obturación y puede elevarse de este contorno (6, 7) de obturación mediante la desviación del transductor (1) de flexión desde la posición de reposo.

10. Válvula según la reivindicación 9, caracterizada porque la palanca (3) oscilante está tensada previamente mediante el elemento (5) elástico en un contorno (6) de obturación y puede elevarse de este contorno (6) de obturación mediante la desviación del transductor (1) de flexión desde la posición de reposo y está en contacto de manera estanca en la posición extrema desviada del transductor (1) de flexión con el segundo contorno (7) de obturación.

11. Válvula según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque la palanca (3) oscilante presenta una depresión en la que se engancha un extremo del transductor (1) de flexión.