PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69907807T2 24.12.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0962992
Titel Piezoelektrisches oder magnetostriktives Stellglied
Anmelder NEC TOKIN Ceramics Corp., Hyogo, JP
Erfinder Ogura, Narumi, Shiso-gun, Hyogo, JP;
Ide, Mitsuteru, Shiso-gun, Hyogo, JP
Vertreter Prüfer und Kollegen, 81545 München
DE-Aktenzeichen 69907807
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.06.1999
EP-Aktenzeichen 991093683
EP-Offenlegungsdatum 08.12.1999
EP date of grant 14.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.12.2003
IPC-Hauptklasse H01L 41/09
IPC-Nebenklasse F16K 31/00   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Stellglied, das beispielsweise zur Verwendung als Antiriebsabschnitt eines Durchflußmengenregelventils einer Durchflußmengenregelvorrichtung dient.

Im allgemeinen weist ein herkömmliches Stellglied der Bauart ein Betätigungselement auf, das eine minimale Länge besitzt, wenn keine elektrische Spannung an ihm angelegt wird, und dessen Länge zunimmt, wenn eine daran angelegte elektrische Spannung höher wird, einen Versetzungsausziehteil und einen Umwandlungsmechanismus zum Umwandeln der Veränderung der Länge des Betätigungselementes in den Versatz des Versetzungsausziehteils.

Wie nachfolgend beschrieben wird, führt der Umwandlungsmechanismus des herkömmlichen Stellgliedes eine Umwandlung aus, so daß der Versatz des Versetzungsausziehteils zunimmt, wenn die Länge des Betätigungselementes zunimmt. Somit besitzt das herkömmliche Stellglied einen Aufbau, so daß die Länge des Betätigungselementes zunimmt, wenn die an das Betätigungselement angelegte elektrische Spannung höher wird, so daß der Versatz des Versetzungsausziehteils größer wird.

Es wird hier angenommen, daß das Stellglied als Antriebsabschnitt eines Durchflußmengenregelventils einer Durchflußmengenregelvorrichtung verwendet wird, und daß das Betätigungselement nicht mit elektrischer Spannung versorgt wird, weil eine Stromversorgung für die Vorrichtung durch irgendeinen Zufall unterbrochen wird (das heißt, an das Betätigungselement wird eine Null-Spannung angelegt). In diesem Fall ist die Länge des Betätigungselementes wie vorstehend erwähnt minimal, so daß der Versatz des Versetzungsausziehteils am kleinsten ist. In Reaktion auf den Versatz des Versetzungsausziehteils bringt das Durchflußmengenregelventil einen Strömungspfad in einen geöffneten Zustand.

Folglich strömt ein großer Volumenstrom eines Fluids wie Gas kontinuierlich durch den Strömungspfad, wenn die Stromversorgung der Vorrichtung durch irgendeinen Zufall unterbrochen wird.

Um den vorstehend erwähnten Nachteil zu beseitigen, wird vorgeschlagen, das Versetzen des Versetzungsausziehteils des Stellgliedes durch die Verwendung eines externen Mechanismus, der separat zu dem Umwandlungsmechanismus ist, zu invertieren. In diesem Fall wird jedoch das Stellglied unvermeidbar groß.

Aus der US-A-5 145 147 ist ein Fluidregelventil offenbart, das im nicht-erregten Zustand geschlossen ist. Ein zylindrisches Bauteil ist vorgesehen, das in der Lage ist, sich nach oben und nach unten zu bewegen. Ein Piezostapel ist in dem zylindrischen Bauteil vorgesehen. Ein Trägerbauteil ist fest positioniert. Ein. Ventilkörper wird durch die Kraft einer Druckfeder, die zwischen dem Trägerbauteil und einem Eingriffsabschnitt des zylindrischen Bauteils angeordnet ist, zu einem Ventilsitz hin gepreßt. Infolge des Anlegens einer Spannung an den Piezostapel dehnt sich der Piezostapel aus und hebt das zylindrische Bauteil so an, daß die Druckfeder zusammengedrückt wird und der Ventilkörper von der Öffnung getrennt wird, um das Ventil zu öffnen.

Des weiteren ist aus der US-A-5 239 223 ein piezoelektrisches Stellglied bekannt. Es sieht ein piezoelektrisches Element vor, das in einem Metallgehäuse enthalten ist. Das piezoelektrische Element ist an der Abdeckung und dem Boden des Metallgehäuses befestigt. Das Gehäuse kann optional als Faltenbalg geformt sein. Wenn eine Spannung an das piezoelektrische Element angelegt wird, dehnt sich das piezoelektrische Element aus und verlängert das Metallgehäuse.

Es ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, ein klein bauendes Stellglied mit einem solchen Aufbau bereitzustellen, daß der Versatz eines Versetzungsausziehteils abnimmt, wenn eine an ein Betätigungselement angelegte Spannung zunimmt.

Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, eine Durchflußmengenregelvorrichtung bereitzustellen, die ein Stellglied, wie es oben erwähnt wurde, aufweist, und die in der Lage ist, einen Strömungspfad zu schließen, wenn eine Stromversorgung des Stellglieds unterbrochen wird.

Andere Aufgaben dieser Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung klar.

Erfindungsgemäß ist ein Stellglied vorgesehen, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Weitere vorteilhafte Merkmale sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine Seitenschnittansicht eines herkömmlichen Stellgliedes;

Fig. 2 ist eine Unteransicht des Stellgliedes, das in Fig. 1 dargestellt ist;

Fig. 3 ist eine Seitenschnittansicht, die einen kennzeichnenden Teil einer Durchflußmengenregelvorrichtung zeigt, die das in Fig. 1 dargestellte Stellglied verwendet;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen in Fig. 3 eingekreisten Bereich zeigt;

Fig. 5 ist eine Seitenschnittansicht eines Stellgliedes gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung;

Fig. 6 ist eine Unteransicht des in Fig. 5 dargestellten Stellgliedes;

Fig. 7 ist eine Seitenschnittansicht, die einen kennzeichnenden Teil der Durchflußmengenregelvorrichtung zeigt, die das in Fig. 5 dargestellte Stellglied verwendet;

Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen in Fig. 7 eingekreisten Bereich zeigt;

Fig. 9 ist eine Ansicht zur Beschreibung der Funktion der Durchflußmengenregelvorrichtung, die in Fig. 7 dargestellt ist;

Fig. 10 ist eine Seitenschnittansicht eines Stellgliedes gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung; und

Fig. 11 ist eine Unteransicht des in Fig. 10 dargestellten Stellgliedes.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen:

Nun erfolgt eine detaillierte Beschreibung hinsichtlich dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Um ein Verständnis dieser Erfindung zu erleichtern, wird zunächst eine Beschreibung über ein herkömmliches Stellglied erfolgen.

Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 weist ein herkömmliches Stellglied ein gestapeltes piezoelektrisches Betätigungselement 1 als Antriebsabschnitt auf. Das gestapelte piezoelektrische Betätigungselement 1 weist einen gestapelten Körper auf, der mehrere piezoelektrische Elemente und mehrere innere Elektroden, die abwechselnd gestapelt sind, enthält, und ein Paar Außenelektroden, die an beiden Seitenoberflächen des gestapelten Körpers angebracht sind. Das Stellglied weist des weiteren ein Paar Halter 3 und 4 auf, die jeweils an beiden Endseiten des gestapelten piezoelektrischen Betätigungselementes befestigt sind, ein Federbauteil 2, das die Halter 3 und 4 miteinander koppelt, und ein Paar Spannungsanlageanschlüsse 5, die jeweils mit den Außenelektroden verbunden sind. Wenn die Spannungsanlageanschlüsse 5 mit einer elektrischen Spannung wie einer aufgebrachten Spannung versorgt werden, wird die Vorrichtung selbst in einer Stapelrichtung (das heißt in einer Längsrichtung) X des gestapelten piezoelektrischen Betätigungselementes 1 versetzt. Hier nimmt der Versatz proportional zur angelegten Spannung zu.

Bezugnehmend auf die Fig. 3 und 4 verwendet eine Durchflußmengenregelvorrichtung 91 das oben erwähnte Stellglied als Antriebsabschnitt eines Durchflußmengenregelventils 92. Wenn die Durchflußmengenregelvorrichtung 91 erregt wird, wird eine elektrische Spannung als aufgebrachte Spannung an das gestapelte piezoelektrische Betätigungselement 1 angelegt. Das gestapelte piezoelektrische Betätigungselement 1 wird proportional zur angelegten Spannung versetzt, um das Durchflußmengenregelventil 92 nach unten zu schieben. Der Halter 4 und das Durchflußmengenregelventil 92 bewegen sich nach unten, um die Durchflußmenge eines Fluids wie eines Gases, das durch einen Strömungspfad 93 fließt, zu regeln.

In dem oben erwähnten herkömmlichen Stellglied nimmt der Versatz des Betätigungselementes 1 im wesentlichen proportional zur angelegten Spannung zu. Wenn das Stellglied in der Durchflußmengenregelvorrichtung 91 wie vorstehend beschrieben verwendet wird, und wenn eine Stromversorgung der Vorrichtung 91 unterbrochen wird, nimmt deshalb der Versatz des gestapelten piezoelektrischen Betätigungselementes 1 ab. In diesem Fall bewegen sich das Durchflußmengenregelventil 92 und der das Durchflußmengenregelventil 92 nach unten schiebende Halter 4 nach oben, um den Strömungspfad 93 in einen geöffneten Zustand zu bringen. Als Folge davon fließt ein großer Volumenstrom des Fluids wie eines Gases kontinuierlich durch den Strömungspfad 93.

Als nächstes erfolgt eine detaillierte Beschreibung hinsichtlich des Stellgliedes gemäß einer ersten Ausführungsform diese Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Bezugnehmend auf die Fig. 5 und 6 weist das Stellglied dieser Ausführungsform ein Betätigungselement 11 auf, das eine minimale Länge besitzt, wenn keine elektrische Spannung angelegt wird, und dessen Länge zunimmt, wenn eine daran angelegte elektrische Spannung höher wird, ein Versetzungsausziehteil 17 und einen Umwandlungsmechanismus zum Umwandeln der Veränderung der Länge des Betätigungselementes 11 in den Versatz des Versetzungsausziehteils 17. Das Betätigungselement 11 weist ein Paar Spannungsanlageanschlüsse 15 auf, an die eine elektrische Spannung als angelegte Spannung angelegt wird. Wenn die angelegte Spannung an die Spannungsanlageanschlüsse 15 angelegt wird, nimmt die Länge des Betätigungselementes 11 zu, wenn die angelegte Spannung höher wird.

Der Umwandlungsmechanismus führt die Umwandlung so aus, daß der Versatz des Versetzungsausziehteils 17 abnimmt, wenn die Länge des Betätigungselementes 11 zunimmt.

Der Umwandlungsmechanismus führt eine Umwandlung aus, so daß der Versatz des Versetzungsausziehteils 17 maximal wird, wenn das Betätigungselement 11 eine minimale Länge besitzt.

Genauer gesagt besitzt das Betätigungselement 11 eine zylindrische Gestalt mit einem durchgehenden Loch, das sich in einer Längsrichtung hindurch erstreckt.

Der Umwandlungsmechanismus weist einen ringförmigen ersten Halter 14 auf, der an einem Ende des Betätigungselementes 11 befestigt ist und ein Durchgangsloch besitzt, einen zweiten Halter 13, der an dem anderen Ende des Betätigungselements 11 befestigt ist, und eine Übertragungsstange 16, die erste und zweite Enden und einen Zwischenabschnitt zwischen den ersten und zweiten Enden besitzt. Das erste Ende der Übertragungsstange 16 ist an dem zweiten Halter 13 befestigt, so daß der Zwischenabschnitt der Übertragungsstange 16 durch das Durchgangsloch des Betätigungselementes 11 und das Durchgangsloch des ersten Halters 14 geht, und daß das zweite Ende der Übertragungsstange 16 nach außen aus dem ersten Halter 14 hervorsteht. Das zweite Ende der Übertragungsstange 16 dient als Versetzungsausziehteil 17.

Das in der Figur dargestellte Versetzungsausziehteil 17 weist ein verlängerbares Abdeckbauteil auf, das an dem zweiten Ende der Übertragungsstange 16 und dem ersten Halter 14 befestigt ist, und das einen Spalt zwischen einer Umfangskante des Durchgangslochs des ersten Halters 14 und der Übertragungsstange 16 bedeckt.

Der Umwandlungsmechanismus weist des weiteren ein zylindrisches Federbauteil 12 auf, dessen beide Enden jeweils an den ersten und zweiten Haltern 14 und 13 befestigt sind.

Das Betätigungselement 11 kann ein gestapeltes piezoelektrisches Betätigungselement sein.

Alternativ kann das Betätigungselement 11 ein magnetostriktives Element sein.

Es erfolgt die Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung des Stellgliedes für einen Fall, in dem das Betätigungselement 11 ein gestapeltes piezoelektrisches Betätigungselement ist. Zuerst wird ein Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 3 mm in der Mitte des gestapelten piezoelektrischen Betätigungselementes 11 ausgebildet, mit einer Größe von 5 mm · 5 mm · 60 mm. Die Übertragungsstange 16 (aus einem Material wie Eisen, rostfreier Stahl und Keramikmaterialien hergestellt), die einen Außendurchmesser von 2 mm besitzt, ist einstückig an dem Halter 13 befestigt und ist so hergestellt, daß sie durch das Durchgangsloch geht, so daß der Halter 13 mit einer Endseite des gestapelten piezoelektrischen Betätigungselementes 11 in Kontakt gebracht wird.

Andererseits ist der Halter 14 mit dem Durchgangsloch, das in der Mitte ausgebildet ist, und mit dem Versetzungsausziehteil 17, der das Durchgangsloch bedeckt, versehen. Ein Ende der Übertragungsstange 16 ist so hergestellt, daß es durch das Durchgangsloch des Halters 14 geht, so daß das Versetzungsausziehteil 17 und das Ende der Übertragungsstange 16 zusammengesteckt werden und daß die andere Endseite des gestapelten piezoelektrischen Betätigungselementes 11 mit dem Halter 14 in Kontakt gebracht wird.

Anschließend werden die Halter 13 und 14 durch die Verwendung des zylindrischen Federbauteils 12 (beispielsweise ein Rohr aus rostfreiem Stahl aufweisend, das eine Dicke von 0,15 mm und einen Innendurchmesser von 11 mm mit reduzierten Durchmesserabschnitten, die in Abständen von 5 mm ausgebildet sind, um eine Federkonstante von 300 kg/mm zu erhalten) so miteinander gekoppelt, daß das gestapelte piezoelektrische Betätigungselement 11 mit einer Last von ungefähr 784,5 N (80 kg · f) beaufschlagt wird. Der Halter 13 und das Federbauteil 12 werden beispielsweise durch Hartlöten miteinander gekoppelt, während der Halter 14 und das Federbauteil 12 durch Widerstandsschweißen gekoppelt werden.

In dem in der vorstehenden Art und Weise vorbereiteten Stellglied ist der Halter 14 fixiert und an die Spannungsanlageanschlüsse 15 wird eine elektrische Spannung angelegt. In diesem Fall verlängert sich die Gesamtlänge des gestapelten piezoelektrischen Betätigungselementes 11, um den Halter 13 nach oben zu schieben. Folglich wird die Übertragungsstange 16, die an dem Halter 13 befestigt ist, so nach oben bewegt, daß das Versetzungsausziehteil 17 versetzt wird. In diesem Fall wird der Versatz des Versetzungsausziehteils 17 in Bezug zu der Unterseite des Halters 14 reduziert, wenn die angelegte Spannung erhöht wird.

Bezugnehmend auf die Fig. 7 bis 9 wird das oben erwähnte Stellglied in einer Durchflußmengenregelvorrichtung 51 verwendet. Die Durchflußmengenregelvorrichtung 51 weist einen Massendurchflußregler, wie er in Fig. 9 dargestellt ist, auf.

Der Massendurchflußregler weist eine Vergleichsschaltung 6 auf, die mit einem Einstellsignal versorgt wird, einen Durchflußmengendetektor 7 zur Erfassung einer Durchflußmenge, um ein Durchflußmengenerfassungssignal zu erzeugen, und eine Stellgliedantriebsstromversorgung 8 zur Versorgung des Stellgliedes mit der angelegten Spannung. Die Vergleichsschaltung 6 vergleicht das Einstellsignal und das Durchflußmengenerfassungssignal, um ein Spannungsregelsignal unter Bezugnahme auf das Ergebnis des Vergleichs zu erzeugen. In Reaktion auf das Spannungsregelsignal, das von der Vergleichsschaltung 6 geliefert wird, erzeugt die Stellgliedantriebsstromversorgung 8 die angelegte Spannung, mit der das Stellglied versorgt wird. In Reaktion auf die angelegte Spannung nimmt die Länge des Stellgliedes zu oder ab. Die Durchflußmengenregelvorrichtung 51 ist im Aufbau ähnlich zu jener, die in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 beschrieben wurde. Durch die Verwendung des Stellgliedes dieser Ausführungsform als Antriebsabschnitt eines Durchflußmengenregelventils 52 wird das Durchflußmengenregelventil 52 der Längenzunahme oder -abnahme des Stellgliedes nach oben oder nach unten geschoben. Somit wird die Durchflußmenge in einem Strömungspfad 53 geregelt.

Genauer gesagt wird die Versetzung des gestapelten piezoelektrischen Betätigungselementes 11 des Stellgliedes reduziert, wenn die an die Spannungsanlageanschlüsse 15 angelegte Spannung in der vorstehend erwähnten Durchflußmengenregelvorrichtung 51 gleich Null wird, so daß das Versetzungsausziehteil 17, das durch die Federkraft des Federbauteils 12 vorgespannt ist, das Durchflußmengenregelventil 52 nach unten schiebt, um den Strömungspfad 53 zu verschließen. Es ist deshalb möglich, ein großes Volumen eines Fluids, wie eines Gases, das durch den Strömungspfad 53 strömt, zu verhindern. Somit ist das Stellglied dieser Ausführungsform sehr nützlich, wenn es bei der Durchflußmengenregelvorrichtung 51 verwendet wird.

Bezugnehmend auf die Fig. 10 und 11 weist ein Stellglied gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung ein Betätigungselement 31 auf, das eine minimale Länge besitzt, wenn keine Spannung angelegt wird, und dessen Länge zunimmt, wenn eine daran angelegte elektrische Spannung höher wird, ein Versetzungsausziehteil 37 und einen Umwandlungsmechanismus zur Umwandlung der Änderung der Länge des Betätigungselementes 31 in den Versatz des Versetzungsausziehteils 37. Das Betätigungselement 31 weist ein Paar Spannungsanlageanschlüsse 35 auf, an die eine elektrische Spannung als angelegte Spannung angelegt werden soll. Wenn die angelegte Spannung an die Spannunganlageanschlüsse 35 angelegt wird, nimmt die Länge des Betätigungselementes 31 zu, wenn die angelegte Spannung höher wird.

Der Umwandlungsmechanismus führt eine Umwandlung aus, so daß der Versatz des Versetzungsausziehteils 37 abnimmt, wenn die Länge des Betätigungselementes 31 zunimmt.

Genauer gesagt weist der Umwandlungsmechanismus einen ersten Halter 34, einen zweiten Halter 33 und ein zylindrisches Übertragungsbauteil 36 auf. Der erste Halter 34 besitzt einen Mittelabschnitt, der an einem Ende des Betätigungselementes 31 befestigt ist, einen Umfangsabschnitt, der den Mittelabschnitt umgibt, und Schlitze, die zwischen dem Mittelabschnitt und dem Umfangsabschnitt ausgebildet sind. Der zweite Halter 33 ist an dem anderen Ende des Betätigungselementes 31 befestigt. Das zylindrische Übertragungsbauteil 36 besitzt erste und zweite Enden und einen Zwischenabschnitt zwischen den ersten und zweiten Enden. Das eine Ende des Übertragungsbauteils 36 ist an dem zweiten Halter 33 befestigt, so daß der Zwischenabschnitt des Übertragungsbauteils 36 das Betätigungselement 31 mit einem Spalt bedeckt, und daß das zweite Ende des Übertragungsbauteils 36 durch die Schlitze des ersten Halters 34 geht, um nach außen aus dem ersten Halter 34 hervorzustehen.

Das Versetzungsausziehteil 37 ist an dem zweiten Ende des Übertragungsbauteils 36 befestigt.

Der Umwandlungsmechanismus weist des weiteren ein zylindrisches Federbauteil 32 auf. Das zylindrische Federbauteil 32 ist in dem Spalt zwischen dem Betätigungselement 31 und dem Zwischenabschnitt des Übertragungsbauteils 36, das das Betätigungselement 31 bedeckt, ausgebildet, wobei beide Enden jeweils an dem Mittelabschnitt des ersten Halters 34 und des zweiten Halters 33 befestigt sind.

Das Betätigungselement 31 kann ein gestapeltes piezoelektrisches Betätigungselement sein.

Alternativ kann das Betätigungselement 31 ein magnetostrikti¬ ves Element sein.

Es erfolgt eine Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung des Stellgliedes in einem Fall, in dem das Betätigungselement 31 ein gestapeltes piezoelektrisches Betätigungselement ist. Zuerst wird ein Ende des gestapelten piezoelektrischen Betätigungselementes 31, das eine Größe von 5 mm · 5 mm · 60 mm besitzt, mit dem Halter 33 in Kontakt gebracht, während das andere Ende so hergestellt wird, daß es durch die Schlitze des Halters 34 geht. Durch die Verwendung des zylindrischen Federbauteils 32 (das zum Beispiel ein Rohr aus rostfreiem Stahl aufweist, das eine Dicke von 0,15 mm und einen Innendurchmesser von 11 mm mit reduzierten Durchmesserabschnitten, die in einem Abstand von 5 mm ausgebildet sind, um eine Federkonstante von 300 kg/mm zu erhalten, aufweist), das einen Innendurchmesser von 11 mm besitzt, sind innere Abschnitte der Halter 33 und 34 so miteinander gekoppelt, daß das gestapelte piezoelektrische Betätigungselement 31 mit einer Last von ungefähr 784,5 N (80 kg · f) beaufschlagt wird. Der Halter 33 und das Federbauteil 32 werden beispielsweise durch Hartlöten gekoppelt, während der Halter 34 und das Federbauteil 32 durch Widerstandsschweißen gekoppelt werden.

Als nächstes wird ein Ende des Übertragungsbauteils 36, das ein Rohr aus rostfreiem Stahl aufweist, das eine Dicke von 0,15 mm und einen Innendurchmesser von 18 mm besitzt, an dem Halter 33 befestigt. Danach wird das andere Ende des Übertragungsbauteils 36 so hergestellt, daß es durch die Schlitze des Halters 34 geht und mit dem Versetzungsausziehteil 37 versehen ist.

In dem Stellglied, das in der vorstehend genannten Art und Weise vorbereitet wurde, ist der Versatz des Versetzungsausziehteils 36 der Zunahme der an das gestapelte piezoelektrische Betätigungselement 31 angelegten Spannung folgend reduziert, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform. Deshalb kann der Strömungspfad 53 infolge einer Unterbrechung der Stromversorgung geschlossen werden, wenn das Stellglied als Antriebsabschnitt für das Durchflußmengenregelventil 52 der Durchflußmengenregelvorrichtung 51 verwendet wird. Es ist somit möglich zu verhindern, daß ein großer Volumenstrom eines Fluids wie eines Gases durch den Strömungspfad 53 strömt.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es gemäß dieser Erfindung möglich, ein klein bauendes Stellglied mit einem Aufbau zu erhalten, so daß der Versatz des Versetzungsausziehteils abnimmt, wenn die an das Betätigungselement angelegte Spannung höher wird.

Des weiteren ist es erfindungsgemäß durch die Verwendung des oben erwähnten Stellgliedes möglich, die Durchflußmengenregelvorrichtung zu erhalten, die in der Lage ist, den Strömungspfad infolge einer Unterbrechung einer Stromversorgung des Stellgliedes zu schließen.


Anspruch[de]

1. Stellglied, aufweisend

ein Betätigungselement (11, 31), das eine minimale Länge besitzt, wenn keine elektrische Spannung daran angelegt wird, und dessen Länge zunimmt, wenn eine daran angelegte elektrische Spannung höher wird,

ein Versetzungsausziehteil (17, 37), und

einen Umwandlungsmechanismus (13, 14, 16; 34, 36, 33) zur Ausführung einer Umwandlung zur Umwandlung der Änderung der Länge des Betätigungselementes (11, 31) in den Versatz des Versetzungsausziehteils (17, 37), wobei der Umwandlungsmechanismus (13, 14, 16; 34, 36, 33) die Umwandlung ausführt, so daß der Versatz des Versetzungsausziehteils abnimmt, wenn die Länge des Betätigungselementes zunimmt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandlungsmechanismus aufweist:

einen fest positionierten ersten Halter (14, 34), der an einem Ende des Betätigungselementes (11, 31) befestigt ist,

einen zweiten Halter (13, 33), der in Bezug zu dem ersten Halter beweglich ist, und der an dem anderen Ende des Betätigungselementes (11, 31) befestigt ist, und

ein Übertragungsbauteil (16, 36), das erste und zweite Enden und einen dazwischenliegenden Zwischenabschnitt besitzt, wobei das erste Ende an dem zweiten Halter (13, 33) befestigt ist, das zweite Ende aus dem ersten Halter (14, 34) hervorsteht und als Versetzungsausziehteil (17, 37) dient,

und wobei der Umwandlungsmechanismus des weiteren

ein zylindrisches Federbauteil (12, 32) aufweist, dessen beide Enden jeweils an den ersten und zweiten Haltern befestigt sind, so daß das Betätigungselement (11, 31) mit einer Last beaufschlagt wird, so daß der Versetzungsausziehteil (17, 37) durch die Federkraft des Federbauteils (12, 32) vorgespannt wird.

2. Stellglied gemäß Anspruch 1, wobei der Umwandlungsmechanismus (13, 14, 16) die Umwandlung so ausführt, daß der Versatz des Versetzungsausziehteils (17, 37) maximal wird, wenn das Betätigungselement (11, 31) die minimale Länge besitzt.

3. Stellglied gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei:

das Betätigungselement (11) eine zylindrische Gestalt mit einem Durchgangsloch, das sich in einer Längsrichtung des Betätigungselementes (11) hindurch erstreckt, besitzt;

der erste Halter (14) ein Durchgangsloch besitzt; und das Übertragungsbauteil eine Übertragungsstange (16) ist, die erste und zweite Enden und einen zwischen den ersten und zweiten Enden liegenden Zwischenabschnitt besitzt, wobei das erste Ende der Übertragungsstange (16) an dem zweiten Halter (13) befestigt ist, so daß der Zwischenabschnitt der Übertragungsstangen (16) durch das Durchgangsloch des Betätigungselementes (11) und das Durchgangsloch des ersten Halters (14) hindurchragt, und daß das zweite Ende der Übertragungsstange (16) aus dem ersten Halter (14) nach außen hervorsteht.

4. Stellglied gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Halter (34) einen Mittelabschnitt besitzt, der an einem Ende des Betätigungselementes (31) befestigt ist, einen Umfangsabschnitt, der den Mittelabschnitt umgibt, und einen Schlitz, der zwischen dem Mittelabschnitt und dem Umfangsabschnitt ausgebildet ist; und

ein Übertragungsbauteil (36) mit einer zylindrischen Gestalt, das erste und zweite Enden und zwischen den ersten und zweiten Enden einen Zwischenabschnitt besitzt, wobei das erste Ende des Übertragungsbauteils (36) an dem zweiten Halter (33) befestigt ist, so daß der Zwischenabschnitt des Übertragungsbauteils (36) das Betätigungselement (31) mit einem Spalt zwischen dem Zwischenabschnitt und dem Betätigungselement (31) bedeckt, und daß das zweite Ende des Übertragungsbauteils (36) durch den Schlitz des ersten Halters (34) geht, um aus dem ersten Halter (34) nach außen hervorzustehen;

wobei das Versetzungsausziehteil (37) an dem zweiten Ende des Übertragungsbauteils (36) befestigt ist.

5. Stellglied gemäß Anspruch 4, wobei das zylindrische Federbauteil (32) in dem Spalt zwischen dem Betätigungselement (31) und dem Zwischenabschnitt des Übertragungsbauteils (36), der das Betätigungselement (31) bedeckt, angeordnet ist.

6. Stellglied gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Betätigungselement (11, 31) ein gestapeltes piezoelektrisches Betätigungselement ist.

7. Stellglied gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Betätigungselement (11, 31) ein magnetostriktives Element ist.

8. Durchflußmengenregelvorrichtung (51), die ein Durchflußmengenregelventil (52) zur Regelung einer Durchflußmenge in einem Strömungspfad (53) und ein Stellglied, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht ist, aufweist und mit dem Durchflußmengenregelventil (52) gekoppelt ist, wobei: das Durchflußmengenregelventil (52) den Strömungspfad (53) in Reaktion auf den Versatz des Versetzungsausziehteils (17, 37) des Stellgliedes (11, 31) verschließt, wenn keine elektrische Spannung an das Betätigungselement (11, 31) des Stellgliedes angelegt wird.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com