DE102005003850A1

DE102005003850A1 - Valve arrangement for inflammable chemical area, has wireless interface enabling capacitive energy transmission to actuate actuator, control device with electrode and drive device with electrode of coupling capacitor of interface

Info

Publication number: DE102005003850A1
Application number: DE102005003850A
Authority: DE
Inventors: Stefan Weber
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-28
Also published as: DE102005003850B4

Abstract

The arrangement has a drive device with a piezo-electric actuator for controlling a fluid flow. A control device (11) is provided for controlling the piezo-electric actuator by a wireless interface. The wireless interface enables a capacitive energy transmission for actuating the piezo-electric actuator. The control device consists of an electrode and the drive device consists of an electrode of a coupling capacitor of the interface. The drive device and the control device exhibits a fluid sealed housing. The piezoelectric actuator has an actuator stroke that is assigned to charging and discharging procedure of the electrode of the drive device.

Description

Die Erfindung betrifft eine fluidtechnische Anordnung, insbesondere eine Ventilanordnung, mit einer Antriebseinrichtung, die einen piezo-elektrischen Aktor zum Beeinflussen eines Fluid-Flusses enthält, und mit einer Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des piezo-elektrischen Aktors über eine drahtlose Schnittstelle.The The invention relates to a fluid power arrangement, in particular a valve arrangement, with a drive device which has a piezoelectric actuator for influencing a fluid flow, and with a drive device for driving the piezoelectric actuator via a wireless interface.

Eine derartige fluidtechnische Anordnung ist in Gestalt einer Ventilanordnung bzw. Ventilbaugruppe aus dem US-Patent 6,685,159 bekannt. Die drahtlose Schnittstelle arbeitet beispielsweise mit Radio-Frequenz-Signalen, optischen Signalen, Infrarotsignalen oder auf Basis von Niederspannungssignalen. Auf Seiten der Ansteuereinrichtung ist ein Sender und auf Seiten der Antriebseinrichtung ist ein Empfänger vorhanden, beispielsweise ein Empfänger, der optische Signale zu einer Spannung zur Ansteuerung des piezo-elektrischen Aktors konvertiert. Ferner können beispielsweise Solarzellen an der Schnittstelle vorhanden sein. Die drahtlose Ansteuerung des Aktors ermöglicht den Einsatz der fluidtechnischen Anordnung bzw. der Ventilanordnung beispielsweise im Zusammenhang mit entflammbaren Chemikalien oder dergleichen.A Such fluidic arrangement is in the form of a valve assembly or valve assembly known from US Patent 6,685,159. The wireless Interface works with radio frequency signals, for example, optical signals, infrared signals or based on low-voltage signals. On the part of the driver is a transmitter and on pages the drive device is a receiver available, for example a receiver, the optical signals to a voltage for driving the piezoelectric Actors converted. Furthermore, can For example, solar cells may be present at the interface. The wireless control of the actuator allows the use of the fluidic Arrangement or the valve assembly, for example, in connection with flammable chemicals or the like.

Auch aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 16 570 A1 geht eine drahtlose Ansteuerung von Piezoventilen mittels Licht hervor. In der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 03 765 A1 wird die induktive kontaktfreie elektrische Leistungsübertragung zum Schalten eines fluidtechnischen Ventils vorgeschlagen.Also from the German patent application DE 41 16 570 A1 is a wireless control of piezo valves by means of light. In the German Offenlegungsschrift DE 102 03 765 A1 the inductive non-contact electrical power transmission is proposed for switching a fluidic valve.

Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist allerdings, dass vergleichsweise komplizierte Sender- und Empfängerschaltungen erforderlich sind, um die von der sendenden Ansteuereinrichtung empfangenen drahtlosen Signale beim Empfänger in Energie zu wandeln.adversely in the known solutions is, however, that comparatively complicated transmitter and receiver circuits are required to that of the sending drive device receive wireless signals at the receiver into energy.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine fluidtechnische Anordnung bereitzustellen, bei der ein piezo-elektrischer Aktor über eine drahtlose Schnittstelle auf einfache Weise, mit möglichst wenig elektrischen Bauteilen, ansteuerbar ist.It is therefore the object of the present invention, a fluid technical Arrangement provide, in which a piezoelectric actuator via a wireless interface in a simple way, with as possible little electrical components, is controllable.

Diese Aufgabe wird bei einer Ventilbaugruppe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die drahtlose Schnittstelle eine kapazitive Energieübertragung zur Betätigung des piezo-elektrischen Aktors ermöglicht, und dass die Ansteuereinrich tung eine erste Elektrode und die Antriebseinrichtung eine zweite Elektrode eines Koppelkondensators der kapazitiven Schnittstelle aufweist.These Task is in a valve assembly of the type mentioned solved by that the wireless interface is a capacitive energy transfer for operation of piezoelectric Allows the actor and that the Ansteuereinrich device a first electrode and the drive means a second electrode of a coupling capacitor of the capacitive interface having.

Der durch die erfindungsgemäße drahtlose Schnittstelle realisierte Koppelkondensator ermöglicht eine einfache Energieübertragung von der Ansteuereinrichtung zur Antriebseinrichtung, so dass sowohl die Ansteuereinrichtung als auch die Antriebseinrichtung mit wenigen Bauelementen realisierbar sind. Die Antriebseinrichtung, bei der es sich vorzugsweise um ein Ventilmodul handelt, kann als eine Art vollständig gekapselte Einheit ausgeführt sein, ohne nach außen geführte elektrische und/oder optische Leitungen. Die Antriebseinrichtung bzw. Ventileinrichtung eignet sich für den Einsatz im Lebensmittelbereich, im Chemiebereich oder dergleichen. Die Reinigung der ganz oder im wesentlichen geschlossenen Antriebseinrichtung gestaltet sich sehr einfach. Außerdem ist die einfach aufgebaute Antriebseinrichtung robust.Of the by the wireless interface according to the invention realized coupling capacitor allows easy energy transfer from the drive device to the drive device, so that both the drive device and the drive device with a few Components are realized. The drive device, in the it is preferably a valve module can, as a kind Completely be executed encapsulated unit without outward guided electrical and / or optical lines. The drive device or valve device is suitable for use in the food sector, in the chemical field or the like. The cleaning of the whole or im substantially closed drive device is designed very much easy. Furthermore is the simple design drive device robust.

Es versteht sich, dass bei der Antriebseinrichtung verschiedene Bauvarianten möglich sind, wobei beispielsweise die Antriebseinrichtung als eine Ventileinrichtung oder eine kombinierte Ventil-Aktoreinrichtung ausgestaltet sein kann. Beispielsweise kann der piezo-elektrische Aktor zur Ansteuerung eines fluidtechnischen, insbesondere pneumatischen Ventils dienen, das einen Bestandteil der Antriebseinrichtung bildet. Dabei sind sowohl vorgesteuerte als auch direkt gesteuerte Ventilvarianten ohne weiteres möglich. Ferner kann auch ein fluidtechnischer Antrieb, beispielsweise ein pneumatischer Zylinder in die Antriebseinrichtung integriert oder an diese unmittelbar angekoppelt sein.It is understood that in the drive device different construction variants possible wherein, for example, the drive means as a valve means or a combined valve actuator device be designed can. For example, the piezoelectric actuator for driving serve a fluidic, in particular pneumatic valve, which forms part of the drive device. There are both pilot operated and directly controlled valve variants readily possible. Furthermore, a fluid power drive, for example a pneumatic cylinder integrated in the drive device or be directly attached to this.

Jedem Ladevorgang oder Entladevorgang der zweiten Elektrode ist zweckmäßigerweise ein Aktorhub des piezo-elektrischen Aktors zugeordnet. Somit wird sozusagen eine 1-zu-l-Kopplung zwischen der zweiten, in der Antriebseinrichtung enthaltenen Elektrode und dem piezo-elektrischen Aktor realisiert, so dass zusätzliche elektrische Bauteile nicht unbedingt erforderlich sind. Allerdings ist auch eine Bauvariante der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung denkbar, bei der eine Übertragerbaugruppe durch zwei oder mehr Lade-/Entladezyklen des Koppelkondensators sozusagen aufgeladen wird, um die zum Schalten des piezo-elektrischen Aktors erforderliche Schaltspannung zu erzeugen.Each Charging or discharging the second electrode is expediently associated with an actuator stroke of the piezoelectric actuator. Thus, will so to speak, a 1-to-1 coupling between the second, in the drive device realized electrode and the piezo-electric actuator realized so that extra electrical components are not essential. Indeed is also a construction variant of the drive device according to the invention conceivable, in which a transformer assembly by two or more charge / discharge cycles of the coupling capacitor, so to speak is charged to the switching of the piezoelectric actuator to generate required switching voltage.

Ferner ist es möglich, dass die Antriebseinrichtung auch mehr als einen piezo-elektrischen Aktor enthält. Vorzugsweise ist jedem piezo-elektrischen Aktor eine separate kapazitive Schnittstelle der erfindungsgemäßen Art zugeordnet.Further Is it possible, that the drive device also more than a piezoelectric Contains actor. Preferably, each piezoelectric actuator is a separate capacitive Interface of the type according to the invention assigned.

Die bei der erfindungsgemäßen fluidtechnische Anordnung verwendeten Bauteile der drahtlosen Schnittstelle sind einfach realisierbar und beispielsweise im Vergleich mit Spulen, Optokopplern oder Solarzellen preisgünstig. Es ist ohne weiteres möglich, die erste Elektrode in ein Gehäuse der Ansteuereinrichtung und die zweite Elektrode in ein Gehäuse der Antriebseinrichtung zu integrieren. Die beiden Elektroden sind zweckmäßigerweise an einander gegenüberliegenden Seiten der beiden Gehäuse angeordnet.The components of the wireless interface used in the fluidic device according to the invention are easy to implement and, for example, in comparison with coils, optocouplers or solar cells inexpensively. It is readily possible to integrate the first electrode in a housing of the drive device and the second electrode in a housing of the drive device. The two electrodes are expediently arranged on opposite sides of the two housings.

Die Ansteuereinrichtung und die Antriebseinrichtung können separate Baueinheiten, insbesondere Module sein. Es ist aber auch möglich, dass die Antriebseinrichtung und die Ansteuereinheit eine Baueinheit bilden. Die Antriebseinrichtung und die Ansteuereinheit sind beispielsweise durch entsprechende Verbindungsmittel, ein sie insgesamt umgebendes Gehäuse oder dergleichen miteinander verbunden.The Control device and the drive device can be separate Building units, in particular modules be. But it is also possible that the drive device and the drive unit a structural unit form. The drive device and the drive unit are for example by corresponding connection means, a total surrounding them casing or the like connected to each other.

Bei den Gehäusen der Ansteuereinrichtung bzw. der Antriebseinrichtung ist es besonders bevorzugt, dass sie gegenüber Temperaturschwankungen und/oder Korrosion beständig sind, bzw. lebensmittelecht sind, so dass sie beispielsweise zur Verarbeitung von Lebensmitteln oder Chemikalien einsetzbar sind. Beispielsweise können die Gehäuse zumindest teilweise aus Edelstahl, Keramik oder dergleichen vorteilhaft be stehen. Das Vorgesagte gilt insbesondere für die Antriebseinrichtung, die zweckmäßigerweise eine von der Ansteuereinrichtung abgesetzte, lediglich durch die drahtlose Schnittstelle mit dieser gekoppelten Baueinheit bildet.at the housings the control device or the drive device is special prefers that they are opposite Temperature fluctuations and / or corrosion resistant, or food safe are, for example, for processing food or chemicals are used. For example, the casing at least partially made of stainless steel, ceramic or the like advantageous consist. The above applies in particular to the drive device, which expediently one remote from the control device, only by the forms a wireless interface with this coupled module.

Sowohl für die Ansteuereinrichtung als auch für die Antriebseinrichtung ist es zweckmäßig, wenn sie flüssigkeitsdichte Gehäuse aufweisen. Somit ist auch eine leichte Reinigung der jeweiligen Einrichtung, insbesondere der Antriebseinrichtung möglich.Either for the Control device as well as for the drive device, it is useful if they are liquid-tight casing exhibit. Thus, also a slight cleaning of the respective Device, in particular the drive device possible.

Zwischen der ersten und der zweiten Elektrode ist zweckmäßigerweise mindestens eine Isolationsschicht, insbesondere zur thermischen Isolation, vorhanden. Ferner ist vorteilhaft zwischen den beiden Elektroden der kapazitiven Schnittstelle ein Dielektrikum angeordnet. Somit kann die von der Ansteuereinrichtung bereitzustellende Ansteuerspannung zur Betätigung der kapazitiven Schnittstelle geringer ausfallen, weil die Kapazität der kapazitiven, drahtlosen Schnittstelle durch das Dielektrikum vergrößert wird. Diese mindestens eine Isolationsschicht und/oder das Dielektrikum können beispielsweise Luft, Keramik, Kunststoff oder dergleichen enthalten.Between the first and the second electrode is expediently at least one Insulation layer, in particular for thermal insulation, available. Furthermore, it is advantageous between the two electrodes of the capacitive Interface arranged a dielectric. Thus, the of the Drive to be provided drive voltage for actuating the capacitive interface will turn out lower, because the capacity of the capacitive, wireless Interface through the dielectric is increased. This at least an insulating layer and / or the dielectric may be, for example Air, ceramic, plastic or the like included.

Der piezo-elektrischen Aktor wird beispielsweise durch Aufladen des Koppelkondensators der kapazitiven Schnittstelle in der einen Richtung, durch Entladen in der anderen Richtung oder in einer entgegengesetzten Richtung betätigt. Somit ist die drahtlose Schnittstelle für eine bidirektionale Betätigung des piezo-elektrischen Aktors ausreichend. Es ist aber auch eine Variante zweckmäßig, bei der zum Entladen des piezo-elektrischen Aktors nicht-kapazitiv ansteuerbare Entlademittel bei der Antriebseinrichtung vorhanden sind. Die Ansteuereinrichtung enthält entsprechende Ansteuermittel zur Ansteuerung der Entlademittel, beispielsweise eine Lichtquelle, die einen mittels Licht betätigbaren Haltleiterschalter, beispielsweise einen Foto-Transistor, der Entlademittel der Entladeschaltung zum Entladen des piezo-elektrischen Aktors betätigt. Somit wird der piezo-elektrischen Aktor in der einen Richtung durch die kapazitive Schnittstelle betätigt, in der entgegengesetzten Richtung durch eine optisch oder sonstige drahtlose Weise bewirkte Entladung.Of the piezoelectric actuator is, for example, by charging the Coupling capacitor of the capacitive interface in one direction, by unloading in the other direction or in an opposite direction Direction actuated. Thus, the wireless interface is for bi-directional actuation of the sufficient piezoelectric actuator. But it is also a variant appropriate, at the non-capacitive triggering for discharging the piezoelectric actuator Discharge means are present in the drive device. The drive device contains corresponding Control means for controlling the discharge means, for example a light source comprising a light-actuated semiconductor switch, For example, a photo-transistor, the discharge of the discharge circuit operated for discharging the piezoelectric actuator. Thus, the piezoelectric becomes Actuator in one direction through the capacitive interface actuated, in the opposite direction by an optical or other wireless Way caused discharge.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:following Be exemplary embodiments of Invention explained with reference to the drawing. Show it:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen fluidtechnischen Anordnung, bei der ein piezo-elektrischen Aktor einer Antriebseinrichtung einen Bestandteil eines direkt gesteuerten fluidtechnischen, vorliegend pneumatischen Ventils bildet, 1 a first embodiment of a fluidic device according to the invention, in which a piezoelectric actuator of a drive device forms part of a directly controlled fluid-technical, in this case pneumatic valve,

2 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Antriebseinrichtung gemäß 1, 2 an electrical equivalent circuit diagram of the drive device according to 1 .

3a einen Spannungsverlauf einer an dem piezo-elektrischen Aktor gemäß 1 anliegenden Spannung, 3a a voltage waveform on the piezoelectric actuator according to 1 applied voltage,

3b einen Verlauf einer den Aktor gemäß 1 ansteuernden Steuerspannung, 3b a course of the actuator according to 1 driving control voltage,

3c einen Verlauf eines Steuerpulses zum Entladen des Aktors gemäß 1, 3c a course of a control pulse for discharging the actuator according to 1 .

4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen fluidtechnischen Anordnung mit einem piezo-elektrischen Aktor einer Antriebseinrichtung, die ein fluidtechnisches, vorliegend pneumatisches vorgesteuertes Ventil enthält, 4 A second embodiment of a fluidic device according to the invention with a piezoelectric actuator of a drive device, which contains a fluidic, presently pneumatic pilot operated valve,

5 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Antriebseinrichtung gemäß 4, 5 an electrical equivalent circuit diagram of the drive device according to 4 .

6 einen Spannungsverlauf einer Spannung am piezo-elektrischen Aktor gemäß 4 und 6 a voltage waveform of a voltage at the piezoelectric actuator according to 4 and

6b einen Spannungsverlauf einer Steuerspannung zur Ansteuerung des piezo-elektrischen Aktors gemäß 4. 6b a voltage waveform of a control voltage for driving the piezoelectric actuator according to 4 ,

In den 1 und 4 sind erfindungsgemäße fluidtechnische Anordnungen in teilweise stark schematischer Weise dargestellt. Teilweise sind Komponenten der beiden Anordnungen gemäß 1 und 4 gleich oder ähnlich, so dass insoweit gleiche Bezugszeichen bzw. in 4 um gegenüber 1 um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet sind.In the 1 and 4 Inventive fluidic arrangements are shown in a partially highly schematic manner. Partially Components of the two arrangements according to 1 and 4 the same or similar, so that in this respect same reference numerals or in 4 opposite 1 around 100 increased reference numerals are used.

1 zeigt eine Ventilanordnung 10 als ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen fluidtechnische Anordnung. Eine Ansteuereinrichtung 11 dient zum drahtlosen Ansteuern einer Antriebseinrichtung 12 über eine drahtlose Schnittstelle 13. Die Antriebseinrichtung 12 ist vorliegend ein pneumatisches Ventil, mit dem ein durch Pfeile angedeuteter Fluid-Fluss 14, z.B. ein Druckluftstrom, eine Lebensmittelflüssigkeit, eine Chemikalien-Strom oder dergleichen beeinflussbar ist. 1 shows a valve assembly 10 as a first embodiment of a fluidic device according to the invention. A drive device 11 serves to wirelessly drive a drive device 12 via a wireless interface 13 , The drive device 12 in the present case is a pneumatic valve, with which an indicated by arrows fluid flow 14 , For example, a compressed air flow, a food liquid, a chemical stream or the like can be influenced.

Ein schematisch dargestellter piezo-elektrischer Aktor mit einem gegenüber einem Basisteil 16 beweglichen Aktorglied 17 betätigt ein Ventilglied 18, das einen Fluid-Kanal 19, der von dem Fluid-Fluss 14 durchströmt wird, öffnet bzw. schließt. Der Aktor 15 ist sehr schematisch dargestellt und ist beispielsweise als ein Biegewandler realisiert. Prinzipiell könnte das Aktorglied 17 gleichzeitig ein Ventilglied sein. Vorliegend ist das Ventilglied jedoch durch das Aktorglied 17 betätigbar, beispielsweise direkt an dem Aktorglied 17 befestigt. Besonders bevorzugt ist eine nicht dargestellte Bauvariante, bei der das Aktorglied das Ventilglied über einen Hebelmechanismus betätigt.A schematically illustrated piezoelectric actuator with a relative to a base part 16 movable actuator member 17 actuates a valve member 18 that has a fluid channel 19 coming from the fluid flow 14 is flowed through, opens or closes. The actor 15 is shown very schematically and is realized for example as a bending transducer. In principle, the actuator element could 17 be a valve member at the same time. In the present case, however, the valve member is through the actuator member 17 actuated, for example, directly to the actuator member 17 attached. Particularly preferred is a construction variant, not shown, in which the actuator member actuates the valve member via a lever mechanism.

Die Ansteuereinrichtung 11 betätigt den piezo-elektrischen Aktor 15 drahtlos über die kapazitive Schnittstelle 13 anhand von Steuerbefehlen, die die Ansteuereinrichtung 11 über einen Bus 20, beispielsweise einen elektrischen oder optischen Bus, erhält. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bus 20 um einen Feldbus, an den auch weitere Ventilanordnungen, zweckmäßigerweise in der Art der Ventilanordnung 10, angekoppelt sind. Verbindungsleitungen 21 führen von dem Bus 20 zu einem Buskoppler 21 der Ansteuereinrichtung 11, der die auf dem Bus 20 übertragenen Steuerbefehle empfängt und einen Spannungswandler 23 gemäß dieser Befehle ansteuert. Bei dem Spannungswandler 23 handelt es sich beispielsweise um einen Spannungs-Puls-Wandler. Jedenfalls erzeugt der Spannungswandler 23 eine Schalt- oder Steuerspannung 24, beispielsweise mit dem pulsförmigen Verlauf gemäß 3b.The drive device 11 actuates the piezoelectric actuator 15 wireless via the capacitive interface 13 on the basis of control commands, which the control device 11 over a bus 20 , for example, an electric or optical bus receives. Preferably, the bus is 20 to a field bus to the other valve arrangements, expediently in the nature of the valve assembly 10 , are docked. interconnectors 21 lead from the bus 20 to a bus coupler 21 the drive device 11 who's on the bus 20 transmitted control commands and receives a voltage converter 23 according to these commands. At the voltage converter 23 it is, for example, a voltage-pulse converter. In any case, the voltage converter generates 23 a switching or control voltage 24 , For example, with the pulse-shaped course according to 3b ,

Die Steuerspannung 24, die beispielsweise gegenüber Masse aufgebaut ist, liegt an einem Koppelkondensator 25, der an der Schnittstelle 13 realisiert ist, und dem dazu in Reihe geschalteten piezo-elektrischen Aktor 15 an, der einen Kondensator 26 bildet. Der Spannungswandler 23 ist beispielsweise mit einer ersten, in der Ansteuereinrichtung 11 enthaltenen Elektrode 27 des Koppelkondensators 25 bzw. der Schnittstelle 13 verbunden. Das Aktorglied 17 ist mit einer zweiten, in der Antriebseinrichtung 17 enthaltenen Elektrode 28 des Koppelkondensators 25 verbunden.The control voltage 24 , which is constructed for example to ground, is located on a coupling capacitor 25 who is at the interface 13 is realized, and the connected in series piezoelectric actuator 15 on, a capacitor 26 forms. The voltage converter 23 is, for example, with a first, in the control device 11 contained electrode 27 of the coupling capacitor 25 or the interface 13 connected. The actuator element 17 is with a second, in the drive device 17 contained electrode 28 of the coupling capacitor 25 connected.

Durch Anlegen der Steuerspannung 24 an die in Reihe geschalteten Kondensatoren 25, 26 wird beispielsweise bewirkt, dass sich das Aktorglied 17 von dem Basisteil 16 entfernt und somit das Ventilglied 18 den Fluid-Kanal 19 verschließt. Das Auslenken des Aktorglieds 17 in Richtung der Schließstellung ist in 1 mit durchgezogenen Linien dargestellt.By applying the control voltage 24 to the capacitors connected in series 25 . 26 For example, causes the Aktorglied 17 from the base part 16 removed and thus the valve member 18 the fluid channel 19 closes. The deflection of the actuator member 17 towards the closed position is in 1 shown by solid lines.

Nun könnte man, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4, an dem Koppelkondensator 25 bzw. der Schnittstelle 13 eine Steuerspannung in Gegenrichtung anlegen, um das Aktorglied 17 wieder in die in gestrichelten Linien dargestellte Offenstellung zurück zu bewegen und den Fluid-Kanal 19 zu öffnen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist jedoch eine andere variante gewählt. Die Antriebseinrichtung 12 enthält nämlich nicht-kapazitiv ansteuerbare Entlademittel 29 mit einem drahtlos nicht-kapazitiv, vorliegend optisch ansteuerbaren Haltleiterschaltelement 30, beispielsweise einer Fotodiode. Wenn ein in der Ansteuereinrichtung enthaltenes Ansteuermittel 31 in Gestalt eines Leuchtmittels, beispielsweise einer Leuchtdiode 32 Licht erzeugt, wird das Halbleiterschaltelement 30 leitend, so dass das Aktorglied 17 entladen wird. Das Halbleiterschaltelement 30 ermöglicht beispielsweise eine Entladung des Aktorglieds 17 gegenüber Masse, wobei es mit dem Aktorglied 17 unmittelbar oder mittelbar, z.B. über die zweite Elektrode 28 (wie in 1) verbunden ist.Now one could, as in the embodiment according to 4 , on the coupling capacitor 25 or the interface 13 apply a control voltage in the opposite direction to the actuator element 17 to move back into the open position shown in dashed lines and the fluid channel 19 to open. According to the embodiment 1 However, another variant is chosen. The drive device 12 namely contains non-capacitive controllable discharge 29 with a wireless non-capacitive, in this case optically controllable semiconductor switching element 30 , For example, a photodiode. When a drive means included in the drive means 31 in the form of a light source, such as a light emitting diode 32 Generates light, the semiconductor switching element 30 conductive, leaving the actuator member 17 unloaded. The semiconductor switching element 30 allows, for example, a discharge of the actuator member 17 with respect to ground, taking it with the actuator member 17 directly or indirectly, eg via the second electrode 28 (as in 1 ) connected is.

3a zeigt den Spannungsverlauf einer Aktorspannung 33 am Aktor 15. Zwischen Zeitpunkten "0" und t1 liegt die Steuerspannung 24 an dem Aktor 15 an, so dass das Aktorglied 17 ausgelenkt wird. Ab dem Zeitpunkt t1 erzeugen die Ansteuermittel 31 einen Lichtpuls 34, so dass das Haltleiterschaltelement 30 leitend wird und den Aktor 15 entlädt. 3a shows the voltage curve of an actuator voltage 33 at the actuator 15 , Between times "0" and t1 is the control voltage 24 on the actuator 15 on, so the actuator member 17 is deflected. From the time t1, the drive means generate 31 a light pulse 34 such that the semiconductor switching element 30 becomes conductive and the actor 15 discharges.

Die Ansteuereinrichtung 11 und die Antriebseinrichtung 12 haben voneinander separate Gehäuse 35, 36. Das Gehäuse 36 ist bis auf Anschlüsse für den Fluid-Kanal 19 vollständig geschlossen und zweckmäßigerweise flüssigkeitsdicht. Wegen der drahtlosen Schnittstelle 13 sind keinerlei nach außen führende Drahtverbindungen oder optische Verbindungsleitungen an dem Gehäuse 36 notwendig. Die Gehäuse 35 und/oder 36 sind zweckmäßigerweise aus Edelstahl und/oder aus Keramik und/oder Kunststoff.The drive device 11 and the drive device 12 have separate housing from each other 35 . 36 , The housing 36 is down to connections for the fluid channel 19 completely closed and expediently liquid-tight. Because of the wireless interface 13 are no outward leading wire connections or optical connection lines to the housing 36 necessary. The housing 35 and or 36 are suitably made of stainless steel and / or ceramic and / or plastic.

Eine temperaturbeständige bzw. temperatur-schwankungsbeständige Bauart der Gehäuse 35, 36 ist besonders bevorzugt, so dass beispielsweise die Antriebsteinrichtung 12 auch bei stark wechselnden Temperaturen, beispielsweise im Lebensmittelbereich einsetzbar ist. Beispielsweise kann als Fluid-Fluss 14 ein beliebiges flüssiges oder gasförmiges Medium durch den Kanal 19 hindurchströmen, z.B. Bier oder eine Reinigungsflüssigkeit. Sofern es sich bei dem Fluid, das den Kanal 19 durchströmt, um Bier handelt, ist dieses zweckmäßigerweise kalt, z.B. 7 Grad Celsius. Wenn der Kanal 19 jedoch gereinigt wird, ist die entsprechende Reinigungsflüssigkeit vorzugsweise heiß, z.B. 140 Grad Celsius. Dies bedeutet eine erhebliche Temperaturschwankung, die den elektronischen Komponenten der Ansteuereinrichtung 11 prinzipiell schaden könnte. Da die Ansteuereinrichtung 11 und die Antriebseinrichtung 12 jedoch thermisch voneinander entkoppelt sind, z.B. vorliegend voneinander separate Baueinheiten sind (zweckmäßigerweise in modularer Bauform), findet ein eventuelle schädlicher Temperaturübergang von der Antriebseinrichtung 12 zur Ansteuereinrichtung 11 nicht statt.A temperature-resistant or temperature-fluctuation-resistant design of the housing 35 . 36 is particularly preferred, so that, for example, the drive mechanism direction 12 even with strong change the temperatures, for example, in the food industry can be used. For example, as a fluid flow 14 Any liquid or gaseous medium through the channel 19 flow through, eg beer or a cleaning liquid. Unless it is the fluid that is the channel 19 flows through to beer, this is conveniently cold, eg 7 degrees Celsius. If the channel 19 however, if it is cleaned, the corresponding cleaning liquid is preferably hot, eg 140 degrees Celsius. This means a significant temperature fluctuation, which is the electronic components of the drive device 11 could harm in principle. Since the drive device 11 and the drive device 12 However, are thermally decoupled from each other, for example, in this case separate units are (suitably in modular design), finds a possible harmful temperature transition of the drive device 12 to the drive device 11 not happening.

Die Gehäuse 35, 36 sind beispielsweise in einer Distanz 37 voneinander beabstandet. Ein Zwischenraum 38 zwischen den Gehäusen 35, 36 kann beispielsweise mit Luft gefüllt sein. Die Luft bewirkt vorliegend eine thermische und eine elektrische Isolation der beiden Gehäuse 35, 36 voneinander. Die in dem Zwischenraum 38 befindliche Luft ist zugleich eine Dielektrikum zwischen den Elektroden 27, 28.The housing 35 . 36 For example, they are at a distance 37 spaced apart. A gap 38 between the housings 35 . 36 can be filled with air, for example. In the present case, the air causes thermal and electrical insulation of the two housings 35 . 36 from each other. The in the gap 38 Air at the same time is a dielectric between the electrodes 27 . 28 ,

In diesem Zusammenhang sei betont, dass zweckmäßigerweise ein die Kapazität des Koppelkondensators 25 erhöhendes Dielektrikum 39, beispielsweise Luft oder zweckmäßigerweise eine sonstiges, eine höhere Dielektrizitätskonstante aufweisendes Dielektrikum, zwischen den Elektroden 27, 28 des Koppelkondensators 25 angeordnet ist. Dies ist vorteilhaft, weil die Steuerspannung 24 um einen Faktor F größer sein muss als die am Aktor 15 anliegende Aktorspannung 33, der sich folgendermaßen berechnet:

wobei CK die Kapazität des Koppelkondensators 25 und CA die Kapazität des Aktors 15 sind.In this context, it should be emphasized that expediently the capacity of the coupling capacitor 25 increasing dielectric 39 , For example, air or, suitably, another, a higher dielectric constant exhibiting dielectric, between the electrodes 27 . 28 of the coupling capacitor 25 is arranged. This is advantageous because the control voltage 24 by a factor F must be greater than that at the actuator 15 applied actuator voltage 33 calculated as follows:

where CK is the capacitance of the coupling capacitor 25 and CA the capacity of the actuator 15 are.

Zur Erhöhung der Aktor-Spannung 33 am Kondensator 26 bzw. dem Aktor 15 kann optional eine elektronische Spannungserhöhungs schaltung 40 vorgesehen sein, die z.B. in eine Verbindungsleitung 41 zwischen den Elektroden 27, 28 geschaltet ist. Die Spannungserhöhungsschaltung 40 erhöht die Aktor-Spannung 33 gegenüber der Steuerspannung 24, wobei beispielsweise zwei oder mehr Spannungshübe der Steuerspannung 24 in einen Spannungshub der Aktor-Spannung 33 umgesetzt wird.To increase the actuator voltage 33 on the capacitor 26 or the actuator 15 Optionally an electronic voltage booster circuit 40 be provided, for example, in a connecting line 41 between the electrodes 27 . 28 is switched. The voltage booster circuit 40 increases the actuator voltage 33 opposite to the control voltage 24 For example, where two or more voltage strokes of the control voltage 24 in a voltage swing of the actuator voltage 33 is implemented.

Die Elektroden 27, 28 sind zweckmäßigerweise Bestandteile der Gehäuse 35, 36. Auf diese Weise sind die Elektroden 27, 28 verhältnismäßig großflächig realisierbar. Beispielsweise können die Gehäuse 35, 36 weitgehend aus Metall sein, wobei die Elektroden 27, 28 elektrisch von solchen Gehäusebereichen getrennt sind, die beispielsweise zur Kontaktierung des Basisteils 16 und/oder des Halbleiterschaltelements 30, z.B. gegen Masse, dienen.The electrodes 27 . 28 are expediently components of the housing 35 . 36 , This is how the electrodes are 27 . 28 relatively large area feasible. For example, the housing 35 . 36 be largely made of metal, with the electrodes 27 . 28 are electrically separated from such housing areas, for example, for contacting the base part 16 and / or the semiconductor switching element 30 , eg against mass, serve.

Die in 4 dargestellt Ventilanordnung 100 hat teilweise ähnliche Komponenten wie die Ventilanordnung 10. Dementsprechend sind gleiche oder um 100 erhöhte Bezugsziffern verwendet.In the 4 illustrated valve assembly 100 has partially similar components as the valve assembly 10 , Accordingly, the same or around 100 used increased reference numerals.

Im Unterschied zu der Ventilanordnung 10 weist die Ventilordnung 100 ein vorgesteuertes fluidtechnisches Ventil 140 bei ihrer Antriebseinrichtung 112 auf. Ferner ist kein Entlademittel zum Entladen eines einen Kondensator 126 bildenden piezo-elektrischen Aktors 115 der Antriebseinrichtung 112 vorhanden, so dass konsequenterweise die Ansteuereinrichtung 111 keine die Entlademittel ansteuernden Ansteuermittel in der Art der Ansteuermittel 31 hat. Stattdessen erzeugt ein Spannungswandler 123 eine Steuerspannung 124, die sowohl zum Betätigen des Aktors 115 in Verschließstellung als auch zum Betätigen des Aktors 115 in Offenstellung geeignet ist.In contrast to the valve arrangement 10 has the valve order 100 a pilot operated fluidic valve 140 at their drive device 112 on. Further, no discharge means for discharging a capacitor 126 forming piezoelectric actuator 115 the drive device 112 present, so that consequently the driving device 111 no drive means controlling the discharge means in the manner of the drive means 31 Has. Instead, a voltage converter generates 123 a control voltage 124 which are used both for actuating the actuator 115 in Verschließstellung as well as for actuating the actuator 115 in open position is suitable.

Die Steuerspannung 124 hat beispielsweise den in 6b gezeigten rechteckförmigen oder zumindest im wesentlichen rechteckförmigen Verlauf. Zu einem Zeitpunkt "0" steigt die Steuerspannung 124 beispielsweise auf einen Wert Umax, die an dem in Reihe zu dem Aktor 115 geschalteten Koppelkondensator 25 anliegt. Dadurch steigt die am Aktor 115 anliegende Aktorspannung 133 beispielsweise in der in 6a angedeuteten Art an, wobei sich das Aktorglied 17 vom Basisteil 16 entfernt und das Einströmen von Vorsteuer-Druckluft 141 an einem Einlass 142 (der nur schematisch angedeutet ist) ermöglicht. Die einströmende Vorsteuer-Druckluft 141 betätigt ein Betätigungs-Glied oder Ventilglied, z.B. eine Membran 142, an der ein Ventilglied 118 angeordnet ist. Das Ventilglied 118 verschließt dann einen Fluid-Kanal 119, der von einem Fluid 114, z.B. einer flüssigen oder gasförmigen Chemikalie, einem Lebensmittel oder dergleichen, durchströmt ist. Die Antriebseinrichtung 112 bildet eine Ventileinrichtung.The control voltage 124 has, for example, the in 6b shown rectangular or at least substantially rectangular course. At a time "0", the control voltage increases 124 For example, to a value Umax, which in turn to the actuator 115 switched coupling capacitor 25 is applied. This increases the at the actuator 115 applied actuator voltage 133 for example in the in 6a indicated type, wherein the actuator member 17 from the base part 16 removed and the inflow of pilot-pressure air 141 at an inlet 142 (which is indicated only schematically) allows. The incoming pilot-pressure air 141 actuates an actuation member or valve member, eg a membrane 142 to which a valve member 118 is arranged. The valve member 118 then closes a fluid channel 119 that of a fluid 114 , For example, a liquid or gaseous chemical, a food or the like, flows through. The drive device 112 forms a valve device.

Es versteht sich, dass zusätzlich zu der Membran 142 auch eine weitere Dichtung, beispielsweise eine Teflondichtung vorhanden sein kann. Jedenfalls ist es bevorzugt, dass die Vorsteuerung der Antriebseinrichtung 112 gegenüber dem Fluid-Kanal 119 fluiddicht ist.It is understood that in addition to the membrane 142 Also, another seal, such as a Teflon seal may be present. In any case, it is preferred that the pilot control of the drive device 112 opposite the fluid channel 119 is fluid-tight.

Zu einem Zeitpunkt t1 erzeugt der Spannungswandler 123 die Steuerspannung 124 mit dem negativen Spannungs-Wert Umin. Dies bewirkt einen fallende Spannung am Koppelkondensator 25 eine sich verkleinernde Aktorspannung 133 am Aktor 115. Durch Anlegen der negativen Spannung wird der Aktor 115 entladen, so dass sich das Aktorglied 17 in Richtung des Basisteils 16 und somit in die Schließstellung zurückbewegen kann. Dadurch schließt der Aktor 115 und verhindert, dass die Vorsteuer-Druckluft 141 auf die Membran 142 wirkt.At a time t1, the voltage converter generates 123 the control voltage 124 with the negative voltage value Umin. This causes a falling voltage at the coupling capacitor 25 a decreasing actuator voltage 133 at the actuator 115 , By applying the negative voltage becomes the actuator 115 discharged, so that the actuator member 17 in the direction of the base part 16 and thus can move back to the closed position. This closes the actuator 115 and prevents the pilot-pressure air 141 on the membrane 142 acts.

Ein Rückstellmittel in Gestalt einer Rückstellfeder 143, die dem Ventilglied 118 zugeordnet ist, stellt das Ventilglied 118 in Richtung der Offenstellung zurück, so dass Fluid 114 durch den Fluid-Kanal 119 strömen kann. Die Rückstellfeder 143 wirkt beispielsweise auf die Membran 142 und stützt sich an einer Kanalwandung 145 des Kanals 119 ab.A return means in the form of a return spring 143 that the valve member 118 is assigned, represents the valve member 118 back in the direction of the open position, allowing fluid 114 through the fluid channel 119 can flow. The return spring 143 For example, it acts on the membrane 142 and rests on a channel wall 145 of the canal 119 from.

Die Membran 142 hat beispielsweise einen Hub von etwa 3mm. Die Vorsteuer-Druckluft 141 hat beispielsweise einen Druck von 5 bis 6 bar. Die Rückstellfeder 143 wirkt beispielsweise mit einer Kraft von 30 bis 40 N.The membrane 142 For example, it has a stroke of about 3mm. The pilot-pressure air 141 For example, has a pressure of 5 to 6 bar. The return spring 143 acts, for example, with a force of 30 to 40 N.

Die Ansteuereinrichtung 111 und die Antriebseinrichtung 112 sind als voneinander separate Module ausgeführt, die jeweils voneinander separate Gehäuse 135, 136 haben. Die beiden Gehäuse 135, 136 sind mit einer Distanz 37 zueinander beabstandet. In einem Zwischenraum 138 zwischen den beiden Gehäusen 135, 136 befindet sich ein Keramikelement 139, das zwei vorteilhafte Wirkungen hat. Das Keramikelement 39, vorzugsweise eine Art Scheibe, bildet zum einen ein Dielektrikum, dass die Kapazität des Koppelkondensators 25 erhöht, so dass die Steuerspannung 124 vergleichsweise gering ausfallen kann. Ferner bildet das Keramikelement 139 eine thermische Entkopplung der beiden Einrichtungen 111, 112, so dass thermisch belastende Einflüsse, die beispielsweise durch das Fluid 114 verursacht sind, im wesentlichen nur auf die Antriebseinrichtung bzw. das Ventilmodul 112 einwirken und nicht auf die Ansteuereinrichtung 112 thermisch übertragen, wo elektrisch empfindlichere Komponenten, beispielsweise der Buskoppler 22, vorhanden sind.The drive device 111 and the drive device 112 are designed as mutually separate modules, each with separate housing 135 . 136 to have. The two housings 135 . 136 are at a distance 37 spaced apart. In a gap 138 between the two housings 135 . 136 there is a ceramic element 139 which has two beneficial effects. The ceramic element 39 , Preferably, a kind of disk, on the one hand forms a dielectric that the capacity of the coupling capacitor 25 increased, so the control voltage 124 can be comparatively low. Furthermore, the ceramic element forms 139 a thermal decoupling of the two devices 111 . 112 , so that thermally stressing influences, for example, by the fluid 114 are caused, essentially only on the drive device or the valve module 112 act and not on the control device 112 thermally transmitted, where more electrically sensitive components, such as the bus coupler 22 , available.

Weitere zweckmäßige zwischen der ersten und zweiten Elektrode 27, 28 anordenbare Isolationsschichten und/oder Dielektrika können beispielsweise ein PTFE-Element (PTFE = Polytetraflurethylen), ein Kunststoffelement oder dergleichen sein.Further expedient between the first and second electrode 27 . 28 Anordenbare insulation layers and / or dielectrics may for example be a PTFE element (PTFE = polytetrafluoroethylene), a plastic element or the like.

Die erfindungsgemäßen fluidtechnischen Anordnungen, die zweckmäßigerweise eines oder mehrere Strömungsventile enthalten, eignen sich in besonderer Weise für den Einsatz auf dem Gebiet der Lebensmitteltechnologie. Bei den Antriebseinrichtungen 12 und 112 handelt es sich zweckmäßigerweise um Strömungsventile, das heißt um Schaltventile und/oder Drosselventile, mit denen ein Fluid-Strom ein und ausgeschaltet, bzw. gedrosselt werden kann.The fluidic arrangements according to the invention, which expediently contain one or more flow valves, are particularly suitable for use in the field of food technology. At the drive devices 12 and 112 are expediently flow valves, that is to switching valves and / or throttle valves with which a fluid flow on and off, or can be throttled.

Claims

Fluid technical arrangement, in particular valve arrangement, with a drive device ( 12 ; 112 ) comprising a piezoelectric actuator ( 15 ; 115 ) for influencing a fluid flow, and with a drive device ( 11 ; 111 ) for driving the piezoelectric actuator ( 15 ; 115 ) via a wireless interface ( 13 ), characterized in that the wireless interface ( 13 ) a capacitive energy transfer for actuating the piezoelectric actuator ( 15 ; 115 ) and that the control device ( 11 ; 111 ) a first electrode ( 27 ) and the drive device ( 12 ; 112 ) a second electrode ( 28 ) of a coupling capacitor of the capacitive interface ( 13 ) having.

Fluidic device according to claim 1, characterized in that each charging or discharging operation of the second electrode ( 28 ) an actuator stroke of the piezoelectric actuator ( 15 ; 115 ) causes.

Fluidic device according to claim 1 or 2, characterized in that between the first and the second electrode ( 27 . 28 ) an insulation layer, in particular a thermal insulation layer ( 138 . 139 ) is arranged.

Fluidic device according to one of the preceding claims, characterized in that between the first and the second electrode ( 27 . 28 ) a dielectric ( 139 ) is arranged.

Fluidic device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device ( 12 ; 112 ) non-capacitively controllable discharge means ( 29 ) for discharging the piezoelectric actuator ( 15 ; 115 ), and that the drive device ( 11 ; 111 ) Driving means ( 31 ) for controlling the unloading means ( 29 ) having.

Fluidtechnische arrangement according to claim 5, characterized in that the discharge means a wireless, in particular optically, controllable semiconductor switching element ( 30 ) having.

Fluidic device according to one of the preceding claims, characterized in that the first electrode ( 27 ) a component of a housing ( 35 ; 135 ) of the control device ( 11 ; 111 ) and / or the second electrode ( 28 ) a component of a housing ( 36 ; 136 ) of the drive device ( 12 ; 112 ).

Fluidtechnische arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device ( 11 ; 111 ) and / or the drive device ( 12 ; 112 ) on a housing exhibit, which consists at least partially of stainless steel and / or ceramic.

Fluidtechnische arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device ( 11 ; 111 ) and / or the drive device ( 12 ; 112 ) have a liquid-tight with the exception of fluid connections housing.

Fluidtechnische arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device ( 11 ; 111 ) a bus interface ( 22 ) having.

Fluidic device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device ( 12 ; 112 ) and the control device ( 11 ; 111 ) form a structural unit.

Fluidtechnische arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the Antriebseinrich device ( 12 ; 112 ) as a drive or valve module and / or the drive device ( 11 ; 111 ) are designed as a control module.

Fluidic device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device ( 12 ; 112 ) is a component of a fluidic valve and the piezoelectric actuator ( 15 ; 115 ) drives or contains a valve member of the valve.

Fluidtechnische arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the piezoelectric actuator ( 15 ; 115 ) by means of a lever arm a of the piezoelectric actuator ( 15 ; 115 ) separate valve member ( 18 ; 118 ).

Fluidtechnische arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that they a through the piezoelectric actuator ( 15 ; 115 ) directly controlled or pilot operated valve ( 140 ) contains.

Fluidtechnische arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that between the piezoelectric actuator ( 15 ; 115 ) and a fluid flow leading fluid channel ( 19 ; 119 ) at least one seal ( 142 ), in particular a Teflon seal is arranged.

Fluidic arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that it is a pneumatic arrangement.