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DE102006048841A1 - Rapid action valve opening mechanism has a piezo actuator holding the operating component in a friction grip which, when released, allows a spring to move it and open the valve - Google Patents

Rapid action valve opening mechanism has a piezo actuator holding the operating component in a friction grip which, when released, allows a spring to move it and open the valve Download PDF

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DE102006048841A1
DE102006048841A1 DE102006048841A DE102006048841A DE102006048841A1 DE 102006048841 A1 DE102006048841 A1 DE 102006048841A1 DE 102006048841 A DE102006048841 A DE 102006048841A DE 102006048841 A DE102006048841 A DE 102006048841A DE 102006048841 A1 DE102006048841 A1 DE 102006048841A1
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DE
Germany
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valve
friction
release mechanism
mechanism according
quick
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Ceased
Application number
DE102006048841A
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German (de)
Inventor
Christof Dipl.-Ing. Linz
Jürgen Dr.-Ing. Weiser
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IGAM Ingenieurgesellschaft fur angewandte Mechanik mbH
Original Assignee
IGAM Ingenieurgesellschaft fur angewandte Mechanik mbH
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract

The rapid action mechanism to open a valve (1) has a spring (3) and an operating component (4) moving between two working positions. The operating component is held in the first position by the tension (F1) of at least one piezo actuator (8) in a friction grip (11). When the grip is released, the spring moves the component into the second position to open the valve.

Description

Die Erfindung betrifft einen schnellschaltenden Auslösemechanismus für ein mittels eines Energiespeichers vorgespanntes und von einer ersten Betriebsstellung in eine zweite Betriebsstellung überführbares Betätigungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Ventil mit einem derartigen Auslösemechanismus sowie ein Verfahren zur Verwendung desselben.The The invention relates to a fast-switching release mechanism for a means an energy storage biased and from a first operating position convertible to a second operating position actuator according to the preamble of claim 1. The invention further relates a valve with such a triggering mechanism and a method for using the same.

Schnellschaltende Auslösemechanismen der oben beschriebenen Gattung sind seit langem bekannt.Fast switching Triggering mechanisms of The genus described above has long been known.

So ist aus der DE 30 01 606 A1 eine Einrichtung zur Notbetätigung eines Ventils mittels eines Kraftspeichers bekannt. Im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass die Verriegelung des Kraftspeichers, vorzugsweise einer Kraftspeicherfeder, in gespanntem Zustand durch ein Sperrorgan einer mechanischen Sperrvorrichtung bewirkt wird, welche in ihrer Sperrposition eine Einwirkung des Kraftspeichers auf eine Ventilstange des Ventils verhindert. Im Besonderen wird vorgeschlagen, dass die Sperrvorrichtung des Kraftspeichers aus einem unter der Wirkung einer Auslösekraft verdrehbaren Winkelhebel besteht, der mit einem Riegel oder Sperrhaken in einen Einschnitt einer Sperrscheibe eingreift, welche an der Ventilstange oder an einer Sperrhülse vorgesehen ist. Sicherlich sind mit dieser einschlägigen Lösung zufriedenstellende Notbetätigungen eines Ventils gestattet. Ungeachtet dessen wird eine derartige Notbetätigung für bestimmte Anwendungsfälle noch als zu langsam respektive zu schwerfällig eingeschätzt.So is out of the DE 30 01 606 A1 a device for emergency actuation of a valve by means of a force accumulator known. In essence, it is proposed that the locking of the energy accumulator, preferably a force storage spring, in the tensioned state by a locking member of a mechanical locking device is effected, which prevents in its locked position, an action of the force accumulator on a valve rod of the valve. In particular, it is proposed that the locking device of the energy accumulator consists of a rotatable under the action of a triggering angle lever which engages with a latch or pawl in an incision of a locking disc which is provided on the valve rod or on a locking sleeve. Certainly, satisfactory emergency actuations of a valve are permitted with this pertinent solution. Regardless, such emergency operation for certain applications is still considered too slow or too cumbersome.

Aus der DE 38 35 788 C2 ist des Weiteren ein schnellschaltendes Kugelventil bekannt, mit einer zwei Räume unterschiedlichen Drucks voneinander trennenden Trennwand, einer in der Trennwand vorgesehenen Ventilöffnung, deren Rand einen Ventilsitz bildet, einer als Ventilkörper zum Verschließen der Ventilöffnung dienenden Kugel, und einem durch einen Elektromagneten in Richtung auf die Kugel quer zum Ventilsitz antreibbaren Betätigungselement. Das Kugelventil zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass bei Erregung des Elektromagneten auf die Kugel, die Ventilöffnung freigebend, eine Rollbewegung aufgebracht wird und das Zurückbewegen der Kugel allein durch eine durch die Ventilöffnung hindurchgehende Fluidströmung erfolgt. Als nachteilig ist bei einem solchen Ventil herauszustellen, dass der verwendete Elektromagnet den heutigen Anforderungen an Schnelligkeit nicht mehr vollumfänglich entspricht und ferner ein undefiniertes Schließen des Ventils zu verzeichnen ist. Schließlich ist dieses Ventil nicht oder nur bedingt in Umgebungen mit hoher elektrischer und/oder magnetischer Feldstärke verwendbar.From the DE 38 35 788 C2 Further, a fast-switching ball valve is known, with a two spaces of different pressure separating partition, provided in the partition valve opening whose edge forms a valve seat, serving as a valve body for closing the valve opening ball, and one by an electromagnet in the direction of the Ball transversely to the valve seat drivable actuator. The ball valve is characterized essentially by the fact that upon energization of the electromagnet on the ball, releasing the valve opening, a rolling motion is applied and the backward movement of the ball takes place solely by a passing through the valve opening fluid flow. It is disadvantageous in such a valve to emphasize that the solenoid used no longer fully meets today's requirements for speed and also an undefined closing of the valve is recorded. Finally, this valve is not or only partially used in environments with high electrical and / or magnetic field strength.

Des Weiteren sind mit der DE 197 34 845 C1 und der DE 1958 00 257 C1 einige der vorgenannten ähnlich gelagerte Lösungen offenbart, wobei zur Erzielung hoher Schaltzeiten statt eines mit einem Elektromagneten antreibbaren Betätigungsmittels nunmehr ein Aktuator in Form eines piezoelektrischen Körpers Verwendung findet. Die Betätigung des Ventils respektive der Kugel erfolgt direkt durch besagten piezoelektrischen Körper, welches ein Piezostapel sein kann. Der piezoelektische Körper bzw. Piezostapel gestattet nur sehr geringe Hübe, wodurch nur relativ kleine Öffnungsquerschnitte bedient und demgemäß relativ kleine Volumenströme realisiert werden können. Weiterhin ist herauszustellen, dass ein Piezoaktor an sich nur relativ geringe Arbeit verrichten kann.Furthermore, with the DE 197 34 845 C1 and the DE 1958 00 257 C1 discloses some of the aforementioned similarly stored solutions, wherein now an actuator in the form of a piezoelectric body is used to achieve high switching times instead of an actuatable with an electromagnet actuating means. The actuation of the valve or the ball takes place directly through said piezoelectric body, which may be a piezo stack. The piezoelectric body or piezo stack allows only very small strokes, whereby only relatively small opening cross-sections served and accordingly relatively small volume flows can be realized. Furthermore, it should be emphasized that a piezoactuator can only do relatively little work per se.

Aus der DE 37 13 697 A1 ist ferner ein sogenanntes elektrisch betätigtes, ultraschnelles Ventil mit einem Antrieb aus gestapelten piezoelektrischen Elementen bekannt, um relativ große Hübe zu erzielen. Im Wesentlichen soll bei dem durch das Flächenverhältnis der Stapeldeckfläche der piezoelektrischen Elemente zu der Kolbenfläche eines Ventilstößels sowie einem zwischen diesen Elementen angeordneten Hydraulikraum eine Vergrößerung eines herkömmlich mittels Piezostapeln erzielbaren Hubes erreicht werden. Diese relativ aufwendige und komplizierte Lösung zur Betätigung eines Ventils geht ebenfalls von einer weitestgehend direkten Betätigung des Ventils durch den besagten Piezostapel über den Hydraulikraum im Sinne eines Kraftspeichers aus, d. h., die Energie zum Öffnen bzw. Schließen wird direkt von den Piezoaktoren bereitgestellt.From the DE 37 13 697 A1 Furthermore, a so-called electrically operated, ultra-fast valve with a drive of stacked piezoelectric elements is known to achieve relatively large strokes. Essentially, in the case of the area of the stackable top surface of the piezoelectric elements to the piston surface of a valve stem and a hydraulic space arranged between these elements, an increase of a stroke which can be achieved conventionally by means of piezo stacking is to be achieved. This relatively complicated and complicated solution for actuating a valve is also based on a largely direct actuation of the valve by said piezo stack on the hydraulic chamber in the sense of an energy storage, ie, the energy for opening or closing is provided directly from the piezoelectric actuators.

Schließlich ist aus der EP 1 060 338 B1 ein Piezo-Ventil mit hohem Ansprechverhalten bekannt, mit einer piezoelektrisch betätigten Blattfeder als Verschlussmittel für die Öffnung eines Ventils, wobei beiderends der Blattfeder Piezostapel angreifen, die ihrerseits bei entsprechender Ansteuerung geeignet sind, die Blattfeder von einer Geschlossen-Stellung in eine Offen-Stellung zu überführen.Finally, out of the EP 1 060 338 B1 a piezoelectric valve with high response known with a piezoelectrically actuated leaf spring as a closure means for the opening of a valve, both ends of the leaf spring attack piezoelectric stack, which in turn are suitable for appropriate control, the leaf spring from a closed position to an open position convict.

Auch hier greift der Piezostapel unmittelbar am Verschlussmittel an und muss im Verhältnis große Hübe bewerkstelligen. Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.Also Here, the piezo stack attacks directly on the closure means and must be in proportion size Accomplish strokes. This is where the invention described below begins.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen schnellschaltenden Auslösemechanismus zu schaffen, der seinerseits bei geringstem technischen Aufwand große zu realisierende Hübe mit kurzen Schaltzeiten gestattet. Ebenfalls ist es Aufgabe der Erfindung, ein Ventil mit einem derartigen Auslösemechanismus zu schaffen sowie ein Verfahren zur Verwendung desselben anzugeben.task The invention is a fast-switching trigger mechanism to create, in turn, with minimal technical effort size to be realized strokes permitted with short switching times. It is also the task of Invention to provide a valve with such a trigger mechanism as well to specify a method of using the same.

Ausgehend von einem schnellschaltenden Auslösemechanismus für ein mittels eines Energiespeichers vorgespanntes und von einer ersten Betriebsstellung in eine zweite Betriebsstellung überführbares Betätigungselement, wobei das Betätigungselement gegen die wirkende Vorspannkraft „F1" von zumindest einem Aktuator in der ersten Betriebsstellung fest jedoch lösbar gehalten ist, wird die gestellte Aufgabe zunächst dadurch gelöst, dass der zumindest eine Aktuator durch eine Piezoaktuatorik gebildet ist.Based on a fast-switching trigger mechanism for one by means of an energy Memory biased and from a first operating position into a second operating position operable actuator, wherein the actuating element against the acting biasing force "F 1 " of at least one actuator in the first operating position fixed but releasably held, the object is first achieved in that the at least an actuator is formed by a Piezoaktuatorik.

Zwar sind mittels Energiespeicher vorgespannte Betätigungsmittel sowie Piezoaktuatoren, die ihrerseits direkt auf das Betätigungsmittel im Sinne der Überführung desselben von einer Betriebsstellung zur anderen wirken, jeweils für sich bekannt, jedoch ist es unbekannt geblieben, mittels Energiespeicher vorgespannte Betätigungsmittel sowie Piezoaktuatoren derart zu kombinieren, dass ein schnellschaltender Aulösemechanismus geschaffen ist, welcher einfach und kostengünstig große Hübe mit kurzen Schaltzeiten kombiniert.Though Are biased by energy storage actuators and piezo actuators, the in turn, directly on the actuating means in the sense of the transfer of the same operate from one operating position to another, each known for themselves, however it has remained unknown, biased by means of energy storage actuating means As well as to combine piezoactuators such that a fast-switching Aulösemechanismus is created, which easily and inexpensively large strokes with short switching times combined.

Die Piezoaktuatorik kann hierbei sowohl durch ein einzelnes Piezoelement als auch durch einen Piezoelementenstapel gebildet sein.The Piezoaktuatorik can in this case both by a single piezoelectric element as well as being formed by a piezo element stack.

Gemäß einer besonders vorteilhaften ersten Ausgestaltung der Erfindung ist das Betätigungselement mittels der zumindest einen Piezoaktuatorik durch Reibschluss zwischen dem vorgespannten Betätigungselement und wenigstens einem daran angreifenden und durch die Piezoaktuatorik quer zur potentiellen Bewegungsrichtung des Betätigungselementes kraftbeaufschlagten Reibelement in der ersten Betriebsstellung gehalten.According to one particularly advantageous first embodiment of the invention is actuator by means of the at least one piezoelectric actuator by friction between the preloaded actuator and at least one attacking and by the Piezoaktuatorik transversely to the potential direction of movement of the actuating element kraftbeaufschlagten Friction held in the first operating position.

Weiter ist vorgesehen, dass die infolge Reibschluss zwischen dem vorgespannten Betätigungselement und dem wenigstens einen Reibelement erzeugte Klemmkraft „F2" vorzugsweise gleich oder größer der auf das Betätigungselement wirkenden axialen Vorspannkraft „F1" gewählt ist.It is further provided that the clamping force "F 2 " generated as a result of frictional engagement between the preloaded actuating element and the at least one friction element is preferably selected to be equal to or greater than the axial preloading force "F 1 " acting on the actuating element.

In erfinderischer Fortbildung wird des Weiteren vorgeschlagen, dass das Betätigungselement eine Zug- oder Schubstange aufweist, welche ihrerseits über einen Reibabschnitt verfügt, dessen Außenmantelfläche eine erste Reibfläche ausbildet, an der das Reibelement der Piezoaktuatorik mit einer zur ersten Reibfläche korrespondierenden zweiten Reibfläche quer zur potentiellen Bewegungsrichtung des Betätigungselementes angreift.In inventive training is further proposed that the actuator a Pull or push rod has, which in turn has a Friction section has, whose outer circumferential surface a first friction surface forms, at which the friction element of the Piezoaktuatorik with a for first friction surface corresponding second friction surface transverse to the potential direction of movement of the actuating element attacks.

Hierbei können gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform zwei oder mehr Piezoaktuatoriken gleichmäßig über den Umfang der Zug- oder Schubstange verteilt angeordnet sein und an derselben angreifen.in this connection can according to a first advantageous embodiment two or more Piezoaktuatoriken evenly over the circumference of the pull or push rod be distributed and attack at the same.

Ebenso können gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform auch zwei oder mehr Piezoaktuatoriken in Reihe hintereinander und achsparallel zur Zug- oder Schubstange angeordnet sein und an derselben angreifen.As well can according to a second advantageous embodiment also two or more piezo actuators in series and one behind the other be arranged axially parallel to the pull or push rod and at the same attack.

Wie die Erfindung weiter vorsieht, kann das Betätigungselement eine Zug- oder Schubstange aufweisen, die aus zwei oder mehr koaxial hintereinander angeordneten separaten Stangenabschnitten besteht, wobei die jeweils aufeinander zugerichteten Abschnittsenden der Stangenabschnitte ineinandergreifende Reib-Lamellenstrukturen aufweisen, die ihrerseits ein gemeinsames Lamellenpaket ausbilden und, einen Reibschluss bewerkstelligend, mittels wenigstens einer Piezoaktuatorik, vorzugsweise mittels beidseitig des Lamellenpaketes in einer gemeinsamen Wirkebene gegenüberliegend angeordneter Piezoaktuatoriken quer zur potentiellen Bewegungsrichtung des Betätigungselementes kraftbeaufschlagbar sind.As the invention further provides, the actuator can be a train or Push rod, consisting of two or more coaxial one behind the other arranged separate rod sections, wherein the respective aligned section ends of the bar sections interlocking friction lamellar structures have, in turn, form a common disk set and, Achieving a frictional connection, by means of at least one Piezoaktuatorik, preferably by means of both sides of the disk set in a common Opposite working plane arranged piezo actuators transverse to the potential direction of movement of the actuating element are kraftbeaufschlagbar.

Insoweit kann die jeweilige Piezoaktuatorik über ein Reibelement oder direkt an der Decklage des Lamellenpaketes angreifen.in this respect can the respective Piezoaktuatorik via a friction element or directly attack on the top layer of the disk pack.

In vorteilhafter Weise werden für die Reibpartner Werkstoffe mit einem hohen Haftreibungs- und einem niedrigen Gleitreibungskoeffizienten gewählt, wobei zumindest ein Reibpartner aus einem keramischen Werkstoff gebildet sein kann.In be advantageous for the friction partners materials with a high static friction and a chosen low sliding friction coefficient, wherein at least one friction partner may be formed of a ceramic material.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, dass das Betätigungselement statt durch Reibschluss mittels der zumindest einen Piezoaktuatorik durch Formschluss zwischen dem Betätigungselement und wenigstens einem in eine Formschlussaufnahme desselben eingreifenden Formschlusselement der Piezoaktuatorik in der ersten Betriebsstellung gehalten ist.According to one Another advantageous embodiment of the invention is also proposed that the actuator instead of by frictional engagement by means of the at least one Piezoaktuatorik Positive connection between the actuator and at least one of the same engaging in a positive connection recording Positive locking element of the piezoelectric actuator in the first operating position is held.

Was den Energiespeicher anbelangt, kann derselbe durch ein oder mehrere vorgespannte Federelemente, durch ein unter Druck stehendes Fluid oder Gas oder durch jeglichen anderen geeigneten an sich bekannten Energiespeicher gebildet sein.What As far as the energy store is concerned, it can be replaced by one or more prestressed spring elements, by a pressurized fluid or Gas or by any other suitable known per se energy storage be formed.

Fernerhin ist vorgesehen, dass die Piezoaktuatorik von einem elektronischen Relais angesteuert ist.henceforth It is envisaged that the Piezoaktuatorik of an electronic Relay is controlled.

Die Erfindung zeichnet sich weiterhin durch ein Ventil mit einem schnellschaltenden Auslösemechanismus der vorbeschriebenen Art aus.The Invention is further characterized by a valve with a fast-switching trigger mechanism of the type described above.

Das Ventil kann dabei sowohl schnell öffnend als auch schnell schließend ausgebildet sein und eignet sich insbesondere zur Verwendung unter Bedingungen hoher elektrischer und/oder magnetischer Feldstärke, beispielsweise als Gaseinblasventil zum Löschen von Plasma in Fusionsreaktoren.The valve can be designed both fast opening and fast closing and is particularly suitable for use under conditions of high electrical and / or magnetic field strength, for example as Gaseinblasventil to Clearing plasma in fusion reactors.

Die mit dem erfindungsgemäßen Auslösemechanismus erzielten Vorteile bestehen im Hinblick auf den Stand der Technik im Wesentlichen darin, dass bei sehr kompakter Bauform des Auslösemechanismus ein Öffnen bzw. Schließen beispielsweise eines Ventils in sehr kurzer Zeit, typischerweise ≤ 1 ms nach Schaltsignal, mit relativ großen Hüben respektive Stellwegen sowie mit einer Freigabe bzw. einem Verschluss von großen Strömungsquerschnitten und demgemäß großen Massen- bzw. Volumenströmen gestattet ist. Bereits mit relativ geringer mechanischer Arbeit, die ein Piezoaktor verrichten kann, können große Haltekräfte realisiert werden, die ihrerseits ein vorgespanntes Betätigungselement in einer ersten Betriebsstellung halten, um es bei Bedarf freizugeben. Ein erfindungsgemäß ausgestattetes Ventil kann sowohl für Gase als auch für Flüssigkeiten, die ggf. mit hohem Druck beaufschlagt sind, Verwendung finden. Im Unterschied zu elektrodynamisch betriebenen Ventilen, wie Magnetventilen, ist der Einsatz des in Rede stehenden Auslösemechanismus unter Bedingungen starker magnetischer Felder möglich. So wurde bereits der Nachweis der Funktionsfähigkeit eines entsprechend ausgestatteten Ventils mit Piezoaktuatoriken bis 7 Tesla magnetischer Flussdichte erbracht.The with the triggering mechanism according to the invention achieved advantages exist with respect to the prior art essentially in that with very compact design of the trigger mechanism an opening or Close For example, a valve in a very short time, typically ≤ 1 ms after switching signal, with relatively large Strokes respectively Stellwege and with a release or a closure of large flow cross sections and accordingly large mass or volume flows is allowed. Already with relatively little mechanical work, which can perform a piezoelectric actuator, large holding forces can be realized, the in turn, a biased actuator hold in a first operating position to release it when needed. An inventively equipped Valve can be for both Gases as well Liquids, which may be subjected to high pressure, find use. in the Difference to electrodynamically operated valves, such as solenoid valves, is the use of the triggering mechanism in question under conditions strong magnetic fields possible. Thus, already the proof of the functionality of a corresponding equipped valve with piezo actuators up to 7 Tesla magnetic flux density provided.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be described below with reference to the drawings illustrated embodiments explained in more detail. It demonstrate:

1 den Längsschnitt eines mit einem schnellschaltenden Auslösemechanismus ausgestatteten Ventils in einer ersten Betriebsstellung (Ausgangsstellung respektive Ruhezustand), 1 the longitudinal section of a valve equipped with a fast-switching release mechanism in a first operating position (initial position or idle state),

2 den Schnitt A-A nach 1, 2 the section AA after 1 .

3 das Ventil nach 1 als schnell öffnendes Ventil ausgebildet, 3 the valve after 1 designed as a quick-opening valve,

4 das Ventil nach 1 als schnell schließendes Ventil ausgebildet, 4 the valve after 1 designed as a fast-closing valve,

5 eine besondere Weiterbildung des Ventils nach den 1 bis 4, und 5 a special development of the valve after the 1 to 4 , and

6 eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern der Piezoaktuatorik des schnellschaltenden Auslösemechanismus nach den 1 bis 5. 6 a circuit arrangement for driving the Piezoaktuatorik the fast-switching release mechanism according to the 1 to 5 ,

Danach zeigt 1 einen schnellschaltenden Auslösemechanismus an einem bevorzugten Anwendungsbeispiel in Form eines Ventils 1 mit einem Ventilgehäuse 2, in welchem sich ein mittels eines Energiespeichers 3 vorgespanntes und von einer ersten Betriebsstellung in eine zweite Betriebsstellung überführbares Betätigungselement 4 abstützt, wobei das Betätigungselement 4 gegen die wirkende Vorspannkraft „F1" von zumindest einem Aktuator in der ersten Betriebsstellung fest jedoch lösbar gehalten ist.After that shows 1 a fast-acting release mechanism on a preferred application example in the form of a valve 1 with a valve housing 2 in which one is by means of an energy storage 3 biased and convertible from a first operating position to a second operating position actuator 4 supported, wherein the actuating element 4 against the acting biasing force "F 1 " of at least one actuator in the first operating position firmly held but releasably.

Das Ventil 1 ist geeignet, einen Durchfluss eines Fluids oder Gases 5 jeglicher Art freizugeben oder abzusperren.The valve 1 is suitable for a flow of a fluid or gas 5 of any kind to release or shut off.

Vorliegend ist der Energiespeicher 3 durch ein oder mehrere vorgespannte Federelemente, beispielsweise durch eine oder mehrere Schraubenfedern, ein Federpaket aus einer Mehrzahl von Tellerfedern oder dgl. mehr gebildet.In the present case is the energy storage 3 formed by one or more prestressed spring elements, for example by one or more coil springs, a spring assembly of a plurality of disc springs or the like. More.

Demgegenüber kann der Energiespeicher 3 auch durch ein unter Druck stehendes Fluid oder Gas oder jeglichen anderen, beispielsweise rein mechanischen Energiespeicher gebildet sein (nicht näher dargestellt).In contrast, the energy storage 3 also be formed by a pressurized fluid or gas or any other, for example purely mechanical energy storage (not shown in detail).

Das Betätigungselement 4 des Ventils 1 ist vorliegend durch eine mit der Vorspannkraft „F1" beaufschlagte Zugstange 4a mit Ventilteller 4b gebildet, der seinerseits geeignet ist, im Bereich eines Ventilsitzes 6 eine Ventilöffnung 7 dicht zu verschließen.The actuator 4 of the valve 1 is in this case by a loaded with the biasing force "F 1 " pull rod 4a with valve plate 4b formed, which in turn is suitable, in the region of a valve seat 6 a valve opening 7 close tightly.

In den 1 und 3 ist zunächst ein schnell öffnendes Ventil 1 gezeigt, dessen Betätigungselement 4 respektive Zugstange 4a mit Ventilteller 4b mittels des Energiespeichers 3 vorgespannt und mittels zumindest eines Aktuators, im Besonderen mittels zumindest einer an sich bekannten Piezoaktuatorik 8 in einer ersten Betriebsstellung, die vorliegend einer „Geschlossen-Stellung" entspricht (1), gehalten sind.In the 1 and 3 is initially a fast-opening valve 1 shown, its actuator 4 respectively drawbar 4a with valve plate 4b by means of the energy store 3 biased and by means of at least one actuator, in particular by means of at least one known piezoelectric actuator 8th in a first operating position, which in this case corresponds to a "closed position" ( 1 ) are held.

Jede Piezoaktuatorik 8 kann durch ein einziges Piezoelement oder, wie vorliegend näher gezeigt, durch eine Mehrzahl zu einem Piezoelementenstapel zusammengefasster Piezoelemente gebildet sein, wobei der Piezoelementenstapel sich einenends am Ventilgehäuse 2 abstützt und anderenends mit dem Betätigungselement 4, vorliegend der Zugstange 4a desselben in Wirkverbindung bringbar ist.Every piezoactuator 8th can be formed by a single piezo element or, as shown in more detail here, by a plurality of piezo elements combined to form a piezo element stack, the piezo element stack being located at one end on the valve housing 2 supported and the other end with the actuator 4 , in the present case the drawbar 4a the same can be brought into operative connection.

Infolge des Anlegens einer Spannung an besagte Piezoaktuatorik 8 wird eine schlagartige Ausdehnung derselben bewirkt, wogegen sich dieselbe bei Entladung derselben ebenso schlagartig wieder zusammenzieht. Durch eine derartige Piezoaktuatorik 8 ist demgemäß eine schnelle Betätigung eines Auslösemechanismus gestattet.As a result of applying a voltage to said piezoelectric actuator 8th it causes a sudden expansion of the same, while at the same time the latter contracts again abruptly. By such a piezoelectric actuator 8th Accordingly, a rapid actuation of a trigger mechanism is permitted.

Vorzugsweise ist das dem Betätigungselement 4 zugewandte Ende des Piezoelementenstapels noch mittels eines Festkörpergelenkes 9, beispielsweise aus Kunststoff und/oder Metall gebildet, am Ventilgehäuse 2 abgestützt (1).This is preferably the actuating element 4 facing end of the piezoelectric element stack still by means of a solid-state joint 9 , For example, made of plastic and / or metal, on the valve body 2 supported ( 1 ).

Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, bietet es sich zweckmäßigerweise an, zwei oder mehr, vorliegend vier Piezoaktuatoriken 8 gleichmäßig über den Umfang der Zugstange 4a verteilt anzuordnen, wodurch zum einen eine gleichmäßige Kraftaufbringung und zum anderen funktionelle Redundanz bei etwaigem Ausfall einzelner Piezoaktuatoriken 8 respektive die Betriebssicherheit bzw. Ausfallsicherheit des Ventils 1 gewährleistet sind.How the particular 2 can be seen, it is expedient to, two or more, in the present case four Piezoaktuatoriken 8th evenly over the circumference of the drawbar 4a distributed to provide, on the one hand a uniform force application and on the other functional redundancy in case of failure of individual Piezoaktuatoriken 8th respectively the operational safety and reliability of the valve 1 are guaranteed.

Sicherlich kann es gegebenenfalls auch angezeigt sein und ist demgemäß durch die Erfindung mit erfasst, zwei oder mehr Piezoaktuatoriken 8 in Reihe hintereinander und achsparallel zur Zugstange 4a anzuordnen oder eine Kombination aus beiden Varianten bereitzustellen (nicht näher dargestellt).Certainly, it may also be indicated and is accordingly covered by the invention, two or more Piezoaktuatoriken 8th in series one behind the other and paraxial to the drawbar 4a to arrange or provide a combination of both variants (not shown).

Das Betätigungselement 4 (Zugstange 4a mit Ventilteller 4b) ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform mittels der Piezoaktuatoriken 8 in einem bestimmten Reibabschnitt 10 der Zugstange 4a des Betätigungselementes 4 durch Reibschluss in der ersten Betriebsstellung gehalten.The actuator 4 (Pull bar 4a with valve plate 4b ) is in accordance with a particularly preferred embodiment by means of Piezoaktuatoriken 8th in a certain friction section 10 the drawbar 4a of the actuating element 4 held by frictional engagement in the first operating position.

Besagter Reibabschnitt 10 ist vorliegend durch eine fest mit der Zugstange 4a verbundene, beispielsweise verklebte oder anderweitig axial fixierte Gleitbuchse 10a gebildet. Sicherlich ist es auch denkbar, den Reibabschnitt 10 direkt auf der Mantelfläche der Zugstange 4a vorzusehen und demgemäß durch die Erfindung mit erfasst.Said friction section 10 is present by a fixed to the drawbar 4a connected, for example glued or otherwise axially fixed sliding bushing 10a educated. Certainly, it is also conceivable, the friction section 10 directly on the lateral surface of the drawbar 4a to be provided and accordingly covered by the invention.

Die Piezoaktuatoriken 8 weisen hierzu vorteilhafterweise jeweils ein quer zur potentiellen Bewegungsrichtung des Betätigungselementes 4/der Zugstange 4a kraftbeaufschlagtes Reibelement 11 auf, welche in ihrer Kombination im Querschnitt gesehen sozusagen Spannzangen ausbilden (2).The piezo actuators 8th For this purpose, advantageously each have a transverse to the potential direction of movement of the actuating element 4 / the drawbar 4a force-loaded friction element 11 which, as seen in their combination in cross section form collets ( 2 ).

Die Außenkontur respektive Außenmantelfläche der Gleitbuchse 10a der Zugstange 4a des Betätigungselementes 4 verfügt somit über eine erste Reibfläche, an welche korrespondierende und komplementär zur ersten Reibfläche ausgebildete zweite Reibflächen der vorliegend spannzangenförmigen Reibelemente 11 sich anschmiegen bzw. angreifen (insbes. 2).The outer contour or outer circumferential surface of the sliding bushing 10a the drawbar 4a of the actuating element 4 Thus, it has a first friction surface to which corresponding second and complementary to the first friction surface formed second friction surfaces of the present collet-shaped friction elements 11 to cling or attack (esp. 2 ).

Für den Fachmann ist sicherlich leicht nachzuvollziehen, dass die infolge Reibschluss zwischen dem vorgespannten Betätigungselement 4 und einem oder mehreren Reibelementen 11 erzeugte Klemmkraft „F2" vorzugsweise gleich oder größer der auf das Betätigungselement 4 wirkenden axialen Vorspannkraft „F1" gewählt sein sollte.For the expert is certainly easy to understand that due to frictional engagement between the biased actuator 4 and one or more friction elements 11 generated clamping force "F 2 " preferably equal to or greater than that of the actuator 4 acting axial biasing force "F 1 " should be selected.

Gegebenenfalls ist jedoch noch eine bestimmte Kraft des auf das Ventil 1 einwirkenden und abzusperrendes Fluides oder Gases 5 zu berücksichtigen, welches sich dann auf die einzustellende Klemmkraft „F2" der Reibelemente 11 derart auswirken kann, dass dieselbe noch weiter zu vergrößern ist, oder aber auch gemindert werden kann bis unter den Betrag der axialen Vorspannkraft „F1", wenn beispielsweise die vom abzusperrenden Fluid/Gas 5 ausgeübte Kraft hinsichtlich der durch die Reibelemente 11 aufzubringenden Klemmkraft „F2" unterstützend wirkt.Optionally, however, there is still a certain force on the valve 1 acting and shut off fluid or gas 5 to take into account, which then on the adjusted clamping force "F 2 " of the friction elements 11 can affect such that it is even further increase, or can also be reduced to below the amount of the axial biasing force "F 1 ", for example, if the fluid / gas to be shut off 5 applied force with respect to by the friction elements 11 applied clamping force "F 2 " supporting acts.

Die Klemmkraft „F2" wird neben der Anzahl und Größe der Piezoaktuatoriken 8 vor allem auch vom Reibungskoeffizienten zwischen den Reibpartnern bestimmt. Günstig sind Werkstoffe mit einem hohen Haftreibungs- und einem niedrigen Gleitreibungskoeffizienten.The clamping force "F 2 " is in addition to the number and size of Piezoaktuatoriken 8th especially determined by the friction coefficient between the friction partners. Convenient materials with a high static friction and a low coefficient of sliding friction.

Für Anwendungen im Vakuum bzw. Ultrahochvakuum (UHV) ist es bekannt, das insbesondere austenitische Stähle zur Kaltschweißung neigen, was die Funktion von daraus hergestellten Bauteilen, wie Ventilen 1, sicherlich beeinträchtigen würde. Für solche Anwendungen bieten sich keramischen Werkstoffe an, indem zumindest einer der beiden Reibpartner aus einem solchen keramischen Werkstoff ausgebildet wird.For applications in vacuum or ultrahigh vacuum (UHV) it is known that particularly austenitic steels tend to cold weld, which is the function of components made therefrom, such as valves 1 , would certainly affect. For such applications, ceramic materials offer by at least one of the two friction partners is formed from such a ceramic material.

Durch die den Reibabschnitt 10 ausbildende Gleitbuchse 10a wird diesem Umstand besonders Rechnung getragen, indem dieselbe an die jeweils vorherrschenden Bedingungen hinsichtlich der Werkstoffauswahl einfach und kostengünstig anpassbar ist.Through the friction section 10 forming slide bush 10a This circumstance is particularly taken into account by the same is easily and inexpensively adaptable to the prevailing conditions in terms of material selection.

Die Ansteuerung der Piezoaktuatoriken 8 erfolgt vorzugsweise triggersignalgesteuert über einen weiter unten näher beschriebenen elektronischen Schalter 15, wobei die Piezoaktuatoriken 8 sich in der ersten Betriebsstellung des Ventils 1 (Geschlossen-Stellung bzw. Ausgangsstellung) in einem gespannten respektive gedehnten Zustand befinden. Sie stehen somit permanent unter Spannung.The activation of the piezo actuators 8th is preferably triggered trigger signal via an electronic switch described in more detail below 15 , wherein the piezo actuators 8th in the first operating position of the valve 1 (Closed position or initial position) are in a stretched or stretched state. They are thus permanently under tension.

Soll das Ventil 1 in den zweiten Betriebszustand (Offen-Stellung) überführt werden, wird manuell oder voll elektronisch, beispielsweise sensorgesteuert, eine Entladung der Piezoaktuatoriken 8 innerhalb von 50–300 μs veranlasst mit der Folge, dass die Klemmkraft „F2" aufgehoben und das Betätigungselement 4 freigegeben werden. Die vom Energiespeicher 3 aufgebrachte Vorspannkraft „F1" wirkt und der Ventilteller 4b wird bei hoher Beschleunigung vom Ventilsitz 6 abgehoben, wodurch wiederum die Ventilöffnung 7 freigegeben und ein Durchfluss für das Fluid oder Gas 5 gestattet werden (3).Should the valve 1 be transferred to the second operating state (open position) is manually or fully electronically, for example, sensor-controlled, a discharge of Piezoaktuatoriken 8th within 50-300 μs causes with the result that the clamping force "F 2 " is canceled and the actuator 4 be released. The energy storage 3 Applied biasing force "F 1 " acts and the valve disk 4b becomes from the valve seat at high acceleration 6 lifted, which in turn opens the valve 7 released and a flow for the fluid or gas 5 be allowed ( 3 ).

Die Größe der Beschleunigung hängt dabei im Wesentlichen zum einen von der Masse des zu beschleunigenden Systems, bestehend aus dem Betätigungselement 4 sowie der anteiligen Masse des Energiespeichers 3, und zum anderen von der Größe der Vorspannkraft „F1" ab.The size of the acceleration depends essentially on the one hand on the mass of the system to be accelerated, consisting of the actuator 4 and the proportionate mass of the energy storage 3 , and on the other hand of the size the preload force "F 1 " from.

Das Ausführungsbeispiel nach 4 unterscheidet sich zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel „lediglich" dahingehend, dass hier ein schnell schließendes Ventil 1 dargestellt ist, indem ein Betätigungselement 4 mit einer Schubstange 4a vorgesehen ist, die ihrerseits mittels eines Energiespeichers 3 von einer ersten Betriebsstellung, die ihrerseits eine Offen-Stellung darstellt, in eine zweite Betriebsstellung respektive Geschlossen-Stellung überführbar ist.The embodiment according to 4 differs from the above-described embodiment "only" to the effect that here is a fast-closing valve 1 is shown by an actuator 4 with a push rod 4a is provided, in turn, by means of an energy storage 3 from a first operating position, which in turn represents an open position, in a second operating position or closed position can be transferred.

5 zeigt des Weiteren eine besondere Weiterbildung des Ventils 1 im Bereich des Reibabschnittes 10 der Zug- bzw. Schubstange 4a. 5 further shows a special development of the valve 1 in the region of the friction section 10 the pull or push rod 4a ,

Danach besteht diese aus zwei oder mehr koaxial hintereinander angeordneten separaten Stangenabschnitten 12, 13, wobei ein erster Stangenabschnitt 12 einenends an einem tragenden Bauteil des Ventilgehäuses 2 festgelegt ist und die jeweils aufeinander zugerichteten Abschnittsenden der Stangenabschnitte 12, 13 ineinandergreifende Reib-Lamellenstrukturen aufweisen, die ihrerseits ein gemeinsames Lamellenpaket 14 ausbilden. Das andere nicht näher gezeigte freie Ende des weiteren, vorliegend zweiten Stangenabschnittes 13, ist mit dem ebenfalls nicht näher gezeigten Ventilteller 4b versehen.Thereafter, this consists of two or more coaxially arranged behind each other separate rod sections 12 . 13 wherein a first rod portion 12 at one end on a supporting component of the valve housing 2 is fixed and the each aligned section ends of the rod sections 12 . 13 have interlocking friction-lamellar structures, in turn, a common disk set 14 form. The other not shown in detail free end of the further, present second rod section 13 , is with the valve disc also not shown 4b Mistake.

Mittels wenigstens einer, vorzugsweise mittels beidseitig des Lamellenpaketes 14 in einer gemeinsamen Wirkebene gegenüberliegend angeordneter Piezoaktuatoriken 8 der vorbeschriebenen Art ist besagtes Lamellenpaket 14 in Anlehnung an eine Lamellenkupplung kraftbeaufschlagbar, wodurch aufgrund der Vielzahl von Parallelschaltungen von Kontakt- bzw. Reibstellen bereits mittels kleiner ausgeübter Kräfte der Piezoaktuatorik/en 8 große Haltekräfte realisiert werden können.By means of at least one, preferably by means of both sides of the disk set 14 in a common plane of action opposite arranged piezo actuators 8th The type described above is said disk set 14 in accordance with a multi-plate clutch kraftbeaufschlagbar, which already due to the large number of parallel circuits of contact or friction points by means of small forces exerted by the Piezoaktuatorik / s 8th large holding forces can be realized.

Die eine oder mehreren Piezoaktuatoriken 8 können, wie vorliegend gezeigt, über ein Reibelement 11 oder direkt an der Decklage des Lamellenpaketes 14 angreifen.The one or more piezo actuators 8th can, as shown here, via a friction element 11 or directly to the top layer of the disk pack 14 attack.

Vorstehende Ausführungsbeispiele stellen auf schnellschaltende Auslösemechanismen mit Piezoaktuatoriken 8 ab, die ihrerseits reibschlüssig mit dem Betätigungselement 4 wirkverbindbar sind.The above embodiments focus on fast switching triggering mechanisms with piezoactuators 8th from, in turn, frictionally engaged with the actuator 4 are operatively connected.

Durch die Erfindung sind jedoch auch schnellschaltende Auslösemechanismen mit Piezoaktuatoriken 8 mit umfasst, welche durch Formschluss zwischen dem Betätigungselement 4 und wenigstens einem in eine Formschlussaufnahme desselben eingreifenden Formschlusselement der Piezoaktuatorik 8 in der ersten Betriebsstellung gehalten sind (nicht näher dargestellt).By the invention, however, are also fast-switching release mechanisms with Piezoaktuatoriken 8th comprising, which by positive engagement between the actuating element 4 and at least one of a positive engagement of the same engaging positive locking element of the piezoelectric actuator 8th are held in the first operating position (not shown in detail).

Das Formschlusselement kann beispielsweise als ein Bolzen oder Haken ausgebildet sein, der seinerseits in eine Nut oder Öffnung des vorgespannten Betätigungselementes 4, eine Axialbewegung desselben behindernd, lösbar eingreift.The interlocking element may be formed, for example, as a bolt or hook, in turn, in a groove or opening of the biased actuating element 4 , an axial movement of the same obstructive, releasably engages.

Der erfindungsgemäße schnellschaltende Auslösemechanismus, installiert in einem Ventil 1, bietet sich aufgrund der sehr geringen Schaltzeiten und der großen realisierbaren Hübe des Betätigungselementes 4 insbesondere als Gaseinblasventil zum Löschen von Plasma in einem Fusionsreaktor mittels Edelgasen, wie Argon oder Neon an. Hierbei müssen in kürzester Zeit hohe Volumenströme freigegeben werden.The quick-switching release mechanism according to the invention, installed in a valve 1 , offers itself due to the very short switching times and the large achievable strokes of the actuator 4 in particular as a gas injection valve for extinguishing plasma in a fusion reactor by means of noble gases, such as argon or neon. In this case, high volume flows must be released in a very short time.

Ferner hat es sich bei diesem konkreten Anwendungsfall als äußerst vorteilhaft erwiesen, dass die hier vorherrschenden Bedingungen starker magnetischer Felder ohne Probleme beherrscht werden konnten.Further it has in this specific application as extremely beneficial proved that the prevailing conditions here are strong magnetic Fields could be mastered without problems.

6 zeigt das Prinzip einer möglichen elektronischen Ansteuerung der Piezoaktuaorik 8. Dabei wird über den Eingang 16 ein elektronisches Stellsignal (Triggersignal) einer nicht näher beschriebenen an sich bekannten elektronischen Schaltung an den elektronischen Schalter 15 gegeben. Dieses Signal betätigt den elektronischen Schalter 15 in der Weise, dass in der Schalt-Stellung 15a ein elektronischer Energiespeicher 17, zum Beispiel ein Pufferkondensator, geladen wird. Der gezeigte Strombegrenzer 18 dient hierbei dem Schutz des elektronischen Energiespeichers 17 und einer Konstantspannungsquelle 19. Gleichzeitig kann durch Kurzschließen der Piezoaktuatorik 8 ein Ladungsausgleich stattfinden welcher wiederum bewirkt, dass der gedehnte Zustand der Piezoaktuatorik 8 schlagartig in einen nicht gedehnten Zustand übergeht. Dabei dient ein Strombegrenzer 20 der Einstellung einer Entladungszeitkonstante, welche Einfluss auf die Geschwindigkeit der oben beschriebenen Zustandsänderung hat, sowie dem Schutz der Piezoaktuatorik 8. In der Schalt-Stellung 15b des elektronischen Schalters 15 wird die Piezoaktuatorik 8 über den Strombegrenzer 20 mit der in Schalt-Stellung 15a im elektronischen Energiespeicher 17 gespeicherten Energie geladen. Hierdurch wird der gedehnte Zustand der Piezoaktuatorik 8 wieder hergestellt. 6 shows the principle of a possible electronic control of Piezoaktuaorik 8th , It is about the entrance 16 an electronic control signal (trigger signal) of an unspecified described per se electronic circuit to the electronic switch 15 given. This signal actuates the electronic switch 15 in the way that in the switch position 15a an electronic energy store 17 , for example, a buffer capacitor is charged. The shown current limiter 18 This serves to protect the electronic energy storage 17 and a constant voltage source 19 , At the same time, by short-circuiting the Piezoaktuatorik 8th take place a charge compensation which in turn causes the stretched state of the Piezoaktuatorik 8th abruptly into an unstretched state. It serves a current limiter 20 the setting of a discharge time constant, which has an influence on the speed of the state change described above, and the protection of the Piezoaktuatorik 8th , In the switching position 15b of the electronic switch 15 becomes the Piezoaktuatorik 8th over the current limiter 20 with the in switch position 15a in the electronic energy storage 17 stored energy is charged. As a result, the stretched state of the Piezoaktuatorik 8th restored.

Für den vorgenannten speziellen Anwendungsfall eines Gaseinblasventils zum Löschen von Plasma in Fusionsreaktoren ist der elektronische Schalter 15 zum schnellen Entladen (Zweig bzw. Schalt-Stellung 15a) der Piezoaktuatorik 8 bevorzugt als IGBT (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor) ausgeführt um folgende Forderungen zu erfüllen:

  • • Es müssen auf Grund der Piezoaktuatorik 8 hohe Spannungen verarbeitet werden;
  • • Da sich Piezoaktuatorik 8 annähernd wie Kapazitäten verhält, muss im Kurzschlussfall mit sehr hohen Strömen gerechnet werden;
  • • Die Forderung einer extrem kurzen Zeit bis zur Ventilöffnung erfordert Schaltzeiten des elektronischen Schalters 15 welche um den Faktor zehn besser sind, als die mechanischen Vorgaben des Ventils 1;
  • • Die Elektronik muss unempfindlich gegen ein hohes Magnetfeld sein, sowie im abgeschalteten Zustand für Wartungsarbeiten Temperaturen von 150°C erlauben.
For the aforementioned special application of a gas injection valve for extinguishing plasma in fusion reactors is the electronic switch 15 for quick unloading (branch or switching position 15a ) of the piezoactuator 8th Preferably, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) designed to meet the following requirements:
  • • It must be due to the Piezoaktuatorik 8th high voltages are processed;
  • • Since piezo actuators 8th almost like Kapa behaves in the event of a short circuit, very high currents must be expected;
  • • The requirement of an extremely short time to valve opening requires switching times of the electronic switch 15 which are ten times better than the mechanical specifications of the valve 1 ;
  • • The electronics must be insensitive to a high magnetic field and allow temperatures of 150 ° C for maintenance during shutdown.

Besagte Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBT) sind Halbleiterbauelemente, welche die Vorteile des Biopolartransistors (gutes Durchlassverhalten, hohe Sperrspannung) und die Vorteile eines Feldeffekttransistors (nahezu leistungslose Ansteuerung) vereinigen. Vorteilhaft ist auch eine gewisse Robustheit gegenüber Kurzschlüssen, da der IGBT den Laststrom begrenzt. Als weiterer Vorteil von IGBT's ist die Möglichkeit der direkten Ansteuerung aus einer Ansteuerelektronik, wie zum Beispiel durch einen Microcontroller, welcher dann außerdem Überwachungs- und Kommunikationsaufgaben übernehmen kann, herauszustellen.said Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT) are semiconductor devices, which the advantages of Biopolartransistors (good on-state behavior, high reverse voltage) and the advantages of a field effect transistor (almost powerless control) unite. It is also advantageous a certain robustness against Shorts because the IGBT limits the load current. Another advantage of IGBT's is the possibility the direct control of a control electronics, such as by a microcontroller, which then also take over monitoring and communication tasks can highlight.

Selbstverständlich sind neben den vorstehend näher erläuterten Anwendungfällen für den erfindungsgemäßen schnellschaltendenden Auslösemechanismus eine Vielzahl von weiteren Anwendungsfällen denkbar, deren Aufzählung den Umfang dieser Anmeldung sprengen würde. Jedoch ist festzuhalten, dass all die Anwendungsfälle mit erfasst sind, welche den Grundgedanken der Erfindung realisieren, nämlich einen separaten Energiespeicher 3 zur Vorspannung respektive Betätigung eines Betätigungselementes 4, beispielsweise einer Zug-/Schubstange 4a eines Ventils 1, mit zumindest einer Piezoaktuatorik 8, die ihrerseits vorgesehen ist, besagte vorgespannte Zug-/Schubstange 4a in einer ersten Betriebsstellung zu halten und bei Bedarf freizugeben, zu kombinieren.Of course, in addition to the applications explained in more detail above for the quick-switching trigger mechanism according to the invention, a large number of further applications are conceivable, the enumeration of which would exceed the scope of this application. However, it should be noted that all the applications are included, which realize the basic idea of the invention, namely a separate energy storage 3 for biasing respectively actuating an actuating element 4 , For example, a pull / push rod 4a a valve 1 , with at least one Piezoaktuatorik 8th , which in turn is provided, said biased push / pull rod 4a to hold in a first operating position and release if necessary, to combine.

11
VentilValve
22
Ventilgehäusevalve housing
33
Energiespeicherenergy storage
44
Betätigungselementactuator
4a4a
Zug-/SchubstangePull / push rod
4b4b
Ventiltellervalve disc
55
Fluid/GasFluid / gas
66
Ventilsitzvalve seat
77
Ventilöffnungvalve opening
88th
PiezoaktuatorikPiezoaktuatorik
99
FestkörpergelenkSolid joint
1010
Reibabschnittfriction portion
10a10a
Gleitbuchsebush
1111
Reibelementfriction
1212
Stangenabschnittslug
1313
Stangenabschnittslug
1414
Lamellenpaketdisk pack
1515
elektronischer Schalterelectronic switch
15a15a
Schalt-StellungSwitching position
15b15b
Schalt-StellungSwitching position
1616
Eingangentrance
1717
elektronischer Energiespeicherelectronic energy storage
1818
Strombegrenzercurrent limiter
1919
KonstantspannungsquelleConstant voltage source
2020
Strombegrenzercurrent limiter
„F1""F 1 "
Vorspannkraftpreload force
„F2""F 2 "
Klemmkraftclamping force

Claims (18)

Schnellschaltender Auslösemechanismus für ein mittels eines Energiespeichers (3) vorgespanntes und von einer ersten Betriebsstellung in eine zweite Betriebsstellung überführbares Betätigungselement (4), wobei das Betätigungselement (4) gegen die wirkende Vorspannkraft „F1" von zumindest einem Aktuator in der ersten Betriebsstellung fest jedoch lösbar gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Aktuator durch eine Piezoaktuatorik (8) gebildet ist.Fast-acting release mechanism for using an energy storage device ( 3 ) biased and from a first operating position into a second operating position convertible actuator ( 4 ), wherein the actuating element ( 4 ) against the acting biasing force "F 1 " of at least one actuator in the first operating position is firmly held but releasably, characterized in that the at least one actuator by a Piezoaktuatorik ( 8th ) is formed. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezoaktuatorik (8) durch ein Piezoelement oder durch einen Piezoelementenstapel gebildet ist.Quick-acting release mechanism according to claim 1, characterized in that the piezoactuator ( 8th ) is formed by a piezo element or by a piezo element stack. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (4) mittels der zumindest einen Piezoaktuatorik (8) durch Reibschluss zwischen dem vorgespannten Betätigungselement (4) und wenigstens einem daran angreifenden und durch die Piezoaktuatorik (8) quer zur potentiellen Bewegungsrichtung des Betätigungselementes (4) kraftbeaufschlagten Reibelement (11) in der ersten Betriebsstellung gehalten ist.Quick-acting release mechanism according to claim 1 or 2, characterized in that the actuating element ( 4 ) by means of the at least one piezoactuator ( 8th ) by frictional engagement between the biased actuator ( 4 ) and at least one attacking it and by the Piezoaktuatorik ( 8th ) transversely to the potential direction of movement of the actuating element ( 4 ) force-loaded friction element ( 11 ) is held in the first operating position. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die infolge Reibschluss zwischen dem vorgespannten Betätigungselement (4) und dem wenigstens einen Reibelement (11) erzeugte Klemmkraft „F2" vorzugsweise gleich oder größer der auf das Betätigungselement (4) wirkenden axialen Vorspannkraft „F1" gewählt ist.Quick-acting release mechanism according to claim 3, characterized in that due to frictional engagement between the prestressed actuating element ( 4 ) and the at least one friction element ( 11 ) generated clamping force "F 2 " preferably equal to or greater than that of the actuating element ( 4 ) acting axial biasing force "F 1 " is selected. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (4) eine Zug- oder Schubstange (4a) aufweist, welche ihrerseits über einen Reibabschnitt (10) verfügt, dessen Außenmantelfläche eine erste Reibfläche ausbildet, an der das Reibelement (11) der Piezoaktuatorik (8) mit einer zur ersten Reibfläche korrespondierenden zweiten Reibfläche quer zur potentiellen Bewegungsrichtung des Betätigungselementes (4) angreift.Quick-acting release mechanism according to claim 3 or 4, characterized in that the actuating element ( 4 ) a pull or push rod ( 4a ), which in turn via a friction section ( 10 ), whose outer lateral surface forms a first friction surface on which the friction element ( 11 ) of the piezoactuator ( 8th ) with a second friction surface corresponding to the first friction surface transversely to the potential direction of movement of the Actuating element ( 4 ) attacks. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Piezoaktuatoriken (8) gleichmäßig über den Umfang der Zug- oder Schubstange (4a) verteilt angeordnet sind und an derselben angreifen.Quick-acting release mechanism according to claim 5, characterized in that two or more piezo actuators ( 8th ) evenly over the circumference of the pull or push rod ( 4a ) are distributed and attack on the same. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Piezoaktuatoriken (8) in Reihe hintereinander und achsparallel zur Zug- oder Schubstange (4a) angeordnet sind und an derselben angreifen.Quick-acting release mechanism according to claim 5 or 6, characterized in that two or more piezo actuators ( 8th ) in series one behind the other and paraxial to the pull or push rod ( 4a ) are arranged and attack on the same. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (4) eine Zug- oder Schubstange (4a) aufweist, die aus zwei oder mehr koaxial hintereinander angeordneten separaten Stangenabschnitten (12, 13) besteht, wobei die jeweils aufeinander zugerichteten Abschnittsenden der Stangenabschnitte (12, 13) ineinandergreifende Reib-Lamellenstrukturen aufweisen, die ihrerseits ein gemeinsames Lamellenpaket (14) ausbilden und, einen Reibschluss bewerkstelligend, mittels wenigstens einer Piezoaktuatorik (8), vorzugsweise mittels beidseitig des Lamellenpaketes (14) in einer gemeinsamen Wirkebene gegenüberliegend angeordneter Piezoaktuatoriken (8) quer zur potentiellen Bewegungsrichtung des Betätigungselementes (4) kraftbeaufschlagbar sind.Quick-acting release mechanism according to claim 5, characterized in that the actuating element ( 4 ) a pull or push rod ( 4a ), which consists of two or more coaxially arranged behind each other separate rod sections ( 12 . 13 ), wherein the respective mutually aligned section ends of the rod sections ( 12 . 13 ) have intermeshing friction lamellar structures, which in turn have a common lamella packet ( 14 ) and, effecting a frictional connection, by means of at least one Piezoaktuatorik ( 8th ), preferably by means of both sides of the disk set ( 14 ) in a common plane of action of oppositely arranged piezoactuators ( 8th ) transversely to the potential direction of movement of the actuating element ( 4 ) are kraftbeaufschlagbar. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezoaktuatorik (8) über ein Reibelement (11) oder direkt an der Decklage des Lamellenpaketes (14) angreift.Quick-acting release mechanism according to claim 8, characterized in that the piezoactuator ( 8th ) via a friction element ( 11 ) or directly on the top layer of the disk pack ( 14 ) attacks. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Reibpartner Werkstoffe mit einem hohen Haftreibungs- und einem niedrigen Gleitreibungskoeffizienten gewählt sind.Fast-acting release mechanism according to one of the claims 3 to 9, characterized in that for the friction partners materials with a high static friction and a low coefficient of sliding friction chosen are. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Reibpartner aus einem keramischen Werkstoff gebildet ist.Quick-acting release mechanism according to claim 10, characterized in that at least one friction partner from a ceramic material is formed. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (4) mittels der zumindest einen Piezoaktuatorik (8) durch Formschluss zwischen dem Betätigungselement (4) und wenigstens einem in eine Formschlussaufnahme desselben eingreifenden Formschlusselement der Piezoaktuatorik (8) in der ersten Betriebsstellung gehalten ist.Quick-acting release mechanism according to claim 1 or 2, characterized in that the actuating element ( 4 ) by means of the at least one piezoactuator ( 8th ) by a positive connection between the actuating element ( 4 ) and at least one of a positive engagement of the same engaging positive locking element of the piezoelectric actuator ( 8th ) is held in the first operating position. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (3) durch ein oder mehrere vorgespannte Federelemente, durch ein unter Druck stehendes Fluid oder Gas oder durch jeglichen anderen geeigneten an sich bekannten Energiespeicher (3) gebildet ist.Quick-switching release mechanism according to one of claims 1 to 12, characterized in that the energy store ( 3 ) by one or more prestressed spring elements, by a pressurized fluid or gas or by any other suitable per se known energy storage ( 3 ) is formed. Schnellschaltender Auslösemechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezoaktuatorik (8) von einem elektronischen Schalter angesteuert ist.Quick-acting release mechanism according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the piezoactuator ( 8th ) is controlled by an electronic switch. Ventil (1) mit einem schnellschaltenden Auslösemechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 14.Valve ( 1 ) with a fast-switching release mechanism according to one of claims 1 to 14. Ventil (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) schnell öffnend oder schnell schließend ausgebildet ist.Valve ( 1 ) according to claim 15, characterized in that the valve ( 1 ) is designed to open quickly or close quickly. Verwendung des Ventils (1) nach Anspruch 15 oder 16 unter Bedingungen starker magnetischer Felder.Use of the valve ( 1 ) according to claim 15 or 16 under conditions of strong magnetic fields. Verwendung des Ventils (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 17 als Gaseinblasventil zum Löschen von Plasma in Fusionsreaktoren.Use of the valve ( 1 ) according to one of claims 15 to 17 as gas injection valve for extinguishing plasma in fusion reactors.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3039915A1 (en) * 1980-10-23 1982-05-27 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart ELECTRICALLY CONTROLLABLE VALVE DEVICE
US4382243A (en) * 1980-08-20 1983-05-03 Robert Bosch Gmbh Electromagnetic positioning device with piezo-electric control
US4678000A (en) * 1985-01-18 1987-07-07 Diesel Kiki Co., Ltd. High speed electromagnetic valve
DE3608494A1 (en) * 1986-03-14 1987-09-17 Bosch Gmbh Robert ELECTRICALLY CONTROLLABLE ACTUATOR
US5029610A (en) * 1989-02-16 1991-07-09 Japan Atomic Energy Research Institute Flow-control type piezoelectric element valve
DE19649225A1 (en) * 1996-11-27 1998-05-28 Nass Magnet Gmbh Valve
DE19838443A1 (en) * 1997-08-26 1999-03-04 Luk Getriebe Systeme Gmbh Hydrodynamic torque converter
DE19843245A1 (en) * 1997-09-16 1999-08-12 Siemens Ag Arrangement for obtaining auxiliary energy for a trigger system and use thereof
DE10103426A1 (en) * 2001-01-26 2002-08-01 Hydraulik Ring Gmbh Control device for hydraulic and / or mechanical components

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4382243A (en) * 1980-08-20 1983-05-03 Robert Bosch Gmbh Electromagnetic positioning device with piezo-electric control
DE3039915A1 (en) * 1980-10-23 1982-05-27 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart ELECTRICALLY CONTROLLABLE VALVE DEVICE
US4678000A (en) * 1985-01-18 1987-07-07 Diesel Kiki Co., Ltd. High speed electromagnetic valve
DE3608494A1 (en) * 1986-03-14 1987-09-17 Bosch Gmbh Robert ELECTRICALLY CONTROLLABLE ACTUATOR
US5029610A (en) * 1989-02-16 1991-07-09 Japan Atomic Energy Research Institute Flow-control type piezoelectric element valve
DE19649225A1 (en) * 1996-11-27 1998-05-28 Nass Magnet Gmbh Valve
DE19838443A1 (en) * 1997-08-26 1999-03-04 Luk Getriebe Systeme Gmbh Hydrodynamic torque converter
DE19843245A1 (en) * 1997-09-16 1999-08-12 Siemens Ag Arrangement for obtaining auxiliary energy for a trigger system and use thereof
DE10103426A1 (en) * 2001-01-26 2002-08-01 Hydraulik Ring Gmbh Control device for hydraulic and / or mechanical components

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