DE20116520U1 - Ventilglied und damit ausgestattetes Mikroventil - Google Patents

Description

G 19742 - les 7. August 2001

FESTO AG & Co, Ruiter Straße 82, 73734 Esslingen Ventilqlied und damit ausgestattetes Mikroventil

Die Erfindung betrifft ein Ventilglied, mit Biegeaktoren, die über zwei bei Gebrauch relativ zu einem Ventilsitz feststehende Lagerabschnitte zu fixieren sind, und mit einem Verschlussteil, welches zwischen Biegeaktoren angeordnet ist und welches relativ zu einem Ventilsitz bewegbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Mikroventil mit einem derartigen Ventilglied.

Die DE 19735156 Cl zeigt ein Mikroventil mit einem Ventilglied, welches mittig ein Verschlussteil aufweist, das relativ zu einem Ventilsitz bewegbar ist. Zu beiden Seiten des Verschlussteils sind Biegeaktoren angeordnet, deren Auslenkung das Verschlussteil zum Ventilsitz hin oder davon weg bewegt. Die beiden Biegeaktoren sind an den äußeren freien Enden mit Festlagern verbunden, die bezogen auf den Ventilsitz ortsfest an der Innenwand der Ventilkammer befestigt sind. Parallel zu den als Aufhängungselementen ausgebildeten Biegeaktoren ist ein langgestrecktes Piezoelement angeordnet, das sich bei elektrischer Ansteuerung relativ zu den Aufhängungselementen in seiner Ausdehnung verändert, wodurch die

Biegeaktoren so verbogen werden, dass das Verschlussteil sich zum Ventilsitz hin oder von diesem bewegt.

Andererseits ist der Anmelderin intern auch ein Ventilglied bekannt, das Biegeaktoren enthält, die aus einem langgestreckten Trägerkörper und einem direkt darauf aufgebrachten, insbesondere aufgeklebten Piezoelement bestehen, wodurch eine noch kleinere und kompaktere Bauform des Mikroventils möglich wird. Das Verschlussteil ist als kleiner Konus oder flächiges Element ausgebildet, das relativ zum Ventilsitz bewegbar ist und in einer Schließposition den Ventilsitz abdichtet. Zu mehreren Seiten des Verschlussteils sind die Biegeaktoren sternförmig abgehend angeordnet und mit ihren freien Enden im Bereich der Ventilkammer an Festlagern gelagert.

Die mögliche Auslenkung der Biegeaktoren hängt von der Länge der Biegeaktoren bzw. der Piezokörper ab, und die mögliche Betätigungskraft vor allem von der Breite der Piezokörper. Werden nun sternförmig, ausgehend von dem zentral angeordneten Verschlussteil, Biegeaktoren angeordnet, so findet die Einstellbarkeit der Betätigungskraft ihre Grenzen darin, dass die Piezokörper bei ihrer Verbreiterung gegenseitig kollidieren. Eine Verbreiterung der Biegeaktoren würde insbesondere im Bereich des Verschlussteils zu einer Überlagerung der sternförmig ausgehenden Biegeaktoren führen, zu deren Vermeidung gleichzeitig die freie Länge der Biegeaktoren verringert werden müsste, wodurch wiederum die Auslenkbarkeit des Ventilglieds verringert würde. Um eine große Auslenkbarkeit bei

erhöhter Betätigungskraft zu erhalten, müsste ein bezüglich der Ausmaße vergrößertes Mikroventil hergestellt werden. Es besteht jedoch ein Bedarf an besonders kleinen Mikroventilen mit einer großen Auslenkung bei hoher Betätigungskraft.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilglied für ein Mikroventil der eingangs genannten Art bereitzustellen, das bei geringem Platzbedarf eine hohe Betätigungskraft oder eine hohe Auslenkbarkeit des Verschlussteils ermöglicht. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Mikroventil mit einem derartigen Ventilglied bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verschlussteil an einem langgestreckten biegesteifen Tragelement vorgesehen ist, an dem erste langgestreckte Biegeaktoren angreifen, die in einem oder in beiden der längsseits neben dem Tragelement liegenden Bereiche angeordnet sind. Erfindungsgemäß kann auch ein Mikroventil mit einem derartigen Ventilglied ausgestattet sein.

Durch den erfindungsgemäßen Angriff der ersten langgestreckten Biegeaktoren an den freien Enden des langgestreckten biegesteifen Tragelements und aufgrund der Plazierung dieser Biegeaktoren längsseits neben dem Tragelement, können die Biegeaktoren auf vergleichbarer Grundfläche insgesamt mit größerer Baulänge ausgeführt werden, wobei in der Längsrichtung des Tragelements keine zusätzliche weitere Ausdehnung des Ventilglieds erforderlich ist. Der bei herkömmlichen Mik-

roventilen ungenutzte Bereich der Ventilkammer kann optimal für die Anordnung der Biegeaktoren genutzt werden, so dass bei kompakten Abmessungen die mögliche Auslenkung des Verschlussteils vergrößert ist. Bei Bedarf kann ohne gegenseitige Behinderung eine Vergrößerung der Baubreite der Biegeaktoren unter Beibehaltung einer relativ großen Länge gewährleistet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Bevorzugt verlaufen die Biegeaktoren in einer von der Längsrichtung des Tragelements abweichenden Richtung, beispielsweise rechtwinkelig oder schräg zu dieser Längsrichtung. Denkbar wäre aber auch ein paralleler Verlauf.

Der Winkel zwischen der Längsrichtung des Tragelements und der Längsrichtung des jeweiligen ersten langgestreckten Biegeaktors ist vorzugsweise ein spitzer Winkel und liegt bevorzugt zwischen 10° und 90°. Dadurch kann beispielsweise ein Z-förmiges Ventilglied entstehen. Die mögliche Auslenkung wird vergrößert, da beide Biegeaktoren nicht in linearer Verlängerung des Tragelements, sondern seitlich zum Tragelement angeordnet sind. Es entsteht ein besonders kompaktes Ventilglied, wobei wesentlich mehr Platz für die Biegeaktoren vorhanden ist, bezogen auf gleiche Außenmaße eines Mikroventils nach dem Stand der Technik. Neben der von der Länge des Biegeaktors abhängigen Auslenkung des Verschlussteils kann aber auch

eine Verbreiterung des Biegeaktors besser umgesetzt werden, da die Biegeaktoren mit großem Abstand zueinander an den Enden des Tragelements angreifen und nicht direkt am Verschlussteil .

Das Tragelement ist bevorzugt derart biegesteif, dass die Auslenkung ausschließlich durch die an den jeweiligen Enden des Tragelements angreifenden Biegeaktoren hervorgerufen wird. Andererseits könnte aber auch das Tragelement selbst zusätzlich mit einer Piezoschicht belegt sein, so dass zusätzlich zu den seitlichen Biegeaktoren auch eine Auslenkung durch das Tragelement selbst erzeugt wird.

An den vom Tragelement abgewandten Enden der ersten Biegeaktoren kann jeweils ein weiterer, langgestreckter Biegeaktor angeordnet sein, dessen Längsrichtung wiederum mit einer zur Längsrichtung der ersten langgestreckten Biegeaktoren abweichenden Richtung angeordnet ist. Dadurch sind an beiden Enden des Tragelements jeweils der erste und ein weiterer Biegeaktor in Serie geschaltet, so dass sich deren Auslenkungswege relativ zum Ventilsitz entsprechend addieren. Dabei sind an beiden Enden des Tragelements jeweils zwei Biegeaktoren seriell hintereinandergeschaltet und jeweils abgewinkelt, wobei das freistehende Ende des letzten Biegeaktors über das Festlager befestigt ist.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind mindestens zwei gegenüber dem Ventilsitz feststehende Lagerabschnitte

des Ventilglieds benachbart zu den Enden des biegesteifen Tragelements angeordnet. Dadurch kann eine Geometrie des Ventilglieds realisiert werden, die im Wesentlichen der eines Vierecks entspricht, wobei die Biegeaktoren in Richtung der Kanten ausgerichtet sind und wobei das Tragelement mit dem Verschlussteil entlang der Diagonale des Vierecks verläuft. Wenn das langgestreckte Tragelement biegesteif ausgeführt ist, addieren sich bei der Auslenkung der Biegeaktoren die Auslenkungshöhen des einzelnen Biegeaktors, so dass das Verschlussteil letztendlich die doppelte Auslenkung eines herkömmlichen Ventilglieds erreichen kann. Andererseits wird aber auch das Verbreitern des Biegeaktors quer zu seiner Längsrichtung erleichtert, so dass, im Vergleich zu einem herkömmlichen Ventilglied mit gleicher Baugröße, die Betätigungskräfte des Ventilglieds erhöht werden können.

Bei einer Ausführungsform kann das Tragelement mit dem Verschlussteil entlang der Diagonale eines gedachten rechteckigen oder quadratischen Vierecks verlaufen, wobei die langgestreckten Biegeaktoren auf lediglich einer Seite oder auf beiden Seiten der Diagonale entlang den Kanten des Vierecks und/oder innerhalb der von den Kanten und der Diagonale des Vierecks begrenzten Dreiecksfläche angeordnet sind.

Konkret kann der Aufbau des Ventilglieds auch so vorgesehen sein, dass das Tragelement mit dem Verschlussteil und zumindest Teile der jeweils seitlich dazu angeordneten Biegeaktoren aus einem ebenen Siliziummaterial, insbesondere einem Si

lizium-Wafer, herausgearbeitet sind, so dass das Ventilglied eine einstückige oder einteilige Struktur aufweist. Auf diese im Wesentlichen ebene Struktur wird ein Piezoraaterial aufgebracht, insbesondere aufgeklebt. Wird an das Piezomaterial eine Ansteuerungsspannung angelegt, so verändert das Piezomaterial in Längsrichtung seine Ausdehnung, und zwar relativ zu dem in der Länge konstant bleibenden Siliziummaterial eines das Piezomaterial tragenden Trägerkörpers der Biegeaktoren. Dadurch biegen sich die Biegeaktoren insgesamt durch und erfahren an den nicht befestigten Enden eine Auslenkung. Bei der Herstellung wird z.B. ein Silizium-Wafer herangezogen, aus dem eine Vielzahl der einstückigen Strukturen herausgeätzt wird, auf deren Tragarme dann die Piezokörper aufgebracht werden.

Mindestens einer der Biegeaktoren des Ventilglieds weist zweckmäßigerweise eine Piezo-Biegeaktor-Einheit auf, über die die Auslenkung des Verschlussteils relativ zum Ventilsitz steuerbar ist. Üblicherweise werden sämtliche Biegeaktoren als Piezo-Biegeaktor-Einheit ausgeführt sein.

Das Ventilglied weist zweckmäßigerweise insgesamt eine im Wesentlichen ebene Struktur auf, wobei jeweils zwei aneinanderliegende Kanten eines Vierecks durch zwei seriell aneinanderhängende Biegeaktoren gebildet sein können und die dazwischenliegende Diagonale des Vierecks durch das Tragelement gebildet ist.

Die Längsrichtungen von in Serie geschalteten langgestreckten Biegeaktoren können abgewinkelt zueinander verlaufen. Dadurch wird durch die Biegeaktoren des Ventilglieds der bei herkömmlichen Mikroventilen freie seitliche Raum der Ventilkammer optimal genutzt, wodurch das Ventil besonders klein gebaut werden kann.

Jeder Biegeaktor kann mindestens ein Piezoelement aufweisen, das auf einen flächenhaften und vorzugsweise ebenen Trägerkörper aus Kunststoffmaterial oder Siliziummaterial aufgebracht ist. Die Biegeaktoren können zusammen mit dem diagonal angeordneten Tragelement eine einstückige Trägerstruktur aus Siliziummaterial bilden. Die Anbindungsstelle zwischen den Biegeaktoren und den Enden des Tragelements sind bevorzugt ohne spezielle Gelenke, insbesondere in durchgehend gleicher Materialstärke, ausgebildet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ventilglied gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einem ansonsten nur strichpunktiert angedeuteten Mikroventil,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Ventilglied nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wiederum als Komponente eines Mikroventils, dessen sons-

tige Bestandteile nur zum Teil schematisch angedeutet sind, und

Fig. 3 und 4 weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Ventilglieds.

Das in Figur 1 gezeigte Ventilglied 1 weist vier langgestreckte Biegeaktoren 2-5 auf, wobei jeder der Biegeaktoren mit einem flächigen Piezoelement 6 ausgestattet ist. Das Piezoelement 6 besteht aus einer oder mehreren Piezomaterialschichten mit zugeordneten Elektroden für das Aufbringen elektrischer Ladungen.

Jeder Biegeaktor 2-5 enthält einen länglichen Trägerkörper 24, auf den auf wenigstens einer Längsseite ein Piezoelement 6 aufgebracht ist und zum Beispiel durch Verkleben befestigt ist.

Die Biegeaktoren 2, 3 bzw. 4, 5 sind einander paarweise zugeordnet. Zwischen diesen Biegeaktorpaaren 2, 3 und 4, 5 befindet sich ein langgestrecktes Tragelement 7. In den beiden längsseits neben dem Tragelement liegenden Bereichen 7a, 7b befinden sich somit jeweils zwei Biegeaktoren 2, 3 bzw. 4, 5.

Etwa in der Mitte des langgestreckten Tragelements 7 ist ein Verschlussteil 8 vorgesehen, welches relativ zu einem unter der Zeichenebene liegenden und nur strichpunktiert angedeuteten Ventilsitz 25 anhebbar bzw. absenkbar ist.

- &iacgr;&ogr; -

Die beiden Biegeaktorpaare 2, 3 bzw. 4, 5 enthalten jeweils einen ersten, langgestreckten Biegeaktor 2, 4, der mit seinem vorderen Ende 26 an einem der beiden äußeren freien Enden 27a, 27b des Tragelementes 7 angreift. Ferner befindet sich unter den Biegeaktoren 2, 3 bzw. 4, 5 eines jeweiligen Biegeaktorpaares ein weiterer langgestreckter Biegeaktor 3, 5, dessen vorderes Ende 2 8 am rückwärtigen Ende 2 9 des jeweils zugeordneten ersten Biegeaktors 2, 4 angreift. Die weiteren Biegeaktoren 3, 5 sind an einem rückwärtigen, freien Ende mit Lagerabschnitten 9, 10 versehen, über die sie im Gebrauchszustand am strichpunktiert angedeuteten Gehäuse 31 eines Mikroventils 32 fest eingespannt oder auf sonstige Weise befestigt sind, so dass jeweils ein Festlager vorliegt. Das Ventilglied 1 befindet sich in einer von der Wand des Gehäuses 31 umgrenzten Ventilkammer, in die unter anderem ein Ventilkanal einmündet, dem der erwähnte Ventilsitz 2 5 zugeordnet ist.

Die geometrische Ausgestaltung des Ventilglieds 1 entspricht dem eines gedachten, insbesondere rechteckigen und vorzugsweise quadratischen Vierecks, wobei der eine weitere Biegeaktor 3 ausgehend vom fest eingespannten Lagerabschnitt 9 entsprechend einer Kante des Vierecks verläuft und über einen Verbindungsabschnitt 11 mit dem sich anschließenden ersten Biegeaktor 2 verbunden ist, der rechtwinklig zum zugeordneten weiteren Biegeaktor 3 angeordnet ist und entlang einer zweiten Kante des gedachten Vierecks verläuft. Über einen weiteren Verbindungsabschnitt 12 ist der Biegeaktor 2 mit dem einen freien Ende 2 7a des Tragelementes 7 starr verbunden.

Das langgestreckte, bevorzugt durchgehend biegesteife Tragelement 7 verläuft zweckmäßigerweise entlang der Diagonale des gedachten Vierecks und ist an seinem entgegengesetzten freien Ende 27b über einen weiteren Verbindungsabschnitt 13 mit dem vorderen Ende 2 6 des anderen ersten Biegeaktors 4 verbunden. Dieser verläuft wiederum entlang einer Außenkante des Vierecks und steht im rechten Winkel zu dem über einen weiteren Verbindungsabschnitt 14 verbundenen anderen weiteren Biegeaktor 5, der über den Lagerabschnitt 10 wieder am Gehäuse 31 des Mikroventils 32 befestigt ist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die Biegeaktoren jeweils paarweise parallel angeordnet. Die beiden ersten Biegeaktoren 2,4 verlaufen parallel zueinander und auch die beiden weiteren Biegeaktoren 3, 5 sind parallel zueinander ausgerichtet. Wenn der geometrische Grundriss des Ventilglieds 1 im Wesentlichen einem Quadrat entspricht, wie dies hier der Fall ist, so steht die Längsachse des Tragelements 7 mit 45°-Winkel zur Längsachse eines jeweiligen ersten Biegeaktors 2, 4. Innerhalb eines jeweiligen Biegeaktorpaares 2, 3 bzw. 4, 5 sind die Längsachsen der Biegeaktoren mit 90°- Winkel ausgerichtet.

Die Betätigungskraft des Ventilglieds 1 hängt wesentlich vom Material und von der Breite der Piezoelemente 6 ab. Bei der dargestellten Ausführungsform kann beispielsweise die Breite der Piezoelemente 6 der ersten Biegeaktoren 2, 4 ohne Beeinflussung der freien Länge der Piezoelemente 6 der weiteren

Biegeaktoren 3, 5 verändert werden. Andererseits ist bei der Ausführungsform eine besonders große Auslenkung des Verschlussteils 8 erzielbar, da die ersten und weiteren Biegeaktoren 2, 3 bzw. 4, 5 in Serie geschaltet sind, so dass sich deren Einzelauslenkungen addieren. Im Vergleich zu einem Ventilglied nach dem Stand der Technik können bei gleichen Ausmaßen besonders große Auslenkungen erzielt werden, da die Biegeaktoren 2, 3 bzw. 4,5 eines jeweiligen Biegeaktorpaares gegenüber dem biegesteifen Tragelement 7 abgewinkelt sind.

Ein besonderer Vorteil im Aufbau des Ventilgliedes 1 resultiert daraus, dass die an dem biegesteifen Tragelement 7 angreifenden ersten Biegeaktoren 2, 4 in einer von der Längsrichtung des Tragelementes 7 abweichenden Richtung verlaufen. Die Biegeaktoren können daher, in einer für die Flächenausnutzung optimalen Lage positioniert werden.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ventilglied 15 nach einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Soweit sich die Komponenten entsprechen, sind die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet. Vier erste Biegeaktoren 16 - 19 bilden gemäß Figur 2 einen geschlossenen äußeren Rahmen um das Tragelement 7. Dazu sind zwei Biegeaktoren 17, 18 an ihren vorderen Enden über einen Verbindungsabschnitt 2 0 starr miteinander und zugleich mit dem einen freien Ende 27a des biegesteifen Tragelements 7, welches das Verschlussteil 8 aufweist, verbunden. Ebenso sind zwei weitere Biegeaktoren 16, 19 an ihren vorderen Enden über einen Verbindungsabschnitt 21 starr miteinander und

- 13 -

zugleich mit dem anderen freien Ende 2 7a des Tragelements 7 verbunden.

Somit sind zwei Paare erster Biegeaktoren 16, 17 bzw. 18, 19 vorhanden, die jeweils auf einer Längsseite des langgestreckten Tragelementes 7 platziert sind. Die entsprechenden Bereiche sind wiederum bei 7a, 7b kenntlich gemacht. Von den Biegeelementen 16, 17 bzw. 18, 19 dieser Biegeelementpaare greift jeweils eines mit seinem freien vorderen Ende an einem der beiden freien Enden 27a, 27b des Tragelementes 7 an. Die rückwärtigen Enden der ersten Biegeaktoren 16, 17 bzw. 18, 19 eines jeweiligen Biegeaktorpaares verfügen über einen gemeinsamen Lagerabschnitt 22, 23, über den sie zur Bildung eines Festlagers gehäusefest am Mikroventil 32 fixiert sind.

Werden nun die Piezoelemente 6 der vier Biegeaktoren 16 - 19 elektrisch angesteuert - dies geschieht zweckmäßigerweise gleichzeitig und gleichsinnig -, verändern diese ihre Länge, wodurch die Verbindungselemente 20 und 21 gleichmäßig angehoben oder abgesenkt werden und dadurch das an dem biegesteifen Tragelement 7 angeordnete Verschlussteil 8 relativ zu dem Ventilsitz 25 ausgelenkt wird. Die Bewegung des einschließlich des Verschlussteils 8 biegesteifen Tragelements 7 ist eine translatorische Bewegung mit gleichbleibender Ausrichtung der Längsachse.

Die zweite Ausführungsform gemäß Figur 2 weist eine besonders hohe Betätigungskraft am Verschlussteil 8 auf, da die Bie-

geaktoren 16, 17 bzw. 18, 19 parallelgeschaltet sind. Hingegen weist die erste Ausführungsform gemäß Figur 1 eine besonders große Auslenkung am Verschlussteil 8 auf, da die Biegeaktoren paarweise in Serie geschaltet sind.

Bei einer hier nicht dargestellten Ausführungsform können die winkelig zur Längsachse des in sich vorzugsweise starren Tragelements 7 verlaufenden Biegeaktoren 2, 3 bzw. 4, 5 auch in anderen Winkeln zur Längsrichtung des Tragelements 7 angeordnet sein. Beispielsweise können die Biegeaktoren dem Konturenverlauf eines Sechsecks entsprechend angeordnet sein. Auch ein zur Längsachse des Tragelements rechtwinkeliger Verlauf ist möglich.

Ferner können die Biegeaktoren zumindest teilweise parallel zum Tragelement angeordnet sein. Beispielsweise könnte der Längsverlauf der Biegeaktoren und des Tragelements insgesamt mäanderförmig gestaltet sein.

Andererseits kann auch das Tragelement 7 selbst noch ein Piezoelement aufweisen, so dass eine noch größere Auslenkung bei gleichen Baumaßen erreicht werden kann. Dazu müsste beispielsweise das Tragelement 7 lediglich aus demselben Material wie die Biegeaktoren ausgeführt sein, und an wenigstens einer Seite wäre ein Piezoelement 6 aufzubringen.

Bei einer in Figur 3 dargestellten Ausführungsform setzen sich die an den beiden Enden 27a, 27b des Tragelementes 7 an-

greifenden Biegeaktoranordnungen jeweils aus lediglich einem einzigen ersten Biegeaktor 2, 4 zusammen. Es ergibt sich dann beispielsweise eine Gestaltung vergleichbar der Anordnung aus Figur 1, allerdings ohne die weiteren Biegeaktoren 3, 5, wobei dann anstelle der Verbindungsabschnitte 11, 14 jeweils unmittelbar ein Lagerabschnitt 9, 10 zur Bildung eines Festlagers vorgesehen ist.

Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen befinden sich die Biegeaktoren im Bereich 7a, 7b beider Längsseiten des länglichen Tragelementes 7. Es ist jedoch auch eine Anordnung möglich, bei der die Biegeaktoren auf nur einer Längsseite des Tragelementes 7 liegen, wie dies beispielhaft aus Figur 4 hervorgeht (Bereich 7a).

Das in Figur 4 gezeigte Ventilglied 1 verfügt über lediglich zwei Biegeaktoren 2, 4 zur Betätigung des Tragelementes 7. Jeweils ein Biegeaktor 2, 4 greift mit seinem vorderen Ende 26 an einem der freien Enden 27a, 27b des Tragelements 7 an und ist mit seinem rückwärtigen Ende, das einen Lagerabschnitt 9, 10 bildet, am nicht näher dargestellten Gehäuse des Mikroventils befestigt. Die Ausrichtung ist zweckmäßigerweise so gewählt, dass das Tragelement 7 entlang der Diagonale eines gedachten quadratischen Viereckes verläuft, während die beiden Biegeaktoren 2, 4, auf der gleichen Längsseite des Tragelementes 7, entlang den beiden dortigen Kanten des gedachten Viereckes ausgerichtet sind. Es ergibt sich dadurch eine dreiecksähnliche Struktur, wobei das Tragelement 7 die

- 16 -

Dreiecks-Hypotenuse bildet und die beiden Biegeaktoren 2, 4 entlang den Dreiecks-Katheten verlaufen. Die Länge der Biegeaktoren 2, 4 ist zweckmäßigerweise identisch.

Die Längsrichtungen der am Tragelement 7 angreifenden Biegeaktoren 2, 3 schließen mit der Längsrichtung des Tragelementes 7 zweckmäßigerweise einen Winkel von 45° ein. Möglich wäre aber beispielsweise auch eine hiervon abweichende Abwinkelung, beispielsweise dahingehend, dass der erwähnte Winkel kleiner als 45° ist. Exemplarisch ist dies in Figur 4 in strichpunktierten Linien angedeutet. Die Biegeaktoren 2, 4 liegen hier innerhalb der Dreiecksfläche, die von den beiden Kanten und der Diagonale des erwähnten gedachten Vierecks begrenzt wird.

Denkbar wäre im Prinzip jeder im Bereich zwischen 0° oder 90° liegenden Winkel zwischen den Längserstreckungen des Tragelementes 7 und der daran angreifenden Biegeaktoren.

Sämtliche im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen erläuterten Maßnahmen können im übrigen auch unter einander kombiniert oder gegenseitig ausgetauscht werden.

Zum Aufbau des Ventilgliedes 1 ist noch zu erwähnen, dass die oben erwähnten Trägerkörper 24 der Biegeaktoren zweckmäßigerweise einstückig mit dem das Verschlussteil 8 aufweisenden Tragelement 7 ausgebildet sind. Diese als Trägerstruktur bezeichenbare Struktur kann beispielsweise aus Kunststoffmate-

- 17 -

rial oder Siliziummaterial als flächenhaftes Gebilde realisiert werden. Beispielsweise kann die Trägerstruktur aus einem Silizium-Wafer herausgeätzt oder aus einer Kunststoffschicht herausgetrennt werden. Das die Piezoelemente 6 bildende Piezomaterial braucht dann nur noch auf die Trägerkörper 24 gebondet oder geklebt zu werden.

Das Ventilglied 1 eignet sich besonders gut zur Verwendung als Ventilglied in einem Mikroventil 32, das in Figuren 1 und 2 lediglich schematisch angedeutet ist. Man erkennt in Figuren 1 und 2 das strichpunktiert angedeutete Gehäuse 31 des Mikroventils 32, wobei das Ventilglied 1 in einer Ventilkammer 33 untergebracht ist, in die mindestens ein Fluidkanal einmündet. Die Mündung eines dieser Fluidkanäle, der ein Ventilsitz 25 zugeordnet ist, liegt dem als einstückiger Bestandteil des Tragelementes 7 ausgebildeten Verschlussteil 8 in der Hubrichtung des Verschlussteils 8 gegenüber. Die Hubrichtung verläuft in der Zeichnung rechtwinkelig zur Zeichenebene. Durch entsprechende Aktivierung des Ventilgliedes 1 kann das Verschlussteil 8 wahlweise auf den Ventilsitz 25 aufgesetzt oder von diesem abgehoben werden, wobei auch Zwischenstellungen möglich sind. Auf diese Weise kann eine Fluidströmung zwischen der Ventilkammer 3 3 und dem Fluidkanal gesteuert werden. Bei dem Fluid handelt es sich beispielsweise um ein hydraulisches oder um ein gasförmiges Medium, insbesondere um Druckluft.

Bei der Schaltbewegung des Verschlussteils 8 verlagert sich das gesamte Tragelement 7 einheitlich in der erwähnten Hubrichtung unter Beibehaltung der räumlichen Ausrichtung der Längsachse des Tragelementes 7. Die Bewegung ist praktisch eine Parallelverschiebung. Auf diese Weise sind besonders exakte Ventilsteuerungen möglich.

Claims (15)

1. Ventilglied, mit Biegeaktoren (2-5 bzw. 16-19), die über zwei bei Gebrauch relativ zu einem Ventilsitz (25) feststehende Lagerabschnitte (9, 10 bzw. 22, 23) verfügen, und mit einem Verschlussteil (8), welches zwischen Biegeaktoren (2, 4 bzw. 16, 18) angeordnet ist und welches relativ zu einem Ventilsitz (25) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil (8) an einem langgestreckten biegesteifen Tragelement (7) vorgesehen ist, an dem erste, langgestreckte Biegeaktoren (2, 4 bzw. 16, 18) angreifen, die in einem oder in beiden der längsseits neben dem Tragelement (7) liegenden Bereiche (7a, 7b) angeordnet sind.

2. Ventilglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die langgestreckten Biegeaktoren (2, 4 bzw. 16, 18) in einer von der Längsrichtung des Tragelements (7) abweichenden Richtung ausgerichtet sind.

3. Ventilglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den vom Tragelement (7) abgewandten Enden (11, 14 bzw. 20, 21) mindestens eines ersten langgestreckten Biegeaktors (2, 4 bzw. 16, 18) ein weiterer, langgestreckter Biegeaktor (3, 5 bzw. 17, 19) angeordnet ist, dessen Längsrichtung zweckmäßigerweise mit einer zur Längsrichtung des ersten langgestreckten Biegeaktors (2, 4 bzw. 16, 18) abweichenden Richtung angeordnet ist.

4. Ventilglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (7) als durchgehend biegesteifes Teil ausgebildet ist, welches das Verschlussteil (8) ohne eigene Biegetätigkeit relativ zum Ventilsitz auslenken kann, insbesondere im Rahmen einer Parallelverlagerung des Tragelementes (7).

5. Ventilglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei bei Gebrauch gegenüber dem Ventilsitz (7) feststehende Lagerabschnitte (9, 10 bzw. 22, 23) des Ventilglieds (1, 15) benachbart zu den freien Enden (27) des Tragelements (7) angeordnet sind.

6. Ventilglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (7) mit dem Verschlussteil (8) entlang der Diagonale eines gedachten rechteckigen oder quadratischen Vierecks verläuft, wobei die langgestreckten Biegeaktoren (2-5 bzw. 16-19) auf lediglich einer Seite oder auf beiden Seiten der Diagonale entlang den Kanten des Vierecks und/oder innerhalb der von den Kanten und der Diagonale des Vierecks begrenzten Dreiecksfläche angeordnet sind.

7. Ventilglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des Ventilglieds (1, 15) im Wesentlichen der eines rechteckigen oder quadratischen Vierecks entspricht, wobei die Biegeaktoren (2-5 bzw. 16- 19) in Richtung der Kanten ausgerichtet sind, und dass das Tragelement (7) mit dem Verschlussteil (8) entlang der Diagonale des Vierecks ausgerichtet ist.

8. Ventilglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Enden (27) des Tragelements (7) jeweils ein erster und ein mit diesem in Serie geschalteter weiterer langgestreckter Biegeaktor (2, 3 bzw. 4, 5) angreift, so dass deren Auslenkungswege relativ zum Ventilsitz sich entsprechend addieren können.

9. Ventilglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Enden (27) des Tragelementes (7) jeweils zwei parallelgeschaltete erste Biegeaktoren (16, 19 bzw. 17, 18) angreifen.

10. Ventilglied nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtungen der in Serie oder parallel geschalteten langgestreckten Biegeaktoren (2-5 bzw. 16-19) abgewinkelt zueinander verlaufen.

11. Ventilglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Biegeaktoren (2-5 bzw. 16-19) mindestens ein Piezoelement (6) aufweist, über das die Auslenkung des Verschlussteils (8) relativ zum Ventilsitz steuerbar ist.

12. Ventilglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Biegeaktor (2-5 bzw. 16- 19) mindestens ein Piezoelement (6) aufweist, das auf einen flächenhaften und vorzugsweise ebenen Trägerkörper (24) aus Kunststoffmaterial oder Siliziummaterial aufgebracht ist.

13. Ventilglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (7) und die daran anschließenden Biegeaktoren (2-5 bzw. 16-19) einteilig ausgebildet sind.

14. Mikroventil, mit mindestens einem Ventilsitz (25) und mindestens einem relativ zu dem Ventilsitz (25) bewegbaren Ventilglied (1, 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

15. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem der beiden freien Enden (27a, 27b) des Tragelements (7) mindestens ein erster langgestreckter Biegeaktor (2, 4 bzw. 16, 18) angreift.