DE20218622U1

DE20218622U1 - Mikroventil

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Publication number: DE20218622U1
Application number: DE20218622U
Authority: DE
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2002-11-30
Filing date: 2002-11-30
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2012-12-01

Description

G 22170 - les 9. Oktober 2 0

FESTO AG & Co, 73734 Esslingen Mikroventil

Die Erfindung betrifft ein Mikroventil, das sich mit einer 3/2-Funktionalität betreiben lässt.

Mikroventile werden bisher üblicherweise als Sitzventile mit elektrostatischer Betätigung ausgebildet. Exemplarisch kann in diesem Zusammenhang auf die EP 0485739 Bl verwiesen werden. Nachteilig bei diesen bekannten Mikroventilen sind Einschränkungen bei den realisierbaren Durchflusswerten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mikroventil zu schaffen, das trotz miniaturisierter Abmessungen hohe Durchflusswerte des zu steuernden Fluides zulässt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Mikroventil mit 3/2-Funktionalität, mit einem Ventilgehäuse, das einen zwischen einem ersten und einem zweiten Kanalanschluss verlaufenden Durchgangskanal definiert, der eine einen dritten Kanalanschluss bildende seitliche Öffnung aufweist, und mit einem sich unter Überbrückung des dritten Kanalanschlusses zwischen dem ersten und dem zweiten Kanalanschluss erstreckenden, rohrähnlich gestalteten Steuerelement, das axial von einem

Rohrkanal durchsetzt ist und einen unter Abdichtung ständig mit dem ersten Kanalanschluss verbundenen ortsfesten Endabschnitt (Befestigungsabschnitt) sowie einen entgegengesetzten, gummielastisch verformbaren Endabschnitt (Steuerabschnitt) aufweist, wobei der Steuerabschnitt unter dem Einfluss von Betätigungsmitteln wahlweise eine erste oder eine zweite Schaltstellung einnehmen kann, wobei in der ersten Schaltstellung bei gleichzeitig offenem Rohrkanal eine abgedichtete Verbindung zwischen dem Steuerabschnitt und dem zweiten Kanalanschluss vorliegt und in der zweiten Schaltstellung der Steuerabschnitt so eingeschnürt ist, dass der Rohrkanal dicht abgesperrt und gleichzeitig ein Fluiddurchgang zwischen dem zweiten und dem dritten Kanalanschluss freigegeben ist.

Das erfindungsgemäße Mikroventil wird üblicherweise so betrieben, dass der erste Kanalanschluss zu einem Speisekanal, der zweite Kanalanschluss zu einem Arbeitskanal und der dritte Kanalanschluss zu einem Entlastungskanal bzw. - bei einem pneumatischen Ventil - zu einem Entlüftungskanal gehört. In der ersten Schaltstellung des Steuerabschnittes kann somit dem Druckmedium der volle Querschnitt des Rohrkanals zur Versorgung eines an den Arbeitskanal angeschlossenen Verbrauchers zur Verfügung gestellt werden. Der Durchfluss wird nicht behindert, sodass hohe Durchflusswerte und ein hoher Wirkungsgrad vorliegen. Die andere, zweite Schaltstellung wird durch Einschnüren des Steuerabschnittes erhalten, was

insbesondere durch ein Zusammenquetschen des Steuerabschnittes bewirkt wird. Dabei legen sich einander gegenüberliegende Wandungsbereiche des Steuerabschnittes dicht aneinander an, sodass der Rohrkanal abgesperrt ist. Die sich dabei verändernde Außenkontur des Steuerabschnittes hat zur Folge, dass gleichzeitig die dichte Verbindung zum zweiten Kanalanschluss aufgehoben wird und letzterer, seitlich am zusammengedrückten Steuerabschnitt vorbei, mit dem dritten Kanalanschluss in Fluidverbindung steht. Bei der vorgenannten Einsatzform führt dies zu einem Entlasten bzw. Entlüften des am Arbeitskanal angeschlossenen Verbrauchers. Da zum Absperren des Rohrkanals, anders als bei einem Sitzventil, nicht entgegen der Strömungskraft geschlossen werden muss, erfordert der entsprechende Schaltvorgang nur geringe Betätigungskräfte, was sehr kleine Abmessungen des Mikroventils zulässt. Wird anschließend der Rohrkanal wieder freigegeben und der dritte Kanalanschluss wieder vom zweiten Kanalanschluss getrennt, kann der am ersten Kanalanschluss, herrschende Druck sofort dem zweiten Kanalanschluss zur Verfügung gestellt werden, wobei kein Totvolumen auftritt. Das Mikroventil lässt sich insgesamt sehr kostengünstig realisieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Als Steuerelement ist insbesondere ein gummielastisch verformbarer Schlauchkörper vorgesehen. Dieser kann zu geringen

Kosten auch mit sehr kleinem Querschnitt des von ihm definierten Rohrkanals ausgebildet werden. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, zur Bildung des Schlauchkörpers zwei aufeinanderliegende und randseitig unter Abdichtung, beispielsweise durch Verschweißen, Verkleben oder mechanisches Klemmen, miteinander verbundene Membranelemente vorzusehen. Das Verklemmen kann durch das Ventilgehäuse selbst bewirkt werden.

Es ist von Vorteil, wenn wenigstens ein und vorzugsweise beide Endabschnitte des Steuerabschnittes in den zugeordneten Kanalabschnitt eingesteckt sind. Der im Rohrkanal anstehende Druck bewirkt dann ein Anpressen der Wandung des Steuerelementes an den Innenumfang des zugeordneten Kanalabschnittes, was eine Dichtfunktion hervorruft oder zumindest unterstützt.

Das Steuerelement sollte, vor allem wenn es komplett aus gummielastischem Material besteht, möglichst kurz gehalten werden, damit es bei Druckbeaufschlagung des Rohrkanals nicht zu sehr aufgebläht wird, was eine Längenreduktion zur Folge haben kann.

Die Betätigungsmittel verfügen zweckmäßigerweise über ein im Bereich der seitlichen Öffnung des Durchgangskanals auf das Steuerelement einwirkendes Beaufschlagungsglied, mit dem auf den Steuerabschnitt eine diesen zusammenquetschende Beaufschlagungskraft ausübbar ist. Bevorzugt ist das Beaufschla-

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gungsglied außerhalb des Durchgangskanals fixiert und wirkt von außen her, durch den dritten Kanalanschluss hindurch, auf die Seitenwand des Steuerabschnittes ein. Bevorzugt ist das Beaufschlagungsglied zumindest partiell federelastisch ausgebildet, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass es im unbetätigten Zustand den Steuerabschnitt des Steuerelementes in die zweite Schaltstellung vorspannt.

Zur Betätigung des Beaufschlagungsgliedes ist zweckmäßigerweise ein elektrisch aktivierbarer Antrieb vorgesehen, der bevorzugt als elektromagnetischer Antrieb ausgebildet ist. Aufgrund der erzielbaren hohen Stellkräfte ist ein solcher Antrieb für eine Anwendung prädestiniert, bei der bei der Betätigung eine Federkraft überwunden werden muss. Weniger vorteilhaft in dieser Hinsicht, gleichwohl jedoch prinzipiell einsetzbar, sind elektrostatische oder piezoelektrische Antriebe, die jedoch in der Regel mit höheren Spannungen betrieben werden müssen.

Der Antrieb kann unmittelbar in einer mit dem dritten Kanalanschluss kommunizierenden Gehäusekammer des Ventilgehäuses untergebracht sein. Er sitzt zweckmäßigerweise an einer Platine, die einen die Gehäusekammer begrenzenden Wandabschnitt bildet. An ihr befinden sich zweckmäßigerweise auch elektrische Anschlussmittel für die elektrische Kontaktierung des Antriebes. Außerdem kann die Platine an einer oder an beiden großflächigen Platinenflächen mit passiven oder aktiven e-

lektronischen Bauelementen bestückt sein, die bei der Aktivierung des Antriebes mitwirken. Beispielsweise können sie für eine Haltestromabsenkung des Elektromagneten eingesetzt werden oder für eine optische Stellungsanzeige. Die Elektronikkomponenten können zum Schutz in einer Vergussmasse gekapselt sein.

Das Mikroventil kann sowohl monostabil als auch bistabil konzipiert sein. Bei einer bistabilen Funktionsweise werden die einzelnen stabilen Stellungen des Beaufschlagungsgliedes zweckmäßigerweise durch eine Kulisse definiert, mit der ein insbesondere federelastisch am Beaufschlagungsglied gelagertes Folgeglied zusammenarbeiten kann.

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

Figur 1 in schematischer Darstellungsweise eine aufgeschnittene Seitenansicht einer ersten Bauform des erfindungsgemäßen Mikroventils, etwa gemäß Schnittlinie I-I aus Figur 2,

Figur 2 das Mikroventil aus Figur 1 in Draufsicht gemäß Pfeil II und teilweise geschnitten, wobei eine Explosionsdarstellung gewählt ist, um eine bevorzugte Integration des Antriebes zu verdeutlichen,

Figur 3 eine vereinfachte, vergrößerte Prinzipdarstellung des Mikroventils gemäß Figuren 1 und 2 unter Weglassung des Antriebes und bei die erste Schaltstellung einnehmendem Steuerelement,

Figur 4 die Anordnung aus Figur 3 im Querschnitt gemäß Schnittlinie IV-IV,

Figur 5 eine der Figur 3 entsprechende Darstellung, wobei das Steuerelement bei Einnahme der zweiten Schalt-Stellung gezeigt ist,

Figur 6 einen Querschnitt durch die Anordnung aus Figur 5 gemäß Schnittlinie VI-VI,

Figur 7 in wiederum schematischer Darstellung, beschränkt auf eine Abbildung der Betätigungsmittel, eine weitere Bauform des Mikroventils, mit dem sich eine bistabile Funktionsweise realisieren lässt, wobei das Betätigungsglied bei Einnahme seiner stabilen Grundstellung gezeigt ist, und

Figur 8 die Anordnung aus Figur 7 bei in die stabile, ausgelenkte Stellung umgeschaltetem Beaufschlagungsglied.

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Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Mikroventil der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele ist unter Anwendung an sich bekannter, mikrosystemtechnischer Verfahren hergestellt, beispielsweise mittels Abformtechniken, galvanischen Technologien oder mechanischen Mikrostruk- ■ turierungsmaßnahmen.

Das Mikroventil 1 enthält ein Ventilgehäuse 2, das bevorzugt aus mehreren durch Kleben oder Bonden fest miteinander verbundenen Schichten 3 aufgebaut ist, die in Figuren 3 bis 6 exemplarisch dargestellt sind.

Im Innern des Ventilgehäuses 2 verläuft ein linearer Durchgangskanal 4, der einenends einen ersten Kanalanschluss 5 und andernends einen zweiten Kanalanschluss 6 aufweist. Diese Kanalanschlüsse 5, 6 kommunizieren mit einer an der Außenseite des Ventilgehäuses 2 vorgesehenen ersten bzw. zweiten Anschlussöffnung 8, 9, an denen sich wegführende Fluidleitungen, beispielsweise schlauchförmiger Art, anschließen lassen. Bei der in der Zeichnung abgebildeten bevorzugten Betriebsweise bildet der erste Kanalanschluss 5 einen Speisekanal, an den über die erste Anschlussöffnung 8 eine Druckquelle anschließbar ist. Der zweite Kanalanschluss 2 repräsentiert einen Arbeitskanal, an den über die zugeordnete zweite Anschlussöffnung 9 ein zu betätigender Verbraucher, beispielsweise ein durch Fluidkraft aktivierbarer Antrieb, anschließbar ist.

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Der Durchgangskanal 4 ist zwischen dem ersten und zweiten Kanalanschluss 5, 6 mit einer seitlichen Öffnung 12 versehen, die einen dritten Kanalanschluss 7 bildet. Dieser kommuniziert mit einer im Ventilgehäuse 2 definierten Gehäusekammer 13, die mit einer ebenfalls zur Außenseite des Ventilgehäuses 2 ausmündenden dritten Anschlussöffnung 10 kommuniziert. Letztere steht mit der Atmosphäre in Verbindung, sodass der dritte Kanalanschluss 7 einen mit der Umgebung kommunizierenden Entlastungskanal bildet.

Wenn das Mikroventil nicht zur Steuerung hydraulischer Medien, sondern zur Steuerung von Druckluft eingesetzt wird, kann der Kanalanschluss 7 als Entlüftungskanal bezeichnet werden. Bei einem Betrieb mit hydraulischen Medien ist die dritte Anschlussöffnung 10 zweckmäßigerweise mit einem Tank verbunden.

Innerhalb des Durchgangskanals 4 erstreckt sich zwischen dem ersten und zweiten Kanalanschluss 5, 6 ein rohrähnlich gestaltetes Steuerelement 14. Es ist koaxial von einem zur besseren Unterscheidung als Rohrkanal 15 bezeichneten Fluidkanal durchsetzt.

Das rohrförmige Steuerelement 14 verfügt über einen dem ersten Kanalanschluss 5 zugeordneten ortsfesten ersten Endabschnitt, der unter Abdichtung ständig mit dem ersten Kanalan-

Schluss 5 verbunden ist und als Befestigungsabschnitt 16 bezeichnet sei. Der entgegengesetzte zweite Endabschnitt des Steuerelements 14 bildet das Ventilglied des Mikroventils 1 und ist gummielastisch verformbar ausgebildet, wobei er als Steuerabschnitt 17 bezeichnet sei.

Es wäre prinzipiell möglich, das Steuerelement 14 aus mehreren Komponenten und/oder Materialien auszubilden, sodass lediglich im Bereich des Steuerabschnittes 17 die gummielastische Verformbarkeit gegeben ist, im Bereich des Befestigungsabschnittes 16 jedoch eine starre Struktur vorliegt. Es ergibt sich jedoch ein besonders einfacher und gleichwohl effektiver Aufbau, wenn das Steuerelement 14, wie beim Ausführungsbeispiel, in seiner Gesamtheit aus einem gummielastisch verformbaren Schlauchkörper 18 besteht. Dieser Schlauchkörper 18 ist zweckmäßigerweise von einem einzigen Schlauchelement gebildet, wenngleich die Möglichkeit besteht, ihn - wie in Figur 4 strichpunktiert angedeutet - durch zwei aufeinanderliegende und randseitig unter Abdichtung fest miteinander verbundene Membranelemente 22a, 22b zu realisieren.

Das Steuerelement 14 überbrückt die seitliche Öffnung 12, wobei zweckmäßigerweise sowohl der Befestigungsabschnitt 16 als auch der Steuerabschnitt 17 ein Stück weit in den jeweils zugeordneten ersten bzw. zweiten Kanalabschnitt 5, 6 hineinragen. Beispielsweise durch Verschweißen oder Verkleben ist der Befestigungsabschnitt 16 derart gehäusefest fixiert, dass ei-

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ne fluiddichte Verbindung zwischen dem Rohrkanal 15 und dem ersten Kanalanschluss 5 vorliegt. Auf eine zusätzliche Dichtung kann in diesem Falle verzichtet werden.

In ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 23 bezeichnete Betätigungsmittel ermöglichen es, den Steuerabschnitt 17 dazu zu veranlassen, dass dieser wahlweise entweder eine aus Figuren 3 und 4 hervorgehende erste Schaltstellung oder eine aus Figuren 5 und 6 hervorgehende zweite Schaltstellung einnimmt.

Die Beaufschlagungsmittel 23 enthalten unter anderem ein bewegliches Beaufschlagungsglied 24, das in der Lage ist, im Bereich der seitlichen Öffnung 12 bzw. des dritten Kanalanschlusses 7 auf den Steuerabschnitt 17 des Steuerelementes einzuwirken, um diesen zum Zwecke einer Freigabe oder eines Verschließens des Rohrkanals 15 mehr oder weniger stark quer zur Längsrichtung des Steuerelementes 14 zu verformen.

Beim Ausführungsbeispiel ist das Beaufschlagungsglied 24 zumindest partiell federelastisch ausgebildet. Mit einem Befestigungsbereich 25 ist es gehäusefest mit Bezug zum Ventilgehäuse 2 fixiert, außerdem verfügt es über einen relativ zu dem Befestigungsbereich 25 quer zur Längsrichtung des Steuerelementes 14 bewegbaren Beaufschlagungsabschnitt 26. Die mögliche Bewegung des Beaufschlagungsabschnittes 26 ist bei 27 durch einen Doppelpfeil angedeutet.

Bei den Ausführungsbeispielen sitzt der Beaufschlagungsabschnitt 26 am einen Ende eines beispielsweise bandförmigen ersten Federarmes 28, der andernends den Befestigungsbereich 2 5 aufweist. Innerhalb der Gehäusekammer 13 ist der Federarm 2 8 mit einem derart gekrümmten Verlauf verlegt, dass sein Beaufschlagungsabschnitt 2 6 durch die sich ergebende Federkraft gegen den Außenumfang des Steuerelements 14 vorgespannt ist. Die Vorspannung ist so stark, dass der Beaufschlagungsabschnitt 2 6 den Steuerabschnitt 17 so zusammenquetscht, dass dieser gemäß Figuren 5 und 6 eingeschnürt wird, wobei die sich gegenüberliegenden Wandabschnitte des Schlauchkörpers 18 dicht gegeneinandergepresst werden und folglich der Rohrkanal 15 fluiddicht abgesperrt ist.

Weil durch die dadurch hervorgerufene Verformung der äußeren Querschnittskontur des Steuerabschnittes 17 kein vollumfänglicher Kontakt mehr zwischen dem Außenumfang des Steuerabschnittes 17 und dem Innenumfang des zweiten Kanalanschlusses 6 gegeben ist, stellt sich gleichzeitig die Freigabe eines spaltartigen Fluiddurchganges 32 zwischen dem zweiten Kanalanschluss 6 und dem dritten Kanalanschluss 7 ein.

Bei den Mikroventilen 1 der Ausführungsbeispiele bildet diese Stellung des Beaufschlagungsgliedes 24 eine stabile Grundstellung, die im deaktivierten Zustand eines ebenfalls zu den Betätigungsmitteln 23 gehörenden, elektrisch aktivierbaren Antriebes 33 gegeben ist. Diese Stellung entspricht der

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Schließstellung des Mikroventils, wobei gemäß der oben geschilderten Kanalverteilung die Druckquelle abgesperrt ist und der angeschlossene Verbraucher über den dritten Kanalanschluss 7 hinweg entlastet ist.

Um das Mikroventil 1, das als 3/2-Wegeventil konzipiert ist, in eine Offenstellung umzuschalten, wird der Antrieb 33 elektrisch aktiviert. Als Folge wird das Beaufschlagungsglied 24 entgegen der Federkraft verformt und vom Steuerabschnitt 17 wegbewegt. Dieser weitet sich daher aufgrund seiner ihm innewohnenden Gummielastizität auf, bis er mit seinem Außenumfang ringsum am Innenumfang des zweiten Kanalanschlusses 6 anliegt. Dies entspricht der in Figuren 3 und 4 gezeigten ersten Schaltstellung, wobei das Beaufschlagungsglied 24 eine durch Aktivierung des Antriebes 33 erreichte ausgelenkte Stellung einnimmt.

Aufgrund der gummielastischen Materialeigenschaften wird der Steuerabschnitt 17 dicht gegen den Innenumfang des zweiten Kanalanschlusses 6 angedrückt, sodass der dritte Kanalanschluss 7 sowohl vom ersten (5) als auch vom zweiten (6) Kanalanschluss abgetrennt ist. Gleichzeitig ist der Rohrkanal 15 offen, sodass die ersten und zweiten Kanalanschlüsse 5, 6 miteinander kommunizieren und über den ersten Kanalanschluss 5 eingespeistes Druckmedium zu einem an den zweiten Kanalanschluss 6 angeschlossenen Verbraucher gelangen kann.

Die Abdichtung zwischen dem verformbaren Steuerabschnitt 17 und dem zweiten Kanalanschluss 6 wird durch den im Rohrkanal 15 herrschenden Fluiddruck unterstützt, da dieser die Wandung des Steuerelementes 14 verstärkt gegen die Wandung des zweiten Kanalanschlusses 6 drückt.

Da beim Ausführungsbeispiel die den Steuerabschnitt 17 in der zweiten Schaltstellung zusammenquetschende bzw. einschnürende Beaufschlagungskraft allein durch die Federvorspannung des Beaufschlagungsgliedes 24 hervorgerufen wird, bedarf es einer entsprechend hohen Stellkraft, um das Beaufschlagungsglied 24 auszulenken. Aus diesem Grund kommt als Antrieb 33 beim Ausführungsbeispiel ein Elektromagnet-Antrieb zum Einsatz. Gegenüber elektrostatischen und piezoelektrischen Antrieben hat ein elektromagnetischer Wandler den Vorteil, dass er auch bei geringen Spannungen hohe Stellkräfte erzeugen kann. Weitere Vorteile liegen in den relativ geringen Ansteuerspannungen.

Zugunsten einer kompakten Bauweise ist der Antrieb 33 bevorzugt in der Gehäusekammer 13 untergebracht. Das federelastische Beaufschlagungsglied 24 kann sich dabei zumindest ein Stück weit um den Antrieb 33 herum erstrecken. Beim Ausführungsbeispiel ist das Beaufschlagungsglied 24 so installiert, dass es einen U-förmigen Verlauf hat, wobei der Antrieb 33 im Innern des U sitzt.

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Aus Figur 2 wird deutlich, dass der Antrieb 33 bevorzugt an einer der beiden großflächigen Seitenflächen - nachfolgend als Innenfläche 34 bezeichnet - einer Platine 36 befestigt ist, beispielsweise eine Leiterplatte. Diese Platine 36 bil-•det einen Wandabschnitt der Gehäusekammer 13, sodass mit ihrer Montage gleichzeitig zum einen das Ventilgehäuse 2 verschlossen und gleichzeitig der Antrieb 33 installiert wird.

An der der Innenfläche 34 entgegengesetzten großflächigen Außenfläche 35 der Platine sind elektrische Anschlussmittel für den Antrieb 33 vorgesehen, beispielsweise Steckkontakte. Außerdem ist die Platine 3 6 an der Außenfläche 35 mit Elektronikkomponenten 38 bestückt, die zu einer elektrischen Schaltung gehören und bei der Aktivierung des Antriebes 33 mitwirken. Sie können beispielsweise für eine Haltestromabsenkung des Elektromagneten eingesetzt werden. Sofern der Platz ausreicht, können die Elektronikkomponenten 3 8 alternativ oder zusätzlich auch an der Innenfläche 34 der Platine 3 6 angeordnet sein.

Mittels einer strichpunktiert angedeuteten Vergussmasse 42 können die Elektronikkomponenten 3 8 vor Umgebungseinflüssen geschützt werden. Für die elektrische Verbindung zwischen der Außenfläche 35 und der Innenfläche 34 können nicht näher dargestellte Vias eingesetzt werden.

Die Platine 36 kann mit dem anderen Bestandteil des Ventilgehäuses 2 beispielsweise verklebt oder zusammengesteckt werden.

Ein Vorteil des Mikroventils 1 besteht darin, dass die Gehäusekammer 13 in der Offenstellung des Mikroventils 1 drucklos ist, sodass keine nachteiligen Auswirkungen für die Platine 36 entstehen.

Wie aus Figuren 1 und 8 hervorgeht, verfügt der elektromagnetische Antrieb 33 über einen Spulenkern 43, an den sich das Beaufschlagungsglied 24 in der ausgelenkten Stellung mit seinem ersten Federarm 28 angelegt hat. Um genügend elektromagnetische Kraft für die Federauslenkung zu entwickeln, kann dabei auch ein magnetischer Wanderkeil realisiert werden. Dabei wird das federelastische Beaufschlagungsglied 24 im Ruhezustand mit geringfügiger Neigung relativ zur zugewandten Spulenkern-Oberfläche 44 angeordnet.

Zumindest im Bereich des Steuerabschnittes 17, vorzugsweise jedoch über die gesamte Länge hinweg, verfügt das Steuerelement 14 zweckmäßigerweise über einen länglichen und dabei insbesondere ellipsenähnlichen Querschnitt. Eine besonders zweckmäßige Gestaltung in dieser Hinsicht geht aus Figur 4 hervor. Das Steuerelement 14 ist dabei so angeordnet, dass das Beaufschlagungsglied 24 mit einem der beiden im Quer-

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schnitt gesehen längeren Wandabschnitte des Steuerelements 14 zusammenwirkt.

Vorteilhaft ist ferner, wenn das Beaufschlagungsglied 24 zumindest an seinem Beaufschlagungsabschnitt 2 6 einen zum Steuerabschnitt 17 hin konvex ausgewölbten Querschnittsverlauf hat, sodass in der Grundstellung gemäß Figuren 5 und 6 die beiden einander gegenüberliegenden Wandabschnitte des Steuerabschnittes 17 sicher über ihre gesamte Breite gegeneinandergedrückt werden. Der nicht unmittelbar mit dem Beaufschlagungsglied 24 kooperierende untere Wandabschnitt des Steuerelementes 14 wird dabei von einer gehäusefesten Abstützfläche 47 abgestützt, die eine ähnliche Krümmung aufweist.

Während das in Figuren 1 bis 6 gezeigte Mikroventil 1 einen monostabilen Aufbau hat, offenbaren die Figuren 7 und 8 eine Weiterbildung, die - auch - einen bistabilen Betrieb zulässt.

Die Figur 7 zeigt das Beaufschlagungsglied 24 bei deaktiviertem Antrieb unter Einnahme seiner Grundstellung, die wie im Falle der Figuren 1 bis 6 eine stabile Stellung ist, da sie durch die vom ersten Federarm 2 8 hervorgerufene Federkraft aufrecht erhalten wird. Die Figur 8 zeigt das Beaufschlagungsglied 24 in der ausgelenkten Stellung, die hier aber, im Vergleich zur Bauform der Figuren 1 bis 6, auch nach Deaktivierung des Antriebes 33 einen stabilen Zustand darstellt.

Um dies zu gewährleisten, kooperiert das Beaufschlagungsglied 24 mit einer Führungskulisse 48, indem von dem ersten Federarm 2 8 ein zweiter Federarm 2 9 in einer zur Schaltbewegung des Betätigungsgliedes 24 parallelen Ebene absteht, an dem ein mit der Führungskulisse 48 in Eingriff stehendes Folgeglied 52 angeordnet ist.

Die Führungskulisse 48 ist eine in sich geschlossene Führungsbahn. Wird ausgehend von der Grundstellung das Beaufschlagungsglied 24 durch Aktivierung des Antriebes 33 in Richtung der ausgelenkten Stellung verlagert, läuft das Folgeglied 52 zunächst entlang eines schrägen ersten Bahnabschnittes 53 der Führungskulisse 48, wobei der zweite Federarm 4 9 verbogen und vorgespannt wird. Am Ende dieser Bewegung überschreitet das Folgeglied 52 eine Rampe 54, hinter der es gemäß Figur 8 einrastet. In der dabei erreichten ausgelenkten Stellung wird das Beaufschlagungsglied 24 folglich auch dann gehalten, wenn der Antrieb 33 deaktiviert wird. Der bis dahin zurückgelegte Hub des Folgegliedes 52 und des Beaufschlagungsabschnittes 2 6 ist mit h]_ markiert.

In der ausgelenkten Stellung ist der zweite Federarm 29 weiterhin ein Stück weit vorgespannt. Wird daher der Antrieb 33 anschließend mit einem weiteren, kräftigen Stromimpuls aktiviert, verlagert sich das Folgeglied 52 entlang eines sich an die Rampe 54 anschließenden zweiten Bahnabschnittes 55, bis sich daran ein abfallender dritter Bahnabschnitt 56 an-

schließt, der sich unten mit dem ersten Bahnabschnitt 53 vereinigt. Der zweite Federarm 29 kann sich dann entspannen, wobei das Folgeglied 52 in den dritten Bahnabschnitt 56 schnappt und diesem nach unten folgt, wenn der Antrieb 33 anschließend wieder deaktiviert wird. Die Bewegung nach unten wird dabei von dem sich nun ebenfalls wieder entspannenden ersten Federarm 28 initiiert.

Das Beaufschlagungsglied 24 kehrt somit in die Grundstellung zurück, von wo sich ein neuerlicher Schaltzyklus der genannten Art anschließen kann.

Beim Durchlaufen eines Zyklus durchwandert das Folgeglied 52 die Führungskulisse 48 einmal, und zwar beim Ausführungsbeispiel entgegen dem Uhrzeigersinn.

Damit das federnde Beaufschlagungsglied 24 die gewünschte Bewegung ausführen kann, ist es empfehlenswert, die zugewandte Spulenkern-Oberfläche 44 mit einem abgeknickten Verlauf zu versehen.

Bei Bedarf kann das Mikroventil 1 der Figuren 7 und 8 auch monostabil betrieben werden. Hierzu wird der Antrieb 33 bei in der Grundstellung befindlichem Beaufschlagungsglied 24 lediglich so betätigt, dass das Folgeglied 52 innerhalb des ersten Bahnabschnittes 53 nur bis zu einer Höhe h.2 ansteigt, die unterhalb der Rampenhöhe h^ liegt. Das Beaufschlagungs-

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glied 24 kehrt dann innerhalb des gleichen, ersten Bahnabschnittes 53 in die Grundstellung zurück, wenn der Antrieb 33 deaktiviert wird.

Wenn das Mikroventil mit der bistabilen Funktionsweise betrieben wird, lässt sich die Stellung des Beaufschlagungsgliedes 24 nicht erkennen, wenn nicht die Ausgangsposition vor der Inbetriebnahme bekannt ist. Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, Sensormittel 57 vorzusehen, die eine Stellungserfassung des Beaufschlagungsgliedes 24 ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, den elektromagnetischen Antrieb 33 als Sensormittel 57 einzusetzen, indem man ihn vergleichbar einem Näherungssensor verwendet.

Soll das Mikroventil 1 nach Wunsch des Anwenders nie in den bistabilen Funktionsmodus gelangen können, können entsprechende Maßnahmen durch eine entsprechende elektronische Regelung realisiert werden, auf einfachere Weise jedoch mit Hilfe mechanischer Anschlagmittel 58. Diese Anschlagmittel 58 können bei Bedarf so im Hubweg des Beaufschlagungsgliedes 24 positioniert werden, dass dieses an einem Erreichen der Rampenhöhe hi gehindert wird. Beim Ausführungsbeispiel bestehen die Anschlagmittel 58 aus einem exzentrisch im Ventilgehäuse 2 drehgelagerten Anschlagglied.

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Claims

1. Mikroventil mit 3/2-Funktionalität, mit einem Ventilgehäuse (2), das einen zwischen einem ersten und einem zweiten Kanalanschluss (5, 6) verlaufenden Durchgangskanal (4) definiert, der eine einen dritten Kanalanschluss (7) bildende seitliche Öffnung (12) aufweist, und mit einem sich unter Überbrückung des dritten Kanalanschlusses (7) zwischen dem ersten und dem zweiten Kanalanschluss (5, 6) erstreckenden, rohrähnlich gestalteten Steuerelement (14), das axial von einem Rohrkanal (15) durchsetzt ist und einen unter Abdichtung ständig mit dem ersten Kanalanschluss (5) verbundenen ortsfesten Endabschnitt (Befestigungsabschnitt 16) sowie einen entgegengesetzten, gummielastisch verformbaren Endabschnitt (Steuerabschnitt 17) aufweist, wobei der Steuerabschnitt (17) unter dem Einfluss von Betätigungsmitteln (23) wahlweise eine erste oder eine zweite Schaltstellung einnehmen kann, wobei in der ersten Schaltstellung bei gleichzeitig offenem Rohrkanal (15) eine abgedichtete Verbindung zwischen dem Steuerabschnitt (17) und dem zweiten Kanalanschluss (6) vorliegt und in der zweiten Schaltstellung der Steuerabschnitt (17) so eingeschnürt ist, dass der Rohrkanal (15) dicht abgesperrt und gleichzeitig ein Fluiddurchgang (32) zwischen dem zweiten und dem dritten Kanalanschluss (6, 7) freigegeben ist.

2. Mikroventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (14) in seiner Gesamtheit aus einem gummielastisch verformbaren Schlauchkörper (18) besteht.

3. Mikroventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauchkörper (18) von zwei aufeinanderliegenden und randseitig unter Abdichtung fest verbundenen Membranelementen gebildet ist.

4. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (14), zumindest im Bereich seines Steuerabschnittes (17), über einen länglichen und insbesondere ellipsenähnlichen Querschnitt verfügt.

5. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (14) mit seinem Befestigungsabschnitt (16) in den ersten Kanalanschluss (5) eingesteckt ist.

6. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (14) mit seinem Steuerabschnitt (17) in den zweiten Kanalanschluss (6) hineinragt und in der ersten Schaltstellung mit seinem Außenumfang unter Abdichtung ringsum gegen den Innenumfang des zweiten Kanalanschlusses (6) angedrückt ist.

7. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (23) ein im Bereich der seitlichen Öffnung (12) des Durchgangskanals (4) auf das Steuerelement (14) einwirkendes Beaufschlagungsglied (24) enthalten, mit dem auf den Steuerabschnitt (17) eine diesen zusammenquetschende Beaufschlagungskraft ausübbar ist.

8. Mikroventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagungsglied (24) zumindest partiell federelastisch ausgebildet ist.

9. Mikroventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagungsglied (24) im unbetätigten Zustand den Steuerabschnitt (17) in die zweite Schaltstellung vorspannt.

10. Mikroventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (23) einen zur Betätigung des Beaufschlagungsgliedes (24) vorgesehenen, elektrisch aktivierbaren Antrieb (33) enthalten, insbesondere einen elektromagnetischen Antrieb.

11. Mikroventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (33) in einer mit dem dritten Kanalanschluss (7) kommunizierenden Gehäusekammer (13) des Ventilgehäuses (2) untergebracht ist.

12. Mikroventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (33) an einer Platine (36) befestigt ist, die einen Wandabschnitt der Gehäusekammer (13) bildet und an der zweckmäßigerweise auch elektrische Anschlussmittel (37) für den Antrieb (33) vorgesehen sind.

13. Mikroventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (36), insbesondere an der der Gehäusekammer (13) entgegengesetzten Außenfläche (35), mit bei der Aktivierung des Antriebes (33) mitwirkenden Elektronikkomponenten (38) bestückt ist.

14. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine monostabile Bauform, wobei das Steuerelement (14) im unbetätigten Zustand die erste oder zweite Schaltstellung einnimmt.

15. Mikroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch ein bistabiles Betriebsverhalten mit einem mittels eines elektrischen Antriebes (33) betätigbaren federelastischen Beaufschlagungsglied (24), das anfänglich, bei deaktiviertem Antrieb (33), bedingt durch die Federkraft eine eine der Schaltstellungen des Steuerabschnittes (17) hervorrufende stabile Grundstellung einnimmt, durch vorübergehendes Aktivieren des Antriebes (33) in eine die andere Schaltstellung des Steuerabschnittes hervorrufende ausgelenkte Stellung bewegbar ist, und in dieser, auch nach Deaktivierung des Antriebes (33), stabil gehalten ist, und durch neuerliches, vorübergehendes Aktivieren des Antriebes (33) in die Grundstellung zurückbewegbar ist.

16. Mikroventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt (17) in der Grundstellung des Beaufschlagungsgliedes (24) die zweite Schaltstellung einnimmt.

17. Mikroventil nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagungsglied (24) über ein sich beim Umschalten entlang einer die verschiedenen Stellungen vorgebenden Führungskulisse (48) bewegendes Folgeglied (52) verfügt.

18. Mikroventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Folgeglied (52) an einem Federarm (29) des Beaufschlagungsgliedes (24) angeordnet ist.

19. Mikroventil nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch Sensormittel (57) zur Stellungserfassung des Beaufschlagungsgliedes (24).

20. Mikroventil nach einem der Ansprüche 15 bis 19, gekennzeichnet durch Anschlagmittel (58), die wahlweise in einer Anschlagposition positionierbar sind, in der sie ein Umschalten des Beaufschlagungsgliedes (24) aus der Grundstellung in die stabile ausgelenkte Stellung verhindern.