DE102005003850B4 - Fluidic arrangement - Google Patents
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Abstract
Fluidtechnische Anordnung mit einer Antriebseinrichtung (12; 112), die einen piezo-elektrischen Aktor (15; 115) zum Beeinflussen eines Fluid-Flusses enthält, und mit einer Ansteuereinrichtung (11; 111) zum Ansteuern des piezo-elektrischen Aktors (15; 115) über eine drahtlose Schnittstelle (13), wobei die drahtlose Schnittstelle (13) eine kapazitive Energieübertragung zur Betätigung des piezo-elektrischen Aktors (15; 115) ermöglicht, und dass die Ansteuereinrichtung (11; 111) eine erste Elektrode (27) und die Antriebseinrichtung (12; 112) eine zweite Elektrode (28) eines Koppelkondensators der kapazitiven Schnittstelle (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (27) in ein Gehäuse (35; 135) der Ansteuereinrichtung (11; 111) integriert und die zweite Elektrode (28) in ein von dem Gehäuse (35; 135) der Ansteuereinrichtung (11; 111) separates Gehäuse (36; 136) der Antriebseinrichtung (12; 112) integriert sind.fluid Power Arrangement with a drive device (12, 112), which has a piezoelectric actuator (15; 115) for influencing a fluid flow, and with a drive device (11, 111) for driving the piezoelectric Actuator (15; 115) via a wireless interface (13), wherein the wireless interface (13) a capacitive energy transfer to operate the piezoelectric actuator (15; 115) allows, and that the driving device (11, 111) a first electrode (27) and the drive means (12, 112) a second electrode (28) of a coupling capacitor of capacitive interface (13), characterized that the first electrode (27) in a housing (35; 135) of the drive device (11; 111) integrated and the second electrode (28) in one of the casing (35; 135) of the drive device (11; 111) separate housing (36; 136) of the drive device (12; 112) are integrated.
Description
Die Erfindung betrifft eine fluidtechnische Anordnung, insbesondere eine Ventilanordnung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a fluid power arrangement, in particular a valve assembly, according to the preamble of claim 1.
Eine
derartige fluidtechnische Anordnung geht aus
Eine
fluidtechnische Anordnung in Gestalt einer Ventilanordnung bzw.
Ventilbaugruppe aus dem
Auch
aus der deutschen Offenlegungsschrift
Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist allerdings, dass vergleichsweise komplizierte Sender- und Empfängerschaltungen erforderlich sind, um die von der sendenden Ansteuereinrichtung empfangenen drahtlosen Signale beim Empfänger in Energie zu wandeln.adversely in the known solutions is, however, that comparatively complicated transmitter and receiver circuits are required to that of the sending drive device receive wireless signals at the receiver into energy.
Eine
aus
Aus
Bei
einer aus
Eine
Wandlerschaltung gemäß
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine fluidtechnische Anordnung mit einer Antriebseinrichtung bereitzustellen, bei der ein piezo-elektrischer Aktor über eine drahtlose Schnittstelle ohne nach außen geführte elektrische Leitungen mit Betätigungsenergie versorgbar ist.It is therefore the object of the present invention, a fluid technical To provide arrangement with a drive device, in which a piezoelectric actuator over a wireless interface with no outgoing electrical lines with actuation energy is available.
Diese Aufgabe wird bei einer Ventilbaugruppe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die drahtlose Schnittstelle eine kapazitive Energieübertragung zur Betätigung des piezo-elektrischen Aktors ermöglicht, und dass die Ansteuereinrichtung eine erste Elektrode und die Antriebseinrichtung eine zweite Elektrode eines Koppelkondensators der kapazitiven Schnittstelle aufweist.These Task is in a valve assembly of the type mentioned solved by that the wireless interface is a capacitive energy transfer for operation of piezoelectric Allows the actor and that the drive means comprises a first electrode and the drive means a second electrode of a coupling capacitor of the capacitive interface having.
Der durch die drahtlose Schnittstelle realisierte Koppelkondensator ermöglicht eine einfache Energieübertragung von der Ansteuereinrichtung zur Antriebseinrichtung, so dass sowohl die Ansteuereinrichtung als auch die Antriebseinrichtung mit wenigen Bauelementen realisierbar sind. Die Antriebseinrichtung, bei der es sich vorzugsweise um ein Ventilmodul handelt, kann als eine Art vollständig gekapselte Einheit ausgeführt sein, ohne nach außen geführte elektrische und/oder optische Leitungen. Die Antriebseinrichtung bzw. Ventileinrichtung eignet sich für den Einsatz im Lebensmittelbereich, im Chemiebereich oder dergleichen. Die Reinigung der ganz oder im wesentlichen ge schlossenen Antriebseinrichtung gestaltet sich sehr einfach. Außerdem ist die einfach aufgebaute Antriebseinrichtung robust.The coupling capacitor realized by the wireless interface enables a simple transfer of energy from the drive device to the drive device, so that both the drive device and the drive device can be realized with a few components. The drive device, which is preferably a valve module, can be designed as a type of fully encapsulated unit, without outwardly guided electrical and / or optical lines. The drive device or valve device is suitable for use in the food industry, in the field of chemicals or the like. The cleaning of the whole or substantially ge closed drive device is very simple. In addition, the simply constructed drive device robust.
Die erste Elektrode ist in ein Gehäuse der Ansteuereinrichtung und die zweite Elektrode ist in ein Gehäuse der Antriebseinrichtung integriert. Die beiden Elektroden sind zweckmäßigerweise an einander gegenüberliegenden Seiten der beiden Gehäuse angeordnet.The first electrode is in a housing the drive means and the second electrode is in a housing of Drive device integrated. The two electrodes are expediently on opposite sides Sides of the two housings arranged.
Es versteht sich, dass bei der Antriebseinrichtung verschiedene Bauvarianten möglich sind, wobei beispielsweise die Antriebseinrichtung als eine Ventileinrichtung oder eine kombinierte Ventil-Aktoreinrichtung ausgestaltet sein kann. Beispielsweise kann der piezo-elektrische Aktor zur Ansteuerung eines fluidtechnischen, insbesondere pneumatischen Ventils dienen, das einen Bestandteil der Antriebseinrichtung bildet. Dabei sind sowohl vorgesteuerte als auch direkt gesteuerte Ventilvarianten ohne weiteres möglich. Ferner kann auch ein fluidtechnischer Antrieb, beispielsweise ein pneumatischer Zylinder in die Antriebseinrichtung integriert oder an diese unmittelbar angekoppelt sein.It is understood that in the drive device different construction variants possible wherein, for example, the drive means as a valve means or a combined valve actuator device be designed can. For example, the piezoelectric actuator for driving serve a fluidic, in particular pneumatic valve, which forms part of the drive device. There are both pilot operated and directly controlled valve variants readily possible. Furthermore, a fluid power drive, for example a pneumatic cylinder integrated in the drive device or be directly attached to this.
Jedem Ladevorgang oder Entladevorgang der zweiten Elektrode ist zweckmäßigerweise ein Aktorhub des piezo-elektrischen Aktors zugeordnet. Somit wird sozusagen eine 1-zu-1-Kopplung zwischen der zweiten, in der Antriebseinrichtung enthaltenen Elektrode und dem piezo-elektrischen Aktor realisiert, so dass zusätzliche elektrische Bauteile nicht unbedingt erforderlich sind. Allerdings ist auch eine Bauvariante der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung denkbar, bei der eine Übertragerbaugruppe durch zwei oder mehr Lade-/Entladezyklen des Koppelkondensators sozusagen aufgeladen wird, um die zum Schalten des piezo-elektrischen Aktors erforderliche Schaltspannung zu erzeugen.Each Charging or discharging the second electrode is expediently associated with an actuator stroke of the piezoelectric actuator. Thus, will so to speak, a 1-to-1 coupling between the second, in the drive device realized electrode and the piezo-electric actuator realized so that extra electrical components are not essential. Indeed is also a construction variant of the drive device according to the invention conceivable, in which a transformer assembly by two or more charge / discharge cycles of the coupling capacitor, so to speak is charged to the required for switching the piezoelectric actuator switching voltage to create.
Ferner ist es möglich, dass die Antriebseinrichtung auch mehr als einen piezo-elektrischen Aktor enthält. Vorzugsweise ist jedem piezo-elektrischen Aktor eine separate kapazitive Schnittstelle der erfindungsgemäßen Art zugeordnet.Further Is it possible, that the drive device also more than a piezoelectric Contains actor. Preferably, each piezoelectric actuator is a separate capacitive Interface of the type according to the invention assigned.
Die bei der erfindungsgemäßen fluidtechnische Anordnung verwendeten Bauteile der drahtlosen Schnittstelle sind einfach realisierbar und beispielsweise im Vergleich mit Spulen, Optokopplern oder Solarzellen preisgünstig.The in the fluid technical invention Arrangement used components of the wireless interface easy to implement and, for example, in comparison with coils, Optocouplers or solar cells inexpensively.
Die Ansteuereinrichtung und die Antriebseinrichtung können separate Baueinheiten, insbesondere Module sein. Es ist aber auch möglich, dass die Antriebseinrichtung und die Ansteuereinheit eine Baueinheit bilden. Die Antriebseinrichtung und die Ansteuereinheit sind beispielsweise durch entsprechende Verbindungsmittel, ein sie insgesamt umgebendes Gehäuse oder dergleichen miteinander verbunden.The Control device and the drive device can be separate Building units, in particular modules be. But it is also possible that the drive device and the drive unit a structural unit form. The drive device and the drive unit are for example by corresponding connection means, a total surrounding them casing or the like connected to each other.
Bei den Gehäusen der Ansteuereinrichtung bzw. der Antriebseinrichtung ist es besonders bevorzugt, dass sie gegenüber Temperaturschwankungen und/oder Korrosion beständig sind, bzw. lebensmittelecht sind, so dass sie beispielsweise zur Verarbeitung von Lebensmitteln oder Chemikalien einsetzbar sind. Beispielsweise können die Gehäuse zumindest teilweise aus Edelstahl, Keramik oder dergleichen vorteilhaft be stehen. Das Vorgesagte gilt insbesondere für die Antriebseinrichtung, die zweckmäßigerweise eine von der Ansteuereinrichtung abgesetzte, lediglich durch die drahtlose Schnittstelle mit dieser gekoppelten Baueinheit bildet.at the housings the control device or the drive device is special prefers that they are opposite Temperature fluctuations and / or corrosion resistant, or food safe are, for example, for processing food or chemicals are used. For example, the casing at least partially made of stainless steel, ceramic or the like advantageous consist. The above applies in particular to the drive device, which expediently one remote from the control device, only by the forms a wireless interface with this coupled module.
Sowohl für die Ansteuereinrichtung als auch für die Antriebseinrichtung ist es zweckmäßig, wenn sie flüssigkeitsdichte Gehäuse aufweisen. Somit ist auch eine leichte Reinigung der jeweiligen Einrichtung, insbesondere der Antriebseinrichtung möglich.Either for the Control device as well as for the drive device, it is useful if they are liquid-tight casing exhibit. Thus, also a slight cleaning of the respective Device, in particular the drive device possible.
Zwischen der ersten und der zweiten Elektrode ist zweckmäßigerweise mindestens eine Isolationsschicht, insbesondere zur thermischen Isolation, vorhanden. Ferner ist vorteilhaft zwischen den beiden Elektroden der kapazitiven Schnittstelle ein Dielektrikum angeordnet. Somit kann die von der Ansteuereinrichtung bereitzustellende Ansteuerspannung zur Betätigung der kapazitiven Schnittstelle geringer ausfallen, weil die Kapazität der kapazitiven, drahtlosen Schnittstelle durch das Dielektrikum vergrößert wird. Diese mindestens eine Isolationsschicht und/oder das Dielektrikum können beispielsweise Luft, Keramik, Kunststoff oder dergleichen enthalten.Between the first and the second electrode is expediently at least one Insulation layer, in particular for thermal insulation, available. Furthermore, it is advantageous between the two electrodes of the capacitive Interface arranged a dielectric. Thus, the of the Drive to be provided drive voltage for actuating the capacitive interface will turn out lower, because the capacity of the capacitive, wireless Interface through the dielectric is increased. This at least an insulating layer and / or the dielectric may be, for example Air, ceramic, plastic or the like included.
Der piezo-elektrischen Aktor wird beispielsweise durch Aufladen des Koppelkondensators der kapazitiven Schnittstelle in der einen Richtung, durch Entladen in der anderen Richtung oder in einer entgegengesetzten Richtung betätigt. Somit ist die drahtlose Schnittstelle für eine bidirektionale Betätigung des piezo-elektrischen Aktors ausreichend. Es ist aber auch eine Variante zweckmäßig, bei der zum Entladen des piezo-elektrischen Aktors nicht-kapazitiv ansteuerbare Entlademittel bei der Antriebseinrichtung vorhanden sind. Die Ansteuereinrichtung enthält entsprechende Ansteuermittel zur Ansteuerung der Entlademittel, beispielsweise eine Lichtquelle, die einen mittels Licht betätigbaren Haltleiterschalter, beispielsweise einen Foto-Transistor, der Entlademittel der Entladeschaltung zum Entladen des piezo-elektrischen Aktors betätigt. Somit wird der piezo-elektrischen Aktor in der einen Richtung durch die kapazitive Schnittstelle betätigt, in der entgegengesetzten Richtung durch eine optisch oder sonstige drahtlose Weise bewirkte Entladung.Of the piezoelectric actuator is, for example, by charging the Coupling capacitor of the capacitive interface in one direction, by unloading in the other direction or in an opposite direction Direction actuated. Thus, the wireless interface is for bi-directional actuation of the sufficient piezoelectric actuator. But it is also a variant appropriate, at the non-capacitive triggering for discharging the piezoelectric actuator Discharge means are present in the drive device. The drive device contains corresponding Control means for controlling the discharge means, for example a light source comprising a light-actuated semiconductor switch, For example, a photo-transistor, the discharge of the discharge circuit operated for discharging the piezoelectric actuator. Thus, the piezoelectric becomes Actuator in one direction through the capacitive interface actuated, in the opposite direction by an optical or other wireless Way caused discharge.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:following Be exemplary embodiments of Invention explained with reference to the drawing. Show it:
In
den
Ein
schematisch dargestellter piezo-elektrischer Aktor mit einem gegenüber einem
Basisteil
schließt. Der
Aktor
Die
Ansteuereinrichtung
Die
Steuerspannung
Durch
Anlegen der Steuerspannung
Nun
könnte
man, wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß
Die
Ansteuereinrichtung
Eine
temperaturbeständige
bzw. temperatur-schwankungsbeständige
Bauart der Gehäuse
Die
Gehäuse
In
diesem Zusammenhang sei betont, dass zweckmäßigerweise ein die Kapazität des Koppelkondensators
Zur
Erhöhung
der Aktor-Spannung
Die
Elektroden
Die
in
Im
Unterschied zu der Ventilanordnung
Die
Steuerspannung
Es
versteht sich, dass zusätzlich
zu der Membran
Zu
einem Zeitpunkt t1 erzeugt der Spannungswandler
Ein
Rückstellmittel
in Gestalt einer Rückstellfeder
Die
Membran
Die
Ansteuereinrichtung
Weitere
zweckmäßige zwischen
der ersten und zweiten Elektrode
Die
erfindungsgemäßen fluidtechnischen Anordnungen,
die zweckmäßigerweise
eines oder mehrere Strömungsventile
enthalten, eignen sich in besonderer Weise für den Einsatz auf dem Gebiet der
Lebensmitteltechnologie. Bei den Antriebseinrichtungen
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Owner name: FESTO AG & CO. KG, 73734 ESSLINGEN, DE |
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Effective date: 20140801 |