技术领域
[0001] 本
发明涉及，通过滑动阀可以控制或切换
流体流动。
背景技术
[0002] 滑动阀在本领域中的多种构造中是已知的。它们区别在于与其中阀元件与
阀座配合的称为座阀的阀相比需要较小的
力来致动阀侧。在滑动阀中的较低力基本上由垂直于受控流体的流动方向调节滑动的事实产生，并且由此，忽略摩擦，受控流体的压力对所需的调节力具有很小的影响。
[0003] 传统滑动阀的问题在于使用的阀驱动即使在静止时也通常消耗
能量。例如，
电磁阀驱动的线圈必须在滑动阀的操作过程中被连续地激励以将滑动件保持在期望
位置处。
[0004] 在滑动阀中出现的另一个问题是所需的安装空间。特别地，如果存在电磁驱动，几乎不能使其更加紧凑。
[0005] 最近，已经试图使用压电阀驱动。然而，如果压电阀驱
动能够产生足够大的诸如滑动阀所需的调
节距离，那么此种类型的驱动是非常复杂的(例如由于所需的冲程传动)。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种滑动阀，通过所述滑动阀可以在尽可能小的压力损失的情形下、以最小的能量消耗、通过直流电致动来控制流体或多种流体。此外，应该能够在当静止时阀驱动不消耗能量的情况下成比例地调节滑动件。
[0007] 根据本发明，为实现此目的，提供了一种滑动阀，其包括：轴套，其中设置延伸通过轴套的壁的流体开口；滑动件，其可调节地布置在轴套中并且设有至少一个流体
导管；以及电活性
聚合物致动器，其可以调节在轴套中的滑动件。对于阀驱动而言，本发明以使用不同聚合物的特性的潜在构思为
基础，由此当将
电压施加到不同聚合物上时它们
变形。此变形用于以可以随后直接地切换流体的此种方式调节阀。因此，可以，例如在2/2向或3/3向阀中切换任一流体，或者可以例如在5/3向阀中切换多个流体。由于聚合物致动器是高度有效的，因此需要非常少的能量来调节此滑动件。此外(忽略
泄漏电流)当聚合物致动器静止时不需要供给能量。另一个优点是可以利用聚合物致动器实施
比例阀。最终，还有利的是聚合物致动器不含有任何
铁磁材料，并且因此可以甚至在高
磁场应用中例如在MRT中使用由此驱动的滑动阀。
[0008] 本发明的一个实施方式提供聚合物致动器在轴套的内部布置在滑动件的轴面上。此结果是紧凑的构造，其中聚合物致动器可以直接作用在滑动件上。
[0009] 优选地，其提供将沿着滑动件的轴向方向作用的
弹簧分配到聚合物致动器。根据聚合物致动器的构造，由于有时需要偏置致动器，因此弹簧对于修正操作是重要的。弹簧也可以结合到聚合物致动器中。
[0010] 作为弹簧的另选，还可以使用提供期望的回复力的气垫。
[0011] 第二弹簧可以布置在与聚合物致动器相对的滑动件的面上。这以可以设定期望的阀特征的方式与第一弹簧适当地配合。然而，原则上单个弹簧是足够的。
[0012] 根据滑动阀的期望特征，弹簧(或者组合弹簧)可以具有线性特征。另选地，非线性特征也是可能的。总之，可以通过以期望的方式适当地选择使用的弹簧和聚合物致动器来设定阀的特征。
[0013] 本发明的一个实施方式提供第二聚合物致动器布置在与所述聚合物致动器相对的滑动件的面上。尤其如果期望滑动阀的特别高的操作
频率，那么与第一聚合物致动器相对作用的第二聚合物致动器是有利的。
[0014] 在本发明的一个实施方式中，聚合物致动器可以是叠层致动器(stack actuator)。对此，可以通过适当地涂覆单个致动器元件实现冲程与调节力的期望比率。
[0015] 另选的实施方式提供聚合物致动器是隔膜致动器。这通过更简单的构造来区分。
[0016] 一个实施方式提供聚合物致动器经由电传导性粘性连接
接触。通过此种方式，可以经由壳体开口直接地接触聚合物致动器的后面上的
电极。
[0017] 还可能提供的是聚合物致动器经由接触销钉接触。例如这些可销钉以设置在壳体基部中，在装配过程中以发生接触的方式逆着接触销钉按压聚合物致动器的电极。
[0018] 本发明的一个实施方式提供聚合物致动器通过多个接触环居中并且接触。接触环具有双重用途，如果聚合物致动器是由多个致动器隔膜形成的叠层致动器，并且机械居中在轴套内，那么所述双重用途具体为聚合物致动器的多个层的两个
电触点。
[0019] 还可以提供确保在聚合物致动器与轴套之间的预定间隙的引导件，以确保致动器的可移动性。引导件优选是弹性的。
[0020] 在本发明的优选实施方式中，滑动件是缸体。这使得能够以相对简单的方式将滑动件适当地密封在轴套内。
[0021] 本发明的一个实施方式提供，在分配到所述流体开口中的一个的部分中，流体导管沿着轴向方向的宽度小于分配到另一个流体开口的一部分中的流体导管的宽度。流体导管的较宽部分始终连接到分配到宽部分的流体开口，独立于滑动件的位置，然而较窄部分与分配到其上的流体开口之间的连接取决于滑动件的位置。
[0022] 优选地，提供抗扭曲保护，这确保滑动件可以在轴套中扭曲通过最多预定
角度。在非对称形成的滑动件中，抗扭曲保护是重要的，以便确保维持将滑动件的流体开口的不同部分分配到轴套的相应流体开口。
[0023] 优选的实施方式提供通过滑动件与聚合物致动器之间的旋转接合实现抗扭曲保护。在此实施方式中，不需要单独的抗扭曲保护；替代地，滑动件适当地附接到聚合物致动器，其由于所需的接触继而可旋转地接合在轴套中。
[0024] 本发明的一个实施方式提供滑动件包括：控制部分，其设有流体导管并且其外径与轴套的内径基本上相应；以及致动器突出部，其具有比控制部分明显小的直径。通过利用此实施方式，在一个方面可以在滑动件中节省材料，并且这产生低重量以及由此短的响应时间。此外，通过此种方式可以在致动器突出部周围设置足够大的自由体积，使得其中
定位聚合物致动器的空间不必设有适当的通
风装置，对于通过调节滑动件置换的体积来说这使得能够从其中布置聚合物致动器的轴套内的空间离开。
[0025] 一个实施方式提供
支撑盘设置在致动器突出部上。尤其对于叠层致动器来说这使得能够跨越大的区域支撑在滑动件上。
[0026] 一个实施方式提供滑动件在远离致动器突出部的面上设有具有比控制部分远明显小的直径的弹性突出部。弹性部分可以用于容纳布置在远离聚合物致动器的滑动件的面上的弹簧。此外，如上面对于致动器突出部说明的，关于重量并且没有
通风装置，弹性突出部带来相同的优点。
[0027] 本发明的一个实施方式提供轴套在其周边面上设有用于O形环的至少一个凹入部。O形环使得能够以简单方式将轴套适当地密封在其容纳在其中的壳体内。特别地，多个O形环以在多个流体开口之间将轴套封闭的此种方式适当的布置。
[0028] 本发明的一个实施方式提供流体开口是沿着周边方向延伸的狭缝。通过此种方式，可以实现通过滑动件切换的相对大的流量横截面。
[0029] 优选地，滑动阀的全部部件都是非铁
磁性的。这使得能够在高磁场应用中使用滑动阀。
[0030] 在本发明的一个实施方式中，轴套包括与周边壁一体地形成的基部。通过此种方式，制造了一种的杯型，其中可以装配例如初始地聚合物致动器、然后滑动件与随后地弹簧或者其它第二致动器。
[0031] 优选地，通过端壁密封轴套。端壁同时为与聚合物致动器相对的弹簧，或者诶布置在那里的第二聚合物致动器提供支撑。端壁还提供使轴套紧密密封。
[0032] 本发明的实施方式提供使轴套插入到设有流体连接件的壳体中。这使得能够将轴套与聚合物致动器预先装配在一起，并且根据应用，可以将滑动件作为阀筒随后地插入到适当的壳体中。在此种类型的阀筒中，端壁优选刚性地连接到轴套，例如旋拧在轴套上，以在内部密封的此种方式，形成可以插入到多个壳体中的标准的滑动阀组件。
[0033] 优选地，壳体包括
覆盖件，通过所述覆盖件将轴套支撑在壳体内部。此实施方式以简单装配为特征。此外，如果需要的话，可以以简单方式用聚合物致动器与滑动件一起来替换轴套。
[0034] 本发明的优选实施方式提供聚合物致动器是介电弹性体致动器(DEA)。此类型的致动器以高的可靠性与将调节路径精确分配到施加电压为特征。此外的优点是大的可能冲程、高能量
密度、低能量消耗、简单构造与低成本。
[0035] 滑动阀可以例如是3/3向阀或者5/3向阀。原则上，已经能够利用迄今的滑动阀实施的全部其它阀类型也是可能的。
附图说明
[0036] 在下面，通过不同实施方式公开的本发明，其在附图中示出，其中：
[0037] 图1a、图1b和图1c示意性示出了根据本发明的处于中间位置、第一切换位置与第二切换位置的滑动阀。
[0038] 图2是在图1的滑动阀中使用的滑动件的立体图；
[0039] 图3是在图1的滑动阀中使用的衬套的立体图；
[0040] 图4a、图4b和图4c示出了根据本发明的滑动阀，其包括处于中间位置、第一切换位置与第二切换位置的第一实施方式的聚合物致动器；
[0041] 图5是图4的滑动阀的立体纵向截面视图；
[0042] 图6a、图6b和图6c是在图4的滑动阀中使用的聚合物致动器的立体平面图、仰视立体图以及立体侧视图；
[0043] 图7示出了根据本发明的滑动阀的变型构造；
[0044] 图8a、图8b和图8c示出了根据本发明的滑动阀，其包括处于中间位置、第一切换位置与第二切换位置的第二实施方式的聚合物致动器；以及
[0045] 图9a、图9b和图9c是图8的滑动阀的聚合物致动器处于中间位置、第一切换位置与第二切换位置的立体图。
具体实施方式
[0046] 在下面，通过图1至图3公开了根据本发明的滑动阀的基本构造。这是3/3向阀。然而，通过略微改变阀可以实现其它类型。
[0047] 作为基本部件，滑动阀5包括壳体10、轴套30、滑动件50与聚合物致动器70。通常来说，滑动件50用于根据其位置阻断轴套30中的多个流体开口之间的流体连接或者用于产生较大或较小的流量横截面。滑动件50通过聚合物致动器70调节。
[0048] 壳体10是包括周边壁12与基部14的圆筒的形式。在周边壁12中，在此情形中可以设置三个流体连接件，流体可以通过流体连接件传送到壳体10的内部中。为了更好地理解，这些终端指示为第一流体终端16、第二流体终端17与第三流体终端18。
[0049] 在远离基部14的面上，壳体10设有凸缘20，壳体覆盖件22经由多个固定螺钉24附接到凸缘20上。
[0050] 包括圆筒轴套周边壁32并且包括在一个轴向端的轴套基部34的轴套30布置在壳体10的内部。在轴套周边壁32中设有三个流体开口36、37、38，并且在此情形中以沿着周边方向延伸的狭缝的形式跨越远大于简单孔的角度范围的角度范围。
[0051] 在示出的实施方式中，流体开口36、37、38跨越大约90°的角度范围延伸。沿着周边方向测量的各流体开口36、37、38的长度由此比沿着轴向方向测量的其宽度大许多倍。
[0052] 在其外面上，轴套30设有多个凹入部40，在每个凹入部中都布置有O形环42。凹入部40定位为使得在各种情形中都将精确分配到流体开口36、37、38中的一个的空间限定在它们之间的空间。
[0053] 如尤其可以在图3中看到的，流体开口37定位在左侧凹入部40与两个中心凹入部40的左侧之间，同时流体开口36布置在两个中间凹入部40之间。最后地，流体开口38布置在两个中心凹入部40的右侧与右凹入部40之间。
[0054] 当轴套30插入到壳体10中时，O形环42相对于流体终端16、17、18沿着轴向方向定位在适当位置处，使得流体终端16、17、18中的每个都以密封的方式精确地连接到流体开口36、37、38中的一个。
[0055] 流体终端16以紧密地连接到第一流体开口36的此种方式居中地定位在两个中心凹入部40的O形环42之间。第二流体终端17定位在左侧凹入部的O形环42与两个间凹入部40的左侧的O形环之间，并且由此与第二流体开口37成紧密的流体连接。第三流体终端18相应地与第三流体开口38紧密连接。由此，经由流体终端16、17、18中的一个供给或移除的流体经由分配到此终端的轴套的流体开口36、37、38精确地供给或移除。
[0056] 滑动件50是圆柱形形式，并且包括其外径与壳体30的内径相应的控制部分。在此上下文中，“调节适应”表示滑动件50在轴套30内部沿着轴向方向是可移动的，但是以流体密封方式容纳在轴套中。
[0057] 每个的直径都比控制部分52的直径明显小的两个突出部，都布置在控制部分52的两个相互远离的端面上。致动器54设置在一个面上并且弹性突出部56布置在相对面上。如可以在附图中看到的，此两个突出部的直径大约是控制部分52的直径的三分之一。
[0058] 滑动件50的控制部分52设有流体导管58，其目的是将流体开口36连接到流体开口37、38中的一个。
[0059] 在此情形中，在滑动件50中的流体导管58具有沿着轴向方向具有不同宽度的两个部分，具体为根据滑动件50的位置分配到第一流体开口36的第一部分60与分配到第二与第三流体开口37、38的第二部分62。
[0060] 沿着轴向方向测量的流体导管58的第一部分60的宽度，使得第一流体开口36通常在第一部分60内。通过比较，第二部分62的宽度小于第二流体开口37与第三流体开口38之间的距离。由此，根据滑动件50的位置，三种状态是可能的：第二部分62可以定位在这些流体开口37、38之间并且不与它们中任一个流体连接；第二部分62可以与第二流体开口37重叠以较大或较小的距离，并且可以与第三流体开口38重叠以较大或较小距离。
[0061] 流体导管58的第一部分60与第二部分62是相互连接的。为此目的，可以设置中心孔，或者两个部分60、62在滑动件50的后面(在图2中不可见)上沿着周边方向延伸足够远，使得它们过渡到彼此中。
[0062] 在弹性突出部56的面上，控制部分52设有肩部64。肩部的作用是减小滑动件的壁的轴向宽度；这导致较小的重量与阀的更加快速的响应。
[0063] 聚合物致动器70是介电聚合物致动器，本领域中已知它的多个实施方式。可以在WO2008/083325A1中找到实例。然而，原则上，能够使用任何聚合物致动器，其使得能够以期望的冲程与期望的切换速度调节轴套30内部的滑动件50。
[0064] 聚合物致动器70布置在轴套30的基部34与滑动件50的致动器54之间(参见图1a至图1c)。聚合物致动器70沿着轴向方向快速地连接到基部34以及连接到到致动器突出部54。
[0065] 聚合物致动器70的目的是沿着轴向方向调节轴套30内部的滑动件50。在这里作为实例实施方式示出的3/3阀的变型中，聚合物致动器70可以在图1a中示出的中间位置、第一最大地切换位置(参见图1b)与第二最大切换位置(参见图1c)之间调节滑动件50。
[0066] 为确保流体导管58的第一部分60始终分配到第一流体开口36，并且第二部分被认为沿着周边方向分配到两个流体开口37、38，提供抗扭曲保护，这确保了滑动件50沿着周边方向不会扭曲。在此情形中，实施抗扭曲保护，原因在于滑动件50的致动器突出部54与聚合物致动器70旋转地接合。
[0067] 在滑动阀5的各位置处，第一流体开口36完全定位在滑动件50的流体导管58的第一部分60内部。
[0068] 在滑动件50的中间位置处(参见图1a)，第二部分62定位在两个流体开口37、38之间。因此，通过定位在流体导管58的第一部分62的任一侧的滑动件的控制部分52的区域以直接地
锁定两个流体开口37、38并且间接地锁定流体开口36的此种方式密封流体开口37、38。
[0069] 在第一最大切换位置(参见图1b)处，以第二流体开口37完全定位在流体导管58的第二部分62内部的此种方式，根据图1a至图1c将滑动件50从中间位置移动到左侧。由于流体导管58的第二部分62连接到第一部分60，其还与第一流体开口36重叠，在此状态中在第一流体开口36与第二流体开口37之间(以及由此在第一终端16与第二终端17之间)打开最大流量横截面。
[0070] 在阀的第二最大闭合位置处，滑动件50以使流体开口38完全定位在流体导管58的第二部分62内部的此种方式从中间位置最大限度地移动到右侧。由此，最大流量横截面在第一流体开口36与第三流体开口38之间打开。
[0071] 聚合物致动器70构造为使得其可以在轴套30内部连续地调节滑动件50。通过此种方式，流体开口37、38作为控制
信号的函数可以打开更多或更少。由此，尤其能够使滑动阀5如比例阀一样的作用。
[0072] 支撑于端壁68上的弹簧66布置在滑动件50的弹性突出部56上，端壁68继而支撑在壳体覆盖件22上。在此情形中，弹簧66具有以期望的方式设置滑动阀5的控制特性的作用。例如，弹簧66的非线性特征可以
叠加在聚合物致动器70的同样的非线性特征上，以便最终实现滑动阀5的成比例特征。
[0073] 替代用作
复位弹簧，弹簧66还可以用于对聚合物致动器70进行
偏压。在此情形中，其是以
拉伸弹簧的形式。
[0074] 然而，原则上，滑动阀5还在没有弹簧66的情况下起作用。在此情形中，还形成没有弹性突出部56的滑动件50。
[0075] 还可以提供除了弹簧66a以外使用与聚合物致动器70相对作用的第二聚合物致动器。通过此种方式，可以实现滑动件的较短的响应时间。
[0076] 在下面，通过图4到图6公开了聚合物致动器70的第一实施方式。滑动阀5基本地与图1至图3中示出的实施方式相应，并且对从此实施方式已知的部件使用相同的附图标记。关于这些部件的全部说明也同样适用于图4至图6的滑动阀。
[0077] 在图4至图6的实施方式中，聚合物致动器70是介电弹性体致动器，其在此种情形中是以隔膜致动器的形式。
[0078] 介电聚合物致动器大体上以将大面积电极应用到介电聚合物膜的两个相互相对的面的每个为基础。当将足够高的电压施加到电极时，此电极以插入膜被压紧的此种方式相互吸引。由于使用的介电膜实际上是不可压缩的，因此电极之间距离的减小导致形状的改变。在隔膜中，例如当将电压施加到隔膜的两个面上的电极时，圆形隔膜的中间部分可以相对于外边缘轴向地偏转；简言之，介电膜的厚度的减小转换成隔膜的更大的轴向长度。
[0079] 在图6a至图6c中可以看到此介电弹性体致动器70。介电弹性体致动器70包括固定地附接在轴套30内部的外环72。在两侧上的由电极覆盖的介电聚合物膜的隔膜74夹紧在外环72中。附接部分76布置在中间部分中，并且连接到滑动件50的致动器突出部54。
[0080] 如可以在图6a和图6c中看到的，凸片78也形成在那里，其用于与致动器突出部54可旋转地接合并且由此执行用于滑动件50的抗扭转保护。
[0081] 此外，在外环72上，终端80相应地设置在相互相对的面上，并且与形成在隔膜74的相应面上的电极一起用于电连接中。
[0082] 如可以在图4和图5中看到的，外环72在距离基部34一定距离处安装在轴套30的内部中。附接部分76刚性地附接到致动器突出部54。弹簧保持件82布置在附接部分76的内面上，并且接收支撑在轴套的基部34上的弹簧84。弹簧保持件82可以由此还用作间隔件，其限定滑动件50的最大调节到左面的位置。
[0083] 为了电接触隔膜74的电极，设置两个接触销钉86，此两个接触销钉86延伸通过壳体10的基部14并且通过轴套30的基部34直到外环72中的终端80。接触销钉86可以插入到壳体10与轴套30的相应开口中，或者成型在其中，例如
注塑成型。不必说，在通过基部14、34的通道的区域中接触销钉86必须彼此绝缘以防止发生
短路。
[0084] 图4b示出了处于其中没有电压施加到聚合物致动器70的状态中的阀。隔膜74由此处于其“最短”形式中，并且弹簧84被最大程度地偏压。
[0085] 当电压经由接触销钉86施加到隔膜74上的电极时，隔膜74的聚合物膜被压紧，致使其在弹簧84的动作下被拉长。从图4b中示出的位置开始，在弹簧84的动作下弹簧84达到图4a中示出的位置，或者换句话说，弹簧84移动到右边。
[0086] 如果通过图4a中示出的位置起，甚至更高的电压施加到接触销钉86，聚合物膜甚至更进一步地被压紧在隔膜74的相对面上的电极之间，使得沿着轴向方向测量的聚合物致动器70的外环72与附接部分76之间的距离增加，并且滑动件50在弹簧84的动作下达到图4c中示出的位置。
[0087] 如果电压被移除，隔膜恢复到其初始状态。因此，弹簧84被压缩，并且根据图4滑动件移动到左侧。
[0088] 在示出的实施方式中，通过弹簧66来协助滑动件的恢复。如果不使用弹簧，恢复就仅在聚合物致动器70的弹性动作下发生。
[0089] 此聚合物致动器的基本特征是无需能量供给以将其保持在特定状态中。施加的电压仅需要保持不改变。为此目的，仅仅有必要补偿任何泄露电流。
[0090] 图7示出了变型构造，其与先前实施方式的不同之处在于滑动阀形成为阀筒，换句话说滑动阀在内部是密封的。相应地，在壳体10不要求用于此目的的情况下，端壁68刚性地连接到轴套。在此情形中，端壁设有紧密地拧入轴套30中的凸起69。
[0091] 由此形成的阀筒可以设置成多种尺寸以便切换不同的流体流量，并且随后地通过使用者将形成的阀筒插入单独的壳体中。在此情形中，这表示其中软管10制成比先前实施方式中的更短。相应地，右凹入部40布置为使得右O形环42更靠近轴套30的中心。
[0092] 图8和图9示出了聚合物致动器70的第二实施方式。除了对聚合物致动器进行改变以外，阀与从图1至图6已知的阀相应。相应地，从这些附图已知的部件设有相同的附图标记，并且对附图标记进行相关的说明。
[0093] 与图4至图6的聚合物致动器的区别在于在图8和图9的实施方式中使用叠层致动器。叠层致动器包括多个
单层介电聚合物膜，这样使得再次形成介电弹性体致动器。在各层的相互远离面上的电极以可以在层的相互远离面上的电极之间可以施加电压的此种方式相互接触。在此电压的作用下，相应层被压缩，由于使用的聚合物材料的不可压缩性，一部分材料被向外地压紧。总之，通过压缩单个层来减小整个叠层的轴向高度。
[0094] 叠层致动器90包括堆叠在彼此顶部上并且可以单独地接触的多个单个隔膜层92。在各种情形中电极都布置在层92之间并且可以经由接触元件94相互地接触。例如，在图9中的附图的前面上可见的接触元件94与电极1、3、5、7接触，同时布置在叠层致动器
90的后面上的第二接触元件94与电极2、4、6、8接触。
[0095] 两个接触元件94在面向轴套30的基部34的面上被引导远至其中它们可以通过接触销钉接触的叠层的下面。电传导性粘结剂连接可以用于此目的。支撑
垫圈96设置在相对面上并且刚性地连接到滑动件50的致动器突出部54。
[0096] 引导元件98设置在叠层致动器90周围，并且以可以沿着轴向方向移动叠层致动器的方式将叠层致动器90保持在距离轴套30的内壁的限定距离处。引导元件98是自身弹性可变形的。
[0097] 在图9b中，示出了处于初始装置中的叠层致动器，换句话说示出了未施加电压时的叠层致动器。每个层92都以叠层致动器作为整体位于其最大轴向长度处的此种方式处于其初始厚度。
[0098] 当将电压施加到层92之间的电极时，层被压紧，减小了其厚度。因此，叠层致动器90的轴向高度也减小，致使滑动件50从图9b中示出的开始位置(参见图8b中的滑动件的位置)增加地调节到左侧(参见图9b和图9c以及等效地图8b和图8c中滑动件50的位置)。
[0099] 从长远角度来看，即使引导元件98与叠层致动器90之间的相对移动导致层92的外面上的略微磨损，这是不重要的，因为此磨损是局部限定的，同时遍及较大面积发生此接触。
