微閥的制作方法

專利名稱：微閥的制作方法
微閥
適用于極小量的配量(Dosieren)且適合于相應地高的開關頻率的微閥(Mikroventile)很久以來已為人所知。舉例來說，多年以來本專利申請人極其成功地制造和銷售了諸如不同產品系列的模塊化微閥等的微閥，其在廣泛的技術和科學應用領域中^皮^:用。應用可能性包括工業噴墨打印機、盲文打印機、化學分析技術(實驗室自動控制、生命科學)、用于高通量篩選的設備、微配量技術和納諾配量技術。在此，可利用如水、含水溶液、有機和或無機溶劑等的低粘性介質且特別地也可利用如油、脂、顏料和粘合劑等的高粘性的介質來工作。通過一致地將高值的(hochwertig)材料(例如藍寶石和紅寶石)分別地用于閥座、閥球確保了優化的化學相容性和耐久力。同時，完全避免了閥座的膨脹(該閥座的膨脹如從帶有由塑料制成的閥座的微閥中可知)。使用硬質材料對(藍寶石/紅寶石)的密封技術使得在配量時極小的僅為不多的數個百分之一毫米(wenigen 1/100mm)的開啟升程(Oeffnungshuebe)成為可能且基于這些材料的高耐磨性確保了穩定的
之為開關或升程)的相對高的密封性和相對精確的且可重復的配量量。在這些閥中，閥座包括錐狀孔，其帶有作為用于閥球的密封座的磨制的球帶(Kugelzone),其中，球帶具有與所使用閥球相同的半徑。在此球帶的概念為這樣的以幾何方式定義的表面——該表面的面積A通過公式^=2"^給出。在此，r理解為球半徑且h理解為從球中所截出的層的高度。閥球被保持在通過螺旋彈簧的驅動而將球壓到閥座中的銜鐵(Anker)中。銜鐵利用其遠離球的端部可動地支承在線圈體中且可通過將電^備接通到線圏處而被拉入到線圈體中以開啟閥。閥球在閥中未被引導且因此可在錐狀孔內自由運動。所顯示出的缺點是，由于快速的開關，經過較長時間后閥座和閥球都會呈現出損害密封性能的磨損痕跡。尤其在粘性介質(例如包含易揮發溶劑和粘粒的介質或者粘合劑)的情形下，進一步的問題是閥球在閥座中的局部粘結，這將對開關循環產生負面影響并使得精確的配量變得不可能。
文件DE19741816顯示了帶有球閥的微閥的另一實例。此處，閥球完全自由且未被引導。岡球的運動僅由閥座和閥室的側壁所約束。入口通道如此地寬，以使得閥球可完全地運動進入到入口通道中。閥球僅通過壓力或流動介質的吸入作用而被按壓到閥座上。此外，單個的或整堆的、依賴于電控而膨脹或者收縮的壓電元件在閥室中彼此層疊。在第一實例中，通過壓電元件突然的膨脹將閥球自其閥座而出地射入到入口通道中并釋放壓電元件中的閥開口。第二實施形式利用了壓電元件的收縮性能和閥球的慣性。通過快速的收縮，閥球從被閥座中升起且閥開口被釋;^。在兩種情況中，閥都通過介質的流動或吸入作用(其將閥球重新拉回到閥座中)而被動地關閉。為了減少閥球和閥
座處的磨損痕跡，建議將高值材料如陶瓷、金屬或藍寶石用于閥座而將紅寶石用于閥球。盡管選用了這些材料，閥座和閥球處的磨損還是巨大的，因為閥球完全未被引導且在運行時可能不受控地對著通道壁和壓電堆表面(在閥開口周圍)而敲擊。該解決方案的另 一缺點在于，閥的開啟時間不能個別地被控制，而僅可粗略地通過固定的參數，如介質的粘性和壓力、閥球的尺寸和質量、壓電元件的偏移能力，以及閥開口的大小等來預定。
本發明的背景
本發明目的在于，提供一種不具有上述缺點的微閥以供使用。尤其地，將示出一種相對于現有技術而言帶有提高的耐磨性(Verschleissfestigkeit)的微閥。此外，通過該微閥應可實現非常快速的開關并可精確地對在粘性和化學成分及腐蝕性方面不相同的多種介質進行配量。
7該目的通過帶有權利要求1的特征的微閥來實現。根據本發明的孩么閥的其它有利的實施形式可從從屬權利要求和方法權利要求中得出。
根據本發明的裝置的一重要特征是，帶有閥球、閥座和噴嘴的微
閥包括不同的區域，即，引導裝置(Fuehrungsmittel)、密封區域和出口區域。
根據本發明的優選實施形式的裝置的 一重要特征是，閥座包括引導區域、密封區域和出口區域。這些不同區域中的每個區域均分配有一個或多個不同的功能。應注意到，優選的是，帶有閥球的微閥至少在實際上的(eigentlich)閥區域(也就是，閥球和閥座的區域)中構造成旋轉對稱的。因此，所提及的區域，即，引導區域、密封區域和出口區域都各自同樣地為旋轉對稱的構型(Gebilde)，而實際上的噴嘴通道總是可帶有角度且由此可構造為非旋轉對稱的。為了關閉閥，閥球^皮壓到閥座中并因此在密封區域中在閥球和閥座之間實現密封。對于本領域技術人員來說顯而易見的是，閥球無須被強制地在幾何意義上構造成球。帶有僅在閥區域中構造成球形的形狀的物體也可實現該任務。尤其地，除了純粹的球外，例如帶有球形端部的圓柱體或圓錐體等的形狀也是可"i殳想的。此外，本發明也可利用橢圓體形的或其它凸形的旋轉對稱的形狀來實施而不會脫離本發明的思想。然而，為了便于理解，下面仍僅」提到閥球。在待配量介質的流動方向上，引導區域位于密封區域之前而出口區域(作為至噴嘴通道的過渡部)位于密封區域之后。下面將詳細說明所提及區域的功能。
在密封區域中，連同閥球一起而產生盡可能精確的形狀配合
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(rt)rmst;nmss)。 ""~刀叫,m iijiayv i"/王'i尺乂"n 7入口v 、 m 口^」■! 1^j夕個/iy^八的材料來實現這一目的，或與之相反，可通過將閥球形狀加以匹配來實現。根據所選材料，該變形可以是單次塑性的或是反復彈性的。但出于其它考慮，在此處所描述的發明則基于相當硬的閥球材料和岡座材料的使用，從而，對變形不加討論。作為用于閥球和閥座的材料，
8使用硬質材料對(優選紅寶石和藍寶石，或者陶瓷)。那么，密封區域 須從 一 開始就相當精確地匹配于閥球的形狀且依賴于特別的制造精
度。優選地，借助于磨球(Schleifkugel)來磨制該密封區域，以便形成 球帶狀的密封區域。在本發明的優選的實施形式中，磨球與閥^t具有 相同的尺寸。如上面已提到的那樣，閥^^的形狀可偏離幾何意義上的 球形，因此，磨制介質且由此密封區域也自然須具有該相應的偏差。
根據進一步的實施形式，這樣的面——在該面上密封區域與閥球 共同作用——被減小。該減小可進行到如此程度，即，使得閥球僅在 一環繞的線(該線由閥球在閥座或者說引導區域中的接觸點所構成)上 實現密封。因此，在制造時可省去復雜的加工步驟。但是，閥座幾何 形狀的這種簡化僅在對密封要求不太高且無須確保完全精密密封的 閥中是所希望的。例如在所謂的"低成本"應用中或在用于高粘性介 質的應用中就是這種情況。
如名稱已表明的，引導區域在閱關閉時將未被引導的或僅松動地 被引導的閥球柔和地(也就是說，在極小的力作用下)容納在閥座中并 將其盡可能無摩擦地引導到密封區域中。在此，閥球沿著引導區域的 一側滑動。與閥球在閥開啟時是從閥座的該區域中升出還是不離開該 區域無關，通過引導區域都可確保至密封區域的引導。在此有利的是， 引導區域在閥球的運動方向上具有斜度，從而使閥球盡可能陡,地并 由此受保護地(schonend)敲擊到引導區域上。這通過如下方法來實現， 即，引導區域的上部邊緣區域利用大的斜度，也就是說，利用大的引 導角而接住閥球。另一方面，根據本發明的閥座的新的有利的幾何形 狀也確保了 ，引導區域以盡可能平的(flachen)角度過渡到密封區域中， 理想地，該過渡部構造成完全平的，也就是說，密封區域和引導區域 之間的過渡角為零度。
已發現，20。的過渡角是過大的且常在相當少次數的開關后就已導 致磨損痕跡。為了限制磨損，根據本發明，過渡角最大為10°，優選地小于7°,并且，如下面還將說明的，過渡角的倒圓半徑
(Verrundungsradien)起著重要的"f卡用。
引導角表示在引導區域中的閥球的接觸點中的切線與虛擬的垂 直于閥中軸線的輔助平面之間的角。在下面的圖紙中，引導角備選地 定義為閥中軸線與穿過閥球中心及閥球在引導區域上的接觸點的直 線之間的角。因此，引導角依賴于閥球的升程。根據本發明的一種優 選的實施形式，引導角最小為25。，優選地為大于30。，特別優選地為 45°。該條件可通過呈球帶狀的引導區域來實現，其中，引導區域的球 帶的半徑大于密封區域的或者說閥球的半徑。兩個半徑之比(密封區域 的半徑:引導區域的半徑)優選地為1.01-1.2，特別優選的是為1.1的比。 此外，通過引導區域的幾何形狀定義了閥球和引導區域之間的上 凹入處(obereFreistellung)，其有助于閥的容易的開啟，也就是，有助 于閥球容易地在密封區域中從密封座中脫開。這尤其在粘性介質情形 下是有利的，因為其顯著地改善了 "頭開啟時間(Head Open Time)"。 "頭開啟時間"指的是在發生球的粘結之前或在須被沖刷之前閥可被 關閉的時間。
一種用于制造引導區域的優選的方法是，借助于才艮據上面所作敘 述優選具有比閥球大的直徑的磨球來進行研磨。也可使用其它制造方 法，例如借助于激光蝕刻工藝。引導區域不必強制地構造為球帶，而 是，備選的凹形形狀也是允許的。
出口區域優選地由這樣的錐體(Konus)構成——該錐體在4寺配量 介質的流動方向上從所需的閥座的直徑逐漸變細到噴嘴通道的直徑。 出口區域的錐體直接聯結(anschliessen)到密封區域處并構成從密封區
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角(Freistellwinkel)。大的凹入角有利于待配量介質的流動，且通過如 下方式，即，大凹入角防止了閥球在密封區域的粘結(尤其地在粘性介 質情形下)，從而再次提高了 "頭開啟時間，，。凹入角最小為10。，優 選地為>15°，特別優選地為20。。根據本發明的一種實施形式，出口區域直接由噴嘴通道構成。但 應注意，閥關閉情形下噴嘴通道中和閥球后面的下凹入處中的體積應 保持得較小，以防止待配量介質變干或硬化。噴嘴和閥座可由多個部 件組合而成或一體式地構造成一單元。
根據另 一種實施形式，通過將各個區域間的過渡部倒圓而進一步
減d、閥座及閥球處的磨損。那么，引導區域與座端面(Sitzstirnflaeche) 之間的過渡部中的半徑優選地為0.02至O.lmm，特別優選的是為0.03 至0.06mm的半徑。引導區域與密封區域之間的或密封區域與出口區 域之間的過渡部中的半徑優選地略小些且為0.01至0.06mm。
在根據本發明的閥中，闊球優選地如圖2所示地保持在活動銜鐵 的下端部處，該活動銜鐵利用螺旋彈簧的力對閥球施加作用并將其壓 到閥座中。活動銜鐵利用其遠離閥球的上端部可動地支承在線圈體 中，并且，可通過電路的至線圈的聯結而將活動銜鐵(對著靜止的銜鐵) 拉入到線圏體中以便將閥開啟。
根據本發明的第一組優選實施形式，活動銜鐵在閥中不進一步地 被引導。活動銜鐵的引導由與岡球共同作用的引導區域來承擔。該閥 球在閥開啟情形下可在引導區域內自由偏移(auslenken)。如果允許足 夠大的升程，閥球甚至可整個地從閥座的區域中運動出來。
根據本發明的閥的應用范圍包括工業噴墨打印機、盲文打印機、 化學分析技術(實驗室自動控制、生命科學)、用于高通量篩選的設備、 微配量技術和納諾配量技術。在此，可使用低粘性介質，例如水，水 溶液，這樣的墨——該墨基于水、諸如N丙醇、二曱基亞砜(DMSO)、 曱乙酮(MEK)等的有機和或無機溶劑、以及其它溶劑，以及特別地也 可使用高粘性介質，如油、脂、顏料、清潔劑、和粘合劑，或者甚至 是氣體。通過高值材料的一貫的應用，例如將藍寶石、陶瓷和紅寶石 用于閥座，或分別地，用于閥球，以及將不銹鋼用于微閥的其它零件， 確保了最佳的化學相容性和耐久力。同時完全避免了如其由帶有由塑 料制成的座的微閥中可知的閥座的膨脹。使用硬質材料對(優選藍寶石
ii/紅寶石)的密封技術使在配量時極小的、僅為數個百分之一毫米的開 啟升程成為可能，且基于這些材料的高耐磨性和閥座的特殊造型確保 了穩定的閥幾何形狀并因此確保了用于達幾百萬次開啟和關閉過程 (后面也稱之為開關或升程)的高的密封性和精確且可復現的配量量。 這與閥的極短的響應時間相結合而在配量時帶來了出色的動態性和 重復精度。閥噴嘴的幾何形狀如此地設計，即，使得直接自噴嘴起就
實現了用于無接觸配量的優化的水滴狀(Tropfenformung)。配量質量的 進一步的優化可通過在閥的入口區域中使用過濾元件來實現。
新的閥類型使高度的模塊化成為可能。除緊湊地由線圈和實際上 的閥等組成且因此4是供了窄的、例如為4mm的柵才各可能性 (Rastermoeglichkeit)(其在噴墨領域中是特別有利的)的微閥外，也建議 了這樣的微閥，在該微閥中，線圏與實際上的閥分開，以使得線圏鐵 心(spulenpaket)的使用成為可能。帶有例如為4mm的柵格可能性，這 些閥仍相當緊湊。
對于高粘性介質的配量，可使用帶有高通量的、也就是帶有較大
的介質通量體積的微閥。
根據閥類型，最大的開關速度可為從1000Hz到5000Hz，優選地 為直到3000Hz。
根據本發明的微閥以電磁的方式被操作且被配量介質直接地穿 流而過。在無流量狀態下閥關閉。在此，如上所提及的，活動衫t鐵處 的閉合球(Schliesskugel)或閥球通過所屬的彈簧而被壓向閥座。在閥線 圏通電時閥開啟，因為，由于所產生的磁場而發生兩個銜鐵的彼此吸 引。在開啟周期期間所配量的流體量依賴于輸送介質的過壓 (Ueberdruck)并由所施加的電壓脈沖的持續時間來確定，其中，介質的 過壓為可達70bar，優選地在10bar以下。為銜鐵而使用的合金經過特 殊挑選，以達到高的化學穩定性和最短的閥響應時間。優選地，銜鐵 設有金剛石鍍層或者其它合適的鍍層。在工業噴墨打印機或"高通量" 分析系統中的使用中，該特性非常地重要。
12為了在最高頻率下的最好的性能，優選地通過帶有分級式電壓脈
沖(峰值和保持)的供電來實現操控。脈沖電壓可借助于斬波器(Chopper) 而產生。在此，通過短的、較高的電壓脈沖(例如^ = 或者t/p = WF)來實現閥的快速且經定義的開啟。 一旦閥已開啟，則對于其余的 開啟時間來說較低的保持電壓(UH-2-3V)就已足夠。通過這種#:控方 式，可在發熱較少的同時實現最短的閥響應時間。因為線圈表現為感 性負載，所以在實際中控制電壓曲線會失真且須由電子控制設備通過 合適的措施來加以補償，以減少尤其在高頻下或在需要精確的關閉時 間(配量技術)時的負面的影響。
在出口區域處，分離棱(Abrisskante),也就是從噴嘴通道至外端面 的過渡部，構造得盡可能地鋒利，以使得良好的液滴分離成為可能。 優選地，分離棱半徑為0.003mm。按照已知的方式如此地選擇閥座的 和/或噴嘴的外端面的濕潤特性(尤其材料和表面質量)，即，使得它們 盡可能地防止濕潤和任何可能由此引起的粘附。對此，藍寶石已被證 實為可良好地適用的材料。此外，提供盡可能小的濕潤面積也纟皮證實 為是有利的。
為能達到極小的配量，將噴嘴通道的直徑減小到0.15mm以下是 有利的。因為由藍寶石或陶瓷制成的帶有如此細的通道的閥座的制造 是非常困難的，所以根據本發明的進一步的實施形式使用附加遮擋板 (Vorsatzblende)來限制流束。
帶有附加的遮擋斧反的閥前部(Ventil-Frontpartie)的結構在某些應用 時可有利于極小量的配量。根據介質和配量參數，相對之前所描述的 構造而言20%-70%的配量量的再次的減小是可能的。為了實現這種極 小的液滴尺寸，使附加遮擋板中的通孑L(Durchgangsoeffoung)的直徑與 優選同軸地布置的噴嘴通道相比顯著地更窄。流體通道的功能截面的 收窄通過使用遮擋板來實現，此時，在噴嘴塊中引入如此細的孔時注 定會出現的制造難度可得以避免。
13因為流體流道中的該收窄在出口點前不遠才發生，所以其限制被 約束到最小程度上。因此，遮擋板的使用(以結構尺寸相應地縮放的方 式)既適合于低粘度介質和又適合于高粘度介質。
為了獲得所期望的效果，在優選地為板狀的遮擋板中的通孔的直 徑和遮擋板的厚度以及噴嘴通道的直徑和長度須彼此協調。與之前所
提及的值相比，在帶有附加遮擋板的實施形式中，依賴于待配量介質 的粘性，通道長度可選擇得更短些。遮擋板中的通孔的直徑優選地為
噴嘴通道直徑的30- 50%。通孔的長度與其直徑之比優選地為1:1至 5:1。
遮擋板可由不同的材料，例如陶覺(如Zr02)、硬金屬或者塑料制 成。依賴于所選擇的材料，遮擋板在閥座處的固定優選地通過粘接或 焊接或通過機械固定來實現。
在最后所提及的情況中，根據一種實施形式，利用在外側套插到 閥殼體上的罩覆套筒(Ueberwurfhudse)而將遮擋板拉向閥座。該固定 方式的一種優點在于，可省去遮擋板在闊座處的直接固定。對于有些 應用，罩覆套筒的使用是不利的，因為噴嘴出口不再是前端齊平的 (frontbuendig)。
已證明，通過將附加遮擋板和閥座引入到引導元件的容納區域中 可實現兩者的非常好的同軸的定位。為了使-微閥的功能完好，遮擋板 中和閥座中的孔/開口相對于各自外直徑的精確的同軸度公差的遵守 是必須的。該兩個部件的外直徑彼此間的同軸的準確的對準
直徑處將該兩個部件加以保持)來確保。
根據一種優選的實施形式，遮擋板中的通孔在面向閥座的一側設 有倒角。該倒角用于改善至收窄部的流體導入。倒角的錐角優選地在 60°和90°之間。前述圓柱形遮擋板通孔的長度和直徑的優選值在帶有 倒 的實施形式中優選地也得以保持。遮擋板的厚度與之相應地增大了被倒角所占據的區域。經倒角的遮擋板孔的主要優點在于更好的流 特性。主要缺點在于，帶倒角的遮擋板制造起來較復雜。
當對感光的和/或光硬的介質進行配量時，閥座和/或噴嘴和/或附 加遮擋板優選地由不透明材料制造而成或被使得不透明。


下面根據僅示出 一些實施例的附圖來對本發明進行說明。其中
圖1在沿閥中軸線的縱向剖面圖中顯示了在關閉狀態中的微閥；
圖2顯示了出自圖1的在打開狀態中的微閥；
圖3a在沿閥中軸線的縱向剖面圖中顯示了根據本發明第一實施 形式的閉合的微閥的閥座的高度放大的圖示，帶有部分地畫出的閥 球，其中，閥的所有其它部分、尤其是活動銜鐵，未被示出；
圖3b顯示了才艮據圖3a的閥座，其中，閥球4皮略去；
圖3c在沿閥中軸線的縱向剖面圖中顯示了根據本發明第一實施 形式的開啟的微閥的閥座的高度放大的圖示，帶有部分地畫出的閥 球，其中，閥的所有其它部分、尤其是活動銜鐵，未^皮示出，特別被 強調的是引導角；
圖3d顯示了閥座的一種優選的實施形式，其中，在各個區域的 過渡部中的半徑^皮加以強調；
圖4顯示了用于搡控根據本發明的微閥的典型電壓曲線；
圖5a顯示了根據本發明的帶有大的出口區域和大的引導區域的 另 一 實施形式的閥座中的閥球的放大圖示(在閥閉合情形下)；
圖5b顯示了在閥開啟情形下的根據圖5a的在閥座中的閥球的圖
示；
圖6a顯示了才艮據帶有小的出口區域和大的引導區域的另一實施 形式的閥座中的閥球的放大圖示(在閥閉合情形下)；
圖6b顯示了在閥開啟情形下的根據圖6a的閥座中的閥球的圖
示；圖7a顯示了根據帶有大的出口區域和小的引導區域的另一實施 形式的閥座中的閥球的放大圖示(在閥閉合情形下)；
圖7b顯示了在閥開啟情形下的根據圖7a的閥座中的閥5求的圖
示；
圖8顯示了根據現有技術的帶有兩部分式的閥殼體的微閥的部
分剖開的下前端區域(unteren Frontbereich)的透視視圖，其中，用虛線 示出了用于引導游H失的元件。
圖9a至圖9d分別地顯示了根據本發明的相應的實施形式的微閥 的部分剖開的下前端區域的透視視圖，其中，顯示了閥座在殼體中的 固定和密封的不同變型；
圖10a顯示了根據本發明的帶有一體式引導元件的另一實施形 式的微閥的部分剖開的下前端區域的透視視圖，其中，閥座未示出；
圖10b顯示了穿過根據圖10a的前端區域的引導區 (Fuehrungszone)的截面；
圖lla顯示了在開啟的閥中的未被引導的活動銜鐵的示意性的 橫截面視圖，用來說明相對于閥座的相對位置；
圖lib在沿A-A的縱截面中顯示了根據圖lla的未被引導的閥 示意性視圖，用來說明帶有閥球的活動銜鐵相對閥縱軸線的偏移；
圖lie顯示了根據本發明的一種實施形式的在開啟的閥中的被 引導的活動銜鐵的示意性的橫截面視圖，用來說明相對于閥座的相對 位置；
圖lld在縱截面(沿A-A)中顯示了4艮據圖11c的^皮引導的閥的示 意性視圖，用來說明帶有閥球的活動銜鐵相對于閥縱軸線的偏移；
圖12a顯示了根據本發明的一種實施形式的部分剖開的引導元 件的透視視圖12b顯示了穿過微閥中的根據圖12a的引導元件的引導區的橫 截面；
圖12c在縱截面中顯示了根據圖12b的微閥的前端區域；圖12d顯示了根據圖12b和12c的微閥的部分剖開的下前端區域 的透視視圖，其中，活動銜鐵未示出而閥座可見；
圖12e在從斜下方的看向閥前端的視角中顯示了根據圖12b和 12c的微閥的部分剖開的下前端區域的透視視圖，其中閥座未示出而 引導元件可見；
圖13a在縱截面中顯示了根據本發明的微閥的另一實施形式的 前端區域，其中，截切平面穿過引導梁(Fuehrungsstege)而伸延且帶有 閉合^l的活動辨f4失、引導襯套和彈簧未以剖面方式示出；
圖13b顯示了穿過才艮據圖13a的前端區域的縱截面，其中，截切 平面伸延穿過流體通道；
圖13c顯示了穿過根據圖13a和13b的引導元件的引導區的橫截
面；
圖14a顯示了穿過根據本發明的微閥的另一實施形式的前端區 域的縱截面，帶有用于極小量的配量的附加遮擋板，其中，截切平面 沿著中心軸伸延；
圖14b顯示了根據本發明的另一實施形式的微閥的部分剖開的 下前端區域的透視3見圖，帶有根據圖14a的附加遮擋板；
圖15顯示了穿過帶有根據另一實施形式的附加遮擋板的孩i閥的 前端區域的^從截面；且
圖16顯示了根椐本發明的另一實施形式的微閥的部分剖開的下 前端區域的透視一見圖，帶有由罩覆套筒所保持的附加遮擋板。
優選實施形式的詳細描述
在圖1中，示出了在關閉狀態中的根據本發明的微閥1的第一實 施形式。所顯示的樣t閥1包括帶有閥座3的噴嘴19、帶有閥球2的活 動銜鐵16和帶有線圏17的閥主體20和靜止銜鐵18。在靜止狀態中 活動銜鐵16與安裝在活動銜鐵16處的閥球2 —起被按壓到關閉位置 中。為此使用關閉彈簧15,其一面作用在閥主體中的凸肩21處而另
17一面作用在閥球的容納部22處。在此，由活動銜鐵16所保持的閥球 2坐在閥座3中并由此將噴嘴19關閉。靜止銜鐵18大約占一半地處 在線圏17的區域中并借助于固定裝置24而在閥主體20中的該位置 中被固定。活動的和靜止的銜鐵16和18在其橫截面中均優選不是圓 的而是具有獨特的(profilierte)構造，以使得待配量介質23可在兩個銜 鐵16、 18周圍流動。待配量介質23例如借助于未進一步示出的輸送 管路而以已知的方式被提供給閥1。未在圖中示出的可選的在閥入口 區域中的過濾元件(帶有〈17pm的示例性的孔尺寸)是關于密封性、閥 的阻塞和配量精度等方面的額外的安全措施。
在所示出的實施例中閥座3由藍寶石制成，閥J求2由紅寶石制成 且閥主體20和兩個游f4失16和18由不銹鋼制成。
圖2現顯示了出自圖1的在其打開狀態中的微閥1。該狀態通過 如下方式實現，即，通過將電壓施加到線圏17上而以電-茲的方式佳_ 活動銜鐵16朝靜止銜鐵18運動。由合適的電子控制設備經輸電線26、 26'提供該電壓。通過活動銜鐵16的運動，閥球2逆著關閉彈簧15的 彈簧力而從其閥座3中升起并因此釋放用于待配量介質23的噴嘴通 道14。處在過壓(該過壓如同在其它實施形式中優選地為0-70bar、特 別優選地為0.3-1.5bar)下的介質23此時可自輸送管路25而出、穿過 閥主體20地在兩個銜鐵16、 18和閥球2旁流過并通過噴嘴通道14 從噴嘴19中且由此從微閥1中被給出。
在圖3a至3d中在部分截面中高度放大地示出了閥座3的不同區 域以及閥座3與閥球2之間的相互作用。閥座3包括三個不同的區域， 具體來說，引導區域4、密封區域5和出口區域6。密封區域5如此 地確定，即，在該區域中，閥球2建立起與閥座3的形狀配合密封連 接。密封區域5在該例中精確地匹配于閥球2的形狀。在優選的設計 方案中，密封區域5具有球帶的形狀，該球帶的直徑與閥球的直徑相 一致。對本領域技術人員而言清楚的是，密封區域5和閥球2可偏離球 的形狀而并不脫離本發明的思想。但理想地，該偏離在閥球2中和在 密封區域5中相同，以便繼續獲得形狀配合的密封連接。另外可設想 的是，密封區域5的球帶具有比閥球2大的直徑，由此，密封區域5 縮減成環繞的、閉合的、由閥球2在閥座3中和在引導區域4中的接 觸點所形成的線。
引導區域4表示閥座3的這樣的區域，其在介質23的流動方向 上位于密封區域5之前。引導區域4以過渡角8聯結到密封區域5處， 且優選同樣地構造成J求帶狀。引導區域4的球帶的半徑優選地大于閥 球2的球帶的半徑。這兩個半徑之比在所示出的例子中為1.1。保持 密封區域5和引導區域4之間的過渡角8較小，以使得閥球2在這兩 個區域之間過渡時不會遭受不必要的磨損。在本實施例中，過渡角在 2。和4。之間。此外，在閥球2與引導區域4的接觸點中的引導區域4 的斜度或者說穿過閥球2與引導區域4的接觸點的切線與垂直于閥中 軸線10的輔助平面11之間的角度(所謂的引導角)，也是所關心的。 引導角9可備選地如圖3c所示地定義為這樣的角，其出現在閥中軸線 10與虛擬線(該虛擬線在閥球中心和閥球2在引導區域4上的接觸點 之間)之間。該引導角9——如已說明的那樣——確保已從閥座3中升 起的閥球2在微閥關閉時盡可能柔和地被接住且使閥球2和閥座3上 的敲擊點或接觸點之間所產生的力保持盡可能小，以使得閥球2和閥 座3盡可能少地受載且不會受損害。該引導角9依賴于閥球2的升程。 其最小為25。，優選地為大于30。。朝向帶有閥球2的活動銜鐵的座端 面28可處在垂直于閥中軸線IO的平面中，或如圖3a至3d中所示的 具有錐形形狀。
有利的是，通過在第一步中引入用于噴嘴通道14的孔和錐體來 制造閥座2。錐體的最內部的部分在完成的微閥中保留作為出口區域 6。在第二步中，借助于磨球同軸于錐體地磨制出引導區域4。最后一 步，借助于第二磨球同樣同軸地磨制出密封區域5。
19在根據圖3a至3d的閥中，出口區域6跟在密封區域5的與引導 區域4相對而置的一側上。出口區域6由這樣的錐體構成，即，該錐 體將噴嘴通道14擴大至閥座3的所需要的大小、直接聯結到密封區 域5處并構成從密封區域5到噴嘴通道14的過渡部。其應構成盡可 能大的至密封區域5的凹入角12。大的凹入角12有利于待配量介質 23的流動且可防止閥球2(尤其地在粘性介質23情形下)在密封區域5 中粘結。凹入角12在所示的例子中為15°。
微閥1的一種優選的實施形式在閥座3的不同區域之間具有倒過 圓角的過渡部。圖3d顯示了這些半徑，座端面28和引導區域4之間 的過渡部中的半徑Rl,引導區域4和密封區域5之間的過渡部中的半 徑R2以及密封區域5至出口區域6的過渡部中的半徑R3。尤其是引 導區域4和密封區域5之間的半徑R2再次降^f氐了閥球2在閥關閉時 的磨損。在圖3d中示出了過渡區的可減少磨損的圓角。從制造工藝 的角度最初在R1上定義半徑大小，其中，其最小為R-0.02mm，最大 為R=0.1mm，且優選地為R=0.03至0.06mm。半徑R2和R3在使用 已知的生產工藝(刷、轉筒中除毛刺)的情形下同樣自動地被制造出， 但它們較小，因為這些區提供了較少的作用棱邊以用于倒圓。
圖4顯示了用于在lkHz下且帶有為500|as的閥開啟時間的連續 重復配量的操控的典型曲線。所示出的是在理想電阻負載情形下的曲 線。為了在最高頻率時的最好的性能，該操控優選通過帶有分級式電 壓脈沖(峰值和保持)的供電來實現。在此，利用短的、有所提高的電 壓脈沖t/"例如％ = 或者t/p = ^/F)來實現微閥1的快速且經定 義的開啟。 一旦微閥l已開啟，則對于其余的開啟時間來說較低的保 持電壓=2-3^就已足夠。此外還涉及
T 周期持續時間(T-^)
頻率
^ 閥開啟時間(依賴于壓力的量控制)^峰值脈沖時間(與閥和使用情況相協調，在運行中不再變化) ^ 保持時間 & 峰值開啟電壓 保持電壓
用于微閥1的經定義的開啟的最小開啟時間在此為 = ^(在根據本發明的基本變型中典型地為f產150/w)
每循環最大開啟時間由周期持續時間減去閥關閉時間而算出 =7^; (其中&表示閥的響應時間)
對于根據本發明的閥來說，通常利用tR 200|is來計算，然而在 此，該值相當強烈地依賴于使用和環境。
由于線圈17為電感性負載，所以控制電壓的曲線在實際中會失 真。電子控制設備須通過合適的措施在切斷后盡可能快速地消除線圈 17的自感，以便減少尤其是在高頻下或當需要精確的關閉時間時的負 面影響。例如在配量技術中就是后者這種情況。
圖5a和5b顯示了在微閥1'關閉的情形下和開啟的情形下在帶有 大的出口區域6'和大的引導區域4'和相應地縮小的密封區域5'的閥 座3中的閥球2的方丈大圖示。該幾何結構示出了針對4又通過閥座3來 引導閥球2的優化的實施形式。通過大的基本錐體或出口區域6',引 導角9'保持相對較大(盡管引導區域4'較大)。在為O.lmm的升程下閥 球2也不會摩擦超出引導區域4',且閥球2的最大可能的側向偏移近 似地具有與升程H相同的值。在才艮據圖5的雙磨制幾何結構中，閥座 構造成帶有相對小的引導區域。閥球在較大的升程下相應地較大程度 地向側面偏移，且一旦升程大于0.02mm時，密封區將在座端面和引 導區域之間的半徑上摩擦。因此，所示的幾何形狀特別適合于小升程 使用和帶有銜鐵引導的使用，就如其例如地在下面還將更詳細地被描 述的那樣。
在圖5b和后面所描述的圖6b和7b中(其分別地在打開狀態中顯 示了根據本發明的實施形式)在閥球上示出了密封區D'，其在關閉狀態中與密封區域5'共同作用。該密封區純功能性地且僅圖示地被示出。在該密封區中，球表面不偏離球形。
在圖6a和6b中顯示了在微閥1 "關閉的情形下和開啟的情形下在帶有小的出口區域6"和大的引導區域4"的另一實施例中的閥座3中的閥球2的放大的圖示。根據圖6的實施形式在幾何上具有與根據圖5的產品相同的基本錐體，但引導區域強烈地變大。在此可實現，密封區在運行時幾乎不再在座端面和引導區域之間的半徑上摩擦。但是為此需忍受的是，密封座或者說密封區域顯著更靠前地位于閥球處，這導致關閉狀態中的更差的引導角。在該實施形式中，在活動銜鐵未被引導狀態下側向偏移同樣相當強烈。
圖7a和7b顯示了在微閥1關閉的情形下和開啟的情形下在帶有大的出口區域6"'和小的引導區域4"'的另一實施例中的閥座3中的閥球2的放大圖示。該幾何結構顯示了一種主要通過座來引導球的優選的實施形式，在此，未使用獨立的銜鐵引導。由于與圖5和6的實施形式相比稍大的基本錐體(其導致了相對大的出口區域)，引導角保持相對地大(盡管初始磨制區域(Vorschliff)較大)。即使在為O.lmm的升程下密封區也不在座端面與引導區域之間的半徑處的接觸區上摩擦，且側向偏移相對升程幾乎^5^義仍為1: 1。在保持著閥5求2且在圖中未進一步示出的銜鐵套筒22與座端面28之間的距離A現在在約為0.067mm的最小值上，為了不將更多的限制帶入到系統中，不應低于該值。下面給出了一種示例性實施形式的典型特性數據:
特征值
噴嘴直徑0 0.15mm
壓力范圍0-20bar(典型使用0.3-1.5bar)
過濾17pm(入口處的串聯式(Inline)布置)
可配量的介質水和i^劑或試劑； 基于水、N丙醇、DMSO、 MEK以及 其它溶劑的墨 在一定條件下也可為液態的粘膠劑、 軟化劑、油、清潔劑、氣體。
接觸介質的材料不銹鋼、藍寶石、紅寶石
電操控優選峰值+保持式的操控 峰值電壓12或24V 保持電壓2-3V 當供電不是以峰值+保持的方式來實 現時，直流運行電壓須在保持電壓的 范圍內。
線圈電阻9.2歐姆
最大線圈溫度醇C
示例性的動態特性數據(涉及N丙醇和為0.7bar的壓差的值)
特征值
在持續的開啟下的最大流量8ml/min
20nl
(單次開啟脈沖150ps)
重復精度<5% CV *
(無反饋調節)
重復精度< 2% CV *
(帶反饋調節)
典型的響應時間200 |is
最大的配量頻率~2kHz*
*依賴于環境和用途
23在根據本發明的閥的一種有利的實施形式中，閉合球和活動銜鐵的引導完全或部分地由多功能的游f鐵引導部承擔，其也用作為座支撐部。
閥座和活動銜鐵的支撐和安裝在硬質材料密封的微閥中具有重
要的意義(zentrale Bedeutung)。活動銜鐵應可動地且易于接近地被支承，且盡管如此在任何時候都能盡可能直接地重新找到其在閥座中的關閉位置。同時，應確保極高的運動動態性，且盡管如此部件還應受到保護，以達到盡可能高的使用壽命。
閥座或噴嘴塊須相對閥殼體密封且其在裝配后須精確地保持在原位。噴嘴出口應盡可能地可自由接近，在周圍沒有干擾部件。
在圖8中所示的用于微閥的引導系統對于申請人是已知的，由于裝配技術的原因而決定了實施為多件式的殼體。這導致殼體部件104、105彼此之間的以及殼體部件104與閥座103之間的至少兩個密封部位D1、 D2是必須的，以確保沒有待配量介質不受控地流出。為了保持閥的直徑較小，將第一密封圈32放置到閥塊103的下端面處的第一密封部位處。噴嘴出口由此變深，或者說相對閥的下側面而向上回移且不是前端齊平的。在該已知的引導系統中的主要問題由于對制造公差的高的要求而產生，因為各個部件的制造誤差可能疊加并導致處在對該引導而言所允許的公差之外的總誤差。為了在盡管存在這種鏈公差效應(Kettentoleranz-Effekte)的情況下確保引導部相對閥座103的圓度，對于各個部件而言相當窄的公差是必須的，這使制造變得復雜且變得昂貴。
上面已描述的實施形式一一在這些實施形式中該引導單純通過閥球與閥座的共同作用來實現——在低于0.04mm的范圍內的小升程情形下是尤其有利的。因為在這些實施形式中引導區域直接布置在閥座中，所以可靠地避免了負面的鏈^^差效應。在閥開啟和關閉時活動銜鐵的引導通過之前所描述的閥座中的引導區域中的閥球的引導來實現。在圖9中示出了帶有集成式引導區域的閥座相對閥殼體的固定和密封的不同可能性。圖9a顯示了螺紋變型，在該變型中閥座103'利用螺紋罩31而在閥殼體30的下端處被固定，且由PEEK制成的密封圈32防止了閥座103'、殼體30和螺紋罩31之間的流體流出。在圖9b中，閥座103'被直接按壓到閥殼體30'中的相應容納部中，且由PEEK(聚醚醚酮(polyetheretherketon))制成的密封圈32'再次將殼體30，中的流體室相對閥座103，密封。在圖9c中示出了帶有優選地也由PEEK制成的更大的密封圏32"的另一的按壓變型。密封圈32"完全地包圍閥座103，的側罩面(Mantelflaeche)并構成上止動件，以使得優選地由硬質材料(如陶瓷或藍寶石)制成的閥座不與金屬殼體30"成接觸。脆性的閥座在相對有彈性的PEEK密封圈32"中的支撐被證明尤其在制造期間在閥座的壓入時是非常有利的。在圖9d中示出了另一實施形式，在該實施形式中閥座103，被直接按壓入閥殼體30，"的容納區域中且兩個部件之間的密封通過平面的粘接來實現。
下面所更具體地描述的根據本發明的微閥的其它實施形式優選在較大的、超過0.04mm的升程情形下被使用。此處，利用單個的多功能引導元件不僅將間座加以保持和密封而且在前面的區域中利用間隙配合精確地對活動銜鐵進行引導。該引導元件優選由聚醚醚酮(PEEK)制成，其為一種部分結晶的高性能塑料，具有一流的機械特性及非常好的化學物質穩定性及溫度穩定性。
在圖10a中，部分剖開地示出了根據一種優選的實施形式的微閥(微閥中閥座被略去)的下端部區域，也稱為前端區域。 一體式的設有階梯的引導元件40為用于容納閥座103而被插入到大致筒形的閥殼體30中。階形(Abstufling)41將引導元件40大致分成兩個區域，其中，閥座103插入在下部的構造成圓筒形的容納區域42中，其高度如此地與閥座的高度相協調，即，使得閥座利用上部座端面而貼靠在階形41處且并且相反的出口側的端面彼此對齊。引導元件40的上部區域43承擔實際上的引導功能且具有四個向內突出的引導梁44，其定義了均勻地;波此間隔開的、相應地在相鄰的引導梁44之間伸延的四個流體通道45。四個引導梁44在所示的實施例中以軸平行于閥中軸線 且向內指向閥中軸線的方式而伸延。引導梁44定義了同軸于閥中軸
線的圓筒形的引導區46，在該引導區46中活動銜4失16，的引導襯套 51以帶有小間隙(優選為若干個百分之一毫米)的方式被引導。該間隙 首先由制造公差決定，但在相應的精度下可選擇得更窄些。用于閥球 102的容納部22 ，同軸地位于引導襯套51的下端部處。
在圖10b中示出了根據圖10a的實施形式的引導區46在V方向 上的一見圖。由引導梁44所限定的流體通道45此時清晰可見。通過引 導梁44帶有小間隙地對引導襯套51進行引導。
圖11在可對比的對照中分別地在橫截面圖和側視圖中顯示了在 為O.lmm的升程下，在根據現有技術的閥座中無引導部的且無引導元 件的閥中(圖lla和llb)以及在帶有一體式引導元件的根據本發明的 閥中(圖llc和lld)，閥球和活動銜鐵的偏移。在根據圖lla和llb的 未被引導的變型中，閥球102，強烈地、也就是說，以多于升程高度(在 所示的例子中為0.174mm)的程度而從中間偏移出來，這將相當明顯地 導致動態性、壽命和流束形成方面的缺陷。在根據圖llc和lld的被 引導的變型中，閥球與此相反首要完成密封任務而幾乎不承擔《1導任 務，因為偏離中軸線的偏移量被減小為升程高度的一部分(在所示的例 子中為0.034mm)。
本發明的一個重要方面在于， 一體式引導元件顯著地提高了閥座 和閥球彼此間的定位精度，因為其確定了兩個元件相對彼此的軸向位 置。
所示的圖ll的實施例說明，引導元件40'—方面保持閥座103并 將其相對閥殼體密封且同時對引導襯套51，(在活動辨H失下端處)進行 引導，以使得閥球和閥座彼此間極其精確的軸向對準得到確保。因此 實現在閥開啟時閉合球102，與密封區域并分別地與閥座中的引導區域 構成近似均勻的環狀間隙，以使得待配量介質的流動動態性不會受到 負面影響。引導元件40，優化了活動游H失的引導(尤其在大的開啟升程
26下、也就是說，當閥球完全地從閥座中升起時同樣如此)并由此確保了 在閥關閉時兩個密封伴的最小負載。這導致最高的使用壽命和最好的 動態性得以實現。引導元件的內部中的流體引導區域的優選的設計方
案導致了流體動力死體積(stroemungsdynamischen Totvolumen)的最大
可能的減少。
在圖12a中示出了從斜上方看向根據帶有5個引導梁44"的另一 實施形式的、部分剖開的引導元件40"的透視視圖。
一般而言，根據本發明的引導元件優選以塑料壓鑄工藝制造。這 使得能夠制造處帶有平緩的過渡部和最小死體積的引導梁，就如其在 根據圖12a的視圖中所示的那樣。如由圖12b中可見的，該五個引導 梁44，，確保了帶有閥球2的銜鐵的優化的引導。在圖12c中在沿閥縱 軸線的剖面示出了在安裝狀態中的引導和密封元件40"。同樣在剖面 中被顯示的是閥座3"和一體式的閥殼體106的下部區域。帶有閥球2、 引導元件鄰"和彈簧的活動銜鐵的下部部分同樣在剖面圖中示出。在 視圖的上半部分剖開了流體通道45",在下半圖中則剖開了引導梁 44"。活動銜鐵的軸向位置在該區域中通過圓柱形引導襯套和五個隔片 之間的共同作用而精確地;陂定義。圖12d和12e顯示了,人斜上方或從 斜下方看向部分剖開的微閥的、在根據前述實施形式的帶有五個引導 梁的引導元件的區域中的透視^L圖，其中，在圖12d中未示出閥球、 活動銜鐵和關閉彈簧而在圖12e中未示出閥座。
對于高粘性介質和較大的流量容積，優選使用根據本發明的另一 實施形式的閥，就如其在圖13a至13c中所示的那樣。此處，在關于 可接受的銜鐵引導下的盡可能大的通流通道45'"和較窄的引導梁44"' 方面進行優化。平緩的過渡部同樣是有利的，且有害的死體積可被減 小。
帶有優選由PEEK、改性PTFE、 PPSRayton或其它高值工程塑料 (它們不流動(fliessen)、具有高化學穩定性和高強度)制成的多功能密封 和51導元件的前部的結構允許閥座和噴嘴的前端齊平的安裝，而這又在保持噴嘴中極短的通道長度的情形下通過噴嘴開口的優化的可接 近性而使得簡單的清潔成為可能。根據本發明的密封設計可靠且具魯 棒性，并且優選使用化學方面穩定性極高的材料(如PEEK)。
其使得簡單的安裝成為可能并由此使裝配變便宜。此外，通過更 少的部件而簡化了制造，并且同時，相對于已知的多部件式引導部設 計改善了引導的精度和部件的徑跳。
從噴嘴中出來的流體束更精確且更直，因為流體可均勻地環形地 繞閥球而流入到座中。在閥座后的死體積的消除防止了干擾氣泡聚 積。
在圖14至16中示出了根據本發明的三種實施形式，在這些實施 形式中，閥座中的噴嘴通道的出流開口 (Austrittsoeffhung)后面接有用 于限制流體束的附加遮擋板。
在根據圖14a和14b的例子中，閥座3的噴嘴通道14具有為 0.15mm的直徑。帶有直徑0.06mm的通孔61的附加遮擋板60在流動 方向上接在噴嘴通道的下游。附加遮擋板在所示的實施形式中在外徑 中被引導、與閥座同心地在引導元件40的容納區域中被保持且流體 密封地貼靠在閥座處。通孔61(其出于制造效率的原因優選為簡單的 孔)居中的布置在板狀的遮擋板中，以使得其與噴嘴通道14同心。
在根據圖15的實施形式中，遮擋板60'中的通孔61在朝向閥座 3且由此朝向噴嘴通道14的側面處設有倒角63。倒角63用于更好地 將流體導入到通孔61的收窄部中。倒角的錐角優選在60。和90°之間。 從與根據圖14a的無倒角的遮擋板的比較中可知，上述優選的針對圓 柱形遮擋板通孔61的長度和半徑的值優選地在帶有倒角62的實施形 式中也被保留，這使得與無倒角的遮擋板60相比，遮擋板60'的厚度 相應地增加了由倒角所占據的區域。
在根據圖16的實施形式中，利用在外側套插在閥殼體106'上的罩 覆套筒70而將遮擋板60'拉向閥座3。該固定形式的優點在于，可省 去通過粘接或焊接而進行的遮擋板在閥座處的直接固定。但對于某些應用情況，使用罩覆套筒70是不利的，因為噴嘴出口或者說出自附
加遮擋板60'的出口不再是前端齊平的。
根據本發明的微閥的優選的應用范圍例如包括
-噴墨領域打印盲文
-紡織機領域利用油進行的潤滑
-鐘表領域利用油進行的微小量潤滑
-球軸承領域脂配量
-機械領域利用油進行的微小量潤滑
-木材行業邊緣打印
-香水和香精領域香料和香精的極小量配量 -生命科學領域生物篩分，細胞研究，分析技術，研究和開發， 以及餾出物收集器所用的配量系統。
權利要求
1.一種帶有閥球(2)、閥座(3)和噴嘴(14)的微閥(1)，其特征在于，所述閥座(3)包括密封區域(5)和出口區域(6)且在所述閥座處布置有引導裝置(4，40)。
2. 根據權利要求1所述的微閥(l),其特征在于，所述閥座(3)包括呈引導區域(4)形式的引導裝置。
3. 根據權利要求2所述的微閥(1)，其特征在于，所述引導區域(4)在關閉的微閥(1)中構成相對于所述閥球(2)和相對于所述密封區域(5)的上凹入處(7)且同時具有平的至所述密封區域(5)的過渡角(8)。
4. 根據權利要求3所述的微閥(l)，其特征在于，密封區域(5)和引導區域(4)之間的所述過渡角(8)最大為10°，優選地為<7°,特別優選地為4。。
5. 根據權利要求2至4中任一項所述的微閥(l),其特征在于，關于垂直于閥中軸線(10)的輔助面(11)和穿過所述引導區域(4)中的所述閥球(2)的接觸點的相對于所述閥球(2)的切線的引導角(9)最小為25°,優選地為>30。，特別優選地為45°。
6. 根據權利要求2至5中任一項所述的微閥(l),其特征在于，所述引導區域(4)具有大致凹形的輪廓。
7. 根據權利要求2至6中任一項所述的微閥(l),其特征在于，所述引導區域(4)大致與球帶相符。
8. 根據權利要求7所述的微閥(1)，其特征在于，所述引導區域(4)的球帶的半徑大于所述閥球(2)的半徑。
9. 根據權利要求7或8中任一項所述的微閥(l)，其特征在于，所述引導區域(4)的球帶的半徑與所述閥球(2)的半徑之比為1.0-1.2，特別優選地為1.1。
10. 根據權利要求1至9中任一項所述的微閥(l),其特征在于，所述閥座(3)的密封區域(5)具有大致凹形的輪廓。
11. 根據權利要求1至10中任一項所述的微閥(l)，其特征在于，所述密封區域(5)大致構造為球帶。
12. 根據權利要求11所述的微闊(l)，其特征在于，所述密封區域(5)的球帶的半徑大致相同于所述球閥(2)的半徑。
13. 根據權利要求1至12中任一項所述的微閥(l),其特征在于，所述出口區域(6)在關閉的微閥(1)中構成相對于所述閥球(2)和相對于所述密封區域(5)的下凹入處(13)，并且至所述密封區域(5)的凹入角(12)為10°-30°,優選地為15。-25°,特別優選地為20。。
14. 根據權利要求1至13中任一項所述的微閥(l)，其特征在于，所述閥球(2)和所述閥座(3)構成優選地基于寶石、特別優選地基于紅寶石和藍寶石的硬質材料對。
15. 根據權利要求1至14中任一項所述的微閥(l),其特征在于，所述閥座(3;)由陶瓷制成。
16. 根據權利要求1至15中任一項所述的微閥(l)，其特征在于，所述閥座(3)和所述噴嘴(14)構造成一體式。
17. 根據權利要求1至16中任一項所述的微閥(l),其特征在于，在正常的使用中所述閥球(2)不可被從所述閥座(3)中移動出來且僅由所述引導區域(4)所引導。
18. 根據權利要求1至17中任一項所述的微閥(l)，其特征在于，引導區域(4)和座端面(28)之間的過渡部具有為0.02至0.1mm，優選地為0.03至0.06mm的半徑(R1)且引導區域與密封區域之間的半徑(R2)以及密封區域與出口區域之間的半徑(R3)比其小。
19. 根據權利要求1所述的微閥(l)，其特征在于，所述引導裝置為布置在所述閥座(3)處的一體式的引導元件(40)。
20. 根據權利要求19所述的微閥(1)，其特征在于，所述引導元件(40)包括下部的構造成圓筒形的用于所述閥座的容納區域(42)和上部的用于引導所述閥球的引導區域(43)。
21. 根據權利要求20所述的微閥(1),其特征在于，所述引導區域(43)具有至少三個向內突出的引導梁(44)和由這些引導梁所限定的流體通道(45)。
22. 根據權利要求21所述的微閥(l)，其特征在于，所述引導梁(44)均勻地彼此間隔開且布置成軸平行于岡中軸線并且向內指向所述閥中軸線。
23. 根據權利要求19至22中任一項所述的微閥(l)，其特征在于，所述引導元件(40)將所述閥座(103)相對所述閥殼體密封、保持所述閥座(103)并引導所述活動銜鐵(16),從而， 一旦所述閥球(102)從所述閥座(103)中升起，則所述活動銜鐵(16)中的閥球(102)與所述閥座(103)彼此間的同軸對準單獨由所述引導元件(40)來確保。
24. 根據前述權利要求中任一項所述的微閥(l)，其特征在于，所述引導裝置包括引導區域(4)和引導元件(40)。
25. 根據前述權利要求中任一項所述的微閥(l),其特征在于，在待給出流體的流動方向上在噴嘴通道的出流開口之后接有用于限制流束的附加遮擋板。
26. —種用于制造球閥(1)所用的閥座(3)的方法，其特征在于，在錐形的閥座(3)中通過利用至少一個磨球進行磨制或者通過激光蝕刻工藝而同軸于閥中軸線(10)地引入至少一個引導區域(4)。
27. 根據權利要求26所述的用于制造閥座(3)的方法，其特征在于，借助于兩個磨球同軸于閥中軸線(10)地磨出引導區域(4)和密封區域(5)。
28. 根據權利要求26或27中任一項所述的用于制造閥座(3)的方法，其特征在于，使用帶有為1.0-1.2、特別優選地為1.1的直徑比的磨球以用于磨制所述引導區域(4)和所述密封區域(5)。
29. 根據權利要求26至28中任一項所述的用于制造閥座(3)的方法，其特征在于，使用比用于磨制所述引導區域(4)的磨球小的磨球以用于磨制所述密封區域(5)。
30. 根據權利要求26至29中任一項所述的用于制造閥座(3)的方法，其特征在于，使用帶有與所述閥球(2)相同的直徑的磨球來磨制所述密封區域(5)。
31. 根據權利要求26所述的用于制造球閥(1)所用的閥座(3)的方法，其特征在于，對于錐形的閥座(3)，借助于激光蝕刻工藝同軸于閥中軸線(10)地構造出引導區域(4)和密封區域(5)。
全文摘要
提出了一種帶有閥球(2)、閥座(3)和噴嘴(14)的微閥(1)，其中，閥座(3)包括密封區域(5)和出口區域(6)且在閥座處布置有引導裝置(40)。該引導裝置呈引導區域(4)形式地構造在閥座(3)中或構造為布置在閥座(3)處的一體式引導元件(40)。根據本發明的微閥在有關動力性、使用壽命和流束形成方面帶來了顯著的改善。在第一實施類型中，通過如下方法達到更高的耐磨性，即，將呈引導區域(4)形式的引導裝置集成在閥座中，其中，過渡角、引導角和凹入角的尺寸被優化。在帶有一體式引導元件(40)的變型中，通過如下方式降低磨損，即，使得球主要完成密封任務而幾乎不承擔引導任務。
文檔編號F16K25/00GK101663521SQ200880007070
公開日2010年3月3日 申請日期2008年1月10日 優先權日2007年1月10日
發明者F·蓋格爾, R·蓋格爾 申請人:弗里茨蓋格爾股份公司