CN107420607B - 压电调节装置 - Google Patents

Abstract

一种压电调节装置，其具有压电元件，该压电元件的移动通过杠杆传递到柱塞。柱塞可以被设置为抵靠位于杠杆的一侧的邻接件，并且在杠杆的另一侧设置有第二邻接件。

Description

压电调节装置

技术领域

本发明涉及一种具有压电元件的压电调节装置，该压电元件的移动通过杠杆传递至柱塞，该柱塞可抵靠设置在位于杠杆的一侧的邻接件。

背景技术

这种调节装置例如从DE102014101512A1是已知的。这种已知的调节装置适用于作为阀的非常可靠和快速的驱动器，该阀在短期内没有温度漂移。使用的压电元件具有两个压电主动区域的对称和反平行布置，其产生倾斜运动，该倾斜运动通过在相反方向施加电压而经由公共杆传递到柱塞。柱塞可以用作阀柱塞，并且被设置在操作中设置抵靠在位于杠杆的一侧的邻接件（阀座）。

发明内容

本发明的目的是进一步开发压电调节装置，使得其在更长的操作中也具有减小的漂移的压电元件。

该目的由以下的特征满足，特别是在杠杆的另一侧设置用于杠杆的第二邻接件。压电调节装置通过这样的第二邻接件对称地操作，这会令人惊奇地显著改善长期性能。已经发现，在调节装置的不对称操作中，压电元件的两个压电区域不同地改变其性能。工作范围的漂移特别发生在高温下，以及由邻接件（阀座）引起的朝向一侧的动力的增加，并且需要在数个循环之后重新调整。因此，压电元件的行程在操作时间上不是恒定的，由此通过调节装置操作的阀的通流也改变。

然而，通过根据本发明的解决方案实现了杠杆在两侧向邻接件移动，其中第一邻接件由阀的阀座形成。然后可以控制压电元件的工作范围，使得负载尽可能对称，使得杠杆的自由端以相同的方式在两侧向邻接件移动。

在本说明书中结合附图公开了本发明的有利实施例。

根据第一有利的实施例，第二邻接件可以具有砧座以使磨损最小化。

根据另一个有利的实施例，第二邻接件可以是可调节和可固定的，使得杠杆的自由端的最大行程可被设定和固定。

根据另一个有利的实施例，杠杆从中间位置到达第一邻接件以及到达第二邻接件的行程可以具有相同的尺寸。因此提供了对压电元件的长期漂移有积极影响的对称关系。

根据另一个有利的实施例，可以提供检测杠杆的行程的距离测量设备，特别是温度补偿的距离测量设备。随着温度，使用年限和循环次数而变化的压电元件的行程可由此修正。此外，如果设置有电压测量设备，通过电压测量设备可以测量施加到压电元件的电压，则可以通过比较电压变化和距离变化来识别各个邻接件的邻接，因为在进一步增加或者降低的电压上，距离测量也不再变化。可以从中导出覆盖范围，即压入相应的邻接件的程度，并且可以通过适应或调节电压来改变覆盖范围。因此也可以确定压电元件的漂移，并且可以通过电压的正确适应自动补偿。此外，控制可以被配置为使得其确定压电元件的漂移并且通过相应的电压适应来对其进行自动补偿。在由于压电元件的老化而不再有足够的行程的情况下，可以通过控制来识别，并且可以显示驱动器所需的更换。

根据另一个有利的实施例，可以在调节装置中提供温度传感器，以补偿距离测量的温度依赖性或通过控制来校正温度传感器。

根据另一个有利的实施例，可以提供用于确定力的力测量装置，通过该力将杠杆压向两个邻接件。由于压电元件的电容取决于其负载，所以借助电流传感器或电流测量器可以进行力测量。因此可以确定压向相应的邻接件的力。通过电压行程和电压的偏移的相应选择可以以限定的力向第一邻接件移动，当杠杆的倾斜运动反转时，借助于不一定相同的力，可以移动到第二邻接件。力测量器还可以提供关于电压相关性的冗余信息。

附图说明

以下将参照有利的实施例和附图仅通过举例的方式描述本发明。如下：

图1是压电调节装置的截面图；

图2是图1的装置的简化示意图；和

图3是不同的行程曲线。

具体实施方式

图1所示的压电调节装置，通常具有与DE102014101512A1中描述的相似的设计，其全部公开通过引用成为本申请的内容的一部分。调节装置具有压电元件12，该压电元件12布置在壳体10中，并且以通常已知的方式由堆叠方式设置的多个压电材料层组成，并且分别设置有电极。此外，压电元件12还进一步构造成用于如图1中的双箭头所示的倾斜驱动运动。更准确地说，压电元件12根据所谓的双层原理（double-stack principle）工作，并且除了两个压电主动区域（piezoelectrically active region）之外还包括一个压电被动区域（piezoelectrically passive region），如EP0947002B1中所公开的。

在所示的实施例中，压电调节装置是计量阀的一部分，从而能够以定量的方式分配通过入口14供应的流体。为此，计量阀具有关闭设置在阀座18中的出口的阀针16。

为了抵抗打开弹簧20的力移动阀针16，提供柱塞22，其下端接触阀针16，并且其上端连接到杠杆24的自由前端，杠杆24可以通过压电元件12设置成倾斜振动。通过压电元件12的相应控制，杠杆24如图1中的双箭头所示倾斜，由此柱塞22以及因此阀针16也执行线性行程运动。通过弹簧20，阀针16保持在其打开位置，并通过柱塞22克服弹簧的压力而移动到关闭位置。从图1和2可以看出，在这方面，相对于杠杆的对称轴S布置在所述杠杆的一侧的阀座18用作柱塞22的邻接件，并且因此也用于杠杆24的移动。

为了实现压电元件12的均匀加载，根据本发明提供了，杠杆的行程运动（并且因此也是压电元件12的倾斜运动）不仅受到一侧的邻接件（阀座18）的限制，而且还在杠杆24的另一侧（相对于对称轴线S）上为杠杆提供第二邻接件，使得杠杆24的自由端随着所述杠杆的枢转运动邻接邻接件。在所示的实施例中，第二邻接件由销26形成，销26被拧入阀壳体10中，并且可借助于固定设备28’固定。第二邻接件26在壳体10中的位置是可调节的，可以以这种方式固定，使得可以通过调整来设定第二邻接件26的介入位置。

为了减少磨损，杠杆24在其外部自由端处设置有砧座28，柱塞22拧入砧座28的下侧，并且砧座28的上侧用作在第二邻接件26上撞击的撞击表面。

图2示出了上述调节装置中的行程关系。在图2所示的中间位置，即在压电元件12的无电压状态下，压电元件12以及由此杠杆24具有朝向两侧相等尺寸的自由行程x₁和x₂。在这方面，行程x₁是阀座18和阀针16的下端之间的间距，行程x₂是砧座28和销26的相应撞击表面之间的间距。在这方面，总行程可以通过阀座18和第二邻接件26之间的间距来设定。

为了改进对压电元件12的控制，调节装置具有连接到距离传感器32的控制器30，距离传感器32检测杠杆24的自由端的距离，并因此检测驱动器的行程。控制器30进一步测量压电元件的控制电压和供给电流，从而可以进行力测量。因此可以确定压入到密封座中并压向第二邻接件26的力。密封座位置也可以由控制器30确定。

最后，控制器30还包括温度传感器34，以补偿距离测量的温度依赖性或通过控制来校正它。

图3示出了由距离传感器30确定的不同的行程曲线，并且示出了根据本发明的调节装置的控制可以提高精确和长期稳定计量的方式。

图3a）示出了向压电元件12施加交流电压时的电压行程，图3b）显示了阀针执行的相应行程。可以认识到，在以特定的时间冲击阀座18时阀针16以特定的力压向阀座。

图3c）示出了由于调节元件的不对称工作方式，即没有设置第二邻接件26，而在更长的操作时间之后阀针16的行程。

通过设置第二邻接件26（图3d)），实现了调节装置的对称操作模式，其显著地减少了行程的漂移。

图3e)示出了由于压电元件12的温度和老化引起的行程变化。然而，借助于控制器，可以通过改变的电压行程来实现补偿（参见图3f)），并且通过控制器的校正（参见图3g)）再次将行程校正为对称偏转。

Claims (7)

1.一种压电调节装置，其特征在于，具有一压电元件（12），所述压电元件（12）的移动通过一杠杆（24）传递至一柱塞（22），所述柱塞（22）能够被设置抵靠第一邻接件（18），所述第一邻接件（18）布置在所述杠杆（24）的一侧，

所述压电调节装置还包括用于所述杠杆（24）的第二邻接件（26），所述第二邻接件（26）设置在所述杠杆（24）的另一侧；

所述压电调节装置还设置有检测所述杠杆（24）的行程的距离测量设备（32）；

所述压电调节装置还设置有电压测量设备，通过其测量施加到压电元件（12）的电压；

所述压电调节装置还设置有控制器，通过所述控制器根据电压测量和距离测量的相关性确定所述第一邻接件（18）和/或第二邻接件（26）的位置。

2.根据权利要求1所述的调节装置，

其特征在于，所述杠杆（24）具有一砧座（28）。

3.根据权利要求1所述的调节装置，

其特征在于，所述第二邻接件（26）是可调节和可固定的。

4.根据权利要求1所述的调节装置，

其特征在于，所述杠杆（24）从中间位置到达所述第一邻接件以及到达所述第二邻接件的行程具有相同的尺寸。

5.根据权利要求1所述的调节装置，

其特征在于，所述距离测量设备（32）是温度补偿的距离测量设备。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的调节装置，

其特征在于，设置有确定力的力测量设备，通过所述力将所述杠杆（24）压向所述第一邻接件（18）和第二邻接件（26）。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的调节装置，

其特征在于，设置有确定力的控制器，通过该力所述杠杆（24）抵靠第一邻接件（18）和第二邻接件（26）。