CN112118911A - 具有压电陶瓷致动器的计量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于定量物质的计量系统(1)，其具有喷嘴(40)，用于定量物质的进料通道(44)，喷射元件(31)和与该喷射元件(31)和/或喷嘴(40)耦接的压电致动器(61)。压电致动器(61)密封地封装在壳体(62)中。

Description

具有压电陶瓷致动器的计量系统

技术领域

本发明涉及一种用于定量物质的计量系统，其具有喷嘴，用于定量物质的进料通道，喷射元件和与该喷射元件和/或喷嘴耦接的压电致动器。本发明还涉及压电致动器在用于对定量物质进行计量的计量系统中的应用，以及用于运行和制造这样的计量系统的方法。

背景技术

计量系统通常广泛地用于各种应用中，以有针对性地对待计量的介质(通常为从液体至粘性的定量物质)进行计量。在所谓的“微计量技术”的范围内经常需要将非常小量的介质精确且无接触地(即在计量系统和目标表面之间没有直接接触)施加到目标表面上。这样的无接触方法也常常称为“喷射方法”。一个典型的例子是在组装电路板或其他电子元件时，或在将转换器材料用于LED时对粘结材料点、焊膏等的计量。

在此一个重要的要求是将定量物质以高精度，即在正确的时刻、正确的位置、以精确的剂量输送到目标表面。这例如可以通过计量系统的喷嘴逐滴地分配定量物质来实现。在此介质仅与计量系统喷嘴的内部空间以及喷射元件的大部分前面的区域相接触。在此一种优选的方法是以如在喷墨打印机中使用的“喷墨方法”的形式喷射单个液滴。液滴的大小或每个液滴的介质含量可以通过结构和控制以及通过由此实现的喷嘴功能尽可能精确地预先确定。替代地，也可以将定量物质通过射流喷射或者雾状喷射喷射到目标表面上。

为了从计量系统给出介质可以在计量系统的喷嘴中设置可运动的喷射元件。喷射元件可在喷嘴内以较高的速度在喷嘴开口或出口的方向上向前推进，由此喷射出一滴介质并随后再次缩回。

替代地，计量系统的喷嘴本身可以在喷射方向和缩回方向上移动。为了分配定量物质，喷嘴和设置在喷嘴内的喷射元件在相对运动中朝向彼此或远离彼此运动。在此该相对运动可以仅通过出口或喷嘴进行，或者至少部分地还通过喷射元件的相应的运动来实现。

通常喷射元件可以通过在喷嘴中固定地连接在喷嘴开口的密封座上而被置于关闭位置并暂时保持在这里。在更粘稠的定量物质的情况下，使喷射元件简单地处于缩回位置，即保持远离密封座而不排出介质滴，也就足够了。

由于不同类型的具有压电致动器的计量系统的基本结构以及所基于的功能原理是众所周知的，在此不再详述。

与计量系统的具体喷射或功能原理无关地，为了对定量物质进行计量喷射元件和喷嘴或出口的位置总是相对变化。为此所需的喷射元件和/或出口的运动通常借助计量系统的致动器系统来实现。这样的致动器系统可以不同的方式来实现，其中，尤其是在要求高精度计量分辨率的情况下，优选使用具有压电致动器的计量系统。压电致动器也称为压电运行的致动器，其相对于其他类型或者按照其他原理工作的致动器的优点是非常精确以及尤其是更快的可控性。压电致动器的优势在于非常短的反应或响应时间。压电致动器的可能的响应时间的典型值为小于0.1ms，明显低于其他致动器原理的相应值。另一优点在于，压电致动器较其他类型的致动器所需的在计量系统内的空间更小。因此，压电致动器是计量系统运行的有效解决方案，特别是对于高精度的计量要求。

尽管有这些优点，计量系统中压电致动器的可靠性在过去常常被认为是不够的。由于在计量系统的操作过程中施加在压电致动器表面上的高电场强度，极化分子，如水分子将从致动器或计量系统的周围空气中被吸引，并导致致动器表面的导电性提高，尤其是对于陶瓷压电致动器来说。因此，由于漏电流的增加使压电致动器必须在短的使用时间之后进行更换，在此整个计量系统必须暂停一定时间。由此不必要地降低了计量系统的效率。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于，提出一种具有压电致动器的计量系统，压电致动器在计量系统中的应用，以及用于运行或制造具有压电致动器的计量系统的方法。利用它们可以避免以上所述的缺点。

本发明的目的通过根据权利要求1的计量系统，根据权利要求13的压电致动器在计量系统中的应用，以及根据权利要求14所述的运行计量系统的方法和根据权利要求15所述的制造计量系统的方法来实现。

根据本发明的用于从流体至粘稠定量物质的计量系统具有至少一个喷嘴，用于定量物质的进料通道，喷射元件和至少一个与该喷射元件和/或喷嘴耦接的压电致动器，以使喷射元件和/或喷嘴相对于彼此运动。待计量的定量物质通过计量系统的进料通道到达计量系统中包含喷嘴的区域。

由根据本发明的计量系统给出定量物质可以按照之前所述的形式实现，即计量系统不局限于具体的喷射或功能原理。相应地，如在大多数情况下那样，在计量系统的喷嘴中(尤其是在喷嘴的紧靠出口之前的区域中)设置以较高速度运动的喷射元件以使定量物质从喷嘴中喷出。替代地或附加地，可以如已述的那样，使根据本发明的计量系统的出口构成为可运动的。出口指属于计量系统的喷嘴的从计量系统内部向外引导的开口(在此也指非常短的通道)以从计量系统给出定量物质。为了出口的运动，可以至少将喷嘴的包含出口的区域或组件相对于计量系统的其他不运动的部分构成为可在喷射方向和/或缩回方向上运动的。

在本发明的计量系统中，定量物质通过喷射元件本身从喷嘴喷出。为了从喷嘴喷出，喷射元件要与待给出的定量物质接触并且由于喷射元件的和/或喷嘴的运动而将定量物质“挤压”或“推”出计量系统的喷嘴。借助喷射元件，定量物质几乎是“主动”从喷嘴喷出的。这使得本发明的计量系统不同于其他的分配器系统，在那些系统中，封闭元件的运动仅引起喷嘴打开，然后加压的定量物质自己从喷嘴中释出，如内燃机的喷射阀的情况。

根据本发明计量系统的特定的(之前描述过的)设计，喷射元件和/或排出口的运动通过喷射元件和/或排出口(即具有排出口的构件)与计量系统的压电致动器的相应联接实现。

原则上，这种联接独立于本发明计量系统的特定喷射原理，由压电致动器施加的力和运动以如下方式传导：计量系统的各可移动元件，即喷射元件和/或排出口的期望的运动使得定量物质从喷嘴中给出。在此至少一个压电致动器这样构成或设置：直接和/或间接地例如通过运动机构使计量系统的相应的运动元件运动。

优选运动机构可以包括联接元件，以将压电致动器的运动传递给计量系统的可运动元件。特别优选联接元件可以具有传动元件，以将压电致动器的偏转增大一个特定的值或系数。该传动元件尤其是可以这样构成：其在压电致动器的偏转或行程与计量系统的可运动元件之间产生特定的传动比。借助传动元件可以将压电致动器的偏转转换为计量系统的可运动元件的特定的、期望的偏转。

特别是，由于这样的传动元件使得计量系统也特别适合于对具有中等或高度粘度的定量物质进行计量，在此粘度例如可达0.5Pa^*s,优选可达1Pa^*s,尤其优选可达1000Pa^*s。

传动元件例如可包括可倾斜地安装的杠杆，其与压电致动器和计量系统的可运动的喷射元件，如挺杆

有效接触。这意味着，杠杆的杠杆臂构成为能够产生特定的传动比/冲程比。

根据本发明，至少一个计量系统的压电致动器被密封地封装在壳体中。优选可以将整体式压电陶瓷致动器、特别是压电陶瓷多层致动器或整体式压电操作的多层致动器设置在气密密封的外壳中。以下将壳体以及设置在其中的压电致动器以及其他可能配属于壳体的元件称为致动器单元。

在本发明的范围内，“气密密封封装”被理解为，将环绕压电陶瓷致动器的壳体进行密封，使得没有材料或物质能够从外部透过该壳体。反之这也意味着，也没有材料可以从壳体内部逸出到壳体外部。特别是壳体被构成为，一般为不透水或湿气的。

优选将壳体设计用于，使处于壳体内部且包围压电陶瓷致动器的“大气”在一定的时间段内基本上保持恒定。特别是借助气密密封的壳体可以在被封装的压电陶瓷致动器在计量系统中运行时，即在本发明的计量系统运行时，预先给定的“大气”也在壳体内基本保持不变。对“大气”的详细描述以及围绕压电陶瓷致动器的壳体的详细描述还将在其他地方给出。

本发明还涉及至少一个气密密封地封装在壳体中的压电致动器在用于对定量物质进行计量的计量系统中的应用。优选该封装的压电致动器用在以上所述的根据本发明的计量系统中。

有利地，在根据本发明的计量系统中，其具有至少一个气密封装压电致动器或通过使用这样的气密封装在壳体内的压电致动器，能够在计量系统中实现，使压电致动器在计量系统运行期间也能够基本上完全屏蔽掉有害的或不利的外部(环境)的影响。由此提高了根据本发明的计量系统的中压电致动器的使用期限或“寿命”，从而相对于常规计量系统(即没有对压电致动器进行封装的系统)大大降低了更换失效压电致动器的频度。还有利的是，通过本发明的计量系统还明显提高了系统的(不间断)使用期限。

在根据本发明的计量系统中，通过减少不期望的或非计划的由于更换致动器而不可避免造成的停机时间，可以使本发明系统的效率相对于常规计量系统大大提高。此外有利的是，根据本发明的计量系统是新颖的，尤其是能够用于常规计量系统所不适用的应用领域，例如在空气湿度很高或者甚至在水下的环境中。

在根据本发明的用于运行用于对定量物质进行计量的计量系统的方法中，该计量系统具有密封地封装在壳体中的压电陶瓷致动器，并且优选对应于以上所述的本发明的计量系统，尤其优选根据至少一个被封装的压电致动器的运行参数来调节该计量系统的运行。优选在计量系统持续运行期间借助至少一个设置在壳体内的传感器来确定运行参数。可以将基于运行参数的(测量)值传输给计量系统的控制单元，借助控制单元可以根据测量值(实际值)调节计量系统的持续运行，使得能够保持或达到运行参数的可预先给定的预设值。就此而言在本发明的范围内控制单元还包含调节单元的特征。

在根据本发明的制造用于对定量物质进行计量的计量系统的方法中，优选制造根据本发明的计量系统，该计量系统具有压电致动器，至少一个压电致动器密封地封装在致动器自己的壳体(致动器壳体)中。该压电致动器的壳体(致动器壳体)被安装在计量系统的壳体(壳体块)内。在此，压电致动器连同其致动器壳体被设置在计量系统的壳体内，使其被壳体块所包围，但仍可能(至少部分地)从外部接触，例如，设置在壳体块的开放的凹口中。

本发明的其他非常有利的实施方式和扩展由从属权利要求以及以下的描述给出，其中，一种权利要求类型的独立权利要求也可以类似于另一种权利要求类型的从属权利要求和实施例来扩展，尤其是可以将不同实施例和变型的特征组合成新的实施例或变型。

作为压电致动器或压电运行的致动器，特别是压电陶瓷致动器，在本发明的范围内定义了这样的构件：其虽然可以由多个元件、如多个彼此层叠的致动器晶体或压电活性材料的层，尤其是陶瓷构成，但是也可以形成整体上由控制单元控制的复合物，即具有用于控制其所包含的各个元件的共同的电连接。

除了壳体以外，对于作为本发明基础的计量系统的封装的压电致动器来说，优选为整体式压电陶瓷多层致动器，其具有多个堆叠的压电活性材料(如钛酸锆钛酸盐，Blei-Zirkonat-Titanat)层以及布置在各层之间的导电内部电极。优选将这些内部电极交替地引导到致动器表面，电并联并组合成两个组，它们构成压电陶瓷致动器的两个连接极。非封装的压电陶瓷致动器的基本结构例如在EP 0 844 678A1中公开。

原则上在本发明的范围内可以在根据本发明的计量系统中在一个共同的壳体中密封地封装多个(即两个或更多)以上所述的压电致动器。但在以下的描述中，为简单起见，除非另做说明描述针对单个压电致动器，优选为压电陶瓷致动器，其密封地封闭在壳体内，但本发明不局限于此。

根据本发明的计量系统的具体实施方式，优选在一个本发明的计量系统中设置多个分别单独封装的压电陶瓷致动器。为此可以将第一封装的压电致动器和第二封装的压电致动器一个接一个地布置，使得两个压电致动器的相应长度近乎可以相加。如果两个封装的压电致动器彼此平行地设置，则两个压电致动器在一个时刻施加的力基本上可以相加。

替代地或附加地，本发明的计量系统中还可以使多个封装的压电致动器在它们的运动中在相反方向上进行切换和/或对准，如按照“推-推设置”的方式。在EP 2 969 248B1中公开了一种按照该原理工作的计量系统，虽然没有封装的压电致动器。因此上述文献被视为本公开的一部分。相应地根据本发明的计量系统的实施方式，两个封装的压电致动器中的一个可以沿预定方向直接或间接地推动排出口或包含排出口的喷嘴的构件。这意味着，在两个封装的压电致动器中的第一个膨胀且向一个方向推动排出口时，第二封装的压电致动器收缩并由此释放出排出口在期望的方向上运动所需的空间。为使排出口在另一(相反的)方向上运动，封装的压电致动器的相应作用对调，即第二压电致动器再次膨胀并推动排出口，而第一压电致动器则收缩。

有利地，本发明可以用于所有常见类型的计量系统或本文开始所述类型的具有压电致动器的计量系统中，即独立于具体的喷射原理。因此，在本发明的计量系统中，可运动的喷射元件和/或可运动的排出口可以分别与若干本发明计量系统的封装的压电陶瓷致动器联接。在此，对于“若干”这样理解，即相关的特征可以单个或多个地存在。

但为了更好地理解本发明并且不构成对本发明的限制，以下将借助一计量系统进行描述，其中施放定量物质仅借助可运动的喷射元件实现，而喷射元件的运动仅借助一个封装的压电致动器实现。如本文开始所述，优选将喷射元件构成为，使喷嘴开口基本上完全关闭或者与设置在喷嘴开口内的密封座固定连接，从而封闭计量系统。

如已所述的，喷射元件的运动借助至少一个计量系统的密封封装的压电致动器来实现。优选将密封封装压电致动器的壳体，即致动器壳体设计为“抗疲劳(dauerschwingfest)”的。

在本发明的范围内，将“抗疲劳”或“耐用”理解为，在设置在壳体中的压电致动器本身的典型的使用寿命的范围内，即在经过若干次振动(偏转)之后，不管封装如何，压电致动器都能在计量系统(与结构相关)的运行中正常运行，而壳体本身不会出现疲劳迹象。优选壳体这样构成，使得压电致动器不会失效。特别是要充分“持久地”防止在致动器表面上出现漏电流或这种漏电流的增加超过可预先给定的(可容忍的)边界值。在本发明中，将充分“持久地”理解为，之前所述的壳体的有利特征在计量系统的封装的压电致动器的典型的使用寿命下，在通常出现的条件下能够基本上完全被保持。在此，前提例如是，封装的压电致动器的偏转位于在计量系统中使用压电致动器的正常范围内。通常(扩展的)压电致动器的偏转例如在静止的压电致动器的1.4‰至1.7‰。

优选将壳体构成为，使壳体在在计量系统中使用致动器单元期间，即在计量系统运行时，充分“持久地”保持功能正常。换言之，就是在计量系统运行的常规条件下(如频率，偏转量，计量系统中的温度等)，防止在壳体的区域中出现疲劳迹象，如出现裂纹、裂缝、缝隙、断裂或其他类型的泄露等。优选将壳体构成为，对位于壳体内部和围绕壳体的外部之间的材料或物质，特别是对于湿气，例如在计量系统的典型维护间隔内，足够“持久地”且连续有效地形成气密性扩散屏障。优选将壳体构成为“防扩散密封(diffusionsdicht)的”。也就是优选将壳体设计为即使在封装的压电致动器的至少1*10^9个，特别优选为1*10^10个周期或偏转后仍是完好的。

有利地，借助构成为抗疲劳的的壳体可以实现使计量系统能够在预先给定的时间段内(例如计量系统的维护周期)基本上无间断地运行(至少就压电致动器的功能而言)。由此可以减少计量系统的不期望的停机时间，提高了计量系统的效率。

为了实现抗疲劳的壳体，可以主要借助金属材料来制造壳体。替代地，壳体的各个区域可以由不同的材料、即非金属材料制成。例如，壳体底部和/或壳体盖可以包括陶瓷基材，或通过可弯曲的膜来实现。还可以考虑其他类型的材料，只要是在以上定义的意义下，即便是在计量系统运行期间，它们也能使壳体足够持久地气密密封。

优选壳体至少分段地以折叠状的金属波纹管的形式构成。为此壳体包括优选为平面平行的壳体底部，以及与壳体底部相邻接并与其固定连接的长形的基体或壳体外套，如金属管。在壳体外套中至少可以在部分区域中设置波纹管。壳体的上端部可以构成与壳体外套固定连接的、优选平面平行的壳体盖。

优选形成在封闭的壳体内的内部空间的大小为，使得以上所述类型的压电致动器优选能够在其纵向延伸上完全设置在壳体底部和壳体盖之间。优选将压电致动器这样设置在封闭的壳体内：使压电致动器的各端或端部区域直接贴靠在壳体底部或壳体盖上，尤其是当压电致动器处于静止的、即非膨胀状态时。优选压电致动器的至少一个端部区域，如致动器脚与壳体底部固定连接。

优选可以将壳体构成为，使得设置在壳体内的压电致动器的表面和壳体的内壁至少在壳体外套的区域内彼此不接触。换言之，壳体外套或壳体的基本上横向于壳体的纵向延伸的内横截面优选大于设置在壳体内的压电致动器的相应横截面。

有利地，通过将至少部分壳体设计为金属波纹管的形式可以实现，使壳体至少部分构成为柔性的，在此壳体的刚性降低。由此使得在施加电压时压电致动器在壳体内可以尽可能自由地或不受阻碍地膨胀。有利地由此可以实现，基本上将由压电致动器产生的全部力用于使计量系统的喷射元件或喷嘴运动。由此，计量系统将封装的压电致动器的优点(如计量系统的更高效率)和非封装的压电致动器的优点(如几乎没有来自壳体的额外阻力)集于一身。

压电致动器可以具有温度依赖性。这同样涉及到压电致动器在电压下的偏转以及在静止状态下的尺寸。因此，压电致动器的温度可以对计量系统的功能性产生直接影响，并且例如可以不期望的方式影响喷射元件的运动和/或位置。

因此，为了监控温度优选在壳体内部或内部空间中设置至少一个温度传感器。替代地或附加地，可以将至少一个温度传感器设置在壳体的背离封装的压电致动器或壳体的内部空间的外侧上。以下仅为易于理解起见，假设将至少一个温度传感器设置在壳体内部，但这不构成对本发明的限制。

优选将温度传感器在壳体内设置在致动器和壳体内壁之间的区域中。壳体内壁分别包括壳体底部、壳体外套和壳体盖的内侧，即壳体的朝向用于封装压电致动器或形成壳体内部空间的所有区域或面。例如，温度传感器可以设置在压电致动器和内壁之间的中间区域中，或壳体底部和壳体盖之间的中间区域中，即自由地“漂浮”在壳体中。壳体中的温度可以用于(根据计量系统的运行参数)调节计量系统的运行，如以下将讨论的。

优选可以将至少一个温度传感器设置在压电致动器的外侧上或上方。优选可以这样将温度传感器设置在致动器的外侧上：使温度传感器与致动器的外侧测量接触。在此致动器外侧与致动器表面同义。

可以这样将温度传感器设置在致动器表面上，使得紧邻致动器表面测量温度。替代地或附加地，还可以测量致动器表面本身的温度，例如作为致动器芯内温度的度量或尺度。

优选还可以与致动器外侧测量接触地设置多个温度传感器。为了例如沿压电致动器的纵向延伸检测温度梯度，特别优选可以在致动器表面的不同区域中设置多个温度传感器。在此，将纵向延伸理解为压电致动器在一个方向上的最大或最长的延伸。

优选可以在压电致动器的外围(端部)区域中设置多个温度传感器，这些外围区域分别沿压电致动器的纵向延伸形成被称作足部或头部区域的压电致动器的外端部。特别优选地，还可以在位于压电致动器的两个相对置的外围端部区域之间的中央的中央区域中设置一个或多个温度传感器。这些中央区域特别是可以通过相对较高的温度来表征。这既适用于致动器表面也适用于致动器芯。

此外，可以将至少一个温度传感器设置在壳体内壁上或上方。优选可以与壳体外套的内侧测量接触地设置多个温度传感器。例如可以在波纹管状构成的壳体外套的凸起或下凹处实现温度传感器。

附加地或替代地，可以将多个温度传感器设置在壳体底部和/或壳体盖的区域中，特别是紧邻压电致动器足部或头部区域设置，或者紧邻以下将描述的穿过壳体的通道设置。

特别优选这样将温度传感器设置在壳体内，使设置在内壁上、特别是壳体外套上的温度传感器与设置在致动器表面上的温度传感器基本上相对置或彼此直接面对。因此有利地可以确定相应的致动器表面的区域和相对置的壳体或壳体外套的相应区域之间的温度梯度，以由此例如得到计量系统的冷却装置的有效性的结论。

优选还可以将温度传感器设置在压电陶瓷致动器内部或压电陶瓷致动器的芯(致动器芯)中。换言之，可以将温度传感器与致动器的内部测量接触地设置。对于致动器芯将其理解为在压电致动器的横截面的俯视图中压电致动器的横截面的中央区域。因此，致动器芯沿致动器纵向延伸在两个限定压电致动器的压电致动器的外围端部之间连续延伸。

可以将温度传感器直接设置在致动器芯中，即设置在压电致动器的横截面的中央中心点，或者在径向上与其有间距的(边缘)区域中。

相应于以上的描述，还可以在压电致动器内部在压电致动器的(沿纵向延伸)不同区域中设置多个温度传感器，例如，在压电致动器的足部区域，在压电致动器的中央区域，以及在压电致动器的头部区域。

特别优选地，可以在壳体内设置多个温度传感器，其中设置在内壁、致动器表面以及致动器芯的多个区域中的各个温度传感器分别位于一条共同的假想线上。优选这些共同的线既可以在压电致动器的横截面中给出，也可以在压电致动器的纵截面中给出。在此，纵截面被理解为沿压电致动器纵向延伸的截面。

原则上将温度传感器构成为，将各采集到的测量值优选借助温度传感器连接电缆独立地或无要求地基本上实时传输给计量系统的控制单元。借助控制单元可以对测量值进行分析、显示和/或存储。但是特别优选的是控制单元根据输入的温度测量值对计量系统的运行进行调节，如以下将讨论的。

原则上，计量系统中压电致动器的气密密封对于计量系统的运行带来一系列的优点。尽管封装的压电致动器的基本结构是已知的，如在EP1 419 539B1中所公开的，但对于在本文开始所述类型的计量系统中的应用则并非如此。

由于计量系统通常要求高度精确的计量分辨率(Dosierungs-

)，在极端情况下，如在计量系统的非常高的工作频率或计量频率(输送定量物质或微滴的频率)的情况下，壳体内会由于压电致动器的高频度的膨胀以及由此带来的热量产生而被强烈加热。这样，在某些情况下不能足够快地将所产生的热从封装的压电致动器中排出。为了在极端情况下也能在计量系统中利用封装的压电致动器的优点，优选通过附加措施来防止压电致动器过热。因此，已经证明非常有利的是，在计量系统运行过程中连续地监控致动器的关键区域中，特别是致动器芯中的温度，以便能够及早对压电致动器可能出现的过热进行应对。

为此，可以将至少一个壳体内和/或壳体外表面(外侧)的区域的温度测量值(运行参数)，优选将壳体不同区域的多个温度测量值作为温度实际值输入到控制单元。借助控制单元可以根据输入的温度测量值(实际值)对计量系统的运行进行调节，使得在该特定的区域内，特别是在封装的压电致动器内达到或不超过可预先给定的温度阈值。为了实现在壳体内或封装的压电致动器内对温度的主动调节(温度管理)，控制单元可以对计量系统的冷却装置的冷却性能进行调节，如以下将描述的。

根据计量系统的应用领域，可以借助控制单元对计量系统的运行进行调节，使计量频率暂时降低，在此，在一定程度上使由压电致动器产生的热降低。

替代地或附加地，可以借助控制单元根据温度测量值对封装的压电致动器的连线或触发进行调节，以对(加热的)压电致动器的与温度相关的长度变化进行补偿，并由此实现持续的、最大程度精确的定量物质输送。通过利用可预先给定的校正值(例如特定于致动器的与温度相关的膨胀系数)对优选相应于致动器中温度的温度测量值进行平衡，通过控制单元可在接线过程中对(加热的)压电致动器的与温度相关的长度变化进行考虑，从而例如在接触时使电压相应地降低或相应地增高。

为了实现对封装的压电致动器的尽可能有效的温度管理，可以在壳体内，即在壳体内壁和封装的致动器的外表面(致动器表面)之间的中间空间中设置导热介质。优选该导热介质设计用来导出或耗散致动器表面的热量。

尤其优选导热介质构成为，通过传导使热量从致动器表面传递到壳体的区域。替代地，可以使导热介质构成为，通过对流使热量从致动器表面传递到壳体的区域或部分。特别优选为此使用主要为液体的导热介质。

优选导热介质具有高于在计量系统运行中在压电致动器表面通常出现的温度的耐温性或耐热性。优选导热介质至少在至140℃的温度下是热稳定的，特别优选至少在至150℃的温度下是热稳定的，更优选的是至少在至160℃的温度下是热稳定的。

原则上还可以以热管

的方式来实现散发致动器表面的热量。相应地可以在气密封装的壳体(热管)中设置(导热)介质，该介质在壳体中一小部分以液体的形式存在大部分以蒸汽的状态存在。这样，致动器表面就表现为热源的相应的热传输表面，在此，可将壳体的预先给定的区域作为散热器的传热面。对于在壳体的区域中构建优选的“散热器”还将在稍后进行详细描述。

不管导热介质的具体构造如何，导热介质优选作为设置在壳体内部的“大气”的一部分。优选“大气”实施为，在壳体内为封装的压电致动器的运行或功能性提供特别有利的条件。在本发明的范围内，将“大气”理解为基本上完全填充壳体的内部空间的介质，在此内部空间位于压电致动器的朝向内部空间的外表面，即致动器表面与壳体内壁之间。因此大气主要完全环绕或包围致动器表面，并因此也可以被称为环境介质。优选大气可以包括各种气态、液态和/或固态介质的混合物。

为了实现从致动器表面的尽可能有效的散热，壳体可以包括优选的特定的散热区。优选该散热区在热技术上与计量系统的冷却装置相耦合。

在此散热区被理解为，构成向环境的散热器的区域。换言之，散热区表现为用作散热器的热传导面。散热区除了壳体外表面的区域还可以包括壳体内壁的相应区域以及位于两者之间的壳体的区域，如金属体。

优选散热区设计用于，将由压电致动器产生的过程热通过壳体向外、即计量系统的从外部环绕壳体的区域释放。尤其是与计量系统的冷却装置共同作用可以借助散热区实现对壳体内、特别是致动器芯内的温度调节。例如可以通过冷却装置的加强冷却可以提高散热区散发的热量，从而使得也从致动器表面导出更多的热量。

优选将散热区构成为，设置在壳体内或壳体上，或者作为壳体的一部分，使得借助冷却装置可以尽可能有效地从散热区散热。例如散热区可以借助多个冷却肋或其他元件以增大的表面在壳体外套的区域内或部分内实现。因此，散热区可以仅部分地构成，即仅包括壳体的有限的子区域。

与散热区共同作用的冷却装置优选利用从外部围绕壳体流动的冷却剂，该冷却剂可以包括气态的和/或液态的介质。优选至少使散热区，必要时也可以使整个致动器单元由冷却剂围绕流动，在此，冷却剂可以包括不同冷却物质的混合物。

原则上，冷却剂构成为，使热从散热区传递到温度更低的区域。为此例如可以从外部连续地向计量系统的围绕压电致动器壳体的腔室(致动器室)输送特别是气态的冷却剂，如环境空气，从而使冷却剂能够基本上穿流整个致动器室。优选可以采用压缩空气，即以常规方式压缩的室内空气作为冷却剂，因为在大多数设备中总归要使用压缩空气。在此，散热区或壳体起热交换器的作用：将由压电致动器产生并传递到壳体，优选为散热区的热传输给冷却剂或者借助冷却剂从壳体带走。

优选计量系统可以分别包括至少一个用于冷却剂的输入口或排出口。优选可以从计量系统的输入口开始包括传导冷却剂的通道，也称为流入通道，其主要平行于计量系统壳体内的致动器单元延伸，在其延伸中具有多个基本上呈直角的通道状的冷却剂传导分支。这些分支中的每一个都从流入通道引出并穿过计量系统的壳体，使得相应的分支形成冷却剂进入致动器室的输入口，即计量系统的一个进料口可与多个致动器室的输入口共同作用。

优选为了调节冷却装置的冷却性能(以及由此还调节壳体内的温度)借助控制单元来(主动)调节随时间输入致动器室的冷却剂的容积，例如根据壳体内的温度。为此优选可以至少在计量系统的进料口设置可由控制单元(优选具有调节单元)控制的“冷却剂输入装置”，例如泵，以对流入致动器室的冷却剂流进行(主动)调节，从而使得在壳体的特别区域中达到预先给定的温度阈值。替代地，可以通过控制单元借助比例阀来调节从压缩机或压缩空气储存器输入的压缩空气的量。

优选可以使致动器室内的冷却剂有针对性地被引导到壳体的散热区。特别优选的是，可以使致动器室的各输入口分别对应于一个与之共同作用的排出口，其中，对相应的输入口或排出口彼此之间以及与散热区之间这样定位：使得流入的冷却剂在其从相应的输入口至与其共同作用的排出口的途中强制性地至少环流散热区的一个子区域。优选将致动器室的各个排出口汇聚成一个共同的排出通道，其可以类似于流入通道地构成。

替代地，致动器室也可以仅包括一个用于冷却剂的输入口或排出口，即该致动器室的输入口或排出口同时也对应于计量系统的进料口或排出口。优选可以在致动器室中设置“导流”元件，例如导板或风扇，以将流入的冷却剂尽可能直接地或对准地从致动器室的输入口导向散热区并最终导向致动器室的排出口。替代地或附加地，还可以使冷却剂在致动器室内循环一个特定的时间段，即只要能够达到足够的冷却性能就没有新的冷却剂流入致动器室。

根据冷却剂的性质以及冷却剂中或壳体中占优势的条件，特别是关于温度和施加在冷却剂上的压力，冷却剂也可以主要是液体的，或部分液态部分气态的。

优选冷却装置可以构成为，使得例如由于壳体或致动器室的其他可运动部件的膨胀运动造成的机械磨损通过冷却剂带出到致动器室之外的区域，优选带出到计量系统之外的区域。

有利地，通过对封装的压电致动器的有效温度管理可以明显提高计量系统的无间断使用时间。各个参与温度管理的组件尤其是以合作的方式构成有效的温度管理系统，使得不仅能够及早识别出压电致动器即将发生的过热而且能够有利地加以防止。借助该温度管理系统以及访问该系统的用于运行计量系统的方法，可使压电致动器的温度在计量系统运行期间几乎恒定地保持在对于压电致动器的长使用寿命有利的区域中。

此外有利的是，借助该温度管理系统还可以提高计量系统的精度。在一些情况下，封装的压电致动器的取决于温度的膨胀特性对于计量系统的定量物质给出的精确度有不利影响，例如当喷射元件由于压电致动器的长度改变(纵向膨胀)而不能可靠地关闭喷嘴时。借助温度管理系统可以有利地使压电致动器的温度保持在特定的的设定值上，从而使压电致动器在计量系统运行期间基本上长度恒定，由此显著提高了计量系统的精度。

在此仅为完整起见指出，从散热区散热，即对封装的压电致动器的冷却，也可以至少部分地通过围绕致动器单元的空气的“自然”对流来实现。但在这种“被动”冷却中不可能进行有针对性的压电致动器的温度管理，因此优选以上所述的主动温度调节。

为了在温度管理的范围内使计量系统的运行根据壳体内的温度来进行，需要将至少一个温度测量值向外输送给控制单元。因此，优选壳体包括至少一个用于多个电导体或导轨的绝缘套管。优选壳体包括至少两个分离的绝缘套管，进一步优选包括至少三个分离的绝缘套管，更加优选包括至少四个分离的绝缘套管，用于分别穿引至少一个电导体。

特别优选地，这样构成和设置绝缘套管，使得相应的电导体气密密封地且电绝缘地在壳体的内部空间或内部区域和环绕壳体的壳体外部或外部区域之间延伸。

优选电导体中的至少两个用于与控制单元通信，即从控制单元向压电致动器传输用于控制封装的压电致动器的控制信号。为此压电致动器可以具有例如两个接触位置或连接极，其中，每个连接极与压电致动器的一组并联的内部电极相耦合。优选压电致动器的每个相应的连接极分别与两个穿引的电导体中的一个固定连接，例如焊接。优选为此构成两个另外的电导体，用于与壳体中的多个温度传感器接触或者将相应的温度测量值传输给控制单元。例如，可以通过两个穿过的电导体来接触单个PT100温度传感器。替代地，还可以通过两个穿过的电导体来接触多个(有总线功能的)温度测量IC或IC温度传感器。如果在壳体内设置多个PT100温度传感器，则这些温度传感器中的每一个都可以通过两个分离的、即分别对应于一个温度传感器的电导体来接触。

优选电导体可以通过电插头或连接销来实现。优选各插头穿过壳体的穿引通过固定集成在壳体内的玻璃焊料来实现。优选可以将相应的玻璃焊料或玻璃绝缘套管设置在壳体底部和/或壳体盖中。特别优选将电插头或导体通过玻璃焊料气密密封地且电绝缘地从壳体内部引到壳体外。

在此要指出，壳体内的封装的压电致动器或温度传感器的接触也可以借助绝缘套管以与之前所述的不同的方式来实现。例如，至少一个温度传感器可以与压电致动器的触点(连接极)相连接。从而使得仅需要三个绝缘套管。附加地，通过将相关的电导体的电势施加到金属壳体上并由此可从外部获取，还可以节省一个另外的绝缘套管(例如用于转发温度传感器的测量信号)。但是还可以考虑将至少一个温度传感器的温度测量值(传感器信号)施加到封装的压电致动器的连接极或接头上，并以适当的方式进行调制，如在“PowerLan”或“direct Lan”连接的装置中所实现的那样。对传感器信号的(向上)调制还可以通过以下方式实现：可以将多个温度传感器(例如有总线功能的温度测量IC)的温度测量值传输给控制单元或者可以将收集的多个温度传感器的温度测量值作为数据流传输。如果如上所述地将金属壳体用作接触元件，则压电致动器以及多个温度传感器的接触可以仅借助一个绝缘套管实现。然而，在以下假设壳体具有四个独立的绝缘套管，并不构成对本发明的限制。

优选穿过的电导体也包括用于传导电信号的多芯导线。由此还可以将多个温度传感器的各个测量值(测量信号)并行地传输给控制单元。对此可以通过一个绝缘套管引导多条细导线，其中，导线之间以适当的距离设置并共同以玻璃焊料浇注。这样构成的绝缘套管也可称为多芯套管。

有利地，可以借助绝缘套管穿过封装的压电致动器的壳体，如在常规的具有非封装的压电致动器的计量系统中那样对封装的压电致动器进行控制，即也可以采用常规计量系统的控制单元来控制封装的压电致动器。此外借助所执行的温度测量值可以根据壳体内的温度实现对计量系统的运行的控制。

为了进一步提高封装的压电致动器的寿命，可以在壳体内，即在壳体内壁和致动器表面之间的区域内设置用于抑制湿气的介质。优选这样抑制湿气：使在壳体内出现的湿气(水或水蒸气)被直接且基本上完全地结合和/或转化。优选湿气抑制介质构成为，可靠地屏蔽或隔离致动器表面，使之不与湿气接触。借助湿气抑制介质尤其是可使理论上可能聚积在致动器表面上的“可支配”量的水足够持久地，即至少对于压电致动器在计量系统中的典型应用时间来说，保持在对于压电致动器运行的临界边界值以下。

为了抑制壳体内的湿气，湿气抑制介质可以包括化学地转化或反应性消耗的、不同的液态的和/或固态的介质。优选湿气抑制介质包括至少一种吸水的或吸湿的介质，其例如可借助干燥凝胶或按照分子筛的形式实现。替代地或附加地，湿气抑制介质可以包括输水的电绝缘的介质。为此优选可以采用液体的无水的和导水的绝缘介质。

优选大气除了导热的或湿气抑制的介质外，还包括其他有利于计量系统的无间断运行的成分。

优选壳体的大气可以包括压力补偿区。该压力补偿区也可以称为膨胀区域，其在壳体内提供用于补偿压电致动器的热膨胀的特定容积。优选通过具有高可压缩性的气体或气体混合物来实现膨胀区域。原则上可将形成膨胀区域的介质设置成能在大气中自由运动的。例如，大气可以包括液体的和/或固体的抑制湿气的和/或导热的介质，以及气态的膨胀区域，例如气泡。替代地，可以将膨胀区域设置在壳体中具有至少部分柔性的护套或与壳体内部空间的其他区域分隔开的分隔壁的封闭的或围封的区域中，即物质上与其余大气分开的区域中。

优选将压力补偿区实施为，对在计量系统的典型运行中出现的压电致动器的因温度而发生的体积改变进行补偿，使得在计量系统运行期间壳体内的预先给定的压力(内部压力)也基本上保持恒定。因此，通过在壳体内设置特定的大气既可以提高计量系统的无间断使用时间也可以改善计量系统的精度。

为了能够在计量系统运行期间连续地监控内部压力，可以在壳体内设置至少一个压力传感器以测量内部压力。优选将至少一个压力测量值作为压力实际值传送给控制单元，如已参照温度测量值对其所描述的。优选还可以借助控制单元根据输入的压力测量值对计量系统的运行进行调节，使得在壳体内不会超过可预先给定的压力阈值。为此可以在之前讨论的温度管理的范围内考虑压力实际值，即借助温度管理可以调节壳体内的温度和/或压力。

对于已述的检测可能性附加地或替代地，可以在壳体内部(例如在壳体内壁的区域中)和/或在壳体的外侧上设置至少一个所谓的应变仪，用于监测封装的压电致动器或整个致动器单元的绝对长度和动态长度变化。如果在壳体内设置了应变仪，则可以借助之前所述的绝缘套管穿过壳体将相应的测量信号传输给控制单元。以这种方式获得的信号可以提供关于压电致动器或致动器单元的相应运行状态的结论，并由此还可以用于相应的补偿措施，如适应的冷却剂流或者改变的控制电压。

优选围绕压电陶瓷致动器的壳体在压电陶瓷致动器上施加可预先给定的预应力。如本文开始所述，(静止的)压电致动器设置在壳体内，使得两个外围端部直接与壳体底部或壳体盖相接触。优选壳体的大小及构成为，使其将特定的压力施加在(静止的)压电致动器上或者使压电致动器受到压缩。

有利地，由此可以实现，使压电致动器在静止状态时就已经被机械地预加载，这在压电致动器的动态负荷的情况下表现出针对压电致动器材料中的拉伸载荷的更高的安全性，在此进一步降低了计量系统的故障概率。相应地可以简化计量系统的构造，因为可以省去在常规计量系统中设置用来使非封装的压电致动器返回其静止状态的组件(如致动器弹簧)，或者至少可以将该组件设计得更弱。

附图说明

以下借助附图及实施例进一步详述本发明。在此对于附图中相同的组件采用相同的附图标记。通常附图不是按比例绘制的。其中示出：

图1以剖视图示出根据本发明的计量系统的实施方式，

图2和图3以剖视图示出根据本发明的计量系统的另一实施方式的一部分，以及

图4和图5以剖视图示出根据本发明的计量系统的致动器单元的不同实施方式，

图6以立体图示出根据本发明的计量系统的致动器单元的另一可能的实施方式。

具体实施方式

现在借助图1描述根据本发明的计量系统1的优选的具体实施方式。在此计量系统1以通常的状况或位置示出，如在计量系统1运行期间的情况。在此喷嘴40位于计量系统1的下部区域中，从而介质滴可以通过喷嘴40在喷射方向R上向下喷射。因此在下文中将使用下和上的概念，它们因此总是与计量系统1的通常的位置相关。但这并不排除计量系统1在特殊的应用中还可以采取其他位置，以及液滴例如可以从侧面喷出。根据介质、压力和更精确的构造以及对整个喷射系统的控制原则上这也是可能的。

作为重要的组件计量系统1包括致动器组件10和流体组件30。在此示出的计量系统1的实施方式中，致动器组件10和流体组件30彼此牢固连接，例如通过固定螺栓23。但是，应该指出的是，各组件10和30也可以能够彼此耦接的插接部件的形式实现，以实现快速耦合联接。相应地，致动器组件10和流体组件30可以无工具地彼此联接，以形成计量系统1。

致动器组件10基本上包括所有喷嘴40中的喷射元件31的驱动或运动所需的组件，即例如致动器单元60，为使喷射元件31能够操作流体组件30所需的运动机构，用于控制压电致动器61的控制单元50，以及类似的组件，如下文所述。

流体组件30除了包括喷嘴40和至喷嘴40的介质输入管线44，还包括所有其他与介质直接接触的部件以及将所涉及的与介质接触的部件组装到一起或保持在其在流体组件30上的位置上所需的元件。

在在此示出的计量系统1的实施例中，致动器组件10包括具有两个内部腔室的壳体块11，即一方面是致动器单元60位于其中的致动器室12，至少一个压电陶瓷致动器(在此不可见)封装在壳体62中，另一方面是工作室(Aktionskammer)13，流体组件30的可运动的喷射元件31，其在此为挺杆

31，伸入到工作室13中。通过从致动器室12伸入到工作室13中的运动机构14，可以借助致动器单元60操作挺杆31，使流体组件30在期望的时刻喷出期望量的要计量的介质。在此，如以下还要描述的，挺杆31关闭喷嘴开口41并由此也作为封闭元件31。但是由于大部分介质只有在挺杆31在关闭方向上运动时才会从喷嘴开口41喷出，因此在此称其为喷射元件31。

为了控制致动器单元60，将致动器单元60或设置在壳体62中的压电致动器(图4)与计量系统1的控制单元50电连接或在信号技术上连接。与控制单元50的连接通过控制电缆51实现，控制电缆51在端侧与适当的致动器单元控制连接64(如适当的插头)连接。与图1不同的是，控制连接64可以密封地穿过壳体10被引导，使得在相应引导的控制连接64的区域中没有空气从外部进入到致动器室12中，例如在之后还要讨论的用压缩空气冷却致动器单元60的范围内。致动器单元60，特别是致动器单元控制连接64可以例如设有适当的存储单元(如EEPROM等)，其中存储如物品名称等信息或者用于致动器单元60的调节参数，这些信息可由控制单元50读出，以对致动器单元60进行识别并以适当的方式进行控制。控制电缆51可以包括多条控制线和数据线。由于对压电致动器的基本控制是公知的对此将不再做进一步讨论。

为使电导体气密密封地和电绝缘地穿过壳体62，致动器单元60在壳体盖67中具有四个接触销65，在此这些接触销65(也如图3和图4所示)为清楚起见平行地或排成排地设置，接触销65还可以其他合适的设置方式实现(参见图6)。在此两个外侧的接触销65用于控制压电致动器或压电致动器和控制单元50之间的通信。接触销65在壳体62之外通过相应的致动器单元控制连接64与控制单元50连接。在壳体62内分别有一个接触销65与压电致动器的两个连接极之一连接(参见图5)。两个中间的接触销65用于将温度传感器78的测量值(图4)从壳体62中传输给控制单元50。为此接触销65一方面借助温度传感器连接电缆86与控制单元50连接，另一方面(在壳体内)与各温度传感器78连接，优选借助相应的温度传感器连接电缆(未示出)。稍后将详细描述温度传感器在壳体内的接触。

设置在壳体62内的压电致动器(图4)或壳体62可在致动器室12的纵向上相应于借助控制单元50的电路连接而膨胀(扩展)并再次收缩。致动器单元60可以从上方插入致动器室12中。然后，将可以通过拧紧运动来调节高度的球形托架作为上支座(未示出)，由此可以将致动器单元60精确地调整到运动机构14，在此为杠杆(Hebel)16。相应地，致动器单元60通过在下部以锐角变细的压力件20向下支承在杠杆16上，杠杆16又置于位于致动器室12下端的杠杆轴承18上。杠杆16通过杠杆轴承18可绕倾斜轴线K倾斜，从而使杠杆16的杠杆臂可以通过开口15伸入工作室13中。在杠杆臂的端部其具有在朝向挺杆31的方向上与致动器组件10联接的流体组件30的接触面17，接触面17又被压到挺杆头部33的接触面34上。一方面压电致动器或压力件20和另一方面挺杆头部33或挺杆31相对于倾斜轴线K作用在杠杆16的同一侧上。但是压电致动器和倾斜轴线K之间，或者挺杆31和倾斜轴线K之间的相应距离是不同的。

杠杆16或运动机构14在此表示传动元件，以相对于压电致动器的行程以一定比例放大挺杆31的偏转(行程)。这样的传动元件尤其是在对具有中等或高度粘稠性的定量物质进行计量时是有利的，在此粘度可高达0.5Pa^*s,优选可达1Pa^*s,尤其优选可高达1000Pa^*s。

在此应提到的是，在所示出的实施例中，杠杆16的接触面17与挺杆头部33的接触面34永久接触，其中挺杆弹簧35将挺杆头部33从下方向杠杆16挤压。但原则上也可以在挺杆弹簧35的输出或静止位置使挺杆31和杠杆16之间存在一定距离，从而使杠杆16首先在向下枢转时自由地通过特定的路段，并且在此记录速度，然后以高的冲力冲击挺杆31或其接触面34，以提高喷射冲力，该喷射冲力又使挺杆31施加在介质上。为了能够使驱动系统(杠杆-致动器单元-运动系统)几乎恒定地预加应力，在杠杆16的与挺杆31接触的一端通过致动器弹簧19将杠杆16向上压。

工作室13在下部区域包括用于冷却剂(例如压缩的环境空气或压缩空气)的排出口22。排出口22延伸通过工作室13的室壁或通过壳体块，并且是直接地、即没有分支地从工作室13的内部空间到计量系统1的外侧。因此在这种情况下排出口22相当于工作室13的排出口22也相当于计量系统1的排出口22。

排出口22可与计量系统1的相应的进料口21一起用于在致动器室12的上部区域中的冷却剂，冷却剂连续地流过致动器室12和工作室13。优选可以借助冷却剂流将机械磨损从致动器室12或工作室13通过排出口22排出计量系统1。致动器室12的进料口21在此相当于计量系统1的进料口21。图1中进料口21包括位于外部的插入接头，其用于接触软管以将压缩空气引入到致动器室12中。

所述冷却剂的另一重要方面是对封装在壳体62中的压电致动器或致动器单元60的冷却。对此还将另做说明。

在此流体组件30如上所述地借助固定螺栓23与致动器组件10连接。挺杆31借助挺杆弹簧35支承在挺杆轴承37上，挺杆密封件36在其下方连接到挺杆轴承37。挺杆弹簧35在轴向方向上向上将挺杆头部33推离挺杆轴承37。因此，挺杆尖部32也被推离喷嘴40的密封座43。即在挺杆弹簧35处于静止状态时没有外部压力从上方施加在挺杆头部31的接触面34上，挺杆尖部32与喷嘴40的密封座43相距一定的距离。因此在压电致动器的静止状态下(非扩展状态)喷嘴开口41是自由的或非封闭的。

将定量物质输送到喷嘴40通过喷嘴室42以及与其连接的进料通道44实现。进料通道44通过贮存器接口45与介质贮存器46连接。流体组件还可以包含一系列附加组件，它们通常用于这种计量系统中，如框架部件47、具有加热器连接电缆49的加热装置48等，在此仅举几例。计量系统的基本结构是已知的，为清楚起见在此主要示出至少间接与本发明相关的组件。

图2示出根据本发明另一实施方式的计量系统一部分的横截面。壳体块11包括致动器室12，致动器单元60设置在致动器室12的内部空间中(在此仅为示例性的)。在壳体62和形成致动器室12的内部空间的室壁79的内侧80之间存在狭小的间隙，该间隙在此圆形地围绕壳体62并用于冷却剂流。为了将冷却剂输送到流动区域，致动器室12通过进料口24(在此为穿过室壁79的通孔24)连接到流入通道26。流入通道26基本上平行于致动器室12延伸通过壳体块11，并具有多个主要以直角分支的通道，在此由于图示的方式仅可见一个进料口24或排出口25。从进料口24出发冷却剂流由于结构的原因(被迫)流向对应的排出口25，使得在壳体62的两侧均有冷却剂流动。排出口25连接排出通道27，使冷却剂从致动器室12或计量系统1排出。

通过壳体的波纹管状的设计(至少在壳体外套的区域中，见图6)，可以实现使冷却剂(有目的地)从相应的进料口24流向与之共同作用的排出口25。为此冷却剂可以沿着壳体62的波纹管状或波纹状的相应(水平)凹部流动，在此冷却剂流被相邻凸起限制向上或向下流动。这尤其在图3中清楚可见。

图3示出计量系统的冷却装置的作用方式，在此为清楚起见未示出计量系统的其他组件。

流入通道26源自于计量系统的单个进料口21，然后沿着致动器室12分支到致动器室12的多个进料口24。为了控制冷却剂流在流入通道26或致动器室12中在冷却剂输入装置84和进料口21之间设置了冷却剂输入装置28，其在此为泵28。泵28可以借助控制连接29由控制单元50控制。替代地，可以将冷却剂输入装置28或泵28设置在壳体11之外。在压电致动器的温度管理的范围内，通过温度传感器连接电缆86将温度测量值从壳体62中输送给控制单元50。控制单元50根据所确定的一个或多个温度值(实际值)来控制泵28，使得在壳体62的特定区域、如致动器芯的温度不会超过预设值。为此可以根据需要调节通过泵28输入到致动器室12的冷却剂的量。

替代使用单独的泵将冷却剂，如室内空气吹入致动器室12，还可以使用已有的贮存器中的压缩空气来冷却致动器单元60，并为其他目的一起使用压缩空气系统。在该压缩空气系统中以通常的方式对室内空气进行压缩并存储在已有的贮存器或存储器(未示出)中，直至将其输送到致动器室12。可以借助比例阀(未示出)来调节流入致动器室12的压缩空气。如之前针对泵所描述的，对于比例阀可由控制单元50根据至少一个温度值进行控制。

流入通道26直接沿着背离室壁79的内侧80的室壁79的外侧81延伸。即流入通道26至少部分地、即在朝向致动器室12的方向上由室壁79的外侧81限界或构成。

致动器室12本身在壳体块11内由室壁79的内侧80构成。压电致动器壳体62的波纹管状、波浪状的设计使得壳体62在相应的凸起82或拱起82的区域内与室壁79的内侧80直接相邻。在相应的凸起82之间凹口或凹槽83周期性地基本上水平地延伸。壳体62在壳体外套74(图6)的区域内至少部分波纹管状地构成对应于以下将描述的致动器单元60的优选实施方式。

致动器单元60设置在致动器室12内，其中，致动器室12的进料口24和与其协作的排出口25在一个水平平面内设有壳体62的单个沟道(Rinne)83。因此，通过相应的进料口24流入的气态或液态冷却剂沿着相应的沟道83(其在垂直方向上由相邻的凸起82限界)基本水平地从进料口24被引导到对应的排出口25，在此为了散热而使壳体62被环流。

冷却剂由相应的排出口25流入流出通道27，流出通道27与流入通道26相似，包括或组合了致动器室12的多个排出口25，并最后流入计量系统的单个排出口22，排出口22又与冷却剂排放口85联接。

图4详细示出本发明的计量系统的致动器单元的实施方式的纵向截面图。压电致动器61气密地封闭在壳体62中。壳体62包括壳体底部66，与之固定连接的壳体外套74以及形成上端的壳体盖67。压电致动器61的非活跃(足部)区域73直接位于壳体底部66上，压电致动器61的相对置的端部区域73与壳体盖67直接接触，压电致动器61与壳体盖67固定连接，例如粘接。

壳体盖67包括四个玻璃套管69，接触销65借助它们气密密封地且电绝缘地从壳体62的内部空间被引导到壳体62之外。分别有一个接触销65在压电致动器61的一侧与压电致动器61的一个外电极70连接，如焊接。两个外电极70沿着压电致动器61的纵向延伸在两个非活跃的头部或足部区域73之间在压电致动器61的外侧或表面77上延伸。参加图5。

两个外电极70与设置在压电致动器61内并被交替地引向表面的内电极71连接，并将它们连接成两个电并联的组(图4)。因此两个连接销65构成压电陶瓷致动器61的两个连接极。

两个另外的接触销65用于接触壳体中的多个温度传感器78。每个温度传感器78分别通过各自的温度传感器连接电缆(未示出)与两个接触销65连接。为了接触，通过两个接触销65之一和与之连接的相应的温度传感器连接电缆为各温度传感器提供(恒定的)测量电流。每个温度传感器78的测量信号(如电压变化)通过相应的温度传感器连接电缆(未示出)输送给另一个(第四个)连接销65。为了将多个温度传感器78的测量信号(温度测量值)传输给控制单元，可如已所述的那样将各个传感器信号仅施加在一个接触销65上并以适当的方式进行调制，只要温度传感器78是具有总线功能的IC温度传感器。

替代地，也可以通过两个分开的，即仅对应于相应的温度传感器78的接触销65来接触壳体中的每个温度传感器78(未示出)。优选可以根据情况在两个所述的替代方案之间进行权衡，因为虽然每个温度传感器78借助自身的接触销65进行单独的接触可以降低用于调制的电气开销，但同时也会提高对致动器单元60的制造要求。

图4示出三个温度传感器78，它们设置成与壳体62的内壁或与壳体外套74测量接触(在此在左侧示出)。此外在压电致动器61的表面77上设置了另外三个温度传感器78，使得在内壁或致动器表面77上的各温度传感器78位于共同的假想的主要为水平的线上，如在纵向截面图中可见的。

致动器单元60除了包括壳体62、压电致动器61和连接销65外，还包括设置在壳体62中的大气。在此所示的实施例中，大气由液体和固体填充介质75以及扩展区域76组成。在此扩展区域76为气泡76或气体填充区域76。

图5示出计量系统的致动器单元60的另一实施例的纵向截面图。与图4的不同之处在于，在此在压电致动器61的非活跃足部区域73以及非活跃头部区域73紧邻套管69也设置了温度传感器78。在此扩展区域76以“气球状”的方式被包围，即在物质上与填充介质75分开地设置在壳体62中。为清楚起见图5中仅示出一个接触销65。

在壳体62中，在压电致动器61的外侧还设有应变仪87。应变仪87在此基本上沿着封装的压电致动器61的整个纵向延伸延伸，即在足部区域73和头部区域73之间延伸。应变仪87的相应测量值(传感器信号)可以借助接触销65传输给计量系统的控制单元，如已类似地针对温度传感器78所描述的。另一应变仪87设置在壳体62的外侧上，该应变仪87在壳体底部66和壳体盖67之间延伸，并由此可以检测致动器单元60或封装的压电致动器61的总的偏转(包括温度引起的长度变化)。

图6示出根据本发明的计量系统的致动器单元60的另一实施方式的侧向外部立体图。致动器单元60基本上对应于图1中的致动器单元60，其中，接触销65或套管69在各致动器单元60中不同地设置。图6中可清楚地看到波纹管状的壳体外套74，其包括凸起82和凹陷83或凹槽83的周期性序列。在此示出的实施例中，致动器单元60的优选散热区域68基本上对应于壳体外套74的整个波纹管状的区域，或者由其构成。散热区域74构成为，在压电致动器的温度管理的范围内借助冷却装置实现尽可能有效的从散热区域74散热。壳体62具有主要为圆形的直径D，其优选大于相应的封装的压电致动器61的直径。

最后，再次指出，以上所详细描述的计量系统仅仅是示例性的实施例，本领域的技术人员可以对其进行各种方式的修改而不脱离本发明的范围。因此例如压电致动器可以在没有定义的“受保护的”大气的情况下设置在壳体中。此外，该计量系统还可以附加地或替代地包括以上所述组件以外的其他在所述类型的计量系统通常使用的特征或组件。再有，不定冠词“一”的使用并不排除所涉及的特征也可以是复数的情况。

附图标记列表

1.计量系统

10.致动器组件

11.壳体块

12.致动器室

13.工作室

14.运动机构

15.开口

16.杠杆

17.杠杆接触面

18.杠杆轴承

19.致动器弹簧

20.压件

21.计量系统进料口

22.计量系统排出口

23.固定螺栓

24.致动器室进料口

25.致动器室排出口

26.流入通道

27.流出通道

28.泵

29.泵的控制连接

30.流体组件

31.挺杆

32.挺杆尖部

33.挺杆头部

34.挺杆接触面

35.挺杆弹簧

36.挺杆密封

37.挺杆轴承

40.喷嘴

41.喷嘴开口

42.喷嘴室

43.密封座

44.进料通道

45.贮存器接口

46.介质贮存器

47.框架部件

48.加热装置

49.加热器连接电缆

50.控制单元

51.控制电缆

60.致动器单元

61.压电陶瓷致动器

62.壳体

64.致动器单元控制连接

65.接触销

66.壳体底部

67.壳体盖

68.散热区

69.玻璃套管

70.外部电极

71.内部电极

72.压电活跃材料

73.非活跃区域

74.壳体外套

75.填充介质

76.扩展区域

77.致动器表面

78.温度传感器

79.室壁

80.室壁内侧

81.室壁外侧

82.壳体波纹管凸起部分

83.壳体波纹管凹陷部分

84.冷却剂输入

85.冷却剂排放

86.温度传感器连接电缆

87.应变仪

D 直径

K 倾斜轴

R 喷射方向。

Claims (15)

1.一种用于定量物质的计量系统(1)，具有喷嘴(40)，用于定量物质的进料通道(44)，喷射元件(31)和与该喷射元件(31)和/或喷嘴(40)耦接的压电致动器(61)，其中，该压电致动器(61)被密封地封装在壳体(62)中。

2.根据权利要求1所述的计量系统，其中，所述壳体(62)设计为抗疲劳的。

3.根据权利要求1或2所述的计量系统，其中，在所述壳体(62)内和/或在所述壳体(62)的外侧上设置至少一个温度传感器(78)。

4.根据权利要求3所述的计量系统，其中，在所述压电致动器(61)的外侧(77)上和/或在所述压电致动器(61)内设置至少一个温度传感器(78)。

5.根据权利要求3或4所述的计量系统，其中，在所述壳体(62)的内壁上设置至少一个温度传感器(78)。

6.根据以上权利要求中任一项所述的计量系统，其中，在所述壳体(62)内和/或在所述壳体(62)的外侧上设置至少一个应变仪(87)。

7.根据以上权利要求中任一项所述的计量系统，其中，所述壳体(62)具有至少一个用于多条电导体(65)的绝缘套管(69)。

8.根据以上权利要求中任一项所述的计量系统，其中，在所述壳体(62)中设有导热介质(75)和/或用于抑制湿气的介质(75)。

9.根据以上权利要求中任一项所述的计量系统，其中，在所述壳体(62)中设有压力补偿区(76)。

10.根据以上权利要求中任一项所述的计量系统，其中，所述壳体(62)具有散热区(68)，该散热区优选与所述计量系统(1)的冷却装置(21,22,24,25,26,27,28,84,85)耦接。

11.根据权利要求10所述的计量系统，其中，所述冷却装置(21,22,24,25,26,27,28,84,85)使用包含气态和/或液态介质的冷却剂。

12.根据权利要求10或11所述的计量系统，其中，所述冷却装置(21,22,24,25,26,27,28,84,85)构成为，通过所述冷却剂将机械磨损排出该计量系统(1)的致动器室(12)。

13.一种密封地封装在壳体(62)中的压电陶瓷致动器(61)在用于对定量物质进行计量的计量系统(1)中的应用，优选为根据以上权利要求中任一项所述的计量系统(1)。

14.一种用于运行用于对定量物质进行计量的计量系统(1)的方法，该计量系统(1)具有密封地封装在壳体(62)中的压电致动器(61)，并且优选为根据权利要求1至12中任一项所述的计量系统(1)，其中，优选根据至少一个封装的压电致动器(61)的运行参数来调节所述计量系统(1)的运行。

15.一种用于制造用于对定量物质进行计量的计量系统(1)的方法，该计量系统(1)具有压电致动器(61)，该压电致动器(61)密封地封装在壳体(62)中，其中，该压电致动器(61)的壳体(62)设置在该计量系统(1)的壳体(11)中。

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