CN112770845B - 具有冷却装置的计量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于计量物质的计量系统(1)，该计量系统具有喷嘴(40)、用于计量物质的输入通道(44)、喷射元件(31)、与喷射元件(31)和/或喷嘴(40)联接的致动器单元(10)及冷却装置(2)，致动器单元具有压电致动器(60)。冷却装置(2)用于借助预冷却的冷却剂对压电致动器(60)的至少一个子区域和/或与压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域进行直接冷却。

Description

具有冷却装置的计量系统

技术领域

本发明涉及用于计量物质的计量系统，该计量系统具有喷嘴、用于计量物质的输入通道、喷射元件、与喷射元件和/或喷嘴联接的致动器单元以及冷却装置，致动器单元具有压电致动器。本发明还涉及用于运行这种计量系统的方法和用于制造这种计量系统的方法。

背景技术

本文开始所述类型的计量系统通常用于有针对性地计量待计量的介质，通常为液态至粘稠的计量物质。在所谓的“微计量技术”中，对此通常要求，将非常少量的计量物质精确到点地且无接触地、即在计量系统和目标表面之间无接触地施加到目标表面上。这种无接触的方法通常也称为“喷射方法”。对此的典型示例是在装配电路板或其他的电子元件时计量胶点、焊料等或施加LED的转换器材料。

在此重要的要求是，将计量物质高度精确地，即在正确的时间点、在正确的位置上并以精确计量的量输送到目标表面上。这例如可通过经由计量系统的喷嘴以液滴方式输出计量物质来实现。在此，介质仅与喷嘴的内部空间和计量系统的喷射元件的大多为前部的区域接触。在此，优选的方法是以如也在喷墨打印机中使用的“喷墨方法”的方式喷射出各个液滴。液滴的大小或每个液滴的介质量可通过喷嘴的构造和对喷嘴的操控以及通过由此实现的作用尽可能精确地预先确定。替代地，计量物质也可以射束喷射。

为了从计量系统中输出介质，可在计量系统的喷嘴中布置可运动的喷射元件(通常为挺杆)。喷射元件可在喷嘴的内部中以相对高的速度朝喷嘴口或排出口的方向向前冲击，由此使介质液滴射出，然后被再次拉回。

替代地，计量系统的喷嘴本身可朝射出方向或拉回方向运动。为了输出计量物质可使喷嘴和布置在喷嘴内部中的喷射元件朝向彼此相对运动或彼此相对运动离开。在此，该相对运动可仅通过排出口或喷嘴的运动实现或至少部分地也通过喷射元件的相应运动实现。

通常，通过使喷射元件在喷嘴中固定地连接在喷嘴口的密封座上并暂时保留在此，还可将喷射元件引入封闭状态中。在粘稠的计量物质的情况下，喷射元件简单地保留在拉回状态中，即远离密封座，而没有介质液滴排出。

无论具体的射出原理如何，本发明都可应用在前述的所有变型方案中，即应用在喷射方法、开放式喷墨方法、经典的封闭元件或构造成可运动的喷嘴中。

通常借助计量系统的致动器系统使喷射元件和/或喷嘴运动。为了将由致动器系统产生的力传递到喷射元件上，计量系统通常包括与致动器系统和喷射元件联接的运动机构。运动机构例如可借助杠杆实现，致动器系统支承在杠杆上。杠杆本身可放置在杠杆轴承上并且可围绕倾斜轴线倾斜，使得致动器系统的运动经由杠杆的接触面传递到喷射元件上。但是与具体的射出原理相关地，运动机构也可构造成传递由致动器系统产生的力以使得喷嘴运动。

致动器系统可以不同的方式实现，其中尤其是在要求高纯的计量解析度的应用中优选使用压电致动器。也称为压电式运行的致动器的压电致动器相对于其他类型的致动器，例如液压式、气动式和/或电磁式运行的致动器具有非常精确的且尤其快速的控制能力的优点。有利地，压电致动器的特征在于极其短的反应或响应时间，其通常明显低于其他致动器原理的相应值。另一优点是，压电致动器相对于其他类型的致动器需要在计量系统内相对小的结构空间。因此尤其在高纯的计量要求下，压电致动器为计量系统的运行提供有效的方案。

不管这些优点如何，压电致动器是实现大的损耗功率的构件，这可使得压电材料严重变热。因为压电致动器具有与温度相关的性能，致动器材料变热同样会影响压电致动器在静止(未膨胀的)状态下的长度伸展以及压电致动器在应力下的偏转。除了压电致动器以外，在计量系统的运行中也可基于产生的摩擦热加热运动机构的部件，特别是在高频的计量需求下。

一个或多个前述部件的由热引起的膨胀会导致喷射元件的升程过程的不期望的改变，使得在计量系统的运行中相应输出的计量物质量会与额定值偏差越来越多。因此压电致动器和运动机构的温度可具有在计量系统的精确度上的直接作用。

为了抑制对压电致动器的加热，可用压缩的室内空气或压缩空气环流整个压电致动器，因为在大多的计量系统设备中总归提供压缩空气。在此，不是单独地流向运动机构，而是仅通过压电致动器的废气一起环流。在此已发现不利的是，借助压缩空气，随着计量系统的环境温度的提高不再会有足够的热量从压电致动器排出使得压电致动器以及计量系统的其他的温度敏感区域持续地保持在对于精确运行计量系统关键的温度以下。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于计量物质的计量系统、用于运行这种计量系统的方法和用于制造这种计量系统的方法，借助本发明可避免前述缺点并且可改进计量系统的计量精确性。

该目的通过根据本发明的计量系统、用于运行计量系统的方法以及用于制造计量系统的方法实现。

根据本发明的用于液态直至粘稠的计量物质的计量系统包括至少一个喷嘴、用于计量物质的输入通道、喷射元件、与喷射元件和/或喷嘴联接的具有至少一个压电致动器的致动器单元和冷却装置，致动器单元用于使得喷射元件和/或喷嘴运动。在下面，术语挺杆作为喷射元件的同义词使用，对此没有限制本发明。

根据开头所述方式从根据本发明的计量系统中输出计量物质，即计量系统不限于具体的射出或工作原理。因此，如大多数情况可在计量系统的喷嘴中(尤其在喷嘴的例如紧接在出口之前的区域中)可布置能以相对高的速度运动的喷射元件，喷射元件用于从喷嘴中射出计量物质。替代地或附加地，可如所述地将根据本发明的计量系统的排出口构造成可运动的。因此在下面为了清楚提及的是，借助可运动的喷射元件、例如挺杆输出计量物质。但是本发明不应限制与此。

致动器单元包括至少一个压电致动器和在功能上与压电致动器共同作用的运动机构，运动机构如开头所述优选可包括杠杆和杠杆轴承。与致动器单元区别的是计量系统的流体单元，流体单元包括与计量物质接触的部件，即例如输入通道、喷嘴和挺杆。

致动器单元的运动机构构造成，喷射元件与计量系统的至少一个压电致动器在功能方面联接。该联接继续传递由压电致动器施加的力和运动，使得由此得出喷射元件的用于使计量物质从喷嘴中输出的期望运动。而运动机构是优选多件式的至少间或地传输力的联接件，以便将压电致动器的偏转转变为喷射元件的优选竖向的运动。优选地，在运动机构和喷射元件之间没有固定的联接。这意味着，两个部件优选没有彼此螺旋连接、焊接、粘接等来联接。

根据本发明，计量系统包括具有输入装置的冷却装置，输入装置用于将预冷却的冷却剂输送到计量系统的壳体中、尤其致动器单元的壳体中。致动器单元的壳体相对于计量系统的环境大气限定致动器单元，即该壳体形成致动器单元的包围罩，因此包括计量系统的至少一个压电致动器以及运动机构。

根据本发明的输入装置在壳体的区域中具有多个、即一个或多个用于(外部的)冷却剂输入管路的连接或联接部位以及连接在(相应的)联接部位处且延伸直至壳体的内部空间中的输入通道组件。输入装置还可包括多个用于调整流入壳体中的冷却剂的体积流量和/或压力的部件，例如泵或比例阀以及可能的其他构件。

根据本发明，冷却装置用于借助预冷却的冷却剂直接地、主要可选地冷却致动器单元的压电致动器和/或与压电致动器联接的运动机构的至少一个子区域。“直接地”冷却子区域是指，相应的子区域、尤其其表面集中地被冷却。优选地，预冷却的冷却剂直接地流向或吹向相应的子区域。根据本发明，在壳体本身中冷却子区域，即直接“就地”冷却。通过从外部冷却壳体或其部分(例如借助传导)不是“间接地”进行冷却。

根据本发明，可借助冷却装置主要有选择地有针对性仅对压电致动器或运动机构的单个子区域、即表面的限定的区域或区段加载冷却剂。因此，冷却装置在壳体内可包括使流动偏转的元件，例如可单独控制的流动通道、导板、通风机等，以便将冷却剂有针对性地引导至特定的子区域。相应地，可存在压电致动器或运动机构的未通过待冷却的子区域包围且因此未直接冷却的表面区域。但是优选的是，多个子区域，即总体上基本包括压电致动器或运动机构的部件的整个面的一个或多个子区域被直接地加载冷却剂，因此下面根据实施例描述本发明，但是并不限于此。

由于冷却的选择性，冷却剂仅直接流向或吹向压电致动器或运动机构的待冷却的子区域，例如其整个表面。

冷却剂单纯地流过计量系统的作为压电致动器或运动机构的(子)区域的其他区域、例如壳体的外侧未落入本发明中。壳体的位于壳体内部中的区域，例如形成包围压电致动器的腔室(致动器腔室)和包围运动机构的腔室的壁部不是直接冷却的目标。冷却剂没有有针对性地流向或吹向计量系统的未通过待冷却的子区域包围的区域或表面，而是仅“同时流过”。这意味着，冷却剂在从输入装置至壳体的出口的路径上必然经过这些区域，其中，这些区域本身未通过冷却装置集中地直接冷却。

根据本发明冷却装置可构造成，仅选择性地冷却一个或多个压电致动器的多个子区域。这意味着，运动机构未受到直接冷却。但是替代地，也可仅在运动机构的一个或多个子区域上进行直接冷却，其中，压电致动器未受到直接冷却。有利地，压电致动器和运动机构可分开地借助根据本发明的冷却装置被冷却。但是替代地，冷却装置也可构造成，使得压电致动器和运动机构的多个子区域作为一个整体来直接冷却，如后面还将描述。

在本发明中，预冷却的冷却剂理解为，冷却剂至少在进入壳体中的时间点具有可预设的(额定)温度。在此，冷却剂的(额定)温度由于冷却低于计量系统的环境温度，也可能显著地低于计量系统的环境温度。由此，根据本发明的借助冷却的冷却剂的“真实”冷却与借助压缩的室内空气环流压电致动器有不同的“冷却目的”。为了达到冷却剂的特定的(额定)温度，冷却剂在输送到壳体中之前被冷却或去热，即从冷却剂中有针对地抽走热量或热能，例如如后面将描述地借助冷却装置的制冷装置。优选地，预冷却的冷却剂在进入到壳体中的时间点具有最高18℃、优选最高10℃、特别优选最高1℃的(额定)温度。

有利地，借助根据本发明的计量系统可实现，将在计量系统运行中生成的工艺热特别有效地从压电致动器和运动机构排走。与仅借助压缩的室内空气环流压电致动器不同，根据本发明的“真实的”且有针对性的或定向的冷却显著地提高了冷却效率，使得在冷却剂的体积流量相同的情况下每时间单位能有更多的热能从待直接冷却的表面排走。由此即使在外部温度高的情况下也可冷却计量系统的温度特别敏感的部件(例如压电致动器和运动机构)，防止了开头所述的由热引起的这些部件的不期望的膨胀并且实现了计量系统的永久的高度精确性。基于特别高效的冷却，计量系统也可在环境温度高的情况下以最大的计量频率工作。还有利地，可借助冷却装置有针对性地且可选择地冷却计量系统的温度敏感部件，其中，可取消对其余部件或壳体本身的冷却。由此可降低预冷却的冷却剂的消耗。

在根据本发明的使对计量物质进行计量的计量系统运行的方法，其中，计量系统具有喷嘴、用于计量物质的输入通道、喷射元件、与喷射元件和/或喷嘴联接的致动器单元以及冷却装置，致动器单元具有压电致动器，借助冷却装置的输入装置将预冷却的冷却剂输送给计量系统的壳体的内部、尤其致动器单元的壳体。替代地或附加地，通过冷却装置借助预冷却的冷却剂直接地冷却致动器单元的与压电致动器联接的运动机构的至少一个子区域，即有针对性地或集中地使冷却剂流向或吹向该至少一个子区域。优选地，可直接地冷却包括压电致动器和/或运动机构的表面的多个子区域。为了直接地冷却多个子区域，可借助与计量系统联接的控制和/或调节单元相应地操控和/或调节冷却装置，这在后面描述。

在制造对计量物质进行计量的计量系统的方法中，计量系统具有包括至少一个压电致动器的致动器单元，计量系统配备有冷却装置。冷却装置具有用于将预冷却的冷却剂输送到计量系统的壳体中的输入装置。根据本发明，计量系统、尤其冷却装置构造成，使得在计量系统运行中可借助预冷却的冷却剂直接地冷却压电致动器和/或与压电致动器联接的运动机构的至少一个子区域。

本发明的特别有利的另一设计方案和改进方案由下面的描述得出，其中，不同实施例或变型方案的单个特征也可组合成新的实施例或变型方案。

计量系统的至少一个压电致动器可包括至少局部柔性设计的致动器壳体，例如折叠式金属波纹管，在其中严密密封地封装有多个压电元件。这意味着，实际上“有源的”压电致动器、优选是具有压电活性材料的多个堆叠层的单片压电陶瓷多层致动器可布置在单独的致动器套筒(作为致动器壳体)的内部中，使得压电元件堆(压电堆或压电垛)相对于致动器腔室或计量系统完全隔离。因为致动器套筒持久地与封装在其中的压电堆连接或两个部件形成功能单元，在本发明中致动器套筒看作为压电致动器的组成部分。

至少一个压电堆的致动器套筒优选构造成，即使在计量系统运行中，即在压电堆偏转时没有材料或成分会从外向内或以相反的方向进入致动器套筒。尤其致动器套筒构造成，使得其通常为水或湿气不可透过的。在本发明的该实施方式中，由于封装使得冷却剂直接地流向或吹向致动器套筒的从压电堆指离的外表面或外侧的至少一个子区域或其整个表面。

为了特别有效地冷却封装的压电堆，在致动器条筒中可布置包围压电堆的用于从压电堆排走热量的导热介质。优选地，导热介质构造成，借助传导和/或对流将热从压电堆表面传递给致动器套筒、例如金属体。优选地，压电堆表面为用于热源的热传输面，其中，致动器套筒的至少一个(待冷却的)子区域可构造成用于热沉的热传输面。替代地或附加地，致动器套筒也可包括抑制湿气的介质。

有利地，在具有至少一个严密封装的压电堆的计量系统中实现，大多情况下在计量系统运行期间使得压电活性材料相对于计量系统的外部有害影响、尤其湿气完全隔离，其中，显著改进了压电致动器的“使用寿命”。借助计量系统的特别有效的冷却装置确保，尽管有在运行中在内部会严重变热的封装，仍然充分地冷却了压电堆。因此除了精确性以外，也可显著提高计量系统的(无间断的)使用寿命。还有利地，为了冷却可使用液态的或含水的冷却剂，因为由于严密密封的封装防止了压电活性材料的液化。

为了尽可能有效地冷却，冷却装置可构造成，借助控制和/或调节单元根据计量系统的基于运行生成的至少一个状态参数控制和/或调节对压电致动器和/或与压电致动器联接的运动机构的直接冷却。该过程也称为热调节。优选地，计量系统为此与控制和/或调节单元联接。优选地，将多个子区域通过调节技术组合成一个单元并且整体地根据至少一个状态参数来调节，多个子区域总和例如包括压电致动器或运动机构的整个面。下面以不受限的方式根据该实施方式描述本发明。

下面将术语控制用作控制和/或调节的近义词。这意味着，提到控制时，控制可包括至少一个调节过程。在调节时，通常连续地检测调节变量(作为实际值)并且与参考变量(作为额定值)相比较。通常以根据参考变量校准调节变量的这种方式进行调节。这意味着，调节变量(实际值)在调节回路的作用路径中连续地影响自己。

根据本发明，状态参数例如可为在压电致动器的至少一个子区域中的(表面)温度和/或与压电致动器联接的运动机构的的至少一个子区域中的(表面)温度和/或在壳体的外侧的至少一个子区域中的温度(“外部温度”)。为了确定温度，计量系统可包括一个或多个温度传感器，温度传感器优选与计量系统的控制单元联接。

为了在空间上(尽可能高分辨度地)监控压电致动器的温度，可沿着纵向延伸在压电致动器的致动器表面上实现多个温度传感器。如果压电致动器具有致动器套筒，压电堆封装到致动器套筒中，也可在致动器套筒的内壁和/或外壁的不同区域中布置多个温度传感器。替代地或附加地，也可使多个温度传感器与运动机构的至少一个部件直接接触地设置，例如与杠杆直接接触。

替代地，可紧挨在壳体上或壳体中的相应部件安装多个温度传感器，以便估计或外推部件的温度。此外，温度传感器也可构造成，例如借助红外线温度传感器从一定的间距中确定运动机构或压电致动器的对应子区域的温度。优选地，进行控制所依据的相关状态参数(控制状态参数)相应于压电致动器和/或运动机构的多个子区域的平均温度或最大温度。

另一状态参数可为压电致动器的至少一个子区域的长度。如开头所述，压电致动器或各个压电元件可具有与温度相关的伸展性能。因此，为了监控压电致动器的(运行)状态，可安装至少一个所谓的应变仪，其用于监控压电致动器在致动器表面上的绝对长度和/或动态的长度变化。借助应变仪可监控整个致动器及其子区段的长度拉伸。应变仪也可设置在致动器套筒的内部中(例如内壁的区域中)和/或致动器套筒的外侧上。

附加地或替代地，也可使用在计量系统的打开状态下在喷射元件、优选挺杆尖端和计量系统的喷嘴或喷嘴座之间的间距作为用于控制冷却的状态参数。在计量系统的持续运行中尤其会在挺杆尖端的区域中出现磨损现象，这会使得挺杆变短。另一方面，由于摩擦会使得运动机构的各个部件变热并且相应地膨胀。由于与运动机构联接，致动器的由热引起的长度改变会引起挺杆尖端的实际位置与额定位置有偏差。

为了确定状态参数，计量系统可包括用于测量可运动的部件的位移的至少一个运动传感器，例如磁传感器。优选地，至少一个热补偿的霍尔传感器可布置在壳体的区域中，使得传感器可与挺杆和/或杠杆的磁体公共作用，以便优选测量挺杆或杠杆的竖向位移。优选地，可将在计量系统的闭合状态中挺杆尖端的位置与在打开状态中的位置相比较，以便由此确定挺杆或挺杆尖端相对于计量物质输出部的实际运动。

附加的或替代的另一状态参数可为以特定的时间间隔从计量系统中输出的计量物质量。特别在高频的计量物质输出的情况下和/或在高粘度的介质的情况下，基于待创建的作业强烈地加热压电致动器。因此也可考虑介质例如在输入通道的区域中的流通率作为状态参数。为了确定状态参数可在输入通道的区域中布置至少一个流量传感器。替代地或附加地，也可将“学习的”(计量物质专用的)状态参数存储在控制单元中或计量系统中。

在此需要指出的是，根据至少一个状态参数控制和/或调节对压电致动器和/或运动机构的至少一个子区域的冷却的基本原理不限于上述根据本发明的计量系统。而是控制原理是本发明的独立部分方案。

优选地，控制原理也可应用到为了“冷却目的”用未冷却的冷却剂、例如压缩的室内空气(即本发明中的未经预冷却的冷却剂)环流压电致动器和/或运动机构的计量系统中。优选地，也可针对“冷却目的”根据压电致动器的至少一个子区域的长度和/或在喷射元件和计量系统的喷嘴之间的间距和/或计量物质量控制对压电致动器和/或运动机构的至少一个子区域的“冷却”，即对相应子区域的环流或流向相应的子区域。

前述状态参数提供关于致动器单元的当前(运行)状态的主要认知，因此可用于在计量系统的全面温度管理中的相应补偿措施。优选地，可对压电致动器和/或运动机构的至少一个子区域的直接冷却进行控制、尤其调节，使得在计量系统运行期间在该子区域中的至少一个需要调节的状态参数持续地、尤其在压电致动器的负荷波动的情况下稳定地保持在不严重的范围中，即，相应于预设的额定值。优选地，基于调节没有超过或低于额定值。替代地，也可调节成，使得在运行中状态参数连续地保持在额定范围中。

为了调节，可为相应的状态参数分配相应的额定值或额定范围作为实际值，该额定值或额定范围例如存储在控制单元中。在此，可为在致动器单元的不同区域中的一个以及同一个状态参数分配不同类型的额定值。例如，压电致动器的温度额定值明显高于运动机构的温度额定值。

优选地，对压电致动器的多个子区域的直接冷却进行调节，使得在计量系统运行中致动器表面的温度(作为额定值)恒定地相应于计量系统的环境温度。由此可实现压电致动器的“热稳定性”，其中，尽可能防止在运行中的由于热引起的压电致动器的长度拉伸。

原则上可将(在压电致动器运行中)最高允许的温度确定为额定值，使得实现计量系统的尽可能高的计量精确性。优选地，为了确定温度额定值可考虑致动器的当前的和/或预期的功率利用。基于通常使用的压电材料的较差的导热性，在压电致动器负荷波动大的情况下、尤其在经封装的压电致动器中会使得在压电致动器的内部中或压电堆中生成的损耗热没有足够快速地向外引导至压电致动器或制动器套筒的经冷却的表面。由此可从致动器或压电堆的芯部朝其外表面或朝致动器套筒形成温度梯度。虽然压电致动器或致动器套筒的表面上达到额定温度，压电致动器或压电堆的长度会改变。因此优选地，考虑压电致动器的相应功率利用，该功率利用例如存储在控制单元中，以确定(压电致动器或致动器套筒的)表面的“经校准的”额定温度，该额定温度即使在压电致动器或经封装的压电堆有动态的负荷波动时也防止整个压电致动器的长度伸展。

作为额定值也可直接地考虑压电致动器的长度伸展，该长度伸展如所述地可借助应变传感器确定。优选地，对压电致动器的多个子区域的冷却进行控制、尤其热调节，使得在计量系统运行中压电致动器具有可预设的恒定的压电致动器长度。因此，压电致动器在室温下的“初始”长度或压电致动器的最大容差的长度用作额定值。

替代地或附加地，可(热)调节对运动机构的多个子区域的直接冷却，使得在计量系统的运行中实现喷射元件、尤其其尖端的尽可能恒定的、保持不变的(额定)运动。因此可将在计量系统的打开状态中在挺杆尖端和喷嘴嵌件或喷嘴的密封座之间的间距或挺杆尖端的每次挺杆升程经过的间距作为额定值或额定范围。也可想到的是，使用壳体的最高允许的“外部温度”作为额定值。

为了对直接冷却进行调节，可在控制单元中基本上“实时比较”至少一个状态参数与对应的额定值。优选地，根据仅一个状态参数统一地调节多个子区域，其中，同时地通过控制单元连续“监控”至少另一状态参数。在相应的状态参数(当前)明显低于对应的额定值时，“监控”例如是有利的，对此(还)无需调节。例如由于致动器的运动条件改变，一旦“监控的”状态参数的实际值接近额定值，也可同时考虑该状态参数来调节冷却。优选地，对多个子区域进行直接冷却所依据的相应的状态参数在计量系统的运行中是变换的。

在温度管理中，一方面可调节冷却强度，例如通过调整流入壳体中的预冷却的冷却剂的体积流量。因此也可调节为多个子区域加载冷却剂的强度。替代地或附加地，也可调节预冷却的冷却剂在进入壳体中时的(额定)温度。对此，控制单元可与制冷装置联接。优选地，在运行计量系统期间动态地(根据需要)调整直接冷却的强度。此外也可调节直接冷却的具体“位置”。优选地，压电致动器和运动机构可单独地被加载冷却剂，下面将进行描述。

计量系统的冷却装置可构造成，将压电致动器和运动机构的多个子区域共同地、即作为一个单元来直接冷却(“组合的冷却”)。优选地，冷却装置仅包括唯一的冷却回路，冷却回路具有用于冷却剂的相应一个输入装置或排出装置，其中，共同地包括致动器腔室的冷却回路和运动机构的腔室。这意味着，压电致动器和运动机构的子区域被加载相同的(额定)温度的冷却剂。优选地，可根据两个部件中的仅一个部件的状态参数对直接冷却进行调节。例如仅根据压电致动器的表面温度调节对压电致动器和运动机构的直接冷却。

但是，对于特别有效地温度管理，冷却装置也可构造成借助控制单元单独地、尤其分开地或与对与压电致动器联接的运动机构的至少一个子区域的直接冷却的控制和/或调节无关地来控制和/或调节对压电致动器的至少一个子区域的直接冷却。因此优选地，冷却装置可包括两个单独构造的、需要独立运行的冷却回路，冷却回路分别具有单独的输入和排出装置，其可各自被加载预冷却的冷却剂。优选地，冷却回路可单独地构造成冷却压电致动器，尤其(在空间上)与用于冷却运动机构的冷却回路分开。因此，控制单元也可包括两个单独的“冷却调节或控制回路”，以彼此分开地检测和处理压电致动器或运动机构的相应状态参数，即对应地为相应的冷却回路供给冷却剂并且将冷却剂引导至相应待冷却的子区域。

优选地，一方面可借助冷却装置将压电致动器的多个子区域、例如整个致动器表面冷却到第一额定温度，使得对于致动器的运行获得尽可能有利的条件或提高计量精确性。

类似地，优选另一方面可借助冷却装置将运动机构的多个子区域、例如杠杆的与挺杆接触的“头部区域”冷却到第二额定温度，该第二额定温度可与第一额定温度不同。通过分开地冷却该子区域能够使得运动机构的冷却与压电致动器的通常为动态的冷却需求解耦。

优选地，可(热)调节对运动机构的子区域的直接冷却，使得可补偿运动机构和/或喷射元件的部件的磨损现象。对此可为有利的或必需的是，在温度管理中有针对性地利用计量系统的单个的或多个部件由于计量系统的运行产生的变热。在此如所述地尤其基于摩擦热使得运动机构变热。由于在挺杆尖端的区域中与预热的介质接触，挺杆会变热。此外，两个部件通过其至少间或的联接也会有相互热影响。

优选地，杠杆尤其在“杠杆头部”的区域中和/或挺杆的挺杆头部的由热引起的膨胀可用于补偿在喷嘴的区域中挺杆的由于磨损的缩短，以使得挺杆的额定升程(作为状态参数)保持稳定。

在计量系统的运行中，挺杆至少部分地、尤其以挺杆头部伸入计量系统的包围运动机构的腔室中，使得挺杆被用于冷却运动机构的冷却剂“同时流过”。因此优选地，运动机构由于单独的热调节比可能强烈加热的压电致动器更低程度地被冷却，由此存在于杠杆和/或挺杆中的(自)热用于维持挺杆的额定升程。特别优选地，调节对运动机构的直接流过，使得在“同时流过”喷射元件的至少子区域时维持挺杆的额定升程。

有利地，可借助计量系统的温度管理实现压电致动器或运动机构的冷却范围和冷却强度始终匹配致动器单元的当前的(运行)状态。尤其可考虑压电致动器的负荷波动，以便相应地在致动器单元有更小负荷的时间上对降低冷却功率，因此降低冷却剂的消耗。

压电致动器和运动机构的冷却的解耦可使得冷却剂消耗进一步降低。此外，由此也使得相对于运动机构的磨损现象增大用于补偿措施的限度，这可有利地影响计量系统的精确性。

相对地，具有“组合的冷却”的计量系统提供简化冷却装置的结构以及降低计量系统的制造费用的优点，因为仅需要用于整个致动器单元的公共冷却回路。即使在该结构方式中也可补偿出现的磨损现象，例如借助选择性地加热运动机构来补偿，下面还将提及。

优选地，输送给冷却回路的预冷却的冷却剂构造成，即足够冷并且在壳体中有足够的量，以便在计量系统的运行中持久地保持可预设的冷却功率。优选地，可通过控制单元(低地)确定冷却剂的(额定)温度，使得由于直接冷却在运行中开头所述的(相应)额定值稳定地保持在压电致动器和/或与压电致动器联接的运动机构的至少一个子区域中。

为了将冷却剂冷却到可预设的(额定)温度，冷却装置可包括制冷装置。优选地，冷却装置、尤其输入装置构造成，在壳体中的致动器腔室中和/或运动机构的腔室中提供预冷却的冷却剂。优选地，冷却装置还构造成，根据需要在壳体中分配预冷却的冷却剂。优选地，预冷却的冷却剂即使碰到压电致动器或运动机构的多个子区域的表面上也具有特定的(额定)温度。

为了将通过(相应的)输入装置流入的冷却剂尽可能定向地导引至待冷却的子区域，然后导引至壳体的排出装置，冷却装置可包括在壳体之内的使流动转向的元件，例如可单独操控的流动通道、导板、通风机等。优选地，冷却装置也至少包括用于将冷却剂冷却到(额定)温度、在壳体中以(额定)温度提供冷却剂、在壳体中将冷却剂导引到压电致动器和/或运动机构的多个子区域中、将冷却剂从壳体中排出并且可选地重新输送给制冷装置的部件。

优选地，制冷装置为了冷却冷却剂包括任意类型的“主动的”制冷源。制冷源优选构造成，主动地从物质、例如冷却剂中排走热能，以便主动地“产生”寒冷。因此优选地，冷却装置可包括至少一个制冷源。

制冷装置可单独地构造，即不是各个计量系统的固定组成部分。优选地，制冷装置可与多个计量系统共同作用。为了将预冷却的冷却剂导引到壳体中，制冷装置可借助冷却装置的冷却剂输入管路、例如温度绝缘的柔性管路与壳体的至少一个连接部位联接。

优选地，根据第一实施方式制冷装置构造成，将冷却剂冷却到特定的绝对的(额定)温度。优选地，制冷装置的运行可与计量系统或制冷装置的环境空气的温度和/或湿度无关地进行。这意味着，可借助制冷装置使得冷却剂的温度相对于环境温度降低，而且可设定到“任意的”、即在计量系统的运行方面要求的值。优选地，制冷装置可利用制冷机(作为制冷源)的原理。例如制冷装置可包括至少一个压缩制冷设备。优选地，这种制冷机可构造成，为两个或多个单独的计量系统供给冷却的冷却剂。液态和/或气态的介质适合作为冷却剂，其中，具有高的热容量的冷却剂是优选的。

替代地或附加地，制冷装置可使用热电冷却原理。因此优选地，制冷装置可包括至少一个帕尔帖元件(作为制冷源)。

优选地，可使用压缩的和(主动)冷却的空气作为冷却剂，因为其可以相对低的成本提供并且在(未经封装的)压电致动器处于应力下时可与吸湿特性相协调。因此在本发明的另一实施方式中制冷装置可包括至少一个用于将冷却剂冷却到特定的(额定)温度的涡流管(作为制冷源)。优选地，可借助在涡流管的热空气输出部的区域中的能调节的调节阀调节从涡流管中流出的经冷却的空气的温度。替代地或附加地，也可调节流入涡流管的涡流腔室中的空气的体积流量，以例如借助连接在涡流管之前的比例阀提供所需量的预冷却的冷却剂。优选地，借助控制单元可调节相应涡流管的调节阀或比例阀，使得在壳体中提供具有(额定)温度的冷却剂。由单个涡流管提供的预冷却的冷却剂量优选足以直接地冷却致动器单元的温度敏感的部件。

特别优选地，根据另一实施方式制冷装置可包括制冷机，例如压缩制冷设备和至少一个与其共同作用的后置的涡流管。优选地，冷却装置也可包括多于一个的、即至少两个不同的制冷源。尤其多个制冷源可构造成能单独操控的。优选地可借助涡流管将已经预调温的或经冷却的冷却剂冷却到(额定)温度。由于该相互作用，也可将冷却剂冷却到制冷机的“最低可能的”冷却温度以下的温度。

有利地，可借助冷却装置的制冷装置实现，在壳体中始终有足够大量的充分冷却的冷却剂，以便在计量系统运行中能够将多个子区域的一个或多个状态参数持久地保持在不危急的额定区域中。尤其在制冷机与涡流管的相互作用下可实现非常宽或低的冷却调节范围。由此计量系统也可在不利的环境条件下、例如特别高的温度下以最大的计量频率运行，其中同时确保高的计量精确性。

为了进一步改进计量精确性，致动器单元的与压电致动器联接的运动机构的至少一个子区域可包括用于加热运动机构的至少一个子区域的可调节的加热装置。

对此，加热装置可实现为运动机构的组成部分，例如呈在杠杆中或杠杆上的加热线圈的形式。

替代地或附加地，致动器单元的壳体可包括至少一个可借助控制单元调节的加热装置，该加热装置用于加热运动机构的至少一个子区域。优选地，可借助传导将子区域加热到可预设的温度。加热装置、例如电热芯或加热线圈可例如借助在壳体中在加热装置和压电致动器之间的绝缘的充满空气的槽缝与压电致动器热解耦。

优选地，壳体尤其在电热芯和热解耦之间的区域中可包括至少一个温度传感器。如在这种类型的计量系统中常见的，也可附加地设置用于加热喷嘴或喷嘴区域中的计量物质的加热装置。

优选地，加热装置构造成在与计量系统的冷却装置的共同作用中使得计量系统在运行期间在压电致动器和/或运动机构的多个子区域中的一个或多个状态参数尽可能保持恒定，优选保持在相应额定值的范围中。优选地，计量系统的加热装置和冷却装置共同作用，使得在压电致动器和/或与压电致动器联接的运动机构的至少一个子区域中的(额定)温度和/或压电致动器的长度和/或在计量系统的打开状态下在喷射元件和喷嘴之间的间距和/或在计量系统运行中在计量物质输出期间计量物质量持久地基本上恒定。

优选地，可借助控制单元使得加热效果与冷却效果彼此协调，使得在计量系统的运行中以尽可能有效的方式将“控制状态参数”保持在额定范围中。优选地，控制单元可包括“加热调节回路”或“加热控制回路”，以使加热装置单独地、尤其与冷却装置分开地操控。

优选地，加热装置和冷却装置可至少间或地并行运行，即可同时地加热并且直接地冷却多个子区域(“叠加地调节”)。优选地，“叠加地调节”使得加热能量或冷却剂的消耗尽可能低，即加热装置和冷却装置不是连接地以全负荷相对彼此作业。例如在计量系统中可以“组合的冷却”控制冷却装置，使得在致动器表面的区域中达到额定温度。附加地，可控制加热装置，将运动机构的多个子区域(并且借助喷射元件或挺杆的传导)加热到(更高的)额定温度，以提供喷射元件的升程的额定值。

替代地或附加地，也可控制加热装置以便在壳体的区域中、尤其在壳体的包围运动机构的腔室的区域中实现期望的由热引起的膨胀。优选地，使壳体的至少一个区域由热引起膨胀，使得在计量系统的运行中将喷射元件的升程的额定值保持稳定。

有利地，可借助能单独操控的加热装置进一步改进磨损补偿的可能性，例如通过对运动机构的各个子区域或间接地对挺杆和/或壳体进行有针对性的加热或受控的热膨胀来补偿喷射元件或挺杆的缩短。因此在计量系统的打开状态中挺杆尖端始终定位在相对于喷嘴初始的或额定间距中，使得每挺杆升程输出的计量物质量保持恒定。加热装置同时构造并且布置计量系统中，使得压电致动器的相关状态参数(例如致动器温度或长度)可保持在不危急的区域中。

事实上，前述优点也可应用在“组合的冷却”的系统中，由此虽然为运动机构的多个子区域直接加载必要时非常冷的冷却剂，但是可实现这些区域的期望的热膨胀。因此，虽然简化了计量系统的结构，可在计量物质输出时实现持续的高度精确性。还有利地，加热装置和冷却装置的微小的受控的“相对作业”(“叠加的调节”)有助于相对于外部影响提高计量系统的状态参数的更高的“强度”或稳定性。

附图说明

下面参考附图根据实施例再次详细阐述本发明。在此，在不同的附图中相同的部件设有相同的附图标记。附图通常未按尺寸比例示出。其中示出：

图1示出了根据本发明的一种实施方式的计量系统的剖视图，

图2至图4示出了根据本发明的其他实施方式的在剖视图中示出的计量系统的部分，

图5示出了根据本发明的一种实施方式的计量系统的在剖视图中示出的致动器单元，

图6示出了根据本发明的一种实施方式的计量系统的经封装的压电致动器的剖视图，

图7示出了根据本发明的一种实施方式的计量系统的冷却装置的示意图。

具体实施方式

根据图1此时描述根据本发明的计量系统1的具体实施例。计量系统1在此示出为在通常的按规定的位置或方位中，例如在计量系统1的运行中。在此，喷嘴40位于计量系统1的下部区域中，使得介质的液滴可沿射出方向R通过喷嘴40向下射出。在下面对此使用术语下和上，因此这些说明始终涉及计量系统1的这种大多常见的方位。但是这不排除，计量系统1在特殊应用中也可使用在不同的方位中并且液滴例如侧向地射出。根据介质、压力和具体构造以及对整个射出系统的操控，这原则上也是可能的。

计量系统1包括致动器单元10以及流体单元30作为主要部件。在此处示出的计量系统1的实施例中，致动器单元10和流体单元30彼此固定连接，例如借助固紧螺钉23连接。但是需要指出的是，各个组件10、30也可根据彼此联接的插接联轴部件的类型实现形成快速联轴节。然后，致动器单元10和流体单元30可在无需工具的情况下彼此联接，以由此形成计量系统1。

致动器单元10基本上包括用于驱动喷射元件31、在此挺杆31或使得喷射元件31、在此挺杆31在喷嘴40中运动的所有部件，即例如压电致动器60和运动机构14，以便可操作流体单元30的喷射元件31，类似的部件将在下面阐述。

流体单元30除了喷嘴40和将介质输入喷嘴40的输入管路44以外，还包括直接与介质接触的所有其他部件以及还包括需要用于将相关的与介质接触的部件安装在一起或保持在其位于流体单元30上的方位中的元件。

在此处示出的计量系统1的实施例中，致动器单元10包括致动器单元壳体块11，致动器单元壳体块具有两个内置的腔室、即一个是致动器腔室12以及位于其中的压电致动器60和另一个是动作腔室13，流体单元30的可运动的喷射元件31、在此挺杆31伸入该动作腔室中。经由从致动器腔室12伸入动作腔室13中的运动机构14借助挺杆31的压电致动器60被操作，使得通过流体单元30在期望的时间点以期望的量射出待计量的介质。挺杆31在此封闭喷嘴口41，因此也用作封闭元件31。但是因为只有在挺杆31沿闭合方向运动时，大部分介质才从喷嘴口41中射出，挺杆在此称为喷射元件31。

为了操控压电致动器60，使该压电致动器与计量系统1的控制单元90电连接或通过信号技术连接。与该控制单元90的连接经由控制线缆91实现，控制线缆与合适的压电致动器控制连接66、例如合适的插头连接。两个控制连接66分别与压电致动器60的接触销61或与相应的连接极联接，以便借助控制单元90操控压电致动器60。不同于图1所示，控制连接66密封地穿过壳体11，使得在相应穿过的控制连接66的区域中基本上没有空气可从外部进入致动器腔室12中，例如在下面描述的用预冷却的冷却剂直接冷却压电致动器60的多个子区域的情况。压电致动器60、尤其压电致动器控制连接66可例如设有合适的存储器单元(例如EEPROM等)，在存储器单元中存储有如商品名称等的信息或压电致动器60的调节参数，之后可通过控制单元90读取该信息或调节参数以辨别压电致动器60并且以合适的方式操控。控制线缆91可包括多个控制线路和数据线路。但是因为压电致动器的基本操控是已知的，对此不再详述。

压电致动器60根据布线可借助控制装置90沿致动器腔室12的纵向方向伸展(膨胀)并且再次收缩。可从上方将压电致动器60置入致动器腔室12中。然后，通过螺旋运动可调节高度的球冠能用作上部的支座(此处未示出)，其中使得压电致动器60能够相对于运动机构14、在此为杠杆16精确调整。因此，压电致动器60向下经由下部成锐角伸延的压紧件20支承在杠杆16上，而杠杆放置在致动器腔室12的下端处的杠杆轴承18上。经由杠杆轴承18使得杠杆16可围绕倾斜轴线K倾斜，使得杠杆16的杠杆臂通过缺口15伸入动作腔室13中。在杠杆臂的端部上，杠杆臂具有朝与致动器单元10联接的流体单元30的挺杆31的方向指向的接触面17，接触面压到挺杆头部33的接触面34上。

在此需要指出的是，在示出的实施例中，通过使挺杆头部33的挺杆弹簧35从下方压靠到杠杆16上，杠杆16的接触面持久地与挺杆头部33的接触面接触。虽然杠杆16位于挺杆31上。但是在两个部件16、31之间没有固定连接。但是原则上也可在挺杆弹簧35的初始或静止位置中在挺杆31和杠杆16之间存在间距，使得杠杆16首先在向下摆动时自由地行驶特定的位移区段且同时记录速度，然后以高的脉冲碰撞到挺杆31或其接触面34上，以提高射出脉冲，而挺杆31将该脉冲施加到介质上。为了实现驱动系统(杠杆-压电致动器-运动系统)的尽可能恒定的预紧，杠杆16在其与挺杆31接触的端部上通过致动器弹簧10向上挤压。

流体单元30在此如所述地借助固紧螺钉23与致动器单元10连接。挺杆31借助挺杆弹簧35支承在挺杆轴承37上，在挺杆轴承上向下连接有挺杆密封件36。挺杆弹簧35将挺杆头部33沿轴向方向向上从挺杆轴承37压离。因此也将挺杆尖端32从喷嘴40的密封座43上压开。即，在没有外部的压力从上方施加到挺杆头部33的接触面34上的情况下，在挺杆弹簧35的静止位置中挺杆尖端32与喷嘴40的密封座43有间距。因此，在压电致动器60的静止状态(未膨胀的状态)下喷嘴口41也是打开的或未闭合的。

经由输入通道44所引至的喷嘴腔室42将计量物质输送至喷嘴40。输入通道44的另一端借助贮藏器端口45与介质贮藏器46连接。此外，流体单元30还包括一排附加的部件，该附加的部件通常应用在这种计量系统中，例如框架部件47、具有加热连接线缆49的加热装置48等，仅列出几个。因为计量系统的原则性构造是已知的，为了更清楚在此主要示出了至少间接涉及本发明的部件。

计量系统1包括具有输入装置21的冷却装置2，以便将预冷却的冷却介质输送给致动器单元10的壳体11。输入装置21在此包括插套21或软管连接件21作为用于连接冷却剂输入管路(未示出)的联接部位。为了将冷却剂直接地导入致动器腔室12中、即在没有直接地冷却壳体11的区域的情况下将冷却剂直接地导入致动器腔室12中，输入装置21还包括连接在插套21上的流入通道26。需要指出的是，在此以及在下面附图中插套21和流入通道26仅代表性地用于输入装置21的一排其他可能的部件。在致动器腔室12内借助流动偏转的元件(此处未示出)有针对性地将流入的冷却剂朝压电致动器60的多个子区域偏转，使得优选借助冷却剂直接地吹向压电致动器60的整个表面。

在该实施方式中，致动器腔室12与动作腔室13贯通地连接。因此，流入致动器腔室12中的冷却剂、例如经压缩的且冷却到额定温度的空气可通过冷却装置有针对性地偏转，使得也直接地冷却运动机构的多个子区域。冷却装置构造成，在致动器腔室12和动作腔室13内形成冷却剂流并且使其偏转，使得主要仅待冷却的子区域的表面被集中地、优选在前部被加载冷却剂。

相反，计量系统1的无需直接冷却的其他区域、例如壳体11的外壁或致动器腔室12或动作腔室13的内壁未被冷却剂集中地吹向。后者区域虽然被冷却剂经过或拂过(“流过”)，但是未直接流向后者区域，因此在此冷却剂没有发挥其全部的冷却效率。

冷却剂借助排出装置22的排出通道27离开壳体。排出装置22在此构造成根据本发明的冷却装置2的一部分。

优选地，借助冷却剂流也可将来自致动器腔室12或动作腔室13的机械磨粒从计量系统1中除去。在本发明的该实施方式中，压电致动器和运动机构的多个子区域共同地、即作为一个单元直接地被冷却(“组合的冷却”)。因此，计量系统1在此仅包括一个冷却回路。

原则上，在计量系统的运行中，压电致动器60和运动机构14以恒定的强度被直接冷却(“未受调节的冷却”)。但是，如在图1中所示，优选地，借助控制单元90根据需要调节直接冷却。因为压电致动器60和运动机构14在此共同地或作为一个单元被冷却，控制单元90在此仅需唯一的控制和/或调节回路。例如可根据致动器表面的温度(作为状态参数)调节冷却，以便在运行中将压电致动器60调节到恒定的长度。为此压电致动器60可包括多个温度传感器，其中，借助控制单元90的温度传感器连接线缆输送相应的测量值。这稍后根据图3和图6描述。

控制单元90与制冷装置、例如压缩制冷设备和/或涡流管(参见图7)联接并且根据状态参数对其进行操控，使得将具有这种体积流的足够冷却的冷却剂输送给壳体11并且在壳体11中分配，使得由于直接冷却，至少一个状态参数持续地相当于对应的额定值。

在图1示出的实施方式中，由于共同冷却压电致动器60和运动机构14会出现，运动机构14通过例如与压电致动器的额定温度一致的冷却剂被强烈冷却，使得只是通过使用产生的摩擦热补偿运动机构14的部件的磨损是不可能的。因此为了使得冷却装置的简单结构与尽可能高的计量精确性组合，可有针对性地引起运动机构14的子区域的由热引起的膨胀。对此，壳体11包括加热装置51，在此为电热芯51，其可借助电热芯连接线缆92通过控制单元90操控。由电热芯51生成的热例如借助传导和/或热辐射使得运动机构14、例如杠杆16的放置在挺杆头部33上的区域(“杠杆头部”)的至少一个子区域变热和/或使得壳体11变热以及壳体材料相应地改变长度。

在图1中在壳体11中紧邻电热芯51地布置温度传感器52，温度传感器借助温度传感器连接线缆86与控制单元90联接。由温度传感器52得出的数据可用于探测在壳体11的区域中的温度。控制单元90可操控电热芯51，使得虽然用冷却剂直接地冷却运动机构14，壳体11、尤其壳体11的包围动作腔室13的区域被加热到额定温度(“叠加的调节”)，以便实现壳体11的由热引起的期望的膨胀。例如由热引起的膨胀可使得壳体11的在此相应于壳体11的竖向延伸的长度增加期望的数值。由此也可相对于压电致动器60(相对地)改变运动机构14的位置或方位。这改变了杠杆16相对于喷射元件31的方位，因为杠杆轴承18与压电致动器60的间距以及在喷射元件31和计量系统1的喷嘴40之间的间距受其影响。

在动作腔室13的区域中还布置有运动传感器53，例如热补偿的霍尔传感器53，霍尔传感器与“杠杆头部”的区域中的磁体共同作用(未示出)，从而确定由于压电致动器60的偏转引起的“杠杆头部”的此处主要竖向的运动。“杠杆头部”的竖向运动基本上相应于挺杆31的(竖向)升程。将霍尔传感器53的数据(每挺杆升程的位移测量)输送给控制单元90。借助该数据可获得在计量系统的打开状态中在挺杆尖端32和喷嘴40或喷嘴座43之间的实际间距的结果(作为状态参数)。控制单元90例如可在考虑温度传感器52和霍尔传感器53的数据的情况下控制电热芯51，使得在直接冷却运动机构14期间虽然运动机构14和/或挺杆31的部件有磨损挺杆31的额定升程也保持稳定。

壳体11包括竖向伸延的充满空气的槽缝50，以使得电热芯51与待冷却的压电致动器60热解耦。因此，由电热芯51生成的热主要朝运动机构14的方向偏转。根据计量系统1的实施方式也可使得致动器腔室12与动作腔室13热解耦(图2)。

在图2中示出了根据本发明的另一实施方式的计量系统。在此以及在图3和图4中，流体单元也相应于根据图1中的流体单元的构造，使得下面为了清楚仅多部分地示出了该组件。控制单元以及用于接触压电致动器或壳体中的电热芯和温度传感器的相应线缆在下面不再重复地示出或仅部分地示出。

与根据图1的实施方式的主要区别是，计量系统1的冷却装置2在此(图2)包括两个单独构造的且可单独操控的冷却回路，以相对于运动机构14独立地或分开地直接冷却压电致动器60。冷却装置2的第一冷却回路构造成，直接地冷却压电致动器60，其中，冷却回路包括具有流入通道26的输入装置21以及与其共同作用的在致动器腔室12的下部区域中具有流出通道27的排出装置25。

为了使对压电致动器60的冷却与对运动机构14的冷却解耦，在压电致动器60的底部区域、例如固定有压电致动器60的圆形板和致动器腔室12的内壁之间布置至少一个O形环54。O形环54朝下限定致动器腔室12并且形成用于冷却剂的屏障。在该实施方式中O形环54是冷却装置2的一部分。根据划分，在O形环54之下在杠杆轴承18的区域中形成不再被致动器腔室12的冷却回路包围的腔室。该腔室借助缺口15与动作腔室13连接，因此在该实施方式中看作为动作腔室13的一部分，即包围计量系统1的运动机构14的腔室13。

在此，冷却装置2包括单独的第二冷却回路，其用于直接地冷却运动机构14的至少一个子区域。为此，(扩展的)动作腔室13具有自身的输入装置24和与其共同作用的排出装置22，输入装置具有用于预冷却的冷却剂的流入通道26，排出装置具有流出通道27。

可借助控制单元(此处未示出)控制冷却装置2，使得借助独立构造的输入装置21或24分开地为两个冷却回路供给冷却剂。例如可使输入的冷却剂的相应体积流和相应温度根据需要匹配压电致动器60或运动机构14的相应情况。对运动机构14的较低强度的冷却会导致只是运动机构14产生的摩擦热就足以补偿磨损。

在此，壳体11还包括充满空气的水平的槽缝50，以使实际上通常比运动机构14更大程度冷却的压电致动器60与运动机构14热解耦。因此可降低在两个冷却回路之间的不期望的相互热作用。

在图3中示出了计量系统的另一实施方式，计量系统的冷却装置基本上相应于图1中的冷却装置。但是压电致动器在此包括致动器壳体62，压电堆严密密封地封装在致动器壳体中。在此借助两个外部的接触销61(对此也参见图6)进行压电致动器或压电堆的布线。此处在中间示出的两个接触销61用于将压电致动器或压电堆的多个温度传感器的测量值从致动器套筒62传输给控制单元(未示出)。为此，接触销61分别一端借助温度传感器连接线缆86与控制单元连接并且另一端在致动器套筒62中与一个或多个温度传感器连接(未示出)。

在图4中示出的实施例基本上相应于图2中的计量系统。但是在此也如针对图3所述，封装在致动器套筒62中的压电堆布置在致动器腔室12中。在该实施方式中，借助冷却装置2的第一冷却回路为致动器套筒62的一个表面或指向致动器腔室12的外侧的多个子区域直接加载冷却剂。借助冷却装置2的第二冷却回路可如所述地为运动机构14的至少一个子区域加载预冷却的冷却剂。

图5示出了根据本发明的实施方式的用于计量系统的具有封装的压电致动器的致动器单元的一部分的细节。致动器套筒62以及封装在其中的压电堆布置在致动器腔室12中，使得致动器套筒62至少在隆起部82的区域中紧邻致动器腔室12的壁部79的内侧80。在致动器套筒62的各个隆起部82之间周期性地布置基本上水平伸延的凹处83。

在此，冷却装置2包括冷却剂输入管路84，冷却剂输入管路联接在输入装置21的泵28上。替代地，冷却剂输入管路84也可与输入装置21的可设定的冷却空气供给部(未示出)联接。为了调整冷却功率，可借助控制连接29通过控制单元90操控泵28。为了给致动器腔室12输入冷却剂，泵28借助输入装置21与用于冷却剂的流入通道26连接。

在此，冷却装置2的流入通道26直接沿着腔室壁部79的外侧81伸延，即，通过腔室壁部79的外侧81以及壳体11限定流入通道26。流入通道26沿着致动器腔室12具有腔室壁部79的多个缺口88或开口88。相应的缺口88是在流入通道26和致动器腔室12之间的连接部。

为了直接地冷却致动器套筒62的多个子区域，将致动器条筒定位在致动器腔室12中，使得在具有致动器套筒62的单个槽口83的水平平面中分别有一个缺口布置在流入通道26和致动器腔室12之间以及与其共同作用的缺口88’(此处在左侧示出)布置在致动器腔室12和流出通道27之间。

因此，通过相应的缺口88从流入通道26流入到致动器腔室12中的气态和/或液态的冷却剂沿着竖向地通过邻接的隆起部82限定的相应槽口83基本上水平地沿着致动器套筒62被引导并且最终到达流出通道27中或借助排出装置25到达冷却装置2的冷却剂排出管路85中。在该实施方式中，直接地冷却致动器套筒62的多个子区域。为了也有效地冷却封装的压电堆，在致动器套筒62中可布置导热的介质，如根据图6所述。

图6示出了应用在计量系统中的经封装的压电致动器的可能的实施方式的细节。压电活性材料67、即压电堆67布置在致动器套筒62的罩盖64和底部63之间并且在侧面通过折叠式的外侧面包围。外侧面74与罩盖64和底部63固定连接，以使得压电堆67严密地与其周围隔离。罩盖64包括四个玻璃穿引部65(此处仅示出一个)，借助四个玻璃穿引部使得接触销61严密密封地并且电绝缘地从致动器套筒62的内部空间中向致动器套筒62之外引出。为了给压电堆67布线，分别有一个接触销61与压电堆67的外电极70连接，例如钎焊。在压电堆67的两个相对侧上，总共两个外电极70沿着压电堆的纵向延伸在压电堆67的外侧或表面77上在两个不活动的头部区域或底部区域73之间伸延。

在致动器套筒62中布置有四个温度传感器78，其中三个在压电堆67的表面上沿着压电堆67的纵向延伸并且另一个与致动器套筒62的外侧面74或内壁74测量接触。通常来说，相应的温度传感器78可分别与两个接触销61(此处未示出)连接，以生成测量值或将测量值传输给控制单元。为了将多个温度传感器78的测量信号传输给控制单元也可将单个的传感器信号设置在一个接触销61上并且如果温度传感器78是有总线兼容的IC温度传感器则以合适的方式调制。

在致动器套筒62中还将应变仪87布置在压电堆67的表面77上。在此，应变仪87基本上沿着封装的压电堆67的整个纵向延伸、即在不活动的底部区域或头部区域73之间延伸。应变仪87的相应的测量值(状态参数)可借助接触销61传输给计量系统的控制单元(未示出)。另一应变仪87布置在致动器套筒62的外侧上，其中，应变仪在此在底部63和罩盖64之间延伸，因此可探测经封装的压电堆67的总偏转、尤其由温度引起的长度改变。

为了尽管封装仍然能够有效地冷却压电堆67，致动器套筒62包括液态的和/或固态的填充剂75，该填充剂将运行中生成的热有效地从表面77排走并且传递给致动器套筒62的借助冷却装置直接冷却的区域。填充剂也可包括抑制湿气的介质。致动器套筒62还包括膨胀区域76，例如气泡76或填充有气体的区域76。

图7示意性地示出了根据计量系统的一种实施方式的用于直接冷却压电致动器或运动机构的多个子区域的冷却装置2的构造。控制单元90根据计量系统1的状态参数操控冷却装置2的制冷装置55，例如压缩制冷机55，使得将冷却剂冷却到特定的(第一)温度。借助冷却剂输入部KMZ将冷却剂、例如压缩的室内空气输送给制冷机55。从制冷机55流出的冷却剂已经被冷却到计量系统1的环境温度以下的温度并且借助合适的绝缘管路到达冷却装置2的后置的涡流管57。

为了借助涡流管57将预调温的冷却剂有针对性地冷却到最终的(额定)温度，涡流管57在涡流管57的热空气输出部HAW的区域中包括可控制的调节阀94。借助阀94可调整经冷却的冷却剂(冷却空气部分)的温度以及(体积)流量。原则上阀的打开使得从涡流管57中流出的冷却空气的流量和温度降低。冷却的冷却剂在涡流管57的冷空气输出部处以方向SKM离开涡流管57。借助热空气输出部HAW将涡流管的“热空气部分”从涡流管57或计量系统1引走。为了调整进入涡流管57中的冷却剂的体积流量，涡流管57可前置设有比例阀56，比例阀可借助控制单元90来操控。

在此处示出的冷却装置2的实施方式中，借助一端与涡流管57且另一端与输入装置21联接的冷却剂输入管路84将冷却剂引入计量系统1的壳体11中，以便使得压电致动器和运动机构的多个子区域共同地冷却(“组合冷却”)。在此，在涡流管57和输入装置21之间设有可控制的减压器59。

在此，所述的调节元件、可控制的压缩制冷机55、比例阀56、减压器59和可控制的调节阀94可单独地或也可作为补充地使用。因此，示出的原理性冷却回路的布置显示出近似最大的结构分级来描述单个组成部件的功能。

如果冷却装置2不同于此处所示包括两个单独的冷却回路，第一涡流管57可用于根据需要冷却压电致动器并且第二涡流管57可用于根据需要冷却运动机构。

借助冷却装置2将冷却剂引导通过壳体11，使得直接地冷却压电致动器和运动机构的多个子区域。然后由于压电致动器或运动机构的废热可变热的冷却剂借助至少一个排出装置22或冷却剂排出管路85从壳体11中去除或在热空气输出部HAD的区域中从致动器单元10引走。在此，在热空气输出部HAD的区域中布置另一减压器59。

在此，减压器59显示为冷却装置2的可选部件。原则上比例阀56构造成经由通过涡流管57实现的流通量设定冷却剂输入管路84中或冷却回路中的压力，例如减小该压力。此外，涡流管57的冷却剂流通和划分成热空气部分和冷空气部分引起压力降低。

壳体11包括电热芯51，电热芯可借助控制单元90控制，使得将运动机构的至少一个子区域加热到(额定)温度。在致动器单元10中还布置有多个温度传感器78，以检测压电致动器或运动机构的至少一个子区域的温度。相应的数据作为计量系统的状态参数被输送给控制单元90。

控制单元90可根据该状态参数或其他的状态参数计算或执行计量系统的温度管理，以便实现尽可能恒定的高度的计量精确度。对此，控制单元90可为冷却装置2的各个部件、即制冷机55、比例阀56、涡流管57或调节阀94、减压器59、电热芯51以及可能的部件加载相应的控制信号。

最后还要再次指出的是，前面详细描述的计量系统仅是实施例，技术人员可以不同方式对实施例进行改型，而没有离开本发明的范围。因此，例如单个的制冷机可与多个涡流管联接。不定冠词“一个”的使用不排除相关特征也可为多个的情况。

附图标记列表

1 计量系统

2 冷却装置

10 致动器单元

11 致动器单元的壳体

12 致动器腔室

13 动作腔室

14 运动机构

15 缺口

16 杠杆

17 杠杆的接触面

18 杠杆轴承

19 致动器弹簧

20 压紧件

21 输入装置/致动器腔室

22 排出装置/动作腔室

23 固紧螺钉

24 输入装置/动作腔室

25 排出装置/致动器腔室

26 流入通道

27 流出通道

28 泵

29 泵的控制连接

30 流体单元

31 挺杆

32 挺杆尖端

33 挺杆头部

34 挺杆的接触面

35 挺杆弹簧

36 挺杆密封件

37 挺杆轴承

40 喷嘴

41 喷嘴口

42 喷嘴腔室

43 密封座

44 输入通道

45 贮藏器端口

46 介质贮藏器

47 框架部件

48 流体单元的加热装置

49 加热连接线缆

50 槽缝/壳体

51 致动器单元的电热芯

52 温度传感器/壳体

53 霍尔传感器

54 O形环

55 制冷机

56 比例阀；节流阀

57 涡流管

59 减压器

60 压电致动器

61 接触销

62 压电致动器壳体；致动器套筒

63 (致动器套筒的)底部

64 (致动器套筒的)罩盖

65 玻璃穿引部(Glasdurchführung)

66 压电致动器控制连接

67 压电堆

70 外电极

73 不活动的区域

74 (致动器套筒的)外侧面

75 填充剂

76 膨胀区域

77 致动器表面

78 温度传感器/压电致动器

79 腔室壁部

80 腔室壁部的内侧

81 腔室壁部的外侧

82 致动器套筒的隆起部

83 致动器套筒的凹处

84 冷却剂输入管路

85 冷却剂排出管路

86 温度传感器连接线缆

87 应变仪

88、88’缺口

90 控制单元

91 控制单元连接线缆

92 电热芯连接线缆

94 涡流管的调节阀

HAD 计量系统的热空气输出部

HAW 涡流管的热空气输出部

K 倾斜轴线

KMZ 冷却剂输入部

R 射出方向

SKM 冷却剂的流动方向。

Claims (23)

1.一种用于计量物质的计量系统(1)，所述计量系统具有喷嘴(40)、用于计量物质的输入通道(44)、喷射元件(31)、与所述喷射元件(31)和/或所述喷嘴(40)联接的致动器单元(10)以及冷却装置(2)，所述致动器单元(10)具有压电致动器(60)，所述冷却装置(2)包括用于将预冷却的冷却剂输送到所述计量系统(1)的壳体(11)中的输入装置(21、24、26)，其中，所述冷却装置(2)用于借助预冷却的冷却剂对所述压电致动器(60)的至少一个子区域和/或与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域进行直接冷却。

2.根据权利要求1所述的计量系统，其中，所述压电致动器(60)包括致动器壳体(62)，压电元件(67)封装在所述致动器壳体(62)中。

3.根据权利要求1或2所述的计量系统，其中，所述冷却装置(2)构造成，根据至少一个状态参数控制和/或调节对所述压电致动器(60)的至少一个子区域和/或与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域的冷却。

4.根据权利要求3所述的计量系统，其中，所述至少一个状态参数是在所述压电致动器(60)的至少一个子区域中的温度和/或在与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域中的温度。

5.根据权利要求3所述的计量系统，其中，所述计量系统(1)为了确定所述状态参数包括温度传感器(52、78)和/或应变传感器(87)和/或运动传感器(53)。

6.根据权利要求1所述的计量系统，其中，所述冷却装置(2)构造成，单独地控制和/或调节对所述压电致动器(60)的至少一个子区域的冷却。

7.根据权利要求1所述的计量系统，其中，所述冷却装置(2)构造成，和对与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域的冷却的控制和/或调节分开地控制和/或调节对所述压电致动器(60)的至少一个子区域的冷却。

8.根据权利要求1所述的计量系统，其中，所述预冷却的冷却剂构造成，将所述压电致动器(60)的至少一个子区域和/或与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域冷却到额定温度。

9.根据权利要求1所述的计量系统，其中，所述冷却装置(2)为了冷却冷却剂而包括至少一个制冷装置(55、57)。

10.根据权利要求9所述的计量系统，其中，所述制冷装置(55)构造成，将所述冷却剂冷却到预设的温度。

11.根据权利要求9或10所述的计量系统，其中，所述制冷装置(55、57)包括涡流管(57)。

12.根据权利要求11所述的计量系统，其中，所述涡流管(57)包括能调节的阀(94)以调节所述冷却剂的温度。

13.根据权利要求1所述的计量系统，其中，与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域包括用于对与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域加热的加热装置(51)。

14.根据权利要求13所述的计量系统，其中，所述加热装置(51)构造成，通过与所述计量系统(1)的冷却装置(2)的相互作用而使以下状态参数中的至少一个保持恒定：

-所述压电致动器(60)的至少一个子区域中和/或与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域中的温度；

-所述压电致动器(60)的至少一个子区域的长度；

-在所述喷射元件(31)和喷嘴(40)之间的间距；

-计量物质的计量量。

15.用于计量物质的计量系统(1)，具有喷嘴(40)、用于计量物质的输入通道(44)、喷射元件(31)、与所述喷射元件(31)和/或所述喷嘴(40)联接的致动器单元(10)以及冷却装置(2)，所述致动器单元具有压电致动器(60)，所述冷却装置(2)构造成，根据至少一个状态参数控制和/或调节对所述压电致动器(60)的至少一个子区域和/或与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域，其中，所述至少一个状态参数是所述压电致动器(60)的至少一个子区域的长度和/或在所述计量系统(1)的喷射元件(31)和喷嘴(40)之间的间距和/或计量量。

16.根据权利要求15所述的计量系统，其中，所述计量系统(1)为了确定所述状态参数包括温度传感器(52、78)和/或应变传感器(87)和/或运动传感器(53)。

17.根据权利要求15所述的计量系统，其中，所述冷却装置(2)构造成，单独地控制和/或调节对所述压电致动器(60)的至少一个子区域的冷却。

18.根据权利要求15所述的计量系统，其中，所述冷却装置(2)构造成，和对与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域的冷却的控制和/或调节分开地控制和/或调节对所述压电致动器(60)的至少一个子区域的冷却。

19.根据权利要求15所述的计量系统，其中，与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域包括用于对与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域加热的加热装置(51)。

20.根据权利要求19所述的计量系统，其中，所述加热装置(51)构造成，通过与所述计量系统(1)的冷却装置(2)的相互作用而使以下状态参数中的至少一个保持恒定：

-所述压电致动器(60)的至少一个子区域中和/或与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域中的温度；

-所述压电致动器(60)的至少一个子区域的长度；

-在所述喷射元件(31)和喷嘴(40)之间的间距；

-计量物质的计量量。

21.一种用于运行对计量物质进行计量的计量系统(1)的方法，其中，所述计量系统具有喷嘴(40)、用于计量物质的输入通道(44)、喷射元件(31)、与所述喷射元件(31)和/或所述喷嘴(40)联接的致动器单元(10)以及冷却装置(2)，所述致动器单元(10)具有压电致动器(60)，其中，借助所述冷却装置(2)的输入装置(21、24、26)将预冷却的冷却剂输送给所述计量系统(1)的壳体(11)，并且其中，通过所述冷却装置(2)借助预冷却的冷却剂对所述压电致动器(60)的至少一个子区域和/或与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域进行直接冷却。

22.一种用于制造对计量物质进行计量的计量系统(1)的方法，该计量系统(1)具有包括压电致动器(60)的致动器单元(10)，其中，所述计量系统(1)配备有冷却装置(2)，其中，所述冷却装置(2)设有用于将预冷却的冷却剂输送到所述计量系统(1)的壳体(11)中的输入装置(21、24、26)，并且其中，所述计量系统(1)构造成，借助所述预冷却的冷却剂对所述压电致动器(60)的至少一个子区域和/或与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域进行直接冷却。

23.根据权利要求22所述的用于制造对计量物质进行计量的计量系统(1)的方法，其中，所述计量系统(1)的冷却装置(2)构造成，借助所述预冷却的冷却剂对所述压电致动器(60)的至少一个子区域和/或与所述压电致动器(60)联接的运动机构(14)的至少一个子区域进行直接冷却。