DE202005021271U1 - Mittels des inversen Piezoeffekts betätigter Antrieb - Google Patents

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Abstract

Mittels des inversen Piezoeffekts periodisch betätigter Antrieb (1, 10) für das intermittierende Erweitern und Verengen mindestens einer Öffnung, wobei der Antrieb mit einem Verschlußorgan verbunden ist, mit dem die Öffnung mindestens teilweise verschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein mit einer Spannungsquelle verbundenes Federelement aufweist, bei dem auf einer mit mindestens einem Ende an einem Grundkörper eingespannten Trägerplatte (4, 14) mindestens einseitig mindestens eine mit dem inversen Piezoeffekt erregbare Platte (7) aufgebracht ist und ein Bereich der Trägerplatte, der von dem eingespannten Ende durch einen mit mindestens einer der genannten erregbare Platte belegten Bereich getrennt ist, mit dem Verschlußorgan verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen mittels des inversen Piezoeffekts periodisch betätigten Antrieb für das intermittierende Erweitern und Verengen mindestens einer Öffnung, wobei der Antrieb mit einem Verschlußorgan verbunden ist, mit dem die mindestens eine Öffnung mindestens teilweise verschlossen werden kann, oder alternativ einen mittels des inversen Piezoeffekts betätigten Antrieb für das Erweitern und Verengen mindestens einer Öffnung, wobei der Antrieb mit einem Verschlußorgan verbunden ist, mit dem die Öffnung mindestens teilweise verschlossen werden kann, der Antrieb eine mit mindestens einem Ende an einen Grundkörper gekoppelte Trägerplatte aufweist, auf die mindestens einseitig mindestens eine mit dem inversen Piezoeffekt erregbare und mit einer Spannungsquelle verbundene Platte aufgebracht ist, wobei ein Bereich der Trägerplatte, der von dem angekoppelten Ende durch einen mit mindestens einer der genannten erregbaren Platten belegten Bereich getrennt ist, mit dem Verschlußorgan verbunden ist.
  • In der DE 100 60 018 A1 ist ein piezoelektrischer Aktuator insbesondere für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Der Aktuator besteht im wesentlichen aus einem plattenförmigen Träger mit mindestens jeweils zwei an seiner Unterseite und Oberseite beabstandeten Piezostacks, mit einem Abtrieb im Bereich der Trägerlängsmitte, wobei der Abtrieb derart zwischen den auf der Ober- und der Unterseite des Trägers benachbarten Piezostacks angeordnet ist, dass der Abstand zwischen dem Abtrieb und den dem Abtrieb zugewandten Enden der Piezostacks kleiner ist als der Abstand zwischen den anderen Enden der Piezostacks und den Trägerenden, wobei der Abtrieb über ein mit dem Träger fest verbundenes Ventilschließgerät eines Ventilkörpers erfolgt, und wobei die Trägerenden über Federbänder mit einer Halterung verbunden sind. Über die Stacks werden keine Aussagen gemacht. Um einen ausreichenden Hub sicherzustellen, bestehen aber die Piezostacks üblicherweise aus einer Vielzahl von Piezoaktuatoren, welche mechanisch vorgespannt aneinander gepreßt sind.
  • Ein piezoelektrisch betätigbares Ventil mit zwei langgestreckten, in einem Gehäuse angeordneten plattenförmigen einseitig eingespannten Piezokristall-Elementen ist aus der DE 36 08 550 A1 bekannt. An ihren nicht eingespannten Enden weisen die Piezokristall-Elemente je einen oder einen gemeinsamen Dichtkörper auf, der (die) zwischen zwei einerseits mit einem Zulaufkanal und andererseits mit einem Ablaufkanal verbundene Ventilsitze hineinragt/hineinragen. Ein Arbeitskanal ist in jeder der beiden Schaltstellungen mit einem der beiden Ventilkanäle verbunden. Die Piezokristallelemente sind handelsüblich und bestehen aus zwei entgegengesetzt polarisierten piezoelektrischen Schichten und einer elastischen Zwischenschicht.
  • Die Ausnutzung des inversen piezoelektrischen Effekts ist beispielsweise auch im Zusammenhang mit Schwingförderanlagen bekannt, bei denen Trägerplatten aus Metall oder Kunststoff durch auf ihrer Oberfläche aufgebrachte Platten aus einem piezoelektrischen Material zum Schwingen gebracht werden, und die Schwingungsenergie auf ein horizontal angeordnete Förderschiene übertragen wird, auf welcher die zu fördernden Teile liegen.
  • In dem Patent DE 692 18 553 T2 ist ein piezoelektrisch betätigtes Abfluss- und Durchflussregelventil beschrieben, das eine bevorzugt kreisrunde Metallscheibe, deren Peripheriebereich den Durchfluß absperrt oder freigibt, und mindestens einseitig eine darauf konzentrisch aufgebrachte ebenfalls kreisrunde Piezokeramikscheibe mit kleinerem Durchmesser aufweist, wobei die Scheiben in ihrer Mitte eingeklemmt sind.
  • Die piezoelektrische Scheibe kann mit einer Gleichspannung, einer Wechselspannung oder einer Spannung mit Rechteckwellen (Pulsen) betrieben werden.
  • In der DE 198 43 621 A1 ist ein kapazitives Stellglied insbesondere für ein piezoelektrisch betriebenes Einspritzventil beschrieben, mit dem sich der Ausschaltvorgang des Ventils abkürzen läßt, indem das Stellglied über einen Entladeschalter nach einem Stellvorgang kurzschließen läßt.
  • In der DE 197 18 825 A1 ist eine piezogesteuerte Ventil-Zylinder-Anordnung beschrieben. Gemäß einer Ausführungsform sind zwei miteinander gekoppelte Ventil-Zylinder-Anordnungen vorgesehen, die im Gegentakt arbeiten.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfach aufgebautes, preiswertes Gerät bereitzustellen, mit dem der Durchfluß fließfähiger Materialien durch eine Öffnung sehr genau, gleichmäßig und reproduzierbar gesteuert werden kann und sich die fließfähigen Materialien schnell in dem Raum hinter der Öffnung homogen verteilen lassen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Antrieb mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Das piezoelektrische Material ist im Normalfall ein keramisches Material. Deshalb wird im folgenden der Antrieb auch als PKF-Element (Piezokeramik-Feder-Element) und die Platte aus dem piezoelektrischen Material auch als PK-Platte bezeichnet. Der erfindungsgemäße Antrieb ist nicht nur einfach und außerdem kompakt aufgebaut, sondern auch mit in der Technik üblichen Vorrichtungen, wie beispielsweise Ventilen, kombinierbar, ohne dass größere Anpassungen erforderlich sind. Die in den Ansprüchen angesprochene Öffnung kann beispielsweise in einem Ventil-Körper ausgespart sein. Indem der erfindungsgemäße Antrieb bei höheren Frequenzen intermittierend betrieben wird, werden kurze Schaltzeiten erreichbar. Ist der Antrieb dabei mit einem Ventil kombiniert, wird das injizierte Material in dem Raum hinter der Ventilöffnung schnell homogen verteilt.
  • Durch geeignete Wahl der Abmessungen und des Materials der Trägerplatte und ihre zweckmäßige Kombination mit der (den) PK-Platte(n), lassen sich die PKF-Elemente nicht nur mit großer Kraft bzw. Beschleunigung betreiben, sondern auch Schwingwege in der richtigen Größenordnung erzeugen. Die Kombination der PK-Platte mit der federnden Trägerplatte macht es also bei dem erfindungsgemäßem Antrieb unnötig, eine Vielzahl von Piezoaktuatoren miteinander zu kombinieren, um den erforderlichen Hub zu erreichen. So wird durch die starre Verbindung des mindestens einen Endes der Trägerplatte mit dem Grundkörper der Betrag des Ausschwingens des Verschlußorgans reproduzierbar. Außerdem erhöht sich dadurch die Kraft, bzw. die Beschleunigung, mit der das Verschlußorgan betrieben wird. Dies ist wichtig, wenn die Materie die zudosiert wird unter Druck steht und/oder oder in einen unter Druck stehenden Raum injiziert wird. Und indem der Abstand zwischen dem einen dem Verschlußorgan zugewandten Ende der erregbaren Platte(n) und dem Verschlussorgan größer ist als der Abstand zwischen dem anderen Ende der erregbaren Platte(n) und der Fixierung am Grundkörper gemacht ist, wird auch bei einer höheren Frequenz und einer entsprechend hohen Federkonstanten der Trägerplatte (Größenordnung 105 [N/m]) eine brauchbare Schwingweite des PKF-Elements und damit eine für praktische Anwendungen ausreichende Weite der Öffnung erreicht. Eine Anwendung, bei der die Öffnung nur teilweise verschlossen wird, ist beispielsweise vorteilhaft, wenn Pulver dosiert wird, da die intermittierende Bewegung des Antriebs ein gleichmäßiges Fördern ohne zusammenzubacken gewährleistet.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die Trägerplatte und die erregbare Platte mit hoher Klemmkraft mit einander verbunden sind. Die hohe Klemmkraft ist proportional der mit dem PKF-Element erreichbaren Beschleunigung und außerdem verbessert sich die Reproduzierbarkeit des Betriebs.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die angewandte Antriebsfrequenz größer als 100 Hz und bevorzugt kleiner als 10000 Hz ist. Je höher die Frequenz ist, desto schneller verteilt sich das injizierte Material reproduzierbar und gleichmäßig in dem Raum, in den injiziert wird. Die Frequenz darf allerdings auch nicht zu groß sein, weil dann brauchbare Schwingweiten des PKF-Elements nur schwer erreichbar sind.
  • Es ist vorteilhaft, wenn der Antrieb mit einer Arbeitsfrequenz fa angesteuert wird, welche einige Hz unter der Resonanzfrequenz f0 des aus dem PKF-Element und dem Verschlußorgan bestehenden Systems liegt. Die Einhaltung dieses Parameters erlaubt es, die Resonanzerhöhung auszunutzen, wodurch die erreichbare Schwingweite noch einmal vergrößert werden kann.
  • Der erfindungsgemäße Antrieb ist vorteilhaft als Zudosierantrieb für fließfähige Materialien einsetzbar.
  • Es ist vorteilhaft, wenn das PKF-Element mit beiden Enden mit einem Grundkörper und über seinen mittleren Bereich mit dem Verschlußorgan verbunden ist. Dieses (Doppel)-PKF-Element ist stabiler verankert und hat bei entsprechenden Abmessungen eine höhere Federkonstante als ein nur mit einem Ende der Trägerplatte verankertes PKF-Element. Infolgedessen läßt es sich mit höherer Arbeitsfreqenz und entsprechend kleinerer Schaltzeit betreiben. Es kommt hinzu, dass bei den (Doppel)-PKF-Elementen eine besonders gute Längslinearität der Bewegung des Verschlußorgans gewährleistet ist. Als weitere Vorteile gegenüber nur mit einem Ende der Trägerplatte verankerten PKF-Elementen kommt bei ihnen hinzu, dass man mit ihnen größere Kräfte erzeugen kann und dass sie beim Abschalten der Spannung schneller ausschwingen.
  • Es ist vorteilhaft, wenn mindestens zwei Kombinationen aus je einem Antrieb und einem Ventil (Zudosiervorrichtung im folgenden) vorhanden sind, die parallel zueinander arbeiten. Vorteilhaft sind diese Zudosiervorrichtungen, um mindestens zwei Materialien einzuspritzen, die danach gemischt werden sollen. Es ist dabei zu unterscheiden, in welcher Weise die zu vermischenden Stoffe in Wechselwirkung treten sollen. Wenn es nur darauf ankommt, die Materialien in einem festgelegten Mengenverhältnis zu mischen, ist es vorteilhaft, alle Zudosiervorrichtungen mit derselben Spannungsquelle anzutreiben. Sollen die Stoffe auch noch phasenmäßig gegeneinander versetzt zugegeben werden und ist der Phasenunterschied 180°, dann kann man auch mit einer Spannungsquelle auskommen, sofern die mindestens zwei Zudosiervorrichtungen mit entgegengesetzter Polarität betrieben werden. Diese Variante ist auch vorteilhaft einsetzbar, wenn, wie die 5 zeigt, das Zudosierrohr an einer Stelle in zwei Stränge aufgeteilt ist, in denen sich je eine Zudosiervorrichtung befindet, wobei die Antriebe so geschaltet sind, dass sie im Gegentakt, d. h. um 180°, phasenverschoben, erregt werden. Mit der in der 5 gezeigten Anordnung läßt sich in vorteilhafter Weise die Schaltzeit halbieren. Sollen die Stoffe auch phasenmäßig gegeneinander versetzt zugegeben werden, aber ist der Phasenunterschied ungleich 180°, dann muß jede Zuführvorrichtung von einer eigenen Spannungsquelle angetrieben werden, wobei es hinsichtlich der Genauigkeit des Zusammenwirkens der Zudosiervorrichtungen vorteilhaft ist, wenn die Spannungsquellen untereinander elektrisch verbunden sind, wobei eine von ihnen, die als Master wirkt, den synchronen Betrieb des Masters und der anderen Spannungsquellen steuert die als Slaves wirken, wobei mindestens eine der Spannungsquellen einen Phasenschieber enthält, um die Phasenlage der Slave-Schwingung(en) gegenüber der Phasenlage der Master-Schwingung variabel einstellen zu können. Es ist mit dieser Anordnung möglich, Phasenunterschiede zwischen 0 und 360° einzustellen. Die letztgenannte Anordnung ist auch vorteilhaft einsetzbar, wenn, wie es die 6 zeigt, das Zudosierrohr an einer Stelle in mehr als zwei Stränge aufgeteilt ist, in denen sich je eine Zudosiervorrichtung befindet, wobei die Antriebe so geschaltet sind, dass sie phasenverschoben erregt werden. Sind drei Stränge und Phasenverschiebungen von je 120°vorgesehen, läßt sich die Schaltzeit auf ein Drittel reduzieren.
  • Der erfindungsgemäße Antrieb läßt sich in vorteilhafter Weise auch mit einem der Betriebsspannung aufgeprägten einstellbaren Tastverhältnis betreiben. Es ist auf diese Weise beispielsweise möglich, intermittierendes Zudosieren auf Betriebsabläufe abzustimmen, bei denen Material in Abhängigkeit von zeitlichen Vorgaben zudosiert werden muß. D.h. mit anderen Worten: Das intermittierende Zudosieren (Zudosierintervall) wird regelmäßig von Zeiten unterbrochen, während denen kein Zudosieren erfolgt.
  • Einem solchen Betriebsablauf folgt beispielsweise das Kraftstoffeinspritzen in Dieselmotoren, bei dem in vorteilhafter Weise der erfindungsgemäße Antrieb eingesetzt werden kann, wobei die (Betriebs-)Spannungsquelle über die Motorendrehzahl gesteuert ist.
  • Für die Genauigkeit des Zudosierens beispielsweise in einen Dieselmotor ist es wichtig, dass der Einschalt- und der Auschaltvorgang zu Beginn und am Ende des Zudosierintervalls möglichst kurz ist. Physikalische Gesetze erschweren jedoch einen abrupten Beginn beim Ein- und ein abruptes Ende der Schwingbewegung eines schwingfähigen Gebildes beim Einschalten und insbesondere beim Abschalten der Betriebsspannung.
  • Eine vorteilhafte Möglichkeit den Ein- und Ausschaltvorgang abzukürzen ergibt sich, wenn der Antrieb mit einer Betriebsspannung mit Rechteckimpuls (statt wie üblich mit sinusförmiger Spannung) ansteuerbar ist. Dadurch ist es möglich, die Flanke der Einschwingkurve (Öffnungskurve), wie auch die der Ausschwingkurve (Schließungskurve) steiler zu machen und dadurch den Einschaltvorgang (wie auch den Ausschaltvorgang) abzukürzen, was zu einer höheren Genauigkeit des Einspritzens, d.h. einem zeitlich exakter steuerbaren Beginn bzw. einer zeitlich exakter steuerbaren Beendigung des Zudosierintervalls, beiträgt.
  • Vorteilhaft ist der Einsatz von Mitteln, um elektronisch den Einschalt- und den Ausschaltvorgang beim Zudosierintervall abzukürzen.
  • Es ist vorteilhaft, wenn beim Ausschaltvorgang die PK-Platten auf einer Oberfläche der Trägerplatte des PKF-Elements (gegenüber den PK-Platten auf der anderen Oberfläche) elektronisch phasenmäßig um 180° umgesteuert werden. Dieses Umsteuern wirkt der Verbiegung beim Ausschwingen des PKF-Elements entgegen. Wird ein Doppel-PKF-Element verwendet, läßt sich diese Maßnahme auch in der Weise durchführen, dass die zwischen dem mittleren Bereich und dem einen Endbereich aufgebrachten PK-Platten (gegenüber den PK-Platten zwischen dem mittleren Bereich und dem anderen Endbereich) elektronisch phasenmäßig um 180° umgesteuert werden. Es ist zu beachten, dass das Umsteuern vor der Einleitung des nächsten Zudosierintervalls wieder rückgängig gemacht werden muß.
  • Eine weitere elektrische Maßnahme zur Verkürzung des Ausschaltvorgangs, besteht darin, die Zuleitungen zu den PKF-Elementen über einen Widerstand kurzzuschließen.
  • Wenn die Anordnung derart ist, dass im geschlossenen Zustand das Verschlußorgan Druck auf den Ventilsitz ausübt, ist es vorteilhaft, um das Öffnen sofort einzuleiten, wenn der Impulsgenerator und die Piezoplatten so miteinander verdrahtet sind, dass die Einschaltpolarität zu einem Schwingungsimpuls in Richtung Öffnung des Ventils führt.
  • Vorteilhaft ist es, als weiteres Mittel zur Verkürzung des Ein- und/oder Ausschaltvorgangs auf die Trägerplatte mindestens eine zusätzliche selbständig, d.h. mit separater Spannungsquelle, erregbare PK-Platte aufzubringen. Mit diesem Mittel, laßt sich der Ein- und/oder Ausschaltvorgang in mannigfacher Weise verkürzen. Die mindestens eine zusätzliche PK-Platte läßt sich neben oder über den bereits vorhandenen PK-Platten aufbringen. Die genannte mindestens eine zusätzliche PK-Platte, kann beispielsweise vorteilhaft mit einem Spannungsimpuls derselben Polarität wie die Betriebsspannung während dem Durchlaufen der Öffnungskurve beim Beginn des Zudosierintervalls beaufschlagt werden. Dadurch erhält die Trägerplatte eine zusätzliche Beschleunigung, wodurch die Flanke der Öffnungskurve steiler und dadurch der Einschaltvorgang verkürzt wird. Dieser Effekt läßt sich allerdings auch erzielen, wenn beim ersten Schaltimpuls des Zudosierintervalls die Betriebsspannung erhöht wird.
  • Es ist vorteilhaft, wenn zur Verkürzung des Ausschaltvorgangs die Kraft F0 zwischen dem Nulldurchgang und dem Maximum der Schwingweite abgeschaltet wird und über die mindestens eine genannte zusätzliche, selbständig erregbare Platte eine Gleichspannung mit einem der maximalen Betriebsspannung entsprechenden Wert oder schnell aufeinanderfolgend kurzzeitige Spannungsimpulse aufgebracht wird (werden). Alternativ kann vorteilhaft zur Verkürzung des Ausschaltvorgangs die Kraft F0 nach dem Maximum der Schwingweite abgeschaltet werden und über die mindestens eine zusätzliche, selbständig erregbare Platte gleichphasig eine Gleichspannung mit einem dem maximalen Betriebsspannung entsprechenden Wert aufgebracht werden.
  • Als mechanische Maßnahme zum Abkürzen des Ausschaltvorgangs ist es vorteilhaft, wenn sich das Verschlußorgan in einer gehonten Führung bewegt und dabei der viskosen, d.h. geschwindigkeitsabhängigen Dämpfung unterworfen ist.
  • Die genannten Mittel/Maßnahmen zur Verkürzung des Einschalt- und des Ausschaltvorgangs lassen sich einzeln oder als Kombination von zwei oder mehr von ihnen anwenden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Antriebs sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen
  • 1 in schematischer Aufsicht einen Antrieb gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 1a in schematischer Seitenansicht den in der 1 gezeigten Antrieb,
  • 2 in schematischer Aufsicht einen Antrieb gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
  • 2a in schematischer Seitenansicht den in der 2 gezeigten Antrieb,
  • 3 in schematischer Querschnittsdarstellung eine Kombination des in der 2 gezeigten Antriebs mit einem (Schiebe-)Ventil (Kombination im folgenden auch Zudosiervorrichtung genannt),
  • 4 in schematischer Querschnittsdarstellung eine Kombination des in der 2 gezeigten Antriebs mit einem konventionellen (Sitz-)Ventil (Kombination im folgenden auch Zudosiervorrichtung genannt),
  • 5 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung, bei der zwei der in der 3 gezeigten Zudosiervorrichtungen zusammenwirken,
  • 6 in schematischer Darstellung eine weitere Vorrichtung der in der 5 gezeigten Art, bei der aber drei der in der 3 gezeigten Zudosiervorrichtungen zusammenwirken,
  • 7 schematisch dargestellt in einem Diagramm die Bewegung des Verschlußorgans der in der 3 gezeigten Zudosiervorrichtung aufgetragen gegen die Zeit, wenn der Antrieb mit einer Wechselspannung erregt wird,
  • 8 schematisch dargestellt in einem Diagramm die Bewegung des Verschlußorgans der beispielsweise in der 4 gezeigten Zudosiervorrichtung aufgetragen gegen die Zeit, wenn der Antrieb mit einer Wechselspannung erregt wird,
  • 9 schematisch dargestellt in einem Diagramm die Bewegung des Verschlußorgans der in der 3 gezeigten Zudosiervorrichtung aufgetragen gegen die Zeit, wenn der Antrieb mit einer Wechselspannung erregt wird, der ein einstellbares Tastverhältnis aufgeprägt ist,
  • 10 schematisch dargestellt in einem Diagramm die Bewegung des Verschlußorgans der beispielsweise in der 4 gezeigten Zudosiervorrichtung aufgetragen gegen die Zeit, wenn der Antrieb mit einer Wechselspannung erregt wird, der ebenfalls ein einstellbares Tastverhältnis aufgeprägt ist und
  • 11 in schematischer Querschnittsdarstellung eine Kombination des in der 2 gezeigten Antriebs mit einem weiteren (Sitz-)Ventil, das einen Kraftstoffbehälter und ein Becherglas miteinander verbindet.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen beschrieben, mit denen sich die Erfindung anschaulich erläutern läßt. Es sei aber klargestellt, dass von diesen Beispielen im Rahmen der Ansprüche mannigfaltige Abweichungen möglich sind.
  • In den 1 und 1a ist ein Antrieb 1 gezeigt, dessen Verschlussorgan aus einem Stössel 2 und, beispielsweise, einem – nicht gezeigten – zu einem Ventil gehörenden Dichtungskolben gebildet ist. Das eine Ende des Stössels ist beispielsweise mit einer Schraube 3 ist im einen Endbereich einer Trägerplatte 4 eines PKF-Elements verankert. Der andere Endbereich der Trägerplatte ist an einer Halterung 5 mit einer grossen Masse m1 beispielsweise mit Schrauben 6 befestigt. Auf der Trägerplatte sind im mittleren Bereich beidseitig mindestens je eine PK-Platte 7 aufgebracht. Um beispielsweise mehrere PK-Platten 7 nebeneinander aufzubringen, ist die abgebildete Trägerplatte 4 im eingespannten Endbereich (wo die PK-Platten aufgebracht sind) verbreitert. Die Verjüngung der Trägerplatte in Richtung der Stösselverankerung beeinträchtigt nicht die Wirkung des PKF-Elements, aber sie kann seine Einpassung in eine Gesamtkonstruktion erleichtern. Die beiden großen Oberflächen der PK-Platten sind elektrisch mit je einem Pol einer Spannungsquelle in der Weise verbunden, dass wenn sich die PK-Platte(n) auf der einen Oberfläche der Trägerplatte aufgrund des inversen Piezoeffekts ausdehnt, die PK-Platte(n) auf der anderen Oberfläche der Trägerplatte zusammenzieht.
  • Ein PKF-Element, wie das der 1, ist beispielsweise in der DE 103 09 994 A1 beschrieben. Die Trägerplatte ist eine längliche, federnde, bevorzugt zwischen etwa 6 und etwa 20 mm dicke Kunststoffplatte, bevorzugt aus einem glasfaserverstärkten Duroplasten, beispielsweise einem Epoxidharz, auf die beidseitig ein Epoxidharzkleber, eine Metallschicht, und eine beidseitig metallbedampfte PK-Platte aufgebracht ist, die mit der Metallschicht zusammengelötet ist. Auf diese Weise sind die Trägerplatte und die PK-Platten mit hoher Klemmkraft miteinander verbunden, was die Voraussetzung dafür ist, hohe Kräfte von den PK-Platten auf die Trägerplatte zu übertragen. Die Metallauflage zwischen den Platten und die von der Trägerplatte abgewandte Metallbedampfung sind mit den Polen der Spannungsquelle verbunden.
  • Der in den 2 und 2a gezeigte Antrieb unterscheidet sich dadurch von dem in der 1 gezeigten, dass das PKF-Element eine Doppelfeder darstellt, bei der der Stössel 2 im mittleren Bereich der Trägerplatte 14 verankert ist, während beide Enden der Trägerplatte mit einer (bevorzugt gemeinsamen) Halterung 15 mit einer großer Masse m1 verbunden sind und bei dem in den Bereichen der Trägerplatte zwischen der Verankerung des Stössels und ihren Enden je beidseitig mindestens eine PK-Platte 7 aufgebracht ist. Elektrisch sind die PK-Platten entsprechend dem im Zusammenhang mit dem PKF-Element der 1 angegebenen Prinzipien verdrahtet. Vergleichbar dem in der 1 gezeigten PKF-Element kann das PKF-Element der 2 eine Einschnürung im mittleren Bereich aufweisen. Der Schichtaufbau des in der 2 gezeigten PKF-Element ist bevorzugt gleich dem Schichtaufbau des in der 1 gezeigten PKF-Elements.
  • Die in den 1 und 2 beschriebenen PKF-Elemente können beispielsweise mit einem Impulsgenerator mit variabel einstellbarer Frequenz, variabel einstellbarer Kraft oder Beschleunigung und gegebenenfalls einem Phasenschieber betrieben werden. Ein solcher Impulsgenerator ist beispielsweise in der DE 100 05 934 A1 beschrieben.
  • In der 3 ist eine Kombination 20 aus dem Antrieb 10, wie ihn die 2 zeigt, mit einem Schieberventil gezeigt. Das Verschlußorgan besteht aus dem Stössel 2 und einem Schieber 21, der mit dem der Trägerplatte 14 entgegengesetzten Ende des Stössels verbunden ist, sich in einer Führunghülse 18 bewegt und zwei, senkrecht zur Stösselbewegung verlaufende Bohrungen 22 und 23 aufweist. Der Schieber reguliert den Durchfluß durch ein von der Führungshülse gekreuztes Rohr 24. Beim Hin- und Herbewegen des Stössels ist der Durchfluß durch das Rohr 24 in zwei Stellungen des Schiebers unbehindert möglich und in den anderen Stellungen teilweise möglich oder volständig versperrt. Der Fluß erfolgt senkrecht zur Stösselbewegung. Bei einer Alternative ist nur eine Bohrung 22 bzw. 23 vorgesehen, wodurch dann nur in einer Stösselstellung der ungehinderte Durchfluß möglich ist.
  • In der 4 ist die Kombination 30 des Antriebs 10, wie ihn die 2 zeigt, mit einem konventionellen Kegel(Sitz-)ventil gezeigt. Der mit seinem einen Ende in der Trägerplatte verankerte Stössel 2 trägt an seinem anderen Ende einen kegelförmigen Dichtungskolben 35, der im geschlossenen Zustand satt am Ventilkörper 36 anliegt. Das fließfähige Medium fließt durch eine Rohrleitung 37 und zwar im geöffneten Ventil parallel zur Stösselbewegung.
  • Bei der in der 5 gezeigten Vorrichtung ist das Rohr 24 über eine kurze Strecke in zwei Stränge 25 und 26 aufgespalten, in denen sich je eine Zudosiervorrichtung 20 befindet, die den Durchfluß steuern und – bevorzugt mit demselben Impulsgenerator im Gegentakt erregt werden (Phasenverschiebung um 180°), d.h. dass die eine Zudosiervorrichtung geschlossen bzw. geöffnet ist, wenn die andere geöffnet bzw. geschlossen ist. Es ist also möglich, die Anzahl der Schaltimpulse pro sec gegenüber der bei Verwendung nur einer Zudosiervorrichtung erreichbaren zu verdoppeln.
  • Bei der in der 6 gezeigten Vorrichtung ist das Rohr 24 über eine kurze Strecke in drei Stränge 25, 26 und 27 aufgespalten, in denen sich je eine Zudosiervorrichtung 20 befindet, die den Durchfluß steuern. Werden die drei Zudosiervorrichtungen je mit einem Impulsgenerator betrieben, wobei die Impulsgeneratoren untereinander elektrisch verbunden sind und einer von ihnen, der als Master wirkt, den synchronen Betrieb des Masters und der anderen Impulsgeneratoren steuert die als Slaves wirken, und wobei mindestens einer der Impulsgeneratoren einen Phasenschieber enthält, um die Phasenlage der Slave-Schwingung(en) gegenüber der Phasenlage der Master-Schwingung variabel einstellen zu können, dann lassen sich die drei Zudosiervorrichtungen gegeneinander um 120° phasenverschoben betätigen, mit dem Ergebnis, dass sich die Anzahl der Schaltimpulse pro sec gegenüber der mit nur einer Zudosiervorrichtung erreichbaren verdreifachen läßt.
  • Erfindungsgemäß werden PKF-Elemente als schnelle elektromechanische Wandler, zum Erweitern und Verengen von Öffnungen, beispielsweise zum Öffnen und Schließen eines Ventils eingesetzt. Wird das PKF-Element mit einer Wechselspannung erregt, lassen sich Betriebszustände erzeugen, bei denen der Stössel über die Zeit harmonische Schwingungen ausführt, wie es beispielsweise die 7 für die in der 3 gezeigte Zudosiervorrichtung veranschaulicht, oder im Stoß- bzw. Impulsbetrieb funktioniert. Die Bewegungsrichtung ist phasenempfindlich, d.h. abhängig von der Polarität der angelegten Spannung.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Antrieb wird intermittierend beispielsweise zudosiert, d.h. während des Zudosierens wird die Öffnung periodisch geöffnet und verschlossen. Je größer die Anzahl der Schaltimpulse pro sec ist oder anders: je kürzer die Schaltzeiten (Dauer der Schaltimpulse) sind, desto genauer, gleichmäßiger und reproduzierbarer läßt sich das Zudosieren durchführen. Die Anzahl der Schaltimpulse pro sec läßt sich in erster Linie durch die Frequenz der Betriebsspannung steuern. In zweiter Linie lassen sich konstruktive Maßnahmen einsetzen. Bei der in der 3 gezeigten Zudosiervorrichtung gibt es zwei Schaltimpulse pro in der 7 gezeigten Periode, in der sich der Stössel mit der Frequenz der Betriebswechselspannung vor- und zurückbewegt und dabei in jeder Halbwelle abwechselnd Materie durch die Bohrungen 22 und 23 strömen läßt. Bei der genannten Alternative, bei der nur eine Bohrung 22 oder 23 vorgesehen ist, gibt es nur einen Schaltimpuls pro Periode. Die Zahl der Schaltimpulse pro Periode lassen sich auch bei den in den 5 und 6 gezeigten Vorrichtungen – gegebenenfalls zusätzlich – erhöhen (s.o.).
  • Das Zudosieren mit der in der 4 gezeigten Zudosiervorrichtung läßt sich anhand des Diagramms in der 8 veranschaulichen. Die Zudosierung kann – im vorliegenden Fall – jeweils nur in der positiven Halbwelle der Sinusschwingung erfolgen, da die negative Halbwelle unterdrückt wird, weil der kegelförmige Dichtungskolben in dieser Zeit gegen den Ventilkörper drückt und das Ventil verschließt.
  • Die angewandte Arbeitsfrequenz fa liegt bei ≥ etwa 100 Hz und bevorzugt zwischen etwa 200 und etwa 5000 Hz. Die Arbeitsfrequenz liegt bevorzugt einige Hz unter der Resonanzfrequenz f0 des aus dem PKF-Element und der von ihm erregten Masse m2, nämlich dem Verschlußorgan, bestehenden Systems, weil sonst u.a. die Resonanzüberhöhung nicht ausgenutzt werden kann. Die Resonanzfrequenz f0 ist durch
    Figure 00150001
    bestimmt, wobei D die Federkonstante des PKF-Elements und m2 die erregte Masse ist. Die Masse m2 sollte <<< als m1 sein. Die angewandte Kraft F0 liegt bei ≥ etwa 200 N und bevorzugt zwischen etwa 300 und etwa 5000 N und die angewandte Beschleunigung a0 bei ≥ etwa 2000 m/s2 und bevorzugt zwischen etwa 5000 und etwa 10000 m/s2. Beim effektiven Öffnen und Schließen des Ventils kommt es auf eine ausreichende Schwingweite y0 des PKF-Elements an. Unter Berücksichtigung der o.g. Gleichung (1) ist
    Figure 00160001
  • Da wie oben ausgeführt worden ist, es für die Genauigkeit der Dosierung eine große Anzahl der Schaltimpulse pro sec und deshalb auf eine hohe Arbeitsfrequenz ankommt, y0 aber mit zunehmemder Frequenz abnimmt, mit der Beschleunigung jedoch zunimmt, ist das Erreichen der o.g. Beschleunigungswerte wichtig.
  • Unter Zugrundelegung einer Beschleunigung von 5000 m/s2 und einer Resonanzfrequenz von 1 kHz ergibt sich aus der Gleichung (2) für
    Figure 00160002
  • Diese Schwingweite liegt in der bei üblichen Einspritzventilen geltenden Größenordnung (±0,05 bis ±0,15 mm).
  • Der erfindungsgemäße Antrieb läßt sich vorteilhaft mit einem der Betriebsspannung aufgeprägten Tastverhältnis betreiben.
  • Beim Einspritzen von Kraftstoff beispielsweise in einen Dieselmotor wird das Einspritzen abhängig von der Motorendrehzahl aus- und eingeschaltet. Das Ein- und Ausschalten erfolgt über den Impulsgenerator, der dazu drehzahlgesteuert ist. Die Drehzahl ist definiert als die Umdrehungen der Kolbenwelle pro sec. Den Vorgang illustrieren die Diagramme in den 9 und 10. In der Zeitspanne z1 wird intermittierend Kraftstoff mit einer festgelegten, frequenzabhängigen Anzahl von Schaltimpulsen pro sec eingespritzt. In der Zeitspanne z2 ist das Ventil ständig geschlossen. z3 = z1 + z2 ist die Zeit zwischen dem Beginn eines Einspritzvorgangs und dem Beginn des nächsten, wobei
    Figure 00170001
    das Tastverhältnis ist.
  • In dem Diagramm der 9 ist die Bewegung des Verschlußorgans gegen die Zeit aufgetragen, wenn die Zudosiervorrichtung der 3 beim Einspritzen von Kraftstoff in einen Motor eingesetzt wird. Während einer Schwingungsperiode wird zweimal eingespritzt. Entsprechend ist die Anzahl der Schaltimpulse pro sec (wie oben beim Beispiel der 7) 2 × dem Zahlenwert der fa und die Schaltzeit 1/2fa.
  • In dem Diagramm der 10 ist die Bewegung des Verschlußorgans gegen die Zeit aufgetragen, wenn die Zudosiervorrichtung der 4 beim Einspritzen von Kraftstoff in einen Motor eingesetzt wird. Während eines Schaltimpulses wird einmal eingespritzt. Entsprechend ist (wie oben beim Beispiel der 8) die Anzahl der Schaltimpulse pro sec gleich dem Zahlenwert von fa und die Schaltzeit 1/fa.
  • Für höchste Genauigkeit des Zudosierens innerhalb von z1 sollte die Einschaltphase der Bewegung des Verschlußorgans zu Beginn von z1 und die Ausschaltphase der Stösselbewegung am Schluß von z1 möglichst kurz sein. Maßnahmen, mit denen sich dies erreichen läßt, sind in der Beschreibungseinleitung aufgeführt.
  • Zwei spezielle Beispiele sollen die Erfindung noch mehr verdeutlichen.
    • 1. Beim ersten Beispiel wurden nur mit einem Endbereich der Trägerplatte eingepannte PKF-Elemente eingesetzt, wie sie in der 1 gezeigt sind. Die Trägerplatte war 10–12 mm dick, 90 mm lang (Abstand zwischen der Einspannung und der Verankerung des Stössels), und die Breite im eingespannten Endbereich war 80 mm. Die Arbeitsfrequenz fa lag im Bereich von 0,4 bis 1 kHz, die Schaltzeit t0 bei ≤ 2 msec (steuerbar), die Beschleunigung a0 bei ≥ etwa 1000 m/s2 und die elektrische Schaltspannung bei Werten bis etwa 300 V/30 VA. Bei einem Anwendungsbeispiel wurde mit einer Zudosiervorrichtung, die ein PKF-Element gemäß 1 aufwies, das mit einem Kegelventil verbunden war, das Einspritzen von unter Druck stehendem Dieselkraftstoff in einen Dieselmotor simuliert. Die Trägerplatte des PKF-Elements war 11 mm dick, 90 mm lang und 80 mm breit (max.). Die Fläche der PK-Platte war an die Fläche der Trägerplatte beim eingespannten Endbereich angepaßt. Die Arbeitsfrequenz fa betrug 600 Hz (und die Anzahl der Schaltimpulse pro sec war 600 und die Schaltzeit t0 bei etwa 1,66 msec (entsprechend 1/fa), die Beschleunigung a0 lag bei etwa 5000 ms–1 und der Schwingweg y0, d.h. der Hub des Kegels, bei etwa ±150 μm.
    • 2. Beim zweiten Beispiel wurde mit einer aus einem Doppel-PKF-Element und einem Ventil, das dem in der 3 gezeigten vergleichbar war, bestehenden Zudosierelement gearbeitet. Die Trägerplatte hatte eine Dicke von 8 mm, eine Länge zwischen den Einspannungen an den Enden 130 mm und eine Breite von 20 mm. Die PK-Platten hatten eine Länge von 29 mm und eine Breite von 20 mm. Die übrigen Parameterbereiche waren denen etwa gleich, die unter 1. angegeben sind.
  • Bei einem Anwendungsbeispiel wurde das Einspritzen von unter Druck stehendem Dieselkraftstoff in einen Dieselmotor simuliert. Die Arbeitsfrequenz fa lag bei 481 Hz, die Beschleunigung a0 bei 1000 m/s2, die Kraft F0 bei 500 N, das Prüfgewicht bei 0,5 kg und die Veff bei 200 V.
  • Bei den Anwendungsbeispielen wurde festgestellt, dass die Gleichmäßigkeit und die Genauigkeit der Zerstäubung durch das intermittierende Einspritzen verbessert war, dass die Druckbelastung der Pumpe geringer als beim nicht intermittierenden Einspritzen war, was an der konstanten Druckanzeige des Manometers erkennbar war, und dass das PKF-Element Kräfte ausüben kann, die die für die Praxis (Kraftstoffeinspritzung) aufgestellten Forderungen erfüllen.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde von einer Ausgestaltung ausgegangen, die schematisch in der 11 gezeigt ist. Bei der Ausgestaltung ist über einem Ventil die beiden Enden eines Antriebs 10, wie er in den 2 und 2a gezeigt ist, mit Schrauben 6 an einem Ventilkörper 16 festgemacht. Der an dem Antrieb befestigte Stössel 2 läuft ventilseitig konisch in eine kegelförmige Nadelspitze 40 aus, die von oben in einen Ventilsitz 41 eintaucht, der eine dem Negativ der Nadelspitze entsprechende kegelförmige Vertiefung bildet, welche an ihrer Spitze eine Öffnung 42 aufweist. Unter der Öffnung steht ein offenes, klar durchsichtiges Becherglas 43. In der Wand der Vertiefung endet ein Rohr 44, welches das Ventil mit einem Kraftstoffbehälter 45 verbindet, der mittels einer nicht gezeigten Pumpe unter einen Druck von max. 200 bar gesetzt werden kann. Die Länge des Stössels 2 kann mittels einer Schraube 46 verändert werden, um den Druck auf das Ventil zu variieren.
  • Das Ausführungsbeispiel diente dazu, die rasche Verteilung des injizierten Materials hinter der Öffnung 42 zu demonstrieren. Bei der Durchführung des Ausführungsbeispiels war die Nadelspitze 40 soweit in den Ventilsitz 41 eingeführt, dass es an dessen Wand anlag, und Kraftstoff wurde in den Kraftstoffbehälter 45 eingefüllt, so dass der Rohrausgang unterhalb des Flüssigkeitsspiegels lag.
  • In dem Kraftstoffbehälter wurde kontinuierlich ansteigend Druck aufgebaut (max. 200 bar), und gleichzeitig wurde der Antrieb mit der festgelegten Frequenz intermittierend erregt.
  • Zuvor wurde durch Drehen an der Schraube 46 die Nadelspitze gegen den Ventilsitz gedrückt, wobei der Antrieb leicht nach oben verbogen und damit vorgespannt wurde. Durch vorangehende Versuche war festgelegt worden, um wieviel die Schraube gedreht werden muß, damit, wenn in dem Kraftstoffbehälter ein Druck von etwa 50 bar aufgebaut ist, sich der vom Antrieb und der vom Kraftstoff auf die Nadelspitze wirkenden Drücke aufheben. Heben sich die Drücke auf, beginnt der Antrieb zu schwingen.
  • Die Betriebsparameter waren die folgenden:
    Verschlussdruck auf den Ventilsitz gegen vorgespannten Antrieb: ca. 50 bar (statischer Druck)
    Kraftstoffdruck variabel zwischen 0 und 200 bar einstellbar.
    Arbeitsfrequenz fa: 600 Hz (die entsprechende Kreisfrequenz ω0 = 2π·fa = 3760 s–1)
    Periodenzeit: 1,6 ms,
  • Das Federelement schwang pro Einspritzvorgang 10 bis 20 mal, was einer Zeitdauer/Einspritzvorgang von 16 bis 32 ms entspricht.
  • Beschleunigung a0 am Stössel während des Einspritzens ca. ±40 g = ±400 ms–1 max.
  • Verschlussweg des Stössels daher:
    Figure 00200001
    • (Den erhaltenen y0-Wert kann man erhöhen, indem die Fläche der Piezokeramikplatten und/oder Impulsspannung erhöht wird)
  • Visuell war zu erkennen, dass sich in dem Becherglas 43 ausgehend von der Öffnung 42 eine birnenförmige Wolke aus kleinen Flüssigkeitstropfen ausbreitete, woraus die hohe Geschwindigkeit ablesbar war, mit der das injizierte Material verteilt wird.
  • Es sei angemerkt, dass bei Einsatz der konventionellen piezoelektrisch betriebenen Ventile (Commonrail), also beim nicht intermittierenden Betrieb, bei sonst gleichen Bedingungen ein keulenförmiger Flüssigkeitsstrahl in das Becherglas eingebracht würde, der erst in einiger Entfernung vom Ventil sich in kleine Tröpfchen aufzulösen beginnt.

Claims (42)

  1. Mittels des inversen Piezoeffekts periodisch betätigter Antrieb (1, 10) für das intermittierende Erweitern und Verengen mindestens einer Öffnung, wobei der Antrieb mit einem Verschlußorgan verbunden ist, mit dem die Öffnung mindestens teilweise verschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein mit einer Spannungsquelle verbundenes Federelement aufweist, bei dem auf einer mit mindestens einem Ende an einem Grundkörper eingespannten Trägerplatte (4, 14) mindestens einseitig mindestens eine mit dem inversen Piezoeffekt erregbare Platte (7) aufgebracht ist und ein Bereich der Trägerplatte, der von dem eingespannten Ende durch einen mit mindestens einer der genannten erregbare Platte belegten Bereich getrennt ist, mit dem Verschlußorgan verbunden ist.
  2. Mittels des inversen Piezoeffekts betätigter Antrieb (1, 10) für das Erweitern und Verengen mindestens einer Öffnung, wobei der Antrieb mit einem Verschlußorgan verbunden ist, mit dem die Öffnung mindestens teilweise verschlossen werden kann, der Antrieb eine mit mindestens einem Ende an einen Grundkörper gekoppelte federnde Trägerplatte aufweist, auf die mindestens einseitig mindestens eine mit dem inversen Piezoeffekt erregbare und mit einer Spannungsquelle verbundene Platte (7) aufgebracht ist, wobei ein Bereich der Trägerplatte, der von dem mindestens einen angekoppelten Ende durch einen mit mindestens einer der genannten erregbaren Platten belegten Bereich getrennt ist, mit dem Verschlußorgan verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine an den Grundkörper gekoppelte Ende der Trägerplatte starr an diesem fixiert ist, und dass der Abstand zwischen dem einen, dem Verschlußorgan zugewandten Ende der erregbaren Platte(n) und dem Verschlußorgan größer ist als der Abstand zwischen dem anderen Ende der erregbaren Platte(n) und der Fixierung am Grundkörper, und dass der Antrieb intermittierend betrieben wird.
  3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte länglich oder etwa quadratisch ist.
  4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Abstände zwischen dem einen dem Verschlußorgan zugewandten Ende der erregbaren Platte(n) und dem Verschlußorgan und zwischen dem anderen Ende der erregbaren Platte(n) und der Fixierung am Grundkörper ≥ 1,5 ist.
  5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen 2 und 20 liegt.
  6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte und die erregbare(n) Platte(n) mit hoher Klemmkraft miteinander verbunden sind.
  7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden der PK-Platte(n) mit der aus einem gasfaserverstärkten Duroplasten bestehende Trägerplatte auf diese ein Epoxidharzkleber, eine Metallschicht und eine beidseitig metallbedampfte PK-Platte aufgebracht ist, die mit der Metallschicht verlötet ist.
  8. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Arbeitsfrequenz fa angesteuert wird, welche einige Hz unter der Resonanzfrequenz f0 des aus dem PKF-Element und dem Verschlußorgan bestehenden Systems liegt.
  9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfrequenz fa etwa 1,5 bis etwa 10 Hz unter der genannten Resonanzfrequenz f0 liegt.
  10. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Arbeitsfrequenz von ≥ 100 Hz erregt wird.
  11. Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Arbeitsfrequenz von ≤ 10000 Hz erregt wird.
  12. Antrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Arbeitsfrequenz von etwa 200 bis etwa 5000 Hz erregt wird.
  13. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verengen die Öffnung vollständig verschlossen wird.
  14. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zum Zudosieren von fließfähiger Materie einsetzbar ist.
  15. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die fließfähige Materie gasförmig, flüssig oder pulverförmig ist.
  16. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (4) über ihr anderes Ende mit dem Verschlußorgan verbunden ist.
  17. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (14) mit beiden Enden mit einem Grundkörper und über seinen mittleren Bereich mit dem Verschlußorgan verbunden ist.
  18. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle ein Impulsgenerator mit einem variabel einstellbaren Frequenzgenerator mit Mitteln zum Einstellen der Kraft oder der Beschleunigung und ggf. einem Phasenschieber ist.
  19. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlußorgan an seinem der Trägerplatte entgegengesetzten Ende einen Dichtungskolben (15) für ein Sitzventil aufweist, und den Durchfluß nur während der einen der beiden Halbwellen der PKF-Elementschwingung eine festgelegte Zeit freigibt.
  20. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlußorgan an seinem der Trägerplatte entgegengesetzten Ende einen Dichtungskolben (21) für ein Schieberventil aufweist, wobei während der einen oder beiden Halbwellen der PKF-Elementsschwingung das Verschlußorgan eine festgelegte Zeit den Durchfluß freigibt.
  21. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mindesten zwei Kombinationen (20, 30) aus je einem Antrieb (1, 10) und einem Ventil (Zudosiervorrichtung im folgenden) vorhanden sind, die parallel zueinander arbeiten,
  22. Antrieb nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Mischen von mindestens zwei fließfähigen Materialien einsetzbar ist.
  23. Antrieb nach 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosiervorrichtungen von derselben Spannungsquelle angetrieben werden.
  24. Antrieb nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zudosierrohr (24) vorhanden ist, das an einer Stelle in zwei Stränge (25, 26) aufgeteilt ist, in denen sich je eine Zudosiervorrichtung (20, 30) befindet, wobei die Antriebe so geschaltet sind, dass sie im Gegentakt erregt werden.
  25. Antrieb nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Zudosiervorrichtungen (20, 30) von unterschiedlichen Spannungsquellen angetrieben werden.
  26. Antrieb nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquellen untereinander elektrisch verbunden sind, wobei eine von ihnen, die als Master wirkt, den synchronen Betrieb des Masters und der anderen Spannungsquellen steuert die als Slaves wirken, wobei mindestens eine der Spannungsquellen einen Phasenschieber enthält, um die Phasenlage der Slave-Schwingung(en) gegenüber der Phasenlage der Master-Schwingung variabel einstellen zu können.
  27. Antrieb nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Zudosierrohr (24) an einer Stelle in mehr als zwei Stränge (25, 26, 27) aufgeteilt ist, in denen sich je eine Zudosiervorrichtung (20, 30) befindet, wobei die Antriebe so geschaltet sind, dass sie phasenverschoben erregt werden.
  28. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem der Betriebsspannung aufgeprägten einstellbaren Tastverhältnis betreibbar ist.
  29. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Kraftstoffeinspritzen in einen Motor geeignet ist, wobei die Spannungsquelle drehzahlgesteuert ist.
  30. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansteuern des Antriebs eine Betriebsspannung mit Rechteckimpuls angelegt werden kann.
  31. Antrieb nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, um elektronisch den Einschalt- und/oder den Ausschaltvorgang des Einspritzintervalls abzukürzen.
  32. Antrieb nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausschaltvorgang die PK-Platten (7) auf einer Oberfläche der Trägerplatte gegenüber den PK-Platten auf der anderen Oberfläche elektronisch phasenmäßig um 180° umgesteuert werden.
  33. Antrieb nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung des Antriebs in Form eines Doppel-PKF-Elements beim Ausschaltvorgang die zwischen dem mittleren Bereich und dem einen Endbereich aufgebrachten PK-Platten gegenüber den PK-Platten zwischen dem mittleren Bereich und dem anderen Endbereich elektronisch phasenmäßig um 180° umgesteuert werden.
  34. Antrieb nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausschaltvorgang die Zuleitungen zu den PK-Platten über einen Widerstand kurzgeschlossen werden.
  35. Antrieb nach einem der Ansprüche 28 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Verschlußorgan Druck auf den Ventilsitz (41) ausübt, der Impulsgenerator und die PK-Platten (7) so miteinander verdrahtet sind, dass die Einschaltpolarität zu einem Schwingungsimpuls in Richtung Öffnung des Ventils führt.
  36. Antrieb nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass auf die PK-Platten je eine zusätzliche selbständig, d.h. mit separater Spannungsquelle, erregbare PK-Platte aufgebracht ist.
  37. Antrieb nach einem der Ansprüche 31 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschalten der Betriebsspannung dem Startimpuls eine Spannung derselben Polarität überlagert werden kann.
  38. Antrieb nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abkürzung des Ausschaltvorgangs der Betriebsspannung über die mindestens eine genannte zusätzliche, selbständig erregbare PK-Platte eine Spannung entgegengesetzter Polarität überlagert wird.
  39. Antrieb nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abkürzung des Ausschaltvorgangs die Kraft F0 zwischen dem Nulldurchgang und dem Maximum der Schwingweite abgeschaltet wird, und über die mindestens eine genannte zusätzliche, selbständig erregbare Platte eine Gleichspannung mit einem der maximalen Betriebsspannung entsprechenden Wert oder schnell aufeinanderfolgend kurzzeitige Spannungsimpulse aufgebracht wird (werden).
  40. Antrieb nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschleunigung des Ausschaltens die Kraft F0 nach dem Maximum der Schwingweite abgeschaltet wird, und über die mindestens eine zusätzliche, selbständig erregbare PK-Platte gleichphasig eine Gleichspannung mit einem der maximalen Betriebsspannung entsprechenden Wert aufgebracht wird.
  41. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlußorgan in einer gehonten Führung geführt ist und dabei der viskosen, d.h. geschwindigkeitsabhängigen Dämpfung unterworfen ist.
  42. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (4, 14) röhrchenförmige Hohlräume zum Durchleiten von Kühlflüssigkeit oder zum Einführen von Peltier-Kühl-Elementen aufweist.
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