JP6437588B2 - 圧電調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力素子を有する圧電調整装置に関する。

本発明は、圧力素子を有する圧電調整装置に関し、圧力素子の移動がレバーを介してプランジャに伝達され、プランジャが、レバーの一方の側に配置された当接部に抗して設定可能である。このような調整装置は、例えば、ＤＥ１０２０１４１０１５１２Ａ１から知られている。この既知の調整装置は、短期間に温度ドリフトのない弁用の非常に信頼できかつ高速の駆動装置として適している。使用されている圧力素子は、対称で反平行の配置の２つの圧力活性帯を有し、２つの圧力活性帯は、反対方向の電圧印加の際に共通レバーを介してプランジャに伝達される傾斜移動を生成する。プランジャは弁プランジャとして機能することができ、作動時に、レバーの一方の側に配置された当接部（弁座）に抗して設定される。

本発明の目的は、より長期の作動時にも圧力素子のドリフトが低減されるように、請求項１の前置きによる圧電調整装置を、さらに発展させることである。

この目的は、請求項１の特徴によって達成され、特に、レバーのための第２の当接部がレバーの他方の側に設けられるので達成される。圧電調整装置は、そのような第２の当接部によって対称に作動し、その結果、驚くべきことに、長期の動作が大幅に向上する。すなわち、調整装置の非対称作動において圧力素子の２つの圧力活性帯がそれらの動作を別々に変化させることが見出された。特に作動範囲のドリフトが、高温において、当接部（弁座）によって生じる一方の側の方への動力の増加において生じ、いくらかのサイクル後に再調整が必要である。従って作動時間に亘って圧力素子のストロークは一定でなく、それによって、調整装置によって作動される弁の通過量も変化する。

しかしながら、本発明による解決によって、レバーは両側において当接部に向かって移動し、第１の当接部は、弁の弁座によって形成される。圧力素子の作動範囲は次いで、レバーの自由端が両側において同じ仕方で当接部に向かって移動するよう負荷ができるだけ対称になるように、制御できる。

本発明の有利な実施例は、明細書、図面、および従属請求項において開示される。

第１の有利な実施例によれば、第２の当接部は、摩耗を最小にするようにアンビルを有することができる。

さらなる有利な実施例によれば、第２の当接部は、レバーの自由端の最大ストロークが設定でき、固定できるように、調節可能かつ固定可能とすることができる。

さらなる有利な実施例によれば、中立位置から第１の当接部の到達までおよび第２の当接部の到達までのレバーのストロークは、同じ大きさとすることができる。これによって圧力素子の長期間のドリフトに積極的に影響する対称関係が提供される。

さらなる有利な実施例によれば、レバーのストロークを検出する距離測定装置、特に、温度補償距離測定装置を設けることができる。これによって温度、使用時間およびサイクル数と共に変化する圧力素子のストロークは、補正できる。さらに、圧力素子に印加される電圧を測定する電圧測定装置を設けると、それぞれの当接部の当接は、さらに電圧が増加または降下しても距離測定値ももはや変化しないので、電圧変化および距離変化の比較によって認識できる。これから、有効範囲、すなわち、それぞれの当接部内へ生じる押圧の程度を、引き出すことができ、電圧の適合または調節によって変化させることができる。これによって圧力素子のドリフトも決定でき、電圧の適当な適合によって自動的に補償できる。制御装置はさらに、圧力素子のドリフトを決定し、対応する電圧の適合によってそれを自動的に補償するように、構成することができる。圧力素子の経時変化に起因してもはや十分なストロークがない場合、これは、制御装置によって理解でき、駆動装置の交換の必要を表示できる。

さらなる有利な実施例によれば、距離測定値の温度依存性を補償するようにまたはそれを制御装置によって補正するように、調整装置内に温度センサを設けることができる。

さらなる有利な実施例によれば、２つの当接部に向かってレバーを押圧する力を決定する力測定装置を設けることができる。圧力素子の静電容量は、その負荷に依存するので、力測定値は、電流センサまたは電流測定値の助けを借りて可能となる。これによってそれぞれの当接部に向かう押圧を生じさせる力を決定できる。それは、電圧のストロークおよび電圧のオフセットの対応する選択により規定された力で第１の当接部に向かって移動することができ、それは、レバーの傾斜移動が逆転する場合、必ずしも同一でない力で第２の当接部内へと移動することができる。力の測定は、電圧の相関関係に関する冗長な情報を提供することもできる。

本発明は、有利な実施例および添付の図面を参照して純粋に実施例として以下に説明される。

圧電調整装置の断面図である。 図１の装置の簡略図である。 さまざまなストローク曲線の図である。

図１に示す圧電調整装置は、開示全体が参照により本願の内容の一部になるＤＥ１０２０１４１０１５１２Ａ１に記載の設計と概略類似の設計である。調整装置は、ハウジング１０内に配置された圧力素子１２を有し、圧力素子１２は、一般に知られる仕方で、積層した仕方で配置され、それぞれに電極が設けられた複数の圧電材料の層から構成される。圧力素子１２はさらに、図１の両矢印によって示されるような傾斜駆動移動のために構成される。より正確に言えば、圧力素子１２は、いわゆる二重スタック原理に従って作動し、ＥＰ０９４７００２Ｂ１に開示されるように、２つの圧電活性領域に加えて、圧電不活性領域を備える。

図示の実施例では、圧電調整装置は、投与するような仕方で入口１４を通して供給される流体を供給できる計量弁の一部である。この目的のために、計量弁は、弁座１８に設けられた出口開口部を閉じるニードル弁１６を有する。

開口部バネ２０の力に抗してニードル弁１６を移動させるために、プランジャ２２が設けられ、プランジャ２２の下端部は、ニードル弁１６に接触し、プランジャ２２の上端部は、圧力素子１２が傾斜振動させることができるレバー２４の自由前端部に接続される。レバー２４は、圧力素子１２の対応する制御によって図１の両矢印によって示されるように傾斜し、それによって、プランジャ２２が、従ってまたニードル弁１６が、直線ストローク移動を実行する。ニードル弁１６は、バネ２０によってその開位置に保持され、バネの圧力に抗してプランジャ２２によって閉位置に移動される。この点に関して図１、図２から理解できるように、レバーの対称軸Ｓに関してレバーの一方の側に配置された弁座１８は、プランジャ２２のための当接部として作用し、従ってまたレバー２４の移動のための当接部として作用する。

均一に負荷が掛かる圧力素子１２を達成するために本発明によって提供されるのは、レバーのストローク移動（従ってまた圧力素子１２の傾斜移動）が、一方の側で当接部（弁座１８）によって制限されることだけでなく、レバー２４の自由端がレバーの枢動の際に当接部に当接するようにレバーのための第２の当接部が、レバー２４の他方の側に設けられることである。図示の実施例では、第２の当接部は、ピン２６によって形成され、ピン２６は、弁ハウジング１０にねじ込まれ、固定装置２８の助けを借りて固定できる。ハウジング１０内の第２の当接部２６の位置は、このような仕方で、第２の当接部２６上の発生位置が調節によって設定できるように、調節可能でありまた固定可能でもある。

摩耗を低減するために、レバー２４にはその外側自由端においてアンビル２８が設けられ、その下側にプランジャ２２がねじ込まれ、その上側は、第２の当接部２６上への衝突の際の衝突面として機能する。

図２は、上述した調整装置におけるストロークの関係を示す。図２に示す中立位置、すなわち、圧力素子１２の電圧のない状態では、圧力素子１２、従ってまたレバー２４は、両側に向かって等しい大きさの自由ストロークｘ₁、ｘ₂を有する。この点に関して、ストロークｘ₁は、弁座１８とニードル弁１６の下端との間の間隔であり、ストロークｘ₂は、アンビル２８およびピン２６それぞれの衝突面の間の間隔である。この点に関して、ストローク全体は、シール座１８と第２の当接部２６との間の間隔によって設定可能である。

圧力素子１２の制御の向上のために、調整装置は、距離センサ３２に接続された制御装置３０を有し、距離センサ３２は、レバー２４の自由端の距離、従って駆動装置のストロークを検出する。制御装置３０はさらに、圧力素子の制御電圧および供給される電流を測定し、それによって、力の測定が可能である。これによって、シール座内へのおよび第２の当接部２６に向かう押圧を生じさせる力を決定できる。シール座位置も制御装置３０によって決定できる。

最後に、制御装置３０はまた、距離測定の温度依存性を補償するためにまたはそれを制御装置によって補正するために、温度センサ３４を備える。

図３は、距離センサ３０によって決定されたさまざまなストローク曲線を示し、これらのストローク曲線は、本発明による調整装置の制御が正確かつ長期間安定な計量を向上させることができる仕方を示す。

図３のａ）は、圧力素子１２に交流電圧を印加する際の電圧ストロークを示し、図３のｂ）は、ニードル弁が実行する対応するストロークを示す。理解できるように、ニードル弁１６は、弁座１８に衝突する際、特定の長さの時間、特定の力で、弁座に向かって押圧される。

図３のｃ）は、調整素子の非対称な作動の仕方に起因する、すなわち、第２の当接部２６が設けられていない場合の長期の作動時間後のニードル弁１６のストロークを示す。

第１の当接部２６を設けること（図３のｄ））によって、ストロークのドリフトを大幅に低減する、調整装置の対称的な作動モードが達成される。

図３のｅ）は、圧力素子１２の温度および経時変化に起因して生じるストローク変化を示す。しかしながら、制御の助けを借りて、電圧ストロークの変更（図３のｆ）参照）によって補償が達成でき、ストロークは再び、制御の補正によって対称的なたわみに補正できる（図３のｇ）参照）。

Claims (7)

1. 圧力素子（１２）を有する圧電調整装置であって、圧力素子（１２）の移動がレバー（２４）を介してプランジャ（２２）に伝達され、プランジャ（２２）が、レバー（２４）の一方の側に配置された第１の当接部（１８）に抗して設定可能であり、圧電調整装置がさらに、
   レバー（２４）の他方の側に設けられたレバー（２４）のための第２の当接部（２６）を備え、
   レバー（２４）のストロークを検出する距離測定装置（３０、３２）が設けられ、
   圧力素子（１２）に印加される電圧を測定する電圧測定装置（３０）が設けられ、
   電圧測定値および距離測定値の相関関係から第１および／または第２の当接部（１８、２６）の位置を決定する制御装置（３０）が設けられることを特徴とする、圧電調整装置。
2. レバー（２４）がアンビル（２８）を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電調整装置。
3. 第２の当接部（２６）が調節可能かつ固定可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電調整装置。
4. レバー（２４）の中立位置から第１の当接部の到達までおよび第２の当接部の到達までのストロークが等しい大きさであることを特徴とする請求項１〜３の少なくとも１つに記載の圧電調整装置。
5. 距離測定装置（３０、３２）が温度補償距離測定装置であることを特徴とする請求項１に記載の圧電調整装置。
6. 第１および第２の当接部（１８、２６）に向かってレバー（２４）を押圧する力を決定する力測定装置（３０）が設けられることを特徴とする請求項１〜５の少なくとも１つに記載の圧電調整装置。
7. 第１および第２の当接部（１８、２６）に対してレバー（２４）を当接させる力を決定する制御装置（３０）が設けられることを特徴とする請求項１〜６の少なくとも１つに記載の圧電調整装置。

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