KR101873823B1 - 압전 조정 장치 - Google Patents

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Abstract

압전 조정 장치는 그 이동이 레버로부터 플런저로 전달되는 피에조 요소를 가진다. 플런저는 레버의 일 측면에 배열되는 인접부에 마주하여 놓일 수 있고 제2 인접부가 레버의 타 측면에 제공된다.

Description

압전 조정 장치 {PIEZOELECTRIC ADJUSTMENT APPARATUS}
본 발명은 피에조 요소(piezo element)를 가지는 압전 조정 장치에 관련되며, 피에조 요소의 이동은 레버를 통하여 레버의 일측에 배열되는 인접부(abutment)에 맞서 놓일 수 있는 플런저(plunger)로 전달된다.
그러한 조정 장치는, 예컨대, DE 10 2014 101 512 A1로부터 알려져 있다. 이러한 알려진 장치는 단기적으로 온도 드리프트(temperature drift)를 가지지 않는 밸브에 대하여 매우 신뢰성 있고 빠른 구동으로 적합하다. 사용되는 피에조 요소는 전압의 대향적으로 유도된 인가에서 공통 레버를 통하여 플런저로 전달되는 틸트 이동(tilt movement)을 생성하는 2 개의 피에조-활성 영역의 대칭적이고 역평행의 배열을 가진다. 플런저는 밸브 플런저로서 역할 할 수 있으며, 레버의 일 측면에 배열되는 동작에서 인접부(밸브 시트)에 맞서 놓인다.
본 발명의 목적은 보다 긴 동작에서 피에조 요소의 감소된 드리프트를 또한 가지도록 청구항 1의 전제부에 따른 압전 조정 장치를 더 개발하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징에 의해 만족되며, 특히 레버에 대한 제2 인접부가 레버의 타측에서 제공된다. 압전 조정 장치는 그러한 제2 인접부에 의해 대칭적으로 동작되며, 놀랍게도 결과적으로 상당히 향상된 장기 가동이 된다. 즉, 조정 장치의 비대칭적 동작에서, 피에조 요소의 2 개의 피에조 영역이 그들의 행동을 상이하게 변경한다는 점을 발견했다. 동작 범위의 드리프트가 특히 고온에서 그리고 인접부(밸브 시트)에 의해 야기된 일 측면을 향하는 힘의 증가에서 일어나며 수회의 사이클 이후에 재조정을 요구한다. 피에조 요소의 스트로크는 따라서 동작 시간 동안 일정하지 않으며, 이로써 조정 장치에 의해 동작되는 밸브의 관통 유동이 또한 변화한다.
그러나, 이는 레버가 양 측면에서 인접부를 향하여 이동되고, 제1 인접부가 밸브의 밸브 시트에 의해 형성되는 본 발명에 따른 해결책에 의해 달성된다. 피에조 요소의 동작 범위는 이후, 로드가 가능한 대칭적 이도록 제어되어 레버의 자유 단부가 양 측면에서 동일한 방식으로 인접부를 향하여 이동되도록 할 수 있다.
본 발명의 유라한 실시예는 설명, 도면 및 종속항에서 개시된다.
제1의 유리한 실시예에 따르면, 제2 인접부는 마모(wear)를 최소화 하기 위한 모루(anvil)를 가질 수 있다.
추가적으로 유리한 실시예에 따르면, 제2 인접부는 레버의 자유 단부의 최대 스트로크가 설정되고 고정될 수 있도록 조정 가능하고 고정 가능할 수 있다.
추가적으로 유리한 실시예에 따르면, 중립 위치로부터 제1 인접부의 도달까지와 제2 인접부의 도달까지의 레버의 스트로크는 동일한 크기일 수 있다. 이로써, 피에조 요소의 장기적인 드리프트에 긍정적인 영향을 미치는 대칭적인 관계가 제공된다.
추가적으로 유리한 실시예에 따르면, 레버의 스트로크를 검출하는 거리 측정 장치, 특히 온도 보상형 거리 측정 장치가 제공된다. 온도, 수명 및 사이클의 횟수에 따라 변동하는 피에조 요소의 스트로크는 이로써 수정될 수 있다. 또한, 피에조 요소에 인가되는 전압이 측정되는 전압 측정 장치가 제공되는 경우, 더 증가하거나 떨어지는 전압 상에서 거리 측정은 또한 변동되지 않으므로, 전압 변동 및 거리 변동의 비교에 의해 각 인접부의 인접이 인식될 수 있다. 커버리지, 즉, 각 인접부로의 가압이 일어나는 정도는 이로부터 도출될 수 있으며 전압의 조정(adaptation) 또는 통제(regulation)에 의해 변동될 수 있다. 피에조 요소의 드리프트는 또한 이로써 결정될 수 있고 전압의 올바른 조정에 의해 자동적으로 보상될 수 있다. 또한, 컨트롤(control)이 피에조 요소의 드리프트를 결정하고 이를 전압의 대응하는 조정에 의해 자동적으로 보상하도록 구성될 수 있다. 피에조 요소의 노화로 인한 더 이상 충분하지 않은 스트로크의 경우에, 이는 컨트롤에 의해 인식될 수 있으며 구동의 요구되는 교환이 발휘될 수 있다.
추가적으로 유리한 실시예에서, 온도 센서가 조정 장치에 제공되어 거리 측정의 온도 의존성을 보상하거나 이를 컨트롤에 의해 수정할 수 있다.
추가적으로 유리한 실시예에 따르면, 레버가 2 개의 인접부를 향하여 가압되는 힘이 결정되는 힘 측정 장치가 제공될 수 있다. 피에조 요소의 전기 커패시턴스가 그 로드에 의존하므로, 전류 센서 또는 전류 측정의 도움으로 힘 측정이 가능하다. 각 인접부를 향하여 가압이 일어나는 힘은 이로써 결정될 수 있다. 전압의 오프셋 및 전압 스트로크의 대응하는 선택에 의해 정의된 힘으로 제1 인접부를 향하여 이동하는 것이 가능하며, 레버의 틸트 이동이 역전되는 경우 동일할 필요가 없는 힘으로 제2 인접부로 이동하는 것이 가능하다. 힘 측정은 또한 전압 상관 관계에 관한 여유 정보를 전할 수 있다.
본 발명은 유리한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 단지 예시의 방식으로 설명될 것이다.
도 1은 압전 조정 장치를 통하는 횡단면도이고;
도 2는 도 1의 장치의 간소화한 표현이며;
도 3은 상이한 스트로크 곡선이다.
도 1에 도시된 압전 조정 장치는 일반적으로 그 전체 개시가 참조에 의해 본 명세서의 내용의 일부로 이루어지는 DE 10 2014 101 512 A1에 기술된 바와 유사한 설계이다. 조정 장치는 하우징(10)에 배열되며 스택 방식으로 배열되고 각각 전극이 제공되는 복수 층의 압전 재료의 일반적으로 알려진 방식으로 구성되는 피에조 요소(12)를 가진다. 피에조 요소(12)는 또한 도 1에서 이중 화살표로 나타내는 바와 같이 틸트 구동 이동에 대하여 구성된다. 보다 정확한 용어로, 피에조 요소(12)는 이른바 이중 스택 원리(double-stack principle)에 따라 작동하고, 2 개의 압전 활성 영역에 더하여, EP 0 947 002 B1에 개시된 바와 같은 압전 부동 영역(piezoelectrically passive region)을 포함한다.
도시된 실시예에서, 압전 조정 장치는 도스(dose) 방식으로 주입구(14)를 통하여 공급되는 유체를 디스펜싱 할 수 있기 위한 계량 밸브의 일부이다. 이러한 목적을 위하여, 계량 밸브는 밸브 시트(18)에 제공된 유출 개구를 닫는 밸브 니들(16)을 가진다.
개방 스프링(20)의 힘에 맞서 밸브 니들(16)을 이동하기 위하여, 플런저(22)가 제공되며, 그 하단부는 밸브 니들(16)에 접촉하며 그 상단부는 피에조 요소(12)에 의해 틸트 진동으로 설정될 수 있는 레버(24)의 자유 전단부에 연결된다. 레버(24)는 피에조 요소(12)의 대응하는 컨트롤(control)에 의해 도 1에서 이중 화살표에 의해 나타난 바와 같이 틸팅(tilting)하며, 이에 의해 플런저(22) 및 따라서 밸브 니들(16) 또한 선형 스트로크 이동을 수행한다. 밸브 니들(16)은 스프링(20)에 의해 그 개방 위치로 보유되며 스프링의 압력에 맞서 플런저(22)에 의해 닫힌 위치로 이동된다. 이러한 점에서 도 1 및 도 2로부터 인식될 수 있는 바와 같이, 배열되는 밸브 시트(18)는 레버의 대칭축(S)에 관하여, 상기 레버의 일 측면에서 플런저(22)에 대하여 그리고 따라서 레버(24)의 이동에 대해서 또한 인접부로서 동작한다.
균일하게 로드되는 피에조 요소(12)를 달성하기 위하여, 레버의 스트로크 이동 [및 따라서 또한 피에조 요소(12)의 틸트 이동]이 일측에서의 인접부 [밸브 시트(18)]에 의해 경계 지어질 뿐 아니라, 레버(24)의 자유단이 상기 레버의 피봇 이동 상에 인접부에 인접하도록 [대칭축(S)에 관하여] 레버(24)의 타측에서의 레버에 대한 제2 인접부가 제공됨이 본 발명에 따라 제공된다. 도시된 실시예에서, 제2 인접부는 밸브 하우징(10)으로 나사로 죄어지는 핀(26)에 의해 형성되며, 고정 장치(28)의 도움으로 고정될 수 있다. 하우징(10) 내 제2 인접부(26)의 위치는 조정 가능하며 또한 제2 인접부 상의 입사점이 조정에 의해 설정될 수 있는 방식으로 고정 가능하다.
마모를 감소시키기 위하여, 레버(24)는 그 외부 단부에 모루(28)가 제공되며, 모루(28)의 하측에서, 플런저(22)가 나사로 죄어지며 모루(28)의 상측은 제2 인접부(26) 로의 충돌 상에서 충돌 표면으로서 역할 한다.
도 2는 상술된 조정 장치에서의 스트로크 관계를 예시한다. 도 2에서 도시된 중립 위치, 즉, 피에조 요소(12)의 전압이 걸려있지 않은 상태(voltage-free state)에서, 피에조 요소(12) 및 따라서 또한 레버(24)가 양측을 향하여 동일한 사이즈의 자유 스트로크(x1 및 x2)를 가진다. 스트로크(x1)은 이러한 점에서, 밸브 시트(18)와 밸브 니들(16)의 하단부 사이의 간격이고 스트로크(x2)는 핀(26)과 모루(28)의 각 충돌 표면 사이의 간격이다. 이러한 점에서, 전체 스트로크는 실 시트(18)와 제2 인접부(26) 사이의 간격을 통하여 설정 가능하다.
피에조 요소(12)의 향상된 제어를 위하여, 조정 장치는 레버(24)의 자유 단부의 거리 및 따라서 구동의 스트로크를 검출하는 거리 센서(32)에 연결되는 컨트롤(30)을 가진다. 컨트롤(30)은 또한 피에조 요소의 공급되는 전류 및 제어 전압을 측정하며, 이로써 힘 측정이 가능하다. 실 시트에 가압이 일어나고 제2 인접부(26)를 향하는 힘은 이로써 결정될 수 있다. 실 시트 위치는 또한 컨트롤(30)에 의해 결정될 수 있다.
마지막으로, 컨트롤(30)은 또한 거리 측정의 온도 의존성을 보상하거나 이를 컨트롤에 의해 수정하기 위한 온도 센서(34)를 포함한다.
도 3은 거리 센서(30)에 의해 결정되었고 본 발명에 따른 조정 장치의 컨트롤이 정확하고 장기의 안정적인 계량을 향상시킬 수 있는 방식을 예시하는 상이한 스트로크 곡선을 도시한다.
도 3a)는 피에조 요소(12)로의 교류 전압의 인가 상에서의 전압 스트로크를 도시하며, 도 3b)는 밸브 니들이 수행하는 대응하는 스트로크를 도시한다. 인식될 수 있는 바와 같이, 밸브 니들(16)은 밸브 시트(18)를 충돌함에 있어서 특정 시간 동안 특정 힘으로 밸브 시트를 향하여 가압된다.
도 3 c)는 조정 요소의 동작의 비대칭적인 방식에 기인하는, 즉, 제공된 제2 인접부(26)가 없는 보다 긴 동작 시간 이후의 밸브 니들(16)의 스트로크를 예시한다.
제2 인접부(26)의 제공(도 3d)에 의해, 스트로크의 드리프트를 상당히 감소시키는 조정 장치의 동작의 대칭 모드가 달성된다.
도 3e)는 피에조 요소(12)의 노화 및 온도로 인하여 발생하는 스트로크 변동을 예시한다. 그러나, 컨트롤의 도움으로, 변경된 전압 스트로크[도 3f) 참조]에 의해 보상이 달성될 수 있으며 스트로크는 컨트롤의 수정에 의한 대칭 편향으로 수정될 수 있다[도 3g) 참조]

Claims (10)

  1. 피에조 요소(12)를 가지는 압전 조정 장치로서, 상기 피에조 요소(12)의 이동은 레버(24)를 통하여 플런저(22)로 전달되고 상기 플런저(22)는 제1 인접부(abutment)(18)에 맞서 놓여질 수 있으며, 상기 제1 인접부(18)는 상기 레버(24)의 일 측면에 배열되고,
    상기 압전 조정 장치는 상기 레버(24)에 대한 제2 인접부(26)를 더 포함하고, 상기 제2 인접부(26)는 상기 레버(24)의 타 측면에 제공되고,
    상기 레버(24)의 스트로크를 검출하는 거리 측정 장치(30, 32)와,
    상기 피에조 요소(12)에 인가되는 전압이 측정되는 전압 측정 장치(30)와,
    상기 거리 측정 장치(30, 32)의 측정값 및 상기 전압 측정 장치(30)의 측정값의 상관 관계로부터 상기 제1 인접부 및/또는 상기 제2 인접부(18, 26)의 위치가 결정되는 컨트롤(control)(30)이 제공되는 것인, 압전 조정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레버(24)는 모루(anvil)(28)를 가지는 것인, 압전 조정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 인접부(26)는 조정 가능하고 고정 가능한 것인, 압전 조정 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레버(24)의 중립 위치로부터 상기 제1 인접부의 도달까지와 상기 중립 위치로부터 상기 제2 인접부의 도달까지의 스트로크가 동일 크기인 것인, 압전 조정 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치(30, 32)는 온도 보상형 거리 측정 장치인 것인, 압전 조정 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레버(24)가 상기 제1 및 제2 인접부(18, 26)를 향하여 가압되는 힘이 결정되는 힘 측정 장치(30)가 제공되는 것인, 압전 조정 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레버(24)가 상기 제1 및 제2 인접부(18, 26)에 맞서 인접하는 힘을 결정하는 컨트롤(30)이 제공되는 것인, 압전 조정 장치.
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