KR102579537B1 - 계량 밸브 - Google Patents

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아틀라스 콥코 아이에이에스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 계량 밸브(10)에 관한 것으로서, 폐쇄 본체(12) 및 밸브 시트(16) - 상기 폐쇄 본체(12)는 상기 밸브 시트(16) 상에 위치하고 재료 출구(14)를 밀봉하는 폐쇄 위치와, 밸브 시트(16)로부터 상승되고 재료 출구(14)를 해제하는 개방 위치 사이에서 앞뒤로 이동될 수 있음 - 를 가지며, 폐쇄 본체(12)와 견고하게 연결된 활성화 요소(20)를 가지며, 그리고 그 사이에 활성화 요소(20)가 배치되는 2 개의 압전 액추에이터(22, 24)를 가지며, 상기 폐쇄 위치에서, 활성화 요소(20)는 제 1 압전 액추에이터(22)로부터 거리를 두고 배치되며, 상기 거리는 상기 제 1 압전 액추에이터(22)의 길이의 최대 변화보다 작으며, 또는 제 1 압전 액추에이터(22)에 대해 느슨하게 놓여 있고, 제 2 압전 액추에이터(24)로부터 거리를 두고 배치되며, 상기 거리는 제 1 압전 액추에이터(22)의 길이의 최대 변화보다 크고, 상기 개방 위치에서, 활성화 요소(20)는 제 2 압전 액추에이터(24)의 길이의 최대 변화보다 작은 제 2 압전 액추에이터(24)로부터의 거리에 배치되고, 또는 제 2 압전 액추에이터(24)에 대해 느슨하게 놓여 있고, 제 2 압전 액추에이터(24)의 길이의 최대 변화보다 큰 제 1 압전 액추에이터(22)로부터의 거리에 배치된다.

Description

계량 밸브
본 발명은 계량 밸브, 특히 접착제, 밀봉제, 절연 재료 또는 열전도 페이스트와 같은 점성 재료의 계량을 위한 계량 밸브에 관한 것이다.
계량 밸브는 재료를 계량된 양으로 분배해야 하는 모든 곳에서 사용된다. 특히, 계량 밸브는 접착제, 밀봉제, 절연 재료 또는 열전도 페이스트와 같은 점성 재료를 자동차 생산에서 공작물에 적용하는데 사용된다. 이와 관련하여, 계량 가능한 최소량은 계량 밸브를 얼마나 빨리 개방하고 다시 폐쇄할 수 있는지에 달려 있다. 점성 재료의 도트 형상의 도즈의 적용 빈도는 계량 밸브를 얼마나 빨리 개방하고 폐쇄할 수 있는지에 달려 있다. 급속한 개폐를 달성하기 위해, 전압 유도 길이 변화가 계량 밸브의 폐쇄 본체로 전달되는 압전 액추에이터가 이미 제안되어 있다. 압전 액추에이터를 통해 제어되는 계량 밸브는 높은 스위칭 주파수를 특징으로 한다. 이와 관련하여, 한편으로는 밸브를 개방하기 위해 압전 액추에이터를 사용하는 것이 이미 제안되었지만, 폐쇄는 예를 들어 스프링과 같은 리셋 요소에 의해 발생한다. 한편, 각각의 경우에 개폐를 위해 폐쇄 본체와 결합된 압전 액추에이터를 사용하는 것이 제안되었다.
훨씬 더 빠르게 스위칭될 수 있는 계량 밸브를 개발하는 것이 본 발명의 과제이다.
본 발명에 따르면, 이 과제는 청구항 1의 특성을 갖는 계량 밸브에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 추가 개발은 종속 청구항의 목적이다.
본 발명은 압전 액추에이터가 폐쇄 본체와 견고하게 결합되지 않으면서, 제 1 압전 액추에이터로 계량 밸브를 개방하고 이를 제 2 압전 액추에이터로 폐쇄하는 사상에 기초한다. 이를 위해, 계량 밸브는 폐쇄 본체와 견고하게 연결된 활성화 요소를 가지므로, 활성화 요소가 이동될 때 폐쇄 본체가 함께 이동된다. 폐쇄 본체가 밸브 시트 상에 있고 계량 밸브의 재료 출구를 폐쇄하는 폐쇄 위치에서, 활성화 요소는 제 1 압전 액추에이터에 대해 느슨하게 놓여지거나 또는 그로부터 떨어진 거리에 배치되며, 이 거리는 전압이 인가될 때 액추에이터의 최대 길이 확대보다 작다. 동시에, 활성화 요소는 제 2 압전 액추에이터로부터의 거리에 배치되며, 이 거리는 제 1 압전 액추에이터의 최대 길이 확장보다 크다. 계량 밸브를 개방하기 위해, 제 1 압전 액추에이터에 전압이 가해져서, 압전 효과에 따라 확장되고, 그의 길이의 변화로 인해 활성화 요소에 펄스를 가한다. 그런 다음 활성화 요소가 제 1 압전 액추에이터로부터 멀리 "샷(shot)"되어, 폐쇄 본체를 이와 함께 취하여, 폐쇄 본체가 개방 위치로 들어가서, 밸브 시트에서 들어 올려져서 재료 출구를 해제한다. 개방 위치에서, 활성화 요소는 제 2 압전 액추에이터에 대향하여 놓이거나 또는 제 2 압전 액추에이터로부터 거리를 두고 배치되며, 이 거리는 전압이 인가될 때 액추에이터의 최대 길이 확장보다 작다. 동시에, 개방 위치에서 활성화 요소는 제 1 압전 액추에이터로부터의 거리에 배치되며, 이 거리는 제 2 압전 액추에이터의 최대 길이 확장보다 크다. 계량 밸브를 폐쇄하기 위해, 제 2 압전 액추에이터에 전압이 인가되고, 압전 효과로 인해 확장된다. 길이 변화로 인해, 활성화 요소에 펄스를 인가하고, 후자를 제 1 압전 액추에이터를 향한 방향으로 "슈팅"하며, 여기서 폐쇄 본체를 그와 함께 취하여, 폐쇄 위치로 이동시킨다.
계량 밸브가 서로 마주 보는 두 개의 지지 표면을 갖는 강성 프레임을 가지고 있다면 실용적이고, 여기서 제 1 압전-액추에이터는 지지 표면 중 제 1 것에 지지되고, 제 2 압전-액추에이터는 지지 표면 중 제 2 것에 지지된다. 프레임은 압전 액추에이터가 활성화 요소에 힘을 가하여 폐쇄 본체를 이동시킬 때 필요한 반력을 적용한다. 이와 관련하여, 서로에 대한 지지 표면들 사이의 거리는 가변적으로 조정될 수 있어서, 폐쇄 본체의 스트로크가 변할 수 있는 것이 바람직하다.
압전 액추에이터는 활성화 요소와 견고하게 연결되지 않기 때문에, 이들은 폐쇄 위치 또는 개방 위치에서 폐쇄 본체를 유지할 수 없다. 이를 위해, 폐쇄 본체를 폐쇄 위치에서 제 위치에 유지하기 위한 제 1 유지 수단 및/또는 폐쇄 본체를 개방 위치에서 제 위치에 유지하기 위한 제 2 유지 수단이 제공되는 것이 실용적이다. 제 1 유지 수단 및/또는 제 2 유지 수단이 적어도 하나의 전자석을 갖는 것이 실용적이다. 또한, 바람직하게는, 강자성 재료로 구성된 유지 요소가 폐쇄 본체와 단단히 연결되고, 이 요소는 제 1 유지 수단의 적어도 하나의 전자석 및/또는 제 2 유지 수단의 적어도 하나의 전자석에 의해 가해지는 힘, 바람직하게는 가해지는 인력을 가질 수 있다. 이와 관련하여, 유지 요소가 제 1 유지 수단과 제 2 유지 수단 사이에서 앞뒤로 이동하도록 배치되는 것이 실용적이다.
계량 밸브가 밸브 시트를 향한 방향으로 폐쇄 본체에 힘을 가하는 스프링 및 압력 챔버를 갖는 공압 실린더를 포함하는 안전 장치를 갖는 것이 유리하다. 압축 공기가 압력 챔버로 유입될 때, 공압 실린더의 피스톤은 스프링의 힘에 반대 방향으로, 폐쇄 본체에 힘을 가한다. 공압 실린더에 압력 챔버를 폐쇄하기 위한 전기적으로 전환 가능한 안전 밸브가 있는 경우, 실용적이며, 상기 밸브는 전류가 없는 상태에서 개방된다. 정전 시, 피스톤에 가해지는 힘이 실패하여, 스프링이 폐쇄 본체를 밸브 시트 상으로 강제한다.
압전 액추에이터 상에 지지되는 압력 스프링이 제 1 압전 액추에이터와 제 2 압전 액추에이터 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이 수단에 의해, 2 개의 압전 액추에이터는 서로 지지되고, 이들의 팽창은 항상 힘에 반대 방향으로 이루어져, 특히 압전 액추에이터의 박리가 방지된다.
이하에서, 본 발명은 도면에 개략적으로 도시된 예시적인 실시예를 사용하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 계량 밸브의 기능 방법을 설명하기 위한 개략적인 스케치이다.
도면에서, 니들 밸브로서 구성된 계량 밸브(10)가 개략적으로 도시되어 있다; 이는 폐쇄 본체(12)로서 밸브 니들을 포함하고, 이 밸브 니들은 밸브 시트(16)에 설정되어 재료 출구(14)를 폐쇄하고, 밸브 시트(16)로부터 들어 올려져 재료 출구(14)를 해제할 수 있다. 재료 출구(14)를 폐쇄 및 해제하기 위해, 밸브 니들(12)은 길이 방향(18)으로 선형으로 앞뒤로 이동할 수 있다.
활성화 요소(20)는 밸브 니들(12)과 견고하게 연결되며, 이 요소는 밸브 니들(12)로부터 반경 방향으로 멀리 돌출된다. 활성화 요소(20)는 제 1 압전 액추에이터(22)와 제 2 압전 액추에이터(24) 사이에 배열되며, 이들은 각각 강성 프레임(26) 상에 지지된다. 프레임(26)은 서로 마주 보는 2 개의 지지 표면(28, 30)을 가지며, 제 1 압전 액추에이터(22)는 제 1 지지 표면(28) 상에 지지되고 제 2 압전 액추에이터(24)는 제 2 지지 표면(30) 상에 지지된다.
밸브 니들(12)이 밸브 시트(16) 상에 위치하는 폐쇄 위치에 있는 경우, 활성화 요소(20)는 제 1 압전 액추에이터(22)에 대항하여 놓이거나 또는 그로부터 약간 떨어져 배치된다. 밸브 니들(12)이 도 1에 도시된 바와 같이 밸브 시트(16)로부터 들어 올려지는 개방 위치에 있는 경우, 활성화 요소(20)는 제 2 압전 액추에이터(24)에 대향하여 놓이거나 또는 그로부터 약간 떨어져 위치된다. 니들 밸브(10)를 개방하기 위해, 전압이 제 1 압전 액추에이터(22)에 인가되고, 후자는 압전 효과로 인해 팽창된다. 길이 방향(18)에서의 길이의 변화는, 펄스가 활성화 요소(20)에 인가되게 하고, 후자는 제 2 압전 액추에이터(24)를 향한 방향으로 이동하여, 요소가 밸브 니들(12)을 그것과 함께 가져 와서, 밸브 시트(16)로부터 들어 올릴 수 있다. 이를 위해, 밸브 니들(12)이 폐쇄 위치에 위치될 때, 활성화 요소(20)는 길이 방향(18)으로 액추에이터의 최대 길이 팽창보다 작은 제 1 압전 액추에이터(22)로부터의 거리에 배치될 수 있다. 동시에, 활성화 요소(20)는 길이 방향(18)에서 제 1 압전 액추에이터(22)의 길이의 최대 변화보다 큰 제 2 압전 액추에이터(24)로부터의 거리에 배치되어야 한다. 제 2 압전 액추에이터(24)는 활성화 요소(20)가 제 2 압전 액추에이터(24)와 접촉하는 지점보다 제 1 압전 액추에이터(22)로부터 더 멀리 이동될 수 없다는 점에서 밸브 니들(12)의 스트로크를 제한한다.
니들 밸브(10)를 폐쇄하기 위해, 전압이 제 2 압전 액추에이터(24)에 인가되고, 후자가 팽창한다. 길이 방향(18)에서의 길이 변화로 인해, 이는 활성화 요소(20)에 펄스를 가하여, 후자가 제 2 압전 액추에이터(22)를 향해 이동된다. 이와 관련하여, 이와 함께 밸브 니들(12)을 가져 와서, 후자는 다시 밸브 시트(16)에 착좌될 수 있게 되어, 재료 출구(14)를 폐쇄하는 폐쇄 위치로 들어간다. 개방 위치에서, 따라서, 활성화 요소(20)는 제 2 압전-액추에이터(24)에 대해 느슨하게 놓이거나 또는 길이 방향(18)에서 제 2 압전-액추에이터(24)의 길이의 최대 변화보다 작은 그로부터의 거리에 배치되어야 한다. 또한, 밸브 니들(12)이 개방 위치에 있을 때, 활성화 요소(20)는 길이 방향(18)으로의 제 2 압전 액추에이터(24)의 길이의 최대 변화보다 큰 제 1 압전 액추에이터(22)로부터의 거리에 배치되어야 한다.
밸브 니들(12)을 폐쇄 위치 및 개방 위치에서 제 위치에 고정된 상태로 유지시킬 수 있도록, 밸브 니들(12)은 강자성 재료로 구성된 방사상 돌출 유지 요소(32)와 견고하게 연결된다. 유지 요소(32)는 제 1 전자석 형태의 제 1 유지 수단(34) 및 제 2 전자석 형태의 제 2 유지 수단(36) 사이에 배치된다. 전자석(34, 36)은 홀딩 요소(32)가 니들 밸브(12)의 폐쇄 위치에서 제 1 전자석(34)에 대항하여 놓이고, 밸브 니들(12)의 개방 위치에서 전자석(36)에 대항하여 놓이는 동안 그것에 의해 끌어 당겨지는 방식으로 스위칭된다.
니들 밸브(10)는 또한 페일 세이프 기능을 갖는 안전 장치(38)를 가지며, 정전 시 재료 출구(14)가 폐쇄되는 것을 보장한다. 안전 장치(38)는 밸브 시트(16)를 향해 길이 방향(18)으로 밸브 니들(12)에 힘을 가하는 스프링(40) 형태의 리셋 요소를 갖는다. 압력 챔버(44) 및 압력 챔버(44) 내에 배열된 피스톤(46)을 갖는 공압 실린더(42)는 스프링 힘에 반작용한다. 압축 공기를 압력 챔버(44) 내로 도입함으로써, 밸브 니들(12)에 힘이 가해지며, 이 힘은 스프링(40)의 힘에 반대로 지향된다. 안전 밸브(48)는 압력 챔버(44)를 환경과 연결하고, 무 전력 상태에서 개방되어, 압축 공기가 압력 챔버(44)로부터 빠져 나가고, 스프링 힘에 대항하여 지향되는 힘이 제거되어, 스프링(40)이 밸브 니들(12)을 밸브 시트(16) 상으로 가압할 수 있다.
압력 스프링(50)은 제 1 압전 액추에이터(22)와 제 2 압전 액추에이터(24) 사이에 배치되어, 이들에 대항하여 위치하며, 이 스프링은 압전 액추에이터(22, 24) 사이의 거리가 감소될 때 인장되어, 압전 액추에이터(22, 24)의 팽창에 대항하는 힘을 가한다.
요약하면 다음과 같다. 본 발명은 폐쇄 본체(12) 및 밸브 시트(16)를 갖는 계량 밸브(10)에 관한 것이며, 폐쇄 본체(12) 및 밸브 시트(16) - 상기 폐쇄 본체(12)는 상기 밸브 시트(16) 상에 위치하고 재료 출구(14)를 폐쇄하는 폐쇄 위치와, 밸브 시트(16)로부터 들어 올려지고 재료 출구(14)를 해제하는 개방 위치 사이에서 앞뒤로 이동될 수 있음 - 를 가지며, 폐쇄 본체(12)와 견고하게 연결된 활성화 요소(20)를 가지며, 그리고 그 사이에 활성화 요소(20)가 배치되는 2 개의 압전 액추에이터(22, 24)를 가지며, 상기 폐쇄 위치에서, 활성화 요소(20)는 제 1 압전 액추에이터(22)로부터 거리를 두고 배치되며, 상기 거리는 길이 방향(18)으로의 상기 제 1 압전 액추에이터(22)의 길이의 최대 변화보다 작으며, 또는 제 1 압전 액추에이터(22)에 대해 느슨하게 놓여 있고, 제 2 압전 액추에이터(24)로부터 거리를 두고 배치되며, 상기 거리는 길이 방향(18)으로의 제 1 압전 액추에이터(22)의 길이의 최대 변화보다 크고, 상기 개방 위치에서, 활성화 요소(20)는 길이 방향(18)으로의 제 2 압전 액추에이터(24)의 길이의 최대 변화보다 작은 제 2 압전 액추에이터(24)로부터의 거리에 배치되고, 또는 제 2 압전 액추에이터(24)에 대해 느슨하게 놓여 있고, 길이 방향(18)으로의 제 2 압전 액추에이터(24)의 길이의 최대 변화보다 큰 제 1 압전 액추에이터(22)로부터의 거리에 배치된다.

Claims (12)

  1. 계량 밸브로서,
    폐쇄 본체(12) 및 밸브 시트(16) - 상기 폐쇄 본체(12)는 상기 밸브 시트(16) 상에 위치하고 재료 출구(14)를 폐쇄하는 폐쇄 위치와, 밸브 시트(16)로부터 들어 올려지고 재료 출구(14)를 해제하는 개방 위치 사이에서 앞뒤로 이동될 수 있음 - 를 가지며, 폐쇄 본체(12)와 견고하게 연결된 활성화 요소(20)를 가지며, 그리고 그 사이에 활성화 요소(20)가 배치되는 2 개의 압전 액추에이터(22, 24)를 가지며,
    상기 폐쇄 위치에서, 활성화 요소(20)는 제 1 압전 액추에이터(22)로부터 거리를 두고 배치되며, 상기 거리는 상기 제 1 압전 액추에이터(22)의 길이의 최대 변화보다 작으며, 또는 제 1 압전 액추에이터(22)에 대해 느슨하게 놓여 있고, 제 2 압전 액추에이터(24)로부터 거리를 두고 배치되며, 상기 거리는 제 1 압전 액추에이터(22)의 길이의 최대 변화보다 크고,
    상기 개방 위치에서, 활성화 요소(20)는 제 2 압전 액추에이터(24)의 길이의 최대 변화보다 작은 제 2 압전 액추에이터(24)로부터의 거리에 배치되고, 또는 제 2 압전 액추에이터(24)에 대해 느슨하게 놓여 있고, 제 2 압전 액추에이터(24)의 길이의 최대 변화보다 큰 제 1 압전 액추에이터(22)로부터의 거리에 배치되는, 계량 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    서로 대면하는 2 개의 지지 표면(28, 30)을 갖는 강성 프레임(26)을 포함하고, 상기 제 1 압전 액추에이터(22)는 지지 표면들 중 제 1 하나(28)에 지지되고, 제 2 압전 액추에이터(24)는 지지 표면들 중 제 2 하나(30)에 지지되는 것을 특징으로 하는 계량 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서,
    지지 표면(28, 30) 사이의 서로에 대한 거리는 가변적으로 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 계량 밸브.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐쇄 본체(12)를 폐쇄 위치에서 제 위치에 유지하기 위한 제 1 유지 수단(34)을 포함하는 것을 특징으로 하는 계량 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 폐쇄 본체(12)를 개방 위치에서 제 위치에 유지하기 위한 제 2 유지 수단(36)을 포함하는 것을 특징으로 하는 계량 밸브.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 유지 수단(34) 및/또는 상기 제 2 유지 수단(36)은 적어도 하나의 전자석을 갖는 것을 특징으로 하는 계량 밸브.
  7. 제 6 항에 있어서,
    폐쇄 본체(12)와 견고하게 연결되는 강자성 재료로 구성된 유지 요소(32)를 포함하고, 상기 요소는 제 1 유지 수단(34)의 적어도 하나의 전자석에 의해 및/또는 제 2 유지 수단(36)의 적어도 하나의 전자석에 의해 힘이 가해질 수 있는 것을 특징으로 하는 계량 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유지 요소(32)는 제 1 유지 수단(34)과 제 2 유지 수단(36) 사이에서 앞뒤로 이동하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 계량 밸브.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 시트(16)를 향한 방향으로 폐쇄 본체(12)에 힘을 가하는 리셋 요소(40)를 포함하는 안전 장치(38), 및 압력 챔버(44)를 갖는 공압 실린더(42)를 포함하고, 압축 공기가 압력 챔버(44) 내로 유입될 때, 상기 실린더의 피스톤(46)은 리셋 요소(40)의 힘에 반대로, 폐쇄 본체(12)에 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 계량 밸브.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공압 실린더(42)는 압력 챔버(44)를 폐쇄하기 위한 전기적으로 스위칭 가능한 안전 밸브(48)를 가지며, 상기 밸브는 전류가 없는 상태로 개방되는 것을 특징으로 하는 계량 밸브.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압전 액추에이터(22, 24) 상에 지지되는 압력 스프링(50)이 제 1 압전 액추에이터(22)와 제 2 압전 액추에이터(24) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 계량 밸브.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 계량 밸브(10)를 사용하여 액체를 계량하는 방법으로서, 밸브 시트(16)로부터 폐쇄 본체(12)를 들어 올리기 위해, 제 1 압전 액추에이터(22)는 팽창되어, 펄스를 활성화 요소(20)로 전달하고, 상기 펄스는 활성화 요소(20)를 제 1 압전 액추에이터(22)로부터 멀어지게 이동시키고,
    상기 폐쇄 본체(12)를 밸브 시트(16) 상으로 설정하기 위해, 상기 제 2 압전 액추에이터(24)는 팽창되어, 펄스를 활성화 요소(20)로 전달하고, 상기 펄스는 활성화 요소(20)를 제 2 압전 액추에이터(24)로부터 멀어지게 이동시키는 것을 특징으로 하는 방법.
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