KR20220046559A - 조정 가능한 액추에이터를 갖는 도징 시스템 - Google Patents

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KR1020227003394A
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마리오 플리스
클라우스 메르레
Original Assignee
버메스 마이크로디스펜싱 게엠베하
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Abstract

본 발명은 도징 물질을 위한 도징 시스템(1)으로서, 도징 물질을 위한 노즐(60) 및 공급 채널(64)을 갖는 하우징(11), 상기 노즐(60)로부터 도징 물질을 배출하기 위해 상기 하우징(11) 내에 배치된 배출 요소(51), 상기 배출 요소(51) 및/또는 상기 노즐(60)에 결합된 적어도 하나의 제1 액추에이터(20), 바람직하게는 압전 액추에이터(20), 및 상기 제1 액추에이터(20)에 결합된 적어도 하나의 제2 액추에이터(30), 바람직하게는 팽창 재료 요소(30)를 포함하는, 상기 도징 시스템(1)에 관한 것이다. 상기 제2 액추에이터(30)는 상기 하우징(11)에 대해, 특히 상기 배출 요소(51) 및/또는 상기 노즐(60)에 대해 상기 적어도 하나의 제1 액추에이터(20)의 위치를 설정하도록 설계된다. 또한, 본 발명은 이러한 도징 시스템(1)을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

조정 가능한 액추에이터를 갖는 도징 시스템
본 발명은 도징 물질(dosing substance)을 위한 도징 시스템(dosing system)으로서, 도징 물질을 위한 노즐 및 공급 채널을 갖는 하우징, 상기 노즐로부터 도징 물질을 배출하기 위해 상기 하우징 내에 배치된 배출 요소, 상기 배출 요소 및/또는 상기 노즐에 결합된 적어도 하나의 제1 액추에이터, 바람직하게는 압전 액추에이터, 및 상기 제1 액추에이터에 결합된 적어도 하나의 제2 액추에이터, 바람직하게는 팽창 재료 요소를 포함하는, 상기 도징 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 도징 시스템을 동작시키는 방법에 관한 것이다.
서두에 언급한 유형의 도징 시스템은 일반적으로 표적 표면에 목표 방식으로, 즉 적시에, 적소에 정밀한 도즈 량으로 도징될 매체를 도포하는 데 사용된다. 이것은 예를 들어 도징 시스템의 노즐을 통해 도징 물질을 점적(drop)으로 분배함으로써 수행될 수 있다. 소위 "마이크로 도징 기술"의 맥락에서, 매우 적은 양의 도징 물질을, 접촉 없이, 즉 도징 시스템과 표적 표면이 직접 접촉함이 없이 정확한 정확도로 표적 표면에 배치하는 것이 종종 필요하다. 이의 일반적인 예로는 회로 보드 또는 기타 전자 요소를 조립할 때 접착제 도트, 솔더링 페이스트 등을 도징하거나 LED용 변환기 재료를 도포하는 것이다.
이러한 비접촉식 과정은 종종 "제트 과정(jet process)"이라고 지칭된다. 제트 과정에 따라 동작하는 도징 밸브는 통상 "제트 밸브" 또는 "제트 분사 밸브"라고 지칭된다. 대응하여, 적어도 하나의 이러한 제트 밸브 및 가능하게는 또한 추가 구성요소를 갖는 도징 시스템은 "제트 도징 시스템"으로 지칭될 수 있다. 제트 도징 시스템 또는 제트 밸브로부터 매체를 분배하기 위해, 이동 가능 배출 요소, 예를 들어, 플런저가 도징 시스템의 노즐에 배치될 수 있다. 도징 물질을 배출하기 위해, 노즐 내 배출 요소는 노즐 개구 방향으로 비교적 고속으로 배출 방향으로 전진하여 하나의 매체 점적을 노즐로부터 배출할 수 있다. 이 과정은 일반적으로 배출 과정이라고 지칭된다. 그런 다음 배출 요소는 반대쪽 후퇴 방향으로 다시 후진할 수 있다. 액적의 크기 또는 액적당 매체의 양은 구조와 이에 의해 달성되는 노즐의 활성화 및 효과에 의해 미리 가능한 정밀하게 결정될 수 있다.
특징적으로 그리고 바람직하게는 또한 본 발명의 범위 내에서, 제트 도징 시스템 또는 제트 밸브에서, 도징 물질은 노즐에 대해 배출 요소가 (배출) 움직임을 수행하는 것에 의해 노즐로부터 "능동적으로" 배출된다. 배출 과정 동안 배출 요소의 배출 팁은 특히 분배될 도징 물질과 접촉하고, 배출 요소 및/또는 노즐이 (배출) 움직임을 수행하는 것으로 인해 도징 시스템의 노즐로부터 밖으로 도징 물질을 "가압하거나" "밀어낸다". 이러한 방식으로, 제트 도징 시스템은 폐쇄 요소의 움직임만으로 노즐을 개방시켜 도징 물질이 압력으로 스스로 노즐을 빠져나가는 다른 분배 시스템과 다르다. 이것은 예를 들어 내연 엔진의 분사 밸브의 경우이다.
이동 가능 배출 요소에 대안으로 또는 이에 추가하여, 도징 시스템의 노즐, 예를 들어, 제트 밸브 자체의 노즐은 도징 물질을 분배하기 위해 배출 또는 후퇴 방향으로 이동될 수 있다. 도징 물질을 분배하기 위해, 노즐과 노즐 내에 배치된 배출 요소는 상대적 이동으로 서로를 향해 또는 서로 멀어지게 이동될 수 있으며, 여기서 상대적 이동은 노즐의 움직임만을 통해 또는 적어도 부분적으로 또한 배출 요소의 대응하는 움직임만을 통해 발생할 수 있다.
예를 들어, 제트 도징 시스템에서 도징 시스템을 동작시켜 최고의 가능한 도징 정확도를 달성하기 위해 배출 요소와 노즐 사이의 일정한 상대적 이동이 필요하다. 각각의 배출 과정 동안 노즐로부터 분배되는 도징 물질의 양은 특히 배출 요소 및/또는 노즐의 (유압적) 유효 행정에 의존하고, 즉, 예를 들어 배출 요소가 노즐에 대해 각각의 배출 움직임으로 이동하는 거리이다.
도징 시스템의 (유압적) 유효 행정이 작아질수록 도징 시스템에서 배출 요소와 노즐을 서로에 대해 가능한 정밀하게 배치하는 것이 중요해진다. 특히 압전으로 동작하는 도징 시스템의 경우, 예를 들어 공압 액추에이터를 갖는 도징 시스템에 비해 배출 요소 및/또는 노즐의 유효 행정이 비교적 작다. 이러한 이유로, 특히 압전 액추에이터를 갖는 도징 시스템에서 가장 중요한 동작 중 하나는 전체 시스템을 정밀하게 설정하는 것, 즉 배출 요소와 노즐 사이의 위치를 설정하는 것이다.
압전으로 동작하는 도징 시스템은 고객에게 배송하기 전에 처음으로 설정되거나 조정될 수 있다. 예를 들어, 배출 움직임 동안 원하는 양의 도징 물질을 배출하기 위해 압전 액추에이터의 편향에 의해 노즐에 대해 배출 요소의 특정 상대적 이동이 일어나도록 공장에서 도징 시스템의 압전 액추에이터, 배출 요소 및 추가 구성요소를 배치 및 조정할 수 있다.
그러나, 도징 시스템의 이러한 일회성 조정만으로는 종종 도징 시스템의 연속 동작에서도 지속적으로 높은 레벨의 도징 정확도를 달성하는 데 충분치 않은 것으로 나타났다. 따라서 도징 시스템의 동작 상황에 따라 특정 상황 하에서 원하는 목표량과 실제 배출되는 도징 물질 양 사이에 상당한 편차가 있을 수 있다.
한편, 이는 도징 물질을 분배하는 빈도, 즉 액추에이터 빈도가 동작 동안 도징 요구 사항에 따라 크게 변동될 수 있다는 것으로 인한 것일 수 있다. 액추에이터의 상이한 부하 상황은 특히 압전 액추에이터의 경우 상이한 전력 손실을 초래할 수 있으며, 여기서 압전 액추에이터의 각각의 온도는 변동될 수 있다. 이것은 도징 시스템의 압전 액추에이터와 가능한 추가 구성요소가 열에 의해 연신되는 것을 추가로 초래할 수 있다. 압전 액추에이터의 길이 방향 열 팽창은 또한 배출 요소의 (유압적) 유효 행정을 원치 않게 변경시켜 압전 액추에이터와 배출 요소 사이의 결합으로 인해 도징 정확도에 영향을 미칠 수 있다.
다른 한편으로, 도징 시스템의 이동 가능 구성요소는 동작 동안 마모 및 인열(tear)될 수 있다. 예를 들어, 노즐과 빈번히 접촉하는 것으로 인해, 배출 요소의 배출 팁은 적어도 일부 영역에서 마모되어 배출 요소의 원하는 (유압적) 유효 행정이 더 이상 신뢰성 있게 달성되지 않을 수 있다. 이것은 또한 각각의 경우에 분배되는 도징 물질의 양을 변경할 수 있다.
또한, 때때로 도징 시스템의 마모된 구성요소, 예를 들어, 마모된 배출 요소를 교체하는 것이 필요할 수 있다. 교체 후에도 높은 레벨의 도징 정확도를 달성하기 위해 도징 시스템을 재조정하는 것이 필요하다. 이 상대적으로 복잡한 과정은 도징 시스템의 사용자에 의해 필요한 정밀도로 종종 수행될 수 없어서 필요한 도징 과정에 원치 않는 변경이 발생할 수 있다.
그러나 서두에서 언급한 바와 같이, 특히 마이크로 도징 기술에서는 도징 물질의 고정밀 분배가 요구된다. 따라서, 본 발명은 전술한 역효과를 감소시키는 것을 목적으로 한다.
본 목적은 특허 청구항 1에 따른 도징 시스템 및 특허 청구항 7에 따른 도징 시스템을 제어하는 방법에 의해 달성된다.
액체 내지 점성 도징 물질을 위한 본 발명에 따른 도징 시스템은 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 노즐 개구를 갖는 노즐, 및 도징 물질을 상기 노즐로 공급하기 위한 공급 채널을 갖는다. 상기 노즐로부터 도징 물질을 배출하기 위한 배출 요소, 및 상기 배출 요소 및/또는 상기 노즐에 결합된 적어도 하나의 제1 액추에이터는 상기 도징 시스템의 하우징 내에 배치된다. 상기 제1 액추에이터는 바람직하게는 압전 액추에이터, 특히 제어 가능한 압전 스택일 수 있지만, 원칙적으로 다른 유형의 액추에이터도 생각할 수 있다. 제1 액추에이터는 특히 바람직하게는 액추에이터 하우징에 기밀 상태로 밀봉된 캡슐화된 압전 스택일 수 있다. 이하에서, 더 나은 이해를 위해, 본 발명은 압전 동작식 도징 시스템을 사용하여 설명되지만, 이로 제한되는 것은 아니고, 여기서, 제1 액추에이터는 압전 액추에이터이다.
본 발명에 따른 도징 시스템으로부터 도징 물질을 분배하는 것은 처음에 설명된 원리 중 하나에 따라 발생할 수 있다. 대응하여, 통상 노즐로부터 도징 물질을 배출하기 위해 비교적 고속으로 이동 가능한 배출 요소가 도징 시스템의 노즐에 (예를 들어, 출구 개방 직전, 특히 노즐 영역에) 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 출구 개구, 따라서 예를 들어 도징 시스템의 노즐은 이동 가능하도록 설계될 수 있다. 이하에서, 도징 물질은 이동 가능한 배출 요소, 바람직하게는, 예를 들어, 플런저에 의해 분배되는 것으로 가정한다. 그러나, 본 발명은 이로 제한된 것으로 의도되지 않는다.
본 발명에 따른 도징 시스템은 특히 바람직하게는 "제트 과정"에 따라 동작할 수 있다. 특히, 도징 시스템은 따라서 적어도 하나의 제트 밸브를 포함할 수 있다. 이와 관련하여 처음에 제시된 정의를 참조한다.
도징 시스템의 제1 액추에이터는 적어도 때때로 배출 요소 또는 노즐에 기능적으로 결합된다. 이러한 결합은 제1 액추에이터에 의해 가해진 힘과 움직임이 배출 요소(또는 노즐)로 전달되어 노즐로부터 도징 물질을 분배하기 위한 배출 요소 및/또는 노즐의 원하는, 바람직하게는, 수직 움직임이 이로 인해 발생하도록 구현된다. 제1 액추에이터는 직접, 즉 추가 이동 부여 구성요소 없이 배출 요소에 작용할 수 있다. 그러나, 도징 시스템은 제1 액추에이터의 편향을 특정 거리에 걸쳐 (즉, 간접적으로) 배출 요소에 전달하기 위해 이동 기구를 포함하는 것이 바람직하다. 이것은 나중에 설명한다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 추가의 제2 액추에이터는 도징 시스템의 하우징에 위치되고, 제2 액추에이터는 제1 액추에이터, 특히 압전 액추에이터에 결합된다. 제2 액추에이터는 하우징에 대해, 특히 배출 요소 및/또는 노즐에 대해 액추에이터 하우징에 캡슐화된 제1 액추에이터, 예를 들어, 압전 스택의 위치를 설정하도록 설계된다. 이 목적을 위해 제1 액추에이터와 제2 액추에이터는 개별적으로 활성화될 수 있다. 따라서, 제2 액추에이터는 또한 배출 요소 및/또는 노즐에 결합된 제1 액추에이터를 위치 설정하기 위한 위치 설정 액추에이터로 지칭될 수 있다. 이러한 결합은 위치 설정 액추에이터가 제1 액추에이터에만 놓이고/놓이거나 제1 액추에이터에서 지지되도록 구현될 수 있다. 이것은 위치 설정 액추에이터가 제1 액추에이터와 동작 가능하게 접촉한다는 것을 의미하지만, 두 구성요소 사이의 고정 연결이 절대적으로 필요한 것은 아니다. 위치 설정 액추에이터는 원칙적으로 임의의 유형의 액추에이터, 예를 들어, 제어 가능 압전 액추에이터, 예를 들어, 다시 자체 액추에이터 하우징에 캡슐화된 압전 스택, 형상 기억 액추에이터, 자기 변형 액추에이터 등일 수 있다. 제2 액추에이터는 기본적으로 제1 액추에이터와 같은 높은 팽창 속도로 동작할 필요가 없기 때문에 제2 액추에이터는 바람직하게는 제1 액추에이터와 다른 유형의 액추에이터이다.
위치 설정 액추에이터는 바람직하게는 적어도 하나의 팽창 재료 요소를 포함할 수 있다. 제2 액추에이터는 특히 바람직하게 팽창 재료 요소에 의해 구현될 수 있다. 대응하여, 팽창 재료 요소는 하우징에 대해, 특히 배출 요소 및/또는 노즐에 대해 적어도 하나의 제1 액추에이터의 위치를 설정하도록 설계될 수 있다. 이러한 팽창 재료 요소의 장점은 전체 높이(및 또한 체적)와, 유사한 동작 힘으로 사용 가능한 최대 행정 사이의 비율이 더 좋다는 것이다. 본 발명은 팽창 재료 요소에 의해 구현되는 제2 액추에이터에 기초하여 아래에서 설명되지만, 이로 제한되는 것은 아니다. 즉, 달리 언급하지 않는 한, (플런저 및/또는 노즐을 이동시키기 위한) 제1 액추에이터는 본 발명의 맥락에서 단지 간략히 "액추에이터" 또는 "압전 액추에이터"로 지칭되고, 여기서 제2 (위치 설정) 액추에이터는 일반성을 잃지 않고 "팽창 재료 요소"라고 지칭된다.
일반적인 정의에 따른 팽창 재료 요소 또는 팽창 재료 동작 요소는, "열 팽창 액추에이터"로도 지칭될 수 있는, 예를 들어, 팽창 재료로 채워진 능동적으로 팽창 가능한 요소를 갖는 팽창 재료를 갖는 것으로 이해된다. 팽창 재료 요소는 팽창 재료 외에 추가 구성요소를 포함할 수 있고, 예를 들어, 나중에 설명되는 바와 같이 팽창 재료 및 동작 피스톤을 둘러싸는 하우징을 포함할 수 있다. 일반적으로 관례적으로, 팽창 재료는 바람직하게 팽창 재료의 온도 변화가 팽창 재료의 체적 변화를 일으키도록 설계된다. 팽창 재료 요소의 대응하는 설계에 의해 팽창 재료의 체적 변화를 통해 특정 또는 지향된 움직임(행정)을 생성할 수 있다. (통상) 생성된 움직임의 크기는 팽창 재료의 체적 변화에 대략 비례할 수 있다.
팽창 재료 요소에 의해 특정 행정을 생성하기 위해, 팽창 재료 요소는 도징 시스템의 제어 유닛을 통해 제어 및/또는 조절될 수 있다. 팽창 재료 요소의 온도는 특히 팽창 재료 요소를 제어 및/또는 조절하기 위해 본 발명의 범위 내에서 제어 및/또는 조절된다. 팽창 재료 요소와 제어 유닛에 대한 상세한 내용은 나중에 제시된다.
본 발명에 따르면, 팽창 재료 요소는 이러한 목적을 위해 설계되고, (제1) 액추에이터의 특정 위치가 도징 시스템의 하우징에 대해 설정될 수 있도록 도징 시스템에 배치된다. 이것은 하우징 내에서 액추에이터, 특히 압전 액추에이터의 원하는 공간 배열이 팽창 재료 요소에 의해 달성될 수 있음을 의미한다. 특히, 하우징 내 액추에이터의 위치는 동작 동안, 예를 들어, 배출 요소의 각각의 배출 움직임 및/또는 각각의 후퇴 움직임 동안 팽창 재료 요소에 의해 능동적으로 변경될 수 있다. 다시 말해, 액추에이터는 팽창 재료 요소에 의해 하우징 내에서 적어도 작은 크기로 이동될 수 있다.
따라서, 팽창 재료 요소는 팽창 재료 요소에 의해 생성된 행정이 액추에이터, 특히 압전 액추에이터로 주로 완전히 전달되어 액추에이터를 위치 설정하는 데 사용될 수 있도록 도징 시스템에 배치된다.
팽창 재료 요소는 특히 도징 시스템의 배출 요소 및/또는 노즐에 대해 (제1) 액추에이터, 특히 압전 액추에이터의 위치를 설정하도록 설계되고 도징 시스템에 배치된다. 특히 바람직하게는, 액추에이터에 의해 생성된 힘을 배출 요소 및/또는 노즐에 (직접 또는 간접) 전달하는 액추에이터의 압력 부재의 위치는 팽창 재료 요소에 의해 배출 요소 및/또는 노즐에 대해 설정 및/또는 변경될 수 있다. 예를 들어, 도징 시스템의 특정 구조에 따라 액추에이터의 압력 부재와 노즐의 노즐 개구 사이의 특정 거리는 팽창 재료 요소에 의해 설정될 수 있다. 액추에이터의 압력 부재와 배출 요소 사이의 거리도 동일한 방식으로 설정될 수 있다.
유리하게는, (제1) 액추에이터와 배출 요소 또는 노즐 사이의 특정 목표 배열은 정확한 양의 도징 물질이 액추에이터의 각각의 편향에 의해 노즐로부터 배출되도록 팽창 재료 요소에 의해 설정될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 도징 시스템은, 예를 들어, 압전 액추에이터의 높은 동역학이 도징 시스템의 실제 도징 기능에 거의 완전히 사용될 수 있도록 하우징 내 액추에이터를 "정확한 정밀도로" 위치 설정하기 위한 추가 액추에이터를 팽창 재료 요소와 함께 포함한다.
특정 장점은 도징 시스템이 동작 중일 때에도 액추에이터의 표적 배열 또는 표적 위치가 주로 일정하게 유지될 수 있다는 점이다. 한편으로, 팽창 재료 요소는 "열 보상"이라고도 지칭되는 열 보상 기능을 수행하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 동작 동안 발생하는 액추에이터, 특히 압전 액추에이터의 열에 의한 길이 변화는 배출 요소 및/또는 노즐에 대해 액추에이터의 위치가 동작 동안 일정하게 유지될 수 있도록 팽창 재료 요소를 반대 방향으로 동작시킴으로써 보상될 수 있다.
다른 한편으로, 팽창 재료 요소는 또한 예를 들어 도징 시스템의 구성요소의 동작 마모를 보상하기 위해 기계적 보상 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터, 특히 압전 액추에이터는 특히 이동하는 구성요소(예를 들어, 배출 요소)의 마모와 인열 징후에도 불구하고 목표 배열이 동작 동안 대체로 일정하게 유지되도록 동작 동안 팽창 재료 요소에 의해 하우징에 루틴하게 (재)위치될 수 있다.
팽창 재료 요소는 또한 도징 동작의 일시적 중단 후에 전체 시스템을 올바르게 (재)설정하는 데 유리하게 사용될 수 있다. 이것은 예를 들어, 필요한 경우, 장착된 조립체가 아니라 도징 시스템 중 마모된 단 하나의 구성요소, 예를 들어, 플런저만을 교체하면 되게 한다. 그런 다음 팽창 재료 요소에 의해 목표 배열을 복원할 수 있다. 따라서 마모 관련 비용은 본 발명에 따른 도징 시스템을 사용하는 알려진 도징 시스템에 비해 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 도징 시스템의 도징 정확도는 위에서 설명된 유리한 효과로 인해 알려진 도징 시스템에 비해 상당히 개선될 수 있다.
액체 대 점성 도징 물질을 위한 도징 시스템을 제어하기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 도징 시스템은 하우징을 포함하고, 여기서 하우징은 물질 도징을 위한 노즐 및 공급 채널을 갖는다. 도징 시스템은 노즐로부터 도징 물질을 배출하기 위해 하우징 내에 배치된 배출 요소, 상기 배출 요소 및/또는 상기 노즐에 결합된 적어도 하나의 제1 액추에이터, 바람직하게는 압전 액추에이터, 및 상기 제1 액추에이터에 결합된 적어도 하나의 제2 액추에이터, 바람직하게는 팽창 재료 요소를 더 포함한다. 제2 액추에이터는 적어도 하나의 제1 액추에이터의 위치가 하우징에 대해, 특히 배출 요소 및/또는 노즐에 대해 설정되도록 제어 유닛에 의해 제어 및/또는 조절된다.
팽창 재료 요소의 팽창 길이 또는 팽창 거리는 (제1) 액추에이터를 하우징에 위치시키기 위해 적어도 하나의 방향으로 제어 및/또는 조절될 수 있다. 팽창 재료 요소의 팽창 길이는 특히 바람직하게는 팽창 재료 요소의 온도를 통해 제어 및/또는 조절될 수 있다. 이것은 나중에 상세히 설명된다.
또한, 본 발명의 특히 유리한 구성 및 개선은 종속 청구항 및 이하의 설명에서 나타나며, 여기서 하나의 청구항 카테고리의 독립 청구항은 또한 종속 청구항 및 다른 청구항 카테고리의 실시예와 유사하게 추가로 개선될 수 있고, 특히 또한 다양한 실시예 또는 변형예의 개별 특징이 새로운 실시예 또는 변형예로 결합될 수 있다.
제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소는, 바람직하게는 (제1) 액추에이터, 특히 압전 액추에이터의 위치를 통해 도징 시스템의 노즐에 대해 배출 요소의 위치를 설정하도록 설계되고 하우징 내에 배치된다. 특히, 배출 요소의 배출 팁과 노즐의 노즐 개구 사이의 거리는 (제1) 액추에이터의 위치를 통해 팽창 재료 요소에 의해 설정될 수 있다.
따라서 도징 시스템을 제어하기 위한 대응하는 방법에서, 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소는 도징 시스템의 노즐에 대해 배출 요소의 위치를 설정하기 위해 제어 및/또는 조절될 수 있다. 팽창 재료 요소는 바람직하게는 (제1) 액추에이터, 특히 압전 액추에이터의 위치를 통해 배출 요소의 배출 팁과 노즐의 노즐 개구 사이의 특정 거리를 설정하기 위해 제어 및/또는 조절될 수 있다.
도징 시스템을 제어하기 위한 바람직한 방법에서, 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소의 제어 및/또는 조절은 제2 액추에이터, 바람직하게는 팽창 재료 요소의 온도, 특히 팽창 재료의 온도를 제어 및/또는 조절하도록 구현될 수 있다. 이 목적을 위해, 팽창 재료 요소와 연관된 적어도 하나의 가열 디바이스 및/또는 팽창 재료 요소와 연관된 적어도 하나의 냉각 디바이스가 바람직하게는 후술되는 바와 같이 제어 및/또는 조절될 수 있다. 특히 바람직하게는, 팽창 재료 요소의 온도는 액추에이터, 특히 압전 액추에이터 및/또는 배출 요소를 하우징의 특정 위치에 배치하기 위해 팽창 재료 요소의 특정 행정을 생성하도록 설정될 수 있다.
언급한 바와 같이, 배출 요소는 바람직하게는 이동 기구에 의해 (제1) 액추에이터, 특히 압전 액추에이터에 결합될 수 있다. 배출 요소는 동의어로 플런저라고도 지칭된다. 본 발명은 이동 기구를 갖는 도징 시스템에 기초하여 아래에서 설명되지만 이로 제한되는 것은 아니다. 이동 기구는 액추에이터의 움직임을 배출 요소로 전달하기 위해 결합 요소를 포함할 수 있다. 액추에이터 또는 압전 액추에이터, 특히 이의 압력 부재와 이동 기구 사이 및/또는 이동 기구와 배출 요소 사이의 결합은 바람직하게는 고정된 결합이 아니고, 즉 각각의 구성요소는 결합하는 데 서로 나사 결합, 용접, 접착 등이 수행되지 않는 것이 바람직하다.
특히 바람직하게는, 결합 요소는 액추에이터의 편향을 특정 계수(factor)만큼 증가시키기 위해 회동 가능하게 장착된 레버 등을 갖는 전달 요소, 예를 들어 레버 시스템을 가질 수 있다. 특히, 전달 요소는 액추에이터의 편향 또는 행정과 이로 인한 플런저의 움직임 또는 행정 사이의 특정 전달 비율을 생성하도록 설계될 수 있다. 한편으로, 이것은 (제1) 액추에이터의 편향이 전달 요소에 의해 플런저의 특정 원하는 행정으로 변환될 수 있음을 의미한다.
다른 한편으로, 전달 요소는 유리하게는 또한 바람직하게는 팽창 재료 요소에 의해 야기된 (제1) 액추에이터의 위치 변화를 배출 요소로 더 큰 크기로 전달하는 데 사용될 수 있다. 이것은 팽창 재료 요소를 통해 액추에이터의 비교적 작은 위치 변화에 의해 배출 요소의 위치에 비교적 큰 변화가 야기될 수 있음을 의미한다.
제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소는 바람직하게는 도징 시스템의 정의된 동작 상태 동안 배출 요소를 배출 요소의 적절히 정의된 "조정 위치"로 이동시키도록 설계되고 하우징 내에 배치된다. 동작 상태는 바람직하게는 동작 동안 제공된 (제1) 액추에이터, 특히 압전 액추에이터의 가능한 최대 편향에 대응한다. (제1) 액추에이터의 위치 변경은 바람직하게는 "위치 조정"을 설정하기 위해 이동 기구에 의해 배출 요소로 전달될 수 있다.
"위치 조정"은 바람직하게는 배출 요소, 특히 플런저의 배출 팁이 특정 힘으로 노즐로 가압되도록 여기서 특성화되거나 정의된다. 조정 위치에서 플런저가 노즐에 가하는 힘은 밀어넣는 힘 또는 밀봉력이라고 지칭된다. 조정 위치에서, 플런저는 노즐의 밀봉 영역이 바람직하게는 플런저에 의해 완전히 채워지도록 노즐의 밀봉 시트로 가압될 수 있다. 밀봉 영역은 노즐(노즐 챔버) 내 노즐 개구에 바로 인접한 노즐의 밀봉 시트의 영역으로 이해된다. 플런저와 노즐은 특히 플런저를 밀봉 시트로 가압하는 것에 의해 밀봉 영역에서 밀봉 방식으로 상호 작용할 수 있다.
플런저는 바람직하게는 조정 위치에서 노즐에 대해 특정 밀봉력을 상승시킨다. 예를 들어, 배출 요소의 밀봉력은 적어도 1mN, 바람직하게는 적어도 1N, 더 바람직하게는 적어도 10N일 수 있다.
따라서 도징 시스템을 제어하기 위한 바람직한 방법에서, 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소는 도징 시스템의 정의된 동작 상태 동안 배출 요소를 배출 요소의 조정 위치로 이동시키기 위해 제어 및/또는 조절될 수 있다. 팽창 재료 요소는 바람직하게는 동작 동안 제공되는 특정 밀봉력으로 압전 액추에이터의 최대 편향으로 배출 요소의 배출 팁을 노즐로 가압하기 위해 제어 및/또는 조절될 수 있다.
플런저의 "(유압적) 유효 행정"은 유리하게는 배출 요소의 조정 위치를 통해 정밀하게 설정되고 유지될 수 있으며, 여기서 도징 시스템의 도징 정확도는 더욱 개선될 수 있다. 이것은 아래에 설명된다.
도징 시스템을 제어하기 위한 바람직한 방법에서, (제1) 액추에이터의 편향(액추에이터 편향), 특히 압전 액추에이터에 인가되는 전기 제어 전압은, 플런저가 노즐 방향으로 "완전 접촉"에 도달할 때까지 배출 시작 위치로부터 플런저를 이동시키기 위해 각각의 배출 과정 동안 사용될 수 있다. 완전 접촉은 플런저의 배출 팁이 노즐과 바람직하게는 완전히 원주 방향으로 동작 가능하게 접촉하는 것으로 정의된다. 특히, 완전 접촉이 있을 때, 플런저는 노즐 개구가 폐쇄되도록 노즐의 밀봉 시트에 놓일 수 있다.
플런저가 각 배출 과정 동안 노즐에 대해 완전 접촉까지 실행하는 행정 움직임(이동된 거리)은 플런저의 "(유압적) 유효 행정"이라고 지칭된다. 따라서 (유압적) 유효 행정은 도징 물질을 배출하는 데 사용되어 도징 물질을 분배하는 데 영향을 미칠 수 있는, 동작 동안 제공된 최대 액추에이터 편향의 일부, 또는 동작 동안 압전 액추에이터에 인가된 최대 전기 제어 전압의 일부이다.
다른 한편으로, 액추에이터 편향은 또한 적어도 부분적으로 완전 접촉을 넘어 노즐 방향으로 플런저를 더 밀어내는 데 사용될 수 있다. 완전 접촉으로부터 시작하여 플런저를 노즐 방향으로 특정 최소값만큼 더 밀어내는, 총 액추에이터 편향의 정의된 부분 또는 압전 액추에이터의 최대 제공된 전기 제어 전압의 일부는 나중에 설명되는 바와 같이 밀봉 위치 액추에이터 편향이라고 지칭된다. 플런저의 특정 밀봉력은 바람직하게 밀봉 위치 액추에이터 편향에 의해 상승될 수 있다.
"이상적인" 매우 강성의 도징 시스템에서, 완전 접촉 후 플런저의 위치는 액추에이터 편향이 점진적인 경우 또는 압전 액추에이터에 인가되는 전기 제어 전압(압전 액추에이터 제어 전압)이 더 증가하는 경우에도 대체로 일정하게 유지될 수 있다. 즉, 플런저는 밀봉 위치 액추에이터 편향에 의해 증가하는 힘으로 노즐로 가압되어 플런저의 특정 밀봉력을 상승시킬 수 있다.
그러나, 도징 시스템의 구성에 따라, 예를 들어, 사용된 재료의 특성에 따라 밀봉 위치 액추에이터 편향은 도징 시스템의 구성요소에 약간의 탄성 변형을 유발할 수도 있다. 예를 들어, 노즐 삽입물, 플런저, 레버와 같은 유체 유닛의 연결 요소, 또는 이들 또는 추가 구성요소의 조합은 탄성적으로 변형될 수 있다. 대응하여, 완전히 강성의 것이 아닌 "이상적인" 도징 시스템에서 플런저의 위치는 특히 나노미터 또는 마이크로미터 범위에서 액추에이터 편향이 점진적이거나 또는 압전 액추에이터 제어 전압이 증가하는 것으로 인해 완전 접촉 후에도 여전히 약간 변할 수 있다. 그러나, 이러한 비-강성의 도징 시스템에서도, 밀봉 위치 액추에이터 편향의 대부분은 바람직하게는 플런저로 전달될 수 있고, 플런저의 밀봉력을 설정하는 데 사용될 수 있다.
도징 시스템의 특정 구성에 관계없이, 동작 동안 제공되는 액추에이터의 최대 편향, 특히 동작 동안 압전 액추에이터에 인가되는 최대 제어 전압은 특히 팽창 재료 요소의 대응하는 활성화에 의해, 한편으로는 플런저의 (유압적) 유효 행정과 다른 한편으로는 플런저의 밀봉력의 상승 사이에 비례하여 "분배"될 수 있다.
플런저의 조정 위치는 유리하게는 플런저가 조정 위치에서 노즐에 특정 밀봉력을 가하도록 팽창 재료 요소와 (제1) 액추에이터의 상호 작용을 통해 설정될 수 있다. 다음이 적용된다: 조정 위치에서 플런저의 밀봉력이 커질수록 동작 동안 제공되는 최대 액추에이터 편향에서 또는 최대 의도된 압전 액추에이터 제어 전압에서 필요한 밀봉 위치 액추에이터 편향의 부분이 커진다. 대응하여 플런저의 (유압적) 유효 행정에 사용될 수 있는, 액추에이터 편향 또는 압전 액추에이터 제어 전압의 부분은 감소한다. 따라서 플런저의 (유압적) 유효 행정은 플런저의 조정 위치를 설정함으로써, 특히 밀봉력을 설정함으로써 정밀하게 설정될 수 있다. 이에 의해 더욱 개선된 도징 정확도를 유리하게 달성할 수 있다.
배출 요소를 조정 위치로 이동할 수 있기 위해, 도징 시스템은, 언급한 바와 같이, 바람직하게는 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소와 연관된 적어도 하나의 가열 디바이스, 및/또는 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소와 연관된 적어도 하나의 냉각 디바이스를 포함한다. 도징 시스템은 특히 바람직하게는 가열 디바이스 및/또는 냉각 디바이스를 제어 및/또는 조절하기 위한 제어 유닛을 추가로 포함한다.
가열 디바이스는 바람직하게는 전기 에너지를 사용하여 팽창 재료 또는 팽창 재료 요소를 가열할 수 있다. 예를 들어, 가열 포일 형태의 적어도 하나의 저항 가열 요소는 팽창 재료 요소의 외부 표면(외측), 예를 들어, 팽창 재료 요소의 하우징 내에 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 저항 가열 요소는 팽창 재료 자체에 배치될 수 있다. 가열 디바이스는 바람직하게 팽창 재료 요소의 전체 팽창 재료를 특정 목표 온도까지 균일하게 가열하도록 설계된다.
냉각 디바이스는 바람직하게는 팽창 재료 요소 또는 팽창 재료를 냉각시키기 위해 적어도 하나의 기체 및/또는 액체 유체를 포함할 수 있다. 냉각 매체는 바람직하게는 팽창 재료 요소의 하우징에 냉각 매체가 직접 흐르거나 유동하도록 적어도 일부 영역에서 팽창 재료 요소의 외측에 적용될 수 있다. 이를 위해, 도징 시스템의 냉각 디바이스는 팽창 재료 요소를 둘러싸고 냉각 매체로 채워질 수 있는 공동(냉각 영역)을 포함할 수 있다. 또한, 냉각 디바이스는 팽창 재료 요소의 개별 하위 영역에 냉각 유체를 구체적으로 적용하기 위해 흐름 안내 요소를 포함할 수 있다. 그러나, 본질적으로 팽창 재료 요소의 전체 외측도 능동적으로 냉각될 수 있다. 냉각 디바이스는 냉각 매체를 도징 시스템, 특히 냉각 영역으로 도입하거나 도징 시스템, 특히 냉각 영역으로부터 냉각 매체를 다시 제거하기 위해 공급 디바이스와 배출 디바이스를 더 포함할 수 있다.
냉각 매체는 바람직하게는 팽창 재료 요소를 가능한 한 빨리 특정 온도 값으로 냉각시킬 수 있도록 설계된다. 이 온도 값은 또한 실온 초과일 수 있고/있거나 압전 액추에이터에 의해 팽창 재료 요소의 "기생" 가열 온도 초과일 수 있다. 그러나, 이러한 온도 값은 바람직하게는 45℃ 미만, 보다 바람직하게는 30℃ 미만, 특히 바람직하게는 18℃ 미만이다.
공기, 특히 압축 공기는 또한 적어도 온도 값이 실온보다 높은 경우에도 냉각 매체로 사용될 수 있다. 냉각되지 않은 압축 실내 공기는 비교적 저렴하고 충분히 큰 체적 흐름으로 제공될 수 있다는 장점이 있다.
대안적으로, 냉각된 공기, 특히 냉각된 압축 공기도 또한 냉각 매체로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 냉각 매체는 냉각 디바이스, 예를 들어, 냉장 기계 및/또는 와류관과 연관된 냉각원에 의해 특정 목표 온도로 "능동적으로" 냉각될 수 있다. 그런 다음 냉각 매체는 팽창 재료 요소를 도징 시스템의 주변 온도보다 낮은 온도로 냉각시키도록 설계될 수 있다.
팽창 재료 요소와 연관된 냉각 디바이스의 냉각 용량은 바람직하게는 개별적으로 제어 및/또는 조절될 수 있다. 개별적으로 활성화하는 능력은 도징 시스템의 냉각 디바이스가 도징 시스템의 다른 구성요소의 온도 제어를 위해 제공될 때에도 특히 유용하다. 예를 들어, 냉각 디바이스는 동작 동안 액추에이터, 특히 압전 액추에이터를 동작 온도로 냉각시키기 위해 액추에이터, 특히 압전 액추에이터의 온도를 제어하도록 설계될 수도 있다. 이 경우, 팽창 재료 요소와 연관된 냉각 디바이스는 도징 시스템의 공동으로 사용된 전체 냉각 디바이스의 개별 서브 냉각 디바이스로 설계될 수 있다. 추가 서브 냉각 디바이스는 대응하여 액추에이터와 연관될 수 있다. 그런 경우 전체 냉각 디바이스는 팽창 재료 요소 또는 액추에이터에 냉각 유체를 개별적으로 공급하기 위해 2개의 개별적으로 제어 가능 비례 밸브를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
팽창 재료 요소와 연관된 냉각 디바이스와 가열 디바이스는 바람직하게는 개별적으로 활성화 가능하도록 설계된다. 그 결과, 도징 시스템의 다른 구성요소로부터 팽창 재료 요소를 열적으로 분리하는 것을 가능한 최대한 달성할 수 있다. 특히 바람직하게는, 냉각 디바이스와 가열 디바이스는 또한 동시에 동작될 수 있다. 그 결과, 팽창 재료 요소의 특정 목표 온도는 특히 시간 효율적인 방식으로 설정될 수 있고, 온도의 초과를 방지할 수 있다. 또한, 가열 디바이스와 냉각 디바이스의 약간의 제어된 "상호 반대 동작"은 예를 들어 외부 간섭에 대해 팽창 재료 요소의 온도의 "강성" 또는 일정성(constancy)을 증가시키는 데 기여할 수 있다.
도징 시스템은 바람직하게는 가열 디바이스 및/또는 냉각 디바이스를 제어 및/또는 조절하기 위해 적어도 하나의 제어 또는 조절 유닛을 포함한다. 한편, 도징 시스템은 외부 제어 또는 조절 유닛에 결합될 수 있고, 예를 들어, 복수의 도징 시스템을 개별적으로 활성화하기 위한 중앙 제어 유닛에 결합될 수 있다. 이러한 중앙 제어 또는 조절 유닛은, 바람직하게는 적절한 소프트웨어를 사용하는 컴퓨터 유닛의 형태로 가능한 최대한 소프트웨어로 구현될 수 있다. 컴퓨터 유닛은 예를 들어 하나 이상의 협력 마이크로프로세서 등을 가질 수 있다.
그러나, 도징 시스템은 또한 개별 "도징 시스템별" 제어 유닛과 연관될 수 있다. 이것은 예를 들어 하우징 내 회로 보드를 통해 구현될 수 있다. 한편, "도징 시스템별" 제어 유닛은 전체 도징 과정을 독립적으로 제어하도록 설계될 수 있다. 그런 경우 중앙 제어 또는 조절 유닛이 필요치 않을 수 있다.
다른 한편으로, "도징 시스템별" 제어 유닛은 또한 도징 과정의 개별 과정만을 제어하도록 설계될 수 있다. "도징 시스템별" 제어 유닛은 바람직하게 중앙 제어 유닛의 서브 제어 유닛으로 설계될 수 있고, 신호 목적을 위해 중앙 제어 유닛에 결합될 수 있다. 예를 들어, "도징 시스템별" 제어 유닛은 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소를 제어 및/또는 조절하기 위해, 즉 특히 조정 과정을 수행하고 열적 및/또는 기계적 보상 기능을 위해 제공될 수 있다. 이와 달리, 중앙 제어 유닛은 도징 과정의 나머지 과정, 예를 들어, 압전 액추에이터의 전기 배선을 제어할 수 있다. 이하에서, 제2 변형예에 따른 "도징 시스템별" 제어 유닛이 설명되지만 이로 제한되는 것은 아니다. 제어 유닛은 또한 제어 유닛을 공동으로 형성할 수 있는 복수의 서브 제어 유닛을 포함할 수 있다.
제어라는 용어는 본 발명의 문맥에서 제어 및/또는 조절과 동의어로 사용된다. 이것은 제어기를 말할 때에도 이 제어기가 적어도 하나의 조절 과정을 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 조절의 경우, (실제 값으로서의) 조절된 변수는 일반적으로 연속적으로 캡처되어 (목표 값으로서의) 기준 변수와 비교된다. 조절은 통상 조절된 변수가 기준 변수와 일치하도록 수행된다. 이것은 조절된 변수(실제 값)가 제어 루프의 작용 경로에서 자체적으로 지속적으로 영향을 미친다는 것을 의미한다.
도징 시스템을 제어하기 위한 바람직한 방법에서, 바람직하게는 팽창 재료 요소를 제어 및/또는 조절하기 위해, 바람직하게는 팽창 재료 요소의 온도를 설정하기 위해 제2 액추에이터를 제어 및/또는 조절할 때 도징 시스템의 다수의 동작 파라미터를 고려할 수 있다. 특히 조정 위치를 설정하기 위해, 즉 조정 위치를 결정하고/하거나 조정 위치에 도달하기 위해 다음 동작 파라미터 중 적어도 하나를 고려할 수 있다:
제1 동작 파라미터는 제2 액추에이터의 온도, 특히 팽창 재료 요소의 온도, 특히 바람직하게는 팽창 재료 또는 팽창 재료 요소의 팽창체의 온도일 수 있다. 팽창체 및 팽창 재료 요소에 대해서는 나중에 보다 상세히 설명한다. (제1) 액추에이터의 온도 및/또는 하나 이상의 상이한 하우징 영역에서 하우징의 온도는 또한 동작 파라미터로서 고려될 수 있다.
도징 시스템은, 온도 및 추가 동작 파라미터를 결정하기 위해 다수의 센서를 갖는, 제어 유닛에 결합된 센서 배열을 포함할 수 있다. 각각 센서의 측정된 값은 (측정) 신호로서 제어 유닛에 제공될 수 있다.
센서 배열은 바람직하게는 팽창 재료의 온도를 결정하기 위해 바람직하게는 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소와 연관된 적어도 하나의 온도 센서를 포함한다. 바람직하게는, 도징 시스템은 (제1) 액추에이터와 연관된 적어도 하나의 (각각의) 온도 센서 및/또는 하우징과 연관된 하나의 온도 센서를 추가로 포함할 수 있다.
팽창 재료 요소를 제어하는 데 포함될 수 있는 추가 동작 파라미터는 도징 시스템에서 배출 요소의 위치이다. 배출 요소의 위치는 바람직하게는 (이동 기구의 일부로서) 배출 요소에 결합된 레버의 위치를 통해 결정될 수 있다.
이 동작 파라미터를 캡처하기 위해, 센서 배열은 바람직하게는 배출 요소의 위치를 결정하기 위해 적어도 하나의 위치 센서를 포함한다. 이러한 위치 센서는 예를 들어 홀 센서에 의해 구현될 수 있다. 플런저의 움직임은 바람직하게는 또한 홀 센서의 (측정) 신호에 의해 계산될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 센서 배열은 배출 요소의 움직임을 결정하기 위해 적어도 하나의 움직임 센서를 포함할 수 있다. 움직임 센서는 예를 들어 가속도 센서로 구현될 수 있다. 센서의 위치에 대해 플런저의 움직임 또는 위치는 바람직하게는 움직임 및/또는 위치 센서에 의해 결정될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 열적으로 보상된 홀 센서는 각각의 배출 과정 및/또는 각각의 후퇴 움직임에서 플런저의 행정 움직임(예를 들어, 수직 거리 측정값)을 캡처하기 위해 센서가 플런저의 영역 및/또는 레버의 영역에서 자석과 상호 작용할 수 있도록 하우징의 영역에 배치될 수 있다. 홀 센서는 바람직하게는 플런저와 함께 (길이 방향 연장 방향에 대응하는) 허상의 수직 축에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 플런저의 (유압적) 유효 행정에 대해 측정된 데이터는 홀 센서에 의해 획득될 수 있다.
추가 동작 파라미터는 액추에이터의 액추에이터 위치, 예를 들어, 액추에이터의 각각의 편향일 수 있다. 압전 액추에이터에 인가되는 전기 제어 전압은 바람직하게는 동작 파라미터일 수 있다.
추가 동작 파라미터는 도징 시스템의 노즐로부터 각각의 배출 과정 동안 분배되거나 분배되어야 하는 도징 물질의 양 및/또는 중량일 수 있다. 분배된 도징 물질의 양 및/또는 중량을 나타내는 이러한 측정된 값은 예를 들어 중량 측정 과정에서 결정될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 분배된 도징 물질의 "도징 체적 의존적" 신호는 또한 예를 들어 센서 배열의 광학 평가 유닛을 통해 결정될 수 있다. 바람직하게는, 도징 물질을 위한 유량 센서의 신호, 예를 들어, 측정된 값이 동작 파라미터로서 사용될 수 있다. 측정된 값은 예를 들어 노즐 개구 영역에서 체적 유량계에 의해 결정될 수 있다.
도징 시스템의 폐쇄된 상태에서 적용되는 배출 요소의 밀봉력은 또한 추가 동작 파라미터를 나타낼 수 있다. 대응하는 측정된 값은 플런저 또는 노즐 내의 힘 센서에 의해 획득되거나, 또는 대안적으로 제1 또는 제2 액추에이터의 지지력을 결정하기 위한 힘 센서에 의해 획득될 수 있다.
도징 시스템의 교정 데이터(calibration data)가 추가 동작 파라미터로 사용될 수 있으며, 여기서 교정 데이터는 바람직하게는 도징 시스템에 저장되고, 각각의 제어 유닛에 의해 판독될 수 있다.
교정 데이터는 특히 홀 센서 및 그 신호를 정규화할 수 있고, 동작점에서, 즉 레버 시스템의 조정된 상태에서 각각의 플런저 위치에 대하여 압전 액추에이터의 전기 제어 전압의 전달 함수를 정규화할 수 있다.
또한 교정 데이터는 도징 시스템의 여러 상이한 가열 구역과 관련될 수 있다. 각각의 가열 구역에서 도징 물질의 온도를 바람직하게는 상이하게 제어하기 위해 예를 들어, 제1 가열 구역은 도징 물질 카트리지와 연관될 수 있고, 제2 가열 구역은 유체 유닛, 예를 들어, 공급 채널과 연관될 수 있고, 제3 가열 구역은 노즐과 연관될 수 있다.
또한, 교정 데이터는 주어진 압력에서 비례 밸브의 활성화 전압에 대하여 각 비례 밸브의 체적 유량과 관련될 수 있다.
팽창 재료 요소는 유리하게는 플런저 위치 및/또는 플런저의 (유압적) 유효 행정에 영향을 미칠 수 있는 도징 시스템의 적어도 필수적인 파라미터, 바람직하게는 모든 동작 파라미터를 고려하도록 제어될 수 있다. 그 결과, 팽창 재료 요소는 배출 요소의 조정 위치를 동작 동안 특히 신뢰성 있게 설정할 수 있도록 하는 목표 방식으로 제어될 수 있다. 제어부에서 복수의 동작 파라미터를 계산함으로써, 덜 고장 나기 쉬운 또는 더 강력한 활성화를 달성할 수 있고, 여기서 도징 정확도를 더욱 개선할 수 있다.
플런저의 조정 위치를 가능한 정밀하게 결정 및/또는 달성할 수 있기 위해, 바람직하게는 다단계 조절 알고리즘을 갖는 조정 과정(조정 과정)을 실행할 수 있다. 조절 알고리즘의 개별 단계는 바람직하게는 제어 유닛에 의해 적어도 부분적으로 자동으로, 바람직하게는 완전히 자동으로 처리될 수 있다.
제1 단계에서, 도징 시스템의 동작 동안 제공되는 (제1) 액추에이터의 최대 편향이 설정될 수 있다. 따라서 분배 밸브의 "폐쇄된 위치"가 설정될 수 있으며, 여기서 플런저의 배출 팁은 노즐 방향으로 이동된다. 노즐로부터 도징 물질의 규칙적인 분배는, 예를 들어, 분배 과정을 개시하기 위한 트리거를 일시적으로 차단함으로써 바람직하게는 전체 조정 과정 동안 가능하지 않다.
제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소, 특히 바람직하게는 팽창 재료의 "조정 시작 온도"는 제2 단계에서 설정될 수 있다. 이것은 이미 팽창된 액추에이터에도 불구하고 플런저의 배출 팁이 이 시간에서 노즐과 (아직) 접촉하지 않는 것을 보장한다. 팽창 재료 요소는 바람직하게 이러한 목적을 위해 냉각될 수 있다. 조정 시작 온도는 예를 들어 도징 시스템의 주변 온도에 대응할 수 있다. 조정 시작 온도는 바람직하게는 예상된 (나중에 정의된) "조정 온도" 미만일 수 있다.
추가 단계에서, 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소, 특히 바람직하게는 팽창 재료는 플런저의 배출 팁과 노즐 사이에 완전 접촉이 있을 때까지 조정 시작 온도로부터 시작하여 가열될 수 있다. 이는 팽창 재료 요소가 온도를 통해 팽창되어 플런저를 노즐 방향으로 밀어서 최종적으로 노즐과 접촉시킨다는 것을 의미한다. 이미 언급한 바와 같이, 플런저의 배출 팁이 본질적으로 노즐의 밀봉 시트의 전체 원주에 걸쳐 놓일 때 완전 접촉이 달성되며, 여기서 노즐 개구는 환형 방식으로 밀봉된다.
이 완전 접촉점을 결정하기 위해, 팽창 재료 요소의 각각의 온도와 배출 요소의 대응 위치 사이의 (조정) 비율은 바람직하게 팽창 재료 요소의 가열 동안 결정될 수 있다. 플런저의 위치의 이러한 변화는 바람직하게는 제어 유닛에 의해 온도의 변화에 대하여 결정될 수 있다. 이를 위해, 제어 유닛은 예를 들어 팽창 재료 요소의 온도 센서와, 플런저에 결합된 레버의 위치 센서에 액세스하여, 대응하는 "온도-위치" 값 쌍을 형성하거나 저장할 수 있다. 대응하는 "온도-위치" 값 쌍은 바람직하게 전체 조정 과정 동안 형성될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, 플런저의 위치는 바람직하게는 홀 센서에 대하여 결정될 수 있으며, 예를 들어, 홀 센서까지의 거리가 결정될 수 있다.
완전 접촉에 도달할 때까지 팽창 재료 요소의 온도와 각 플런저 위치("이상적인" 도징 시스템) 사이에 주로 선형 (제1) (조정) 비율이 수립된다. (조정) 비율은, 예를 들어, 전술한 값 쌍에 기초하여 함수 그래프의 기울기에 대응한다. "완전 접촉점"에 도달한 후, 팽창 재료 요소가 계속 가열되는 동안 플런저 팁이 노즐의 밀봉 시트로 더 가압된다.
"이상적인" 매우 강성의 도징 시스템에서, 본질적으로 팽창 재료 요소의 추가 팽창만이 노즐에 대해 플런저의 밀봉력을 상승시키거나 증가시킨다. 따라서, 플런저의 위치는 더 이상 변하지 않거나 더 이상 측정 가능하게 변하지 않고, 여기서 팽창 재료의 온도는 추가로 상승한다. 따라서 새로운 (제2) 주로 선형 (조정) 비율이 수립되고, 이는 바람직하게는 제1 (조정) 비율과 다르다. 제2 (조정) 비율은 바람직하게는 제1 (조정) 비율의 기울기와 상이한 기울기에 대응할 수 있다. 여기서 고려되는 "이상적인" 매우 강성의 도징 시스템에서 제2 (조정) 비율의 기울기는 대략 0이다. 제1 (조정) 비율로부터 제2 (조정) 비율로 전이가 일어나는 플런저 위치는 플런저의 완전 접촉 위치에 대응한다.
"이상적인" 비-강성의 도징 시스템에서, 완전 접촉 후 팽창 재료 요소의 추가 팽창은 도징 시스템의 구성요소의 탄성 변형을 초래할 수 있다. 따라서 플런저의 위치는 완전 접촉 후 약간 변할 수 있다. 그러나, 팽창 재료 요소의 온도 상승에 대하여 플런저의 위치 변화는 바람직하게는 단지 매우 작으며, 특히 완전 접촉 전보다 작다. 따라서, "이상적인" 비-강성의 도징 시스템에서도 새로운 (제2) 주로 선형 (조정) 비율이 수립된다. 이러한 "이상적인" 비-강성의 도징 시스템에서, 제2 (조정) 비율과 연관된 기울기는 제1 (조정) 비율과 연관된 기울기보다 상당히 작거나 평평할 수 있다. "이상적인" 매우 강성의 도징 시스템과 달리, 제2 기울기는 물론 여기서 대략 0이 아니다. 제1 (조정) 비율로부터 제2 (조정) 비율로의 전이가 일어나는 플런저 위치는 플런저의 완전 접촉 위치에 대응한다.
"비-이상적인" 또는 "실제" 도징 시스템에서 플런저의 배출 팁이 초기에 노즐 내부 원추형 밀봉 시트에 일측에 또는 단지 특정 영역에서만 부딪힐 수 있다. 이것은 예를 들어 플런저가 노즐 중심에 정확히 배치되지 않았거나 또는 노즐 개구와 정렬되지 않은 경우일 수 있다. 플런저 팁의 일부만 또는 영역만이 노즐과 접촉하는 이러한 접촉은 "초기 접촉" 또는 "부분 접촉"이라고 지칭된다. 대응하여, "실제" 도징 시스템에서, 조정 시작 온도에서 시작하여 팽창 재료 요소를 가열하는 것은 초기에 완전 접촉과 구별되는 부분 접촉을 초래할 수 있다.
팽창 재료 요소의 온도와 각 플런저 위치 사이의 주로 선형 (제1) (조정) 비율은 부분 접촉까지 수립될 수 있다.
조정 과정의 일부로서, 팽창 재료 요소는 팽창 재료 요소의 팽창이 점진적인 것으로 인해 플런저가 최종적으로 노즐로 "슬립(slip)하여" 플런저와 노즐 사이에 전술한 완전 접촉이 달성할 때까지 추가로 가열될 수 있다. 플런저가 노즐로 "슬립하는" 이러한 과정은 "시프트(shift) 과정"이라고도 지칭된다. 또한, "온도-위치" 값 쌍이 바람직하게 형성될 수 있으며, 여기서 각각의 대응하는 플런저 위치는 팽창 재료 요소의 각각의 온도와 연관된다.
플런저가 초기 접촉 후 노즐의 특정 저항에 대항하여 완전 접촉 위치로 가압되기 때문에, 플런저의 위치는 초기 접촉 전보다 팽창 재료 요소의 온도 상승에 대하여 보다 천천히 변할 수 있다. 따라서 바람직하게는 제1 (조정) 비율과 다른 새로운 (제2) 주로 선형 (조정) 비율이 수립된다. 제1 (조정) 비율로부터 제2 (조정) 비율로의 전이가 일어나는 플런저 위치는 플런저의 초기 접촉 위치에 대응한다. 배출 요소의 초기 접촉 위치는 결정될 수 있고, 선택적으로 선택적 단계에서 저장될 수 있다. 이 값은 완전 접촉 위치와 함께 시스템의 기계적 품질에 대한 정보를 제공할 수 있으므로 시스템을 평가하는 맥락에서 도움을 줄 수 있다. 또한, 팽창 재료 요소의 "초기 접촉 온도", 즉 팽창 재료 요소가 초기 접촉 시에 갖는 온도를 결정하여 저장할 수 있다.
"이상적인" 도징 시스템과 유사한 "실제" 도징 시스템에서 완전 접촉은 (조정) 비율에 (다시) 변화가 있는 것으로 정의된다. 팽창 재료 요소는 바람직하게는 새로운 (제3) (조정) 비율이 수립될 때까지 초기 접촉 후 추가로 가열될 수 있다. 제2 (조정) 비율로부터 제3 (조정) 비율로의 변경이 일어나는 플런저 위치는 "실제" 도징 시스템에서 플런저의 완전 접촉 위치에 대응한다.
"실제" 도징 시스템의 특정 설계에 따라, 완전 접촉에 도달한 후 플런저의 위치는 각각의 "이상적인" 시스템에 대해 이전에 설명한 바와 같이 (매우 강성의 시스템에서) 팽창 재료 요소의 지속적인 가열로 본질적으로 일정하게 유지되거나 (비-강성의 시스템에서) 매우 약간 변할 수 있다.
그런 다음 그 다음 단계에서, 배출 요소의 완전 접촉 위치가 결정되어 선택적으로 저장될 수 있다. 또한, 팽창 재료 요소의 "완전 접촉 온도", 즉 팽창 재료 요소가 완전 접촉 시에 갖는 온도를 결정하고 저장할 수 있다.
그런 다음 조정 과정의 추가 단계에서, 배출 요소의 조정 위치가 결정될 수 있고, 선택적으로 바람직하게는 이전에 결정된 "온도-플런저 위치" 값 쌍에 기초하여 저장될 수 있다. 또한, 팽창 재료 요소의 "조정 온도", 즉 팽창 재료 요소가 원하는 조정점에서 갖는 온도를 결정할 수 있고 선택적으로 저장할 수 있다. 언급한 바와 같이, 조정 위치는 예를 들어 동작 동안 시스템의 신뢰성 있는 밀봉을 보장하기 위해 플런저와 노즐 사이에 충분히 높은 밀봉력을 상승시키는 경험적으로 결정된 값이다.
조정 위치 및/또는 조정 온도는 바람직하게는 적어도 배출 요소의 완전 접촉 위치의 함수로서 및/또는 팽창 재료 요소의 완전 접촉 온도의 함수로서 결정될 수 있다.
배출 요소의 조정 위치는 바람직하게는 적어도 플런저의 완전 접촉 위치 및 (조정) 비율의 기울기의 함수로서 결정될 수 있고, 여기서 (조정) 비율은, 특히 초기 접촉에 도달할 때까지 또는 완전 접촉이 달성될 때까지 팽창 재료 요소의 온도 변화에 대한 플런저의 위치 변화로부터 발생한다.
배출 요소의 조정 위치는 특히 바람직하게는 다음 수식을 사용하여 계산될 수 있다:
s(AP) = s(VP) + m·T(DS, FS, m) (1)
여기서,
s(AP) = 조정 위치에서 배출 요소의 위치이다. 팽창 재료 요소의 대응하는 조정 온도는 이러한 목적을 위해, 바람직하게는 이전에 캡처된 "온도-위치" 값 쌍에 기초하여 결정된다.
s(VP) = 완전 접촉 시 배출 요소의 위치이고, 이로부터 팽창 유닛의 대응하는 완전 접촉 온도가 결정된다.
m = (Δs/ΔT) = ("실제" 시스템에서) 초기 접촉이 도달될 때까지 또는 ("이상적인 시스템"에서) 전체 접촉이 도달될 때까지 (어느 접촉이 먼저 달성되는지에 따라) "플런저 위치-온도" 값 쌍에 기초한 함수 그래프의 기울기이다.
T = 플런저의 원하는 밀봉력을 달성하기 위해 완전 접촉으로부터 시작하여 팽창 재료 요소에 필요한 온도 차이이다. 바람직하게는, 온도 차이 값(T)은 예를 들어, 도징 시스템의 펌웨어에 저장되고 각 경우에 결정된 기울기(m)에 따라 계산될 수 있는 원하는 밀봉력(DS)의 함수로서, 액추에이터 시스템의 총 스프링 강성(FS)의 함수이다. 총 스프링 강성(FS)은 도징 시스템의 평균 스프링 강성의 유형을 의미하는 것으로 이해되며, 여기서 스프링 강성은 예를 들어 도징 시스템의 여러 사본(copy)에서 측정될 수 있고 선택적으로 여러 사본에 걸쳐 평균화될 수 있다.
또한, 조정 위치는 결정 과정에 포함된 응용별 파라미터에 의존할 수 있다. 예를 들어, 도징될 매체의 공급 압력이 특히 높을 때 플런저에 작용하는 힘은 초기에 높은 밀봉력으로 보상되고 이에 따라 응용별 파라미터로 포함된 공급 압력으로 보상될 수 있어서 유리할 수 있다.
매우 강성의 도징 시스템의 경우 플런저의 각각의 위치는 완전 접촉 후 본질적으로 더 이상 변하지 않아야 한다. 따라서, s(AP)는 본질적으로 s(VP)와 동일하며, 여기서 m·T라는 항으로 인한 차이는 추가 위치 변화를 초래하지 않고, 플런저에 의한 밀봉력의 요구되는 상승만을 초래한다.
따라서 조정 위치에서 플런저의 위치는 바람직하게는 완전 접촉 위치에서 플런저의 위치와 본질적으로 동일하고/하거나 배출 종료 위치에서 플런저의 위치와 본질적으로 동일할 수 있으며, 이에 대해서는 나중에 보다 상세히 설명한다.
완전히 엄격하지 않은 도징 시스템에서, 특정 총 스프링 강성(FS)은 탄성 변형을 보상할 수 있고 조정 위치에서 원하는 밀봉력을 상승시킬 수 있도록 m·T라는 항으로 s(AP)를 결정할 때 고려될 수 있다. 비-강성의 도징 시스템에서도, 조정 위치에서 플런저의 위치는 바람직하게는 배출 종료 위치에서 플런저의 위치와 본질적으로 동일할 수 있다. 조정 위치에서 플런저의 위치는 바람직하게는 완전 접촉 위치에서 플런저의 위치에 대략 대응할 수 있다.
요약하면, 원하는 밀봉력을 설정하기 위한 플런저의 위치 조정은 바람직하게는 적어도 플런저의 (이전에 결정된) 완전 접촉 위치, 여전히 자유롭게 이동 가능한 플런저의 (온도를 통한) (제1) 기울기, 및 시스템에 저장된 도징 시스템의 총 스프링 강성을 고려하여 결정될 수 있다. 대안적으로, 원하는 밀봉력(조정력) 및 이에 따라 또한 조정 온도는 힘 센서에 의해 직접 조절될 수 있다(나중에 설명됨).
배출 요소의 조정 위치(s(AP))는 바람직하게 팽창 재료 요소를 통해 설정될 수 있다. 특히 바람직하게는, 배출 요소를 조절 위치로 이동시키기 위해 팽창 재료 요소에 조정 온도를 설정할 수 있다. 따라서, 조정 과정의 마지막 선택적인 단계에서, 배출 요소는 바람직하게는 팽창 재료 요소를 조정점에 대해 결정된 온도로 적절히 온도 제어하는 것에 의해 조정 위치로 이동될 수 있다. 이를 위해, 팽창 재료 요소는 바람직하게는 배출 요소의 조정 위치에 도달할 때까지 완전 접촉 온도를 넘어 추가로 가열될 수 있다.
각각의 조정 위치에 도달하거나 설정하는 것은 아래에서 설명하는 바와 같이 도징 시스템의 특정 구성에 의존한다.
완전 접촉은 이미 "이상적인" 매우 강성의 도징 시스템에서 플런저의 조정 위치에 대응할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 팽창 재료 요소가 완전 접촉 온도보다 높은 온도로 가열되면 플런저의 밀봉력이 상승된다. 그러나, 플런저의 위치는 본질적으로 일정하게 유지된다. 따라서 플런저의 완전 접촉 위치는 바람직하게는 플런저의 조정 위치에 대응할 수 있다.
언급한 바와 같이 "이상적인" 비-강성의, 즉 적어도 부분적으로 탄성이 있는 도징 시스템에서, 플런저의 위치는 완전 접촉 후 도징 시스템의 구성요소가 탄성 변형되는 것으로 인해 약간 변경될 수 있다. 따라서 (제2) 주로 선형 (조정) 비율은 완전 접촉으로부터 수립될 수 있으며, 이 비율은 바람직하게는 매우 약간의 기울기만을 갖는다. 원하는 밀봉력이 달성되면 조정 위치에 도달한다.
"실제" 도징 시스템의 경우 제2 (조정) 비율로부터 제3 (조정) 비율로의 변화만이 플런저의 완전 접촉 위치를 정의한다. 대응하여, 매우 강성의 "실제" 도징 시스템에서 제2 (조정) 비율로부터 제3 (조정) 비율로의 전이가 일어나는 플런저 위치는 플런저의 조정 위치에 대응할 수 있다. 그런 경우 제3 (조정) 비율과 연관된 기울기는 거의 0일 수 있다.
이와 달리, 비-강성의 "실제" 도징 시스템에서는, 플런저는 제3 (조정) 비율에 따라 또는 연관된 제3 기울기에 따라 조정 위치로 여전히 약간 이동될 수 있고, 여기서 조정 위치에 도달한 후에는, 팽창 재료 요소는 더 이상 팽창되지 않기 때문에 위치는 더 이상 변하지 않는다.
이미 설명한 바와 같이, 비-강성의 도징 시스템에서, 플런저는 완전 접촉 후에도 여전히 약간 이동될 수 있고, 여기서 또한, 팽창 재료 요소의 추가 팽창의 대부분은 완전 접촉 후 플런저의 밀봉력을 설정하는 데 사용될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 또한 이 조정 과정에서 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소는 동작 동안 최대 "시스템 편향"에 도달할 때까지 완전 접촉 온도를 넘어 가열되는 것으로 제공될 수 있다. 최대 "시스템 편향"은 동작 동안 제공된 (제1) 액추에이터의 최대 편향, 및 동작 동안 팽창 재료 요소의 최대로 제공된 팽창에 대응한다.
그런 다음 대응하여, 배출 요소의 "시스템 종료 접촉" 위치, 즉, 시스템이 동작 동안 최대로 편향될 때 배출 요소가 갖는 위치가 결정될 수 있고 선택적으로 조정 과정에서 저장될 수 있다. 게다가, 팽창 재료 요소의 "시스템 종료 접촉" 온도, 즉 동작 동안 제공되는 최대 시스템 편향에서 팽창 재료 요소가 갖는 온도를 결정할 수 있고 선택적으로 저장할 수 있다. "시스템 종료 접촉" 위치 또는 "시스템 종료 접촉" 온도도 또한 바람직하게는 "온도-플런저 위치" 값 쌍에 기초하여 결정될 수 있다.
따라서 배출 요소의 결정된 "시스템 종료 접촉" 위치 및/또는 팽창 재료 요소의 "시스템 종료 접촉" 온도는 조정 위치 및/또는 조정 온도를 결정할 때 완전 접촉 위치 또는 완전 접촉 온도에 대해 대안적으로 또는 추가적으로 고려될 수 있다.
배출 요소를 "시스템 종료 접촉" 위치로부터 특정 조정 위치로 이동시키기 위해, 팽창 재료 요소는 선택적으로 또한 바람직하게는 냉각에 의해 조정 위치와 연관된 조정 온도로 이동될 수 있다.
또한, 이러한 방식으로 정의된 "시스템 종료 접촉" 위치는 또한 동작 동안 최대 제어 범위의 척도를 나타낸다. 최대 가능한 밀봉력은 "시스템 종료 접촉" 위치에서 동작 동안 달성될 수 있다. 유리하게는, 특정 조정 위치와 "시스템 종료 접촉" 위치 사이의 차이는 제어 예비에 대한 정보를 획득하고 이에 따라 가능하게는 또한 도징 시스템의 존재하는 마모에 대한 정보를 획득하는 데 사용될 수 있다.
한편, 위에서 설명된 조정 과정은 예를 들어 초기 조정 위치를 결정하기 위해 도징 시스템의 제1 시작 전에 수행될 수 있다. 그러나, 조정 과정은 또한 예를 들어 플런저를 교체한 후 도징 동작의 일시 중단 후에도 (다시) 수행될 수 있다. 도징 시스템의 루틴한 조정도 생각할 수 있다.
플런저의 조정 위치의 특히 정밀하고 동시에 복잡하지 않은 설정은 유리하게는 조정 과정에서 팽창 재료 요소에 의해 수행될 수 있다. 이 과정은 팽창 재료 요소에 의한 "열 조정"이라고도 지칭된다. 조정 위치는 각각의 도징 시스템에 대해 개별적으로 결정될 수 있으므로 각각의 개별 도징 시스템의 임의의 제조 공차는 제어 유닛 자체에 의해 보상될 수 있다. 그 결과, 본질적으로 동일한 (유압적) 유효 행정이 복수의 도징 시스템을 갖는 도징 적용에서 설정될 수 있으며, 즉 도징 시스템은 특히 유사한 방식으로 도징할 수 있다.
조정 과정은 유리하게는 비교적 복잡하지 않은 방식으로 더 수행될 수 있다. 예를 들어, 도징 시스템은 바람직하게는 사용자가 제어 유닛에 입력하는 것에 의해 조정 과정이 시작되도록 설계될 수 있으며, 여기서 전체 조정은 자동으로 실행된다. 한편으로는, 조정이 이제 또한 사용자 자신에 의해, 특히 또한 훈련 받지 않은 직원에 의해 수행될 수도 있기 때문에 이러한 방식으로 도징 시스템의 운영 비용을 감소시킬 수 있다. 그러나, 동시에 사람의 개입 및 대응하는 에러 원인을 크게 피할 수 있기 때문에 조정 과정이 또한 매우 신뢰성 있다. 각각의 도징 시스템의 도징 정확도 및 무엇보다도 복수의 도징 시스템의 도징의 비교 가능성은 이러한 방식으로 더욱 개선될 수 있다.
도징 동안 조정 과정의 이전에 설명된 장점을 유익하게 사용할 수 있기 위해 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소는 바람직하게는, 도징 시스템의 동작 동안, 특히 각각의 배출 과정 동안 배출 요소의 배출 종료 위치가 이전에 수행된 조정 과정에서 결정된 조절 위치에 정밀하게 대응하도록 제어 및/또는 조절된다. 팽창 재료 요소의 제어 및/또는 조절은 바람직하게는 동일한 배출 과정 동안 압전 액추에이터 제어 전압의 변화를 고려하여 각각의 배출 과정 동안 플런저의 실제 배출 종료 위치의 함수로 결정될 수 있다. "배출 종료 위치"는 플런저가 각각의 배출 과정의 종료 시에, 즉 동작 동안 제공된 (제1) 액추에이터의 최대 편향에서 실제로 갖는 플런저의 위치를 의미하는 것으로 이해된다. 배출 종료 위치에서 플런저의 위치는 바람직하게는 조정 위치에서 플런저의 위치와 본질적으로 동일할 수 있다.
조절 과정은 바람직하게는 배출 종료 위치가 동작 동안 일정한 값으로, 특히 조절 위치로 조절되도록 일어날 수 있다. 이러한 목적을 위해, 팽창 재료 요소는, 언급한 바와 같이, 이전에 결정된 조정 위치와 연관된 조정 온도가 팽창 재료 요소에서 도달 및/또는 일정하게 유지되도록 조절될 수 있다. 제어 유닛에 결합된 PID 제어기 또는 퍼지 제어기는 바람직하게는 조정 온도를 설정하는 방식으로 팽창 재료 요소의 가열 디바이스 및/또는 냉각 디바이스를 활성화할 수 있다.
유리하게는, 조절 과정은 또한 플런저의 원하는 (유압적) 유효 행정이 동작 동안 신뢰성 있게 달성되고 또한 더 긴 시간 기간 동안 일정하게 유지될 수 있는 것을 보장하는 데 사용될 수 있다.
그러나, 팽창 재료 요소에서 조정 온도를 일정하게 설정하거나 유지하는 것은 또한 도징 물질이 일시적으로 분배되지 않는 경우에, 예를 들어, 도징 시스템이 일시적으로 대기 모드(보류 모드)에 있는 경우 유용할 수 있다. 팽창 재료 요소의 조정 온도는 바람직하게는 도징 시스템이 정지 상태에 있는 경우에도 PID 제어기에 의해 일정하게 유지될 수 있다. 그 결과, 짧은 시간 내에 도징 과정을 재개하더라도 높은 레벨의 도징 정확도를 즉시 보장할 수 있다.
도징 시스템의 특히 안정적인 동작을 보장하기 위해, 도징 시스템은 바람직하게는 신호 목적으로 제어 유닛에 결합되는 적어도 하나의 힘 센서를 포함할 수 있다. 힘 센서의 측정된 값은 팽창 재료 요소를 조절할 때 고려되는 것이 바람직하다.
힘 센서는 바람직하게는 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소에 의해 (제1) (압전) 액추에이터에 가해지는 힘을 결정하도록 설계된다. 특히, 힘 센서는 예를 들어 (제어 유닛의 일부일 수도 있는) 평가 유닛의 도움으로 힘 센서의 측정된 값에 기초하여 노즐에 대해 플런저의 밀봉력을 결정하도록 설계될 수도 있다. 힘 센서는 바람직하게 팽창 재료 요소 및 압전 액추에이터와 "역선(line of force)"에 배치될 수 있다. 예를 들어, 힘 센서는 압전 액추에이터의 반대쪽 팽창 재료 요소의 접촉점 또는 지지점에 배치될 수 있다.
유리하게는, 힘 센서는 일정한 힘으로 직접 조절하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 플런저의 밀봉력은 힘 센서를 통해 일정하도록 조절될 수 있다. 전체 시스템의 스프링 강성은 동작 동안 변하지 않아야 하므로, 모든 동작 모드에서, 예를 들어, 또한 보류 모드에서 끊김 없는 조절이 가능하다.
특히 변동하는 동작 또는 환경 조건에서 도징 정확도를 더욱 향상시키기 위해, 플런저의 배출 종료 위치를 특히 정밀하게, 예를 들어, 위에서 설명한 바와 같이 미리 결정된 원하는 조정 위치로, 또는 간접적으로 특정 밀봉 힘으로 조절하기 위해 도징 시스템의 바람직한 제어 방법에서 다단계 조절 알고리즘을 실행할 수 있다. 조절 알고리즘의 개별 단계는 바람직하게는 특히 완전 자동으로 제어 유닛에 의해 처리될 수 있다. 바람직하게는 진행 중인 (규칙적인) 도징 동작으로 이러한 보정 알고리즘(correction algorithm)을 실행할 수 있다.
조절 알고리즘은 기본적으로 각각의 "폐쇄" 구배 동안 및/또는 각각의 "개방" 구배 동안, 즉 도징 물질의 배출 과정 동안 또는 플런저의 후퇴 움직임 동안 실행될 수 있다. 도징 요구 사항에 따라, "개방" 구배는 "폐쇄" 구배보다 약간 느린 속도로 실행될 수 있고, 이에 각각의 "개방" 구배의 경우 주어진 샘플링 속도로 더 많은 값 쌍을 캡처할 수 있어서 훨씬 더 정밀하게 평가를 수행할 수 있다. 따라서, "개방" 구배를 사용하는 것이 더 바람직할 수도 있다. 달리 언급하지 않는 한, 조절 과정을 보다 명확히 하기 위해, 개별 단계는 "폐쇄" 구배에 기초하여 아래에 설명되지만 이로 제한되는 것은 아니다.
제1 단계에서 배출 요소의 배출 시작 위치를 설정할 수 있다. 배출 시작 위치는 (제1) 액추에이터가 편향되지 않은, 즉 (제1) 액추에이터가 휴지 위치에 있는 것을 특징으로 한다. 따라서, 플런저의 배출 팁은 동작 동안 노즐로부터 가능한 한 멀리 이격된다. 따라서 조절 알고리즘은 바람직하게는 플런저의 후퇴 움직임이 완전히 완료되는 즉시 또는 새로운 배출 움직임이 시작되기 직전에 시작된다. 예를 들어, 배출 시작 위치는 홀 센서를 통해 및/또는 (제1) 액추에이터, 특히 압전 액추에이터의 전기 제어 전압을 통해 결정될 수 있다.
제2 단계에서 (제1) 액추에이터의 편향 및/또는 시간의 함수로서 (제1) 액추에이터의 전기 제어 전압의 변화를 단일 배출 과정 동안 캡처할 수 있다. (제1) 액추에이터의 편향 속도는 바람직하게는 액추에이터의 휴지 위치로부터 시작하여 액추에이터의 (동작 동안 제공되는) 최대 편향까지 이러한 방식으로 정밀하게 결정될 수 있다. (제1) 액추에이터, 특히 압전 액추에이터에 인가된 전기 제어 전압의 변화는 바람직하게는 시간에 따라 (제어 전압의 변화율로) 캡처될 수 있다.
플런저 위치는 바람직하게는 동일한 배출 과정 동안 시간의 함수로 캡처될 수도 있다. 플런저 속도는 바람직하게는 플런저의 배출 시작 위치로부터 시작하여 플런저의 배출 종료 위치에 도달할 때까지 이러한 방식으로 정밀하게 결정될 수 있다. 언급한 바와 같이, 플런저 위치는 홀 센서를 통해 캡처될 수 있다.
압전 액추에이터의 제어 전압의 변화율 및 그에 따른 대응하는 플런저 속도는 바람직하게는 본질적으로 동일한 시점에서 반복적으로 결정된다. 따라서 바람직하게는, 배출 과정의 시간에 따른 값 쌍("제어 전압-플런저 위치" 값 쌍)은 바람직하게는 제어 유닛에 의해 규칙적으로 캡처될 수 있고, 여기서 값 쌍은 각각의 액추에이터 제어 전압(제1 액추에이터) 및 대응하는 (연관된) 플런저 위치를 포함한다.
그런 다음 조절 알고리즘의 추가 단계에서, 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값이 결정될 수 있다. 언급한 바와 같이, 밀봉 위치 액추에이터 편향은 동작 동안 제공된 제1 액추에이터의 최대 편향의 부분일 수 있다. 밀봉 위치 액추에이터 편향은 바람직하게는 동작 동안 (제1 액추에이터로서의) 압전 액추에이터에 최대로 인가되는 전기 제어 전압의 일부일 수 있다. 밀봉 위치 액추에이터 편향은 배출 요소가 배출 요소와 노즐 사이의 완전 접촉을 넘어 특정 최소량만큼 노즐의 밀봉 시트로 가압되는 것으로 정의된다. 따라서 밀봉 위치 액추에이터 편향은 구체적으로 플런저를 밀봉 영역으로 이동시켜 원하는 밀봉력을 상승시키는 액추에이터 편향의 부분이다.
밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값은 바람직하게는 플런저의 특정 밀봉력을 설정하기 위해 동작 동안 (제1 액추에이터로서의) 압전 액추에이터에 인가되는 최대 전기 제어 전압의 성분(부분 전압)일 수 있다. 예를 들어, 공압식 액추에이터에서 각각의 대응하는 플런저 위치에 대하여 점진적인 압력 상승이 캡처될 수 있다. 밀봉 위치 액추에이터 편향은 완전 접촉에 기초하여 밀봉력을 상승시키는 데 여전히 필요한 특정 압력 증가에 대응할 수 있다.
이것은, 밀봉 위치 액추에이터 편향, 특히 그 크기를 결정함으로써, 플런저가 원하는 조정 위치로 이동되었는지 여부, 또는 배출 움직임이 다른 배출 종료 위치, 예를 들어, "더 이전" 또는 "더 나중" 지점에서 종료하는지 여부를 결정할 수 있다는 것을 의미한다.
밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값을 결정하는 것은 바람직하게는 이전에 결정된 "제어 전압-플런저 위치" 값 쌍에 기초하여 수행될 수 있다. (제1 액추에이터로서의) 압전 액추에이터의 제어 전압의 변화율은 바람직하게는 특히 전체 배출 과정에 걸쳐 대응하는 플런저 속도와 비교될 수 있다. 제어 전압의 변화율과 플런저 속도 사이의 비율이 바람직하게 결정될 수 있다.
압전 액추에이터의 전기 제어 전압의 변화율은 전체 배출 과정 동안 본질적으로 일정할 수 있다. 그러나, 보다 복잡한 활성화 전압 함수도 가능하고, 즉, 제어 전압은 배출 과정 동안 변할 수 있다. 압전 액추에이터의 전기 제어 전압의 변화율이 일정한 경우, 압전 액추에이터의 편향 속도는 배출 과정의 다른 단계 동안 변할 수 있다. 두 구성요소는 예를 들어 레버를 통해 (압전) 액추에이터와 배출 요소 사이가 결합된 것으로 인해 "이동 유닛"을 형성한다. 대응하여, 플런저 속도는 또한 아래에서 설명한 바와 같이 각각의 배출 과정 동안 다를 수 있다.
각각의 배출 과정의 시작에서, (압전) 액추에이터의 편향은 초기에 플런저를 노즐 방향으로 주로 일정한 제1 속도로 이동시킬 수 있다. 따라서 압전 액추에이터 제어 전압의 변화율과 플런저 속도 사이에 제1 (속도) 비율이 수립될 수 있다.
"이상적인" 매우 강성의 도징 시스템에서 플런저 속도는 완전 접촉 후 상당히 느려져 특히 0이 될 수 있고, 여기서 플런저가 노즐로 더 가압된다. 압전 액추에이터의 경우 이것은 전기 제어 전압이 본질적으로 일정하게 증가하고, 여기서 플런저는 더 이상 측정 가능한 방식으로 이동하지 않는다는 것을 의미한다. 압전 액추에이터의 길이 방향 연장 거리는 압전 액추에이터와 플런저가 결합된 것으로 인해 더 이상 거의 변하지 않는다. 이것은 전기 제어 전압의 증가가 주로 지속적인 압력의 증가 또는 압전 액추에이터의 (기계적) 장력 상승을 초래하고, 이를 통해 플런저의 밀봉력을 상승시킬 수 있는 것을 의미한다.
따라서 완전 접촉 후에, 제2 (속도) 비율은 제어 전압의 변화율과 플런저 속도 사이에 설정될 수 있으며, 이 비율은 바람직하게는 제1 비율과 다르다. 플런저의 완전 접촉 위치는 제1 (속도) 비율로부터 제2 (속도) 비율로의 변화가 일어나는 순간 또는 플런저 위치에서 도달된다. 이미 설명한 바와 같이, "이상적인" 매우 강성의 도징 시스템에서 플런저의 완전 접촉 위치는 바람직하게는 플런저의 배출 종료 위치와 본질적으로 동일할 수 있고, 여기서 동작 동안 제공되는 최대 제어 전압이 압전 액추에이터에 인가된다.
"이상적인" 비-강성의 도징 시스템에서 플런저 속도는 또한 완전 접촉 후 크게 느려질 수 있고, 여기서 제2 (속도) 비율도 수립된다. 제1 (속도) 비율로부터 제2 비율 (속도)로의 전이가 발생하는 플런저 위치는 플런저의 완전 접촉 위치에 대응한다. 여기서 제2 (속도) 비율은 도징 시스템의 구성요소가 탄성 변형된 것으로 인한 플런저 위치의 약간의 변화에 대응한다. 플런저는 동작 동안 제공된 최대 제어 전압이 압전 액추에이터에 인가되어 플런저의 배출 종료 위치에 도달할 때까지 약간 더 이동될 수 있다. 이것은 강성의 시스템과 달리 비-강성의 시스템의 경우 완전 접촉 후 압전 액추에이터의 전압 변화 중 작은 부분은 여전히 플런저의 움직임 변화로 변환될 수 있고 여기서 대부분은 힘을 변화시킬 수 있다는 것을 의미한다.
"실제" 도징 시스템에서 제1 (속도) 비율은 초기 접촉까지 수립될 수 있으며, 여기서 플런저 속도는 "시프트 과정"으로 인해 초기 접촉 후 느려질 수 있다. 그런 경우 제1 비율 (속도) 비율로부터 제2 비율 (속도)로 변화가 있는 플런저 위치는 플런저의 초기 접촉 위치에 대응한다. 플런저가 액추에이터 편향으로 인해 완전 접촉 위치로 "슬립"하는 즉시 플런저 속도는 크게 느려질 수 있고, 여기서 제3 (속도) 비율이 수립된다. 그런 경우 제2 (속도) 비율로부터 제3 (속도) 비율로의 변경이 발생하는 플런저 위치는 플런저의 완전 접촉 위치에 대응한다.
도징 시스템의 구성에 따라, 완전 접촉 위치는 (강성의 시스템에서) 배출 종료 위치에 대응할 수 있다. 그 밖의 경우에는, 제3 (속도) 비율에 따라 플런저는 위에서 정의한 배출 종료 위치로 여전히 이동될 수 있다.
이상적으로는, 배출 종료 위치는 의도된 조정 위치에 대응할 수 있다. 언급한 바와 같이, 조정 위치는 바람직하게는 도징 시스템의 원하는 밀봉력 및 스프링 강성을 고려하여 설정될 수 있다. 그러나, 플런저의 실제 배출 종료 위치는 도징 시스템 동작 동안 미리 결정된 조정 위치로부터 벗어날 수 있다. 이것은 예를 들어, 열에 의해 유도된 압전 액추에이터 길이의 변화 및/또는 이동하는 부품의 마모 및/또는 도징 시스템의 하우징의 온도 변화 및/또는 도징 시스템의 주변 온도 변화로 인해 발생할 수 있다. 이에 대응하여, (실제 값으로서의) 실제 밀봉 위치 액추에이터 편향도 또한 (조정 위치에 도달하기 위한) 밀봉 위치 액추에이터 편향의 "목표 값"으로부터 벗어날 수 있다.
밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 실제 값을 결정하기 위해, (제1 액추에이터의) 액추에이터 편향의 실제 부분이 결정될 수 있으며, 이 부분은 완전 접촉 위치로부터 시작하여 배출 종료 위치까지 플런저를 노즐로 가압한다. 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값은 동작 동안 최대 액추에이터 편향과 완전 접촉에 도달할 때까지 액추에이터 편향 간의 차이로 인해 발생할 수 있다. 현재 밀봉 위치 액추에이터 편향의 실제 값은 바람직하게는 동작 동안 (제1 액추에이터로서의) 압전 액추에이터에 인가된 최대 전기 제어 전압과, 플런저를 완전 접촉 위치로 이동시키는 데 필요한 전기 제어 전압 사이의 전압 차일 수 있다.
동작 동안 배출 종료 위치를 특정 조정 위치로 조절하기 위해, 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값과, 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값 사이의 차이는 조절 알고리즘의 추가 단계에서 결정될 수 있다. 특히 바람직하게는, 팽창 재료 요소는 동작 동안 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값에 도달하도록 결정된 차이의 함수로서 조절될 수 있다.
밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 이 목표 값은 바람직하게는 특정 조정 위치와 연관된다. 이것은 이 목표 값("목표 밀봉 위치 액추에이터 편향")을 조절하여 플런저를 원하는 조정 위치로 이동할 수 있는 것을 의미한다. 목표 값은 바람직하게는 완전 접촉 위치에 도달하기 위한 제어 전압과, 동작 동안 (제1) 액추에이터에 인가되는 최대 전기 제어 전압 사이의 전압 차일 수 있다. 밀봉 위치 액추에이터 편향의 목표 값은 공장에서 미리 설정될 수 있고, 바람직하게는 제어 유닛, 예를 들어, EEPROM에 저장된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 밀봉 위치 액추에이터 편향의 목표 값은 또한 도징 시스템의 개별 메모리, 바람직하게는 EEPROM에 저장되고 검색을 위해 준비될 수 있다. 목표 값은 예를 들어 (제1) 액추에이터의 최대 가능한 행정 움직임의 백분율 값이거나 또는 동작 동안 교정된 (제1) 액추에이터의 길이 변화일 수 있다. 또한, 목표 값은 힘 값을 통해 구현될 수도 있다.
밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값은 바람직하게 팽창 재료 요소의 온도를 통해 설정될 수 있다. 특히 바람직하게는, 팽창 재료 요소의 온도는 (목표 값으로서의) 압전 액추에이터 제어 전압의 특정 전압 차로 일정하도록 조절될 수 있다.
제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소는, 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값으로부터 실제 값의 편차가 음인 경우, 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소의 온도는 밀봉 위치 액추에이터 편향의 목표 값을 설정하기 위해 증가하도록 바람직하게 제어될 수 있다. 대응하여, 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값으로부터 실제 값의 편차가 양인 경우, 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소의 온도는 밀봉 위치 액추에이터 편향의 목표 값을 설정하기 위해 감소될 수 있다.
팽창 재료 요소의 현재 요구되는 온도는 바람직하게는 앞서 도입된 수식 1에 의해 결정될 수 있다.
이미 설명한 바와 같이, 조절 과정은 또한 각각의 "개방" 구배 동안 실행될 수 있다. 그런 다음 대응하여, 배출 요소의 배출 종료 위치는 배출 종료 위치를 조절하기 위해 제1 단계에서 설정될 수 있다. 그 다음 단계에서, 배출 요소의 위치는 배출 요소의 후퇴 움직임 동안 제1 액추에이터의 편향의 함수로서 결정될 수 있다. 배출 요소의 위치는 특히 바람직하게는 제1 액추에이터 또는 압전 액추에이터에 인가되는 전기 제어 전압의 함수로서 결정될 수 있다. 이를 위해, 위에서 설명한 바와 같이 "제어 전압-플런저 위치" 값 쌍을 다시 캡처할 수 있다.
그런 다음 추가 단계에서, 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값이 결정될 수 있다. 따라서 (제1 액추에이터의) 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값과 목표 값은 "폐쇄" 구배에 대해 앞서 설명한 바와 같이 정의된다.
후속 단계에서, 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값을 설정하기 위해 특히 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값과, 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값 간의 차이의 함수로서, 제2 액추에이터, 바람직하게는 팽창 재료 요소를 제어 및/또는 조절할 수 있다. 대응하여 제2 액추에이터의 제어 및/또는 조절은 바람직하게는 "폐쇄" 구배에 대해 위에서 설명한 방식으로 수행된다.
설명된 조절 과정(목표 밀봉 위치 액추에이터 편향에 대한 조절 과정)은 바람직하게는 도징 시스템의 동작 동안, 예를 들어, 플런저의 각각의 배출 동안 규칙적인 간격으로 실행될 수 있다. 그러나, 예를 들어 임의의 측정 부정확성을 보상하기 위해 각각의 배출 과정에 대해 캡처된 밀봉 위치 액추에이터 편향의 실제 값을 먼저 "필터링"하는 것이 바람직하다. 다수의 개별적으로 측정된 값, 예를 들어, 10개의 개별 측정값으로부터 평균값 및/또는 중앙값이 바람직하게 형성될 수 있으며, 여기서 이 중앙값 또는 평균값은 각각의 현재 기준 변수(밀봉 위치 액추에이터 편향의 목표 값)로서 조절 과정으로 피드백될 수 있다.
밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값과 목표 값 사이의 차이는 바람직하게는 제1 배출 과정에서 결정될 수 있고, 여기서 "새로운" 조정 온도는 현재 동작 조건 하에서 조정 위치를 설정하기 위해 차이의 함수로서 결정된다.
(제1) 배출 과정 동안 결정된 "새로운" 조정 온도는 바람직하게 후속 (제2) 배출 과정 동안 팽창 재료 요소를 조절하기 위해 고려될 수 있다. 이것은 동작 동안 조정 온도를 지속적으로 재결정할 수 있다는 것을 의미한다.
특히 바람직하게는, 조정 온도는, 특히 개별 값을 "필터링"한 후에 바로 이전에 결정된 밀봉 위치 액추에이터 편향의 다수의 실제 값의 함수로서 연속적으로 재결정될 수 있다.
팽창 재료 요소의 특히 동적 조절은 유리하게는 현재 밀봉 위치 액추에이터 편향을 결정함으로써 수행될 수 있다. 특히, 팽창 재료 요소는 배출 요소를 각각의 배출 움직임으로 조정 위치로 이동시키기 위해 조절될 수 있다. 이에 의해 압전 액추에이터의 열 팽창 효과, 플런저 및/또는 노즐의 마모 등과 같은 다양한 외란 변수를 유리하게 보상할 수 있다. 특히, 팽창 재료 요소는 한편으로 도징 물질의 분배 동안 누출을 방지할 수 있도록 조절될 수 있다. 다른 한편으로, 목표 밀봉 위치 액추에이터 편향 또는 조정 온도를 지속적으로 재조정함으로써, 특히 다양한 도징 요구 사항 및/또는 크게 변동하는 주변 조건에서도 연속 동작으로 도징 정확도를 더욱 개선할 수 있다.
플런저의 조정 위치를 특히 효율적으로 설정할 수 있기 위해, 언급한 바와 같이, 제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소는 팽창체, 및 바람직하게는 이 팽창체에 결합된 변위 가능하게 장착된 전달체, 예를 들어, 이동 가능 피스톤을 포함한다.
팽창 재료 요소의 팽창 재료를 형성하는 팽창체는 바람직하게는 고체일 수 있다. 특히, 팽창체는 도징 시스템의 동작 동안 통상 발생하는 조정 온도에서 고체물로 존재할 수 있다. 예를 들어, 팽창체는 250℃ 이하, 바람직하게는 260℃ 이하, 더욱 바람직하게는 350℃ 이하의 온도에서 고체로 존재할 수 있다. 팽창체는 바람직하게는 열에 의해 유도된 높은 팽창 계수를 갖고, 특히 팽창 재료 요소의 하우징의 금속 또는 세라믹보다 높은 팽창 계수를 갖는다. 예를 들어, 팽창체의 팽창 계수는 적어도 23·10-6/K, 바람직하게는 적어도 45·10-6/K, 보다 바람직하게는 적어도 100·10-6/K일 수 있다. 팽창체의 적절한 재료는 중합체, 예를 들어, PEEK, PFA 또는 폴리테트라플루오로에틸렌일 수 있다.
팽창체는 바람직하게는 하우징 내에 또는 팽창 재료 요소의 챔버 내에, 예를 들어, 스테인리스강 하우징 내에 배치될 수 있다. 하우징은 바람직하게는 기밀 상태로 밀봉 가능한 챔버 방식으로 설계될 수 있다. 이것은 팽창 재료가 액체 형태로 챔버에 도입될 수 있고 여기서 특히 기포 없이 고체로 경화될 수 있다는 장점을 제공한다.
제2 액추에이터, 특히 팽창 재료 요소는, 예를 들어, (제1) 액추에이터를 하우징 내에 위치시키기 위해 압전 액추에이터의 길이 방향 연장 방향에 따라, 바람직하게는 축 방향으로 (제1) 액추에이터에 결합될 수 있다. 도징 시스템의 하우징 내 팽창 재료 요소는 바람직하게는 압전 액추에이터와 직렬로 기계적으로 연결될 수 있다. 팽창 재료 요소는, 바람직하게는 일측이 (제1) 액추에이터와는 반대쪽을 향하는 상태로, 바람직하게는 적어도 하나의 측이 도징 시스템의 하우징 상에 지지될 수 있다.
팽창 재료 요소는 바람직하게는 액추에이터 방향을 향하는 팽창 재료 요소의 단 하나의 압력 측만이 변위 가능하도록 설계되도록 하우징 내에 배치되도록 설계된다. 압력 측은 바람직하게는 액추에이터, 특히 압전 액추에이터의 길이 방향 축 방향으로 변위될 수 있다. 이것은 팽창체의 체적이 변할 때 팽창 재료 요소의 치수가 본질적으로 액추에이터의 길이 방향 축 방향으로만 변하고, 여기서 팽창 재료 요소의 측 방향 ("강제 팽창 방향") 치수는 주로 일정하게 유지되는 것을 의미한다. 따라서 팽창 재료의 체적 변화는 지향된 행정 움직임으로 변환되어, 액추에이터, 특히 압전 액추에이터를 바람직하게는 길이 방향 연장 방향에 따라 변위시킬 수 있다.
액추에이터를 위치시키기 위해, 팽창 재료 요소, 특히 압력 측은 전달체를 통해 액추에이터에 결합될 수 있다. 팽창 재료 요소의 행정 움직임은 바람직하게는 하우징 내에서 액추에이터를 이동시키기 위해 전달체에 의해 액추에이터에 주로 완전히 전달될 수 있다. 서두에서 언급한 바와 같이, 팽창 재료 요소(전달체)와 (제1) 액추에이터 간의 결합은 고정 연결일 필요가 없다. 이러한 결합은 바람직하게는 동작 동안, 특히 또한 (제1) 액추에이터가 편향되지 않은 상태에 있을 때 팽창 재료 요소와 액추에이터로 구성된 능동 유닛이 일정한 프리텐션(pretension) 하에 유지되도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터와는 반대쪽을 향하는 팽창 재료 요소 측은 도징 시스템의 하우징의 반대쪽 조정 가능한 구형 캡에 의해 조정 가능하게 장착될 수 있다.
본 발명은 실시예에 기초하여 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다. 여러 도면에서 동일한 구성요소에는 동일한 참조 번호가 제공된다. 도면은 통상 축척에 맞는 것은 아니다. 도면은 개략도를 도시한다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도징 시스템의 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 도징 시스템의 일부 확대도이다.
도 4 내지 도 6은 도 1의 도징 시스템의 일부 추가 간략 확대도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따라 도징 시스템을 제어하기 위한 방법 구획의 흐름도이다.
도 8 내지 도 12는 도징 시스템을 제어하기 위한 도 7a 내지 7c에 따른 방법의 하위 구획을 예시하기 위한 함수 그래프를 도시한다.
이제 본 발명에 따른 도징 시스템(1)의 특정 실시예를 도 1을 참조하여 설명한다. 도징 시스템(1)은 예를 들어 도징 시스템(1)의 동작 동안 통상 의도된 위치에 있는 것으로 여기에서 도시된다. 노즐(60)은 도징 시스템(1)의 하위 영역에 위치되어, 매체 점적을 노즐(60)을 통해 아래쪽으로 배출 방향(R)으로 배출한다. 이하에서 아래 및 위라는 용어와 관련하여 이 정보는 항상 도징 시스템(1)의 이러한 통상 관용적인 위치와 관련된다. 그러나, 이것은, 도징 시스템(1)이 또한 특별한 응용에서 다른 위치에서도 사용될 수 있고, 예를 들어, 점적이 측 방향으로 배출되는 것을 배제하는 것은 아니다. 매체, 압력 및 전체 배출 시스템의 정확한 구성 및 활성화에 따라 이것도 기본적으로 가능하다. 도징 시스템의 기본 구조는 알려져 있기 때문에 명확성을 위해 여기에 도시된 것은 주로 본 발명과 적어도 간접적으로 관련된 구성요소이다.
도징 시스템(1)은, 필수 구성요소로서, 액추에이터 유닛(10)과, 이 액추에이터 유닛에 결합된 유체 유닛(50)을 포함한다. 여기에 도시된 도징 시스템(1)은 유체 유닛(50)에 결합된 도징 물질 카트리지(66)를 더 포함한다.
여기에 도시된 실시예에서, 액추에이터 유닛(10)과 유체 유닛(50)은 신속 해제 결합부를 형성하도록 서로 결합될 수 있는 플러그인 결합부의 방식으로 구현된다. 따라서 유리하게는, 액추에이터 유닛(10)과 유체 유닛(50)은 도구 없이 서로 결합되어 도징 시스템(1)을 형성할 수 있다. 신속 해제 결합부는 구체(72)를 일정한 프리텐션 하에 유지하는 결합 스프링(71)을 갖는 결합 기구(70)를 포함한다. 결합 스프링(71)과 구체(72)는 여기에서 (제1) 하우징 블록(11a)에 의해 둘러싸이고, 제1 플러그인 결합부를 형성한다. 제1 플러그인 결합부는 노즐(60) 내의 도징 물질을 가열하기 위한 가열 디바이스(75)를 더 포함한다.
결합 기구(70)는 결합을 위해 구체(72)가 맞물릴 수 있는 다수의 구형 캡(74)(여기서는 하나만이 도시됨)을 갖는다. 구형 캡(74)은 유체 유닛(50)의 제2 플러그인 결합부(73) 내에 배치되고, 유체 유닛(50)은 (제2) 하우징 블록(11b)에 의해 둘러싸인다. 결합을 위해, 제1 플러그인 결합부와 제2 플러그인 결합부는 (가상 또는 허상의) 플러그인 축을 따라 서로 플러깅되어 서로 결합될 수 있다. 예를 들어, 유체 유닛(50)은 방향(R)과 반대 방향으로 액추에이터 유닛(10)에 플러깅되어 적절한 회전 위치에서 액추에이터 유닛(10)에 결합될 수 있다.
구형 캡(74)은 유체 유닛(50)의 제2 플러그인 결합부(73) 내에 배치되어 플러그인 축을 중심으로 유체 유닛(50)이 상이한 래칭 위치, 즉 상이한 회전 위치에 위치하는 것을 가능하게 한다. 구체(72)가 탄력적으로 프리텐션을 받는 것으로 인해, 플러그인 결합부(73)는 여러 가능한 래칭 위치 중 하나에 맞물려 도징 시스템(1)을 형성한다. 그러나, 각각의 조립체(10, 50)는 또한 예를 들어 고정 나사에 의해 서로 고정 연결되어 2개의 하우징 블록(11a, 11b)을 갖는 하우징(11)을 형성할 수 있다는 것에 유의해야 한다.
여기에 도시된 실시예에서, 액추에이터 유닛(10)은 2개의 내부 챔버, 즉 한편으로는 압전 액추에이터(20)가 내부에 위치된 액추에이터 챔버(12), 및 다른 한편으로는, 유체 유닛(50)의 이동 가능 배출 요소(51), 여기서는 플런저(51)가 내부로 돌출하는 작용 챔버(13)를 포함한다. 액추에이터 챔버(12)로부터 작용 챔버(13)로 돌출하는 레버(16)를 갖는 이동 기구(14)를 통해 플런저(51)가 압전 액추에이터(20)에 의해 작동되어 유체 유닛(50)이 원하는 시간에 원하는 양으로 도징될 매체를 배출하게 된다.
압전 액추에이터(20)는 전기적으로 또는 신호 기술 관점에서 활성화를 위해 외부 제어 유닛(도시되지 않음)에 연결된다. 여기에서 압전 액추에이터(20)는 액추에이터 하우징(22), 및 환경에 대해 하우징 내에 기밀 상태로 캡슐화된 압전 스택(21)을 포함한다. 압전 액추에이터(20)는 제어 유닛에 의해 회로에 따라 액추에이터 챔버(12)의 길이 방향으로 팽창하고 다시 수축될 수 있다. 압전 액추에이터의 기본 기능과 활성화는 알려져 있으므로 이에 대해서는 더 이상 논의하지 않는다.
압전 액추에이터(20)의 (노즐(60)과는 반대쪽) 상위 단부에서, (제1 액추에이터(20)로서의) 압전 액추에이터(20)는 (제2 액추에이터(30)로서의) 팽창 재료 요소(30)와 동작 가능하게 간접적으로 접촉한다. 팽창 재료 요소(30)는 여기에서 5개의 측면으로부터(단면도에서는 3개의 측면으로부터) 원통형 팽창체(32)를 둘러싸는 하우징(31)을 포함한다. 하우징(31)은 팽창체(32)의 열 팽창 움직임이 주로 압전 액추에이터(20)의 방향으로 지향되도록 설계된다.
팽창체(32)는 챔버(31)에 의해 제한되지 않은 팽창체(32)의 측면에서 전달체(35)에 인접한다. 전달체(35)는 팽창 재료 요소(30)의 하우징(31)에 이동 가능하게 장착되고, 압전 액추에이터(20)의 길이 방향 연장 방향으로 변위될 수 있다. 전달체 피스톤(35)은 여기서 하위 측에서 압전 액추에이터(20)에 인접하거나 액추에이터 하우징(22)의 외측에 바로 놓인다. 이것은 팽창체(32), 전달체(35) 및 압전 액추에이터(20)가 서로 동작 가능하게 접촉해서 팽창체(32)의 행정을 사용하여 주로 압전 액추에이터(20)를 완전히 위치 설정할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 압전 액추에이터(20)는 팽창 재료 요소(30)에 의해 "위로" 또는 "아래로" 이동될 수 있고, 이 아래로의 방향은 본질적으로 노즐로부터 도징 물질이 배출되는 배출 방향(R)에 대응한다.
이러한 배열의 공칭 행정, 즉 압전 액추에이터(20)의 가능한 변위의 크기는 특히 사용된 팽창 재료 요소(30)의 직경, 및 내부에 포함된 팽창 재료의 체적, 및 예를 들어 금속 또는 세라믹으로 제조될 수 있는 주변 하우징(31) 및 팽창 재료 요소(30)의 사용 가능 온도 범위 및 각각의 팽창 계수에 의존한다. 열 보상 조치의 경우, 수 마이크로미터 내지 100분의 수 밀리미터에 대응할 수 있는, 압전 액추에이터 공칭 행정 이하의 범위의 공칭 행정에 대한 설계가 의미가 있다. 적어도 10㎛, 바람직하게는 적어도 50㎛, 특히 바람직하게는 적어도 100㎛의 팽창 재료 요소(30)의 공칭 행정은 여기에 설명된 열 조정과 열 보상을 조합하기 위해 제공된다.
팽창 재료 요소(30)는 팽창체(32)의 팽창 길이를 제어하기 위해 가열 디바이스(33)를 포함한다. 이것은 특히 도 2에서 분명하다. 여기서 가열 디바이스(33)는 팽창 재료 요소(30)의 하우징(31)의 외측에 놓이는 가열 포일(33)이다. 팽창 재료 요소(30)의 온도를 결정하기 위한 온도 센서(83)는 하우징(31)의 외측에 추가로 배치된다. 팽창 재료 요소(30), 특히 가열 디바이스(33)는 연결 케이블(81)을 통해 활성화를 위해 "도징 시스템별" 제어 유닛(80)(도 1)에 연결된다.
"도징 시스템별" 제어 유닛(80)은 여기서(도 1) 중앙 외부 제어 유닛(도시되지 않음)의 서브 제어 유닛으로 구현되고, 연결 케이블(81)을 통해 신호 목적으로 제어 유닛에 결합된다. 서브 제어 유닛(80)은, 예를 들어, 도징 시스템(1)의 하우징(11) 내에 회로 보드(80)에 의해 구현될 수 있다. "도징 시스템별" 제어 유닛(80)은 팽창체(32)의 원하는 팽창을 설정하기 위해 동작 동안 팽창 재료 요소(30)를 제어하고, 즉, 특히 대응하는 제어 신호를 가열 디바이스(33)와 냉각 디바이스(40)에 인가하도록 설계된다.
도 1의 도징 시스템(1)은 냉각 디바이스(40)를 더 포함하고, 여기서 냉각 디바이스(40)는 팽창 재료 요소(30)와 압전 액추에이터(20)를 개별적으로 냉각하도록 설계된다. 냉각 디바이스(40)는 여기서 팽창 재료 요소(30)와 압전 액추에이터(20)를 냉각하기 위해 공동으로 사용되는 일부 구성요소를 포함한다. 이것은 무엇보다도 특히 결합 지점(41), 예를 들어, 외부 냉각 매체 공급을 위한 연결부, 냉각 매체를 위한 인접한 유입 채널(42), 및 냉각 매체 배출부(46)를 포함한다.
그러나, 냉각 디바이스(40)는 제어 유닛(80)에 의해 개별적으로 활성화될 수 있는 2개의 개별 비례 밸브(43, 44)를 포함한다. 팽창 재료 요소(30)와 연관된 비례 밸브(43)는 개별 보어(42')에 의해 냉각 영역(34)에 연결된다. 냉각 영역(34)은 여기서 팽창 재료 요소(30)를 링 형상으로 둘러싸고, 팽창 재료 요소(30)를 냉각시키기 위해서만 제공된다. 냉각 영역(34)은 필요에 따라 팽창 재료 요소(30)를 냉각시키기 위해 비례 밸브(43)와 보어(42')를 통해 냉각 매체, 예를 들어, 압축 공기 및/또는 냉각된 공기로 채워질 수 있다.
압전 액추에이터(20)의 냉각은 제2 비례 밸브(44)에 의해 개별적으로 제어될 수 있으며, 여기서 액추에이터 챔버(12)에는 유입 채널(42")을 통해 냉각 매체가 공급될 수 있다. 따라서 팽창 재료 요소(30)와 압전 액추에이터(20)의 냉각은 여기서 크게 열적으로 분리된다. 냉각 매체는 개별 유출 채널(여기에 도시되지 않음)을 통해 냉각 영역(34) 또는 액추에이터 챔버(12)로부터 배출될 수 있고, 그런 다음 공동으로 사용된 유출 채널(45) 및 냉각 매체 배출을 위한 결합 지점(46)을 통해 도징 시스템(1) 밖으로 다시 흐른다.
동작 동안 팽창 재료 요소(30)에 의해 원하는 방식으로 압전 액추에이터(20)를 위치시킬 수 있기 위해, 팽창 재료 요소(30)와 압전 액추에이터(20)를 포함하는 능동 유닛은 결합을 위해 일정한 프리텐션 하에 유지된다. 이를 위해, 팽창 재료 요소(30)는 여기서 위에서 팽창 재료 요소(30) 상에 지지되는 센터링 요소(36)를 포함한다(도 1). 센터링 요소(36)는 도징 시스템(1)의 하우징(11)에 대해 지지되고, 팽창 재료 요소(30)에 및 이에 따라 또한 압전 액추에이터(20)에 특정 압력을 가하도록 설계된다. 압전 액추에이터(20)는 하위 단부에서 압력 부재(23)를 통해 이동 기구(14)의 레버(16) 상에 지지된다.
액추에이터의 움직임을 배출 요소(51)로 전달하는데 사용되는 이동 기구(14)의 레버(16)는 액추에이터 챔버(12)의 하위 단부에 있는 레버 베어링(18)에 놓이고, 이 레버 베어링(18)을 통해 회동 축(K)을 중심으로 회동될 수 있다. 레버(16)의 레버 아암은 관통부(15)를 통해 작용 챔버(13) 내로 돌출된다. 따라서 관통부(15)는 작용 챔버(13)를 액추에이터 챔버(12)에 연결한다.
작용 챔버(13)에서, 레버 아암은 플런저(51)의 방향을 향하고 플런저 헤드(53)(도 3)의 접촉 표면(54)을 가압하는 접촉 표면(17)을 갖는다. 도 1에서, 압전 액추에이터(20)와 레버(16) 사이의 접촉은 플런저(51)를 향하는 레버(16)의 접촉 표면(17)과 레버 베어링(18) 사이의 영역에서 일어난다는 것이 명백하고, 여기서 이 접촉점은 액추에이터(20)의 작은 움직임이 배출 요소(51)의 더 큰 움직임을 유발하는 원하는 전달비를 달성하기 위해 접촉 표면(17)보다 레버 베어링(18)에 더 가깝다. 도 3에 도시된 실시예에서, 레버(16)의 접촉 표면(17)은 플런저 헤드(53)의 접촉 표면(54)과 영구적으로 접촉하여 플런저 스프링(55)이 아래에서부터 플런저 헤드(53)를 레버(16)로 가압하는 것으로 제공된다. 플런저 스프링(55)은 여기서 아래쪽이 플런저 센터링 부재(56)에서 지지된다.
레버(16)는 플런저(51) 상에 놓인다. 그러나 두 구성요소(16, 51) 사이에는 고정된 연결이 없다. 그러나, 원칙적으로, 플런저 스프링(55)이 초기 또는 휴지 위치에서 플런저(51)와 레버(16) 사이에 거리가 있는 것도 가능할 수 있다. 구동 시스템(레버-압전 액추에이터 이동 시스템)에 거의 일정한 프리텐션을 부여하게 하기 위해, 레버(16)는 플런저(51)와 접촉하는 단부에서 액추에이터 스프링(19)에 의해 상방으로 가압된다(도 3).
플런저(51)의 위치 및/또는 움직임을 측정하기 위해, 여기서 플런저(51)의 반대쪽 레버(16)의 상위 측에 자석(85)이 배치되고, 이 자석은 도징 시스템의 하우징에서 홀 센서(84)(도 3)와 상호 작용한다. 홀 센서(84)와 자석(85)은 여기서 플런저(51)의 길이 방향 연장 방향에 대응하는 허상의 수직 축에 배치된다. 레버(16)의 주로 수직 행정 움직임은 이러한 배열(84, 85)에 의해 캡처될 수 있고, 이에 의해 플런저(51)의 위치 또는 움직임을 또한 결정할 수 있다.
도 1에서, 플런저 스프링(55)은 플런저 베어링(57) 상에 지지되고 플런저 베어링은 하부에서 플런저 밀봉부(58)에 인접한 것이 명백하다. 플런저 스프링(55)은 플런저 헤드(53)를 플런저 베어링(57)으로부터 축 방향 상방으로 가압한다. 이에 따라 플런저 팁(52)은 또한 노즐(60)의 밀봉 시트(63)로부터 멀어지는 방향으로 가압된다. 즉, 플런저 헤드(53)의 접촉 표면(54) 상에 위로부터의 외부 압력이 없다면, 플런저 팁(52)은 플런저 스프링(55)의 휴지 위치에서 노즐(60)의 밀봉 시트(63)로부터 거리를 두고 위치된다. 따라서 노즐 개구(61)는 또한 압전 액추에이터(20)의 휴지 상태(비팽창 상태)에서는 폐쇄되지 않는다.
도징 물질은 공급 채널(64)과 연결되는 노즐 챔버(62)를 통해 노즐(60)에 공급된다. 공급 채널(64)은 다른 단부에서 도징 물질 카트리지(66)로 개방되고, 여기서 카트리지(66)는 여기서 제2 하우징 부분(11b)에 있는 결합 지점(65)을 통해 하우징(11)에 직접 체결된다. 도징 물질 카트리지(66)는 카트리지 홀더(67)에 의해 도징 시스템(1)에 해제 가능하게 고정되고, 예를 들어, 도징 물질 카트리지(66) 내 도징 물질에 특정 압력을 설정하기 위해 여기서 상위 단부에 압축 공기 공급부(68)를 갖는다.
유체 유닛(50)은 유체 유닛(50)의 가열 디바이스(도시되지 않음)를 활성화하기 위해 연결 케이블(69)을 더 갖는다. 또한, 예를 들어 노즐(60)이 아닌 유체 유닛(50) 내 도징 물질을 개별적으로 온도 제어할 수 있다. 도징 시스템(1)은 바람직하게는 도징 물질에 대해 복수의 상이한 온도 제어 가능한 가열 구역을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 가열 구역은 노즐(60)과 연관될 수 있고, 제2 가열 구역은 유체 유닛(50)과 연관될 수 있고, 제3 가열 구역은 카트리지(66)와 연관될 수 있다.
플런저의 조정 위치를 설정하기 위한 조정 과정의 필수 단계는 도 4 및 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 도징 시스템의 부분은 도 1의 부분에 대응하지만 크게 단순화되어 확대 도시되어 있다. 여기에 도시된 도징 시스템은 "실제" 시스템이고, 도징 시스템의 개별 구성요소 사이의 거리와, 조정 동안 그 움직임이 명확성을 위해 크게 확대 도시되어 있다.
조정 과정의 시작은 도 4에 도시되어 있다. 먼저, (제1 액추에이터(20)로서의) 압전 액추에이터(20)는 도징 시스템의 동작 동안 제공되는 최대 전기 제어 전압이 압전 액추에이터(20)에 인가되도록, 즉 압전 액추에이터(20)가 완전히 팽창되도록 활성화된다. 이미 설명된 바와 같이, 압전 액추에이터(20)는 레버(16) 상에 놓이고, 레버는 다른 단부에서 플런저(51)와 접촉한다. 그 다음 단계에서, (제2 액추에이터(30)로서의) 팽창 재료 요소(30)에 조정 시작 온도를 설정한다. 이를 위해, 팽창 재료 요소(30)가 가열된 상태에 있는 경우 적어도 약간 수축하도록 팽창 재료 요소(30)는 특정 온도로 냉각될 수 있다. 그러나, 압전 액추에이터(20)는 이전과 같이 여전히 팽창된다. 압전 액추에이터(20)와 플런저(51)는 이동 유닛을 형성하기 때문에, 플런저(51)는 팽창 재료 요소(30)가 수축한 결과 위쪽 방향(RS')으로 노즐(60)로부터 멀어지는 방향으로 약간 이동될 수 있으며, 이 과정은, 언급한 바와 같이, 여기서는 명확성을 위해 크게 확대된 것으로 도시되어 있다. 따라서, 플런저 팁(52)과 밀봉 시트(63) 사이에 거리(a)가 수립된다.
후속 단계(도 5)에서, 팽창 재료 요소(30)는 조정 시작 온도로부터 시작하여 가열된다. 팽창 재료 요소(30)가 열에 의해 팽창하는 것은 압전 액추에이터(20)와 레버(16)를 거쳐 플런저(51)로 전달되고, 여기서 플런저(51)는 노즐(60)의 방향으로 아래쪽 방향(RS)으로 이동된다.
도 5에는 초기 접촉 순간이 구체적으로 도시되어 있고, 여기서 플런저 팁(52)의 좌측 영역만이 노즐(60)의 밀봉 시트(63)와 처음으로 접촉한다. 노즐 개구(61)는 플런저(51)에 의해 아직 폐쇄되어 있지 않다. 따라서 여기에 도시된 플런저 위치는 플런저(51)의 초기 접촉 위치에 대응하고, 완전히 접촉된 상태는 아니다. "실제" 도징 시스템이 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다는 것에 다시 유의해야 한다. 이와 달리 "이상적인" 도징 시스템의 경우 초기 접촉(도 5)은 생략될 수 있으며, 여기서 플런저(51)는 완전히 접촉된 위치(도 6)로 직접 이동된다. 즉, 초기 접촉은 이미 완전히 접촉된 상태에 대응한다.
마지막으로, 도 6에서, 플런저(51)는 완전히 접촉된 위치에 배치된다. 이러한 목적을 위해, 팽창 재료 요소(30)는 플런저(51)가 본질적으로 아래쪽 방향(RS)으로 노즐(60)로 "활주"되어 완전 접촉이 달성될 때까지 초기 접촉 후에 더 가열된다. 초기 접촉(도 5)에서 시작하여, 플런저 팁(52)이 노즐 개구(61)를 최종적으로 링으로 밀봉(완전 접촉)할 때까지 플런저 팁(52)은 원추형 밀봉 시트(63)의 왼쪽 부분을 따라 "활주"된다. 압전 액추에이터(20)는 이전과 같이 여전히 팽창된다. 여기에 도시된 플런저(51)의 완전히 접촉된 위치는 도징 시스템의 구성에 따라 플런저(51)의 조정 위치에 대응할 수 있고, 여기서 특정 밀봉력이 플런저에 의해 조정 위치의 밀봉 시트(63)에 추가로 가해진다.
조정 과정에 대한 상세한 내용은 또한 도 7a 내지 도 7c 내지 도 9에서 확인할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도징 시스템을 제어하기 위한 제어 방법의 제1 구획을 도시한다. 여기에 도시된 절차 단계(7)는 조정 과정 또는 조정 과정에서 플런저의 조정 위치를 설정하는 데 사용될 수 있다. 조정 과정은 예를 들어 개별 방법 단계가 "도징 시스템별" 제어 유닛에 의해 처리된다는 점에서 초기 개시 후 완전히 자동으로 실행되는 것이 바람직할 수 있다. 조정 과정은 "이상적인" 비-강성의 도징 시스템을 사용하여 아래에 설명된다(도 7 내지 도 9). 이것은 플런저와 노즐 사이에 완전 접촉이 사전 초기 접촉 없이 달성된다는 것을 의미한다.
절차 단계(7)의 제1 단계(7-I.)에서, 예를 들어 "도징 시스템별" 제어 유닛 또는 중앙 제어 유닛에 입력하는 것을 통해 조정 과정을 시작한다. 단계(7-II.)에서, 동작 동안 압전 액추에이터의 최대 편향을 초기에 설정하거나 동작 동안 제공되는 최대 전기 제어 전압을 압전 액추에이터에 인가한다. 동시에, 조정 과정의 지속 시간 동안 도징 물질을 분배하기 위한 트리거를 차단한다. 단계(7-III.)에서, 예를 들어 냉각을 통해 팽창 재료 요소에 조정 시작 온도를 설정한다. 그런 다음 단계(7-IV.)에서, 조정 시작 온도에서 시작하여 팽창 재료 요소를 계속해서 가열한다.
팽창 재료 요소의 가열 동안 팽창 재료 요소의 온도에 대하여 플런저 위치를 측정한다(단계 7-V.). "온도-플런저 위치" 값 쌍을 연속적으로 형성하고 저장한다(단계 7-VI.). 플런저와 노즐 사이에 완전 접촉이 이미 검출되었는지 여부를 결정하기 위해 값 쌍에 기초하여 규칙적인 간격으로 점검을 수행한다(단계 7-VII.). 완전 접촉이 아직 검출되지 않은 경우, 반복 단계(7-i.)에 따라 추가 값 쌍을 캡처한다. 반복 단계(7-i.)는 완전 접촉이 검출될 때까지 실행된다.
완전 접촉을 결정하는 것은 절차 하위 단계(7-D)에서 일어난다. 이 목적을 위해, 팽창 재료 요소의 온도(T)(℃ 단위)의 상승과 관련된 플런저 위치(S)(㎛ 단위)의 변화의 함수 그래프가 도 8에 개략적으로 도시되어 있다. 예를 들어, 플런저 위치(S)는 플런저 헤드와 홀 센서 사이의 거리를 통해 결정될 수 있다. (여기서는 좌표계의 원점에서) 조정 시작 온도에 기초하여, 플런저 위치(S)와 팽창 재료 요소의 온도(T) 사이에 주로 선형 (조정) 비율이 초기에 수립된 것을 볼 수 있다. 이 비율은 여기서 기울기(m1)를 갖는 직선으로 도시되어 있고, 여기서 직선은 이전에 캡처된 "온도-플런저 위치" 값 쌍의 결과이다.
플런저와 노즐이 완전히 접촉하고 플런저가 노즐로 가압되는 즉시, 플런저 위치(S)는 지속적인 온도 상승(T)에도 불구하고 완전 접촉 전보다 더 느리게 변한다. 따라서 플런저 위치(S)와 온도(T) 사이에 새로운 비율이 수립되고, 이 비율은 여기서 보다 평평한 기울기(m2)를 갖는 직선으로 도시된다. 직선의 기울기가 m1에서 m2로 변하는 플런저 위치(S1)는 플런저의 완전 접촉 위치(S1)에 대응한다. 평평한 기울기(m2)는 도징 시스템의 구성요소가 탄성 변형되는 것으로 인해 플런저가 약간 움직이는 것으로 인해 발생하며, 여기서 기울기(m2)는 시스템의 스프링 강성의 척도일 수 있다. 여기서 완전 접촉 위치(S1)는 완전 접촉 온도(T1)와 연관된다.
완전 접촉에 도달할 때까지의 지속 시간은 예를 들어 약 1분일 수 있다. 또한 더 빨리 완전 접촉을 달성하기 위해 팽창 재료 요소를 동적으로 가열하는 것도 생각할 수 있다. 예를 들어, 팽창 재료 요소는 다른 단계에서 다른 정도로 가열될 수 있으며, 여기서 평균 기울기(m1)가 캡처될 수 있다. 또한 제조사에서 이 교정을 수행하고 도징 시스템에 저장할 수도 있다.
단계(7-VII.)에서 완전 접촉을 검출하는 즉시, 단계(7-VIII.)에서 플런저의 완전 접촉 위치(S1)를 저장한다(도 7a).
그런 다음, 단계(7-IX.)에서, 완전 접촉에 도달할 때까지, 바람직하게는 이전에 결정된 "온도-위치" 값 쌍의 함수로서 기울기(m1)(도 8)를 결정할 수 있다. 단계(7-X.)에서, 예를 들어 공장에서 도징 시스템에 저장된 교정 데이터를 판독함으로써 도징 시스템의 스프링 강성을 결정할 수 있다. 단계(7-XI.)에서, 특히 완전 접촉 위치(S1), 기울기(m1)(둘 다 도 8에 도시) 및 전체 시스템의 스프링 강성을 고려하여 최종적으로 플런저의 조정 위치를 계산할 수 있다. 예를 들어 이전에 소개한 수식(1)을 사용하여 조정 위치를 계산하는 것이 가능하다. 또한, 단계(7-XI.)에서, 조정 위치와 연관된 조정 온도를 결정할 수 있다.
절차 하위 단계(7-E)에서 조정 위치를 결정하는 것은 팽창 재료 요소의 온도(T)(℃ 단위)의 증가에 대하여 플런저 위치(S)(㎛ 단위)의 변화의 함수 그래프를 사용하여 도 9에 개략적으로 도시되어 있다. 여기서 플런저의 조정 위치(S2)는 플런저의 완전 접촉 위치(S1)와 약간 다르다. 그 이유는 여기서 조정 위치(S2)는 비-강성의 도징 시스템에 대해 도시된 것이고, 완전 접촉(S1) 후에도 기울기(m2)에 대응하는 약간의 플런저 이동이 여전히 존재하기 때문이다. 조정 위치(S2)로 약간의 플런저 이동이 있음에도 불구하고 특정 밀봉력을 상승시키기 위해 조정 위치(S2)를 계산할 때 도징 시스템의 스프링 강성을 고려할 수 있다. 조정 위치(S2)는 팽창 재료 요소의 조정 온도(T2)와 연관된다. 여기서 조정 위치(S2)는 또한 플런저의 배출 종료 위치(S3)에도 대응한다.
여기에 도시된 것과 달리, 매우 강성의 "이상적인" 도징 시스템에서 플런저의 조정 위치(S2)는 본질적으로 완전 접촉 위치(S1)에 대응할 수 있고, 즉, 완전 접촉 위치(S1), 조정 위치(S2) 및 배출 종료 위치(S3)는 본질적으로 일치한다.
조정 위치 및 연관된 조정 온도를 단계(7-XII.)(도 7a)에서 저장한다. 그런 다음 조정 과정이 종료되었음을 제어 유닛에 보고한다(단계(7-XIII.)). 이를 통해, 도징 물질을 분배하는 트리거의 차단을 제거할 수 있다. 단계(7-XIV.)에서, 최종적으로 도징 시스템의 동작 모드를 질의하는 데, 즉, 도징 시스템이 대기 모드로 스위칭해야 하는지(점프 라벨(A.)) 또는 도징 과정으로 스위칭해야 하는지(점프 라벨(B.)) 여부를 결정한다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따라 도징 시스템을 제어하기 위한 제어 방법의 추가 구획을 도시한다. 여기에 도시된 절차 단계(8)는 도 7a의 점프 라벨(A.)에 바로 이어진다. 따라서 절차 단계(8)는 단계(7-XIV.)(도 7a)의 동작 모드의 질의 결과 도징 시스템이 보류 모드로 변경되는 경우 수행된다.
제1 단계(8-I.)(도 7b)에서, 이전에 수행된 조정 과정에서 결정된 조정 온도를 호출한다. 조정 온도를 도징 시스템의 PID 제어기 또는 퍼지 제어기로 전달한다(단계(8-II.)). 팽창 재료 요소의 조정 온도를 설정(단계 8-V.)하기 위해 팽창 재료 요소를 PID 제어기에 의해 냉각(단계(8-III.)) 또는 가열(단계(8-IV.))할 수 있다. 단계(8-VI.)에서, 원하는 액추에이터 위치 또는 플런저 위치를 팽창 재료 요소를 통해 도징 시스템에서 설정한다. 절차 단계(8)는 점프 라벨(C)에서 종료된다. 이것은 다시 도 7a의 동작 모드의 질의로 이어진다(단계(7-XIV.)).
도징 시스템을 제어하기 위한 제어 방법의 추가 구획은 도 7c에 도시되어 있다. 여기에 도시된 절차 단계(9)는 도 7a의 점프 라벨(B.)에 바로 이어진다. 따라서 절차 단계(9)는 단계(7-XIV.)(도 7a)의 동작 모드에 대한 질의 결과 도징 시스템이 "활성" 도징 모드로 변경되는 경우에 수행된다.
제1 단계(9-I.)(도 7c)에서 압전 액추에이터에 현재 인가되는 전기 제어 전압을 결정한다. 단계(9-II.)에서 현재 제어 전압이 압전 액추에이터의 무부하 전압에 대응하는지 여부, 즉 압전 액추에이터가 휴지 위치에 있는지, 즉 팽창되어 있지 않은지 여부를 결정한다. 현재 제어 전압이 개방 회로 전압에 대응하지 않는 경우, 즉 압전 액추에이터가 적어도 부분적으로 팽창되어 있는 경우, 압전 액추에이터의 현재 동작 전압은 반복 과정 단계(9-iii.)에 대응하여 다시 측정된다. 반복 과정 단계(9-iii.)는 현재 제어 전압이 압전 액추에이터의 개방 회로 전압에 대응할 때까지(단계(9-II.)), 즉 플런저가 배출 시작 위치에 있을 때까지 실행된다.
단계(9-III.)에서, 단일 배출 과정 동안 배출 시작 위치에서 시작하여, 시간에 따라 전기 액추에이터 전압의 변화와, 각각의 액추에이터 전압에 대응하는 플런저 위치를 측정한다. 이 목적을 위해, 시간에 따라 "제어 전압-플런저 위치" 값 쌍을 형성하는 것이 바람직하다. 압전 액추에이터에 현재 인가되는 전기 제어 전압은 단계(9-IV.)에서 결정된다. 제어 전압이 동작 동안 제공되는 최대 제어 전압(팽창 전압)에 아직 대응하지 않는 경우, 반복 단계(9-iv.)에 따라 값 쌍을 계속 형성한다. 반복 단계(9-iv.)는 현재 제어 전압이 압전 액추에이터의 팽창 전압에 대응할 때까지(단계(9-IV.)), 즉 플런저가 배출 종료 위치에 있을 때까지 실행된다. 단계(9-V.)에서, 밀봉 위치 액추에이터 편향은 예를 들어 형성된 "제어 전압-플런저 위치" 값 쌍에 기초하여 결정된다. 이 또는 절차 하위 단계(9-G)에 대한 상세한 내용에 대해서는 도 10 내지 도 12를 참조하여 아래에서 설명한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 위에서 설명된 과정을 수행하는 것도 가능하고, 특히 개방 구배를 사용하여 시간에 따라 "제어 전압-플런저 위치" 값 쌍을 캡처하는 것도 가능하다. 이것은 개방 구배가 폐쇄 구배보다 더 느리게 진행하여, 훨씬 더 높은 측정 정확도를 달성할 수 있다는 이점을 가질 수 있다. 이 변형예에서, 반복 하위 단계(9-iii.)는 동작 동안 제공되는 최대 제어 전압(팽창 전압)이 압전 액추에이터에 인가되어, 압전 액추에이터가 동작 동안 최대 가능한 편향에 도달할 때까지(단계(9-II.)) 실행될 수 있다. 그런 다음 단계(9-III.)에서, 플런저의 배출 종료 위치에서 시작하여, 시간에 따른 전기 액추에이터 전압의 변화와, 각각의 액추에이터 전압에 대응하는 플런저 위치를 플런저의 단일 후퇴 움직임 동안 측정한다. 이를 위해, "제어 전압-플런저 위치" 값 쌍이 시간에 따라 형성되는 것이 바람직하다. 압전 액추에이터에 현재 인가되는 전기 제어 전압은 단계(9-IV.)에서 결정된다. 제어 전압이 압전 액추에이터의 개방 회로 전압에 아직 대응하지 않는 경우 값 쌍은 반복 단계(9-iv.)에 따라 계속 형성된다. 반복 단계(9-iv.)는 현재 제어 전압이 압전 액추에이터의 개방 회로 전압에 대응할 때까지(단계(9-IV.)), 즉 플런저가 배출 시작 위치에 있을 때까지 실행된다. 단계(9-V.)에서, 밀봉 위치 액추에이터 편향은 예를 들어 형성된 "제어 전압-플런저 위치" 값 쌍에 기초하여 결정된다.
절차 하위 단계(9-G)는 다양한 유형의 도징 시스템에 대해 아래에 개별적으로 설명된다. 도 10에서, 절차 하위 단계(9-G)는 "이상적인" 매우 강성의 도징 시스템에 대해 도시되어 있다. 여기서 상위 부분에는 압전 액추에이터에 인가되는 전기 제어 전압(U)(V 단위)의 시간 프로파일의 함수 그래프가 시간(t)(임의 단위)에 따라 개략적으로 도시되어 있다. 도 10의 하위 부분에는, 제어 전압(U)에 대응하는 플런저 위치(S)(㎛ 단위)가 동일한 시간 기간 동안 도시되어 있다.
기록의 시작 시에 압전 액추에이터에 전압(U1)이 인가되고, 이 전압은 압전 액추에이터의 팽창 전압에 대응하고, 즉, 압전 액추에이터는 초기에 팽창된다. 이에 대응하여, 플런저는 동일한 시간 기간 동안 배출 종료 위치(S3)에 배치되고, 이 배출 종료 위치는 여기서 동시에 완전 접촉 위치(S1')와 조정 위치(S2')에 대응한다. 제어 전압(U)이 감소된 결과, 플런저는 시간(t0)에서 노즐로부터 멀어지는 방향으로 이동하여 노즐 개구를 해제한다. 시간(t1)에서, 제어 전압(U2)은 압전 액추에이터의 개방 회로 전압에 대응하고, 즉, 압전 액추에이터는 더 이상 팽창되지 않는다. 따라서, 플런저는 일시적으로 배출 개시 위치(S5)에 있다. 배출 종료 위치(S3)를 조정 위치(S2')로 조정하기 위한 조절 알고리즘은, 언급한 바와 같이, 각각의 개방 구배 및/또는 폐쇄 구배 동안 일어날 수 있다. 폐쇄 구배 동안 조절 과정은 아래에서, 즉 시간(t2)에서 시작하는 것으로 설명된다.
시간(t2)에서, 즉, 배출 과정이 시작될 때 전기 제어 전압(U)이 압전 액추에이터에 인가된다. 제어 전압(U)은 지속적으로 증가하며, 여기서 제어 전압(U)과 시간(t) 사이의 주로 선형 비율이 형성된다(도 10의 상위 부분; 시간(t2 내지 t4)). 제어 전압(U)이 시간(t2)에서 인가될 때, 플런저는 팽창하는 압전 액추에이터에 의해 다시 노즐 방향으로 편향된다. 시간 기간(t2 내지 t3)에서, 주로 일정한 제1 플런저 속도가 초기에 수립된다(m1'에 대응한다). 따라서, 압전 액추에이터의 제어 전압(U)의 변화와, 이에 따른 플런저 속도 사이에 제1 (속도) 비율이 형성된다.
시간(t3)에서, 플런저 속도가 갑자기 느려지고, 새로운 플런저 속도가 수립된다(m4'에 대응한다). 이 경우에, 플런저 속도는 t3 이후에 0에 접근한다. 시간(t3)에서, 전압(U3)은 압전 액추에이터에 인가된다. 그러나, 압전 액추에이터의 제어 전압은 시간(t3) 이후에도 또는 U3을 넘어서도 계속해서 지속적으로 증가하기 때문에, 제어 전압의 변화와 플런저 속도 사이에 새로운 (속도) 비율이 수립된다. (속도) 비율에 변화가 발생하는 시간(t3) 또는 플런저 위치(S1', S2', S3)는 여기서 플런저의 완전 접촉 위치(S1')에 대응한다. 이것은 "이상적"이고 매우 강성의 도징 시스템이기 때문에, 완전 접촉 위치(S1')는 이미 플런저의 배출 종료 위치(S3)와 또한 조정 위치(S2')에도 대응한다.
압전 액추에이터의 전기 제어 전압(U)은 팽창 전압(U1)이 최종적으로 시간(t4)에서 압전 액추에이터에 다시 인가될 때까지 U3을 넘어 더 증가된다.
그런 다음 이렇게 결정된 완전 접촉 위치(S1)와, 이 위치(S1)와 연관된 압전 액추에이터의 전기 제어 전압(U3)에 기초하여 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값을 결정할 수 있다. 이 경우에, 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값은 동작 동안 압전 액추에이터에 인가되는 최대 전기 제어 전압(U1)과, 플런저를 완전 접촉 위치(S1)로 이동시키는 데 필요한 제어 전압(U3) 사이의 전압 차(ΔU1)에 대응한다. 이러한 방식으로 결정된 밀봉 위치 액추에이터 편향(ΔU1), 즉 여기서 압전 액추에이터에 인가되는 제어 전압의 전압 차(ΔU1)는 시간(t3)으로부터 노즐에 대한 플런저의 밀봉력을 상승시킨다. 즉, 전압 차(ΔU1)는 여기서 본질적으로 플런저의 밀봉력으로 완전히 변환된다. 이와 달리, 압전 액추에이터에 인가되는 제어 전압의 나머지 부분, 즉, U3과 U2 사이의 차이는 플런저의 이동으로 변환되어, 여기서 (유압적) 유효 행정(H1)이 수행된다.
도 11에서, 절차 하위 단계(9-G)는 "이상적인" 비-강성의 도징 시스템에 대해 도시되어 있다. 도 10과 유사하게, 시간(t)(임의 단위)에 따라 압전 액추에이터에 인가되는 전기 제어 전압(U)(V 단위)의 시간 프로파일의 함수 그래프가 여기서 상위 부분에 개략적으로 도시되어 있고, 여기서 제어 전압(U)에 대응하는 플런저 위치(S)(㎛ 단위)는 동일한 시간 기간 동안 하위 부분에 도시되어 있다.
도 11에서, 밀봉 위치 액추에이터 편향을 결정하는 것은 개방 구배에 기초하여 설명된다. 팽창 전압(U1)이 기록 시작 시 압전 액추에이터에 다시 인가된다. 전기 제어 전압은 시간(t0')에서 감소하며, 여기서 팽창의 결과 압전 액추에이터에서 상승된 압력이 서서히 감소하기 시작한다. 이것은 이 시간 기간(t0' 내지 t1') 동안 초기에 플런저가 노즐에 가하는 밀봉력만이 주로 감소한다는 것을 의미한다. 전기 제어 전압(U)은 이 시간 기간(t0' 내지 t1')에서 U1로부터 U3으로 감소하며, 여기서 U1과 U3의 차이는 밀봉 위치 액추에이터 편향(ΔU2)에 대응한다.
이 시간 기간(t0' 내지 t1')에서, 밀봉력이 감소함과 함께 약간의 플런저 이동이 또한 존재하며, 여기서 플런저는 배출 종료 위치(S3) 또는 조정 위치(S2')로부터 완전 접촉 위치(S1')로 천천히 이동한다. 기울기(m2')에 대응하는 이 약간의 플런저 이동은 도징 시스템의 구성요소가 탄성적으로 (가역적으로) 변형되는 것으로 인해 발생한다. 액추에이터 압력이 지속적으로 감소하면 이전의 배출 과정 동안 압축된 구성요소, 예를 들어, 유체 유닛이 다시 "이완" 또는 "재형성"되어 압축되지 않은 (목표) 배열로 정렬될 수 있다. 대응하여, 플런저는 이 시간 기간 동안 배출 종료 위치(S3)로부터 완전 접촉 위치(S1')로 복귀할 수 있으며, 여기서 U1과 U3의 제어 전압(U)이 감소한다.
따라서 이 두 전압 값(U1, U3)의 차이(ΔU2)(밀봉 위치 액추에이터 편향)는 또한 대부분의 경우 이러한 비-강성의 도징 시스템에서 밀봉력을 상승시키는 데 사용될 수 있고, 여기서 밀봉 위치 액추에이터 편향의 작은 부분은 (도 10의 완전히 강성의 도징 시스템과 달리) 도징 시스템의 구성요소의 탄성 변형으로 변환된다.
그럼에도 불구하고 특정 밀봉력을 달성하기 위해, (예를 들어, 수식 1에 따라) 조정 위치(S2')를 계산할 때 전체 시스템의 스프링 강성을 고려하거나 적절히 보상할 수 있다. 이 목적을 위해, 예를 들어, 밀봉 위치 액추에이터 편향(ΔU2)은 적절히 증가될 수 있고, 여기서 (유압적) 유효 행정(H2)이 감소할 수 있다.
시간 기간(t1' 내지 t2')에서, 플런저 위치는 이전보다 빠르게 변하고, 기울기(m1')에 대응한다. 액추에이터 전압(U)이 감소하고 도징 시스템의 스프링 시스템으로 인해, 압전 액추에이터의 길이 방향 연장 길이는 수축되고, 여기서 플런저는 완전 접촉 위치(S1')로부터 배출 시작 위치(S5)로 다시 이동된다. 압전 액추에이터의 제어 전압(U)은 시간(t3')에서 다시 증가하고, 여기서 플런저는 노즐 방향으로 다시 편향되고, 시간(t4')에서 처음 완전 접촉 위치(S1')에 있고, 특정 밀봉력이 상승되고 플런저의 약간의 이동을 통해, 배출 종료 위치(S3)가 최종적으로 시간(t5')에 도달하고, 이 배출 종료 위치는 도징 시스템의 조절된 상태에서 플런저의 조정 위치(S2')에 대응한다.
도 12에서, 절차 하위 단계(9-G)가 이제 폐쇄 구배에 기초하여 "실제", 비-강성의 도징 시스템에 대해서 명확히 하기 위해 도시되어 있고, 여기서 도 12의 기본 구조는 도 10 및 도 11의 구조(위의 전기 제어 전압(U)의 시간 프로파일; 아래의 제어 전압(U)에 대응하는 플런저 위치(S)))에 대응한다. 플런저의 배출 시작 위치(S5)에서 시작하여, 압전 액추에이터에 인가되는 전기 제어 전압(U)이 지속적으로 증가하면 플런저는 노즐 방향으로 제1 속도(m1'에 대응)로 (시간 기간(t4'' 내지 t5'')에서) 이동하게 한다. 플런저 속도는 시간(t5'')에서 느려지고(m3'에 대응), 여기서 제어 전압이 계속해서 추가로 증가한다. 대응하여, t5''에서, 압전 액추에이터의 제어 전압(U)의 변화와 이로 인한 플런저 속도 사이에 새로운 (속도) 비율이 수립된다. 시간(t5'')에서 플런저가 느려지는 이유는 플런저와 노즐 사이의 초기 접촉이고, 여기서 S4는 초기 접촉 위치에 대응한다.
시간(t6'')에서 플런저가 노즐로 완전히 "슬립"되어 완전 접촉(S1')을 달성할 때까지 플런저는 노즐 방향으로 노즐의 특정 저항에 대항하여 S4를 넘어 더 편향된다. 따라서 기울기(m3')는 플런저가 이 노즐로, 특히 완전 접촉 위치(S1')로 "활주해 가는" 것을 나타낸다. 플런저를 배출 시작 위치(S5)로부터 완전 접촉 위치(S1')로 이동하려면 전기 제어 전압(ΔU4)이 필요하며, 이 전기 제어 전압은 압전 액추에이터의 U3과 U2(개방 회로 전압)의 차이로 인해 발생한다.
제어 전압 차(ΔU4)는 동작 동안 압전 액추에이터에 인가된 최대 제어 전압(U1)의 일부이며, 여기서 ΔU4는 주로 플런저의 (유압적) 유효 행정(H3)으로 완전히 변환된다(따라서 본질적으로 밀봉력의 상승을 초래하지 않음). 여기서 (유압적) 유효 행정(H3)은 또한 플런저가 배출 시작 위치(S5)로부터 완전 접촉 위치(S1')로 이동하는 것에 대응한다.
완전 접촉 시에(시간(t6")) (속도) 비율이 다시 변하고, 플런저는 배출 종료 위치(S3)(시간(t7''))로 매우 약간만(m2'에 대응) 이동된다. 도 11을 참조하여 설명된 바와 같이, 기울기(m2')는 도징 시스템의 구성요소가 약간 탄성 변형하는 것으로 인해 발생한다. 또한, 시간 기간(t6'' 내지 t7'')에서, 플런저의 밀봉력은 주로 밀봉 위치 액추에이터 편향(ΔU3)을 통해 상승된다.
각각의 경우에 결정된 실제 밀봉 위치 액추에이터 편향(실제 값(ΔU1, ΔU2, ΔU3, 이하 ΔU로만 기재))에 기초하여 현재 밀봉 위치 액추에이터 편향(여기서 제어 전압의 전압 차(ΔU))이 목표 값보다 작은지 여부가 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값과 비교하는 것을 통해 단계(9-VI.)(도 7c)에서 결정될 수 있다. 질의 결과 목표 값이 미달된 것으로 나타나면, 단계(9-VII.)에 따라, 팽창 재료 요소의 온도가 증가하여 밀봉 위치 액추에이터 편향의 목표 값(여기서는 특정 목표 전압 차)이 도달된다.
목표 값이 미달되지 않은 경우(단계(9-VI.)), 단계(9-VIII.)에서 현재 밀봉 위치 액추에이터 편향(여기서 제어 전압의 전압 차(ΔU))이 목표 값을 초과하는지 여부를 점검한다. 선택적으로, 그런 다음 단계(9-IX.)에서, 밀봉 위치 액추에이터 편향의 목표 값을 설정하기 위해 팽창 재료 요소의 온도가 감소된다. 목표 값으로부터 밀봉 위치 액추에이터 편향의 실제 값(ΔU)의 편차가 검출되지 않으면, 팽창 재료 요소의 조절 없이 점프 라벨(C.)로 바로 변경된다. 점프 라벨(C.)에 이어서 다시 동작 모드의 질의가 따른다(도 7a; 단계(7-XIV.)).
마지막으로, 위에서 상세히 설명된 도징 시스템 또는 도징 시스템을 제어하는 방법은 단지 실시형태에 불과하며, 이는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 방식으로 수정될 수 있다는 것을 다시 한번 유의해야 한다. 따라서, 예를 들어, 설명된 제어 방법의 경우, 모든 방법 단계를 항상 실행해야 하는 것은 아니고 또는 방법 단계는 다른 순서로 처리될 수도 있다. 또한, 조절 알고리즘은 본 발명의 맥락에서 설명되지 않은 각각의 다른 "개방" 또는 "폐쇄" 구배 동안 실행될 수도 있다. 또한, 단수 형태의 요소는 이 요소가 복수 개 존재하는 것을 배제하지 않는다.
1: 도징 시스템
10: 액추에이터 유닛
11: 하우징
11a, 11b: 하우징 블록/하우징의 구성요소
12: 액추에이터 챔버
13: 작용 챔버
14: 이동 기구
15: 관통부
16: 레버
17: 레버 접촉 표면
18: 레버 베어링
19: 액추에이터 스프링
20: 제1 액추에이터/압전 액추에이터
21: 압전 스택
22: 압전 액추에이터 하우징
23: 압력 부재
30: 제2 액추에이터/팽창 재료 요소
31: 하우징(팽창 재료 요소)
32: 팽창체
33: 가열 디바이스(팽창 재료 요소)
34: 냉각 영역/냉각 챔버(팽창 재료 요소)
35: 피스톤
36: 센터링 요소
40: 냉각 디바이스
41: 냉각 매체 공급을 위한 결합 지점
42, 42', 42'': 유입 채널(냉각 매체)
43: 비례 밸브(팽창 재료 요소)
44: 비례 밸브(압전 액추에이터)
45: 유출 채널(냉각 매체)
46: 냉각 매체 배출을 위한 결합 지점
50: 유체 유닛
51: 배출 요소/플런저
52: 플런저 팁
53: 플런저 헤드
54: 플런저 접촉 표면
55: 플런저 스프링
56: 플런저 센터링 부재
57: 플런저 베어링
58: 플런저 밀봉재
60: 노즐
61: 출구 개구
62: 노즐 챔버
63: 밀봉 시트
64: 공급 채널
65: 저장조 인터페이스
66: 매체 카트리지
67: 카트리지 홀더
68: 압축 공기 공급 카트리지
69: 연결 케이블
70: 결합 기구
71: 결합 스프링
72: 구체
73: 플러그인 결합부
74: 구형 캡
75: 가열 디바이스(노즐)
80: 제어 유닛(도징 시스템)
81: 제어 유닛 연결 케이블
82: 온도 센서(매체)
83: 온도 센서(팽창 재료 요소)
84: 홀 센서
85: 자석
7: 제1 절차 단계
7-I. 내지 7-XIV. : 방법 단계(제1 절차 단계)
7-i. : 반복 방법 단계(제1 절차 단계)
7-D, 7-E: 절차 하위 단계(제1 절차 단계)
8: 제2 절차 단계
8-I. 내지 8-VI. : 방법 단계(제2 절차 단계)
9: 제3 절차 단계
9-I. 내지 9-IX. : 방법 단계(제3 절차 단계)
9-iii., 9-iv. : 반복 방법 단계(제3 절차 단계)
9-G: 절차 하위 단계(제3 절차 단계)
a: 거리(플런저 팁: 노즐)
m1, m2: 비율(플런저 위치: 온도)
m1', m2', m3', m4': 비율(플런저 위치: 시간)
K: 회동 축
H1, H2, H3: (유압) 유효 행정
R: 배출 방향
RS, RS': 플런저의 이동 방향
S1, S1', S2, S2', S3, S4, S5: 플런저 위치
t0 내지 t4: 시점
t0' 내지 t5':시점
t0'' 내지 t7'': 시점
T1, T2: 온도(팽창 재료 요소)
U1, U2, U3: 전압(압전 액추에이터)
ΔU, ΔU1, ΔU2, ΔU3, ΔU4: 전압 차/실제 값

Claims (15)

  1. 도징 물질을 위한 도징 시스템(1)으로서, 상기 도징 시스템(1)은,
    도징 물질을 위한 노즐(60) 및 공급 채널(64)을 갖는 하우징(11), 상기 노즐(60)로부터 도징 물질을 배출하기 위해 상기 하우징(11) 내에 배치된 배출 요소(51), 상기 배출 요소(51) 및 /또는 상기 노즐(60)에 결합된 적어도 하나의 제1 액추에이터(20), 바람직하게는 압전 액추에이터(20), 및 상기 제1 액추에이터(20)에 결합된 적어도 하나의 제2 액추에이터(30), 바람직하게는 팽창 재료 요소(30)를 포함하고,
    상기 제2 액추에이터(30)는 상기 하우징(11)에 대해, 특히 상기 배출 요소(51) 및/또는 상기 노즐(60)에 대해 상기 적어도 하나의 제1 액추에이터(20)의 위치를 설정하도록 형성된 것을 특징으로 하는 도징 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 액추에이터(30), 특히 상기 팽창 재료 요소(30)는, 상기 도징 시스템(1)의 노즐(60)에 대해 상기 배출 요소(51)의 위치, 특히, 상기 배출 요소(51)의 배출 팁(52)과 상기 노즐(60)의 노즐 개구(61) 사이의 거리(a)를 설정하도록 상기 하우징(11) 내에 형성되고 배치된 것을 특징으로 하는 도징 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 액추에이터(30), 특히 상기 팽창 재료 요소(30)와 연관된 적어도 하나의 가열 디바이스(33), 및/또는 상기 제2 액추에이터(30), 특히 상기 팽창 재료 요소(30)와 연관된 적어도 하나의 냉각 디바이스(40), 및 상기 가열 디바이스(33) 및/또는 상기 냉각 디바이스(40)를 제어 및/또는 조절하기 위한 제어 유닛(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 도징 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도징 시스템(1)은,
    - 상기 제2 액추에이터(30), 특히 상기 팽창 재료 요소(30)와 연관된 온도 센서(83),
    - 상기 제1 액추에이터(20)와 연관된 온도 센서,
    - 상기 하우징(11)과 연관된 온도 센서,
    - 상기 배출 요소(51)의 움직임을 결정하기 위한 움직임 센서(84), 및
    - 상기 배출 요소(51)의 위치를 결정하기 위한 위치 센서(84)
    중 적어도 하나의 센서를 갖는 센서 배열(83, 84)을 포함하는 것을 특징으로 하는 도징 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 액추에이터(30), 특히 상기 팽창 재료 요소(30)는 팽창체(32) 및 바람직하게는 상기 팽창체와 결합된 전달체(35)를 포함하고/하거나, 상기 제2 액추에이터(30)는 바람직하게는 상기 전달체(35)에 의해 상기 제1 액추에이터(20)를 위치 설정하기 위해 축 방향으로 상기 제1 액추에이터(20)에 결합된 것을 특징으로 하는 도징 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도징 시스템(1)은 특히 상기 제2 액추에이터(30)에 의해, 특히 바람직하게는 상기 팽창 재료 요소(30)에 의해, 상기 제1 액추에이터(20)에 가해지는 힘을 결정하기 위해, 바람직하게는 상기 힘에 기초하여 상기 배출 요소(51)의 밀봉력을 캡처하기 위해 적어도 하나의 힘 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 도징 시스템.
  7. 도징 물질을 위한 도징 시스템(1)을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 도징 시스템(1)은 도징 물질을 위한 노즐(60) 및 공급 채널(64)을 갖는 하우징(11), 상기 노즐(60)로부터 도징 물질을 배출하기 위해 상기 하우징(11) 내에 배치된 배출 요소(51), 상기 배출 요소(51) 및/또는 상기 노즐(60)에 결합된 적어도 하나의 제1 액추에이터(20), 바람직하게는 압전 액추에이터(20), 및 상기 제1 액추에이터(20)에 결합된 적어도 하나의 제2 액추에이터(30), 바람직하게는, 팽창 재료 요소(30)를 포함하고,
    상기 하우징(11)에 대해, 특히 상기 배출 요소(51) 및/또는 상기 노즐(60)에 대해 상기 적어도 하나의 제1 액추에이터(20)의 위치를 설정하기 위해 상기 제2 액추에이터(30)를 제어 및/또는 조절하는 것을 특징으로 하는 도징 시스템을 제어하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 액추에이터(30), 특히 상기 팽창 재료 요소(30)를 제어 및/또는 조절하기 위해, 바람직하게는 상기 제2 액추에이터(30)와 연관된 적어도 하나의 가열 디바이스(33) 및/또는 상기 제2 액추에이터(30)와 연관된 적어도 하나의 냉각 디바이스(40)에 의해 상기 제2 액추에이터(30)의 온도, 특히 상기 팽창 재료 요소(30)의 온도를 제어 및/또는 조절하는 것을 특징으로 하는 도징 시스템을 제어하기 위한 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    바람직하게는 상기 배출 요소(51)의 배출 팁(52)이 상기 노즐(60)에 특정 가압력을 가하는 정의된 동작 상태 동안 상기 배출 요소(51)를 상기 배출 요소(51)의 조정 위치(S2, S2')로 이동시키기 위해 상기 제2 액추에이터(30), 특히 상기 팽창 재료 요소(30)를 제어 및/또는 조절하는 것을 특징으로 하는 도징 시스템을 제어하기 위한 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 액추에이터(30)를 제어 및/또는 조절하기 위해, 바람직하게는 상기 팽창 재료 요소(30)를 제어 및/또는 조절하기 위해, 특히 조정 위치(S2, S2')를 설정하기 위해 상기 도징 시스템(1)의 동작 파라미터, 즉
    - 상기 제2 액추에이터(30)의 온도, 특히 상기 팽창 재료 요소(30)의 온도, 특히 바람직하게는 팽창체(32)의 온도,
    - 상기 도징 시스템(1)에서 상기 배출 요소(51)의 위치, 특히 상기 배출 요소(51)에 결합된 레버(16)의 위치,
    - 상기 제1 액추에이터(20)의 편향, 바람직하게는 상기 액추에이터(20)의 활성화 신호,
    - 상기 제1 액추에이터(20)의 온도,
    - 상기 하우징(11)의 온도,
    - 각각의 배출 과정 동안 상기 도징 시스템(1)으로부터 분배되는 상기 도징 물질의 양 및/또는 중량,
    - 도징 물질을 위한 유량 센서의 신호,
    - 상기 도징 시스템(1)의 교정 데이터, 및
    - 밀봉력
    중 적어도 하나의 파라미터를 고려하는 것을 특징으로 하는 도징 시스템을 제어하기 위한 방법.
  11. 제9항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도징 시스템(1)의 동작 동안 상기 배출 요소(51)의 배출 종료 위치(S3)가 이전에 수행된 조정 과정에서 결정된 조정 위치(S2, S2')에 대응하도록 상기 제2 액추에이터(30), 특히 상기 팽창 재료 요소(30)를 제어 및/또는 조절하는 것을 특징으로 하는 도징 시스템을 제어하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배출 요소(51)의 조정 위치(S2, S2')를 설정하기 위한 조정 과정에서, 적어도 다음 단계, 즉
    - 상기 제1 액추에이터(20)의 최대 편향을 설정하는 단계,
    - 바람직하게는 상기 팽창 재료 요소(30)를 냉각시키는 것에 의해, 상기 제2 액추에이터의 조정 시작 온도, 특히 상기 팽창 재료 요소(30)의 조정 시작 온도를 설정하는 단계,
    - 상기 배출 요소(51)와 상기 노즐(60) 사이의 완전 접촉이 검출되고, 상기 배출 요소(51)의 완전 접촉 위치(S1, S1')가 결정되고 및/또는 상기 완전 접촉 위치(S1, S1')와 연관된 완전 접촉 온도(T1)가 결정될 때까지 상기 제2 액추에이터(30)를 가열하는, 특히 상기 팽창 재료 요소(30)를 가열하고/하거나,
    상기 제1 액추에이터(20) 및 상기 제2 액추에이터(30)의 최대 시스템 편향에 도달하고, 상기 배출 요소(51)의 시스템 종료 접촉 위치가 결정되고 및/또는 상기 시스템 종료 접촉 위치와 연관된 시스템 종료 접촉 온도가 결정될 때까지 상기 제2 액추에이터(30)를 가열하는, 특히 상기 팽창 재료 요소(30)를 가열하는 단계,
    - 상기 배출 요소의 조정 위치(S2, S2') 및/또는 상기 조정 위치(S2, S2')와 연관된 조정 온도(T2)를 결정하는 단계로서, 상기 조정 위치(S2, S2') 및/또는 상기 조정 온도(T2)를 결정하기 위해, 상기 배출 요소(51)의 완전 접촉 위치(S1, S1') 및/또는 상기 배출 요소(51)의 완전 접촉 온도(T1) 또는 상기 시스템 종료 접촉 위치, 및/또는 상기 시스템 종료 접촉 온도 및 선택적으로 적어도 하나의 조정 파라미터를 고려하는, 상기 조정 위치 및/또는 조정 온도를 결정하는 단계, 및
    - 선택적으로 상기 배출 요소(51)를 상기 조정 위치(S2, S2')로 이동시키는 단계
    를 포함하는 조절 알고리즘을 실행하는 것을 특징으로 하는 도징 시스템을 제어하기 위한 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    동작 동안 상기 배출 종료 위치(S3)를 조절하기 위해 적어도 다음 단계, 즉
    - 상기 배출 요소(51)의 배출 종료 위치(S3)를 설정하는 단계,
    - 상기 배출 요소(51)의 후퇴 움직임 동안 상기 제1 액추에이터(20)의 편향의 함수로서, 특히 상기 제1 액추에이터(20)에 인가되는 전기 제어 전압(U)의 함수로서 상기 배출 요소(51)의 위치를 결정하는 단계,
    - 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값(ΔU)을 결정하는 단계로서, 상기 밀봉 위치 액추에이터 편향에서 상기 배출 요소(51)와 상기 노즐(60) 사이의 완전 접촉을 넘어 상기 노즐(60)의 밀봉 시트(63)로 특정 최소량만큼 상기 배출 요소(51)를 가압하는 단계, 및
    - 상기 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값을 설정하기 위해, 특히 상기 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값(ΔU)과 상기 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값 사이의 차이의 함수로서, 상기 제2 액추에이터(30)를 제어 및/또는 조절하는, 바람직하게는, 상기 팽창 재료 요소(30)를 제어 및/또는 조절하는 단계로서, 상기 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값은 상기 배출 요소(51)의 조정 위치(S2, S2')와 연관된, 상기 제2 액추에이터(30)를 제어 및/또는 조절하는, 바람직하게는, 상기 팽창 재료 요소(30)를 제어 및/또는 조절하는 단계
    를 포함하는 조절 알고리즘을 실행하는 것을 특징으로 하는 도징 시스템을 제어하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값으로부터 상기 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값(ΔU)의 편차가 양인 경우에 상기 제2 액추에이터(30)의 온도, 특히 상기 팽창 재료 요소(30)의 온도를 감소시키고/시키거나, 상기 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값으로부터 상기 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값(ΔU)의 편차가 음인 경우에 상기 제2 액추에이터(30)의 온도, 특히 상기 팽창 재료 요소(30)의 온도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 도징 시스템을 제어하기 위한 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 도징 시스템(1)이 규칙적인 간격으로 동작하는 동안, 바람직하게는 상기 배출 요소(51)의 각 배출 과정에서 상기 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 실제 값(ΔU)과 상기 밀봉 위치 액추에이터 편향을 나타내는 값의 목표 값 사이의 차이를 결정하는 것을 특징으로 하는 도징 시스템을 제어하기 위한 방법.
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