(57)【要約】  本発明は、ノズル（４０）と、投与材料用の供給チャネル（４４）と、排出要素（３１）と、排出要素（３１）および／またはノズル（４０）に連結され、ピエゾアクチュエータ（６０）を有しているアクチュエータユニット（１０）と、冷却装置（２）と、を有する投与材料のための投与システム（１）に関する。冷却装置（２）は、予冷された冷却媒体を投与システム（１）のハウジング（１１）に供給するための供給装置（２１、２４、２６）を備える。冷却装置（２）は、予冷された冷却媒体によってピエゾアクチュエータ（６０）の少なくとも１つのサブ領域および／またはピエゾアクチュエータ（６０）に連結された移動機構（１４）の少なくとも１つのサブ領域を直接的に冷却するように構成されている。
2022501184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投与材料のための投与システム（１）であって、前記投与システム（１）が、ノズル（４０）と、投与材料用の供給チャネル（４４）と、排出要素（３１）と、前記排出要素（３１）および／または前記ノズル（４０）に連結され、ピエゾアクチュエータ（６０）を有しているアクチュエータユニット（１０）と、冷却装置（２）と、を有し、前記冷却装置（２）が、予冷された冷却媒体を前記投与システム（１）のハウジング（１１）に供給するための供給装置（２１、２４、２６）を備え、前記冷却装置（２）が、前記ピエゾアクチュエータ（６０）の少なくとも１つのサブ領域および／または前記ピエゾアクチュエータ（６０）に連結された移動機構（１４）の少なくとも１つのサブ領域の、前記予冷された冷却媒体による直接的な冷却のために構成されている、投与システム（１）。
【請求項２】
前記ピエゾアクチュエータ（６０）が、ピエゾ素子（６７）がカプセル化されたアクチュエータハウジング（６２）を備える、請求項１記載の投与システム。
【請求項３】
前記冷却装置（２）が、少なくとも１つの状態パラメータに応じて、前記ピエゾアクチュエータ（６０）の少なくとも１つのサブ領域および／または前記ピエゾアクチュエータ（６０）に連結された前記移動機構（１４）の少なくとも１つのサブ領域の冷却を制御および／または調整するように構成されている、請求項１または２に記載の投与システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの状態パラメータが、前記ピエゾアクチュエータ（６０）の少なくとも１つのサブ領域内の温度および／または前記ピエゾアクチュエータ（６０）に連結された前記移動機構（１４）の少なくとも１つのサブ領域内の温度である、請求項３記載の投与システム。
【請求項５】
投与材料のための投与システムであって、前記投与システムが、ノズル（４０）と、投与材料用の供給チャネル（４４）と、排出要素（３１）と、前記排出要素（３１）および／または前記ノズル（４０）に連結され、ピエゾアクチュエータ（６０）を有しているアクチュエータユニット（１０）と、少なくとも１つの状態パラメータに応じて、特に請求項３または４に従って、制御および／または調整された方法で前記ピエゾアクチュエータ（６０）の少なくとも１つのサブ領域および／またはピエゾアクチュエータ（６０）に連結された移動機構（１４）の少なくとも１つのサブ領域を冷却するように構成されている冷却装置（２）と、を有し、前記少なくとも１つの状態パラメータが、前記ピエゾアクチュエータ（６０）の少なくとも１つのサブ領域の長さである、および／または前記投与システム（１）の前記排出要素（３１）と前記ノズル（４０）との間の距離、および／または投与量である、投与システム。
【請求項６】
前記投与システム（１）が、前記状態パラメータを判定するための温度センサ（５２、７８）および／または歪みセンサ（８７）および／または運動センサ（５３）を備える、請求項３〜５のいずれか１項に記載の投与システム。
【請求項７】
前記冷却装置（２）が、前記ピエゾアクチュエータ（６０）の少なくとも１つのサブ領域の冷却を別に、特に前記ピエゾアクチュエータ（６０）に連結された前記移動機構（１４）の少なくとも１つのサブ領域の冷却の制御および／または調整とは別に制御および／または調整するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の投与システム。
【請求項８】
前記予冷された冷却媒体が、前記ピエゾアクチュエータ（６０）の少なくとも１つのサブ領域および／または前記ピエゾアクチュエータ（６０）に連結された前記移動機構（１４）の少なくとも１つのサブ領域を目標温度まで冷却するように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の投与システム。
【請求項９】
前記冷却媒体を冷却するための前記冷却装置（２）が、少なくとも１つの冷熱発生装置（５５、５７）を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の投与システム。
【請求項１０】
前記冷熱発生装置（５５）が、前記冷却媒体を所定の温度まで冷却するように構成されている、請求項９記載の投与システム。
【請求項１１】
前記冷熱発生装置（５５、５７）がボルテックスチューブ（５７）を備え、前記ボルテックスチューブ（５７）が、好ましくは、前記冷却媒体の温度を調整するための調節可能な弁（９４）を備える、請求項９または１０に記載の投与システム。
【請求項１２】
前記ピエゾアクチュエータ（６０）に連結された前記移動機構（１４）の少なくとも１つのサブ領域が、前記ピエゾアクチュエータ（６０）に連結された前記移動機構（１４）の少なくとも１つのサブ領域を加熱するための加熱装置（５１）を備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の投与システム。
【請求項１３】
前記加熱装置（５１）が、前記投与システム（１）の前記冷却装置（２）と協働して、以下の状態パラメータ：
‐前記ピエゾアクチュエータ（６０）の少なくとも１つのサブ領域および／または前記ピエゾアクチュエータ（６０）に連結された前記移動機構（１４）の少なくとも１つのサブ領域の温度、
−前記ピエゾアクチュエータ（６０）の少なくとも１つのサブ領域の長さ、
−前記排出要素（３１）と前記ノズル（４０）との間の距離、および
−前記投与材料の投与量、
のうちの少なくとも１つを一定に保つように構成されている、請求項１２記載の投与システム。
【請求項１４】
投与材料の投与のための投与システム（１）を動作させるための方法であって、前記投与システム（１）が、ノズル（４０）と、投与材料用の供給チャネル（４４）と、排出要素（３１）と、前記排出要素（３１）および／または前記ノズル（４０）に連結され、ピエゾアクチュエータ（６０）を有しているアクチュエータユニット（１０）と、冷却装置（２）とを備え、前記投与システム（１）のハウジング（１１）に、前記冷却装置（２）の供給装置（２１、２４、２６）によって、予冷された冷却媒体が供給され、および前記ピエゾアクチュエータ（６０）の少なくとも１つのサブ領域および／または前記ピエゾアクチュエータ（６０）に連結された移動機構（１４）の少なくとも１つのサブ領域が、前記予冷された冷却媒体を使用して前記冷却装置（２）によって直接的に冷却される、方法。
【請求項１５】
ピエゾアクチュエータ（６０）を有しているアクチュエータユニット（１０）を有する投与材料の投与のための投与システム（１）を製造するための方法であって、前記投与システム（１）が冷却装置（２）を備え、前記冷却装置（２）が、予冷された冷却媒体を前記投与システム（１）のハウジング（１１）に供給するための供給装置（２１、２４、２６）を備え、前記投与システム（１）、特に前記冷却装置（２）は、前記ピエゾアクチュエータ（６０）の少なくとも１つのサブ領域および／または前記ピエゾアクチュエータ（６０）に連結された移動機構（１４）の少なくとも１つのサブ領域が、前記予冷された冷却媒体によって直接的に冷却されるように構成されている、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルと、投与材料用の供給チャネルと、排出要素と、排出要素および／またはノズルに連結され、ピエゾアクチュエータを有するアクチュエータユニットと、冷却装置とを有する投与材料のための投与システムに関する。本発明はさらに、そのような投与システムを動作させるための方法および製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭で述べたタイプの投与システムは、通常、投与されるべき媒体、典型的には液体から粘性の投与材料を標的化方法（targeted manner）で投与するために使用される。いわゆる「マイクロドージング技術」に関連して、非常に少量の投与材料を、ピンポイントの精度で、実際に接触することなく、すなわち、投与システムとターゲット面との間の直接接触なしに、ターゲット面に配置することがしばしば必要である。このような非接触方法は、しばしば「ジェットプロセス」と呼ばれる。この典型的な例は、回路基板または他の電子素子を組み立てるときのグルードット、はんだペーストなどの投与、またはＬＥＤ用のコンバータ材料の適用である。
【０００３】
ここでの重要な要件は、投与材料を高精度で、つまり適切なタイミングで、適切な場所に、および正確な投与量でターゲット面に送達することである。これは、たとえば、投与システムのノズルを介して投与材料を一滴ずつ分配することによって行うことができる。媒体は、ノズルの内部と投与システムの排出要素の大部分が前面の領域とのみ接触する。ここでの好ましい方法は、とりわけインクジェットプリンタでも使用されるような、一種の「インクジェットプロセス」での個々の液滴の排出である。液滴のサイズまたは液滴あたりの媒体の量は、それによって達成されるノズルの構造、作動、およびターゲットとされた効果を介して可能な限り正確に事前に判定され得る。代替的に、投与材料をジェットで噴霧することもできる。
【０００４】
可動排出要素（通常はタペット）を投与システムのノズルに配置することができる。排出要素は、ノズル開口部または出口開口部の方向に比較的高速でノズル内で前方に押すことができ、それにより、媒体の液滴が排出され、その後再び引き出される。
【０００５】
代替的に、投与システム自体のノズルを、排出方向または収縮方向に移動させることができる。投与材料を分配するために、ノズルおよびノズル内に配置された排出要素は、相対的な移動で互いに近づいたり離れたりするように移動させられる。相対的な移動は、出口開口部またはノズルの移動によって単独で行われ得るか、または少なくとも部分的に排出要素の対応する移動によっても行われ得る。
【０００６】
通常、排出要素は、ノズルのノズル開口部の密閉シートに固定して接続し、一時的にそこに残すことによって閉位置にすることもできる。より粘性のある投与材料の場合、排出要素が、媒体の液滴を逃がすことなく、単に収縮位置に残る、すなわち、密閉シートから離れるだけで十分であり得る。
【０００７】
本発明は、具体的な排出原理とは無関係に、すなわち、ジェットプロセス、オープンインクジェットプロセス、典型的な閉鎖要素、または可動式に構成されたノズルを使用して、前述の変形のすべてで使用することができる。
【０００８】
排出要素および／またはノズルは、典型的に、投与システムのアクチュエータシステムの助けを借りて移動させられる。アクチュエータシステムによって生成された力を排出要素に伝達するために、投与システムは、典型的に、アクチュエータシステムおよび排出要素に連結された移動機構を備える。移動機構は、たとえば、アクチュエータシステムが支持されるレバーによって実装することができる。レバー自体は、レバーベアリング上に静止させることができ、アクチュエータシステムの移動がレバーの接触面を介して排出要素に伝達されるように、傾斜軸を中心に傾斜させることができる。具体的な排出原理に応じて、移動機構は、アクチュエータシステムによって生成された力を伝達してノズルを移動させるように構成することもできる。
【０００９】
アクチュエータシステムは、様々な方法で実装することができ、特に極めて細かい投与量の分解能を必要とする用途では、好ましくはピエゾアクチュエータが使用される。圧電式アクチュエータとも呼ばれるピエゾアクチュエータは、他のタイプのアクチュエータ、たとえば、油圧式、空気圧式、および／または電磁式のアクチュエータと比べて、非常に正確で、とりわけ高速制御性であるという利点を有する。ピエゾアクチュエータは、通常、他のアクチュエータ原理の対応する値を大幅に下回る、非常に短い反応時間または応答時間によって利点を有して区別される。さらなる利点は、他のタイプのアクチュエータと比較して、ピエゾアクチュエータが投与システム内で占めるスペースが比較的小さいことである。したがって、ピエゾアクチュエータは、特に極めて細かい投与要件で、投与システムの動作に効率的なソリューションを提供する。
【００１０】
これらの利点に関係なく、ピエゾアクチュエータは、大きな電力散逸が実現される構成要素であり、これによって圧電材料が大幅に加熱され得る。ピエゾアクチュエータは温度依存性の動作を行うため、アクチュエータ材料の加熱は、静止（非膨張）状態のピエゾアクチュエータの長手方向の拡張だけでなく、動作中のピエゾアクチュエータの偏位にも影響を与え得る。ピエゾアクチュエータに加えて、移動機構の構成要素は、特に高周波投与要件で、発生した摩擦熱が原因で投与システムの動作中にも熱くなり得る。
【００１１】
前述の構成要素の１つまたは複数の熱誘導された膨張が、排出要素のストロークプロセスに望ましくない変化をもたらしかねず、それにより、それぞれのケースにおける分配された投与材料の量は、投与システムの動作中に目標値からますます逸脱しかねない。結果として、ピエゾアクチュエータと移動機構の温度は、投与システムの精度に直接影響を与え得る。
【００１２】
いかなる方法でもほとんどの投与システムで圧縮空気が利用可能であるため、ピエゾアクチュエータの加熱に対抗するために、ピエゾアクチュエータ全体を、圧縮室内空気またはその周囲を流れる圧縮空気で構成することができる。移動機構に対抗する分離した流れはないが、むしろピエゾアクチュエータの排気がその周りを流れる。投与システムの周囲温度が上昇すると、圧縮空気がピエゾアクチュエータから十分な熱を放散できなくなり、ピエゾアクチュエータおよび投与システムの他の温度感受性領域を投与システムの正確な動作にとって重要な温度未満に一貫して保つことができなくなり得ることが不利な点であることがわかった。
【発明の概要】
【００１３】
したがって、本発明の目的は、投与材料のための投与システムと、上で説明した不利な点を回避することができ、投与精度が向上された、そのような投与システムを動作させるための方法と、製造するための方法とを提供することである。
【００１４】
この目的は、請求項１記載の投与システム、請求項１４記載の投与システムを動作させるための方法、および請求項１５記載の投与システムを製造する方法によって達成される。
【００１５】
液体から粘性の投与材料のための本発明による投与システムは、少なくとも１つのノズルと、投与材料用の供給チャネルと、排出要素と、排出要素および／またはノズルに連結され、排出要素および／またはノズルを移動させるための少なくとも１つのピエゾアクチュエータを有するアクチュエータユニットと、冷却装置とを備える。以下では、タペットという用語は排出要素の同義語として使用され、これは本発明をそれに限定しない。
【００１６】
投与材料は、冒頭で説明した方法の１つで本発明による投与システムから分配することができる、すなわち、投与システムは、特定の排出または機能原理に限定されない。それに対応して、通常のケースのように、ノズルから投与材料を排出するために比較的高速で移動可能な排出要素を、投与システムのノズル内に（特に、たとえば、出口開口部の直前のノズルの領域に）配置することができる。代替的に、または加えて、前述のように、本発明による投与システムの出口開口部は、可動式に構成することができる。それにもかかわらず、よりよく理解するために、以下では、投与材料が、可動排出要素、たとえば、タペットによって分配されると仮定される。しかし、本発明はそれに限定されることを意図するものではない。
【００１７】
アクチュエータユニットは、少なくとも１つのピエゾアクチュエータと、ピエゾアクチュエータと機能的に相互作用し、上で説明したように、好ましくは少なくとも１つのレバーおよび１つのレバーベアリングを備えることができる移動機構とを備える。アクチュエータユニットと区別されるのは、投与材料と接触する構成要素、したがって、たとえば、供給チャネル、ノズル、およびタペットを備える、投与システムの流体ユニットである。
【００１８】
アクチュエータユニットの移動機構は、排出要素を投与システムの少なくとも１つのピエゾアクチュエータに機能的に連結するように構成されている。連結は、アクチュエータによって加えられた力および移動が伝達されるように行われ、その結果、ノズルから投与材料を分配するための排出要素の所望の移動がもたらされる。したがって、移動機構は、少なくとも一時的にピエゾアクチュエータの偏位を排出要素の好ましくは垂直方向の移動に変換するために、好ましくはマルチパートの力を伝達する連結を表す。好ましくは、移動機構と排出要素との間の連結は固定連結ではない。これは、両方の構成要素が、好ましくは、連結のために互いにねじ込まれたり、溶接されたり、接着されたりしないことを意味している。
【００１９】
本発明によれば、投与システムは、予冷された冷却媒体を投与システムのハウジングへと、特にアクチュエータユニットのハウジングへと供給するための供給装置を有する冷却装置を備える。アクチュエータユニットのハウジングは、投与システムの周囲雰囲気に対するアクチュエータユニットの範囲を定める、すなわち、それは、アクチュエータユニットのケーシングを形成し、それゆえ、投与システムの少なくとも１つのピエゾアクチュエータおよび移動機構を囲む。
【００２０】
本発明による供給装置は、ハウジングの領域内に（外部）冷却媒体供給ラインのためのいくつかの、したがって１つまたは複数の接続点または連結点、および（それぞれの）連結点に追従し、ハウジングの内部に伸長する供給チャネル配置を有する。供給装置はさらに、ハウジングに流入する冷却媒体の体積流量および／または圧力を調整するためのいくつかの構成要素、たとえば、ポンプまたは比例弁、および随意にさらなる構成要素を備えることができる。
【００２１】
本発明によれば、冷却装置は、ピエゾアクチュエータおよび／または予冷された冷却媒体によってピエゾアクチュエータに連結されたアクチュエータユニットの移動機構の少なくとも１つのサブ領域の直接的で、主に選択的な冷却のために構成されている。サブ領域の「直接的な」冷却は、それぞれのサブ領域、特にその表面が、冷却の集中箇所であることを意味している。予冷された冷却媒体は、好ましくは、直接それぞれのサブ領域に対して流され得るか、または吹き付けられ得る。本発明によれば、サブ領域は、ハウジング自体において、すなわち、直接「現場で」冷却される。冷却は、ハウジングまたはその部品が外部から（たとえば、伝導によって）冷却されるなど「間接的に」行われることはない。
【００２２】
本発明によれば、単一のサブ領域、すなわち、ピエゾアクチュエータまたは移動機構の表面の限定された領域またはセクションのみが、冷却装置によって主に選択的な方法で冷却媒体を使用して作用され得る。したがって、冷却装置は、標的化方法（targeted manner）で冷却媒体を具体的なサブ領域に誘導するために、ハウジング内に流れを方向づける要素、たとえば、別個に作動可能な流路、バッフル、ファンなどを備えることができる。それに対応して、ピエゾアクチュエータまたは移動機構の表面の領域は、冷却されるサブ領域に含まれず、したがって直接的な冷却から除外され得る。しかし、全体としてピエゾアクチュエータまたは移動機構の構成要素の表面全体を実質的に包含するいくつかのサブ領域、すなわち、１つまたは複数のサブ領域が、直接的な冷却媒体で作用されることが好ましく、そのため、本発明は、本実施形態に限定されることなく、本実施形態を参照して以下に説明される。
【００２３】
冷却の選択性により、冷却媒体は、冷却されるピエゾアクチュエータまたは移動機構のサブ領域、たとえばそれらの表面全体に対して直接流れるか、または吹き付けるだけである。
【００２４】
ピエゾアクチュエータまたは移動機構の（サブ）領域としての投与システムの他の領域、たとえばハウジングの外側への冷却媒体の単なる流れは本発明に該当しない。ハウジングの内側に位置するハウジングの領域、たとえば、ピエゾアクチュエータを囲むチャンバ（アクチュエータチャンバ）および移動機構を囲むチャンバを形成する壁は、直接的な冷却の目的ではない。したがって、冷却されるサブ領域に包含されない投与システムのこれらの領域または表面は、標的化方法でそれらに対して流れるか、またはそれらに吹き付ける冷却媒体を有しておらず、単に「沿って流れる」冷却媒体を有している。これは、冷却媒体が、供給装置からハウジングからの出口開口部に向かう途中でこれらの領域を必然的に通過することを意味し、領域自体は、冷却装置による直接的な冷却の集中箇所ではない。
【００２５】
本発明によれば、冷却装置は、１つまたは複数のピエゾアクチュエータのいくつかのサブ領域のみを選択的に冷却するように構成することができる。これは、移動機構が直接的な冷却の影響を受けないことを意味している。しかし、代替的に、直接的な冷却はまた、移動機構の１つまたは複数のサブ領域にのみ向けることができ、ピエゾアクチュエータは直接的な冷却に含まれないであろう。したがって、ピエゾアクチュエータおよび移動機構は、本発明による冷却装置によって別々に利点を有して冷却することができる。しかし、代替的に、冷却装置はまた、後で説明するように、ピエゾアクチュエータおよび移動機構のいくつかのサブ領域をユニットとして直接的に冷却するように構成することもできる。
【００２６】
本発明に関連して、予冷された冷却媒体は、冷却媒体が、少なくともハウジングに入るときに、特定可能な（目標）温度を有することを意味していると理解されるべきである。この場合、冷却媒体の（目標）温度は、冷却の結果としてより低くなり、特定の状況下では、投与システムの周囲温度よりも大幅に低くなる。したがって、冷却された冷却媒体の本発明に係る「実際の」冷却は、「冷却目的」でピエゾアクチュエータの周囲を流れる圧縮室内空気とは異なる。具体的な（目標）温度を達成するために、冷却媒体は、後で説明するように、ハウジングに供給される前に冷却または熱放散にさらされる、すなわち、熱または熱エネルギーは、標的化方法で、たとえば、冷却装置の冷熱発生装置によって冷却媒体から抽出される。予冷された冷却媒体は、好ましくは、ハウジングに入るときに、最大１８℃、好ましくは最大１０℃、特に好ましくは最大１℃の（目標）温度を有することができる。
【００２７】
利点として、本発明による投与システムは、投与システムの動作中に生成されたプロセス熱が、特にピエゾアクチュエータまたは移動機構から効果的に放散されることを確実にするために使用することができる。ピエゾアクチュエータの周りを流れる圧縮室内空気のみとは対照的に、本発明による「実際の」目標にされたまたは方向付けられた冷却は、冷却性能の大幅な改善をもたらし、その結果、単位時間あたりでかなり多くの熱エネルギーを、冷却媒体と同じ体積流量で直接的に冷却される表面から放散することができる。結果として、投与システムの特に温度感受性の構成要素（たとえば、ピエゾアクチュエータおよび移動機構）は、高い外気温でも冷却することができ、それにより、冒頭で説明したこれらの構成要素の望ましくない熱誘導膨張が防がれ、投与システムの一貫した高レベルの精度が達成される。投与システムは、特に効果的な冷却により、高い周囲温度でも最大投与頻度で動作させることができる。投与システムの温度感受性構成要素は、冷却装置によって、標的化されたかつ選択的な方法でさらに利点を有して冷却することができ、残りの構成要素またはハウジング自体の冷却を省略することができる。したがって、予冷された冷却媒体の消費を減らすことができる。
【００２８】
ノズルと、投与材料用の供給チャネルと、排出要素と、排出要素および／またはノズルに連結され、ピエゾアクチュエータを有するアクチュエータユニットと、冷却装置とを備える、投与材料の投与のための投与システムを動作させるための本発明による方法では、予冷された冷却媒体が、冷却装置の供給装置によって、投与システムのハウジング、特にアクチュエータユニットのハウジングの内部に供給される。本発明によれば、ピエゾアクチュエータの１つまたは複数のサブ領域は、予冷された冷却媒体を用いて冷却装置によって直接的に冷却される。代替的または追加的に、ピエゾアクチュエータに連結されたアクチュエータユニットの移動機構の少なくとも１つのサブ領域は、予冷された冷却媒体を用いて冷却装置によって、すなわち、冷却媒体をそこに対して流したまたはそこに吹き付けた状態で標的化されたまたは集中的な方法で直接的に冷却される。好ましくは、一緒になってピエゾアクチュエータおよび／または移動機構の表面を構成するいくつかのサブ領域は直接的に冷却され得る。いくつかのサブ領域を直接的に冷却するために、後で説明するように、冷却装置は、投与システムに連結された制御および／または調整ユニットによって、それに応じて作動および／または調整することができる。
【００２９】
少なくとも１つのピエゾアクチュエータを有するアクチュエータユニットを有する投与材料の投与のための投与システムを製造するための方法では、投与システムは冷却装置を備えている。冷却装置は、予冷された冷却媒体を投与システムのハウジングに供給するための供給装置を備えている。本発明によれば、投与システム、特に冷却装置は、投与システムの動作時に、ピエゾアクチュエータおよび／またはピエゾアクチュエータに連結された移動機構の少なくとも１つのサブ領域を、予冷された冷却媒体によって直接的に冷却することができるように構成されている。
【００３０】
さらに、本発明の特に利点のある実施形態および開発は、従属請求項および以下の説明から生じ、１つの請求項カテゴリの独立請求項は、別の請求項カテゴリの従属請求項および実施形態と同様に開発することもでき、特に様々な実施形態または変形の個々の特徴はまた、新しい実施形態または変形に組み合わせることができる。
【００３１】
投与システムの少なくとも１つのピエゾアクチュエータは、少なくとも複数のセクションにおいて可撓性であるように構成されたアクチュエータハウジング、たとえば、いくつかのピエゾ素子が密閉されてカプセル化されている折り畳み状の金属ベローズを備えることができる。これは、実際に「アクティブな」ピエゾアクチュエータ、好ましくは圧電活性材料のいくつかの積み重ねられた層を有するモノリシック圧電セラミック多層アクチュエータを、（アクチュエータハウジングとして）別個のアクチュエータケーシング内に配置することができ、それにより、ピエゾ素子のスタック（ピエゾスタック）がアクチュエータチャンバまたは投与システムから完全に密閉されることを意味している。アクチュエータケーシングが、その中にカプセル化されたピエゾスタックに恒久的に接続されるか、または２つの構成要素が機能ユニットを形成するため、アクチュエータケーシングは、本発明の範囲内のピエゾアクチュエータの一部と見なされる。
【００３２】
少なくとも１つのピエゾスタックのアクチュエータケーシングは、好ましくは、投与システムの動作時、すなわちピエゾスタックが偏位されるときでさえ、材料または物質がアクチュエータケーシングを外側から内側にまたは逆方向に貫通することができないように構成される。特に、アクチュエータケーシングは、概して水または湿気を透過しないように構成されている。カプセル化により、本発明のこの実施形態では、ピエゾスタックから離れて面するアクチュエータケーシングの外側表面または外側の少なくとも１つのサブ領域、好ましくはその表面全体に対して、冷却媒体が流れ込まれるか、またはそこに吹き付けられる。
【００３３】
カプセル化されたピエゾスタックを特に効率的に冷却するために、ピエゾスタックの表面から熱を放散するためのピエゾスタックを取り囲む熱伝導媒体をアクチュエータケーシング内に配置することができる。熱伝導媒体は、好ましくは、熱が伝導および／または対流によってピエゾスタック表面からアクチュエータケーシング、たとえば金属体に伝達されるように構成され得る。ピエゾスタック表面は、好ましくは、熱源のための伝熱面を構成することができ、ここでアクチュエータケーシングの（冷却される）少なくとも１つのサブ領域は、ヒートシンクのための伝熱面として構成することができる。代替的または追加的に、アクチュエータケーシングはまた、水分を抑制するための媒体を含むことができる。
【００３４】
利点として、少なくとも１つの、密閉されてカプセル化されたピエゾスタックを有する投与システムでは、圧電活性材料は、投与システムの動作中であっても、投与システムの有害な外部（環境）影響、特に水分から大部分が完全に遮蔽され、それによってピエゾアクチュエータの「耐久性」が大幅に改善される。投与システムの特に効果的な冷却装置は、動作中に内部をかなり加熱し得るカプセル化にもかかわらず、ピエゾスタックが適切に冷却されることを確かなものとする。したがって、精度に加えて、投与システムの（中断のない）耐用年数を大幅に延ばすことができる。密閉して密封されたカプセル化により圧電活性材料への凝縮が防止されるため、液体または水性の冷却媒体を利点を有して冷却に使用することもできる。
【００３５】
可能な限り最も効率的な冷却のために、冷却装置は、動作の結果として生成された投与システムの少なくとも１つの状態パラメータに応じて制御および／または調整ユニットによって、ピエゾアクチュエータおよび／またはピエゾアクチュエータに連結された移動機構の少なくとも１つのサブ領域を直接的に冷却するように構成することができる。このプロセスは温度調整とも呼ばれる。この目的のために、投与システムは、好ましくは、制御および／または調整ユニットに連結される。好ましくは、ユニットを形成する制御技術の観点から組み合わされた、全体として、たとえば、ピエゾアクチュエータまたは移動機構の表面全体を包含するいくつかのサブ領域は、少なくとも１つの状態パラメータに応じて均一に調整することができる。本発明は、本実施形態に基づいて、限定されることなく、以下に記載される。
【００３６】
制御という用語は、制御および／または調整の同義語として以下で使用される。これは、制御について言及する場合でも、制御が少なくとも１つの調整プロセスを含むことができることを意味している。調整のケースでは、制御変数（実際の値として）が概して、継続的に記録され、参照変数（目標値として）と比較される。調整は通常、制御変数が参照変数に近似されるように実行される。これは、制御変数（実際の値）が調整回路の動作経路で継続的にそれ自体に影響を与えることを意味している。
【００３７】
本発明によれば、状態パラメータは、たとえば、ピエゾアクチュエータの少なくとも１つのサブ領域における（表面）温度、および／またはピエゾアクチュエータに連結された移動機構の少なくとも１つのサブ領域における（表面）温度、および／またはハウジングの外側の少なくとも１つのサブ領域における温度（「外側温度」）であり得る。投与システムは、好ましくは投与システムの制御ユニットに連結されている１つまたは複数の温度センサを備えることができる。
【００３８】
ピエゾアクチュエータの温度を（可能な限り高い分解能で）空間的に監視するために、複数の温度センサを、ピエゾアクチュエータのアクチュエータ表面の長手方向の範囲に沿って実装することができる。ピエゾアクチュエータが、ピエゾスタックがカプセル化されているアクチュエータケーシングを有する場合、複数の温度センサを、アクチュエータケーシングの内壁および／または外壁の異なる領域に配置することもできる。代替的または追加的に、いくつかの温度センサを、移動機構の少なくとも１つの構成要素、たとえばレバーと直接接触して配置することもできる。
【００３９】
代替的に、構成要素の温度を予測または推定するために、いくつかの温度センサを、ハウジング上またはハウジング内のそれぞれの構成要素のすぐ近くに組み立てることができる。さらに、温度センサは、たとえば、赤外線温度センサによって、特定の距離からの移動機構またはピエゾアクチュエータの割り当てられたサブ領域の温度を判定するように構成することもできる。好ましくは、制御が行われることに基づく関連する状態パラメータ（「制御状態パラメータ」）が、ピエゾアクチュエータおよび／または移動機構のいくつかのサブ領域の平均温度または最高温度に対応し得る。
【００４０】
さらなる状態パラメータは、ピエゾアクチュエータの少なくとも１つのサブ領域の長さであり得る。冒頭で説明したように、ピエゾアクチュエータまたは個々のピエゾ素子は、温度依存性の膨張挙動を有し得る。したがって、ピエゾアクチュエータの（動作）状態を監視するために、ピエゾアクチュエータの絶対長および／または長さの動的変化を監視するための少なくとも１つのいわゆる歪みゲージをアクチュエータ表面に取り付けることができる。アクチュエータ全体およびそのサブ領域の長手方向の膨張は、歪みゲージによって監視することができる。歪みゲージはまた、アクチュエータケーシングの内側（たとえば、内壁の領域）および／またはアクチュエータケーシングの外側に提供することができる。
【００４１】
追加的または代替的に、投与システムの開状態における投与システムの排出要素、好ましくはタペット先端と、ノズルまたはノズルシートとの間の距離も、冷却を制御するための状態パラメータとして使用することができる。投与システムの連続的な動作中に、特にタペット先端の領域で摩耗の兆候が生じ得、これによりタペットが短くなりかねない。他方、移動機構の個々の構成要素は、摩擦の結果として熱くなり、それに応じて膨張しかねない。アクチュエータの長さの熱誘導された変化により、移動機構との連結の結果として、タペット先端の実際の位置が目標位置から逸脱しかねない。
【００４２】
この状態パラメータを判定するために、投与システムは、少なくとも１つの運動センサ、たとえば、可動構成要素の移動を測定するための磁気センサを備えることができる。タペットまたはレバーの好ましくは垂直移動測定を実行するために、センサがタペットおよび／またはレバーの磁石と相互作用することができるように、好ましくは、少なくとも１つの熱補償ホールセンサがハウジングの領域に配置され得る。投与材料を分配するためのタペットまたはタペット先端の実際の移動を判定するために、好ましくは、投与システムの閉状態でのタペット先端の位置が開状態での位置と比較され得る。
【００４３】
さらなる追加または代替の状態パラメータは、特定の時間間隔で投与システムによって分配される投与材料の量であり得る。ピエゾアクチュエータは、特に高周波投与材料が分配されている状態、および／または高粘度の媒体を用いる場合に、実行すべき作業が原因でかなり熱くなり得る。したがって、たとえば、供給チャネルの領域における媒体の流量もまた、状態パラメータとして考慮に入れることができる。この状態パラメータを判定するために、少なくとも１つのフローセンサを供給チャネルの領域に配置することができる。代替的または追加的に、「学習された」（投与材料固有の）状態パラメータを制御ユニットまたは投与システムに保存することも可能である。
【００４４】
この点において、少なくとも１つの状態パラメータに応じてピエゾアクチュエータおよび／または移動機構の少なくとも１つのサブ領域の冷却を制御および／または調整する基本概念が、本発明による上述の投与システムに限定されないことに留意されたい。制御コンセプトは本発明の独立したサブ態様に相当する。
【００４５】
したがって、制御コンセプトは、好ましくは、非冷却冷却媒体、たとえば、圧縮室内空気（したがって、本発明の意味での予冷された冷却媒体なし）が、「冷却目的」でピエゾアクチュエータおよび／または移動機構の周りを流れる投与システムにおいても使用され得る。従って、好ましくは、ピエゾアクチュエータおよび／または移動機構の少なくとも１つのサブ領域の「冷却」は、ピエゾアクチュエータの少なくとも１つのサブ領域の長さ、および／または投与システムの排出要素とノズルとの間の距離、および／または投与材料の量に応じて、「冷却目的」でのそれぞれのサブ領域の周りの流れまたはそれに対抗する流れを制御することができる。
【００４６】
前述の状態パラメータは、アクチュエータユニットの現在の（動作中の）状態に関する重要な情報を提供するため、投与システムの包括的な温度管理の一部として適切な補償手段に使用することができる。ピエゾアクチュエータおよび／または移動機構の少なくとも１つのサブ領域の直接的な冷却は、これらのサブ領域での調整を必要とする少なくとも１つの状態パラメータが、投与システムの動作中に非臨界領域において、特にピエゾアクチュエータの負荷変動下でも一貫して安定して維持される、すなわち、所定の目標値に対応するように、制御、好ましくは調整することができる。目標値は、好ましくは、調整の結果として超過されない、または下回らない。代替的に、動作中に状態パラメータが目標範囲内に継続的に維持されるように調整を行うこともできる。
【００４７】
調整のために、対応する目標値または目標範囲は、実際の値としてそれぞれの状態パラメータに割り当てることができ、たとえば、制御ユニットに保存される。異なるタイプの目標値をアクチュエータユニットの異なる領域における同じ状態パラメータに割り当てることができる。たとえば、ピエゾアクチュエータの温度目標値は、移動機構の温度目標値よりも大幅に高くなり得る。
【００４８】
ピエゾアクチュエータのいくつかのサブ領域の直接的な冷却は、アクチュエータ表面の温度（目標値として）が、投与システムの動作中に投与システムの周囲温度に常に対応するように調整することができることが好ましくい。このようにして、ピエゾアクチュエータの「熱的不変性」を達成することができ、それにより、動作中に熱誘導されるピエゾアクチュエータの長手方向の膨張が大幅に防止される。
【００４９】
原則として、ピエゾアクチュエータの（動作中の）最大許容温度を目標値として設定することができるため、投与システムの可能な限り最も高い投与精度が達成される。温度目標値を判定するために、好ましくは、アクチュエータの電流および／または予測される電力消費が考慮に入れられ得る。一般的に使用されるピエゾ材料の熱伝導率が低いため、ピエゾアクチュエータの負荷変動が大きい場合、特にカプセル化されたピエゾアクチュエータの場合、ピエゾアクチュエータ内部でまたはピエゾスタックにおいて発生する熱損失は、ピエゾアクチュエータまたはアクチュエータケーシングの冷却面まで外側に十分な速さで伝導され得ない。結果として、温度勾配が、アクチュエータまたはピエゾスタックのコアからその外面またはアクチュエータケーシングに形成され得る。したがって、ピエゾアクチュエータまたはピエゾスタックは、ピエゾアクチュエータまたはアクチュエータケーシングの表面で目標温度に達しても、長さが変化し得る。したがって、好ましくは、ピエゾアクチュエータのそれぞれの電力消費を考慮に入れることができ、これは、たとえば、（ピエゾアクチュエータまたはアクチュエータケーシングの）表面の「修正された」目標温度を判定するために制御ユニットに保存され、これにより、ピエゾアクチュエータまたはカプセル化されたピエゾスタックの動的な負荷変化があってもピエゾアクチュエータ全体の長手方向の拡張が防止される。
【００５０】
ピエゾアクチュエータの長手方向の拡張も、目標値として直接考慮され得、これは、前述のように、歪みセンサによって判定することができる。ピエゾアクチュエータのいくつかのサブ領域の冷却は、好ましくは、投与システムの動作中にピエゾアクチュエータが一定の特定可能なピエゾアクチュエータの長さを有するように、制御、特に熱的に調整され得る。これに応じて、室温でのピエゾアクチュエータの「出力」長さまたはピエゾアクチュエータの最大許容長さが目標値として使用され得る。
【００５１】
代替的または追加的に、移動機構のいくつかのサブ領域の直接的な冷却は、投与システムの動作中に可能な限り一貫して、排出要素、特にその先端の不変の（目標）移動が達成されるように、（熱的に）調整することができる。これに応じて、投与システムの開状態におけるタペット先端とノズルインサートまたはノズルの密閉シートとの間の距離、またはタペットストロークあたりのタペット先端によってカバーされる距離は、目標値または目標範囲として機能し得る。また、ハウジングの最大許容「外気温」を目標値として使用することも考えられる。
【００５２】
直接的な冷却を調整するために、少なくとも１つの状態パラメータと割り当てられた目標値との実質的な「リアルタイム比較」を制御ユニットで行うことができる。複数のサブ領域を１つの状態パラメータのみに応じて均一に調整することができることが好ましく、ここで、同時に、少なくとも１つのさらなる状態パラメータが、制御ユニットによって継続的に「監視」される。たとえば、「監視」は、それぞれの状態パラメータが（現在）割り当てられた目標値を大幅に下回っている場合に意味をなし、そのため、この点に関して調整は（まだ）必要とされない。「監視された」状態パラメータの実際の値が目標値に近づくとすぐに、たとえば、アクチュエータの動作条件の変更の結果として、この状態パラメータも（また）冷却を調整するために考慮に入れられ得る。それぞれの状態パラメータは、好ましくは、いくつかのサブ領域の直接的な冷却が行われることに応じて、投与システムの動作中に変化し得る。
【００５３】
温度管理の一部として、一方では、冷却の強度は、たとえば、ハウジングに流入する予冷された冷却媒体の体積流量を調整することによって調整することができる。結果として、冷却媒体がいくつかのサブ領域に作用する強度を調整することも可能である。代替的または追加的に、予冷された冷却媒体の（目標）温度は、冷却媒体がハウジングに入るときに調整することもできる。制御ユニットは、この目的のために冷熱発生装置に連結することができる。直接的な冷却の強度は、好ましくは、投与システムの動作中に動的に（必要に応じて）適応させられ得る。直接的な冷却の正確な「位置」はさらに制御することができる。以下に説明するように、ピエゾアクチュエータおよび移動機構は、好ましくは、冷却媒体を用いて別々に作用させられ得る。
【００５４】
投与システムの冷却装置は、ピエゾアクチュエータおよび移動機構のいくつかのサブ領域を一緒に、すなわちユニットとして直接的に冷却するように構成することができる（「複合冷却」）。冷却装置は、好ましくは、冷却媒体用の供給装置または排出装置をそれぞれが有する単一の冷却回路のみを備え、ここで、冷却回路は、一緒にアクチュエータチャンバおよび移動機構のチャンバを備える。これは、ピエゾアクチュエータおよび移動機構のサブ領域が同じ（目標）温度の冷却媒体で作用させられることを意味している。直接的な冷却は、好ましくは、２つの構成要素のうちの一方のみの状態パラメータに応じて調整され得る。たとえば、ピエゾアクチュエータおよび移動機構の直接的な冷却は、ピエゾアクチュエータの表面温度に応じて排他的に調整され得る。
【００５５】
しかし、特に効率的な温度管理のために、冷却装置はまた、制御ユニットによって別々に、特にピエゾアクチュエータに連結された移動機構の少なくとも１つのサブ領域の直接的な冷却の制御および／または調整とは別にまたは無関係にピエゾアクチュエータの少なくとも１つのサブ領域の直接的な冷却を制御および／または調整するように構成することができる。したがって、冷却装置は、好ましくは、予冷された冷却媒体を個別に供給され得る、それぞれが別個の供給および排出装置を有する、２つの別個に構成された、独立して動作する冷却回路を備え得る。ピエゾアクチュエータを冷却するための冷却回路は、好ましくは、別々に、特に移動機構を冷却するための冷却回路から（空間的に）分離されて構成され得る。これに応じて、制御ユニットはまた、ピエゾアクチュエータまたは移動機構のそれぞれの状態パラメータを互いに別々に検出および処理するために、すなわち、それぞれの冷却回路に冷却媒体を供給し、冷却媒体を冷却されるそれぞれのサブ領域に導くために、２つの別個の「冷却調整または制御回路」を備えることができる。
【００５６】
好ましくは、一方で、ピエゾアクチュエータのいくつかのサブ領域、たとえば、アクチュエータ表面全体を、冷却装置によって第１の目標温度まで冷却することができ、その結果、アクチュエータの動作にとって最も利点のある条件が得られるか、または投与精度が向上する。
【００５７】
他方、同様の方法で、移動機構のいくつかのサブ領域、たとえば、タペットと接触するレバーの「ヘッド領域」を、冷却装置によって第１の目標温度とは異なり得る第２の目標温度まで冷却することができる。これらのサブ領域を別々に冷却することで、移動機構の冷却を、ピエゾアクチュエータのしばしば非常に動的な冷却要件から切り離すことができる。
【００５８】
移動機構のサブ領域の直接的な冷却は、好ましくは、移動機構の構成要素および／または排出要素の摩耗の兆候を補うことができるように（熱的に）調整され得る。この目的のために、標的化方法で、温度管理の一部としての投与システムの動作から生じる投与システムの個々のまたはいくつかの構成要素の加熱の利点を生かすことに利点があり得るか、またはその必要があり得る。前述のように、移動機構は摩擦熱によって特に熱くなり得る。タペットは、タペット先端の領域で予熱された媒体と接触するために熱くなり得る。さらに、２つの構成要素は、少なくとも一時的な連結によって互いに熱的に影響を与え得る。
【００５９】
特に「レバーヘッド」の領域におけるレバーおよび／またはタペットのタペットヘッドの熱誘導された膨張は、好ましくは、タペットの目標ストロークを（状態パラメータとして）安定させるために、ノズルの領域におけるタペットの摩耗に関連した短縮を補うために使用され得る。
【００６０】
投与システムが動作しているときに、タペットは、特にタペットヘッドと共に、移動機構を取り囲む投与システムのチャンバ内に少なくとも部分的に突出し、その結果、冷却媒体は、タペットを通って「流れ」、移動機構を冷却する。したがって、別々の温度調整の結果として、レバーおよび／またはタペットに存在する（固有の）熱を使用して、タペットの目標ストロークを維持するために、移動機構は、好ましくは、強く加熱される可能性のあるピエゾアクチュエータよりも強度が低く冷却され得る。移動機構への直接的な流れは、特に好ましくは、排出要素の少なくともサブ領域の「並行流」が存在するときにタペットの目標値ストロークが維持されるように調整され得る。
【００６１】
利点として、投与システムの温度管理は、ピエゾアクチュエータまたは移動機構の冷却の範囲および強度が、アクチュエータユニットの現在の（動作中の）状態に常に適応されることを確実にするために使用することができる。特に、アクチュエータユニットへの負荷が低いときに冷却能力をそれに応じて抑制し、冷却媒体の消費を減らすために、ピエゾアクチュエータの負荷変動を考慮に入れることができる。
【００６２】
ピエゾアクチュエータおよび移動機構の冷却の分離により、冷却媒体の消費量をさらに削減することができる。さらに、これにより、移動機構の摩耗の兆候に関する補償措置の範囲も拡大し、これは、投与システムの精度に利点のある効果をもたらすことができる。
【００６３】
対照的に、「複合冷却」を有する投与システムは、アクチュエータユニット全体に必要な共通の冷却回路が１つだけであるため、冷却装置の構造的単純化、およびしたがって投与システムの製造コストの削減という利点を提供する。この設計でも、摩耗が発生する兆候は、後で説明するように、たとえば移動機構の選択的な加熱によって補償することができる。
【００６４】
投与システムの動作中に所定の冷却能力を一貫して維持するために、好ましくは、（１つまたは複数の）冷却回路に供給される予冷された冷却媒体が形成される、すなわち、十分に冷たく、ハウジング内に十分な量で存在する。冷却媒体の（目標）温度は、好ましくは、ピエゾアクチュエータおよび／またはピエゾアクチュエータに連結された移動機構の少なくとも１つのサブ領域における（それぞれの）冒頭で説明された目標値が、直接的な冷却の結果として動作中に安定した状態に保たれるように（低く）制御ユニットによって判定され得る。
【００６５】
冷却媒体を所定の（目標）温度まで冷却するために、冷却装置は、冷熱発生装置を備えることができる。冷却装置、特に供給装置は、好ましくは、アクチュエータチャンバおよび／または移動機構のチャンバにおける予冷された冷却媒体をハウジング内に提供するように構成される。冷却装置は、好ましくは、必要に応じて、予冷された冷却媒体をハウジング内に分配するようにさらに構成される。好ましくは、予冷された冷却媒体はまた、ピエゾアクチュエータまたは移動機構のいくつかのサブ領域の表面に衝突するときに具体的な（目標）温度を有する。
【００６６】
流入する冷却媒体を（それぞれの）供給装置から可能な限り方向付けられた方法で冷却されるサブ領域に誘導し、その後、ハウジングの排出装置に誘導するために、冷却装置は、ハウジング内に流れを方向づける要素、たとえば、別個に作動可能なフローチャネル、バッフル、ファンなどを備えることができる。好ましくは、冷却装置は、少なくとも、（目標）温度を有するハウジング内に冷却媒体を提供する、ピエゾアクチュエータおよび／または移動機構のいくつかのサブ領域でハウジング内の冷却媒体を誘導する、ハウジングから冷却媒体を排出する、および随意に冷却媒体を冷熱発生装置に再び供給するために、冷却媒体を（目標）温度に冷却するための構成要素を備える。
【００６７】
冷却媒体を冷却するための冷熱発生装置は、好ましくは、任意のタイプの「アクティブな」冷熱源を含み得る。冷熱源は、好ましくは、冷気をアクティブに「生成」するために、物質、たとえば、冷却媒体から熱エネルギーをアクティブに放散するように構成される。したがって、冷却装置は、好ましくは、少なくとも１つの冷熱源を含み得る。
【００６８】
冷熱発生装置は、個別に構成することができるため、個々の投与システムの固定部分としては構成されない。冷熱発生装置は、好ましくは、複数の投与システムと相互作用し得る。予冷された冷却媒体をハウジング内に誘導するために、冷熱発生装置は、冷却装置の冷却媒体供給ライン、たとえば、温度絶縁された可撓性ラインによって、ハウジングの少なくとも１つの接続点に連結することができる。
【００６９】
第１の実施形態によれば、冷熱発生装置は、好ましくは、冷却媒体を具体的な絶対（目標）温度まで冷却するように構成される。冷熱発生装置は、好ましくは、投与システムまたは冷熱発生装置の周囲空気の温度および／または湿度に関係なく動作され得る。これは、冷却媒体の温度を、冷熱発生装置によって周囲温度に対して低下させることができるだけでなく、「任意の」値、すなわち、投与システムの動作に関して必要とされる値に設定することもできることを意味している。冷熱発生装置は、好ましくは、（冷熱源として）冷凍機の原理を利用し得る。たとえば、冷熱発生装置は、少なくとも圧縮冷凍システムを備え得る。そのような冷凍機は、好ましくは、２つまたはそれ以上の別個の投与システムに冷却された冷却媒体を供給するように構成され得る。液体および／またはガス状媒体が冷却媒体として適切であり、ここでは、高い熱容量を有する冷却媒体が好ましい。
【００７０】
代替的および追加的に、冷熱発生装置は、熱電冷却の原理を利用することができる。したがって、冷熱発生装置は、好ましくは、（冷熱源として）少なくとも１つのペルチェ素子を備え得る。
【００７１】
好ましくは、圧縮された、および（アクティブに）冷却された空気が冷却媒体として使用され得るが、これは、その空気が比較的少ない労力で提供され得、動作可能な（カプセル化されていない）ピエゾアクチュエータの吸湿性と互換性があり得るためである。したがって、本発明の別の実施形態では、冷熱発生装置は、冷却媒体を具体的な（目標）温度まで冷却するための（冷熱源としての）少なくとも１つのボルテックスチューブを備えることができる。ボルテックスチューブから出る冷却空気の温度は、好ましくは、ボルテックスチューブの熱風出口の領域にある調節可能な調整弁によって調整され得る。代替的または追加的に、ボルテックスチューブのボルテックスチャンバに流入する空気の体積流量は、たとえば、ボルテックスチューブの上流の比例弁によって、必要に応じた量の予冷された冷却媒体を提供するように適応させることもできる。それぞれのボルテックスチューブの調整弁または比例弁は、好ましくは、冷却媒体にハウジング内の（目標）温度が提供されるように、制御ユニットによって調整され得る。アクチュエータユニットの温度感受性の構成要素の直接的な冷却のために、単一のボルテックスチューブによって提供される予冷された冷却媒体の量は十分であることが好ましい。
【００７２】
さらなる実施形態によれば、冷熱発生装置は、好ましくは、冷凍機、たとえば、圧縮冷凍システム、およびそれと相互作用する少なくとも１つの下流のボルテックスチューブを備え得る。冷却装置はまた、好ましくは、１つを超える、すなわち、少なくとも２つの異なる冷熱源を含み得る。特に、複数の冷熱源は、別々に作動可能であるように構成することができる。好ましくは、事前に制御または冷却された冷却媒体は、最終的にボルテックスチューブによって（目標）温度まで冷却され得る。この相互作用の結果として、冷却媒体は、冷凍機の「可能な限り低い」冷却温度を下回る温度まで冷却することができる。
【００７３】
利点として、冷却装置の冷熱発生装置は、ハウジング内に存在する十分に大量の十分に冷却された冷却媒体が、投与システムの動作中にいくつかのサブ領域における１つまたは複数の状態パラメータを非臨界の目標範囲内に一貫して維持することができることを確かのものとするために使用することができる。冷凍機がボルテックスチューブと相互作用するときに、冷却のための非常に広いまたは深い制御範囲を特に達成することができる。したがって、投与システムは、特に高温などの好ましくない環境条件下でも最大の投与頻度で動作させることができ、ここで、高い投与精度が同時に保証される。
【００７４】
投与精度をさらに改善するために、ピエゾアクチュエータに連結されたアクチュエータユニットの移動機構の少なくとも１つのサブ領域は、移動機構の少なくとも１つのサブ領域を加熱するための調整可能な加熱装置を備えることができる。
【００７５】
この目的のために、加熱装置は、たとえば、レバー内または上の加熱コイルの形態で移動機構の一部として実装することができる。
【００７６】
代替的または追加的に、アクチュエータユニットのハウジングは、移動機構の少なくとも１つのサブ領域を加熱するための、制御ユニットによって調整することができる、少なくとも１つの加熱装置を備えることができる。サブ領域は、好ましくは、伝導によって所定の温度まで加熱され得る。加熱装置、たとえば、加熱カートリッジまたは加熱コイルは、たとえば、加熱装置とピエゾアクチュエータとの間のハウジング内の断熱空気で満たされたスロットによって、ピエゾアクチュエータから熱的に分離することができる。
【００７７】
ハウジングは、好ましくは、特に加熱カートリッジと熱デカップリングとの間の領域に少なくとも１つの温度センサを備え得る。このタイプの投与システムの場合に概してそうであるように、ノズルまたは投与材料を加熱するための加熱装置を、ノズル領域に追加で提供することができる。
【００７８】
加熱装置は、好ましくは、ピエゾアクチュエータおよび／または移動機構のいくつかのサブ領域において、特にそれぞれの目標値の領域において、動作中に可能な限り一貫して投与システムの１つまたは複数の状態パラメータを維持するように投与システムの冷却装置と協働するように構成される。好ましくは、投与システムの加熱装置および冷却装置は、ピエゾアクチュエータおよび／またはピエゾアクチュエータに連結された移動機構の少なくとも１つのサブ領域における（目標）温度および／またはピエゾアクチュエータの長さおよび／または投与システムの開状態における排出要素とノズルとの間の距離および／または投与材料の量が、投与システムが動作しているときの投与材料の分配中に一貫して主に一定であるように相互作用することができる。
【００７９】
加熱効果および冷却効果は、好ましくは、投与システムの動作中に可能な限り最も効率的な方法で少なくとも１つの「制御状態パラメータ」が目標範囲内で保たれるように、制御ユニットによって互いに調整され得る。制御ユニットは、加熱装置を別個に、特に冷却装置とは別個に作動させるために、好ましくは、「加熱調整または制御の回路」を備え得る。
【００８０】
加熱装置および冷却装置は、好ましくは、少なくとも一時的に並行して動作させられ得る、すなわち、好ましくは、いくつかのサブ領域が直接同時に加熱および冷却され得る（「重複調整」）。「重複調整」は、好ましくは、加熱エネルギーまたは冷却媒体の消費が可能な限り低くなるように行われ、すなわち、加熱装置および冷却装置は、全負荷で互いに対して継続的に働かない。たとえば、「複合冷却」が伴う投与システムでは、冷却装置は、アクチュエータ表面の領域で目標値の温度に到達するように制御され得る。さらに、加熱装置は、移動機構のいくつかのサブ領域（および伝導によって排出要素またはタペットも）が、排出要素のストロークに対する目標値を維持するために（より高い）目標温度まで加熱されるように制御することができる。
【００８１】
代替的または追加的に、加熱装置はまた、ハウジングの領域、特に移動機構のチャンバを取り囲むハウジングの領域において所望の熱誘導された膨張を達成するような方法で制御することができる。ハウジングの少なくとも１つの領域の熱誘導された膨張は、好ましくは、排出要素のストロークの目標値が投与システムの動作中に安定に保たれるように行われ得る。
【００８２】
利点として、摩耗補償の可能性は、別個に作動可能な加熱装置によってさらに改善することができ、たとえば、ここで、排出要素またはタペットの短縮が、移動機構の個々のサブ領域の、または間接的にまたタペットおよび／またはハウジングの目標とされた加熱または制御された熱膨張によって補われる。したがって、投与システムの開状態では、タペット先端は常に、ノズルから初期距離または目標距離に位置づけることができ、その結果、タペットストロークごとに分配される投与材料の量は一定に保たれる。同時に、加熱装置は、ピエゾアクチュエータの関連する状態パラメータ（たとえば、アクチュエータの温度または長さ）も非臨界範囲内に保つことができるように、投与システム内に構成および配置される。
【００８３】
実際、前述の利点は「複合冷却」のシステムでも使用できるため、随意に非常に低温の冷却媒体によって直接作用する移動機構のいくつかのサブ領域にかかわらず、これらの領域の所望の熱膨張を達成することができる。したがって、投与システムの構造的単純化にもかかわらず、投与材料の送達において一貫して高レベルの精度を達成することができる。さらに、加熱装置および冷却装置のわずかに制御された「互いの働き」（「重複調整」）は、外乱に対する投与システムの状態パラメータの「剛性」または一貫性の増大に利点を有して寄与することができる。
【００８４】
本発明は、実施形態を使用して添付の図面を参照して以下でより詳細に説明される。同じ構成要素には、さまざまな図面で同じ参照番号が付与されている。図面は通常、縮尺通りではい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施形態による投与システムの断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態による断面に示される投与システムの部品を示す。
【図３】本発明の他の実施形態による断面に示される投与システムの部品を示す。
【図４】本発明の他の実施形態による断面に示される投与システムの部品を示す。
【図５】本発明の実施形態による断面に示される投与システムのアクチュエータユニットの部品を示す。
【図６】本発明の実施形態による投与システムのためのカプセル化されたピエゾアクチュエータの断面図である。
【図７】本発明の実施形態による投与システムのための冷却装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００８６】
ここで、本発明による投与システム１の具体的な実施形態が、図１を参照して説明される。投与システム１は、たとえば投与システム１の動作中の、ここでは通常の意図された場所または姿勢に示されている。投与システム１の下部領域にノズル４０が配置され、これにより、媒体の液滴は、ノズル４０を通って排出方向Ｒで下向きに排出される。したがって、下、および、上、の用語が以下で使用される限り、これらの詳細は常に、投与システム１のそのような、通常の従来の姿勢に関連する。しかし、これは、たとえば、投与システム１を特別な用途において異なる姿勢で使用することもでき、液滴が横方向に放出されることを排除するものではない。これは基本的に、媒体、圧力、正確な構造、および排出システム全体の作動によっても可能である。
【００８７】
投与システム１は、必須の構成要素として、アクチュエータユニット１０および流体ユニット３０を備える。ここに示す投与システム１の実施形態では、アクチュエータユニット１０および流体ユニット３０は、たとえば固定ねじ２３によって、互いに固定するように接続されている。しかし、それぞれのアセンブリ１０、３０が、互いに連結されてクイックリリース連結を形成することができるプラグイン連結部品のように実装することもできることに留意されたい。アクチュエータユニット１０および流体ユニット３０は、投与システム１を形成するために、工具なしで互いに連結され得る。
【００８８】
アクチュエータユニット１０は、以下に説明するように、ノズル４０内の排出要素３１（ここではタペット３１）の駆動または移動、したがって、たとえば、ピエゾアクチュエータ６０および移動機構１４によって、流体ユニット３０の排出要素３１を作動させることができることを確実にするすべての構成要素、および同様の構成要素を実質的に備える。
【００８９】
ノズル４０およびノズル４０への媒体の供給ライン４４に加えて、流体ユニット３０は、媒体と直接接触している他のすべての部品、および媒体と接触している関連する部品を一緒に組み立てるために、またはそれらを流体ユニット３０上のそれらの位置に保持するために必要とされる要素を備える。
【００９０】
ここに示す投与システム１の実施形態では、アクチュエータユニット１０は、２つの内部チャンバ、すなわち、１つはピエゾアクチュエータ６０が中に配置されたアクチュエータチャンバ１２、およびもう１つは流体ユニット３０の可動の排出要素３１（ここではタペット３１）が突出する作用チャンバ１３を有するアクチュエータユニットのハウジングブロック１１を備える。アクチュエータチャンバ１２から作用チャンバ１３に突出する移動機構１４を介して、タペット３１は、流体ユニット３０が所望の時間に所望の量で投与される媒体を排出するように、ピエゾアクチュエータ６０によって作動される。ここで、タペット３１は、ノズル開口部４１を閉じ、したがって閉鎖要素３１としても機能する。しかし、媒体の大部分は、タペット３１が閉鎖方向に移動しているときにノズル開口部４１から排出されるだけであるため、ここでは排出要素３１として参照される。
【００９１】
ピエゾアクチュエータ６０は、作動のために電気的または信号的に投与システム１の制御ユニット９０に接続されている。この制御ユニット９０への接続は、たとえば適切なプラグであるピエゾアクチュエータ制御接続部６６に接続されている制御ケーブル９１を介して行われる。２つの制御接続部６６は各々、制御ユニット９０によってピエゾアクチュエータ６０を作動させるために、接触ピン６１またはピエゾアクチュエータ６０のそれぞれの接続極に連結されている。図１に示されているものとは対照的に、制御接続部６６は、たとえば、予冷された冷却媒体を使用してピエゾアクチュエータ６０のいくつかのサブ領域の、以下に記載される、直接的な冷却に関連して、それぞれ実装された制御接続部６６の領域において外部からアクチュエータチャンバ１２に空気が実質的に侵入することができないように密封された方法でハウジング１１を通って誘導され得る。ピエゾアクチュエータ６０、特にピエゾアクチュエータの制御接続部６６には、たとえば、ピエゾアクチュエータ６０に関する物品指定などの情報または制御パラメータが保存されている適切なメモリユニット（たとえば、ＥＥＰＯＲなど）を設けることができ、制御パラメータは、ピエゾアクチュエータ６０を特定し、適切な方法で作動させるために制御ユニット９０によって読み取られることが可能になる。制御ケーブル９１は、複数の制御線およびデータ線を備えることができる。しかし、ピエゾアクチュエータの基本的な作動は知られているため、これについてはこれ以上説明しない。
【００９２】
ピエゾアクチュエータ６０は、制御装置９０による配線に従ってアクチュエータチャンバ１２の長手方向に延び縮みすることができる。ピエゾアクチュエータ６０は、上からアクチュエータチャンバ１２へと挿入することができる。ねじ込み運動によって高さ調節可能な球形キャップが、上部アバットメント（本明細書では図示されず）として機能することができ、これにより、ピエゾアクチュエータ６０を移動機構１４、ここではレバー１６に対して正確に調節することができる。したがって、ピエゾアクチュエータ６０は、底部で鋭角に先細り、次にアクチュエータチャンバ１２の下端にあるレバーベアリング１８上で静止する圧力片２０を介して下方向にレバー１６に取り付けられる。レバー１６は、このレバーベアリング１８を介して傾斜軸Ｋを中心に傾斜され得、これにより、レバー１６のレバーアームが、ブレークスルー１５を通って作用チャンバ１３に突出する。レバーアームの端部において、レバー１６は、アクチュエータユニット１０に連結された流体ユニット３０のタペット３１の方向に向いている接触面１７を有し、これによって、タペットヘッド３３の接触面３４が押される。
【００９３】
この点について、示される実施形態では、レバー１６の接触面１７がタペットヘッド３３の接触面３４と恒久的に接触し、ここで、タペットスプリング３５がタペットヘッド３３を下からレバー１６に押し付けるようにされることに言及されるべきである。レバー１６はタペット３１上で静止する。しかし、２つの構成要素１６、３１間に固定接続はない。しかし、原則として、タペットスプリング３５が、初期位置または静止位置におけるタペット３１およびレバー１６と離れていることも可能であり、これにより、レバー１６は、最初に、下向きに枢動されるときに特定の経路セクションを通って自由に移動し、それによって速度を上げ、その後、タペット３１が順に媒体にかける吐出の勢いを増大させるために、高い勢いで、タペット３１またはその接触面３４に衝突する。駆動システム（レバーピエゾアクチュエータ移動システム）のほぼ一定のプリテンションを可能にするために、レバー１６は、タペット３１と接触する端部でアクチュエータスプリング１９によって上方に押される。
【００９４】
前述のように、流体ユニット３０は、固定ねじ２３によってアクチュエータユニット１０に接続される。タペット３１は、タペットスプリング３５によって、タペットシール３６が下向きに接続されているタペットベアリング３７上に支持される。タペットスプリング３５は、タペットヘッド３３をタペットベアリング３７から軸方向に上方に押し出す。したがって、タペット先端３２もまた、ノズル４０の密閉シート４３から押し出される。すなわち、上からのタペットヘッド３３の接触面３４への外圧なしで、タペットスプリング３５の静止位置で、タペット先端３２は、ノズル４０の密閉シート４３から離れて配置される。したがって、ノズル開口部４１もまた、ピエゾアクチュエータ６０の静止状態（非膨張状態）で自由であり、すなわち閉じられていない。
【００９５】
投与材料は、供給チャネル４４が通じるノズルチャンバ４２を介してノズル４０に供給される。他方で、供給チャネル４４は、リザーバインターフェース４５によって媒体リザーバ４６に接続される。さらに、流体ユニット３０はまた、ほんの数例を挙げると、フレーム部品４７、加熱接続ケーブル４９を備えた加熱装置４８などの、このタイプの投与システムで通常使用される一連の追加の構成要素を備えることができる。投与システムの基本構造は知られているため、明確さのために、主に、少なくとも間接的に本発明に関連するそれらの構成要素が本明細書で示されている。
【００９６】
投与システム１は、予冷された冷却媒体をアクチュエータユニット１０のハウジング１１に供給するために、供給装置２１を有する冷却装置２を備える。ここでの供給装置２１は、冷却媒体供給ラインを接続するための連結点（図示せず）としてプラグニップル２１またはホースオリーブ２１を備える。したがって、冷却媒体をアクチュエータチャンバ１２に直接誘導するために、ハウジング１１の領域を直接的に冷却することなく、供給装置２１は、プラグニップル２１に従う流入チャネル２６をさらに備える。プラグニップル２１および流入チャネル２６が、ここでおよび以下の図においても、供給装置２１のいくつかのさらなる考えられ得る構成要素の代表的なものにすぎないことが指摘されるべきである。流入する冷却媒体は、流れを方向づける要素（図示されず）によってアクチュエータチャンバ１２内のピエゾアクチュエータ６０のいくつかのサブ領域に標的化方法で方向づけられ、その結果、冷却媒体は、好ましくは、ピエゾアクチュエータ６０の表面全体に直接吹き付けられる。
【００９７】
本実施形態では、アクチュエータチャンバ１２は、作用チャンバ１３に連続的に接続される。したがって、アクチュエータチャンバ１２に流入する冷却媒体、たとえば、目標温度に冷却された圧縮空気は、移動機構のいくつかのサブ領域も直接的に冷却されるように冷却装置によって標的化方法で方向づけることができる。冷却装置は、アクチュエータチャンバ１２および作用チャンバ１３内に冷却媒体の流れを形成し、主に、冷却されるサブ領域の表面、好ましくは正面のみが、集中的に冷却媒体を用いて作用されるように、その流れを方向づけるように構成されている。
【００９８】
対照的に、直接的に冷却されるべきではない投与システム１の他の領域、たとえば、ハウジング１１の外壁またはアクチュエータチャンバ１２または作用チャンバ１３の内壁には、集中的には冷却媒体は吹き付けられない。後者の領域には実際に、冷却媒体が通過されるか、またはかすめて通される（「沿って流される」）が、それらに対する直接的な流れはないため、冷却媒体はここで完全な冷却能力を発揮しない。
【００９９】
冷却媒体は、排出装置２２の排出チャネル２７によってハウジングを出る。排出装置２２は、ここでは本発明による冷却装置２の一部として構成される。
【０１００】
アクチュエータチャンバ１２または作用チャンバ１３からの機械的摩耗を、冷却媒体の流れによって投与システム１から除去することもできる。本発明の本実施形態では、ピエゾアクチュエータおよび移動機構のいくつかのサブ領域は、一緒に、すなわち、ユニットとして直接的に冷却される（「複合冷却」）。したがって、ここでの投与システム１は、１つの冷却回路のみを備える。
【０１０１】
原則として、ピエゾアクチュエータ６０および移動機構１４は、投与システムが動作しているときに一定の強度で直接的に冷却することができる（「未調整の冷却」）。しかし、図１に示されるように、直接的な冷却は、制御ユニット９０によって必要に応じて調整されることが好ましい。ピエゾアクチュエータ６０および移動機構１４は、一緒にまたはユニットとして冷却されるため、制御ユニット９０は、ここでは単一の制御および／または調整回路を必要とするだけである。たとえば、冷却は、動作中にピエゾアクチュエータ６０を一定の長さに調整するために、（状態パラメータとして）アクチュエータ表面の温度に応じて調整され得る。この目的のために、ピエゾアクチュエータ６０は、いくつかの温度センサを備えることができ、ここで、対応する測定値は、温度センサ接続ケーブルによって制御ユニット９０に供給される。これについては後に図３および図６を参照して説明される。
【０１０２】
制御ユニット９０は、冷熱発生装置、たとえば、圧縮冷凍システムおよび／またはボルテックスチューブ（図７を参照）に連結され、ハウジング１１に十分に冷却された冷却媒体十分な体積流量で供給されて分配されるように状態パラメータに応じて制御し、これにより、少なくとも１つの状態パラメータが、直接的な冷却の結果として割り当てられた目標値に一貫して対応する。
【０１０３】
図１に示される実施形態では、ピエゾアクチュエータ６０および移動機構１４の共通の冷却により、移動機構１４は、発生する摩擦熱を使用して移動機構１４の部品の摩耗を単独で補うことは不可能であるように、たとえば、ピエゾアクチュエータの目標温度に一致される冷却媒体によって強く冷却することができる。それにもかかわらず、冷却装置の構造的単純化の利点を可能な限り最も高い投与精度と組み合わせるために、移動機構１４のサブ領域の熱誘導された膨張を、標的化方法でもたらすことができる。この目的のために、ハウジング１１は、加熱装置５１、ここでは加熱カートリッジ５１を備え、これは、加熱カートリッジ接続ケーブル９２を使用して制御ユニット９０によって作動させることができる。加熱カートリッジ５１によって生成される熱は、たとえば、伝導および／または熱放射によって、移動機構１４の少なくとも１つのサブ領域、たとえば、タペットヘッド３３上で静止しているレバー１６（「レバーヘッド」）の領域の加熱に、および／またはハウジング１１の加熱につながり、したがって、ハウジング材料の長さの対応する変化につながる。
【０１０４】
図１では、温度センサ５２が、加熱カートリッジ５１のすぐ近くのハウジング１１に配置され、温度センサ接続ケーブル８６によって制御ユニット９０に連結されている。温度センサ５２によって判定されたデータは、ハウジング１１の領域内の温度を検出するために使用することができる。制御ユニット９０は、ハウジング１１、特に作用チャンバ１３を取り囲むハウジング１１の領域が、移動機構１４の直接的な冷却にもかかわらず冷却媒体と共に目標温度に加熱されて（「重複調整」）、ハウジング１１の所望の熱誘導膨張を達成するように、加熱カートリッジ５１を作動させることができる。熱誘導膨張によって、たとえば、ここではハウジング１１の垂直方向の伸長に対応するハウジング１１の長さが所望の量だけ増加する。結果として、ピエゾアクチュエータ６０に対する移動機構１４の場所または位置も（関連して）変更することができる。これにより、排出要素３１に対するレバー１６の位置は変化する。これは、レバーベアリング１８とピエゾアクチュエータ６０との間の距離もそれによって影響を受け、したがって、続いて投与システム１の排出要素３１とノズル４０との間の距離も影響を受けるからである。
【０１０５】
作用チャンバ１３の領域には、ピエゾアクチュエータ６０の偏位の結果として「レバーヘッド」の主に垂直移動を判定するために、「レバーヘッド」（図示せず）の領域内の磁石と相互作用する運動センサ５３、たとえば、熱補償ホールセンサ５３がさらに配置される。「レバーヘッド」の垂直移動は、タペット３１の（垂直）ストロークに略対応する。熱補償ホールセンサ５３からのデータ（タペットストロークあたりの移動測定値）は、制御ユニット９０に供給される。このデータによって、（状態パラメータとしての）投与システムの開状態におけるタペット先端３２とノズル４０またはノズルシート４３との間の実際の距離についての結論を導き出すことができる。制御ユニット９０は、たとえば、温度センサ５２およびホールセンサ５３のデータを考慮に入れて、移動機構１４の直接的な冷却中であっても、タペット３１の目標ストロークが、移動機構１４および／またはタペット３１の構成要素の摩耗にもかかわらず安定して保たれるように、加熱カートリッジ５１を制御することができる。
【０１０６】
ハウジング１１は、加熱カートリッジ５１をピエゾアクチュエータ６０から熱的に切り離して冷却させるために、垂直に走る空気で充填されたスロット５０を備えている。したがって、加熱カートリッジ５１によって生成される熱は、主に移動機構１４の方向に向けられる。投与システム１の実施形態に応じて、作用チャンバ１３からのアクチュエータチャンバ１２の熱デカップリングも提供することができる（図２）。
【０１０７】
図２は、本発明の別の実施形態による投与システムの部品を示している。ここでのおよび図３および４での流体ユニットは、図１の流体ユニットに従う構造に対応しているため、アセンブリは明確さのために部分的にのみ示されている。ピエゾアクチュエータまたは加熱カートリッジと接触するための制御ユニットおよび対応するケーブル、ならびにハウジング内の温度センサも、繰り返しを避けるために示されていないか、または部分的にのみ示されている。
【０１０８】
図１による実施形態との本質的な違いは、ここでの投与システム１の冷却装置２（図２）が、移動機構１４とは独立して、または別々に、ピエゾアクチュエータ６０を直接的に冷却するために、２つの別個に構成された作動可能な冷却回路を備えることである。冷却装置２の第１の冷却回路は、ピエゾアクチュエータ６０を直接的に冷却するように構成され、ここで、冷却回路は、アクチュエータチャンバ１２の下部領域に、流入チャネル２６を有する供給装置２１と、それと相互作用する流出チャネル２７を有する排出装置２５とを備える。
【０１０９】
ピエゾアクチュエータ６０の冷却を移動機構１４の冷却から切り離すために、ピエゾアクチュエータ６０の足領域、たとえば、ピエゾアクチュエータ６０が上に固定される円形プレートと、アクチュエータチャンバ１２の内壁との間に、少なくとも１つのＯリング５４が配置される。したがって、Ｏリング５４は、底部に向かってアクチュエータチャンバ１２の範囲を定め、冷却媒体のための障壁を形成する。本実施形態では、Ｏリング５４は冷却装置２の一部である。細分化により、チャンバは、レバーベアリング１８の領域においてＯリング５４の下に構成され、チャンバは、もはやアクチュエータチャンバ１２の冷却回路に含まれない。このチャンバは、ブレークスルー１５によって作用チャンバ１３に接続され、したがって、本実施形態では、作用チャンバ１３の一部、したがって、投与システム１の移動機構１４を取り囲むチャンバ１３と見なされる。
【０１１０】
ここでの冷却装置２は、移動機構１４の少なくとも１つのサブ領域を直接的に冷却するための第２の別個の冷却回路を備える。この目的のために、（拡張された）作用チャンバ１３は、予冷された冷却媒体のための流入チャネル２６を有するそれ自体の供給装置２４と、それと相互作用する、流出チャネル２７を有する排出装置２２とを有している。
【０１１１】
冷却装置２は、２つの冷却回路に、独立して構成された供給装置２１または２４によって別々に冷却媒体が供給されるように、制御ユニット（図示せず）によって制御することができる。たとえば、供給される冷却媒体のそれぞれの体積流量およびそれぞれの温度は、必要に応じてピエゾアクチュエータ６０または移動機構１４のそれぞれの状況に適応させることができる。移動機構１４のそれほど強くない冷却によって、摩耗を補うのに移動機構１４の摩擦熱単独で十分となり得る。
【０１１２】
ここでのハウジング１１は、典型的に移動機構１４よりも強く冷却されるピエゾアクチュエータ６０を移動機構１４から熱的に切り離すために、水平の空気で充填されたスロット５０をさらに備える。２つの冷却回路間の望ましくない熱相互作用は、このように低減される。
【０１１３】
図３は、投与システムのさらなる実施形態を示し、これは、冷却装置に関して、図１からの投与システムに略対応している。しかし、ここでのピエゾアクチュエータは、ピエゾスタックが密閉されているアクチュエータハウジング６２を備える。ピエゾアクチュエータまたはピエゾスタックの配線は、ここでは２つの外部接触ピン６１を使用して行われる（図６も参照）。ここで中央に示されている２つの接触ピン６１は、ピエゾアクチュエータまたはピエゾスタックのいくつかの温度センサの測定値をアクチュエータケーシング６２から制御ユニット（図示せず）に送信するために使用される。この目的のために、接触ピン６１は、一方は温度センサ接続ケーブル８６によって制御ユニットに接続され、他方はアクチュエータケーシング６２内の１つまたは複数の温度センサ（図示せず）に接続される。
【０１１４】
図４に示される実施形態は、図２からの投与システムに略対応している。しかし、図３について既に説明したように、アクチュエータケーシング６２にカプセル化されたピエゾスタックが、ここでもアクチュエータチャンバ１２に配置される。本実施形態では、冷却装置２の第１の冷却回路によって、冷却媒体は、アクチュエータチャンバ１２に面するアクチュエータケーシング６２の表面または外側のいくつかのサブ領域に直接作用する。予冷された冷却媒体は、上記のように、冷却装置２の第２の冷却回路によって移動機構１４の少なくとも１つのサブ領域に作用する。
【０１１５】
図５は、本発明の一実施形態による投与システムのためのカプセル化されたピエゾアクチュエータを有するアクチュエータユニットの一部を詳細に示している。ピエゾスタックがカプセル化されたアクチュエータケーシング６２は、アクチュエータケーシング６２が、少なくとも隆起８２の領域においてアクチュエータチャンバ１２の壁７９の内側８０に直接隣接するように、アクチュエータチャンバ１２内に配置される。アクチュエータケーシング６２のそれぞれの隆起８２間に、略水平に走るくぼみ８３が配置されている。
【０１１６】
ここでの冷却装置２は、供給装置２１のポンプ２８に連結されている冷却媒体供給ライン８４を備える。代替的に、冷却媒体供給ライン８４はまた、供給装置２１の調節可能な冷却空気供給部（図示せず）に連結され得る。冷却出力を調整するために、ポンプ２８は、制御接続部２９を使用して制御ユニット９０によって作動させることができる。冷却媒体をアクチュエータチャンバ１２に供給するために、ポンプ２８は、供給装置２１によって冷却媒体用の流入チャネル２６に接続される。
【０１１７】
冷却装置２の流入チャネル２６は、ここで、直接チャンバ壁７９の外側８１に沿って走り、すなわち、流入チャネル２６は、チャンバ壁７９の外側８１およびハウジング１１によって範囲を定められる。流入チャネル２６は、アクチュエータチャンバ１２に沿ったチャンバ壁７９にブレークスルー８８または開口部８８を有している。したがって、それぞれのブレークスルー８８は、流入チャネル２６とアクチュエータチャンバ１２との間の接続に相当する。
【０１１８】
アクチュエータケーシング６２のいくつかのサブ領域の直接的な冷却のために、後者は、それぞれのケースで、流入チャネル２６とアクチュエータチャンバ１２との間のブレークスルー８８、およびアクチュエータチャンバ１２と流出チャネル２７との間でそれと相互作用する（ここでは左側に図示される）ブレークスルー８８’が、アクチュエータケーシング６２内の単一のチャネル８３を有する水平面に配置されるように、アクチュエータチャンバ１２内に位置づけられる。
【０１１９】
したがって、流入チャネル２６からそれぞれのブレークスルー８８を通ってアクチュエータチャンバ１２に流入する気体および／または液体の冷却媒体は、隣接する隆起８２によって垂直の範囲が定められている、それぞれのチャネル８３に沿ってアクチュエータケーシング６２に沿って略水平に誘導され、最終的に、流出チャネル２７に到着するか、または排出装置２５によって、冷却装置２の冷却媒体排出ライン８５に到着する。したがって、本実施形態では、アクチュエータケーシング６２のいくつかのサブ領域が直接的に冷却される。カプセル化されたピエゾスタックを効果的に冷却するためにも、図６を参照して説明されるように、熱伝導媒体をアクチュエータケーシング６２内に配置することができる。
【０１２０】
図６は、投与システムで使用するためのカプセル化されたピエゾアクチュエータの考えられ得る実施形態を詳細に示している。圧電活性材料６７、したがってピエゾスタック６７は、アクチュエータケーシング６２のカバー６４とベース６３との間に配置され、折り畳み状のジャケット７４によって横方向に囲まれている。ジャケット７４は、ピエゾスタック６７をその周囲から密閉して密封するために、カバー６４およびベース６３に固定して接続されている。カバー６４は、４つのガラスフィードスルー６５（ここに示されているのは１つのみ）を備え、それによって、接触ピン６１が、アクチュエータケーシング６２の内部からアクチュエータケーシング６２の外部に密閉して密封され、電気的に絶縁されて誘導される。ピエゾスタック６７を配線するために、接触ピン６１が、たとえば、はんだ付けされて、ピエゾスタック６７の外部電極７０に接続される。合計２つの外部電極７０は、ピエゾスタック６７の外側または表面７７上の２つの非アクティブな頭または足領域７３間のその長手方向範囲に沿って、ピエゾスタック６７の２つの対向する側を走る。
【０１２１】
４つの温度センサ７８がアクチュエータケーシング６２内に配置され、それらのうちの３つは、ピエゾスタック６７の長手方向範囲に沿ったピエゾスタック６７の表面７７上にあり、もう１つは、測定のためにアクチュエータケーシング６２のジャケット７４または内壁７４との接触している。それぞれの温度センサ７８は、通常、測定値を生成するために、またはそれらを制御ユニットに送信するために、各々のケースで２つの接触ピン６１（ここには図示されず）に接続することができる。複数の温度センサ７８の測定信号を制御ユニットに送信するために、温度センサ７８がバス互換のＩＣ温度センサであるということを前提で、個々のセンサ信号を、適切な方法で、ただ１つの接触ピン６１に配置し、変調させることもできる。
【０１２２】
アクチュエータケーシング６２では、さらに歪みゲージ８７が、ピエゾスタック６７の表面７７上に配置される。歪みゲージ８７は、ここでは、カプセル化されたピエゾスタック６７の長手方向範囲全体に略沿って、したがって、非アクティブな足または頭の領域７３間に延在する。歪みゲージ８７の対応する測定値（状態パラメータ）は、接触ピン６１（図示せず）によって投与システムの制御ユニットに送信することができる。さらなる歪みゲージ８７がアクチュエータケーシング６２の外側に配置され、ここで、歪みゲージ８７は、ベース６３とカバー６４との間に伸長し、したがって、カプセル化されたピエゾスタック６７の合計の偏位、特に温度に関連した長さの変化も検出することができる。
【０１２３】
カプセル化にもかかわらずピエゾスタック６７を効果的に冷却するために、アクチュエータケーシング６２は、液体および／または固体の充填媒体７５を含み、これは、動作中に発生した熱を表面７７から効率的に除去し、それをアクチュエータケーシング６２の領域に伝達し、当該領域は、冷却装置による直接的な冷却に包含される。充填媒体はまた、水分抑制媒体を含むことができる。アクチュエータケーシング６２は、膨張領域７６、たとえば、気泡７６またはガス充填領域７６をさらに含む。
【０１２４】
図７は、ピエゾアクチュエータまたは移動機構のいくつかのサブ領域を直接的に冷却するための投与システムの実施形態による冷却装置２の構造を概略的に示している。制御ユニット９０は、冷却媒体が特定の（第１の）温度に冷却されるように投与システム１の少なくとも１つの状態パラメータに応じて、冷却装置２の冷熱発生装置５５、たとえば、圧縮冷凍機５５を作動させる。冷却媒体、たとえば、圧縮された室内空気は、冷却媒体供給（ＫＭＺ）によって冷凍機５５に供給される。冷凍機５５から出る冷却媒体は、投与システム１の周囲温度よりも低い温度にすでに冷却されており、適切な絶縁ラインによって冷却装置２の下流のボルテックスチューブ５７に到達する。
【０１２５】
ボルテックスチューブ５７によって事前に制御された冷却媒体を標的化方法で最終（目標）温度に冷却するために、ボルテックスチューブ５７は、ボルテックスチューブ５７の熱風出口ＨＡＷの領域に制御可能な調整弁９４を備える。冷却された冷却媒体（「冷気成分」）の温度および（体積）流量の両方は、調整弁９４によって調整することができる。原則として、調整弁を開くと、ボルテックスチューブ５７から出る冷却された空気の流量に加えて温度が低下する。冷却された冷却媒体は、ＳＫＭ方向にボルテックスチューブ５７の冷気出口でそれぞれのボルテックスチューブ５７を出る。ボルテックスチューブの「熱風成分」は、熱風出口ＨＡＷによって、ボルテックスチューブ５７または投与システム１から離される。ボルテックスチューブ５７に入る冷却媒体の体積流量を調整するために、比例弁５６をボルテックスチューブ５７の上流に接続することができ、比例弁は、制御ユニット９０によって作動させることができる。
【０１２６】
ここに示される冷却装置２の実施形態では、冷却媒体は、一緒にピエゾアクチュエータおよび移動機構のいくつかのサブ領域を冷却する（「複合冷却」）ために、一方ではボルテックスチューブ５７に連結され、もう一方では供給装置２１に連結される、冷却媒体供給ライン８４によって投与システム１のハウジング１１に導入される。ここで、ボルテックスチューブ５７と供給装置２１との間に、制御可能な減圧器５９が設けられる。
【０１２７】
上記のアクチュエータ、制御可能な圧縮冷凍機５５、比例弁５６、減圧器５９、および制御可能な調整弁９４は、個別にまたは追加で使用することができる。したがって、示された冷却回路の配置は、個々の構成要素の機能を説明するために、ほぼ最大の拡張段階を示している。
【０１２８】
ここに示されたもの以外の、冷却装置２が２つの別個の冷却回路を備える場合、ピエゾアクチュエータのニーズベースの冷却のために第１のボルテックスチューブ５７を設けることができ、移動機構のニーズベースの冷却のために第２のボルテックスチューブ５７を設けることができる。
【０１２９】
冷却媒体は、ピエゾアクチュエータおよび移動機構のいくつかのサブ領域が直接的に冷却されるように、冷却装置２によってハウジング１１を通って誘導される。その後、ピエゾアクチュエータまたは移動機構からの熱放散の結果として暖められた可能性がある冷却媒体は、少なくとも１つの排出装置２２または冷却媒体排出ライン８５によってハウジング１１から除去されるか、またはアクチュエータユニット１０から離れて熱風出口ＨＡＤの領域に運ばれる。ここで、熱風出口ＨＡＤの領域に、さらなる減圧器５９が配置される。
【０１３０】
減圧器５９は、ここで冷却装置２のオプションの構成要素として示されている。原則として、比例弁５６は、ボルテックスチューブ５７を通る有効な流れを介して冷却媒体供給ライン８４または冷却回路内の圧力を設定する（たとえば低下させる）ようにすでに構成されている。さらに、ボルテックスチューブ５７を通る冷却媒体の流れ、および熱風部分と冷気部分への分割もまた、圧力低下につながる。
【０１３１】
ハウジング１１は、移動機構の少なくとも１つのサブ領域が（目標）温度に加熱されるように、制御ユニット９０によって制御することができる加熱カートリッジ５１を備える。さらに、ピエゾアクチュエータまたは移動機構の少なくとも１つのサブ領域の温度を検出するために、いくつかの温度センサ７８、５２がアクチュエータユニット１０内に配置される。対応するデータは、投与システムの状態パラメータとして制御ユニット９０に供給される。
【０１３２】
これらまたはさらなる状態パラメータに応じて、制御ユニット９０は、一定の可能な最高レベルの投与精度を達成するために、投与システムの温度管理を計算または実行することができる。この目的のために、制御ユニット９０は、冷却装置２の個々の構成要素、したがって、冷凍機５５、比例弁５６、ボルテックスチューブ５７または調整弁９４、減圧器５９、加熱カートリッジ５１、および随意にさらなる構成要素に、適切な制御信号を適用することができる。
【０１３３】
最後に、上記で詳細に説明された投与システムが、本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって最も多様な方法で変更され得る実施形態にすぎないことが再度指摘される。したがって、たとえば、単一の冷凍機を複数のボルテックスチューブに連結することができる。さらに、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」の使用は、関連する特徴が複数存在する可能性を排除するものではない。
【符号の説明】
【０１３４】
１  投与システム
２  冷却装置
１０  アクチュエータユニット
１１  ハウジングアクチュエータユニット
１２  アクチュエータチャンバ
１３  作用チャンバ
１４  移動機構
１５  ブレークスルー
１６  レバー
１７  レバー接触面
１８  レバーベアリング
１９  アクチュエータスプリング
２０  圧力片
２１  供給装置／アクチュエータチャンバ
２２  排出装置／作用チャンバ
２３  固定ねじ
２４  供給装置／作用チャンバ
２５  排出装置／作用チャンバ
２６  流入チャネル
２７  流出チャネル
２８  ポンプ
２９  ポンプ制御接続部
３０  流体ユニット
３１  タペット
３２  タペット先端
３３  タペットヘッド
３４  タペット接触面
３５  タペットスプリング
３６  タペットシール
３７  タペットベアリング
４０  ノズル
４１  ノズル開口部
４２  ノズルチャンバ
４３  密閉シート
４４  供給チャネル
４５  リザーバインターフェース
４６  媒体リザーバ
４７  フレーム部品
４８  加熱装置流体ユニット
４９  加熱接続ケーブル
５０  スリット／ハウジング
５１  加熱カートリッジアクチュエータユニット
５２  温度センサ／ハウジング
５３  ホールセンサ
５４  Ｏリング
５５  冷凍機
５６  比例弁；スロットルバルブ
５７  ボルテックスチューブ
５９  減圧器
６０  ピエゾアクチュエータ
６１  接触ピン
６２  ピエゾアクチュエータハウジング；アクチュエータケーシング
６３  ベース（アクチュエータケーシング）
６４  カバー（アクチュエータケーシング）
６５  ガラスフィードスルー
６６  ピエゾアクチュエータ制御接続部
６７  ピエゾスタック
７０  外部電極
７３  非アクティブ領域
７４  ジャケット（アクチュエータケーシング）
７５  充填媒体
７６  膨張領域
７７  アクチュエータ表面
７８  温度センサピエゾアクチュエータ
７９  チャンバ壁
８０  チャンバ壁の内側
８１  チャンバ壁の外側
８２  アクチュエータケーシングの隆起
８３  アクチュエータケーシングのくぼみ
８４  冷却媒体供給ライン
８５  冷却媒体排出ライン
８６  温度センサ接続ケーブル
８７  歪みゲージ
８８、８８’  ブレークスルー
９０  制御ユニット
９１  制御ユニット接続ケーブル
９２  加熱カートリッジ接続ケーブル
９４  調整バルブのボルテックスチューブ
ＨＡＤ  熱風出口投与システム
ＨＡＷ  熱風出口ボルテックスチューブ
Ｋ  傾斜軸
ＫＭＺ  冷却媒体供給
Ｒ  排出方向
ＳＫＭ  流れ方向の冷却媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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