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Die
Erfindung betrifft ein Stellglied für Schaltelemente von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen,
insbesondere von Injektoren in Speicherdruck-Einspritzsystemen,
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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An
Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen werden zunehmend höhere Anforderungen
gestellt. Primär verfolgte
Ziele sind hohe Leistungen bei hoher Verbrennungsqualität und umweltfreundlichem
Emmissionsverhalten, verbunden mit ständig steigenden Komfortansprüchen, insbesondere
auch hinsichtlich des Geräuschverhaltens.
Kritisch sind diesbezüglich vorallem
Diesel-Brennkraftmaschinen. In Erfüllung dieser und vielfältig anderer
Anforderungen, so insbesondere auch der Verbrauchsminderung, hat
die Entwicklung zu zylinderindividuell steuerbaren Hochdruck-Einspritzvorrichtungen,
wie Pumpe-Düse-Elementen
oder Speicherdruck-Einspritzsystemen geführt. Bei Letzteren wird mit
besonders hohen Drücken
bis in die Größenordnung
von 2000 bar gearbeitet. Sowohl Pumpe-Düse-Elemente wie auch als Injektoren
ausgebildete Einspritzvorrichtungen in Common-Rail-Systemen sind
mit elektrisch angesteuerten Stellgliedern ausgerüstet, sei
es in Form von Magnetstellern oder Piezoaktuatoren.
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Für die Schaltelemente
der Einspritzvorrichtungen, insbesondere der Injektoren werden sehr kurze
Schaltzeiten, bis zu Werten unter 200 msec gefordert, was entsprechend
schnell ansprechende Stellglieder bedingt, wobei die Stellglieder
in Anbetracht der zu beherrschenden hohen Drücke, ungeachtet teilweise verwendeter
Vorsteuerventile, auch erhebliche Kräfte auf bringen können müssen. Die kurzen
Schaltzeiten bedingen hohe Beschleunigungen, die insbesondere in
Verbindung mit den hohen Drücken
und den bei schnelllaufenden Brennkraftmaschinen erforderlichen
hohen Schaltfrequenzen Schwingungen des Stellgliedes, die sehr breitbandig sind,
und unmittelbar oder mittelbar mit dem Stellglied in Verbindung
stehender Bauteile anregen.
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Letzteres
wird dadurch begünstigt,
dass, entsprechend den gegebenen Randbedingungen, kleine Stellwege
der Stellglieder bei den zu beherrschenden hohen Stellkräften und
Beschleunigungen eine sehr steife Abstützung gegenüber der jeweiligen Aufnahme
für das
Stellglied bedingen, da ansonsten die angestrebten Stellwege nicht
exakt einzuhalten sind und zu nicht tolerierbaren Ungenauigkeiten
in der Arbeit der Einspritzsysteme führen. Hieraus resultiert eine
hohe Schallabstrahlung, bedingt einerseits durch die mechanischen
Stell- und Anschlaggeräusche,
andererseits als Körperschall
angeregt durch das Stellglied, wobei insbesondere Piezoaktuatoren kritisch
sind.
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Bei
einer aus der
DE 199
47 071 A1 bekannten Lösung
der vorgenannten Art ist das durch einen Piezoaktuator gebildete
Stellglied mit seinem Gehäuse
in einer Bohrung des Injektorgehäuses
geführt und
gegenüber
diesem über
eine aus schwingungsdämpfendem
Material bestehende Hülse
axial und radial verspannt. Hierzu ist die das Gehäuse des Stellgliedes
umschließende
Hülse an
ihrem einen Ende gegen einen umfangsseitig in das Gehäuse des Stellgliedes
eingreifenden Spannring abgestützt,
und zwar bei Verspannung gegen diesen Spannring über eine das Gehäuse des
Stellgliedes umschließende, gegen
das Injektorgehäuse
zu verschraubende Spannmutter, so dass sich ein relativ aufwendiger Aufbau
ergibt.
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Zur
dämpfenden
Abstützung
des Stellgliedes gegen das Injektorgehäuse wurde des Weiteren mit der
DE 100 57 495 A1 bereits
vorgeschlagen, das Stellglied in Verlängerung seiner Kopfplatte mit
einem Haltezapfen zu versehen und gegenüber dem Injek torgehäuse dadurch
geräuschgedämpft abzustützen, dass
die Kopfplatte über
eine dämpfende Zwischenscheibe
gegen eine seitens des Injetorgehäuses vorgesehene Abstützung anliegt,
die vom Haltezapfen durchsetzt ist und gegen die der Haltezapfen
gegenüberliegend
zur Kopfplatte federnd abgestützt
ist, und zwar ebenfalls über
eine dämpfende Zwischenscheibe.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen
und in der Fertigung gut beherrschbaren Mitteln einerseits die geforderte
steife Abstützung
des Stellgliedes zu gewährleisten
und andererseits daraus resultierende Geräuschprobleme auf ein zumindest
unter Komfortgesichtspunkten akzeptables Maß zu reduzieren.
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Gemäß der Erfindung
wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht, demzufolge
die axial gegen Anschlagflächen
des Stellgliedes und des Injektorgehäuses abgestützte Stützhülse durch radial eingedrückte Ausformungen
des Injektorgehäuses
gegen das Injektorgehäuse
formschlüssig festgelegt
ist, so dass aufwendige Spannvorrichtungen entfallen. Zugleich wird
dadurch die Möglichkeit geschaffen,
das Stellglied ausschließlich über die Stützhülse als
Zwischenglied gegen das Injektorgehäuse abzustützen, so dass Schallbrücken vermieden
werden.
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Zur
Vereinfachung des Aufbaues trägt
weiter bei, wenn die Hülse
das Stellglied in einem radial abgesetzten Bereich von dessen Gehäuse umschließt, so dass
der Absatz zur axialen Abstützung
genutzt werden kann, und wenn das Injektorgehäuse im Überdeckungsbereich zur Hülse radiale,
nahe dem Umfang der Hülse
endende Bohrungen aufweist, deren Bodenzone, gegen die Hülse eingedrückt, die
in die Hülse
eingreifenden Ausformungen bilden. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht mit
einfachen Druckstempeln die Herstellung der angestrebten Formschlussverbindung
bei zentrierender Ausrichtung, ohne dass sich durch die Ausformungen
Durchbrechungen des Injektorgehäuses
ergeben.
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Als
Material für
die Hülse
kommen insbesondere quasi starre Materialien in Frage, die eine
entsprechende hohe Eigendämpfung
aufweisen, wobei diesbezüglich
eine bevorzugte Lösung
darin besteht, die Hülse
aus Metallschaum herzustellen. Im Rahmen der Erfindung liegt es
aber auch, für
die Hülse poröse oder
zellige Keramiken zu verwenden, gegebenenfalls auch Kunststoffe,
die durch ihren Faseranteil ein quasi starres Verhalten bei hoher
Eigendämpfung
zeigen.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ferner
wird die Erfindung nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit weiteren
Details erläutert.
Es zeigen:
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1 und 2 in Schnittdarstellung, schematisiert
und als Ausschnitt aus einem Injektor, die Abstützung eines Stellgliedes gegen
das Injektorgehäuse
in einer ersten Ausführungsform
mit einem mehrteiligen Zwischenträger, der die Funktion eines
Stützgliedes
zwischen Stellglied und aufnehmendem Bauteil ausübt,
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3 und 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abstützung eines
Stellgliedes in einem auf nehmenden Bauteil unter Verwendung einer
gesonderten Spannschraube, und
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5 und 6 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lösung, wobei
ein Stützglied
in Form einer hülsenartigen
Einspannung den Zwischenträger
zwischen aufnehmendem Bauteil und Stellglied bildet.
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In
dem Ausschnitt gemäß
1 und
2 –
2 ist ein Schnitt gemäß Linie
II-II in
1 – ist mit
1 das
Gehäuse
eines Injektors eines Speicherdruck-Einspritzsystemes gezeigt, das
als Stellglied
2 einen elektrisch angesteuerten Piezo-Aktuator
aufnimmt, über
den, was hier nicht dargestellt ist, die Betätigung eines in der hydraulischen
Ansteuerung der Düsennadel
liegenden Schaltelementes erfolgt. Eine Gesamtanordnung dieser Art
ist beispielsweise der
DE
198 03 910 A1 zu entnehmen, die mit einem piezo-elektrischen
Aktuator als Stellglied arbeitet.
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Die
Beaufschlagungsrichtung des Schaltelementes bei Bestromung des Stellgliedes 2 ist
durch den Pfeil 3 veranschaulicht, wobei entsprechende,
in Gegenrichtung wirkende Reaktionskräfte (Pfeil 18) über einen
Bund 4 gegen eine Schulter 5 des das Stellglied 2 aufnehmenden
Gehäuseraumes 6 abgestützt sind.
Der Bund 4 ist integraler Bestandteil des Mantels 7 des
Stellgliedes 2 oder bildet einen mit dem Mantel 7 verbundenen
stirnseitigen Abschlussbereich desselben. Die Abstützung des
Stellgliedes 2 zum Gehäuse 1 erfolgt
ausschließlich
indirekt über ein
Stützglied 8,
wobei dieses Stützglied 8 im
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 und 2 zweiteilig ausgebildet ist und eine
axiale, ringförmige
Stützscheibe 9 sowie
einen Stufenring 10 umfasst, der einen radial nach außen ragenden
Ringschenkel 11 und einen axialen Hülsenschenkel 12 aufweist.
Die Stützscheibe 9 und
der Ringschenkel 11 sind einander gegenüberliegenden Stirnseiten des
Bundes 4 zugeordnet, wobei die Stützscheibe 9 im Übergang
zur Schulter 5 liegt und der Ringschenkel 11 mit
dem Hülsenschenkel 12 des
Stufenringes 10 einen nach der axial gegenüberliegenden
Seite offenen Ringraum gegenüber
dem Gehäuse 1 begrenzen,
in den eine Spannhülse 13 einsetzbar
ist. Die Spannhülse 13 ist
im gezeigten Ausführungsbeispiel
als umfangsseitig gegen die Wandung des Gehäuseraumes 6 verschraubbare
Gewindehülse
ausgebildet. Der Zugriff auf diese als Gewindehülse ausgebildete Spannhülse 13 kann,
wie in 2 veranschaulicht, über einen sektorförmigen Ausschnitt 14 im
Gehäuse 1 erfolgen, wobei
die Spannhülse 13 im
Außenumfang
mit radialen Einstecköffnungen 15 für einen
Spanndorn 16 versehen ist, so dass sich, wie durch den
Pfeil 17 angedeutet, einfache Möglichkeiten zur Verspannung der
Spannhülse 13 ergeben.
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Die
Stützscheibe 9 und
der Stufenring 10, die zusammen das Stützglied 8 bilden,
haben in der Spannvorrichtung für
das Stellglied 2, zu der zusätzlich die Spannhülse 13 gehört, die
Funktion eines Zwischenträgers, über den
ungeachtet der Fixierung des Stellgliedes 2 gegenüber dem
Gehäuse 1 das Stellglied 2 vom
Gehäuse 1 schwingungsmäßig, insbesondere
im Bereich hörbarer
Schwingungen abgekoppelt ist. Hierzu bestehen die das Stützglied 8 bildenden
Teile, nämlich
die Stützscheibe 9 und
der Stufenring 10 aus einem nahezu starren Material hoher
Eigendämpfung,
wie beispielsweise einem Metallschaum, einem Kunststoff, insbesondere
einem verstärkten,
bevorzugt faserverstärkten
Kunststoff oder einer Kunststoffstruktur oder auch aus Keramik, wobei
auch für
keramische Stützglieder
geschäumte oder
anderweitig zellige Strukturen zweckmäßig sind. Ferner sind auch
kombinierte Materialien, beispielsweise in Schichtaufbau, erfindungsgemäß einzusetzen.
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Abgesehen
von der Verbindung über
das Stützglied 8 liegt
das Stellglied 2 gegenüber
dem Gehäuse 1 frei,
und es verbleibt als einzige Schallbrücke die nicht dargestellte
Abstützung
des Stellgliedes 2 gegenüber dem Schaltelement.
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Aus
der Darstellung gemäß 1 ist unschwer erkennbar,
dass eine entsprechende geräuschliche
Abkopplung auch dadurch erreichbar ist, das beispielsweise der Bund 4,
der als Deckel teil zum Mantel 7 des Stellgliedes 2 ausgebildet
sein kann, ein Stützglied
bilden kann, also die quasi starre, aber durch die Materialauswahl
gedämpfte
Abstützung
des Stellgliedes 2 gegenüber dem Gehäuse 1 übernehmen
kann.
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Im
Rahmen der Erfindung läge
es auch, dem abstützenden
Bereich des Gehäuses 1 selbst
die Stützgliedfunktion
für das
Stellglied 2 zu geben, wobei eine solche Lösung insbesondere
dadurch einfach zu realisieren ist, dass der Stützgliedfunktion übernehmende
Gehäuseteil
durch einen Gehäusedeckel
aus quasi starrem Material hoher Eigendämpfung, wie vorstehend beschrieben,
gebildet ist.
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3 und 4 zeigen eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit
zur geräuschlich
isolierten Festabstützung
des Stellgliedes 22 gegenüber dem Gehäuse 21. Die diesbezügliche Spannvorrichtung
umfasst neben einer Spannschraube 33 als Zwischenträger und
Stützglied 28 zwei
Stützscheiben 29 und 30 in
Ringform, die vom in das Gehäuse 21 einzuschraubenden
Schaft 31 der Spannschraube 33 durchsetzt sind.
Mit ihrem Kopf 32 liegt die Spannschraube 33 in
einer durch einen seitlichen Ausschnitt 39 zugänglichen
Ausnehmung 38 im stirnseitigen Abstützende 24 des Stellgliedes 22,
wobei dieses Abstützende 24 stirnseitig
die Ausnehmung 38 mit einem Wandbereich 25 überdeckt,
der von einer Bohrung für
den Schaft der Spannschraube 33 durchsetzt ist und der
im Überdeckungsbereich
zum Schraubenkopf 32 liegt, so dass über die Spannschraube 33 die
entsprechende Verspannung gegen das Gehäuse 21 stirnseitig
vorgenommen werden kann. Hierbei liegt zwischen dem Schraubenkopf 32 und
dem Wandbereich 25 die Stützscheibe 30, und gegenüberliegend
zwischen dem Wandbereich 25 und der zugehörigen Stirnseite
des Gehäuseraumes 26 die
Stützscheibe 29,
so dass bei Verspannung des Stellgliedes 22 über die
Spannvorrichtung wiederum eine entkoppelte Befestigung des Stellgliedes 22 im Gehäuse 21 gegeben
ist. Wie 4 insbesondere zeigt,
ist der von der Seite zugänglichen
und damit hufeisenförmig
geöffneten
Ausnehmung 38 im Gehäuse 21 ein
entsprechender Ausschnitt 34 zugeordnet, so dass wiederum über einen
Spanndorn 36 ein einfacher Zugriff auf den Schraubenkopf 32 möglich ist,
der mit entsprechenden Einstecköffnungen 35 versehen
ist.
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5 und 6 veranschaulichen eine weitere mögliche Befestigung
des Stellgliedes 42 im Gehäuse 41, wobei als
Stützglied 48 eine
Stützhülse 49 vorgesehen
ist, die radial und axial als Abstützung zwischen dem Gehäuse 41 und
dem Stellglied 42 dient, wobei das Stellglied 42 in
seinem Mantel 47 in einer zur Stellrichtung (Pfeil 43)
entgegengerichteten Schulter 44 abgesetzt ist, der im Gehäuse 41 eine Schulter 45 entspricht.
Zwischen den Schultern 44 und 45 liegt das hülsenförmige Stützglied 48,
wobei dieses den über
die Schulter 44 radial abgesetzten Bereich des Stellgliedes 22 umschließt, der
mit 50 bezeichnet ist. In den 5 und 6 ist
veranschaulicht, dass das Gehäuse 41 mit
radialen Bohrungen versehen ist, die radial bis nahe an den Umfang
des das Stellglied 42 aufnehmenden Gehäuseraum 46 heranreichen
und in die, zur Fixierung der Stützhülse 49,
radiale Stemmdorne 56 eingreifen und über Radialkräfte (Pfeil 57)
soweit zu belasten sind, dass sich eine formschlüssige Verspannung der Stützhülse 49 gegenüber dem
Gehäuse 41 durch
Ausformen desselben in den zu den Stemmdornen 56 überdeckenden
Wandbereichen des Gehäuseraumes 6 ergeben.
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Zur
axialen Positionierung der Stützhülse 59 kann
es zweckmäßig sein,
zusätzlich
Einstellscheiben 58 vorzusehen, die in axialer Verlängerung
der Stützhülse 49 zwischen
den Schultern 44 und 45 liegen und dadurch eine
entsprechende Positionierung ermöglichen.
Auch diese Einstellscheiben 58 bestehen vorzugsweise aus
einem quasi starren Material hoher Eigendämpfung, sofern sie in Berührung zum Gehäuse 41 und
zum Stellglied 42 liegen. Ansonsten ist bei dieser erfindungsgemäßen Lösung über die Stützhülse 49 als
Stützglied 48 die
radiale und axiale Fixierung zwischen Gehäuse 41 und Stellglied 42 geschaffen.