DE102005017807B4

DE102005017807B4 - Stellantrieb zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils, umfassend einen Deckel zur Abdeckung einer Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung

Info

Publication number: DE102005017807B4
Application number: DE102005017807A
Authority: DE
Inventors: Tim Bohlmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2025-04-19
Also published as: DE102005017807A1; US20080041976A1

Abstract

Stellantrieb zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils, umfassend einen Deckel (10) zur Abdeckung einer Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung des Stellantriebs, wobei der Deckel (10) einen als Kunststoff-Spritzgussteil gebildeten Deckelkorpus (12) und eine darin eingebettete Beschriftungslage (14) aufweist, wobei das Kunststoffmaterial des Deckelkorpus für eine Laserverschweißbarkeit mit einem Befestigungsabschnitt (16) des Stellantriebs geeignet gewählt ist und das Material der Beschriftungslage für eine Laserbeschriftbarkeit geeignet gewählt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Kontaktierung und/oder Abdichtung eines Stellantriebs zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils. Im Besonderen betrifft die Erfindung einen Stellantrieb zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils mit einer Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung sowie die Verwendung eines Deckels für einen solchen Stellantrieb bzw. Kraftstoffinjektor.

Eine Kontaktierungs- und Abdichtungsanordnung eines Stellantriebs ist beispielsweise aus der DE 102 51 225 A1 bekannt. Bei diesem Stand der Technik wird zur Schaffung einer dauerhaften, insbesondere öldichten Abdichtung zwischen einem Piezoaktor des Stellantriebs und einer Außenkontaktierung des Stellantriebs vorgeschlagen, einen kraftstoffbeständigen Dichtring (O-Ring) in die Öffnungen einer auf den Piezoaktor bzw. dessen Kontaktstifte aufgesetzten Kopfplatte einzusetzen. In jeder dieser Durchtrittsöffnungen ist außerdem unterhalb des Dichtrings eine Hülse aus Isolationsmaterial eingesetzt, die eine Zentrierung und elektrische Isolation des Kontaktstifts bewirkt.

Aus der DE 10 2004 042 352 A1 ist eine Injektorgehäuseanordnung bekannt, in welcher ein Piezoantrieb untergebracht ist, wobei der Piezoantrieb einen Piezoaktor aufweist, der in einer Piezogehäuseanordnung eingeschlossen ist, die eine mit Öffnungen zum Durchtritt von hervorstehenden Anschlussstiften des Piezoaktors versehenen Kopfanordnung aufweist. Es ist eine Abdichtungsanordnung vorgesehen, umfassend ein aus einem flüssigkeitsdichtenden Material gebildeten Dichtelement, das einerseits an Umfangsflächen der Anschlussstifte und andererseits an der Kopfanordnung dichtend anliegt. Weiterhin ist eine Belüftungsanordnung vorgesehen, die einen Gasaustausch zwischen der Außenseite der Injektorgehäuseanordnung und der Außenseite des Dichtelements fördert.

Aus DE 34 43 170 A1 ist ein elektrische Installationsmodul bekannt, bei der Kennzeichenschilder vorgesehen sind, die nach Anzahl und Beschriftung einer vorgegebenen Kennzeichnungsaufgabe entsprechen. Diese Kennzeichnungsschilder des Schildersatzes bilden ein zusammenhängendes Raster in Form einer Platine, aus welcher die Kennzeichnungsschilder bei Bedarf einzeln herausbrechbar sind.

Aus DE 198 12 314 A1 ist eine lasermarkierbare Kabelummantelung vorgesehen, die aus einer rußgeschwärzten inneren E-Schicht und eine rußgeschwärzten äußeren PE-Schicht besteht. Die der markierende um diesen Laserstahl wird vollständig absorbiert, dadurch bleibt die darunter liegende innere Schicht intakt.

Aus DE 37 19 983 C2 ist ein Verfahren zur Kennzeichnung von Halbleiteroberflächen bekannt mit einer durch Laserbeschuss erzeugten Strichkodierung, wobei die Strichkodierung durch Strichelemente gleicher Breite erzeugt wird. Jedes Strichelement wird durch eine Reihe sich überlappender Softmarkschmelzpunkte gebildet, dass heißt an oder ungeschmolzene Halbleiteroberflächenbereiche geringer Tiefe, in deren nächster Umgebung weder an Materialspritze noch Kristalleffekte erzeugt werden.

Eine Kontaktierungsanordnung zur elektrischen Weiterverbindung von Kontaktstiften eines Piezoaktors mit seitlich abstehenden Anschlussstiften einer Außenanschlusseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 198 44 743 C1 bekannt. Diese Veröffentlichung beschreibt einen so genannten "Kontaktzungenträger" mit Durchtrittsöffnungen für die Kontaktstifte und mit Schweißlaschen, die angrenzend an die Durchtrittsöffnungen so angeordnet sind, dass sie mit den hindurchgetretenen Kontaktstiften verschweißt werden können. Die Schweißlaschen des Kontaktzungenträgers sind hierbei elektrisch mit seitlich abstehenden Kontaktzungen verbunden, welche somit zum Außenanschluss des fertigen Kraftstoffinjektors genutzt werden können. Nach der Verschweißung der Kontaktstifte mit den Schweißlaschen ist bei diesem Stand der Technik der Fertigungsschritt einer Kunststoffumspritzung an der Oberseite des Kontaktzungenträgers vorgesehen.

Die bekannte Umspritzung einer Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung an einem Stellantrieb ist vergleichsweise einfach durchzuführen und schützt vorteilhaft die darunter befindlichen Stellantriebskomponenten.

Außerdem ist es bei Verwendung eines geeigneten Kunststoffmaterials denkbar, die fertige Umspritzung außenseitig mittels eines Lasers zu beschriften.

Eine solche Beschriftung kann beispielsweise eine Typenbezeichnung und/oder eine Seriennummer des Stellantriebs und/oder andere Informationen (z. B. über die im Stellantrieb verbauten Einzelteile) umfassen, die am fertigen Stellantrieb später visuell abzulesen sind. Eine solche Information kann auch Symbole bzw. Codes umfassen, etwa einen so genannten DMC (= "Data Matrix Code"). Ein solcher Code ist vorteilhaft besonders gut maschinenlesbar. Die Beschriftung kann z. B. eine Information enthalten, die für eine Nachvollziehbarkeit oder Rückverfolgung nützlich ist, z. B. im Rahmen des Qualitätsmanagements, bei Rückrufaktionen etc. (z. B. "traceability code").

Die Aufbringung einer Beschriftung an der Oberseite der Kunststoffumspritzung ist für viele gängige Kunststoffmaterialien mit gängigen Beschriftungslasern problemlos möglich, da solche Kunststoffe zumeist eine vergleichsweise große optische Absorption für die betreffenden Wellenlängen (typisch: Infrarotbereich) aufweisen, so dass die Laserleistung effektiv im Oberflächenbereich des Kunststoffs deponiert werden kann.

Die finale Abdeckung einer Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung an einem Stellantrieb mittels einer Kunststoffumspritzung besitzt jedoch auch Nachteile.

Es hat sich beispielsweise herausgestellt, dass die von dem angespritzten Kunststoffmaterial überdeckten Stellantriebskomponenten oftmals in besonderer Weise (mit erhöhtem Aufwand) auszubilden sind.

So ist beispielsweise bei dem Kontaktzungenträger gemäß der oben bereits erwähnten DE 198 44 743 C1 eine besondere Abdichtung der Durchtrittsöffnungen des Kontaktzungenträgers gegen eindringenden Kunststoff beim Umspritzungsvorgang vorgesehen.

Unabhängig davon hat es sich insbesondere für Stellantriebe mit einem Piezoaktor herausgestellt, dass die Lebensdauer des Aktors durch Dichtelemente zur Abdichtung des Aktorraums und eine finale Kunststoffumspritzung der Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung und somit die mehr oder weniger hermetische Abdichtung des Aktors tendenziell negativ beeinflusst wird.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine schützende Abdeckung für eine Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung an einem Stellantrieb zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils so auszubilden, dass diese einfach beschriftbar und möglichst universell einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Stellantrieb nach Anspruch 1 und die Verwendung eines Deckels nach Anspruch 9. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Für die Erfindung wesentlich ist zunächst das Vorsehen eines Deckels, so dass keine besondere Gestaltung der darunter liegenden Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung erforderlich ist, insbesondere also z. B. keine Maßnahmen gegen ein unerwünschtes Vordringen von flüssigem Kunststoffmaterial zu treffen sind. Damit ein solcher (separat hergestellter) Deckel in einfacher Weise zu befestigen ist und gleichzeitig in einfacher Weise beschriftbar ist, sieht die Erfindung des weiteren vor, dass der Deckel einen als Kunststoff-Spritzgussteil gebildeten Deckelkorpus und eine darin eingebettete Beschriftungslage aufweist, wobei das Kunststoffmaterial des Deckelkorpus für eine Laserverschweißbarkeit mit einem Befestigungsabschnitt des Stellantriebs geeignet gewählt ist und das Material der Beschriftungslage für eine Laserbeschriftbarkeit geeignet gewählt ist. Mit der (wenigstens teilweisen) Einbettung des im Hinblick auf dessen Laserbeschriftbarkeit als "Beschriftungslage" bezeichneten Deckelabschnitts kann vorteilhaft ein dauerhafter Verbleib der Beschriftung am Deckel gewährleistet werden.

Die Einbettung der Beschriftungslage erfolgt bevorzugt gleichzeitig mit der Herstellung des Deckelkorpus, so dass die Beschriftungslage mit wenigstens einer Flachseite eine innige Verbindung mit angrenzendem Kunststoffmaterial des Deckelkorpus eingeht.

Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass die beiden Abschnitte alternativ oder zusätzlich anderweitig miteinander verbunden sind, z. B. durch eine Verklebung oder eine Verschweißung.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Deckelkorpus im Wesentlichen die Form einer runden Scheibe besitzt.

Die Befestigung des Deckels am Stellantrieb ist für viele Stellantriebskonstruktionen vereinfacht, wenn ein äußerer Umfangsrand des Deckelkorpus an wenigstens einer Stelle des Umfangs einen in Axialrichtung abstehenden Vorsprung oder Bund aufweist. Die erwähnte Laserverschweißung mit einem Befestigungsabschnitt des Stellantriebs kann z. B. an diesen Stellen erfolgen.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Befestigungsabschnitt des Stellantriebs aus Kunststoff gebildet ist.

Der zur Befestigung des Deckels herangezogene Befestigungsabschnitt des Stellantriebs kann z. B. von einer am Umfang des Stellantriebs ausgebildeten Kunststoffumspritzung gebildet sein, beispielsweise einer gleichzeitig ein Steckergehäuse zum Außenanschluss des Stellantriebs bereitstellenden Umspritzung. Eine solche "Steckeranspritzung" ist bei Stellantrieben der hier interessierenden Art oftmals ohnehin im axial oberen Endbereich an der Außenumfangsfläche eines hülsenartigen Stellantriebgehäuses vorgesehen und dient dazu, wenigstens eine Komponente der Kontaktierungs- und/oder Abdich tungsanordnung des Stellantriebs zu fixieren (oder auszubilden) und gleichzeitig eine mechanische Komponente einer elektrischen Außenanschlusseinrichtung auszubilden (z. B. ein Steckverbindergehäuse).

Als Befestigungsabschnitt können jedoch auch andere Komponenten des Stellantriebs und insbesondere Komponenten der Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung herangezogen werden.

Wenn der Befestigungsabschnitt des Stellantriebs aus Kunststoff gebildet wird, so können zur Fertigung einerseits des Befestigungsabschnitts und andererseits des Deckelkorpus Kunststoffmaterialien vorgesehen werden, die sich im Wesentlichen lediglich durch einen Anteil an Additiven unterscheiden. Bei solchen Additiven kann es sich insbesondere um Farbstoffe, z. B. in Form von Pigmenten, handeln. Der Vorteil einer Verwendung von Additiven bei wenigstens einem der beiden Materialien besteht darin, dass die optischen Eigenschaften der Materialien in gewünschter Weise eingestellt bzw. "maßgeschneidert" werden können, wobei dennoch vorteilhaft ein einziges Ausgangsmaterial herangezogen werden kann.

Für eine Beschriftung und Verschweißung von Werkstoffen geeignete Laser emittieren oftmals im Infrarotbereich (z. B. Nd:YAG-Laser: 1064 nm) und sind dem Fachmann wohlbekannt. Solche Laser bedürfen daher hier keiner näheren Erläuterung.

Im Hinblick auf eine Laserbeschriftung der Beschriftungslage ist es günstig, wenn die Leistung des verwendeten Beschriftungslasers nach einer Eindringtiefe von wenigen μm bereits zu wenigstens 90% absorbiert wird. Eine einfache Laserverschweißung des Deckelkorpus mit einem Befestigungsabschnitt des Stellantriebs lässt sich z. B. besonders gut realisieren, wenn das Material des Befestigungsabschnitts eine ebenso hohe Absorption für die Wellenlänge des verwendeten Schweißlasers besitzt und, falls der Laserstrahl hierfür den zweiten Deckelkorpus durchdringen muss, das Deckelkorpusmaterial wenigstens 90% der Verschweißlaserleistung transmittiert.

Ganz allgemein ist es bevorzugt, wenn das Material der Beschriftungslage im Infraroten einen größeren Absorptionskoeffizienten als das Deckelkorpusmaterial besitzt und/oder einen kleineren Transmissionskoeffizienten als das Deckelkorpusmaterial besitzt.

In einer Ausführungsform ist auch die Beschriftungslage aus einem Kunststoffmaterial gebildet. In diesem Fall kann zur Vereinfachung der Logistik dieses Material sich von einem Kunststoffmaterial des Deckelkorpus und/oder der Steckeranspritzung wieder im Wesentlichen nur durch einen Anteil an Additiven unterscheiden.

Eine besonders einfache Fertigung des Deckels ist möglich, wenn die Beschriftungslage des Deckels als Kunststofffolie ausgebildet ist.

Der Deckel lässt sich in besonders einfacher Weise mittels eines Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahrens herstellen, bei welchem die Beschriftungslage (z. B. Folie) in das Spritzgusswerkzeug eingelegt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zunächst die Beschriftungslage gefertigt bzw. konfektioniert und nachfolgend in einem Kunststoffspritzprozess der Deckelkorpus aus Kunststoff geformt. Durch ein solches Herstellungsverfahren können auch kompliziertere Formgestaltungen in einfacher Weise vorgesehen werden.

Die Beschriftungslage muss keinen Beitrag zur mechanischen Stabilität des Deckels leisten und kann daher relativ dünn sein. Bevorzugt liegt die mittlere Dicke der Beschriftungslage im Bereich von 5% bis 50% der mittleren Dicke des Deckels (Die Mittelung bezieht sich hierbei auf die von der Beschriftungslage beanspruchte Deckelfläche).

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Beschriftungslage nicht über die gesamte Deckelfläche. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Beschriftungslage (z. B. rund oder rechteckig) sich nur in einem mittleren Bereich der Deckelfläche erstreckt, so dass am Rand der Deckelfläche (z. B. ringförmig am Umfang umlaufend) genügend Deckelfläche verbleibt, durch welche hindurch der Laserstrahl eines zur Verschweißung des Deckels am Befestigungsabschnitt vorgesehenen Lasers ungehindert vordringen kann. Letzteres ist günstig für eine Ausführungsform, bei welcher die Verschweißungsstelle zwischen dem Deckel und dem Befestigungsabschnitt nach dem Aufsetzen des Deckels von außen nicht zugänglich sondern verborgen ist. In diesem Fall ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass der Deckelkorpus im Infrarotbereich transparent ist und der Befestigungsabschnitt in diesem Infrarotbereich stark absorbiert, so dass der Laserstrahl zur Verschweißung verlustarm durch den Deckelkorpus hindurch zu der gewünschten Verschweißungsstelle gelangen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Beschriftungslage an einer Außenseite des Deckels angeordnet, also mit einer Flachseite nach außen hin freiliegend. Eine solche außenseitige Beschriftungslage kann z. B. in einem Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren vollständig in das Deckelkorpusmaterial eingebettet werden, indem die Beschriftungslage als Einlegeteil unmittelbar an eine Wandung des verwendeten Spritzgusswerkzeugs gelegt wird, bevor das plastifizierte Kunststoffmaterial eingespritzt wird. Die Anordnung der Beschriftungslage an der Außenseite des Deckels besitzt den Vorteil einer besseren Beschriftbarkeit und späteren Ablesbarkeit. Es ist jedoch auch denkbar, die Beschriftungslage im Inneren des Korpusmaterials oder an der Unterseite desselben anzuordnen. Ein Vorteil einer solchen "versenkten" Anordnung der Beschriftungslage ist es, dass die Beschriftung durch das Korpusmaterial geschützt wird.

Bei einem Stellantrieb zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils mittels eines Piezoaktors ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung gaspermeabel ausgebildet ist. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass die Lebensdauer eines zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils eingesetzten Piezoaktors sich durch eine "Belüftung" des im Stellantrieb verbauten Piezoaktors in der Praxis verlängern lässt.

Eine mögliche Erklärung der Verlängerung der Lebensdauer bzw. Dauerhaltbarkeit eines Piezoaktors durch Förderung eines Gasaustausches zwischen der Außenseite des Kraftstoffinjektors und dem Aktorraum besteht darin, dass bei einem möglichst hermetisch, insbesondere möglichst gasdicht abgedichteten Aktorraum unter bestimmten Betriebsbedingungen ein Unterdruck im Aktorraum entsteht (z. B. durch Temperaturschwankungen), durch welchen schädliche Medien (z. B. Kraftstoff, Öl etc.) durch die in der Praxis nicht absolut hermetisch auszubildende Abdichtung hindurch zum Piezoaktor vordringen können. Andere mögliche Erklärungen bestehen beispielsweise darin, dass sich nach der Fertigung eines hermetisch abgeschlossenen Pie zoantriebs die Konzentration irgendeines die Lebensdauer verkürzenden Gases im Aktorraum erhöht bzw. dass eine der atmosphärischen Luft ähnelnde Füllung des Aktorraums eine positive Wirkung auf die Lebensdauer des piezoelektrischen Materials besitzt.

Die Gaspermeabilität der Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung kann beispielsweise durch Integration eines gaspermeablen Elastomermaterials (z. B. Silikonwerkstoff, insbesondere Fluorsilikonwerkstoff) und/oder eines mikroporösen Materials (z. B. expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE)) realisiert sein. Durch solche Materialien hindurch kann ein Gasaustausch zwischen der Außenseite der Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung und dem Aktorraum bei gleichzeitiger Abdichtung betreffend flüssige Medien erfolgen.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung eine elektrische Verbindungsvorrichtung zur elektrischen Weiterverbindung von Kontaktstiften eines Aktors mit Anschlussstiften einer von der Verbindungsvorrichtung ausgebildeten Außenanschlusseinrichtung umfasst und zwischen dieser Verbindungsvorrichtung und dem Deckel ein Hohlraum vorgesehen ist. Ein solcher Hohlraum ist insbesondere vorteilhaft zur Belüftung eines Piezoaktors nutzbar, wenn die verwendete Abdichtung gaspermeabel ausgebildet ist.

Die elektrische Verbindungsvorrichtung kann prinzipiell nach Art eines an sich bekannten Kontaktzungenträgers ausgebildet sein (vgl. z. B. die oben bereits erwähnte DE 198 44 743 C1 ). Beispielsweise kann die Verbindungsvorrichtung einen auf die Kontaktstifte eines Piezoaktors aufgesetzten, elektrisch isolierenden Kunststoffformkörper umfassen, der Durchtrittsöff nungen zum Durchtritt der Kontaktstifte enthält und eingeformte, jeweils einer der Durchtrittsöffnungen zugeordnete elektrisch leitende Verbindungsglieder trägt, die sich jeweils von einem an die zugeordnete Durchtrittsöffnung angrenzenden Kontaktierungsabschnitt zur Anlage an den hindurchgetretenen Kontaktstift zu einem von mehreren Außenanschlussstiften erstrecken, die von dem Kunststoffformkörper seitlich abstehen. Der oben erwähnte Hohlraum kann sich beispielsweise unmittelbar an der Oberseite eines solchen Kunststoffformkörpers anschließen. Für eine verbesserte Förderung des Gasaustausches ist es günstig, wenn die Verbindungsvorrichtung, z. B. der erwähnte Kunststoffformkörper, Gasaustauschpassagen enthält.

Der erfindungsgemäße Deckel kann ebenfalls Gasaustauschpassagen enthalten und/oder in Zusammenwirkung mit dem Befestigungsabschnitt des betreffenden Stellantriebs ausbilden. In einer Ausführungsform ist beispielsweise vorgesehen, dass der Deckelkorpus Passagen aufweist, welche den vom Deckel abgedeckten Raum mit dem Außenraum verbinden. Solche Passagen können vergleichsweise klein und/oder labyrinthartig gestaltet sein, um ein Eindringen von festen Medien zuverlässig zu verhindern. Bei einer Verwendung des Stellantriebs für einen Kraftstoffinjektor, der im Betrieb auch an seiner dem Einspritzventil abgewandten Seite mit Motoröl umspült wird, können solche Passagen eine Unterspülung des Deckels mit Motoröl gestatten, welches durch dieselben Passagen wieder herausfließen kann.

Die Herstellung des Stellantriebs kann beispielsweise folgende Schritte umfassen:

– Herstellung eines in einer Axialrichtung langgestreckten Stellantriebkorpus mit einer an einem Ende freiliegenden Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung für einen im Stellantriebkorpus untergebrachten elektrischen Aktor,
– Herstellung eines Deckels aus einem lasertransparenten Kunststoffmaterial mit einer darin eingebetteten, laserbeschriftbaren Beschriftungslage, welche die Fläche des Deckels nicht vollständig beansprucht,
– Aufsetzen des Deckels an dem Ende des Stellantriebkorpus, so dass Deckelabschnitte mit Stellantriebkorpusabschnitten in Kontakt treten,
– Verschweißen des Deckels mit dem Stellantriebkorpus durch einen Laserstrahl, der durch das lasertransparente Kunststoffmaterial des Deckels hindurch auf die Kontaktstelle(n) gerichtet wird, und
– Beschriften des Deckels durch einen auf die Beschriftungslage gerichteten Laserstrahl.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines Deckels der hier beschriebenen Art zur Abdeckung einer Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung eines Stellantriebs zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils bietet zusammenfassend bei entsprechender Ausgestaltung insbesondere folgende Vorteile:

– Konstruktiv einfache, kostengünstige und robuste Ausführung einer schützenden Abdeckung für den Stellantrieb bzw. den damit gebildeten Kraftstoffinjektor
– Einfache Herstellbarkeit der Abdeckung z. B. in einem Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren
– Möglichkeit zur Laserverschweißung des Deckels zwecks Befestigung am Stellantrieb und gleichzeitig problemlose Laserbeschriftbarkeit (vor oder nach der Befestigung des Deckels)
– Möglichkeit zur Gewährleistung einer möglichst guten "Belüftung" eines im Stellantrieb enthaltenen Piezoaktors und somit Steigerung der Dauerhaltbarkeit des Piezoaktors durch Wahl einer geeigneten Deckelgeometrie
– Ausbildung eines mechanischen Schutzes an einem Stellantrieb, bei welchem Motoröl die Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung zwar benetzen, jedoch auch wieder von dieser abfließen kann. Kein finaler Vergussschritt oder Umspritzungsschritt zum Schutz der Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung notwendig.
– Vermeidung eines Eindringens von festen Gegenständen in den Bereich der elektrischen Kontaktierung und somit Verbesserung der elektrischen Betriebssicherheit
– Möglichkeit zur Nutzung von Standard-Herstellungsverfahren für den Deckel (Spritzgussverfahren) und Standardverfahren (z. B. Lasern) für die Befestigung und Beschriftung des Deckels

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Deckels, der als äußere Abdeckung an einem Stellantrieb für ein Kraftstoffeinspritzventil zu verwenden ist,
2 ist eine Schnittansicht des Deckels längs der Linie II-II in 1,
3 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung der Montage des Deckels an einem Stellantrieb.
1 zeigt einen Deckel 10, der gemäß der Erfindung zur schützenden Abdeckung an einem Stellantrieb verwendet wird.
Der Deckel 10 weist einen als Kunststoff-Spritzgussteil (hier: Durethan AKV30H2.0LT904040) gebildeten Deckelkorpus 12 und eine an der Oberseite eingebettete Beschriftungsfolie 14 auf, die zusammen mit dem Deckelkorpus 12 in einem Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren am Deckel 10 ausgebildet wurde.
Der Deckelkorpus 12 besitzt die Form runden Scheibe, wobei ein äußerer Umfangsrand einen in einer Axialrichtung A nach unten abstehenden Vorsprung in Form eines Deckelbunds 16 sowie drei am Umfang verteilt angeordnete und ebenfalls nach unten abstehende Vorsprünge bzw. Blenden aufweist, von denen in 1 zwei zu erkennen und mit 18 bezeichnet sind.
2 verdeutlicht die Anordnung der relativ dünnen Beschriftungsfolie 14 an der Oberseite bzw. Außenseite des Deckels 10.
Diese Beschriftungsfolie 14 (hier: PA66, nämlich Durethan AKV30H2.0901050LO) ist mittels eines Infrarotlasers beschriftbar und wird vor oder nach der Montage des Deckels 10 auf den Stellantrieb mit einem so genannten Data-Matrix-Code (DMC) beschriftet, der unter anderem Informationen über die im Stellantrieb verbauten Komponenten enthält. Der Laserstrahl des Beschriftungslasers wird hierfür von oben her direkt auf die Beschriftungsfolie 14 gerichtet.
Um die rechteckige Beschriftungsfolie 14 herum verbleibt ein Umfangsrandbereich des Deckelkorpus 12, durch den hindurch der Laserstrahl eines ebenfalls im Infrarotbereich emittierenden Verschweißungslasers gerichtet wird, um einen im aufgesetzten Zustand des Deckels an den Deckelkorpus 12 angrenzenden Befestigungsabschnitt des Stellantriebs aufzuschmelzen und somit mit dem Deckel 10 zu verschweißen. Das Kunststoffmaterial des Deckelkorpus 12 besitzt die hierfür erforderliche Transparenz im Infrarotbereich (z. B. etwa 800 nm bis 1200 nm), so dass die Laserleistung unwesentlich im Deckelkorpus 12 und im Wesentlichen im angrenzenden Befestigungsabschnitt deponiert wird, der hierfür einen entsprechend höheren Absorptionskoeffizienten besitzt. Je nach Energieeintrag kommt es jedoch mittelbar zu einem mehr oder weniger starken Aufschmelzen des Deckelkorpus in den Bereichen, die bei aufgesetztem Deckel in unmittelbarem Kontakt mit aufgeschmolzenen Befestigungsabschnittbereichen stehen.
3 veranschaulicht die Montage des Deckels 10 an einem Stellantrieb 1 zur Betätigung eines (nicht dargestellten) Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine.
Der Stellantrieb 1 umfasst ein aus Metall gebildetes, hülsenförmiges Aktorgehäuse 2, in welchem in an sich bekannter Wei se ein elektrischer Aktor (hier: Piezoaktor) zur Betätigung eines Servosteuerventils untergebracht ist, welches dem eigentlichen Einspritzventil vorgeschaltet ist. Von dem Piezoaktor erkennt man in 3 lediglich die nach oben aus einer axialen Öffnung des Gehäuses 2 herausragenden Kontaktstifte 3, die mittels eines von oben aufgeschobenen Kontaktzungenträgers 4 elektrisch mit Kontaktzungen eines außenseitigen Steckverbinders 5 verbunden sind. Diese elektrische Weiterverbindung der Kontaktstifte des Piezoaktors bzw. die Konstruktion des Kontaktzungenträgers 4 entspricht hierbei im Wesentlichen dem Stand der Technik gemäß der eingangs erwähnten DE 198 44 743 C1 . Im Unterschied zu diesem Stand der Technik wird bei dem dargestellten Stellantrieb 1 jedoch keine finale Kunststoffumspritzung zum Schutz der Kontaktierungsanordnung (Kontaktzungenträger 4) und der darunter liegenden Abdichtungsanordnung vorgesehen. Vielmehr wird zu diesem Zweck der Deckel 10 von oben aufgesetzt (vgl. Pfeile) und nachfolgend am Stellantrieb 1 befestigt.
In 3 erkennt man ferner eine so genannte Steckeranspritzung 20 aus Kunststoff, welche einen oberen Endbereich des hülsenförmigen Aktorgehäuses 2 ummantelt und mit einem in Axialrichtung A nach oben abstehenden Bund 22 überragt.
Die Steckeranspritzung 20 dient in erster Linie dazu, den Kontaktzungenträger 4 in seiner in 3 dargestellten, montierten Lage relativ zum Aktorgehäuse 2 zu fixieren und mit einem seitlich abstehenden Abschnitt ein Steckverbindergehäuse 6 auszubilden.
Darüber hinaus besitzt die Steckeranspritzung 20 des dargestellten Stellantriebs 1 bzw. der Bund 22 die Funktion eines Befestigungsabschnitts zur festen Anbindung des Deckels 10 am Stellantrieb 1.
Dieser Befestigungsabschnitt bzw. Befestigungsbund 22 weist auf seiner dem Deckel 10 zugewandten Seite eine Anbindungsfläche 24 auf, die nach dem Aufsetzen des Deckels 10 in flächigen Kontakt mit einer korrespondierenden Anbindungsfläche 26 (2) des Deckels 10 gelangt.
Beim Aufsetzen des Deckels 10 gelangt außerdem die äußere Umfangsfläche des Deckelbunds 16 mit allenfalls geringfügigem Spiel in Kontakt mit Flächenbereichen des Innenumfangs des Befestigungsbunds 22.
Im aufgesetzten Zustand des Deckels 10 wird dann der Laserstrahl eines Infrarotlasers von oben durch das lasertransparente Deckelkorpusmaterial hindurch auf die laserabsorbierende Anbindungsfläche 24 des Befestigungsbunds 22 gerichtet, wodurch an dieser Stelle das Kunststoffmaterial der Steckeranspritzung 20 aufschmilzt und mit daran angrenzenden Deckelabschnitten (Flächenbereiche 26) verschweißt wird. In dieser Weise wird der Deckel 10 zum Schutz der mit einem gewissen Abstand darunter liegenden Kontaktierungs- und Abdichtungsanordnung des Stellantriebs 1 unlösbar mit dem Stellantrieb 1 verbunden.
Der Deckelbund 16 trägt nicht lediglich dazu bei, den Deckel 10 beim Aufsetzen auf die Steckeranspritzung 20 zu positionieren bzw. zu zentrieren, sondern besitzt auch eine vorteilhafte Wirkung beim Verschweißungsprozess. Durch die mehr oder weniger enge Anlage des Deckelbunds 16 an der Innenseite des Befestigungsbunds 22 wird nämlich verhindert, dass aufgeschmolzenes Kunststoffmaterial in den vom Deckel 10 abgedeck ten Raum vordringt. Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte der Deckelbund 16 in seinem Verlauf auch ein- oder mehrfach unterbrochen sein. Der erwähnte Schutz vor einem Eindringen von aufgeschmolzenem Kunststoffmaterial erfordert diesen Bund lediglich in den Bereichen entlang des Umfangs, an welchen Material aufgeschmolzen wird.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verlauf des Befestigungsbunds 22 der Steckeranspritzung 20 an drei Stellen jeweils durch eine Belüftungsaussparung 28 unterbrochen, deren Anordnung in Umfangsrichtung betrachtet der Anordnung der vom Deckelkorpus 12 nach unten abstehenden Blenden 18 entspricht. Beim Aufsetzen des Deckels 10 auf die Steckeranspritzung 20 gelangen die Blenden 16 somit in eine die Belüftungsaussparungen 28 fast vollständig verschließende Lage. Es verbleibt jedoch ein kleiner Spalt zwischen dem Rand jeder Blende 18 und dem Rand der betreffenden Belüftungsaussparung 28, so dass mittels dieser Spalte vorteilhaft ein beträchtlicher Gasaustausch zwischen einem von dem Deckel 10 überdeckten Hohlraum und dem Außenraum (Installationsumgebung) ermöglicht wird.
Die in Zusammenwirkung der Blenden 18 mit den Aussparungen 28 gebildeten Belüftungspassagen sind bei dem dargestellten Stellantrieb 1 "labyrinthartig" ausgebildet, so dass bei vergleichsweise großem Gasaustauschvermögen ein Eindringen von festen Gegenständen in den überdeckten Hohlraum zuverlässig vermieden wird. Des weiteren sind die Belüftungspassagen so gestaltet, dass im Betrieb des Stellantriebs 1 etwaig durch diese Passagen in den Stellantrieb hineinfließende flüssige Medien wie Motoröl auch wieder aus dem Stellantrieb 1 herausfließen können. Um die Belüftung des Hohlraums über die Belüftungspassagen letztlich zur effektiven Belüftung des im Aktorraum befindlichen Piezoaktors nutzbar zu machen, ist der Kontaktzungenträger 4 sowie eine (nicht dargestellte) darunter befindliche Abdichtungsanordnung gaspermeabel ausgebildet. Die Gaspermeabilität der Abdichtung beruht im Wesentlichen darauf, dass ein entsprechendes Dichtelement aus einem Fluorsilikonwerkstoff mit vergleichsweise hoher Gaspermeabilität gebildet ist. Damit ergibt sich eine gute Flüssigkeitsabdichtung bei gleichzeitig vorteilhaft hoher Permeationsrate für gasförmige Medien.
Ein hohes Gasaustauschvermögen zwischen dem abgedeckten Hohlraum an der Oberseite des Kontaktzungenträgers 4 und der unter dem Kontaktzungenträger 4 angeordneten Abdichtungsanordnung wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Belüftungspassagen gefördert, welche durch einen Kunststoffkorpus des Kontaktzungenträgers 4 in Axialrichtung A hindurchgehen.
Zusammenfassend wird mit dem Deckel 10 eine einfach herzustellende, beschriftbare und befestigbare Abdeckung zum Schutz von Komponenten eines Injektorantriebes geschaffen. In besonders einfacher Weise kann der Deckel 10 mittels einer Folienhinterspritzungstechnologie hergestellt werden. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das zu hinterspritzende Kunststoffmaterial hinsichtlich seiner Transmissionseigenschaften verschieden von dem Kunststoff, der für die Steckeranspritzung 20 verwendet wird. Das Deckelkorpusmaterial ist lasertransparent, wohingegen die Steckeranspritzung vergleichsweise stark absorbierend für die beim Verschweißen verwendete Laserwellenlänge ist. Die einfache Beschriftbarkeit des Deckels 10 (vor oder nach dessen Montage) wird hierbei durch eine vergleichsweise dünne Kunststofflage gewährleistet, die mittels der Lasertechnologie beschriftbar ist, insbesondere mit einem Beschriftungslaser einer Wellenlänge, die wenigstens annähernd im gleichen Wellenlängenbereich (z. B. Infrarot) liegt. Durch eine entsprechend optimierte Materialauswahl bzw. Materialmodifikation (z. B. durch Beimischung von Farbstoffen) ist es prinzipiell sogar denkbar, für die Laserverschweißung und die Laserbeschriftung ein und dieselbe Wellenlänge zu benutzen. In diesem Fall ist es sogar möglich, mittels ein und desselben Lasers zunächst den Deckel zu befestigen und sodann (z. B. in einem Arbeitsgang) in derselben Bearbeitungsstation zu beschriften.

Claims

Stellantrieb zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils, umfassend einen Deckel (10) zur Abdeckung einer Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung des Stellantriebs, wobei der Deckel (10) einen als Kunststoff-Spritzgussteil gebildeten Deckelkorpus (12) und eine darin eingebettete Beschriftungslage (14) aufweist, wobei das Kunststoffmaterial des Deckelkorpus für eine Laserverschweißbarkeit mit einem Befestigungsabschnitt (16) des Stellantriebs geeignet gewählt ist und das Material der Beschriftungslage für eine Laserbeschriftbarkeit geeignet gewählt ist.
Stellantrieb nach Anspruch 1, wobei der Deckelkorpus (12) im Wesentlichen die Form einer runden Scheibe besitzt.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein äußerer Umfangsrand des Deckelkorpus (12) an wenigstens einer Stelle des Umfangs einen in Axialrichtung (A) abstehenden Vorsprung (16, 18) aufweist.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Befestigungsabschnitt (16) des Stellantriebs aus Kunststoff gebildet ist.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschriftungslage (14) des Deckels (10) als Kunststofffolie ausgebildet ist.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschriftungslage (14) des Deckels (10) an einer Außenseite des Deckels angeordnet ist.
Stellantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Deckel (10) mittels eines Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahrens hergestellt ist, bei welchem die Beschriftungslage (14) in das Spritzgusswerkzeug eingelegt wurde.
Kraftstoffinjektor, umfassend einen Stellantrieb (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Verwendung eines Deckels (10) zur Abdeckung einer Kontaktierungs- und/oder Abdichtungsanordnung an einem Stellantrieb (1) zur Betätigung eines Kraftstoffeinspritzventils, wobei der Deckel (10) einen als Kunststoff-Spritzgussteil gebildeten Deckelkorpus (12) und eine darin eingebettete Beschriftungslage (14) aufweist, wobei das Kunststoffmaterial des Deckelkorpus für eine Laserverschweißbarkeit mit einem Befestigungsabschnitt (16) des Stellantriebs (1) geeignet gewählt ist und das Material der Beschriftungslage (14) für eine Laserbeschriftbarkeit geeignet gewählt ist.