DE102005038891B4 - Actuator device, in particular for an injection device - Google Patents

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Abstract

Aktoreinrichtung (2, 10), insbesondere für eine Einspritzvorrichtung, mit
– einem in einer axialen Richtung ausgedehnten Gehäuse (3),
– einem darin positionierten, axial an einer Befestigungsseite einseitig befestigten Aktorelement (5, 11) mit einer vorbestimmten axialen Ausgangslänge (L) aus einem FSMA(Ferromagnetic Shape Memory Alloy)-Material,
– einem Düsen- oder Ventilelement (7), das mit dem Aktorelement (5, 11) auf dessen der Befestigungsseite axial gegenüberliegenden beweglichen Seite verbunden ist, und über das eine Zuleitung eines Mediums in ein Arbeitsvolumen einstellbar ist, und
– Mitteln zu einer wiederholbaren Änderung der axialen Länge des Aktorelementes (5, 11) aus FSMA-Material um eine vorbestimmte axiale Längenänderung (ΔL), wobei die Mittel
a) Dehnungsmittel zur Einstellung der axialen Längenänderung (ΔL) und davon getrennt
b) Rückstellmittel zur Rückstellung der um die Längenänderung (ΔL) geänderten axialen Länge (L + ΔL) auf die Ausgangslänge (L) umfassen,
– wobei die Dehnungsmittel durch ein auf das Aktorelement (5,...Actuator (2, 10), in particular for an injection device, with
A housing (3) extended in an axial direction,
An actuator element (5, 11), which is positioned axially on one fastening side and has a predetermined axial initial length (L) made of an FSMA (Ferromagnetic Shape Memory Alloy) material,
- A nozzle or valve element (7) which is connected to the actuator element (5, 11) on the mounting side of the axially opposite movable side, and via which a supply of a medium in a working volume is adjustable, and
- Means for a repeatable change of the axial length of the actuator element (5, 11) of FSMA material by a predetermined axial change in length (.DELTA.L), wherein the means
a) expansion means for adjusting the axial length change (.DELTA.L) and separated therefrom
b) return means for resetting the changed by the change in length (ΔL) axial length (L + ΔL) to the initial length (L),
- wherein the expansion means by a on the actuator element (5, ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aktoreinrichtung, insbesondere für eine Einspritzvorrichtung, mit

  • – einem in einer axialen Richtung ausgedehnten Gehäuse,
  • – einem darin positionierten, axial einseitig befestigten Aktorelement, dessen axiale Länge veränderbar ist,
  • – einem mit dem Aktorelement auf dessen Befestigungsseite axial gegenüberliegender Seite starr verbundenen Düsen- oder Ventilelement, über das eine Zuleitung eines Mediums in ein Arbeitsvolumen einstellbar ist, und
  • – Mitteln zu einer wiederholbaren Änderung der axialen Länge des Aktorelementes um eine vorbestimmte axiale Längenänderung.
The invention relates to an actuator device, in particular for an injection device, with
  • A housing extended in an axial direction,
  • - A positioned therein, axially unilaterally mounted actuator element whose axial length is variable,
  • A nozzle or valve element, which is rigidly connected to the actuator element on its fastening side and is axially opposite, via which a supply line of a medium can be set in a working volume, and
  • - Means for a repeatable change in the axial length of the actuator element by a predetermined axial change in length.

Eine entsprechende Aktoreinrichtung ist aus der DE 102 44 614 A1 zu entnehmen.A corresponding actuator device is from the DE 102 44 614 A1 refer to.

Aus der Dissertation mit dem Titel „Mikrostruktur und Phasenbildung hochorientierter TiNiCu- und NiMnAl-Formgedächtnisschichten, hergestellt mittels Molekularstrahl-Epitaxie", Autor Sigurd Thienhaus, Februar 2005, sind weiterhin so genannte FSMA(Ferro Magnetic Shape Memory Alloy)-Materialien bekannt, die bei Aktor-Elementen Verwendung finden können. Bekannte Einspritzvorrichtungen nutzen bevorzugt piezoelektrisch basierte Aktorelemente, deren Ausdehnung durch Anlegen einer elektrischen Spannung steuerbar bzw. einstellbar ist. Im Hinblick auf für einen gewünschten Einsatz in der Automobiltechnik hinreichende Längenänderungen müssen dabei die Aktorelemente als eine monolithische Multischichtenstruktur ausgebildet werden (vgl. z. B. EP 0 894 340 B1 ), zu deren Steuerung dann eine verhältnismäßig hohe elektrische Steuerspannung erforderlich wird.From the dissertation entitled "Microstructure and phase formation of highly oriented TiNiCu and NiMnAl shape memory layers, prepared by molecular beam epitaxy", author Sigurd Thienhaus, February 2005, so-called FSMA (Ferro Magnetic Shape Memory Alloy) materials are still known Known injectors preferably use piezoelectrically based actuator elements, the extent of which can be controlled or adjusted by applying an electrical voltage (see eg. EP 0 894 340 B1 ), to whose control then a relatively high electrical control voltage is required.

Ein entsprechendes, aus der DE 102 44 614 A1 zu entnehmendes piezoelektrisches Multilagen-Aktorelement dient als Antriebs element eines Hochdruckeinspritzventils, wie es zu einer Kraftstoff-Direkteinspritzung in einen Einspritzraum eines Kraftfahrzeugmotors einzusetzen ist. Um in solchen modernen Piezoinjektoren eine für den genannten Einsatzzweck erforderliche hinreichende Weglänge von z. B. 0,04 mm zu erhalten, ist als Aufbau des Aktorelementes ein Stapel aus etwa 350 einzelnen Piezofolien erforderlich, wobei eine elektrische Spannung von über 40 V zu einer Ansteuerung benötigt wird. Die genannte geringe Länge reicht dabei aus, um ein Einspritz- bzw. Schaltventil in eine Arbeitsposition zu bringen. Der Druck in einem Ventilsteuerraum vermindert sich dabei, wodurch das unter hohem Druck stehende Einspritzmedium, insbesondere ein Kraftstoff, eine Nadel in einem Düsenmodul anheben kann und dabei versprüht wird. Wird das Schaltventil geschlossen, steigt der Druck im Steuerraum auf den im Düsenmodul herrschenden Wert. Das Kräftegleichgewicht bewirkt, dass die Düse nicht mehr angehoben werden kann und sich schließt.A corresponding, from the DE 102 44 614 A1 To be taken piezoelectric multilayer actuator element serves as a drive element of a high-pressure injection valve, as it is to use a direct fuel injection in an injection chamber of an automotive engine. In such modern piezo injectors required for the stated purpose sufficient path length of z. B. 0.04 mm, as a structure of the actuator element, a stack of about 350 individual piezo films is required, with an electrical voltage of over 40 V is required for a control. The said short length is sufficient to bring an injection or switching valve in a working position. The pressure in a valve control chamber thereby decreases, whereby the injection medium under high pressure, in particular a fuel, can lift a needle in a nozzle module and be sprayed thereby. If the switching valve is closed, the pressure in the control chamber rises to the value prevailing in the nozzle module. The balance of forces causes the nozzle can not be raised and closes.

Einem solchen piezobasierten Injektor schreibt man eine dreifach kürzere Reaktionszeit an einem konventionellen elektromagnetisch betätigten Injektor zu. Entsprechende Einspritzvorrichtungen benötigen jedoch die Bereitstellung der erwähnten, für die Kraftfahrzeugtechnik vergleichsweise hohen elektrischen Spannung, erfordern außerdem einen komplexen Aufbau des Aktormaterials sowie ein hohes Einbauvolumen auf Grund der beschränkten Dehnung von wenigen 0,1 Dabei sind die Kosten im Wesentlichen durch den komplexen Aufbau des Aktorelementes selbst bestimmt und gehen daher erheblich in die Systemkosten ein.a Such piezobasierten injector to write a threefold shorter reaction time to a conventional electromagnetically actuated injector. Appropriate Injectors need However, the provision of the mentioned, for the automotive engineering comparatively high voltage, also require a complex Structure of the actuator material and a high installation volume due to limited stretching of a few 0.1 The costs are essentially due to the complex structure of the actuator element itself determined and therefore go significantly in the system cost.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Aktoreinrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen hinsichtlich ihres Aufbaus und der Ansteuerung ihres Aktorelementes zu vereinfachen.task It is the object of the present invention to provide the actuator device with the mentioned features in terms of their structure and the To facilitate control of their actuator element.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination aller im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demgemäß soll die Aktoreinrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend ausgestaltet sein, dass ihr Aktorelement mit einer vorbestimmten axialen Ausgangslänge aus einem FSMA(Ferromagnetic Shape Memory Alloy)-Material aufgebaut ist. Wesentlich ist dabei, dass die Mittel zur wiederholbaren Änderung der axialen Länge

  • a) Dehnungsmittel zur Einstellung der axialen Längenänderung und davon getrennt
  • b) Rückstellmittel zur Rückstellung der um die Längenänderung geänderten axialen Länge auf die Ausgangslänge umfassen,
This object is achieved by the combination of all specified in claim 1 features. Accordingly, the actuator device with the features mentioned should be designed to the effect that its actuator element is constructed with a predetermined axial output length of a FSMA (Ferromagnetic Shape Memory Alloy) material. It is essential that the means for repeatable change of the axial length
  • a) expansion means for adjusting the axial length change and separated therefrom
  • b) comprise return means for restoring the axial length changed by the length change to the initial length,

wobei die Dehnungsmittel durch ein auf das Aktorelement aus FSMA-Material in Axialrichtung einwirkendes gerichtetes Magnetfeld, das mittels einer das FSMA-Aktorelement umschließenden Feldspule erzeugt wird, und wobei die Rückstellmittel durch ein Magnetfeld zwischen den Polflächen eines magnetfeldführenden Jochkörpers aus ferromagnetischem Material eines Elektromagneten erzeugt werden.in which the expansion means by a on the actuator element of FSMA material directed magnetic field acting in the axial direction, by means of a field coil enclosing the FSMA actuator element is generated, and wherein the return means by a magnetic field between the pole faces of a magnetic field leading yoke body be produced from ferromagnetic material of an electromagnet.

Die mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Aktoreinrichtung verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass durch die Verwendung aller Elemente aus einem der an sich bekannten FSMA-Materialien sowohl der Aufbau als auch die Ansteuerung vereinfacht werden können. Das verwendete Material besitzt dabei einen um etwa 3 Größenordnungen höheren Ausdehnungsgrad als Piezoaktoren von bis zu 10 im Massivmaterial. Ein Antriebsmodul in einem Injektor kann dadurch monolithisch als reiner Formkörper (so genannter „Smart Actor") ausgelegt werden. Ein deutlich geringerer Bauraum sowie eine schnelle Auslösung der Formänderung des Aktorwerkstoffes durch Aufbau eines Magnetfeldes ist auf Grund der gering zu haltenden Masse der bewegten Teile erreichbar.The advantages associated with the embodiment of the actuator device according to the invention are to be seen in particular in that both the structure and the control can be simplified by the use of all elements from one of the known FSMA materials. The material used has a degree of expansion that is about 3 orders of magnitude higher than piezoactuators of up to 10 in the solid material. A drive module in an injector can thereby mono A much smaller space and a quick release of the change in shape of the Aktorwerkstoffes by building a magnetic field can be achieved due to the low mass of the moving parts.

Beim Einsatz von FSMA-Materialien für erfindungsgemäße Aktoreinrichtungen können die Vorteile der piezo- und der elektromagnetischen Aktuator-Technik kombiniert und ihre jeweiligen Nachteile zumindest vermindert werden. Zu den Vorteilen gehören:

  • – Massivmaterial zur Miniaturisierung, also kein Schichtstapel,
  • – einfache kontaktlose Ansteuerung mit Feld- bzw. Strompulsen unter Vermeidung zu hoher Spannungen, Fehlen einer Bewegung eines Magnetkerns mit verhältnismäßig großer Trägheit unter Vermeidung von Reibungsverlusten.
When using FSMA materials for actuator devices according to the invention, the advantages of the piezoelectric actuator and the electromagnetic actuator technology can be combined and their respective disadvantages at least reduced. The advantages include:
  • - massive material for miniaturization, so no layer stack,
  • - Simple contactless control with field or current pulses while avoiding too high voltages, lack of movement of a magnetic core with relatively large inertia while avoiding friction losses.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch denen aus mehreren kombiniert werden. Demgemäß kann die erfindungsgemäß ausgebildete Aktoreinrichtung zusätzlich noch folgende Merkmale aufweisen:

  • • So kann das gerichtete Magnetfeld die Dehnungsmittel und ein in der Gegenrichtung wirkendes Federelement die Rückstellmittel bilden. Selbstverständlich ist auch eine umgekehrte Wirkungsweise dieser Mittel mit dem Federelement als Dehnungsmittel und dem Magnetfeld als Rückstellmittel denkbar. Dabei wird davon ausgegangen, dass das FSMA-Aktorelement der Aktoreinrichtung vom so genannten Ein-Weg-Typ ist, wobei das Magnetfeld z. B. im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung verläuft und das Federelement zu einer Rückstellung des FSMA-Aktorelementes auf seine Ausgangslänge bei fehlendem bzw. abgeschaltetem Magnetfeld vorgesehen ist. Ein derartiger Aufbau gewährleistet eine schnelle, beliebig oft wiederholbare Längenänderung des Elementes, wie sie gerade für Motoreinspritzvorrichtungen der Automobiltechnik gefordert wird.
  • • Bevorzugt wird dabei das gerichtete Magnetfeld mittels einer das FSMA-Aktorelement umschließenden Feldspule erzeugt. Dabei kann für dieses FSMA-Aktorelement vom Ein-Weg-Typ vorteilhaft das Federelement durch diese Feldspule selbst gebildet sein. Der entsprechende Aufbau zeichnet sich dann durch eine besonders geringe Masse und Einfachheit aus.
  • • Stattdessen kann das gerichtete Magnetfeld zwischen den Polflächen eines magnetfeldführenden Jochkörpers aus ferromagnetischem Material eines Elektromagneten erzeugt sein. Ein solches Magnetfeld ruft an einem gedehnten Aktorelement rückstellende bzw. zusammenziehende Kräfte hervor. Dabei ist die absolute Ausrichtung des Feldes unerheblich, d. h. das in die Gegenrichtung gerichtete Feld hat dieselbe rückstellende Wirkung. Die Dehnung des Aktorelementes kann dabei z. B. mittels eines Federelementes hervorgerufen werden. Statt eines solchen Federelementes lässt sich auch ein in axialer Richtung gerichtetes Magnetfeld vorsehen, so dass dann zwei zumindest annähernd senkrecht zueinander gerichtete Magnetfelder als Dehnungsmittel und Rückstellmittel dienen.
  • • Als FSMA-Material des Aktorelementes kommt insbesondere eine NiMnGa-Legierung in Frage.
Advantageous embodiments of the actuator device according to the invention will become apparent from the dependent of claim 1 claims. In this case, the embodiment can be combined according to claim 1 with the features of one of the subclaims or preferably also those of several. Accordingly, the actuator device designed according to the invention may additionally have the following features:
  • • Thus, the directional magnetic field, the expansion means and acting in the opposite direction spring element form the return means. Of course, a reverse operation of this means with the spring element as a stretching means and the magnetic field as a return means is conceivable. It is assumed that the FSMA actuator element of the actuator device of the so-called one-way type, wherein the magnetic field z. B. extends substantially parallel to the axial direction and the spring element is provided to a provision of the FSMA actuator element to its initial length in the absence or switched off magnetic field. Such a structure ensures a rapid, as often repeatable change in length of the element, as it is currently required for engine injectors of automotive technology.
  • The magnetic field is preferably generated by means of a field coil surrounding the FSMA actuator element. In this case, the spring element can be formed by this field coil itself for this FSMA actuator element of the one-way type advantageous. The corresponding structure is characterized by a particularly low mass and simplicity.
  • Instead, the directional magnetic field between the pole faces of a magnetic field guiding yoke body can be generated from ferromagnetic material of an electromagnet. Such a magnetic field causes restoring or contracting forces on a stretched actuator element. In this case, the absolute orientation of the field is irrelevant, ie the field directed in the opposite direction has the same restoring effect. The elongation of the actuator element can be z. B. caused by a spring element. Instead of such a spring element, it is also possible to provide a magnetic field directed in the axial direction, so that then two magnetic fields directed at least approximately perpendicular to one another serve as expansion means and return means.
  • • As FSMA material of the actuator element is in particular a NiMnGa alloy in question.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen sowie aus der nachfolgend erläuterten Zeichnung hervor. Dabei zeigen in leicht schematischer Form derenFurther advantageous embodiments of the actuator device according to the invention go from the above-mentioned subclaims and from the following Drawing forth. This show in a slightly schematic form their

1 einen möglichen Aufbau einer Aktoreinrichtung unter erfindungsgemäßer Verwendung eines FSMA-Aktorelementes und 1 a possible structure of an actuator device under the inventive use of a FSMA actuator element and

2 eine weitere Ausbildungsmöglichkeit einer Aktoreinrichtung. 2 another training option of an actuator device.

In den Figuren sind sich entsprechende Teile jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In The figures are corresponding parts each with the same Provided with reference numerals.

Bei dem in 1 in einem Längsschnitt angedeuteten Teil einer Aktoreinrichtung, wie sie insbesondere für eine Einspritzvorrichtung eines Kraftstoffmotors der Automobiltechnik verwendbar ist, wird von an sich bekannten Ausführungsformen entsprechender Dosiervorrichtungen ausgegangen (vgl. DE 102 44 614 A1 oder EP 1 079 158 A2 ). Die allgemein mit 2 bezeichnete Einrichtung weist ein axial lang gestrecktes Injektorgehäuse 3 auf, in dessen Innenraum 4 ein Aktorelement 5 axial einseitig beweglich angeordnet ist. Hierzu stützt sich das Aktorelement 5 einseitig axial an einem ortsfesten Widerlager 6 ab bzw. ist an diesem befestigt, während von ihm an seiner axial gegenüberliegenden, frei beweglichen Seite eine in der Figur nicht ausgeführte Ventilnadel 7 betätigt wird, über die in bekannter Weise eine Zuleitung oder Zuführung eines Einspritzmediums wie eines Kraftstoffs in ein Arbeitsvolumen bzw. einen Einspritzraum einstellbar ist.At the in 1 In a longitudinal section indicated part of an actuator device, as used in particular for an injection device of a fuel engine of the automotive industry, is assumed by known per se embodiments of corresponding metering devices (see. DE 102 44 614 A1 or EP 1 079 158 A2 ). The generally with 2 designated device has an axially elongated Injektorgehäuse 3 in, in its interior 4 an actuator element 5 is arranged axially on one side movable. For this purpose, the actuator element is supported 5 axially on one side fixed abutment 6 from or is attached to this, while by him on its axially opposite, free-moving side of a not executed in the figure valve needle 7 is actuated, via which in a known manner a supply line or supply of an injection medium such as a fuel in a working volume or an injection space is adjustable.

Das Aktorelement 5 soll erfindungsgemäß aus einem bekannten FSMA(Ferromagnetic Shape Memory Alloy)-Material bestehen.The actuator element 5 According to the invention should consist of a known FSMA (Ferromagnetic Shape Memory Alloy) material.

Entsprechende Materialien, wie sie für industrielle Anwendungen bevorzugt zum Einsatz kommen, sind im Allgemeinen vom so genannten Ein-Weg-Typ und gehen z. B. aus der JP 2002-0285269 A oder aus „Journal of Radioelectronics", no. 5, 2001 (Internetadresse: „http://jre.cplire.ru/jre/may01/1/text.html) hervor. Geeignete Materialien sind beispielsweise besondere Ni-Mn-Ga-Legierungen die den so genannten Heusler-Legierungen zuzuordnen sind. Bei diesen Materialien wird unter Einwirkung eines in einer vorbestimmten Richtung (oder in der entsprechenden Gegenrichtung) wirkenden Magnetfeldes innerhalb einer Martensitphasen-Struktur auf Grund einer intrinsischen Ausrichtung von magnetisierbaren Körnern eine Längenänderung +ΔL des FSMA-Elementes in einer bestimmten Richtung bewirkt. Diese Längenänderung ist jedoch nicht-reversibel; d. h., bei einer anschließenden Abschaltung des Magnetfeldes verbleibt das Element in seiner verlängerten Form. Es müssen deshalb besondere rückstellende Mittel vorhanden sein, um auf Grund einer entsprechenden Kraft K diese Längenänderung rückgängig zu machen. Eine solche rückstellende Kraft K kann z. B. mittels einer Rückstellfeder bewirkt werden.Corresponding materials, which are preferably used for industrial applications, are generally of the so-called One-way type and go z. B. from the JP 2002-0285269 A or from "Journal of Radioelectronics", no. 5, 2001 (Internet address: "http://jre.cplire.ru/jre/may01/1/text.html)." Suitable materials include, for example, special Ni-Mn gas. Alloys attributable to the so-called Heusler alloys In the case of these materials, a change in length + ΔL of the FSMA under the influence of a magnetic field acting in a predetermined direction (or in the corresponding opposite direction) within a martensite phase structure due to an intrinsic orientation of magnetizable grains This change in length, however, is non-reversible, ie, in a subsequent shutdown of the magnetic field, the element remains in its elongated form, and therefore special restoring means must be provided to compensate for this change in length due to a corresponding force K Such a restoring force K can be achieved, for example, by means of a return spring b be effected.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform der Aktoreinrichtung 2 wird das die Längenänderung ΔL des Aktorelementes 5 aus der Ein-Weg-FSMA-Legierung bewirkende Magnetfeld mittels einer das Injektorgehäuse 3 solenoidförmig umschließenden Feldspule 8 erzeugt. Hierbei weist das Magnetfeld bzw. dessen magnetische Induktion B in achsenparallele Richtung (oder in die entsprechende Gegenrichtung). Zu einer Rückstellung des Aktorelementes 5 auf seine Ausgangsform mit der Länge L bei fehlender bzw. abgeschalteter elektrischer Erregung der Feldspule 12 bedarf es der besonderen rückstellenden Kraft K, die hier über eine entsprechende Rückstellfeder hervorgerufen wird. Gemäß dem für die Figur angenommenen Ausführungsbeispiel können vorteilhaft die Feldspule 8 und eine entsprechende Rückstellfeder durch ein und dasselbe Bauteil gebildet werden. Das bedeutet, dass die Feldspule auf der Einspannungsseite des Aktorelementes 5 ebenfalls eingespannt ist, während sie auf ihrer axial gegenüberliegenden Seite mit dem beweglichen Ende des Aktorelementes verbunden ist. Eine derartige Kombination von magnetfelderzeugender Feldspule und Rückstellfeder stellt einen besonders einfachen Aufbau dar. Selbstverständlich sind aber auch eine Feldspule und davon getrennt ein besonderes Federelement verwendbar.At the in 1 shown embodiment of the actuator device 2 this will be the change in length ΔL of the actuator element 5 From the one-way FSMA alloy causing magnetic field by means of a Injektorgehäuse 3 solenoid-shaped enclosing field coil 8th generated. Here, the magnetic field or its magnetic induction B in the axis-parallel direction (or in the corresponding opposite direction). To a provision of the actuator element 5 on its output form with the length L in the absence or disconnected electrical excitation of the field coil 12 it requires the special restoring force K, which is caused here by a corresponding return spring. According to the embodiment adopted for the figure, the field coil can advantageously 8th and a corresponding return spring are formed by one and the same component. This means that the field coil on the clamping side of the actuator element 5 is also clamped while it is connected on its axially opposite side with the movable end of the actuator element. Such a combination of magnetic field generating field coil and return spring is a particularly simple structure. Of course, but also a field coil and separately used a special spring element.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung einer rückstellenden Kraft K geht aus der in 2 nur teilweise veranschaulichten Ausführungsform einer Aktoreinrichtung 10 hervor. Hierbei sei angenommen, dass ihr in einem Gehäuse 3 befindliches FSMA-Aktorelement 11 durch besondere, in axialer Richtung wirkende Dehnungsmittel wie z. B. eine magnetische Induktion B nach 1 oder ein entsprechend wirkendes Federelement in die um die Längenänderung +ΔL axial verlängerte Form zu bringen ist. Es bedarf dann zusätzlicher Rückstellmittel, um die Ausgangslänge L des Aktorelementes 11 wieder einzustellen. Hierzu befindet sich das Aktorelement zwischen gegenüberliegenden Polschuhen 12a und 12b eines magnetflussführenden Jochkörpers aus ferromagnetischem Material. Dabei ist zwischen den Polschuhen eine magnetische Induktion B' durch entsprechende Erregung einer dem Jochkörper zugeordneten, in der Figur nicht ausgeführten Spule eines Elektromagneten mit vorgegebener Polarität zu erzeugen. Diese Induktion B' ist zumindest annähernd senkrecht zur Richtung der als Dehnungsmittel dienenden Induktion B gerichtet (so genannte "gekreuzte Magnetfelder bzw. magnetische Induktionen"). Durch ein wechselseitiges Ein- und Ausschalten der gekreuzten Magnetfelder bzw. Induktionen B und B' lässt sich dann eine Hin- und Herbewegung der frei beweglichen Seite des Aktorelementes 11 und damit ein entsprechendes Öffnen bzw. Schließen der mit ihm verbundenen Ventilnadel 7 bewirken. Das hier den gekreuzten Magnetfeldern ausgesetzte FSMA-Aktorelement 11 kann als ein solches vom so genannten Zwei-Wege-Typ angesehen werden.Another way to generate a restoring force K is from the in 2 only partially illustrated embodiment of an actuator device 10 out. It is assumed that you are in a housing 3 located FSMA actuator element 11 by special, acting in the axial direction of expansion means such. B. a magnetic induction B after 1 or to bring a correspondingly acting spring element in the axial change by the change in length + .DELTA.L shape. It then requires additional return means to the output length L of the actuator element 11 to adjust again. For this purpose, the actuator element is located between opposite pole shoes 12a and 12b a magnetic flux guiding yoke body of ferromagnetic material. In this case, between the pole pieces, a magnetic induction B 'by corresponding excitation of the yoke body associated, not shown in the figure coil of an electromagnet with a predetermined polarity to produce. This induction B 'is directed at least approximately perpendicular to the direction of the induction B serving as expansion means (so-called "crossed magnetic fields or magnetic inductions"). By a mutual switching on and off of the crossed magnetic fields or inductions B and B 'can then be a reciprocating motion of the freely movable side of the actuator element 11 and thus a corresponding opening or closing of the valve needle connected to it 7 cause. The here exposed to the crossed magnetic fields FSMA actuator element 11 can be considered as one of the so-called two-way type.

Bei dem vorstehend geschilderten Aufbau der Aktoreinrichtung 10 nach 2 wurde davon ausgegangen, dass die von dem Magnetfeld in ihrem Aktorelement 11 hervorgerufene magneti sche Induktion B' von einem Elektromagneten erzeugt wird, der einen Jochkörper aus ferromagnetischem Material mit Polschuhen enthält, wobei der Magnetfluss durch das ferromagnetische Material mit Hilfe mindestens einer zugeordneten Erregerwicklung erzeugt wird. Selbstverständlich ist eine entsprechende, schaltbare Induktion auch mit einem anderen Spulenaufbau, beispielsweise durch zwei sich gegenüberliegende Erregerwicklungen mit oder ohne ferromagnetischem Kern bzw. Polschuhen hervorrufbar.In the above-described construction of the actuator device 10 to 2 It was assumed that the of the magnetic field in its actuator element 11 caused Magneti cal induction B 'is generated by an electromagnet containing a yoke body of ferromagnetic material with pole pieces, wherein the magnetic flux is generated by the ferromagnetic material by means of at least one associated field winding. Of course, a corresponding, switchable induction with another coil structure, for example by two opposing excitation windings with or without ferromagnetic core or pole shoes hervorufbar.

Bei erfindungsgemäß gestalteten Aktoreinrichtungen gegebenenfalls zum Einsatz kommende Federelemente können selbstverständlich als Spannungsfedern oder als Druckfedern ausgeführt sein.at designed according to the invention Actuator devices optionally used spring elements can Of course be designed as tension springs or as compression springs.

Claims (3)

Aktoreinrichtung (2, 10), insbesondere für eine Einspritzvorrichtung, mit – einem in einer axialen Richtung ausgedehnten Gehäuse (3), – einem darin positionierten, axial an einer Befestigungsseite einseitig befestigten Aktorelement (5, 11) mit einer vorbestimmten axialen Ausgangslänge (L) aus einem FSMA(Ferromagnetic Shape Memory Alloy)-Material, – einem Düsen- oder Ventilelement (7), das mit dem Aktorelement (5, 11) auf dessen der Befestigungsseite axial gegenüberliegenden beweglichen Seite verbunden ist, und über das eine Zuleitung eines Mediums in ein Arbeitsvolumen einstellbar ist, und – Mitteln zu einer wiederholbaren Änderung der axialen Länge des Aktorelementes (5, 11) aus FSMA-Material um eine vorbestimmte axiale Längenänderung (ΔL), wobei die Mittel a) Dehnungsmittel zur Einstellung der axialen Längenänderung (ΔL) und davon getrennt b) Rückstellmittel zur Rückstellung der um die Längenänderung (ΔL) geänderten axialen Länge (L + ΔL) auf die Ausgangslänge (L) umfassen, – wobei die Dehnungsmittel durch ein auf das Aktorelement (5, 11) aus FSMA-Material in Axialrichtung einwirkendes gerichtetes Magnetfeld (B), das mittels einer das FSMA-Aktorelement (5) umschließenden Feldspule (9) erzeugt wird, und wobei die Rückstellmittel durch ein Magnetfeld (B') zwischen den Polflächen (12a, 12b) eines magnetfeldführenden Jochkörpers aus ferromagnetischem Material eines Elektromagneten erzeugt werden.Actuator device ( 2 . 10 ), in particular for an injection device, having - a housing extended in an axial direction ( 3 ), - an actuator element positioned therein, axially fastened on one fastening side ( 5 . 11 ) having a predetermined axial length (L) of a FSMA (Ferromagnetic Shape Memory Alloy) material, - a nozzle or valve element ( 7 ), which with the actuator element ( 5 . 11 ) is connected to the attachment side of the axially opposite movable side, and via which a supply line of a Medi adjustable to a working volume, and - means for a repeatable change in the axial length of the actuator element ( 5 . 11 ) of FSMA material by a predetermined axial length change (ΔL), the means a) expansion means for adjusting the axial length change (ΔL) and separated therefrom b) return means for returning the axial length (L + ΔL ) to the initial length (L), - wherein the expansion means by a on the actuator element ( 5 . 11 ) of FSMA material acting in the axial direction directed magnetic field (B), which by means of a FSMA actuator element ( 5 ) enclosing field coil ( 9 ) and wherein the restoring means are driven by a magnetic field (B ') between the pole faces ( 12a . 12b ) of a magnetic field guiding yoke body of ferromagnetic material of an electromagnet are generated. Aktoreinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein FSMA-Aktorelement (5, 11) aus einer NiMnGa-Legierung.Actuator device according to Claim 1, characterized by an FSMA actuator element ( 5 . 11 ) made of a NiMnGa alloy. Aktoreinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet als Teil einer Einspritzvorrichtung eines Kraftstoff verbrennenden Motors der Automobiltechnik.Actuator device according to claim 1 or claim 2, characterized as part of an injection device of a fuel burning engine of automotive engineering.
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