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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff
in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Das Öffnen und
Schließen
eines Kraftstoffinjektors wird durch ein in den Injektor integriertes Steuerventil
gesteuert. Das Steuerventil wird üblicherweise mit Hilfe eines
Aktors betätigt.
Als Aktor eignen sich zum Beispiel Piezoaktoren. Zur Übertragung
der Kraft und des Hubes des Aktors auf das Steuerventil wird zum
Beispiel ein hydraulischer Koppler eingesetzt. Hierbei handelt es
sich um eine Baugruppe, die ein Gehäuse umfasst, welches zwei konzentrische
Bohrungen aufweist, wobei ein Kolben mit einem ersten Durchmesser
in einer dieser Bohrungen geführt
ist und ein Ventilkolben mit einem zweiten Durchmesser in der zweiten
der konzentrischen Bohrungen. Das Volumen, das von diesen beiden
Kolben begrenzt wird, ist mit Kraftstoff gefüllt. Durch den Aktor wird der
erste Kolben bewegt. Aufgrund der durch den Aktor auf diesen Kolben
ausgeübten
Kraft wird im Kraftstoffvolumen zwischen den beiden Kolben ein Druck
aufgebaut, der wiederum eine Kraft auf den zweiten Kolben bewirkt.
Diese Kraft ergibt sich aus der vom Aktor ausgeübten Kraft entsprechend dem
Verhältnis
der Flächen
der beiden Kolben.
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Da
das zwischen den Kolben eingeschlossene Kraftstoffvolumen im Wesentlichen
konstant ist, bewirkt die Auslenkung des Ventilkolbens auch eine Auslenkung
des Kolbens und damit des Aktors. Die Auslenkung des Aktors ergibt
sich aus der Auslenkung des Ventilkolbens entsprechend dem Verhältnis der
Flächen
der beiden Kolben.
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Da
zukünftig
Injektoren bei höheren
Drücken als
bisher betrieben werden sollen, wird auch die Kraft, die zum Öffnen des
Steuerventils benötigt
wird, zunehmen. Zudem ist es möglich,
dass aus Gründen der
Verschleißfestigkeit
die Notwendigkeit besteht, bei diesen höheren Drücken auch den Sitzdurchmesser
des Steuerventils zu erhöhen.
Hierdurch wird der ventilseitige Kraftbedarf weiter erhöht. Bei
Piezoaktoren kann dem entsprochen werden, indem entweder die Spannung,
mit der der Aktor betrieben wird, erhöht wird oder es wird ein größerer Aktor
mit erhöhter Blockierkraft
oder erhöhtem
Leerlaufhub verwendet. Dies hat jedoch den Nachteil, dass mit zunehmender Spannung
die Belastung des Aktors wächst
und somit seine Lebensdauer sinkt. Zudem würde ein größerer Aktor auch eine deutliche
Kostensteigerung bedeuten.
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Alternativ
wäre es
auch möglich,
zur Steigerung der ventilseitigen Blockierkraft das Übersetzungsverhältnis zwischen
den beiden Kolben zu verkleinern. Dies würde jedoch auch dazu führen, dass das
ventilseitige Hubvermögen
im gleichen Maße sinkt,
wie das Kraftangebot steigt. Da jedoch im Allgemeinen einer Reduzierung
des Schaltventilhubes enge Grenzen gesetzt sind, ist dies auch kein
gangbarer Weg.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Ein
erfindungsgemäß ausgebildeter
Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer
Verbrennungskraftmaschine umfasst einen hydraulischen Koppler, der
Hub und Kraft eines Aktors auf ein Steuerventil überträgt. Die auf das Steuerventil
wirkende Kraft ist mindestens genauso groß wie die vom Aktor abgegebene
Kraft. Der hydraulische Koppler umfasst einen ersten Kolben, der
in einer ersten Führung
in einem Kopplergehäuse
geführt
ist und mit einer Stirnfläche
einen Kopplerraum begrenzt. Der Kopplerraum ist auf einer zweiten
Seite von einem Ventilkolben des Steuerventils begrenzt. In einem
ersten Bereich ist der Ventilkolben in einem ersten Durchmesser
ausgebildet und in einem zweiten Bereich in einem zweiten Durchmesser.
Der zweite Durchmesser ist dabei kleiner als der erste Durchmesser.
Erfindungsgemäß ist der
Ventilkolben im zweiten Bereich mit dem kleineren Durchmesser von einem
Ringelement umschlossen, welches relativ zum Ventilkolben bewegbar
ist.
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Durch
das Ringelement, welches den zweiten Bereich des Ventilkolbens umschließt und relativ zum
Ventilkolben bewegbar ist, wird der Koppler mit einem variablen Übersetzungsverhältnis ausgeführt. Bei
einem kleinen Hub wirkt zunächst
ein kleines Übersetzungsverhältnis mit
einer großen
ventilseitigen Kraft. Bei einem mittleren Hub wird automatisch auf
ein höheres Übersetzungsverhältnis umgeschaltet.
Das ventilseitige Hubvermögen
gegenüber
einem Koppler, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, bleibt
somit unverändert.
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Um
das variable Übersetzungsverhältnis zu erzielen,
ist das Ringelement üblicherweise
mit seinem Außendurchmesser
in der Führung
im Kopplergehäuse
geführt.
Ein von eins unterschiedliches Übersetzungsverhältnis wird
dadurch erzielt, dass sich der Außendurchmesser des Ringes vom
Durchmesser des ersten Bereiches des Ventilkolbens unterscheidet.
Vorzugsweise ist der Außendurchmesser
des Ringelementes größer als
der Durchmesser des ersten Bereiches des Ventilkolbens. Hierdurch wird
erreicht, dass der Hub des Ventilkolbens größer ist als der aktorseitige
Hub.
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Am
Ventilkolben ist vorteilhafterweise zwischen dem ersten Bereich
und dem zweiten Bereich ein Absatz ausgebildet, welcher als Hubbegrenzung für das Ringelement
wirkt. Dieser Absatz kann zum Beispiel als ebene Fläche, kegelförmig oder
konisch ausgebildet sein. Weiterhin kann der Absatz auch jede weitere,
dem Fachmann bekannte Geometrie aufweisen. Vorzugsweise wirkt auf
das Ringelement ein Federelement derart, dass das Ringelement durch
die Federkraft des Federelementes gegen den Absatz gedrückt wird.
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Von
dem Ringelement, dem Steuerkolben und dem Kopplergehäuse wird
ein Steuerraum umschlossen, in dem ein Kraftstoffvolumen eingeschlossen
ist.
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Der
Außendurchmesser
des Ringelementes und der Außendurchmesser
des ersten Kolbens können
gleich sein oder sich unterscheiden. Vorteil bei gleichen Durchmessern
ist es, das im Kopplergehäuse
eine Führung
mit einem konstanten Durchmesser ausgebildet ist, in welcher der
erste Kolben und das Ringelement geführt sind. Hierdurch wird die
Fertigung des Kopplergehäuses
vereinfacht. Wenn der Außendurchmesser
des Ringelementes und des ersten Kolbens unterschiedlich sind, ist
die Führung
im Kopplergehäuse
ebenfalls in unterschiedlichen Durchmessern auszuführen. Hierzu
wird üblicherweise
ein Absatz in der Führung
vorgesehen. Bei unterschiedlichen Durchmessern des Ringelementes
und des ersten Kolbens unterscheiden sich die Übersetzungsverhältnisse,
mit denen zum einen die Blockierkraft des Aktors auf die Ventilseite
und zum anderen der Leerlaufhub auf die Ventilseite übersetzt
werden. Bevorzugt ist bei unterschiedlichen Außendurchmessern des Ringelementes
und des ersten Kolbens der Außendurchmesser
des ersten Kolbens größer als der
Außendurchmesser
des Ringelementes. In diesem Fall wird die Blockierkraft des Aktors
mit einem kleineren Übersetzungsverhältnis auf
die Ventilseite untersetzt und der Leerlaufhub mit einem größeren Übersetzungsverhältnis auf
die Ventilseite übersetzt.
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Der
Aktor, mit welchem das Steuerventil betätigt wird ist vorzugsweise
ein Piezoaktor. Alternativ zum Piezoaktor lässt sich jedoch auch jeder
weitere dem Fachmann bekannte Aktor einsetzen, der eine vergleichbare
Funktion aufweist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 einen
erfindungsgemäß ausgebildeten
Kraftstoffinjektor,
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2 einen
erfindungsgemäß ausgebildeten
hydraulischen Koppler und
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3 Kraft/Hub-Kurven
bei unterschiedlichen Volumina des Steuerraumes.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
ein erfindungsgemäß ausgebildeter
Kraftstoffinjektor dargestellt.
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Ein
Kraftstoffinjektor 1 umfasst ein Einspritzventilglied 3,
mit welchem mindestens eine Einspritzöffnung 5 freigegeben
oder verschlossen werden kann. Über
die Einspritzöffnung 5 wird
Kraftstoff in einen hier nicht dargestellten Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine
eingespritzt. Das Einspritzventilglied 3 ist in einem unteren
Gehäuseteil 7 aufgenommen.
An seiner der mindestens einen Einspritzöffnung 5 abgewandten
Seite ist das Einspritzventilglied 3 von einem Federelement 9 und
einem Ringelement 11 umschlossen. Das Ringelement 11 weist eine
Beißkante
auf, mit der dieses gegen eine Drosselplatte 13 gestellt
ist. Hierzu wirkt das Federelement 9, welches vorzugsweise
eine als Spiralfeder ausgebildete Druckfeder ist, mit einer Seite
gegen einen Absatz 15 am Einspritzventilglied 3 und
mit der anderen Seite gegen eine Stirnfläche 17 am Ringelement 11.
Auf diese Weise wird das Ringelement 11 mit Hilfe des Federelementes 9 gegen
die Drosselplatte 13 gedrückt. Das Ringelement 11,
die Drosselplatte 13 und eine obere Stirnfläche 19 des
Einspritzventilgliedes 3 umschließen einen Steuerraum 21, der
mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff befüllt ist.
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An
die Drosselplatte 13 schließt sich ein Steuerventil 23 an.
Mit dem Steuerventil 23 ist eine Ablaufdrossel 25,
die den Steuerraum 21 mit einem Kraftstoffrücklauf 27 verbindet,
verschließbar
oder freigebbar. Zum Verschließen
der Verbindung wird ein Schließelement 29 in
seinen Sitz 31 gestellt. Hierzu wirkt auf das Schließelement 29 ein
Ventilkol ben 33. Die Betätigung des Ventilkolbens 33 erfolgt
mit Hilfe eines Aktors 35, der in der hier dargestellten Ausführungsform
als Piezoaktor ausgeführt
ist. Der Aktor 35 wirkt zunächst auf einen Übersetzerkolben 37 eines
hydraulischen Kopplers 39. Über den hydraulischen Koppler 39 werden
der Hub und die Kraft des Aktors 35 auf den Ventilkolben 33 übersetzt.
Der Hub des Ventilkolbens 33 wird so vergrößert gegenüber dem
Hub des Übersetzerkolbens 37.
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Über einen
Hochdruckanschluss 41 ist der Kraftstoffinjektor 1 zum
Beispiel mit einem Hochdruckspeicher eines Hochdruckspeichereinspritzsystems
verbunden. Der vom Hochdruckspeicher bereitgestellte unter hohem
Druck stehende Kraftstoff strömt über den
Hochdruckanschluss 41 und einen Hochdruckkanal 43 in
einen Düsenraum 45,
der das Einspritzventilglied 3 umschließt.
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Um
den Kraftstoffinjektor 1 zu betätigen und Kraftstoff in den
Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einspritzen zu können, ist
der Aktor 35 mit einer Spannungsquelle, die hier nicht
dargestellt ist, verbunden.
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Solange
keine Spannung am Aktor 35 anliegt ist der Aktor in seiner
Ausgangsposition und das Steuerventil 23 ist geschlossen.
Zusätzlich
zu der Druckkraft des unter Systemdruck stehenden Kraftstoffes wirkt
auf das Schließelement 29 ein
zweites Federelement 47, welches das Schließelement 29 in seinen
Sitz 31 stellt. Der unter Systemdruck stehende Kraftstoff
wirkt über
den Hochdruckkanal 43, eine aus dem Hochdruckkanal 43 abzweigende
Zulaufdrossel 49 in den Steuerraum 21, den Steuerraum 21 und
die Ablaufdrossel 25 auf das Schließelement 29. Durch
den im Steuerraum 21 herrschenden Systemdruck wirkt eine
Druckkraft auf das Einspritzventilglied 3, wodurch dieses
in seinen Sitz 51 gestellt wird und so die mindestens eine
Einspritzöffnung 5 verschließt.
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Um
den Einspritzvorgang zu starten wird der Aktor 35 bestromt.
Hierdurch dehnt sich der Aktor 35 aus. Die Aktorkraft wirkt
auf den Übersetzerkolben 37.
Der Übersetzerkolben 37 wird
in Richtung des Ventilkolbens 33 bewegt. Zwischen den Übersetzerkolben 37 und
dem Ventilkolben 33 ist ein Kopplerraum 53 ausgebildet,
der mit Kraftstoff befüllt
ist. Durch Bewegung des Übersetzerkolbens 37 verringert
sich das Volumen des Kopplerraums 53 und der Druck nimmt
zu. Die hierdurch vergrößerte Druckkraft
wirkt auf den Ventilkolben 33, welcher in Richtung des
Schließelementes 29 bewegt
wird. Hierdurch drückt
der Ventilkolben 33 das Schließelement 29 aus seinem
Sitz 31. Die Verbindung aus dem Steuerraum 21 über die
Ablaufdrossel 25 in den Kraftstoffrücklauf 27 ist freigegeben.
Der Druck im Steuerraum 21 sinkt. Aufgrund des abnehmenden Druckes
im Steuerraum 21 und die damit abnehmende Kraft, die auf
das Einspritzventilglied 3 wirkt, hebt sich das Einspritzventilglied 3 aus
seinem Sitz 51 und gibt die mindestens eine Einspritzöffnung 5 frei.
Die erforderliche Kraft, die benötigt
wird, um das Einspritzventilglied 3 aus seinem Sitz 51 zu
heben wird durch die Druckkraft des Kraftstoffes im Düsenraum 45 bereitgestellt.
Der im Düsenraum 45 enthaltene Kraftstoff,
der Systemdruck aufweist, wirkt auf eine Druckfläche 55 am Einspritzventilglied 3.
Die Druckfläche 55 ist
so ausgerichtet, dass die auf die Druckfläche 55 wirkende Kraft
der Druckkraft, die auf die obere Stirnfläche 19 des Einspritzventilgliedes 3 wirkt entgegengerichtet
ist.
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Um
den Einspritzvorgang wieder zu beenden wird die Bestromung des Aktors 35 beendet.
Der Aktor 35 zieht sich wieder zusammen. Durch die Bewegung
des Aktors 35 wird der Übersetzerkolben 37 in Richtung
des Aktors 35 bewegt. Das Volumen im Kopplerraum 53 nimmt
zu, wodurch der Druck im Kopplerraum 53 sinkt. Der Ventilkolben 33 bewegt sich
ebenfalls in Richtung des Aktors 35 und das Schließelement 29 wird
wieder in seinen Sitz 31 gestellt. Die Verbindung aus dem
Steuerraum 21 über die
Ablaufdrossel 25 in den Kraftstoffrücklauf 27 ist verschlossen. Über die
Zulaufdrossel 49 strömt
wieder unter Systemdruck stehender Kraftstoff in den Steuerraum 21,
wodurch sich im Steuerraum 21 Systemdruck aufbaut. Durch
die zunehmende Druckkraft auf die obere Stirnfläche 19 des Einspritzventilgliedes 3 wird
dieses wieder in seinen Sitz 51 gestellt und die mindestens
eine Einspritzöffnung 5 verschlossen.
Der Einspritzvorgang ist beendet.
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2 zeigt
einen erfindungsgemäß ausgebildeten
hydraulischen Koppler in vergrößerter Darstellung.
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Der
hydraulische Koppler ist so mit einem variablen Übersetzungsverhältnis ausgeführt, dass
bei einem kleinen Hub des Aktors 35 zunächst ein kleines Übersetzungsverhältnis wirkt
und die ventilseitige Kraft große
Werte annimmt. Bei einem mittleren Hub wird dann automatisch auf
ein höheres Übersetzungsverhältnis umgeschaltet,
so dass das ventilseitige Hubvermögen gegenüber einem hydraulischen Koppler
gemäß dem Stand
der Technik unverändert bleibt.
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Hierzu
ist der Ventilkolben 33 von einem Ringelement 61 umschlossen.
Der Ventilkolben 33 umfasst einen ersten Bereich 63,
der dem Steuerventil 23 zugewandt ist und einen Durchmesser
d1 aufweist. In einem zweiten Bereich 65 ist
der Ventilkolben 33 in einem zweiten Durchmesser d2 ausgeführt. Der
zweite Durchmesser d2 ist kleiner als der
erste Durchmesser d1. Am Übergang
vom ersten Durchmesser d1 zum zweiten Durchmesser
d2 ist ein Absatz 67 ausgebildet.
Der Absatz 67 dient als Hubbegrenzung für das Ringelement 61.
Das Ringelement 61 ist mit seiner Innenfläche 69 auf
den zweiten Bereich 65 des Ventilkolbens 33 geführt. Mit
seiner Außenfläche 71 ist
das Ringelement 61 in einem Kopplergehäuse 73 geführt. Im
Kopplergehäuse 73 ist ebenfalls
der Übersetzerkolben 37 geführt.
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Auf
das Ringelement 61 wirkt ein Federelement 75,
welches sich mit einer Seite gegen das Ringelement 61 und
mit der anderen Seite gegen den Übersetzerkolben 37 abstützt. Das
Federelement 75 ist vorzugsweise eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder.
Es ist aber auch jede andere, dem Fachmann bekannte Druckfeder einsetzbar.
Auf der dem Übersetzerkolben 37 abgewandten
Seite umschließen
das Ringelement 61, der Ventilkolben 33 und das Kopplergehäuse 73 einen
Steuerraum 77. Der Steuerraum 77 ist mit Kraftstoff
befüllt.
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Bei
geschlossenem Steuerventil 23 wird das Ringelement 61 mit
Hilfe des Federelementes 75 gegen den Absatz 67 gestellt.
Hierbei übt
das Federelement 75 eine definierte Vorspannkraft auf das
Ringelement 61 aus.
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Wenn
nun der Einspritzvorgang gestartet wird und die Aktorkraft auf den Übersetzerkolben 37 wirkt,
wird der Übersetzerkolben 37 in
Richtung des Kopplerraumes 53 bewegt. Das Volumen im Kopplerraum 53 nimmt
ab und der Druck nimmt hierdurch zu. Aufgrund des zunehmenden Druckes
wirkt eine Druckkraft auf den Ventilkolben 33 auf das Ringelement 61.
Das Ringelement 61 und der Ventilkolben 33 werden
in Richtung des Steuerventiles 23 bewegt. Aufgrund des
gleichen Außendurchmesser
des Übersetzerkolbens 37 und
des Ringelementes 61 bei der in 2 dargestellten
Ausführungsform
liegt das Übersetzungsverhältnis somit
zunächst
bei 1:1. Durch die Bewegung des Ringelementes 61 in Richtung
des Steuerventils 23 wird jedoch das Volumen im Steuerraum 77 verringert.
Hierdurch baut sich ein Druck im Steuerraum 77 auf. Diese
Druckkraft wirkt auf das Ringelement 61. Gleichzeitig nimmt
aufgrund der durch die Längenausdehnung
des Aktors 35 zurückgehenden
Aktorkraft der Druck im Kopplerraum 53 ab.
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Durch
die Druckkraft, die im Steuerraum 77 auf das Ringelement 61 wirkt,
wird jedoch die vom Ventilkolben 33 ausgeübte Kraft
gegenüber
der Kraft eines Kopplers, wie er aus dem Stand der Technik bekannt
ist, mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1
reduziert. Die Steigung der ventilkolbenseitigen Kraft/Hub-Kurve
ergibt sich nun nicht allein aus der Aktorsteifigkeit sondern als
Summe aus der Aktorsteifigkeit und der Steifigkeit des Steuervolumens
im Steuerraum 77. Der Betrag der Steigung ist somit in jedem
Falle größer als
dies bei einem einteiligen Koppler mit der Übersetzung 1:1, wie er aus
dem Stand der Technik bekannt ist, der Fall wäre. Sobald der Druck im Steuerraum 77 den
Druck des Kopplerraumes 53 erreicht hat, hebt das Ringelement 61 vom
Absatz 67 ab. Der Ventilkolben 33 bewegt sich jedoch
weiter in Richtung des Steuerventils 23. Aufgrund dieser
Bewegung nimmt nun sowohl im Kopplerraum 53 als auch im
Steuerraum 77 der Druck ab. Der Kraftstoff im Steuerraum 77 dehnt
sich aufgrund seiner Elastizität
wieder aus und das Ringelement 61 bewegt sich in Richtung
des Übersetzerkolbens 37. Die
Kraft, die vom Ventilkolben 33 an das Schließelement 29 des
Steuerventils 23 übertragen
wird, geht zurück,
bis sie bei einem Hub x = ü·x0 den Wert Null erreicht. Hierbei ist x0 der Hub des Aktors 35. ü ist das Übersetzungsverhältnis von Übersetzerkolben 37 zu Ventilkolben 33.
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Vorteil
des erfindungsgemäß ausgebildeten hydraulischen
Kopplers 39 ist, dass zunächst die volle Kraft des Aktors 35 übertragen
wird, gleichzeitig aber auch der erhöhte Leerlaufhub eines Kopplers mit
einem Übersetzungsverhältnis > 1 genutzt werden kann,
ohne dass hierzu die Aktorspannung erhöht oder ein größerer Aktor
eingesetzt werden muss.
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Sobald
die Bestromung des Aktors 35 beendet wird und sich der
Aktor 35 wieder auf seine Ausgangslänge zusammenzieht wird der Übersetzerkolben 37 aus
dem Kopplerraum 53 bewegt. Auch der Ventilkolben 33 und
das Ringelement 61 bewegen sich wieder in ihre Ursprungsposition.
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In 3 sind
ventilkolbenseitige Kraft/Hub-Kurven für unterschiedliche Volumina
des Steuerraumes 77 dargestellt.
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Auf
der x-Achse ist der Hub des Ventilkolbens aufgetragen und auf der
y-Achse die Kraft, die der Ventilkolben 33 auf das Schließelement 29 ausübt. Bei
einem Übersetzungsverhältnis von
1:1 nimmt die Kraft des Ventilkolbens 33 auf das Schließelement 29 entsprechend
der Linie 81 ab. In seiner Ausgangsposition wirkt die volle
Kraft des Aktors 35 auf den Ventilkolben 33. Mit
zunehmendem Hub x nimmt die Kraft, die vom Ventilkolben 33 auf
das Schließelement 29 wirkt
ab, bis bei einem Hub, der dem Leerlaufhub des Aktors x0 entspricht,
die vom Ventilkolben 33 auf das Schließelement 29 wirkende Kraft
gleich Null ist. F0 bezeichnet die Blockierkraft des
Aktors, das heißt
jene Kraft, die der Aktor 35 bei beidseitig fester Anspannung
auf seine Umgebung ausüben
würde.
Die Kraft nimmt mit zunehmender Auslenkung x infolge der von Null
verschiedenen Aktorsteifigkeit ab. Die Kraft Null wird erreicht,
wenn die Auslenkung des Ventilkolbens 33 den mit dem Übersetzungsverhältnis multiplizierten
Leerlaufhub des Aktors erreicht. Bei einem Übersetzungsverhältnis von
1:1 ist die Auslenkung des Ventilkolbens 33 gleich dem
Leerlaufhub des Aktors.
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Mit
Bezugszeichen 83 ist die Kraft/Hub-Kurve bezeichnet, die
sich bei einem Übersetzungsverhältnis von
1:1,4 ergibt. Wie aus 3 ersichtlich ist, wirkt bei
einem derartigen Übersetzungsverhältnis mit
einteiligem Übersetzerkolben 37 und
einteiligem Ventil kolben 33 nicht die volle Blockierkraft
des Aktors auf den Ventilkolben 33. Die Kraft, die maximal auf
den Ventilkolben 33 wirken kann, ist gegenüber der
Kraft, die bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:1
auf den Ventilkolben 33 wirken kann, verringert. Bei der
erfindungsgemäßen Lösung, mit
dem Ringelement 61, welches auf den zweiten Bereich 65 des Ventilkolbens 33 geführt ist
ergeben sich in Abhängigkeit
vom Volumen des Steuerraumes 77 die mit den Bezugszeichen 85, 87 und 89 bezeichneten Kraft/Hub-Kurven.
Dabei ist das Volumen des Steuerraumes 77 bei der Kraft/Hub-Kurve 89 am
kleinsten und bei der Kraft/Hub-Kurve 85 am größten.
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Bei
dem erfindungsgemäß ausgebildeten
hydraulischen Koppler 39 nimmt die zunächst die Kraft mit zunehmendem
Hub ausgehend von der Blockierkraft des Aktors F0 ab.
Sobald der Umschaltpunkt 91 erreicht ist, bewegt sich der
Ventilkolben 33 ohne das Ringelement 61 weiter
in Richtung des Steuerventils 23. Die Kraft/Hub-Kurve nimmt
einen flacheren Verlauf ein und endet bei einem maximalen Hub, der dem
Hub entspricht, der bei einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis, hier
bei einem Übersetzungsverhältnis von
1:1,4, erreicht wird. Es ist selbstverständlich auch jedes andere Übesetzungsverhältnis möglich. Das Übersetzungsverhältnis ist
dabei abhängig
von den Querschnittsflächen
des Übersetzerkolbens 37 und
des Ventilkolbens 33, die den Kopplerraum 53 begrenzen.
Es gilt für
das Übersetzungsverhältnis ü = d0 2/d1 2. Der Umschaltpunkt 91 wird jeweils
dann erreicht, wenn die Kraft, die der Ventilkolben 33 auf
das Schließelement 29 ausübt, um das Übersetzungsverhältnis unterhalb
der Kraft/Hub-Kurve eines einstufigen hydraulischen Kopplers mit
der Übersetzung 1 liegt.
Dies ist mit der gestrichelten Hilfslinie 93 dargestellt.
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Alternativ
zu der in 2 dargestellten Ausführungsform
ist es auch möglich,
den Außendurchmesser
des Ringelementes 61 und den des Übersetzerkolbens 37 unterschiedlich
auszuführen.
In diesem Fall wird im Kopplergehäuse 73 ein Absatz
ausgebildet, so dass sowohl der Übersetzerkolben 37 als auch
das Ringelement 61 mit seinem Außendurchmesser im Kopplergehäuse 73 geführt werden
können.
Das Ringelement weist dann einen Außendurchmesser d'0 auf,
während
der Durchmesser des Übersetzerkolbens 37 weiterhin
d0 ist. In diesem Fall wird die Blockierkraft
des Aktors 35 mit einem Übersetzerverhältnis ü1 = d'0 2:d0 2 auf die Ventilseite untersetzt und der
Leerlaufhub wird mit dem Übersetzungsverhältnis ü2 = d0 2:d1 2 auf die Ventilseite übersetzt.
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Das
Federelement 75, welches das Ringelement 61 im
Ruhezustand auf dem Absatz 67 des Ventilkolbens niederhält, sorgt
auch dafür,
dass die geringe Kraftstoffmenge, die über Führungsspalte des Ringelementes 61 bei
aktivem Koppler in den Steuerraum 77 eindringt in den Betätigungspausen wieder
aus dem Steuerraum 77 herausgepresst wird. Das Federele ment 75 kann
weiterhin die Aufgabe der aus dem Stand der Technik bekannten Ventilkolbenfeder übernehmen
und für
die Wiederbefüllung
des Kopplerraumes 53 sorgen. Die aus dem Stand der Technik
bekannte Ventilkolbenfeder kann dann entfallen.
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Neben
der in 2 dargestellten Ausführungsform, bei der der Absatz 67 als
Planfläche
ausgeführt
ist, ist es zum Beispiel auch möglich,
dass sich der Kolben 33 und das Ringelement 61 an
beliebig gestalteten Flächen
berühren.
So kann zum Beispiel der Absatz 67 kegelförmig ausgeführt sein
und die entsprechende Fläche
am Ringelement 61 eben, kegelförmig oder als Doppelkegel.
Auch ist es möglich,
dass die Berührlinie
oder die Berührfläche zwischen
dem Ringelement 61 und dem zweiten Bereich 65 des
Ventilkolbens 33 durchgängig
oder unterbrochen ist.