DE102009057404B4

DE102009057404B4 - Piezoelectric actuator

Info

Publication number: DE102009057404B4
Application number: DE102009057404.2A
Authority: DE
Inventors: Alexander Kuschel; Dr. Weiße Manfred
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: DE102009057404A1

Abstract

Piezoelektrischer Aktuator (120) für einen Kraftstoffinjektor (100), mit einem Piezoelement (150) zur Betätigung des Kraftstoffinjektors (100), das in einer Umhausung (150) aufgenommen ist, wobei
– die Umhausung (150) ein erstes Rohrelement (210) und ein axial daran angrenzendes zweites Rohrelement (220) umfasst;
– das erste Rohrelement (210) mehrere erste axiale Eingriffselemente (230) mit jeweils einer ersten Hinterschneidung (195) aufweist;
– das zweite Rohrelement (220) mehrere erste axiale Aussparungen (240) mit jeweils einer zweiten Hinterschneidung (200) aufweist, wobei die ersten axialen Aussparungen (240) zur Aufnahme der ersten axialen Eingriffselemente (230) ausgebildet sind; und
– die jeweils erste Hinterschneidung (195) mit der jeweils zweiten Hinterschneidung (200) im Eingriff steht,
– wobei in einem Bereich, in dem die Rohrelemente (210, 220) aneinander angrenzen, die mehreren ersten axialen Eingriffselemente (230) entlang eines Umfangs der Rohrelemente (210, 220) verteilt sind.A piezoelectric actuator (120) for a fuel injector (100) comprising a piezo element (150) for actuating the fuel injector (100) received in a housing (150), wherein
- The enclosure (150) comprises a first tubular element (210) and an axially adjacent thereto second tubular element (220);
- The first tube member (210) has a plurality of first axial engagement elements (230) each having a first undercut (195);
- The second tubular element (220) has a plurality of first axial recesses (240) each having a second undercut (200), wherein the first axial recesses (240) for receiving the first axial engagement elements (230) are formed; and
Each of the first undercut (195) is in engagement with the respective second undercut (200),
- In a region in which the tubular elements (210, 220) adjoin one another, the plurality of first axial engagement elements (230) along a circumference of the tubular elements (210, 220) are distributed.

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Aktuator gemäß Anspruch 1. Im Stand der Technik sind Kraftstoffinjektoren bekannt, die mittels eines piezoelektrischen Aktuators betätigt sind. Der piezoelektrische Aktuator weist ein Piezoelement auf, das in einer Umhausung arbeitet. Das Piezoelement weist einen negativen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten auf. Die Umhausung ist aus einem Material gefertigt, das einen ähnlichen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten aufweist.The invention relates to a piezoelectric actuator according to claim 1. In the prior art fuel injectors are known, which are actuated by means of a piezoelectric actuator. The piezoelectric actuator has a piezoelectric element which operates in a housing. The piezo element has a negative temperature expansion coefficient. The enclosure is made of a material that has a similar coefficient of thermal expansion.

Gehäuse für einen Piezo-Aktuator mit angepasstem thermischen Ausdehnungskoeffizienten sind beispielsweise aus der DE 199 48 359 A1 und der DE 10 2007 013 994 A1 bekannt. Die DE 103 15 067 A1 offenbart ein aus zwei rohrförmigen Teilen zusammengesetztes Gehäuse für einen Piezo-Aktuator, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient durch Kombination zweier Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten angepasst wird. Weitere aus zwei axial aneinander angrenzenden Hülsenelementen bestehende Umhausungen für Piezo-Aktuatoren sind beispielsweise aus der DE 103 47 768 A1 und der US 5 004 945 A bekannt. Die DE 10 2007 008 618 A1 offenbart zwei Gehäuseteile, die die durch ein Gewinde miteinander verbunden sind.Housing for a piezo actuator with adapted thermal expansion coefficients are for example from DE 199 48 359 A1 and the DE 10 2007 013 994 A1 known. The DE 103 15 067 A1 discloses a housing composed of two tubular parts for a piezo actuator whose thermal expansion coefficient is adjusted by combining two materials with different coefficients of thermal expansion. Other from two axially adjacent sleeve elements existing enclosures for piezo actuators are for example from the DE 103 47 768 A1 and the US 5 004 945 A known. The DE 10 2007 008 618 A1 discloses two housing parts, which are connected to each other by a thread.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leicht herzustellenden piezoelektrischen Aktuator zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors anzugeben.The invention has for its object to provide a readily manufacturable piezoelectric actuator for actuating a fuel injector.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen piezoelektrischen Aktuator nach Anspruch 1 und einen Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9. Unteransprüche geben Ausgestaltungen an.The invention achieves the object by a piezoelectric actuator according to claim 1 and a fuel injector according to claim 9. Subclaims indicate embodiments.

Erfindungsgemäß ist ein Piezoelement zur Betätigung eines Kraftstoffinjektors in einer Umhausung aufgenommen, die zwei axial aneinander angrenzende Rohrelemente umfasst. Eines der Rohrelemente weist mehrere erste axiale Eingriffselemente auf und das andere Rohrelement weist mehrere axiale Aussparungen zur Aufnahme der ersten axialen Eingriffselemente auf, wobei die ersten axialen Eingriffselemente und die ersten axialen Aussparungen miteinander in Eingriff stehende Hinterschneidungen aufweisen. Vorteilhafterweise lässt sich die Umhausung des Piezoelements aus zwei Rohrelementen zusammensetzen, die aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften bestehen. Mittels der ineinander eingreifenden Hinterschneidungen können vorteilhafterweise hohe Kräfte bzw. Momente zwischen den Rohrelementen übertragen werden. Darüber hinaus können die Rohrelemente unter geringen Kosten in ausreichender Präzision hergestellt werden, etwa durch Stanzen und Rollen.According to the invention, a piezoelectric element for actuating a fuel injector is housed in a housing, which comprises two axially adjacent tube elements. One of the tubular elements has a plurality of first axial engagement elements and the other tubular element has a plurality of axial recesses for receiving the first axial engagement elements, wherein the first axial engagement elements and the first axial recesses have mutually engaging undercuts. Advantageously, the housing of the piezoelectric element can be composed of two tubular elements which consist of different materials with different properties. By means of the intermeshing undercuts advantageously high forces or moments can be transmitted between the pipe elements. In addition, the tube elements can be manufactured at low cost with sufficient precision, such as punching and rolling.

In einem aneinander angrenzenden Bereich können die Rohrelemente übereinstimmende Innen- und Außenradien aufweisen. Durch den konstanten Innendurchmesser wird eine konstruktive Ausgestaltung des in den Rohrelementen aufgenommenen Piezoelements nicht beeinflusst und durch den konstanten Außendurchmesser werden Bauraumanforderungen des piezoelektrischen Aktuators nicht erhöht.In an adjoining area, the pipe elements may have matching inner and outer radii. Due to the constant inner diameter, a structural design of the piezoelectric element accommodated in the tubular elements is not influenced, and due to the constant outer diameter, space requirements of the piezoelectric actuator are not increased.

Das axiale Eingriffselement und die axiale Aussparung können formschlüssig aneinander anliegen, so dass ein Drehmoment um die Längsachse der Rohrelemente und darüber hinaus Schub- und Zugkräfte entlang dieser Längsachse optimal übertragen werden können. Der Formschluss kann beispielsweise durch Pressen hergestellt werden, wodurch die beiden Rohrelemente eine Verbindung miteinander eingehen können, die bezüglich eines umgebenden Mediums, etwa Wasser, Kraftstoff oder Öl oder eines in Luft gelösten Nebels davon, dicht ist, so dass das von der Umhausung aufgenommene Piezoelement gut gegen Umwelteinflüsse geschützt ist.The axial engagement element and the axial recess can fit positively against each other, so that a torque about the longitudinal axis of the tubular elements and beyond shear and tensile forces along this longitudinal axis can be optimally transmitted. The positive connection can be made for example by pressing, whereby the two pipe elements can make a connection with each other, which is dense with respect to a surrounding medium, such as water, fuel or oil or a dissolved in air mist thereof, so that the recorded from the housing piezoelectric element is well protected against environmental influences.

Erfindungsgemäß sind mehrere axiale Eingriffselemente entlang eines Umfangs der Rohrelemente verteilt. So ist die Verbindung zwischen den Rohrelementen zusätzlich gefestigt und kann beispielsweise auch Biegekräfte aufnehmen.According to the invention, a plurality of axial engagement elements are distributed along a circumference of the tubular elements. Thus, the connection between the pipe elements is additionally strengthened and can for example also absorb bending forces.

Die Eingriffselemente können derart entlang des Umfangs verteilt sein, dass die Rohrelemente gegen relatives Verschieben senkrecht zur Längsachse der Rohrelemente gesichert sind. So kann sichergestellt werden, dass die montierten Rohrelemente nicht durch eine senkrecht zur Längsachse verlaufende Belastung voneinander gelöst werden.The engagement elements may be distributed along the circumference such that the tube elements are secured against relative displacement perpendicular to the longitudinal axis of the tube elements. This ensures that the assembled pipe elements are not separated from one another by a load running perpendicular to the longitudinal axis.

In einer anderen Ausführungsform können eines oder mehrere der Eingriffselemente derart entlang des Umfangs der Rohrelemente verteilt sein, dass die Rohrelemente durch relatives Verschieben miteinander in Eingriff gebracht werden können. So kann eine Montage der Rohrelemente aneinander bzw. eine Demontage der Rohrelemente voneinander erleichtert sein.In another embodiment, one or more of the engagement members may be distributed along the perimeter of the tubular members such that the tubular members may be engaged by relative displacement. Thus, an assembly of the tube elements to each other or a disassembly of the tube elements can be relieved from each other.

Wenigstens eines der Rohrelemente kann aus einem unverschweißbaren Material bestehen. Dieses Material kann insbesondere ein Hartmetall oder eine Keramik sein. Eine für eine Montage eventuell erforderliche Flexibilität kann von dem anderen Rohrelement bereitgestellt sein, das beispielsweise aus Stahl besteht. Auf diese Weise können dünnwandige Rohre axial miteinander verbunden werden, die einer Verschweißung, insbesondere einer Reibschweißung, nicht zugänglich sind.At least one of the tubular elements may consist of an unweldable material. This material may in particular be a hard metal or a ceramic. A possibly required for a mounting flexibility may be provided by the other pipe element, which consists for example of steel. In this way, thin-walled tubes can be connected together axially, which are not accessible to a welding, in particular a friction welding.

Darüber hinaus umfasst die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit dem oben beschriebenen piezoelektrischen Aktuator.In addition, the invention includes a fuel injector with the piezoelectric actuator described above.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to the attached drawings, in which:

1 einen Kraftstoffinjektor; 1 a fuel injector;

2 aneinander angrenzende Abschnitte von Rohrelementen des piezoelektrischen Aktuators aus 1; 2 contiguous sections of tubular elements of the piezoelectric actuator 1 ;

3 eine alternative Ausführungsform von Rohrelementen des piezoelektrischen Aktuators aus 1; und 3 an alternative embodiment of tubular elements of the piezoelectric actuator 1 ; and

4 eines der Rohrelemente des piezoelektrischen Aktuators aus 1 in einer weiteren alternativen Ausführungsform
darstellt. 4 one of the tubular elements of the piezoelectric actuator 1 in a further alternative embodiment
represents.

Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of embodiments

1 zeigt einen Kraftstoffinjektor 100 in einer teilweise geschnittenen Explosionsdarstellung. Der Kraftstoffinjektor 100 umfasst einen Injektorkörper 110, einen geschnitten dargestellten piezoelektrischen Aktuator 120, ein Sicherungselement 130 zur Fixierung des piezoelektrischen Aktuators 120 am Injektorkörper 110 und einen elektrischen Anschluss 140. Ein Pfeil deutet eine Flussrichtung von Kraftstoff in den Injektorkörper 110 an. 1 shows a fuel injector 100 in a partially sectioned exploded view. The fuel injector 100 includes an injector body 110 , a cut piezoelectric actuator shown 120 , a security element 130 for fixing the piezoelectric actuator 120 on the injector body 110 and an electrical connection 140 , An arrow indicates a flow direction of fuel in the injector body 110 at.

Der piezoelektrische Aktuator 120 umfasst eine Umhausung 150, eine Steuerstange 160, ein Piezoelement 170, eine Stirnplatte 180 und eine Fußplatte 190.The piezoelectric actuator 120 includes a housing 150 , a control rod 160 , a piezo element 170 , a face plate 180 and a foot plate 190 ,

Die Umhausung 150 ist mit der Stirnplatte 180 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform ist zwischen der Umhausung 150 und dem Piezoelement keine weitere Ummantelung oder Einfassung des piezoelektrischen Aktuators 120 gegenüber Umwelteinflüssen vorgesehen. In anderen Ausführungsbeispielen kann eine solche Ummantelung vorgesehen sein und zwischen der Ummantelung und der Umhausung 150 kann ein Medium von Luft, Öl oder Kraftstoff bereitgestellt sein. Ein üblicherweise verwendetes Federelement zur Vorspannung der Steuerstange 160 ist nicht dargestellt.The housing 150 is with the face plate 180 connected. In the illustrated embodiment is between the housing 150 and the piezoelectric element no further sheathing or enclosure of the piezoelectric actuator 120 intended for environmental influences. In other embodiments, such a sheath may be provided and between the sheath and the enclosure 150 For example, a medium of air, oil or fuel may be provided. A commonly used spring element for biasing the control rod 160 is not shown.

Das Piezoelement 170 ist vorzugsweise als Stapel von dünnen Piezoplättchen ausgeführt, deren Dickenveränderung bei Anlegen einer elektrischen Spannung in die gleiche Richtung weist. Das Piezoelement 170 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, sich bei Anlegen einer Spannung in x-Richtung, d. h. entlang einer Längsachse des piezoelektrischen Aktuators 120 auszudehnen. Das linke Ende des Piezoelements 170 liegt an der Stirnplatte 180 und das rechte Ende des Piezoelements 170 an der Fußplatte 190 an. Im montierten Zustand stützt sich die Umhausung 150 an dem Sicherungselement 130 ab. Die Fußplatte 190 liegt an der Steuerstange 160 an. Wird eine Spannung an das Piezoelement 170 angelegt, so bewegen das Piezoelement 170, die Fußplatte 190 und die Steuerstange 160 in positiver x-Richtung. Die Steuerstange 160 dient zur Betätigung eines Servoventils zur Steuerung einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors oder zur direkten Steuerung der Düsennadel.The piezo element 170 is preferably designed as a stack of thin piezoplates whose thickness change points when an electrical voltage is applied in the same direction. The piezo element 170 is preferably adapted to, upon application of a voltage in the x-direction, ie along a longitudinal axis of the piezoelectric actuator 120 expand. The left end of the piezo element 170 lies on the front plate 180 and the right end of the piezo element 170 on the foot plate 190 at. When mounted, the enclosure is supported 150 on the fuse element 130 from. The foot plate 190 is located on the control rod 160 at. Is a voltage to the piezoelectric element 170 created, so move the piezo element 170 , the foot plate 190 and the control rod 160 in positive x-direction. The control rod 160 serves to actuate a servo valve for controlling a nozzle needle of the fuel injector or for direct control of the nozzle needle.

In einer anderen Ausführungsform ist das Piezoelement 170 dazu ausgebildet, sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung in x-Richtung zusammenzuziehen. Die Steuerstange 160 bewegt sich dann bei Anlegen einer elektrischen Spannung in negativer x-Richtung.In another embodiment, the piezoelectric element is 170 designed to contract in the x-direction when an electrical voltage is applied. The control rod 160 then moves when applying an electrical voltage in the negative x-direction.

Der elektrische Anschluss 140 ist lediglich schematisch dargestellt und kann einen Stecker oder eine Buchse für ein entsprechendes Gegenstück an einer elektrischen Leitung umfassen. Elemente zur Stromführung vom elektrischen Anschluss 140 zu Kontaktstellen des Piezoelements 170, die üblicherweise im Bereich der Stirnplatte 180 und des Piezoelements 170 liegen, sind nicht dargestellt.The electrical connection 140 is merely shown schematically and may include a plug or a socket for a corresponding counterpart to an electrical line. Elements for power supply from the electrical connection 140 to contact points of the piezoelectric element 170 usually in the area of the face plate 180 and the piezoelectric element 170 are not shown.

2 zeigt einen Abschnitt der Umhausung 150 des piezoelektrischen Aktuators 120 aus 1. Die Umhausung 150 umfasst ein erstes Rohrelement 210 und ein zweites Rohrelement 220, die axial aneinander angrenzen. Obwohl die Rohrelemente 210 und 220 mit kreisförmigen Querschnitten dargestellt sind, können ihre Querschnitte auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise elliptisch oder polygonal, insbesondere rechteckig oder quadratisch. Bevorzugterweise entsprechen sich jeweils die Innen- und Außenquerschnitte der Rohrelemente 210 und 220. Das erste Rohrelement 210 umfasst drei sich in positiver x-Richtung erstreckende erste axiale Eingriffselemente 230. Die ersten axialen Eingriffselemente 230 sind formschlüssig von ersten axialen Aussparungen 240 des zweiten Rohrelements 220 aufgenommen. Die ersten Eingriffselemente 230 sind axiale Fortsetzungen einer Wandung des ersten Rohrelements 210 und die ersten Aussparungen 240 verlaufen durch eine Wandung des zweiten Rohrelements 220. 2 shows a section of the enclosure 150 the piezoelectric actuator 120 out 1 , The housing 150 comprises a first tubular element 210 and a second pipe element 220 axially adjacent to each other. Although the pipe elements 210 and 220 are shown with circular cross sections, their cross sections may also have a different shape, for example elliptical or polygonal, in particular rectangular or square. Preferably, the inner and outer cross sections of the pipe elements respectively correspond 210 and 220 , The first pipe element 210 comprises three first axial engagement elements extending in the positive x-direction 230 , The first axial engagement elements 230 are form-fitting from first axial recesses 240 of the second tubular element 220 added. The first engaging elements 230 are axial continuations of a wall of the first tubular element 210 and the first recesses 240 pass through a wall of the second tubular element 220 ,

Obwohl die dargestellten Rohrelemente 210, 220 kreisförmigen Innen- und Außenquerschnitt aufweisen, sind auch Rohrelemente (210, 220) mit anderen Querschnitten möglich, insbesondere in Form eines regelmäßigen Polygons, beispielsweise eines Quadrats oder eines regelmäßigen Sechsecks. Die Formen der Innen- und Außenquerschnitte können sich unterscheiden. Although the illustrated pipe elements 210 . 220 have circular inner and outer cross-section, are also pipe elements ( 210 . 220 ) with other cross sections, in particular in the form of a regular polygon, for example a square or a regular hexagon. The shapes of the inner and outer cross sections may differ.

Die ersten axialen Eingriffselemente 230 haben ungefähr die Form von Pilzen. Dabei erstreckt sich jedes Eingriffselement 230 ausgehend von einem Randbereich des ersten Rohrelements 210 mit zunächst konstanter Breite in positiver x-Richtung und verbreitert sich dann im Bereich der „Pilzkappe”, die ungefähr die Form einer Kreisscheibe aufweist. Im Bereich dieser Verbreiterung bildet das erste axiale Eingriffselement 230 eine erste Hinterschneidung 195. Eine korrespondierende zweite Hinterschneidung 200 wird in dem gleichen Bereich durch die erste axiale Aussparung 240 des zweiten Rohrelements 220 gebildet, wobei die Hinterschneidungen 195, 200 miteinander in Eingriff stehen.The first axial engagement elements 230 have about the shape of mushrooms. In this case, each engagement element extends 230 starting from an edge region of the first tubular element 210 with initially constant width in the positive x-direction and then widens in the area of the "mushroom cap", which has approximately the shape of a circular disk. In the area of this broadening forms the first axial engagement element 230 a first undercut 195 , A corresponding second undercut 200 is in the same area through the first axial recess 240 of the second tubular element 220 formed, with the undercuts 195 . 200 engage each other.

Die dargestellten ersten axialen Eingriffselemente 230 sind derart ausgeformt, dass eine Bewegung des ersten Rohrelements 210 oder des zweiten Rohrelements 220 senkrecht zur Bildebene möglich ist und durch diese einfache Bewegung die dargestellte formschlüssige Verbindung zwischen den Rohrelementen 210 und 220 gelöst bzw. geschlossen werden kann. Eine Verformung der Rohrelemente 210 oder 220 ist für das Herstellen oder Lösen der Verbindung nicht erforderlich.The illustrated first axial engagement elements 230 are formed such that movement of the first tubular element 210 or the second tubular element 220 perpendicular to the image plane is possible and by this simple movement, the illustrated positive connection between the tubular elements 210 and 220 can be solved or closed. A deformation of the pipe elements 210 or 220 is not required for making or breaking the connection.

Die Rohrelemente 210 und 220 sind zugkraftschlüssig miteinander verbunden. Um eine Umhausung 150 mit einer vorbestimmten Temperatur-Ausdehnung zu bilden, können die Rohrelemente 210, 220 unterschiedliche Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Ferner können die Rohrelemente 210, 220 entlang ihrer Längsachsen ein bestimmtes Längenverhältnis aufweisen, um die entsprechenden Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten der Rohrelemente 210, 220 geeignet zu skalieren. Bevorzugterweise haben die Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten der Rohrelemente 210, 220 unterschiedliche Vorzeichen und die Umhausung 150 hat eine Temperatur-Ausdehnung, die der Temperatur-Ausdehnung des Piezoelements 170 entspricht. In einer Ausführungsform ist die Temperatur-Ausdehnung der Umhausung 150 gleich oder nahe Null, bevorzugterweise etwas kleiner als Null. Dazu ist vorzugsweise das Rohrelement 210, 220, das mit der Stirnplatte 180 verbunden ist, aus einem Hartmetall oder einer Keramik gefertigt, während das Rohrelement 210, 220, aus Metall, insbesondere Stahl gefertigt ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass das aus Metall, insbesondere Stahl, gefertigte Rohrelement eine hohe Festigkeit aufweist, die für die Sicherung mit dem Sicherungselement 130 notwendig ist. Durch das Rohrelement, das zum Beispiel aus einer Keramik besteht, wird insgesamt für die Umhausung eine thermische Ausdehnung erreicht, die im Bereich der thermischen Ausdehnung des Piezoelements 170 liegt, insbesondere nahe Null oder negativ ist, d. h. mit zunehmender Temperatur verkürzt sich die Umhausung 150.The pipe elements 210 and 220 are connected by traction. To a housing 150 to form with a predetermined temperature expansion, the tube elements 210 . 220 have different temperature expansion coefficients. Furthermore, the tube elements 210 . 220 along their longitudinal axes have a certain aspect ratio to the corresponding temperature expansion coefficients of the tubular elements 210 . 220 suitable to scale. Preferably, the temperature expansion coefficients of the pipe elements 210 . 220 different signs and the housing 150 has a temperature expansion, the temperature expansion of the piezoelectric element 170 equivalent. In one embodiment, the temperature expansion of the enclosure 150 equal to or near zero, preferably slightly less than zero. For this purpose, preferably the pipe element 210 . 220 that with the face plate 180 is made of a hard metal or a ceramic, while the tubular element 210 . 220 , made of metal, especially steel. In this way, it is achieved that the made of metal, especially steel, tubular element has a high strength, which is suitable for securing with the fuse element 130 necessary is. Through the pipe element, which consists for example of a ceramic, a total thermal expansion is achieved for the housing, which in the region of the thermal expansion of the piezoelectric element 170 is, in particular close to zero or negative, ie with increasing temperature shortens the housing 150 ,

3 zeigt einen Abschnitt der Umhausung 150 des piezoelektrischen Aktuators 120 des Kraftstoffinjektors 100 aus 1 in einer anderen Ausführungsform. Die ersten axialen Eingriffselemente 230 und die ersten axialen Aussparungen 240 sind hier nicht pilzförmig, sondern T-förmig. Zwischen benachbarten ersten axialen Eingriffselementen 230 weist das erste Rohrelement 210 zweite axiale Aussparungen 320 auf, die formschlüssig an zweiten axialen Eingriffselementen 310 des zweiten Rohrelements 220 anliegen. Die zweiten axialen Eingriffselemente 310 und die zweiten axialen Aussparungen 320 weisen ebenfalls T-Form auf. 3 shows a section of the enclosure 150 the piezoelectric actuator 120 of the fuel injector 100 out 1 in another embodiment. The first axial engagement elements 230 and the first axial recesses 240 are not mushroom-shaped here, but T-shaped. Between adjacent first axial engagement elements 230 has the first pipe element 210 second axial recesses 320 on, the form-fitting to second axial engagement elements 310 of the second tubular element 220 issue. The second axial engagement elements 310 and the second axial recesses 320 also have T-shape.

Wie in der Ausführungsform von 2 kann auch bei der in 3 dargestellten Ausführungsform der Umhausung 150 ein Eingriff zwischen dem ersten Rohrelement 210 und dem zweiten Rohrelement 220 hergestellt bzw. gelöst werden, indem eines der Rohrelemente 210, 220 senkrecht zur Bildebene und zur Längsachse der Umhausung 150 bewegt wird.As in the embodiment of 2 can also at the in 3 illustrated embodiment of the enclosure 150 an engagement between the first tubular element 210 and the second pipe element 220 be prepared or dissolved by one of the tube elements 210 . 220 perpendicular to the image plane and to the longitudinal axis of the enclosure 150 is moved.

In den 2 und 3 ist die dargestellte Verteilung der axialen Eingriffselemente 230 und 310 bezüglich der Rohrelemente 210, 220 und eine Ausformung der unterschiedlichen Eingriffselemente 230, 310 von exemplarischer Natur. In anderen Ausführungsformen müssen sich die ersten axialen Eingriffselemente 230 und die zweiten axialen Eingriffselemente 310 in y-Richtung nicht abwechseln. Es ist auch möglich, unterschiedliche Formen der axialen Eingriffselemente 230, 310 an einer Umhausung 150 zu kombinieren, und zwar unabhängig davon, von welchem der Rohrelemente 210, 220 das Eingriffselement 230, 310 ausgeht.In the 2 and 3 is the illustrated distribution of the axial engagement elements 230 and 310 with regard to the pipe elements 210 . 220 and a shape of the different engagement elements 230 . 310 of an exemplary nature. In other embodiments, the first axial engagement elements must be 230 and the second axial engagement elements 310 do not alternate in the y direction. It is also possible to have different forms of axial engagement elements 230 . 310 at a housing 150 regardless of which of the tube elements 210 . 220 the engagement element 230 . 310 emanates.

Alternativ zu der in 2 gezeigten Pilzform und der in 3 gezeigten T-Form können die Eingriffselemente 230, 310 jede beliebige Form aufweisen, die eine erste Hinterschneidung 195 umfasst, in die eine korrespondierende zweite Hinterschneidung 200 einer zugeordneten Aussparung 240, 320 eingreift. Dabei müssen Eingriffselemente 230, 310 und diesen zugeordnete Aussparungen 240, 320 wenigstens im Bereich der Hinterschneidungen 195, 200 aneinander anliegen, damit wenigstens Zugkräfte zwischen den Rohrelementen 210, 220 übertragen werden. In einer anderen Ausführungsform können Eingriffselemente 230, 310 und diesen zugeordnete Aussparungen 240, 320 entlang ihrer gesamten Konturen aneinander anliegen, so dass im Bereich der aneinander angrenzenden Rohrelemente 210, 220 kein Durchbruch durch die Umhausung 150 verbleibt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rohrelemente 210, 220 in diesem Fall derart miteinander verbunden, dass die Umhausung 150 dicht bezüglich eines umgebenden Mediums ist.Alternatively to the in 2 shown mushroom shape and the in 3 shown T-shape, the engagement elements 230 . 310 have any shape that has a first undercut 195 includes, in which a corresponding second undercut 200 an associated recess 240 . 320 intervenes. There must be engagement elements 230 . 310 and associated with these recesses 240 . 320 at least in the area of undercuts 195 . 200 abut each other, so that at least tensile forces between the tubular elements 210 . 220 be transmitted. In another embodiment, engagement elements 230 . 310 and associated with these recesses 240 . 320 along their entire contours abut each other, so that in the region of the adjoining pipe elements 210 . 220 no break through the enclosure 150 remains. In a preferred embodiment, the tube elements 210 . 220 in this case so interconnected that the housing 150 is tight with respect to a surrounding medium.

Jedes Rohrelement 210, 220 definiert eine Mantelfläche, in dem dargestellten Beispiel eine Zylindermantelfläche. Die Eingriffselemente 230, 310 sind ebenfalls in der definierten Mantelfläche angeordnet. Dadurch werden eine gute Passform und ein schmaler Verbindungsbereich zwischen den Rohrelementen der Umhausung ermöglicht.Each pipe element 210 . 220 defines a lateral surface, in the illustrated example, a cylinder jacket surface. The engaging elements 230 . 310 are also arranged in the defined lateral surface. This allows a good fit and a narrow connection area between the tubular elements of the enclosure.

4 zeigt eine isometrische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des ersten Rohrelements 210 als Teil der Umhausung 150 des piezoelektrischen Aktuators 120 des Kraftstoffinjektors 100 aus 1. Ein korrespondierendes zweites Rohrelement 220 ist nicht dargestellt. 4 shows an isometric view of another embodiment of the first tubular element 210 as part of the housing 150 the piezoelectric actuator 120 of the fuel injector 100 out 1 , A corresponding second pipe element 220 is not shown.

Acht zweite axiale Aussparungen 320 sind entlang eines Umfangs des ersten Rohrelements 210 gleichmäßig verteilt. Die zweiten axialen Aussparungen 320 haben ungefähr die Form eines Pilzes, ähnlich den ersten Aussparungen 240 des zweiten Rohrelements 220 aus 2. Durch die Verteilung der zweiten axialen Aussparungen 320 entlang des Umfangs des ersten Rohrelements 210 ist es nicht möglich, ein korrespondierendes zweites Rohrelement 220 mit dem ersten Rohrelement 210 durch eine Bewegung senkrecht zur Längsachse (x-Achse) in Eingriff oder außer Eingriff zu bringen. Bevorzugt schließen benachbarte zweite axiale Aussparungen 320 mit der Längsachse des ersten Rohrelements 210 einen Winkel ein, der kleiner als 180°, weiter vorzugsweise kleiner oder gleich 90° ist.Eight second axial recesses 320 are along a circumference of the first tubular element 210 equally distributed. The second axial recesses 320 have approximately the shape of a mushroom, similar to the first recesses 240 of the second tubular element 220 out 2 , By the distribution of the second axial recesses 320 along the circumference of the first tubular element 210 it is not possible, a corresponding second pipe element 220 with the first pipe element 210 by a movement perpendicular to the longitudinal axis (x-axis) engage or disengage. Preferably, adjacent second axial recesses close 320 with the longitudinal axis of the first tubular element 210 an angle which is less than 180 °, more preferably less than or equal to 90 °.

Um zweite axiale Eingriffselemente 310 eines zweiten Rohrelements 220 mit den zweiten axialen Aussparungen 320 in Eingriff zu bringen, ist es erforderlich, wenigstens eines der Rohrelemente 210, 220 im aneinander angrenzenden Bereich zu verformen, indem beispielsweise Teile eines der Rohrelemente 210, 220 senkrecht zur jeweiligen Längsachse nach innen oder außen gebogen werden. Ist eines der Rohrelemente 210, 220 nicht ausreichend verformbar, etwa weil es aus einer Keramik gefertigt ist, so kann das andere Rohrelement 210, 220 entsprechend flexibler ausgelegt sein, um eine Montage zu ermöglichen.To second axial engagement elements 310 a second tubular element 220 with the second axial recesses 320 It is necessary to engage at least one of the tubular elements 210 . 220 to deform in the adjoining area, for example by parts of one of the tubular elements 210 . 220 be bent inwards or outwards perpendicular to the respective longitudinal axis. Is one of the pipe elements 210 . 220 not sufficiently deformable, for example because it is made of a ceramic, so can the other pipe element 210 . 220 be designed to be more flexible to allow mounting.

Mit Hilfe der Erfindung kann auf einfache Weise eine hochgenaue Umhausung 150 des piezoelektrischen Aktuators 120 hergestellt werden, die Kräfte gut überträgt und einfach zu montieren ist. Dies ermöglicht eine kostengünstige Fertigung eines qualitativ hochwertigen piezoelektrischen Aktuators für einen Kraftstoffinjektor.With the help of the invention can easily a highly accurate housing 150 the piezoelectric actuator 120 produced, which transmits forces well and is easy to assemble. This allows cost-effective production of a high-quality piezoelectric actuator for a fuel injector.

Claims

Piezoelectric actuator ( 120 ) for a fuel injector ( 100 ), with a piezo element ( 150 ) for actuating the fuel injector ( 100 ) housed in a housing ( 150 ), where - the housing ( 150 ) a first pipe element ( 210 ) and an axially adjacent thereto second tubular element ( 220 ); The first pipe element ( 210 ) a plurality of first axial engagement elements ( 230 ) each having a first undercut ( 195 ) having; The second pipe element ( 220 ) a plurality of first axial recesses ( 240 ) each with a second undercut ( 200 ), wherein the first axial recesses ( 240 ) for receiving the first axial engagement elements ( 230 ) are formed; and - the first undercut ( 195 ) with the second undercut ( 200 ) is engaged, - wherein in an area in which the tubular elements ( 210 . 220 ) adjoin one another, the plurality of first axial engagement elements ( 230 ) along a circumference of the tubular elements ( 210 . 220 ) are distributed.

Piezoelectric actuator ( 120 ) According to claim 1, characterized in that the first ( 210 ) and the second tubular element ( 220 ) in an adjoining area have matching inner and outer cross-sections.

Piezoelectric actuator ( 120 ) according to one of the preceding claims, characterized in that one of the engagement elements ( 230 . 310 ) along its entire outer contour at the recess ( 240 . 320 ), which the engagement element ( 230 . 310 ) receives, positively abuts.

Piezoelectric actuator ( 120 ) according to one of the preceding claims, characterized in that adjacent engagement elements ( 230 . 310 ) enclose an angle with each other so that the tubular elements ( 310 . 220 ) against relative displacement perpendicular to the longitudinal axis of the tubular elements ( 310 . 320 ) are secured.

Piezoelectric actuator ( 120 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one engagement element ( 230 . 310 ) and the at least one recess ( 240 . 320 ) are formed such that the tubular elements ( 210 . 220 ) by relative displacement perpendicular to the longitudinal axis of the tubular elements ( 210 . 220 ) can be engaged with each other.

Piezoelectric actuator ( 120 ) according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least one of the tubular elements ( 210 . 220 ) consists of an unweldable material.

Piezoelectric actuator ( 120 ) according to claim 6, characterized in that at least one of the tubular elements ( 210 . 220 ) consists of a ceramic or a hard metal.

Piezoelectric actuator ( 120 ) According to one of claims 2 to 7, characterized in that the tubular elements ( 210 . 220 ) have a temperature expansion which corresponds to the temperature expansion of the piezoelectric element ( 170 ) substantially corresponds.

Fuel injector ( 100 ), in particular for a motor vehicle, with a piezoelectric actuator ( 120 ) according to one of the preceding claims.