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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem piezoelektrischen Aktor, insbesondere für Einspritzventile in Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein bekanntes Einspritzventil (
DE 10 2009 026 532 A1 ) weist einen piezoelektrischen Aktor zur Betätigung einer Ventilnadel auf, die im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz eine Ventilöffnung steuert. Der Aktor weist ein Piezomodul mit einem mittels einer Rohrfeder zwischen zwei Endstücken axial eingespannten piezoelektrischen Keramikköper, der aus einer Vielzahl von aneinanderliegenden piezoelektrischen Keramikelementen besteht, und ein elektrisches Anschlussglied mit zwei Kontaktblechen auf, über das das Piezomodul mit einem ventilgehäuseseitig festgelegten elektrischen Anschlussstecker verbindbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße piezoelektrische Aktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch Stanzen der Kontaktbleche aus einer Blechplatine das Anschlussglied kostengünstig gefertigt werden kann. Beim Stanzprozess entstehen dabei Stanzkanten mit einem großen Glattschnittanteil und einem kleineren Bruchanteil, der Risse zeigt, die bei hohen Schwingbelastungen des piezoelektrischen Aktors zu Brüchen in den Kontaktblechen führen. Mit der erfindungsgemäßen, zumindest partiellen Anprägung der Stanzkanten wird der unsaubere Schnitt im Bruchanteil der Stanzkanten durch Einbringung von Druckeigenspannungen und der Umrundungen kompensiert und so die Robustheit der Kontaktbleche gegenüber Brüchen bei Schwingbelastung deutlich gesteigert.
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Durch die in den Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen piezoelektrischen Aktors möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Kontaktbleche unterschiedlich geformte Blechbereiche auf und die angeprägten Stanzkanten sind in ausgewählten Blechbereichen zumindest abschnittweise vorhanden. Durch diese Beschränkung der Anprägung der Stanzkanten auf Blechbereichen, die aufgrund ihrer geometrischen Form und Lage im Anschlussglied im besonderen Maße einer Schwingbelastung ausgesetzt sind, lassen sich Fertigungszeit, Fertigungskosten und Werkzeugkosten reduzieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Übergang von Abschnitten mit angeprägten Stanzkanten zu Abschnitten mit nicht angeprägten Stanzkanten mit einem Rundungsradius ausgeführt. Der radienförmige Übergang zwischen angeprägten und nicht angeprägten Abschnitten der Stanzkanten reduziert eine Bruchgefahr infolge Kerbwirkung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist jedes Kontaktblech einen Kontaktbereich, einen Trägerbereich, einen Verbindungsbereich und einen senkrecht vom Trägerbereich abstehenden Gabelbereich auf. Die Stanzkanten liegen im Träger- und Gabelbereich zumindest in der Zone des vom Trägerbereich abzweigenden Gabelbereichs. Der Gabelbereich weist ein Langloch mit einer rechtwinklig zum Trägerbereich verlaufenden Langlochachse auf und ist zur Bildung einer Schweißgabel um 180° um eine zum Trägerbereich parallele Mittellinie gefaltet und um 90° um die Langlochachse gedreht. Jedes Kontaktblech ist in der Weise gebogen, dass der Trägerbereich U-Form mit einem langen Schenkel und einem kurzen Schenkel und einem die Schenkel verbindenden Quersteg aufweist, der Kontaktbereich am Ende des langen Schenkels und der Verbindungsbereich am Ende des kurzen Schenkels jeweils rechtwinklig von den Schenkeln absteht und der Gabelbereich nahe dem langen Schenkel vom Quersteg, wegweisend vom Kontaktbereich, absteht. Das Anschlussglied weist einen Kunststoffkörper mit einem Hohlzylinder und einem Tragflansch auf und ist so an die gebogenen Kontaktbleche angespritzt, dass die Verbindungsbereiche mit Ausnahme ihrer freien Enden ummantelt sind, die kurzen Schenkel der Trägerbereich in dem Tragflansch eingebettet sind und die langen Schenkel der Trägerbereiche sich auf diametralen Seiten des Hohlzylinders vom Tragflansch beabstandet und parallel zu diesen erstrecken. In die Schweißgabeln der beiden Kontaktbleche sind die Anschlussdrähte eines Widerstands aufgenommen und verschweißt. Durch dieses Biegen der Kontaktbleche und Anspritzen des Kunststoffkörpers sowie durch den in den Schweißgabeln festgelegten Widerstand ist die Zone des Trägerbereichs um den abzweigenden Gabelbereich herum sowie der vom Trägerbereich abzweigende Gabelbereich den stärksten mechanischen Belastungen ausgesetzt, so dass die Anprägungen der Stanzkanten in dieser Zone von Trägerbereich und Gabelbereich Priorität hat.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Langlochbegrenzungskanten im Gabelbereich angeprägte Stanzkanten. Die Anprägung der Langlochstanzkanten bannt die Gefahr des Abrisses der Anschlussdrähte des Widerstands bei hoher Schwingbelastung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt eines piezoelektrischen Aktors mit Piezomodul und Anschlussglied,
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2 eine perspektivische Darstellung des Anschlussglieds des Aktors in 1,
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3 eine Draufsicht des Anschlussglieds in Richtung Pfeil III in 2,
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4 ausschnittweise eine vergrößerte Ansicht des Anschlussglieds in Richtung Pfeil IV in 2,
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5 eine Draufsicht zweier aus einer Blechplatine ausgestanzter Kontaktbleche des Anschlussglieds in 2,
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6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in 5,
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7 eine Seitenansicht eines der beiden Kontaktbleche in 4 nach verbaugerechter Biegung.
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Der in 1 im Längsschnitt dargestellte piezoelektrische Aktor weist ein Piezomodul 11 und ein mit dem Piezomodul 11 fest verbundenes Anschlussglied 12 auf. Das Piezomodul 11 weist in bekannter Weise einen Keramikkörper 13 und zwei den Keramikkörper 13 axial einspannende Endstücke 14, 15 auf. Der Keramikkörper 13 besteht üblicherweise aus einer Vielzahl von piezoelektrischen Keramikelementen, die axial aneinanderliegen. Der auf den Keramikkörper 13 wirkende axiale Druck der Endstücke 14, 15 wird durch eine Rohrfeder 16 erzeugt, die mit den beiden Endstücken 14, 15 verbunden ist. Das Anschlussglied 12 sitzt auf einem vom Endstück 14 einstückig abstehenden Zapfen 141 auf und ist im Endstück 14 festgelegt.
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Das in 2 perspektivisch und in 3 in Draufsicht dargestellte Anschlussglied 12 weist zwei zum Piezomodul 11 geführte Kontaktbleche 17, 18 und einen an die Kontaktbleche 17, 18 angespritzten Kunststoffkörper 19 auf. Die Kontaktbleche 17, 18 sind einstückige, aus einer Blechplatine ausgestanzte Blechstanzteile, wie sie in 5 dargestellt sind. Diese werden in noch nachstehend erläuterter Weise gebogen, wie dies in 7 für das Kontaktblech 17 dargestellt ist, und an die beiden gebogenen Kontaktbleche 17, 18 wird der Kunststoffkörper 19 unter Ausbildung eines Hohlzylinders 191 und eines Tragflansches 192 zur Festlegung der Kontaktbleche 17, 18 angespritzt. Die durch den Stanzprozess entstandenen Kontaktbleche 17, 18 weisen Stanzkanten auf, die aus einem größeren Glattschnittanteil und einem kleineren Bruchanteil bestehen. Der Bruchanteil weist einen unsauberen Schnitt und damit Risse auf, die bei hohen mechanischen Belastungen des Anschlussglieds 12, z.B. Schwingbelastungen des Aktors, Brüche der Kontaktbleche 17, 18 auslösen können. Um die Robustheit der Kontaktbleche 17, 18 zu steigern, sind die Stanzkanten partiell angeprägt. Hierzu ist dem Stanzen eine Prägevorrichtung nachgeschaltet, die sich partiell um die Kontaktbleche 17, 18 schließt und über gerundete Kanten die Stanzkanten verformt und dadurch eine Eigenspannung einbringt. In 6 ist ein Querschnitt des Kontaktblechs 17 gemäß Schnittlinie VI-VI dargestellt, und zwar in 6a vor und in 6b nach der Anprägung der Stanzkanten. Deutlich ist die Verrundung des zuvor scharfkantigen Querschnitts zu sehen.
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Wie aus 5 ersichtlich ist, weisen die Kontaktbleche 17, 18 unterschiedlich geformte Blechbereich auf. Die angeprägten Stanzkanten sind in ausgewählten Blechbereichen zumindest abschnittweise vorhanden. In 5 ist ein Abschnitt a mit angeprägten Stanzkanten in den beiden Kontaktblechen 17, 18 skizziert. In diesem Bereich sind die angeprägten Stanzkanten durch eine verstärkte Linienführung symbolisiert. Der Übergang von solchen Abschnitten mit angeprägten Stanzkanten zu den beiderseits sich erstreckenden Abschnitten mit nicht angeprägten Stanzkanten ist mit einem Rundungsradius ausgeführt.
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Jedes Kontaktblech 17, 18 weist einen Kontaktbereich 171, 181, einen Trägerbereich 172, 182, einen senkrecht vom Trägerbereich 172, 182 abstehenden Gabelbereich 173, 183 und einen Verbindungsbereich 174, 184 auf. Wie 5 zeigt, sind die angeprägten Stanzkanten im Träger- und Gabelbereich 172, 182 bzw. 173, 183 in der Zone des von dem Trägerbereich 172, 182 abzweigenden Gabelbereichs 173, 183 vorhanden. Der Gabelbereich 173, 183 weist ein Langloch 20 mit einer rechtwinklig zum Trägerbereich 172, 182 verlaufenden Langlochachse auf. Die Langlochbegrenzungskanten sind ebenfalls angeprägte Stanzkanten und in 5 durch eine verstärkte Linienführung symbolisiert. Der Gabelbereich 173 bzw. 183 ist um 180° um eine zum Trägerbereich 172, 182 parallele Mittellinie gefaltet und um 90° um die Langlochachse verdreht. Dadurch entsteht an jedem Kontaktblech 174, 184 eine Schweißgabel 21, wie sie für das Kontaktblech 17 in 7 dargestellt ist. Diese Schweißgabeln 21 dienen zur Aufnahme je eines Anschlussdrahts 221, 222 eines Widerstands 22, wie dies in 2, 3 und 4 zu sehen ist. Die Anschlussdrähte 221, 222 werden in den Schweißgabeln 21 verschweißt.
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Jedes Kontaktblech 17 bzw. 18 wird – wie dies in 7 für das Kontaktblech 17 dargestellt ist – in der Weise gebogen, dass der Trägerbereich 172 U-förmig mit einem langen Schenkel 172a, einem kurzen Schenkel 172b und einem die Schenkel 172a und 172b verbindenden Quersteg 172c aufweist, der Kontaktbereich 171, am Ende des langen Schenkels 172a und der Verbindungsbereich 174 am Ende des kurzen Schenkels 172b jeweils rechtwinklig davon abstehen und der Gabelbereich 173 nahe dem langen Schenkel 172a vom Quersteg 172c, wegweisend vom Kontaktbereich 171, absteht. Die beim gleichen Biegen des Kontaktblechs 18 entstehenden Schenkel 182a und Querteil 182c sind in 2, 3 und 4 zu sehen. An die so gebogenen beiden Kontaktbleche 17, 18 ist der Kunststoffkörper 19 so angespritzt, dass die Verbindungsbereiche 174, 184 mit Ausnahme ihrer freien Enden ummantelt sind, die kurzen Schenkel 172b der Trägerbereiche 172, 182 in dem Tragflansch 192 eingebettet sind und die langen Schenkel 172a, 182a der Trägerbereiche 172, 182 sich auf diametralen Seiten des Hohlzylinders 191 im Abstand vom Tragflansch 192 und parallel zum Tragflansch 192 erstrecken (2).
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In der in 4 ausschnittweise vergrößert dargestellten perspektivischen Ansicht des Anschlussglieds 12 sind die angeprägten Stanzabschnitte im Trägerbereich 172, 182 und im Gabelbereich 173, 183 wiederum durch eine verstärkte Linienführung sichtbar gemacht. Auch die inneren Kanten der Schweißgabeln 21 weisen diese angeprägten Stanzkanten auf.
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Zur Verbindung von Piezomodul 11 und Anschlussglied 12 wird das Anschlussglied 12 mit dem Hohlzylinder 191 auf den Zapfen 141 am Endstück 14 aufgesetzt, wobei die ummantelten Verbindungsbereiche 174, 184 der beiden Kontaktbleche 17, 18 durch das Endstück 14 hindurch oder am Endstück 14 vorbeigeführt werden (1). Die beiden freien Enden der Verbindungsbereiche 174, 184 sind auf ein auf den Keramikkörper 13 aufgebrachtes Kontaktsieb oder -gitter kontaktiert, z. B. durch Löten oder Widerstandsschweißen. Mit Einbau des Aktors in ein Ventil werden die Kontaktbereiche 171, 181 mit einem ventilseitigen Steckanschluss elektrisch leitend verbunden. Der in die Schweißgabeln 21 eingesetzte Widerstand 22 ist ein hochohmiger Entladewiderstand, dessen Größe von der Kapazität des Piezomoduls 11 abhängt. Er verhindert, dass am Steckanschluss des Ventils ein Spannungspotential liegt, was aus Sicherheitsgründen nicht zulässig ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009026532 A1 [0002]
