DE10260363A1

DE10260363A1 - Actuator module for fuel injection valve with piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive actuator, has spring element with mutually separate spring bodies joining two or more supporting bodies

Info

Publication number: DE10260363A1
Application number: DE10260363A
Authority: DE
Inventors: Uwe Liskow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-08

Abstract

The actuator module (1) has a piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive actuator (6) clamped by a spring element (2) between at least two supporting bodies (3) with a bias. The spring element consists of several mutually separate spring bodies (5) and each spring body joins the two or more supporting bodies. The spring bodies bias the actuator to the same extent.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on one Fuel injection valve according to the type of the main claim.

Beispielsweise ist aus der WO 95/08330 ein piezoelektrisches Aktormodul bekannt, mit einem Aktor, der in einen elastisch ausgebildeten einstückigen Hohlkörper eingeschoben ist. Der Aktor ist durch den Hohlkörper vorgespannt und an diesem mit seinem oberen und unteren Ende kraft- und/oder formschlüssig verbunden.For example, from WO 95/08330 a piezoelectric actuator module is known, with an actuator that in inserted an elastically formed one-piece hollow body is. The actuator is biased by and on the hollow body with its upper and lower end non-positively and / or positively connected.

Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten piezoelektrischen Aktormodul ist insbesondere, daß der Hohlkörper durch seine einstückige Ausführung eine bestimmte Eigenfrequenz besitzt. Bei Auftreten von Schwingungen des Aktors, die der Eigenfrequenz des Hohlkörpers entsprechen, besteht die Gefahr, daß das gesamte Aktormodul unbedämpft zu schwingen beginnt. Der Aktor kann dabei beschädigt werden und außerdem nicht mehr kontrollierbar betätigt werden.A disadvantage of that from the above publication known piezoelectric actuator module is in particular that the hollow body through its one piece execution has a certain natural frequency. When vibrations occur of the actuator, which correspond to the natural frequency of the hollow body the danger that the entire actuator module undamped begins to vibrate. The actuator can be damaged and also not damaged operated more controllably become.

Nachteilig ist weiterhin, daß der im Hohlkörper verspannte Aktor nicht mehr von außen zugänglich ist. Insbesondere ist dadurch eine Kontaktierung des zumeist vielschichtigen Aktors nach der Montage im Hohlkörper nicht möglich. Außerdem ist eine Korrektur der Kontaktierung der einzelnen Schichten des Aktors nicht möglich. Dies ist unvorteilhaft, da die Funktion des Aktors im verspannten, endmontierten Zustand ermittelt wird. Wird beispielsweise festgestellt, daß einzelne Schichten des Aktors ausgefallen sind, können vorher im Aktor vorhandene passive Schichten nicht nachträglich kontaktiert werden, um ausgefallene Schichten zu ersetzen. Eine Reparatur der Kontaktierung der Schichten des Aktors ist nur möglich, wenn das Aktormodul vorher aufwendig demontiert wird.Another disadvantage is that the im hollow body tensioned actuator is no longer accessible from the outside. In particular, this is contacting the mostly multi-layered actuator after installation in hollow body not possible. Moreover is a correction of the contacting of the individual layers of the actuator not possible. This is disadvantageous since the function of the actuator in the tense, final assembled state is determined. For example, if that individual Layers of the actuator have failed can exist in the actuator beforehand passive layers not retrospectively be contacted to replace failed layers. A Repairing the contacting of the layers of the actuator is only possible if the actuator module is previously disassembled.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das erfindungsgemäße Aktormodul mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß Resonanzen wirksam verhindert werden. Dabei wird ausgenutzt, daß zwei voneinander getrennt ausgeführte Federelemente unterschiedliche Eigenfrequenzen besitzen können. Wirkt eine Schwingung auf den Aktor, die der Eigenfrequenz eines Federelements gleicht, wird diese Frequenz von dem anderen Federelement mit anderer Eigenfrequenz bedämpft.The actuator module according to the invention with the features the main claim has the Advantage that resonances can be effectively prevented. It takes advantage of the fact that two of them executed separately Spring elements can have different natural frequencies. Acts Vibration on the actuator, the natural frequency of a spring element equals, this frequency is from the other spring element with a different natural frequency damped.

Die Kontaktierung des Aktors kann vorteilhafterweise nach der Montage des Aktors zwischen den Federkörpern erfolgen. Dadurch können, nach einer Funktionsprüfung des Aktors, eventuell ausgefallene Schichten des Aktors durch eine Änderung der Kontaktierung der Schichten des Aktors durch vorher passive Schichten ersetzt werden. Erfolgt die Kontaktierung des Aktors vor seiner Montage zwischen den Federkörpern und den Auflagekörpern, so kann bei fehlerhafter Kontaktierung, welche beispielsweise bei der Funktionsprüfung des Aktors festgestellt wird, die Kontaktierung repariert werden, ohne das Aktormodul vorher zerlegen zu müssen. Die Vorspannkraft kann außerdem einfacher eingestellt werden.The actuator can be contacted advantageously take place after assembly of the actuator between the spring bodies. This allows after a functional test of the actuator, possibly failed layers of the actuator by changing the Contacting the layers of the actuator using previously passive layers be replaced. If the actuator is contacted before it Assembly between the spring bodies and the support bodies, in the event of incorrect contacting, which is the case with the functional test of the actuator is determined, the contacting can be repaired without having to disassemble the actuator module beforehand. The preload can Moreover can be set more easily.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Aktormoduls möglich.By the measures listed in the subclaims are advantageous developments of the specified in the main claim Actuator module possible.

In einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Aktormoduls spannt jeder der Federkörper den Aktor zu gleichen Teilen vor. Unzulässige Belastungen des Aktors werden dadurch vermieden. Dies wird auch dadurch erreicht, daß vorteilhafterweise die Federkörper gleichmäßig um die Längsachse des Aktors angeordnet sind oder wenn bei einer geraden Anzahl der mehreren Federkörper jeweils zwei gegenüberliegende Federkörper gleiches elastisches Verhalten aufweisen.In a first training of the actuator module according to the invention each of the spring bodies tensions the Actuator in equal parts. Impermissible loads on the actuator are avoided. This is also achieved in that the spring body evenly around the longitudinal axis of the actuator are arranged or if at an even number of several spring bodies two opposite each other spring body have the same elastic behavior.

In einer zweiten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Aktormoduls sind die Federkörper durch Stoff- und/oder Formschluß, insbesondere durch Schweißen, mit den zumindest zwei Auflagekörpern verbunden. Je nach Bedarf läßt sich so beispielsweise die Festigkeit der Verbindung den Anforderungen anpassen. Außerdem kann die Verbindung so einfacher in den Herstellungsprozeß eingepaßt werden.In a second development of the actuator module according to the invention are the spring body through Material and / or form fit, especially by welding, with the at least two support bodies connected. Depending on your needs so for example the strength of the connection the requirements to adjust. Moreover the connection can thus be more easily fitted into the manufacturing process.

Vorteilhaft ist es zudem, daß zumindest einer der mehreren Federkörper im Vergleich zu einem anderen Federkörper eine andere Eigenfrequenz aufweist. Unerwünschte ungedämpfte Schwingungen lassen sich so unterdrücken.It is also advantageous that at least one of the several spring bodies a different natural frequency compared to another spring body having. unwanted undamped Vibrations can be suppressed in this way.

Vorteilhaft ist es weiterhin, zumindest einen der mehreren Federkörper stabförmig, mit rechteckigem oder schalenförmigem Querschnitt, auszuführen. Dadurch lassen sich die Federkörper besonders einfach und damit kostengünstig herstellen und zudem in einfacher Weise den räumlichen Gegebenheiten anpassen.It is still advantageous, at least one of the several spring bodies rod-shaped, with rectangular or bowl-shaped Cross section. This allows the spring body particularly easy and therefore inexpensive to manufacture and moreover in a simple way the spatial Adjust conditions.

Vorteilhaft weitergebildet werden kann das Aktormodul zudem, indem zumindest einer der mehreren Federkörper zumindest eine Ausnehmung aufweist. Durch die Ausnehmungen kann in besonders einfacher Weise das elastische Verhalten der Federkörper beeinflußt und eingestellt werden. Die Ausnehmung kann vorteilhafterweise in zumindest eine Längsseite des Federkörpers schlitzförmig, insbesondere durch Sägen oder Laserschneiden, oder konkav eingebracht sein. Die Ausnehmung kann dadurch in einfacher Weise hergestellt werden.Advantageously be trained can the actuator module by at least one of the plurality of spring bodies at least has a recess. The recesses can be particularly simple Way influenced and adjusted the elastic behavior of the spring body become. The recess can advantageously be in at least one long side of the spring body slit, especially by sawing or laser cutting, or be introduced concave. The recess can be produced in a simple manner.

Vorteilhafterweise kann die Längsachse des Federkörpers, abweichend von einem geraden Verlauf, gebogen verlaufen. Beispielsweise über den dabei entstehenden Biegeradius kann das elastische Verhalten des Federkörpers beeinflußt werden.The longitudinal axis can advantageously the spring body, deviating from a straight course, curved. For example, about the The resulting bending radius can affect the elastic behavior of the spring body affected become.

Vorteilhaft ist es außerdem, die Auflagekörper rechteckig, rund oder dreieckig auszuführen. Eine gleichmäßige Belastung des Aktors durch die Auflagekörper kann dadurch für verschiedene Anzahlen von Federkörpern sichergestellt werden.It is also advantageous to make the support body rectangular, round or triangular. Uniform loading of the actuator by the Support body can be ensured for different numbers of spring bodies.

Vorteilhaft ist es weiterhin, zumindest einen der mehreren Federkörper und/oder zumindest einen der Auflagekörper zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, herzustellen, da die elastischen Eigenschaften von Metallen, insbesondere von Stahl, beispielsweise bei gleichen geometrischen Abmessungen des Federkörpers, sehr genau reproduzierbar sind.It is still advantageous, at least one of the several spring bodies and / or at least one of the support bodies at least partially Metal, especially steel, because the elastic Properties of metals, especially steel, for example with the same geometrical dimensions of the spring body, very much are exactly reproducible.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawing and in the following Description closer explained. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Aktormoduls, 1 1 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of an actuator module according to the invention,

2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Federkörpers mit konkaven Ausnehmungen, 2 1 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of a spring body with concave recesses,

3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Federkörpers, dessen Längsachse gebogen verläuft, 3 1 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of a spring body, the longitudinal axis of which extends in a curved manner,

4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Federkörpers mit schlitzförmigen Ausnehmungen, 4 2 shows a schematic illustration of a third exemplary embodiment of a spring body with slot-shaped recesses,

5 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Federkörpers ohne Ausnehmungen und gerade verlaufender Längsachse, 5 1 shows a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of a spring body without recesses and a straight longitudinal axis,

6 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktormoduls in der Draufsicht, 6 2 shows a schematic illustration of the first exemplary embodiment of the actuator module according to the invention in plan view,

7 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktormoduls in der Draufsicht, 7 2 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of the actuator module according to the invention in plan view,

8 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktormoduls in der Draufsicht und 8th a schematic representation of a third embodiment of the actuator module according to the invention in plan view and

9 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktormoduls in der Draufsicht. 9 a schematic representation of a fourth embodiment of the actuator module according to the invention in plan view.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.Exemplary embodiments of the Invention described by way of example. Matching components are doing so in all figures with matching Provide reference numerals.

Ein in 1 dargestelltes erfindungsgemäßes Aktormodul 1 weist ein Federelement 2 bestehend aus zwei Federkörpern 5, zwei Auflagekörper 3 sowie ein stabförmiger Aktor 6 mit z.B. quadratischem Querschnitt auf. Jeweils einer der beiden quadratischen und plattenförmigen Auflagekörper 3 ist mittig zur Längsachse des Aktors 6 am oberen bzw. unteren Ende des Aktors 6 angeordnet. Die quadratische Fläche der Auflagekörper 3 ist größer als die Fläche des quadratischen Querschnitts des Aktors 6. An gegenüberliegenden Seiten der Auflagekörper 3 verlaufen zwei Federkörper 5 mit rechteckigem Querschnitt parallel zum Aktor 6. Die Federkörper 5 sind stabförmig und an ihren Enden mit den Auflagekörpern 3 stoffschlüssig, in diesem Ausführungsbeispiel durch Schweißnähte 7, gefügt. Die elastischen, in diesem Ausführungsbeispiel aus Stahl gefertigten Federkörper 5 spannen den Aktor 6 über die Auflagekörper 3 vor. Beispielsweise wird dies erreicht, indem der Aktor 6 mit den Auflagekörpern 3 vor der Erzeugung der Schweißnähte 7 gestaucht wird. Der Aktor 6 wird dabei um eine Länge gestaucht, die einer vorher bestimmten Kraft entspricht.An in 1 Actuator module according to the invention shown 1 has a spring element 2 consisting of two spring bodies 5 , two support bodies 3 as well as a rod-shaped actuator 6 with, for example, a square cross-section. One of the two square and plate-shaped support bodies 3 is centered on the longitudinal axis of the actuator 6 at the upper or lower end of the actuator 6 arranged. The square area of the support body 3 is larger than the area of the square cross section of the actuator 6 , On opposite sides of the support body 3 run two spring bodies 5 with a rectangular cross section parallel to the actuator 6 , The spring body 5 are rod-shaped and at their ends with the support bodies 3 cohesive, in this embodiment by welds 7 , added. The elastic spring bodies made of steel in this embodiment 5 tension the actuator 6 over the support body 3 in front. For example, this is achieved by the actuator 6 with the support bodies 3 before creating the welds 7 is compressed. The actuator 6 is compressed by a length that corresponds to a previously determined force.

Eine Resonanz des Aktormoduls 1 wird dadurch verhindert, daß die Federkörper 5 bei gleichem elastischem Verhalten unterschiedliche Eigenfrequenzen aufweisen.A response from the actuator module 1 is prevented by the spring body 5 have different natural frequencies with the same elastic behavior.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Federkörpers 5, der stabförmig ist, einen rechteckigen Querschnitt aufweist und an zwei seiner vier Längsseiten gegenüberliegende, konkave Ausnehmungen 4 aufweist. 2 shows a schematic representation of a spring body 5 , which is rod-shaped, has a rectangular cross section and on two of its four long sides opposite, concave recesses 4 having.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Federkörpers 5, der stabförmig ist, einen rechteckigen Querschnitt aufweist und dessen Längsachse gebogen ist. 3 shows a schematic representation of a spring body 5 , which is rod-shaped, has a rectangular cross section and the longitudinal axis of which is bent.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Federkörpers 5 mit schlitzförmigen, an den Längsseiten eingebrachten Ausnehmungen 4. Der Federkörper 5 ist im Querschnitt rechteckig, wobei die Querschnittsfläche zwei gegenüberliegende lange Seiten und zwei gegenüberliegende kurze Seiten aufweist. Die Ausnehmungen 4 bilden Schlitze, welche die an den langen Querschnittsseiten angeordneten Längsseiten miteinander verbinden und etwa zur Hälfte der Strecke der langen Querschnittsseite in den Federkörper 5 eingreifen. Da die schlizförmigen Ausnehmungen 4 versetzt angeordnet sind, hat das Federelement 5 eine mäanderförmige Struktur. 4 shows a schematic representation of a spring body 5 with slot-shaped recesses on the long sides 4 , The spring body 5 is rectangular in cross-section, the cross-sectional area having two opposite long sides and two opposite short sides. The recesses 4 form slots which connect the long sides arranged on the long cross-sectional sides to one another and about half the distance of the long cross-sectional side into the spring body 5 intervention. Because the slit-shaped recesses 4 are arranged offset, has the spring element 5 a meandering structure.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines stabförmigen Federelements 5 mit gerade verlaufender Längsachse, nicht gekrümmten, planaren Außenflächen und rechteckigem Querschnitt. 5 shows a schematic representation of a rod-shaped spring element 5 with straight longitudinal axis, non-curved, planar outer surfaces and rectangular cross-section.

6 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktormoduls 1 in der Draufsicht. Deutlich sichtbar ist die quadratische Form des oberen Auflagekörpers 3. Die beiden gegenüberliegenden Federkörper 5 sind jeweils mit einer ihrer breiten Längsseiten an ihren Enden mit dem oberen Auflagekörper 3 durch Schweißnähte 7 stoffschlüssig gefügt. 6 shows a schematic representation of the first embodiment of the actuator module according to the invention 1 in the top view. The square shape of the upper support body is clearly visible 3 , The two opposite spring bodies 5 are each with one of their wide long sides at their ends with the upper support body 3 through welds 7 joined cohesively.

7 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktormoduls 1 in der Draufsicht, ähnlich des ersten Ausführungsbeispiels von 1 und 6. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist das in 7 gezeigte Aktormodul 1 vier Federkörper 5 auf, wovon jeweils zwei gegenüberliegende Federkörper 5 gleiches elastisches Verhalten aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel haben jeweils zwei gegenüberliegende Federkörper 5 gleiche Eigenfrequenzen. 7 shows a schematic representation of a second embodiment of the actuator module according to the invention 1 in plan view, similar to the first embodiment of 1 and 6 , In contrast to the first exemplary embodiment, this is shown in 7 Actuator module shown 1 four spring bodies 5 on, two of which were opposite each other spring bodies 5 have the same elastic behavior. In this embodiment each have two opposite spring bodies 5 same natural frequencies.

8 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktormoduls 1 in der Draufsicht. Der in dieser 8 sichtbare Auflagekörper 3 ist teller- und kreisförmig. Die mit ihren jeweiligen Enden seitlich an dem Auflagekörper 3 angeschweißten beiden gegenüberliegenden Federkörper 5 sind im Querschnitt entsprechend gebogen, damit sie sich dem Verlauf des runden Auflagekörpers 3 an den Schweißnähten 7 anpassen. 8th shows a schematic representation of a third embodiment of the actuator module according to the invention 1 in the top view. The one in this 8th visible support body 3 is plate and circular. The with their respective ends on the side of the support body 3 welded two opposite spring bodies 5 are bent accordingly in cross section so that they follow the course of the round support body 3 on the welds 7 to adjust.

9 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktormoduls 1 in der Draufsicht. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Auflagekörper 3 dreieckig ausgeführt. Drei Federkörper 5 sind seitlich an dem Auflagekörper 3 gefügt. 9 shows a schematic representation of a fourth embodiment of the actuator module according to the invention 1 in the top view. In this embodiment, the support body 3 triangular design. Three spring bodies 5 are on the side of the support body 3 together.

Durch die Form, die geometrische Gestaltung und Anordnung und die Anzahl und den Ort der Ausnehmungen 4 im Federkörper 5, kann das elastische Verhalten des Federkörpers 5 beeinflußt werden. Das elastische Verhalten des Federkörpers 5 kann außerdem durch die Wahl und die Zusammensetzung des Materials und die geometrische Form des Federkörpers 5 beeinflußt werden. Auch die Eigenfrequenz des Federkörpers 5 kann durch die vorgenannten Parameter eingestellt werden.By the shape, the geometric design and arrangement and the number and location of the recesses 4 in the spring body 5 , the elastic behavior of the spring body 5 to be influenced. The elastic behavior of the spring body 5 can also by the choice and composition of the material and the geometric shape of the spring body 5 to be influenced. Also the natural frequency of the spring body 5 can be set using the above parameters.

Die Auflagekörper 3 können auf ihren dem Aktor 6 zugewandten Seiten nicht dargestellte Ausnehmungen oder Vertiefungen aufweisen, die den Aktor 6 formschlüssig gegen seitliche Verschiebung sichern und die Montage des Aktormoduls 1 vereinfachen.The support body 3 can on their the actuator 6 facing sides not shown recesses or depressions, the actuator 6 Secure form-fitting against lateral displacement and the assembly of the actuator module 1 simplify.

Claims

Actuator module ( 1 ) with a piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive actuator ( 6 ) via a spring element ( 2 ) between at least two support bodies ( 3 ) is clamped with a pretension, characterized in that the spring element ( 2 ) made up of several separate spring bodies ( 5 ) exists and each spring body ( 5 ) the at least two support bodies ( 3 ) connects.

Actuator module according to Claim 1, characterized in that the plurality of spring bodies ( 5 ) the actuator ( 6 ) preload in equal parts.

Actuator module according to claim 1 or 2, characterized in that the spring body ( 5 ) by material and / or positive locking, in particular by welding, with the at least two support bodies ( 3 ) are connected.

Actuator module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spring body ( 5 ) evenly around the longitudinal axis of the actuator ( 6 ) are arranged.

Actuator module according to one of the preceding claims, characterized in that with an even number of the plurality of spring bodies ( 5 ) two opposite spring bodies ( 5 ) have the same elastic behavior.

Actuator module according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the plurality of spring bodies ( 5 ) to another spring body ( 5 ) has a different natural frequency.

Actuator module according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the plurality of spring bodies ( 5 ) is rod-shaped, with a rectangular or bowl-shaped cross section.

Actuator module according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the plurality of spring bodies ( 5 ) at least one recess ( 4 ) having.

Actuator module according to claim 8, characterized in that the recess ( 4 ) in at least one long side of the spring body ( 5 ) is slit-shaped, in particular by sawing or laser cutting, or is introduced in a concave manner.

Actuator module according to claim 8 or 9, characterized in that the longitudinal axis of the spring body ( 5 ) is curved.

Actuator module according to one of the preceding claims, characterized in that the support body ( 3 ) are rectangular, round or triangular.

Actuator module according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the plurality of spring bodies ( 5 ) and / or at least one of the support bodies ( 3 ) consists at least partially of metal, in particular steel.