DE10321694A1

DE10321694A1 - Aktormodul

Info

Publication number: DE10321694A1
Application number: DE2003121694
Authority: DE
Inventors: Hubert Stier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

Ein Aktormodul (1), welches insbesondere zur Betätigung von Brennstoffeinspritzventilen für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen dienen kann, umfaßt ein piezoelektrisches oder magnetostriktives Element (2) und Kontaktstifte (3) zur elektrischen Kontaktierung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements (2). Das piezoelektrische oder magnetostriktive Element (2) ist in einer Hülse (5) angeordnet, welche an einem Ende Verlängerungen (13) aufweist, welche in Formschluß mit dem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element (2) stehen.

Description

Die Erfindung geht aus von einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktormodul nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Beispielsweise ist aus der DE 198 56 186 A1 ein piezoelektrischer Aktor bekannt, welcher insbesondere zur Betätigung von Steuerventilen oder Einspritzventilen an Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen dient, wobei der Aktor einen piezoelektrischen Aktorkörper, insbesondere in Form eines vielschichtigen Laminats aus aufeinandergeschichteten Lagen piezoelektrischen Materials und dazwischenliegenden metallischen bzw. elektrisch leitenden Schichten, aufweist. Eine der Stirnseiten des Aktorkörpers ist an einem Aktorfuß festgelegt. Der Aktorkörper ist unter Einhaltung eines Zwischenraums von einer Modulwand umgeben, wobei der Zwischenraum mit einem elastischen oder plastischen, elektrisch isolierenden Stoff guter Wärmeleitfähigkeit ausgefüllt ist.

Nachteilig an dem aus der DE 198 56 186 A1 bekannten Aktor sind insbesondere die hohen Fertigungskosten und der hohe Fertigungsaufwand. Diese sind dadurch bedingt, daß der Aktor mittels eines Federbandes vorgespannt wird und die Aktorumspritzung deshalb mit einem relativ dünnflüssigen Material erfolgen muß, um das Aktormodul zum einen allseits ohne Hohlräume umgeben zu können und zum anderen die Elastizität zu erhalten. Die Anforderungen an das Umspritzungsmaterial sind daher sehr hoch, wodurch das Material teuer wird.

Weiterhin ist von Nachteil, daß eine Zentrierung des Aktors praktisch nicht möglich ist und der Aktorkörper dementsprechend von einem geräumigen Zwischenraum versehen sein muß, was wiederum die Größe des Gesamtbauteils negativ beeinflußt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäß ausgestaltete Aktormodul mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Aktorumspritzung einfach und kostengünstig mit sehr geringem Aufwand und in einem Arbeitsgang herstellbar ist.

Eine Zentrierung des Aktors zwischen Verlängerungen einer die Montage unterstützenden Hülse sorgt vorteilhafterweise für einen wirkungsvollen Schutz des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements vor Verschiebungen und Verkantungen während des Umspritzens und der nachfolgenden Zerstörung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements durch Scherkräfte bei der Endmontage.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Aktors möglich.

Vorteilhafterweise sind die Kontaktstifte in den Verlängerungen geführt und damit ebenfalls in ihrer Position fixiert.

Zudem ist vorteilhaft, daß an einem den Verlängerungen gegenüberliegenden Ende der Hülse ein Deckel eingesetzt ist, welcher das piezoelektrische oder magnetostriktive Element auch an diesem Ende zentriert und fixiert.

Vorteilhafterweise weist die Hülse ebenso wie die für die Vorspannung des Aktors sorgende Rohrfeder Ausnehmungen auf, durch welche das die Umspritzung bildende Material leicht in alle Bereiche des Aktormoduls gelangen kann.

Weiterhin ist eine aus der genauen Zentrierung resultierende Materialersparnis durch eine bessere Passung der einzelnen Bauteile bei dem erfindungsgemäß ausgestalteten Aktormodul ebenfalls vorteilhaft.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1A-B eine schematische Ansicht eines bisher üblichen piezoelektrischen Aktormoduls und
2A-B eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgebildeten Aktormoduls.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bevor anhand der 2A und 2B ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Aktormoduls 1 beschrieben wird, soll zum besseren Verständnis der Erfindung anhand von 1A und 1B ein bisher verwendetes Aktormodul 1 in seinen wesentlichen Merkmalen kurz erläutert werden. Gleiche Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Ein in 1A dargestelltes Aktormodul 1 dient z. B. zur Betätigung eines Brennstoffeinspritzventils, insbesondere zur direkten Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, selbst- oder fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
Das Aktormodul 1 besteht aus einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element 2. Dieses kann sowohl monolithisch ausgeführt sein als auch aus scheibenförmigen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Schichten bestehen, welche untereinander verklebt sein können. Das Aktormodul 1 ist mit Kontaktstiften 3 zur Kontaktierung versehen. Die Kontaktstifte 3 und das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 sind von einer ersten Umspritzung 4 umgeben, in welche die Kontaktstifte 3 eingebettet sind. Die erste Umspritzung 4 dient dabei der Wärmeableitung der durch das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 erzeugten Verlustwärme während des Betriebs. Die erste Umspritzung wird vorzugsweise mittels einer Hülse 5 hergestellt, die über das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 und die Kontaktstifte 3 gestülpt und dann mit dem Umspritzungsmaterial ausgefüllt wird.
Nachteilig hierbei ist zunächst, daß das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 durch den Vorgang der Umspritzung aus seiner mehr oder weniger zentrierten Lage relativ zu den Kontaktstiften 3 verschoben werden kann, so daß das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 möglicherweise sogar schräg verkippt wird. Wird in der Folge das vormontierte piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 dann zur Endmontage unter Vorspannung gesetzt, wird es durch Scherkräfte schwer beschädigt oder sogar gänzlich zerstört.
1B zeigt das fertig montierte Aktormodul 1. Das in 1A im Schnitt dargestellte piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 mit der ersten Umspritzung 4 ist in 1B der besseren Übersichtlichkeit halber ungeschnitten dargestellt. Das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 ist nun vorgespannt und mit einem Aktorkopf 6 und einem Aktorfuß 7 versehen. Die Vorspannung wird durch eine Rohrfeder 8 aufgebracht, welche mit dem Aktorkopf 6 und dem Aktorfuß 7 vorzugsweise verschweißt ist. In dem Aktorfuß 7 sind zwei Isolierhülsen 9 angeordnet, welche die Kontaktstifte 3 einerseits gegen den Aktorfuß 7 isolieren und andererseits die Zentrierung des umspritzten piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements 2 in der Rohrfeder 8 bewirken. Zwischen der Rohrfeder 8 und der ersten Umspritzung 4 ist in diesem Montagezustand ein Luftspalt 10 ausgebildet, welcher die Wärmeableitung aus der ersten Umspritzung 4 verhindert. Dadurch wird eine zweite, äußere Umspritzung 11 benötigt, um die thermische Anbindung an die Rohrfeder 8 zu bewirken.
Wie bereits weiter oben erwähnt, besteht dabei die Möglichkeit der Zerstörung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements 2 durch Scherkräfte. Die Fertigung des Aktormoduls 1 ist demnach mit einer erhöhten Fehlerrate behaftet und dementsprechend teuer. Auch die zusätzlich anfallenden Einzelbauteile wie die Isolierhülsen 9 tragen zu den hohen Kosten bei.
In 2A und 2B ist in gleicher Darstellung wie in 1A und 1B ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Aktormoduls 1 dargestellt. Wie in 1A und 1B ist zunächst in 2A das piezoelektrische Element 2 geschnitten und in 2B ungeschnitten in die äußeren Bauteile eingebaut dargestellt.
2A zeigt das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2, welches gemeinsam mit den Kontaktstiften 3 in einer Hülse 5 angeordnet ist. Die Hülse 5 weist dabei einerseits Ausnehmungen 12 und andererseits zwei rohrförmige Verlängerungen 13 auf, welche die Kontaktstifte 3 isolieren und gleichzeitig das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 zentrieren. Das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 steht dabei in Formschluß mit den Verlängerungen 13. Als weitere Zentrierungsmaßnahme kann an einem den Verlängerungen 13 gegenüberliegenden Ende der Hülse 5 ein Deckel 14 eingepaßt sein, so daß das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 sehr genau und dabei auf einfache Art und Weise in der Hülse 5 zentrierbar ist.
Die Hülse 5 ist in einfacher und kostengünstiger Weise als Spritzgußteil herstellbar. Das Material kann dabei so gewählt werden, daß die Wärmeanbindung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements 2 über ein später erfolgendes Umspritzen nicht behindert oder sogar gefördert wird.
Die Ausnehmungen 12 in der Hülse 5 sorgen beim später erfolgenden Umspritzen des Aktormoduls 1 für eine gleichmäßige Verteilung des Materials im gesamten zu umspritzenden Bereich.
Wie aus 2A ersichtlich, ist das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 nun so vormontiert und fixiert, daß bedingt durch den Formschluß mit den Verlängerungen 13 keine Möglichkeit der Auswanderung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements 2 beim Transport und der Endmontage mehr besteht. Daher wird das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 2 gegen Scherkräfte bei der späteren Vorspannung wirkungsvoll geschützt.
2B zeigt den zweiten Montageschritt. Das Aktormodul 1 ist in einer Rohrfeder 8, welche ebenfalls Ausnehmungen 15 aufweist, angeordnet. Wie in 1B ist das Aktormodul 1 zwischen einem Aktorkopf 6 und einem Aktorfuß 7 eingespannt. Die Hülse 5 mit den Ausnehmungen 12 ist in 2B ungeschnitten dargestellt.
Nach der Verbindung der Rohrfeder 8 mit Aktorkopf 6 und Aktorfuß 7 kann das Aktormodul in einem Arbeitsgang mit der Umspritzung 11 versehen werden, welche problemlos durch die Ausnehmungen 15 der Rohrfeder 8 und die Ausnehmungen 12 der Hülse 5 in alle Bereiche des Aktormoduls 1 einbringbar ist. Die Lage des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements 2 kann dabei nicht mehr verändert werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und insbesondere bei einer Vielzahl von Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen anwendbar. Auch sind alle Merkmale des Ausführungsbeispiels beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Aktormodul (1), insbesondere zur Betätigung von Brennstoffeinspritzventilen für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit zumindest einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element (2) und Kontaktstiften (3) zur elektrischen Kontaktierung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements (2), dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische oder magnetostriktive Element (2) in einer Hülse (5) angeordnet ist, welche an einem Ende Verlängerungen (13) aufweist, welche in Formschluß mit dem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element (2) stehen.
Aktormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem den Verlängerungen (13) gegenüberliegenden Ende der Verlängerungen (13) ein Deckel (14) in der Hülse (5) angeordnet ist.
Aktormodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (14) sowohl in Formschluß mit dem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element (2) als auch mit der Hülse (5) steht.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (3) in den Verlängerungen (13) der Hülse (5) angeordnet sind.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) Ausnehmungen (12) aufweist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element (2), den Kontaktstiften (3) und der Hülse (5) bestehende Aktormodul (1) in einer Rohrfeder (8) angeordnet ist.
Aktormodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrfeder (8) Ausnehmungen (15) aufweist.
Aktormodul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrfeder (8) mit einem Aktorkopf (6) und/oder einem Aktorfuß (7) verschweißt ist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktormodul (1) unter Vorspannung steht.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktormodul (1) eine in einem Arbeitsgang aufbringbare Umspritzung (11) aufweist.
Aktormodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umspritzung (11) die Ausnehmungen (15) der Rohrfeder (8) und die Ausnehmungen (12) der Hülse (5) durchdringt.