DE10322673A1 - Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten vorgeschlagen, mit einer piezoelektrischen Aktuatoreinheit (5), die einen Aktorfuß (8) und einen Aktorkopf aufweist, der auf ein Kopplermodul wirkt, das mit einem Ventilschließglied verbunden ist, welches mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, wobei der Aktorfuß (8) sich über eine Kugelfläche (21) an einem Kegelsitz (22) eines Ventilgehäuses (2) abstützt und am Umfang eine O-Ringdichtung (20) trägt. Die Kugelfläche (21) des Aktorfußes (8) ist auf der dem Aktorkopf (9) abgewandten Seite der O-Ringdichtung (20) angeordnet (Figur 2).
Description
- Die Erfindung geht von einem Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruch 1 näher definierten Art aus.
- Ein derartiges Ventil ist aus der
DE 101 40 529 A1 bekannt und beispielsweise bei einem Kraftstoffeinspritzventil, insbesondere bei einem Common-Rail-Injektor einer Dieselbrennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges einsetzbar. - Das aus der
DE 101 40 529 A1 bekannte Ventil umfasst eine piezoelektrische Aktuatoreinheit, die einen Aktorfuß und einen Aktorkopf aufweist. Der Aktorfuß stützt sich über eine abgerundete, ringförmige Kante an einem Kegelsitz ab, der an einem Ventilgehäuse ausgebildet ist. Der Aktorkopf wirkt auf ein Kopplermodul, das einen mit dem Aktorkopf verbundenen, sogenannten Stellkolben umfasst, der über einen hydraulischen Koppler mit einem sogenannten Betätigungskolben in Wirkverbindung steht. Der Betätigungskolben wirkt auf ein Ventilschließglied, das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und mittels dem ein Fluidstrom steuerbar ist. - Durch die Lagerung des Aktorfußes über die abgerundete Kante an der Kegelfläche des Ventilgehäuses können toleranzbedingte Schrägstellungen und montagebedingte Verschiebungen des Aktorkopfes ausgeglichen werden. Zur Abdichtung ist im Bereich des Aktorfußes ein O-Ring in einer Ringnut gelagert. Der O-Ring ist von dem Aktorkopf aus gesehen hinter der abgerundeten Kante angeordnet.
- Die aus der piezoelektrischen Aktuatoreinheit und dem Kopplermodul gebildete Baugruppe bildet eine Ventilsteuereinheit des Kraftstoffeinspritzventils und dient zur Steuerung einer in einem Injektormodul des Kraftstoffeinspritzventils angeordneten Düsennadel, die mit zu einem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine führenden Einspritzöffnungen zusammenwirkt.
- Bei der Montage des bekannten Ventils wird der Aktorfuß durch eine Federhülse, die das Kopplermodul umgibt, mit einer Kraft von etwa 700 N vorgespannt. Bei Ausgleich einer toleranzbedingten Schrägstellung und von montagebedingten Verschiebungen des Aktorkopfes entsteht im Bereich der eine Kugellagerung darstellenden abgerundeten Kante ein Reibmoment. Dieses Reibmoment erzeugt in der piezoelektrischen Aktuatoreinheit Biegespannungen, die zu Beschädigungen führen können.
- Um Undichtigkeiten im Bereich der O-Ringdichtung zu vermeiden, sind die die Ringnut für den O-Ring begrenzenden Bereiche des Aktorfußes mit einem geringen lateralen Spiel in dem Ventilgehäuse angeordnet. Das geringe Spiel führt nachteilhafterweise dazu, dass die mögliche Verdrehung des Aktorfußes sehr gering ist, wodurch gegebenenfalls die auftretenden toleranzbedingten Verdrehungen und montagebedingten Verschiebungen des Aktorkopfes nicht hinreichend ausgeglichen werden können.
- Des weiteren besteht bei dem bekannten Ventil das Problem, dass der O-Ring zur Montage in der Ringnut stark gedehnt werden muss, was einerseits einen erhöhten Montageaufwand darstellt und andererseits verstärkt zu Verdrehungen des O-Rings führen kann, wobei letztgenannte Verdrehungen in nachteilhafter Weise zu Undichtigkeiten führen können.
- Vorteile der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei welchem Ventil die Kugelfläche des Aktorfußes von dem Aktorkopf aus gesehen hinter der O-Ringdichtung angeordnet ist, hat den Vorteil, dass durch entsprechende Anordnung der Kugelfläche im Vergleich zu dem einleitend beschriebenen bekannten Ventil im Bereich der Kugellagerung bzw. der abgerundeten Kante ein kleinerer Reibradius erreicht werden kann, was ein geringeres Widerstandsmoment im Lagerbereich verursacht. Dies führt bei toleranzbedingten Verdrehungen und montagebedingten Verschiebungen des Aktorkopfes zu einem kleineren Biegemoment, das auf die piezoelektrische Aktuatoreinheit ausgeübt wird. Der Reibradius und die auftretenden Biegespannungen in der piezoelektrischen Aktuatoreinheit können im Vergleich zu dem bekannten Ventil um bis zu 50 Prozent reduziert werden.
- Das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten bildet insbesondere eine Ventilsteuereinheit eines Kraftstoffeinspritzventils, insbesondere eines Common-Rail-Injektors einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.
- Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Ventils nach der Erfindung ist die O-Ringdichtung auf einem Bereich verringerten Durchmessers des Aktorfußes aufgeschoben. Die O-Ringdichtung, die vorzugsweise einen Innendurchmesser hat, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Bereichs des Aktorfußes mit dem verringerten Durchmesser, ist damit einfach und sicher zu montieren, da die Gefahr von Verdrehungen des O-Rings, die nachteilhafterweise zu Undichtigkeiten führen, während der Montage reduziert ist.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
- Zeichnung
- Ein Ausführungsbeispiel des Ventils nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
-
1 einen Längsschnitt durch ein Ventil nach der Erfindung in einer ausschnittsweisen Darstellung; und -
2 eine vergrößerte Darstellung des in1 gestrichelt umrandeten Bereichs II. - Beschreibung des Ausführungsbeispiels
- In den
1 und2 ist eine Ventilsteuereinheit1 eines Kraftstoffeinspritzventils dargestellt, welches als Common-Rail-Injektor zur Einspritzung von vorzugsweise Dieselkraftstoff in einen Verbrennungsraum einer hier nicht näher dargestellten Dieselbrennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dient. - Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst neben der Ventilsteuereinheit
1 ein nicht näher dargestelltes Düsenmodul, in welchem eine axial verschiebbare Düsennadel angeordnet ist, die mit sogenannten Einspritzöffnungen, die zu dem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine führen, in Wirkverbindung steht. Die Ventilsteuereinheit1 dient zur Betätigung der Düsennadel. - Die Ventilsteuereinheit
1 umfasst ein Ventilgehäuse2 , in welchem ein axial ausgerichteter Kraftstoffzufuhrkanal3 , der zu dem Düsenmodul führt, und ein Aufnahmeraum4 für eine piezoelektrische Aktuatoreinheit5 und ein hydraulisches Kopplermodul6 ausgebildet sind. - Das piezoelektrische Aktuatormodul
5 umfasst einen piezoelektrischen Aktor7 , der zwischen einem Aktorfuß8 und einem Aktorkopf9 angeordnet ist. Zum Schutz vor Kraftstoff ist die piezoelektrische Aktoreinheit5 gekapselt, und zwar mittels einer rohrförmigen Hülse10 , die mit dem Aktorfuß8 fest verbunden ist, und einer den Aktorkopf9 umgebenden Wellbalgmembran11 , die mit der Hülse10 verbunden ist und zur Aufnahme einer axialen Lagerung des piezoelektrischen Aktors7 ausgelegt ist. - Der Aktorkopf
9 , der zur Übertragung der Längenveränderung des piezoelektrischen Aktors7 auf das Kopplermodul6 dient, greift an einer mit einer korrespondierenden Ausnehmung12 versehenen Scheibe13 an, die mit einem Stellkolben14 des Kopplermoduls6 fest verbunden ist, welcher wiederum über einen nicht dargestellten, als Hydraulikkammer ausgebildeten hydraulischen Koppler mit einem ebenfalls nicht dargestellten Betätigungskolben gekoppelt ist. Der Betätigungskolben ist wiederum mit einem Ventilschließglied verbunden, das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und bei dessen Betätigung eine Druckveränderung in einem Ventilsteuerraum des Düsenmoduls erfolgt, wodurch die Düsennadel eine axiale Verschiebung erfährt, so dass die Einspritzöffnungen geöffnet bzw. geschlossen werden. - Das Kopplermodul
6 umfasst des Weiteren eine Federhülse15 , mittels der eine Vorspannung des piezoelektrischen Aktormoduls5 mit einer Kraft von etwa 700 N erfolgt. - Der Aktorfuß
8 , der in2 näher dargestellt ist, ist gestuft ausgebildet und umfasst einen sich direkt an den piezoelektrischen Aktor7 anschließenden, ersten Bereich16 , dessen Durchmesser etwa demjenigen des piezoelektrischen Aktors7 entspricht und der in einen zweiten Bereich17 mittleren Durchmessers übergeht, an welchen sich wiederum ein dritter Bereich18 verringerten Durchmessers anschließt. Auf den Bereich verringerten Durchmessers ist eine O-Ringdichtung20 auf gepresst bzw. aufgeschoben, die an der Wandung des Ventilgehäuses2 anliegt. Der dritte Bereich18 verringerten Durchmessers des Aktorfußes8 hat einen Durchmesser D1, der etwas größer ist als der Innndurchmesser des O-Rings20 , so dass letzterer sicher auf dem dritten Bereich18 verringerten Durchmessers des Aktorfußes18 sitzt. - An den dritten Bereich
18 verringerten Durchmessers des Aktorfußes8 schließt sich in der dem piezoelektrischen Aktor7 abgewandten Richtung eine als Kugellagerung ausgebildete gekrümmte Fläche bzw. Kugelfläche21 an, welche sich an einem Kegelsitz22 abstützt, der an dem Ventilgehäuse2 ausgebildet ist. Die Kugelfläche21 ist durch einen als Reibradius bezeichneten Radius DR definiert, wobei eine Verkippung des Aktorfußes8 über einen Drehpunkt X erfolgen kann. - Zwischen dem zweiten Bereich
17 mittleren Durchmessers des Aktorfußes8 und der Wandung des Ventilgehäuses2 ist ein Spalt S ausgebildet, der so groß gewählt werden kann, dass gegebenenfalls auftretende, toleranzbedingte Verdrehungen und/oder montagebedingte Verschiebungen des Aktorkopfes9 in radialer Richtung, die in1 exemplarisch mit einem mit Y gekennzeichneten Doppelpfeil angedeutet sind, ausgeglichen werden können. Hierzu trägt auch ein kleiner Ab stand A bei, der zwischen dem Drehpunkt X und dem Übergang zwischen einem zylindrischen Bereich23 verringerten Durchmessers des Aufnahmeraums4 und einem konischen Bereich24 des Aufnahmeraums4 ausgebildet ist.
Claims (3)
- Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, mit einer piezoelektrischen Aktuatoreinheit (
5 ), die einen Aktorfuß (8 ) und einen Aktorkopf (9 ) aufweist, der auf ein Kopplermodul (6 ) wirkt, das mit einem Ventilschließglied verbunden ist, welches mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, wobei der Aktorfuß (8 ) sich über eine Kugelfläche (21 ) an einem Kegelsitz (22 ) eines Ventilgehäuses (2 ) abstützt und am Umfang eine O-Ringdichtung (20 ) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelfläche (21 ) des Aktorfußes (8 ) auf der dem Aktorkopf (9 ) abgewandten Seite der O-Ringdichtung (20 ) angeordnet ist. - Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die O-Ringdichtung (
20 ) auf einen Bereich (18 ) verringerten Durchmessers (D1) des Aktorfußes (8 ) aufgeschoben ist. - Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die O-Ringdichtung (
20 ) einen Innendurchmesser hat, der geringfügig kleiner als der Durchmesser (D1) des Bereichs (18 ) verringerten Durchmessers (D1) des Aktorfußes (8 ) ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8141 | Disposal/no request for examination |