DE10356959A1

DE10356959A1 - Aktormodul

Info

Publication number: DE10356959A1
Application number: DE10356959A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schmieder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-06-30

Abstract

Ein Aktormodul (2), insbesondere zur Betätigung von Brennstoffeinspritzventilen (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfaßt zumindest ein piezoelektrisches oder magnetostriktives Element (3) und Kontaktstifte (4) zur elektrischen Kontaktierung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements (3). Das Aktormodul (2) weist eine Umspritzung (5) auf und ist in einem Aktorgehäuse (12) gekapselt. Das Aktorgehäuse (12) ist mit einem Gas mit hoher Wärmeleitfähigkeit befüllt.

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 umgeben 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 der Raum, in welchem der Aktor angeordnet ist, von einem Gas ausgefüllt ist, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wodurch die thermische Anbindung des Aktormoduls an ein Aktorgehäuse gewährleistet ist. Ein solches Aktormodul ist einfach und kostengünstig mit geringem Aufwand herstellbar.

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

Vorteilhafterweise besteht die Gasfüllung entweder aus einer chemischen Verbindung wie beispielsweise Schwefelhexafluorit mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder aus komprimierter Luft, deren Wärmeleitfähigkeit höher als diejenige von Luft unter Normaldruck ist.

Zudem ist vorteilhaft, daß das Gas in einfacher Weise über eine Bohrung zugeführt werden kann, welche nach der Befüllung durch eine eingepreßte Kugel abgeschlossen wird.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß das Aktormodul im Bereich der in dieses eingebetteten Kontaktstifte in einfacher Weise durch Dichtungen abgedichtet ist, welche aus einem plastischen Material bestehen und durch die Beaufschlagung mit dem Gasdruck ihre Dichtwirkung entfalten.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1A eine schematische geschnittene Ansicht eines in einem Brennstoffeinspritzventil angeordneten erfindungsgemäß ausgestalteten piezoelektrischen Aktormoduls, und
1B eine auszugsweise schematische Ansicht des in 1A dargestellten erfindungsgemäß ausgebildeten Aktormoduls in einer Schnittebene senkecht zu dem in 1A dargestellten Schnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein in 1A dargestelltes Aktormodul 2 dient z. B. zur Betätigung eines Brennstoffeinspritzventils 1, welches insbesondere zur direkten Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, selbst- oder fremdgezündeten Brennkraftmaschine geeignet ist. Das Aktormodul 2 ist in 1A zur besseren Verständlichkeit der erfindungsgemäßen Maßnahmen in einem Brennstoffeinspritzventil 1 eingebaut dargestellt.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt ein Ventilgehäuse 20, durch welches Brennstoff durch eine zentrale Brennstoffzufuhr 21 zugeleitet und in Richtung auf einen nicht weiter dargestellten Dichtsitz geführt wird. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann dabei in beliebiger Weise ausgeführt sein. Abströmseitig des Aktormoduls 2 kann ein nicht näher beschriebener hydraulischer Koppler 22 zur Hubübersetzung des Aktormoduls 2 angeordnet sein.
Das Aktormodul 2 besteht aus einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element 3. Dieses kann sowohl monolithisch ausgeführt sein als auch aus scheibenförmigen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Schichten bestehen, welche untereinander verklebt sein können.
Das Aktormodul 2 ist, wie aus 1B ersichtlich, mit Kontaktstiften 4 zur Kontaktierung versehen. Die Kontaktstifte 4 und das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 3 sind von einer Umspritzung 5 vorzugsweise aus Kunststoff umgeben, in welche die Kontaktstifte 4 eingebettet sind. Die Umspritzung 5 dient dabei der Wärmeableitung der durch das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 3 erzeugten Verlustwärme während des Betriebs.
Das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 3 ist 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.
Zwischen der Rohrfeder 8 und der Umspritzung 5 ist ein erster, innerer Spalt 10 ausgebildet, welcher die Wärmeableitung aus der Umspritzung 5 verhindert. Ebenso ist zwischen einem Aktorgehäuse 12 und der Rohrfeder 8 ein zweiter, äußerer Spalt 11 ausgebildet, welcher die Wärmeableitung aus der Rohrfeder 8 verhindert. Um eine weitere kostenintensive Umspritzung zu vermeiden, wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Aktormodul 2 mit einem geeigneten Gas zu befüllen, um eine thermische Anbindung der Umspritzung 5 an die Rohrfeder 8 und der Rohrfeder 8 an das Aktorgehäuse 12 zu bewirken.
Als Gasfüllung eignen sich hierbei insbesondere verschiedene Verbindungen wie z. B. Schwefelhexafluorit und Chlorverbindungen, die unter möglichst hohem Druck in einen Innenraum 13 des Aktormoduls 2 eingebracht werden. Alternativ kann auch die Wärmeleitfähigkeit der in den Spalten 10 und 11 befindlichen Luft durch Kompression erhöht werden, was eine besonders einfache Variante darstellt, da auf teurere Gase verzichtet werden kann.
Die Einbringung des Gases erfolgt dabei über eine Bohrung 14 im Aktorfuß 7, welche nach der Befüllung durch eine eingepreßte Kugel 15 verschlossen wird.
Wie aus 1B ersichtlich, müssen zur Abdichtung des Innenraums 13 des Aktormoduls 2 Dichtungen 16 am Austritt der Kontaktstifte 4 aus dem Aktorfuß 7 angeordnet sein. Diese können in einfacher Weise in den Aktorfuß 7 eingepreßt oder eingeschoben sein und beispielsweise aus einem plastischen Material bestehen, welches durch den im Innenraum 13 herrschenden Druck komprimiert wird und dadurch seine Dichtwirkung entfaltet.
Durch die Füllung des Innenraum 13 mit einem hoch wärmeleitfähigen Gas kann die thermische Anbindung des Aktormoduls 2 an das Aktorgehäuse 12 ohne aufwendiges Verfüllen mit einer Umspritzung realisiert werden. Dadurch kann beispielsweise sichergestellt werden, daß sich das Aktormodul 2 nicht aus seiner zentralen Lage innerhalb des Aktorgehäuses 12 verschiebt und dadurch schräg auf den Koppler 22 einwirkt, was zu Verklemmen und Fehlfunktionen des Brennstoffeinspritzventils 1 führen kann.
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 (2), insbesondere zur Betätigung von Brennstoffeinspritzventilen (1) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit zumindest einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element (3) und Kontaktstiften (4) zur elektrischen Kontaktierung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements (3), wobei das Aktormodul (2) eine Umspritzung (5) aufweist und in einem Aktorgehäuse (12) gekapselt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktorgehäuse (12) mit einem Gas mit hoher Wärmeleitfähigkeit befüllt ist.
Aktormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas aus komprimierte Luft oder einer Gasverbindung besteht.
Aktormodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Schwefelhexafluorit aufweist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas unter hohem Druck in das Aktorgehäuse (12) eingebracht ist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch eine Bohrung (14) in einen Innenraum (13) des Aktorgehäuses (12) eingebracht wird.
Aktormodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (14) durch eine eingepreßte Kugel (15) verschlossen ist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster, innerer Spalt (10) zwischen der Umspritzung (5) des Aktormoduls (2) und einer das Aktormodul vorspannenden Rohrfeder (8) mit dem Gas gefüllt ist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, äußerer Spalt (11) zwischen der Rohrfeder (8) und dem Aktorgehäuse (12) mit dem Gas gefüllt ist.
Aktormodul nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktormodul (2) über das Gas thermisch an das Aktorgehäuse (12) gekoppelt ist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aktorgehäuse (12) im Bereich der Kontaktstifte (4) durch Dichtungen (16) abgedichtet ist.
Aktormodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (16) aus einem elastischen Material bestehen.