DE19928182A1

DE19928182A1 - Piezoaktor zur Betätigung eines mechanischen Bauteils

Info

Publication number: DE19928182A1
Application number: DE19928182A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-06-19
Filing date: 1999-06-19
Publication date: 2000-07-27

Abstract

Es wird ein Piezoaktor zur Betätigung eines mechanischen Bauteils, insbesondere für einen Einspritzinjektor zur Kraftstoffzumessung in einem Verbrennungsmotor, vorgeschlagen, bei dem der Piezoaktor (1; 10, 11) in einem Gehäuse (2) gehalten ist. Ein Bolzen (3; 12) ist durch eine zentrale Ausnehmung (4) des Gehäuses (2) und des hier innen mit einer Seite anliegenden Piezoaktors (1; 10, 11) axial beweglich geführt. Eine Betätigung des Piezoaktors (1) führt zu einer axialen Ausdehnung des Piezoaktors (1) und damit zu einem Druck auf eine Abstützfläche (7) des Bolzens (3), der zu einer axialen Bewegung des Bolzens (3) gegen die Kraft einer außen am Gehäuse (2) angebrachten Vorspannfeder (5) führt, wobei eine vorgebbare Vorspannung des Bolzens (3) mittels eines Befestigungselements (8) am Bolzen (3) einstellbar ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Piezoaktor zur Betätigung eines mechanischen Bauteils, insbesondere für einen Ein spritzinjektor zur Kraftstoffzumessung in einem Verbren nungsmotor, nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Hauptanspruchs.

Es ist allgemein bekannt, dass unter Ausnutzung des soge nannten Piezoeffekts ein Piezoelement aus einem Material mit einer geeigneten Kristallstruktur aufgebaut werden kann. Bei Anlage einer äußeren elektrischen Spannung er folgt eine mechanische Reaktion des Piezoelements, die in Abhängigkeit von der Kristallstruktur und der Anlagebe reiche der elektrischen Spannung einen Druck oder Zug in eine vorgebbare Richtung darstellt.

Für sich gesehen ist es auch bekannt, dass Einspritzdüsen oder -ventile zur Kraftstoffzumessung eines Verbrennungs motors Druck- oder Steuerbolzen aufweisen, die hohe Drüc ke und schnelle und genaue Reaktionszeiten verlangen. Eins solche Einspritzvorrichtung ist beispielsweise in "Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", VDI-Verlag 1987, 20. Auflage, Seiten 391, 392 beschrieben. Hier kommt es vor allem darauf an, dass die Anordnung aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Bauraumes im Motorraum des Ver brennungsmotors einen möglichst geringen Durchmesser auf weist.

Vorteile der Erfindung

Der eingangs beschriebene Piezoaktor zur Betätigung eines mechanischen Bauteils, insbesondere für einen Einspritz injektor zur Kraftstoffzumessung in einem Verbrennungsmo tor weist in vorteilhafter Weise ein optimal bemessbares Gehäuse auf, in dem der Piezoaktor gehalten ist.

Zur Erzeugung einer notwendigen Vorspannung, die bei spielsweise zur Erzeugung einer Kraft für die Rückstel lung eines Betätigungselements notwendig ist, wird ein Bolzen durch eine zentrale Ausnehmung des Gehäuses und des hier innen mit einer Seite anliegenden Piezoelements axial beweglich geführt und das Piezoelement wird zwi schen einer Vorspannfeder und einer Abstützfläche des Bolzens gehalten. Eine Betätigung des Piezoaktors führt hierbei zu einer axialen Ausdehnung des Piezoelements und damit zu einem Druck auf die Abstützfläche des Bolzens, der zu einer axialen Bewegung des Bolzens gegen die Kraft der Vorspannfeder führt.

Die Vorspannfeder, z. B. eine Teller- oder Schraubenfeder, ist erfindungsgemäß am Bolzen zwischen der äußeren Gehäu sewand und einem Anschlag am Bolzen gehalten, so dass diese das Gehäusevolumen nicht vergrößert, wie es bei ei ner Anordnung der Vorspannfeder im Gehäuse der Fall sein würde. Andererseits benötigt die Vorspannfeder auch kein eigenes Gehäuse und der Durchmesser der gesamten Anord nung kann auch auf den Federdurchmesser beschränkt wer den.

Die optimal vorgebbare Vorspannung des Bolzens ist mit tels eines Befestigungselements am Bolzen erzielbar, das an der anderen Seite des Piezoelements vor der Abstütz fläche liegt. Bevorzugt ist das Befestigungselement eine Vorspannmutter, die auf ein entsprechendes Gewinde auf dem Bolzen aufschraubbar ist.

Das Piezoelement kann in einfacher Weise in einer zylin drischen oder quaderförmigen Form mit einer zentralen Bohrung für einen zylindrischen Bolzen aufgebaut sein. Es ist aber auch möglich, dass das Piezoelement aus zwei Teilelementen besteht, die beidseitig des Bolzens ange ordnet sind.

Der Bolzen kann gemäß der Erfindung in vorteilhafter Wei se gegenüber der Ausnehmung im Gehäuse flüssigkeitsdicht abgedichtet sein, wobei auch eine Schmierungsmöglichkeit des Bolzens mit Motoröl in der Gehäusewand vorsehbar ist.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre ren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungs form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausfüh rungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Piezoaktors werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Piezoaktor zur Be tätigung eines Einspritzinjektors zur Kraftstoffzu messung in einem Verbrennungsmotor mit einer zylin drischen Form des Piezoelement und

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei Teilelementen des Piezoelements.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Darstellung nach Fig. 1 ist ein Piezoaktor mit einem Piezoelement 1 in einem Gehäuse 2 gezeigt, wobei das Piezoelement 1 hier eine zylindrische Form aufweist und in einem entsprechend zylindrischem Gehäuse 2 unter gebracht ist. Das Piezoelement 1 ist hier, wie an sich bekannt, aus einem Quarzmaterial mit einer geeigneten Kristallstruktur aufgebaut, so dass unter Ausnutzung des sogenannten Piezoeffekts bei Anlage einer äußeren elek trischen Spannung eine mechanische Reaktion des Piezoak tors erfolgt.

Ein Bolzen 3 ist durch eine zentrale Ausnehmung 4 des Ge häuses 2 geführt, wobei der Bolzen 3 gegenüber der Aus nehmung 4 flüssigkeitsdicht abgedichtet sein kann, jedoch ist hier auch eine Schmierungsmöglichkeit des Bolzens 3 in der Gehäusewand mit Motoröl vorsehbar.

Weiterhin ist der Bolzen 3 durch das hier innen mit einer Seite anliegenden Piezoelement 1 axial beweglich geführt. Außen am Gehäuse 2 ist der Bolzen 3 mit einer Vorspannfe der 5 versehen, die als Teller- oder Schraubenfeder aus geführt sein kann und zwischen dem Gehäuse 2 und einem Anschlag 6 zu liegen kommt. Auf der anderen Seite des Piezoelements 1 ist eine Abstützfläche 7 und ein Befesti gungselement 8 vorhanden. Eine Betätigung des Piezoaktors führt hierbei zu einer axialen Ausdehnung des Piezoele ments 1 und damit zu einem Druck auf die Abstützfläche 7 des Bolzens 3, der zu einer axialen Bewegung des Bolzens 3 gemäß Pfeil 9 gegen die Kraft der Vorspannfeder 5 führt.

Die Größe der Vorspannung des Bolzens 3 ist mittels des Befestigungselements 8 am Bolzen einstellbar, wobei das Befestigungselement 8 hier eine Vorspannmutter ist, die auf ein entsprechendes Gewinde auf dem Bolzen 3 auf schraubbar ist.

Aus Fig. 2 ist eine andere Ausführung des Piezoelements mit Teilelementen 10 und 11 ersichtlich, wobei im oberen Teil ein Längsschnitt durch die Anordnung und im unteren Teil ein Querschnitt durch die Anordnung zu sehen ist. Hierbei sind also die beiden Teilelemente 10 und 11 beid seitig vom hier mit quadratischen Querschnitt ausgeführ tem Bolzen 12 angeordnet.

Claims

1. Piezoaktor zur Betätigung eines mechanischen Bauteils, insbesondere für einen Einspritzinjektor zur Kraftstoff zumessung in einem Verbrennungsmotor, mit

- einem Gehäuse (2), in dem ein Piezoelement (1; 10,11) gehalten ist,
- einem Bolzen (3; 12), der durch eine zentrale Ausneh mung (4) des Gehäuses (2) und des hier innen mit einer Seite anliegenden Piezoelements (1; 10,11) axial beweg lich geführt ist und mit
- einer Vorspannfeder (5), die am Bolzen (3; 12) zwischen der äußeren Wand des Gehäuses (2) und einem Anschlag (6) am Bolzen (3; 12) gehalten ist, wobei eine Betäti gung des Piezoaktors (1) zu einer axialen Ausdehnung des Piezoelements (1; 10,11) und damit zu einem Druck auf eine Abstützfläche (7) des Bolzens (3; 12) führt, der zu einer axialen Bewegung des Bolzens (3; 12) gegen die Kraft der Vorspannfeder (5) führt, wobei
- eine vorgebbare Vorspannung des Bolzens (3; 12) mittels eines Befestigungselements (8) am Bolzen (3; 12) ein stellbar ist, das vor der Abstützfläche (7) angebracht ist.

2. Piezoaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Piezoelement (1) eine zylindrische oder quaderför mige Form mit einer zentralen Bohrung für einen zylin drischen Bolzen (3) aufweist.

3. Piezoaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement aus zwei Teilelementen (10, 11) be steht, die beidseitig des Bolzens (12) angeordnet sind.

4. Piezoaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- der Bolzen (3; 12) gegenüber der Ausnehmung (4) im Ge häuse (2) flüssigkeitsdicht abgedichtet ist.

5. Piezoaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Vorspannfeder eine Tellerfeder (5) ist.

6. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Vorspannfeder (5) eine Schraubenfeder ist.

7. Piezoaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Befestigungselement zur Sicherung der Vorspannung des Bolzens (3) eine Vorspannmutter (8) ist, die auf ein entsprechendes Gewinde auf dem Bolzen (3) auf schraubbar ist.