DE202012007128U1

DE202012007128U1 - Ventil zum Zumessen von Fluid

Info

Publication number: DE202012007128U1
Application number: DE202012007128U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: US9273784B2; US20140021387A1

Abstract

Ventil zum Zumessen von Fluid mit einem piezoelektrischen Aktor (12) zur Zumesssteuerung, der zwei elektrische Anschlusselemente (14, 15) zum Anlegen einer elektrischen Steuerspannung aufweist, gekennzeichnet durch einen in den Aktor (12) integrierten Entladewiderstand (28), der die beiden Anschlusselemente (14, 15) überbrückt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen von Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei der für ein strömendes oder fließendes Medium stehende übergeordnete Begriff Fluid in Übereinstimmung mit der Strömungslehre für Gase und Flüssigkeiten verwendet wird.
Bei Zumessventilen mit piezoelektrischen Aktoren wird der piezoelektrische Effekt eines sog. Piezomoduls ausgenutzt Ein bekanntes Piezomodul für ein piezogesteuertes Kraftstoff-Einspritzventil ( DE 103 19 599 A1 ) weist einen Stapel oder Stack aus axial hintereinander angeordneten piezoelektrischen Einzelelementen, die auf zwei Kontaktstifte kontaktiert sind, und zwei an den Stirnseiten des Stapels angeordnete Abschlussplatten sowie eine an den Anschlussplatten angreifende Rohrfeder auf, die über die Abschlussplatten eine axiale Druckkraft auf den Stapel erzeugt. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die Kontaktstifte längt sich der unter Axialdruck stehende Stapel. Die Längung wird genutzt, um einen Öffnungshub eines eine Zumessöffnung des Zumessventils steuernden Ventilglieds zu erzeugen. Die Größe des Öffnungshubs und der Öffnungszeit des Ventilglieds bestimmen die zugemessene Fluidmenge. Ein solches, um einen elektrischen Anschluss zu einem piezoelektrischen Aktor ergänztes Piezomodul wird zusammen mit dem Ventilglied und einem hydraulischen Koppler kraftschlüssig in einer auf das Ventilglied wirkenden Schaltkraftkette des Ventils verbaut, wie dies z. B. in der DE 10 2007 028 490 A1 beschrieben ist. Um die Toleranzen in der Zumessgenauigkeit des Ventils so klein wie möglich zu halten, ist es von eminenter Bedeutung, dass die Kräfteverhältnisse in der Schaltkraftkette hochgenau eingestellt werden können. Dies erfordert eine definierte Ausgangslänge des Aktors. Da die Länge des Piezomoduls und damit die Länge des Aktors aber infolge des piezoelektrischen Effekts, der durch Temperaturschwankungen bei Lagerung oder durch mechanische Belastung des Aktors bei vorausgegangenen Arbeiten ausgelöst werden kann, unterschiedlich sein kann, wird zur Herstellung der definierten Ausgangslänge des Aktors unmittelbar vor Einstellung der Schaltkraftkette aus Ventilschließfeder, Aktor und hydraulischem Koppler der Aktor elektrisch kurzzeitig kurzgeschlossen, um eine evtl. vorhandene Ladespannung zu beseitigen. Nach Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen dem Anschlussglied am Aktor und dem ventilseitigen Steckeranschluss wird letzterem ein Entladewiderstand zugeordnet, der parallel zum Aktor geschaltet wird. Der Entladewiderstand verhindert, dass am Steckeranschluss des fertigen Ventils ein Spannungspotential liegt, was aus Sicherheitsgründen nicht zulässig ist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil zum Zumessen von Fluid mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch den im piezoelektrischen Aktor selbst als fester Bestandteil vorhandenen Entladewiderstand der Aktor sowohl während der Lagerung als auch bei der Montage elektrisch entladen ist, so dass sichergestellt ist, dass weder bei Lagerung noch bei Montage sich im Aktor eine Ladespannung aufbauen kann. Ohne zusätzliche Maßnahmen bei der Montage, wie das vorübergehende Kurzschließen des Aktors, ist damit stets eine definierte Ausgangslänge des Aktors für die hochgenaue Einstellung der Schaltkraftkette gegeben. Ein nachträgliches Auftreten von Streuungen in der Kopplerspaltgröße des hydraulischen Aktors und damit von Streuungen in der Zumessgenauigkeit des Ventils wird vermieden. Zudem macht der im Aktor integrierte Entladewiderstand den Einbau des herkömmlichen Entladewiderstands am Steckeranschluss überflüssig. Durch die eingesparten Montagevorgänge werden die Kosten der Montage nicht unerheblich gesenkt.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Aktor ein Piezomodul, bestehend aus einem zwischen zwei Abschlussplatten angeordneten Piezostack mit einer Vielzahl von axial hintereinander angeordneten, auf zwei Kontaktstifte kontaktierte piezoelektrischen Einzelelementen und einer die Abschlussplatten miteinander axial verspannenden Rohrfeder, und ein die Anschlusselemente tragendes Kontaktglied auf, das an der einen Abschlussplatte festgelegt ist. Diese Zusammensetzung des piezoelektrischen Aktors aus Piezomodul und am Piezomodul festgelegtem Kontaktglied vereinfacht die Fertigung des piezoelektrischen Aktors und bietet eine räumlich vorteilhafte Unterbringung des Entladewiderstands im Aktor.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Anschlusselemente als Kontaktbleche mit Anschlussfahnen ausgebildet. Der Entladewiderstand ist mit den Kontaktblechen und die Kontaktfahnen sind mit je einem der Kontaktstifte verbunden. Diese konstruktive Gestaltung des Kontaktglieds vereinfacht die elektrische Anbindung des in das Ventilgehäuse eingesetzten Aktors an einem am Ventilgehäuse angeordneten Steckeranschluss.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines Ventils zum Zumessen von Fluid mit einem aus Piezomodul und Kontaktglied bestehenden piezoelektrischen Aktor,
2 eine perspektivische Darstellung des Kontaktglieds des piezoelektrischen Aktors in 1,
3 einen Schnitt des Piezomoduls längs der Linie III-III in 1.
Das in 1 im Längsschnitt ausschnittweise dargestellte Ventil zum Zumessen von Fluid wird beispielsweise als Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Unter Kraftstoff wird ein fuider, also flüssiger oder gasförmiger Brennstoff verstanden, dessen chemische Energie durch Verbrennen in einer Brennkraftmaschine, wie Otto-, Diesel- oder Gasmotor, in Antriebskraft umgewandelt wird. Ein komplettes Zumessventil ist beispielsweise in der DE 10 2007 028 490 A1 beschrieben.
Das Ventil weist ein Ventilgehäuse 11 mit einer hier nicht dargestellten Zumessöffnung, über die das Fluid zugemessen wird, und einen piezoelektrischen Aktor 12 zur Zumesssteuerung auf. Der piezoelektrische Aktor 12 ist Teil einer in das Ventilgehäuse 11 eingesetzten sog. Ventilbaugruppe. Die Ventilbaugruppe umfasst ein hier nicht dargestelltes Ventilglied zum Steuern der Zumessöffnung, eine hier nicht dargestellte Ventilschließfeder, die das Ventilglied in Richtung Ventilschließen belastet, den piezoelektrischen Aktor 12 zur Betätigung des Ventilglieds gegen die Rückstellkraft der Ventilschließfeder und einen zu dem piezoelektrischen Aktor 12 koaxial angeordneten hydraulischen Koppler 13. Piezoelektrischer Aktor 12 und hydraulischer Koppler 13 sind zwischen dem Ventilglied und einem das Ventilgehäuse 11 zuflussseitig abschließenden Anschlussstück 35 eingespannt und bilden zusammen mit der Ventilschließfeder eine Schaltkraftkette für das Ventilglied. Zum Anlegen einer elektrischen Steuerspannung an den Aktor 12 besitzt dieser zwei Anschlusselemente 14, 15.
Der piezoelektrische Aktor 12 weist ein Piezomodul 16 und ein fest mit dem Piezomodul 16 verbundenes Kontaktglied 17 auf, das die beiden Anschlusselemente 14, 15 trägt. Das in 3 im Längsschnitt dargestellte Piezomodul 16 umfasst einen Piezostapel oder Piezostack 18 aus einer Vielzahl von axial hintereinander angeordneten, piezoelektrischen Einzelelementen (nicht dargestellt), die auf zwei Kontaktstifte 19, 20 kontaktiert sind, zwei an den Stirnseiten des Piezostack 18 angeordnete Abschlussplatten 21, 22 und eine die beiden Abschlussplatten 21, 22 miteinander axial verspannende Rohrfeder 23, die über die Abschlussplatten 21, 22 eine auf den Piezostack 18 axial wirkende Druckkraft erzeugt. Die Anschlusselemente 14, 15 sind als Kontaktbleche 24, 25 mit Anschlussfahne 26, 27 ausgebildet, wobei die Kontaktfahnen 26, 27 mit den beiden Kontaktstiften 19, 20 elektrisch leitend verbunden sind. Um sicherzustellen, dass das Piezomodul 16 und damit der Aktor 12 zur Einstellung der Schaltkraftkette eine definierte Ausgangslänge besitzt, die nicht während einer Lagerzeit oder durch Vormontagearbeiten einer Änderung erfahren hat, sind die beiden Anschlusselemente 14, 15 mit einem Entladewiderstand 28 überbrückt, der den Entladezustand des Aktors 12 und damit dessen stets exakte Länge sicherstellt. Der Entladewiderstand 28 ist an den beiden Kontaktbleche 24, 25 angeschlossen und hochohmig ausgelegt. Seine Größe ist abhängig von der Kapazität des Piezostack 18 und der maximalen Steuerspannung, die an den Anschlusselementen 14, 15 liegt. Beispielhaft ist abhängig von diesen beiden Größen der Entladewiderstand 28 so bemessen, dass zwei Sekunden nach Wegfall der Steuerspannung an den Anschlusselementen 14, 15 die an den Anschlusselementen 14, 15 noch vorhandene Spannung nicht größer als 60 Volt ist.
Wie aus 2 und 3 ersichtlich ist, weist die das Kontaktglied 17 tragende Abschlussplatte 21 einen vom Piezostack 18 weggerichteten, zentralen Zapfen 211 und das Kontaktglied 17 einen auf dem Zapfen 211 aufsitzenden und darauf befestigten Kunststoffkörper 29 auf. Auf der vom Piezostack 18 abgekehrten Seite des Kunststoffkörpers 29 sind die Kontaktbleche 24, 25 angeordnet, während die Kontaktfahnen 26, 27 den Kunststoffkörper 29 und die Abschlussplatte 21 durchdringen. Hierzu sind, wie aus der Schnittdarstellung des Piezomoduls 16 in 3 zu sehen ist, in der Abschlussplatte 21 zwei Axialbohrungen 30, 31 vorgehalten. Jeweils eine Kontaktfahne 26 bzw. 27 ist durch eine Axialbohrung 30 bzw. 31 hindurchgeführt und mit dem Fahnenende an einem Kontaktstift 19 bzw. 20 des Piezostack 18 angeschlossen. Im Bereich der Axialbohrungen 30, 31 sind die Kontaktfahnen 26, 27 von einer elektrischen Isolation 32 bzw. 33 umschlossen.
Zum Anlegen einer elektrischen Steuerspannung an den piezoelektrischen Aktor 12 sind auf die Kontaktbleche 24, 25 elektrische Leitungen 34 kontaktiert, die im Ventilgehäuse zu Steckerstiften eines elektrischen Steckeranschlusses geführt sind. In 1 ist eine der beiden elektrischen Leitungen 34 zu sehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10319599 A1 [0002]
DE 102007028490 A1 [0002, 0011]

Claims

Ventil zum Zumessen von Fluid mit einem piezoelektrischen Aktor (12) zur Zumesssteuerung, der zwei elektrische Anschlusselemente (14, 15) zum Anlegen einer elektrischen Steuerspannung aufweist, gekennzeichnet durch einen in den Aktor (12) integrierten Entladewiderstand (28), der die beiden Anschlusselemente (14, 15) überbrückt.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) ein Piezomodul (16), das aus einem zwischen zwei Abschlussplatten (21, 22) angeordneten Piezostack (18) aus einer Vielzahl axial hintereinander angeordneten, auf zwei Kontaktstifte (19, 20) kontaktierten, piezoelektrischen Einzelelementen und einer die Abschlussplatten (21, 22) miteinander axial verspannenden Rohrfeder (23) besteht, und ein die Anschlusselemente (14, 15) tragendes Kontaktglied (17) aufweist, das an der einen Abschlussplatte (21) festgelegt ist.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (14, 15) als Kontaktbleche (24, 25) mit Kontaktfahnen (26, 27) ausgebildet sind und dass der Entladewiderstand (28) an den Kontaktblechen (24, 25) angeschlossen und die Kontaktfahnen (26, 27) mit je einem der Kontaktstifte (19, 20) des Piezostack (18) verbunden sind.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die das Kontaktglied (17) tragende Abschlussplatte (21) des Piezomoduls (16) einen vom Piezostack (18) weggerichteten, zentralen Zapfen (211) und das Kontaktglied (17) einen auf dem Zapfen (211) befestigten Kunststoffkörper (29) aufweist, auf dessen vom Piezostack (18) abgekehrten Seite die Kontaktbleche (24, 25) angeordnet sind, und dass die Kontaktfahnen (26, 27) den Kunststoffkörper (29) und die Abschlussplatte (21) durchdringen.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfahnen (26, 27) in je einer von zwei die Abschlussplatte (21) durchdringenden Axialbohrungen (30, 31) verlaufen, im Bohrungsbereich isoliert sind und mit ihren Fahnenenden an den Kontaktstiften (19, 20) angeschlossen sind.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladewiderstand (28) hochohmig ausgelegt ist.