DE3116687C2

DE3116687C2 - Elektrisch angesteuertes Stellglied

Info

Publication number: DE3116687C2
Application number: DE3116687A
Authority: DE
Inventors: Helmut 7401 Dusslingen Hirn; Paul 7290 Freudenstadt Schwerdt; Günter Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Weiger
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-04-28
Filing date: 1981-04-28
Publication date: 1983-05-26
Also published as: DE3116687A1; FR2504705B1; GB2102215B; US4460840A; JPS57187713A; SE8202625L; FR2504705A1; GB2102215A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch angesteuertes Stellglied mit einem piezoelektrischen Wandler, der über einen mechanischen Hebel auf ein Stellelement einwirkt.

Ein solches Stellglied, angewendet auf ein elektrisch steuerbares Einspritzventil, ist aus der DE-OS 17 51 543 bekannt

Piezoelektrische Stellglieder zeichnen sich durch sehr kurze Stellzeiten, geringen Leistungsbedarf, gute Positioniergenauigkeit und relativ hohe Schaltkräfte aus. Der geringe Stellweg jedoch wirkt sich beim Einsatz, insbesondere bei Hydraulik-Ventilen, nachteilig aus. Besonders nachteilig ist in diesem Zusammenhang die Auswirkung von Wärmedehnungen auf die Positioniergenauigkeit des Stellgliedes.

In der nicht vorveröffentlichten DE-OS 30 37 078 ist ein piezoelektrischer Wandler beschrieben, der infolge seiner Bauart weitgehend temperaturkompensiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch angesteuertes piezoelektrisches Stellglied so zu gestalten, daß bei geringer Baulänge ein möglichst großer Stellweg mit hoher Positioniergenauigkeit erreicht wird, die von Temperaturschwankungen so wenig wie möglich beeinflußt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst.

In Platten integrierte Hebel sind zwar an sich bekannt, (z.B. DE-AS 19 54 947, DE-AS 15 23 510) jedoch nur im Zusammenhang mit einfacher oder preiswerter Herstellung, jedoch nicht im Zusammenhang mit Temperaturkompensation.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung mehrerer Ausführungsbeispiele hervor. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 die perspektivische Ansicht eines zweistufigen Hebelsystems und

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel mit einem zweistufigen Hebelsystem.

In Fig. 1 ist in perspektivischer Ansaht ein zweistufiges Hebelsystem dargestellt, welches in eine planparallele Platte 7 integriert ist Die Platte 7 und die Hebel 8a, 86, 9 bestehen aus einem Stück, wobei die Hebel — axial auf die Platte gesehen — nebeneinanderliegen. Die Hebel sind über aus dem Vollen gearbeitete Federgelenke 10a, 106, 11 mit der Platte verbunden. Die Hebel 8a, Bb liegen symmetrisch zum Hebel 9 und bilden die erste Stufe des Hebelsystems. Der Hebel 9, welcher die zweite Stufe des Hebelsystems bildet, is: mit den beiden anderen Hebeln 8a, 8b über je ein tordierbares Mitnahmeelement 12 verbunden. Die Krafteinleitungspunkte 13a, 13i? auf den Hebeln 8a, 8b sowie der Kraftausleitungspunkt 14 auf dem Hebel 9 und die ihm gegenüberliegende Fläche 15 liegen in Normallage bündig mit den Stirnseiten der Platte 7. Um unerwünschte Verwindungen oder Verdrehungen beim Betätigen des Hebels zu verhindern, liegen die Krafteinleitungspunicte 13a, 136 sowie der Kraftausleitungspunkt 14 in einer gemeinsamen Ebene, in welcher die Systemachse enthalten ist Diese liegt senkrecht zu den Stirnseiten der planparallelen Platte und geht durch den Kraftausleitungspunkt 14. Die auf das Hebelsystem wirkenden bzw. von ihm ausgehenden Kräfte sind durch Pfeile angedeutet Die Funktionsweise des Hebelsystems geht aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.

In F i g. 2 ist ein piezoelektrisch betätigtes Hydraulik-Kugelventil im Schnitt dargestellt Auf einer gemeinsamen Basisplatte 20 sind ein piezoelektrischer Wandler 19 und symmetrisch zu diesem Abs'-indselemente 17,18 befestigt.

Das an sich bekannte Hydraulik-Kugelventil ist in einem Gehäuse 29 angeordnet Es besteht aus einer von einem Stempel 21 betätigten Kugel 22, einer weiteren Kugel 27 sowie einem Druckeingang 26 mit anschließendem Ringraum 26a, sowie einem Druckeingang 26 mit anschließendem Ringraum 26a, einem von der Kugel 27 verschließbaren Ausgang 28 zum Verbraucher, den Kanälen 24, 25 und 30 sowie einem von der Kugel 22 verschließbaren Rücklauf 23 für das Hydraulikmedium. In das Gehäuse 29 miteingebaut sind zum einen die planparallele Platte 7 mit dem integrierten Hebelsystem in der Weise, daß der Kraftausleitungspunkt 14 des Hebels 9 auf dem Stempel 21 aufliegt, und zum anderen das piezoelektrische Stellglied, in der Weise, daß der piezoelektrische Wandler 19 auf den Krafteinleitungspunkten 13a und 13i> der Hebel 8a und 8b und auf der Fläche 15 des Hebels 9 aufliegt

In der gezeichneten Ruhestellung ist das Kugelventil, das heißt, der Ausgang 28 zum Verbraucher, geschlossen. Der Druck des Hydraulikmediums pflanzt sich vom Eingang 26 über den Ringraum 26a und die Kanäle 25, 30 und 24 Fort und drückt die Kugel 27 auf ihren unteren Sitz. Gleichzeitig wird die Kugel 22 nach oben gedrückt und verschließt dadurch den Rücklauf 23. Wird nun der Wandler 19 elektrisch erregt, so dehnt er sich nach unten aus und drückt auf die Krafteinleitungspunkte 13a und 136 der Hebel 8a und 8b. Die beiden Hebel 8a und

Sb federn nach uiuen und nehmen dabei über die Mitnahmeelemente 12 den Hebel 9 mit, welcher den Stempel 21 nach unten bewegt und dadurch die Kugel 22 von ihrem Sitz entfernt Kugel 22 legt sich in den Sitz der Bohrung 25 und unterbricht den Zufluß vom Raum s 26a zu Raum 30.

Nun kann Hydraulikmedium in den Rücklauf 23 fließen, wodurch der Druck im Kanal 24 abgebaut wird und sich die Kugel 27 nach oben bewegen kann. Dadurch wird der Auslaß 28 zum Verbraucher freigegeben, so daß nun Hydraulikmedium vom Eingang 26 direkt zum Verbraucher fließen kann, solange der piezoelektrische Wandler erregt ist

Durch die nebeneinanderliegenden Hebel wird eine geringe Dicke der Platte 7 erreicht, was ebenso zu kleinen oder nur sehr geringen Temperatureinflüssen führt, wie die Bauweise des piezoelektrischen Stellgliedes. Denn die Abstandselemente 17 und 18 bestehen aus gleichem Material beziehungsweise haben dieselben Temperaturausdehnungen wie der piezoelektrische Wandler 19.

Durch das bündige Anliegen des Hebels 9 in seiner Ruhelage zum einen am piezoelektrischen Wandler 19 und zum anderen am Stempel 21 ist eine definierte Ruhestellung gegeben, welche auch durch Temperaturschwankungen nicht verändert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Elektn-ch angesteuertes Stellglied mit einem piezoelektrischen Wandler, der ober einen mechanischen Hebel auf ein Stellelement einwirkt, gekennzeichnet durch die Kombination eines temperaturkompensierten piezoelektrischen Wandlers (17—20) mit einem aus wenigstens einem Hebel bestehenden, in eine planparallele Platte (7) integrierten Hebelsystem, bei welchem in Ruhelage der oder die Krafteinleitungspunkte (13a, 13b) bündig mit der einen Planfläche und der oder die Kraftausleitungspunkte (14) bündig mit der anderen Planfläche der Platte (7) liegen.

2. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (7) und der oder die Hebel (8a, 8b, 9) aus einem Stück bestehen und über aus dem Vollen gearbeitete Federgelenke (10a, 106,11) miteinander verbunden sind.

3. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ilaß das Hebelsystem eine zweistufige Übersetzung aufweist, wobei die Hebel (8a, 8b, 9) — axial auf die Platte gesehen — nebeneinanderliegen und seitlich über wenigstens ein tordierbares Mitnahmeelement (12) miteinander verbunden sind.

4. Stellglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (8a, 8b) der einen Obersetzungsstufe paarweise und symmetrisch zum Hebel (9) der anderen Übersetzungsstufe angeordnet sind.

5. Stellglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafteinleitungs- und -ausleitungspunkte (13a, 136, 14) in einer die Systemachse des Stellglied«enthaltenden Ebene liegen.

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