EP1664525A1 - Dosiervorrichtung - Google Patents

Dosiervorrichtung

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EP1664525A1
EP1664525A1 EP04787126A EP04787126A EP1664525A1 EP 1664525 A1 EP1664525 A1 EP 1664525A1 EP 04787126 A EP04787126 A EP 04787126A EP 04787126 A EP04787126 A EP 04787126A EP 1664525 A1 EP1664525 A1 EP 1664525A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
end cap
actuator
housing
dosing device
stop
Prior art date
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Application number
EP04787126A
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English (en)
French (fr)
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EP1664525B1 (de
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Georg Bachmaier
Bernhard Fischer
Bernhard Gottlieb
Andreas Kappel
Tim Schwebel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1664525A1 publication Critical patent/EP1664525A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1664525B1 publication Critical patent/EP1664525B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/168—Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting

Definitions

  • the invention relates to a metering device, in particular with an actuator unit as a drive for a valve in a common rail diesel injector.
  • piezo actuator piezoelectric multilayer actuator
  • Conventional methods for compensating the temperature-related change in length of the piezo actuator using suitable material combinations pose serious stability and manufacturing problems.
  • the elongation ratio of the piezo actuator that can be achieved by the inverse piezoelectric effect in high-performance ceramics due to the application of a maximum field strength of approx. 2KV / mm permissible for continuous operation is only 1.2-1.4 per thousand (i.e. 1.2-1.4 ⁇ m elongation each) 1 mm length of the piezo actuator).
  • the inverse piezoelectric effect leads to an elongation of maximum 56 ⁇ m. So if there is only a minimal relative deviation in the effective temperature expansion coefficient of approx.
  • the coefficient of thermal expansion depends strongly on the polarization state and the mechanical and electrical load history of the piezo actuator.
  • the temperature dependence of the length of the piezo actuator is non-linear.
  • the temperature expansion coefficient can have values in the range of -5 * 10 ⁇ 6 for the same piezo actuator
  • the positive change in length of the piezo actuator generated by the electrical charging of the piezo actuator is used in current common-rail diesel injectors to push open a sealing element.
  • a thermal gap ie a safety distance, between the freely movable end of a piezoelectric actuator unit (PAU), which is designed as a plunger or to which a plunger is coupled in a mechanically rigid manner and to the sealing element of typically 3-5 ⁇ m.
  • the PAU consists of an upper end cap that is mechanically stiff and that contains at least one hole through which electrical connections of the piezo actuator can be led to the outside, a lower end cap that is designed as a plunger or to which a plunger is mechanically stiffly coupled, the piezo actuator and a Bourdon tube into which the piezo actuator is welded between the two end caps under a prestress of approx. 600N-800N.
  • Thermal coordination between the actuator housing and the PAU is not ideal.
  • the safety distance is used to ensure that, in the event of a greater thermal expansion of the PAU relative to the actuator housing, the sealing element is opened and there is therefore permanent leakage through the servo valve.
  • the listed fluctuations in the PMA temperature coefficient clearly that even such a distance is not always sufficient.
  • the units of the injector are at a high temperature. Due to the associated temperature expansion of the piezo actuator relative to the housing, which cannot be perfectly tuned, the thermal distance can be overcome and the sealing element can be opened despite the lack of piezo control, especially since in the shutdown state no counterforce F 0 caused by the fluid pressure acts on the sealing element. The sealing element is therefore still open when the engine is switched off.
  • the fluid pressure which presses on the sealing element from the other direction, can subsequently reach up to 2000 bar when the injector is switched on and can cause forces or counterforces of up to 600 N.
  • these forces ensure that the sealing element closes in a defined manner, despite the actuator being overstretched.
  • an internal high-pressure pump in the motor vehicle is no longer able to build up the pressure required to close the sealing element when the engine and thus the injector is started again, provided the injector is still hot, so that the injector malfunctions.
  • FIG. 1 An actuator unit A customary in accordance with the prior art is shown in FIG. 1. It consists of a housing 1, a piezo actuator 2 with a tubular spring 8, a first and a second end cap 3, 7, the first end cap 3 being provided with a tappet 4.
  • the piezo actuator 2 is welded into the tubular spring 8 under a prestress of approximately 600 to 800 N in order to avoid harmful tensile stresses during operation.
  • a membrane 5, typically made of metal, enables the piezo actuator to be sealed off from the fuel.
  • the second end cap 7 is supported against the housing 1, while the first end cap 3 together with the control Tappet 4 presses against the sealing element 6 of the seat valve 12.
  • the sealing element 6 which is realized as a ball, is held in the seat 12 by means of a weak return spring (not shown) with approximately 5N.
  • a weak return spring (not shown) with approximately 5N.
  • thermal changes are not short-term processes in the range of less than 10 ms, but rather are in the seconds to minutes range.
  • a slow expansion of the actuator 2 can, however, be intercepted by a hydraulic compensation element X, as shown in FIG.
  • Such a hydraulic compensation element X is preferably located between the end cap 7 of the actuator 2 and the upper end of the housing 1 and is fastened to the housing. Using such a hydraulic compensation element, the thermal expansion of the actuator now takes place in the direction of the end cap 7 and does not necessarily lead to a change in the distance between the
  • the hydraulic compensation element X has a stiffness that is comparable to that of a solid body in comparison to short-term application of force. Despite this stiffness, the hydraulic compensation element or a component of the hydraulic compensation element that is indirectly or directly connected to the piezo actuator yields by a negligible path. However, these negligible paths add up when the piezo actuator is actuated several times, so that the hydraulic compensation tion element or the component of the hydraulic compensation element is shifted upward by the maximum deflection of the piezo actuator and the distance between the plunger 4 and sealing element 6 is increased such that the plunger no longer reaches the sealing element when the piezo actuator is actuated repeatedly. In this case, opening of the sealing element 6 is no longer possible.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a device and / or a method by which a predeterminable distance between a sealing element and an actuator unit can always be maintained.
  • the solution consists in a metering device, comprising: an actuator unit comprising a housing with an actuator inserted into the housing, a hydraulic compensation element which is connected to the actuator, a first end of the actuator being provided with a first end cap, a stop in the form a seat is arranged on the housing, which lies opposite the first end cap and for the first end cap an abutment position, the stop defines a maximum distance between a sealing element of a valve unit and the end cap, the distance being smaller than the deflection length caused by the actuator and the deflection length over the end cap for opening the valve is sufficient when the first end cap moves in the direction of the hydraulic compensation element, the end cap hits the stop and this movement is blocked.
  • This metering device has the advantage that the smallest possible distance between the sealing element and the actuator is maintained even with fluctuating working temperatures. An opening of the sealing element by the actuator is thus always guaranteed, the Raulische compensation element achievable compensation of the temperature expansion of the actuator is maintained.
  • the first end cap is guided past the stop and, by means of a subsequent second rotation, the end cap and the stop face each other such that when the end cap moves in the direction of the hydraulic compensation element, the end cap hits the stop and this one - movement is blocked.
  • the procedure corresponds to a simple key-lock relationship between the end cap and the stop. It is particularly suitable and safe for simple manufacture of the metering device.
  • the key-lock relationship is preferably a bayonet lock.
  • the actuator is preferably a piezo actuator.
  • FIG. 2 shows a metering device with a stop arrangement and a hydraulic compensation element
  • FIG. 3 examples of a geometry of an end cap
  • FIG. 4 the end cap guided through a housing and presented in FIG. 3,
  • Figure 5 is a three-dimensional view of the end cap passed through the housing
  • FIG. 2 shows a dosing device with the known features from FIG. 1, a hydraulic compensation element 13 already mentioned, modified end caps 7, 3 and a stop 1.
  • the hydraulic compensation element 13 can be installed in the metering device in a simple manner between one end of the housing 1 and the piezo actuator 2, which advantageously simplifies the integration into or modification of existing injectors.
  • the hydraulic compensation element is preferably fixedly attached to the inner wall of the housing 1.
  • the hydraulic compensation element 13 is fundamentally stiff with respect to a brief application of force and, at the same time, yields in the event of a thermally induced change in the length of the actuator.
  • the hydraulic compensation element 13 preferably has at least one hydraulic chamber 13c, a hollow cylindrical housing 13a and a piston 13b, the piston 13b or the housing 13a being connected to the second end cap 7 of the actuator 2.
  • the hydraulic chamber 13c lies between axially pressure-effective surfaces of the piston and the housing and between at least two clearance fits 13g, which are formed between the piston and the housing.
  • the axially pressure-effective surfaces are essentially axially aligned.
  • “Axial” is understood to mean the direction of the force effects and transmissions of the piezo actuator or the hydraulic compensation element. However, “axially” is also understood to mean “essentially axially”.
  • the game fits 13g basically have a strongly fluid-restricting effect.
  • the hydraulic compensation element can be filled under pressure with a fluid, preferably silicone oil. It is preferred that the hydraulic compensation element has an axial bore 13d through the feed lines 17 can be guided to the piezo actuator 2. In particular, the piston 13b is provided with this through hole 13d.
  • the piston 13b and the housing 13a can be displaced relative to one another in a forceless manner in the event of a slow thermally induced change in length of the actuator, so that the hydraulic compensation element yields during this time.
  • the piston In the event of a brief impact, the piston only moves a negligible distance relative to the housing, so that the hydraulic compensation element can be regarded as stiff.
  • the hydraulic compensation element has several, in particular two, hydraulic chambers for increased rigidity.
  • the housing 13a is expanded by a part in order to form a further hydraulic chamber, analogous to the first hydraulic chamber 13c, between the piston 13b and the housing 13a, as mentioned above.
  • the hydraulic compensation element would act bidirectionally.
  • the hydraulic compensation element 13 is provided on its two end faces with membranes 13f, which are preferably each attached to the piston 13b and to the housing 13a.
  • Storage volumes 13e are formed by the membrane between the housing, the membranes and the piston.
  • the membranes can bulge even at elevated temperatures, so that they can compensate for a thermal change in volume of the fluid in the hydraulic compensation element. They preferably each have thermal expansion coefficients that differ from those of the housing and / or the piston.
  • the membrane is preferably designed as an annular flat membrane.
  • the hydraulic compensation element is hydraulically provided with a compensation accumulator via a bore in the housing 13a is connected in order to be able to intercept an increasing volume change of the fluid in the hydraulic compensation element even better at elevated temperature than only with the aforementioned membranes 13f and storage volumes 13e.
  • the compensating accumulator preferably has a membrane, which can be realized as an elastic sleeve, and a storage volume enclosed underneath.
  • the elastic sleeve of the compensation memory is preferably arranged on the outer surface of the housing 13a. When the temperature of the fluid rises, the membrane expands so that a larger volume is available to the fluid in the hydraulic compensation element and therefore there is no disruptive net force effect between the piston and the housing.
  • the housing 13a of the hydraulic compensation element by means of a spacer with the inner wall of the housing 1 of the metering device is mechanically connected.
  • the compensating accumulator can also be implemented in the form of an external hydraulic accumulator.
  • the piston 13b or the housing 13a is provided with axial bores which connect the storage volumes 13e to the hydraulic chambers 13c in order to facilitate a return flow of the fluid into the hydraulic chambers and into the storage volumes during the blanking gap of the piezo actuator.
  • the openings of the holes are provided with check valves, so-called flapper valves, so that the openings of the holes close when the piezo actuator is briefly deflected, and the hydraulic compensation element is still stiff when the force is briefly applied.
  • the check valves open due to a drop in pressure in the hydraulic chambers 13c.
  • a low-friction movement of the piston 13b relative to the housing 13a of the hydraulic compensation element can be guaranteed, since otherwise its desired compensation function would not be given or would only be given to a limited extent.
  • the fit dimensions and tolerances of the piston and housing must be selected so that there is positive play.
  • a sufficient surface quality of the outside of the piston and / or the inner wall of the housing, in particular a low surface roughness, such as can be produced by grinding, for example, and to avoid tilting, is sufficient for a low-friction and jerky movement between the piston and the housing Guide length, advantageous.
  • Adherence to the fit dimensions of the piston and cylinder is ensured in such a way that not only in the assembled state, but also in the stationary and transient operation of the hydraulic compensation element, there is no jamming or sliding (stick-slip) of the piston in the housing, for example by a greater thermal expansion of the piston with respect to the housing or a greater thermal contraction of the housing with respect to the piston.
  • radial temperature gradients occur due to the high and time-changing heat release of the piezo actuator with simultaneous cooling by the fuel, which can lead to different thermal expansion of the piston and cylinder and, if not properly designed, to pinches. This can be prevented by the following measures:
  • the piston and the housing consist of the same material or materials with the same thermal expansion coefficient.
  • the temperature influence on the gap flow between the clearance fits 13g in the state of the hydraulic system loaded by an actuator can be in wide ranges be compensated if the piston has a suitably chosen higher thermal expansion than the housing.
  • the explanation is that the viscosity of the hydraulic fluid decreases with temperature according to an exponential law and the volume flow of the hydraulic fluid increases exponentially along the clearances.
  • the volume flow is proportional to the 3rd power of the width of the fit, which can also be referred to as the fit.
  • the fit diminishes linearly with the temperature and thus the temperature effects on the fit and on the viscosity are opposite.
  • the housing 1 of the metering device is extended compared to the original structure according to FIG. 1 in order to be able to accommodate the hydraulic compensation element 13.
  • the second end cap 7 ⁇ is welded to the piston 13b of the hydraulic compensation element.
  • the housing 1 is closed at the top by a closing element 15, preferably a fixed bearing. Nevertheless, the relatively small space requirement of the hydraulic compensation element 13 with maximum rigidity for the metering device for installation in an injector of a motor vehicle under the strict space conditions customary there is particularly advantageous.
  • the piezoelectric actuator unit PAU mentioned in the introduction to the description, hereinafter referred to as actuator unit A, comprises the arrangement of features that are directly or indirectly mechanically connected to the piezo actuator 2, in addition to the features known from FIG. 1, also has a first, lower and modified end cap 3 ⁇ , which is equipped with a plunger 4 directed towards a valve unit B.
  • the valve unit B is understood to be at least one arrangement which comprises the valve seat 12 and the sealing element 6.
  • the valve unit can also have supply and return lines 9, 10 for the fuel.
  • the end cap 3 ⁇ is preferably frustoconical, the outer surface of which has steps.
  • the end cap 3 * should have at least two ears 3 x a, the surfaces of which, aligned essentially axially and in the opposite direction to the sealing element 6, come into contact with the axially aligned surfaces 14a of the stop 14 when the actuator is withdrawn.
  • a membrane 5 seals the piezo actuator 2 against a fuel located in the metering device, which flows from the inlet 9 through the seat valve 12 to the return 10 when the sealing element 6 is opened.
  • the membrane 5 preferably connects the housing 1 to the end cap 3 ⁇ .
  • the piezo actuator 2 is preferably also provided with a second, upper end cap 7, which is connected to the hydraulic compensation element. It is preferred that the end cap 7 has an axial bore 16 for connecting wires 17 in order to simplify the contacting of the piezo actuator 2 with control electronics (not shown).
  • An essential element of the metering device is the stop 14, which acts against a change in the equilibrium position of the piston 13b of the hydraulic compensation element, and thus also the position of the end cap 3 ⁇ .
  • the stop 14 can be viewed as a taper of the inside diameter of the housing 1.
  • inner diameter or “diameter” is always understood to mean a transverse axial diameter that runs at right angles to the longitudinal axis of the actuator.
  • the stop is preferably broken through by two recesses. The stop allows the actuator to expand in the direction of the sealing element 6, but prevents the end cap 3 from being pulled back beyond a predefined distance from the sealing element 6. If the piston 3b of the hydraulic compensation element also wants to move away from its originally set equilibrium position, the elasticity of the piezo actuator results in a push-back force which, after the control voltage for the piezo actuator has been removed (the blanking gap), the originally set equilibrium position of the piston 13b forces.
  • the stop 14 can be designed in a large number of variants. It is essential in a specific embodiment to mount it below the piezo actuator in order to allow the actuator to expand upwards or in the opposite direction to the sealing element.
  • Figure 3 shows the lower end cap 3 ⁇ as a truncated cone shape with a lateral surface which is provided with steps.
  • the end cap has in particular two ears 3 a, on the transverse axial plane of which there is an outer diameter of the end cap which is larger than the minimum inner diameter of the stop or the taper 14 of the housing 1.
  • the ears 3 ⁇ a of the end cap 3 in particular are guided past the recesses 14 a of the stop 14. The end cap is then turned so that the ears 3 a can no longer be pushed past the stop by pulling back the end cap.
  • Figure 4 shows how the end cap 3 before the finished ⁇ hergestell- th state of the dosing device the stop 14 is opposite.
  • the cross-sectional view on the left shows how the outer diameter of the end cap 3 at the level of the ears 3 ⁇ a is larger than the minimum inner diameter of the stop.
  • the recesses of the stop are shown at 14a.
  • the right three-dimensional view clearly shows how that
  • Recess 14a and stop are each arranged together.
  • the position of the ears 3 ⁇ a of the end cap is such that the end cap 3 ⁇ can be passed straight ahead without rotating the stop by the ears 3 ⁇ a being passable through the recesses 14a.
  • End cap 3 V has been guided past the stop 14, it is rotated so that the ears 3 die a and the recesses 14a of the stop are no longer axially opposite one another and the ears 3 a would hit the stop 14 when the piezo actuator was withdrawn.
  • FIG. 5 shows a further three-dimensional view of the lower area of the metering device before it has been produced. As shown in FIG. 4, the ears 3 a lie opposite the recesses 14 a, so that the end cap 3 ⁇ can be guided past the stop 14.
  • a stop 14 is the direct connection between the tappet 4 and the sealing element 6 of the seat valve 12, so that the tappet also takes on the role of the sealing element.
  • the valve seat itself becomes the stop element, since the sealing element or the plunger has a diameter so that it or it cannot be guided past the valve seat.
  • the stop 14 can also be replaced by an additional spring between the piston 13b and the fixed bearing 15.
  • the bias of the spring in the manufacture of the metering device ensures an effective downward force which acts via the tappet 4 to the sealing element 6 of the valve unit B and counteracts a change in the equilibrium position of the piston.
  • the piston always experiences a restoring force to prevent the piston from shifting its equilibrium position and to ensure a defined contact between the tappet and the sealing element.
  • the elasticity of the membrane 5 is also suitable as a restoring element for a desired equilibrium position. Welding the membrane 5 to the end cap 3 ⁇ and to the housing 1 provides protection against rotation of the end cap in a position in which the recesses 14a and the ears 3 ⁇ a face each other in the finished state of the metering device, and the This accidentally pulls the end cap past the stop again.
  • the metering device according to the invention is used in a common rail diesel injector.
  • the following sources are included in this document:

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung, aufweisend: eine Aktoreinheit (A) umfassend, ein Gehäuse (1) mit einem im Gehäuse eingeführten Aktor (2), ein unter Druck mit einem Fluid befüllbares hydraulisches Kompensationselement (13) welches mit dem Aktor verbunden ist, wobei ein erstes Ende des Aktors (2) mit einer ersten Endkappe (3`) versehen ist, ein Anschlag (14) in der Form eines Sitzes am Gehäuse (1) angeordnet ist, welcher der ersten Endkappe (3`) gegenüberliegt und für die erste Endkappe eine Anschlagsposition definiert, der Anschlag (14) einen maximalen Abstand zwischen einem Dichtelement (6) einer Ventileinheit (B) und der Endkappe (3`) einhält, wobei der Abstand kleiner ist als der durch den Aktor (2) bewirkte Hubweg sodass der Hub des Aktors (2) über die Endkappe (3`) zum Öffnen des Ventils ausreicht bei einer Bewegung der ersten Endkappe (3`) in Richtung der Hydraulisches Kompensationselement (13) die erste Endkappe (3`) den Anschlag (14) trifft und diese Bewegung blockiert wird.

Description

Beschreibung
Dosiervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung, insbesondere mit einer Aktoreinheit als Antrieb für ein Ventil in einem Common-Rail Diesel Injektor.
Mechanische Toleranzen, temperaturbedingte und druckbedingte Längenänderungen, Alterungseffekte eines insbesondere in einem Fluidventil eingesetzten PMA (Piezoelektrischer Multilay- er Aktor) , nachfolgend "Piezoaktor" genannt, wirken sich unmittelbar auf den Öffnungshub eines mit dem Piezoaktor verbundenen Fluidventils und damit auf dessen Dosiermenge aus. Herkömmliche Methoden zur Kompensation der temperaturbedingten Längenänderung des Piezoaktors anhand geeigneter Werkstoffkombinationen werfen aber schwerwiegende Stabilitätsund Herstellungsprobleme auf.
Das durch den inversen piezoelektrischen Effekt bei Hochleistungskeramiken erreichbare Elongationsverhältnis des Piezoaktors aufgrund des Anlegens einer maximal für den Dauerbetrieb zulässigen Feldstärke von ca. 2KV/mm beträgt nur 1,2- 1,4 Promille (also 1,2 - 1,4 μm Elongation je 1 mm Länge des Pie- zoaktors) . Bei einer typischen Baulänge des Piezoaktors von ca. 40mm und einem Piezo-Schichtabstand von 80μιrι bei 160V angelegter Spannung führt der inverse piezoelektrische Effekt zu einer Elongation von maximal 56μm. Liegt also zwischen dem Piezoaktor und dem Gehäuse in dem der Piezoaktor eingebaut ist auch nur eine minimale relative Abweichung im effektiven Temperaturdehnungskoeffizienten von ca. 1*10~6 1/K über die Länge des Piezoaktors von 40mm vor, so führt dies im automobiltechnisch relevanten Temperaturbereich -40 °C bis 140°C zu einer Abweichung der für den Ventilbetrieb relevanten Refe- renzflachen von -2,4μm bis zu +4,8μm oder in Summe zu 7,2μm und bezogen auf die Elongation des Piezoaktors zu einer Abweichungsbandbreite von bis zu 13%. Zudem führen die komplexen Prozessschritte bei der Herstellung, angefangen beim Aufbau der Piezoaktorkeramik bis hin zum Polungsvorgang, zu Bauteiltoleranzen, die es schwer ma- chen, die Temperaturdehnung des Piezoaktors in einem hinreichend engen Toleranzfeld zu halten.
Als Bauteil mit Domänenstruktur und Hysterese hängt der Temperaturdehnungskoeffizient stark vom Polarisationszustand und der mechanischen und elektrischen Belastungsvorgeschichte des Piezoaktors ab. Die Temperaturabhängigkeit der Länge des Piezoaktors ist nichtlinear. Der Temperaturdehnungskoeffizient kann bei demselben Piezoaktor Werte im Bereich von -5*10~6
1/K bis zu +7*106 1/K annehmen [1] .
Die durch das elektrische Aufladen des Piezoaktors erzeugte positive Längenänderung des Piezoaktors wird in aktuellen Common-Rail Diesel Injektoren zum Aufstoßen eines Dichtelements genutzt . Aus Toleranzgründen ist dabei ein "thermisches Gap", also ein Sicherheitsabstand, zwischen dem frei beweglichen Ende einer piezoelektrischen Aktuatoreinheit (PAU) , die als Stößel ausgebildet oder an die ein Stößel mechanisch steif angekoppelt ist und dem Dichtelement von typisch 3-5 μm vorgesehen. Die PAU besteht aus einer oberen Endkappe die me- chanisch steif gelagert wird und die mindestens eine Bohrung enthält durch die elektrische Anschlüsse des Piezoaktors nach außen geführt werden können, einer unteren Endkappe, die als Stößel ausgebildet oder an die ein Stößel mechanisch steif angekoppelt ist, dem Piezoaktor und einer Rohrfeder in die der Piezoaktor unter einer Druckvorspannung von ca. 600N-800N zwischen die beiden Endkappen eingeschweißt ist. Eine thermische Abstimmung zwischen dem Aktorgehäuse und dem PAU kann nicht ideal erfolgen. Der Sicherheitsabstand dient dazu, dass im Falle einer stärkeren thermischen Dehnung der PAU relativ zum Aktorgehäuse das Dichtelement geöffnet wird und es so zu einer Dauerleckage durch das Servoventil kommt. Jedoch machen die angeführten Schwankungen des PMA-Temperaturkoeffizienten deutlich, dass selbst ein solcher Abstand nicht immer ausreichend ist.
Unmittelbar nach Abschaltung des Injektors (Abschalten des Kra tfahrzeugs bzw. Motors) befinden sich die Einheiten des Injektors auf hoher Temperatur. Durch die damit verbundene Temperaturdehnung des Piezoaktors relativ zum nicht perfekt abstimmbaren Gehäuse kann der thermische Abstand überwunden werden und das Dichtelement trotz fehlender Piezoansteuerung öffnen, zumal im Abstellzustand keine durch den Fluiddruck verursachte Gegenkraft F0 mehr auf das Dichtelement wirkt. Das Dichtelement ist also im ausgeschalteten Zustand des Motors noch offen.
Der Fluiddruck, welcher auf das Dichtelement von der anderen Richtung drückt, kann aber anschließend im eingeschalteten Zustands des Injektors bis zu 2000 bar erreichen und Kräfte bzw. Gegenkräfte bis zu 600 N hervorrufen. Während des Injektorbetriebs sorgen diese Kräfte für ein definiertes Schließen des Dichtelements, trotz einer Überdehnung des Aktors. Eine interne Hochdruckpumpe im Kraftfahrzeug ist bei einem erneuten Startversuch des Motors und damit des Injektors aber nicht mehr in der Lage, sofern der Injektor noch heiß ist, den erforderlichen Druck aufzubauen um das Dichtelement zu schließen, sodass es zu Fehlfunktionen des Injektors führt.
Eine gemäß dem Stand der Technik übliche Aktoreinheit A wird in Figur 1 gezeigt. Sie besteht aus einem Gehäuse 1, einem Piezoaktor 2 mit einer Rohrfeder 8, einer ersten und einer zweiten Endkappe 3,7, wobei die erste Endkappe 3 mit einem Stößel 4 versehen ist. Der Piezoaktor 2 ist unter einer Druckvorspannung von ca. 600 bis 800 N in die Rohrfeder 8 eingeschweißt, um schädliche Zugspannungen im Betrieb zu vermeiden. Eine Membrane 5, typischerweise aus Metall, ermög- licht die Abdichtung des Piezoaktors vom Kraftstoff. Die zweite Endkappe 7 stützt sich gegen das Gehäuse 1 ab, während die erste Endkappe 3 bei einer Ansteuerung zusammen mit dem Stößel 4 gegen das Dichtelement 6 des Sitzventils 12 drückt. Im drucklosen Zustand wird das als Kugel realisierte Dichtelement 6 mit Hilfe einer schwachen Rückstellfeder (nicht dargestellt) mit ca. 5N im Sitz 12 gehalten. Im Normalzu- stand (keine Ansteuerung des Piezoaktors) besteht zwischen dem Dichtelement 6 und dem Stößel 4 ein Sicherheits- Abstand von typischerweise 3 bis 5μm.
Bei diesem Aufbau führt eine stärkere thermische Dehnung des Piezoaktors 2 aufgrund seiner Befestigung über die Endkappe 7 am festen Ende des Gehäuses 1 zu einer Verlängerung des Piezoaktors in Richtung des Ventilsitzes 12.
Es ist aber festzustellen, dass thermische Änderungen keine kurzzeitigen Vorgänge im Bereich von unter 10 ms sind, sondern eher im Sekunden- bis Minutenbereich liegen. Eine derart langsame Ausdehnung des Aktors 2 kann jedoch durch ein hydraulisches Kompensationselement X, wie in Figur la gezeigt, abgefangen werden. Ein solches hydraulisches Kompensa- tionselement X sitzt vorzugsweise zwischen der Endkappe 7 des Aktors 2 und dem oberen Ende des Gehäuses 1 und ist am Gehäuse befestigt. Unter Verwendung eines solchen hydraulischen Kompensationselements findet also die thermische Dehnung des Aktors nunmehr in die Richtung der Endkappe 7 statt und führt nicht zwingend zu einer Änderung des Abstands zwischen dem
Dichtelement 6 und dem Stößel 4 und somit auch nicht zu Dauerleckagen .
Das hydraulische Kompensationselement X weist jedoch gegen- über kurzzeitigen Kraftbeaufschlagungen eine einem Festkörper vergleichbare Steifigkeit auf, wobei trotz dieser Steifigkeit das hydraulische Kompensationselement oder ein Bestandteil des hydraulischen Kompensationselements der mittelbar oder unmittelbar mit dem Piezoaktor verbunden ist um einen ver- nachlässigbaren Weg nachgibt. Allerdings addieren sich diese für sich genommen vernachlässigbaren Wege bei mehrfacher AnSteuerung des Piezoaktors, sodass das hydraulische Ko pensa- tionselement oder der Bestandteil des hydraulischen Kompensationselements um die maximale Auslenkung des Piezoaktors nach oben verschoben wird und dadurch der Abstand zwischen dem Stößel 4 und Dichtelement 6 derart vergrößert ist, dass der Stößel das Dichtelement bei wiederholter Ansteuerung des Piezoaktors nicht mehr erreicht. Eine Öffnung des Dichtelements 6 ist in diesem Fall nicht mehr möglich.
Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich— tung und/oder ein Verfahren anzugeben, durch die/dem stets ein vorgebbarer Abstand zwischen einem Dichtelement und einer Aktoreinheit eingehalten werden kann.
Die Lösung besteht in einer Dosiervorrichtung, umfassend: - eine Aktoreinheit umfassend ein Gehäuse mit einem im Gehäuse eingeführten Aktor ein hydraulisches Kompensationselement das mit dem Aktor verbunden ist, wobei ein erstes Ende des Aktors mit einer ersten Endkappe ver- sehen ist ein Anschlag in der Form eines Sitzes am Gehäuse angeordnet ist, welcher der ersten Endkappe gegenüberliegt und für die erste Endkappe eine Anschlagsposition definiert der Anschlag einen maximalen Abstand zwischen einem Dicht- element einer Ventileinheit und der Endkappe einhält, wobei der Abstand kleiner ist als die durch den Aktor bewirkte Auslenkungslänge und die Auslenkungslänge über die Endkappe zum Öf nen des Ventils ausreicht bei einer Bewegung der ersten Endkappe in Richtung des hydraulischen Kompensationselements die Endkappe den Anschlag trifft und diese Bewegung blockiert wird.
Durch diese Dosiervorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass auch bei schwankenden Arbeitstemperaturen ein möglichst ge- ringer Abstand zwischen dem Dichtelement und dem Aktor eingehalten wird. Damit ist eine Öffnung des Dichtelements durch den Aktor immer gewährleistet, wobei die durch das hyd- raulische Kompensationselement erreichbare Kompensation der Temperaturdehnung des Aktors beibehalten wird.
Beim Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dosier- Vorrichtung wird die erste Endkappe am Anschlag vorbeigeführt und anhand einer anschließenden zweiten Drehung die Endkappe und der Anschlag sich derart gegenüberliegen, dass bei einer Bewegung der Endkappe in Richtung des hydraulischen Kompensationselements die Endkappe den Anschlag trifft und diese Be- wegung blockiert wird.
Das Verfahren entspricht ein einfaches Schlüssel-Schloss Verhältnis zwischen der Endkappe und dem Anschlag. Es ist für eine einfache Herstellung der Dosiervorrichtung besonders ge- eignet und sicher.
Das Schlüssel-Schloss Verhältnis stellt vorzugsweise ein Ba- jonettverschluss dar.
Der Aktor ist vorzugsweise ein Piezoaktor.
Weitere Vorteile und eine nähere Erläuterung der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Ausführungsbeispiele.
Dabei zeigen:
Figur 2 eine Dosiervorrichtung mit einer Anschlagsanordnung und einem hydraulischen Kompensationselement,
Figur 3 Beispiele einer Geometrie einer Endkappe,
Figur 4 die durch ein Gehäuse geführte und in Figur 3 vorgestellte Endkappe,
Figur 5 eine drei-dimensionale Ansicht der durch das Gehäuse geführten Endkappe Figur 2 zeigt eine Dosiervorrichtung mit den bekannten Merkmalen aus Figur 1, einem bereits erwähnten hydraulischen Kompensationselement 13, modifizierten Endkappen 7 , 3 und einen Anschlag 1 .
Der Einbau des hydraulischen Kompensationselements 13 in die Dosiervorrichtung kann in einfacher Weise zwischen einem Ende des Gehäuses 1 und dem Piezoaktor 2 erfolgen, welches die Integration in bzw. die Modifikation bestehender Injektoren vorteilha terweise vereinfacht. Das hydraulische Kompensationselement ist vorzugsweise fest an der Innenwand des Gehäuses 1 befestigt.
Das hydraulische Kompensationselements 13 ist grundsätzlich gegenüber einer kurzzeitigen Kraftbeaufschlagung steif und gibt gleichzeitig bei einer thermisch induzierten Längenände- rung des Aktors nach.
Das hydraulische Kompensationselement 13 weist vorzugsweise mindestens eine Hydraulikka mer 13c, ein hohl-zylinder- förmiges Gehäuse 13a und einen Kolben 13b auf, wobei der Kolben 13b oder das Gehäuse 13a mit der zweiten Endkappe 7 des Aktors 2 verbunden ist. Die Hydraulikkammer 13c liegt zwischen jeweils axial druckwirksame Flächen des Kolbens und des Gehäuses und zwischen mindestens zwei Spielpassungen 13g, die zwischen dem Kolben und dem Gehäuse ausgebildet sind. Die a- xial druσkwirksamen Flächen sind im wesentlichen axial ausgerichtet. Unter "axial" wird die Richtung der Krafteinwirkungen- und Übertragungen des Piezoaktors bzw. des hydraulischen Kompensationselements verstanden. Unter "axial" wird allerdings auch "im wesentlichen axial" verstanden. Die Spielpassungen 13g haben grundsätzlich eine stark fluiddrosselnde Wirkung. Das hydraulische Kompensationselement ist unter Druck mit einem Fluid, vorzugsweise Silikonöl, befüllbar. Es wird bevorzugt, dass das hydraulische Kompensationselement eine axiale Durchbohrung 13d aufweist, durch die Zuleitungen 17 zum Piezoaktor 2 geführt werden können. Insbesondere wird der Kolben 13b mit dieser Durchbohrung 13d versehen.
Der Kolben 13b und das Gehäuse 13a sind bei einer langsamen thermisch induzierten Längenänderung des Aktors relativ zueinander kraftlos verschieblich, so dass das hydraulische Kompensationselement in dieser Zeit nachgibt. Bei einer kurzzeitigen Kra tbeau schlagung verschiebt sich der Kolben aber nur um einen vernachlässigbaren Weg relativ zum Gehäuse, so dass das hydraulische Kompensationselement als steif zu betrachten ist.
Es wird außerdem bevorzugt, dass das hydraulische Kompensationselement zur erhöhten Steifigkeit mehrere, insbesondere zwei, Hydraulikkammern aufweist. Dabei wird das Gehäuse 13a um einen Teil erweitert, um eine weitere, der ersten Hydraulikkammer 13c analoge Hydraulikkammer zwischen dem Kolben 13b und dem Gehäuse 13a wie zuvor genannt zu bilden. Das hydraulische Kompensationselement würde in diesem Falle bi- direktional wirken.
Das hydraulische Kompensationselement 13 ist an seinen beiden Stirnseiten mit Membranen 13f versehen, die vorzugsweise jeweils am Kolben 13b und am Gehäuse 13a befestigt sind. Durch die Membrane werden Speichervolumina 13e zwischen dem Gehäuse, der Membranen und dem Kolben ausgebildet. Die Membrane können sich auch bei erhöhter Temperatur ausbeulen, sodass sie eine thermische Volumenänderung des sich im hydraulischen Kompensationselement befindlichen Fluids ausgleichen können. Sie weisen vorzugsweise jeweils Temperaturdehnungskoeffizien- ten auf, die sich von denen des Gehäuses und/oder des Kolbens unterscheiden . Die Membrane sind vorzugsweise als ringförmige Flachmembrane ausgebildet.
Es wird auch bevorzugt, dass das hydraulische Kompensationselement hydraulisch über eine Bohrung im Gehäuse 13a hydraulische Kompensationselements mit einem Ausgleichsspeicher verbunden ist, um eine steigernde Volumenänderung des im hydraulischen Kompensationselement befindlichen Fluids bei erhöhter Temperatur noch besser als nur mit den zuvor erwähnten Membranen 13f und Speichervolumina 13e abfangen zu können. Der Ausgleichsspeicher weist vorzugsweise eine Membrane, welche als elastische Hülse realisiert werden kann, und ein darunter eingeschlossenes Speichervolumen auf. Die elastische Hülse des Ausgleichsspeichers ist vorzugsweise an der Mantelfläche des Gehäuses 13a angeordnet. Bei erhöhter Temperatur des Fluids dehnt sich die Membrane aus sodass dem Fluid im hydraulischen Kompensationselement ein größeres Volumen zur Verfügung steht und somit keine störende Nettokraftwirkung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse zustande kommt. Um für die Ausdehnung der elastischen Hülse des Ausgleichsspeichers zwischen dem Gehäuse 13a des hydraulischen Kompensationselements und der Innenwand des Gehäuses 1 der Dosiervorriσhtung genügend Raum bereitstellen zu können wird bevorzugt, dass das Gehäuse 13a des hydraulischen Kompensationselements mittels eines Abstandhalters mit der Innenwand des Gehäuses 1 der Dosiervorrichtung mechanisch verbunden ist.
Der Ausgleichsspeicher kann allerdings auch in der Form eines externen Hydrospeichers realisiert werden.
Es wird auch bevorzugt, dass der Kolben 13b oder das Gehäuse 13a mit axialen Bohrungen versehen ist welche die Speichervolumina 13e mit den Hydraulikkammern 13c verbinden, um einen Rücklauf des Fluids während der Austastlücke des Piezoaktors in die Hydraulikkammern und in die Speichervolumina zu er- leichtern. Die Öffnungen der Bohrungen werden in diesem Falle mit Rückschlagventilen, sogenannte Flappervalves, versehen, sodass sich die Öffnungen der Bohrungen bei kurzzeitiger Auslenkung des Piezoaktors schließen und damit das hydraulische Kompensationselement nach wie vor bei kurzzeitigen Kraftbeau schlagungen steif ist. Während der Austastlücke des Piezoaktors öffnen sich dabei die Rückschlagventile aufgrund einer Druckabsenkung in den Hydraulikkammern 13c. Bei einem hydraulischen Kompensationselement 13 der vorgestellten Art uss eine reibungsarme Bewegung des Kolbens 13b relativ zum Gehäuse 13a des hydraulischen Kompensationsele- ments gewährleistet sein, da ansonsten seine angestrebte Ausgleichsfunktion nicht oder nur eingeschränkt gegeben wäre. Hierzu sind die Passungsmasse und Toleranzen von Kolben und Gehäuse so zu wählen, dass ein positives Spiel vorhanden ist. Für eine reibungs- und ruckarme Bewegung zwischen Kolben und Gehäuse ist zusätzlich eine hinreichende Oberflächengüte der Außenseite des Kolbens und/oder der Innenwand des Gehäuses, insbesondere eine geringe Oberflächenrauhigkeit, wie sie beispielsweise durch Schleifen hergestellt werden kann, und um Verkippungen zu vermeiden, eine ausreichende Führungslänge, vorteilhaft. Eine Einhaltung der Passungsmasse von Kolben und Zylinder wird derart sichergestellt, dass es nicht nur im Montagezustand, sondern auch im stationären und instationären Betrieb des hydraulischen Kompensationselements zu keinem Klemmen oder reibungsbehafteten Gleiten (Stick-Slip) des Kol- bens im Gehäuse, beispielsweise durch eine stärkere thermische Ausdehnung des Kolbens in Bezug auf das Gehäuse oder eine stärkere thermische Kontraktion des Gehäuses in Bezug auf den Kolben, kommen kann. Insbesondere im Instationärbetrieb und bei hohen Betriebstrequenzen entstehen aufgrund der hohen und sich zeitlich stark ändernden Wärmefreisetzung des Piezoaktors bei gleichzeitiger Kühlung durch den Kraftstoff radiale Temperaturgradienten, die zu einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Kolben und Zylinder und bei nicht sachgerechter Auslegung zu Klemmungen führen können. Dieses kann durch folgende Maßnahmen verhindert werden:
a.) der Kolben und das Gehäuse bestehen aus dem gleichen Material oder Materialien mit dem gleichen Temperaturdehnungs- koeffizienten . Zur Vermeidung von Klemmungen ist ein hinrei- chend großes Spaltmaß zwischen Kolben und Zylinder im Bereich von 10 bis 50 μm in Verbindung mit einem Fluid höherer Grundviskosität im Bereich 100 bis 1000 Centistokes bei ausrei- chender Führungslänge des Kolbens im Gehäuse zur Vermeidung von Verkippungen, zu wählen.
b.) Erwärmt sich der Kolben z.B. stärker als das Gehäuse auf- grund eines angeschlossenen Antriebselementes wie z.B. aufgrund des Piezoaktors (hierbei entsteht ein nicht zu vernachlässigender radialer Temperaturgradient) , so wird für den Kolben 3 ein Material mit kleinerer thermischer Dehnung gewählt, wodurch der Kolben nicht in den engen Spielpassungen 13g zu klemmen beginnt.
c.) Kann man davon ausgehen, dass sich der Kolben 13b, das Hydraulik luid und das Gehäuse 13a immer auf nahezu gleicher Temperatur befinden, so kann der Temperatureinfluss auf die Spaltströmung zwischen den Spielpassungen 13g im durch einen Aktor belasteten Zustand des Hydrauliksystems in weiten Bereichen kompensiert werden, wenn der Kolben eine geeignet gewählte höhere thermische Dehnung als das Gehäuse aufweist. Die Erklärung besteht darin, dass die Viskosität des Hydrau- likfluids gemäß einem Exponentialgesetz mit der Temperatur abnimmt und der Volumenstrom des Hydraulikfluiden entlang der Spielpassungen entsprechend exponentiell zunimmt. Der Volumenstrom ist dabei proportional zur 3. Potenz der Breite der Spielpassungen, welches auch als Passmaß bezeichnet werden kann. Das Passmaß nimmt mit der Temperatur linear ab und somit sind die Temperatureffekte auf das Passmaß und auf die Viskosität gegenläufig.
Das Gehäuse 1 der Dosiervorrichtung wird bedarfsweise gegen- über dem ursprünglichen Aufbau nach Figur 1 verlängert um das hydraulische Kompensationselement 13 aufzunehmen zu können. Dabei wird die zweite Endkappe 7λ mit dem Kolben 13b des hydraulischen Kompensationselements verschweißt. Das Gehäuse 1 wird nach oben durch ein Abschlusselement 15, vorzugsweise ein festes Lager, verschlossen. Dennoch ist der verhältnismäßig kleine Bedarf an Bauraum des hydraulisches Kompensationselements 13 bei maximaler Steifigkeit für die Dosiervorriσhtung zum Einbau in einem Injektor eines Kraftfahrzeugs bei den dort üblichen, strengen Raumbe- dingungen, besonders vorteilhaft.
Die in der Beschreibungseinleitung genannte piezoelektrische Aktoreinheit PAU, nachfolgend Aktuatoreinheit A genannt, um- fasst die Anordnung von Merkmalen die direkt mit dem Piezoak- tor 2 mittelbar oder unmittelbar mechanisch verbunden sind, weist außer den aus Figur 1 bekannten Merkmalen noch eine erste, untere und modifizierte Endkappe 3 Λ auf, welche mit einem auf eine Ventileinheit B gerichteten Stößel 4 ausgestattet ist. Als Ventileinheit B wird zumindest eine Anord- nung, welche den Ventilsitz 12 und das Dichtelement 6 um- fasst, verstanden. Die Ventileinheit kann zudem noch Zu- und Rücklaufe 9, 10 für den Kraftstoff aufweisen. Die Endkappe 3 Λ ist vorzugsweise kegelstumpfförmig, deren Mantelfläche Stufen aufweist. Dabei soll die Endkappe 3 * aber mindestens zwei Ohren 3xa aufweisen, deren im wesentlichen axial, in entgegengesetzte Richtung zum Dichtelement 6 ausgerichteten Flächen beim Rückziehen des Aktors auf die ebenfalls axial ausgerichtete Flächen 14a des Anschlags 14 stoßen.
Unterhalb des Anschlags 14 in Richtung der Ventileinheit B dichtet eine Membrane 5 den Piezoaktor 2 gegen einen in der Dosiervorrichtung befindlichen Kraftstoff ab, der beim Öffnen des Dichtelements 6 vom Zulauf 9 durch das Sitzventil 12 zum Rücklauf 10 fließt. Die Membrane 5 verbindet vorzugsweise das Gehäuse 1 mit der Endkappe 3Λ.
Der Piezoaktor 2 ist vorzugsweise auch mit einer zweiten, o- beren Endkappe 7 versehen, welche mit dem hydraulischen Kompensationselement verbunden ist. Es wird bevorzugt, dass die Endkappe 7 eine axiale Bohrung 16 für Anschlussdrähte 17 aufweist, um die Kontaktierung des Piezoaktors 2 zu einer Steuerungselektronik (nicht dargestellt) zu vereinfachen. Ein wesentliches Element der Dosiervorrichtung ist der Anschlag 14, der entgegen einer Änderung der Gleichgewichtsposition des Kolbens 13b des hydraulischen Kompensationsele- ments, und damit auch der Position der Endkappe 3Λ, wirkt.
Der Anschlag 14 kann als Verjüngung des Innendurchmessers des Gehäuses 1 betrachtet werden. Dabei wird unter dem Begriff "Innendurchmesser" oder "Durchmesser" immer ein queraxialer Durchmesser verstanden, der rechtwinklig zur Längsachse des Aktors verläuft. Der Anschlag ist vorzugsweise durch zwei Ausnehmungen durchbrochen. Der Anschlag erlaubt die Ausdehnung des Aktors in Richtung des Dichtelements 6, verhindert aber ein Rückziehen der Endkappe 3 über einen vordefinierten Abstand vom Dichtelement 6 hinaus. Will sich der Kolben 3b des hydraulisches Kompensationselements zudem aus seiner ursprünglich eingestellten Gleichgewichtslage entfernen, so kommt es aufgrund der Elastizität des Piezoaktors zu einer rücktreibenden Kraft, die nachdem die AnsteuerSpannung für den Piezoaktor weggenommen wurde (die Austastlücke) die ursprünglich eingestellte Gleichgewichtslage des Kolbens 13b wieder erzwingt.
Mit Hilfe von Unterlegscheiben kann eine Feinjustage des ma- ximalen Abstands zwischen dem Stößel 4 der Endkappe 3Λ und dem Ventilsitz 12 erreicht werden. Die Anforderungen an die Genauigkeit dieser Feinjustage sind aber aufgrund der kompensierenden Wirkung hydraulischen Kompensationselements sehr gering.
Der Anschlag 14 kann in einer Vielzahl von Varianten ausgebildet werden. Wesentlich bei einer konkreten Ausführung ist seine Montage unterhalb des Piezoaktors, um die Dehnung des Aktors nach oben bzw. in entgegengesetzter Richtung zum Dichtelement zu erlauben. Figur 3 zeigt die untere Endkappe 3 Λ als Kegelstumpfform mit einer Mantelfläche welche mit Stufen versehen ist. Die Endkappe weist insbesondere zwei Ohren 3 a auf, auf deren queraxialen Ebene ein Außendurchmesser der Endkappe vorliegt, der größer ist als der minimale Innendurchmesser des Anschlags bzw. der Verjüngung 14 des Gehäuses 1.
Bei der Herstellung der Dosiervorrichtung werden insbesondere die Ohren 3Λa der Endkappe 3 an den Ausnehmungen 14a des An- Schlags 14 vorbeigeführt. Anschließend wird die Endkappe gedreht, sodass durch ein Rückzeihen der Endkappe die Ohren 3 a nicht mehr am Anschlag vorbeigeschoben werden können.
Figur 4 zeigt wie die Endkappe 3 Λ vor dem fertig hergestell- ten Zustand der Dosiervorrichtung dem Anschlag 14 gegenüber liegt. Dabei zeigt die Querschnittsansicht links wie der Außendurchmesser der Endkappe 3 auf der Ebene der Ohren 3Λa größer ist als der minimale Innendurchmesser des Anschlags. Die Ausnehmungen des Anschlags werden mit 14a dargestellt. In der rechten dreidimensionalen Ansicht ist deutlich, wie die
Ausnehmung 14a und Anschlag jeweils aneinander geordnet sind. Dabei ist die Lage der Ohren 3Λa der Endkappe in dieser Ansicht derart, dass die Endkappe 3 Λ ohne einer Drehung am Anschlag geradeaus vorbeigeführt werden kann, indem die Ohren 3Λa durch die Ausnehmungen 14a passierbar sind. Nachdem die
Endkappe 3V am Anschlag 14 vorbeigeführt worden ist, wird sie gedreht, sodass die Ohren 3Λa und die Ausnehmungen 14a des Anschlags sich nicht mehr axial gegenüberliegen und die Ohren 3 a bei einer Rückziehung des Piezoaktors auf den Anschlag 14 stoßen würden.
Die Endkappe 3Λ ist also grundsätzlich das passende Gegenstück zum Anschlag 14, sodass sich dadurch eine Schlüssel- Schloss Anordnung bildet. Der Anschlag und die Endkappe bil- den also einen Bajonettverschluss . Figur 5 zeigt eine weitere dreidimensionale Ansicht des unteren Bereichs der Dosiervorrichtung vor ihrem fertig hergestellten Zustand. Wie in Figur 4 gezeigt, liegen die Ohren 3 a den Ausnehmungen 14a gegenüber, sodass die Endkappe 3Λ am Anschlag 14 vorbeigeführt werden kann.
Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung eines Anschlags 14 besteht in der direkten Verbindung zwischen dem Stößel 4 und dem Dichtelement 6 des Sitzventils 12, sodass der Stößel auch die Rolle des Dichtelements übernimmt. Bei einem Rückziehen der Endkappe gerät der Ventilsitz dann selbst zum Anschlagelement, da das Dichtelement bzw. der Stößel ein Durchmesser aufweist, sodass es bzw. er nicht am Ventilsitz vorbeigeführt werden kann.
Der Anschlag 14 kann auch durch eine zusätzliche Feder zwischen Kolben 13b und dem festen Lager 15 ersetzt werden. Die Vorspannung der Feder bei der Herstellung der Dosiervorrichtung sorgt für eine effektive Kraft nach unten, die über den Stößel 4 zum Dichtelement 6 der Ventileinheit B wirkt und einer Veränderung der Gleichgewichtslage des Kolbens entgegenwirkt. Der Kolben erfährt dadurch immer eine Rückstellkraft, um ein Verschieben der Gleichgewichtslage des Kolbens zu verhindern und einen definierten Kontakt zwischen dem Stößel und dem Dichtelement zu gewährleisten.
Je nach Ausführungsform ist die Elastizität auch der Membrane 5 als Rückstellelement für eine gewünschte Gleichgewichtslage geeignet . Ein Anschweißen der Membrane 5 an die Endkappe 3 Λ und am Gehäuse 1 sorgt dabei für einen Schutz gegen eine Verdrehung der Endkappe in eine Lage, in der die Ausnehmungen 14a und die Ohren 3 λa sich im fertig hergestellten Zustand der Dosiervorrichtung gegenüberliegen, und die Endkappe dadurch versehentlich wieder am Anschlag vorbeigezogen wird.
Es wird bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung in einem Common-Rail Diesel Injektor eingesetzt wird. Im Rahmen dieses Dokuments werden folgende Quellen angegeben:
[1] Vortrag, Dr. Lubitz, Actuator Messe, Bremen 2002

Claims

Patentansprüche
1. Dosiervorrichtung, aufweisend: eine Aktoreinheit (A) umfassend - ein Gehäuse (1) mit einem im Gehäuse eingeführten Aktor (2) - ein unter Druck mit einem Fluid befüllbares hydraulisches Kompensationselement (X) welches mit dem Aktor verbunden ist, wobei - ein erstes Ende des Aktors (2) mit einer ersten Endkappe (3λ) versehen ist - ein Anschlag (14) in der Form eines Sitzes am Gehäuse (1) angeordnet ist, welcher der ersten Endkappe (3 ) gegenüberliegt und für die erste Endkappe eine Anschlagsposition definiert der Anschlag (14) einen Abstand zwischen einem Dichtelement (6) einer Ventileinheit (B) und der Endkappe (3 ) einhält, wobei der Abstand kleiner ist als der durch den Aktor (2) bewirkte Hubweg sodass der Hub des Aktors (2) über die Endkappe (3 ) zum Öffnen des Ventils ausreicht bei einer Bewegung der ersten Endkappe (3λ) in Richtung der Hydraulisches Kompensationselement (13) die erste Endkappe (3Λ) den Anschlag (14) trifft und diese Bewegung blockiert wird.
2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Endkappe (3 ) ein auf die Ventileinheit (B) gerichtetes Stößel (4) aufweist.
3. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die erste Endkappe (3Λ) kegelstumpfförmig ist, deren Mantelfläche Stufen aufweist.
4. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, bei der der Anschlag (14) als Verjüngung des Innendurchmessers des Gehäuses (1) ausgebildet ist.
5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 4, bei der die erste Endkappe (3 ) zwei Ohren (3λa) aufweist, auf deren queraxialen Ebene die Endkappe einen Außendurchmesser aufweist, welche größer ist als der minimale Innendurchmesser des Anschlags (14) .
6. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Aktor mit einer zweiten Endkappe (7 ) versehen ist, welche mit dem hydraulischen Kompensations- element (13) verbunden ist.
7. Dosiervorrichtung nach Anspruch 6, bei der die zweite Endkappe (7 ) eine Bohrung (16) für Anschlussdrähte aufweist.
8. Dosiervorrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Aktor (2) mittels einer Rohrfeder (8) vorgespannt ist.
9. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das hydraulische Kompensationselement (X) gegenüber kurzzeitigen Kraftbeaufschlagungen steif ist und bei einer thermisch induzierten Längenänderung des Aktors nachgibt .
10. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das hydraulische Kompensationselement (13) : mindestens eine Hydraulikkammer (13c) ein Gehäuse (13a) - einen im Gehäuse verschieblich eingeführten Kolben (13b) Speichervolumina (13e) , welche nach Außen mittels Membranen (13f) abgedichtet sind, aufweist, wobei der Kolben oder das Gehäuse mit der zweiten Endkappe (7 ) des Aktors verbunden ist.
11. Dosiervorrichtung nach Anspruch 10, bei der das hydraulische Kompensationselement (13) zur erhöhten Steifigkeit mehrere Hydraulikkammern (13c) aufweist.
12.Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei der die Hydraulikkammern (13c) zwischen axial druckwirksame Flächen des Gehäuses (13a) und des Kolbens (13b) ausgebildet sind.
13. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der der Kolben (13b) oder das Gehäuse (13a) axiale Bohrungen aufweist, welche die Speichervolumina (13e) mit den Hydraulikkammern (13c) verbinden, wobei die Öffnungen der Bohrungen mit Rückschlagventilen versehen sind.
14.Dosiervorrichtung nach einem Ansprüche 10 bis 13, bei der im hydraulischen Kompensationselement der Kolben (13b) und das Gehäuse (13a) jeweils unterschiedliche Temperaturdehnungskoe fizienten aufweisen .
15.Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das hydraulische Kompensationselement (13) mit einem Ausgleichsspeicher versehen ist welcher thermische Volumenänderungen des im hydraulischen Kompensati- onselement befindlichen Fluids abfängt.
16.Verfahren zur Herstellung einer Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Endkappe (3λ) am Anschlag (14) vorbeigeführt wird und an- hand einer anschließenden Drehung die Endkappe und der Anschlag sich derart gegenüberliegen, dass bei einer Bewegung der Endkappe in Richtung des hydraulischen Kompensationselements (13) die Endkappe den Anschlag trifft und diese Bewegung blockiert wird.
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