EP2199591A1 - Hydraulischer Koppler - Google Patents

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Publication number
EP2199591A1
EP2199591A1 EP09176711A EP09176711A EP2199591A1 EP 2199591 A1 EP2199591 A1 EP 2199591A1 EP 09176711 A EP09176711 A EP 09176711A EP 09176711 A EP09176711 A EP 09176711A EP 2199591 A1 EP2199591 A1 EP 2199591A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
pot
cylinder
hydraulic coupler
coupler according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09176711A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Schmieder
Andreas Jakobi
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2199591A1 publication Critical patent/EP2199591A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/025—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive hydraulic, e.g. with pressure amplification
    • F02M57/026—Construction details of pressure amplifiers, e.g. fuel passages or check valves arranged in the intensifier piston or head, particular diameter relationships, stop members, arrangement of ports or conduits
    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/705—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for filling or emptying hydraulic chamber, e.g. for compensating clearance or thermal expansion
    • F02M2200/706—Valves for filling or emptying hydraulic chamber

Definitions

  • the invention is based on a hydraulic coupler for playless transmission of an axial movement of a first element to a second element, in particular of an actuator on a valve needle of a fuel injection valve, according to the preamble of claim 1.
  • a known fuel injection valve ( DE 10 2004 002 134 A1 ) is arranged between the actuator and the valve needle hydraulic coupler to compensate for differences in length, resulting from temperature changes due to different expansion valve body or valve needle and actuator, so that no gap can form between the actuator and the valve needle and is always ensured that the hub of the actuator is transmitted to the valve needle and no stroke loss occurs.
  • the hydraulic coupler has a pot-shaped cylinder with pot bottom and pot opening and a piston axially displaceably guided in the cylinder, wherein between the pot bottom and the piston, a liquid-filled coupler gap is present.
  • a first diaphragm seals the coupler at the pot opening between the cylinder and the piston and defines a first fluid-filled equalization chamber.
  • the filling of the coupler gap and the compensation chambers with liquid, such as hydraulic oil, via a hermetically sealable filling channel, for example is realized by an introduced into the cylinder radial bore, which opens into the connecting channel between the first and second compensation chamber.
  • the hydraulic coupler according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that by the location of the piston in the cylinder at maximum remote locations of the piston in the cylinder - unlike the known slide over the entire length of the piston - "tilt" in the cylinder so that the diaphragm no longer has to compensate for radial tolerances.
  • the membrane can be mounted directly on the piston, and additional components for the radial tolerance compensation between the piston and cylinder omitted.
  • the axial length of the piston in the piston end portion leading pot wall portion of the cylinder is dimensioned so that with minimal radial gap and maximum tilting or tilting of the piston relative to the cylinder clamping between the piston and cylinder does not occur.
  • the outside of the piston end portion leading pot wall portion existing radial gap between the pot wall of the cylinder and piston can be constant or increase towards the pot opening.
  • the existing outside the leading pot wall section radial gap is prepared by either the pot interior of the cylinder or the piston or both outside the leading pot wall portion and plunging into this Kolbenendabitess conical shape, on the one hand, the clear diameter of the cylinder steadily increases and / or on the other hand, the outer diameter of the piston decreases steadily.
  • the cylinder may have two graduated in the diameter diameter pot wall portions, of which the smaller diameter pot portion is the leading, and / or the piston have two stepped in diameter piston portions, of which the larger diameter of the immersed in the leading pot wall portion piston end is.
  • the membrane is fixed with its outer edge region on the outer cylinder jacket and with its inner edge region on a centering pin inserted into the piston, e.g. welded.
  • This allows for easy assembly of the membrane, which is first attached to the centering pin separated from the piston, e.g. welded and then laid after pressing the centering pin in the piston on the annular end face of the piston and with its outer edge region on the outer surface of the cylinder, for. is welded, taking care that the membrane has a certain axial bias, e.g. in the order of 50 N, receives.
  • the compensation space communicates via at least one channel introduced into the centering pin with a filling opening which is likewise arranged in the centering bolt and which can be hermetically sealed after filling the compensation space with liquid.
  • the filling opening is realized by an axial through hole in the centering pin and the at least one channel by an axial groove in the bolt shank.
  • Axial and through holes are connected via a bevel on the bottom of the pot facing end face of the bolt shaft with each other. To close the axial through hole, a ball is pressed into this.
  • Fig. 1 shown in longitudinal section hydraulic coupler for playless transmission of axial movement of a first element to a second element is used for example in a fuel injection valve for an internal combustion engine and eg - as shown here - between a spring-loaded valve needle 11 and a valve needle 11 against the restoring force of the spring shifting actuator 12 arranged.
  • the coupler can also be arranged between the actuator 12 and a connection piece fixed in the valve housing, wherein the actuator 12 acts directly on the valve needle 11.
  • Fig. 1 would then change so far, as the one side of the coupler rests not on the valve needle 11, but on the housing-fixed connector.
  • the actuator 12 may be, for example, a piezoelectric actuator, a so-called piezo stack. However, it can also be embodied as a magnetostrictive or as an electromagnetic actuator.
  • a piezoelectric actuator is for example in the DE 103 19 599 A1 described.
  • the hydraulic coupler has a pot-shaped cylinder 13 with pot bottom 131, inner pot wall 132 and pot opening 133 and a cup 14 received in the pot-shaped cylinder 13, axially movable.
  • a radial flange 134 is integrally formed with axial distance from the pot opening 133.
  • the cylinder 13 is inserted into a pot-shaped housing 15 so that the radial flange 134 rests on the front-side, annular housing edge.
  • frusto-conical recess 34 engages the drive-side, rounded end of the valve needle 11 frictionally.
  • the pot opening 133 and the end facing away from the bottom of the pot 131 end face of the piston 14 are spanned by a first diaphragm 16, which limits a first compensation chamber 17.
  • the first membrane 16 is designed, for example, annular and fixed with its inner edge region on the piston 14 and with its outer edge region on the outer surface of the cylinder 13.
  • a centering pin 18 with a bolt head 181 and a bolt shank 182 is provided for this purpose, which is pressed with its bolt shank 182 into a blind hole-like recess 19 introduced centrally into the end face of the piston 14 facing away from the pot bottom 131.
  • the first membrane 16 is attached with its inner edge region on the piston 14 facing the underside of the bolt head 181, for example, welded.
  • the circumferential weld 20 is in Fig. 1 indicated. The welding of the first diaphragm 16 to the centering pin 18 takes place before the centering pin 18 is pressed into the piston 14.
  • the first membrane 16 protruding over the annular end faces of piston 14 and cylinder 13 is folded with its outer edge region onto the outer jacket of the cylinder 13 and fastened there, eg by the weld 21.
  • a frusto-conical recess 22 is centrally inserted, in which the actuator 12 with a spherically rounded end portion 121 plunges non-positively.
  • the first diaphragm 16 which may be made of steel or an elastomer, welded to the bolt head 131 and to the cylinder 13, as well as the first compensation chamber 17 delimited by it, can be seen in greater clarity.
  • the piston 14, which is axially movably held in the cylinder 13, is guided on the one hand exclusively with a piston end section 141 in a pot wall section 132a of the cylinder 13 adjoining the bottom of the pot 131, and supported on the cylinder 13 by means of the first diaphragm 16 with radial play.
  • a piston end section 141 in a pot wall section 132a of the cylinder 13 adjoining the bottom of the pot 131 and supported on the cylinder 13 by means of the first diaphragm 16 with radial play.
  • circumferential radial gap 23 is present outside of the piston 14 leading pot wall portion 132a between the pot wall of the cylinder 13 and the piston 14 to a pot opening 133 reaching.
  • a coupler gap 24 is present, which communicates via a throttle 25 with a second compensation chamber 26 in connection.
  • the second compensation chamber 26 is delimited by a cap-shaped second diaphragm 27, which is pushed onto the end face of the cylinder 13 facing away from the pot opening 133 and fastened, for example, by means of a weld 28 near the edge of the cap on the outer jacket of the cylinder 13.
  • the second compensation chamber 26 thereby extends over a part of the outer shell and the end face of the cylinder 13 facing away from the pot opening and communicates with the circumferential radial gap 23 through a through hole 29 pierced through the cylinder wall outside the pot wall section 132a leading the piston 14 and via this with the first compensation chamber 17 in connection.
  • the through hole 29 is designed as a radial bore.
  • Coupler gap 24, first compensation chamber 17 and second compensation chamber 26 are filled with a liquid, such as a hydraulic oil.
  • a filling opening 30 is provided in the centering pin 18 and at least one channel connected to the filling opening 30 is present in the pin shank 182, which opens into the first equalization chamber 17.
  • the filling opening 30 is realized by a centrally inserted into the centering pin 18 through hole 31 and the channel by a milled into the pin shaft 182 of the centering pin 18 axial groove 32 which extends over the entire length of the bolt shank 182.
  • the bolt shank 182 is chamfered on one side so that a connection between the through hole 31 and the axial groove 32 is made. Liquid is introduced via the filling opening 30 and a certain overpressure is set. After filling, the filling opening 30 is closed in a liquid-tight manner by means of a ball 33 pressed into the through-bore 31.
  • the inside diameter of the cylinder 13 between the pot wall portion 132a and the pot wall opening 133 increases steadily, preferably linearly, and in the case of the cylinder truncated cone, the outside diameter of the cylinder 13 increases from the piston end portion 141 to the end face of the piston 14 steady, preferably linear, from.
  • the radial gap 23 increasing in its radial width towards the pot opening 133, it is sufficient for either the clear diameter of the cylinder 13 or the outer diameter of the piston 14 to increase or decrease in the areas addressed.
  • both the outer diameter of the piston 14 and the inside diameter of the cylinder 13 is stepped, so that the cylinder 13 next to the leading pot wall portion 132 a with the axial L longer a reaching to the pot opening 31, another pot wall portion 132 b with respect to the leading pot wall portion 132 a larger diameter and the Piston 14 in addition to its plunging into the pot wall portion 132 a piston end 141 has a reaching to the front side piston portion 142 with respect to the Kolbenendabites 141 smaller outer diameter.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Es wird ein hydraulischer Koppler zur spiellosen Übertragung einer Axialbewegung eines ersten Elements auf ein zweites Element, insbesondere eines Aktors (12) auf eine Ventilnadel (11) eines Kraftstoffeinspritzventils, angegeben, der einen topfförmigen Zylinder (13) mit Topfboden (131), Topfwand (132) und Topföffnung (133) und einen im Zylinder (13) axial verschieblich aufgenommenen Kolben (14) sowie eine die Topföffnung (133) und die vom Topfboden (131) abgekehrte Stirnseite des Kolbens (14) überspannende Membran (16) aufweist, die einen Ausgleichsraum (17) begrenzt. Zur Sicherstellung einer zuverlässigen Beweglichkeit des Kolbens (14) ohne Gefahr des Klemmens ist die Topfwand (132) des Zylinders (13) und/oder der Kolben (14) so gestaltet, dass der Kolben (14) einerseits mittels der Membran (16) mit Radialspiel am Zylinder (13) gelagert ist und andererseits aussschließlich in einem an den Topfboden (131) sich anschließenden Topfwandabschnitt (132a) des Zylinders (13) radial spiellos geführt ist, wobei die Axiallänge (L) des führenden Topfwandabschnitts (132a) nur einen Bruchteil der gesamten Axiallänge des Zylinders (13) beträgt.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem hydraulischen Koppler zum spiellosen Übertragen einer Axialbewegung eines ersten Elements auf ein zweites Element, insbesondere eines Aktors auf eine Ventilnadel eines Kraftstoffeinspritzventils, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei einem bekannten Kraftstoffeinspritzventil ( DE 10 2004 002 134 A1 ) dient der zwischen Aktor und Ventilnadel angeordnete hydraulische Koppler zum Ausgleich von Längendifferenzen, die aus durch Temperaturänderungen bedingten unterschiedlichen Dehnungen von Ventilgehäuse oder Ventilnadel und Aktor resultieren, damit sich zwischen dem Aktor und der Ventilnadel kein Spalt bilden kann und immer gewährleistet ist, dass der Hub des Aktors auf die Ventilnadel übertragen wird und kein Hubverlust auftritt. Der hydraulische Koppler weist einen topfförmigen Zylinder mit Topfboden und Topföffnung und einen im Zylinder axial verschieblich geführten Kolben auf, wobei zwischen dem Topfboden und dem Kolben ein flüssigkeitsgefüllter Kopplerspalt vorhanden ist. Eine erste Membran dichtet den Koppler an der Topföffnung zwischen Zylinder und dem Kolben ab und begrenzt einen ersten flüssigkeitsgefüllten Ausgleichsraum. Eine auf der dem Kolben abgewandten Seite des Topfbodens angeordnete zweite Membran begrenzt zusammen mit dem Zylinder einen flüssigkeitsgefüllten zweiten Ausgleichsraum, der einerseits über eine Drosselbohrung mit dem Kopplerspalt und andererseits über einen axial den Kolben durchziehenden Verbindungskanal mit dem ersten Ausgleichsraum in Verbindung steht. Die Befüllung des Kopplerspalts und der Ausgleichsräume mit Flüssigkeit, z.B. Hydrauliköl, erfolgt über einen hermetisch verschließbaren Befüllkanal, der beispielsweise durch eine in den Zylinder eingebrachte Radialbohrung realisiert ist, die in den Verbindungskanal zwischen dem ersten und zweiten Ausgleichsraum mündet.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße hydraulische Koppler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die an maximal voneinander entfernten Stellen des Kolbens vorgenommene Lagerung des Kolbens im Zylinder der Kolben - anders als bei der bekannten Gleitführung über die gesamte Kolbenlänge - im Zylinder "verkippen" kann, sodass die Membran keine radialen Toleranzen mehr ausgleichen muss. Die Membran kann direkt am Kolben befestigt werden, und zusätzliche Bauteile für den radialen Toleranzausgleich zwischen Kolben und Zylinder entfallen. Die axiale Länge des den Kolben in dessen Kolbenendabschnitt führenden Topfwandabschnitts des Zylinders ist dabei so bemessen, dass bei minimalem Radialspalt und maximalem Verkippen bzw. Schrägstellen des Kolbens relativ zum Zylinder eine Klemmung zwischen Kolben und Zylinder nicht auftritt. Der außerhalb des den Kolbenendabschnitt führenden Topfwandabschnitts vorhandene Radialspalt zwischen Topfwand des Zylinders und Kolben kann dabei konstant sein oder zur Topföffnung hin zunehmen.
  • Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen hydraulischen Kopplers möglich.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der außerhalb des führenden Topfwandabschnitts vorhandene Radialspalt dadurch hergestellt, dass entweder der Topfinnenraum des Zylinders oder der Kolben oder beide außerhalb des führenden Topfwandabschnitts und des in diesen eintauchenden Kolbenendabschnitts Kegelform erhalten, wobei einerseits der lichte Durchmesser des Zylinders stetig zunimmt und/oder andererseits der Außendurchmesser des Kolbens stetig abnimmt. Alternativ kann der Zylinder zwei im lichten Durchmesser abgestufte Topfwandabschnitte aufweisen, von denen der durchmesserkleinere Topfabschnitt der führende ist, und/oder der Kolben zwei im Durchmesser gestufte Kolbenabschnitte aufweisen, von denen der durchmessergrößere der in den führenden Topfwandabschnitt eintauchende Kolbenendabschnitt ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Membran mit ihrem äußeren Randbereich auf dem äußeren Zylindermantel und mit ihrem inneren Randbereich an einem in den Kolben eingesetzten Zentrierbolzen jeweils festgelegt, z.B. verschweißt. Dies ermöglicht eine einfache Montage der Membran, die zunächst an dem vom Kolben separierten Zentrierbolzen, z.B. angeschweißt und dann nach Einpressen des Zentrierbolzens in den Kolben über die ringförmige Stirnseite des Kolbens verlegt und mit ihrem äußeren Randbereich auf dem Außenmantel des Zylinders z.B. aufgeschweißt wird, wobei dafür Sorge getragen wird, dass die Membran eine gewisse axiale Vorspannung, z.B. in der Größenordnung von 50 N, erhält.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung steht der Ausgleichsraum über mindestens einen in den Zentrierbolzen eingebrachten Kanal mit einer ebenfalls im Zentrierbolzen angeordneten Einfüllöffnung in Verbindung, die nach Befüllen des Ausgleichsraums mit Flüssigkeit hermetisch verschließbar ist. Vorzugsweise wird die Einfüllöffnung durch eine axiale Durchgangsbohrung im Zentrierbolzen und der mindestens eine Kanal durch eine Axialnut im Bolzenschaft realisiert. Axialnut und Durchgangsbohrung stehen über eine Abschrägung an der dem Topfboden zugekehrten Stirnfläche des Bolzenschaftes miteinander in Verbindung. Zum Verschließen der axialen Durchgangsbohrung wird in diese eine Kugel eingepresst. Durch diese konstruktiven Maßnahmen sind alle für das Einfüllen der Flüssigkeit nach der Endmontage des Kopplers erforderlichen Mittel in den vom Koppler separierbaren Zentrierbolzen verlagert und werden somit im Vorfeld der Zentrierbolzenherstellung kostengünstig gleich mit eingearbeitet.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung ist anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt eines hydraulischen Kopplers,
    Fig. 2
    eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II in Fig. 1,
    Fig. 3
    einen Längsschnitt des hydraulischen Kopplers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiels.
  • Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte hydraulische Koppler zur spiellosen Übertragung einer Axialbewegung eines ersten Elements auf ein zweites Element ist beispielsweise bei einem Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine eingesetzt und z.B. - wie hier dargestellt - zwischen einer federbelasteten Ventilnadel 11 und einem die Ventilnadel 11 gegen die Rückstellkraft der Feder verschiebenden Aktor 12 angeordnet. Alternativ kann der Koppler auch zwischen dem Aktor 12 und einem im Ventilgehäuse festgelegten Anschlussstück angeordnet sein, wobei der Aktor 12 direkt auf die Ventilnadel 11 wirkt. Fig. 1 würde sich dann insoweit ändern, als die eine Seite des Kopplers nicht an der Ventilnadel 11, sondern an dem gehäusefesten Anschlussstück anliegt. Der Aktor 12 kann beispielsweise ein piezoelektrischer Aktor, ein sog. Piezostack, sein. Er kann jedoch auch als magnetostriktiver oder als elektromagnetischer Aktor ausgeführt werden. Ein piezoelektrischer Aktor ist beispielsweise in der DE 103 19 599 A1 beschrieben.
  • Der hydraulische Koppler weist einen topfförmigen Zylinder 13 mit Topfboden 131, innerer Topfwand 132 und Topföffnung 133 sowie einen im topfförmigen Zylinder 13 aufgenommen, axial beweglichen Kolben 14 auf. Am Zylinder 13 ist mit Axialabstand von der Topföffnung 133 ein Radialflansch 134 einstückig ausgebildet. Der Zylinder 13 ist in ein topfförmiges Gehäuse 15 so eingesetzt, dass der Radialflansch 134 auf dem stirnseitigen, ringförmigen Gehäuserand aufliegt. In eine in den Gehäuseboden 151 eingearbeitete, kegelstumpfförmige Ausnehmung 34 greift das antriebseitige, abgerundete Ende der Ventilnadel 11 kraftschlüssig ein. Die Topföffnung 133 und die vom Topfboden 131 abgekehrte Stirnseite des Kolbens 14 sind von einer ersten Membran 16 überspannt, die einen ersten Ausgleichsraum 17 begrenzt. Die erste Membran 16 ist beispielsweise ringförmig ausgeführt und mit ihrem inneren Randbereich am Kolben 14 und mit ihrem äußeren Randbereich auf dem Außenmantel des Zylinders 13 festgelegt. Im Einzelnen ist hierzu ein Zentrierbolzen 18 mit einem Bolzenkopf 181 und einem Bolzenschaft 182 vorgesehen, der mit seinem Bolzenschaft 182 in eine zentral in die vom Topfboden 131 abgekehrte Stirnseite des Kolbens 14 eingebrachte, sacklochartige Aussparung 19 eingepresst ist. Die erste Membran 16 ist mit ihrem inneren Randbereich an der dem Kolben 14 zugekehrten Unterseite des Bolzenkopfes 181 befestigt, z.B. festgeschweißt. Die umlaufende Schweißnaht 20 ist in Fig. 1 angedeutet. Das Anschweißen der ersten Membran 16 an den Zentrierbolzen 18 erfolgt vor dem Einpressen des Zentrierbolzens 18 in den Kolben 14.
  • Nach Einpressen des Zentrierbolzens 18 wird die über die ringförmigen Stirnflächen von Kolben 14 und Zylinder 13 hinwegragende erste Membran 16 mit ihrem äußeren Randbereich auf den Außenmantel des Zylinders 13 umgelegt und dort, z.B. durch die Schweißnaht 21, befestigt. Im Bolzenkopf 181 des Zentrierbolzens 18 ist eine kegelstumpfförmige Ausnehmung 22 zentral eingebracht, in die der Aktor 12 mit einem sphärisch abgerundeten Endabschnitt 121 kraftschlüssig eintaucht. In der vergrößerten Ausschnittsdarstellung in Fig. 2 ist die am Bolzenkopf 131 und am Zylinder 13 angeschweißte erste Membran 16, die aus Stahl oder einem Elastomer bestehen kann, sowie der von ihr begrenzte erste Ausgleichsraum 17 in größerer Deutlichkeit zu sehen.
  • Der im Zylinder 13 axial beweglich gehaltende Kolben 14 ist einerseits ausschließlich mit einem Kolbenendabschnitt 141 in einem an den Topfboden 131 sich anschließenden Topfwandabschnitt 132a des Zylinders 13 radial spiellos geführt und andererseits mittels der ersten Membran 16 mit Radialspiel am Zylinder 13 gelagert. Hierzu ist außerhalb des den Kolben 14 führenden Topfwandabschnitts 132a zwischen der Topfwand des Zylinders 13 und dem Kolben 14 ein bis zur Topföffnung 133 reichender, umlaufender Radialspalt 23 vorhanden.
  • Zwischen dem Topfboden 131 des Zylinders 13 und der dem Topfboden 131 zugekehrten Stirnfläche des Kolbens 14 ist ein Kopplerspalt 24 vorhanden, der über eine Drossel 25 mit einem zweiten Ausgleichsraum 26 in Verbindung steht. Der zweite Ausgleichsraum 26 ist von einer kappenförmigen zweiten Membran 27 begrenzt, die auf die von der Topföffnung 133 abgekehrte Stirnseite des Zylinders 13 aufgeschoben und z.B. mittels einer Schweißnaht 28 nahe dem Kappenrand auf dem Außenmantel des Zylinders 13 befestigt ist. Der zweite Ausgleichsraum 26 erstreckt sich dadurch über einen Teil des Außenmantels und der von der Topföffnung abgekehrten Stirnfläche des Zylinders 13 und steht durch ein in den Zylinder 13 außerhalb des den Kolben 14 führenden Topfwandabschnitts 132a eingebrachtes, die Zylinderwand durchstoßendes Durchgangsloch 29 mit dem umlaufenden Radialspalt 23 und über diesen mit dem ersten Ausgleichsraum 17 in Verbindung. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist das Durchgangsloch 29 als Radialbohrung ausgeführt.
  • Kopplerspalt 24, erster Ausgleichsraum 17 und zweiter Ausgleichsraum 26 sind mit einer Flüssigkeit, z.B. einem Hydrauliköl, gefüllt. Die Füllung erfolgt nach Endmontage des Kopplers. Hierzu ist im Zentrierbolzen 18 eine Einfüllöffnung 30 und im Bolzenschaft 182 mindestens ein mit der Einfüllöffnung 30 verbundender Kanal vorhanden, der im ersten Ausgleichsraum 17 mündet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Einfüllöffnung 30 durch eine in den Zentrierbolzen 18 zentral eingebrachte Durchgangsbohrung 31 und der Kanal durch eine in den Bolzenschaft 182 des Zentrierbolzens 18 eingefräste Axialnut 32 realisiert, die sich über die gesamte Länge des Bolzenschaftes 182 erstreckt. An seinem dem Grund der Aussparung 19 zugekehrten Ende ist der Bolzenschaft 182 einseitig so abgeschrägt, dass eine Verbindung zwischen der Durchgangsbohrung 31 und der Axialnut 32 hergestellt ist. Über die Einfüllöffnung 30 wird Flüssigkeit eingefüllt und ein gewisser Überdruck eingestellt. Nach Befüllen wird die Einfüllöffnung 30 mittels einer in die Durchgangsbohrung 31 eingepressten Kugel 33 flüssigkeitsdicht verschlossen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel des hydraulischen Kopplers gemäß Fig. 1 und 2 nimmt die Breite des das "Verkippen" des Kolbens 14 im Zylinder 13 ermöglichenden, umlaufenden Radialspalts 23 von dem den Kolben 14 in dessen Kolbenendabschnitt 141 führenden Topfwandabschnitt 132a bis zur Topföffnung 133 stetig zu. Dies ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dadurch realisiert, dass sowohl der Topfwandbereich von dem führenden Topfwandabschnitt 132a bis zur Topföffnung 133 als auch der Bereich des Kolbens 14 von dem in den Topfwandabschnitt 132a eintauchenden Kolbenendabschnitt 141 bis zu der von dem Topfboden 131 abgekehrten Stirnseite des Kolbens 14 jeweils Kegelstumpfform aufweist. Im Fall des Topfwand-Kegelstumpfs nimmt der lichte Durchmesser des Zylinders 13 zwischen dem Topfwandabschnitt 132a und der Topfwandöffnung 133 stetig, vorzugsweise linear, zu und im Falle des Zylinder-Kegelstumpfs nimmt der Außendurchmesser des Zylinders 13 von dem Kolbenendabschnitt 141 bis zur Stirnseite des Kolbens 14 stetig, vorzugsweise linear, ab. Zur Realisierung des in seiner radialen Breite zur Topföffnung 133 hin zunehmenden Radialspalts 23 genügt es jedoch, dass entweder der lichte Durchmesser des Zylinders 13 oder der Außendurchmesser des Kolbens 14 in den angesprochenen Bereichen zu - bzw. abnimmt.
  • Das in Fig. 3 skizzierte Ausführungsbeispiel des hydraulischen Kopplers stimmt weitgehend mit dem in Fig. 1 überein, sodass gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der hydraulische Koppler gemäß Fig. 3 ist insoweit modifiziert, als der Radialspalt 23' außerhalb des den Kolbenendabschnitt 141 führenden Topfwandabschnitts 132a bis hin zur Topföffnung 133 konstant ist. Hierzu ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sowohl der Außendurchmesser des Kolbens 14 als auch der lichte Durchmesser des Zylinders 13 gestuft, sodass der Zylinder 13 neben dem führenden Topfwandabschnitt 132a mit der axialen Länger L einen bis zur Topföffnung 31 reichenden, weiteren Topfwandabschnitt 132b mit gegenüber dem führenden Topfwandabschnitt 132a größerem Durchmesser und der Kolben 14 neben seinem in den Topfwandabschnitt 132a eintauchenden Kolbenendabschnitt 141 einen bis zur Stirnseite reichenden Kolbenabschnitt 142 mit gegenüber dem Kolbenendabschnitt 141 kleinerem Außendurchmesser aufweist. Auch hier ist es ausreichend, wenn nur der Innendurchmesser des Zylinders 13 oder nur der Außendurchmesser des Kolbens 14 eine Durchmesserstufung aufweist.

Claims (12)

  1. Hydraulischer Koppler zum spiellosen Übertragen einer Axialbewegung eines ersten Elements auf ein zweites Element, insbesondere eines Aktors (12) auf eine Ventilnadel (11) eines Kraftstoffeinspritzventils, mit einem Topfboden (131), Topfwand (132) und Topföffnung (133) aufweisenden, topfförmigen Zylinder (13) und einem im Zylinder (13) axial verschieblich aufgenommenen Kolben (14) und mit einer die Topföffnung (133) und die vom Topfboden (131) abgekehrte Stirnseite des Kolbens (14) überspannenden Membran (16), die am Zylinder (13) und am Kolben (14) festgelegt ist und einen flüssigkeitsgefüllten Ausgleichsraum (17) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass Topfwand (132) des Zylinders (13) und/oder Kolben (14) so gestaltet sind, dass der Kolben (14) einerseits mittels der Membran (16) mit Radialspiel am Zylinder (13) gelagert ist und andererseits ausschließlich mit einem Kolbenendabschnitt (141) in einem an den Topfboden (131) sich anschließenden Topfwandabschnitt (132) des Zylinders (13) radial spiellos geführt ist, und dass die Axiallänge (L) des führenden Topfwandabschnitts (132a) einen Bruchteil der gesamten Axiallänge des Zylinders (13) beträgt.
  2. Hydraulischer Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des dem Kolbenendabschnitt (141) führenden Topfwandabschnitts (132a) des Zylinders (13) zwischen der Topfwand (132) des Zylinders (13) und dem Kolben (14) ein bis zur Topföffnung (133) reichender, umlaufender Radialspalt (23, 23') vorhanden ist.
  3. Hydraulischer Koppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Radialspalts (23, 23') konstant ist oder zur Topföffnung (133) hin stetig zunimmt.
  4. Hydraulischer Koppler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der lichte Durchmesser des Zylinders (13) im Bereich zwischen dem führenden Topfwandabschnitt (132a) und der Topföffnung (133) konstant und größer ist als innerhalb des führenden Topfwandabschnitts (132a).
  5. Hydraulischer Koppler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenaußendurchmesser des Kolbens (14) außerhalb seines in den führenden Topfwandabschnitt (132a) eintauchenden Kolbenendabschnitts (141) konstant und kleiner ist als im Kolbenendabschnitt (141).
  6. Hydraulischer Koppler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der lichte Durchmesser des Zylinders (13) von dem führenden Topfwandabschnitt (132a) bis zur Topföffnung (133) hin stetig zunimmt.
  7. Hydraulischer Koppler nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenaußendurchmesser des Kolbens (14) von seinem in den führenden Topfwandabschnitt (132a) eintauchenden Kolbenabschnitt (141) bis zur Topföffnung (133) stetig abnimmt.
  8. Hydraulischer Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (16) einerseits mit einem äußeren Randbereich auf dem Außenmantel des Zylinders (13) und andererseits mit einem inneren Randbereich an einem in den Kolben (14) eingesetzten Zentrierbolzen (18) jeweils festgelegt ist.
  9. Hydraulischer Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Topfboden (131) des Zylinders (13) auf seine vom Kolben (14) abgekehrten Außenseite von einer zweiten Membran (27) überspannt ist, die auf dem Außenmantel des Zylinders (13) festgelegt ist und einen zweiten Ausgleichsraum (26) begrenzt, und dass der zweite Ausgleichsraum (26) einerseits über eine Drossel (25) mit einem zwischen Topfboden (131) und der dem Topfboden (131) zugekehrten Stirnseite des Kolbens (14) vorhandenen Kopplerspalt (24) und andererseits über ein in den Zylinder (13) oberhalb des führenden Topfabschnitts (132a) seitlich eingebrachtes Durchgangsloch (29) in Verbindung steht.
  10. Hydraulischer Koppler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierbolzen (18) einen Bolzenkopf (181) und einen Bolzenschaft (182) aufweist, dass an der zum Bolzenschaft (132) weisenden Unterseite des Bolzenkopfes (131) die Membran (16) mit ihrem inneren Randbereich befestigt ist und dass der Bolzenschaft (132) in eine sacklochartige Aussparung (19) im Kolben (14) eingepresst ist.
  11. Hydraulischer Koppler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ausgleichsraum (17) über mindestens einen in den Zentrierbolzen (18) eingebrachten Kanal mit einer Einfüllöffnung im Zentrierbolzen (18) in Verbindung steht und dass die Einfüllöffnung (30) flüssigkeitsdicht verschließbar ist.
  12. Hydraulischer Koppler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung (30) durch eine axiale Durchgangsbohrung (31) im Zentrierbolzen (18) und der mindestens eine Kanal durch eine Axialnut (32) im Bolzenschaft (182) realisiert ist und dass die Axialnut (32) über eine Abschrägung an der Stirnfläche des Bolzenschafts (132) mit der Durchgangsbohrung (31) in Verbindung steht und dass zum Schließen der axialen Durchgangsbohrung (31) in diese eine Kugel (33) eingepresst ist.
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