WO1987005670A1 - Electrically controllable positioning system - Google Patents

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WO1987005670A1
WO1987005670A1 PCT/DE1986/000476 DE8600476W WO8705670A1 WO 1987005670 A1 WO1987005670 A1 WO 1987005670A1 DE 8600476 W DE8600476 W DE 8600476W WO 8705670 A1 WO8705670 A1 WO 8705670A1
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WO
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piston
bore
actuator
actuating device
force
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Application number
PCT/DE1986/000476
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German (de)
French (fr)
Inventor
Gerhard BRÜGGEN
Dieter Karr
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/26—Locking mechanisms
    • F15B15/262—Locking mechanisms using friction, e.g. brake pads
    • 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
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/46—Valves
    • F02M59/466—Electrically operated valves, e.g. using electromagnetic or piezoelectric operating means
    • F02M59/468—Electrically operated valves, e.g. using electromagnetic or piezoelectric operating means using piezoelectric operating means

Definitions

  • the invention relates to an electrically controllable actuating device according to the preamble of the main claim.
  • an electrically controllable valve device is known in which an electrical actuator exerts a clamping force on a piston-like valve member guided in a valve bore and displaceable by an actuating force and prevents its movement.
  • the actuator is designed as an electromagnet or as a layered piezoelectric disk.
  • a disadvantage of this arrangement is the asymmetrical application of force by the actuator to the piston-like valve member, in that it is pressed against the wall of the valve bore opposite the actuator.
  • the piston is located in the opening of a piezoceramic ring and is clamped by the ring by switching an operating voltage on or off.
  • the piezoceramic material is part of the piston or the piston itself and clamps the piston after insertion. Switch off an operating voltage in the bore.
  • the medium generating the compressive force is expediently the medium to be controlled by the actuating device. This is particularly advantageous if the piston is part of a valve.
  • the actuating device according to the invention is particularly suitable for fast actuators with response times in the microsecond range.
  • a preferred application is given in a fuel injection device for internal combustion engines, since efforts are made to achieve a pressure or quantity curve that is as rectangular as possible as a function of time.
  • the possible applications are not limited to valves.
  • an actuating element connected to the piston can be provided, which transmits the piston movement into an area outside the piston bore.
  • FIG. 1 shows a first and FIG. 2 a second exemplary embodiment of an electrically controllable actuating device
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of an electrically controllable valve device.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an electrically controllable actuating device. It has a housing 10 which has a bore 11. A piston 12, which has two end faces 13, 14, is guided tightly and slidably in the bore 11. At both ends of the bore 11 cross-sectional constrictions 15, 16 are provided, which each form stop faces 17, 18 for the piston 12 at the transition point to the bore 11. The cross-sectional constrictions 15, 16 are connected to bores 19, 20 for guiding a medium generating force.
  • the piston 12 has an actuating element 21 for transmitting the piston movement in an area outside the housing 10.
  • the bore 11 has a cross-sectional widening 22 into which an actuator 23 designed as a ring made of piezoelectric material is introduced. At the location of the cross-sectional widening 22, the inner surface of the ring 23 takes over the guidance of the piston 12.
  • the operating voltage for changing the cross-section is supplied to the ring 23 via the two lines 24, 25.
  • the actuating device according to FIG. 1 works as follows:
  • the piston 12 is in the position shown in FIG. 1, in which the end face 14 abuts the stop face 18, and is intended to move towards it opposite position take place, then the piston 12 is first clamped with the aid of the ring 23.
  • the reciprocal piezo effect of the ring 23 made of piezoelectric material is used.
  • a reduction in the inner ring diameter results depending on the manufacturing process of the piezoelectric ring 23 by switching the operating voltage on the leads 24, 25 on or off.
  • the leads 24, 25 can lead to two electrodes, which are located on the inner and outer circumference of the Ring 23, but advantageously arranged on the two end faces of the ring 23 after the piston 12 is clamped, a medium located in the bore 20, which can be gaseous or liquid, is brought to high pressure, which on the end face 14 of the Piston 12 exerts an actuating force.
  • the magnitude of the force is given by the maximum clamping force of the ring 23.
  • the outward movement is triggered by an electrically controlled enlargement of the cross section of the ring 23. It is applied to the opposite end face 13 of the piston
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the actuating device according to the invention.
  • a bore 31 is located in a housing 30.
  • a bore 32 is sealed in the bore 31 and a piston 32, which has two end faces 33, 34, slide.
  • the piston 32 consists at least partially of piezoelectric material 35 which also serves as an actuator. The remaining material can be selected so that it withstands the impact load when it hits one of the two support surfaces 36, 37, which are caused by cross-sectional constrictions 38, 39 of the bore 31.
  • the cross-sectional constrictions 38, 39 are connected to bores 40, 41, which carry a medium generating force.
  • the piston 32 is equipped with an actuating element 42 which transmits the piston movement taking place in the bore 31 to the outside.
  • the operating voltage for changing the cross section is supplied to the piezoelectric material 35 by two leads 43, 44.
  • the mode of operation of the exemplary embodiment shown in FIG. 2 largely corresponds to that of the exemplary embodiment shown in FIG. One difference is that the piezoceramic material 35 in the piston 32 presses against the inner wall of the bore 31 by enlarging the cross section, thereby preventing the piston from moving.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the actuating device as an electrically controllable valve device.
  • a housing 50 has a valve bore 51.
  • a piston-like valve member 52 is tightly and slidably guided.
  • the valve member 52 has a conical end face 53 which interacts with a corresponding hollow conical seat surface 54.
  • the seat surface 54 is arranged at the transition from an inlet bore 55 into the coaxially arranged valve bore 51, the valve bore 51 having a larger diameter than the inlet bore 55.
  • an annular chamber 56 is provided coaxially with the valve bore 51.
  • An outlet bore 57 opens into the annular chamber 56.
  • the end face 58 of the valve member 52 opposite the conical end face 53 is supported on a compression spring 59, the other end of which rests against a stop 60 arranged in the valve bore 51.
  • the stop 60 has at least one opening 61.
  • a cross-sectional widening 62 of the valve bore 51 is provided, in which an actuator 63, which is arranged coaxially to the valve member 52 and is designed as a ring made of piezoceramic material, is provided.
  • the ring 63 can be connected to an operating voltage via supply lines 64, 65.
  • the medium to be controlled by the valve member 52 in the inlet bore 55 itself generates the actuating force for the opening movement of the valve member 52.
  • All of the exemplary embodiments have in common that the clamping force acts symmetrically on the piston 12, 32 or the valve member 52.
  • the symmetrical distribution of force in connection with the pressurized surface extending over the entire circumference of the piston 12, 32 or the valve member 52 results in a high clamping force with small working strokes of the piezoceramic 23, 35, 63.
  • An increase in the clamping force in the two exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 3 can be achieved by increasing the clamping areas between the piston 12 or the valve member 52 and the ring 23, 63 by means of cross-sectional expansions of the two interacting parts 12, 23 and 52, 63.
  • a cross-sectional enlargement can also be carried out in the area of the actuator 35 in the bore 31 for this purpose. Restricting the cross-sectional expansion to only a part of the axial extension combines the advantage of increasing the clamping area with only a slight increase in mass.

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Abstract

An electrically controllable adjustment system with a piston (52) which is inserted in a leak-tight and slidable manner in a bore (51), said system being characterized by short actuation times. The adjustment system comprises an electric setting element (63) whose clamping force, effective around the entire circumference of the piston, prevents the movement of the piston. The electrically controlled setting elements (63) used are preferably rings made from piezo-ceramic material.

Description

Elektrisch ansteuerbare StelleinrichtungElectrically controllable control device
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer elektrisch ansteuerbaren Stelleinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 30 39 915 ist eine elektrisch ansteuerbare Ventileinrichtung bekannt, bei der ein elektrischer Steller auf ein in einer Ventilbohrung geführtes, von einer Stellkraft verschiebbares, kolbenartiges Ventilglied eine Klemmkraft ausübt und dessen Bewegung verhindert. Der Steller ist dabei als Elektromagnet oder als zu einer Säule geschichtete piezoelektrische Scheiben ausgeführt. Ein Nachteil dieser Anordnung ist die unsymmetrische Krafteinwirkung des Stellers auf das kolbenartige Ventilglied, indem es gegen die dem Steller gegenüberliegende Wandung der Ventilbohrung gepreßt wird.The invention relates to an electrically controllable actuating device according to the preamble of the main claim. From DE-OS 30 39 915 an electrically controllable valve device is known in which an electrical actuator exerts a clamping force on a piston-like valve member guided in a valve bore and displaceable by an actuating force and prevents its movement. The actuator is designed as an electromagnet or as a layered piezoelectric disk. A disadvantage of this arrangement is the asymmetrical application of force by the actuator to the piston-like valve member, in that it is pressed against the wall of the valve bore opposite the actuator.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Kraftwirkung zur Einklemmung eines KolbensThe actuating device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the force effect for clamping a piston
... symmetrisch auf den Kolben- bzw. Bohrungsumfang verteilt ist In einem ersten Ausführungsbeispiel befindet sich der Kolben in der Durchbruchsöffnung eines piezokeramischen Ringes und wird durch Ein- bzw. Ausschalten einer Betriebsspannung von dem Ring festgeklemmt. In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist das piezokeramische Material ein Teil des Kolbens oder auch der Kolben selbst und klemmt den Kolben nach Einbzw. Ausschalten einer Betriebsspannung in der Bohrung fest. Zur Erhöhung der Klemmfläche ist es vorteilhaft, im Klemmbereich eine Vergrößerung des Kolbenquerschnitts bzw. der Bohrung vorzusehen. Das die Druckkraft erzeugende Medium ist zweckmäßigerweise das durch die Stelleinrichtung zu steuernde Medium. Dieses ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Kolben ein Teil eines Ventiles ist.... is distributed symmetrically over the piston or bore circumference. In a first embodiment, the piston is located in the opening of a piezoceramic ring and is clamped by the ring by switching an operating voltage on or off. In a second embodiment, the piezoceramic material is part of the piston or the piston itself and clamps the piston after insertion. Switch off an operating voltage in the bore. To increase the clamping area, it is advantageous to provide an enlargement of the piston cross section or the bore in the clamping area. The medium generating the compressive force is expediently the medium to be controlled by the actuating device. This is particularly advantageous if the piston is part of a valve.
Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung eignet sich besonders für schnelle Steller mit Ansprechzeiten im Mikrosekundenbereich. Eine bevorzugte Anwendung ist gegeben bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungsmotoren, da man dort bestrebt ist, einen möglichst rechteckförmigen Druck- bzw. Mengenverlauf als Funktion der Zeit zu erreichen. Die Anwendungsmöglichkeiten sind jedoch nicht auf Ventile beschränkt. Bei anderen Anwendungen kann ein mit dem Kolben verbundenes Stellelement vorgesehen sein, welches die Kolbenbewegung in einen Bereich außerhalb der Kolbenbohrung überträgt.The actuating device according to the invention is particularly suitable for fast actuators with response times in the microsecond range. A preferred application is given in a fuel injection device for internal combustion engines, since efforts are made to achieve a pressure or quantity curve that is as rectangular as possible as a function of time. However, the possible applications are not limited to valves. In other applications, an actuating element connected to the piston can be provided, which transmits the piston movement into an area outside the piston bore.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung. ZeichnungFurther details and advantageous developments of the actuating device according to the invention result from further subclaims in connection with the following description. drawing
Es zeigen Figur 1 ein erstes und Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektrisch ansteuerbaren Stelleinrichtung und Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer elektrisch ansteuerbaren Ventileinrichtung.FIG. 1 shows a first and FIG. 2 a second exemplary embodiment of an electrically controllable actuating device, and FIG. 3 shows an exemplary embodiment of an electrically controllable valve device.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrisch ansteuerbaren Stelleinrichtung. Sie hat ein Gehäuse 10, welches eine Bohrung 11 aufweist. In der Bohrung 11 ist dicht und gleitend ein Kolben 12 geführt, der zwei Stirnflächen 13, 14 aufweist. An beiden Enden der Bohrung 11 sind jeweils Querschnittsverengungen 15, 16 vorgesehen, die an der Übergangsstelle zu der Bohrung 11 jeweils Anschlagsflachen 17, 18 für den Kolben 12 bilden. Die Querschnitssverengungen 15, 16 stehen mit Bohrungen 19, 20 zur Führung eines stellkrafterzeugenden Mediums in Verbindung. Der Kolben 12 weist ein Stellelement 21 zur Übertragung der Kolbenbewegung in einem Bereich außerhalb des Gehäuses 10 auf. In ihrem Mittenbereich weist die Bohrung 11 eine Querschnittserweiterung 22 auf in welche ein als Ring aus piezoelektrischem Material ausgebildeter Steller 23 eingebracht ist. An der Stelle der Querschnittserweiterung 22 übernimmt die Innenfläche des Ringes 23 die Führung des Kolbens 12. Die Betriebsspannung zur Querschnitt sänderung wird dem Ring 23 über die beiden Leitungen 24 , 25 zugeführt.Figure 1 shows a first embodiment of an electrically controllable actuating device. It has a housing 10 which has a bore 11. A piston 12, which has two end faces 13, 14, is guided tightly and slidably in the bore 11. At both ends of the bore 11 cross-sectional constrictions 15, 16 are provided, which each form stop faces 17, 18 for the piston 12 at the transition point to the bore 11. The cross-sectional constrictions 15, 16 are connected to bores 19, 20 for guiding a medium generating force. The piston 12 has an actuating element 21 for transmitting the piston movement in an area outside the housing 10. In its central region, the bore 11 has a cross-sectional widening 22 into which an actuator 23 designed as a ring made of piezoelectric material is introduced. At the location of the cross-sectional widening 22, the inner surface of the ring 23 takes over the guidance of the piston 12. The operating voltage for changing the cross-section is supplied to the ring 23 via the two lines 24, 25.
Die Stelleinrichtung gemäß Figur 1 arbeitet folgendermaßen:The actuating device according to FIG. 1 works as follows:
Befindet sich der Kolben 12 in der in Figur 1 gezeigten Stellung, bei der die Stirnfläche 14 an die Anschlagsfläche 18 angrenzt, und soll eine Hinbewegung in die entgegengesetzte Stellung erfolgen, dann wird der Kolben 12 mit Hilfe des Ringes 23 zunächst festgeklemmt. Dazu wird der reziproke Piezoeffekt des aus piezoelektrischem Material bestehenden Ringes 23 ausgenutzt. Eine Verringerung des Ringinnendurchmessers ergibt sich in Abhängigkeit von dem Herstellungsprozess des piezoelektrischen Ringes 23 durch Ein- oder durch Ausschalten der Betriebsspannung an den Zuleitungen 24 , 25. Die Zuleitungen 24, 25 können hierbei zu zwei Elektroden führen, die am Innen- bzw. Außenumfang des Ringes 23, vorteilhafterweise jedoch auf den beiden Stirnseiten des Ringes 23 angeordnet sind, nachdem der Kolben 12 festgeklemmt ist, wird ein in der Bohrung 20 befindliches Medium, welches gasförmig oder auch flüssig sein kann, auf hohen Druck gebracht, der auf die Stirnfläche 14 des Kolbens 12 eine Stellkraft ausübt. Die Höhe der Kraft ist durch die maximale Klemmkraft des Ringes 23 gegeben. Die Hinbewegung wird ausgelöst durch eine elektrisch gesteuerte Querschnitt svergrößerung des Ringes 23. Wird auf die gegenüberliegende Stirnfläche 13 des KolbensThe piston 12 is in the position shown in FIG. 1, in which the end face 14 abuts the stop face 18, and is intended to move towards it opposite position take place, then the piston 12 is first clamped with the aid of the ring 23. For this purpose, the reciprocal piezo effect of the ring 23 made of piezoelectric material is used. A reduction in the inner ring diameter results depending on the manufacturing process of the piezoelectric ring 23 by switching the operating voltage on the leads 24, 25 on or off. The leads 24, 25 can lead to two electrodes, which are located on the inner and outer circumference of the Ring 23, but advantageously arranged on the two end faces of the ring 23 after the piston 12 is clamped, a medium located in the bore 20, which can be gaseous or liquid, is brought to high pressure, which on the end face 14 of the Piston 12 exerts an actuating force. The magnitude of the force is given by the maximum clamping force of the ring 23. The outward movement is triggered by an electrically controlled enlargement of the cross section of the ring 23. It is applied to the opposite end face 13 of the piston
12 nur ein geringer oder kein Druck ausgeübt, so bewegt s i ch der Ko lben 1 2 in Hin-Ri chtung b i s s e ine St i rn fläche12 little or no pressure is exerted, the piston moves 1 2 in the direction of its face
13 an der gegenüberliegenden Auflagefläche 17 aufschlägt. Damit ist die Hinbewegung abgeschlossen. Die Vorbereitung und Auslösung der Herbewεgung entspricht dem beschriebenen Vorbereitungs- und Auslösevorgang der Hinbewegung.13 hits the opposite bearing surface 17. This concludes the outward movement. The preparation and triggering of the movement corresponds to the described preparation and triggering process of the forward movement.
In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung gezeigt. In einem Gehäuse 30 befindet sich eine Bohrung 31. In der Bohrung 31 ist dicht und gleiten ein Kolben 32 geführt, der zwei Stirnflächen 33, 34 aufweist. Der Kolben 32 besteht wenigstens teilweise aus piezoelektrischem Material 35 welches gleichzeitig als Steller dient. Das übrige Material kann so ausgewählt werden, daß es der Aufschlagsbelastung beim Auftreffen auf jeweils eine der beiden Auflageflächen 36, 37, welche durch Querschnittsverengungen 38, 39 der Bohrung 31 entstehen, standhält. Die Querschnittsverengungen 38, 39 stehen mit Bohrungen 40, 41 in Verbindung, welche ein stellkrafterzeugendes Medium führen. Der Kolben 32 ist mit einem Stellelement 42 ausgestattet, das die in der Bohrung 31 stattfindende Kolbenbewegung nach außen überträgt. Die Betriebsspannung zur Querschnittsänderung wird durch zwei Zuleitungen 43 , 44 dem piezoelektrischen Material 35 zugeführt.FIG. 2 shows a second embodiment of the actuating device according to the invention. A bore 31 is located in a housing 30. A bore 32 is sealed in the bore 31 and a piston 32, which has two end faces 33, 34, slide. The piston 32 consists at least partially of piezoelectric material 35 which also serves as an actuator. The remaining material can be selected so that it withstands the impact load when it hits one of the two support surfaces 36, 37, which are caused by cross-sectional constrictions 38, 39 of the bore 31. The cross-sectional constrictions 38, 39 are connected to bores 40, 41, which carry a medium generating force. The piston 32 is equipped with an actuating element 42 which transmits the piston movement taking place in the bore 31 to the outside. The operating voltage for changing the cross section is supplied to the piezoelectric material 35 by two leads 43, 44.
Die Wirkungsweise des in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiels entspricht weitgehend derjenigen des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels. Ein Unterschied besteht darin, daß das piezokeramische Material 35 im Kolben 32 durch Vergrößerung des Querschnitts gegen die Innenwandung der Bohrung 31 drückt und die Kolbenbewegung dadurch verhindert.The mode of operation of the exemplary embodiment shown in FIG. 2 largely corresponds to that of the exemplary embodiment shown in FIG. One difference is that the piezoceramic material 35 in the piston 32 presses against the inner wall of the bore 31 by enlarging the cross section, thereby preventing the piston from moving.
Figur 3 zeigt eine Ausführungs form der Stelleinrichtung als elektrisch ansteuerbare Ventileinrichtung. Ein Gehäuse 50 weist eine Ventilbohrung 51 auf. In der Ventilbohrung 51 ist dicht und gleitend ein kolbenartiges Ventilglied 52 geführt. Das Ventilglied 52 hat eine kegelförmige Stirnfläche 53, die mit einer entsprechenden, hohlkegelförmigen Sitzfläche 54 zusammenwirkt. Die Sitzfläche 54 ist am Übergang einer Einlaßbohrung 55 in die koaxial angeordnete Ventilbohrung 51 angeordnet, wobei die Ventilbohrung 51 einen größeren Durchmesser als die Einlaßbohrung 55 aufweist. An das innere Ende der Sitzfläche 54 anschließend ist koaxial zur Ventilbohrung 51 eine Ringkammer 56 vorgesehen. In die Ringkammer 56 mündet eine Auslaßbohrung 57 ein. Die der kegelförmigen Stirnfläche 53 gegenüberliegende Endfläche 58 des Ventilgliedes 52 stützt sich auf eine Druckfeder 59 ab, die mit ihrem anderen Ende gegen einen in der Ventilbohrung 51 angeordneten Anschlag 60 anliegt. Der Anschlag 60 weist wenigstens einen Durchbruch 61 auf.Figure 3 shows an embodiment of the actuating device as an electrically controllable valve device. A housing 50 has a valve bore 51. In the valve bore 51, a piston-like valve member 52 is tightly and slidably guided. The valve member 52 has a conical end face 53 which interacts with a corresponding hollow conical seat surface 54. The seat surface 54 is arranged at the transition from an inlet bore 55 into the coaxially arranged valve bore 51, the valve bore 51 having a larger diameter than the inlet bore 55. At the inner end of the seat 54, an annular chamber 56 is provided coaxially with the valve bore 51. An outlet bore 57 opens into the annular chamber 56. The end face 58 of the valve member 52 opposite the conical end face 53 is supported on a compression spring 59, the other end of which rests against a stop 60 arranged in the valve bore 51. The stop 60 has at least one opening 61.
Etwa auf der Mitte der axialen Erstreckung des Ventilgliedes 52 ist eine Querschnittserweiterung 62 der Ventilbohrung 51 vorgesehen, in welcher ein koaxial zum Ventilglied 52 angeordneter, als Ring aus piezokeramischen Material ausgebildeter Steller 63 vorgesehen ist. Der Ring 63 kann über Zuführungsleitungen 64 , 65 an eine Betriebsspannung gelegt werden.Approximately in the middle of the axial extent of the valve member 52, a cross-sectional widening 62 of the valve bore 51 is provided, in which an actuator 63, which is arranged coaxially to the valve member 52 and is designed as a ring made of piezoceramic material, is provided. The ring 63 can be connected to an operating voltage via supply lines 64, 65.
Die in Figur 3 gezeigte Anordnung arbeitet folgendermaßen:The arrangement shown in Figure 3 works as follows:
Wird an die Zu füh rung sle i t ung en 64, 65 eine Betriebspannung angelegt, so verringert sich der Innendurchmesser des piezoelektrischen Ringes 63. Durch die Kontraktion wird das Ventilglied 52 eingeklemmt, so daß eine Bewegung des Ventilgliedes 52 in der Bohrung 51 ausgeschlossen ist. In der Einlaßbohrung 55 kann sich nun ein hoher Druck aufbauen, ohne daß das Ventilglied 52 von der Sitzfläche 54 abgehoben wird. Erst wenn die Betriebsspannung des Ringes 63 abgeschaltet wird und somit die Klemmkraftwirkung aufgehoben wird, kann der in der Einlaßbohrung 55 herrschende Druck das Ventilglied 52 gegen die Kraft der Druckfeder 59 von seinem Sitz abheben. Die beim Bewegungsvorgang des Ventilgliedes 52 erreichbare Geschwindigkeit - d.h. also die erreichbare Stellzeit - hängt nur noch von der Masse des Ventilgliedes 52 ab Zur Erreichung einer möglichst geringen Stellzeit wird das Ventilglied 52 möglichst massearm ausgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel erzeugt das durch das Ventilglied 52 zu steuernde Medium in der Einlaßbohrung 55 selbst die Stellkraft zur Öffnungsbewegung des Ventilgliedes 52. Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß die Klemmkraft symmetrisch auf den Kolben 12, 32 bzw. das Ventilglied 52 wirkt. Die symmetrische Kraftverteilung in Verbindung mit der sich über den gesamten Umfang des Kolbens 12, 32 bzw. des Ventilgliedes 52 erstreckende druckbeaufschlagte Fläche hat eine hohe Klemmkraft bei geringen Arbeitshüben der Piezokeramik 23, 35, 63 zur Folge. Nach Auslösung des Ums ehaltvorgangs wird das bewegliche Teil 12, 32, 52 an seinem gesamten Außenumfang gleichzeitig freigegeben, so daß die Gleitreibung zwischen dem sich in Bewegung setzenden Teil 12, 32, 52 und dem Steller 23, 63 bzw. zwischen dem Steller 35 und der Innenwandung der Bohrung 31 extrem schnell auf vernachlässigbare geringe Werte absinkt. Dies trägt zum Erreichen kurzer Schaltzeiten bei.If an operating voltage is applied to the supply lines 64, 65, the inner diameter of the piezoelectric ring 63 is reduced. The contraction causes the valve member 52 to be clamped in, so that movement of the valve member 52 in the bore 51 is excluded. A high pressure can now build up in the inlet bore 55 without the valve member 52 being lifted off the seat 54. Only when the operating voltage of the ring 63 is switched off and thus the clamping force effect is released can the pressure prevailing in the inlet bore 55 lift the valve member 52 against its force against the force of the compression spring 59. The speed achievable during the movement of the valve member 52 - that is to say the achievable actuating time - now only depends on the mass of the valve member 52. In this exemplary embodiment, the medium to be controlled by the valve member 52 in the inlet bore 55 itself generates the actuating force for the opening movement of the valve member 52. All of the exemplary embodiments have in common that the clamping force acts symmetrically on the piston 12, 32 or the valve member 52. The symmetrical distribution of force in connection with the pressurized surface extending over the entire circumference of the piston 12, 32 or the valve member 52 results in a high clamping force with small working strokes of the piezoceramic 23, 35, 63. After triggering the Ums ehaltgangs the movable part 12, 32, 52 is released simultaneously on its entire outer circumference, so that the sliding friction between the moving part 12, 32, 52 and the actuator 23, 63 or between the actuator 35 and the inner wall of the bore 31 drops extremely quickly to negligible low values. This helps to achieve short switching times.
Eine Erhöhung der Klemmkraft in den beiden Ausführunssbeispielen gemäß den Figuren 1 und 3 läßt sich durch Vergrößerung der Klemmflächen zwischen dem Kolben 12 bzw. dem Ventilglied 52 und dem Ring 23, 63 mittels Querschnittserweiterungen beider zusammenwirkender Teile 12, 23 und 52, 63 erreichen. Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 kann zu diesem Zweck eine Quers chnitt serweit erung im Bereich des Stellers 35 in der Bohrung 31 vorgenommen werden. Eine Be s chränkung der Que r s chnit t s erweit erung auf nur einen Teil der axialen Erstreckung verbindet den Vorteil der Erhöhung der Klemmfläche mit einer nur geringen Erhöhung der Masse. An increase in the clamping force in the two exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 3 can be achieved by increasing the clamping areas between the piston 12 or the valve member 52 and the ring 23, 63 by means of cross-sectional expansions of the two interacting parts 12, 23 and 52, 63. In the exemplary embodiment according to FIG. 2, a cross-sectional enlargement can also be carried out in the area of the actuator 35 in the bore 31 for this purpose. Restricting the cross-sectional expansion to only a part of the axial extension combines the advantage of increasing the clamping area with only a slight increase in mass.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Elektrisch ansteuerbare Stelleinrichtung mit einem in einer Bohrung dicht und gleitend geführten, von einer vorzugsweise durch Druckbeaufschlagung durch ein Medium erzeugten Stellkraft verschiebbaren Kolben mit einem piezoelektrischen Steller, der bis zum Ein- oder Ausschalten einer Betriebsspannung eine Klemmkraft auf den Kolben ausübt und dessen Bewegung verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Steller (23, 63) auf nahezu den gesamten Umfang des Kolbens (12, 52) wirkt.1.Electrically controllable actuating device with a piston which is tightly and slidably guided in a bore and which can be displaced by an actuating force which is preferably generated by pressurization with a medium, with a piezoelectric actuator which exerts a clamping force on the piston and its movement until an operating voltage is switched on or off prevented, characterized in that at least one actuator (23, 63) acts on almost the entire circumference of the piston (12, 52).
2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steller (23, 63) wenigstens ein Ring aus piezoelektrischem Material ist.2. Adjusting device according to claim 1, characterized in that the actuator (23, 63) is at least one ring made of piezoelectric material.
3. Elektrisch ansteuerbare Stelleinrichtung mit einem in einer Bohrung dicht und gleitend geführten, von einer vorzugsweise durch Druckbeaufschlagung durch ein Medium erzeugten Stellkraft verschiebbaren Kolben mit einem piezoelektrischen Steiler, der bis zum Ein- oder Ausschalten einer Betriebsspannung die Bewegung des Kolbens verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Steller (35) auf nahezu den gesamten Umfang der Bohrung (31) wirkt.3.Electrically controllable actuating device with a piston which is tightly and slidably guided in a bore and which can be displaced by an actuating force which is preferably generated by pressurization with a medium, with a piezoelectric control which prevents the piston from moving until an operating voltage is switched on or off, characterized in that at least one actuator (35) acts on almost the entire circumference of the bore (31).
4 . Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steller (35) Bestandteil des Kolbens (32) ist.4th Actuating device according to claim 3, characterized in that the actuator (35) is part of the piston (32).
5 . Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steller (35) mit dem Kolben (32) identisch ist.5. Adjusting device according to claim 3, characterized in that the actuator (35) is identical to the piston (32).
6. Stelleinrichtung nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12, 52) im Bereich der axialen Erstreckung des Stellers (23, 63) eine Querschnittserweiterung aufweist.6. Adjusting device according to claim 1 or 2, characterized in that the piston (12, 52) in the region of the axial extent of the actuator (23, 63) has a cross-sectional expansion.
7. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (31) im Bereich der axialen Erstreckung des Stellers (35) eine Querschnitt serweiterung aufweist.7. Actuating device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the bore (31) in the region of the axial extent of the actuator (35) has a cross-section widening.
8. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12, 32, 52) insbesondere gegen die Kraft einer Druckfeder (59) vom druckerzeugenden Medium bewegbar ist.8. Adjusting device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the piston (12, 32, 52) is movable in particular against the force of a compression spring (59) from the pressure-generating medium.
9. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Stirnfläche (53) des Kolbens (52) mit einer sich insbesondere in Schließbewegungsrichtung verjüngenden hohlkegelförmigen Sitzfläche (54) eines Ventils zusammenwirkt. 9. Actuating device according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one end face (53) of the piston (52) cooperates with a hollow cone-shaped seat surface (54) tapering in particular in the closing movement direction of a valve.
10. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Stellelement (21,42) vorgesehen ist zur Übermittlung der Kolbenbewegung in einen Bereich außerhalb der Bohrung (11, 31, 51).10. Actuating device according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one adjusting element (21, 42) is provided for transmitting the piston movement into an area outside the bore (11, 31, 51).
11. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Druckbeaufschlagung die Stellkraft erzeugende Medium das mittels der Kolbenbewegung zu steuernde Medium ist. 11. Actuating device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the medium which generates the actuating force by pressurization is the medium to be controlled by means of the piston movement.
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