WO2001024288A2 - Adjusting unit for controlling a regulating and/or shut-off device - Google Patents

Adjusting unit for controlling a regulating and/or shut-off device Download PDF

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WO2001024288A2
WO2001024288A2 PCT/DE2000/003225 DE0003225W WO0124288A2 WO 2001024288 A2 WO2001024288 A2 WO 2001024288A2 DE 0003225 W DE0003225 W DE 0003225W WO 0124288 A2 WO0124288 A2 WO 0124288A2
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adjusting device
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piezoelectric
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actuator
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators

Definitions

  • the invention relates to an adjusting device
  • a first and a second region made of piezoelectrically active material are provided in the drive or adjusting element, these two regions being connected to one another via a third region.
  • the third area is made of piezoelectrically passive material.
  • EP 0 477 400 AI discloses an arrangement for an adaptive, mechanical tolerance compensation acting in the adjusting direction for a displacement transformer of a piezoelectric actuator, in which the deflection of the piezoelectric actuator is transmitted via a hydraulic chamber.
  • the hydraulic chamber works as a so-called hydraulic ratio.
  • the hydraulic chamber closes between two pistons delimiting it, of which one piston is designed with a smaller diameter and is connected to a valve member to be controlled and the other piston is designed with a larger diameter and with the piezoelectric one
  • Actuator is connected, a common compensation volume.
  • the hydraulic chamber is clamped between the two pistons in such a way that the actuating piston of the valve member, which is held in its rest position by means of one or more springs relative to a predetermined position, one by the ratio of the piston diameter increases stroke when the larger piston is moved by the piezoelectric actuator by a certain distance.
  • the valve member, the pistons and the piezoelectric actuator lie one behind the other on a common axis.
  • the compensation volume of the hydraulic chamber can be used to compensate for tolerances due to temperature gradients in the component or different thermal expansion coefficients of the materials used, as well as any setting effects, without the position of the actuating element to be controlled thereby changing.
  • a compensation of changes in length of the piezoelectric actuator by the hydraulic chamber arranged between two pistons requires a complex construction and is problematic with regard to the leakage losses that occur and the refilling of the hydraulic chamber.
  • the invention has for its object to provide an adjusting device for controlling a control and / or shut-off device with a piezoelectric unit, which is designed with a tolerance compensation in a structurally simple manner and requires a small space and as few components as possible.
  • the adjusting device according to the invention for controlling a control and / or shut-off device with the characterizing features of claim 1 has the advantage that due to the piezoelectric actuators arranged one behind the other, a slim design is realized.
  • the adjusting device by energizing one piezoelectric actuator in each case, the resulting longitudinal expansions are converted into tilting movements by means of the lever mechanism in such a way that the actuator of the control and / or shut-off device to be controlled executes corresponding adjusting movements.
  • the adjusting device according to the invention is provided in accordance with a preferred embodiment of the invention for controlling a valve for controlling liquids.
  • the valve can be a fuel injection valve, in particular a common rail injector, for internal combustion engines of motor vehicles.
  • a fuel injection valve in particular a common rail injector
  • other areas of application of the adjusting device according to the invention are also possible, in which high-frequency controls are required. Further advantages and advantageous configurations of the subject matter of the invention can be gathered from the description, the drawing and the patent claims.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of the invention, in which a lever mechanism has an L-shaped and T-shaped connecting element,
  • Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment in which the lever mechanism has two L-shaped connecting elements
  • Figure 3 is a schematic sectional view of Figure 2 along the section line A-A.
  • FIG. 1 shows, in a highly simplified manner, an adjusting device 1 for actuating an actuating member 2 of a control and / or shut-off device, which in the two embodiments described is in each case a common rail fuel injection valve (not shown in any more detail).
  • the adjusting device 1 is an elongated one by means of energization Piezoelectric unit and a lever mechanism 3 comprises.
  • the piezoelectric unit has two alternately energizable piezoelectric actuators 4, 5, the elongations of which can be implemented in tilting movements by means of the lever mechanism 3, a section 16 of the lever mechanism 3 which is operatively connected to the actuator 2 being oriented essentially transversely to the direction of movement of the actuator 2.
  • the two piezoelectric actuators 4, 5 are arranged essentially one behind the other in terms of their longitudinal extent.
  • the piezoelectric unit can of course also have more than two piezoelectric actuators 4, 5 arranged one behind the other.
  • the lever mechanism 3 comprises two connecting elements 6, 7 serving as lever arms, the first connecting element 6 being L-shaped and the second connecting element 7 being T-shaped.
  • the number of connecting elements 6, 7 of the lever mechanism 3 must be adapted accordingly.
  • the lever mechanism 3 is operatively connected to the piezoelectric actuators 4, 5 by transverse sections 8, 9 of the L-shaped and T-shaped connecting elements 6, 7 arranged horizontally to the longitudinal extension of the piezoelectric actuators 4, 5 with head regions 10, 11 of the piezoelectric elements - Trical actuators 4, 5 are brought into contact.
  • the cross sections 8, 9 of the two connecting elements 6, 7 are each pressed by means of a pressure element designed as a spring 12, 13 against the head sections 10, 11 of the piezoelectric actuators 4, 5, in order in particular to bring about a required pretensioning of the piezoelectric actuators 4, 5.
  • the piezoelectric actuators 4, 5 are constructed from a plurality of thin layers in a known “multilayer” design. So that these layers do not separate from one another when the piezoelectric actuators 4, 5 are energized, they must be prestressed be, whereby the force to be applied can be approximately 1000 N.
  • a longitudinal section 14 of the first connecting element 6 running parallel to the longitudinal extent of the piezoelectric actuators 4, 5 is connected in an articulated manner to the transverse section 9 of the second connecting element 7.
  • the free end of the longitudinal section 14 of the first connecting element 6 has a recess 15, into which an essentially spherical head-shaped end of the transverse section 9 of the second connecting element 7 is received.
  • the section 16 of the lever mechanism 3 that is operatively connected to the actuator 2 is a longitudinal section
  • the actuator 2 has a hole-shaped Recess 18, which receives a free end of the longitudinal section 17 of the T-shaped connecting element 7 arranged transversely to the direction of movement of the actuator 2.
  • the adjusting device 1 shown in FIG. 1 operates in the manner described below.
  • the end of the transverse section 9 of the connecting element 7, which is connected in an articulated manner to the longitudinal section 14 of the connecting element 6, is likewise moved upward, the end of the transverse section 9 arranged between the spring 13 and the head region 11 of the piezoelectric actuator 5 not being moved.
  • the connecting element 7 is moved about a pivot point 19 marked in FIG. 1, as is also indicated by the angle 20 shown.
  • the longitudinal section 17 that is operatively connected to the actuator 2 thus executes a tilting movement, as a result of which the actuator 2 moves to the right and the control and / or shut-off device is activated accordingly.
  • the head portion 11 By energizing the lower piezoelectric actuator 5, the head portion 11 is moved upward, so that against the spring force of the spring 13, that end of the cross section 9 of the connecting element 7 which is in contact with the head region 11, is also moved upwards.
  • the longitudinal section 17 which is operatively connected to the actuator 2 thus executes a tilting movement, as a result of which the actuator 2 moves to the left and the control and / or shut-off device is controlled accordingly.
  • the identically designed piezoelectric actuators 4, 5, which are prestressed with the same force, are both stretched or shrunk evenly when the length changes due to temperature, so that the longitudinal section 17 of the connecting element 7 does not perform a tilting movement, but only, as indicated in FIG. 1 with a broken line is moved down.
  • a second exemplary embodiment of the adjusting device 1 is shown, in which:
  • the adjusting device 1 shown here differs in that the
  • Lever mechanism 3 has two L-shaped connecting elements 6, 7 ".
  • the connecting elements can also have other structural configurations, but it has been shown that in the configuration according to the invention the entire adjusting device 1 is made even narrower in terms of its installation width.
  • Adjusting device 1 is identical to that of the first exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a detail of the joint-like connection between the two L-shaped connecting elements 6, 7 "of the lever mechanism 3 according to FIG. 2. It can be seen that the free end of the longitudinal section 14 of the connecting element 6 has an undercut groove 23 which essentially forms the end of the transverse section 9 of the cross section 9 which is designed as a hammer head
  • the undercut 24 of the groove 23 holds the connecting element 7 transversely to the direction of movement of the actuator 2 in the groove 23, the longitudinal section 17 of the connecting element 7 emerging from the groove 23 and being operatively connected to the actuator 2. manure stands.

Abstract

The invention relates to an adjusting unit (1) for controlling a regulating and/or shut-off device, comprising a piezoelectric unit, which can be extended by means of passing a current through the same, and a tolerance compensation element for compensating extension changes in the piezoelectric unit. According to the invention, said piezoelectric unit has at least two piezoelectric actuators (4, 5) through which a current can be passed alternately, said actuators being situated substantially behind each other in the direction in which they extend longitudinally. The extensions in the piezoelectric unit can be converted into tilting movements by means of a lever mechanism (3). An actuating unit (2) of the regulating and/or shut-off device to be controlled is activated by means of said tilting movements, while a section (16) of the lever mechanism (3) that is interactively connected to the actuating unit (2) is oriented essentially crosswise to the direction of motion of the actuating unit (2).

Description

VerStelleinrichtung zum Ansteuern einer Regel- und/oder AbsperrvorrichtungAdjustment device for controlling a control and / or shut-off device
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht von einer VerStelleinrichtung zumThe invention relates to an adjusting device
Ansteuern einer Regel- und/oder Absperrvorrichtung gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 aus .Driving a control and / or shut-off device according to the preamble of claim 1.
Aus der DE 196 46 511 Cl ist ein piezoaktuatorisch.es Antriebs- oder Verstellelement bekannt, welches zurFrom DE 196 46 511 Cl a piezoaktuatorisch.es drive or adjusting element is known, which for
Erzeugung von Kippbewegungen in hohen Frequenzbereichen Verwendung findet. Bei dem Antriebs- oder Verstellelement ist ein erster und ein zweiter Bereich aus piezoelektrisch aktivem Material vorgesehen, wobei diese beiden Bereiche über einen dritten Bereich miteinander verbunden sind. Der dritte Bereich ist aus piezoelektrisch passivem Material. Durch das Anlegen einer Spannung z.B. an den ersten Bereich des Antriebs- oder Verstellelements wird dieser Bereich hinsichtlich seiner Längserstreckung entsprechend gedehnt, so daß an dem gesamten piezoelektrischen Antriebs- oder Verstellelement bezüglich seiner Symmetrieachse eine entsprechende Biegung vollzogen wird. Eine Umkehrung des Biegewinkels bei dem Antriebs- oder Verstellelement kann durch das Anlegen einer Spannung an den zweiten Bereich des Antriebselements erreicht werden.Generation of tilting movements in high frequency ranges is used. A first and a second region made of piezoelectrically active material are provided in the drive or adjusting element, these two regions being connected to one another via a third region. The third area is made of piezoelectrically passive material. By applying a voltage, for example, to the first area of the drive or adjusting element, this area is correspondingly stretched with respect to its longitudinal extent, so that an axis of symmetry is applied to the entire piezoelectric drive or adjusting element corresponding bend is made. A reversal of the bending angle in the drive or adjusting element can be achieved by applying a voltage to the second area of the drive element.
Bei einem Einsatz von piezoelektrischen Aktoren in Antriebs— und Verstellelementen ergibt sich stets das Problem, Längungstoleranzen der Aktoren, welche insbesondere auf TemperaturSchwankungen zurückzuführen sind, auszu- gleichen, damit diese keinen Einfluß auf die Stellung des anzutreibenden bzw. zu stellenden Elements haben.When using piezoelectric actuators in drive and adjustment elements, there is always the problem of compensating for elongation tolerances of the actuators, which are in particular due to temperature fluctuations, so that they have no influence on the position of the element to be driven or set.
Aus der EP 0 477 400 AI ist eine Anordnung für einen in Stellrichtung wirkenden adaptiven, mechanischen Toleranz- ausgleich für einen Wegtransformator eines piezoelektrischen Aktors bekannt, bei der die Auslenkung des piezoelektrischen Aktors über eine Hydraulikkammer übertragen wird.EP 0 477 400 AI discloses an arrangement for an adaptive, mechanical tolerance compensation acting in the adjusting direction for a displacement transformer of a piezoelectric actuator, in which the deflection of the piezoelectric actuator is transmitted via a hydraulic chamber.
Bei dieser bekannten Anordnung arbeitet die Hydraulikkammer als eine sogenannte hydraulische Übersetzung. Die Hydraulikkammer schließt zwischen zwei sie begrenzenden Kolben, von denen ein Kolben mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet ist und mit einem anzusteuernden Ventilglied verbunden ist und der andere Kolben mit einem größeren Durchmesser ausgebildet ist und mit dem piezoelektrischenIn this known arrangement, the hydraulic chamber works as a so-called hydraulic ratio. The hydraulic chamber closes between two pistons delimiting it, of which one piston is designed with a smaller diameter and is connected to a valve member to be controlled and the other piston is designed with a larger diameter and with the piezoelectric one
Aktor verbunden ist, ein gemeinsames Ausgleichsvolumen ein. Die Hydraulikkammer ist derart zwischen den beiden Kolben eingespannt, daß der Betätigungskolben des Ventilgliedes, das in seiner Ruhelage mittels einer oder mehrerer Federn relativ zu einer vorgegebenen Position gehalten ist, einen um das Übersetzungsverhältnis des Kolbendurchmessers vergrößerten Hub macht, wenn der größere Kolben durch den piezoelektrischen Aktor um eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird. Das Ventilglied, die Kolben und der piezoelektrische Aktor liegen dabei auf einer gemeinsamen Achse hintereinan- der.Actuator is connected, a common compensation volume. The hydraulic chamber is clamped between the two pistons in such a way that the actuating piston of the valve member, which is held in its rest position by means of one or more springs relative to a predetermined position, one by the ratio of the piston diameter increases stroke when the larger piston is moved by the piezoelectric actuator by a certain distance. The valve member, the pistons and the piezoelectric actuator lie one behind the other on a common axis.
Über das Ausgleichsvolumen der Hydraulikkammer können Toleranzen aufgrund von Temperaturgradienten im Bauteil oder unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien sowie eventuelle Setzeffekte ausgeglichen werden, ohne daß dadurch eine Änderung der Position des anzusteuernden Stellorgans auftritt.The compensation volume of the hydraulic chamber can be used to compensate for tolerances due to temperature gradients in the component or different thermal expansion coefficients of the materials used, as well as any setting effects, without the position of the actuating element to be controlled thereby changing.
Ein Ausgleich von Längenänderungen des piezoelektrischen Aktors durch die zwischen zwei Kolben angeordnete Hydraulikkammer erfordert jedoch eine aufwendige Konstruktion und ist hinsichtlich der auftretenden Leckageverluste und der Wiederbefüllung der Hydraulikkammer problematisch.A compensation of changes in length of the piezoelectric actuator by the hydraulic chamber arranged between two pistons, however, requires a complex construction and is problematic with regard to the leakage losses that occur and the refilling of the hydraulic chamber.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine VerStelleinrichtung zum Ansteuern einer Regel- und/oder Absperrvor- richtung mit einer piezoelektrischen Einheit zu schaffen, die mit einem Toleranzausgleich in konstruktiv einfacher Weise ausgeführt ist und einen geringen Bauraum sowie möglichst wenige Bauteile erfordert.The invention has for its object to provide an adjusting device for controlling a control and / or shut-off device with a piezoelectric unit, which is designed with a tolerance compensation in a structurally simple manner and requires a small space and as few components as possible.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Versteileinrichtung zum Ansteuern einer Regel- und/oder Absperrvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß aufgrund der hintereinander angeordneten piezoelektrischen Aktoren eine schlanke Bauform realisiert wird.The adjusting device according to the invention for controlling a control and / or shut-off device with the characterizing features of claim 1 has the advantage that due to the piezoelectric actuators arranged one behind the other, a slim design is realized.
Bei der erfindungsgemäßen VerStelleinrichtung werden durch das Bestromen jeweils eines piezoelektrischen Aktors die daraus resultierenden Längendehnungen mittels der Hebelmechanik derart in Kippbewegungen umgesetzt, daß das Stellorgan der anzusteuernden Regel- und/oder Absperrvorrichtung entsprechende Stellbewegungen ausführt.In the adjusting device according to the invention, by energizing one piezoelectric actuator in each case, the resulting longitudinal expansions are converted into tilting movements by means of the lever mechanism in such a way that the actuator of the control and / or shut-off device to be controlled executes corresponding adjusting movements.
Ein Ausgleich von toleranzbedingten Längenänderungen der piezoelektrischen Einheit wird bei der erfindungsgemäßen VerStelleinrichtung ohne ein zusätzliches Bauteil ermöglicht, weil der mit dem Stellorgan in Wirkverbindung stehende Abschnitt der Hebelmechanik im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Stellorgans ausgerichtet ist. Somit bewirken insbesondere temperaturabhängige Längungen der piezoelektrischen Einheit in vorteilhafter Weise keine Stellbewegung des Stellorgans. Demzufolge wird der erfor- derliche Platzbedarf bzw. Bauraumbedarf der Verstellein- richtung vorteilhaft verringert .Compensation for tolerance-related changes in length of the piezoelectric unit is made possible without an additional component in the adjusting device according to the invention, because the portion of the lever mechanism which is operatively connected to the adjusting element is oriented essentially transversely to the direction of movement of the adjusting element. Thus, in particular temperature-dependent elongations of the piezoelectric unit advantageously do not cause any actuating movement of the actuator. As a result, the required space or installation space of the adjusting device is advantageously reduced.
Die erfindungsgemäße Versteileinrichtung ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zum Ansteuern eines Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten vorgesehen. DasThe adjusting device according to the invention is provided in accordance with a preferred embodiment of the invention for controlling a valve for controlling liquids. The
Ventil kann ein Kraftstoffeinspritzventil , insbesondere ein Common-Rail- Injektor, für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen sein. Selbstverständlich sind auch andere Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Versteileinrichtung möglich, bei denen hochfrequente Ansteuerungen erforderlich sind. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.The valve can be a fuel injection valve, in particular a common rail injector, for internal combustion engines of motor vehicles. Of course, other areas of application of the adjusting device according to the invention are also possible, in which high-frequency controls are required. Further advantages and advantageous configurations of the subject matter of the invention can be gathered from the description, the drawing and the patent claims.
Zeichnungdrawing
Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verstel- leinrichtung zum Ansteuern einer Regel- und/oder Absperr- Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigenTwo exemplary embodiments of the adjusting device according to the invention for controlling a regulating and / or shut-off device are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem eine Hebelmechanik ein L-förmiges und T-förmiges Verbindungselement aufweist,FIG. 1 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of the invention, in which a lever mechanism has an L-shaped and T-shaped connecting element,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem die Hebelmechanik zwei L- förmige Verbindungselemente aufweist, und Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung gemäß Figur 2 entlang der Schnittlinie A-A.Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment in which the lever mechanism has two L-shaped connecting elements, and Figure 3 is a schematic sectional view of Figure 2 along the section line A-A.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Die Figuren zeigen stark vereinfacht eine Verstelleinrich- tung 1 zum Ansteuern eines Stεllorgans 2 einer Regel - und/oder Absperrvorrichtung, welche in den beiden beschriebenen Ausführungen jeweils ein nicht weiter dargestelltes Common-Rail-Kraftstoffeinspritzventil ist .The figures show, in a highly simplified manner, an adjusting device 1 for actuating an actuating member 2 of a control and / or shut-off device, which in the two embodiments described is in each case a common rail fuel injection valve (not shown in any more detail).
Bezug nehmend auf Figur 1 ist ersichtlich, daß die Versteileinrichtung 1 eine mittels Bestromung längbare piezoelektrische Einheit und eine Hebelmechanik 3 umfaßt. Die piezoelektrische Einheit weist zwei abwechselnd bestrombare piezoelektrische Aktoren 4, 5 auf, deren Längungen mittels der Hebelmechanik 3 in Kippbewegungen umsetzbar sind, wobei ein mit dem Stellorgan 2 in Wirkverbindung stehender Abschnitt 16 der Hebelmechanik 3 im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Stellorgans 2 ausgerichtet ist .With reference to FIG. 1, it can be seen that the adjusting device 1 is an elongated one by means of energization Piezoelectric unit and a lever mechanism 3 comprises. The piezoelectric unit has two alternately energizable piezoelectric actuators 4, 5, the elongations of which can be implemented in tilting movements by means of the lever mechanism 3, a section 16 of the lever mechanism 3 which is operatively connected to the actuator 2 being oriented essentially transversely to the direction of movement of the actuator 2.
Die beiden piezoelektrischen Aktoren 4, 5 sind hinsichtlich ihrer Längserstreckung im wesentlichen hintereinander angeordnet. Selbstverständlich kann die piezoelektrische Einheit in einer alternativen Ausführung auch mehr als zwei hintereinander angeordnete piezoelektrische Aktoren 4, 5 aufweisen.The two piezoelectric actuators 4, 5 are arranged essentially one behind the other in terms of their longitudinal extent. In an alternative embodiment, the piezoelectric unit can of course also have more than two piezoelectric actuators 4, 5 arranged one behind the other.
Die Hebelmechanik 3 umfaßt zwei als Hebelarme dienende Verbindungseiemente 6, 7, wobei das erste Verbindungselement 6 L-förmig und das zweite Verbindungselement 7 T- förmig ausgebildet ist. Bei einer Ausführung mit mehr als zwei hintereinander angeordneten piezoelektrischen Aktoren 4, 5 ist die Anzahl der Verbindungselemente 6, 7 der Hebelmechanik 3 entsprechend anzupassen.The lever mechanism 3 comprises two connecting elements 6, 7 serving as lever arms, the first connecting element 6 being L-shaped and the second connecting element 7 being T-shaped. In the case of an embodiment with more than two piezoelectric actuators 4, 5 arranged one behind the other, the number of connecting elements 6, 7 of the lever mechanism 3 must be adapted accordingly.
Die Hebelmechanik 3 steht mit den piezoelektrischen Aktoren 4, 5 in Wirkverbindung, indem horizontal zur Längserstrek- kung der piezoelektrischen Aktoren 4, 5 angeordnete Querabschnitte 8, 9 der L-förmigen und T-förmigen Verbindungselemente 6, 7 mit Kopfbereichen 10, 11 der piezoelek- trischen Aktoren 4, 5 in Anlage gebracht sind. Die Querabschnitte 8, 9 der beiden Verbindungselemente 6, 7 werden jeweils mittels eines als Feder 12, 13 ausgebildeten Anpreßelements gegen die Kopfabschnitte 10, 11 der piezoelektrischen Aktoren 4, 5 gepreßt, um insbesondere eine erforderliche Vorspannung der piezoelektrischen Aktoren 4, 5 zu bewirken. Um einen möglichst großen Hub zu erzielen, sind die piezoelektrischen Aktoren 4, 5 in an sich bekannter „Multilayer"-Bauart aus mehreren dünnen Schichten aufgebaut. Damit sich diese Schichten bei einer Bestromung der piezoelektrischen Aktoren 4, 5 nicht voneinander lösen, müssen diese vorgespannt werden, wobei die dabei aufzubringende Kraft annähernd 1000 N betragen kann.The lever mechanism 3 is operatively connected to the piezoelectric actuators 4, 5 by transverse sections 8, 9 of the L-shaped and T-shaped connecting elements 6, 7 arranged horizontally to the longitudinal extension of the piezoelectric actuators 4, 5 with head regions 10, 11 of the piezoelectric elements - Trical actuators 4, 5 are brought into contact. The cross sections 8, 9 of the two connecting elements 6, 7 are each pressed by means of a pressure element designed as a spring 12, 13 against the head sections 10, 11 of the piezoelectric actuators 4, 5, in order in particular to bring about a required pretensioning of the piezoelectric actuators 4, 5. In order to achieve the greatest possible stroke, the piezoelectric actuators 4, 5 are constructed from a plurality of thin layers in a known “multilayer” design. So that these layers do not separate from one another when the piezoelectric actuators 4, 5 are energized, they must be prestressed be, whereby the force to be applied can be approximately 1000 N.
Ein parallel zur Längserstreckung der piezoelektrischen Aktoren 4, 5 verlaufender Längsabschnitt 14 des ersten Verbindungseiementes 6 ist mit dem Querabschnitt 9 des zweiten Verbindungselements 7 gelenkartig verbunden. Das freie Ende des Längsabschnittes 14 des ersten Verbindungs- elementes 6 weist eine Ausnehmung 15 auf, in die ein im wesentlichen kugelkopfförmiges Ende des Querabschnittes 9 des zweiten Verbindungselementes 7 aufgenommen ist.A longitudinal section 14 of the first connecting element 6 running parallel to the longitudinal extent of the piezoelectric actuators 4, 5 is connected in an articulated manner to the transverse section 9 of the second connecting element 7. The free end of the longitudinal section 14 of the first connecting element 6 has a recess 15, into which an essentially spherical head-shaped end of the transverse section 9 of the second connecting element 7 is received.
Alternativ sind auch andere konstruktive Ausgestaltungen des Querabschnittes 9 und des Längsabschnittes 14 denkbar, die eine möglichst reibungsfreie Wirkverbindung zwischen den beiden Verbindungselementen 6, 7 der Hebelmechanik 3 realisieren.Alternatively, other structural configurations of the cross section 9 and the longitudinal section 14 are also conceivable, which realize a friction-free operative connection between the two connecting elements 6, 7 of the lever mechanism 3.
Der mit dem Stellorgan 2 in Wirkverbindung stehende Abschnitt 16 der Hebelmechanik 3 ist als ein LängsabschnittThe section 16 of the lever mechanism 3 that is operatively connected to the actuator 2 is a longitudinal section
17 ausgebildet. Das Stellorgan 2 weist eine lochförmige Aussparung 18 auf, welche ein freies Ende des quer zur Bewegungsrichtung des Stellorgans 2 angeordneten Längsab- schnittes 17 des T-förmigen Verbindungselementes 7 aufnimmt .17 trained. The actuator 2 has a hole-shaped Recess 18, which receives a free end of the longitudinal section 17 of the T-shaped connecting element 7 arranged transversely to the direction of movement of the actuator 2.
Die in Figur 1 dargestellte VerStelleinrichtung 1 arbeitet dabei in nachfolgend beschriebener Weise.The adjusting device 1 shown in FIG. 1 operates in the manner described below.
Bei Bestromung des oberen piezoelektrischen Aktors 4 wird sein Kopfbereich 10 gegen das freie Ende des Querabschnit- tes 8 des ersten Verbindungsel ments 6 gepreßt, wodurch das gesamte Verbindungselement 6 gegen die Federkraft der Feder 12 nach oben bewegt wird.When current is supplied to the upper piezoelectric actuator 4, its head region 10 is pressed against the free end of the cross section 8 of the first connecting element 6, as a result of which the entire connecting element 6 is moved upward against the spring force of the spring 12.
Das mit dem Längsabschnitt 14 des Verbindungselements 6 gelenkartig verbundene Ende des Querabschnitts 9 des Verbindungselements 7 wird ebenfalls nach oben bewegt, wobei das zwischen der Feder 13 und dem Kopfbereich 11 des piezoelektrischen Aktors 5 angeordnete Ende des Querab- Schnitts 9 nicht bewegt wird. Dadurch wird das Verbindungselement 7 um einen in Figur 1 markierten Drehpunkt 19 bewegt, wie es auch durch den eingezeichneten Winkel 20 angedeutet ist.The end of the transverse section 9 of the connecting element 7, which is connected in an articulated manner to the longitudinal section 14 of the connecting element 6, is likewise moved upward, the end of the transverse section 9 arranged between the spring 13 and the head region 11 of the piezoelectric actuator 5 not being moved. As a result, the connecting element 7 is moved about a pivot point 19 marked in FIG. 1, as is also indicated by the angle 20 shown.
Der mit dem Stellorgan 2 in Wirkverbindung stehende Längsabschnitt 17 führt somit eine Kippbewegung aus, wodurch das Stellorgan 2 nach rechts bewegt und die Regel- und/oder Absperrvorrichtung entsprechend angesteuert wird.The longitudinal section 17 that is operatively connected to the actuator 2 thus executes a tilting movement, as a result of which the actuator 2 moves to the right and the control and / or shut-off device is activated accordingly.
Durch Bestromung des unteren piezoelektrischen Aktors 5 wird dessen Kopfbereich 11 nach oben bewege, so daß gegen die Federkraft der Feder 13 das mit dem Kopfbereich 11 in Anlage befindliche Ende des Querabschnittes 9 des Verbindungselements 7 ebenfalls nach oben bewegt wird.By energizing the lower piezoelectric actuator 5, the head portion 11 is moved upward, so that against the spring force of the spring 13, that end of the cross section 9 of the connecting element 7 which is in contact with the head region 11, is also moved upwards.
Das andere, mit dem Längsahschnitt 14 des Verbindungselements 6 gelenkartig verbundene Ende des Querabschnittes 9 bewegt sich nicht, weil das Verbindungselement 6 mit seinem Querabschnitt 8 zwischen dem Kopfbereich 10 des piezoelektrische Aktors 4 und der Feder 12 fixiert ist. Dadurch wird das Verbindungselement 7 um einen Drehpunkt 21 bewegt, wie es durch den eingezeichneten Winkel 22 in Figur 1 angedeutet ist.The other end of the cross section 9, which is connected in an articulated manner to the longitudinal cut 14 of the connecting element 6, does not move because the connecting section 6 is fixed with its transverse section 8 between the head region 10 of the piezoelectric actuator 4 and the spring 12. As a result, the connecting element 7 is moved about a pivot point 21, as indicated by the angle 22 shown in FIG. 1.
Der mit dem Stellorgan 2 in Wirkverbindung stehende Längsabschnitt 17 führt somit eine Kippbewegung aus, wodurch das Stellorgan 2 nach links bewegt und die Regel- und/oder Absperrvorrichtung entsprechend angesteuert wird.The longitudinal section 17 which is operatively connected to the actuator 2 thus executes a tilting movement, as a result of which the actuator 2 moves to the left and the control and / or shut-off device is controlled accordingly.
Die identisch ausgeführten und mit gleicher Kraft vorge- spannten piezoelektrischen Aktoren 4, 5 werden bei temperaturbedingten Längenänderung beide gleichmäßig gedehnt bzw. geschrupft, so daß der Längsabschnitt 17 des Verbindungselements 7 keine Kippbewegung ausführe, sondern lediglich, wie es in Figur 1 mit gestrichelter Linie angedeutet ist, nach unten bewegt wird.The identically designed piezoelectric actuators 4, 5, which are prestressed with the same force, are both stretched or shrunk evenly when the length changes due to temperature, so that the longitudinal section 17 of the connecting element 7 does not perform a tilting movement, but only, as indicated in FIG. 1 with a broken line is moved down.
Durch die Anordnung des Längsabschnittes 17 in der Aussparung 18 quer zur Bewegungsrichtung des Stellorgans 2 reicht es zur Realisierung des Toleranzausgleichs aus, daß der Längsabschnitt 17 in der Aussparung 18 einen ausreichenden axialen Bewegungsspielraum hat, welcher gegebenenfalls durch eine zusätzliche, den Raum der Aussparung 18 erweiternde Nut noch vergrößert werden kann.By arranging the longitudinal section 17 in the recess 18 transversely to the direction of movement of the actuator 2, it is sufficient to realize the tolerance compensation that the longitudinal section 17 in the recess 18 has sufficient axial freedom of movement, which if necessary can be further enlarged by an additional groove that widens the space of the recess 18.
Somit ist gewährleistet, daß die temperaturbedingten Längenänderungen der piezoelektrischen Aktoren 4, 5 keine Auswirkungen auf die Stellung des Stellorgans 2 und des angesteuerten Kraftstoffventils insgesamt haben.This ensures that the temperature-related changes in length of the piezoelectric actuators 4, 5 have no effect on the position of the actuator 2 and the controlled fuel valve as a whole.
Bezug nehmend auf Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbei- spiel der Versteileinrichtung 1 dargestellt, bei der ausWith reference to FIG. 2, a second exemplary embodiment of the adjusting device 1 is shown, in which:
Gründen der Übersichtlichkeit funktionsgleiche Bauteile mit den in Figur 1 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet sind.For the sake of clarity, functionally identical components are identified by the reference numerals used in FIG. 1.
Gegenüber der Ausführung nach Figur 1 unterscheidet sich die hier gezeigte Versteileinrichtung 1 darin, daß dieCompared to the embodiment according to FIG. 1, the adjusting device 1 shown here differs in that the
Hebelmechanik 3 zwei L-fδrmige Verbindungselemente 6, 7" aufweist .Lever mechanism 3 has two L-shaped connecting elements 6, 7 ".
Selbstverständlich können die Verbindungselemente auch andere konstruktive Ausgestaltungen aufweisen, jedoch hat sich gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die gesamte Versteileinrichtung 1 noch schmaler bezüglich ihrer Einbaubreite ausgestaltet wird.Of course, the connecting elements can also have other structural configurations, but it has been shown that in the configuration according to the invention the entire adjusting device 1 is made even narrower in terms of its installation width.
Die Arbeitsweise des zweiten Ausführungsbeispiels derThe operation of the second embodiment of the
VerStelleinrichtung 1 ist mit der des ersten Ausführungs- beispiels gemäß Figur 1 identisch.Adjusting device 1 is identical to that of the first exemplary embodiment according to FIG. 1.
In Figur 3 ist ausschnittsweise die gelenkartige Verbindung zwischen den beiden L-förmigen Verbindungselementen 6, 7" der Hebelmechanik 3 gemäß Figur 2 dargestellt . Dabei ist ersichtlich, daß das freie Ende des Längsabschnittes 14 des Verbindungselementes 6 eine hinterschnit- tene Nut 23 aufweist, welche das im wesentlichen als Hammerkopf ausgebildete Ende des Querabschnittes 9 desFIG. 3 shows a detail of the joint-like connection between the two L-shaped connecting elements 6, 7 "of the lever mechanism 3 according to FIG. 2. It can be seen that the free end of the longitudinal section 14 of the connecting element 6 has an undercut groove 23 which essentially forms the end of the transverse section 9 of the cross section 9 which is designed as a hammer head
Verbindungselements 7" aufnimmt. Durch die Hinterschneidung 24 der Nut 23 wird das Verbindungseiement 7 quer zur Bewegungsrichtung des Stellorgans 2 in der Nut 23 gehalten, wobei der Längsabschnitt 17 des Verbindungselements 7 aus der Nut 23 austritt und mit dem Stellorgan 2 in Wirk-verbin- dung steht . Connecting element 7 ". The undercut 24 of the groove 23 holds the connecting element 7 transversely to the direction of movement of the actuator 2 in the groove 23, the longitudinal section 17 of the connecting element 7 emerging from the groove 23 and being operatively connected to the actuator 2. manure stands.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Versteileinrichtung (1) zum Ansteuern einer Regel- und/oder Absperrvorrichtung, mit einer piezoelektrischen Einheit, die mittels Bestromung längbar ist, wobei zum Ausgleich von Längenänderungen der piezoelektrischen Einheit ein Toleranzausgleichselement (16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Einheit wenigstens zwei abwechselnd bestrombare piezoelektrische Aktoren (4, 5) aufweist, welche hinsichtlich ihrer Längserstreckung im wesentlichen hintereinander angeordnet sind, und daß Längungen der piezoelektrischen Einheit mittels einer Hebeimechanik (3) in Kippbewegungen umsetzbar sind, wobei ein Stellorgan (2) der anzusteuernden Regel- und/oder Absperrvorrichtung mittels der Kippbewegungen betätigbar ist, und wobei ein mit dem Stellorgan (2) in Wirkverbindung stehender Abschnitt (16) der Hebelmechanik (3) im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Steliorgans (2) ausgerichtet ist.1. adjusting device (1) for controlling a control and / or shut-off device, with a piezoelectric unit which can be elongated by energizing, a tolerance compensation element (16) being provided to compensate for changes in length of the piezoelectric unit, characterized in that the piezoelectric unit Has at least two alternately energizable piezoelectric actuators (4, 5), which are arranged essentially one behind the other in terms of their longitudinal extent, and that elongations of the piezoelectric unit can be converted into tilting movements by means of a lifting mechanism (3), an actuator (2) of the control elements to be controlled and / or shut-off device can be actuated by means of the tilting movements, and wherein a section (16) of the lever mechanism (3) which is operatively connected to the actuating element (2) is oriented essentially transversely to the direction of movement of the positioning element (2).
2. Versteileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Stellorgan (2) in Wirkverbin- düng stehende Abschnitt (16) der Hebelmechanik (3) gleichzeitig als Toleranzausgleichselement zum Ausgleich von Längenänderungen der piezoelektrischen Einheit quer zur Bewegungsrichtung des Stellorgans (2) vorgesehen ist.2. adjusting device according to claim 1, characterized in that with the actuator (2) in operative connection fertilized section (16) of the lever mechanism (3) is simultaneously provided as a tolerance compensation element to compensate for changes in length of the piezoelectric unit transverse to the direction of movement of the actuator (2).
3. Versteileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelmechanik (3) wenigstens zwei als Hebelarme dienende Verbindungselemente (6, 7, 7") aufweist.3. Adjusting device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the lever mechanism (3) has at least two connecting elements (6, 7, 7 ") serving as lever arms.
4. VerStelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Verbindungselement (6) wenigstens annähernd L-förmig und ein zweites Verbindungsele- ment (7) im wesentlichen T-förmig ausgebildet ist.4. Adjusting device according to claim 3, characterized in that a first connecting element (6) is at least approximately L-shaped and a second connecting element (7) is substantially T-shaped.
5. Versteileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Verbindungselemente (6, 7") im wesentlichen L-förmig ausgebildet sind.5. adjusting device according to claim 3, characterized in that both connecting elements (6, 7 ") are substantially L-shaped.
6. Versteileinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß horizontal zur Längserstrek- kung der piezoelektrischen Aktoren (4, 5) angeordnete Querabschnitte (8, 9) der beiden Verbindungselemente (6, 7, 7*") jeweils an Kopfbereichen (10, 11) der piezoelektrischen Aktoren (4, 5) anliegen, wobei jeweils ein die Querabschnitte (8, 9) an die Kopfbereiche (10, 11) anpressendes Anpreßeiement vorgesehen ist.6. Adjusting device according to one of claims 3 to 5, characterized in that horizontally to the longitudinal extension of the piezoelectric actuators (4, 5) arranged transverse sections (8, 9) of the two connecting elements (6, 7, 7 * " ) each at head areas (10, 11) of the piezoelectric actuators (4, 5) are in contact, each with a pressing element that presses the cross sections (8, 9) onto the head regions (10, 11).
7. VerStelleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein parallel zur Längserstreckung der piezoelektrischen Aktoren (4, 5 ) verlaufender Längsabschnitt (14) des ersten Verbindungselementes (6) mit dem Querabschnitt (9) des zweiten Verbindungselementes (7, 7") in Wirkverbindung steht.7. Adjusting device according to claim 6, characterized in that a parallel to the longitudinal extension of the Piezoelectric actuators (4, 5) extending longitudinal section (14) of the first connecting element (6) with the transverse section (9) of the second connecting element (7, 7 ") is in operative connection.
8. Versteileinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsabschnitt (14) des ersten Verbindungselements (6) mit dem Querabschnitt (9) des zweiten Verbindungselements (7, 7") gelenkartig verbunden ist.8. adjusting device according to claim 7, characterized in that the longitudinal section (14) of the first connecting element (6) with the transverse section (9) of the second connecting element (7, 7 ") is connected in an articulated manner.
9. Versteileinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Stellorgan (2) in Wirkverbindung stehende Abschnitt (16) der Hebelmechanik (3) ein parallel zur Längserstreckung der piezo- elektrischen Aktoren (4, 5) angeordneter Längsabschnitt (17) des zweiten Verbindungselementes (7, 7") ist.9. Adjusting device according to one of claims 4 to 8, characterized in that the section (16) of the lever mechanism (3) which is operatively connected to the actuator (2) is a longitudinal section arranged parallel to the longitudinal extent of the piezoelectric actuators (4, 5) (17) of the second connecting element (7, 7 ").
10. Versteileinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan (2) eine Ausnehmung (18) aufweist, welche ein freies Ende des Längsabschnittes10. Adjusting device according to claim 9, characterized in that the actuator (2) has a recess (18) which has a free end of the longitudinal section
(17) des zweiten Verbindungselementes (7, 7") auf immt.(17) of the second connecting element (7, 7 ") on immt.
11. Versteileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die anzusteuernde Regel- und/oder Absperrvorrichtung ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten ist.11. Adjusting device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the control and / or shut-off device to be controlled is a valve for controlling liquids.
12. Versteileinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Kraftstof einspritzventil ist. 12. Adjusting device according to claim 11, characterized in that the valve is a fuel injection valve.
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