Beschreibungdescription
Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung mit SpielausgleichDevice for transmitting a movement with play compensation
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder zum Spielausgleich gemäß dem O- berbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for transmitting a movement and / or for compensating for play according to the preamble of patent claim 1.
Bei diversen Antrieben, beispielsweise beim Steuern/Antreiben von Ventilen, ist ein minimales Spiel bzw. eine definierte maximale Kontaktkraft zwischen einem Aktor und einer angetriebenen Komponente eine Voraussetzung für eine zuverlässige Funktion des Antriebes. Insbesondere bei der Verwendung von Piezoaktoren als Antrieb stellt dieses eine wesentliche Einsatzbedingung dar, weil Piezoaktoren zwar hohe Betäti- gungskräfte ermöglichen, die darstellbaren Aktorhübe jedoch sehr klein sind. Aufgrund von Längenänderungen infolge von Temperaturänderungen, Fertigungstoleranzen und Verschleißerscheinungen muss bei Systemen ohne Spielausgleich zumindest ein gewisses Maß eines Funktionsspiels vorgesehen werden, wo- durch jedoch der Arbeitshub entsprechend verringert wird.In the case of various drives, for example when controlling / driving valves, a minimal play or a defined maximum contact force between an actuator and a driven component is a prerequisite for reliable operation of the drive. In particular when using piezo actuators as drives, this represents an essential operating condition because piezo actuators enable high actuation forces, but the actuator strokes that can be represented are very small. Due to changes in length as a result of temperature changes, manufacturing tolerances and signs of wear, at least a certain amount of functional play must be provided in systems without play compensation, but this reduces the working stroke accordingly.
Piezoaktoren verlieren dabei einen nicht zu vernachlässigen Anteil des Nutzhubes. Durch den Einsatz eines Spielausgleichs kann ein Antrieb spielfrei gehalten werden, so dass der gesamte Aktorhub als Nutzhub zur Verfügung steht.Piezo actuators lose a not negligible proportion of the useful stroke. By using a play compensation, a drive can be kept free of play so that the entire actuator stroke is available as a useful stroke.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 197 08 304 ist eineFrom German published application 197 08 304 is one
Vorrichtung zur Übertragung einer Bewegung auf ein Einspritz- ventil bekannt, die ein Übertragungsmodul mit einer Druckkammer und einer Ausgleichskammer umfasst. Das Übertragungsmodul ist zwischen einem Piezoaktor und einem Ventilstößel angeord- net . Die Druckkammer und Ausgleichskammer sind mit einem Ü- bertragungsmedium gefüllt, wobei die Druckkammer auf einer Seite von einer Membran abgeschlossen und über eine an der gegenüberliegenden Seite angeordneten Drossel mit der Ausgleichskammer verbunden ist. Die Ausgleichskammer ist auf ei- ner Seite durch eine vorgespannte Federplatte oder eine fe-
derbeaufschlagte zweite Membran abgeschlossen, über die Ausgleichskammer und Druckkammer unter einem vorgegebenen Druck stehen. Die Drossel ist dabei so ausgestaltet, dass zeitlich kurze Druckunterschiede kaum und lange Druckunterschiede vollständig ausgeglichen werden. Eine Dejustage aufgrund Temperaturänderung oder Verschleiß wird durch einen Fluss des Ü- bertragungsmediums von Ausgleichskammer zu Druckkammer und umgekehrt ausgeglichen. Nachteilig ist, dass ein möglicher Spielausgleich durch die maximal erreichbare Wölbung der Membran der Druckkammer begrenzt ist. Ein schnelles und kurzzeitiges Nachfüllen der Druckkammer mit dem Übertragungsmedium aus der Ausgleichskammer ist wegen der oben beschriebenen Drosselfunktion nicht möglich.Device for transmitting a movement to an injection valve is known, which comprises a transmission module with a pressure chamber and an equalizing chamber. The transmission module is arranged between a piezo actuator and a valve tappet. The pressure chamber and compensation chamber are filled with a transmission medium, the pressure chamber being closed on one side by a membrane and connected to the compensation chamber via a throttle arranged on the opposite side. The compensation chamber is on one side by a prestressed spring plate or a fixed derbeaufschlagte second membrane completed, are above the compensation chamber and pressure chamber under a predetermined pressure. The throttle is designed in such a way that short pressure differences are hardly compensated for and long pressure differences are completely compensated for. A misalignment due to temperature change or wear is compensated for by a flow of the transmission medium from compensation chamber to pressure chamber and vice versa. The disadvantage is that possible play compensation is limited by the maximum curvature of the membrane of the pressure chamber that can be achieved. A quick and brief refilling of the pressure chamber with the transmission medium from the compensation chamber is not possible because of the throttle function described above.
Aus der internationalen Veröffentlichung 98/15018 ist eine Vorrichtung zum Übertragen einer Auslenkung eines piezoelektrischen Aktors mit einer Druckkammer bekannt, wobei die Druckkammer mit einem Arbeitsmedium gefüllt und beidseitig durch eine erste und zweite Membran begrenzt ist. Die Druckkammer ist so zwischen dem Aktor und einem Stößel angeordnet, dass die erste Membran dem Aktor und die zweite Membran demFrom the international publication 98/15018 a device for transmitting a deflection of a piezoelectric actuator with a pressure chamber is known, the pressure chamber being filled with a working medium and being delimited on both sides by a first and a second membrane. The pressure chamber is arranged between the actuator and a plunger in such a way that the first membrane is the actuator and the second membrane is the
Stößei zugeordnet ist. Eine Auslenkung des Aktors wird über die erste und zweite Membran auf den Stößel übertragen, wobei die erste und zweite Membran unterschiedlich große effektive Flächen aufweisen können. Ein Spielausgleich über eine Aus- gleichskammer ist nicht vorgesehen.Pusher is assigned. A deflection of the actuator is transmitted to the tappet via the first and second diaphragms, the first and second diaphragms having different effective areas of different sizes. Match compensation via a compensation chamber is not provided.
Aus der europäischen Veröffentlichung EP 0 947 690 ist ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit hydraulischem Übersetzer bekannt. Zwischen zwei Kolben, die in einem Gehäuse verschiebbar angeordnet sind, ist ein Druckraum vorgesehen. Zum Ausgleich von Flüssigkeitsverlusten des Druckraumes sind jeweils Steuerräume hinter den Kolben ausgebildet, wobei die Steuerräume und Kolben jeweils von einer Membran abgedichtet sind. Die Steuerräume sind über Drosselbohrungen an eine Leckölbohrung angeschlossen. Die Drosselbohrungen haben in Entlastungsrichtung des Steuerraumes einen scharfkantigen und
in Füllrichtung einen gerundeten Übergang. Durch eine entsprechende Dimensionierung wird in den Steuerräumen so ein ausreichender Mindestdruck zum Wiederbefüllen des Druckraumes eingestellt. Bei einem Kolbenhub wird über die dem einen Kol- ben zugeordnete Membranfläche in der einen Steuerkammer ein Gegendruck entgegen dem Leckόlstrom aus der Druckkammer in Richtung dieser Steuerkammer aufgebaut. Gleichzeitig wird die andere Steuerkammer über die Drosselbohrung und aufgrund der entgegengesetzten Bewegung des anderen Kolbens mit der zuge- ordneten Membran wieder befüllt.From the European publication EP 0 947 690 a valve for controlling liquids with a hydraulic translator is known. A pressure chamber is provided between two pistons, which are displaceably arranged in a housing. To compensate for liquid losses in the pressure chamber, control chambers are formed behind the pistons, the control chambers and pistons being sealed by a membrane. The control rooms are connected to a drain hole via throttle bores. The throttle bores have a sharp-edged and in the direction of relief of the control room a rounded transition in the filling direction. Appropriate dimensioning means that a sufficient minimum pressure for refilling the pressure chamber is set in the control rooms. During a piston stroke, a counter pressure against the leakage oil flow from the pressure chamber is built up in the direction of this control chamber via the membrane surface assigned to the one piston in the one control chamber. At the same time, the other control chamber is refilled with the assigned diaphragm via the throttle bore and due to the opposite movement of the other piston.
Bei Common Rail Injektoren wurden außerdem schon eine Reihe von hydraulischen Spielausgleichsvarianten vorgeschlagen, die als offene Systeme ausgeführt sind und Dieselkraftstoff, z.B. aus der Leckage, als Hydraulikflüssigkeit nutzen. Diese Sys- teme haben den Nachteil, dass eine gasfreie Befullung des Ü- bertragungsweges nicht unter allen Betriebsbedingungen sichergestellt ist.In the case of common rail injectors, a number of hydraulic lash adjusters have also been proposed, which are designed as open systems and use diesel fuel, e.g. from the leak, use as hydraulic fluid. The disadvantage of these systems is that gas-free filling of the transmission path is not ensured under all operating conditions.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des obigen Standes der Technik zu überwinden.In contrast, the invention has for its object to overcome the disadvantages of the above prior art.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen.To solve this problem, a device with the features of claim 1 is proposed.
Demnach ist bei einer Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder zum Spielausgleich der Druckraum und das elastische Speicherreservoir über einen Durchgang miteinander verbunden, wobei der Durchgang eine Durchlass- und eine Sper- richtung aufweist, so dass ein Fluss des Übertragungsmediums von dem Speicherreservoir zu dem Druckraum ermöglicht und ein Fluss in entgegengesetzter Richtung im wesentlichen gesperrt wird.Accordingly, in a device for transmitting a movement and / or for compensating for play, the pressure space and the elastic storage reservoir are connected to one another via a passage, the passage having a passage and a blocking direction, so that a flow of the transmission medium from the storage reservoir to the Pressure space allows and a flow in the opposite direction is essentially blocked.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine gasfreie Befullung des Übertragungsweges unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet, wobei über den Ringspalt und den Durchgang so-
wie den Druckraum und das Speicherreservoir insbesondere ein geschlossenes System ausgebildet werden kann. Ein schneller Verlustausgleich des Übertragungsmediums in dem Druckraum wird über den Durchgang sichergestellt. Durch die unmittelba- " re Ausbildung des Druckraumes zwischen Zylinder und Kolben ist ein Spielausgleich über einen weiten Bereich möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als reine Metallausführung realisiert sein, wodurch eine hohe Belastbarkeit und Lebensdauer gefördert werden.The device according to the invention ensures gas-free filling of the transmission path under all operating conditions, with the annular gap and the passage thus how the pressure chamber and the storage reservoir, in particular, a closed system can be formed. A quick loss compensation of the transmission medium in the pressure chamber is ensured via the passage. By the immediate "re formation of the pressure space between the cylinder and piston, a play compensation over a wide range is possible. The inventive device may be implemented as a pure metal type, thereby promoting a high load capacity and durability.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements of the invention result from the subclaims.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnah- me auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is illustrated in the drawings using exemplary embodiments and is explained in more detail below with reference to the drawings.
Fig. 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer erstenFig. 1 shows a sectional side view of a first
Ausführungsform einer Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder Spielausgleich ohne Hubübersetzung undEmbodiment of a device for transmitting a movement and / or play compensation without stroke translation and
Fig. 2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder Spielausgleich mit Hubübersetzung und integrierter Bewegungsumkehr.Fig. 2 shows a sectional side view of a second embodiment of a device for transmitting a movement and / or play compensation with stroke translation and integrated movement reversal.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder Spiel- ausgleich, wobei keine Hubübersetzung vorgesehen ist. Die Vorrichtung weist einen Zylinder 1 mit Führung auf, in der ein Kolben 2 mit minimalem radialen Spiel verschiebbar angeordnet ist. Zwischen einer Stirnseite 14 des Kolbens 2 und der Führung 16 des Zylinders 1 ist ein Druckraum 3 ausgebil-
00 to co M o in o cπ o cπ1 shows a first embodiment of a device according to the invention for transmitting movement and / or play compensation, with no stroke ratio being provided. The device has a cylinder 1 with a guide, in which a piston 2 is slidably arranged with minimal radial play. A pressure chamber 3 is formed between an end face 14 of the piston 2 and the guide 16 of the cylinder 1. 00 to co M o in o cπ o cπ
Piezoaktor. Die vom Piezoaktor aufgebrachte Kraft wirkt über den Kolben 2, den Druckraum 3 und die Stirnseite 12 des Zylinders 1 auf ein (nicht dargestelltes) zu betätigendes Element. Dieses kann beispielsweise ein Steuerventil sein. In- folge der Kraftwirkung des Piezoaktor im ausgelenktem Zustand steigt der Druck in dem Druckraum 3 an und eine geringe Menge Übertragungsmedium entweicht über den Ringspalt 15 aus dem Druckraum 3 in das Speicherreservoir .Piezoelectric actuator. The force applied by the piezo actuator acts via the piston 2, the pressure chamber 3 and the end face 12 of the cylinder 1 on an element (not shown) to be actuated. This can be a control valve, for example. As a result of the force effect of the piezo actuator in the deflected state, the pressure in the pressure chamber 3 increases and a small amount of transmission medium escapes from the pressure chamber 3 into the storage reservoir via the annular gap 15.
In der Zeit, in der der Piezoaktor nicht angesteuert ist, kann das Übertragungsmedium in dem Druckraum 3 über denIn the time in which the piezo actuator is not activated, the transmission medium in the pressure chamber 3 can be via the
Durchgang 5 und das Ventil 6 wieder ergänzt werden. Der statische Druck im Speicherreservoir 4 und die gleichzeitig als Druckfedern wirkenden Metallbälge 9, 10 erzeugen in dieser Phase eine definierte Kontaktkraft zwischen Stellglied und zu betätigendem Element. Änderungen in der Justage bzw. Abstimmung der einzelnen Komponenten aufgrund Temperaturausdehnung, Verschleiß und ähnlichem werden wegen der damit einhergehenden Druckänderung durch einen entsprechenden Fluss des Übertragungsmediums ausgeglichen.Passage 5 and valve 6 are added again. The static pressure in the storage reservoir 4 and the metal bellows 9, 10, which simultaneously act as compression springs, generate a defined contact force between the actuator and the element to be actuated in this phase. Changes in the adjustment or coordination of the individual components due to temperature expansion, wear and the like are compensated for by the corresponding change in pressure by a corresponding flow of the transmission medium.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Übertragen einer Bewegung und/oder Spiel- ausgleich, wobei eine Hubübersetzung mit integrierter Bewegungsumkehr vorgesehen ist. Ein Zylinder 21 ist mit seinen beiden Planflächen 24 in ein Gehäuse, beispielsweise ein Injektorgehäuse eingespannt. Zwei Kolben 22, 23, von denen der eine als ein Hohlkolben 22 und der andere als ein Hubkolben 23 ausgeführt ist, sind in dem Zylinder 21 eingesetzt. Dabei läuft der Hohlkolben 22 in einer Führung 45 des Zylinders 21 und der Hubkolben 23 in einer entsprechenden Führung 46 des Hohlkolbens 22.FIG. 2 shows a second embodiment of the device according to the invention for transmitting a movement and / or play compensation, wherein a stroke ratio with integrated movement reversal is provided. A cylinder 21 is clamped with its two flat surfaces 24 into a housing, for example an injector housing. Two pistons 22, 23, one of which is designed as a hollow piston 22 and the other as a reciprocating piston 23, are inserted in the cylinder 21. The hollow piston 22 runs in a guide 45 of the cylinder 21 and the reciprocating piston 23 in a corresponding guide 46 of the hollow piston 22.
Ein Druckraum 26 wird von benachbarten Stirnflächen 42, 43 der ineinander angeordneten Kolben 22, 23 und der Führung des
ÜO LJ co to M μ> cπ O LΠ o cπ o cπA pressure chamber 26 is formed by adjacent end faces 42, 43 of the pistons 22, 23 arranged one inside the other and the guidance of the ÜO LJ co to M μ> cπ O LΠ o cπ o cπ
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1 1 φ 1 I 1 1 1 1 1
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tragungsmedium aus dem Speieherreservoir nachgefördert, die bei der Ansteuerung des Piezoaktors aus dem Druckraum 26 als Leckage entweicht. Die Metallbälge 31, 32 des Speicherreservoirs 30 übernehmen bei dieser Ausführungsform der Erfindung keine Federfunktion.Carried medium from the feeder reservoir, which escapes as a leak when the piezo actuator is actuated from the pressure chamber 26. The metal bellows 31, 32 of the storage reservoir 30 do not perform a spring function in this embodiment of the invention.
Für eine verlustfreie Kraft-Weg-Übertragung ist bei beiden Ausführungsformen eine gasfreie Befullung des gesamten Innenraumes mit dem Übertragungsmedium erforderlich.
In both embodiments, a gas-free filling of the entire interior with the transmission medium is required for a loss-free force-distance transmission.