Beschreibung
Aufnahmehülse für einen Aktorkörper
Die Erfindung betrifft eine Aufnahmehülse für einen Aktorkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zur Aufnahme eines Piezostapels eines Piezoaktors, der zum Antrieb eines Injektors einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
Bei der Herstellung von Piezoaktoren für Injektoren von Ein- spritzanlagen ist es bekannt, jeweils einen Piezostapel in eine aus Kunststoff bestehende Aufnahmehülse einzusetzen und nach der elektrischen Kontaktierung des Piezostapels in der Aufnahmehülse mit Silikon zu vergießen, wodurch der Piezostapel und auch die elektrischen Anschlussstifte in dem Piezoaktor unverrückbar fixiert werden. Hierzu weist die bekannte Aufnahmehülse Führungsbohrungen auf, deren Innenquerschnitt an den Außenquerschnitt des Piezostapels angepasst ist, so dass die Führungsbohrungen den Piezostapel im eingesetzten Zustand fixieren.
Nachteilig an dieser bekannten Aufnahmehülse zur Herstellung eines Piezoaktors ist die Tatsache, dass die Position des Piezostapels in dem fertig vergossenen Piezoaktor teilweise von den vorgegebenen Spezifikationen abweicht, was beim Einbau des Piezoaktors zu Problemen führen kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorste- hend beschriebene bekannte Aufnahmehülse für einen Piezoaktor dahingehend zu verbessern, dass die Positionierung des Piezostapels in der Aufnahmehülse möglichst exakt den vorgegebenen Spezifikationen entspricht.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Aufnahmehülse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht von der technischen Erkenntnis aus, dass die Fehlpositionierung des Piezostapels in dem fertig vergossenen Piezoaktor durch Bauteiltoleranzen des Piezostapels und der zugehörigen Führungsbohrungen in der Aufnahmehülse verursacht wird. So muss der Innenquerschnitt der Führungsbohrungen der Aufnahmehülse so groß ausgelegt werden, dass der Piezostapel auch bei ungünstigen Toleranzabweichungen noch in die zugehörigen Führungsbohrungen der Aufnahmehülse einge- führt werden kann. Diese Bemaßung der Führungsbohrungen der Aufnahmehülse führt jedoch meist zu einer Spielpassung zwischen dem Piezostapel und der Aufnahmehülse, was mit einer entsprechend ungenauen Positionierung des Piezostapels innerhalb der Aufnahmehülse verbunden ist .
Darüber hinaus beruht die Erfindung auf der technischen Erkenntnis, dass die Positionierungsfehler auch in Fehlzentrierungen des Piezostapels innerhalb der Aufnahmehülse bestehen.
Die Erfindung sieht deshalb mindestens ein Federelement vor, um den Aktorkörper in der Aufnahmehülse zu zentrieren und/oder Bauteiltoleranzen des Aktorkörpers oder der Aufnah- mehülse auszugleichen. Das erfindungsgemäß vorgesehene Federelement kann also zwei unterschiedliche Funktionen erfüllen, nämlich zum einen die Zentrierung des Aktorkörpers innerhalb der Aufnahmehülse und zum anderen den Ausgleich von Bauteiltoleranzen. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung nicht erforderlich, dass die erfindungsgemäße Aufnahmehülse beide Funktionen erfüllt. Es ist vielmehr auch möglich, dass die erfindungsgemäße Aufnahmehülse nur einen Ausgleich von Bau¬ teiltoleranzen des Aktorkörpers bewirkt, ohne den Aktorkörper innerhalb der Aufnahmehülse zu zentrieren. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, dass das erfindungsgemäß vorgesehene Federelement lediglich eine Zentrierung des Aktorkörpers innerhalb der Aufnahmehülse bewirkt, ohne Bauteiltoleranzen von Aktorkörper oder Aufnahmehülse auszugleichen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Aktorkörpers jeweils mindestens ein Federelement, wobei die einander gegenüberliegenden Federelemente jeweils von außen auf den Aktor- körper drücken, um den Aktorkörper in der Aufnahmehülse zu zentrieren. Die von den einzelnen Federelementen auf den Aktor ausgeübten Federkräfte sind hierbei vorzugsweise bezüglich der Aktorlängsachse radial ausgerichtet. Die einander gegenüberliegend angeordneten Federelemente der erfindungsge- mäßen Aufnahmehülse zentrieren den Aktorkörper innerhalb der Aufnahmehülse jedoch nur in einem Bewegungsfreiheitsgrad. Zur vollständigen Fixierung des Aktorkörpers in allen quergerichteten Bewegungsfreiheitsgraden sind deshalb vorzugsweise zwei weitere Federelemente vorgesehen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Aktorkörpers angeordnet sind und jeweils von außen auf den Aktorkörper drücken, um den Aktorkörper in der Aufnahmehülse auch in einem zweiten Bewegungsfreiheitsgrad zu zentrieren. Zur Erreichung einer vollständigen Querzentrierung des Aktorkörpers innerhalb der Aufnahmehülse sind die Kraftachsen der beiden Federe-lementepaare zueinander angewinkelt und schließen vorzugsweise einen im Wesentlichen rechten Winkel ein.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dage- gen jeweils auf einer Seite des Aktorkörpers ein Federelement angeordnet, das von außen auf den Aktorkörper drückt, während sich auf der gegenüberliegenden Seite des Aktorkörpers ein starrer Anschlag befindet. Das Federelement drückt den Aktorkörper hierbei also gegen den starren Anschlag, so dass der Aktorkörper eine definierte Position einnimmt. Auch hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Aktorkörper in allen möglichen Querbewegungsrichtungen exakt positioniert wird. Hierzu ist vorzugsweise ein weiteres Federelement vorgesehen, das von einer anderen Seite von außen auf den Aktorkörper drückt und diesen gegen einen auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten weiteren Anschlag drückt. Die beiden Federelemente bewirken hierbei also mit den beiden starren An-
schlagen eine exakte Positionierung des Aktorkörpers innerhalb der Aufnahmehülse in allen Querrichtungen. Vorzugsweise sind die Kraftachsen der beiden Federelemente hierbei wieder zueinander angewinkelt und schließen vorzugsweise einen rech- ten Winkel ein, um eine möglichst exakte Positionierung des Aktorkörpers zu erreichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Bauteiltoleranzen des Aktorköpers und der Aufnahmehülse ausgeglichen, jedoch erfolgt nicht notwendigerweise eine Zentrierung des Aktorkorpers innerhalb der Aufnah- mehülse, da die Position des Aktorkörpers durch die toleranzbehafteten starren Anschläge vorgegeben ist .
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Aufnahmehülse zwei Führungsbohrungen zur Halterung des Aktorkörpers auf, wobei an den beiden Führungsbohrungen jeweils mindestens ein Federelement angeordnet ist, um den Aktorkörper in den Führungsbohrungen zu zentrieren und/oder Bauteiltoleranzen auszugleichen. Die beiden Führungsbohrungen sind hierbei vorzugsweise im Wesentlichen rechteckig, um die üblichen Piezostapel mit einem rechteckigen Querschnitt aufnehmen zu können, wobei an jeder Seitenkante der Führungsbohrungen jeweils ein Federelement angeordent ist, so dass an jeder Führungsbohrung insgesamt mindestens vier Federelemente auf den Aktorkörper wirken und diesen innerhalb der Führungsbohrungen zentrieren.
Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass jede Führungsbohrung an zwei ihrer Seitenkanten jeweils ein Federelement und an ihren beiden anderen Seitenkanten jeweils einen Anschlag aufweist, wobei die Federelemente jeweils einem Anschlag ge- genüberliegen. Bei dieser Ausführungsform drücken die beiden Federelemente den Aktorkörper gegen die jeweils zugehörigen starren Anschläge, so dass die Endposition des Aktorkörpers durch die starren Anschläge vorgegeben ist.
Bei der vorstehend beschriebenen Variante mit starren Anschlägen sind die beiden Federelemente an den beiden Führungsbohrungen vorzugsweise jeweils an benachbarten Seiten-
kanten angeordnet, während die beiden Anschläge an den beiden Führungsbohrungen jeweils an den anderen beiden benachbarten Seitenkanten angeordnet sind. Die beiden Federelemente haben hierbei also Kraftwirkungsachsen, die rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind, was zu einer exakten Positionierung des Aktorkörpers innerhalb der Aufnahmehülse führt.
Die einzelnen Federelemente sind vorzugsweise einstückig an die Aufnahmehülse angeformt, die beispielsweise aus Kunst- stoff bestehen kann.
In einer auch als einarmig bezeichneten Ausführungsform der Federelemente sind diese langgestreckt, wobei eines ihrer Enden einstückig an die Aufnahmehülse angeformt ist, während das andere Ende frei ist und elastisch auf den Aktorkörper drückt .
Es ist jedoch alternativ auch möglich, dass die Federelemente langgestreckt sind und an ihren beiden Enden einstückig an die Aufnahmehülse angeformt sind, wobei der mittlere Bereich der Federelemente elastisch gegen den Aktorkörper drückt.
Ferner ist zu erwähnen, dass der Berührungskontakt zwischen den einzelnen Federelementen und dem Aktorkörper vorzugsweise punktformig oder linienförmig ist, um bei der im Betrieb auftretenden Längsdehnung bzw. -kürzung des Aktorkörpers die Reibung zwischen dem Aktorkörper und den Federelementen zu verringern. Ein derartiger punkt- oder linienförmiger Berührungskontakt zwischen den Federelementen und dem Aktorkörper kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass an den Federelementen Vorsprünge angeordnet sind, die den punkt- oder lininenförmigen Berührungskontakt mit dem Aktorkörper bilden.
Weiterhin können die Federelemente eine Einführschräge auf- weisen, um die Einführung des Aktorkörpers in die Aufnahmehülse zu erleichtern.
Die Erfindung umfasst jedoch nicht nur die vorstehend beschriebene erfindungsgemäß gestaltete Aufnahmehülse, sondern auch einen kompletten Piezoaktor mit einer erfindungsgemäßen Aufnahmehülse und einem in diese eingesetzten Aktorkörper.
Ferner umfasst die Erfindung auch einen Injektor für eine Einspritzanläge einer Brennkraftmaschine mit einem derartigen Piezoaktor sowie eine komplette Einspritzanlage, die einen solchen Injektor aufweist.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. la und lb ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aufnahmehülse für einen Piezoaktor,
Fig. 2a und 2b ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aufnahmehülse,
Fig. 3a und 3b ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Aufnahme- hülse,
Fig. 4a und 4b ein viertes Ausführungsbeispiel für eine derartige Auf ahmehülse.
Die Figuren la und lb zeigen eine aus Kunststoff bestehende Aufnahmehülse 1, die bei der Herstellung eines Piezoaktors für einen Injektor einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine eingesetzt wird.
Die Aufnahmehülse 1 hat hierbei zum einen die Aufgabe, einen in die Aufnahmehülse 1 eingesetzten Piezostapel und zwei zugehörige elektrische Anschlussstifte bei der elektrischen
Kontaktierung zu fixieren, wobei die Kontaktierung des Piezostapels durch eine Drahtbewicklung erfolgt.
Zum anderen hat die Aufnahmehülse 1 bei der Herstellung eines Piezoaktors die Aufgabe, den Piezostapel und die zugehörigen elektrischen Anschlussstifte beim Vergießen mit Silikon zu fixieren, bis die Vergussmasse ausgehärtet ist und den Piezostapel sowie die zugehörigen elektrischen Anschlussstifte dann unverrückbar fixiert sind.
Zur Erfüllung dieser beiden Aufgaben ist die Aufnahmehülse käfigartig geformt und weist zwei Stirnplatten 2, 3 auf, die durch axial verlaufende Stege 4 miteinander verbunden sind, wobei in den beiden Stirnplatten 2, 3 jeweils eine im wesent- liehen quadratische Führungsbohrung 5, 6 angeordnet ist. Bei der Herstellung eines Piezoaktors wird ein Piezostapel mit einem ebenfalls im Wesentlichen quadratischen Querschnitt in die Führungsbohrungen 5, 6 der beiden Stirnplatten 2, 3 eingeführt, wobei der Piezostapel axial etwas nach außen über die Stirnplatten 2, 3 hinausragt, so dass der Piezostapel in den Führungsbohrungen 5, 6 seitlich geführt wird.
In der oberen Stirnplatte 2 sind zwei weitere Führungsbohrungen 7, 8 angeordnet, die im montierten Zustand zwei elektri- sehe Anschlussstifte führen, wobei das untere Ende der elektrischen Anschlussstifte durch ein Klemmlager 9 geführt wird.
An den inneren Seitenkanten der beiden Führungsbohrungen 5, 6 sind hierbei jeweils zwei Federelemente 10, 11 bzw. 12 ange- ordnet, wobei den Federelementen 10, 11, 12 jeweils ein starrer Anschlag 13, 14, 15 gegenüberliegt, der an einer Seitenkante der Führungsbohrung 5 bzw. 6 im Wesentlichen mittig und einstückig angeformt ist. Die Federelemente 10, 11, 12 bestehen aus Kunststoff und sind langgestreckt, wobei eines ihrer Enden einstückig an eine Seitenkante der Führungsbohrung 5 bzw. 6 angeformt ist, so
dass die Federelemente 10, 11, 12 mit ihrem freien Ende elastisch schwingen können.
Im montierten Zustand drücken die Federelemente 10-12 einen in die Führungsbohrungen 5, 6 eingesetzten Piezostapel in Richtung auf die jeweils gegenüberliegenden starren Anschläge 13-15, so dass der Piezostapel in der Aufnahmehülse 1 unabhängig von Bauteiltoleranzen des Piezostapels eine definierte Position einnimmt.
Das in den Figuren 2a und 2b dargestellte Ausführungsbeispiel einer Aufnahmehülse 1 ' stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in den Figuren la und lb dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wieder- holungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird und im Folgenden für entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden, die lediglich zur Unterscheidung mit einem Apostroph versehen sind.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass an jeder Seitenkante der beiden Führungsbohrungen 5', 6' jeweils ein Federelement 10.1' -10.4', 12.1 '-12.3' angeformt ist. Im montierten Zustand ist der Piezostapel im Bereich der beiden Stirnplatten 2', 3' der Aufnahmehülse 1' also jeweils von zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Paaren von Federelementen 10.1', 10.3' bzw. 10.2", 10.4' umgeben, die von außen auf den Piezostapel drücken und diesen dadurch innerhalb der Aufnahmehülse 1' zentrieren.
Das in den Figuren 3a und 3b dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aufnahmehülse 1" stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in den Figuren la und lb dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende Be- Schreibung verwiesen wird um im Folgenden für entsprechende
Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden, die ledig-
lieh zur Unterscheidung durch zwei Apostrophe gekennzeichnet sind.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht in der Ausgestaltung der Federelemente 10", 11", die langgestreckt sind und an ihren beiden Enden jeweils einstückig an den Rand der Führungsbohrung 5" bzw. 6" angeformt sind, so dass der mittlere Bereich der beiden Federelemente 10", 11" federnd gegen den Piezostapel drückt.
Schließlich stimmt auch das in den Figuren 4a und 4b dargestellte alternative Ausführungsbeispiel einer Aufnahmehülse 1'" weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in den Figuren 2a und 2b dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird und im Folgenden für entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden, die lediglich zur Unterscheidung durch drei Apostrophe gekennzeichnet sind.
Eine Besonderheit der Aufnahmehülse 1'" besteht in der Ausgestaltung der Federelemente 10.1 '"-10.4 '", die langgestreckt ausgebildet sind und an ihren beiden Enden jeweils einstückig an eine Seitenkante der Führungsbohrung 5'", 6'" angeformt sind, so dass jeweils der mittlere Bereich der einzelnen Federelemente 10.1 '"-10.4 '" elastisch federnd von außen auf den Piezostapel drückt.
Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass an die einzel- nen Federelemente 10.1'" jeweils mittig Vorsprünge 16.1'"- 16.4'" angeformt sind, die im montierten Zustand in einem punktförmigen Berührungskontakt mit dem Piezostapel stehen. Auf diese Weise wird bei der im Betrieb auftretenden Längsdehnung bzw. -kürzung des Piezostapels die Reibung zwischen dem Piezostapel und den Federelementen 10.1 '"-10.4 '" herabgesetzt .
Schließlich besteht eine Besonderheit der Aufnahmehülse 1'" darin, dass die Federelemente 10.1 '"-10.4 '" eine Einführschräge aufweisen, wodurch das Einführen des Piezostapels in die Führungsbohrungen 5"' und 6'" erleichtert wird.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutz- bereich fallen.