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EP1525393B1 - Vorrichtung zum übertragen einer auslenkung eines aktors mit einem elastomerring - Google Patents

Vorrichtung zum übertragen einer auslenkung eines aktors mit einem elastomerring Download PDF

Info

Publication number
EP1525393B1
EP1525393B1 EP03787649A EP03787649A EP1525393B1 EP 1525393 B1 EP1525393 B1 EP 1525393B1 EP 03787649 A EP03787649 A EP 03787649A EP 03787649 A EP03787649 A EP 03787649A EP 1525393 B1 EP1525393 B1 EP 1525393B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
ring
housing
chamber
transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03787649A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1525393A1 (de
Inventor
Willibald SCHÜRZ
Martin Simmet
Hanspeter Zink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of EP1525393A1 publication Critical patent/EP1525393A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1525393B1 publication Critical patent/EP1525393B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/04—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure using fluid, other than fuel, for injection-valve actuation
    • F02M47/046—Fluid pressure acting on injection-valve in the period of injection to open it
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/004—Joints; Sealings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/166—Selection of particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion
    • 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
    • F15B3/00—Intensifiers or fluid-pressure converters, e.g. pressure exchangers; Conveying pressure from one fluid system to another, without contact between the fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/704—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with actuator and actuated element moving in different directions, e.g. in opposite directions

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting a deflection of an actuator with an elastomer ring.
  • the invention relates to a device for transmitting a deflection of an actuator according to the preamble of patent claim 1.
  • US 4858439 A describes a device for transmitting a piston stroke with a housing comprising a large diameter cylindrical bore and a small diameter cylindrical bore joined together.
  • a large diameter piston and a small diameter piston are movably inserted into the bores so that a cylinder chamber remains between their inner ends.
  • a first sealing member is provided to enclose the protruding outer end of the large diameter piston and a second sealing member is provided to enclose the protruding outer end of the small diameter piston.
  • One end of the first seal member is at the protruding outer end of the large-diameter piston attached, the other end of the first sealing element is connected to the housing of the device, so that a first tightly sealed chamber is formed.
  • one end of the second sealing member is fixed to the protruding outer end of the small-diameter piston, the other end of the second sealing member is connected to the housing of the device, so that a second sealed chamber is formed.
  • the cylinder chamber and the first and second sealed chamber are filled with oil.
  • WO 0157393 A describes a hydraulic stroke-translation system comprising a main body, an input piston, a coupling space, which is filled with a hydraulic fluid, and an output piston, wherein an intermediate piston is provided, which is between a rest position in which the coupling space through a ventilation opening to the outside is, and a working position is displaceable, in which the ventilation opening and thus the coupling space are closed.
  • the deflection transmission chambers are provided, which are bounded by a first and a second piston and a housing.
  • the transmission chambers are filled with a transmission medium such as a hydraulic oil.
  • a transmission medium such as a hydraulic oil.
  • the transfer chambers are hydraulically connected to a compensation chamber.
  • the compensation chamber serves to compensate for a change in volume oftraveletragerhuntn and supply thetraveletragerhuntn with a transfer medium with a specified pressure.
  • the sealing with a metal membrane is relatively expensive and the metal membrane itself is relatively expensive.
  • the object of the invention is to provide a device for transmitting a deflection of an actuator whose transfer medium is adjacent to an elastomeric ring which is stabilized with a tensioning means.
  • a significant advantage of the device according to the invention is that the compensation chamber is limited by an elastomeric ring.
  • the use of elastomer allows for a variable volume of the compensation chamber and on the other hand, a pressurization of the fluid of the compensation chamber.
  • a ring as elastomer, it is possible to seal relatively large pressures with elastomer.
  • the elastomeric ring on one outer side with an inner wall of a housing and on an inner side with a piston rod circumferentially sealed.
  • first or a second sleeve on the outside and / or on the inside of the elastomer ring.
  • the first outer sleeve is circumferentially sealed to the inner wall of the housing and to the elastomeric ring.
  • the second, inner sleeve is circumferentially tightly connected to the first piston or the piston rod and the elastomer ring.
  • the use of the second inner sleeve also provides the ability to manufacture the piston or piston rod independently of the hydraulically sealed connection to the elastomeric ring. This is given an increased flexibility for the production of the piston rod.
  • the vulcanization process with which the elastomeric ring with the inner and the outer sleeve circumferentially tightly connected, regardless of the housing and the first piston. Only after the connection process of the elastomeric ring with the outer and the inner sleeve, the outer and the inner sleeve with the housing or with the piston or with the piston rod circumferentially sealed welded.
  • the first and the second sleeve are preferably made of steel.
  • the elastomer used has an elasticity which, however, can be reduced at high pressures in the compensation chamber or over an extended period of time.
  • a tensioning means is preferably provided, which acts on the elastomeric ring from the outside with a bias voltage. In this way, the elastic function of the elastomeric ring is supported by the clamping means.
  • a preferred embodiment of the clamping means consists in the formation of a spiral spring which is clamped between the elastomer and a bearing surface which is fixedly connected to the piston rod. In this way, a bias achieved, which is independent of the position of the first piston.
  • the pressure transmitting means has the shape of a ring.
  • the ring has a stepped passage, wherein the ring is guided on the piston rod and also rests with the region with the larger diameter on the elastomer ring.
  • the biasing force is transmitted uniformly over the entire annular surface on the elastomer ring. Tilting of the ring and thus only a partial load on the elastomeric ring is avoided by the guide along the piston rod.
  • the protective layer is in the form of a rubber layer applied to the ring.
  • the invention is explained below using the example of an injection valve 1.
  • the application of the transmission device according to the invention is not limited to injectors, but the transmission device according to the invention can be used in a variety of technical fields for transmitting a deflection of an actuator.
  • Fig. 1 shows an injection valve 1 with an actuator 2, which is connected via a transmission device 3 with an injection valve needle 4 in operative connection.
  • the actuator 2 is designed for example as a piezoelectric actuator and the transmission device 3 preferably has a translation function, so that a deflection of the actuator 2 in the direction of the injection needle 4 is transmitted by the transfer device 3 in an enlarged deflection of the injection needle 4.
  • the injection needle 4 is associated with injection holes of the injection valve. Depending on the deflection of the actuator 2, the injection needle 4 releases the injection holes, so that fuel is injected via the injection holes in an internal combustion engine.
  • the transmission device 3 may also have an inverse function, so that upon a deflection of the actuator 2 in the direction of the injection needle 4, the actuator, which is in operative connection with the injection needle 4, is withdrawn from the injection needle 4.
  • the transmission device 3 may also have a pure transfer function, with which the deflection of the actuator is transmitted to a corresponding deflection of the injection needle.
  • Fig. 5 shows in a more precise representation of the transfer device. 3
  • first piston 6 which has a sleeve shape open on one side.
  • the sleeve-shaped part of the piston delimits a first transmission chamber 10, in which a second piston 7 is guided.
  • the first and the second piston 6, 7 delimit the first transmission chamber 10.
  • the first piston 6 is again guided in a cylindrical chamber of a housing 4, which has an end surface 15 at the end face to the first piston 1.
  • an opening 16 is introduced through which a piston rod of the second piston 7 is guided.
  • the piston rod has a smaller diameter than the second piston 7.
  • the piston rod passes over an annular shoulder in the widened diameter of the second piston 7. Between the end face 5, the shoulder and an annular end face 17 of the first piston 6, a second transmission chamber 11 is formed.
  • the second transmission chamber 11 is hydraulically connected to the first transmission chamber 10 via a first sealing gap 18, which is formed between a side wall of the second piston 7 and an inner wall of the first piston 6.
  • the first transmission chamber 10 is bounded by a second end surface 19 of the first piston 6 and a second end surface 20 of the second piston 7.
  • the first sealing gap 18 is designed narrow, so that short-term pressure differences are not compensated.
  • the second transmission chamber 11 is connected to a compensation chamber 22 via a second sealing gap 21 which is formed between the outer wall of the first piston 6 and the inner wall of the housing 4.
  • the first transmission chamber 10 is hydraulically connected via a bore 60, which is introduced into the first piston 6, with the compensation chamber 22.
  • the first piston 6 is via a second paragraph in the piston rod 51 via.
  • the piston rod 51 has a substantially cylindrical shape and has a smaller diameter than the first piston 6.
  • a first embodiment according to FIG. 5 is an elastomeric ring between the housing and the second piston 7 and the piston rod 51 of the first piston 6 introduced.
  • the elastomeric ring 50 is circumferentially sealed on the outside with the housing 5 and on the inside with the piston rod 51 connected. For bonding a vulcanization process is used.
  • the housing 5 and the first piston 6 with the piston rod 51 are made of steel.
  • the geometry of the elastomer ring is selected in such a way that the elastomer ring has sufficient elasticity and at the same time a necessary stability for limiting the pressure of the compensation chamber 22. Due to its elastic properties, the elastomer ring should enable an increase in the volume in the compensation chamber and, in addition, avoid excessive pressure increase.
  • the first and second transfer chambers 10, 11 and the compensation chamber are filled with a transfer fluid. In this way, a movement coupling between the first and second pistons 6, 7 is achieved. If the first piston 6 is moved deeper into the housing 5 by the actuator, the second piston 7 is also moved deeper into the housing 5. Thus, a reversal of motion between the first and second pistons 6, 7 is achieved.
  • the compensation chamber 22 is connected via the second sealing gap 21 with the secondnectetragerhunt 11, wherein the second sealing gap 21 is designed so narrow that short-term pressure differences between the lecturetragerhunt 11 and the compensation chamber 22 are not compensated.
  • the term short term operating times of the actuator are understood, which requires the actuator for actuating an actuator, in the example shown for actuating the injection needle.
  • Prolonged pressure differences over the second sealing gap 21 between the secondsupportedetragerhunt and the compensation chamber 22 are compensated.
  • a clearance compensation can be achieved automatically.
  • the first and second pistons 6, 7 can always be brought into contact with an actuator or an actuator.
  • the transfer member is under pressure.
  • the pressure can, for example, by a tensioning means on the elastomer ring 50th be transferred to the transmission fluid.
  • other arrangements of the lecturetragerhuntn be selected so that a movement of the first piston 6 is transmitted in a same direction movement of the second piston 7.
  • the elastomeric ring 50 is connected on its outside with a first, outer sleeve 52 and on its inside with a second, inner sleeve 53.
  • the first sleeve 52 is circumferentially sealed to the housing 5, preferably welded.
  • the connection surface may be arranged on the inside or on an end face of the housing.
  • the second sleeve 53 is circumferentially tightly connected to the piston rod 51 on the inner surface, preferably welded.
  • an outer and an inner sleeve 52, 53 offers the advantage that the connection process between the elastomeric ring 50 and the outer and inner sleeve 52, 53, regardless of the connection process between the outer and inner sleeve 52, 53 and the housing 5 or the piston rod 51 can be performed.
  • a tensioning means is provided, with which the elastomeric ring 50 is biased in the direction of the compensation chamber 22.
  • a spiral spring 54 is provided for this purpose, which is clamped between a stop ring 55 and the elastomer ring 50.
  • the stop ring 55 is fixedly connected to the piston rod 51.
  • a pressure transmitting means is provided between the tensioning means and the elastomeric ring 50 which transmits the biasing force of the coil spring 54 to the surface of the elastomeric ring 50 with a larger area.
  • the pressure transmission means is formed in the form of a pressure ring 56.
  • the pressure ring 56 preferably has a bearing surface which substantially corresponds to the surface of the elastomeric ring 50.
  • the pressure ring 56 has a stepped passage, wherein the pressure ring 56 is guided in the region of the passage with the smaller diameter of the piston rod 51. In this way, an axial guidance of the pressure ring 56 is achieved, so that the pressure ring 56 can not tilt. In this way it is ensured that the pressure ring 56 transmits the predetermined by the coil spring 54 biasing force uniformly over the contact surface of the pressure ring 56 on the elastomeric ring 50.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the elastomeric ring 50th
  • Fig. 4 shows the pressure ring 56 from below, wherein a contact surface 58 is clearly visible, with the pressure ring 56 rests on the elastomeric ring 50.
  • the guide opening 59 can be seen, through which the piston rod 51 is guided in the installed state and over which the pressure ring 56 is axially movably guided in the axial direction of the piston rod 51. In this way, a tilting of the support surface of the pressure ring 56 is avoided.
  • a protective layer 57 is applied to the surface of the pressure ring 56 associated with that of the elastomeric ring 50.
  • the protective layer 57 consists for example of rubber and serves to protect the elastomeric ring 50 against abrasion by the pressure ring 56.
  • the protective layer 57 has a greater hardness than the elastomeric ring 50.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen einer Auslenkung eines Aktors mit einem Elastomerring.
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen einer Auslenkung eines Aktors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Es ist aus dem Bereich der Einspritzventile bekannt, Vorrichtungen zum Übertragen einer Auslenkung eines Aktors einzusetzen. Die Vorrichtung übernimmt dabei beispielsweise die Einstellung eines gewünschten Spieles zwischen dem Aktor und einem anzusteuernden Stellglied. Je nach Ausführungsform der Vorrichtung kann auch eine Übersetzung der Auslenkung des Aktors erreicht werden. Beispielsweise ist es bei piezoelektrischen Aktoren von Vorteil, den relativ geringen Auslenkungshub des piezoelektrischen Aktors zu vergrößern, um beispielsweise ein Schließglied eines Ventils oder eine Einspritznadel anzusteuern.
  • US 4858439 A beschreibt eine Vorrichtung zur Übertragung eines Kolbenhubs mit einem Gehäuse, das eine zylindrische Bohrung mit großem Durchmesser und eine zylindrische Bohrung mit kleinem Durchmesser umfasst, die miteinander verbunden sind. Ein Kolben mit großem Durchmesser und ein Kolben mit kleinem Durchmesser sind beweglich so in die Bohrungen eingesetzt, dass zwischen ihren inneren Enden eine Zylinderkammer verbleibt. Ein erstes Dichtelement ist vorgesehen, das hervorstehende äußere Ende des Kolbens mit großem Durchmesser zu umschließen und ein zweites Dichtelement ist vorgesehen, das hervorstehende äußere Ende des Kolbens mit kleinem Durchmesser zu umschließen. Ein Ende des ersten Dichtelements ist am hervorstehenden äußeren Ende des Kolbens mit großem Durchmesser befestigt, das andere Ende des ersten Dichtelements ist mit dem Gehäuse der Vorrichtung verbunden, so dass eine erste dicht abgeschlossene Kammer gebildet wird. Außerdem ist ein Ende des zweiten Dichtelements am hervorstehenden äußeren Ende des Kolbens mit kleinem Durchmesser befestigt, das andere Ende des zweiten Dichtelements mit dem Gehäuse der Vorrichtung verbunden, so dass eine zweite dicht abgeschlossene Kammer gebildet wird. Die Zylinderkammer und die erste und zweite dicht abgeschlossene Kammer sind mit Öl gefüllt.
  • WO 0157393 A beschreibt ein hydraulisches Hub-Übersetzungssystem, das einen Grundkörper, einen Eingangskolben, einen Koppelraum, der mit einem Hydraulikfluid gefüllt ist, und einen Ausgangskolben umfasst, wobei ein Zwischenkolben vorgesehen ist, der zwischen einer Ruhestellung, in der der Koppelraum durch eine Belüftungsöffnung nach außen geöffnet ist, und einer Arbeitsstellung verschiebbar ist, in der die Belüftungsöffnung und somit der Koppelraum verschlossen sind.
  • Zur Übertragung der Auslenkung sind Übertragerkammern vorgesehen, die von einem ersten und einem zweiten Kolben und einem Gehäuse begrenzt sind. Die Übertragerkammern sind mit einem Übertragungsmedium wie z.B. einem Hydrauliköl gefüllt. Für eine korrekte Funktionsweise der Vorrichtung ist es erforderlich, dass in den Übetragerkammern ein Mindestdruck herrscht. Zu diesem Zweck sind die Übetragerkammern mit einer Ausgleichskammer hydraulisch verbunden. Die Ausgleichskammer dient dazu, eine Volumenänderung der Übetragerkammern auszugleichen und die Übetragerkammern mit einem Übertragermedium mit einem festgelegten Druck zu versorgen. Für eine flexible Gestaltung des Volumens der Ausgleichskammer ist es bekannt, die Ausgleichskammer über eine Metallmembran abzudichten, so dass sich das Volumen der Ausgleichskammer verändern kann. Die Abdichtung mit einer Metallmembran ist jedoch relativ aufwendig und die Metallmembran selbst ist relativ teuer.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Übertragen einer Auslenkung eines Aktors bereitzustellen, deren Übertragermedium an einen Elastomerring angrenzt, der mit einem Spannmittel stabilisiert wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Ausgleichskammer von einem Elastomerring begrenzt ist. Die Verwendung von Elastomer ermöglicht zum einen ein variables Volumen der Ausgleichskammer und zum anderen eine Druckbeaufschlagung des Fluides der Ausgleichskammer. Durch die Verwendung eines Ringes als Elastomer ist es möglich, relativ große Drücke mit Elastomer abzudichten.
  • In einer einfachen Ausführungsform ist der Elastomerring an einer Außenseite mit einer Innenwandung eines Gehäuses und an einer Innenseite mit einer Kolbenstange umlaufend dicht verbunden.
  • In Abhängigkeit von dem verwendeten Herstellungsverfahren ist es vorteilhaft, auf der Außenseite und/oder an der Innenseite des Elastomerringes eine erste bzw. eine zweite Hülse vorzusehen. Die erste, äußere Hülse ist mit der Innenwand des Gehäuses und mit dem Elastomerring umlaufend dicht verbunden. Die zweite, innere Hülse ist mit dem ersten Kolben oder der Kolbenstange und mit dem Elastomerring umlaufend dicht verbunden. Durch die Verwendung der äußeren Hülse kann die Innenwandung des Gehäuses kürzer ausgebildet werden. Zudem muss die Fläche der Innenwandung des Gehäuses nicht für einen Vulkanisierungsprozess, mit dem das Elastomer mit der Innenwandung dicht verbunden werden muss, geeignet sein. Somit ist eine größere Flexibilität bei der Herstellung der Innenwandung gegeben. Zudem kann beispielsweise die äußere Hülse umlaufend dicht mit einer Stirnseite des Gehäuses verbunden werden. Somit ist auch eine erhöhte Flexibilität in Bezug auf den Verbindungsbereich zwischen Gehäuse und Elastomerring gegeben.
  • Die Verwendung der zweiten, inneren Hülse bietet auch die Möglichkeit, die Herstellung des Kolbens bzw. der Kolbenstange unabhängig von der hydraulisch dichten Verbindung mit dem Elastomerring herzustellen. Damit ist auch für die Herstellung der Kolbenstange eine erhöhte Flexibilität gegeben.
  • Zudem ist es möglich, den Vulkanisierungsprozess, mit dem der Elastomerring mit der inneren und der äußeren Hülse umlaufend dicht verbunden wird, unabhängig von dem Gehäuse und dem ersten Kolben auszuführen. Erst nach dem Verbindungsprozeß des Elastomerringes mit der äußeren und der inneren Hülse werden die äußere und die innere Hülse mit dem Gehäuse bzw. mit dem Kolben oder mit der Kolbenstange umlaufend dicht verschweißt. Die erste und die zweite Hülse sind vorzugsweise aus Stahl gefertigt.
  • Das verwendete Elastomer weist eine Elastizität auf, die jedoch bei hohen Drücken in der Ausgleichskammer oder über einen längeren Zeitraum nachlassen kann. Zur Stabilisierung des Elastomerringes ist vorzugsweise ein Spannmittel vorgesehen, das den Elastomerring von außen mit einer Vorspannung beaufschlagt. Auf diese Weise wird die elastische Funktion des Elastomerringes durch das Spannmittel unterstützt.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des Spannmittels besteht in der Ausbildung einer Spiralfeder, die zwischen das Elastomer und einer Anlagefläche eingespannt ist, die mit der Kolbenstange fest verbunden ist. Auf diese Weise wird eine Vorspannung erreicht, die unabhängig von der Position des ersten Kolbens ist.
  • Für eine wirksame Einleitung der Vorspannung ist es vorteilhaft, ein Druckübertragungsmittel vorzusehen, das die Vorspannung flächig auf den Elastomerring überträgt. Durch die flächige Übertragung wird eine punktuelle Überbelastung des Elastomerringes vermieden.
  • Vorzugsweise weist das Druckübertragungsmittel die Form eines Ringes auf.
  • Vorzugsweise weist der Ring eine abgestufte Durchführung auf, wobei der Ring an der Kolbenstange geführt ist und zudem mit dem Bereich mit dem größeren Durchmesser auf dem Elastomerring aufliegt. Durch die Führung des Ringes parallel zur Kolbenstange wird die Vorspannkraft gleichmäßig über die gesamte Ringfläche auf den Elastomerring übertragen. Ein Verkippen des Ringes und damit eine nur teilflächige Belastung des Elastomerringes wird durch die Führung entlang der Kolbenstange vermieden.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, die Oberfläche des Elastomerringes, auf der das Spannmittel einwirkt, mit einer Schutzschicht zu schützen. Die Funktion der Schutzschicht besteht in einer Reduzierung der Abnutzung der Oberfläche des Elastomerringes. Vorzugsweise ist die Schutzschicht in Form einer Gummischicht ausgebildet, die auf dem Ring aufgebracht ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Einspritzventils,
    Fig. 2
    eine Übertragungsvorrichtung,
    Fig. 3
    eine perspektivische Darstellung eines Elastomerringes,
    Fig.
    4 eine Draufsicht auf einen Druckring und
    Fig. 5
    eine weitere Übertragungsvorrichtung.
  • Die Erfindung wird im Folgenden am Beispiel eines Einspritzventils 1 erläutert. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung ist jedoch nicht auf Einspritzventile begrenzt, sondern die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung kann in den verschiedensten technischen Bereichen zur Übertragung einer Auslenkung eines Aktors eingesetzt werden.
  • Fig. 1 zeigt ein Einspritzventil 1 mit einem Aktor 2, der über eine Übertragungsvorrichtung 3 mit einer Einspritzventilnadel 4 in Wirkverbindung steht. Der Aktor 2 ist beispielsweise als piezoelektrischer Aktor ausgebildet und die Übertragungsvorrichtung 3 weist vorzugsweise eine Übersetzungsfunktion auf, so dass eine Auslenkung des Aktors 2 in Richtung der Einspritznadel 4 durch die Übertragungsvorrichtung 3 in eine vergrößerte Auslenkung der Einspritznadel 4 übertragen wird. Die Einspritznadel 4 ist Einspritzlöchern des Einspritzventils zugeordnet. In Abhängigkeit von der Auslenkung des Aktors 2 gibt die Einspritznadel 4 die Einspritzlöcher frei, so dass Kraftstoff über die Einspritzlöcher in eine Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
  • Je nach Ausführungsform kann die Übertragungsvorrichtung 3 auch eine Umkehrfunktion aufweisen, so dass bei einer Auslenkung des Aktors 2 in Richtung der Einspritznadel 4 das Stellglied, das mit der Einspritznadel 4 in Wirkverbindung steht, von der Einspritznadel 4 zurückgezogen wird.
  • Anstelle der Übersetzungsfunktion kann die Übertragungsvorrichtung 3 auch eine reine Übertragungsfunktion aufweisen, mit der die Auslenkung des Aktors in eine entsprechende Auslenkung der Einspritznadel übertragen wird.
  • Fig. 5 zeigt in einer präziseren Darstellung die Übertragungsvorrichtung 3.
  • Es ist ein erster Kolben 6 vorgesehen, der eine einseitig offene Hülsenform aufweist. Der hülsenförmige Teil des Kolbens begrenzt eine erste Übertragerkammer 10, in die ein zweiter Kolben 7 geführt ist. Der erste und der zweite Kolben 6, 7 begrenzen die erste Übertragerkammer 10. Der erste Kolben 6 ist wiederum in einer zylinderförmigen Kammer eines Gehäuses 4 geführt, das stirnseitig zum ersten Kolben 1 eine Endfläche 15 aufweist. In der Endfläche 15 ist eine Öffnung 16 eingebracht, durch die eine Kolbenstange des zweiten Kolbens 7 geführt ist. Die Kolbenstange weist einen kleineren Durchmesser als der zweite Kolben 7 auf. Die Kolbenstange geht über einen ringförmigen Absatz in den verbreiterten Durchmesser des zweiten Kolbens 7 über. Zwischen der Endfläche 5, dem Absatz und einer ringförmigen Stirnfläche 17 des ersten Kolbens 6 ist eine zweite Übertragerkammer 11 ausgebildet. Die zweite Übertragerkammer 11 ist über einen ersten Dichtspalt 18, der zwischen einer Seitenwand des zweiten Kolbens 7 und einer Innenwand des ersten Kolbens 6 ausgebildet ist, mit der ersten Übertragerkammer 10 hydraulisch verbunden. Die erste Übertragerkammer 10 wird von einer zweiten Endfläche 19 des ersten Kolbens 6 und einer zweiten Stirnfläche 20 des zweiten Kolbens 7 begrenzt. Der erste Dichtspalt 18 ist eng ausgelegt, so dass kurzzeitige Druckunterschiede nicht ausgeglichen werden. Weiterhin ist die zweite Übertragerkammer 11 über einen zweiten Dichtspalt 21, der zwischen der Außenwand des ersten Kolbens 6 und der Innenwand des Gehäuses 4 ausgebildet ist, mit einer Ausgleichskammer 22 verbunden. Die erste Übertragerkammer 10 ist über eine Bohrung 60, die in den ersten Kolben 6 eingebracht ist, mit der Ausgleichskammer 22 hydraulisch verbunden. Der erste Kolben 6 geht über einen zweiten Absatz in die Kolbenstange 51 über. Die Kolbenstange 51 weist im Wesentlichen eine Zylinderform auf und hat einen geringeren Durchmesser als der erste Kolben 6.
  • In einer ersten Ausführungsform gemäß Figur 5 ist ein Elastomerring zwischen das Gehäuse und den zweiten Kolben 7 bzw. der Kolbenstange 51 des ersten Kolbens 6 eingebracht. Der Elastomerring 50 ist dabei an der Außenseite mit dem Gehäuse 5 und an der Innenseite mit der Kolbenstange 51 umlaufend dicht verbunden. Zum Verbinden wird ein Vulkanisierungsverfahren eingesetzt. Das Gehäuse 5 und der erste Kolben 6 mit der Kolbenstange 51 sind aus Stahl gefertigt.
  • Die Geometrie des Elastomerrings ist in der Weise gewählt, dass der Elastomerring eine ausreichende Elastizität und zugleich eine notwendige Stabilität zur Begrenzung des Druckes der Ausgleichskammer 22 aufweist. Der Elastomerring soll durch seine elastischen Eigenschaften eine Vergrößerung des Volumens in der Ausgleichskammer ermöglichen und zudem eine zu große Druckerhöhung vermeiden.
  • Die erste und die zweite Übetragerkammer 10, 11 und die Ausgleichskammer sind mit einem Übertragungsfluid gefüllt. Auf diese Weise wird eine Bewegungskopplung zwischen dem ersten und zweiten Kolben 6, 7 erreicht. Wird der erste Kolben 6 tiefer in das Gehäuse 5 durch den Aktor bewegt, so wird der zweite Kolben 7 auch tiefer in das Gehäuse 5 bewegt. Somit wird eine Bewegungsumkehr zwischen dem ersten und zweiten Kolben 6, 7 erreicht. Die Ausgleichskammer 22 ist über den zweiten Dichtspalt 21 mit der zweiten Übetragerkammer 11 verbunden, wobei der zweite Dichtspalt 21 so eng ausgelegt ist, dass kurzzeitige Druckunterschiede zwischen der Übetragerkammer 11 und der Ausgleichskammer 22 nicht ausgeglichen werden. Unter dem Begriff kurzzeitig werden Betätigungszeiten des Aktors verstanden, die der Aktor zum Betätigen eines Stellgliedes, in dem dargestellten Beispiel zum Betätigen der Einspritznadel benötigt.
  • Zeitlich länger andauernde Druckunterschiede werden über den zweiten Dichtspalt 21 zwischen der zweiten Übetragerkammer und der Ausgleichskammer 22 ausgeglichen. Auf diese Weise kann ein Spielausgleich automatisch erreicht werden. Damit kann der erste und zweite Kolben 6, 7 immer in Anlage an einen Aktor bzw. ein Stellglied gebracht werden. Vorzugsweise steht das Übertragungsglied unter Druck. Der Druck kann beispielsweise durch ein Spannmittel über den Elastomerring 50 auf das Übertragungsfluid übertragen werden. Anstelle der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform können auch andere Anordnungen der Übetragerkammern gewählt werden, so dass eine Bewegung des ersten Kolbens 6 in eine gleich gerichtete Bewegung des zweiten Kolbens 7 übertragen wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Figur 2 ist der Elastomerring 50 an seiner Außenseite mit einer ersten, äußeren Hülse 52 und an seiner Innenseite mit einer zweiten, inneren Hülse 53 verbunden. Die erste Hülse 52 ist mit dem Gehäuse 5 umlaufend dicht verbunden, vorzugsweise verschweißt. Die Verbindungsfläche kann auf der Innenseite oder an einer Stirnseite des Gehäuses angeordnet sein. Die zweite Hülse 53 ist auf der Innenfläche umlaufend dicht mit der Kolbenstange 51 verbunden, vorzugsweise verschweißt. Die Verwendung einer äußeren und einer inneren Hülse 52, 53 bietet den Vorteil, dass der Verbindungsprozess zwischen dem Elastomerring 50 und der äußeren und inneren Hülse 52, 53 unabhängig von dem Verbindungsprozess zwischen der äußeren und inneren Hülse 52, 53 und dem Gehäuse 5 bzw. der Kolbenstange 51 durchgeführt werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Spannmittel vorgesehen, mit dem der Elastomerring 50 in Richtung auf die Ausgleichskammer 22 vorgespannt ist. In einer einfachen Ausführungsform ist dazu eine Spiralfeder 54 vorgesehen, die zwischen einen Anschlagring 55 und den Elastomerring 50 eingespannt ist. Der Anschlagring 55 ist fest mit der Kolbenstange 51 verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Spannmittel und dem Elastomerring 50 ein Druckübertragungsmittel vorgesehen, das die Vorspannkraft der Spiralfeder 54 mit einer größeren Fläche auf die Oberfläche des Elastomerringes 50 überträgt. Vorzugsweise ist das Druckübertragungsmittel in Form eines Druckringes 56 ausgebildet. Der Druckring 56 weist vorzugsweise eine Auflagefläche auf, die im Wesentlichen der Oberfläche des Elastomerringes 50 entspricht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Druckring 56 eine abgestufte Durchführung auf, wobei der Druckring 56 in dem Bereich der Durchführung mit dem kleineren Durchmesser von der Kolbenstange 51 geführt ist. Auf diese Weise wird eine axiale Führung des Druckringes 56 erreicht, so dass der Druckring 56 nicht verkippen kann. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Druckring 56 die von der Spiralfeder 54 vorgegebene Vorspannkraft gleichmäßig über die Anlagefläche des Druckringes 56 auf den Elastomerring 50 überträgt.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Elastomerringes 50.
  • Fig. 4 zeigt den Druckring 56 von unten, wobei eine Anliegefläche 58 deutlich zu erkennen ist, mit der der Druckring 56 auf dem Elastomerring 50 aufliegt. Zudem ist die Führungsöffnung 59 zu erkennen, durch die im verbauten Zustand die Kolbenstange 51 geführt ist und über die der Druckring 56 in axialer Richtung der Kolbenstange 51 axial beweglich geführt ist. Auf diese Weise wird ein Verkippen der Auflagefläche des Druckringes 56 vermieden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf der Oberfläche des Druckringes 56, die dem des Elastomerring 50 zugeordnet ist, eine Schutzschicht 57 aufgebracht. Die Schutzschicht 57 besteht beispielsweise aus Gummi und dient dem Schutz des Elastomerringes 50 gegenüber Abrieb durch den Druckring 56. Vorzugsweise weist die Schutzschicht 57 eine größere Härte als der Elastomerring 50 auf.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Übertragen einer Auslenkung eines Aktors, insbesondere für ein Einspritzventil, mit einem Gehäuse (5), wobei das Gehäuse (5) eine Ausnehmung (8) aufweist, wobei in der Ausnehmung (8) ein erster und ein zweiter Kolben (6,7) beweglich gelagert sind, wobei der erste und der zweite Kolben (6,7) über mindestens eine Übertragerkammer (11) über ein Fluid in Wirkverbindung stehen, wobei die Wirkverbindung eine Verschiebung des zweiten Kolbens (7) bewirkt, wenn der erste Kolben (6) bewegt wird und umgekehrt,
    wobei die Übertragerkammer (10) über einen Dichtspalt (18,21) mit einer Ausgleichskammer (22) hydraulisch verbunden ist,
    wobei der Dichtspalt (18,21) Druckunterschiede zwischen der Übertragerkammer (10) und der Ausgleichskammer (22) verzögert ausgleicht,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ausgleichskammer (22) von einem Ring aus Elastomer (50) begrenzt ist,
    dass der Ring (50) dicht mit dem Gehäuse (5) und dicht mit einem Kolben (6,7) verbunden ist,
    dass ein Spannmittel (54) vorgesehen ist, und
    dass das Spannmittel (54) den Elastomerring (50) gegen eine Auslenkung nach außen stützt oder von außen mit einer Vorspannung beaufschlagt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (6) eine erste Ausnehmung (9) aufweist, in der der zweite Kolben (7) beweglich geführt ist,
    dass der zweite Kolben (7) in der ersten Ausnehmung (9) eine erste Übertragerkammer (10) begrenzt,
    wobei eine Stirnfläche (17) des ersten Kolbens (6) und eine Rückseite des zweiten Kolbens (7), die von der Stirnfläche (17) umgrenzt ist, mit einer Endfläche (15) des Gehäuses (5) eine zweite Übertragerkammer (11) begrenzen,
    dass die erste Übertragerkammer (10) mit der zweiten Übertragerkammer (11) über einen ersten Dichtspalt (18), der zwischen einer Innenwand des ersten Kolbens (6) und einer Außenwand des zweiten Kolbens (7) ausgebildet ist, hydraulisch verbunden ist,
    dass die erste Übertragerkammer (10) über eine Bohrung (60) mit der Ausgleichskammer (22) verbunden ist,
    dass die zweite Übertragerkammer (11) über einen zweiten Dichtspalt (21), der zwischen einer Außenwand des ersten Kolbens (6) und einer Innenwand des Gehäuses (5) ausgebildet ist, mit der Ausgleichskammer (22) hydraulisch verbunden ist, und dass die Ausgleichskammer (22) von der Innenwand des Gehäuses und von dem ersten Kolben (6) oder einer Kolbenstange (51) des ersten Kolbens (6) begrenzt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite und/oder an der Innenseite des Elastomerringes (50) eine erste bzw. zweite Hülse (52, 53) vorgesehen ist,
    dass die erste Hülse (52) mit dem Gehäuse (5) und mit dem Elastomerring (50) umlaufend dicht verbunden ist,
    dass die zweite Hülse (53) mit dem ersten Kolben (6) oder der Kolbenstange (51) und mit dem Elastomerring (50) umlaufend dicht verbunden ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übertragungsmittel (56) vorgesehen ist, das die Vorspannung flächig auf den Elastomerring (50) überträgt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmittel in Form eines Ringes (56) ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Übertragungsmittels (56), das auf den Elastomerring (50) einwirkt, eine Schutzschicht (57) aufgebracht ist, die die Einwirkung auf den Elastomerring (50) dämpft.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichent, dass die Schutzschicht (57) in Form einer Gummischicht ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (56) eine im Durchmesser abgestufte Durchführung (59) aufweist,
    dass der Ring mit dem Bereich des kleineren Durchmessers an der Kolbenstange (51) geführt ist, und
    dass der Bereich mit dem größeren Durchmesser auf dem Elastomerring (50) aufliegt.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannmittel in Form einer Spiralfeder (54) ausgebildet ist,
    dass die Spiralfeder (54) zwischen den Elastomerring (50) und einer Auflagefläche eingespannt ist, die mit der Kolbenstange (51) verbunden ist.
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