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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vorgabe eines Abstandes, der unter Referenzbedingungen vorgegeben wird, zwischen einem vorgegebenen ersten Bezugspunkt auf einem ersten Körper und einem vorgegebenen zweiten Bezugspunkt auf einem zweiten Körper. Der erste Körper wird über eine Auflagefläche mit einer Kontaktfläche des zweiten Körpers gekoppelt durch eine vorgegebene Kraft in Richtung senkrecht zu der Auflagefläche.
Aus der
DE 19956256 A1 ist ein Verfahren zum Einstellen eines Leerhubs zwischen einem Aktor und einem Übertragungselement eines Ventils in einem Injektor bekannt. Ein plastisch verformbarer Ausgleichsring wird in den Injektor eingelegt. Der Ausgleichsring wird entsprechend dem gewünschten Leerhub des Ventils bleibend zusammengepresst. Ein Aktorgehäuse, in dem der Aktor angeordnet ist, wird an dem Ausgleichsring anliegend an einem Injektorkopf des Injektors befestigt.
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Aus der
DE 199 56 256 A1 ist eine Steuervorrichtung die eine gemessene Größe, nämlich eine für den tatsächlichen Abstand repräsentative Größe, zur Steuerung heranzieht, bekannt. Die
DE 199 21 242 C1 offenbart ein Verfahren zur Positionierung eines Stellantriebs in einem Kraftstoffinjektor. Durch eine Ausgleichsscheibe werden Herstellungs- und sonstige Toleranzen ausgeglichen. Die Ausgleichsscheibe besteht in dem Fall aus weichem, verformbaren Material. Aus der
EP 0 215 527 A1 ist eine plastische verformbare Ausgleichsscheibe zur Vorgabe eines Leerhubs bekannt. Diese Ausgleichsscheibe kann beispielsweise aus Kupfer sein. Die
DE 199 02 807 C1 offenbart ein Verfahren zur Positionierung eines Stellantriebs in einem Kraftstoffinjektor. Als Ausgleichselement wird hier eine Tellerfeder verwendet. Die
DE 195 12 338 A1 zeigt ein Verfahren zum Einstellen eines Ventilhubs. Die Einstellungen des Ventilhubs erfolgt hier mithilfe einer plastischen Verformung des Ventilsitzes. Aus der
DE 44 31 128 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Einstellung der dynamischen, von einem elektromagnetisch betätigbarem Ventil während des Öffnungs- und Schließvorgangs abgegebenen Mediumsströmungsmenge bekannt. Die Einstellung des Leerhubs erfolgt mithilfe einer Verformung des Ventilgehäuses.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Körpervorrichtung zu schaffen, das beziehungsweise die ermöglicht, einen Abstand zwischen einem ersten Bezugspunkt auf einem ersten Körper und einem zweiten Bezugspunkt auf einem zweiten Körper sehr präzise vorzugeben.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zur Vorgabe eines Abstands, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine entsprechende Körpervorrichtung. Der Abstand wird unter Referenzbedingungen vorgegeben, zwischen einem vorgegebenen ersten Bezugspunkt auf einem ersten Körper und einem vorgegeben zweiten Bezugspunkt auf einem zweiten Körper. In dem ersten Körper wird im Bereich einer Auflagefläche eine vorgegebene Struktur derart ausgebildet, dass der erste Körper im Bereich der Auflagefläche auf vorgegeben plastisch verformbar ist. Der erste Körper wird über die Auflagefläche mit einer Kontaktfläche des zweiten Körpers gekoppelt durch eine vorgegebene Kraft in Richtung senkrecht zu der Auflagefläche. Es wird eine Größe ermittelt, die repräsentativ ist für einen tatsächlichen Abstand unter den Referenzbedingungen zwischen dem ersten und dem zweiten Bezugspunkt. Die Kraft wird so lange erhöht, bis unter den Referenzbedingungen der tatsächliche Abstand dem vorgegebenen Abstand entspricht.
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Aufgrund der vorgegebenen Struktur verformt sich der erste Körper im Bereich der Auflagefläche einfach durch die Kraft. Ist der zweite Körper weicher als der erste Körper ausgebildet, so können durch die Struktur auch die Verformungseigenschaften des zweiten Körpers im Bereich der Kontaktfläche vorgegeben werden. Die Struktur ermöglicht ein präzises Einstellen des vorgegebenen Abstandes im Vergleich zu einer Auflagefläche ohne die Struktur. Darüber hinaus ermöglicht die Struktur die Länge vorzugeben, über die ein Einstellen möglich ist. Dies ermöglicht, fertigungsbedingte Ungenauigkeiten der beiden Körper auszugleichen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Struktur in einem Arbeitsgang zusammen mit der Auflagefläche ausgebildet. Dies ermöglicht das Ausbilden der Struktur ohne einen zusätzlichen Arbeitsgang.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Struktur so ausgebildet, dass die Tiefe der Struktur größer ist als eine Oberflächenungenauigkeit des ersten Körpers im Bereich der Auflagefläche. Dadurch werden die plastischen Verformungseigenschaften des ersten Körpers im Bereich der Auflagefläche von den Verformungseigenschaften der Struktur dominiert. So ist ein Verformungsverhalten des ersten Körpers im Bereich der Auflagefläche unabhängig von der Oberflächenungenauigkeit durch die Struktur vorgebbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Struktur als mindestens eine, bevorzugt mehrere Nuten ausgebildet. Nuten können besonders einfach ausgebildet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden die Nuten kreisförmig ausgebildet und konzentrisch angeordnet. Wird der erste Körper mit einem Drehwerkzeug bearbeitet, so können die Nuten einfach durch einen von der Tiefe der Nut abhängigen vorgegebenen Vorschub des Drehwerkzeugs ausgebildet werden. Ferner liefert eine derart homogene Struktur homogene Verformungseigenschaften.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Körpervorrichtung umfasst der erste Körper einen Injektorkopf und einen Ventilkolben und der zweite Körper einen Aktor mit einer Bodenplatte. Der Ventilkolben umfasst den ersten Bezugspunkt, die Bodenplatte umfasst den zweiten Bezugspunkt. Der vorgegebene Abstand unter den Referenzbedingungen ist repräsentativ für einen Leerhub. Sind der Injektorkopf, der Ventilkolben und der Aktor in einem Injektor angeordnet, so ermöglicht ein präzises Einstellen des Leerhubs eine präzise Steuerung des Injektors.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Körpervorrichtung umfasst der zweite Körper einen Ausgleichsring, der die Kontaktfläche umfasst und der axial zwischen dem Aktorgehäuse und der Auflagefläche angeordnet ist. Dies ermöglicht ein grobes Einstellen des Abstands durch den Ausgleichsring.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Vorgabe eines Abstands,
- 2 einen Ventilkörper für einen Injektor,
- 3 eine Struktur in einer Auflagefläche,
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern der Vorrichtung zur Vorgabe eines Abstands.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein erster Körper 2 und ein zweiter Körper 4 werden mit einer Kraft F beaufschlagt (1). Der erste Körper 2 umfasst eine Auflagefläche 6 und einen ersten Bezugspunkt 7. Der zweite Körper 4 umfasst eine Kontaktfläche 10 und einen zweiten Bezugspunkt 12. Der erste Körper 2 ist über die Auflagefläche 6 mit der Kontaktfläche 10 des zweiten Körpers 4 gekoppelt. Der erste Körper 2 weist im Bereich der Auflagefläche 6 eine Struktur 8 auf. Die Struktur 8 umfasst mehrere Nuten.
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Unter Referenzbedingungen wird ein Abstand VA zwischen dem ersten Bezugspunkt 7 und dem zweiten Bezugspunkt 12 vorgegeben. Die Referenzbedingungen können beispielsweise eine Temperatur, einen Umgebungsdruck, oder auch eine Stellung des ersten Körpers 2 zu dem zweiten Körper 4, oder eine Stellung von Teilkörpern des ersten Körpers 2 zu Teilkörpern des zweiten Körpers 4 umfassen. Auf der Seite des zweiten Körpers 4, die dem ersten Körper 2 abgewandt ist, wird von einem Stempel 26 eine Kraft F in Richtung des zweiten Körpers 4 ausgeübt. Der Stempel 26 wird von einem Kraftgeber 24 angetrieben. Mit einer Steuervorrichtung 22 wird der Kraftgeber 24 gesteuert und so die Kraft F vorgegeben. Eine Messvorrichtung 20 erfasst den tatsächlichen Abstand RA, von dem abhängig die Kraft F geregelt wird. Die Messvorrichtung 20 kann beispielsweise ein optisches Gerät zum Erfassen des tatsächlichen Abstands RA sein. Die Messvorrichtung 20 kann aber auch mehrere Elemente umfassen. Das Messsignal kann aus unterschiedlichen Messgrößen zusammengesetzt sein, die dann von der Steuervorrichtung 22 dem tatsächlichen Abstand RA zugeordnet werden. Beispielsweise kann der zweite Körper 4 direkt oder indirekt mit einem Kontakt gekoppelt sein, der genau dann geschlossen ist, wenn der tatsächliche Abstand RA dem vorgegebenen Abstand VA entspricht. Der geschlossene Kontakt kann dann ein Schaltsignal hervorrufen, das das Ausüben der Kraft F stoppt. Das Schaltsignal ist dann eine Größe, die repräsentativ ist für den tatsächlichen Abstand RA unter Referenzbedingungen.
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Falls der erste Körper 2 im Bereich der Auflagefläche 6 keine Struktur 8 aufweist und der zweite Körper 4 mit der Kraft F gegen den ersten Körper 2 gepresst wird, so verformen sich der Stempel 26, der zweite Körper 4 und der erste Körper 2 abhängig von ihren Oberflächenungenauigkeiten, den verwendeten Materialien und der Kraft F. Die Einstellmöglichkeit des tatsächlichen Abstands RA durch plastische Verformung ist dann sehr beschränkt, wenn die beteiligten Körper 2, 4 und der Stempel 26 dabei nicht beschädigt werden sollen. Durch Einbringen der Struktur 8 in die Auflagefläche 6 wird gezielt das plastische Verformungsverhalten des ersten Körpers 2 im Bereich der Auflagefläche 6 vorgegeben. Der Betrag, um den sich der tatsächliche Abstand RA bei dem Verformen verändern kann, ist weit größer als ohne Struktur 8. Dadurch vergrößert sich der Einstellweg des tatsächlichen Abstands. Die Oberflächenungenauigkeit kann dann durch die plastische Verformung ausgeglichen werden. Wenn die Tiefe der Struktur 8 die Tiefe der Oberflächenungenauigkeit übersteigt, so werden die plastischen Verformungseigenschaften des ersten Körpers 2 im Bereich der Auflagefläche 6 von den Verformungseigenschaften der Struktur 8 dominiert. Dadurch kann ein Verformungsverhalten des ersten Körpers 2 im Bereich der Auflagefläche 6 nahezu unabhängig von der Oberflächenungenauigkeit vorgegeben werden.
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Alternativ kann die Struktur 8 auch in dem zweiten Körper 4 im Bereich der Kontaktfläche 10 ausgebildet sein. Darüber hinaus können der erste Körper 2 und/oder der zweite Körper 4 einstückig oder auch mehrstückig ausgebildet sein.
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Ein Ventilkörper für einen Injektor umfasst einen Aktor 32 mit einer Deckenplatte 31 und einer Bodenplatte 33, die in einem Aktorgehäuse 30 angeordnet sind (2). Das Aktorgehäuse 30 grenzt an einem axialen Endbereich an einen Injektorkopf 35. Der Injektorkopf 35 umfasst die Auflagefläche 6, einen Kolbenführungskörper 39 und einen Ventilkolben 40. In axialer Richtung ist zwischen dem Aktorgehäuse 30 und dem Injektorkopf 35 ein Ausgleichsring 38 angeordnet, der die Kontaktfläche 10 umfasst. Der Injektorkopf 35, der Kolbenführungskörper 39 und der Ventilkolben 40 bilden den ersten Körper 2. Der Aktor 32, das Aktorgehäuse 30, die Deckenplatte 31, die Bodenplatte 33 und der Ausgleichsring 38 bilden den zweiten Körper 4. Die Auflagefläche 6 weist die Struktur 8 auf. Das Aktorgehäuse 30 ist vorzugsweise über einen Spannring 36 mit einer Hohlschraube 34 gekoppelt. Die Hohlschraube 34 weist bevorzugt ein Außengewinde auf und wird in den Injektorkopf 35 in ein entsprechendes Innengewinde geschraubt. Die Kraft F kann vorzugsweise hervorgerufen werden durch Drehen der Hohlschraube 34 in das Innengewinde des Injektorkopfs 35 und kann auf das Aktorgehäuse 30 mittels des Spannrings 36 übertragen werden. Das Aktorgehäuse 30 drückt dann mit der Kraft F auf den Ausgleichsring 38, durch den die Struktur 8 in dem Injektorkopf 35 plastisch verformt wird. In einer Ausnehmung des Kolbenführungskörpers 39 ist axial beweglich der Ventilkolben 40 angeordnet. An dem axialen Ende des Ventilkolbens 40, das von dem Aktor 32 abgewandt ist, ist bevorzugt ein Ventilpilz 41 angeordnet. Im Zusammenwirken mit dem Kolbenführungskörper 39 bildet der Ventilpilz 41 dann eine Dichtfläche. Der Ventilpilz 41 wird vorzugsweise über eine Ventilfeder 42 gegen die Dichtfläche am Kolbenführungskörper 39 gepresst. Die Ventilfeder 42 liegt an ihrem dem Ventilpilz 41 abgewandten Ende bevorzugt an einer Injektorplatte 44 an. Die Injektorplatte 44 kann einstückig mit dem Injektorkopf 35 ausgebildet sein und eine Ausnehmung aufweisen, in der ein Steuerkolben 46 angeordnet ist. Die Wandung der Ausnehmung in der Injektorplatte 44 und der Steuerkolben 46 begrenzen dann einen Steuerraum 48. Die Injektorplatte 44 weist vorzugsweise eine Zulaufdrossel 50 und eine Ablaufdrossel 52 auf, die über den Steuerraum 48 kommunizieren. Der Kolbenführungskörper 39 kann einen Ablaufkanal 54 aufweisen, der mit einem Ablaufkanal 56 im Injektorkopf 35 kommuniziert.
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Der Injektorkopf 35, die Ventilplatte 44 und/oder der Nadelführungskörper 39 können einstückig oder auch mehrstückig ausgebildet sein. Der Injektorkopf 35 kann den Nadelführungskörper 39 umfassen.
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Bevorzugt umfasst die Bodenplatte 33 an einer dem Ventilkolben zugewandten Seite den zweiten Bezugspunkt 12. Der Ventilkolben 40 umfasst vorzugsweise den ersten Bezugspunkt 7 an einer Stirnfläche des Ventilkolbens 40, die der Bodenplatte 33 zugewandt ist. Unter den Referenzbedingungen weist dann die Bodenplatte 33 den vorgegebenen Abstand VA zu dem Ventilkolben 40 auf. Dehnt sich der Aktor 32 aus, so wird die Bodenplatte 33 nach Überwinden des vorgegebenen Abstands VA gegen den Ventilkolben 40 gedrückt und drückt diesen in Richtung Steuerraum 48. Dadurch bewegt sich der Ventilpilz 41 von der Dichtfläche am Kolbenführungskörper 39 weg. Dies ermöglicht einen Fluidfluss aus dem Steuerraum 48 in Richtung hin zu dem Ablaufkanal 54 im Kolbenführungskörper 39.
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Die Zulaufdrossel 50 und die Ablaufdrossel 52 sind so zueinander ausgebildet, dass ein Fluid in dem Steuerraum 48 schneller über die Ablaufdrossel 52 abfließen kann als es über die Zulaufdrossel 50 nachfließen kann. Dadurch wird beim Öffnen des Ventilpilzes 41 der Druck in dem Steuerraum 48 abgesenkt. Da in einem nicht dargestellten Bereich des Injektors ein Gegendruck auf den Steuerkolben 46 ausgeübt wird, der bevorzugt dem Druck stromaufwärts der Zulaufdrossel 50 entspricht, bewegt sich der Steuerkolben 46 nach in Richtung hin zu dem Injektorkopf 35 und gibt entweder direkt oder über eine mit dem Steuerkolben 46 gekoppelte Düsennadel einen Fluidfluss in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine frei.
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Der Weg, den die Bodenplatte 33 zurücklegt, heraus aus ihrer Referenzlage bis hin zu einem beginnenden Fluidfluss in den Brennraum, wird als Leerhub bezeichnet. Der Leerhub ist abhängig von Toleranzen aller beteiligten Bauteile, sowie deren Verformungseigenschaften. Da diese nicht direkt beeinflussbar sind und der Aktor 33 je nach Temperatur und Betriebszustand eine unterschiedliche Ausdehnung hat, wird werksseitig der vorgegebene Abstand VA zwischen der Bodenplatte 33 und dem Ventilkolben 40 unter Referenzbedingungen vorgegeben. Dieser ist dann repräsentativ für den Leerhub.
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Die Referenzbedingungen sind beispielsweise ein Luftdruck von 1 bar, eine Temperatur von 0° Celsius und die Referenzlage der Bodenplatte 33, die einer Aktorausdehnung bei einem Betrieb des Injektors entspricht außerhalb einem Zumessen von Fluid.
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Falls die beteiligten Bauteile nur mit unzureichender Genauigkeit ausgebildet werden können, beispielsweise im Mikrometerbereich, so kann auch der Leerhub nur mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich eingestellt werden. Die Struktur 8 in der Auflagefläche 6 bietet die Möglichkeit eine plastische Verformung des Injektorkopfs 35 im Bereich der Auflagefläche 6 abhängig von der Struktur 8 über bevorzugt mehrere Mikrometer hervorzurufen.
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Der Leerhub kann beispielsweise eingestellt werden, indem an den Steuerraum 48 ein Prüfvolumen angeschlossen wird. Der Steuerraum 48 und das Prüfvolumen werden mit Luft gefüllt und mit einem vorgegebenen Druck beaufschlagt. Es kann eine Aktorausdehnung so vorgegeben werden, dass die Bodenplatte 33 den Ventilkolben 40 berührt, wobei dann vorzugsweise der Kolbenführungskörper 39 oder der Injektorkopf 35 den ersten Bezugspunkt 7 umfasst. Die Aktorausdehnung kann beispielsweise bei einem Piezoaktuator als Aktor 32 durch Anlegen einer vorgegebenen Spannung vorgegeben werden. Die Spannung kann so vorgegeben werden, dass die Aktorausdehnung dem vorgegebenen Abstand VA entspricht. Der Aktor 32 wird zusammen mit dem Aktorgehäuse 30 durch Drehen der Hohlschraube 34 in Richtung hin zum Kolbenführungskörper 39 bewegt. Die Bodenplatte 33 drückt den Ventilkolben 40 in Richtung hin zu dem Steuerraum 48. Sobald der Ventilpilz 41 von der Dichtfläche am Kolbenführungskörper 39 abhebt kann der vorgegebene Druck aus dem Prüfvolumen entweichen. Mithilfe eines Drucksensors kann der tatsächliche Druck in dem Prüfvolumen erfasst werden. Sobald der tatsächliche Druck um einen vorgegebenen Wert von dem vorgegebenen Druck abweicht, wird das Drehen der Hohlschraube 34 gestoppt und damit der Leerhub festgelegt. Das Prüfvolumen wird entfernt und der Aktor 32 wird in seine Referenzlage bewegt. Der Druckabfall ist dann die repräsentative Größe für das Erreichen des vorgegebenen Abstands VA.
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Die Geometrie der Struktur 8 kann abhängig von den gewünschten plastischen Verformungseigenschaften vorgegeben werden. Die Struktur 8 kann beispielsweise in Form von kreisförmigen konzentrisch angeordneten Nuten im Bereich der Auflagefläche 6 ausgebildet sein (3). Wird eine stetige Verformung der Auflagefläche 6 und/oder der Kontaktfläche 10 gewünscht, so sind die Nuten im Profil vorzugsweise zickzackförmig ausgebildet. Es eignet sich aber auch jedes andere Profil das in Richtung weg von dem ersten Körper 2 streng monoton an Substanz abnimmt. Beispielsweise können verteilt über die Auflagefläche 6 kleine kegelförmige oder pyramidenförmige Erhebungen ausgebildet sein. Alternativ zu den Nuten kann auch eine Nut ausgebildet sein, die beispielsweise mäander- oder spiralförmig die Auflagefläche 6 durchläuft. Wird eine abgestufte Verformung der Auflagefläche6 und/oder der Kontaktfläche 10 gewünscht, so können die Nuten im Profil beispielsweise stufenförmig ausgebildet sein. Es können auch verteilt über die Auflagefläche 6 einzelne kleine stufenförmige Erhebungen ausgebildet sein.
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Die Steuervorrichtung 22 kann auch bezeichnet werden als Vorrichtung zur Vorgabe eines Abstandes VA.
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Ist der erste Körper 2 in die Vorrichtung zur Vorgabe eines Abstandes VA zwischen zwei Bezugspunkten eingebaut, wird ein Programm in der Steuervorrichtung 22 in einem Schritt S1 gestartet, das die Schritte S1 bis S7 abarbeitet.
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In einem Schritt S2 wird die Struktur 8 in der Auflagefläche 6 ausgebildet.
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In einem Schritt S3 werden die beiden Körper 2, 4 miteinander gekoppelt.
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In einem Schritt S4 werden die Körper 2, 4 mit einer Kraft F derart beaufschlagt, dass sich die Struktur 8 im Bereich der Auflagefläche 6 und/oder der zweite Körper 4 im Bereich der Kontaktfläche 10 verformt.
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In einem Schritt S5 wird von einer geeigneten Messvorrichtung 20 eine Größe erfasst, die den tatsächlichen Abstand RA repräsentiert. Bei der Größe kann es sich um den tatsächlichen Abstand RA handeln.
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In einem Schritt S6 wird von der Steuervorrichtung 22 geprüft, ob der tatsächliche Abstand RA dem vorgegebenen Abstand VA entspricht. Ist die Bedingung in dem Schritt S6 nicht erfüllt, so wird das Programm in dem Schritt S4 weitergeführt und die Kraft F erhöht. Ist die Bedingung in dem Schritt S6 erfüllt, so wird in einem Schritt S7 das Verfahren beendet.