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WO2002014679A1 - Piezoelektrische aktuatoranordnung, insbesondere zur betätigung eines ventils in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Piezoelektrische aktuatoranordnung, insbesondere zur betätigung eines ventils in einem kraftfahrzeug Download PDF

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Publication number
WO2002014679A1
WO2002014679A1 PCT/DE2001/002950 DE0102950W WO0214679A1 WO 2002014679 A1 WO2002014679 A1 WO 2002014679A1 DE 0102950 W DE0102950 W DE 0102950W WO 0214679 A1 WO0214679 A1 WO 0214679A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
actuator
lifting body
arrangement
housing
longitudinal end
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.)
Ceased
Application number
PCT/DE2001/002950
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Stoecklein
Dietmar Schmieder
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2002014679A1 publication Critical patent/WO2002014679A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • 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
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    • F02M51/005—Arrangement of electrical wires and connections, e.g. wire harness, sockets, plugs; Arrangement of electronic control circuits in or on fuel injection apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/168—Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings

Definitions

  • Piezoelectric actuator arrangement in particular for actuating a valve in a motor vehicle
  • the invention relates to a piezoelectric actuator arrangement, in particular for actuating a valve in a motor vehicle, comprising an actuator housing with a housing axis and a receiving opening that is axially open at one end and closed at the other end, an axially elongated, with a first longitudinal end ahead through the open one End of the receiving opening into this insertable lifting body made of piezoelectric material, an electrode arrangement applied to the piezoelectric material and electrical supply means for supplying voltage to the electrode arrangement.
  • Piezoelectric actuators are used, for example, for valve actuation in fuel injection systems in motor vehicles.
  • it is necessary to contact the electrode Arrangement of the piezo material is known to solder or weld electrical conductor wires in the region of the first longitudinal end of the lifting body to the electrode arrangement and to guide the conductor wires to the outside through a housing bore in the region of the closed end of the receiving opening of the actuator housing.
  • the first longitudinal end of the lifting body is supported in the area of the closed end of the receiving opening against axial movements, while the axially opposite second longitudinal end of the lifting body forms a lifting end which carries out axial strokes when the voltage is applied to the electrode arrangement.
  • the conductor wires are fastened to the lifting body in the region of the first longitudinal end because this prevents the conductor wires from moving along and possibly causing cracks in the soldering or welding points.
  • the invention provides that in the case of an actuator arrangement of the type described in the introduction, the supply means are contacted with the electrode arrangement in the region of the first longitudinal end of the lifting body, from there within the receiving opening along the lifting body at least up to approximately the area of an axially opposite second longitudinal end of the Lift body run and are then led out of the actuator housing through an outlet channel.
  • the space available at the installation location of the actuator arrangement often requires that a plug connection serving to connect a voltage supply cable be arranged in a region of the actuator housing close to the first longitudinal end of the lifting body.
  • the outlet channel in the housing wall of the actuator housing can run approximately parallel or at an acute angle to the housing axis in the direction from the second longitudinal end of the lifting body to the first longitudinal end and extend beyond the latter.
  • a preferred development of the invention provides that the supply means are formed at least over a substantial part of their length running within the receiving opening by a strip material arrangement made of sheet metal.
  • the rigidity of the sheet ensures that the lifting body can be inserted safely and precisely into the receiving opening without the parts of the supply means located within the receiving opening hindering this by undesired tangling, as can occur with conductor wires, for example.
  • the strip material arrangement preferably extends into the region of the first longitudinal end of the lifting body and is contacted there with the electrode arrangement, in particular on the outer jacket of the lifting body.
  • the strip material arrangement can be soldered or welded to the electrode arrangement. A permanently secure electrical contact results if the
  • the electrode arrangement surrounds the strip material arrangement for contacting it on the edge.
  • the strip material arrangement will expediently be covered with an electrically insulating material layer on at least part of its side facing the lifting body.
  • an actuator housing made of a metallic material
  • the strip material arrangement should advantageously extend axially at least up to approximately in the region of the second longitudinal end of the lifting body, preferably even extending beyond it.
  • a conductor wire arrangement led out of the actuator housing through the outlet channel can then be connected to the strip material arrangement within the receiving opening.
  • the strip material arrangement has at least one U-shaped pocket into which the conductor wire arrangement engages.
  • the conductor wire arrangement can also be soldered or welded in the pocket.
  • the actuator housing will have a configuration in which it extends axially substantially beyond the second longitudinal end of the lifting body.
  • the housing areas axially beyond the lifting body can serve, for example, to accommodate a plunger or piston which transmits the axial strokes of the lifting body. If a one-piece actuator housing is used in such a case, access to the conductor wire arrangement can be difficult if the lifting body is already fully inserted into the actuator housing. It may then have to be reached deep into the actuator housing in order to get hold of the conductor wire arrangement.
  • the actuator housing with two housing parts which are divided axially, in particular approximately in the region of the second longitudinal end of the lifting body, one of which at least largely accommodates the lifting body and the other essentially the part of the actuator which extends beyond the second longitudinal end of the lifting body.
  • the supply means extend over part of their length in a connector component which is prefabricated separately from the actuator housing and which can be fixedly but detachably mounted on the actuator housing and forms a plug connection for a voltage supply cable.
  • a connector component which is prefabricated separately from the actuator housing and which can be fixedly but detachably mounted on the actuator housing and forms a plug connection for a voltage supply cable.
  • this facilitates the manufacture of the Plug component itself, on the other hand, this enables a separate test of the plug component, for example with regard to electrical properties and tightness against moisture penetration. If it turns out during this test that the plug component is faulty, it can be thrown away as a committee without having to throw away the actuator housing at the same time, as may be necessary in the known solution with a molded plug. If necessary, the plug component can also be replaced at a later time if it suffers damage during operation.
  • the invention relates to The right to claim independent protection is reserved, regardless of the specific course of the supply means in the actuator housing and regardless of the specific design of the supply means.
  • a very good seal between the plug component and the actuator housing can be achieved if the plug component has a plug housing with a housing extension, in particular molded on in one piece, with which it engages in the outlet channel.
  • the housing extension can be used as a positioning aid for correct right positioning of the connector component relative to the actuator housing.
  • the housing extension is designed as an elongated mandrel, which extends essentially through the entire outlet channel and, if desired, extends into the receiving opening of the actuator housing, the feed means running through the mandrel. This measure ensures a particularly simple assembly of the actuator arrangement because the housing mandrel can be very easily inserted into the outlet channel from the outside.
  • FIG. 1 shows an axial longitudinal section through an exemplary embodiment of the actuator arrangement according to the invention
  • Figure 2 shows a section corresponding to II-II of Figure 1;
  • Figure 3 is an enlargement of a section A of Figure 2.
  • FIG. 4 shows an enlargement of a section B of FIG. 2. Description of the embodiment
  • the actuator arrangement shown in the figures serves to actuate a control or injection valve (not shown in more detail) in a fuel injection system, for example a common rail diesel injection system. It comprises a cylindrical actuator housing 10 with a housing axis 12 and an axial receiving opening 14.
  • the actuator housing 10 can be made of a metal, preferably steel, which will be the case especially if it contains channels which are part of a high-pressure line system for Are fuel. Manufacturing from plastic is, however, by no means excluded within the scope of the invention.
  • An axially elongated lifting body 16 made of piezoelectric material is inserted into the actuator housing 10 through an open axial end of the receiving opening 14.
  • the lifting body 16 In the area of a closed bag end of the receiving opening 14, the lifting body 16 is axially immovably supported on the actuator housing 10 with a first axial end, generally designated 18. With its axially opposite end 20, the lifting body 16 carries out axial lifting movements when an electrical voltage is applied to the piezo material, which are transmitted to an actuating plunger or piston, also not shown, which is also accommodated in the actuator housing 10.
  • the lifting body 16 In order to achieve the largest possible axial strokes, the lifting body 16 is formed from a large number of individual layers of piezo material stacked axially one above the other, between which thin metal layers are located. Find. The metal layers are alternately connected to two flat electrodes 22 arranged on the outer jacket of the lifting body 16, which serve to supply voltage to the metal layers. Details of such a lifting body can be found, for example, in DE 199 09 452 Cl.
  • each of the electrodes 22 is contacted near the immovable lifting body end 18 with a strip-shaped conductor plate 24 which extends axially to the lifting body end 20 and somewhat beyond.
  • the electrodes 22 are placed around the narrow edges of the metal strips 24 in order to ensure better contact.
  • the conductor plates 24 are provided on their two flat sides with an insulating layer 28, for example a glued-on insulating tape or an anodizing layer, in order to avoid electrical malfunctions when the metallic housing wall or the piezo material of the lifting body 16 comes into contact ,
  • the conductor plates 24 can be spaced from the outside of the lifting body. pers 16. Due to their insulation, however, they can also nestle against the outside of the lifting body 16.
  • the ends of the conductor plates 24 projecting beyond the lifting body 16 are bent into a U-shape to form pockets 30 which are used for connecting conductor wires 32.
  • the contact between the conductor wires 32 and the pockets 30 can be established, for example, by placing the conductor wires 32 in the pockets 30 and clamping them there by squeezing the pockets 30 together. Of course, welding or soldering the conductor wires 32 in the pockets 30 is also possible.
  • a housing bore 34 serving as an outlet channel is machined into the actuator housing 10 at a small acute angle to the axis 12.
  • the housing bore 34 extends away from the lifting body end 20 axially beyond the lifting body end 18 and leads beyond this lifting body end 18 out of the actuator housing 10.
  • the housing bore 34 is facilitated in that it opens out on an axial end face, which in the present example is formed by an annular shoulder 36 in an axial end region 38 of the actuator housing 10.
  • the conductor wires 32 end in a connector component, generally designated 40, which has a Plug connection 42 is designed for a voltage supply cable, not shown, coming from an actuator control.
  • the plug component 40 is a component manufactured separately from the actuator housing 10. It has a connector housing 44 made of plastic, preferably in an injection molding process, with a retaining ring 46, with which it can be axially attached to the axial end region 38 of the actuator housing 10 and clamped thereon, for example, by means of a clamping screw 48 indicated by a broken line.
  • the annular shoulder 36 serves as an axial positioning stop for the plug component 40.
  • An elongate, spike-like housing extension 50 is formed in one piece with the plug housing 44, which engages with a precise fit in the housing bore 34 and extends through this into the receiving opening 14. In this way, a high degree of tightness against the ingress of dirt or moisture into the receiving opening 14 is achieved.
  • the conductor wires 32 are an integral part of the plug component 40. They run in the mandrel 50 and emerge from its tip which projects into the receiving opening 14.
  • the plug component 40 is inserted with its mandrel 50 into the housing bore 34, and the lifting body 16 prepared with the conductor plates 24 is inserted into the receiving opening 14. Then the run out of the mandrel 50 the ends of the conductor wires 32 contacted with the pockets 30 of the conductor plates 24.
  • the actuator housing 10 is of axially multi-part design.
  • first housing part 52 which is dimensioned axially in such a way that the lifting body 16 can be accommodated therein at least for the most part.
  • a second housing part 54 axially connects to the first housing part 52. It extends far beyond the lifting body end 20 and is used, for example, to accommodate the actuating plunger mentioned above.
  • the housing bore 34 is located on the first housing part 52, so that first the plug component 40 can be mounted on the first housing part 52 and the connection of the conductor wires 32 to the metal sheets 24 can be made before the second housing part 54 and possibly further housing parts on the first housing part 52 are grown.
  • the first housing part 52 extends axially essentially to the lifting body end 20, the pockets 30 projecting axially beyond it, as can be seen particularly well in FIG. 4. The soldering, welding or clamping work on the pockets 30 can thus be carried out without hindrance.

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Abstract

Es wird eine piezoelektrische Aktuatoranordnung vorgeschlagen, umfassend ein Aktuatorgehäuse (10) und einer axial einenends offenen Aufnahmeöffnung (14), einen axial länglichen, in diese einführbaren Hubkörper (16) aus piezoelektrischem Material, eine auf das piezoelektrische Material aufgebrachte Elektrodenanordnung (22) und elektrische Zuleitungsmittel (24, 32) zur Spannungszufuhr. Erfindungsgemäss ist dabei vorgesehen, dass die Zuleitungsmittel (24, 32) im Bereich des ersten Längsendes (18) des Hubkörpers mit der Elektrodenanordnung (22) kontaktiert sind, von dort längs des Hubkörpers zumindest bis annähernd in den Bereich eines axial gegenüberliegenden zweiten Längsendes (20) des Hubkörpers verlaufen und anschliessend durch einen Austrittskanal herausgeführt sind.

Description

Piezoelektrische Aktuatoranordnung, insbesondere zur Betätigung eines Ventils in einem Kraftfahrzeug
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Aktuatoranordnung, insbesondere zur Betätigung eines Ventils in einem Kraftfahrzeug, umfassend ein Aktuatorge äuse mit einer Gehäuseachse und einer axial einenends offe- nen und axial anderenends verschlossenen Aufnahmeöff- nung, einen axial länglichen, mit einem ersten Längsende voraus durch das offene Ende der Aufnahmeöffnung in diese einführbaren Hubkörper aus piezoelektrischem Material, eine auf das piezoelektrische Material aufge- brachte Elektrodenanordnung und elektrische Zuleitungsmittel zur Spannungszufuhr zu der Elektrodenanordnung.
Piezoelektrische Aktuatoren werden beispielsweise zur Ventilbetätigung in Kraftstoffeinspritzsystemen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Bei gattungsgemäßen Aktua- toranordnungen ist es zur Kontaktierung der Elektroden- anordnung des Piezomaterials bekannt, elektrische Leiterdrähte im Bereich des ersten Längsendes des Hubkörpers an die Elektrodenanordnung anzulöten oder anzuschweißen und die Leiterdrähte durch eine Gehäuseboh- rung im Bereich des verschlossenen Endes der Aufnahmeöffnung des Aktuatorgehäuses nach außen zu führen. Das erste Längsende des Hubkörpers ist dabei im Bereich des verschlossenen Endes der Aufnahmeöffnung gegen Axialbewegungen abgestützt, während das axial gegenüberliegen- de zweite Längsende des Hubkörpers ein Hubende bildet, das bei Spannungsanlegung an die Elektrodenanordnung Axialhübe ausführt. Deswegen werden die Leiterdrähte im Bereich des ersten Längsendes des Hubkörpers an diesem befestigt, weil so vermieden wird, daß sich die Leiter- drahte mitbewegen und möglicherweise Risse in den Lötoder Schweißstellen entstehen.
Diese bekannte Lösung hat das montagetechnische Problem, daß beim Einführen des Hubkörpers in die Aufnah- meöffnung des Aktuatorgehäuses die zuvor angelöteten oder angeschweißten Leiterdrähte blind in die Gehäus- bohrung eingefädelt werden müssen. Eine automatische Montage ist hier ausgeschlossen, aber auch die manuelle Montage wirft große Mühen für das Arbeitspersonal auf. Die Leiterdrähte können nämlich nicht gezielt mit der Hand in die Gehäusebohrung geführt werden, da der Hubkörper sie verdeckt, sobald er in die Aufnahmeöffnung eingeschoben ist. Es kann dann nur darauf vertraut werden, durch Hin- und Herdrehen und -schieben des Hubkör- pers mit den Leiterdrähten in die Gehäusebohrung zu treffen. Zu der Unsicherheit, ob die Gehäusebohrung ge- troffen wird, kommt der Zeitaufwand durch unvermeidliche Fehlversuche hinzu, so daß sich insgesamt eine zeitaufwendige und beschwerliche Montage ergibt.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung sieht vor, daß bei einer Aktuatoranord- nung der eingangs bezeichneten Art die Zuleitungsmittel im Bereich des ersten Längsendes des Hubkörpers mit der Elektrodenanordnung kontaktiert sind, von dort innerhalb der Aufnahmeöffnung längs des Hubkörpers zumindest bis annähernd in den Bereich eines axial gegenüberliegenden zweiten Längsendes des Hubkörpers verlaufen und anschließend durch einen Austrittskanal aus dem Aktua- torgehäuse herausgeführt sind.
Hierdurch kann eine wesentliche Montageerleichterung erreicht werden. Indem die Zuleitungsmittel ausgehend von der Stelle ihrer Kontaktierung mit der Elektroden- anordnung zunächst zum zweiten Längsende hin geführt werden, müssen beim Einschieben des Hubkörpers in das Gehäuse keine vorauslaufenden Teile der Zuleitungsmittel blind in irgendeine Gehäusebohrung eingefädelt werden. Im Bereich des zweiten Längsendes des Hubkörpers wird es wesentlich leichter sein, auf die Zuleitungsmittel zuzugreifen, und zwar selbst dann, wenn der Hubkörper bereits voll in die Aufnahmeöffnung des Aktuatorgehäuses eingeschoben ist. Die Einfädelung der Zuleitungsmittel in den Austrittskanal und damit die Her- ausführung der Zuleitungsmittel aus dem Aktuatorgehäuse läßt sich dann erheblich bequemer und vor allem unter ständiger visueller Beobachtung bewerkstelligen. Mit Fehlversuchen ist an sich nicht mehr zu rechnen. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung eine verstärkte Automatisierung des Montagevorgangs, wobei die angesprochenen Erleichterungen selbstverständlich auch bei manueller Montage zutage treten.
Oftmals erfordern es die Platzverhältnisse am Einbauort der Aktuatoranordnung, daß ein zum Anschluß eines Span- nungsversorgungskabels dienender Steckanschluß in einem dem ersten Längsendes des Hubkörpers nahen Bereich des Aktuatorgehäuses angeordnet ist. Um die Zuleitungsmittel geschützt in diesen Gehäusebereich zu führen, kann der Austrittskanal in der Gehäusewand des Aktuatorge- häuses annähernd parallel oder spitzwinklig zur Gehäuseachse in Richtung vom zweiten Längsende des Hubkörpers zum ersten Längsende hin verlaufen und sich über letzteres hinaus erstrecken.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Zuleitungsmittel zumindest auf einem wesentlichen Teil ihrer innerhalb der Aufnahmeöffnung verlaufenden Länge von einer Streifenmaterialanordnung aus Blech gebildet sind. Die Steifigkeit des Blechs gewähr- leistet, daß der Hubkörpers sicher und präzise in die Aufnahmeöffnung eingesetzt werden kann, ohne daß die innerhalb der Aufnahmeöffnung befindlichen Teile der Zuleitungsmittel dies durch unerwünschtes Verknäueln behindern, wie es etwa bei Leiterdrähten durchaus vor- kommen kann. Montagetechnisch besonders günstig ist es dabei, wenn die Streifenmaterialanordnung an dem Hub- körper vor dessen Einführung in die Aufnahmeöffnung montierbar ist.
Vorzugsweise reicht die Streifenmaterialanordnung in den Bereich des ersten Längsendes des Hubkörpers und ist dort mit der Elektrodenanordnung kontaktiert, insbesondere am Außenmantel des Hubkörpers. Hierzu kann die Streifenmaterialanordnung mit der Elektrodenanordnung verlötet oder verschweißt sein. Ein dauerhaft si- cherer elektrischer Kontakt ergibt sich, wenn die
Streifenmaterialanordnung zu ihrer Kontaktierung rand- seitig von der Elektrodenanordnung umgriffen ist.
Zweckmäßigerweise wird die Streifenmaterialanordnung wenigstens auf einem Teil ihrer dem Hubkörper zugewandten Seite mit einer elektrisch isolierenden Materialschicht überzogen sein. Insbesondere bei einem Aktuatorgehäuse aus einem metallischen Werkstoff empfiehlt es sich zur Vermeidung elektrischer Kurzschlüsse außer- dem, daß die Streifenmaterialanordnung auch wenigstens auf einem Teil ihrer dem Umfangsmantel der Aufnahmeöffnung zugewandten Seite mit einer elektrisch isolierenden Materialschicht überzogen ist.
Die Streifenmaterialanordnung sollte vorteilhafterweise axial zumindest bis annähernd in den Bereich des zweiten Längsendes des Hubkörpers reichen, vorzugsweise sogar über dieses hinausreichen. Innerhalb der Aufnahme- öffnung kann dann eine durch den Austrittskanal aus dem Aktuatorgehäuse herausgeführte Leiterdrahtanordnung an die Streifenmaterialanordnung angeschlossen sein. Ein einfacher Anschluß der Leiterdrahtanordnung ist beispielsweise dadurch möglich, daß die Streifenmaterialanordnung mindestens eine U-förmig gebogene Tasche aufweist, in die die Leiterdrahtanordnung hineingreift. Zur sicheren Kontaktherstellung kann es bereits genügen, wenn die Leiterdrahtanordnung in der Tasche durch Quetschen derselben festgeklemmt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Leiterdrahtanordnung aber auch in der Tasche verlötet oder verschweißt sein.
Gelegentlich wird das Aktuatorgehäuse eine Ausgestaltung besitzen, bei der es sich axial wesentlich über das zweite Längsende des Hubkörpers hinaus erstreckt. Die Gehäusebereiche axial jenseits des Hubkörpers kön- nen beispielsweise zur Aufnahme eines die Axialhübe des Hubkörpers weiterleitenden Stößels oder Kolbens dienen. Wenn in einem solchen Fall ein einstückiges Aktuatorgehäuse verwendet wird, kann der Zugriff auf die Leiterdrahtanordnung schwierig sein, falls der Hubkörper schon voll in das Aktuatorgehäuse eingeschoben ist. Es muß dann nämlich möglicherweise tief in das Aktuatorgehäuse hineingegriffen werden, um die Leiterdrahtanordnung zu fassen zu bekommen. Um dies zu vermeiden, wird empfohlen, das Aktuatorgehäuse mit zwei insbesondere annähernd im Bereich des zweiten Längsendes des Hubkörpers axial geteilten Gehäuseteilen auszuführen, deren einer den Hubkörper zumindest größtenteils aufnimmt und deren anderer im wesentlichen den über das zweite Längsende des Hubkörpers hinausreichenden Teil des Ak- tuatorgehäuses bildet, wo-bei die beiden Gehäuseteile nach Anschluß der Leiterdrahtanordnung an die Streifen- materialanordnung zusammensetzbar sind. Sämtliche notwendigen Arbeiten an der Schnittstelle zwischen Streifenmaterialanordnung und Leiterdrahtanordnung können dann bequem vor dem Zusammenbau der Gehäuseteile ausge- führt werden.
Bei einer aus der Praxis bekannten Lösung einer gattungsgemäßen Aktuator-anordnung werden elektrische Leiterdrähte aus dem Aktuatorgehäuse herausgeführt und au- ßerhalb des Aktuatorgehäuses mit Steckerfahnen verbunden, die anschließend mit einem Kunststoffmaterial umspritzt werden. Auf diese Weise wird in situ, also unmittelbar am Ort des Aktuatorgehäuses, ein Stecker hergestellt, an den ein Spannungsversorgungskabel ange- schlössen werden kann. Um dabei einen festen Halt des
Steckers am Aktuatorgehäuse zu gewährleisten, wird dieses mit umspritzt. Es ist leicht nachvollziehbar, daß diese Art der Steckerherstellung sehr aufwendig ist, einerseits weil die Steckerfahnen exakt an dem Aktua- torgehäuse positioniert werden müssen, andererseits weil das Aktuatorgehäuse häufig aus Metall besteht und die Anspritzung eines Kunststoffteils an ein Metallteil schwierig ist.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist dagegen bevorzugt vorgesehen, daß die Zuleitungsmittel auf einem Teil ihrer Länge in einem gesondert von dem Aktuatorgehäuse vorgefertigten Steckerbauteil verlaufen, welches fest, jedoch lösbar an dem Aktuatorgehäuse montierbar ist und einen Steckan-schluß für ein Spannungsversorgungskabel bildet. Dies erleichtert zum einen die Herstellung des Steckerbauteils selbst, zum anderen wird hierdurch eine separate Prüfung des Steckerbauteils ermöglicht, etwa im Hinblick auf elek-trische Eigenschaften und Dichtigkeit gegenüber Eindringen von Feuchtigkeit. Sollte sich bei dieser Prüfung herausteilen, daß das Steckerbauteil fehlerhaft ist, so kann es als Ausschuß weggeworfen werden, ohne zugleich das Aktuatorgehäuse mitwegwerfen zu müssen, wie es bei der bekannten Lösung mit angespritztem Stecker erforderlich sein kann. Auch kann das Steckerbauteil nötigenfalls zu einem späteren Zeitpunkt ausgetauscht werden, falls es im Betrieb Schäden erleidet.
Für die Idee, ein Kunststoff-Steckerbauteil separat von dem Aktuatorgehäuse herzustellen, insbesondere dann, wenn das Aktuatorgehäuse aus einem metallischen Werkstoff, etwa Stahl, gefertigt ist, und das Steckerbauteil fest, jedoch lösbar an dem Aktuatorgehäuse zu befestigen, wird im Rahmen der Erfindung die Beanspru- chung selbständigen Schutzes vorbehalten, unabhängig vom konkreten Verlauf der Zuleitungsmittel im Aktuatorgehäuse und unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Zuleitungsmittel.
Eine sehr gute Abdichtung zwischen Steckerbauteil und Aktuatorgehäuse läßt sich erzielen, wenn das Steckerbauteil ein Steckergehäuse mit einem insbesondere einstückig angeformten Gehäusefortsatz aufweist, mit dem es in den Austrittskanal hineingreift. Zugleich kann der Gehäusefortsatz als Positionierungshilfe zur kor- rekten Positionierung des Steckerbauteils gegenüber dem Aktuatorgehäuse dienen.
Gemäß einer bevorzugten Variante ist der Gehäusefort- satz als länglicher Dorn ausgebildet, der sich im wesentlichen durch den gesamten Austrittskanal hindurch erstreckt und gewünschtenfalls in die Aufnahmeöffnung des Aktuatorgehäuses hineinreicht, wobei die Zuleitungsmittel durch den Dorn hindurch verlaufen. Diese Maßnahme sorgt für eine besonders einfache Montage der Aktuatoranordnung, weil der Gehäusedorn von außen her sehr leicht in den Austrittskanal eingeführt werden kann.
Weitere Vorteile und Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar
Figur 1 einen Axiallängsschnitt durch ein Ausführungs- beispiel der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung;
Figur 2 einen Schnitt entsprechend II-II der Figur 1;
Figur 3 eine Vergrößerung eines Ausschnitts A der Figur 2 ; und
Figur 4 eine Vergrößerung eines Ausschnitts B der Fi- gur 2. Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in den Figuren gezeigte Aktuatoranordnung dient zur Betätigung eines nicht näher dargestellten Steuer- oder Einspritzventils in einem Kraftstoffeinspritzsystem, beispielsweise einem Common-Rail-Dieseleinspritzsyste . Sie umfaßt ein zylindrisches Aktuatorgehäuse 10 mit einer Gehäuseachse 12 und einer axialen Aufnahmeöffnung 14. Das Aktuatorgehäuse 10 kann aus einem Metall, vor- zugsweise Stahl, gefertigt sein, was speziell dann der Fall sein wird, wenn es Kanäle enthält, die Teil eines Hochdruckleitungssystems für Kraftstoff sind. Eine Fertigung aus Kunststoff ist jedoch im Rahmen der Erfindung keineswegs ausgeschlossen. Durch ein offenes axia- les Ende der Aufnahmeöffnung 14 ist ein axial länglicher Hubkörper 16 aus piezoelektrischem Material in das Aktuatorgehäuse 10 eingesetzt.
Im Bereich eines verschlossenen Sackendes der Aufnahme- Öffnung 14 ist der Hubkörper 16 mit einem ersten, allgemein mit 18 bezeichneten axialen Ende axial unbeweglich an dem Aktuatorgehäuse 10 abgestützt. Mit seinem axial gegenüberliegenden Ende 20 führt der Hubkörper 16 bei Anlegen einer elektrischen Spannung an das Piezoma- terial axiale Hubbewegungen aus, die auf einen nicht näher dargestellten, ebenfalls in dem Aktuatorgehäuse 10 untergebrachten Betätigungsstößel oder -kolben übertragen werden. Zur Erzielung möglichst großer Axialhübe ist der Hubkörper 16 aus einer Vielzahl axial überein- ander gestapelter Einzelschichten aus Piezomaterial gebildet, zwischen denen sich dünne Metallschichten be- finden. Die Metallschichten sind abwechselnd mit zwei am Außenmantel des Hubkörpers 16 angeordneten Flachelektroden 22 verbunden, welche der Spannungszufuhr zu den Metallschichten dienen. Details eines solchen Hub- körpers können beispielsweise der DE 199 09 452 Cl entnommen werden.
Bevor der Hubkörper 16 in das Aktuatorgehäuse 10 eingebaut wird, wird nahe des unbeweglichen Hubkörperendes 18 jede der Elektroden 22 mit einem streifenförmigen Leiterblech 24 kontaktiert, welches sich axial bis zu dem Hubkörperende 20 und etwas darüber hinaus erstreckt. Die Elektroden 22 werden dabei um die schmalseitigen Ränder der Blechstreifen 24 herumgelegt, um für eine bessere Kontaktierung zu sorgen.
Dies ist insbesondere in Figur 3 in einem mit dem Bezugszeichen 26 gekennzeichneten Bereich gut zu erkennen. In diesem Bereich 26, wo die Elektroden 22 die Leiterbleche 24 übergreifen, werden die Leiterbleche 24 zudem zweckmäßigerweise mit den Elektroden 22 verlötet oder verschweißt, so daß die Leiterbleche 24 fest an dem Hubkörper 16 gehalten sind.
Im Anschluß an den Bereich ihrer Kontaktierung mit den Elektroden 22 sind die Leiterbleche 24 auf ihren beiden Flachseiten mit einer Isolierschicht 28, beispielsweise einem aufgeklebten Isolierband oder einer Eloxierschicht, versehen, um bei Berührung der metallischen Gehäusewand oder des Piezomaterials des Hubkörpers 16 elektrische Fehlfunktionen zu vermeiden. Die Leiterbleche 24 können im Abstand von der Außenseite des Hubkör- pers 16 gehalten sein. Aufgrund ihrer Isolation können sie sich allerdings auch an die Außenseite des Hubkörpers 16 anschmiegen.
Wie insbesondere Figur 4 zu entnehmen ist, sind die über den Hubkörper 16 hinausragenden Enden der Leiterbleche 24 U-förmig zu Taschen 30 umgebogen, welche zum Anschluß von Leiterdrähten 32 dienen. Der Kontakt zwischen den Leiterdrähten 32 und den Taschen 30 kann bei- spielsweise dadurch hergestellt werden, daß die Leiterdrähte 32 in die Taschen 30 hineingelegt und darin durch Zusammenquetschen der Taschen 30 festgeklemmt werden. Selbstverständlich ist auch ein Verschweißen oder Verlöten der Leiterdrähte 32 in den Taschen 30 möglich.
Um die Leiterdrähte 32 nach außen zu führen, ist in das Aktuatorgehäuse 10 eine als Austrittskanal dienende Gehäusebohrung 34 unter einem kleinem spitzen Winkel zur Achse 12 eingearbeitet. Die Gehäusebohrung 34 erstreckt sich dabei weg von dem Hubkörperende 20 axial über das Hubkörperende 18 hinaus und führt jenseits dieses Hubkörperendes 18 aus dem Aktuatorgehäuse 10 heraus.
Die Anbringung der Gehäusebohrung 34 wird dadurch erleichtert, daß sie an einer axialen Stirnfläche ausmündet, die im vorliegenden Beispielfall von einer Ringschulter 36 in einem axialen Endbereich 38 des Aktuatorgehäuses 10 gebildet ist. Außerhalb der Gehäuseboh- rung 34 enden die Leiterdrähte 32 in einem allgemein mit 40 bezeichneten Steckerbauteil, das mit einem Steckanschluß 42 für ein nicht näher dargestelltes, von einer Aktuatorsteuerung kommendes Spannungsversorgungskabel ausgeführt ist.
Das Steckerbauteil 40 ist ein gesondert von dem Aktuatorgehäuse 10 hergestelltes Bauteil. Es weist ein aus Kunststoff vorzugsweise in einem Spritzverfahren gefertigtes Steckergehäuse 44 mit einem Halterungsring 46 auf, mit dem es auf den axialen Endbereich 38 des Ak- tuatorgehäuses 10 axial aufsteckbar und daran beispielsweise mittels einer gestrichelt angedeuteten Klemmschraube 48 festklemmbar ist. Die Ringschulter 36 dient dabei als ein axialer Positionieranschlag für das Steckerbauteil 40.
Einstückig mit dem Steckergehäuse 44 ist ein langgestreckter, dornartiger Gehäusefortsatz 50 ausgebildet, der paßgenau in die Gehäusebohrung 34 eingreift und sich durch diese hindurch bis in die Aufnahmeöffnung 14 erstreckt. Auf diese Weise wird eine hohe Dichtigkeit gegen Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit in die Aufnahmeöffnung 14 erreicht.
Die Leiterdrähte 32 sind integraler Teil des Stecker- bauteils 40. Sie verlaufen in dem Dorn 50 und treten an dessen in die Aufnahmeöffnung 14 ragender Spitze aus. Bei der Montage der Aktuatoranordnung wird das Steckerbauteil 40 mit seinem Dorn 50 in die Gehäusebohrung 34 gesteckt, und es wird der mit den Leiterblechen 24 vor- bereitete Hubkörper 16 in die Aufnahmeöffnung 14 eingeführt. Sodann werden die aus dem Dorn 50 herauslaufen- den Enden der Leiterdrähte 32 mit den Taschen 30 der Leiterbleche 24 kontaktiert. Um bei dieser Kontaktie- rungstätigkeit bequemen Zugang zu den Taschen 30 und den Drahtenden zu haben, ist das Aktuatorgehäuse 10 axial mehrteilig ausgeführt.
Speziell weist es einen ersten Gehäuseteil 52 auf, der axial derart bemessen ist, daß der Hubkörper 16 zumindest größtenteils darin untergebracht werden kann. Ein zweiter Gehäuseteil 54 schließt axial an den ersten Gehäuseteil 52 an. Er erstreckt sich bis weit jenseits des Hubkörperendes 20 und dient beispielsweise zur Aufnahme des weiter oben angesprochene Betätigungsstößels.
Die Gehäusebohrung 34 befindet sich an dem ersten Gehäuseteil 52, so daß zunächst das Steckerbauteil 40 an dem ersten Gehäuseteil 52 montiert werden kann und der Anschluß der Leiterdrähte 32 an die Bleche 24 hergestellt werden kann, bevor der zweite Gehäuseteil 54 und gegebenenfalls weitere Gehäuseteile an den ersten Gehäuseteil 52 angebaut werden. Im vorliegenden Beispielfall reicht der erste Gehäuseteil 52 axial im wesentlichen bis zum Hubkörperende 20, wobei die Taschen 30 axial über ihn hinausragen, wie insbesondere in Figur 4 gut zu erkennen ist. Die Löt-, Schweiß- oder Klemmarbeiten an den Taschen 30 können so ohne Behinderungen durchgeführt werden können.

Claims

Ansprüche
1. Piezoelektrische Aktuatoranordnung, insbesondere zur Betätigung eines Ventils in einem Kraftfahrzeug, umfassend ein Aktuatorgehäuse (10) mit einer Gehäuseachse (12) und einer axial einenends offenen und axial ande- renends wenigstens im wesentlichen verschlossenen Aufnahmeöffnung (14) ; einen axial länglichen, mit einem ersten Längsende (18) voraus durch das offene Ende der Auf ahmeöffnung (14) in diese einführbaren Hubkörper (16) aus piezoelektrischem Material; eine auf das piezoelektrische Material aufgebrachte Elektrodenanordnung (22) und elektrische Zuleitungsmittel (24, 32) zur Spannungszufuhr zu der Elektrodenanordnung (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungsmittel (24, 32) im Bereich des ersten Längsendes (18) des Hubkörpers
(16) mit der Elektrodenanordnung (22) kontaktiert sind, von dort innerhalb der Aufnahmeöffnung (14) längs des Hubkörpers (16) zumindest bis annähernd in den Bereich eines axial gegenüberliegenden zweiten Längsendes (20) des Hubkörpers (16) verlaufen und anschließend durch einen Austrittskanal (34) aus dem Aktuatorgehäuse (10) herausgeführt sind.
2. Aktuatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Austrittskanal (34) im Aktuatorgehäuse (10) annähernd parallel oder spitzwinklig zur Gehäuseachse (12) in Richtung vom zweiten Längsende (20) des Hubkörpers (16) zum ersten Längsende (18) hin verläuft und sich über letzteres hinaus erstreckt.
3. Aktuatoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungsmittel (24, 32) zumindest auf einem wesentlichen Teil ihrer innerhalb der Aufnahmeöffnung (14) verlaufenden Länge von einer Streifenmaterialanordnung (24) aus Blech gebildet sind.
4. Aktuatoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenmaterialanordnung (24) an dem Hubkörper (16) vor dessen Einführung in die Auf ahme- Öffnung (14) montierbar ist.
5. Aktuatoranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenmaterialanordnung (24) in den Bereich des ersten Längsendes (18) des Hubkör- pers (16) reicht und dort mit der Elektrodenanordnung (22) kontaktiert ist, insbesondere am Außenmantel des Hubkörpers (16) .
6. Aktuatoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Streifenmaterialanordnung (24) zu ih- rer Kontaktierung randseitig von der Elektrodenanordnung umgriffen ist.
7. Aktuatoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenmaterialanordnung (24) wenigstens auf einem Teil ihrer dem Hubkörper (16) zugewandten Seite mit einer elektrisch isolierenden Materialschicht (28) überzogen ist.
8. Aktuatoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenmaterialanordnung (24) auch wenigstens auf einem Teil ihrer dem Umfangsmantel der Aufnahmeöffnung (14) zugewandten Seite mit einer elektrisch isolierenden Materialschicht (28) überzogen ist.
9. Aktuatoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenmaterialanordnung (24) axial zumindest bis annähernd in den Bereich des zweiten Längsendes (20) des Hubkörpers (16) reicht, vorzugsweise über dieses hinausreicht, und innerhalb der Aufnahmeöffnung (14) eine durch den Austrittskanal (34) aus dem Aktuatorgehäuse (10) herausgeführte Leiterdrahtanordnung (32) an die Streifenmaterialanordnung (24) angeschlossen ist.
10. Aktuatoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenmaterialanordnung (24) mindestens eine U-förmig gebogene Tasche (30) bildet, in die die Leiterdrahtanordnung (32) zu ihrem Anschluß hinein- greift.
11. Aktuatoranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterdrahtanordnung (32) in der mindestens einen Tasche (30) festgeklemmt und vorzugsweise verlötet oder verschweißt ist.
12. Aktuatoranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Aktuatorgehäuse (10) axial wesentlich über das zweite Längsende (20) des Hubkörpers (16) hinaus erstreckt, wobei das Aktua- torgehäuse (10) zwei insbesondere annähernd im Bereich des zweiten Längsendes (20) des Hubkörpers (16) axial geteilte Gehäuseteile (52, 54) umfaßt, deren einer (52) den Hubkörper (16) zumindest größtenteils aufnimmt und deren anderer (54) im wesentlichen den über das zweite Längsende (20) des Hubkörpers (16) hinausreichenden
Teil des Aktuatorgehäuses (10) bildet, und daß die beiden Gehäuseteile (52, 54) nach Anschluß der Leiterdrahtanordnung (32) an die Streifenmaterialanordnung (24) zusammensetzbar sind.
13. Aktuatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungsmittel (24, 32) auf einem Teil ihrer Länge in einem gesondert von dem Aktuatorgehäuse (10) vorgefertigten Steckerbau- teil (40) verlaufen, welches fest, jedoch lösbar an dem Aktuatorgehäuse (10) montierbar ist und einen Steckanschluß (42) für ein externes Spannungsversorgungskabel bildet.
14. Aktuatoranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Steckerbauteil (40) ein Steckergehäu- se (44) mit einem insbesondere einstückig angeformten Gehäusefortsatz (50) aufweist, mit dem es in den Austrittskanal (34) hineingreift.
15. Aktuatoranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusefortsatz (50) als länglicher Dorn ausgebildet ist, der sich im wesentlichen durch den gesamten Austrittskanal (34) hindurch erstreckt und gewünschtenfalls in die Aufnahmeöffnung (14) des Aktua- torgehäuses (10) hineinreicht, und daß die Zuleitungsmittel (24, 32) durch den Dorn (50) hindurch verlaufen.
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