DE10356961A1

DE10356961A1 - Aktormodul

Info

Publication number: DE10356961A1
Application number: DE2003156961
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schmieder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-06-30

Abstract

Ein Aktormodul (1), insbesondere zur Betätigung von Brennstoffeinspritzventilen (2) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, umfaßt zumindest ein piezoelektrisches oder magnetostriktives Element (6) und Kontaktfahnen (15) zur elektrischen Kontaktierung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements (6). Das Aktormodul (1) weist eine Umspritzung (13) auf und ist in einem Aktorgehäuse (10) gekapselt. In dem Aktormodul (1) ist zumindest ein Stift (14) aus einem wärmeleitfähigen Material eingebettet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktormodul nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Beispielsweise ist aus der DE 198 56 186 A1 ein piezoelektrischer Aktor bekannt, welcher insbesondere zur Betätigung von Steuerventilen oder Einspritzventilen an Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen dient, wobei der Aktor einen piezoelektrischen Aktorkörper, insbesondere in Form eines vielschichtigen Laminats aus aufeinandergeschichteten Lagen piezoelektrischen Materials und dazwischenliegenden metallischen bzw. elektrisch leitenden Schichten, aufweist. Eine der Stirnseiten des Aktorkörpers ist an einem Aktorfuß festgelegt. Der Aktorkörper ist unter Einhaltung eines Zwischenraums von einer Modulwand umgeben, wobei der Zwischenraum mit einem elastischen oder plastischen, elektrisch isolierenden Stoff guter Wärmeleitfähigkeit ausgefüllt ist.
Nachteilig an dem aus der DE 198 56 186 A1 bekannten Aktor sind einerseits die hohen Fertigungskosten und der hohe Fertigungsaufwand. Diese sind dadurch bedingt, daß der Aktor mittels eines Federbandes vorgespannt wird und die Aktorumspritzung deshalb mit einem relativ dünnflüssigen Material erfolgen muß, um das Aktormodul zum einen allseits ohne Hohlräume umgeben zu können und zum anderen die Elastizität zu erhalten. Die Anforderungen an das Umspritzungsmaterial sind daher sehr hoch, wodurch das Material teuer wird.
Andererseits ist die thermische Anbindung an die Umgebung des Aktormoduls wie den Innenraum des Brennstoffeinspritzventils bzw. ein Ventilgehäuse nur unzureichend erfüllt.
Weiterhin ist von Nachteil, daß eine Zentrierung des Aktors praktisch nicht möglich ist und der Aktorkörper dementsprechend von einem geräumigen Zwischenraum umgeben sein muß, was wiederum die Größe des Gesamtbauteils negativ beeinflußt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäß ausgestaltete Aktormodul mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß in dem Raum, in welchem der Aktor angeordnet ist, zumindest ein Stift vorgesehen ist, welcher eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wodurch die Verlustwärme des Aktors aus der axialen Mitte des Aktormoduls zu den Enden transportiert und von dort abgeführt werden kann. Ein solches Aktormodul ist einfach und kostengünstig mit geringem Aufwand herstellbar.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Aktors möglich.
Vorteilhafterweise besteht der zumindest eine Stift aus Kupfer, Messing, Stahl oder einem anderen wärmeleitfähigen Material.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn ein Deckel an den Enden des Aktors vorhanden sind, in welchen die Stifte so einsteckbar sind, daß sie sich bei der Einbringung der Umspritzung nicht verschieben können.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische geschnittene Ansicht eines in einem Brennstoffeinspritzventil angeordneten erfindungsgemäß ausgestalteten piezoelektrischen Aktormoduls,
2 eine schematische geschnittene Darstellung eines Aktormoduls gemäß dem Stand der Technik, und
3 eine auszugsweise schematische Ansicht eines zur Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen geeigneten Aktormoduls.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein in 1 dargestelltes Aktormodul 1 dient z.B. zur Betätigung eines Brennstoffeinspritzventils 2, welches insbesondere zur direkten Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum einer gemischverdichtenden, selbst- oder fremdgezündeten Brennkraftmaschine geeignet ist. Das Aktormodul 1 ist in 1 zur besseren Verständlichkeit der erfindungsgemäßen Maßnahmen in einem Brennstoffeinspritzventil 2 eingebaut dargestellt.
Das Brennstoffeinspritzventil 2 umfaßt ein Ventilgehäuse 3, durch welches Brennstoff durch eine zentrale Brennstoffzufuhr 4 zugeleitet und in Richtung auf einen nicht weiter dargestellten Dichtsitz geführt wird. Das Brennstoffeinspritzventil 2 kann dabei in beliebiger Weise ausgeführt sein. Abströmseitig des Aktormoduls 1 kann ein nicht näher beschriebener hydraulischer Koppler 5 zur Hubübersetzung des Aktormoduls 1 angeordnet sein.
Das Aktormodul 1 hat ein piezoelektrisches oder magnetostriktives Element 6. Dieses kann sowohl monolithisch ausgeführt sein als auch aus scheibenförmigen piezoelektrischen oder magnetostriktiven Schichten bestehen, welche untereinander verklebt sein können.
Das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 6 ist vorgespannt und mit einem Aktorkopf 7 und einem Aktorfuß 8 versehen, welcher letztere durch eine Abschlußelement 9 gedeckelt ist. Das Abschlußelement 9 ist mit einem Aktorgehäuse 10 vorzugsweise verschweißt. Die Vorspannung wird durch eine Rohrfeder 11 aufgebracht, welche mit dem Aktorkopf 7 und dem Aktorfuß 8 vorzugsweise verschweißt ist. Das aus dem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element 6, dem Aktorkopf 7, dem Aktorfuß 8 und der Rohrfeder 11 bestehende Aktormodul 1 ist in einer Hülse 12 gekapselt und mit einer Umspritzung 13 versehen, welche die Hülse 12 ausfüllt.
Das Aktormodul 1 ist erfindungsgemäß mit Stiften 14 zur Ableitung der Verlustwärme versehen, welche sich insbesondere in einem axialen Mittelbereich des Aktormoduls 1 wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements 6 staut. Die Stifte 14 weisen vorzugsweise einen runden Querschnitt auf, sind in der Umspritzung 13 eingebettet und aus einem wärmeleitfähigen Material wie z.B. Stahl, Messing oder Kupfer hergestellt.
In 2 ist ein Aktormodul 1 gemäß dem Stand der Technik in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt. Das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 6 wird hierbei durch Kontaktfahnen 15 kontaktiert, welche sich spiralartig um das piezoelektrische oder magnetostriktive Element 6 entlang dessen axialer Länge erstrecken. In derartig ausgestalteten Aktormodulen 1 ist es nicht möglich, parallel zu dem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element 6 Vorrichtungen in die Umspritzung 13 einzubringen, welche die Verlustwärme ableiten können, da die Kontaktfahnen 15 bei der Einbringung der Umspritzung 13 in Kontakt mit diesen Vorrichtungen kommen könnten, wodurch Fehlfunktionen in der Elektrik auftreten können.
Wird jedoch, wie in 3 dargestellt, die Kontaktierung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements 6 über einen Siebkontakt 16 hergestellt, welcher sich überzugartig über die Oberfläche 17 des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements 6 erstreckt, ist innerhalb der Hülse 12 beispielsweise im Bereich der in 2 mit Kreisen bezeichneten Regionen die Einbringung der Stifte 14 möglich. Die Kontaktfahnen 15 werden dabei nur in einem axial kurzen Bereich an den Siebkontakt 16 angeschlossen, so daß sich die Stifte 14 über den größten Teil der axialen Länge des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements 6 erstrecken können. Die Kontaktfahnen 15 sind in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Sie können in einer anderen Schnittebene beispielsweise um 90° zu den Stiften 14 versetzt angeordnet sein.
Damit die Stifte 14 beim Vergießen mit der Umspritzung 13 nicht in Kontakt mit dem Siebkontakt 16 kommen, sind am Aktorkopf 7 und am Aktorfuß 8 jeweils geformte Deckel 18 angeordnet, in welche die Stifte 14 so eingesetzt werden, daß sie sich beim Vergießen nicht verschieben.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und insbesondere bei einer Vielzahl von Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 2 anwendbar. Auch sind alle Merkmale des Ausführungsbeispiels beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Aktormodul (1), insbesondere zur Betätigung von Brennstoffeinspritzventilen (2) für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit zumindest einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element (6) und Kontaktfahnen (15) zur elektrischen Kontaktierung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements (6), wobei das Aktormodul (1) eine Umspritzung (13) aufweist und in einem Aktorgehäuse (10) gekapselt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aktormodul (1) zumindest ein Stift (14) aus einem wärmeleitfähigen Material eingebettet ist.
Aktormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der zumindest eine Stift (14) entlang der axialen Länge des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements (6) erstreckt.
Aktormodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Stift (14) aus Kupfer, Messing, Stahl oder einem anderen wärmeleitfähigen Metall hergestellt ist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander gegenüberliegende Stifte (14) vorgesehen sind.
Aktormodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfahnen (15) um ca. 90° versetzt zu den Stiften (14) angeordnet sind.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung des piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elements (6) über einen das piezoelektrische oder magnetostriktive Element (6) umgebenden Siebkontakt (16) erfolgt.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element (6) und einem Aktorkopf (7) und einem Aktorfuß (8) jeweils ein geformter Deckel (18) angeordnet ist.
Aktormodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (14) in die Deckel (18) eingeschoben sind.
Aktormodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (14) mit den Deckeln (18) und dem piezoelektrischen oder magnetostriktiven Element (6) in einer Hülse (12) angeordnet sind.
Aktormodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (12) mit einer Umspritzung (13) verfüllt ist.
Aktormodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Stifte (14) kreisförmig ist.