DE19827293A1 - Elektrohydraulisches Pump- und Antriebselement mit kurzem Piezo-Aktor - Google Patents

Elektrohydraulisches Pump- und Antriebselement mit kurzem Piezo-Aktor

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Abstract

Die Vorrichtung zeigt eine Pumpe-Düse-Einheit mit einem Piezoring-Stapel als Antriebselement (9), wobei durch die Hintereinanderschaltung von mehreren Pumpkammern (19...n) mit den jeweiligen Elementen Ringmembran (4), Ringdichtmembran (20) und Ringsteg (5), der über die Bohrung (21) mit der Kolbenstangenbohrung (16) in Strömungsverbindung steht, eine relative Unabhängigkeit von der Länge des Piezo-Stapels und des Ringmembrandurchmessers bzw. eines Kolbens erreicht werden. Ersetzt man die Kolbenstangenbohrung (16) durch eine Sacklochbohrung (27) und füllt das hermetisch dichte System mit Hydrauliköl, so kann die Vorrichtung auch als Hubtransformator mit optionaler Temperaturkompensation eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrohydraulisches Pump- und Antriebselement der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Elektrohydraulische Pump- und Antriebselemente haben eine große Verbreitung erfah­ ren und werden in vielfaltigen Technologien hergestellt.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art arbeiten mit piezoelektrischen, magneto­ striktiven oder elektrostriktiven Aktoren als Antriebselemente, die direkt oder indirekt auf einen Kolben oder eine Membran einwirken, wobei der Piezostapel und der Kolben oder die Membran möglichst groß sein sollte, um einen wirksamen sekundären Stellweg zu erreichen bzw. die notwendigen Kraftstoffmengen abspritzen zu können, wie dies z. B. aus der DE 196 19 319 A1 bekannt ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst steife, kleinbauende, verschleißarme, kavitationsfreie und flüssigkeitsdichte Vorrichtung mit guten dynamischen Eigenschaften, insbesondere auch bei hohen Betriebsfre­ quenzen und mit wirksamem sekundären Stellweg bzw. einer exakt steuerbaren und reprodu­ zierbaren Abspritzung der gesamten geforderten Kraftstoffmengen bzw. dessen Teilmengen, bei möglichst kleinem Piezo-Stapel unter Einsatz einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die von diesem Anspruch abhängigen Ansprüche gekennzeichnet.
In folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit vier Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine vereinfachte Schnittzeichnung. Hier erfolgt ein Einsatz des Elektrohydraulischen Antriebselementes als Pumpe-Düse-Einheit (PDE). Das Antriebselement (9), in einer bevor­ zugten Ausführungsform als Piezo-Ringstapel ausgeführt, wirkt auf den Widerlagerkolben (7) ein, der mit der Kolbenstange (2) integral verbunden ist und die Ringmembranen (4. . .n) und die kleineren an den Ringstegen (5. . .n) befestigten Ringdichtmembranen (20. . .n) bei akti­ ven Piezoelement nach vorne bewegt, wobei über die Bohrungen (21. . .n) die mit Kraftstoff oder einem anderen Fluid gefüllten Pumpkammern (19. . .n) durch die Kolbenstangenbohrung (16) in Richtung Ventil (1) geleert werden. Durch die hintereinandergeschalteten und mit­ einander in Strömungsverbindung stehenden Pumpkammern (19. . .n) ist man relativ unab­ hängig von Länge des Piezo-Aktors und der Ringmembrandurchmesser. Die Ringmembranen (4. . .n) können auch unmittelbar an den Wandungen der Ringstege (5. . .n) anliegen, um mehr Pumpkammern (19) unterzubringen.
Fig. 2 eine Ausführungsform als Hubtransformator, wobei die mit Hydrauliköl gefüllten Pump­ kammern (26. . .n) über die Sacklochbohrung (27) und den Faltenbalg (30) auf das Stelle­ lement (23) einwirkt, wobei der Faltenbalg (30) mit der Kolbenstange (29) und dem Stelle­ lement (23) kraft- oder formschlüssig verbunden ist.
Fig. 3 eine Ausführungsform bei der das Stellelement (23) mit seinem Kolben (33) in der Zylinderbohrung (36) läuft. Hier ist die Ringkammer (35) ganz oder teilweise mit Hydrauli­ köl gefüllt.
Fig. 4 eine Ausführungsform bei der Faltenbalg (39) auf die Pumpmembran (38) einwirkt, mit der er auch kraft- oder formschlüssig verbunden sein kann. Zur Kompensation der thermi­ schen Ausdehnung steht der Druckausgleichsraum (46) über den Verbindungskanal (44) und dem Metallsieb (45) in Strömungsverbindung und ist mit einem homogenen oder mehr­ stückigem Stoff mit negativem Temperaturkoeffizienten gefüllt.
Bezugszeichenliste
1
Ventil
2
Kolbenstange
3
Gehäuse
4
Ringmembran
5
Ringsteg
6
Federtellermembran
7
Widerlagerkolben
8
Zylinder
9
Antriebselement
10
Kugelscheibenring
11
Ventil
12
Kontermutter
13
Justierzylinder
14
Anschlußgewinde
15
Justierzylinderbohrung
16
Kolbenstangenbohrung
17
Justierzylindergewinde
18
Schwingungsaufnahmekammer
19
Pumpkammer
20
Ringdichtmembran
21
Bohrung
22
Zylinderbohrung
23
Stellelement
24
Führungszylinder
25
Federelement
26
Pumpkammer
27
Sacklochbohrung
28
Bohrung
29
Kolbenstange
30
Faltenbalg
31
Endanschlag
32
Anschlag
33
Kolben
34
Kolbenstange
35
Ringkammer
36
Zylinderbohrung
37
Ventil
38
Pumpmembran
39
Faltenbalg
40
Kolbenstange
41
Pumpraum)
42
Ventil
43
Federelement
44
Verbindungskanal
45
Metallsieb
46
Druckausgleichsraum

Claims (7)

1. Elektrohydraulisches Pump- und Antriebselement in einem rotationssymmetrischen Gehäuse aus Metall, nichtferromagnetischen Metallen, Keramik, Kunststoff oder Verbund­ werkstoffen bzw. deren Kombinationen dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (2) mehr als eine Pumpkammer (19), die durch die jeweilige Ringmembran (4), die Ring­ dichtmembran (20), den Ringsteg (5) und eine oder mehrere radialsymmetrische Bohrun­ gen (21) gebildet wird, hintereinandergeschaltet aufweist und mit der jeweiligen Kolbenstan­ genbohrung (16) in Strömungsverbindung steht, wobei die abschließende Ringmembran die Federtellermembran (6) bildet, oder daß die Kolbenstangenbohrung (16) als Sacklochboh­ rung (27) ausgeführt ist und die Pumpkammer (26) und alle weiteren, raumfüllend mit Hy­ drauliköl gefüllt sind und über den Faltenbalg (30, 39) oder den Kolben (33) auf das Stell­ element (23) bzw. die Pumpmembran (38) im Sinne einer hydraulischen Transformation einwirkt, wobei die Ringkammer (35) ebenfalls ganz oder teilweise mit Hydrauliköl gefüllt ist und mit dem Führungszylinder (24) dicht abgeschlossen ist.
2. Elektrohydraulisches Pump- und Antriebselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Widerlagerkolben (7) im Zylinder (8) gleitend oder seine Wandung nicht berührend läuft.
3. Elektrohydraulisches Pump- und Antriebselement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (30, 39) mit der Kolbenstange (29, 40) und dem Stelle­ lement (23) bzw. der Pumpmembran (38) form- oder kraftschlüssig verbunden ist.
4. Elektrohydraulisches Pump- und Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (39) entfällt und der verbleibende Raum mit Hydrauliköl ausgefüllt wird.
5, Elektrohydraulisches Pump- und Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringsteg (5) und alle weiteren ohne Ringdichtmembran (20) in Gleitdichtung mit oder ohne Ringdichtung die Kolbenstange (2) umgeben.
6. Elektrohydraulisches Pump- und Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (1, 11) an den jeweiligen Enden der Kolbenstange (2) in diese integriert werden.
7. Elektrohydraulisches Pump- und Antriebselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklochbohrung (27) über den Verbindungskanal (44) und das kraft- oder formschlüssig eingebrachte Metallsieb (45) mit dem Druckausgleichs­ raum (46) verbunden ist, wobei dieser mit einem einstückigen oder mehrstückigem oder of­ fenporigem Stoff mit negativem Temperaturkoeffizienten gefüllt ist, der jeweils total vom Hy­ drauliköl umspült ist oder daß das Metallsieb (45) durch einen mit einer Ringdichtung verse­ henen Folgekolben ersetzt wird, wobei der Druckausgleichsraum (46) dann kein Hydrauliköl enthält.
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