DE19844742C1

DE19844742C1 - Piezoaktorkontaktierung für Einspritzventil

Info

Publication number: DE19844742C1
Application number: DE19844742A
Authority: DE
Inventors: Marcus Unruh
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2018-09-30

Abstract

Die Piezoaktorkontaktierung für das Einspritzventil eines Verbrennungsmotors verbindet einen Piezoaktor (2), der in eine Kunststoffhülse (1) eingesetzt ist, elektrisch mit Anschlußstiften (3), an die äußere Zuleitungen angeschlossen werden können. Die Anschlußstifte (3) sind dabei kraft- und/oder formschlüssig in die Kunststoffhülse (1) eingepreßt oder eingegossen, und mit den Anschlußstiften (3) ist jeweils eine elektrisch leitende Leiterbahn (4) verbunden, die vom Anschlußstift (3) zu einem der elektrischen Anschlüsse (6) des Piezoaktors (2) führt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Piezoaktorkontaktierung für das Einspritzventil eines Verbrennungsmotors gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

Für die Kraftstoffversorgung von Verbrennungsmotoren werden zunehmend Hochdruck-Speichereinspritzsysteme verwen det. Solche Einspritzsysteme sind als Common-Rail-Systeme (für Dieselmotoren) und HPDI-Einspritzsysteme (für Ottomoto ren) bekannt. Bei diesen Einspritzsystemen wird der Kraft stoff mit einer Hochdruckpumpe in einen allen Zylindern des Motors gemeinsamen Druckspeicher gefördert, von dem aus die Einspritzventile an den einzelnen Zylindern versorgt werden. Die Steuerung des Öffnens und Schließens der Einspritzventile kann elektromagnetisch oder elektrisch erfolgen; im vorlie genden Fall werden dazu elektrische Piezoaktoren herangezo gen.

Der Piezoaktor wirkt dabei in der Regel auf ein Steuer- oder Servoventil ein, das hydraulisch den Druck steuert, der auf die Düsennadel des Einspritzventils ausgeübt wird. Die Düsennadel des Einspritzventils wird also vom Piezoaktor nicht direkt angesteuert, sondern indirekt über das Steuer- oder Servoventil.

Der elektrische Anschluß des Piezoaktors erfolgt bisher durch eine direkte Verlötung der Kontaktfahnen des Piezoak tors mit nach außen führenden Anschlußstiften, an die äußere Zuleitungen angeschlossen werden können. Die Baugruppe aus Piezoaktor mit Kontaktfahnen und angelöteten Anschlußstiften wird dann in eine Kunststoffhülse eingelegt, ohne daß die Baugruppe mit der Hülse eine kraft- oder formschlüssige Ver bindung eingeht. Anschließend wird die Baugruppe mit Silikon vergossen.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß jede über die äu ßeren Zuleitungen auf die Anschlußstifte einwirkende Kraft direkt auf die empfindlichen Kontaktfahnen des Piezoaktors übertragen wird, was vom vorzeitigen Verschleiß der Kontakt fahnen bis hin zum vorzeitigen Ausfall des Piezoaktors führen kann. Dies betrifft nicht nur die Kraft, die beim Anschließen der äußeren Zuleitungen etwa durch Aufstecken eines Steckers auf die Anschlußstifte aufgebracht wird, sondern auch die Kräfte, die durch Vibrationen der äußeren Zuleitungen im Be trieb des Verbrennungsmotors an den Anschlußstiften entste hen.

Aus DE 86 14 770 U1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, in dem die Stromzuführung an einen Aktor (Magnetspu le) über einen Steckanschluß erfolgt, der in einem Kunst stoffring eingebettet ist, der ein Ventilgehäuse teilweise umgreift.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektri sche Piezoaktorkontaktierung zu schaffen, bei der keine Kräf te von den äußeren elektrischen Zuleitungen auf die Kontakt fahnen des Piezoaktors übertragen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentan spruch 1 genannten Maßnahmen gelöst. Bevorzugte Ausführungs formen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Piezoaktorkontaktierung zeichnet sich somit dadurch aus, daß die Anschlußstifte kraft- und/oder formschlüssig in die Kunststoffhülse eingepreßt oder eingegossen sind, wobei die derart mechanisch fest mit der Kunststoffhülse verbundenen Anschlußstifte vorzugsweise nicht direkt mit den Kontaktfahnen des Piezoaktors in Verbindung stehen, sondern über eine ebenfalls in die Kunststoffhülse eingegossene oder eingepreßte Leiterbahn, die eine gewisse Elastizität besitzt.

Bei der erfindungsgemäße Piezoaktorkontaktierung werden demnach alle Kräfte, die auf die Anschlußstifte einwirken, von der Kunststoffhülse aufgenommen. Auch wenn die Kräfte so groß sind, daß sich die Kunststoffhülse geringfügig verformt, gelangen sie aufgrund der Elastizität der Leiterbahn nicht bis zu den Kontaktfahnen des Piezoaktors. Die von außen kom menden, nicht zu verhindernden axialen und radialen Kraftein wirkungen an den äußeren Anschlußstiften werden daher von den empfindlichen Kontaktfahnen des Piezoaktors vollständig fern gehalten.

Bei der erfindungsgemäßen Piezoaktorkontaktierung können daher ohne weiteres Anschlußstifte mit einer Geometrie und Anordnung Verwendung finden, wie sie für elektrische Steck kontakte allgemein üblich sind. Es können mit anderen Worten handelsübliche, gebräuchliche Stecker und Steckkontakte Ver wendung finden.

Durch die formschlüssige Umspritzung oder kraftschlüssi ge Einpressung der Anschlußstifte in die Kunststoffhülse wirkt die Kunststoffhülse als feste Einspannung, die die Kräfte an den Anschlußstiften vollständig aufnimmt. Alle auf tretenden Kräfte, etwa beim Aufstecken eines Steckers, wobei die Kräfte meist besonders groß sind, werden auf die Kunst stoffhülse geleitet, und die empfindlichen Kontaktfahnen di rekt an den Piezoaktoranschlüssen bleiben ohne Krafteinwir kung. Zusätzlich wirkt die Kunststoffhülse im Bereich der eingegossenen oder eingepreßten Anschlußstifte als elektri sche Isolation zu angrenzenden Bauteilen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 perspektivisch eine Kunststoffhülse mit einge setztem Piezoaktor und eingegossenen Anschlußstiften; und

Fig. 2 eine Aufsicht durch die Anordnung der Fig. 1.

Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch eine Kunststoffhülse 1 zum Einsetzen eines Piezoaktors 2 für ein Kraftstoff- Einspritzventil. Die Kunststoffhülse 1 wird derart in das (nicht gezeigte) Einspritzventil eingesetzt, daß der Piezoak tor 2 über einen Stößel oder dergleichen auf ein Steuer- oder Servoventil für die Düsennadel des Einspritzventils einwirken kann.

Die Kunststoffhülse 1 hat im wesentlichen die Form eines Zylinders, der die erforderlichen Aussparungen und Aufnahmen für den Piezoaktor 2, für die nicht gezeigte mechanische Ver bindung mit dem Steuer- oder Servoventil, für Führungen und dergleichen aufweist. Der Piezoaktor 2 ist in Axialrichtung und mittig in die Kunststoffhülse 1 eingesetzt.

In die Kunststoffhülse 1 sind bei der gezeigten Ausfüh rungsform Anschlußstifte 3 eingegossen, die in Axialrichtung aus der Kunststoffhülse 1 hervorragen und die dafür vorgese hen sind, die elektrische Verbindung des Piezoaktors 2 mit äußeren Zuleitungen (nicht gezeigt) zu ermöglichen. Die äuße ren Zuleitungen können zum Beispiel in einen Stecker münden, der auf die Anschlußstifte 3 aufgesteckt werden kann. Die äu ßeren Zuleitungen können jedoch auch an die freien Enden der Anschlußstifte 3 angelötet oder angeschweißt werden.

Die Anschlußstifte 3 sind, abgesehen von den axial vor stehenden Abschnitten zum Aufstecken eines Steckers und der gleichen, vollständig in die Kunststoffhülse 1 eingebettet. An den Anschlußstift 3 ist jeweils eine Leiterbahn 4 ange schlossen. Dazu ist ein Ende der Leiterbahn 4 durch Löten, Verschweißen oder dergleichen an einer Verbindungsstelle 5 mit dem entsprechenden Anschlußstift 3 dauerhaft verbunden.

Die Verbindungsstelle 5 braucht nicht wie gezeigt an dem in der Kunststoffhülse 1 liegenden Ende des Anschlußstiftes 3 liegen. Der Anschlußstift 3 muß über eine bestimmte Länge von der Kunststoffhülse 1 umschlossen sein, damit die Verbindung zwischen Kunststoffhülse 1 und Anschlußstift 3 ausreichend fest ist. Wenn der Anschlußstift 3 zum Erreichen der erfor derlichen Festigkeit relativ lang ist, kann die Verbindungs stelle 5 auch irgendwo zwischen dem in der Kunststoffhülse 1 liegenden Ende des Anschlußstiftes 3 und der Austrittsstelle des Anschlußstiftes 3 aus der Kunststoffhülse 1 liegen. Ande rerseits sollte allerdings aus im folgenden noch genannten Gründen die Leiterbahn 4 nicht zu kurz sein.

Die Leiterbahn 4 und die Verbindungsstelle 5 sind ebenso wie der dazugehörende Anschlußstift 3 derart in die Kunst stoffhülse 1 eingebettet bzw. eingegossen, daß sie, abgesehen von den für die äußere Kontaktierung vorgesehenen Enden des Anschlußstiftes 3 und dem freien Ende der Leiterbahn 4, voll ständig und elektrisch isolierend vom Material der Kunst stoffhülse 1 umgeben sind.

Die Leiterbahn 4 besteht aus einem elektrisch leitenden Formteil, das eine gewisse Elastizität besitzt. Sie kann zum Beispiel aus einem entsprechend geformten Metallstück oder einer entsprechend ausgestanzten Leiterfolie sein. Die Lei terbahn 4 verläuft innerhalb der Kunststoffhülse 1 von der Verbindungsstelle 5 zu einer Stelle, an der die Leiterbahn 4 mit einer Kontaktfahne 6 des Piezoaktors 2 in elektrischen Kontakt gebracht werden kann. Dazu ist zum Beispiel in der Kunststoffhülse 1 eine Aussparung 7 (Fig. 2) für die Kontakt fahne 6 des Piezoaktors 2 vorgesehen. Das der Verbindungs stelle 5 gegenüberliegende Ende der Leiterbahn 4 ragt derart in die Aussparung 7, daß ein elektrischer Kontakt mit der Kontaktfahne 6 des Piezoaktors 2 hergestellt werden kann, et wa durch Anlöten der Kontaktfahne 6 des Piezoaktors 2 an das freie Ende der Leiterbahn 4.

Die Aussparung 7 kann sich nach außen zu einem Fenster 8 in der Kunststoffhülse 1 erweitern. Das Fenster 8 ermöglicht einen leichten Zugriff auf die Verbindungsstelle zwischen Leiterbahn 3 und Kontaktfahne 6 und vereinfacht damit zum Beispiel das Zusammenlöten der Leiterbahn 4 und der Kontakt fahne 6.

Bei der Herstellung werden die Anschlußstifte 3 mit den an der Verbindungsstelle 5 fest angebrachten Leiterbahnen 4 als Einlegeteil in einer Form mit dem Kunststoff der Kunst stoffhülse 1 umspritzt. Nach dem Einsetzen des Piezoaktors 2 kann dann durch die Fenster 8 in den Aussparungen 7 eine Kon taktierung der Leiterbahn 4 mit den Kontaktfahnen 6 oder den gegebenenfalls auch anders ausgeformten Kontaktstellen des Piezoaktors 2 erfolgen. Die Lage und Form der Kunststoffhülse 1 mit den Aussparungen 7 und der Leiterbahnen 4 ist dabei von den durch den Piezoaktor 2 gegebenen Anforderungen abhängig.

Durch die Umspritzung der Anschlußstifte 3 und die damit formschlüssige Verbindung zwischen den Anschlußstiften 3 und der Kunststoffhülse 1 werden auftretende Kräfte, etwa die oft hohen Montagekräfte, von den Anschlußstiften 3 auf die Kunst stoffhülse 1 geleitet. Die Elastizität der Leiterbahn 4 stellt zusammen mit der räumlichen Trennung der Verbindungs stelle 5 zum Anschlußstift 3 von der Kontaktierungsstelle mit der Kontaktfahne 6 des Piezoaktors 2 sicher, daß auch dann, wenn auf den Anschlußstift 3 eine so große Kraft wirkt, daß sich die Kunststoffhülse 1 im Bereich des Anschlußstiftes 3 geringfügig verformt, diese Kraft vollständig von der emp findlichen Kontaktfahne 6 des Piezoaktors 2 ferngehalten wird. Außerdem stellt die räumliche Trennung des Anschluß stiftes 3 von der Kontaktfahne 6 sicher, daß bei einer Wei terkontaktierung des Anschlußstiftes 3 nach außen durch zum Beispiel Schweißen der Piezoaktor 2 keiner thermischen Bela stung unterliegt.

Alternativ kann anstelle einer formschlüssigen Umsprit zung auch eine kraftschlüssige Einpressung der Anschlußstifte 3 in die Kunststoffhülse 1 erfolgen. Im Rahmen der Einpres sung kann dann auch die Verbindung der Anschlußstifte 3 mit bereits in die Kunststoffhülse 1 eingegossenen Leiterbahnen 4 hergestellt werden.

Claims

1. Piezoaktorkontaktierung für das Einspritzventil eines Verbrennungsmotors, mit einem Piezoaktor (2), der in eine Kunststoffhülse (1) eingesetzt ist, wobei die elektrischen Anschlüsse (Kontaktfahnen 6) des Piezoaktors (2) mit An schlußstiften (3) verbunden sind, an die äußere Zuleitungen angeschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstifte (3) kraft- und/oder formschlüssig in die Kunststoffhülse (1) eingepreßt oder eingegossen sind und mit dem Anschlußstift (3) eine elektrisch leitende Leiterbahn (4) verbunden ist, die vom Anschlußstift (3) zu einem der elektrischen Anschlüsse (6) des Piezoaktors (2) führt.

2. Piezoaktorkontaktierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Leiterbahn (4) aus einem Formteil besteht, das in die Kunststoffhülse 1 eingegossen ist.

3. Piezoaktorkontaktierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (4) elastisch ist.

4. Piezoaktorkontaktierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß im Bereich der elektrischen Anschlüsse (6) des Piezoaktors (2) Fenster (8) in der Kunststoffhülse (1) vorge sehen sind.