EP2691632A1 - Ventil zum zumessen eines mediums - Google Patents

Ventil zum zumessen eines mediums

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EP2691632A1
EP2691632A1 EP12705693.5A EP12705693A EP2691632A1 EP 2691632 A1 EP2691632 A1 EP 2691632A1 EP 12705693 A EP12705693 A EP 12705693A EP 2691632 A1 EP2691632 A1 EP 2691632A1
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EP
European Patent Office
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actuator
valve
piston
housing
guide
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EP12705693.5A
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English (en)
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Dietmar Schmieder
Thomas Sebastian
Andreas Jakobi
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators

Definitions

  • the invention is based on a valve for metering a medium, in particular a fluid, according to the preamble of claim 1.
  • a known injection valve for a fluid (DE 10 2009 026 532 A1) has
  • Valve housing with a valve opening, a valve needle controlling the valve opening and a piezoelectric actuator for valve needle actuation.
  • a hydraulic coupler is clamped between the actuator and a fitting inserted into the valve housing.
  • the coupler has a coupler housing with a piston guide for an axially displaceable piston, whose one piston side with the coupler housing delimits a fluid-filled coupler gap.
  • the piston is axially displaceable and fixed non-rotatably on the coupler housing via a diaphragm.
  • the coupler housing is rigidly connected to the connector.
  • the actuator has a piezo module clamped between an end plate and an end body. Between the end plate of the actuator and the valve needle on the one hand and between the piston and the coupler housing on the other hand, in each case a gimbal bearing is formed, and the connecting body of the actuator is rigidly connected to the piston of the coupler.
  • the electrical connection to the piezomodule of the actuator is made via the electrically conductive parts of an actuator-side contact member, and a housing-side contact member, wherein the aktorsei- term contact member on the closing body of the actuator and the housing-side contact member on the fixedly connected to the valve housing fitting are fixed so that the electrically conductive parts of the contact members contact each other.
  • the valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that by the fixing of the rotational position position of the actuator in the valve housing vorescentde rotation torsional or torsional moments that occur in valve operation by energizing the between valve member and valve housing kar dananly mounted actuator at this be taken directly from the valve body and do not affect the electrical connection to the actuator. This avoids mechanical damage to the electrical connection and increases the service life of the valve.
  • the inclusion of the contact members of the electrical connection to the actuator in the anti-rotation saves additional construction and assembly steps and allows the reduction of manufacturing costs.
  • the housing-side or the actuator-side contact member can be used for rotational position fixation of the actuator.
  • the coupling of the piston to the actuator is realized by means of a rigid connection to the valve housing side gimbal bearing of the actuator and the piston guide in the valve housing mounted gimbal.
  • the rotation is made between the housing-side contact member and the piston guide.
  • the inclusion of the housing-side contact member in the anti-rotation has the advantage that in this made with a rigid connection of actuator and piston cardanic mounting of the piston guide in the valve housing, the rotation without additional components with little processing effort is realized.
  • the cardanic bearing between a piston guide forming, the piston receiving guide pot and a fitting inserted into the valve body is made and the rotation through the guide pot and housing-side contact member, which on the connector is fastened, realized by the fact that the housing-side contact member engages the guide pot in the circumferential direction positively.
  • the housing-side contact member has two with parallel spacing axially extending contact tongues for contacting the actuator-side contact member.
  • the rotation is formed by the contact tongues, a formed on the guide pot, radially projecting between the contact tongues Fixiernase and an existing in the connector anyway axial guide groove for the contact tongues.
  • the contact tongues are based on the one hand on the fixing lug and on the other hand on the two groove walls of the guide groove, so that there is a positive connection in the circumferential direction between the guide pot and aktor workedem contact member.
  • the electrically conductive contact tongues are encased with plastic, at least in the region of the fixing nose and fixing groove, so that a conductive connection to a guide pot made of metal is prevented.
  • the piston guide is fixed to the housing and the coupling of the piston to the actuator as a cardanic bearing designed for housing-side gimbal bearing of the actuator.
  • the rotation is made between the actuator-side contact member and the piston.
  • the displacement of the gimbal bearing away from the piston guide of the coupler and valve housing towards the actuator and piston of the coupler avoids a constructive collision between the gimbal bearing and the introduction of the electrically conductive parts of the housing-side contact member to the actuator-side contact member, which require an opening in the gimbal bearing and thus weaken its mechanical stability. Due to the associated housing-side fixing of the piston guide, the radial forces acting on the piston are reduced even with radial accelerations. In addition, an improved heat transfer from the coupler to the valve housing is achieved. As a result of this gimbal bearing of the actuator, the actuator-side contact member provides a structurally advantageous condition for the realization of the rotation of the actuator.
  • the gimbal bearing is formed by a conical recess in a coaxial centering pin connected to the piston on the one hand and a bearing head formed on the actuator on the other hand, which is non-positively supported in the recess of the centering pin.
  • the rotation has an axial groove and in the axial groove in the circumferential direction with little play positively engaging centering, whereby axial groove and centering are divided on centering and aktor workedes contact member, so either the axial groove in the centering pin and the centering on aktor remedyen contact member or vice versa the axial groove on the ak - Gate-side contact member and the centering nose is arranged in Zentierbolzen.
  • FIG. 1 shows a detail of a longitudinal section of a valve for metering a fluid
  • FIG. 2 is an enlarged view of section A in FIG. 1,
  • FIG. 4 is an enlarged view of section IV in FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a plan view of a housing-side contact element in the valve according to FIGS. 1 to 4,
  • FIG. 6 shows a section along the line VI-VI in FIG. 5
  • FIG. 7 shows an enlarged longitudinal section of a connection piece in the valve according to FIGS. 1 to 4,
  • FIG. 8 shows an enlarged representation of the detail A in FIG. 1 of a valve modified in comparison to the valve according to FIG. 1,
  • FIG. 9 shows a section along the line IX-IX in FIG. 8 with the housing-side contact member removed
  • FIG. 10 shows a perspective view of an actuator-side contact member in the valve according to FIGS. 8 and 9.
  • the valve shown in longitudinal section in FIG. 1 for metering a medium, in particular a fluid, is used, for example, as an injection valve for injecting fuel into the combustion cylinder of an internal combustion engine.
  • the valve has a hollow-cylindrical valve housing 1 1, one end of which is closed by a nozzle body 12 having an orifice 13.
  • the orifice 13 is controlled by an outwardly opening valve member 14, which is designed as a valve needle with a closing head, ie closed or released.
  • the valve member 14 is actuated by a piezoelectric actuator 16 against the restoring force of a valve member 14 and on the nozzle body 12 supporting the return spring 15, wherein according to the size of a voltage applied to the piezoelectric actuator 16 e- lectric voltage, the valve member 14 via its closing head Orifice 13 more or less releases.
  • the actuator 16 has an electrically controllable piezo module 19, which is clamped by means of a spring body formed as a hollow body 21 between a cover plate 18 and a closing body 20.
  • the actuator 16 engages via a gimbal bearing 17 on the valve member 14, wherein the gimbal bearing 17 is formed between the Schretekopffernen end of the valve needle of the valve member 14 and the end plate 18 of the actuator 16.
  • a connecting piece 22 is inserted, which is provided with a fluid connection 23 and an electrical connection plug 24 seen. From the connector 24 is by means of an actuator-side contact member 25 and a housing-side contact member 26th made an electrical connection to the piezo module 20 of the actuator 16.
  • the electrically conductive parts of the two contact members 25, 26 contact each other and are welded together at the contact points. Alternatively, the contacting parts of both contact members 25,26 also integrally with each other, the electrically conductive parts so one piece, running.
  • a hydraulic coupler 27 is arranged, via which the actuator 16 on the valve housing 1 1, more precisely on the fixedly connected to the valve housing 1 1 connecting piece 22 is supported.
  • Actuator 16 and coupler 27 are received in a tube 53, which on the one hand on the nozzle body 12 and on the other hand attached to the connector 22, z. B. welded, is.
  • annular gap 54 Between the tube 53 and the valve housing 1 1 remains an annular gap 54, via which there is a connection from the fluid inlet 23 to the interior of the nozzle body 12, in which the valve needle of the valve member 14 is guided axially displaceable.
  • the hydraulic coupler 27 has a piston guide 28 and an axially displaceable, non-rotatably held piston 29 which defines a liquid-filled coupler gap 30.
  • the piston guide 28 is formed by a guide pot 31, which is accommodated in a cup-shaped recess 32 in the connecting piece 22.
  • the coupler gap 30 is above a bore 33 in the bottom of the pot
  • each one of the contact members 25, 26 of the electrical connection to the actuator 16 is included in the rotation.
  • the anti-rotation lock on the housing-side contact member 26 or on the actuator-side contact member 25 is fastened.
  • the piston guide 28 in the valve housing 11, or more precisely the guide pot 31 in the cup-shaped recess 32 of the connecting piece 22 is connected to the housing-side cardanic mounting of the actuator 16 on the connecting piece 22 permanently connected to the valve housing 11 , gimbaled and the coupling of the
  • Piston 29 is realized on the actuator 16 by means of a rigid connection.
  • the rotation is formed between the housing-side contact member 26 and the piston guide 28, so the guide pot 31.
  • a central centering pin 36 with a protruding from the piston 29, hollow bolt head 361 is inserted into the piston 29 and the closing body 20 of the actuator 16 is provided with an axially projecting pin 201, with a reduced diameter end portion in the hollow Bolt head 361 is pressed.
  • the actuator-side contact member 25 is attached on the pin 201.
  • the housing-side contact member 26 is fixed to the connecting piece 22 and engages the formation of the rotation in the circumferential direction positively on the guide pot 31.
  • the housing-side contact member 26 is shown in Figure 5 in plan view and in Figure 6 in longitudinal section. It has two axially extending in the parallel distance, the electrically conductive parts of the housing-side contact member 26 forming
  • the contact tongues 37 are encapsulated with a plastic jacket 38 and held together by a plastic bridge 55, wherein the free ends of the contact tongues 37 contacting the electrically conductive parts of the actuator-side contact member 25 are excluded from the plastic jacket.
  • the housing-side contact member 26 is inserted into the connecting piece 22 shown enlarged in longitudinal section in Figure 7.
  • the connecting piece 22 contains two parallel longitudinal bores 39 and a guide groove 40 (see also FIG. 4) extending in the region of its recess 32 and projecting into the two longitudinal bores 39, in which the two contact tongues 37 engage with a tongue section I (FIG.
  • the two contact tongues 37 are on remote from one another longitudinal sides in the tongue section I on their plastic sheath 38 on the opposite groove walls 41 1 of the guide groove 40 at.
  • a fixing lug 41 projecting radially between the two contact tongues 37 is formed on the guide pot 31 in such a way that the two contact tongues 37 are in contact with the one other facing longitudinal sides abut their plastic jacket 38 on the fixing lug 42.
  • Including the housing-side contact member 26 thus the rotation of the contact tongues 37, formed by the formed on the guide pot 31 fixing lug 42 and the connecting piece 22 formed in the guide groove 40.
  • valve guide 28 is fixed to the housing and the coupling of the piston 29 of the hydraulic coupler 27 to the actuator 16 as a cardanic bearing 43 to the valve housing side gimbal bearing of the actuator 16.
  • the rotation is made between the actuator-side contact member 25 and the non-rotatably held in the housing-fixed piston guide 28 piston 29.
  • the valve housing side fixing of the piston guide 28 is achieved by connecting the recess 32 in the connector 22 inlaid guide pot 31 to the connector 22, z. B. in that the radially and axially centered in the recess 32 guide pot 31 is welded to the connecting piece 22.
  • the gimbal bearing 43 is of a cone-shaped
  • the bearing head 45 is formed on the free end of the projecting from the end body 20 of the Aktors16 pin 201.
  • an axial groove 46 ( Figure 9) and at the seated on the pin 201 of the closing body 20 aktor patenten contact member 25 has a centering nose 47 which in the Axialnut 46 engages positively in the circumferential direction.
  • the actuator-side contact member 25 is shown in perspective. It has a push-on the pin 201 of the end body 20 and there fixable plastic body 48 to which two contact plates 49 are attached.
  • the contact plates 49 are connected to terminal lugs 50, which are guided to the piezo module 19 of the piezoelectric actuator 16.
  • Valve are the free ends of the contact tongues 37 of the housing-side Kon- Clock member 26 on the contact plates 49 of the actuator-side contact member 25 and are welded thereto.
  • the axially displaceable and non-rotatable mounting of the piston 29 in the piston guide 28 is achieved in the hydraulic coupler by means of a diaphragm 51 fixed to the piston 29 and piston guide 28.
  • the membrane 51 is fastened with its outer edge to the guide pot 31 and with its inner edge on the centering pin 36 and / or on the piston 29, wherein the diaphragm 51 terminates a liquid-tight annular gap (52) between the piston 29 and the piston guide 28.
  • the inner edge of the membrane is z. B. on the centering pin 26, alternatively on the piston 29, welded or clamped by means of the centering pin 36 on the piston 29.

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Abstract

Es wird ein Ventil zum Zumessen eines Mediums, insbesondere eines Fluids, angegeben, dass ein Ventilgehäuse (11) mit einer Zumessöffnung, ein die Zumessöffnung steuerndes Ventilglied, einen elektrisch ansteuerbaren, piezoelektrischen Aktor (16) zur Ventilgliedbetätigung, der ventilglied- und ventilgehäuseseitig jeweils kardanisch gelagert ist, einen hydraulischen Koppler (27) mit einem in einer Kolbenführung (28) axial verschieblichen und undrehbaren Kolben (29) und eine zum Aktor (16) zu dessen Ansteuerung geführte elektrische Verbindung mit einem aktorseitigen Kontaktglied (25) und einem dieses kontaktierenden gehäuseseitigen Kontaktglied (26) aufweist. Zum Fernhalten von am Aktor (16) im Ventilbetrieb auftretenden Torsionsmomenten von der elektrischen Verbindung ist eine den Aktor (16) in dessen Drehlageposition fixierende Verdrehsicherung vorgesehen, in die eines der Kontaktglieder (25, 26) als Teil einbezogen ist.

Description

Beschreibung
Titel
Ventil zum Zumessen eines Mediums Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen eines Mediums, insbesondere eines Fluids, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein bekanntes Einspritzventil für ein Fluid (DE 10 2009 026 532 A1) weist ein
Ventilgehäuse mit einer Ventilöffnung, eine die Ventilöffnung steuernde Ventilnadel sowie einen piezoelektrischen Aktor zur Ventilnadelbetätigung auf. Zum Ausgleich der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem piezoelektrischen Aktor und metallischen Bauteilen des Einspritzventils, insbe- sondere dem Ventilgehäuse, ist zwischen dem Aktor und einem in das Ventilgehäuse eingesetzten Anschlussstück ein hydraulischer Koppler eingespannt. Der Koppler weist ein Kopplergehäuse mit einer Kolbenführung für einen axial verschieblichen Kolben auf, dessen eine Kolbenseite mit dem Kopplergehäuse einen fluidgefüllten Kopplerspalt begrenzt. Der Kolben ist über eine Membran axial verschieblich und undrehbar am Kopplergehäuse festgesetzt. Das Kopplergehäuse ist starr mit dem Anschlussstück verbunden. Der Aktor besitzt einen zwischen einer Abschlussplatte und einem Abschlusskörper eingespannten Piezo- modul. Zwischen der Abschlussplatte des Aktors und der Ventilnadel einerseits und zwischen dem Kolben und dem Kopplergehäuse andererseits ist jeweils ein kardanisches Lager ausgebildet, und der Anschlusskörper des Aktors ist starr mit dem Kolben des Kopplers verbunden. Die elektrische Verbindung zum Piezomo- dul des Aktors ist über die elektrisch leitenden Teile eines aktorseitigen Kontaktglieds, und eines gehäuseseitigen Kontaktglieds hergestellt, wobei das aktorsei- tige Kontaktglied an dem Abschlusskörper des Aktors und das gehäuseseitige Kontaktglied auf dem mit dem Ventilgehäuse fest verbundenen Anschlussstück so befestigt sind, dass die elektrisch leitenden Teile der Kontaktglieder einander kontaktieren.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die eine Fixierung der Drehlageposition des Aktors im Ventilgehäuse vornehmende Verdrehsicherung Dreh- oder Torsionsmomente, die im Ventilbetrieb durch Bestromen des zwischen Ventilglied und Ventilgehäuse kar- danisch gelagerten Aktors an diesem auftreten, direkt vom Ventilgehäuse aufgenommen werden und nicht auf die elektrische Verbindung zum Aktor wirken. Dadurch werden mechanische Schäden an der elektrischen Verbindung vermieden, und die Standzeit des Ventils wird erhöht. Das Einbeziehen der Kontaktglieder der elektrischen Verbindung zum Aktor in die Verdrehsicherung spart zusätzliche Konstruktions- und Montageschritte und ermöglicht die Senkung der Fertigungskosten. Je nach Art der gehäuseseitigen kardanischen Lagerung des Aktors kann das gehäuseseitige oder das aktorseitige Kontaktglied zur Drehlagefixierung des Aktors eingesetzt werden.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruchs 1 angegebenen Ventils möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zur ventilgehäuse- seitigen kardanischen Lagerung des Aktors die Ankopplung des Kolbens an den Aktor mittels einer starren Verbindung realisiert und die Kolbenführung im Ventilgehäuse kardanisch gelagert. Die Verdrehsicherung ist zwischen dem gehäuseseitigen Kontaktglied und der Kolbenführung hergestellt. Die Einbeziehung des gehäuseseitigen Kontaktglieds in die Verdrehsicherung hat den Vorteil, dass bei dieser mit starrer Verbindung von Aktor und Kolben vorgenommenen kardanischen Lagerung der Kolbenführung im Ventilgehäuse die Verdrehsicherung ohne zuzätzliche Bauteile mit wenig Bearbeitungsaufwand realisiert wird. Bevorzugt wird dabei die kardanische Lagerung zwischen einem die Kolbenführung bildenden, den Kolben aufnehmenden Führungstopf und einem in das Ventilgehäuse eingesetzten Anschlussstück vorgenommen und die Verdrehsicherung durch Führungstopf und gehäuseseitigem Kontaktglied, das auf dem Anschlussstück befestigt wird, dadurch realisiert, dass das gehäuseseitige Kontaktglied am Führungstopf in Umfangsrichtung formschlüssig angreift.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das gehäuseseitige Kontaktglied zwei sich mit Parallelabstand axial erstreckende Kontaktzungen zum Kontaktieren des aktorseitigen Kontaktglieds auf. Die Verdrehsicherung ist durch die Kontaktzungen, eine am Führungstopf ausgeformte, radial zwischen die Kontaktzungen hineinragende Fixiernase und eine im Anschlussstück ohnehin vorhandene axiale Führungsnut für die Kontaktzungen gebildet. Die Kontaktzungen stützen sich einerseits an der Fixiernase und andererseits an den beiden Nutwänden der Führungsnut ab, so dass sich ein Formschluss in Umfangsrichtung zwischen Führungstopf und aktorseitigem Kontaktglied ergibt. Vorteilhaft sind dabei die elektrisch leitenden Kontaktzungen zumindest im Bereich der Fixiernase und Fixiernut mit Kunststoff ummantelt, so dass eine leitende Verbindung zu einem aus Metall hergestellten Führungstopf unterbunden ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist zur gehäuseseitigen kardanischen Lagerung des Aktors die Kolbenführung gehäusefest und die An- kopplung des Kolbens an den Aktor als kardanisches Lager ausgebildet. Die Verdrehsicherung ist zwischen dem aktorseitigen Kontaktglied und dem Kolben hergestellt.
Die Verlegung der kardanischen Lagerung weg von Kolbenführung des Kopplers und Ventilgehäuse hin zu Aktor und Kolben des Kopplers vermeidet eine konstruktive Kollision zwischen dem kardanischen Lager und der Hinführung der e- lektrisch leitenden Teile des gehäuseseitigen Kontaktglieds zum aktorseitigen Kontaktglied, die einen Durchbruch im kardanischen Lager erfordern und damit dessen mechanische Stabilität schwächen würde. Durch die damit einhergehende gehäuseseitige Festlegung der Kolbenführung reduzieren sich auch bei radialen Beschleunigungen die auf den Kolben wirkenden Radialkräfte. Zudem wird ein verbesserter Wärmeübergang vom Koppler zum Ventilgehäuse erzielt. Infolge dieser kardanischen Lagerung des Aktors bietet das aktorseitige Kontaktglied eine konstruktiv vorteilhafte Voraussetzung zur Realisierung der Verdrehsicherung für den Aktor. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das kardanische Lager von einer kegelförmigen Vertiefung in einem mit dem Kolben verbundenen koaxialen Zentrierbolzen einerseits und einem am Aktor ausgeformten Lagerkopf andererseits gebildet, der sich kraftschlüssig in der Vertiefung des Zentrierbolzens abstützt. Die Verdrehsicherung weist eine Axialnut und eine in die Axialnut in Umfangsrichtung mit geringem Spiel formschlüssig eingreifende Zentriernase auf, wobei Axialnut und Zentriernase auf Zentrierbolzen und aktorseitiges Kontaktglied aufgeteilt sind, also entweder die Axialnut im Zentrierbolzen und die Zentriernase am aktorseitigen Kontaktglied oder umgekehrt die Axialnut am ak- torseitigen Kontaktglied und die Zentriernase im Zentierbolzen angeordnet ist. Durch diese konstruktiven Maßnahmen wird ohne zusätzliche Bauelemente mit minimalem Bearbeitungsaufwand eine die Drehlageposition des Aktors zuverlässig fixierende Verdrehsicherung zwischen dem aktorseitigen Kontaktglied und dem Kolben des Kopplers hergestellt, der seinerseit undrehbar in der im Ventilgehäuse festgelegten Kolbenführung gehalten ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines Ventils zum Zumessen eines Fluids,
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A in Figur 1 ,
Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III - III in Figur 2,
Figur 4 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts IV in Figur 3,
Figur 5 eine Draufsicht eines gehäuseseitigen Kontaktglieds im Ventil gemäß Figur 1 bis 4,
Figur 6 einen Schnitt längs der Linie VI - VI in Figur 5, Figur 7 einen vergrößerten Längsschnitt eines Anschlussstücks im Ventil gemäß Figur 1 bis 4,
Figur 8 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A in Figur 1 eines gegen- über dem Ventil gemäß Figur 1 modifizierten Ventils,
Figur 9 einen Schnitt längs der Linie IX- IX in Figur 8 bei entferntem gehäusesei- tigen Kontaktglied, Figur 10 eine perspektivische Ansicht eines aktorseitigen Kontaktglieds im Ventil gemäß Figur 8 und 9.
Das in Figur 1 im Längsschnitt dargestellte Ventil zum Zumessen eines Mediums, insbesondere eines Fluids, wird beispielsweise als Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Das Ventil weist ein hohlzylindrischen Ventilgehäuse 1 1 auf, dessen eines Stirnende von einem eine Zumessöffnung 13 aufweisenden Düsenkörper 12 abgeschlossen ist. Die Zumessöffnung 13 wird von einem nach außen öffnenden Ventilglied 14, das als Ventilnadel mit Schließkopf ausgebildet ist, gesteuert, also geschlossen oder freigegeben. Das Ventilglied 14 wird von einem piezoelektrischen Aktor 16 gegen die Rückstell kraft einer an dem Ventilglied 14 und am Düsenkörper 12 sich abstützenden Rückstellfeder 15 betätigt, wobei entsprechend der Größe einer an dem piezoelektrischen Aktor 16 anliegenden e- lektrischen Spannung das Ventilglied 14 über seinen Schließkopf die Zumessöffnung 13 mehr oder weniger freigibt. Der Aktor 16 besitzt einen elektrisch ansteuerbaren Piezomodul 19, der mittels eines als Feder ausgebildeten Hohlkörpers 21 zwischen einer Abschlussplatte 18 und einem Abschlusskörper 20 eingespannt ist. Der Aktor 16 greift dabei über ein kardanisches Lager 17 an dem Ventilglied 14 an, wobei das kardanische Lager 17 zwischen dem schließkopffernen Ende der Ventilnadel des Ventilglieds 14 und der Abschlussplatte 18 des Aktors 16 ausgebildet ist.
In das vom Düsenkörper 12 abgekehrte Ende des Ventilgehäuses 1 1 ist ein Anschlussstück 22 eingesetzt, das mit einem Fluidanschluss 23 und einem elektri- sehen Anschlussstecker 24 versehen ist. Vom Anschlussstecker 24 ist mittels eines aktorseitigen Kontaktglieds 25 und eines gehäuseseitigen Kontaktglieds 26 eine elektrische Verbindung zum Piezomodul 20 des Aktors 16 hergestellt. Die elektrisch leitenden Teile der beiden Kontaktglieder 25, 26 kontaktieren einander und sind an den Kontaktstellen miteinander verschweißt. Alternativ können die einander kontaktierenden Teile beider Kontaktglieder 25,26 auch miteinander einstückig, die elektrisch leitenden Teile also einteilig, ausgeführt werden.
Auf der vom Ventilglied 14 abgekehrten Seite des Aktors 16 ist ein hydraulischer Koppler 27 angeordnet, über den sich der Aktor 16 am Ventilgehäuse 1 1 , genauer gesagt an dem fest mit dem Ventilgehäuse 1 1 verbundenen Anschlussstück 22, abstützt. Aktor 16 und Koppler 27 sind in einem Rohr 53 aufgenommen, das einerseits am Düsenkörper 12 und andererseits am Anschlussstück 22 befestigt, z. B. verschweißt, ist. Zwischen dem Rohr 53 und dem Ventilgehäuse 1 1 verbleibt ein Ringspalt 54, über den eine Verbindung von dem Fluidzulauf 23 zum Innern des Düsenkörpers 12 besteht, in dem die Ventilnadel des Ventilglieds 14 axial verschieblich geführt ist. Der hydraulische Koppler 27 weist eine Kolbenführung 28 und einen darin axial verschieblichen, undrehbar gehaltenen Kolben 29 auf, der einen flüssigkeitsgefüllten Kopplerspalt 30 begrenzt. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Kolbenführung 28 von einem Führungstopf 31 gebildet, der in einer becherförmigen Ausnehmung 32 im Anschlussstück 22 aufge- nommen ist. Der Kopplerspalt 30 steht über eine Bohrung 33 im Topfboden des
Führungstopfes 31 mit einem Ausgleichsraum 34 in Verbindung, der von dem Topfboden und einer außen den Topfboden überspannenden und an der Außenwand des Führungstopfes 31 festgelegten Membran 35 begrenzt ist. Im Betrieb des Ventils treten an dem ventilgliedseitig und ventilgehäuseseitig jeweils kardanisch aufgehängten oder gelagerten piezoelektrischen Aktor 16 Torsions- oder Drehmomente auf, die zu einer Schädigung der elektrisch Verbindung zum Piezomodul 19 des Aktors 16 führen können. Um diese Drehmomente am Ventilgehäuse 1 1 abzufangen und damit von den elektrisch leitenden, einan- der kontaktierenden Teilen der Kontaktglieder 25, 26 fernzuhalten, ist eine den
Aktor 16 in seiner Drehlageposition fixierende Verdrehsicherung vorgesehen, wobei jeweils eines der Kontaktglieder 25, 26 der elektrischen Verbindung zum Aktor 16 in die Verdrehsicherung einbezogen ist. Je nach Ausführung der ventil- gehäuseseitigen kardanischen Lagerung des Aktors 16 ist die Verdrehsicherung am gehäuseseitigen Kontaktglied 26 oder am aktorseitige Kontaktglied 25 festgemacht. Im Ausführungsbeispiel des Ventils gemäß Figur 1 bis 7 ist zur gehäuseseitigen kardanischen Lagerung des Aktors 16 die Kolbenführung 28 im Ventilgehäuse 1 1 , genauer gesagt der in der becherförmigen Ausnehmung 32 des Anschlussstücks 22 einliegende Führungstopf 31 an dem fest mit dem Ventilgehäuse 1 1 verbundenen Anschlussstück 22, kardanisch gelagert und die Ankopplung des
Kolbens 29 an den Aktor 16 mittels einer starren Verbindung realisiert. Die Verdrehsicherung ist zwischen dem gehäuseseitigen Kontaktglied 26 und der Kolbenführung 28, also dem Führungstopf 31 , ausgebildet. Zur Herstellung der starren Verbindung ist in den Kolben 29 ein zentraler Zentrierbolzen 36 mit einem vom Kolben 29 abstehenden, hohlen Bolzenkopf 361 eingesetzt und der Abschlusskörper 20 des Aktors 16 mit einem axial abstehenden Zapfen 201 versehen, der mit einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt in den hohlen Bolzenkopf 361 eingepresst ist. Auf dem Zapfen 201 ist das aktorseitige Kontaktglied 25 befestigt. Das gehäuseseitige Kontaktglied 26 ist am Anschlussstück 22 festgelegt und greift zur Ausbildung der Verdrehsicherung in Umfangsrichtung formschlüssig am Führungstopf 31 an.
Das gehäuseseitige Kontaktglied 26 ist in Figur 5 in Draufsicht und in Figur 6 im Längsschnitt dargestellt. Es weist zwei sich im Parallelabstand axial erstrecken- de, die elektrisch leitenden Teile des gehäuseseitigen Kontaktglieds 26 bildende
Kontaktzungen 37 auf. Die Kontaktzungen 37 sind mit einem Kunststoffmantel 38 umspritzt und über eine Kunststoffbrücke 55 zusammengehalten, wobei die die elektrisch leitenden Teile des aktorseitigen Kontaktglieds 25 kontaktierenden freien Enden der Kontaktzungen 37 von der Kunststoffummantelung ausgenom- men sind. Das gehäuseseitige Kontaktglied 26 ist in das in Figur 7 im Längsschnitt vergrößert dargestellte Anschlussstück 22 eingesetzt. Das Anschlussstück 22 enthält hierzu zwei parallele Längsbohrungen 39 und eine im Bereich seiner Ausnehmung 32 verlaufende, in die beiden Längsbohrungen 39 hineinragende Führungsnut 40 (vgl. auch Figur 4), in der die beiden Kontaktzungen 37 mit einem Zungenabschnitt I (Figur 6) einhegen. Wie der Querschnitt gemäß Figur 3 und besser dessen vergrößerte Ausschnitt in Figur 4 zeigen, liegen die beiden Kontaktzungen 37 auf voneinander abgekehrten Längsseiten im Zungenabschnitt I über ihren Kunststoffmantel 38 an den einander gegenüberliegenden Nutwänden 41 1 der Führungsnut 40 an. We aus Figur 3 und 4 ersichtlich, ist am Führungstopf 31 eine radial zwischen die beiden Kontaktzungen 37 hineinragende Fixiernase 41 so ausgeformt, dass die beiden Kontaktzungen 37 an den ein- ander zugekehrten Längsseiten über ihren Kunststoffmantel 38 an der Fixiernase 42 anliegen. Unter Einbeziehung des gehäuseseitigen Kontaktglieds 26 wird somit die Verdrehsicherung von den Kontaktzungen 37, von der am Führungstopf 31 ausgeformten Fixiernase 42 und der im Anschlussstück 22 ausgebildeten Führungsnut 40 gebildet.
Das ausschnittweise in Figur 8 dargestellte Ventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel stimmt weitgehend mit dem zuvor beschriebene Ventil überein, so dass gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, ist jedoch im Bereich des in Figur 8 dargestellten Ausschnitts modifiziert. Bei diesem Ventil ist zur ventilgehäuseseitigen kardanischen Lagerung des Aktors 16 die Kolbenführung 28 gehäusefest und die Ankopplung des Kolbens 29 des hydraulischen Kopplers 27 an den Aktor 16 als kardanisches Lager 43 ausgeführt. Die Verdrehsicherung ist zwischen dem aktorseitigen Kontaktglied 25 und dem undrehbar in der gehäusefesten Kolbenführung 28 gehaltenen Kolben 29 hergestellt. Die ventilgehäuseseitige Festlegung der Kolbenführung 28 wird durch An- bindung des in der Ausnehmung 32 im Anschlussstück 22 einliegenden Führungstopfes 31 an das Anschlussstück 22 erzielt, z. B. dadurch, dass der radial und axial in der Ausnehmung 32 zentrierte Führungstopf 31 am Anschlussstück 22 festgeschweißt wird. Das kardanische Lager 43 ist von einer kegelförmigen
Vertiefung 44 im Bolzenkopf 361 des in den Kolben 29 eingesetzten Zentrierbolzens 36 und von einem am Aktor 16 ausgebildeten Lagerkopf 45 gebildet, der sich kraftschlüssig in der Vertiefung 44 abstützt. Der Lagerkopf 45 ist an das freie Ende des vom Abschlusskörper 20 des Aktors16 abstehenden Zapfens 201 an- geformt. Zur Herstellung der Verdrehsicherung ist im Zentrierbolzen 36, genauer gesagt in dem am Zentrierbolzen 36 vorstehenden Bolzenkopf 361 , eine Axialnut 46 (Figur 9) ausgeformt und an dem auf dem Zapfen 201 des Abschlusskörpers 20 sitzenden aktorseitigen Kontaktglied 25 eine Zentriernase 47 vorhanden, die in die Axialnut 46 in Umfangsrichtung formschlüssig eingreift.
In Figur 10 ist das aktorseitige Kontaktglied 25 perspektivisch dargestellt. Es weist einen auf den Zapfen 201 des Abschlusskörpers 20 aufschiebbaren und dort festsetzbaren Kunststoff körper 48 auf, an dem zwei Kontaktbleche 49 befestigt sind. Die Kontaktbleche 49 sind mit Anschlussfahnen 50 verbunden, die zum Piezomodul 19 des piezoelektrischen Aktors 16 geführt sind. Bei endmontiertem
Ventil liegen die freien Enden der Kontaktzungen 37 des gehäuseseitigen Kon- taktglieds 26 auf den Kontaktblechen 49 des aktorseitigen Kontaktglieds 25 auf und sind mit diesen verschweißt.
Wie aus Figur 2 und Figur 8 ersichtlich ist, wird im hydraulischen Koppler die axial verschieblich und undrehbare Halterung des Kolbens 29 in der Kolbenführung 28 mittels einer an Kolben 29 und Kolbenführung 28 festgelegten Membran 51 erreicht. Die Membran 51 ist hierzu mit ihrem äußeren Rand am Führungstopf 31 und mit ihrem inneren Rand am Zentrierbolzen 36 und/oder am Kolben 29 befestigt, wobei die Membran 51 einen zwischen dem Kolben 29 und der Kolbenführung 28 vorhandenen Ringspalt (52) flüssigkeitsdicht abschließt. Der innere Membranrand ist z. B. am Zentrierbolzen 26, alternativ am Kolben 29, verschweißt oder mittels des Zentrierbolzens 36 am Kolben 29 eingespannt.

Claims

Ventil zum Zumessen eines Mediums, insbesondere eines Fluids, mit einem eine Zumessöffnung (13) aufweisenden Ventilgehäuse (11), mit einem die Zumessöffnung (13) steuernden Ventilglied (14), mit einem elektrisch ansteuerbaren, piezoelektrischen Aktor (16) zur Ventilgliedbetätigung, der ven- tilglied- und ventilgehäuseseitig jeweils kardanisch gelagert ist, mit einem auf der vom Ventilglied (14) abgekehrten Seite des Aktors (16) angeordneten hydraulischen Koppler (27), der eine Kolbenführung (28) und einen in der Kobenführung (28) axial verschieblich und undrehbar gehaltenen und einen flüssigkeitsgefüllten Kopplerspalt (30) begrenzenden, an den Aktor (16) angekoppelten Kolben (29) aufweist, und mit einer zum Aktor (16) zu dessen Ansteuerung geführten elektrischen Verbindung, die ein aktorseitiges Kontaktglied (25) und ein dieses kontaktierendes gehäuseseitiges Kontaktglied (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Aktor (16) in seiner Drehlageposition fixierende Verdrehsicherung vorgesehen ist und eines der Kontaktglieder (25, 26) in die Verdrehsicherung einbezogen ist.
Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur ventilgehäuse- seitigen kardanische Lagerung des Aktors (16) die Ankopplung des Kolbens (29) an den Aktor (16) mittels einer starren Verbindung realisiert und die Kolbenführung (28) im Ventilgehäuse (1 1) kardanisch gelagert ist und dass die Verdrehsicherung zwischen dem gehäuseseitigen Kontaktglied (26) und der Kolbenführung (28) ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenführung (28) von einem Führungstopf (31) gebildet ist, der in einer becherförmigen Ausnehmung (32) eines in das Ventilgehäuse (11) fest eingesetzten Anschlussstücks (22) einliegt und kardanisch an dem Anschlussstück (22) gelagert ist, und dass das gehäuseseitige Kontaktglied (26) am Anschlussstück (22) festgelegt ist und zur Ausbildung der Verdrehsicherung im Umfangsrich- tung formschlüssig am Führungstopf (31) angreift. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gehäuseseitige Kontaktglied (26) zwei sich im Parallelabstand axial erstreckende Kontaktzungen (37) zum Kontaktieren des aktorseitigen Kontaktglieds (25) aufweist und dass die Verdrehsicherung von den Kontaktzungen (37), einer am Führungstopf (31)abstrebenden, radial zwischen die Kontaktzungen (37) hineinragenden Fixiernase (42) und einer im Anschlussstück (22) ausgebildeten axialen Führungsnut (40) für die Kontaktzungen (37) gebildet ist, die mit ihren Nutwänden (411) die beiden Kontaktzungen (37) zumindest in einem Zungenabschnitt (I) an deren von der Fixiernase (42) abgekehrten Längsseiten abstützen.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aus elektrisch leitendem Material bestehenden Kontaktzungen (37) zumindest im Bereich von Fixiernase (42) und Führungsnut (40) mit einem Kunststoffmantel (38) umgeben sind.
Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur gehäuseseitigen kardanischen Lagerung des Aktors (16) die Kolbenführung (28) gehäusefest und die Ankopplung des Kolbens (29) an den Aktor (16) als kardanisches Lager (43) ausgeführt ist und dass die Verdrehsicherung zwischen dem aktorseitigen Kontaktglied (25) und dem Kolben (29) ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kardanische Lager (43) von einer kegelförmigen Vertiefung (44) in einem mit dem Kolben (29) verbundenen, zentralen Zentrierbolzen (36) und einem am Aktor (16) ausgebildeten Lagerkopf (45) gebildet ist, der sich kraftschlüssig in der Vertiefung (44) abstützt, und dass die Verdrehsicherung eine Axialnut (46) und eine in die Axialnut (46) in Umfangsrichtung formschlüssig eingreifende Zentriernase (47) aufweist und Axialnut (46) und Zentriernase (47) wechselweise am Zentrierbolzen (36) und am aktorseitigen Kontaktglied (25) ausgebildet sind.
Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Aktor (16) ein zwischen einer am Ventilglied (14) anliegenden Abschlussplatte (18) und einem Abschlusskörper (20) eingespanntes Piezomodul (19) aufweist und dass am Abschlusskörper (20) ein das aktorseitige Kontaktglied (25) tragender Zapfen (201) axial absteht, an dessen freiem Ende der Lagerkopf (45) ausgeformt ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenführung (28) von einem Führungstopf (31) gebildet ist, der in einer becherförmigen Ausnehmung (32) eines in das Ventilgehäuse (1 1) fest eingesetzten Anschlussstücks (22) festgelegt ist, und dass das gehäuseseitige Kontaktglied (26) am Anschlussstück (22) befestigt ist.
0. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (29) mittels einer Membran (51), die am Kolben (29) und an der Kolbenführung (28) festgelegt ist und einen zwischen Kolben (29) und Kolbenführung (28) vorhandenen Ringspalt (52) überdeckt, in der Kolbenführung (28) undrehbar und axial verschieblich gehalten ist.
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