EP2748456B1 - Ventil zum zumessen eines strömenden mediums - Google Patents

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EP2748456B1
EP2748456B1 EP12733714.5A EP12733714A EP2748456B1 EP 2748456 B1 EP2748456 B1 EP 2748456B1 EP 12733714 A EP12733714 A EP 12733714A EP 2748456 B1 EP2748456 B1 EP 2748456B1
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EP
European Patent Office
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plastic
valve
conductor portions
actuator
electrical
Prior art date
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EP12733714.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2748456A1 (de
Inventor
Dietmar Schmieder
Thomas Sebastian
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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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
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • 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
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • 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
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow

Definitions

  • the invention is based on a valve for metering a flowing, e.g. gaseous or liquid medium, in particular fuel injection valve for internal combustion engines, according to the preamble of claim 1.
  • a known fuel or fuel injection valve for directly injecting fuel or fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine ( DE 103 17 148 A1 ) has a valve housing, a recorded in the valve housing piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive gimbaled actuator, which is operatively connected to a valve needle, an electrical connector and an electrical connection from the connector to the actuator producing supply line.
  • the supply line has two supply lines. Each supply line is composed of an electrical conductor fixed on the housing side, a contact pin protruding from the actuator, which is arranged in the valve housing diametrically to the conductor, and a flexible strand section connecting the conductor to the contact pin.
  • the electrical conductor is a sheathed round wire, which is passed through a valve housing final, an inlet for the fuel end cap, and the bare contact pin is frontally from the actuator.
  • the flexible strand section is in the form of a spring blade which extends transversely to the axis of the valve housing.
  • the spring leaf is soldered or welded with angled blade ends on the one hand to the bare end of the sheathed round wire and on the other hand with the bare contact pin.
  • a fuel injection valve is already known in which the electrical lines of a piezoelectric actuator, for example, are protected against mechanical damage, the contacting of the actuator is improved and made cost-effective.
  • At least one electrical line is provided between two bearings with a strain relief, so that the electrical lines are not mechanically stressed by the high-frequency lifting movements of the actuator or the compensatory movements of a hydraulic coupler.
  • the strain relief is formed such that the length of the electrical line between the two bearings is greater than the axial distance with respect to the valve axis between the bearings. This results in a loop, loop or bend of the electrical line between the bearings.
  • the valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage of a significantly simplified assembly, since the complete wiring of the actuator producing, holistic supply module can be much easier plugged between connector and actuator and only at its conductor ends with connector and actuator must be welded , Compared to the electrical supply line in the known valve described above accounts for a total of four welds, which are additionally required there in the two supply lines in the connection of each spring leaf with round wire and pin.
  • the supply module can be easily and inexpensively produced in the plastic injection process with only two inserted and preformed in the middle line section, electrical conductors.
  • the desired axial length compensation in the supply lines to compensate for the axial actuator movements via the axially offset curvatures of the middle conductor sections, which represent the elastic and flexible strand sections of the supply strands with their so-called. Wave geometry.
  • the torsionally rigid supply module provides a reliable rotation for the actuator and makes additional measures for producing a rotation unnecessary.
  • each central conductor section has a plurality of axially displaced, meandering curves or waves, wherein axially successive curves (36) point in inverse directions which extend perpendicular to a plane in which the front and rear conductor sections (341 , 351, 342, 352). Due to the plurality of axially offset, meandering curvatures is a small axial spring stiffness of the supply module achieved, so that only occur at very small lifting voltages in the middle conductor sections at an axial temperature of the actuator.
  • the plastic bridge member has a plastic ring bounding the middle conductor sections to the elongated front conductor sections, which is integrally formed on the plastic casing of the front conductor sections, and a plastic disc segment delimiting the elongate rear conductor sections with a central passage opening.
  • the plastic disk segment is integrally formed on the plastic casing of the rear conductor sections and from both middle conductor sections in each case a curvature branch nearest the plastic disk segment of the meandering curvature adjacent to the plastic disk segment is embedded in the plastic disk segment.
  • the plastic disk segment has a disk surface defined by a circular arc and a chord, and is oriented so that the chord of the circle extends parallel to the plane in which the front and rear conductor sections extend.
  • the between the plastic ring on the one hand and the plastic disk segment on the other hand extending plastic sheaths of the two middle conductor portion each have a rectangular cross-section, which is parallel to the chord of the plastic disk segment extending cross-sectional dimension represents the largest cross-sectional dimension and made much larger than the other cross-sectional dimension.
  • the large width of the plastic casing produced thereby increases the torsional rigidity of the plastic bridge member.
  • the electrical conductors consist of a round wire, for example with a diameter of 0.5 mm or from an embossed sheet metal part.
  • a material is a non-ferrous metal material, eg Copper or tin, used.
  • plastic for the plastic sheaths and for the plastic bridge member is preferably a glass fiber reinforced polyamide, eg PA 66 used.
  • the two electrical conductors in the region of the middle conductor sections are connected to one another by a high-resistance resistor. Such resistance prevents electrical damage to the actuator during valve assembly.
  • valve for metering a flowing medium ie a liquid or gaseous medium
  • a flowing medium ie a liquid or gaseous medium
  • the valve has a hollow-cylindrical valve housing 11, an actuator 12 accommodated in the valve housing 11 and acting on a valve member 13, a connector 14 which is accessible on the outside of the valve housing 11 and which is in FIG. 2 is shown in perspective, and an electrical connection from the connector 14 to the actuator 12 producing supply line, which has two supply lines 15, 16, each with a flexible strand section.
  • the hollow-cylindrical valve housing 11 is closed at one end by a valve body 18 having an orifice 17 and at the other end by a connecting piece 20 having an inlet 19 for the medium, to which the connector 14 is also fastened. Coaxially to the inlet 19 is still a connection piece 21 is arranged, which is designed for sliding a supply hose.
  • the orifice 17 is controlled by a closing head of the outwardly opening valve member 13, that is closed or released.
  • the acting on the valve member 13 for its actuation actuator 12 is formed here as a piezoelectric actuator and has an electrically controllable, piezoceramic discs piezostack composed of 22, which is clamped by means of a spring formed as a hollow body 23 between a cover plate 24 and a connector body 25 ,
  • the actuator 12 is supported via a gimbal bearing 26, which is formed on the closure plate 24 fixed to the hollow body 23, at the end close to the closing head of the valve member 13.
  • the end body 25 of the actuator 12 is formed diameter-graded and has a larger diameter body portion 251, to which the hollow body 23 of the actuator 12 is fixed, and a smaller-diameter body portion 252, which communicates with an arranged between the actuator 12 and connector 20 hydraulic coupler 27 in connection .
  • Structure and operation of a hydraulic coupler are known and, for example in the DE 10 2004 021 921 A1 or DE 10 2004 002 134 A1 described.
  • the hydraulic coupler 27 has in a known manner a piston 28 and a coupler housing 29 with a cylindrical piston guide, as well as a filled with liquid, preferably oil, coupler gap.
  • the coupler housing 29 is gimballed in a formed in the connection piece 20 recess 30 and the piston 28 fixedly connected to the smaller diameter body portion 252 of the end body 25 of the actuator 12.
  • the coupler housing 29 secured in the recess 30 and 27 may be provided between the smaller diameter body portion 252 of the end body 25 and the piston 28 of the hydraulic coupler a gimbal bearing.
  • Each feed line 15 or 16 consists of a provided with a plastic sheath 32 and 33 electrical conductors 34 and 35.
  • Each electrical conductor 34, 35 of which the uncoated electrical conductor 34 in side view in FIG. 5 and in plan view in FIG. 7 consists of an elongated front conductor section 341 or 351, which faces the connector 14, and an elongated rear conductor section 342 or 352, which faces the actuator 12, and from an intermediate central conductor section 343 or 353.
  • the middle line section 343 or 353 at least one meandering curve 36 or shaft.
  • each central conductor portion 343 and 353, respectively has a plurality of axially offset meandering curves 36 with axially consecutive curves 36 in inverse directions that extend perpendicular to a plane in which the front and rear conductor sections 341, 351, 342 , 352 are lost.
  • a plastic bridge element integral with the plastic sheathings 32, 33 connects the two supply lines 15, 16 with one another, whereby the torsionally rigid supply line module 31 results.
  • the plastic bridge member 37 has a plastic ring 38 delimiting the middle line sections 343, 353 to the elongated front conductor sections 341, 351 and a plastic disk segment 29 delimiting the central line sections 343, 353 to the elongated rear conductor sections 342, 352.
  • the plastic ring 38 is integrally formed on the plastic sheaths 32, 33 of the front conductor sections 341, 351.
  • the plastic disk segment 39 is integrally formed on the plastic sheaths 32, 33 of the rear conductor sections 342, 352 and encloses from the adjacent, in the strand course in each case last, meandering curves 36 of both middle conductor sections 343, 353 each closer curvature branch 361.
  • the plastic disk segment 39 has one of a circular arc 391 and a circular chord 392 limited disk surface and is provided with a passage opening 40 for the smaller diameter Body portion 352 of the end body 25 of the actuator 12 is provided.
  • the plastic disk segment 39 is aligned within the feeder module 31 so that the chordal line extends parallel to the plane in which the front and rear conductor sections 341, 351, 342, 352 extend.
  • the plastic sheaths 32, 33 have in the region of the front conductor sections 341, 351 and in the region of the rear conductor sections 342, 352 each have a circular cross-section, however, in the region of the middle conductor sections 343, 353, ie between the plastic ring 38 on the one hand and the plastic disk segment 39 on the other , Each having a rectangular cross-section with a parallel to the circular chord 392 of the plastic disk segment 39 extending largest cross-sectional dimension. Due to this relatively wide cross-sectional dimension of the plastic casing 32, 33, the area between the plastic ring 38 and the plastic disk segment 39 is additionally stiffened, so that the plastic bridge member 37 as a whole is extremely torsionally rigid.
  • the electrical conductors 34, 35 are preferably produced from a round wire made of non-ferrous metal material or an embossed sheet made of non-ferrous metal material.
  • a non-ferrous metal material such as copper or tin is used.
  • the round wire for example, have a diameter of 0.5mm.
  • a glass fiber reinforced polyamide eg PA 66, is used for assembly purposes.
  • the two electrical conductors 34, 35 in the region of the middle conductor sections 343, 353 are connected to one another by a high-resistance resistor 41. The connection is made by welding, soldering or clamping.
  • the elongated front conductor sections 341, 351 in the terminal 14 supporting connector 20 and the elongated rear conductor sections 342, 352 in the larger diameter body portion 251 of the end body 25 of the actuator 12 are each form-fitting fixed by valve assembly, while the middle conductor sections 343, 353 incorporating plastic bridge member 37, the smaller diameter body portion 252 of the end body 25 of the actuator 12 surrounds.
  • the actuator 12 is secured against rotation relative to the valve housing 11 by the torsionally rigid supply line module 31, which catches the torques occurring at the actuator 12 during valve operation.
  • the connector 14 has two externally accessible on the valve housing 11 electrical plug contacts 141 and from the plug contacts 141 to the valve housing 11 final fitting 20 guided contact lugs 142.
  • the bare ends of the elongated front conductor sections 341, 351 of the electrical conductors 34, 35 are each connected to one of the contact lugs 142, for example by welding.
  • the bare ends of the elongated rear conductor sections 342, 352 of the electrical conductors 34, 35 directly contact the piezoelectric stack 22 of the actuator 12.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen eines strömenden, z.B. gasförmigen oder flüssigen Mediums, insbesondere Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein bekanntes Brennstoff- oder Kraftstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Brenn- oder Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ( DE 103 17 148 A1 ) weist ein Ventilgehäuse, einen im Ventilgehäuse aufgenommenen piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostriktiven kardanisch gelagerten Aktor, der mit einer Ventilnadel in Wirkverbindung steht, einen elektrischen Anschlussstecker und eine eine elektrische Verbindung vom Anschlussstecker zum Aktor herstellende Zuleitung auf. Die Zuleitung besitzt zwei Zuleitungsstränge. Jeder Zuleitungsstrang setzt sich aus einem gehäuseseitig festgelegten elektrischen Leiter, einem vom Aktor abstehenden Kontaktstift, der im Ventilgehäuse diametral zum Leiter angeordnet ist, und einem den Leiter mit dem Kontaktstift verbindenden, flexiblen Strangabschnitt zusammen. Der elektrische Leiter ist ein ummantelter Runddraht, der durch ein das Ventilgehäuse abschließendes, einen Zulauf für den Kraftstoff aufweisendes Abschlussstück hindurchgeführt ist, und der blanke Kontaktstift steht stirnseitig vom Aktor ab. Der flexible Strangabschnitt hat die Form eines Federblatts, das sich quer zur Achse des Ventilgehäuses erstreckt. Das Federblatt ist mit abgewinkelten Blattenden einerseits mit dem blanken Ende des ummantelten Runddrahts und andererseits mit dem blanken Kontaktstift verlötet oder verschweißt. Die flexiblen Strangabschnitte in den beiden Zuleitungssträngen in Form der sich quer zur Achse des Ventilgehäuses erstreckenden Federblätter halten unvermeidliche axiale Bewegungen des Aktors, welche durch Bestromung des Aktors, unterschiedliche Wärmeausdehnungen und unvermeidliche hydraulische Verluste eines ggf. zwischen Aktor und Abschlussstück angeordneten Kopplers entstehen, von den im Abschlussstück festgelegten, ummantelten Runddrähten fern und vermeiden somit Biegespannungen und Reibungen der Runddrähte und erhöhen die Verschleißfestigkeit des Ventils.
  • Aus der EP 1 712 774 A2 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die elektrischen Leitungen eines z.B. piezoelektrischen Aktors vor einer mechanischen Beschädigung geschützt, die Kontaktierung des Aktors verbessert und kostengünstig gestaltet wird. Zumindest eine elektrische Leitung ist dabei zwischen zwei Lagerstellen mit einer Zugentlastung versehen, so dass die elektrischen Leitungen nicht durch die hochfrequenten Hubbewegungen des Aktors oder die Ausgleichsbewegungen eines hydraulischen Kopplers mechanisch beansprucht werden. Die Zugentlastung ist derart gebildet, dass die Länge der elektrischen Leitung zwischen den beiden Lagerstellen größer ist als der axiale Abstand bezüglich der Ventilachse zwischen den Lagerstellen. Dadurch ergibt sich zwischen den Lagerstellen eine Schlaufe, Schlinge bzw. Biegung der elektrischen Leitung.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil einer deutlich vereinfachten Montage, da der eine komplette Verdrahtung des Aktors herstellende, ganzheitliche Zuleitungsmodul sehr viel einfacher zwischen Anschlussstecker und Aktor gefügt werden kann und nur an seinen Leiterenden mit Anschlussstecker und Aktor verschweißt werden muss. Gegenüber der elektrischen Zuleitung in dem eingangs beschriebenen bekannten Ventil entfallen insgesamt vier Schweißungen, die dort in den beiden Zuleitungssträngen bei der Verbindung eines jeden Federblatts mit Runddraht und Kontaktstift zusätzlich erforderlich sind. Das Zuleitungsmodul lässt sich einfach und kostengünstig im Kunststoffspritzverfahren mit nur zwei eingelegten und im mittleren Leitungsabschnitt vorgeformten, elektrischen Leitern herstellen. Der gewünschte axiale Längenausgleich in den Zuleitungssträngen zur Kompensation der axialen Aktorbewegungen erfolgt über die axial versetzen Krümmungen der mittleren Leiterabschnitte, die mit ihrer sog. Wellengeometrie die elastischen und flexiblen Strangabschnitte der Zuleitungsstränge darstellen. Bei der üblichen kardanischen Lagerung des Aktors im Ventilgehäuse bietet das verdrehsteife Zuleitungsmodul eine zuverlässige Verdrehsicherung für den Aktor und macht zusätzliche Maßnahmen zur Herstellung einer Verdrehsicherung überflüssig.
  • Durch die in den weiten Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist jeder mittlere Leiterabschnitt mehrere, axial versetzte, mäanderförmige Krümmungen oder Wellen auf, wobei axial aufeinanderfolgende Krümmungen (36) in inversen Richtungen weisen, die sich senkrecht zu einer Ebene erstrecken, in der die vorderen und hinteren Leiterabschnitte (341, 351, 342, 352) verlaufen. Durch die mehren axial versetzten, mäanderförmigen Krümmungen wird eine kleine axiale Feder-steifigkeit des Zuleitungsmoduls erzielt, so dass bei einem axialen Temperaturhub des Aktors nur sehr kleine Hubspannungen in den mittleren Leiterabschnitten auftreten.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Kunststoffbrückenglied einen die mittleren Leiterabschnitte zu den langgestreckten vorderen Leiterabschnitten hin begrenzenden Kunststoffring, der an die Kunststoffummantelung der vorderen Leiterabschnitte einstückig angeformt ist, und ein zu den langgestreckten hinteren Leiterabschnitten hin begrenzendes Kunststoffscheibensegment mit einer zentralen Durchtrittsöffnung auf. Das Kunststoffscheibensegment ist an die Kunststoffummantelung der hinteren Leiterabschnitte einstückig angeformt und von beiden mittleren Leiterabschnitten ist dabei jeweils ein dem Kunststoffscheibensegment nächstliegender Krümmungsast der an das Kunststoffscheibensegment angrenzenden, mäanderförmigen Krümmung in das Kunststoffscheibensegment eingebettet. Durch diese konstruktive Gestaltung des Kunststoffbrückenglieds lässt sich ein an den im Ventilgehäuse zur Verfügung stehenden Bauraum optimal angepasstes Zuleitungsmodul mit größtmöglicher Verdrehsteifigkeit realisieren, der dem Streben nach Kompaktheit des Ventils nicht entgegensteht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Kunststoffscheibensegment eine durch einen Kreisbogen und eine Kreissehne begrenzte Scheibenfläche auf und ist so ausgerichtet, dass sich die Kreissehne parallel zu der Ebene erstreckt, in der die vorderen und hinteren Leiterabschnitte verlaufen. Die zwischen dem Kunststoffring einerseits und dem Kunststoffscheibensegment andererseits sich erstreckenden Kunststoffummantelungen der beiden mittleren Leiterabschnitt weisen jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt auf, dessen parallel zu der Sehne des Kunststoffscheibensegments verlaufende Querschnittabmessung die größte Querschnittsabmessung darstellt und deutlich größer gemacht ist als die andere Querschnittsabmessung. Die dadurch hergestellte große Breite der Kunststoffummantelung erhöht die Verdrehsteifigkeit des Kunststoffbrückenglieds.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestehen die elektrischen Leiter aus einem Runddraht, z.B. mit einem Durchmesser von 0,5 mm oder aus einem geprägten Blechteil. Als Werkstoff ist ein Buntmetallwerkstoff, z.B. Kupfer oder Zinn, verwendet. Als Kunststoff für die Kunststoffummantelungen und für das Kunststoffbrückenglied wird bevorzugt ein glasfaserverstärktes Polyamid, z.B. PA 66, eingesetzt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die beiden elektrischen Leiter im Bereich der mittleren Leiterabschnitte durch einen hochohmigen Widerstand miteinander verbunden. Ein solcher Widerstand verhindert elektrische Schädigungen am Aktor bei der Ventilmontage.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 und 2 einen Längsschnitt eines Ventils zum Zumessen eines flüssigen oder gasförmigen Mediums,
    • Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Anschlusssteckers im Ventil gemäß Figur 1,
    • Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Zuleitungsmoduls im Ventil gemäß Figur 1,
    • Figur 4 eine Seitenansicht des Zuleitungsmoduls in Figur 3,
    • Figur 5 eine Seitenansicht eines elektrischen Leiters im Zuleitungsmodul gemäß Figur 4,
    • Figur 6 eine Draufsicht des Zuleitungsmoduls in Figur 3,
    • Figur 7 eine Draufsicht eines elektrischen Leiters im Zuleitungsmodul gemäß Figur 6.
  • Das in Figur 1 im Längsschnitt dargestellte Ventil zum Zumessen eines strömenden Mediums, also eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, wird vorzugsweise als Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungszylinder oder Luftansaugtrakt einer Brennkraftmaschinen eingesetzt, kann aber auch als Dosierventil zum Einspritzen einer wässrigen Lösung, wie z.B. einer Harnstoff-Wasser-Lösung, in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine herangezogen werden. Das Ventil weist ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse 11, einen im Ventilgehäuse 11 aufgenommenen Aktor 12, der auf ein Ventilglied 13 wirkt, einen außen am Ventilgehäuse 11 zugänglichen Anschlussstecker 14, der in Figur 2 perspektivisch dargestellt ist, und eine eine elektrische Verbindung vom Anschlussstecker 14 zum Aktor 12 herstellende Zuleitung auf, die zwei Zuleitungsstränge 15, 16 mit je einem flexiblen Strangabschnitt besitzt. Das hohlzylindrische Ventilgehäuse 11 ist an einem Stirnende von einem eine Zumessöffnung 17 aufweisenden Ventilkörper 18 und am anderen Stirnende von einem einen Zulauf 19 für das Medium aufweisenden Anschlussstück 20 abgeschlossen, an dem auch der Anschlussstecker 14 befestigt ist. Koaxial zum Zulauf 19 ist noch ein Anschlussstutzen 21 angeordnet, der zum Aufschieben eines Zulaufschlauchs ausgebildet ist. Die Zumessöffnung 17 wird von einem Schließkopf des nach außen öffnenden Ventilglieds 13 gesteuert, also geschlossen oder freigegeben. Der hierzu auf das Ventilglied 13 zu dessen Betätigung wirkende Aktor 12 ist hier als piezoelektrischer Aktor ausgebildet und weist einen elektrisch ansteuerbaren, aus piezokeramischen Scheiben zusammengesetzten Piezostack 22 auf, der mittels eines als Feder ausgebildeten Hohlkörpers 23 zwischen einer Abschlussplatte 24 und einem Anschlusskörper 25 eingespannt ist. Der Aktor 12 stützt sich über ein kardanisches Lager 26, das an der am Hohlkörper 23 festgelegten Abschlussplatte 24 ausgebildet ist, an dem schließkopffernen Ende des Ventilglieds 13 ab. Der Abschlusskörper 25 des Aktors 12 ist durchmessergestuft ausgebildet und weist einen durchmessergrößeren Körperabschnitt 251, an dem der Hohlkörper 23 des Aktors 12 festgelegt ist, und einen durchmesserkleineren Körperabschnitt 252 auf, der mit einem zwischen Aktor 12 und Anschlussstück 20 angeordneten hydraulischen Koppler 27 in Verbindung steht. Aufbau und Wirkungsweise eines hydraulischen Kopplers sind bekannt und beispielsweise in der DE 10 2004 021 921 A1 oder DE 10 2004 002 134 A1 beschrieben. Der hydraulische Koppler 27 weist in bekannter Weise einen Kolben 28 und ein Kopplergehäuse 29 mit einer zylindrischen Kolbenführung, sowie einen mit Flüssigkeit, vorzugsweise Öl, gefüllten Kopplerspalt auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kopplergehäuse 29 in einer im Anschlussstück 20 ausgebildeten Ausnehmung 30 kardanisch gelagert und der Kolben 28 fest mit dem durchmesserkleineren Körperabschnitt 252 des Abschlusskörpers 25 des Aktors 12 verbunden. Alternativ kann auch das Kopplergehäuse 29 in der Ausnehmung 30 befestigt sein und zwischen dem durchmesserkleineren Körperabschnitt 252 des Abschlusskörpers 25 und dem Kolben 28 des hydraulischen Kopplers 27 ein kardanisches Lager vorgesehen sein.
  • Die aus den beiden Zuleitungssträngen 15, 16 bestehende elektrische Zuleitung vom Anschlussstecker 14 zum Aktor 12 ist als ein verdrehungssteifes Zuleitungsmodul 31, wie es in Figur 3 perspektivisch dargestellt ist, konzipiert und vereinfacht und erleichtert die Montage des Ventils. Jeder Zuleitungsstrang 15 bzw. 16 besteht aus einem mit einer Kunststoffummantelung 32 bzw. 33 versehenen elektrischen Leiter 34 bzw. 35. Jeder elektrische Leiter 34, 35, von denen der nicht ummantelte elektrische Leiter 34 in Seitenansicht in Figur 5 und in Draufsicht in Figur 7 dargestellt ist, besteht aus einem langgestreckten vorderen Leiterabschnitt 341 bzw. 351, der zum Anschlussstecker 14 weist, und einem langgestreckten hinteren Leiterabschnitt 342 bzw. 352, der zum Aktor 12 weist, sowie aus einen dazwischenliegenden mittleren Leiterabschnitt 343 bzw. 353. Zur Realisierung des eingangs bereits erwähnten flexiblen und elastischen Strangabschnitts, weist der mittlere Leitungsabschnitt 343 bzw. 353 mindestens eine mäanderförmige Krümmung 36 oder Welle auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt jeder mittlere Leiterabschnitt 343 bzw. 353 mehrere, axial versetzte, mäanderförmige Krümmungen 36, wobei axial aufeinanderfolgende Krümmungen 36 in inversen Richtungen weisen, die sich senkrecht zu einer Ebene erstrecken, in der die vorderen und hinteren Leiterabschnitte 341, 351, 342, 352 verlaufen. Im Bereich der mittleren Leiterabschnitte 343, 353 verbindet ein mit den Kunststoffummantelungen 32, 33 einstückiges Kunststoffbrückenglied 37 die beiden Zuleitungsstränge 15, 16 miteinander, wodurch sich der verdrehungssteife Zuleitungsmodul 31 ergibt.
  • Im Einzelnen weist das Kunststoffbrückenglied 37 einen die mittleren Leitungsabschnitte 343, 353 zu den langgestreckten vorderen Leiterabschnitte 341, 351 hin begrenzenden Kunststoffring 38 und ein die mittleren Leitungsabschnitte 343, 353 zu den den langgestreckten hinteren Leiterabschnitte 342, 352 begrenzendes Kunststoffscheibensegment 29 auf. Der Kunststoffring 38 ist an die Kunststoffummantelungen 32, 33 der vorderen Leiterabschnitte 341, 351 einstückig angeformt. Das Kunststoffscheibensegment 39 ist an die Kunststoffummantelungen 32, 33 der hinteren Leiterabschnitte 342, 352 einstückig angeformt und umschließt von den angrenzenden, im Strangverlauf jeweils letzten, mäanderförmigen Krümmungen 36 beider mittlerer Leiterabschnitte 343, 353 jeweils den näher liegenden Krümmungsast 361. Das Kunststoffscheibensegment 39 weist eine von einem Kreisbogen 391 und einer Kreissehne 392 begrenzten Scheibenfläche auf und ist mit einer Durchtrittsöffnung 40 für den durchmesserkleineren Körperabschnitt 352 des Abschlusskörpers 25 des Aktors 12 versehen. Das Kunststoffscheibensegment 39 ist innerhalb des Zuleitungsmoduls 31 so ausgerichtet, dass sich die Kreissehne parallel zu der Ebene erstreckt, in der die vorderen und hinteren Leiterabschnitte 341, 351, 342, 352 verlaufen. Die Kunststoffummantelungen 32, 33 weisen im Bereich der vorderen Leiterabschnitte 341, 351 und im Bereich der hinteren Leiterabschnitten 342, 352 jeweils einen kreisrunden Querschnitt auf, hingegen im Bereich der mittleren Leiterabschnitte 343, 353, also zwischen dem Kunststoffring 38 einerseits und dem Kunststoffscheibensegment 39 andererseits, jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt mit einer parallel zu der Kreissehne 392 des Kunststoffscheibensegments 39 verlaufenden größten Querschnittsabmessung auf. Durch diese relativ breite Querschnittsabmessung der Kunststoffummantelung 32, 33 wird zusätzlich der Bereich zwischen Kunststoffring 38 und Kunststoffscheibensegment 39 ausgesteift, so dass das Kunststoffbrückenglied 37 insgesamt extrem verdrehungssteif ist. Bevorzugt werden die elektrischen Leiter 34, 35 aus einem Runddraht aus Buntinetallwerkstoff oder einem geprägten Blech aus Buntmetallwerkstoff hergestellt. Als Buntmetallwerkstoff wird z.B. Kupfer oder Zinn verwendet. Der Runddraht kann beispielsweise einen Durchmesser von 0,5mm aufweisen. Für die Kunststoffummantelungen 32, 33 der elektrischen Leiter 34, 35 und für das Kunststoffbrückenglied 37 wird ein glasfaserverstärktes Polyamid, z.B. PA 66, eingesetzt. Für Montagezwecke sind die beiden elektrischen Leiter 34, 35 im Bereich der mittleren Leiterabschnitte 343, 353 durch einen hochohmigen Widerstand 41 miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt durch Schweißen, Löten oder Klemmen.
  • Wie aus der Schnittdarstellung gemäß Figur 1 zu erkennen ist, sind nach Ventilmontage die langgestreckten vorderen Leiterabschnitte 341, 351 in dem den Anschlussstecker 14 tragenden Anschlussstück 20 und die langgestreckten hinteren Leiterabschnitte 342, 352 in dem durchmessergrößeren Körperabschnitt 251 des Abschlusskörpers 25 des Aktors 12 jeweils formschlüssig festgelegt, während das die mittleren Leiterabschnitte 343, 353 einbindende Kunststoffbrückenglied 37 den durchmesserkleineren Körperabschnitt 252 des Abschlusskörpers 25 des Aktors 12 umgibt. Damit ist der Aktor 12 durch das verdrehungssteife Zuleitungsmodul 31, das die am Aktor 12 während des Ventilbetriebs auftretenden Drehmomente auffängt, gegen Verdrehung relativ zum Ventilgehäuse 11 gesichert. Der Anschlussstecker 14 weist zwei außen am Ventilgehäuse 11 zugängliche elektrische Steckkontakte 141 und von den Steckkontakten 141 zu dem das Ventilgehäuse 11 abschließenden Anschlussstück 20 geführte Kontaktfahnen 142 auf. Die blanken Enden der langgestreckten vorderen Leiterabschnitte 341, 351 der elektrischen Leiter 34, 35 sind jeweils mit einer der Kontaktfahnen 142 verbunden, z.B. durch Verschweißen. Die blanken Enden der langgestreckten hinteren Leiterabschnitte 342, 352 der elektrischen Leiter 34, 35 kontaktieren unmittelbar den Piezostack 22 des Aktors 12.

Claims (13)

  1. Ventil zum Zumessen eines strömenden, z.B. flüssigen oder gasförmigen Mediums, insbesondere Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit einem Ventilgehäuse (11), mit einem im Ventilgehäuse (11) aufgenommen, auf ein Ventilglied (13) einwirkenden Aktor (12), mit einem außen am Ventilgehäuse (11) zugänglichen, elektrischen Anschlussstecker (14) und mit einer eine elektrische Verbindung vom Anschlussstecker (14) zum Aktor (12) herstellenden, elektrischen Zuleitung, die zwei Zuleitungsstränge (15, 16) mit je einem flexiblen Strangabschnitt aufweist wobei jeder Zuleitungsstrang (15, 16) aus einem mit einer Kunststoffummantelung (32, 33) versehenen elektrischen Leiter (34, 35) besteht, der einen vorderen und hinteren, jeweils langgestreckten Leiterabschnitt (341, 351 bzw. 342, 352) und einen dazwischenliegenden mittleren Leiterabschnitt (343, 353) aufweist, der zur Realisierung des flexiblen Strangabschnitts mindestens eine mäanderförmige Krümmung (36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Bereich der mittleren Leiterabschnitte (343, 353) beider Leiter (34, 35) mit deren Kunststoffummantelungen (32, 33) einstückiges Kunststoffbrückenglied (37) die beiden Zuleitungsstränge (15, 16) zu einen verdrehsteifen Zuleitungsmodul (31) verbindet.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder mittlere Leiterabschnitt (343, 353) mehrere, axial versetzte, mäanderförmige Krümmungen (36) aufweist und axial aufeinander folgende Krümmungen (36) in inversen Richtungen weisen, die sich senkrecht zu einer Ebene erstrecken, in der die vorderen und hinteren Leiterabschnitte (341, 351, 342, 352) verlaufen.
  3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbrückenglied (37) einen die mittleren Leiterabschnitte (343, 353) zu den vorderen Leiterabschnitten (341, 351) hin begrenzenden Kunststoffring (38), der an die Kunststoffummantelungen (32, 33) der vorderen Leiterabschnitte (341, 351) einstückig angeformt ist, und ein die mittleren Leiterabschnitte (343, 353) zu den hinteren Leiterabschnitten (342, 352) hin begrenzendes Kunststoffscheibensegment (39) mit einer zentralen Durchtrittöffnung (40) aufweist, das an die Kunststoffummantelungen (32, 33) der hinteren Leiterabschnitte (342, 352) einstückig angeformt ist und jeweils einen nächstliegenden Krümmungsast (361) der angrenzenden mäanderförmigen Krümmungen (36) beider mittleren Leiterabschnitte (343, 353) einbindet.
  4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffscheibensegment (39) eine durch einen Kreisbogen (391) und eine Kreissehne (392) begrenzte Scheibenfläche aufweist und so ausgerichtet ist, dass sich die Kreissehne (392) parallel zu der Ebene erstreckt, in der die vorderen und hinteren Leiterabschnitte (341, 351, 342, 352) verlaufen.
  5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Kunststoffring (38) einerseits und dem Kunststoffscheibensegment (39) andererseits sich erstreckenden Kunststoffummantelungen (32, 33) eines jeden mittleren Leiterabschnitts (343, 353) einen rechteckförmigen Querschnitt mit einer parallelen zur Kreissehne (392) des Kunststoffscheibensegments (39) verlaufenden größten Querschnittsabmessung aufweist.
  6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder elektrische Leiter (34, 35) aus einem Runddraht aus einem Buntmetallwerkstoff, z.B. Kupfer oder Zinn, besteht.
  7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Runddraht einen Durchmesser von 0,5 mm aufweist.
  8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder elektrische Leiter (34, 35) als ein geprägtes Blech aus einem Buntmetallwerkstoff, z.B. Kupfer oder Zinn, ausgeführt ist.
  9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für die Kunststoffummantelungen (32, 33) und das Kunststoffbrückenglied (37) ein glasfaserverstärktes Polyamid, z.B. PA 66, eingesetzt ist.
  10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden elektrischen Leiter (34, 35) im Bereich der mittleren Leiterabschnitte (343, 353) durch einen hochohmigen Widerstand (41) miteinander verbunden sind.
  11. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) ventilglied- und ventilgehäuseseitig jeweils kardanisch gelagert ist und die langgestreckten vorderen Leiterabschnitte (341, 351) der elektrischen Leiter (34, 35) im Ventilgehäuse (11) und die langgestreckten hinteren Leiterabschnitte (342, 352) im Aktor (12) festgelegt sind.
  12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ventilgehäuseseitige kardanische Lagerung des Aktors (12) über einen hydraulischen Koppler (27) vorgenommen ist, der in einem das Ventilgehäuse (11) abschließenden, einen Anschlussstutzen (21) für das Medium aufweisenden Anschlussstück (20) aufgenommen ist, dass der Aktor (12) einen im Durchmesser gestuften Abschlusskörper (25) mit einem durchmessergrößeren und einem durchmesserkleineren Körperabschnitt (251, 252) aufweist, dessen durchmesserkleinerer Körperabschnitt (251) mit dem hydraulischen Koppler (27) in Verbindung steht, und dass das Zuleitungsmodul (31) im Ventilgehäuse (11) so platziert ist, dass das Kunststoffbrückenglied (37) den durchmesserkleineren Körperabschnitt (252) umgibt und die vorderen Leiterabschnitte (341, 351) durch das Anschlussstück (20) und die hinteren Leiterabschnitte (342, 352) durch den durchmessergrößeren Körperabschnitt (251) jeweils formschlüssig hindurchgeführt sind.
  13. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstecker (14) zwei außen am Ventilgehäuse (11) zugängliche elektrische Steckkontakte (141) und von den Steckkontakten (141) zum Anschlussstück (20) geführte Kontaktfahnen (142) und der Aktor (12) einen Piezostack (22) aufweist und dass das Zuleitungsmodul (31) mit den blanken Enden der vorderen Leiterabschnitte (341, 351) der elektrischen Leiter (34, 35) je eine Kontaktfahne (142) des Anschlusssteckers (14) und mit den blanken Enden der hinteren Leiterabschnitte (342, 352) der elektrischen Leiter (34, 35) unmittelbar den Piezostack (22) kontaktiert.
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