Die
Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit einem Ausgleichsspeicher.The
The invention relates to a hydraulic system with a balance memory.
Mechanische
Toleranzen, temperaturbedingte und druckbedingte Längenänderungen,
Alterungseffekte eines insbesondere in einem Fluidventil eingesetzten
PMA (Piezoelektrischer Multilayer Aktor), nachfolgend "Piezoaktor" genannt, wirken
sich unmittelbar auf den Öffnungshub
eines mit dem Piezoaktor verbundenen Fluidventils und damit auf
dessen Dosiermenge aus. Herkömmliche
Methoden zur Kompensation der temperaturbedingten Längenänderung
des Piezoaktors anhand geeigneter Werkstoffkombinationen werfen
aber schwerwiegende Stabilitäts- und Herstellungsprobleme
auf.mechanical
Tolerances, temperature-related and pressure-related changes in length,
Aging effects of a particular used in a fluid valve
PMA (Piezoelectric Multilayer Actuator), hereinafter referred to as "piezoelectric actuator" act
directly on the opening stroke
a connected to the piezoelectric actuator fluid valve and thus on
its dosage from. conventional
Methods for compensation of the temperature-induced change in length
throw of the piezoelectric actuator based on suitable material combinations
but serious stability and manufacturing problems
on.
Das
durch den inversen piezoelektrischen Effekt bei Hochleistungskeramiken
erreichbare Elongationsverhältnis
des Piezoaktors aufgrund des Anlegens einer maximal für den Dauerbetrieb
zulässigen
Feldstärke
von ca. 2KV/mm, beträgt
nur 1,2-1,4 μm
Elongation je 1 mm Länge
des Piezoaktors. Bei einer typischen Baulänge des Piezoaktors von ca.
40 mm und einem Piezo-Schichtabtand
von 80 μm
bei 160 V angelegter Spannung führt
der inverse piezoelektrische Effekt zu einer Elongation von maximal
56 μm. Liegt
also zwischen dem Piezoaktor und dem Gehäuse in dem der Piezoaktor eingebaut
ist auch nur eine minimale relative Abweichung im effektiven Temperaturdehnungskoeffizienten
von ca. 1·10–6 1/K über die
Länge des
Piezoaktors von 40 mm vor, so führt
dies im automobiltechnisch relevanten Temperaturbereich –40°C bis 140°C zu einer
Abweichung der für
den Ventilbetrieb relevanten Referenzflächen von –2,4 μm bis zu +4,8 μm oder in
Summe zu 7,2 μm und
bezogen auf die Elongation des Piezoaktors zu einer Abweichungsbandbreite
von bis zu 13%.The achievable by the inverse piezoelectric effect in high-performance ceramics elongation ratio of the piezoelectric actuator due to the application of a maximum permissible for continuous operation field strength of about 2KV / mm, is only 1.2-1.4 microns elongation per 1 mm length of the piezoelectric actuator. With a typical length of the piezoelectric actuator of about 40 mm and a piezo-Schichtabtand of 80 microns at 160 V applied voltage leads the inverse piezoelectric effect to a elongation of 56 microns maximum. If, therefore, there is only a minimum relative deviation in the effective coefficient of thermal expansion of approx. 1 · 10 -6 1 / K over the length of the piezoelectric actuator of 40 mm between the piezoelectric actuator and the housing, then this leads to relevant automotive technology Temperature range -40 ° C to 140 ° C to a deviation of the relevant for the valve operation reference surfaces from -2.4 microns to +4.8 microns or in total to 7.2 microns and related to the elongation of the piezoelectric actuator to a deviation bandwidth of up to 13%.
Dadurch
entstehen Probleme folgender Art:
- – die komplexe
Fertigung des Piezoaktors in derartig engen Toleranzen wie oben
beschrieben, dass seine thermische Dehnung in einem hinreichend
engen Toleranzfeld bleibt, ist praktisch nicht realisierbar
- – als
Bauteil mit Domänenstruktur
und Hysterese hängt
der Temperaturdehnungskoeffizient stark vom Polarisationszustand
und der mechanischen und elektrischen Belastungsvorgeschichte des
Piezoaktors ab. Die Temperaturabhängigkeit der Länge des
Piezoaktors ist nichtlinear. Der Temperaturdehnungskoeffizient kann
bei demselben Piezoaktor Werte im Bereich von –5·10–6 1/K
bis zu +7·10–6 1/K
annehmen.
This causes problems of the following kind: - - The complex production of the piezoelectric actuator in such close tolerances as described above that its thermal expansion remains in a sufficiently narrow tolerance field, is practically not feasible
- - As a component with domain structure and hysteresis, the coefficient of thermal expansion strongly depends on the polarization state and the mechanical and electrical history of the piezoelectric actuator. The temperature dependence of the length of the piezoelectric actuator is non-linear. The coefficient of thermal expansion can assume values in the range of -5 · 10 -6 1 / K up to + 7 · 10 -6 1 / K for the same piezoactuator.
Aus DE 19940055 C1 ist
eine Dosiervorrichtung bekannt, welche sowohl einen Längenausgleich als
auch eine steife Kraftübertragung
gewährleisten kann.
Der langsame Längenausgleich
erfolgt durch einen lang anhaltenden Überdruck in einer Hydraulikkammer
(Temperaturdehnung) welche zwischen einem an einem Piezoaktor verbundenen
Kolben und einem festen Gehäuseteil
liegt. Der Überdruck
führt zu
einem hydraulischen Ausgleich über
eine Passung welche von der Hydraulikkammer zu einem um den Piezoaktor
herum gebildeten Aktorraum führt.Out DE 19940055 C1 is a metering device is known which can ensure both a length compensation and a rigid power transmission. The slow length compensation is achieved by a long-lasting overpressure in a hydraulic chamber (thermal expansion) which lies between a connected to a piezoelectric actuator piston and a fixed housing part. The overpressure leads to a hydraulic compensation via a fit which leads from the hydraulic chamber to an actuator space formed around the piezoactuator.
Es
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren
und/oder eine Vorrichtung anzugeben, welches/welche bei möglichst
kleinem Platzbedarf einen thermischen Volumenausgleich gewährleistet.It
The present invention is based on the object of a method
and / or to provide a device which / which if possible
small space requirement ensures a thermal volume compensation.
Die
Aufgabe wird durch eine Verwendung einer elastischen Hülse und
durch ein Hydrauliksystem gemäß den jeweiligen
unabhängigen
Ansprüchen gelöst.The
Task is by using an elastic sleeve and
by a hydraulic system according to the respective
independent
Claims solved.
Bei
der Verwendung einer elastischen Hülse zum Reduzieren eines hydraulischen
Druckanstiegs in einem mindestens ein Gehäuse aufweisenden Hydrauliksystem
- – umspannt
die Hülse
das Gehäuse
unter Einschließung
eines nach Außen
abgedichteten Speichervolumens, wobei
– das Speichervolumen hydraulisch
mit einem Innenraum des Hydrauliksystems verbunden ist
– ein hydraulischer
Druckanstieg im Hydrauliksystem auf der dem Gehäuse zugewandten Fläche der
elastischen Hülse
zur Dehnung der elastischen Hülse
und zur Vergrößerung des
Speichervolumens führt
und dadurch der Druckanstieg reduziert wird.
When using an elastic sleeve for reducing a hydraulic pressure increase in a hydraulic system having at least one housing - - The sleeve spans the housing enclosing an externally sealed storage volume, wherein - the storage volume is hydraulically connected to an interior of the hydraulic system - a hydraulic pressure increase in the hydraulic system on the housing-facing surface of the elastic sleeve for stretching the elastic sleeve and to increase the Storage volume leads and thereby the pressure increase is reduced.
Außerdem wird
ein Hydrauliksystem vorgeschlagen, das ein Gehäuse und ein Ausgleichsspeicher
aufweist, bei dem
- – der Ausgleichsspeicher eine
elastische Hülse und
ein Speichervolumen aufweist
- – die
elastische Hülse
das Gehäuse
unter Einschließung
des Speichervolumens umspannt
- – das
Speichervolumen nach Außen
abgedichtet ist
- – das
Speichervolumen hydraulisch mit einem Innenraum des Hydrauliksystems
verbunden ist
- – ein
hydraulischer Druckanstieg im Hydrauliksystem (1) auf der
dem Gehäuse
zugewandten Fläche
der elastischen Hülse
(M) zur Dehnung der elastischen Hülse (M) und zur Vergrößerung des Speichervolumens
(V) führt
und dadurch der Druckanstieg reduzierbar ist.
In addition, a hydraulic system is proposed, which has a housing and a balance memory, in which - - The balance memory has an elastic sleeve and a storage volume
- - The elastic sleeve spans the housing enclosing the storage volume
- - The storage volume is sealed to the outside
- - The storage volume is hydraulically connected to an interior of the hydraulic system
- A hydraulic pressure increase in the hydraulic system ( 1 ) on the housing-facing surface of the elastic sleeve (M) for stretching the elastic sleeve (M) and for increasing the storage volume (V) leads and thereby the pressure increase is reducible.
Das
Reduzieren des Druckanstiegs ist dabei auch als Abfangen des bei
einem Druckanstieg vorkommenden Überschussvolumens
des sich im Hydrauliksystem befindlichen Fluids zu verstehen. Bei der
Herstellung des Hydrauliksystems wird die Hülse über das Gehäuse geschoben und an ihren
Rändern mit
dem Gehäuse
unter Einschließung
eines Speichervolumens nach Außen
abdichtend verschweißt.The reduction of the pressure increase is also as interception of occurring in a pressure increase excess volume of the in Hy drauliksystem fluid to understand. In the manufacture of the hydraulic system, the sleeve is pushed over the housing and sealingly welded at its edges to the housing while enclosing a storage volume to the outside.
Es
ergibt sich der Vorteil, dass mittels der elastischen Hülse ein
thermischer Ausgleich des sich im Hydrauliksystem befindlichen Fluids
bei den in Dosiervorrichtungen typischer weise vorliegenden eingeschränkten Raumbedingungen
gewährleistet
wird.It
there is the advantage that by means of the elastic sleeve a
thermal compensation of the fluid in the hydraulic system
in the case of metering devices typically present limited space conditions
guaranteed
becomes.
Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass das Hydrauliksystem zusammen
mit der elastischen Hülse
als eigenständige
und modulare Einheit, also beispielsweise unabhängig von den übrigen Komponenten
einer Dosiervorrichtung, hergestellt und getestet werden kann.One
Another advantage is that the hydraulic system together
with the elastic sleeve
as independent
and modular unit, so for example independent of the other components
a metering device, can be manufactured and tested.
Die
Erfindung wird anhand den folgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.The
Invention will be explained in more detail with reference to the following embodiments.
Dabei
zeigtthere
shows
1 bis 3 Unterschiedliche Positionen eines Hydrauliksystems
mit elastischer Hülse
in einer Dosiervorrichtung 1 to 3 Different positions of a hydraulic system with elastic sleeve in a metering device
4 Hydrauliksystem als hydraulisches Kompensationselement
mit einer Hydraulikkammer 4 Hydraulic system as a hydraulic compensation element with a hydraulic chamber
5 Hydrauliksystem als hydraulisches Kompensationselement
mit zwei Hydraulikkammern 5 Hydraulic system as a hydraulic compensation element with two hydraulic chambers
Lage des Hydrauliksystems
in einer DosiervorrichtungLocation of the hydraulic system
in a metering device
1 zeigt ein Hydrauliksystem 1 das
ein Gehäuse
G aufweist, dessen Innenraum je nach gewünschter Funktion zunächst unterschiedlich
ausgestaltet sein kann und auf unterschiedlicher Weise mit weiteren
Komponenten eines Injektors zusammenwirken kann. In diesem Sinne
kann das Gehäuse
G als Black Box betrachtet werden. 1 shows a hydraulic system 1 which has a housing G, the interior of which may initially be designed differently depending on the desired function and may interact in different ways with other components of an injector. In this sense, the housing G can be considered as a black box.
Zunächst wird
zwischen einem Innenraum des Hydrauliksystems 1 und dem
Innenraum des Gehäuses
G nach folgender Art unterschieden: Der Innenraum des Gehäuses G ist
der Raum, welcher von den Wänden
des Gehäuses
G umschlossen wird. Der Innenraum des Hydrauliksystems 1 dagegen
ist der Raum welcher sowohl den Innenraum des Gehäuses G als
auch den Raum umschließt,
der zwischen dem Gehäuse
und einer weiteren Abdichtung des Hydrauliksystems nach Außen, beispielsweise der
elastischen Hülse
M, liegt.First, between an interior of the hydraulic system 1 and the interior of the housing G in the following manner: The interior of the housing G is the space which is enclosed by the walls of the housing G. The interior of the hydraulic system 1 By contrast, the space which encloses both the interior of the housing G and the space which lies between the housing and a further seal of the hydraulic system to the outside, for example, the elastic sleeve M.
Das
Hydrauliksystem 1 sitzt nach 1 zwischen
einem festen Lager B und einem Aktor A, vorzugsweise einem Piezoaktor,
welcher sich nach den Richtungen des dargestellten Pfeils ausdehnt.
Es sollte beim Einbau des Hydrauliksystems in einem Injektor oder
in einer Dosiervorrichtung darauf geachtet werden, dass die elastische
Hülse M
genügend
Platz hat, um sich auszudehnen. Aus diesem Grund wird bevorzugt,
dass das Gehäuse
G an seinen Stirnseiten mit dem festen Lager B verbunden ist (siehe
dazu auch 2 und 3), und nicht an seiner Mantelfläche. Das
Verbindungsstück
VB, vorzugsweise eine Endkappe welche auf dem Piezoaktor montiert
ist, sitzt zwischen dem Hydrauliksystem 1 und dem Piezoaktor
A und bewegt sich mit dem Piezoaktor und ist fest mit ihm verbunden.
Unterhalb des Piezoaktors A wäre
in einer Dosiervorrichtung, beispielsweise in einem Injektor, typischerweise
ein Ventil (nicht gezeigt) angeordnet, welches vom Piezoaktor A
geöffnet
werden würde
um ein Kraftstoff in eine Brennkammer zu leiten.The hydraulic system 1 sit down 1 between a fixed bearing B and an actuator A, preferably a piezoactuator, which expands in the directions of the arrow shown. Care should be taken when installing the hydraulic system in an injector or in a metering device that the elastic sleeve M has enough space to expand. For this reason, it is preferred that the housing G is connected at its end faces with the fixed bearing B (see also 2 and 3 ), and not on its lateral surface. The connecting piece VB, preferably an end cap which is mounted on the piezoelectric actuator, sits between the hydraulic system 1 and the piezo actuator A and moves with the piezoelectric actuator and is firmly connected to it. Below the piezoelectric actuator A, a valve (not shown) would typically be arranged in a metering device, for example in an injector, which would be opened by the piezoactuator A in order to conduct a fuel into a combustion chamber.
Das
Hydrauliksystem 1 weist eine hydraulische Funktion auf,
welche sich auf verschiedene Komponenten einer Dosiervorrichtung
auswirken kann. Diese ist vorzugsweise eine hydraulische Kompensationsfunktion.
Eine hydraulische Kompensationsfunktion besteht darin, dass eine
Kraftübertragung
durch das Hydrauliksystem 1 gedämpft wird. Das Hydrauliksystem
kann außerdem
eine Hubübertragungsfunktion,
gegebenenfalls mit einem verstärkten
Hubweg, bewirken. Es ist besonders günstig wenn das Hydrauliksystem 1 sowohl
eine Kompensation als auch eine Kraftübertragung zwischen den Komponenten
einer Dosiervorrichtung gewährleistet.The hydraulic system 1 has a hydraulic function, which may affect various components of a metering device. This is preferably a hydraulic compensation function. A hydraulic compensation function is that a power transmission through the hydraulic system 1 is dampened. The hydraulic system may also provide a stroke transfer function, optionally with an increased stroke. It is especially cheap if the hydraulic system 1 ensures both a compensation and a power transmission between the components of a metering device.
Das
Hydrauliksystem 1 ist derart ausgebildet, dass ein Ausgleichsspeicher
AS an der Außenseite
des Gehäuses
G bereitgestellt ist und das Gehäuse
umspannt. Der Ausgleichsspeicher AS weist eine elastische Hülse M und
ein darunter eingeschlossenes Speichervolumen V auf. Das Speichervolumen
V ist also zwischen der Außenseite
des Gehäuses
G und der elastischen Hülse
M ausgebildet und mit dem Innenraum des Gehäuses fluidisch verbunden. Ein
hydraulischer Druckanstieg im Hydrauliksystem, beispielsweise aufgrund
einer erhöhten Temperatur,
auf der dem Gehäuse
zugewandten Fläche
der elastischen Hülse
M führt
zur Dehnung der elastischen Hülse
und zur Vergrößerung des
Speichervolumens V sodass dadurch der Druckanstieg im Hydrauliksystem
reduziert werden kann. Der Druckanstieg wird also sozusagen abgefangen
bzw. kompensiert. Die elastische Hülse M ist an ihren Rändern an
den Punkten AP mit der Außenseite
des Gehäuses
G verschweißt
und weist Metall- und/oder Kunststoffanteile
auf. Die Größe bzw.
Konzentration der jeweiligen Anteile ist auf die gewünschte Elastizität der elastischen
Hülse abgestimmt.The hydraulic system 1 is formed such that a balance memory AS is provided on the outside of the housing G and spans the housing. The balance memory AS has an elastic sleeve M and an enclosed storage volume V below. The storage volume V is thus formed between the outside of the housing G and the elastic sleeve M and fluidly connected to the interior of the housing. A hydraulic pressure increase in the hydraulic system, for example due to an elevated temperature, on the surface of the elastic sleeve M facing the housing leads to expansion of the elastic sleeve and to increase the storage volume V, thereby reducing the pressure increase in the hydraulic system. The increase in pressure is thus intercepted or compensated, so to speak. The elastic sleeve M is welded at its edges at the points AP with the outside of the housing G and has metal and / or plastic components. The size or concentration of the respective components is matched to the desired elasticity of the elastic sleeve.
Der
Ausgleichsspeicher AS dient insbesondere der Kompensation der thermischen
Ausdehnung des sich im Hydrauliksystem 1 eingeschlossenen
und/oder im Innenraum des Gehäuses
befindlichen Hydraulikfluids und ist im Hinblick auf einen möglichst
großen
Arbeitstemperaturbereich des Hydrauliksystems, wie zum Beispiel
wenn es in einem Injektor eingebaut ist, besonders vorteilhaft.The compensation memory AS is used in particular to compensate for the thermal expansion of the hydraulic system 1 turned the castle NEN and / or located in the interior of the housing hydraulic fluid and is particularly advantageous in terms of the largest possible operating temperature range of the hydraulic system, such as when it is installed in an injector.
Der
Ausgleichspeicher AS und die elastische Hülse M stellen eigenständige Funktionselemente dar,
welche sich für
alle Arten rotationssymmetrisch aufgebauter hydraulischer Kraft-
und Wegübertrager oder
Kompensationselemente eignet und zwar unabhängig davon, wie sie im einzelnen
aufgebaut sind.Of the
Compensation memory AS and the elastic sleeve M represent independent functional elements,
which are for
all types of rotationally symmetrical hydraulic power
and Wegübertrager or
Compensation elements and regardless of how they are in detail
are constructed.
Das
Hydrauliksystem 1 bildet vorzugsweise ein abgeschlossenes
System, sodass es fluidisch nach Außen, also beispielsweise von
den weiteren hydraulischen Komponenten einer Dosiervor richtung,
wie beispielsweise Zu- und Rückläufe, getrennt ist.
Das Hydrauliksystem 1 kann als selbständige Einheit in die Dosiervorrichtung
eingebaut werden.The hydraulic system 1 preferably forms a closed system, so that it is fluidly to the outside, so for example, from the other hydraulic components of a Dosiervor direction, such as feed and returns, separated. The hydraulic system 1 can be installed as a separate unit in the dosing device.
Es
wird bevorzugt, dass das Hydrauliksystem 1 eine Innenstruktur
aufweist, die eine zentrale Kabeldurchführung für elektrische Anschlüsse K erlaubt,
sodass der Piezoaktor A elektrisch angesteuert werden kann ohne
dass die elektrischen Anschlüsse außerhalb
des Hydrauliksystems, des Piezoaktors oder des Verbindungsstücks vorbeigeführt werden müssen. Diese
Konstruktion ist im Hinblick auf strenge Raumbedingungen besonders
vorteilhaft und schützt
die elektrischen Anschlüsse
vor äußeren Einflüssen.It is preferred that the hydraulic system 1 an internal structure that allows a central cable gland for electrical connections K, so that the piezoelectric actuator A can be electrically controlled without the electrical connections outside the hydraulic system, the piezoelectric actuator or the connector must be passed. This construction is particularly advantageous in view of severe room conditions and protects the electrical connections from external influences.
Das
Hydrauliksystem wird optimal in einem Injektor verwendet.The
Hydraulic system is optimally used in an injector.
1a zeigt wie das Hydrauliksystem 1 in
einer Dosiervorrichtung D eingebaut ist. Die Dosiervorrichtung D
besteht aus einer Aktuatoreinheit A, welche einen Piezoaktor P,
eine Rohrfeder C, und zwei Endkappen E1 und E2 aufweist. Der Piezoaktor
ist vorzugsweise mittels der an ihren beiden Enden mit den Endkappen
E1, E2 verbundene Rohrfeder druckvorgespannt. Die Endkappen E1,
E2 sind vorzugsweise jeweils mit dem Kolben 3 des hydraulischen Kompensationselements
und mit einer Ventilnadel VN einer Ventileinheit B verbunden. Der
Kolben 3 des hydraulischen Kompensationselements ist vorzugsweise
an seiner Stirnseiten S1 mit einem Rückstellmechanismus, beispielsweise
mit einer Feder F1, und an seiner zweiten Stirnseite mit der einen
Endkappe E1 der Aktuatoreinheit verbunden. Das Gehäuse 2 des
hydraulischen Kompensationselements ist mit einem festen Lager L
verbunden und ist somit relativ zur Aktuatoreinheit nicht beweglich.
Genauer: das Gehäuse 2 ist
mit einer Innenwand Dinn des Gehäuses der
Dosiervorrichtung D, vorzugsweise mittels Schweißnähten SN, verbunden. Eine vom
Piezoaktor ausgehende Kraft wird auf den Kolben 3 der Stirnseite
S2 angelegt, an der das Speichervolumen 8 direkt an die
Scheibe 3a des Kolbens angrenzt. Die Kraft vom Kolben 3 wird über das
Fluid der Hydraulikkammer 9 auf das Gehäuse 2 übertragen,
sodass das hydraulische Kompensationselement steif ist. Somit drückt das
Element E2 steif auf die Ventilnadel VN der Ventileinheit B damit
ein Dichtelement bzw. ein Ventil geöffnet werden kann. Bei langsamen
Dehnungen des Piezoaktors, wie nachfolgend genauer beschreiben,
ist der Kolben relativ zum Gehäuse aber
kraftlos verschieblich. Mittels des Rückstellmechanismus F kann der
Kolben aber wieder in eine mittige Position gedrückt werden. Es ist auch möglich, dass
die Endkappe E1 mit dem Gehäuse 2 auf Stirnseite
S2 und der Kolben 3 mit dem Gehäuse der Dosiervorrichtung fest
verbunden ist. In diesem Falle würde
die Feder F1 mit der Stirnseite S1 des Gehäuses verbunden sein. 1a shows how the hydraulic system 1 is installed in a metering device D. The metering device D consists of an actuator unit A, which has a piezoelectric actuator P, a tube spring C, and two end caps E1 and E2. The piezoelectric actuator is preferably pressure-biased by means of the tube spring connected at its two ends to the end caps E1, E2. The end caps E1, E2 are preferably each with the piston 3 of the hydraulic compensation element and connected to a valve needle VN of a valve unit B. The piston 3 the hydraulic compensating element is preferably connected at its end faces S1 with a return mechanism, for example with a spring F1, and at its second end face with the one end cap E1 of the actuator unit. The housing 2 the hydraulic compensation element is connected to a fixed bearing L and thus is not movable relative to the actuator unit. More precisely: the case 2 is connected to an inner wall D inn of the housing of the metering device D, preferably by means of welds SN. A force exerted by the piezoelectric actuator is applied to the piston 3 the front side S2 created at the storage volume 8th directly to the disc 3a of the piston adjoins. The force of the piston 3 is via the fluid of the hydraulic chamber 9 on the case 2 transferred, so that the hydraulic compensation element is stiff. Thus, the element E2 presses stiffly on the valve needle VN of the valve unit B so that a sealing element or a valve can be opened. At slow expansions of the piezoelectric actuator, as described in more detail below, the piston is displaceable relative to the housing but powerless. By means of the return mechanism F, the piston can be pressed again in a central position. It is also possible that the end cap E1 with the housing 2 on face S2 and the piston 3 is firmly connected to the housing of the metering device. In this case, the spring F1 would be connected to the end face S1 of the housing.
Es
wird bevorzugt, dass ein Rückstellmechanismus
in der Form eine Anschlags welcher als Ventilsitz- oder Teller VS
ausgeführt
ist, in der Ventileinheit bereitgestellt ist. In diesem Falle könnte die
Ventilnadel VN nicht über
die Ebene des Ventilsitzes VS hochgezogen werden, sodass dadurch
der Kolben gezwungen wird, immer wieder in eine mittige Position
relative zum Gehäuse
zurückzukehren.It
it is preferred that a return mechanism
in the form of a stop which as a valve seat or plate VS
accomplished
is provided in the valve unit. In this case, the
Valve needle VN not over
the plane of the valve seat VS are pulled up, thereby causing
the piston is forced, again and again in a central position
relative to the housing
to return.
Die
vorzugsweise weiche Feder F2 ist ebenfalls ein Rückstellmechanismus, dessen
Nettokraftwirkung dazu führt,
dass der Kolben 3 wieder in eine mittige Position nach
einer oder mehreren Krafteinwirkungen gezogen wird.The preferably soft spring F2 is also a return mechanism, the net force of which causes the piston 3 is pulled back into a central position after one or more forces.
Um
für die
Ausdehnung der elastischen Hülse
M des Ausgleichsspeichers AS zwischen dem Gehäuse 2 des hydraulischen
Kompensationselements und der Innenwand Dinn der
Dosiervorrichtung D genügend
Raum bereitstellen zu können
wird bevorzugt, dass das Gehäuse 2 des
hydraulischen Kompensationselements mittels Abstandhalter AH mit
der Innenwand Dinn der Dosiervorrichtung
mechanisch verbunden ist.In order for the expansion of the elastic sleeve M of the balance memory AS between the housing 2 the hydraulic compensation element and the inner wall D inn of the metering device D to be able to provide sufficient space is preferred that the housing 2 of the hydraulic compensation element by means of spacers AH with the inner wall D inn of the metering device is mechanically connected.
2 zeigt wie das Gehäuse G des
Hydrauliksystems 1 in einer alternativen Position direkt
mit dem Piezoaktor A verbun den ist, sodass das Gehäuse mit
der Expansion des Piezoaktors bewegt wird. Das Hubelement X, vorzugsweise
ein im Hydrauliksystem aufgenommener Kolben, überträgt den vom Aktor ausgehenden
Hub steif bzw. ist bei einer Kraftbeaufschlagung steif und verschiebt
sich relativ zum Gehäuse
G nicht. Der Kolben ist vorzugsweise mit einem axial verschieblichen
Schaltelement, beispielsweise eine Ventilnadel (hier nicht gezeigt – siehe dazu 1a), verbunden, welche wiederum
ein Ventil öffnen
oder schließend
kann. 2 shows how the housing G of the hydraulic system 1 in an alternative position verbun directly to the piezoelectric actuator A is, so that the housing is moved with the expansion of the piezoelectric actuator. The lifting element X, preferably a piston accommodated in the hydraulic system, transmits the stroke emanating from the actuator rigidly or is stiff in the event of a force application and does not shift relative to the housing G. The piston is preferably with an axially displaceable switching element, such as a valve needle (not shown here - see 1a ), which in turn can open or close a valve.
3 zeigt wie das Hydrauliksystem 1 zwischen
einem festen Lager B und einem Piezoaktor A positioniert ist. In
dieser Position ist es nicht mehr möglich, dass sich das Gehäuse G des
Hydrauliksystems 1 bewegt. Stattdessen gibt das Hubelement
X, wie zum Beispiel ein Kolben, im Innenraum des Hydrauliksystems 1 nach,
indem er mit dem Piezoaktor A verbunden ist, nicht aber mit dem
festen Lager B. In dieser Figur ist auch sichtbar, wie der elastischen Hülse M genügend Platz
zwischen dem Gehäuse
G und dem festen Lager gegeben wird, um ihre Ausdehnung zu gewährleisten. 3 shows how the hydraulic system 1 Zvi a fixed bearing B and a piezoelectric actuator A is positioned. In this position, it is no longer possible that the housing G of the hydraulic system 1 emotional. Instead, the lifting element X, such as a piston, in the interior of the hydraulic system 1 in that it is connected to the piezoelectric actuator A, but not to the fixed bearing B. In this figure it is also visible how the elastic sleeve M is given sufficient space between the housing G and the fixed bearing to ensure its expansion.
Bevorzugte
Merkmale des Hydrauliksystemspreferred
Features of the hydraulic system
4 zeigt den Innenraum eines
bevorzugten Hydrauliksystems 1, welches als hydraulisches Kompensationselement 1' realisiert
ist. Das hydraulische Kompensationselement 1' ist, mit der Ausnahme von Bohrungen 11, 11a und 11b,
rotationssymmetrisch aufgebaut und weist den bereits beschriebenen
Ausgleichsspeicher AS auf. Das hydraulische Kompensationselement 1' weist ein hohl-zylinderförmiges Gehäuse 2 (zuvor
allgemein mit G bezeichnet), einen Kolben 3, im Sinne einer
auf das Kompensationselement angelegten Kraft vordere und hintere elastische
Membrane 4, 5, Speichervolumina 8, 10 und
eine Hydraulikkammer 9 sowie die Befüllbohrung 11 mit einem
dazugehörigen
Verschlusselement 12 auf. Durch die offenen Stirnseiten
des Gehäuses 2 ragen
die Endbereiche des Kolbens 3 vorzugsweise heraus. Die
Hydraulikkammer 9 und die Speichervolumina 8, 10 sind
mit einem Hydraulikfluid auswählbarer
Viskosität
gefüllt. 4 shows the interior of a preferred hydraulic system 1 , which serves as a hydraulic compensation element 1' is realized. The hydraulic compensation element 1' is, with the exception of drilling 11 . 11a and 11b , constructed rotationally symmetrical and has the already described compensation memory AS. The hydraulic compensation element 1' has a hollow-cylindrical housing 2 (previously generally designated G), a piston 3 , in the sense of a force applied to the compensation element front and rear elastic membrane 4 . 5 , Storage volumes 8th . 10 and a hydraulic chamber 9 as well as the filling hole 11 with an associated closure element 12 on. Through the open front sides of the housing 2 protrude the end portions of the piston 3 preferably out. The hydraulic chamber 9 and the storage volumes 8th . 10 are filled with a hydraulic fluid of selectable viscosity.
Die
Speichervolumina 8, 10 sind durch den Raum zwischen
den elastischen Membranen 4, 5, dem Gehäuse 2 und
dem Kolben 3 definiert. Sie werden mittels der am Kolben 3 und
am Gehäuse 2 durch
Anschweißpunkte 4a, 5a dichtend
befestigter elastische Membranen 4, 5 hermetisch
dicht gegen die Umgebung bzw. nach Außen abgeschlossen.The storage volumes 8th . 10 are through the space between the elastic membranes 4 . 5 , the housing 2 and the piston 3 Are defined. They are made by means of the piston 3 and on the case 2 by welding points 4a . 5a sealingly attached elastic membranes 4 . 5 hermetically sealed against the environment or to the outside.
Das
hydraulische Kompensationselement 1' ist wie beim Hydrauliksystem 1 nach
den 1 bis 3 als hydraulisch abgeschlossenes
System zu betrachten, sodass der befüllbare Raum zwischen Kolben 3, Gehäuse 2 und
den elastischen Membranen 4, 5 auch als abgeschlossenes
System zu verstehen ist. Insbesondere dichtet die elastische Hülse M zusammen
mit den Membranen 4 und 5 den Innenraum des Kompensationselements 1' nach Außen ab.
Die Speichervolumina 8 oder 10 sind fluidisch
mit dem Speichervolumen V verbunden.The hydraulic compensation element 1' is like the hydraulic system 1 after the 1 to 3 as a hydraulically sealed system, so that the fillable space between pistons 3 , Casing 2 and the elastic membranes 4 . 5 is also to be understood as a closed system. In particular, the elastic sleeve M seals together with the membranes 4 and 5 the interior of the compensation element 1' to the outside. The storage volumes 8th or 10 are fluidly connected to the storage volume V.
Vorteilhafterweise
unterstützt
die elastische Hülse
M den von den Membranen 4 und 5 erreichbaren thermischen
Ausgleich des hydraulischen Kompensationselement 1', insbesondere
in Fällen,
wo die Membranen 4, 5 mit einem Bi-Metall-Effekt,
thermischen Ausdehnungskoeffizienten und Elastizitäten nicht
ausreichen um das erhöhte
Fluidvolumen des Innenraums des Kompensationselements 1' bei erhöhter Temperatur
abzufangen.Advantageously, the elastic sleeve M supports that of the membranes 4 and 5 achievable thermal compensation of the hydraulic compensation element 1' especially in cases where the membranes 4 . 5 with a bi-metal effect, thermal expansion coefficients and elasticities are not sufficient for the increased fluid volume of the interior of the compensation element 1' intercept at elevated temperature.
Die
elastische Hülse
M weist auch noch den weiteren Vorteil auf, dass der temperaturbedingte Druckanstieg
im hydraulischen Kompensationselement hinreichend klein bleibt und
damit auch die druckinduzierten mechanischen Materialspannungen
in den Membranen 4, 5 in werkstoffverträglichen Grenzen
bleiben.The elastic sleeve M also has the further advantage that the temperature-induced pressure increase in the hydraulic compensation element remains sufficiently small and thus also the pressure-induced mechanical material stresses in the membranes 4 . 5 stay within tolerable limits.
Zwischen
dem Gehäuse 2 und
dem Kolben 3 sind Spielpassungen 6, 7,
Speichervolumina 8, 10 und eine Hydraulikkammer 9 ausgebildet.
Ergänzend kann
die Summe dieser Räume
als Innenraum des hydraulischen Kompensationselements bezeichnet werden.
Die Hydraulikkammer 9 ist zwischen einer axial druckwirksamen
Kreisringfläche 3a' des Kolbens 3 und
einer gegenüber
liegenden axial druckwirksamen Kreisringfläche 2a' ausgebildet. Sie ist an jeder
Seite jeweils mit einer Spielpassung 6, 7 verbunden.Between the case 2 and the piston 3 are game fits 6 . 7 , Storage volumes 8th . 10 and a hydraulic chamber 9 educated. In addition, the sum of these spaces can be referred to as the interior of the hydraulic compensation element. The hydraulic chamber 9 is between an axially effective annular surface 3a ' of the piston 3 and an opposing axially effective annular surface 2a ' educated. It is on each side with a clearance fit 6 . 7 connected.
Der
Innenraum des Gehäuses 2 ist
vorzugsweise derart ausgebildet, dass er unterschiedliche Durchmesser
aufweist, sodass beim stets eingeführten Kolben 3 im
Gehäuse
eine Spielpassung 6 und eine Spielpassung 7 mit
jeweils unterschiedlichen Entfernungen von der Längsachse des Gehäuses bereitgestellt
sind, wobei es auch mehrere Spielpassungen mit identischen Entfernungen
von der Achse geben kann. Der Kolben 3 ist im Gehäuse 2 reibungsarm
axial verschieblich eingepasst. Der Bereich 3a vergrößerten Durchmessers
des Kolbens 3, der im entsprechend vergrößerten Durchmesser
aufweisenden Innenraums des Gehäuses 2 eingepasst
ist, kann auch als Scheibe 3a vergrößerten Durchmessers verstanden
werden. Der Bereich des Gehäuses 2,
der einen kleineren Innendurchmesser aufweist, kann als Engpass 2a für den Kolben 3 verstanden werden.The interior of the housing 2 is preferably formed such that it has different diameters, so that when always introduced piston 3 in the housing a clearance fit 6 and a clearance fit 7 are provided with different distances from the longitudinal axis of the housing, wherein there may also be several game fits with identical distances from the axis. The piston 3 is in the case 2 friction-fitted axially displaceable. The area 3a enlarged diameter of the piston 3 , in the correspondingly enlarged diameter interior of the housing 2 is fitted, can also as a disc 3a enlarged diameter. The area of the housing 2 , which has a smaller inner diameter, can be considered a bottleneck 2a for the piston 3 be understood.
Die
Spielpassungen 6, 7 bewirken eine erhebliche Fluiddrosselung
eines Fluids zwischen der Hydraulikkammer 9 und den Speichervolumina 8 und 10.The game fits 6 . 7 cause significant fluid throttling of a fluid between the hydraulic chamber 9 and the storage volumes 8th and 10 ,
Die
Funktion des hydraulischen Kompensationselements 1' basiert darauf,
dass durch die Hydraulikkammer 9 und den stark drosselnden
Spielpassungen 6, 7 kurzzeitig sehr hohe Kräfte übertragen
werden können
und die Hydraulikkammer 9 ein einem Festkörper vergleichbare
Steifigkeit aufweist, während
bei langsamen Relativbewegungen zwischen Kolben und Gehäuse, beispielsweise
durch die thermische Dehnung des Aktors, der Kolben 3 gegenüber dem
Gehäuse 2 innerhalb
gewisser Grenzen, wie beispielsweise der Höhe der Hydraulikkammer 9,
praktisch kräftefrei
(Steifigkeit 0) verschiebbar ist. Das hydraulische Kompensationselement 1' ist zum Einsatz
in kurzzeitig arbei tenden Schaltventilen oder auch periodisch arbeitenden
Schaltventilen einsetzbar, wobei vorzugsweise die Phase der Kraftübertragung
im Vergleich zur Entleerte der Hydraulikkammer kurz ist.The function of the hydraulic compensation element 1' based on that through the hydraulic chamber 9 and the strong throttling game adjustments 6 . 7 briefly very high forces can be transmitted and the hydraulic chamber 9 a stiffness comparable to a solid, while at slow relative movements between the piston and the housing, for example, by the thermal expansion of the actuator, the piston 3 opposite the housing 2 within certain limits, such as the height of the hydraulic chamber 9 , virtually free of forces (stiffness 0) displaceable is. The hydraulic compensation element 1' is for use in short-term working shift valves or periodically operating switching valves used, preferably the phase of the power transmission in comparison to the emptied hydraulic chamber is short.
Es
wird bevorzugt, dass das allgemein in 1 vorgestellte
Hydrauliksystem 1 kurzzeitig einwirkende Kräfte steif überträgt, beispielsweise
mittels einer Konstruktion gemäß dem hydraulischen
Kompensationselement 1',
eine langsame Relativbewegung abfängt und einen Druckanstieg
im Hydrauliksystem, beispielsweise durch erhöhte Temperatur, reduziert.It is preferred that this is generally in 1 featured hydraulic system 1 briefly acting forces stiffly transmits, for example by means of a construction according to the hydraulic compensation element 1' , intercepts a slow relative movement and reduces a pressure increase in the hydraulic system, for example due to increased temperature.
Dabei
sollte das Reduzieren eines durch Temperaturerhöhung induzierten Druckanstiegs
im Hydrauliksystem durch die Dehnung der elastischen Hülse M nicht
mit dem Abfangen der langsamen Relativbewegung zwischen Kolben und
Gehäuse
durch den erwärmten
Piezoaktor verwechselt werden.there
should reduce a pressure increase induced by temperature increase
in the hydraulic system by the stretching of the elastic sleeve M not
with the interception of the slow relative movement between the piston and
casing
through the heated
Piezoelectric actuator are confused.
Das
Hydrauliksystem wird vorzugsweise derart verwendet, dass das Hydrauliksystem
an einer Stirnseite an eine Ventilnadel und an der anderen Stirnseite
an einem Aktor verbunden ist und sowohl die langsame thermische
Dehnung des Aktors abfängt
als auch eine vom Aktor (A) ausgehenden Kraft steif an die Ventilnadel überträgt.The
Hydraulic system is preferably used such that the hydraulic system
on one end face to a valve needle and on the other end face
connected to an actuator and both the slow thermal
Elongation of the actuator intercepts
as well as a force exerted by the actuator (A) stiffly transfers to the valve needle.
Bei
einem hydraulischen Kompensationselement der vorgestellten Art muss
eine reibungsarme Bewegung des Kolbens 3 relativ zum Gehäuse 2 des hydraulischen
Kompensationselements gewährleistet
sein, da ansonsten seine angestrebte Ausgleichsfunktion nicht oder
nur eingeschränkt
gegeben wäre. Hierzu
sind die Passungsmasse und Toleranzen von Kolben und Gehäuse so zu
wählen,
dass ein positives Spiel vorhanden ist. Für eine reibungs- und ruckarme
Bewegung zwischen Kolben und Gehäuse
ist zusätzlich
eine hinreichende Oberflächengüte der Außenseite
des Kolbens und/oder der Innenwand des Gehäuses, insbesondere eine geringe
Oberflächenrauhigkeit,
wie sie beispielsweise durch Schleifen hergestellt werden kann,
und um Verkippungen zu vermeiden, eine ausreichende Führungslänge, vorteilhaft.
Eine Einhaltung der Passungsmasse von Kolben und Zylinder wird derart
sichergestellt, dass es nicht nur im Montagezustand sondern auch
im stationären
und instationären
Betrieb des hydraulischen Kompensationselements zu keinem Klemmen
oder reibungsbehafteten Gleiten (Stick-Slip) des Kolbens im Gehäuse, beispielsweise
durch eine stärkere
thermische Ausdehnung des Kolbens in Bezug auf das Gehäuse oder
eine stärkere
thermische Kontraktion des Gehäuses
in Bezug auf den Kolben, kommen kann. Insbesondere im Instationärbetrieb
und bei hohen Betriebsfrequenzen entstehen aufgrund der hohen und
sich zeitlich stark ändernden
Wärmefreisetzung
des Piezoaktors bei gleichzeitiger Kühlung durch den Kraftstoff
radiale Temperaturgradienten, die zu einer unterschiedlichen thermischen
Ausdehnung von Kolben und Zylinder und bei nicht sachgerechter Auslegung
zu Klemmungen führen
können. Dieses
kann durch folgende Maßnahmen
verhindert werden:
- a.) der Kolben und das Gehäuse bestehen
aus dem gleichen Material oder Materialien mit dem gleichen Temperaturdehnungskoeffizienten.
Zur Vermeidung von Klemmungen ist ein hinreichend großes Spaltmaß zwischen
Kolben und Zylinder im Bereich von 10 bis 50 μm in Verbindung mit einem Fluid
höherer
Grundviskosität
im Bereich 100 bis 1000 Centistokes bei ausreichender Führungslänge des
Kolbens im Gehäuse
zur Vermeidung von Verkippungen, zu wählen.
- b.) Erwärmt
sich der Kolben z.B, stärker
als das Gehäuse
aufgrund eines angeschlossenen Antriebselementes wie z.B. aufgrund
des Piezoaktors (hierbei entsteht ein nicht zu vernachlässigender
radialer Temperaturgradient), so wird für den Kolben 3 ein
Material mit kleinerer thermischer Dehnung gewählt, wodurch der Kolben nicht
in den engen Spielpassungen 13g zu klemmen beginnt.
- c.) Kann man davon ausgehen, dass sich der Kolben 13b,
das Hydraulikfluid und das Gehäuse 13a immer
auf nahezu gleicher Temperatur befinden, so kann der Temperatureinfluss
auf die Spaltströmung
zwischen den Spielpassungen 13g im durch einen Aktor belasteten
Zustand des Hydrauliksystems in weiten Bereichen kompensiert werden,
wenn der Kolben eine geeignet gewählte höhere thermische Dehnung als
das Gehäuse aufweist.
Die Erklärung
besteht darin, dass die Viskosität
des Hydraulikfluids gemäß einem
Exponentialgesetz mit der Temperatur abnimmt und der Volumenstrom
des Hydraulikfluiden entlang der Spielpassungen entsprechend exponentiell zunimmt.
Der Volumenstrom ist dabei proportional zur 3. Potenz der Breite
der Spielpassungen, welches auch als Passmaß bezeichnet werden kann. Das
Passmaß nimmt
mit der Temperatur linear ab und somit sind die Temperatureffekte
auf das Passmaß und
auf die Viskosität
gegenläufig.
In a hydraulic compensation element of the type presented, a low-friction movement of the piston 3 relative to the housing 2 be ensured of the hydraulic compensation element, otherwise its desired compensation function would not or only partially be given. For this purpose, the fit mass and tolerances of piston and housing are to be chosen so that a positive clearance is available. For a smooth and low-jerk movement between the piston and the housing is in addition a sufficient surface quality of the outside of the piston and / or the inner wall of the housing, in particular a low surface roughness, as can be prepared for example by grinding, and to avoid tilting sufficient Guide length, advantageous. Compliance with the fitting mass of the piston and cylinder is ensured such that it not only in the assembled state but also in stationary and transient operation of the hydraulic compensation element to no jamming or friction sliding (stick-slip) of the piston in the housing, for example by a stronger thermal expansion of the piston with respect to the housing or a greater thermal contraction of the housing with respect to the piston, may occur. In particular, in unsteady operation and at high operating frequencies arise due to the high and time-varying heat release of the piezoelectric actuator with simultaneous cooling by the fuel radial temperature gradients that can lead to a different thermal expansion of the piston and cylinder and inappropriate design to clamps. This can be prevented by the following measures: - a.) The piston and the housing are made of the same material or materials with the same coefficient of thermal expansion. In order to avoid jamming, a sufficiently large clearance between piston and cylinder in the range of 10 to 50 microns in conjunction with a fluid of higher intrinsic viscosity in the range 100 to 1000 centistokes with sufficient guide length of the piston in the housing to prevent tilting to choose.
- b.) If, for example, the piston heats up, more than the housing due to a connected drive element, such as due to the piezoactuator (a non-negligible radial temperature gradient is generated), then the piston will become 3 a material chosen with lower thermal expansion, which prevents the piston in the tight clearance fits 13g begins to pinch.
- c.) One can assume that the piston 13b , the hydraulic fluid and the housing 13a always at almost the same temperature, so the temperature influence on the gap flow between the game fits 13g be compensated in the loaded by an actuator state of the hydraulic system in wide ranges when the piston has a suitably chosen higher thermal expansion than the housing. The explanation is that the viscosity of the hydraulic fluid decreases with temperature according to an exponential law, and the volume flow of the hydraulic fluid along the clearance fits increases exponentially. The volume flow is proportional to the 3rd power of the width of the game fits, which can also be referred to as a pass. The fit dimension decreases linearly with the temperature and thus the temperature effects on the fit dimension and on the viscosity are in opposite directions.
5 zeigt ein Hydrauliksystem
in der Form eines hydraulischen Kompensationselements 1'', welcher zwei Hydraulikkammern 9 und 20 aufweist, mit
dem Ausgleichsspeicher AS versehen ist. Das Gehäuse 2' ist im Vergleich zum Gehäuse 2 der 4 um einen Teil 18 erweitert
um die zweite Hydraulikkammer 20 unterbringen zu können. Der
erweiterte Teil 18 kann als feste Hülse 18 betrachtet werden,
welche bei der Herstellung über
das in 4 gezeigte Gehäuse 2 geschoben
und anschließend angeschweißt wird.
Die Außenkontur
des Kolbens 3 ist dabei an die Innenwand dieser Hülse 18 angepasst,
sodass eine zusätzliche
Spielpassung 19 zwischen dem Kolben und dem Gehäuse gebildet
wird. 5 shows a hydraulic system in the form of a hydraulic compensation element 1'' , which two hydraulic chambers 9 and 20 has, is provided with the balance memory AS. The housing 2 ' is compared to the housing 2 of the 4 a part 18 extended by the second hydraulic chamber 20 to be able to accommodate. The extended part 18 can as a solid sleeve 18 be considered, which in the manufacture of the in 4 shown housing 2 pushed and then welded. The outer contour of the piston 3 is doing to the inner wall of this sleeve 18 adjusted, so an additional clearance 19 Zvi is formed by the piston and the housing.
Die
Hülse 18,
der Kolben 3 und das Gehäuse 2 begrenzen eine
zweite untere Hydraulikkammer 20, welche zwischen der axial
druckwirksamen Fläche 2a'' der Hülse und der einen axial druckwirksamen
Fläche 3a'' des Kolbens ausgebildet ist. Das Gehäuse 2 und
die Hülse 18 sind
fluiddicht und mechanisch steif beispielsweise mit einer Schweißnaht 21 miteinander
verbunden, und können
als eine Einheit betrachtet werden. Das obere Ende der oberen engen
Spielpassung 6 mündet
in den oberen Speichervolumen 10, der nach wie vor mit
Hilfe einer fle xiblen aber druckfesten oberen Membrane 4 nach Außen abgedichtet
ist. Die untere Membrane 5 ist dagegen an ihrem Innendurchmesser
am unteren Ende des Kolbens 3 und an ihrem Außendurchmesser
an der Hülse 18 hermetisch
dichtend befestigt. Über
drei enge Spielpassungen 6, 7, 19 sind
die Hydraulikkammern 9, 20 fluidisch stark gedrosselt
mit den Speichervolumina 8, 10 verbunden.The sleeve 18 , The piston 3 and the case 2 limit a second lower hydraulic chamber 20 , which between the axially pressure-effective surface 2a ' the sleeve and an axially effective surface 3a '' of the piston is formed. The housing 2 and the sleeve 18 are fluid-tight and mechanically stiff, for example, with a weld 21 connected together, and can be considered as a single entity. The upper end of the upper tight clearance 6 flows into the upper storage volume 10 Still with the help of a flexible but pressure-resistant upper diaphragm 4 sealed to the outside. The lower membrane 5 is on the other hand at its inner diameter at the lower end of the piston 3 and at its outer diameter on the sleeve 18 hermetically sealed. About three tight game matches 6 . 7 . 19 are the hydraulic chambers 9 . 20 fluidly throttled strongly with the storage volumes 8th . 10 connected.
Der
Aufbau mit zwei Hydraulikkammern führt vorteilhafterweise zu einer
Verdoppelung der hydraulischen Steifigkeit des einfach wirkenden
Kompensationselements nach 4.The construction with two hydraulic chambers advantageously leads to a doubling of the hydraulic rigidity of the single-acting compensation element 4 ,
Dieses
Ausführungsbeispiel
zeigt auch den Einsatz von Ventilen 15, sogenannte Flappervalves. Sowohl
das Gehäuse 2 als
auch der Hydraulikkolben 3 sind mit Bohrungen 16, 14, 14a und 14b versehen. Bei
einer Kraftbeaufschlagung des hydraulischen Kompensationselements
in Richtung des Pfeils schließen
sich die Flappervalves 15, sodass das Hydraulikfluid nur über die
Spielpassungen 19 und 7 fließen kann und somit eine hohe
Steifigkeit des hydraulischen Kompensationselements erreicht wird. Bei
einer Zugkraft in die dem Pfeil entgegensetzte Richtung öffnen sich
dagegen die Flappervalves 15 sodass das Hydraulikfluid
schneller in die Speichervolumina 8, 10 und V
zurückfließen und
somit die Gleichgewichtslage des hydraulischen Kompensationselements 1'' schneller hergestellt werden kann.This embodiment also shows the use of valves 15 , so-called flappervalves. Both the case 2 as well as the hydraulic piston 3 are with holes 16 . 14 . 14a and 14b Mistake. Upon application of force to the hydraulic compensating element in the direction of the arrow, the flapper valves close 15 so that the hydraulic fluid only through the lashings 19 and 7 can flow and thus a high rigidity of the hydraulic compensation element is achieved. On the other hand, with a pulling force in the direction opposite to the arrow, the flapper valves open 15 so that the hydraulic fluid is faster in the storage volumes 8th . 10 and V flow back and thus the equilibrium position of the hydraulic compensation element 1'' can be made faster.
Selbstverständlich ist
es auch möglich,
dass entweder das Gehäuse 2' oder der Kolben 3 mit
axialen Bohrungen versehen werden. Durch eine geeignete Auswahl
der Anzahl und der Position der Bohrungen kann die Rücklaufgeschwindigkeit
des Hydraulikfluids bei einer Zugkraft eingestellt werden.Of course it is also possible that either the housing 2 ' or the piston 3 be provided with axial bores. By a suitable selection of the number and the position of the holes, the return speed of the hydraulic fluid can be adjusted at a tensile force.
Eine
weitere Bohrung (nicht dargestellt) kann die Hydraulikkammer 9 mit
dem Speichervolumen V des Ausgleichsspeichers AS verbinden, wobei
die Bohrung in diesem Fall eine geeignete Richtungsänderung
aufweisen müsste,
beispielsweise um etwa 90°,
um die Hydraulikkammer 9 mit dem Speichervolumen V zu verbinden.
Alternativ ist eine T-förmige Ausbildung
sämtlicher
der hier vorgestellten Bohrungen möglich, sodass durch die Bohrungen
mindestens zwei Speichervolumina, beispielsweise 8 und V, mit einer
Hydraulikkammer 9 oder 20 verbinden. Es wird auch
hier bevorzugt, dass die Bohrungen wie bereits beschrieben mit Flappervalves
zusammenwirken.Another bore (not shown) may be the hydraulic chamber 9 connect with the storage volume V of the balance memory AS, wherein the bore would have to have a suitable change in direction in this case, for example by about 90 ° to the hydraulic chamber 9 with the storage volume V to connect. Alternatively, a T-shaped design of all of the holes presented here is possible, so that at least two storage volumes, for example 8 and V, with a hydraulic chamber through the holes 9 or 20 connect. It is also preferred here that the bores interact with flapper valves, as already described.
Das
durch die Zusammenarbeit des Ausgleichsspeichers AS mit den Membranen 4, 5 erreichbare
gesamte Speichervolumen sowohl im einfach wirkenden hydraulischen
Kompensationselement nach 4 als
in einem bidirektional wirkenden hydraulischen Kompensationselement
gemäß einer Weiterbildung
nach 5 ermöglicht ein
für Piezoantriebe
mehr als hinreichender Kompensationsweg von ± 100 μm.This through the cooperation of the accumulator AS with the membranes 4 . 5 achievable total storage volume both in the single-acting hydraulic compensation element 4 as in a bidirectionally acting hydraulic compensation element according to a development according to 5 allows a more than adequate compensation path of ± 100 μm for piezo drives.
Die
Flappervalves 15 und Bohrungen 14 und 16 können mit
deren beschriebenen Funktionen natürlich in analoger Weise für das einfach
wirkende hydraulische Kompensationselement nach 4 verwendet werden.The flapper valves 15 and drilling 14 and 16 With their described functions, of course, in an analogous manner for the single-acting hydraulic compensation element after 4 be used.
Wird
das hydraulische Kompensationselement ohne Flappervalves 15 und
Bohrung 14 und 16 (mit der Ausnahme der Befüllbohrung)
hergestellt, so würde
es bidirektional wirken. Bei einer solchen Konstruktion kann das
hydraulische Kompensationselement vorteilhafterweise von beiden
Stirnseiten her mit Kraft beaufschlagt werden.If the hydraulic compensation element without Flappervalves 15 and bore 14 and 16 (with the exception of the filling bore), it would be bidirectional. With such a construction, the hydraulic compensation element can advantageously be acted upon from both end faces with force.
Herstellung des mit dem
Ausgleichsspeicher AS versehen Hydrauliksystems 1 Production of the hydraulic system provided with the compensating accumulator AS 1
Bei
der Herstellung eines mit dem Ausgleichsspeicher AS versehen Hydrauliksystems 1 wird
die elastische Hülse
M mit geeigneter Wandstärke
6, Länge
1 und geeignetem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, beispielsweise α1 =
16·10–6K–1 eng
anliegend über
das Gehäuse
G geschoben und an seinen Endbe reichen mit dem Gehäuse G, welcher
beispielsweise einen Ausdehnungskoeffizienten von α2 aufweist,
verschweißt.In the manufacture of a hydraulic system provided with the compensating accumulator AS 1 is the elastic sleeve M with a suitable wall thickness 6, length 1 and a suitable coefficient of thermal expansion, for example, α 1 = 16 × 10 -6 K -1 pushed close fitting over the housing G and at its Endbe rich with the housing G, which, for example, a coefficient of expansion of α 2 , welded.
Es
wird für
einen optimalen thermischen Ausgleich bevorzugt dass die Ausdehnungskoeffizienten
jeweils der elastischen Hülse
M und des Gehäuses
G ein Verhältnis
von α1 > α2 aufweisen.It is preferred for optimum thermal compensation that the expansion coefficients of each of the elastic sleeve M and the housing G have a ratio of α 1 > α 2 .
Es
wird bevorzugt, dass das Hydrauliksystem 1 trocken, d.h.
ohne Einschluss eines Hydraulikfluids und bei Raumtemperatur bis
auf die Montage der Hülse
M aufgebaut wird.It is preferred that the hydraulic system 1 dry, ie without the inclusion of a hydraulic fluid and at room temperature to the assembly of the sleeve M is constructed.
Anschließend wird
die elastische Hülse
M und das vormontierte Hydrauliksystem auf die niedrigste für das Hydrauliksystem
vorgesehene Betriebstemperatur gebracht, übereinandergeschoben und verschweißt.Subsequently, will
the elastic sleeve
M and the pre-assembled hydraulic system to the lowest for the hydraulic system
provided operating temperature, pushed together and welded.
Wo
das Hydrauliksystem 1 ein hydraulisches Kompensationselement 1' oder 1'' jeweils nach den 4 und 5 ist,
wird es mittels einer geeigneten Vorrichtung über die Befüllbohrung 11 evakuiert
und anschließend
mit entgastem Hydraulikfluid blasenfrei unter einem vorgegebenen
Druck befüllt
und die Befüllbohrung 11 mit
einem Dichtelement 12 hermetisch dichtend verschlossen.
Dieser Vorgang kann bei jeder Temperatur oberhalb der minimalen
Betriebstemperatur erfolgen, solange nur das Hydraulikfluid und das
hydraulische Kompensationselement die gleiche Temperatur aufweisen.Where the hydraulic system 1 a hydraulic compensation element 1' or 1'' each after the 4 and 5 is, it is by means of a suitable device on the filling hole 11 evacuated and then filled with degassed hydraulic fluid bubble-free under a predetermined pressure and the filling hole 11 with a sealing element 12 hermetically sealed. This process can be carried out at any temperature above the minimum operating temperature, as long as only the hydraulic fluid and the hydraulic compensation element have the same temperature.
Der
tatsächliche
Fluiddruck im Hydrauliksystem 1 kann überwacht werden, wenn vor der
Befüllung
eine Kalibrierkurve aufgezeichnet wurde: beispielsweise kann die Änderung
des Durchmessers der elastischen Hülse M auf einer definierten
Höhe des
Gehäuses
G als Funktion eines Gasdruckes, der an der Öffnung der Befüllbohrung
nach Außen
angelegt wird, aufgezeichnet werden, wobei die Temperatur konstant
gehalten wird. Alternativ kann die Auswölbung der Membranen 4, 5 an
einer bestimmten Stelle als Funktion des Druckes als Kalibrierkurve aufgezeichnet
werden. Nach erfolgter Befüllung
und Verschluss der Befüllbohrung 11 kann
der tatsächlich herrschende
Druck durch eine entsprechende Auslenkungsmessung bestimmt werden.
Dieses Verfahren eignet sich zur Befüllprozessentwicklung, um Fluiddrücke genau
einstellen zu können.The actual fluid pressure in the hydraulic system 1 can be monitored if a calibration curve has been recorded before filling: for example, the change in diameter of the elastic sleeve M can be recorded at a defined height of the housing G as a function of a gas pressure applied to the opening of the filling bore to the outside the temperature is kept constant. Alternatively, the bulge of the membranes 4 . 5 be recorded at a particular location as a function of pressure as a calibration curve. After filling and closing the filling hole 11 the actual pressure can be determined by a corresponding deflection measurement. This method is suitable for filling process development to accurately adjust fluid pressures.
Der
Innendruck des Hydrauliksystems 1 kann mit Hilfe der Einpresstiefe
eines Verschlusselementes 12 innerhalb eines kleinen Druckintervalls feinjustiert
werden. Der Einpressvorgang des Verschlusselementes läuft in zwei
Phasen ab:
- a) Das Verschlusselement 12 wird
in die Befüllbohrung 11 eingeführt, wobei
bis in eine geometriebedingte Tiefe t der Befüllbohrung ein Fluidaustausch
vom Innenraum des Hydrauliksystems nach Außen möglich ist.
- b) Bei einer Einpressung über
t hinaus ist kein Fluidaustausch mehr möglich, sodass der Innendruck
im Hydrauliksystem bei weiterem Einpressen des Verschlusselements 12 steigt.
The internal pressure of the hydraulic system 1 can with the help of the Einpresstiefe a closure element 12 be finely adjusted within a small pressure interval. The pressing-in process of the closure element takes place in two phases: - a) The closure element 12 gets into the filling hole 11 introduced, wherein up to a geometry-related depth t of the filling bore a fluid exchange from the interior of the hydraulic system to the outside is possible.
- b) At an injection beyond t, no fluid exchange is possible, so that the internal pressure in the hydraulic system with further pressing of the closure element 12 increases.
Anhand
der Einpresstiefe bei gleichzeitiger Auslenkungsmessung kann also
der Innendruck sehr genau gemessen werden.Based
the offset with simultaneous deflection measurement can thus
the internal pressure can be measured very accurately.
Der
Durchmesser der elastischen Hülse
M ist typischerweise durch Forderungen beispielsweise an die mechanische
Steifigkeit der Hydraulikkammer 9 und die Wandstärke des
Gehäuses 2 festgelegt.
Das Befüllvolumen
wird vorzugsweise möglichst
klein gehalten, wird aber durch den nötigen Kompensationsweg (Mindesthöhe der Hydraulikkammer 9;
Mindesthöhe
unter den Membranen 4, 5) begrenzt.The diameter of the elastic sleeve M is typically by demands, for example, on the mechanical stiffness of the hydraulic chamber 9 and the wall thickness of the housing 2 established. The filling volume is preferably kept as small as possible, but by the necessary compensation path (minimum height of the hydraulic chamber 9 ; Minimum height under the membranes 4 . 5 ) limited.
Die
elastische Hülse
M und dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient wird genau auf den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten des Gehäuses
G, auf das Befüllvolumen
und die thermische Volumenausdehnung des Hydraulikfluids abgestimmt, so
dass über
den gesamten Arbeitstemperaturbereich der im Hydraulikfluid herrschende
Druck in engen Grenzen konstant gehalten wird.The
elastic sleeve
M and its thermal expansion coefficient is exactly on the thermal
Expansion coefficients of the housing
G, on the filling volume
and the thermal volume expansion of the hydraulic fluid is tuned so
that over
the entire working temperature range prevailing in the hydraulic fluid
Pressure is kept constant within narrow limits.
6 zeigt wie das in 5 vorgestellte hydraulische
Kompensationselement 1'' mit einem kleinstmöglichen
Querschnitt realisiert ist. Das hydraulische Kompensationselement
ist dabei bidirektional, da es keine Bohrungen 14, 16 oder 14b mit
den entsprechenden Flappervalves 15 aufweist. Das Gehäuse 2 ist
um einen Gehäuseteil 18b erweitert,
welcher fest am ursprünglichen
Gehäuse 2 angeschweißt wird
ohne dass im Gegensatz zur Hülse 18 gemäß der 5 diese Erweiterung zu einem
insgesamt vergrößerten Querschnitt
des erweiterten Gehäuses
führt.
Die Hülse 18b kann
wie bei der Hülse 18 für denselben
Zweck Bohrungen aufweisen und mit Flappervalves 15 versehen
werden. Um einen minimalen Querschnitt der gesamten Vorrichtung
zu erreichen wird bevorzugt, die Anschweißstellen 21a versenkt
oder zumindest an der Oberfläche
des Gehäuses
glatt auszuführen.
In der Herstellung kann dies anhand eines Überschleifens der Schweißstellen
erreicht werden. Wenn wie hier vorgestellt das Gehäuse 2 mit
einer ununterbrochenen, glatten Mantelfläche bereitgestellt wird, kann
die elastische Hülse
M vorteilhafterweise problemlos über
das Gehäuse
geschoben und der Ausgleichsspeicher AS hergestellt werden. 6 shows like that in 5 presented hydraulic compensation element 1'' realized with a smallest possible cross-section. The hydraulic compensation element is bidirectional, since there are no holes 14 . 16 or 14b with the corresponding flappervalves 15 having. The housing 2 is a housing part 18b extended, which firmly on the original housing 2 is welded without that in contrast to the sleeve 18 according to the 5 this extension results in an overall enlarged cross-section of the expanded housing. The sleeve 18b can be like the sleeve 18 have holes for the same purpose and with flappervalves 15 be provided. In order to achieve a minimum cross-section of the entire device, it is preferred to weld 21a sunk or at least smooth on the surface of the housing. In the manufacturing this can be achieved by grinding the welds. If as presented here the case 2 is provided with a continuous, smooth lateral surface, the elastic sleeve M can advantageously easily pushed over the housing and the balance memory AS are produced.