Mechanische Toleranzen, temperaturbedingte und druckbedingte Längenänderungen, Alterungseffekte eines insbesondere in ei- nem Fluidventil eingesetzten PMA (Piezoelektrischer Multilay- er Aktor), nachfolgend"Piezoaktor"genannt, wirken sich un- mittelbar auf den Öffnungshub eines mit dem Piezoaktor ver- bundenen Fluidventils und damit auf dessen Dosiermenge aus.

Herkömmliche Methoden zur Kompensation der temperaturbeding- ten Längenänderung des Piezoaktors anhand geeigneter Werk- stoffkombinationen werfen aber schwerwiegende Stabilitäts- und Herstellungsprobleme auf.

Das durch den inversen piezoelektrischen Effekt bei Hochleis- tungskeramiken erreichbare Elongationsverhältnis des Piezoak- tors aufgrund des Anlegens einer maximal für den Dauerbetrieb zulässigen Feldstärke von ca. 2KV/mm, beträgt nur 1, 2- 1, 4 um Elongation je 1 mm Länge des Piezoaktors. Bei einer typischen Baulänge des Piezoaktors von ca. 40mm und einem Piezo- Schichtabstand von 80pm bei 160V angelegter Spannung führt der inverse piezoelektrische Effekt zu einer Elongation von maximal 56won. Liegt also zwischen dem Piezoaktor und dem Ge- häuse, in dem der Piezoaktor eingebaut ist, auch nur eine mi- nimale relative Abweichung im effektiven Temperaturdehnungs- koeffizienten von ca. 1*10-6 1/K über die Länge des Piezoak- tors von 40mm vor, so führt dies im automobiltechnisch rele- vanten Temperaturbereich-40°C bis 140°C zu einer Abweichung der für den Ventilbetrieb relevanten Referenzflächen von- 2, 4um bis zu +4, 8pm oder in Summe zu 7, 2pm und bezogen auf die Elongation des Piezoaktors zu einer Abweichungsbandbreite von bis zu 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 Polarisationszu- stand und der mechanischen und elektrischen Belastungsvor- geschichte des Piezoaktors ab. Die Temperaturabhängigkeit der Länge des Piezoaktors ist nichtlinear. Der Temperatur- dehnungskoeffizient kann bei demselben Piezoaktor Werte im Bereich von-5*10-6 1/K bis zu +7*10-6 1/K annehmen.

Aus DE 19940055 Cl ist eine Dosiervorrichtung bekannt, welche sowohl einen Längenausgleich als auch eine steife Kraftüber- tragung gewährleisten kann. Der langsame Längenausgleich er- folgt durch einen lang anhaltenden Überdruck in einer Hydrau- likkammer (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.

Es liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein eine Vorrichtung anzugeben, welche bei geringem Platzbedarf gegenüber kurzzeitigen Kraftbeaufschlagungen steif ist und einen Längenausgleich eines auf die genannte Vorrichtung wir- kenden Elements erreicht.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprü- che gelöst.

Es wird ein hydraulisch abgeschlossenes hydraulisches Kompen- sationselement vorgeschlagen, das mit einem Fluid befüllbar ist und folgende weitere Merkmale umfasst :

- ein hohl-zylinderförmiges Gehäuse mit - einem Innenraum welcher mindestens zwei unterschiedliche queraxiale Durchmesser aufweist und - die Innenwand des Gehäuses mindestens eine axial druckwirksame Fläche aufweist - eine in den Innenraum des Gehäuses führende, verschließba- re Befüllbohrung - einen im Gehäuse axial verschieblich aufgenommenen Kolben mit - mindestens einer axial druckwirksamen Fläche welche der axial druckwirksamen Fläche des Gehäuses gegenüberliegt - einer Außenkontur, die an die Innenwand des Gehäuses derart angepasst ist, dass teilweise Spielpassungen mit fluiddrosselnder Wirkung zwischen dem Kolben und dem Ge- häuse ausgebildet sind - mindestens eine Hydraulikkammer, welche zwischen der min- destens einen axial druckwirksamen Fläche des Kolbens und der mindestens einen axial druckwirksamen Fläche des Ge- häuses ausgebildet ist und jeweils an beiden Seiten mit den Spielpassungen verbunden ist, - elastische Membranen welche am Gehäuse derart befestigt sind, dass Speichervolumina zwischen den Membranen und dem Gehäuse ausgebildet sind, wobei an jeder Stirnseite des Gehäuses mindestens eine elastische Membrane das Gehäuse mit dem Kolben verbindet.

Durch seine Spielpassungen und Hydraulikkammern erreicht das hydraulische Kompensationselement eine hohe Steifigkeit ge- genüber Kraftbeaufschlagungen. Durch die elastischen Membra- nen wird gleichzeitig ein Längenausgleich eines auf das hyd- raulische Kompensationselement wirkenden Elements erreicht und eine thermische Volumenänderung des im hydraulischen Kom- pensationselement befindlichen Fluids abgefangen.

Unter"hydraulisch abgeschlossenen"wird verstanden, dass das hydraulische Kompensationselement mit einem außerhalb des

hydraulischen Kompensationselements befindlichen hydrauli- schen Systems nicht hydraulisch in Verbindung steht.

Das hydraulische Kompensationselement kann also vorteilhaft- erweise als modulare Einheit hergestellt und getestet werden.

Unter dem Begriff"axial"wird die Achse des Gehäuses ver- standen, die durch seine beiden Stirnseiten verläuft. Unter "axial"auch wird die Richtung der Krafteinwirkungen-und Übertragungen des hydraulischen Kompensationselements ver- standen. Unter"axial"wird allerdings auch"im wesentlichen axial"verstanden.

Das hydraulische Kompensationselement wird vorzugsweise in einem Injektor und/oder in einem Common-Rail-Injektor verwen- det.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Dabei zeigen Figur 1 eine erste, einfache Ausbildung des hydraulischen Kompensationselements, Figur la den Einbau des hydraulischen Kompensationselements in einer Dosiervorrichtung Figur 2 eine Weiterbildung des hydraulischen Kompensations- elements in einer Seiten-und Querschnittsansicht bei der das Gehäuse eine axiale Bohrung aufweist welche über ein Rückschlagventil zu einer Hydrau- likkammer führt, Figur 3 eine Weiterbildung des hydraulischen Kompensations- elements in einer Seiten-und Querschnittsansicht bei der der Kolben parallel zum Gehäuse und zur

Kolbenachse laufende Bohrungen aufweist welche über ein Rückschlagventil mit der Hydraulikkammer ver- bunden sind, Figur 4 eine Weiterbildung des hydraulischen Kompensations- elements bei der die Befüllbohrung zu einem Spei- chervolumen führt, Figur 5 eine Weiterbildung des hydraulischen Kompensations- elements bei der das Gehäuse um eine Hülse verlän- gert ist und eine zweite Hydraulikkammer zwischen Gehäuse und Kolben ausgebildet ist, Figur 6 eine Weiterbildung des hydraulischen Kompensations- elements bestehend aus einer Kombination der Figu- ren 3 und 5, Figur 7 eine Darstellung der Funktionsweise des hydrauli- schen Kompensationselements nach Figur 6, Figur 8 eine Weiterbildung des hydraulischen Kompensations- elements bestehend aus einer Kombination der Figu- ren 3 und 5, wobei die Befüllbohrung in eine axiale Bohrung des Gehäuses mündet, Figur 9 eine Weiterbildung des hydraulischen Kompensations- elements bei der das um eine Hülse erweiterte Ge- häuse gemäß Figur 5 axiale Durchbohrungen aufweist, Figur 10 eine Weiterbildung des hydraulischen Kompensations- elements bei der sowohl das um eine Hülse erweiter- te Gehäuse als auch der Kolben gemäß Figur 5 axiale Bohrungen aufweisen welche jeweils mit einem Rück- schlagventil verbunden sind, Figur 11 eine Weiterbildung des hydraulischen Kompensations- elements bei der das Gehäuse um eine Hülse erwei-

tert ist, welche mit im Vergleich zur Hülse gemäß den Figuren 5 bis 10 einen kleineren Außendurchmes- ser aufweist, Figur 12 eine Weiterbildung des hydraulischen Kompensations- elements mit einer zusätzlichen Membrane, und Figur 13 eine Weiterbildung des hydraulischen Kompensations- elements bestehend aus einer Kombination der Figu- ren 5 und 12 Figur 1 zeigt wie das hydraulische Kompensationselement 1 mit der Ausnahme einer Befüllbohrung 11 rotationssymmetrisch auf- gebaut ist. Das hydraulische Kompensationselement 1 besteht aus einem hohl-zylinderförmigen Gehäuse 2, einem im Gehäuse verschieblich aufgenommenen Kolben 3, elastische Membranen 4,5, welche jeweils an den Stirnseiten S1 und S2 des Gehäuses befestigt sind, Speichervolumina 8 und 10 welche zwischen den Membranen und dem Gehäuse ausgebildet sind, einer Hydraulik- kammer 9 und aus der Befüllbohrung 11 und einem dazugehörigen Verschlusselement 12. Die Endbereiche des Kolbens 3 können aus den Stirnseiten des Gehäuses herausragen. Die Hydraulik- kammer 9 und die Speichervolumina 8 und 10 sind mit einem Fluid auswählbarer Viskosität gefüllt.

Der Kolben 3 besteht aus einer Kolbenstange 3b und einem Be- reich vergrößerten Querschnitts 3a, welcher auch als Scheibe 3a bezeichnet werden kann. Die Scheibe 3a weist zwei jeweils zu den Stirnseiten des Gehäuses druckwirksamen Flächen 3a und 3a auf. Die Flächen sind vorzugsweise Kreisringflächen welche im wesentlichen axial ausgerichtet sind um die axiale Druckwirksamkeit zu erreichen. Die Ausrichtungen der Flächen müssen nicht zwingend parallel zur Kolbenachse verlaufen, sondern können einen Winkel zur Kolbenachse aufweisen, solan- ge deren axiale Druckwirksamkeiten gewährleistet ist. Die Flächen können bedarfsweise rau oder zumindest ungleichmäßig ausgestaltet werden. Der Kolben 3 weist vorzugsweise eine

Bohrung 13 auf, durch die elektrische Zuleitungen K geführt werden können. Die elektrischen Zuleitungen können zur An- steuerung eines Piezoaktors in einem Injektor verwendet wer- den.

Das Gehäuse 2 weist einen Innenraum auf, welcher mindestens zwei unterschiedliche Innendurchmesser aufweist. Die Innen- wand des Gehäuses weist auch mindestens eine axial druckwirk- same Fläche 2a auf, welche der Fläche 3a des Kolbens 3 ge- genüberliegt. Die Fläche 2a ist auch hier vorzugsweise eine Kreisringfläche.

Zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolben 3 ist ein Spielraum ge- bildet, welcher durch Spielpassungen 6,7, der Hydraulikkammer 9 und den Speichervolumina 8,10 gekennzeichnet ist. Die Au- ßenkontur des Kolbens 3 ist an die Form der Innenwand des Ge- häuses 2 angepasst, dennoch ist stets der oben genannte Spielraum gewährleistet um eine relative Verschiebung zwi- schen dem Kolben 3 und dem Gehäuse 2 zu erlauben. Der Spiel- raum im Bereich der Speichervolumina 8 und 10 erlaubt zudem das Ausbeulen und die Kontraktion der Membrane 4 und 5.

Spielpassung und Hydraulikkammer Die Spielpassungen 6,7 dichten die aus der oberen, axial druckwirksamen Fläche 3a des Kolbens 3 und der gegenüber liegenden axial druckwirksamen Fläche 2a des Gehäuses 2 ge- bildeten Hydraulikkammer 9 gegenüber den Speichervolumina 8, 10 nahezu ab. Ein Fluidaustausch ist zwischen den Speichervo- lumina 8,10 und der Hydraulikkammer 9 nur stark gedrosselt durch die Spielpassungen 6,7 möglich. Die Speichervolumina 8,10 werden mittels den am Kolben 3 und am Gehäuse 2 durch Anschweißpunkte 4a, 5a dichtend befestigten elastische Memb- ranen 4,5 vorzugsweise hermetisch dicht nach Außen abgedich- tet. Die elastischen Membrane können also auch als elastische Abdichtungen bezeichnet werden. Die Membrane 4 und 5 sind vorzugsweise ringförmige Flachmembrane.

Die hinsichtlich ihrer druckbelasteten Fläche und ihrer Krafteinleitung in den Kolben 3 am kleinen Durchmesser und in das Gehäuse 2 an ihrem Außendurchmesser identisch ausgelegten elastischen Membranen bilden zusammen mit dem Kolben 3 und dem Gehäuse 2 einen hermetisch dicht abgeschlossenen Innen- raum des hydraulischen Kompensationselements 1 der mit ent- gastem Silikonöl geeigneter Viskosität unter Druck blasenfrei gefüllt ist. Ein derartiger Aufbau ist druckausgeglichen, d. h. durch den Befülldruck wird keine Nettokraft zwischen Kolben und Gehäuse hervorgerufen. Der Innenraum des hydrauli- schen Kompensationselements 1 unterscheidet sich vom zuvor genannten Innenraum des Gehäuses 2 dadurch, dass der Innen- raum des hydraulischen Kompensationselements insbesondere auch die Speichervolumina 8 und 10 umfasst.

Das hydraulische Kompensationselement 1 wird mittels einer geeigneten Vorrichtung evakuiert, um anschließend über die Befüllbohrung 11 mit entgastem Silikonöl blasenfrei und unter einem Grunddruck stehend befüllt zu werden. Ein Verschluss- element 12 in der Form einer Kugel oder eines Passstiftes verschließt die Befüllbohrung 11 gasdicht. Das Verschlussele- ment 12 kann zusätzlich durch Verkleben oder Verschweißen ge- sichert sein. Die Befüllbohrung 11 führt zur Spielpassung 6, damit das parasitäre in der Befüllbohrung 11 eingeschlossene Fluidvolumen (ein Grundprinzip des hydraulischen Kompensati- onselementes ist es das eingeschlossene Volumen möglichst klein zu halten ; daher ist jedes Extravolumen störend, also parasitär) nur über die Spielpassung 6 stark gedrosselt mit der Hydraulikkammer 9 in Verbindung steht. Eine hydraulisch ungedrosselte bzw. nur schwach gedrosselte Verbindung der Be- füllbohrung 11 mit der Hydraulikkammer 9 hätte stattdessen einen Steifigkeitsverlust der Hydraulikkammer zur Folge.

Die Breite und Länge der Spielpassungen 6,7, und damit deren Drosselwirkungen, sind vorzugsweise auf die Viskosität des Fluids genau abgestimmt. Die Verwendung von Silikonöl wie

z. B. Baysilone@ M wird durch seine wesentlich geringere Ab- hängigkeit der Viskosität von der Temperatur verglichen mit Mineralölen in einem relevanten Temperaturbereich und der daraus resultierenden vereinfachten Abstimmung der Drossel- wirkung der Spielpassungen bevorzugt.

Die Funktion des hydraulischen Kompensationselements 1 ba- siert darauf, dass mittels der Hydraulikkammer 9 kurzzeitig bei einer zu vernachlässigenden relativen Verschiebung zwi- schen dem Kolben 3 und dem Gehäuse 2 sehr hohe Kräfte über- tragen werden können und die Hydraulikkammer eine einem Fest- körper vergleichbare Steifigkeit aufweist, während eine lang- same relative Verschiebung zwischen dem Kolben 3 und dem Ge- häuse 2 innerhalb gewisser Grenzen, wie beispielsweise der Höhe der Hydraulikkammer, nahezu kräftefrei (Steifigkeit 0) erfolgt. Daher ist das hydraulische Kompensationselement zum Einsatz in kurzzeitig oder periodisch arbeitenden Schaltven- tilen einsetzbar, wobei vorzugsweise die Zeit der Kraftüber- tragung des hydraulischen Kompensationselements 1 im Ver- gleich zur Entleerzeit der Hydraulikkammer 9 sehr kurz ist.

Grundsätzlich können keine statischen Kräfte zwischen dem Kolben 3 und dem Gehäuse 2 über die Hydraulikkammer 9 über- tragen werden.

Figur la zeigt wie das hydraulische Kompensationselement in einer Dosiervorrichtung D eingebaut ist. Die Dosiervorrich- tung besteht aus einer Aktuatoreinheit A, welche einen Piezo- aktor P, eine Rohrfeder C, und zwei Endkappen E1 und E2 auf- weist. Der Piezoaktor ist vorzugsweise mittels der an ihren beiden Enden mit den Endkappen E1, E2 verbundene Rohrfeder druckvorgespannt. Die Endkappen E1, E2 sind vorzugsweise je- weils mit dem Kolben 3 des hydraulischen Kompensationsele- ments und mit einer Ventilnadel VN einer Ventileinheit B ver- bunden. Der Kolben 3 des hydraulischen Kompensationselements ist vorzugsweise an seiner Stirnseiten S1 mit einem Rück- stellmechanismus, beispielsweise mit einer Feder F1, und an seiner zweiten Stirnseite mit der einen Endkappe E1 der Aktu-

atoreinheit verbunden. Das Gehäuse 2 des hydraulischen Kom- pensationselement ist mit einem festen Lager L verbunden und ist somit relativ zur Aktuatoreinheit nicht beweglich. Genau- er : 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 Speicher- volumen 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 Kompen- sationselement steif ist. Somit drückt die Endkappe E2 steif auf die Ventilnadel VN der Ventileinheit B damit ein Dicht- element bzw. ein Ventil geöffnet werden kann. Bei langsamen Dehnungen des Piezoaktors, wie nachfolgend genauer beschrei- ben, ist der Kolben relativ zum Gehäuse aber kraftlos ver- schieblich. Mittels des Rückstellmechanismus F kann der Kol- ben aber wieder in eine mittige Position gedrückt werden. Es ist auch möglich, dass die Endkappe El mit dem Gehäuse 2 auf Stirnseite S2 und der Kolben 3 mit dem Gehäuse der Dosiervor- richtung fest verbunden ist. In diesem Falle würde die Feder F1 mit der Stirnseite S1 des Gehäuses verbunden sein.

Es wird bevorzugt, dass ein Rückstellmechanismus in der Form eine Anschlags welcher als Ventilsitz-oder Teller VS ausge- führt ist, in der Ventileinheit bereitgestellt ist. In diesem Falle könnte die Ventilnadel VN nicht über die Ebene des Ven- tilsitzes VS hochgezogen werden, sodass dadurch der Kolben gezwungen wird, immer wieder in eine mittige Position relati- ve zum Gehäuse zurückzukehren.

Es kann auch ein alternativer Rückstellmechanismus in der Form eines Anschlags bereitgestellt werden, welcher als Ver- jüngung des Gehäuses der Dosiervorrichtung realisiert ist.

Die Endkappe E2, welche vorzugsweise mit einem Stößel ausge- bildet ist, und der Anschlag können jeweils Strukturen auf- weisen, welche gegenseitig ein Schlüssel-Schloss Prinzip der- art darstellen, dass bei der Herstellung der Dosiervorrich-

tung die Endkappe E2 am Anschlag vorbeigeführt wird und nach ihrer anschließenden Drehung die Endkappe nicht mehr am An- schlag vorbeigeführt oder gezogen werden kann. Somit würde ein maximaler Abstand zwischen einem Dichtelement des Ventils und der Endkappe immer gewährleistet sein.

Die vorzugsweise weiche Feder F2 ist ebenfalls ein Rückstell- mechanismus, dessen Nettokraftwirkung dazu führt, dass der Kolben 3 wieder in eine mittige Position nach einer oder meh- reren Krafteinwirkungen gezogen wird.

Wird durch den Kolben 3 über das Fluid in der Hydraulikkammer 9 eine Druckkraft F auf das Gehäuse 2 übertragen, welche den Kolben 3 und das Gehäuse 2 axial aufeinander zubewegen will, so steigt der Druck in der Hydraulikkammer 9 mit einer Kreis- ringfläche Ak um AP=F/Ak gegenüber dem Grunddruck Po in den Speichervolumina 8,10 an, und die Höhe der Hydraulikkammer 9 beginnt sich mit einer konstanten Driftgeschwindigkeit lang- sam zu reduzieren, wobei das Fluid in der Hydraulikkammer 9 über die Spielpassungen 6,7 in die Speichervolumina 8,10 hin- ein entleert. Der Volumenstrom des Fluids ist direkt propor- tional zu AP, und damit zu F, und umgekehrt proportional zur Drosselwirkung der Spielpassungen 6,7. Eine Kraftübertragung kann daher nur als kurzzeitig verstanden werden, wenn der Driftweg des Kolbens bzw. der Volumenstrom des Fluids während der Zeitspanne der Krafteinwirkung auf den Kolben 3 vernach- lässigbar ist und die Hydraulikkammer 9 während der Kraftein- wirkung als nahezu dicht betrachtet werden kann.

Das hydraulische Kompensationselement 1 ist auch in der Lage Zugkräfte zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolben 3 zu übertra- gen, allerdings ist die Zugkraft beschränkt durch den im hyd- raulischen Kompensationselement vorherrschenden Grunddruck Po. Unter einer Zugkraft wird eine Kraft verstanden, welche den Kolben und das Gehäuse axial voneinander wegbewegen und somit das Volumen in der Hydraulikkammer vergrößern will. Ei- ne am hydraulischen Kompensationselement angreifende Zug-

kraft, also beispielsweise wenn am Kolben 3 an der Stirnseite S2 gezogen wird, führt zu einer Druckabsenkung in der Hydrau- likkammer 9 von APo=F/A. Da Drücke aber nicht negativ werden können ist die maximal denkbare Druckabsenkung AP = Po und sodass dadurch F"g-max=PO*A gilt.

Fluidverhalten bei Temperaturschwankungen Das in das hydraulische Kompensationselement 1 eingeschlosse- ne Fluidvolumen ist auf ein Minimum hin optimiert. Dies ist notwendig, da im automobiltechnisch relevanten Temperaturbe- reich von-40 bis 140°C die Betriebstemperatur bei einer Ein- fülltemperatur von 20°C zwischen-60°C bis 120°C schwankt.

Ist die eingefüllte Fluidmenge bei 20°C bei einem bestimmten Volumen Vo gewesen, so ändert sich beispielsweise das Volumen von Silikonölen z. B. Baysilone mit einem typischen Volumenän- derungskoeffizienten von 1*10-3 K-1 in einem relevanten Tempe- raturbereich um ca.-6% bis zu 12% bezogen auf das ursprüng- liche Volumen Vo.

Beträgt nun die Höhe der Hydraulikkammer 9 im Ruhezustand des Kolbens 3 150pm und besitzt der Innenraum des Gehäuses 2 ei- nen großen Durchmesser von 14mm und einen kleineren Durchmes- ser von 5mm, so beträgt das eingeschlossene Fluidvolumen bei 20°C ca. 36mm3 (V0) mit einem Schwankungsbereich von-2. 2mrn3 bei-40°C bis zu 4, 3mm3 bei +140°C bezogen wiederum auf das ursprüngliche Volumen Vo bei einer Raumtemperatur von 20°C.

Membrane Diese thermische Änderung des Fluidvolumens wird aber vor- teilhafterweise durch die Elastizität der Membranen 4,5 aus- geglichen. Sie beulen sich bei Temperaturerhöhung aus und vergrößern den Innenraum des hydraulischen Kompensationsele- ments 1. Ein umgekehrter Effekt erfolgt bei reduzierter Tem- peratur. Die Membrane werden hinreichend druckstabil und elastisch ausgelegt damit die temperaturabhängige Volumen-

schwankung des Fluids ausgeglichen wird und gleichzeitig der Kolben 3 und das Gehäuse 2 relativ zueinander axial nahezu kraftlos verschiebbar sind. Die Änderung des Fluidvolumens führt also zu keiner Nettokraftwirkung zwischen dem Kolben 3 und dem Gehäuse 2.

Die Membrane 4,5 sind so optimiert, dass sie einer axialen Relativverschiebung zwischen dem Kolben 3 und dem Gehäuse 2 nur eine zu vernachlässigende Kraft aufgrund ihrer möglichst geringen mechanischen Steifigkeit entgegensetzen. Sie bilden dennoch einen Anschlag, der das Auseinanderziehen von Kolben 3 und Gehäuse 2 ab einer durch die Anschweißpositionen 4a, 5a der Membranen definierten Lage verhindert. Legt sich bei- spielsweise die Membrane 4 am Gehäuse 2 an und/oder die unte- re Membrane 5 am Kolben, so wird ein weiteres Auseinanderzie- hen verhindert.

Die Membrane sind weitgehend flach ausgelegt, wobei sie sich in natürlicher Weise in Richtung des Gehäuses oder des Kol- bens krümmen. Sie weisen vorzugsweise eine abdichtende Funk- tion auf und können somit auch als elastische Abdichtungen bezeichnet werden.

Die Elastizität der Membranen 4,5 kann bei gleicher Druckfes- tigkeit dadurch erhöht werden, dass anstelle einer einzelnen Membranen 4,5 mit einer Wanddicke d, n-Membranen der Dicke d/n geschichtet werden. Durch geeignete Formgebung des Memb- ranenbereichs nahe am Kolben 3 können die mechanischen Span- nungen nahe der Anschweißlinie 4a bzw. 5a in materialverträg- lichen Grenzen gehalten werden.

Durch eine Formgebung der Membranen 4,5 mittels einer aufge- prägten Struktur, wie beispielsweise einer Wellenstruktur in radialer Ausrichtung oder einer Wellenstruktur in Umfangs- richtung, können die Membrane hinsichtlich ihrer Steifigkeit gegenüber axialen Verschiebungen des Kolbens und auch hin- sichtlich ihres Speichervermögens optimiert werden.

Eine Optimierung der Membranen kann auch durch ein geeignetes Profil in der Membranendicke, also durch eine Dickenvariati- on, erfolgen oder es können Abdichtungen beispielsweise in der Form von Bälgen oder Metallbälgen ausgestaltet werden.

Die Membrane können auch mehrlagig ausgeführt sein. Flexible Abdichtungen können als Kombination von Flachmembranen mit Bälgen ausgestaltet sein. Es werden vorzugsweise Kunststoff-, Kautschuk-oder faserverstärkte Membranen verwendet.

Die Werkstoffsauswahl für die Membrane ist nicht auf metalli- sche Werkstoffe beschränkt. Es können alle Arten von hinrei- chend druckfesten und temperaturstabilen Werkstoffen oder Verbundswerkstoffen eingesetzt werden wie z. B. elastomere Kunststoffe oder CFK-, GFK-Verbundfasermaterialen.

Durch den Einsatz mechanisch weicher und reibungsarm abdich- tender Metall-, Kunststoff-oder Kautschukmembranen wird die Verwendung von reibungsverursachenden und damit stark funkti- onsbeeinträchtigender aber billiger 0-Ringe des Standes der Technik vermieden.

Die Membranen 4,5 können hinsichtlich ihrer druckbelasteten Fläche und ihrer Krafteinleitung in den Kolben 3 am kleinen Durchmesser und in das Gehäuse 2 an ihrem großen Durchmesser asymmetrisch ausgelegt sein. Dabei ist das hydraulische Kom- pensationselement 1 nicht mehr druckausgeglichen, sondern entfaltet eine druckabhängige Kraftwirkung welcher für be- stimmte Applikationen vorteilhaft sein kann. Ein sich mit der Temperatur ändernder Innendruck im Hydraulikfluid führt in diesem Fall zu einer dem Druck direkt proportional folgenden Nettokraftwirkung zwischen dem Kolben 3 und dem Gehäuse 2.

Der Proportionalitätsfaktor ist gezielt einstellbar.

Um das Ausbeulen der Membranen zu erhöhen wird bevorzugt, sie aus einem Werkstoff mit einem anderen, vorzugsweise höheren, Temperaturdehnungskoeffizient als dem des Gehäuses und/oder des Kolbens herzustellen. Bei steigender Temperatur bewirkt

die Differenz der Temperaturdehnungskoeffiziente eine stärke- re Durchmesservergrößerung der Membranen 4,5 verglichen mit der des Gehäuses 2 und/oder des Kolbens 3. Durch die herme- tisch dichte Befestigung der Membranen am Gehäuse 2 und am Kolben 3 besteht eine Einspannbedingung am Innen-und Außen- durchmesser der Membranen 4,5. Daher kann die Differenz in der Durchmesservergrößerung zwischen dem Gehäuse 2 und der Membrane nur in einer verstärkten Auswölbung der Membranen abgefangen werden, welches einem Bi-Metall Effekt entspricht.

Nach Bedarf können die Membrane untereinander auch unter- schiedliche Temperaturdehnungskoeffizienten aufweisen.

Unterschiedliche Temperaturdehnungskoeffienzienten des Gehäu- ses und des Kolbens Bei einem hydraulischen Kompensationselement der vorgestell- ten Art muss eine reibungsarme Bewegung des Kolbens 3 relativ zum Gehäuse 2 gewährleistet sein, da ansonsten seine ange- strebte Ausgleichsfunktion nicht oder nur eingeschränkt gege- ben 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 zwi- schen Kolben und Gehäuse ist zusätzlich eine hinreichende Oberflächengüte der Außenseite des Kolbens und/oder der In- nenwand des Gehäuses, insbesondere eine geringe Oberflächen- rauhigkeit, wie sie beispielsweise durch Schleifen herge- stellt werden kann, und um Verkippungen zu vermeiden, eine ausreichende Führungslänge, vorteilhaft. Eine Einhaltung der Passungsmasse von Kolben und Zylinder wird derart sicherge- stellt, dass es nicht nur im Montagezustand sondern auch im stationären und instationären Betrieb des hydraulischen Kom- pensationselements zu keinem Klemmen oder reibungsbehafteten Gleiten (Stick-Slip) des Kolbens im Gehäuse, beispielsweise durch eine stärkere thermische Ausdehnung des Kolbens in Be- zug auf das Gehäuse oder eine stärkere thermische Kontraktion des Gehäuses in Bezug auf den Kolben, kommen kann. Insbeson- dere im Instationärbetrieb und bei hohen Betriebsfrequenzen

entstehen aufgrund der hohen und sich zeitlich stark ändern- den Wärmefreisetzung des Aktors bei gleichzeitiger Kühlung durch den Kraftstoff radiale Temperaturgradienten, die zu ei- ner unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Kolben und Zylinder und bei nicht sachgerechter Auslegung zu Klemmungen führen können. Dieses kann durch folgende Maßnahmen verhin- dert werden : a. ) der Kolben und das Gehäuse bestehen aus dem gleichen Ma- terial oder Materialien mit dem gleichen thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten. Zur Vermeidung von Klemmungen ist ein hinreichend großes Spaltmaß zwischen Kolben und Zylinder im Bereich von 10 bis 50 um in Verbindung mit einem Fluid höhe- rer Grundviskosität im Bereich 100 bis 1000 Centistokes bei ausreichender Führungslänge des Kolbens im Gehäuse zur Ver- meidung von Verkippungen, zu wählen. b. ) Erwärmt sich der Kolben z. B. stärker als das Gehäuse auf- grund eines angeschlossenen Antriebselementes wie z. B. auf- grund des Piezoaktors (hierbei entsteht ein nicht zu vernach- lässigender radialer Temperaturgradient), so wird für den Kolben 3 ein Material mit kleinerer thermischer Dehnung ge- wählt, wodurch der Kolben nicht in den engen Spielpassungen 6,7 zu klemmen beginnt. c. ) Kann man davon ausgehen, dass sich der Kolben 3, das Hydraulikfluid und das Gehäuse G immer auf nahezu gleicher Temperatur befinden, so kann der Temperatureinfluss auf die Spaltströmung zwischen den Spielpassungen 6, 7, 19 im durch ei- nen 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 Hydrau- likfluids gemäß einem Exponentialgesetz mit der Temperatur abnimmt und der Volumenstrom des Hydraulikfluids entlang der Spielpassungen entsprechend exponentiell zunimmt. Der Volu- menstrom 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 so- mit sind die Temperatureffekte auf das Passmaß und auf die Viskosität gegenläufig.

Ausgleich einer thermisch induzierten Längenänderung des Pie- zoaktors Bei Einspritzventilen bzw. Injektoren für Verbrennungsmotoren treten Effekte mit hinreichend unterschiedlichen Zeitskalen auf : - Typische Einspritzzeiten von ca. lms bis 3ms in der die Hydraulikkammer 9 eine Kraft übertragen muss.

- Langsame thermische Vorgänge im Sekunden bis Minutenbe- reich, wobei ein Fluidaustausch im hydraulischen Kompensa- tionselement ungehindert stattfinden muss.

Die Erfindung sieht aber vor, dass ein Piezoaktor A mit dem Kolben 3 oder mit dem Gehäuse 2 verbunden sein kann und seine langsame thermisch induzierte Längenänderung nicht zu einer Kraftübertragung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse führt.

Wenn der Piezoaktor A sich aufwärmt und dies zu seiner Län- genänderung im Sekunden-oder Minutenbereich führt, bewirkt die Längenänderung nur eine nahezu vernachlässigende Kraft auf den Kolben 3 oder auf das Gehäuse 2. Die Injektorfunktion wird daher durch langsame z. B. thermische Längenänderungen nicht beeinträchtigt. Impulsartige Kraftbeauschlagungen auf das hydraulische Kompensationselement können allerdings nach wie vor steif übertragen werden.

Wiederholt auftretende Krafteinwirkungen auf das hydrauli- sches Kompensationselement 1 kumulieren sich aber indem sich der Verschiebeweg zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolben 3 ad- diert. Aus diesem Grund wird ein Rückstellmechanismus, wie zu Figur la beschreiben, vorgeschlagen der den Kolben 3 in der

Austastlücke in seine Anfangslage zurückversetzt. Die Aus- tastlücke ist die Zeit, in der das hydraulische Kompensati- onselement nicht mit einer Kraft belastet wird und sich der Kolben wieder in seine Ruhelage bewegen kann.

Da ein anzutreibendes Fluidventil in einem Injektor fast im- mer in Form eines Teller-oder Sitzventils realisiert ist, besitzt es mindestens einen festen Anschlag in der Form einer Dichtfläche oder Dichtlinie VS, durch die die geschlossenen Anfangsposition des Schließelementes relativ zum Ventilgehäu- se festgelegt ist. Wird bei der Verwendung des hydraulischen Kompensationselements 1 in ein derartiges Ventil, bei dem ei- nerseits der Kolben 3 auf der Stirnseite Sl mit dem Piezoak- tor A und auf der Stirnseite S2 mit dem Schließelement wie eine Ventilnadel fest verbunden ist und andererseits das Ge- häuse 2 des hydraulischen Kompensationselements 1 mit einem festen Lager B wie ein Ventilgehäuse verbunden ist, wird auf einfachste Weise ein Rückstellmechanismus bereitgestellt.

Die Rückstellung kann wie in Figur la gezeigt auch durch eine am Kolben 3 angreifende Feder Fl realisiert werden, welche den Kolben 3 auf Anlage mit dem Piezoaktor und den Piezoaktor auf Anlage mit der Ventilnadel hält. Hierbei müssen die hyd- raulische Kompensations-und Antriebselemente sowie Antriebs- element und Schließelement nicht fest verbunden sondern nur auf Anlage gehalten werden.

Bei höheren Tastraten kann es dazu kommen, dass der Druck in der Hydraulikkammer am Ende der Austastlücke noch nicht den Wert PO der Ruhelage des Kolbens erreicht hat (unvollständige Rückbefüllung) und sich eine dynamische Zugkraft zwischen dem Kolben 3 und Gehäuse 2 einstellt. Ein analoges Verhalten tritt bei wiederholten Zugkräften auf. Die Tastrate ist durch das Verhältnis der Zeit in der eine Kraft über die Hydraulik- kammer 9 übertragen wird zur Dauer zwischen zwei aufeinander- folgender Krafteinwirkungen (Periodendauer) definiert.

Der vollständige Rückfluss des Fluids kann aber auch bei hö- heren Tastraten mittels eines Rückschlagventils 15 wie nach- folgend vorgestellt erreicht werden.

Vorstellung der Flappervalves und der für den Rücklauf erfor- derlichen Bohrungen Figur 2 zeigt ein in der Hydraulikkammer 9 aufgenommenes Rückschlagventil 15, nachfolgend auch"Flappervalve"genannt, welches eine das Speichervolumen 10 mit der Hydraulikkammer 9 verbindende zusätzliche im Gehäuse 2 eingearbeitete Bohrung 14 an ihrem einen Ende abdeckt. Das Flappervalve 15 bewirkt eine Einstellung des Fluidstroms durch die Bohrung 14. Es ist durch Anschweißpunkte 17 auf die Kreisringfläche 2a des Ge- häuses 2 gegenüber der axial druckwirksamen Kreisringfläche des Kolbens 3a aufklappbar fixiert.

Wird der Kolben 3 von einer Kraft F (in Richtung des Pfeils) belastet, entsteht ein Überdruck in der Hydraulikkammer 9 so- dass das Flappervalve 15 am Gehäuse 2 angepresst bleibt und die Bohrung 14 geschlossen wird. Dadurch bleibt das hydrauli- sche Kompensationselement steif. Sobald in der Austastlücke die Kraft F nachlässt drücken die Membranen 4,5 oder allge- mein ein mit dem Kolben 3 zusammenwirkendes Rückstellmecha- nismus den Kolben 3 wieder in die der Kraft F entgegengesetz- te Richtung. Somit entsteht in der Hydraulikkammer 9 ein Un- terdruck, der das Flappervalve zum Öffnen zwingt. Der Rück- fluss der Flüssigkeit vom Speichervolumen 10 in die Hydrau- likkammer 9 wird beschleunigt, da der Rückfluss nicht nur durch die Spielpassungen 6,7 möglich ist, sondern auch durch die zusätzliche Bohrung 14.

Die untere Zeichnung dieser Figur ist eine Querschnittsan- sicht des hydraulischen Kompensationselements, bei der ein ringförmiges Flappervalve 15 dargestellt ist.

Figur 3 zeigt wie anstelle des Gehäuses 2 der Kolben 3 mit Bohrungen 16 versehen wird welche auch ein Speichervolumen 8 mit einer Hydraulikkammer 9 verbinden. Entsteht zu Beginn der oben genannten Austastlücke ein Unterdruck in der Hydraulik- kammer 9, und wird am Flappervalve 15, welches in diesem Aus- führungsbeispiel an der Kreisringfläche 3a des Kolbens 3 aufklappbar befestigt ist, durch die Differenzdruckbedingte gezogen, so wird die Bohrung 16 freigegeben und der Flu- idstrom durch die Bohrung in die Hydraulikkammer deutlich be- schleunigt.

Die untere Zeichnung der Figur 3 ist ebenfalls eine Quer- schnittsdarstellung der oberen Zeichnung.

Die hydraulischen Kompensationselemente nach den Figuren 2 und 3 mit deren jeweiligen Flappervalves erreichen Tastraten- verhältnisse von bis zu 0,8.

Figur 4 zeigt eine Weiterbildung eines hydraulischen Kompen- sationselements 1 nach Figur 1, bei dem eine Befüllbohrung lla an das Speichervolumen 10 verbunden ist. Im Gegensatz zu den Figuren 1 bis 3 drosselt bei dieser Ausführungsform die Spielpassung 6 gesamten axialen Länge sodass ihre Drosselwir- kung erhöht wird.

Hydraulisches Kompensationselement mit zwei Hydraulikkammern Figur 5 zeigt ein hydraulisches Kompensationselement, bei dem das Gehäuse 2 um einen Teil 18 erweitert ist. Der erweiterte Teil 18 kann als Hülse bezeichnet werden. Die Außenkontur des Kolbens 3 ist auch wieder an die Innenwand der Hülse 18 der- art angepasst, sodass eine zusätzliche Spielpassung 19 zwi- schen dem Kolben 3 und der Hülse 18 gebildet wird. Die Hülse 18, der Kolben 3 und das Gehäuse 2 begrenzen eine zweite un- tere Hydraulikkammer 20, welche zwischen einer axial druck- wirksamen Fläche 2a"der Hülse 18 und der einen axial druck- wirksamen Fläche 3a"des Kolbens 3 ausgebildet ist. Das Ge-

häuse 2 und die Hülse 18 sind fluiddicht und mechanisch steif beispielsweise mittels Schweißnähten 21 miteinander verbun- den. Die untere Membrane 5 ist an ihrem Innendurchmesser am unteren Ende des Kolbens 3 und an ihrem Außendurchmesser an der Hülse 18 nach Außen hermetisch dichtend befestigt.

Ein Aufbau mit zwei Hydraulikkammern 9 und 20 führt zu einer Verdoppelung der Steifigkeit des hydraulischen Kompensations- elements wenn er durch eine kurzzeitige Kraft belastet wird.

Die verdoppelte Steifigkeit wird vorteilhafterweise bei nahe- zu gleichem Außendurchmesser wie der Außendurchmesser der hydraulischen Kompensationselemente mit nur einer Hydraulik- kammer 9 erreicht.

Mittels der beiden Hydraulikkammern 9,20 kann eine Kraft auf einem der beiden Stirnseiten Sl oder S2 angelegt werden. Das hydraulische Kompensationselement ist somit bidirektional.

Eine Kraft kann auf das Gehäuse 2 oder alternativ auf den Kolben 3 angelegt werden kann ohne dass die Kompensations- und Kraftübertragungseigenschaften des hydraulischen Kompen- sationselements 1 geändert werden. Das durch die Hülse 18 er- weiterte Gehäuse 2 kann einerseits steif mit einem festen La- ger B verbunden sein und der Kolben 3 andererseits mit einem Piezoaktor A. Umgekehrt könnte das Gehäuse 2 mit dem Piezoak- tor A und der Kolben 3 steif mit dem festen Lager B verbunden sein. Dabei ist lediglich die relative Bewegung zwischen dem Kolben 3 und dem Gehäuse 2 maßgeblich.

Die Funktionsweise des hydraulischen Kompensationselements 1 gemäß Figur 5 kann wie folgt genauer beschrieben werden : Greift durch den Piezoaktor A eine Kraft F am Kolben 3 an der Stirnseite S2 an, und wird das hydraulische Kompensationsele- ment 1 am Gehäuse 2 beispielsweise an einem festen Lager B befestigt, so stellt sich in der erst betroffenen Hydraulik- kammer 9 mit Kammerhöhe hl ein Druck P1 ein. Gleichzeitig stellt sich in der zweiten Hydraulikkammer 20 mit Kammerhöhe

h2 ein Druck P2 ein. Beide Hydraulikkammern 9, 20 besitzen zwischen den inneren Spielpassungen 6,19 und der äußeren Spielpassung 7 aufgespannte hydraulisch wirksame Kreisring- flächen 2a, 2a", 3a, 3a'' mit den jeweiligen Flächen Ak.

Somit gilt F =-4 (P2-P) Besitzt das Fluid eine Kompressibilität K, so gilt und p2 h1 und <BR> <BR> x<BR> P2=P0-<BR> <BR> K # h2 wobei mit P0 der aktuelle belastungsfreie Grunddruck am Fluid wie er in den Speichervolumina 8,10 vorherrscht und mit x die durch die Kraft F bewirkte Verschiebung des Kolbens 3, bezeichnet wird. Es gilt also sodass die Federrate C der Hydraulikkammern 9 und 20 als ausgedrückt werden kann.

Aufgrund der Druckänderung in den Hydraulikkammern 9,20 mit einer Kraft F beginnt sich die Höhe der Hydraulikkammer 9 mit einer konstanten Geschwindigkeit zu reduzieren und sich dage- gen die Höhe der Hydraulikkammer 20 mit einer konstanten Ge-

schwindigkeit zu erhöhen wobei das Fluid von der Hydraulik- kammer 9 zum einen über die Spielpassung 7 in die Hydraulik- kammer 20 hinein entleert. Zudem fließt aufgrund der Druckab- senkung in der Hydraulikkammer 20 gegenüber dem im Speicher- raum 8 vorherrschenden Druck Po Fluid vom Speicherraum 8 in die Hydraulikkammer 20.

Es kann davon ausgegangen werden, dass in der ersten Hydrau- likkammer immer eine Druckerhöhung und zur selben Zeit in der zweiten Hydraulikkammer eine Druckabsenkung auftritt. Da eine Druckabsenkung minimal nur bis auf den Dampfdruck des Fluids (nahe 0 Bar) möglich ist, wird die Hydraulikkammer in der sich die Druckabsenkung vollzieht bei weiterer Belastung weich, sodass ab diesem Moment die Relation <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> C-Ak<BR> <BR> <BR> <BR> K-t gilt.

Wird dagegen das hydraulische Kompensationselement am Gehäuse 2 von der anderen Stirnseite S1 mit einer Kraft belastet, gelten die folgenden Relationen : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> x<BR> und<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> und und <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> x<BR> P2=P0+<BR> <BR> <BR> <BR> K # h2 Die Hydraulikkammern 9 und 20 vertauschen also hiermit ihre Rollen in dem Sinn, dass in der Hydraulikkammer 9 in der zu- vor Druckanstieg stattfand nun ein Druckabfall stattfindet und umgekehrt. Nach Außen verhält sich aber das hydraulische Kompensationselement identisch unabhängig von der Kraftrich- tung ; es ist also bidirektional.

Bei einer mittleren Position des Kolbens 3 bzw. der Scheibe 3a des Kolbens 3a wo die Hydraulikkammerhöhen hl und h2 gleich sind, wird die Steifigkeit des hydraulischen Kompensa- tionselements 1 gegenüber einem hydraulischen Kompensations- element mit nur einer Hydraulikkammer verdoppelt. Gemäß den oben angegebenen Formeln ist bei nichtmittiger Position die Steifigkeit sogar noch höher.

Figur 6 zeigt die Kombination eines mit axialen Bohrungen 16 versehenen Kolbens 3 mit einem um eine Hülse 18 erweiterten Gehäuse 2. Die Bohrungen 16 können wie bereits erläutert mit einem Flappervalve 15 zusammenwirken. Die Vorteile eines zu- sätzlich mit Bohrungen 16 versehenen Kolbens 3 werden wie ge- nannt in der Beschreibung zu den Figuren 2 und 3 mit dem Vor- teil der erhöhten Steifigkeit mit zwei Hydraulikkammern kom- biniert.

Figur 7 zeigt die Funktionsweise des in Figur 6 vorgestellten hydraulischen Kompensationselements. Wird wie auf der linken Seite gezeigt das hydraulische Kompensationselement am Kolben 3 mit einer Kraft F beaufschlagt, so entsteht in der Hydrau- likkammer 9 gegenüber der unteren Hydraulikkammer 20 ein Überdruck und diese Druckdifferenz hält das Flappervalve 15 dicht geschlossen. Kehren sich wie auf der rechten Seite der Figur die Druckverhältnisse um und greift eine Zugkraft am Kolben 3 an, so öffnet das Flappervalve 15 die Bohrungen 16 um einen nahezu ungedrosselten Fluidstrom f von der unteren Hydraulikkammer 20 in die obere Hydraulikkammer 9 zu ermögli- chen, wodurch der Kolben 3 leicht verschiebbar wird. Die Zug- kraft kann zum Beispiel mittels des bereits genannten Rück- stellmechanismus erfolgen, der den Kolben 3 nach einer Kraft- beaufschlagung und des dadurch verursachten Drifts in eine definierte Ausgangslänge zurückzieht oder-schiebt.

Figur 8 zeigt ein hydraulisches Kompensationselement 1 gemäß Figur 5 das Bohrungen 14 und 14a im Gehäuse 2 aufweist und die Befüllbohrung 11 mit mindestens einer dieser Bohrungen,

z. B. mit der Bohrung 14a, verbunden ist. Die Bohrungen 14 und 14a verbinden nach wie vor eine Hydraulikkammer mit einem Speichervolumen. Das Flappervalve 15 kann dabei wie in Figur 2 gezeigt die Bohrungen 14 und 14a verschließen. Die Vorteile der Bohrungen 14 und 14a für einen schnelle Rückfluss des Fluids können also mit der an dem Speichervolumen 10 verbun- denen Befüllbohrung lla (die Spielpassung 6 drosselt an ihrer gesamten Länge) gemäß Figur 4 kombiniert werden.

Figur 9 zeigt wie die Hülse 18 aus Figur 5 mit Bohrungen 14b versehen wird. Bei einer Kraftbeaufschlagung F entsteht ein Unterdruck in der Hydraulikkammer 20 sodass der daraus ent- stehende hydraulische Sog das Flappervalve 15 an die axial druckwirksame Kreisringfläche 18a der Hülse 18 drückt und die Bohrungen 14b geschlossen werden. Das Fluid kann also aus dem Speichervolumen 8 nur durch die Spielpassung 19 fließen. In der Austastlücke bewegt sich der Kolben 3 wieder in Richtung des Piezoaktors A, sodass das Flappervalve 15 geöffnet und der Rücklauf des Fluids zurück in das Speichervolumen 8 er- leichtert wird.

Die Befüllbohrung 11 ist in das Gehäuse 2 eingearbeitet, sie kann aber auch in die Hülse 18 eingearbeitet sein. Sie kann nach Bedarf auch in die Bohrung 14b münden und somit auch mit der Hydraulikkammer 20 und dem Speichervolumen 8 verbunden sein.

Figur 10 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung geeignet ins- besondere für den Fall, dass das hydraulische Kompensations- element 1 unter Kraftbeaufschlagungen zwar steif ist, sich aber bei Zugkräften als weich erweisen soll und beide Hydrau- likkammern 9,20 zum einen gegenseitig und zum anderen mit den Speichervolumina 8,10 das Fluid leicht zurückfließen las- sen. In dieser Variante ist durch die Flappervalves das hyd- raulische Kompensationselement nicht mehr bidirektional, le- diglich die Steifigkeit ist in der durch den Pfeil angegebe- nen Kraftrichtung erhöht. Sowohl das Gehäuse 2, der Kolben 3

als auch die Hülse 18 werden also hier jeweils mit Bohrungen 14 und 16 bzw. 14,14a, 14b, und 16 versehen. Jede Bohrung wird dabei zumindest an ihrer einen Seite mit einem Flapper- valve 15 versehen. Zwei Flappervalves 15 sind in der Hydrau- likkammer 9 aufgenommen welche jeweils an den axial druck- wirksamen Flächen 2a und 3a des Gehäuse 2 und des Kolbens 3 befestigt sind und die Bohrungen 14a, 14 und 16 abdecken.

Wird durch eine Kraft F der Kolben 3 belastet, bleibt das an der Kreisringfläche 18a der Hülse 18 befestigte Flappervalve 15 aufgrund des in der Hydraulikkammer 20 entstandenen (Sogs) Druckabsenkung geschlossen. In der Hydraulikkammer 9 entsteht ein Überdruck, welcher das Flappervalve 15 am Gehäuse 2 und das gegenüberliegende Flappervalve 15 am Kolben 3 schließt.

Somit ist das hydraulische Kompensationselement steif und ei- ne Flüssigkeitsbewegung nur durch die Spielpassungen 6,7, und 19 möglich. In der Austastlücke öffnen sich dabei alle Flappervalves 15 dadurch, dass der in der Austastlücke ent- stehende Unterdruck in der Hydraulikkammer 9 beide in seinem Volumen befindlichen Flappervalves in seinen Innern zieht und der wieder aufsteigende Druck in der Hydraulikkammer 20 so- wohl das am Kolben 3 befestige Flappervalve 15 als auch das an der Hülse 18 befestigte Flappervalve 15 öffnet.

Figur 11 zeigt wie das in Figur 5 vorgestellte hydraulische Kompensationselement mit einem kleinstmöglichen Querschnitt realisiert ist. Dabei wird das Gehäuse 2 um einen Gehäuseteil 18b erweitert, welcher fest am ursprünglichen Gehäuse 2 ange- schweißt wird ohne dass im Gegensatz zur Hülse 18 gemäß der Figuren 5 bis 10 diese Erweiterung zu einem insgesamt vergrö- ßerten 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 zumin- dest an der Oberfläche des Gehäuses glatt auszuführen. In der Herstellung kann dies anhand eines Überschleifens der Schweißstellen erreicht werden.

Figur 12 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung bei der das hydraulische Kompensationselement 1 derart ausgebildet ist, dass ein Ausgleichsspeicher AS an der Außenseite des Gehäuses 2 bereitgestellt ist und es umspannt. Der Ausgleichsspeicher weist eine elastische Membrane 22 und ein darunter einge- schlossenes Speichervolumen 23 auf. Das Speichervolumen 23 ist zwischen der Außenseite des Gehäuses 2 und der elasti- schen Membrane 23 ausgebildet und über eine zusätzliche Boh- rung llb mit einem weiteren Speichervolumen 10 fluidisch un- gedrosselt verbunden. Das Speichervolumen 8 kann vorzugsweise auch mit AS ungedrosselt verbunden sein. Die elastische Memb- rane ist vorzugsweise eine elastische Hülse welche die Außen- seite des Gehäuses 2, also seine Mantelfläche, umspannt.

Aufgrund eines Temperaturanstiegs dehnt sich die Ölbefüllung im hydraulischen Kompensationselement aus. Falls der Volumen- zuwachs nicht abgefangen (kompensiert) wird steigt der Öl- druck im ungünstigsten Fall bis zur plastischen Deformation und Zerstörung der Membranen 4,5. Die elastische Hülse stellt ein temperaturabhängiges Auffangvolumen bereit, sodass ein gefährlicher Druckanstieg vermieden bzw. der Öldruck idealer- weise konstant gehalten wird. Die elastische Hülse 22 ist an ihren Rändern an den Anschweißstellen 22a mit der Außenseite des Gehäuses 2 verschweißt und weist vorzugsweise Metall- und/oder Kunststoffanteile auf. Die Größe bzw. Konzentration der jeweiligen Anteile ist auf die gewünschte Elastizität der elastischen Hülse abgestimmt.

Der Ausgleichsspeicher AS dient insbesondere der Kompensation der thermischen Ausdehnung des sich hydraulischen Kompensati- onselement befindlichen Fluids und ist im Hinblick auf einen möglichst großen Arbeitstemperaturbereich des hydraulischen Kompensationselements, wie zum Beispiel wenn es in einem In- jektor eingebaut ist, besonders vorteilhaft.

Bei der Herstellung eines mit dem Ausgleichsspeicher AS ver- sehenen hydraulischen Kompensationselements 1 wird die elas- tische Hülse 23 mit geeigneter Wandstärke, Länge und geeigne- tem Temperaturdehnungskoeffizienten eng anliegend über das Gehäuse 2 geschoben und mit ihm verschweißt.

Um für die Ausdehnung der elastischen Hülse 22 des Aus- gleichsspeichers AS zwischen dem Gehäuse 2 des hydraulischen Kompensationselements und der Innenwand Din des Gehäuses der Dosiervorrichtung D genügend Raum bereitstellen zu können wird bevorzugt, dass das Gehäuse 2 des hydraulischen Kompen- sationselements mittels eines Abstandhalters mit der Innen- wand Dinn der Dosiervorrichtung mechanisch verbunden ist.

Figur 13 zeigt wie ein bidirektionales hydraulisches Kompen- sationselement 1 nach Figur 5 auch mit der elastischen Hülse 22 versehen wird. Die elastische Hülse ist mit dem Gehäuse 2 und mit seinem erweiterten Teil 18b über die Schweißnähte 22a verschweißt. Vorzugsweise wird der Ausgleichsspeicher AS aber nicht über die Befüllbohrung plaziert, da anderenfalls eine Befüllung des hydraulischen Kompensationselement nicht ohne Weiteres möglich wäre. Die Schweißnaht 21 ist vorzugsweise bündig mit der Außenkontur oder versenkt ausgeführt damit das aufziehen der elastischen Hülse 22 nicht behindert ist.

Der Ausgleichsspeicher AS mit seiner elastischen Hülse 22 kann selbstverständlich für alle hier genannten Ausführungs- beispiele dieser Erfindung verwendet werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann das hydraulische Kompensationselement 1 mit einem externen Hydrospeicher (nicht gezeigt) verbunden sein. Über eine Bohrung durch das Gehäuse 2 würde der Innenraum des hydraulischen Kompensati- onselements zum externen Hydrospeicher verbunden sein, wobei dieser Hydrospeicher ein Teil einer Dosiervorrichtung oder allgemein eine Vorrichtung eines Kfz-Motors sein kann. Der zusätzliche Hydrospeicher würde eine weitere Erhöhung des Vo- lumenausgleichs, welcher nach den Figuren 12 und 13 durch den Ausgleichsspeicher AS mit der elastischen Hülse realisiert wird, gewährleisten.