Ein derartiges Ventil ist beispielsweise aus der EP 0 477 400 Al bekannt. Dort ist der Betätigungskolben des Ventilgliedes in einem im Durchmesser kleineren Teil einer Stufenbohrung verschiebbar angeordnet, wogegen ein im Durchmesser großerer Kolben, der mit einem Piezoaktor bewegt wird, in einem im Durchmesser großeren Teil der Stufenbohrung angeordnet ist. Zwischen den beiden Kolben ist ein hydraulischer Raum eingespannt, derart daß, wenn der großere Kolben durch den Piezoaktor bewegt wird, der Betatigungskolben des Ventilgliedes um einen um das Übersetzungsverhaltnis der Stufenbohrungsdurchmesser vergroßerten Weg bewegt wird. Das Ventilglied, der Betatigungskolben, der im Durchmesser großere Kolben und der Piezoaktor liegen auf einer gemeinsamen Achse hintereinander.

Um einen Piezoaktor als ein Steuerelement einsetzen zu konnen, ist es notwendig, eine Kompensation der Längendehnung als Funktion der Temperatur vorzusehen. Da der mittels eines Piezoaktors erzielbare Hub nur zwischen

ungefahr 1/1000 und 1,5/1000 seiner Lange betragt, muß dieser geringe Hub fur viele Anwendungen übersetzt werden.

Durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der verschiedenen verwendeten Materialien werden Setzeffekte verursacht, die in Hubrichtung zum Teil großer sind als der mögliche Hub durch das piezoelektrische Aktorelement.

Um einen Toleranzausgleich zu schaffen, ist beim Ventil der EP 0 477 400 A1 in der Hydraulikkammer ein definiertes Leck vorgesehen. Bei langsamen Veranderungen des Ventilaufbaus, wie sie beispielsweise durch Temperaturveranderungen verursacht werden, kann die Hydraulikflussigkeit durch das Leck entweichen und so die Effekte in Hubrichtung ausgleichen. Die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit ist so gewahlt, daß bei schnellen Anderungen, wie sie vom Piezoaktor verursacht werden, die Hydraulikflüssigkeit nicht durch das Leck entweicht und die Auslenkung des Piezoaktors auf den Betatigungskolben übertragen wird. Dieser Ausgleich ist sehr aufwendig und teuer, da sehr geringe Toleranzen bei der Herstellung der Kolben gefordert sind, um ein definiertes Leck in Form eines Ringspalts zwischen Kolben und umgebender Zylinderwand erzeugen zu können. Ferner muß abgeführte Hydraulikflussigkeit wieder in den hydraulischen Raum zurückgeführt werden, wozu entsprechende Vorrichtungen vorgesehen werden mussen.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemaße Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenuber den Vorteil, daß es sehr einfach aufgebaut ist und kostengunstig hergestellt werden kann. Unter einem Verhältnis der Warmeausdehnungskoeffizienten von annähernd oder gleich 1 werden dabei Werte zwischen 1,0 und ungefahr 1,1 verstanden. Im Idealfall beträgt das Verhältnis 1.

Es ergibt sich beim erfindungsgemaßen Ventil eine deutlich verringerte Teileanzahl. Daraus resultiert ein vereinfachter Zusammenbau des Ventils sowie eine Reduzierung von Einmeßvorgängen, da weniger Teile eingemessen werden mussen.

Dadurch können insbesondere die Herstellungs-und Montagekosten für das Ventil deutlich verringert werden.

Gemma8 einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Ausgleichselement als zylindrisches Ringelement ausgebildet, welches den Piezoaktor umgibt. Durch diese Ausgestaltung des Ausgleichselementes kann eine optimale Ausgleichswirkung sichergestellt werden, da Piezoaktor und Ausgleichselement den gleichen Temperatureinwirkungen ausgesetzt sind. Auch bedingt diese Ausgestaltung des Ausgleichselementes einen einfachen Aufbau des erfindungsgemäßen Ventils.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltungsform das Ausgleichselement lediglich parallel zum Piezoaktor anzuordnen. Hierdurch kann zum einen das Ausgleichselement verschiedene Formen einnehmen, zum Beispiel zylindrisch, im Querschnitt drei- oder viereckförmig, usw. Insofern kann das Ausgleichselement in Hinblick auf seine Form an die raumlichen Gegebenheiten des Ventilaufbaus angepaßt werden. Auch kann hierdurch sichergestellt werden, daß der Piezoaktor und das Ausgleichselement immer sehr nahe beieinander liegen, so daß die Temperatureinflüsse auf beide Elemente in gleichem Umfang wirken.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind Piezoaktor und Ausgleichselement raumlich benachbart und vorzugsweise in einem gemeinsamen Raum angeordnet. Temperaturänderungen wirken dann auf beide Teile in gleicher Weise ein, so daß

sich die Längenveränderung von Piezoaktor und Ausgleichselement kompensieren.

Sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Piezoaktor und Ausgleichselement gleich, wird vorteilhaft ein Aufbau gewahlt, bei dem die wirksame Lange des Ausgleichselements der Lange des Piezoaktors entspricht. Unter wirksamer Lange wird dabei die Ausdehnung des Ausgleichselements parallel zur Achse des Piezoaktors verstanden, die für eine Ausdehnung des Ausgleichselements in Richtung der Achse des Piezoelements zur Verfügung steht.

Als geeignet für den Betrieb des Ventils hat sich herausgestellt, daß das Ausgleichselement aus Invar besteht.

In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform ist zwischen Ubertragungselement und Ubersetzer ein Luftspalt vorgesehen.

Der Luftspalt mißt nur wenige pm. Weisen Piezoaktor und Ausgleichselement nicht genau denselben Warmeausdehnungskoeffizienten auf, kann auf diese Weise ein Restfehlerausgleich erreicht werden.

In vorteilhafter Weise umfaßt das Ubertragungselement eine Zugstange und das Ausgleichselement ist Teil der Zugstange.

Auf diese Weise ist das Ubertragungselement sehr einfach herzustellen und es treten nur sehr geringe Schwierigkeiten durch Fertigungstoleranzen auf.

Eine robuste Ausführung des Ventils wird erreicht, wenn der Übersetzer als mechanisches Ubersetzer, vorzugsweise als Hebel ausgefuhrt ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung liegt ein Auflager des Hebels in der Achse des Piezoaktors.

Entsprechen sich die Ausehnungskoeffizienten von Piezoaktor und Ausgleichselement nicht genau oder soll eine Langenausdehnung weiterer Materialien neben der Langenausdehnung des Piezoaktors ausgeglichen werden, ist es vorteilhaft, wenn die wirksame Lange des Ausgleichselements ungleich der Lange des Piezoaktors ist.

Zeichnung Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung naher erlautert. Es zeigen.

Figur 1 ein Kraftstoffeinspritzventil gemaß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel im Schnitt, Figur 2 eine Ausführung des Ventilglieds als doppelschaltendes Ventil, Figur 3 ein Kraftstoffeinspritzventil gemma3 einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel im Schnitt, Figur 4 ein Kraftstoffeinspritzventil gemma8 einem dritten Ausfuhrungsbeispiel im Schnitt, Figur 5 ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem vierten Ausfuhrungsbeispiel im Schnitt.

Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels Figur 1 zeigt ein Ventil zum Steuern von Flussigkeiten gemäß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung. Das Ventil umfaßt ein Gehause 1, in welchem ein Piezoaktor 2 angeordnet ist. Am freien Ende des Piezoaktors 2 schließt sich ein Ubertragungselement 3 an, das eine parallel zur Achse 4 des Piezoaktors 2 verlaufende Zugstange 5 enthalt. Der Piezoaktor ist durch eine Tellerfeder 6 vorgespannt. In die

Zugstange 8 ist ein Ausgleichselement 7 integriert, das aus Invars hergestellt ist. Das Ausgleichselement 7 ist hier mittels einer Gewindeverbindung mit der Zugstange 5 verbunden. Andere Arten der Verbindung, beispielsweise durch Verkleben, können jedoch ebenso verwendet werden.

Ausgleichselement 7 und Piezoaktor 2 sind annahernd gleich lang und raumlich in engem Abstand zueinander in einem gemeinsamen Raum angeordnet. Die Zugstange 5 setzt sich in einen Schenkel 8 fort, der das Auflager mit der Auflagerachse 9 für den Hebel 10 bildet. In Figur 1 fluchtet die Auflagerachse 9 nicht mit der Achse 4 des Piezoaktors.

Jedoch kann bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemaßen Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten die Auflagerachse 9 auch mit der Achse 4 des Piezoaktors 2 fluchten.

Zwischen Schenkel 8 und Hebel 10 ist in der Ruhelage ein Luftspalt 11 gebildet. Der Luftspalt 11 mißt dabei nur wenige ßm. Hebel 10 ist auf dem Lager 12 gelagert, das den Hebel 10 in einen kurzeren Hebelarm der Lange B und einen langeren Hebelarm der Länge A aufteilt. Durch das Verhaltnis A/B wird das Übersetzungsverhältnis bestimmt. Der Hebel 10 wird durch die in Offnungsrichtung des Ventilglieds 13 auf den langeren Hebelarm wirkende Druckfeder 14 vorgespannt.

Der langere Hebelarm mit der Lange A wirkt auf den Kolben 15 des Ventilglieds 13. In der Ruhelage wird der Kolben 15 durch die Druckfeder 16, die eine großere Federkonstante besitzt als die Druckfeder 14, gegen den Ventilsitz 17 gepreßt.

In Figur 1 ist das erfindungsgemaße Ventil als einfach schaltendes Ab-bzw. Zulaufventil gezeigt. Es ist jedoch auch eine Ausführung als doppelt schaltendes Ventil möglich.

Eine solche Ausführungsform ist in Figur 2 dargestellt. Das Ventil unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten Ventil nur im Ventilglied. In Figur 2 ist daher nur dieser

Ausschnitt dargestellt. Kolben 15 kann dabei an einem oberen Sitz 18 sowie an einem unteren Sitz 19 zur Anlage gelangen.

Der Zulauf zum Ventil erfolgt uber Zulaufleitung 20, die im dargestellten Ventil von unten an das Ventilgehause herangefuhrt ist, während die Ablaufleitung 21 gegenüberliegend zur Zulaufleitung 20 oberhalb des oberen Ventilsitzes angeordnet ist.

Wirkungsweise Beim Betrieb des Ventils unter Verwendung eines Piezoaktors 2 ist es notwendig, Langenanderungen des Piezoaktors 2, des Ventils selbst oder des Ventilgehauses 1 auszugleichen.

Diesem Zweck dient das Ausgleichselement 7, sowie zur Restfehlerkorrektur der Luftspalt 11.

Jedesmal, wenn der Piezoaktor 2 angeschaltet wird, wird das Ubertragungselement 3 gegen die Vorspannung der Tellerfeder 6 angehoben. Der Hub wird tuber Zugstange 5 und Schenkel 8 auf den kurzeren Arm des Hebels 10 ubertragen. Bestimmt durch das Verhaltnis der Hebelarmlangen A/B wird der Hub des Piezoaktors 2 in einen entsprechenden Hub des langeren Hebelarms (A) übersetzt. Der Hebelarm (A) bewegt sich in Offnungsrichtung des Ventilglieds 13 und bewegt den Kolben 15 gegen die Kraft der Feder 16 nach unten, wodurch die Leitung 21 geöffnet wird. Wird der Piezoaktor 2 abgeschaltet, sinkt das Ubertragungselement 3 wieder in seine Ruhelage zuruck und der Kolben 15 wird durch die Kraft der Feder 16 wieder gegen den Sitz 17 gepreßt, wodurch die Leitung 21 wieder geschlossen wird. Durch die Kraft der Feder 14 wird Hebel 10 wieder in seine Ruhelage uberfuhrt und Luftspalt 11 bildet sich wieder aus.

Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführung als doppelt schaltendes Ventil wird entsprechend bei angeschaltetem Piezoaktor 2 der Kolben 15 gegen den unteren Ventilsitz 19

gepreßt und es wird die Zulaufleitung 20 geschlossen und die Ablaufleitung 21 geöffnet. In ausgeschaltetem Zustand ist entsprechend Zulauf 20 geöffnet und Ablauf 21 geschlossen.

Bei Temperaturanderungen verandert sich die Ausdehnung des Piezoaktors 2 entlang seiner Achse in Hubrichtung. Zur Kompensation dieser Langenveranderung ist das Ausgleichselement 7 vorgesehen. Es ist beispielsweise aus Invar hergestellt und besitzt einen ahnlichen Warmeausdehnungskoeffizienten wie der Piezoaktor 2. Bei gleicher Temperaturanderung zeigt es daher vergleichbare Langenanderungen. Da Piezoaktor 2 und Ausgleichselement 7 in raumlicher Nahe im selben Raum angeordnet sind, unterliegen sie beide denselben Temperatureinflüssen. Damit zeigen beide Teile annähernd gleiche Langenanderungen. Geringe Unterschiede in den Warmeausdehnungskoeffizienten, die einen Restfehler erzeugen, werden durch den Luftspalt 11 aufgefangen. Dieser kann in gewissen Grenzen vergrößert oder verringert werden, ohne die Funktion des Ventils zu beeinflussen. Die Dimensionierung des Luftspalts 11 wird so gewählt, daß sowohl im kalten Zustand wie auch bei höheren Temperaturen keine Verspannungen bzw. zu große Toleranzen in der Ubertragung des Hubs des Piezoaktors 2 auf den Kolben 15 auftreten. Dehnt sich der Piezoaktor 2 mit zunehmender Temperatur starker aus, als das Ausgleichselement 7, muß im Zustand bei Raumtemperatur ein etwas großerer Luftspalt 11 vorgesehen werden, der mit steigender Temperatur kleiner wird. Dehnt sich hingegen das Ausgleichselement 7 mit steigender Temperatur starker aus als der Piezoaktor 2, muß im Zustand bei Raumtemperatur ein sehr kleiner Luftspalt 11 vorgesehen werden, der mit steigender Temperatur großer wird.

Figur 3 zeigt ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten gemma8 einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Obgleich dieses Ventil 30 konstruktiv erheblich von dem Ventil 1 des

ersten Ausfuhrungsbeispiels abweicht, liegt dem im Ventil 30 verwendeten Ausgleichselement 31 die gleiche Funktionsweise wie dem Ausgleichselement 7 des ersten Ausfuhrungsbeispiels zugrunde.

Das Ventil 30 umfaßt ein Gehäuse 32, in welchem ein Piezoaktor 33 angeordnet ist. Der Piezoaktor 33 wird hierbei innerhalb des Gehäuses 32 mittels einem Vorspannelement 34 in Form einer Dichtfeder und einem Kolben 35 vorgespannt.

Gleichzeitig wird auch das Ausgleichselement 31, welches sich im wesentlichen konzentrisch um den Piezoaktor 33 ringförmig erstreckt, durch die Dichtfeder 34 gegen das Gehäuse 32 des Ventils 30 vorgespannt.

An dem dem Kolben 35 gegenuberliegenden Ende des Piezoaktors 33 schließt sich der Kolben 36 an, welcher an seinem freien Ende verjungt ist sowie nach der Verjüngung in eine Kugel 37 mündet. Die Kugel 37 weist hierbei, wie in Figur 3 dargestellt, einen Umfangsring 38 auf, mittels welchem die Kugel 37 durch eine Feder 39 in einen ersten Sitz 40 vorgespannt wird.

Bei Bestromung des Piezoaktors 33 wird der Kolben 36 nebst Kugel 37 in Figur 3 nach unten versetzt, so daß die Kugel 37 in engen Kontakt mit dem zweiten Sitz 41 gelangt.

An den zweiten Sitz 41 schließt sich in üblicher Weise die Ablaufdrossel 42, der Steuerraum 43 mit Zulaufdrossel 44 bis hin zur nicht dargestellten Einspritzdüse dar. Da die weiterfuhrenden Bauteile allgemein bekannt sind, wird auf deren Beschreibung nebst Darstellung verzichtet.

Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemaßen Ventils kommt das gleiche Prinzip von Piezoaktor 33 und Ausgleichselement 31 wie beim ersten Ausführungsbeispiel zur Wirkung. Das heißt, bei

Temperaturanderungen verandert sich die Ausdehnung des Piezoaktors 33 entlang seiner Achse in Hubrichtung. Zur Kompensation dieser Längenveränderung ist das Ausgleichselement 31 vorgesehen. Es ist beispielsweise aus Invar°oder Keramik hergestellt und besitzt einen ahnlichen oder bevorzugt identischen Warmeausdehnungskoeffizienten wie der Piezoaktor 33. Bei gleicher Temperaturanderung zeigt es daher vergleichbare Langenanderungen. Da Piezoaktor 33 und Ausgleichselement 31 in raumlicher Nahe im selben Raum angeordnet sind, unterliegen sie beide den selben Temperatureinflussen. Damit zeigen beide Teile annähernd gleiche Langenänderungen.

Treten jedoch geringe Unterschiede in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten, die einen Restfehler erzeugen, auf, kann durch einen zwischen Kolben 36 und Kugel 37 ausgebildeten Spalt 45 dieser Restfehler aufgefangen werden. Hierbei ist der Luftspalt 45 in gewissen Grenzen vergroßer-bzw. verkleinerbar, ohne die Funktion des Ventils zu beeinflussen. Die Dimensionierung des Luftspalts 45 wird so gewahlt, daß sowohl im kalten Zustand wie auch bei höheren Temperaturen keine Verspannungen bzw. zu große Toleranzen in der Ubertragung des Hubes des Piezoaktors 33 auf den Kolben 36 auftreten. Dehnt sich der Piezoaktor 33 mit zunehmender Temperatur starker aus als das Ausgleichselement 31, muß bei Raumtemperatur ein etwas großerer Luftspalt 45 vorgesehen werden, der mit steigender Temperatur kleiner wird. Dehnt sich hingegen das Ausgleichselement 31 mit steigender Temperatur stärker aus als der Piezoaktor 33, muß bei Raumtemperatur ein sehr kleiner Luftspalt 45 vorgesehen werden, der mit steigender Temperatur großer wird.

Figur 4 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Ventils 50 dar. Nachdem das Ventil 30 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weitgehend

hinsichtlich des Aufbaus mit dem Ventil 50 des dritten Ausfuhrungsbeispiels übereinstimmt, werden im folgenden lediglich die Unterschiede zwischen den beiden Ventilen aufgezeigt.

Auch das Ventil 50 umfaßt ein Gehause, in welchem ein Piezoaktor 53 angeordnet ist. Hierbei wird jedoch der Hub des Piezoaktors 53 nicht direkt auf den Kolben 56 übertragen, sondern, wie beim ersten Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 1, ist ein Ubertragungselement 52 mit dem Piezoaktor 53 verbunden. Zudem ist das Ubertragungselement 52 mit einem Ausgleichselement 51 verbunden, wobei das Ausgleichselement 51 parallel zum Piezoaktor 53 angeordnet ist. Schließlich greift das Ausgleichselement 51 in einen Hebel 54 ein, welcher wiederum mit dem Kolben 56 verbunden ist. Somit ergeben sich bei dem Ventil 50 gemaß dem dritten Ausführungsbeispiel, insbesondere im Hinblick auf die Wirkungsweise des Piezoaktors 53 und des Ausgleichselementes 51, die gleichen Ergebnisse wie bei den entsprechenden Bauteilen des ersten Ausführungsbeispiels gemaß Figur 1. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Ausgleichselemente des ersten und dritten Ausfuhrungsbeispieles, je nach Bedarf, unterschiedliche symmetrische Formen im Querschnitt aufweisen können. Hierbei bieten sich zum Beispiel eine runde, dreieckförmige oder viereckförmige Querschnittsform an.

Schließlich ist in Figur 5 ein viertes Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils 60 dargestellt. Dieses Ventil 60 gemäß Figur 5 unterscheidet sich von dem Ventil 50 gemåß Figur 4 dadurch, daß das Ausgleichselement 61 durch ein Vorspannelement in Form einer Dichtfeder 62 vorgespannt ist. Hierzu ist das Ausgleichselement 61 an seinem in Figur 5 oberen Ende mit einem Kolben 63 verbunden, welcher wiederum mit einem Ubertragungselement 64 verbunden ist, und an welchem die Dichtfeder 62 angreift.

Des weiteren ist bei dem Ventil 60 gemäß Figur 5, im Unterschied zu Ventil 50 gemäß Figur 4 eine Führung 65 vorgesehen, welche sich in der Achse des Ausgleichselementes 61 nebst Kolben 66 bis hin zum Steuerventil mit ersten Sitz 67 und zweiten Sitz 68 erstreckt.

Dadurch bedingt auch das Ausgleichselement 61 des Ventils 60 in Verbindung mit dem Piezoaktor 69 die gleiche Wirkungsweise wie bei den erstgenannten Ausführungbeispielen eins bis drei. Zudem kann naturlich auch bei dem dritten und vierten Ausführungsbeispielen gemaß den Figuren 4 und 5 ein Luftspalt zwischen Kolben und zugeordnetem Ventilglied ausgebildet sein, um den anhand des ersten und zweiten Ausfuhrungsbeispiels erläuterten Restfehler bei Unterschieden in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Piezoaktor und Ausgleichselement zu kompensieren.

Auch hat sich herausgestellt, daß eine besonders gute Funktionsweise der erfindungsgemaßen Ventile erzielt wird, wenn der Piezoaktor und das Steuerventil quasi in einer Achse liegen sowie der Piezoaktor und das Ausgleichselement sehr nahe beisammen liegen.

Abschließend ist anzumerken, daß das erfindungsgemaße Ventil gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen einfach-oder doppelschaltend aufgebaut sein kann. Auch sind die erfindungsgemaßen Lösungen bei einem 2/3-Steuerventil anwendbar. Des weiteren ist den Ausführungbeispielen gemma8 den Figuren 1 bis 3 gemein, daß der jeweilige Piezoaktor durch eine Vorspannfeder mit niedriger Steifigkeit und hoher Vorspannkraft vorgespannt ist.