Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer Aktoreinheit und Ventil

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer Aktoreinheit, die in einer Ausnehmung eines Körpers angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Ventil, das den Körper und die Vorrichtung umfasst.

Ventile, beispielsweise Einspritzventile einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, weisen eine elektrisch steuerbare Aktoreinheit auf, die abhängig von einer Ansteuerung der Aktoreinheit das Ventil öffnet oder schließt. Der Aktoreinheit soll elektrische Energie zum Ansteuern der Aktoreinheit von außerhalb des Ventils zugeführt werden.

In der DE10054501DE 100 54 501 C2C2 ist eine Kabeleinführung mit einem Kabel offenbart, das mindestens zwei Adern aufweist. Die Kabeleinführung weist eine Tülle auf, die in eine Durchgangsöffnung eines Gehäuses eingebracht ist. In einer Ringnut, die an einem Außenumfang der Tülle ausgebildet ist, ist ein Dichtring angeordnet. Die Tülle ist an dem Kabel angespritzt oder angegossen. So ist die Tülle gegen das Kabel und gegen das Gehäuse abgedichtet. Ferner ist ein Dichtstopfen im Innern des Gehäuses vorgesehen. In dem Dichtstopfen sind Kontaktstifte mit axialen Sacklochungen angeordnet. Die Adern sind in jeweils eine Sacklochung eines Kontaktstifte eingebracht und mit diesem elektrisch leitend verbunden.

Die DE3213414DE 32 13 414 C2C2 offenbart eine Vorrichtung zum Abdichten von hohlzylindrischen Durchgangsöffnungen. Ein Rohr bildet eine Durchgangsöffnung für ein Kabel. Die Vorrichtung weist einen zylinderförmigen Innenbereich auf, der an einem Mantel des Kabels unter Zwischenlage einer Schmelzkleberbeschichtung anliegt und der aus einem wärmeschrumpffähigen Kunststoff besteht. Ferner weist die Vorrichtung einen zylinderförmigen Außenbereich auf, der außenseitig mit einer weiteren Schmelzkleberbeschichtung versehen ist. Zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich ist ein Überbrückungsbereich vorgesehen. Auf eine Innenfläche des Außenbereichs wirkt ein Spreizelement. Durch Wärmezufuhr schmilzt die Schmelzkleberbeschichtung und der Durchmesser des Spreizelements vergrößert sich.

Die FR2819116FR 2 819 116 A1A1 offenbart eine Vorrichtung zum Einführen eines Kabels. Die Vorrichtung weist eine kegelförmig ausgebildete elastische Membran mit einer Durchführungsöffnung zum Durchführen des Kabels auf. Die Durchführungsöffnung weist einen Durchmesser auf, der dem des Kabels entspricht. Die Membran weist auch eine Dichtfunktion auf.

Die DE4223348DE 42 23 348 A1A1 offenbart eine druckdichte elektrische Stromführung durch druckmediengefüllte Druckkammern hindurch, mit mindestens einem lang gestreckten Stromleiter, der durch eine Bohrung in einem die Druckkammern voneinander separierenden Trennelement hindurchgeführt ist, und mit Mitteln zum Abdichten der Bohrung.

Die DE10253956DE 102 53 956 A1A1 offenbart eine Piezoaktorkontaktierung für ein Einspritzventil, mit aus einem Piezoaktor hervorstehenden Anschlussstiften, an die eine elektrische Außenverbindung anschließbar ist, und mit einer auf den Piezoaktor und die Anschlussstifte aufgesetzten Kopfplatte, in der Öffnungen zum Durchtritt der Anschlussstifte vorgesehen sind, wobei die Öffnungen einen größeren Durchmesser als die Anschlussstifte aufweisen, so dass zwischen jedem Anschlussstift und der Wandung der betreffenden Öffnung jeweils ein Ringspalt gebildet ist. In einer Durchtrittsöffnung ist eine Glasdurchführung angeordnet ist, in der der jeweilige Anschlussstift geführt ist, wobei die Glasdurchführung abdichtend zum geführten Anschlussstift und abdichtend zur Wandung der betreffenden Öffnung angeordnet ist.

Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer Aktoreinheit zu schaffen, die einfach und zuverlässig ist. Die Aufgabe der Erfindung ist ferner, ein Ventil zu schaffen, das einfach und zuverlässig ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer Aktoreinheit, die in einer Ausnehmung eines Körpers angeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst einen Träger, der in die Ausnehmung des Körpers einbringbar ist. An dem Träger ist mindestens ein Kontaktelement zum elektrischen Kontaktieren angeordnet, das mit der Aktoreinheit elektrisch koppelbar ist. Das Kontaktelement ist ferner von einer der Aktoreinheit abgewandten Seite des Trägers mit einer Steuereinheit elektrisch koppelbar. An dem Träger ist mindestens ein Dichtelement so ausgebildet und so angeordnet, dass das Dichtelement ein Eindringen von festen, flüssigen oder gasförmigen Medien in die Ausnehmung des Körpers zu der Aktoreinheit verhindert. Das mindestens eine Dichtelement umfasst einen Dichtring und eine Dichtmembran, die einstückig ausgebildet sind. Das mindestens eine Dichtelement ist entlang eines Umfangs des Trägers und/oder entlang eines Umfangs des Kontaktelements angeordnet, und das mindestens eine Dichtelement liegt flächig an die Träger an.

Der Vorteil ist, dass die Aktoreinheit so geschützt ist vor eindringenden Medien. Insbesondere kann sich kein Kurzschluss bilden durch Feuchtigkeit, die im Laufe der Zeit in die Ausnehmung des Körpers eindringt. Die Aktoreinheit kann so dauerhaft zuverlässig betrieben werden. Eine solche Vorrichtung kann ferner sehr einfach aufgebaut sein. Insbesondere durch die einstückige Ausbildung von Dichtring und Dichtmembran kann beispielsweise mit nur einem Dichtelement sowohl das Eindringen von Medien entlang eines äußeren Umfangs des Trägers als auch entlang des mindestens einen Kontaktelements oder der mindestens einen Aktorzuleitung verhindert sein. Ferner kann ein solches Dichtelement einfach montiert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist das mindestens eine Dichtelement so ausgebildet, dass es den Träger in der Ausnehmung zentriert, wenn der Träger in die Ausnehmung eingebracht ist. Dies hat den Vorteil, dass das mindestens eine Dichtelement zusätzlich zu seiner Dichtfunktion auch eine Zentrierfunktion erfüllt. Dadurch kann eine Montage der Vorrichtung einfach sein. Insbesondere kann die Vorrichtung nach ihrer Montage durch das Dichtelement in ihrer Position gehalten werden, bis die Vorrichtung an dem Körper dauerhaft fixiert ist, z. B. durch Umspritzen mit Kunststoff. Durch das Zentrieren der Vorrichtung kann das Kontaktelement präzise und mit geringen Toleranzen positioniert werden. Dadurch ist das Kontaktelement zuverlässig kontaktierbar und mechanische Spannungen an dem Kontaktelement, die durch das Kontaktieren entstehen können, können besonders gering sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Dichtmembran mindestens eine Durchführungsöffnung auf zum Durchführen des mindestens einen Kontaktelements oder mindestens einer Aktorzuleitung, die elektrisch mit der Aktoreinheit gekoppelt ist und die elektrisch mit dem mindestens einen Kontaktelement koppelbar ist. Der Vorteil ist, dass durch die Durchführungsöffnung eine Position für das Durchführen des mindestens einen Kontaktelements oder der mindestens einen Aktorzuleitung präzise vorgebbar ist. Dadurch kann die Montage der Vorrichtung einfach und präzise sein. Ferner können Medien am Eindringen entlang des mindestens einen Kontaktelements bzw. entlang der mindestens einen Aktorzuleitung gehindert sein. Dem Entstehen von Kurzschlüssen kann so entgegengewirkt werden.

In diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, wenn die Dichtmembran in einem Bereich um die mindestens eine Durchführungsöffnung trichterförmig ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Montage der Vorrichtung dadurch einfach sein kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist an dem Träger ein Positionierelement vorgesehen. Das Positionierelement ist so ausgebildet, dass die Vorrichtung gegenüber dem Körper in einer vorgesehenen Position positioniert ist, wenn das Positionierelement in einem vorgegebenen Bereich des Körpers an dem Körper anliegt. Dies hat den Vorteil, dass die Montage der Vorrichtung an dem Körper so besonders einfach und präzise sein kann.

Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Ventil, das einen Körper, eine Aktoreinheit und die Vorrichtung umfasst. In dem Körper ist die Ausnehmung ausgebildet. Die Aktoreinheit ist in der Ausnehmung angeordnet. Die Vorrichtung ist in die Ausnehmung eingebracht. Das mindestens eine Kontaktelement der Vorrichtung ist elektrisch mit der Aktoreinheit gekoppelt.

Der Vorteil ist, dass die Aktoreinheit in dem Körper des Ventils besonders gut geschützt ist vor eindringenden festen, flüssigen oder gasförmigen Medien. Insbesondere kann das Entstehen von Kurzschlüssen durch eindringende Feuchtigkeit verhindert sein. Ferner ist die Montage des Ventils einfach.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

1 ein Ventil,

2 ein Querschnitt eines Teils des Ventils mit einer Vorrichtung zum elektrischen Kontaktieren einer Aktoreinheit,

3 eine Draufsicht auf den Teil des Ventils,

4 eine Ausführungsform einer Vorrichtung, die nicht vom Anspruch 1 umfasst ist und

5 eine Ausführungsform der Vorrichtung.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein Ventil, beispielsweise ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zum Einspritzen von Kraftstoff (1), umfasst einen Körper, der als Aktorgehäuse 1 bezeichnet ist. Das Ventil kann auch weitere Körper umfassen. Das Ventil umfasst ferner einen Kraftstoffzuführanschluss 7, über den dem Ventil Kraftstoff zugeführt werden kann.

In dem Aktorgehäuse 1 ist eine Ausnehmung 9 ausgebildet, in der eine Aktoreinheit 10 und ein Führungselement 11 angeordnet sind. Die Aktoreinheit 10 umfasst beispielsweise einen Piezoaktor, kann jedoch auch einen beliebigen anderen Aktor umfassen, z. B. einen Magnetaktor. Die Aktoreinheit 10 weist zwei Aktorzuleitungen 13 auf, die durch die Führungsvorrichtung 11 in der Ausnehmung 9 geführt sind und über die die Aktoreinheit 10 mit elektrischer Energie versorgbar ist. Die Aktorzuleitungen 13 sind elektrisch mit einem elektrischen Anschluss 14 des Ventils gekoppelt. Der elektrische Anschluss 14 ist elektrisch mit einer Steuereinheit 12 koppelbar, die ausgebildet ist, der Aktoreinheit 10 zum Ansteuern elektrische Energie zuzuführen oder in der Aktoreinheit 10 gespeicherte elektrische Energie abzuführen.

2 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil des Ventils. 3 zeigt eine zugehörige Draufsicht auf den Teil des Ventils. Der elektrische Anschluss 14 umfasst eine Vorrichtung 26 zum elektrischen Kontaktieren der Aktoreinheit 10. Die Vorrichtung 26 ist vorzugsweise als eine separate Baugruppe ausgebildet, die in die Ausnehmung 9 des Aktorgehäuses 1 eingebracht ist. Bevorzugt ist die Vorrichtung 26 nicht vollständig innerhalb der Ausnehmung 9 angeordnet, sondern erstreckt sich aus dem Aktorgehause 1 heraus. Die Vorrichtung 26 ist ferner bevorzugt so ausgebildet, dass sie eine Öffnung der Ausnehmung 9 verschließt.

Die Vorrichtung 26 weist einen Träger 27 auf, in dem mindestens ein Führungskanal 28 ausgebildet ist. Vorzugsweise ist für jede Aktorzuleitung 13 ein Führungskanal 28 in dem Träger 27 vorgesehen, so dass die Aktorzuleitungen 13 elektrisch isoliert voneinander jeweils in einem Führungskanal 28 geführt sind. Der mindestens eine Führungskanal 28 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die Aktorzuleitungen 13 durch den Träger 27 hindurch aus der Ausnehmung 9 herausführbar sind. Dadurch sind die Aktorzuleitungen 13 besonders einfach kontaktierbar.

Die Vorrichtung 26 umfasst ferner mindestens einen Steckerkontakt 29 und mindestens eine Kontaktlasche 30, die an dem Träger 27 angeordnet sind. Vorzugsweise ist jeweils ein Steckerkontakt 29 mit einer Kontaktlasche 30 elektrisch leitend gekoppelt. Der mindestens eine Steckerkontakt 29 und/oder die mindestens eine Kontaktlasche 30 können auch als Kontaktelement bezeichnet werden. Jeder Kontaktlasche 30 bzw. jedem Steckerkontakt 29 ist vorzugsweise eine Aktorzuleitung 13 zugeordnet. Die jeweilige Kontaktlasche 30 ist mit der jeweils zugeordneten Aktorzuleitung 13 beispielsweise durch Löten oder durch Schweißen elektrisch leitend verbunden. Der mindestens eine Steckerkontakt 29 und die mindestens eine Kontaktlasche 30 sind somit elektrisch leitend über die jeweilige Aktorzuleitung 13 mit der Aktoreinheit 10 gekoppelt. Der mindestens eine Steckerkontakt 29 ist durch Aufstecken einer entsprechenden Kontaktbuchse elektrisch leitend mit der Steuereinheit 12 koppelbar.

Die Vorrichtung 26 weist ein Positionierelement 31 auf, das an dem Träger 27 angeordnet oder ausgebildet ist. Ferner weist die Vorrichtung 26 einen Dichtring 32 und eine erste Dichtmembran 33 auf. Der Dichtring 32 und die erste Dichtmembran 33 können auch als Dichtelemente bezeichnet werden. Die Vorrichtung 26 weist mindestens ein Dichtelement auf, das vorzugsweise zwischen dem Träger 27 und einer Wandung der Ausnehmung 9 ausgebildet oder angeordnet ist. Das mindestens eine Dichtelement kann ferner auch zwischen dem Träger 27 und dem mindestens einen Kontaktelement und/oder zwischen dem Träger 27 und mindestens einer Aktorzuleitung 13 ausgebildet oder angeordnet sein. Vorzugsweise ist das mindestens eine Dichtelement separat von dem Träger 27 ausgebildet und an diesem angeordnet. Das mindestens eine Dichtelement ist so ausgebildet und so angeordnet, dass feste, flüssige oder gasformige Medien nicht in die Ausnehmung 9 des Aktorgehäuses 1 zu der Aktoreinheit 10 eindringen können.

Der Dichtring 32 ist beispielsweise als ein O-Ring ausgebildet. Der Dichtring 32 ist entlang eines Umfangs des Trägers 27 zwischen dem Träger 27 und der Wandung der Ausnehmung 9 angeordnet. Dadurch ist das Eindringen von Medien entlang des Umfangs des Trägers 27 oder entlang der Wandung der Ausnehmung 9 verhindert.

Die erste Dichtmembran 33 ist an einem der Aktoreinheit 10 oder dem Fuhrungselement 11 zugewandten Seite des Tragers 27 angeordnet. Die erste Dichtmembran 33 ist so ausgebildet, dass die Aktorzuleitungen 13 durch diese hindurchführbar sind. Die erste Dichtmembran 33 liegt dichtend um die jeweilige Aktorzuleitung 13, so dass Medien nicht entlang des Führungskanals 28 oder entlang der Aktorzuleitung 13 eindringen konnen.

Das mindestens eine Dichtelement, insbesondere der Dichtring 32, ist vorzugsweise so ausgebildet oder angeordnet, dass die Vorrichtung 26 in der Ausnehmung 9 zentriert ist, wenn die Vorrichtung 26 in die Ausnehmung 9 eingebracht ist. Das mindestens eine Dichtelement, der Dichtring 32 und/oder die erste Dichtmembran 33, wird vorzugsweise aus einem weichen Elastomer gebildet, beispielsweise aus einem Gummi oder aus Silikon. Durch die Elastizität des mindestens einen Dichtelements sind Toleranzen, beispielsweise des Durchmessers der Ausnehmung 9 oder des Trägers 27, ausgleichbar. Dadurch kann die Vorrichtung 26 präzise in der Ausnehmung 9 positioniert sein, so dass ein zuverlässiges und präzises Kontaktieren, beispielsweise der Aktorzuleitungen 13 und der Kontaktlaschen 30, möglich ist. Der Träger 27 ist beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet. Die erste Dichtmembran 33 ist vorzugsweise an den Träger 27 angespritzt, kann jedoch auch anders an dem Träger 27 befestigt sein, z. B. durch Kleben.

Das Positionierelement 31 ist so ausgebildet und an dem Träger 27 angeordnet, dass das Positionieren der Vorrichtung 26 in der Ausnehmung 9 während einer Montage des Ventils vereinfacht ist. Dazu wird das Positionierelement 31 in einem vorgegebenen Bereich des Aktorgehäuses 1 angeordnet. Die Vorrichtung 26 ist dann in der gewünschten Position in der Ausnehmung 9 des Aktorgehäuses 1 angeordnet. Insbesondere kann eine rotatorische Position der Vorrichtung 26 in der Ausnehmung 9 durch das Positionierelement 31 vorgegeben sein. Dadurch ist beispielsweise der Steckerkontakt 29 präzise zu dem Aktorgehause 1 positioniert.

Der Dichtring 32 hält die Vorrichtung 26 auch während einer weiteren Montage des Ventils in der vorgegebenen Position. Vorzugsweise wird die Vorrichtung 26 durch Umspritzen mit Kunststoff an dem Aktorgehäuse 1 dauerhaft fixiert. Das mindestens eine Dichtelement kann auch das Eindringen von Kunststoff während des Umspritzens der Vorrichtung 26 verhindern. Die Vorrichtung 26 kann jedoch auch anders an dem Aktorgehäuse 1 fixiert werden, z. B. durch Kleben oder Schrauben.

4 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung 26, die lediglich im Hinblick auf Merkmale der 5 im Folgenden erläutert ist. An dem Träger 27 sind der Dichtring 32 und die erste Dichtmembran 33 als Dichtelemente angeordnet. In dem Träger 27 ist entlang seines Umfangs eine Nut ausgebildet, in der der Dichtring 32 angeordnet ist. Für jede Aktorzuleitung 13 ist in der ersten Dichtmembran 33 vorzugsweise ein Einführtrichter 34 und eine Durchführungsöffnung 35 vorgesehen. Durch den Einführtrichter 34 ist das Einführen der jeweiligen Aktorzuleitung 13 in die zugehörige Durchführungsöffnung 35 und in den zugehörigen Führungskanal 28 vereinfacht. Der Durchmesser der Durchführungsöffnung 35 ist vorzugsweise geringer als der Durchmesser der Aktorzuleitung 13. Der Durchmesser der Durchführungsöffnung 35 ist jedoch so groß, dass durch die Elastizität der ersten Dichtmembran 33 die Aktorzuleitung 13 dennoch durch die Durchführungsöffnung 35 geführt werden kann. So ist sichergestellt, dass die erste Dichtmembran 33 dichtend an und um die jeweilige Aktorzuleitung 13 anliegt. Durch die Durchführungsöffnungen 35 und die Einführtrichter 34 in der ersten Dichtmembran 33 ist eine Position für das Durchführen der jeweiligen Aktorzuleitung 13 vorgegeben, so dass die Aktorzuleitungen 13 einfach und präzise in den jeweils zugehörigen Führungskanal 28 eingeführt werden können. Ferner kann verhindert werden, dass die Aktorzuleitungen 13 einen zu geringen Abstand zueinander haben. Dadurch kann die Gefahr eines Kurzschlusses verringert sein.

Zusätzlich oder alternativ kann auch eine weitere Dichtmembran vorgesehen sein, die an einer der Aktoreinheit 10 oder des Führungselements 11 abgewandten Seite des Trägers 27 in einem Bereich des mindestens einen Kontaktelements, insbesondere der mindestens einen Kontaktlasche 30, angeordnet ist. Entsprechend können weitere Durchführungsöffnungen vorgesehen sein für das Durchführen der Kontaktelemente. Ferner können auch O-Ringe oder andere Dichtelemente zwischen dem Träger 27 und den Aktorzuleitungen 13 oder zwischen dem Träger 27 und den Kontaktlaschen 30 angeordnet sein.

5 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung 26, die eine zweite Dichtmembran 36 aufweist. Die zweite Dichtmembran 36 entspricht der ersten Dichtmembran 33, umfasst jedoch zusätzlich eine Dichtwulst 37, die in ihrer Funktion dem Dichtring 32 entspricht. Die zweite Dichtmembran 36 ist topfförmig ausgebildet und umschließt die der Aktoreinheit 10 oder dem Führungselement 11 zugewandte Seite des Trägers 27. Die Dichtwulst 37 ist entsprechend dem Dichtring 32 in einer Nut angeordnet, die in dem Träger 27 entlang des Umfangs ausgebildet ist. Durch das einstückige Ausbilden des Dichtrings 32 und der ersten Dichtmembran 33 als zweite Dichtmembran 36 ist die Montage vereinfacht, da nur noch ein Dichtelement montiert werden muss. Die zweite Dichtmembran 36 kann durch die Dichtwulst 37 an dem Träger 27 gehalten werden.