DE10349309A1 - Actuator with a temperature sensor and method of manufacturing such an actuator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktor mit einem Temperatursensor (4-6) zur Erfassung der Temperatur des Aktors. Es wird vorgeschlagen, dass der Temperatursensor (4-6) zumindest teilweise im Inneren des Aktors angeordnet ist, um eine Kerntemperatur des Aktors zu erfassen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Aktors.The invention relates to an actuator with a temperature sensor (4-6) for detecting the temperature of the actuator. It is proposed that the temperature sensor (4-6) is arranged at least partially in the interior of the actuator in order to detect a core temperature of the actuator. Furthermore, the invention relates to a method for producing an actuator according to the invention.

Description

Aktor mit einem Temperatursensor und Herstellungsverfahren für einen solchen Aktor Die Erfindung betrifft einen Aktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für einen Aktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17.actuator with a temperature sensor and manufacturing method for a Such an actuator The invention relates to an actuator according to the preamble of claim 1 and a manufacturing method for an actuator according to the preamble of claim 17.

Bei der Ansteuerung von Einspritzventilen in Brennkraftmaschinen werden Piezoaktoren eingesetzt, wobei der piezoelektrische Effekt der Piezoaktoren von deren Temperatur abhängig ist. Um die Auslenkung eines Piezoaktors bei einer bestimmten angelegten Spannung vorhersagen zu können, ist es daher von Vorteil, wenn die Temperatur des Piezoaktors bekannt ist. Die Kenntnis der Temperatur eines Piezoaktors ist auch sinnvoll, um eine Überhitzung des Piezoaktors zu verhindern.at the control of injectors in internal combustion engines Piezoactors used, wherein the piezoelectric effect of the piezoelectric actuators depending on their temperature is. To the deflection of a piezo actuator at a certain applied To be able to predict tension It is therefore advantageous if the temperature of the piezoelectric actuator known is. Knowledge of the temperature of a piezoelectric actuator is also sensible to overheat the Prevent piezoelectric actuator.

Es ist deshalb bekannt, die Temperatur des Aktors zu messen. Dazu wird an der Oberfläche des Aktors ein geeigneter Sensor, beispielsweise ein Thermoelement angeordnet. Der Piezoaktor wird dann in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur angesteuert, wodurch Temperaturschwankungen kompensiert werden können.It It is therefore known to measure the temperature of the actuator. This will be on the surface the actuator is a suitable sensor, such as a thermocouple arranged. The piezoelectric actuator is then dependent on the measured Temperature controlled, which compensates for temperature fluctuations can be.

Aus DE 197 15 488 C1 ist ein Piezoaktor mit einer Kontaktierung bekannt, bei der Kontaktfahnen seitlich angebracht sind.Out DE 197 15 488 C1 a piezoelectric actuator with a contact is known, are mounted laterally in the contact lugs.

Nachteilig daran ist jedoch, dass die Temperaturmessung an der Oberfläche die Temperatur des Aktors nicht ausreichend genau wiedergibt. Daher muss bei dieser Methode eine ausreichende Reserve bei der Ansteuerung des Aktors eingeplant werden, um den gewünschten Hub sicher zu erreichen. Außerdem ist die Temperaturüberwachung des Aktors unzureichend, unter Umständen müssen sehr große Sicherheitstoleranzen eingeplant werden.adversely However, it is that the temperature measurement on the surface of the Temperature of the actuator is not sufficiently accurate. Therefore, must with this method, a sufficient reserve in the control The actuator can be scheduled to safely reach the desired hub. Furthermore is the temperature control The actuator may be inadequate, may require very large safety tolerances be scheduled.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem Aufwand die Temperatur eines Aktors möglichst präzise zu bestimmen. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren anzugeben, mit dem ein solcher Aktor mit möglichst geringem Aufwand hergestellt werden kann.Of the The invention is therefore the object of the least possible effort Temperature of an actuator as possible precise to determine. It is a further object of the invention to provide a production process specify with which such an actuator manufactured with the least possible effort can be.

Die Aufgabe wird mit einem Aktor gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterhin ist ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 17 geeignet, einen solchen Aktor herzustellen.The Task is with an actuator according to claim 1 solved. Furthermore, a manufacturing method according to claim 17 is suitable, a to produce such an actuator.

Die Erfindung geht von der physikalischen Erkenntnis aus, dass üblicherweise der Betrieb des Aktors selbst für die Temperaturerhöhung des Aktors verantwortlich ist, da ein Teil der Energie der Ansteuerung in Wärme umgesetzt wird. Die Temperatur im Kern des Aktors ist daher allgemein höher als am Rand des Aktors, wo die entstehende Wärme abgeleitet wird.The Invention is based on the physical knowledge that usually the operation of the actuator itself for the temperature increase the actor is responsible as part of the energy of the drive in heat is implemented. The temperature in the core of the actuator is therefore general higher than at the edge of the actuator, where the resulting heat is dissipated.

Vorzugsweise wird deswegen im Rahmen der Erfindung ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Aktors mindestens teilweise im Inneren des Aktors angeordnet, das heißt dass eine Messstelle des Temperatursensors zumindest teilweise Temperaturen im Inneren des Aktors erfasst. Dadurch ist eine exaktere Bestimmung der Temperatur des Aktors möglich. Vorteilhafterweise weist die Messstelle eine geringe räumliche Ausdehnung auf, wodurch Messungenauigkeiten aufgrund eventuell auftretender Temperaturgradienten vermieden werden können. Vorzugsweise wird eine Kerntemperatur des Aktors gemessen. Der Kern des Aktors bezeichnet dabei alle Orte, die nicht auf dem Rand des Aktors liegen. Der Rand des Aktors ist dabei der Rand der piezokeramischen Elemente, wobei diese in eine Schutzschicht gegossen sein können. Die Messung der Kerntemperatur des Aktors bietet den Vorteil, dass dadurch ohne Annahmen über die Temperaturverteilung im Aktor die Temperatur in einem für den Betrieb wichtigen Bereich direkt ermittelt werden kann.Preferably is therefore in the context of the invention, a temperature sensor for detecting the Temperature of the actuator at least partially in the interior of the actuator arranged, that is that a measuring point of the temperature sensor at least partially temperatures captured inside the actuator. This is a more exact determination the temperature of the actuator possible. Advantageously, the measuring point has a low spatial Expansion, whereby measurement inaccuracies due to possibly occurring Temperature gradient can be avoided. Preferably, a Core temperature of the actuator measured. The core of the actor designates all places that are not on the edge of the actuator. The edge of the actuator is the edge of the piezoceramic elements, wherein these can be poured into a protective layer. The measurement of the core temperature of the actor offers the advantage that thereby without assumptions about the Temperature distribution in the actuator the temperature in one for operation important area can be determined directly.

Vorzugsweise wird der Temperatursensor innerhalb des Aktors in einem Gebiet maximaler Temperatur angeordnet. Falls der Temperatursensor zur Überwachung einer maximal zulässigen Betriebstemperatur des Aktors eingesetzt wird, hat dies den Vorteil einer zuverlässigen Überwachung der Grenzwerte. Weiterhin ist die Kenntnis der maximalen Temperatur des Aktors vorteilhaft bei der Bestimmung der Temperaturverteilung über den gesamten Aktor. Die Genauigkeit der Bestimmung der Temperaturverteilung kann durch einen zusätzlichen Temperatursensor im oder am Aktor erhöht werden.Preferably the temperature sensor within the actuator becomes maximum in one area Temperature arranged. If the temperature sensor for monitoring a maximum allowable Operating temperature of the actuator is used, this has the advantage reliable monitoring the limits. Furthermore, the knowledge of the maximum temperature the actuator advantageous in the determination of the temperature distribution over the entire actor. The accuracy of the determination of the temperature distribution can by an additional Temperature sensor can be increased in or on the actuator.

Wird der Temperatursensor innerhalb des Aktors in einem Gebiet minimaler Auslenkung des Aktors angeordnet, so bietet dies den Vorteil, dass Leitungen, die zum Betrieb des Temperatursensors benötigt werden, geringeren mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Ist der Aktor beispielsweise in Längsrichtung mittig fixiert, so ist die Anordnung eines Temperatursensors in der Mitte des Aktors vorteilhaft, da die Zuleitungen damit keinen oder nur geringen Bewegungen ausgesetzt sind. Ist der Aktor dagegen an einem Ende fixiert, so ist eine Anordnung des Temperatursensors in der Nähe dieses Endes vorteilhaft, um die Zuleitungen möglichst wenig zu beanspruchen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass dennoch eine Temperatur gemessen wird, die von Auskühleffekten am Rand möglichst unbeeinflusst ist, also nicht am Ende des Aktors, sondern beispielsweise 10 oder 20% der Länge des Aktors vom Ende entfernt. Auch ein Abstand in der Größenordnung der halben Breite des Aktors kann sinnvoll sein. Dabei ist mit Längenausdehnung des Aktors immer seine Hauptwirkungsrichtung bezeichnet und die Breite ist eine Richtung, die auf der Hauptwirkungsrichtung senkrecht steht.If the temperature sensor is arranged within the actuator in a region of minimum deflection of the actuator, this offers the advantage that lines which are required for operation of the temperature sensor are exposed to lower mechanical stresses. If the actuator is fixed centrally in the longitudinal direction, for example, the arrangement of a temperature sensor in the middle of the actuator is advantageous, since the supply lines are thus exposed to little or no movement. On the other hand, if the actuator is fixed at one end, then an arrangement of the temperature sensor in the vicinity of this end is advantageous in order to minimize stress on the supply lines. It should be noted, however, that still a temperature is measured, which is as uninfluenced by Auskühleffekten the edge, so not at the end of the actuator, but for example, 10 or 20% of the length of the actuator from the end. Also a gap in the order of magnitude tion of half the width of the actuator may be useful. In this case, the longitudinal direction of the actuator always denotes its main direction of action and the width is a direction which is perpendicular to the main direction of action.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Aktor mehrere stapelförmig angeordnete Piezoelemente auf, zwischen denen Elektroden zur elektrischen Ansteuerung der Piezoelemente angeordnet sind. Piezoaktoren haben den Vorteil, dass sie eine schnelle und exakte Ansteuerung beispielsweise von Einspritz ventilen von Brennkraftmaschinen ermöglichen. Die Piezoelemente sind dabei stapelförmig angeordnet, um einen ausreichenden Hub des Piezoaktors zu gewährleisten. Vorteilhafterweise wird der Temperatursensor zwischen zwei Piezoelementen angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine Temperatur im Inneren des Aktors erfasst wird.In an advantageous embodiment the actuator has several stacked arranged piezoelectric elements, between which electrodes for electrical Control of the piezoelectric elements are arranged. Have piezo actuators the advantage that they provide fast and accurate control, for example allow injection valves of internal combustion engines. The piezoelectric elements are arranged in a stack, to a sufficient Ensure stroke of the piezoelectric actuator. Advantageously, the temperature sensor is arranged between two piezo elements. This has the advantage of having a temperature inside the actuator is detected.

In gewöhnlichen Anordnungen von Piezoaktoren in Schutzhüllen wird die beim Betrieb des Aktors frei werdende Wärme im Wesentlichen gleichmäßig zu allen Seiten abgeführt. Eine Anordnung des Temperatursensors im Flächenschwerpunkt eines der Piezoelemente bietet daher den Vorteil, dass mit dem dort angeordneten Temperatursensor eine Temperatur erfasst wird, die im Wesentlichen der maximalen Temperatur des betreffenden Piezoelements entspricht. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Temperatursensor an einer anderen Stelle näher am Rand eines Piezoelements angeordnet wird, beispielsweise aufgrund einer asymmetrischen Wärmeableitung durch die den Aktor umgebenden Bauteile.In ordinary Arrangements of piezoelectric actuators in protective covers will be the during operation the heat released by the actuator essentially equally to all Pages removed. An arrangement of the temperature sensor in the centroid of one of the piezo elements therefore offers the advantage that with the temperature sensor arranged there a temperature is detected that is essentially the maximum Temperature of the respective piezoelectric element corresponds. However, it is also conceivable that the temperature sensor at another location closer to the edge a piezoelectric element is arranged, for example due to a asymmetric heat dissipation through the components surrounding the actuator.

Vorteilhafterweise weist der Temperatursensor ein Thermoelement auf. Thermoelemente bestehen aus Kontaktstellen zweier Metalle mit unterschiedlicher Thermospannung. Wird beispielsweise Nickel mit Chromnickel an zwei Kontaktstellen verbunden, wobei diese Kontaktstellen eine Temperaturdifferenz von 100K aufweisen, so stellt sich zwischen diesen beiden Kontaktstellen bei Unterbrechung des geschlossenen Stromkreises eine Thermospannung von etwa 4,1 mV ein. Vorzugsweise wird eine der Kontaktstellen im Inneren des Aktors angeordnet, so dass über die sich einstellende Thermospannung die Temperatur gemessen werden kann. Da die sich einstellenden Spannungen und die fließenden Ströme äußerst gering sind, können die Zuleitungen und Isolationen sehr geringe Abmessungen aufweisen, wodurch sich eine einfache Integration in den Aktor ermöglichen lässt.advantageously, the temperature sensor has a thermocouple. thermocouples consist of contact points of two metals with different Thermovoltage. For example, nickel with chrome nickel on two Contact points connected, these contact points a temperature difference of 100K, so arises between these two contact points when the closed circuit is interrupted, a thermoelectric voltage of about 4.1 mV. Preferably, one of the contact points in the interior arranged over the actuator, so over the adjusting thermoelectric voltage the temperature are measured can. As the resulting voltages and the flowing currents extremely low are, can the supply lines and insulation have very small dimensions, which allows easy integration into the actuator leaves.

Zur Bildung des Thermoelements wird vorteilhafterweise eine der Elektroden des Piezoaktors in mindestens zwei Segmente aufgeteilt. Die Segmente liegen zwischen zwei Piezoelementen und bedecken zusammen einen Teilbereich der angrenzenden Piezoelemente oder sie bedecken die angrenzenden Piezoelemente ganz. Die Segmente können auch teilweise überlappend angeordnet sein, wobei zwischen ihnen zur elektrischen Isolation eine Isolierschicht angeordnet werden kann. Die zwei Segmente stoßen an einer thermoelektrischen Kontaktstelle zusammen. Falls die Segmente überlappend mit einer Isolierschicht angeordnet sind, trennt die Isolierschicht die Segmente an der Kontaktstelle nicht elektrisch, beispielsweise weist die Isolierschicht eine Aussparung auf oder ein Segment umfasst ein Gebiet, das über die Isolierschicht hinausragt und mit dem anderen Segment in elektrischem Kontakt ist. Um eine Thermospannung zu erzeugen, bestehen die beiden Segmente zumindest teilweise aus Materialien mit unterschiedlichen Thermospannungen. Damit lässt sich das Thermoelement auf einfache Weise in den Aktor integrieren. Insbesondere sind bei dieser Anordnung keine Eingriffe in die Form und Struktur der Piezoelemente notwendig.to Formation of the thermocouple is advantageously one of the electrodes of the piezoelectric actuator divided into at least two segments. The segments lie between two piezo elements and cover one another together Part of the adjacent piezo elements or they cover the adjacent piezo elements completely. The segments can also be partially overlapping be arranged, with between them for electrical isolation an insulating layer can be arranged. The two segments abut at one thermoelectric contact point together. If the segments overlap are arranged with an insulating layer, separates the insulating layer the segments at the contact point not electrically, for example the insulating layer has a recess or comprises a segment an area that over the insulating layer protrudes and with the other segment in electrical Contact is. To generate a thermoelectric voltage, the two exist Segments at least partially made of materials with different Thermal stresses. Leave it the thermocouple can be easily integrated into the actuator. In particular, in this arrangement, no interference with the form and structure of the piezo elements necessary.

Vorteilhafterweise wird mindestens eines der beiden Segmente aufgedruckt. In der Patentschrift DE 197 15 488 C1 , deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird, wird ein Verfahren zum Aufdrucken von Elektroden auf ein Piezoelement beispielhaft näher beschrieben. Das Aufdrucken eines Segmentes hat unter anderem den Vorteil, dass die aufgedruckten Segmente sehr dünn ausgeführt werden können. Wird das zusätzliche Segment während der Herstellung der einzelnen Schichten des Piezoaktors in einem zusätzlichen Druckvorgang erzeugt, so bietet dies den Vorteil eines geringen Zusatzaufwands bei der Herstellung des Piezoaktors. Das zusätzliche Segment wird dabei auf das dem Thermoelement angrenzende Piezoelement aufgedruckt.Advantageously, at least one of the two segments is printed. In the patent DE 197 15 488 C1 , the content of which is hereby incorporated into this application, a method for printing electrodes on a piezoelectric element is described in more detail by way of example. The printing of a segment has, inter alia, the advantage that the printed segments can be made very thin. If the additional segment is produced during the production of the individual layers of the piezoelectric actuator in an additional printing process, this offers the advantage of a small additional expense in the production of the piezoelectric actuator. The additional segment is printed on the thermocouple adjacent piezoelectric element.

Der Aktor weist vorzugsweise zwei Sammelelektroden zur elektrischen Ansteuerung auf, wobei die Elektroden des Aktors wechselweise an die Sammelelektroden angeschlossen werden. Eine solche Anordnung und Vorteile derselben werden beispielhaft in der Anmeldung DE 197 15 488 C1 beschrieben. Vorzugweise ist eines der Segmente des Thermoelements mit einer der Sammelelektroden elektrisch verbunden. Dadurch übernimmt die Elektrode zwei Funktionen, sie ist sowohl Zuleitung zur thermoelektrischen Kontaktstelle und zugleich Elektrode zur Ansteuerung der angrenzenden Piezoelemente. Es ist dann ausreichend, nur eine Zuleitung zu einer thermoelektrischen Kontaktstelle zu führen. Die Funktion der anderen Zuleitung übernimmt das Segment, das mit der Sammelelektrode elektrisch verbunden ist.The actuator preferably has two collecting electrodes for electrical actuation, wherein the electrodes of the actuator are alternately connected to the collecting electrodes. Such an arrangement and advantages thereof are exemplified in the application DE 197 15 488 C1 described. Preferably, one of the segments of the thermocouple is electrically connected to one of the collecting electrodes. As a result, the electrode performs two functions, it is both supply to the thermoelectric contact point and at the same time electrode for controlling the adjacent piezo elements. It is then sufficient to lead only one supply line to a thermoelectric contact point. The function of the other supply line takes over the segment which is electrically connected to the collecting electrode.

Vorzugsweise wird das zweite Segment wesentlich kleiner ausgeführt als das erste Segment. Wird das erste Segment wie oben beschrieben an eine der Sammelelektroden angeschlossen, so kann damit der größte Teil der angrenzenden Piezoelemente mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das zweite Segment in einer Aussparung des ersten Segments angeordnet, wobei es die thermoelektrische Kontaktstelle mit einer am Rand des Piezoaktors angeschlossenen Messelektrode verbindet. Dabei muss weder das zweite Segment noch die Isolationsschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Segment besonders breit bemessen sein, da weder hohe Ströme fließen, noch eine hohe Spannungsdifferenz zwischen den beiden Segmenten herrscht. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die angrenzenden Piezoelemente nahezu komplett mit Spannung beaufschlagt werden. Dadurch wird das Betriebsverhalten des Aktors nur minimal oder gar nicht negativ beeinflusst. Die Messelektrode kann beispielsweise analog wie die Sammelelektroden am Rand des Piezoaktors angebracht sein. Dabei ist darauf zu achten, dass nicht durch Materialkombinationen im Bereich der Zuleitung an Kontaktstellen zusätzliche Thermospannungen entstehen, die das Messergebnis verfälschen können.Preferably, the second segment is made substantially smaller than the first segment. If the first segment is connected to one of the collecting electrodes as described above, then the largest part of the adjacent piezo elements can be subjected to an electrical voltage become. In an advantageous embodiment, the second segment is arranged in a recess of the first segment, wherein it connects the thermoelectric contact point with a measuring electrode connected to the edge of the piezoelectric actuator. In this case, neither the second segment nor the insulating layer between the first and the second segment must be particularly broad, since neither high currents flow, nor there is a high voltage difference between the two segments. By this arrangement it is achieved that the adjacent piezoelectric elements are almost completely charged with voltage. As a result, the operating behavior of the actuator is only minimally or not negatively affected. The measuring electrode may, for example, be mounted on the edge of the piezoelectric actuator analogously to the collecting electrodes. Care must be taken to ensure that material combinations in the area of the supply line at the contact points do not cause additional thermal voltages which can falsify the measurement result.

Um elektrisch leitende Verbindungen zwischen der seitlich am Aktor angebrachten Messelektrode und Elektroden benachbarter Piezoelemente zu vermeiden, weisen die benachbarten Elektroden vorzugsweise Aussparungen im Gebiet der Messelektrode auf. Je nachdem wo die Messelektrode angebracht ist, sind diese Aussparungen an den entsprechenden Stellen angeordnet. Falls beispielsweise die Messelektrode in der Mitte einer Seite angeordnet ist, so werden an den benachbarten Elektroden Aussparungen in der Mitte der gleichen Seite angeordnet. Ist die Messelektrode an einer Ecke montiert, so werden an den benachbarten Elektroden Aussparungen an den gleichen Ecken angeordnet.Around electrically conductive connections between the side of the actuator attached measuring electrode and electrodes of adjacent piezo elements to avoid, the adjacent electrodes preferably have recesses in the area of the measuring electrode. Depending on where the measuring electrode is attached, these recesses are in the appropriate places arranged. For example, if the measuring electrode in the middle one side is arranged so on the adjacent electrodes Cutouts arranged in the middle of the same page. Is the Measuring electrode mounted on one corner, so be to the adjacent Electrode recesses arranged at the same corners.

In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht ein Segment aus einer Silber-Palladium-Legierung, beispielsweise AgPd 70/30 und das andere Segment aus Palladium. Die beiden Segmente können in zwei aufeinanderfolgenden Druckvorgängen auf ein dem Thermoelement benachbartes Piezoelement aufgedruckt werden. Es ist jedoch auch vorstellbar, die beiden Segmente aus anderen Metallen oder Legierungen herzustellen, wobei grundsätzlich alle möglichen Kombinationen zur Erzeugung einer Thermospannung denkbar sind.In an advantageous embodiment For example, a segment is made of a silver-palladium alloy, for example AgPd 70/30 and the other segment of palladium. The two segments can in two consecutive printing operations on a thermocouple adjacent piezoelectric element are printed. It is, however conceivable, the two segments of other metals or alloys to produce, in principle all possible Combinations for generating a thermal voltage are conceivable.

Die Anordnung mehrerer Temperatursensoren in einem Aktor kann Vorteile aufweisen, da dadurch die Temperaturverteilung des Aktors exakter bestimmt werden kann. So können zum Beispiel in einem Aktor im Abstand von beispielsweise 20, 50 oder 100 Piezoelementen Temperatursensoren angeordnet sein. Beispielsweise kann alle 20, 50 oder 100 Piezoelemente eine Elektrode angeordnet werden, die als Thermoelement ausgebildet ist.The Arrangement of multiple temperature sensors in an actuator can be advantageous have, as characterized by the temperature distribution of the actuator determines more accurately can be. So can for example, in an actuator at a distance of, for example, 20, 50 or 100 piezo elements temperature sensors may be arranged. For example every 20, 50 or 100 piezo elements can be arranged one electrode be formed as a thermocouple.

Vorteilhafterweise kann ein Piezoelement auch mehrere Thermoelemente aufweisen. So kann beispielsweise die Temperatur in der Mitte des angrenzenden Keramikelementes und an einem Punkt der näher am Rand liegt, gemessen werden. Es ist beispielsweise möglich, in der Aussparung des großen ersten Seg ments nicht nur ein weiteres Segment, sondern noch ein zusätzliches Segment anzuordnen, um an zwei Stellen die Temperatur zu ermitteln. Vorteilhafterweise wird dabei das große Segment des ersten Thermoelements, das zugleich als Elektrode für die Piezoelemente dient, auch für das zweite Thermoelement verwendet, wodurch vorteilhafterweise nur eine weitere Zuleitung für ein weiteres Thermoelement notwendig ist.advantageously, a piezoelectric element can also have a plurality of thermocouples. So For example, the temperature in the middle of the adjacent Ceramic element and at a point closer to the edge, measured become. For example, it is possible in the recess of the big one not just another segment, but another one additional Segment to determine the temperature in two places. Advantageously, the large segment of the first thermocouple, at the same time as an electrode for the piezo elements are used, also for used the second thermocouple, which advantageously only another supply line for another thermocouple is necessary.

Weiterhin umfasst die Erfindung ein Herstellungsverfahren zur Herstellung der oben beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen.Farther The invention includes a production process for the production the advantageous embodiments described above.

Außerdem umfasst die Erfindung einen Injektor für eine Brennkraftmaschine, der einen Aktor in einer der oben beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen enthält.It also includes the invention an injector for an internal combustion engine having an actuator in one of the above-described advantageous embodiments contains.

Eine erfindungsgemäße Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren der oben näher beschriebenen Aktoren ist vorteilhafterweise dazu geeignet, sehr exakte und präzise Einspritzungen in die Brennräume einer Brennkraftmaschine vorzunehmen. Da die Einspritzanlage mit Hilfe der Temperatursensoren die Ansteuerung des Aktors der Temperatur des Aktors anpassen kann, kann sie den Aktor genau auf die gewünschten Positionen ansteuern.A injection system according to the invention for one Internal combustion engine with one or more of the above-described Actuators are advantageously suitable for this, very precise and precise injections in the combustion chambers to make an internal combustion engine. As the injection system with Help of temperature sensors control of the actuator of temperature can adjust the actuator exactly to the desired Head for positions.

Der erfindungsgemäße Aktor, der mit einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt werden kann, wird anschließend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert.Of the Actuator according to the invention, with a manufacturing method according to the invention is subsequently made with reference to the accompanying drawings explained in more detail.

1 zeigt schematisch fünf Piezoelemente mit einem Thermoelement für den stapelförmigen Einbau in einen Piezoaktor. 1 schematically shows five piezo elements with a thermocouple for stacked installation in a piezoelectric actuator.

2 zeigt das Piezoelement mit dem Thermoelement genauer in einer Draufsicht von oben. 2 shows the piezoelectric element with the thermocouple in more detail in a plan view from above.

In 1 ist ausschnittsweise ein Stapel 1 von Piezoelementen 2.1–2.5 in Explosionsdarstellung gezeigt. Weiterhin sind auf den Piezoelementen 2.1, 2.2, 2.4 und 2.5 aufgedruckte Elektroden 3.1–3.4 schraffiert dargestellt. Auf dem mittleren Piezoelement 2.3 ist eine Elektrode angeordnet, die in zwei Segmente 4 und 5 aufgeteilt ist. Die Segmente 4 und 5 stoßen an einer Kontaktstelle 6 aneinander. Das Segment 5 ist an einer Seite des Piezoelements 2.3 an eine Messelektrode (12, nicht dargestellt in 1) angeschlossen. Im Bereich des Anschlusses weisen die dem Piezoelement 2.3 benachbarten Piezoelemente 2.1, 2.2, 2.4 und 2.5 Aussparungen 7.1–7.4 auf, um eine elektrisch leitende Verbindung zu vermeiden.In 1 is a fragmentary stack 1 of piezo elements 2.1 - 2.5 shown in exploded view. Furthermore, on the piezo elements 2.1 . 2.2 . 2.4 and 2.5 printed electrodes 3.1 - 3.4 hatched shown. On the middle piezo element 2.3 An electrode is arranged in two segments 4 and 5 is divided. The segments 4 and 5 encounter a contact point 6 together. The segment 5 is on one side of the piezoelectric element 2.3 to a measuring electrode ( 12 , not shown in 1 ) connected. Point in the area of the connection the the piezo element 2.3 adjacent piezo elements 2.1 . 2.2 . 2.4 and 2.5 recesses 7.1 - 7.4 to avoid an electrically conductive connection.

In 2 ist das Piezoelement 2.3 aus 1 in Draufsicht und detaillierter dargestellt. Es sind wieder die beiden Segmente 4 und 5 und deren Kontaktstelle 6 gezeigt. Die Segmente 4 und 5 bestehen aus Materialien mit einer unterschiedlichen Thermospannung, beispielsweise besteht das Segment 4 aus einer Silber-Palladium-Legierung AgPd 70/30 und das Segment 5 aus reinem Palladium Pd. Die Segmente 4 und 5 bilden mit ihrer Kontaktstelle 6 ein Thermoelement. Bei Änderungen der Temperatur der Kontaktstelle 6 ändert sich die zwischen den Segmenten 4 und 5 einstellende Thermospannung.In 2 is the piezo element 2.3 out 1 in plan view and shown in more detail. It's the two segments again 4 and 5 and their contact point 6 shown. The segments 4 and 5 consist of materials with a different thermoelectric voltage, for example, there is the segment 4 from a silver-palladium alloy AgPd 70/30 and the segment 5 of pure palladium Pd. The segments 4 and 5 form with their contact point 6 a thermocouple. For changes in the temperature of the contact point 6 changes between the segments 4 and 5 adjusting thermoelectric voltage.

Das Segment 4 ist an eine Arbeitselektrode 8 angeschlossen, über die es an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen werden kann. Weiterhin ist eine zweite Arbeitselektrode 9 abgebildet. Die Arbeitselektroden 8 und 9 sind die Zuleitungen des Piezoaktors. Die vier Elektroden 3.1–3.4 und das Segment 4 sind jeweils wechselweise mit einer der beiden Arbeitselektroden 8 und 9 verbunden. Um einen piezoelektrischen Effekt in den Piezoelementen 2.1–2.5 hervorzurufen, wird an die Arbeitselektroden 8 und 9 eine elektrische Spannung angelegt. Damit es nicht zu einem Kurzschluss kommt, weisen die Elektroden 3.1–3.4 und das Segment 4 im Gebiet nahe der jeweils nicht kontaktierten Arbeitselektrode 8 oder 9 Aussparungen 10.1–10.5 auf.The segment 4 is to a working electrode 8th connected, via which it can be connected to an electrical voltage source. Furthermore, a second working electrode 9 displayed. The working electrodes 8th and 9 are the supply lines of the piezoelectric actuator. The four electrodes 3.1 - 3.4 and the segment 4 are each alternating with one of the two working electrodes 8th and 9 connected. To a piezoelectric effect in the piezo elements 2.1 - 2.5 cause is to the working electrodes 8th and 9 an electrical voltage applied. To prevent a short circuit, the electrodes point 3.1 - 3.4 and the segment 4 in the area near the non-contacted working electrode 8th or 9 recesses 10.1 - 10.5 on.

Die Spannung der Arbeitselektrode 8 stellt für das Thermoelement das Bezugspotential dar. Im Segment 5 stellt sich eine vom Bezugspotential um die Thermospannung unterschiedliche Spannung ein. Um diese Spannung abgreifen zu können, ist das Segment 5 von der Kontaktstelle 6 an den Rand des Piezoelementes 2.3 geführt. Zwischen der Kontaktstelle 6 und dem Rand des Piezoelementes 2.3 sind die Segmente 4 und 5 durch schmale Isolierstreifen 11.1 und 11.2 voneinander elektrisch getrennt. Am Rand des Piezoelementes 2.3 ist das Segment 5 an die Messelektrode 12 angeschlossen. Hierbei ist darauf zu achten, dass zwischen dem Segment 5 und der Messelektrode 12 keine Thermospannung entsteht, da diese das Messergebnis ungünstig beeinflussen könnte. Idealerweise besteht die Messelektrode 12 aus einem Material, bei dem es bei Kontakt mit dem Material des Segments 5 nicht zu einer Thermospannung kommt.The voltage of the working electrode 8th represents the reference potential for the thermocouple. In the segment 5 adjusts itself from the reference potential to the thermoelectric voltage different voltage. To pick up this tension is the segment 5 from the contact point 6 to the edge of the piezoelectric element 2.3 guided. Between the contact point 6 and the edge of the piezo element 2.3 are the segments 4 and 5 through narrow insulating strips 11.1 and 11.2 electrically isolated from each other. At the edge of the piezoelement 2.3 is the segment 5 to the measuring electrode 12 connected. It is important to ensure that between the segment 5 and the measuring electrode 12 no thermoelectric voltage is generated, as this could adversely affect the measurement result. Ideally, the measuring electrode is made 12 made of a material that is in contact with the material of the segment 5 does not come to a thermoelectric voltage.

Da das Segment 4 an der Arbeitselektrode 8 kontaktiert ist, und die Isolierstreifen 11.1 und 11.2 nur eine geringe Fläche benötigen, werden die angrenzenden Keramikschichten der Piezoelemente 2.2 und 2.3 nahezu genauso unter Spannung gesetzt wie die anderen Piezoelemente 2.1, 2.4 und 2.5, die kein Thermoelement aufweisen.Because the segment 4 at the working electrode 8th contacted, and the insulating strip 11.1 and 11.2 need only a small area, the adjacent ceramic layers of the piezoelectric elements 2.2 and 2.3 almost as energized as the other piezo elements 2.1 . 2.4 and 2.5 that do not have a thermocouple.

Um die vom Thermoelement erfasste Temperatur an der Kontaktstelle 6 zu messen, wird die Spannungsdifferenz zwischen der Arbeitselektrode 8 und der Messelektrode 12 mit einem Differenzverstärker (nicht dargestellt) verstärkt. Aus der verstärkten Thermospannung kann unter Kenntnis der thermoelektrischen Eigenschaften der Segmente 4 und 5 die Temperatur an der Kontaktstelle 6 ermittelt werden.To the temperature detected by the thermocouple at the contact point 6 To measure, the voltage difference between the working electrode 8th and the measuring electrode 12 amplified with a differential amplifier (not shown). From the amplified thermoelectric voltage, knowing the thermoelectric properties of the segments 4 and 5 the temperature at the contact point 6 be determined.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die eben falls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.The The invention is not limited to the preferred embodiment described above limited. Rather, a variety of variants and modifications is possible, the just in case make use of the idea of the invention and therefore in fall within the scope of protection.

Claims (25)

Aktor (1), insbesondere Piezoaktor zur Ansteuerung eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, mit einem Temperatursensor (4–6) zur Erfassung der Temperatur des Aktors (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4–6) mindestens teilweise im Inneren des Aktors (1) angeordnet ist, um eine Kerntemperatur des Aktors (1) zu erfassen.Actuator ( 1 ), in particular piezoelectric actuator for controlling an injection valve of an internal combustion engine, with a temperature sensor ( 4 - 6 ) for detecting the temperature of the actuator ( 1 ), characterized in that the temperature sensor ( 4 - 6 ) at least partially inside the actuator ( 1 ) is arranged to a core temperature of the actuator ( 1 ) capture. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4–6) innerhalb des Aktors (1) in einem Gebiet maximaler Temperatur angeordnet ist.Actuator according to claim 1, characterized in that the temperature sensor ( 4 - 6 ) within the actuator ( 1 ) is arranged in a region of maximum temperature. Aktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4–6) innerhalb des Aktors (1) in einem Gebiet minimaler Auslenkung angeordnet ist.Actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature sensor ( 4 - 6 ) within the actuator ( 1 ) is arranged in a region of minimum deflection. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch, mehrere stapelförmig angeordnete Piezoelemente (2.1–2.5), zwischen denen Elektroden (3.1–3.4, 4, 5) zur elektrischen Ansteuerung angeordnet sind, wobei der Temperatursensor (4–6) zwischen zwei Piezoelementen (2.1–2.5) angeordnet ist.Actuator according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of stacked piezo elements ( 2.1 - 2.5 ) between which electrodes ( 3.1 - 3.4 . 4 . 5 ) are arranged for electrical control, wherein the temperature sensor ( 4 - 6 ) between two piezo elements ( 2.1 - 2.5 ) is arranged. Aktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Temperatursensor (4–6) im wesentlichen im Flächenschwerpunkt eines der Piezoelemente (2.1–2.5) befindet.Actuator according to claim 4, characterized in that the temperature sensor ( 4 - 6 ) substantially in the centroid of one of the piezo elements ( 2.1 - 2.5 ) is located. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor ein Thermoelement (4–6) aufweist.Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor is a thermocouple ( 4 - 6 ) having. Aktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Thermoelementes (4–6) eine der Elektroden (3.1–3.4, 4, 5) in mindestens zwei Segmente (4, 5) aufgeteilt ist, wobei die Segmente (4, 5) an einer thermoelektrischen Kontaktstelle (6) zusammenstoßen und mindestens teilweise aus Materialien mit unterschiedlichen Thermospannungen bestehen.Actuator according to claim 6, characterized in that for the formation of the thermocouple ( 4 - 6 ) one of the electrodes ( 3.1 - 3.4 . 4 . 5 ) in at least two segments ( 4 . 5 ), the segments ( 4 . 5 ) at a thermoelectric contact point ( 6 ) and consist at least partially of materials with different thermal stresses. Aktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden Segmente (4, 5) auf das angrenzende Piezoelement (2.3) aufgedruckt ist.Actuator according to Claim 7, characterized in that at least one of the two segments ( 4 . 5 ) on the adjacent piezo element ( 2.3 ) is printed. Aktor nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch, zwei Sammelelektroden (8, 9) zur elektrischen Ansteuerung des Aktors (1), wobei eines der Segmente (4, 5) mit einer der Sammelelektroden (8, 9) elektrisch verbunden ist.Actuator according to Claim 7 or 8, characterized by two collecting electrodes ( 8th . 9 ) for the electrical control of the actuator ( 1 ), one of the segments ( 4 . 5 ) with one of the collecting electrodes ( 8th . 9 ) is electrically connected. Aktor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Segment (5) wesentlich kleiner ist als das erste Segment (4), wobei das zweite Segment (5) in einer Aussparung des ersten Segments (4) angeordnet ist und von der thermoelektrischen Kontaktstelle (6) der beiden Segmente (4, 5) nach außen zum Anschluss an eine Messelektrode (12) geführt ist.Actuator according to one of claims 7 to 9, characterized in that the second segment ( 5 ) is much smaller than the first segment ( 4 ), the second segment ( 5 ) in a recess of the first segment ( 4 ) and from the thermoelectric contact point ( 6 ) of the two segments ( 4 . 5 ) to the outside for connection to a measuring electrode ( 12 ) is guided. Aktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Thermoelement (4–6) benachbarten Elektroden (3.1–3.4) Aussparungen (7.1–7.4) im Gebiet der Messelektrode (12) aufweisen.Actuator according to claim 10, characterized in that the thermocouple ( 4 - 6 ) adjacent electrodes ( 3.1 - 3.4 ) Recesses ( 7.1 - 7.4 ) in the area of the measuring electrode ( 12 ) exhibit. Aktor nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Segment (4) aus einer Silber-Palladium-Legierung besteht und dass das andere Segment (5) aus Palladium besteht.Actuator according to one of claims 7 to 11, characterized in that the one segment ( 4 ) consists of a silver-palladium alloy and that the other segment ( 5 ) consists of palladium. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch, mehrere Temperatursensoren.Actuator according to one of the preceding claims, characterized through, several temperature sensors. Aktor nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden (3.1–3.4, 4, 5) mehrere Thermoelemente (4–6) aufweist.Actuator according to one of claims 6 to 12, characterized in that one of the electrodes ( 3.1 - 3.4 . 4 . 5 ) several thermocouples ( 4 - 6 ) having. Injektor für eine Brennkraftmaschine mit einem Aktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.Injector for an internal combustion engine with an actuator ( 1 ) according to one of claims 1 to 14. Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Aktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.Injection system for an internal combustion engine with an actuator ( 1 ) according to one of claims 1 to 14. Herstellungsverfahren für einen Aktor (1), insbesondere einen Piezoaktor zur Ansteuerung eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, der mit einem Temperatursensor (4–6) zur Erfassung der Temperatur des Aktors (1) versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4–6) mindestens teilweise im Inneren des Aktors (1) angeordnet wird, um eine Kerntemperatur des Aktors (1) zu erfassen.Manufacturing method for an actuator ( 1 ), in particular a piezoelectric actuator for controlling an injection valve of an internal combustion engine, which is equipped with a temperature sensor ( 4 - 6 ) for detecting the temperature of the actuator ( 1 ), characterized in that the temperature sensor ( 4 - 6 ) at least partially inside the actuator ( 1 ) is arranged to a core temperature of the actuator ( 1 ) capture. Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4–6) innerhalb des Aktors (1) in einem Gebiet maximaler Temperatur und/oder in einem Gebiet minimaler Auslenkung angeordnet wird.Manufacturing method according to claim 17, characterized in that the temperature sensor ( 4 - 6 ) within the actuator ( 1 ) is placed in a region of maximum temperature and / or in a region of minimum deflection. Herstellungsverfahren nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch, ein stapelförmiges Anordnen mehrerer Piezoelemente (2.1–2.5), zwischen denen Elektroden (3.1–3.4, 4, 5) zur elektrischen Ansteuerung angeordnet werden, wobei der Temperatursensor (4-6) zwischen zwei Piezoelementen (2.1–2.5) angeordnet wird.Manufacturing method according to claim 17 or 18, characterized by a stack-shaped arrangement of a plurality of piezoelectric elements ( 2.1 - 2.5 ) between which electrodes ( 3.1 - 3.4 . 4 . 5 ) are arranged for electrical control, wherein the temperature sensor ( 4 - 6 ) between two piezo elements ( 2.1 - 2.5 ) is arranged. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, gekennzeichnet durch, ein Anordnen des Temperatursensors (4–6) im Flächenschwerpunkt eines Piezoelementes (2.1.–2.5).Manufacturing method according to one of Claims 17 to 19, characterized by arranging the temperature sensor ( 4 - 6 ) in the centroid of a piezoelectric element ( 2.1 .- 2.5 ). Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor als Thermoelement (4–6) ausgebildet wird und zur Bildung des Thermoelementes (4–6) die Elektrode (4, 5) aus mindestens zwei Segmenten (4, 5) gefertigt wird, wobei die Segmente (4, 5) mindestens teilweise aus Materialien mit unterschiedlichen Thermospannungen hergestellt werden und mindestens eines der Segmente (4, 5) aufgedruckt wird, wobei die Segmente (4, 5) so angeordnet werden, dass sie an einer thermoelektrischen Kontaktstelle (6) zusammenstoßen.Manufacturing method according to one of claims 17 to 20, characterized in that the temperature sensor as a thermocouple ( 4 - 6 ) and for forming the thermocouple ( 4 - 6 ) the electrode ( 4 . 5 ) of at least two segments ( 4 . 5 ), the segments ( 4 . 5 ) are at least partially made of materials with different thermal stresses and at least one of the segments ( 4 . 5 ), the segments ( 4 . 5 ) are arranged so that they at a thermoelectric contact point ( 6 ) collide. Herstellungsverfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor mit zwei Sammelelektroden (8, 9) zur elektrischen Ansteuerung versehen wird, wobei das erste Segment (4) mit einer der Sammelelektroden (8, 9) elektrisch verbunden wird und das zweite Segment (5) wesentlich kleiner ausgeführt wird als das erste Segment (4) und in einer Aussparung des ersten Segments (4) angeordnet wird und von der thermoelektrischen Kontaktstelle (6) der beiden Segmente (4, 5) nach außen zu einer Messelektrode (12), mit der der Aktor (1) versehen wird, geführt wird.Manufacturing method according to claim 21, characterized in that the actuator with two collecting electrodes ( 8th . 9 ) is provided for electrical activation, wherein the first segment ( 4 ) with one of the collecting electrodes ( 8th . 9 ) is electrically connected and the second segment ( 5 ) is made substantially smaller than the first segment ( 4 ) and in a recess of the first segment ( 4 ) and from the thermoelectric contact point ( 6 ) of the two segments ( 4 . 5 ) to the outside to a measuring electrode ( 12 ), with which the actuator ( 1 ) is performed. Herstellungsverfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Thermoelement (4–6) benachbarten Elektroden (3.1–3.4) mit Aussparungen (7.1–7.4) im Bereich der Messelektrode (12) versehen werden.Manufacturing method according to claim 22, characterized in that the thermocouple ( 4 - 6 ) adjacent electrodes ( 3.1 - 3.4 ) with recesses ( 7.1 - 7.4 ) in the region of the measuring electrode ( 12 ). Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Segment (4) aus einer Silber-Palladium-Legierung hergestellt wird und dass das andere Segment (5) aus Palladium hergestellt wird.Manufacturing method according to one of Claims 21 to 23, characterized in that the one segment ( 4 ) is made of a silver-palladium alloy and that the other segment ( 5 ) is made from palladium. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (1) mit mehreren Temperatursensoren versehen wird und/oder aus einer der Elektroden (3.1–3.4, 4, 5) mehrere Thermoelemente (4–6) gebildet werden.Manufacturing method according to one of claims 17 to 23, characterized in that the actuator ( 1 ) is provided with a plurality of temperature sensors and / or from one of the electrodes ( 3.1 - 3.4 . 4 . 5 ) several thermocouples ( 4 - 6 ) are formed.