DE19650900A1 - Piezoelektrischer Aktuator - Google Patents
Piezoelektrischer AktuatorInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem piezoelektrischen Aktuator
mit einem piezoelektrischen Körper, insbesondere in Form ei
nes vielschichtigen Laminates mit aufeinander geschichteten
Lagen aus piezoelektrischem bzw. piezokeramischem Material
und zwischengeschalteten metallischen bzw. elektrisch lei
tenden, als Elektroden dienenden Schichten, wobei der Körper
bei pulsierender elektrischer Beaufschlagung seiner Elektro
den analog pulsierende Hübe unter Änderung des Abstandes
zwischen zwei voneinander abgewandten Stirnseiten des Kör
pers ausführt.
Piezoelektrische Aktuatoren sind allgemein bekannt und kön
nen im Falle von Kraftfahrzeugen, z. B. für Einspritzventile
des Motors sowie in Bremssystemen mit Antiblockiersystem
(ABS) und Antischlupfregelungen (ASR) eingesetzt werden.
Hinsichtlich der Betätigung von Einspritzventilen durch sol
che Aktuatoren kann auf die GB 13 200 57 A verwiesen werden.
Derartige Einspritzventile besitzen eine durch ein stößelar
tiges Verschlußorgan gesteuerte Einspritzdüse. Am Stößel ist
eine düsenseitige Wirkfläche angeordnet, die vom Druck des
der Düse zugeführten Kraftstoffes beaufschlagt wird, wobei
die Druckkräfte den Stößel in Öffnungsrichtung des Ver
schlußorganes zu drängen suchen. Der Stößel regt mit einem
plungerartigen Ende, dessen Querschnitt größer ist als die
vorgenannte Wirkfläche, in eine Steuerkammer hinein. Der
dort wirksame Druck sucht den Stößel in Schließrichtung des
Verschlußorganes zu bewegen. Die Steuerkammer ist über eine
Eingangsdrossel mit der unter hohem Druck stehenden Kraft
stoffzufuhr und über ein in der Regel gedrosseltes bzw. mit
einer Ausgangsdrossel kombiniertes Auslaßventil mit einer
nur geringen Druck aufweisenden Kraftstoffrückführleitung
verbunden. Bei geschlossenem Auslaßventil steht in der Steu
erkammer ein hoher Druck an, durch den der Stößel gegen den
Druck an seiner düsenseitigen Wirkfläche in Schließrichtung
des Verschlußorganes bewegt bzw. in Verschlußstellung gehal
ten wird. Beim Öffnen des Auslaßventiles fällt der Druck in
der Steuerkammer ab, wobei das Maß des Druckabfalles durch
die Bemessung der Eingangsdrossel und des Drosselwiderstan
des des geöffneten Ausgangsventiles bzw. der damit kombi
nierten Ausgangsdrossel bestimmt wird. Im Ergebnis vermin
dert sich der Druck in der Steuerkammer bei geöffnetem Aus
laßventil derart, daß der Stößel aufgrund der an seiner dü
senseitigen Wirkfläche wirksamen Druckkräfte in Öffnungs
richtung des Verschlußorgans bewegt bzw. in Offenstellung
gehalten wird.
Das genannte Auslaßventil kann mittels eines piezoelektri
schen Aktuators betätigt werden, wobei im Vergleich zur Hub
bewegung des Verschlußorganes der Einspritzdüse geringe Hübe
ausreichen.
Piezoelektrische Aktuatoren haben sich als zuverlässige
Stell- und Antriebsorgane erwiesen. Allerdings muß beim Ein
satz bzw. bei der Anordnung der piezoelektrischen Aktuatoren
berücksichtigt werden, daß die piezoelektrischen Körper,
welche in Multilayer-Technik als vielschichtige Laminate
ausgebildet sind, nicht bzw. nur geringfügig auf Zug bela
stet werden dürfen. Dadurch kann die Konstruktion piezoelek
trisch betätigter Aggregate erschwert werden.
Gemäß der Erfindung sind die piezoelektrischen Aktuatoren
auch für Belastungen in Zugrichtung geeignet, da vorgesehen
ist, daß der piezoelektrische Körper eine die Stirnflächen
unter Druckvorspannung des piezoelektrischen Körpers gegen
einander verspannende elastische Umspannung aufweist.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den pie
zoelektrischen Körper des Aktuators durch an ihm angeordnete
bzw. gehalterte Vorspannelemente entgegen der Richtung der
gewünschten Zugbeanspruchung auf Druck elastisch vorzuspan
nen und damit ständig auf Druck zu belasten, wobei der pie
zoelektrische Körper bei Beaufschlagung mit pulsierenden
bzw. wechselnden elektrischen Feldern die genannten Stirn
seiten unter Druckbeanspruchung des piezoelektrischen Mate
riales und unter elastischer Dehnung der Umspannung ausein
andertreibt und diese Stirnseiten nachfolgend unter Ausnut
zung der in der Umspannung elastisch gespeicherten Energie
wiederum unter Druckbeanspruchung des piezoelektrischen Kör
pers gegeneinander gerückt werden und in beiden Bewegungs
richtungen nach außen wirksame Arbeit geleistet werden kann.
Bei der Erfindung läßt sich in vorteilhafter Weise ausnut
zen, daß die bei Arbeitshüben des piezoelektrischen Körpers
ihren Abstand verändernden Stirnseiten zur Kraftübertragung
auf Widerlager bzw. anzutreibende Elemente mit stabilen Kop
pelelementen bzw. Stirnplatten überdeckt sein sollten, die
sich in konstruktiv einfacher Weise durch elastische
Spannelemente verbinden lassen, um die gewünschte Druckbean
spruchung des piezoelektrischen Körpers ständig zu gewähr
leisten.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung können die
Spannelemente als ein oder mehrere federnde Bügel ausgebil
det sein, welche die vorgenannten Koppelelemente bzw. Stirn
platten unter Druckbeanspruchung des piezoelektrischen Kör
pers gegeneinander zu drängen suchen.
Statt dessen ist es auch möglich, die Koppelelemente bzw.
Stirnplatten miteinander durch federnd ausgebildete Spann
bänder zu verbinden.
Dabei können die Spannbänder aus Rund- oder Flachmaterial
bestehen.
Schließlich besteht die Möglichkeit, die Koppelelemente bzw.
Stirnplatten über einen rohrartigen, nach Art einer Zugfeder
ausgebildeten Balg miteinander zu verbinden, so daß die Um
spannung des piezoelektrischen Körpers auch ein denselben
schützendes Gehäuse bildet.
Die Spannelemente sind bevorzugt mit geringer Steifigkeit
ausgebildet, derart daß sich ihre Spannkräfte bei pulsieren
den Bewegungen des piezoelektrischen Körpers nur relativ we
nig ändern, wobei insbesondere das Maß der Kraftänderung ge
ring im Vergleich zur wirksamen Kraft sein soll.
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin
dung auf sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung
verwiesen, anhand der besonders vorteilhafte Merkmale und
Ausführungsformen beschrieben werden. Dabei zeigt
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Darstellung einer ersten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators,
Fig. 2 ein Schnittbild entsprechend der Schnittlinie II-II
in Fig. 1,
Fig. 3 ein der Fig. 2 entsprechendes Schnittbild einer ab
gewandelten Ausführungsform,
Fig. 4 ein Schnittbild einer weiteren abgewandelten Aus
führungsform,
Fig. 5 eine Darstellung einer Ausführungsform, bei der
zwischen stirnseitig am Aktuator angeordneten
Platten federnde Spannbänder angeordnet sind,
Fig. 6 eine Ansicht entsprechend dem Pfeil VI in Fig. 5,
Fig. 7 verschiedene Varianten für federnde Spannbänder,
Fig. 8 ein Schnittbild einer Ausführungsform, bei der
zwischen stirnseitigen Platten des Aktuators eine
Federhülse angeordnet ist,
Fig. 9 eine Gesamtdarstellung eines Einspritzventiles,
Fig. 10 ein Schnittbild einer weiteren Ausführungsform
eines Aktuators und
Fig. 11 eine vorteilhafte Variante für die Halterung
eines als Umspannung des piezoelektrischen
Körpers dienenden Federbandes.
Gemäß den Fig. 1 und 2 besitzt ein piezoelektrischer Aktua
tor 1 einen piezoelektrischen Körper 2, der beispielsweise
aus einer Vielzahl von Schichten aus piezokeramischen Mate
rial bestehen kann, zwischen denen jeweils elektrisch lei
tende Schichten angeordnet sind, die abwechselnd mit einem
elektrischen Anschluß 3 bzw. einem elektrischen Anschluß 4
elektrisch leitend verbunden sind, so daß der piezoelektri
sche Körper 2 bei Verbindung der Anschlüsse 3 und 4 mit ei
ner nicht dargestellten pulsierenden elektrischen Spannungs
quelle oder einer Wechselspannungsquelle in bekannter Weise
zu pulsierenden Bewegungen angeregt wird, bei denen sich der
Abstand der in Fig. 1 oberen und unteren Stirnseiten des
piezoelektrischen Körpers 2 ändert.
Die genannten Stirnseiten sind mit stabilen Platten 5 über
deckt, die im Beispiel der Fig. 1 und 2 mit einer mittigen
stirnseitigen Nut 6 versehen sind. Dabei ist die Nut 6 der
in den Fig. 1 und 2 oberen Platte 5 parallel zur Nut 6 in
der unteren Platte 5 angeordnet. Die Nuten 6 dienen zur Auf
nahme und Halterung eines als geschlossener Ring ausgebilde
ten Federbügels 7, welcher den piezoelektrischen Körper 2
sowie die Platten 5 rahmenartig umschließt und mit Querbe
reichen in den Nuten 6 aufgenommen ist. Der Federbügel 7 be
sitzt seitlich des piezoelektrischen Körpers 2 erstreckte
elastische Abschnitte 7', welche auf Zug vorgespannt sind
und dementsprechend den piezoelektrischen Körper 2 zwischen
den Platten 5 unter eine Druckvorspannung setzen. Zur Erzie
lung einer vorzugebenden Federsteifigkeit besitzen die Ab
schnitte 7' ein oder mehrere Sicken bzw. Wellenform, wobei
die zwischen den Platten 5 wirksamen Zugkräfte die Sicken
bzw. Wellen aufzubiegen suchen.
Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von der
vorangehend beschriebenen Ausführungsform unter anderem da
durch, daß am piezoelektrischen Körper 2 zwei voneinander
separate Federbügel 8 angeordnet sind, und daß in stirnsei
tigen Platten 5 am piezoelektrischen Körper 2 jeweils eine
Bohrung 9 vorgesehen ist, in die die Federbügel 8 mit abge
winkelten Enden eingesteckt sind.
Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von der
Ausführungsform der Fig. 1 und 2 ebenfalls dadurch, daß zwei
Federbügel 10 vorgesehen sind. Diese Federbügel 10 besitzen
wiederum in den Nuten 6 von Platten 5 aufgenommene Endberei
che, welche jedoch hakenförmig ausgebildet sind, wobei die
hakenförmigen Enden jeweils in eine innerhalb der Nuten 6
ausgebildeten Vertiefung 11 eingreifen.
Bei allen vorangehend beschriebenen Ausführungsformen können
die Federbügel 7, 8 bzw. 10 aus einem Federstahldraht mit
kreisförmigen Querschnitt bestehen.
Grundsätzlich sind jedoch auch andere Querschnitte und ande
re Federmaterialien denkbar.
Soweit zwei separate Bügel 8 bzw. 10 angeordnet und elek
trisch gegeneinander isoliert sind, können diese Bügel auch
als elektrische Anschlüsse angeordnet und mit entsprechenden
Kontaktflächen am piezoelektrischen Körper 2 durch Pressung,
Lötverbindung od. dgl. elektrisch verbunden sein.
Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform
sind an den stirnseitigen Platten 5 jeweils seitliche Zapfen
12 angeordnet, welche zur Halterung von federnden Spannbän
dern 13 dienen.
Diese können gemäß Fig. 6 nach Art einer um die Zapfen 12
der Platten 5 umlaufenden Schlaufe ausgebildet sein und im
Bereich zwischen den Zapfen 12 eine wellenförmige Form auf
weisen, wobei die zwischen den Zapfen 12 wirksamen Spann
kräfte die genannten Wellen aufzubiegen suchen. Im Bereich
der Zapfen 12 können die Spannbänder 13 eine vergleichsweise
große Breite besitzen, während die gewellten Bereiche der
Spannbänder 13 schmaler sind.
Durch die zwischen den Zapfen 12 wirksamen Zugkräfte der
Spannbänder 13 wird der piezoelektrische Körper 12 wiederum
unter eine ständig wirksame Druckvorspannung gesetzt.
Die Fig. 7 zeigt abgewandelte Ausführungsformen der Spann
bänder 13. Gemäß Abbildung A kann jedes Spannband 13 an sei
nen Enden mit einem Auge 14 versehen sein, welches sich je
weils auf einen der Zapfen 12 aufschieben läßt. Nach den
Bildern B und C können die Zapfen 12 jeweils einen Axial
schlitz aufweisen, welcher jeweils ein Ende eines um den je
weiligen Zapfen 12 herumgelegten Endbereiches eines Spann
bandes 13 aufnimmt.
Im Beispiel des Bildes B besitzt das Spannband 13 im Bereich
des Zapfens 12 einen S-förmigen Bereich 13', welcher auf
grund seiner Form federnd ist, d. h. starke Zugkräfte suchen
diesen Bereich 13' glattzuziehen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist der piezoelektrische
Körper 2 an seinem einen Stirnende mit einer stirnseitig
konkaven Platte 15 und an seinem anderen Ende mit einer
Platte 16 versehen, die auf ihrer vom Körper 2 abgewandten
Seite einen stößelartigen Fortsatz 17 aufweist. Der Rand der
Platte 16 wird von einem Ringflansch 18 aufgenommen, welcher
mit einem ringförmigen Boden 19 einer Federhülse 20 verbun
den ist, deren anderes Ende an einem Boden 21 gehaltert ist,
der mit einer innenseitigen Konvexität in die Konvatität auf
der zugewandten Seite der Platte 15 eingreift. Die Federhül
se 20 steht unter einer größeren Zugspannung, derart, daß
die Böden 19 und 21 den piezoelektrischen Körper 2 einer
entsprechenden Druckvorspannung aussetzen.
Die Federhülse 20 besitzt in ihrem in Fig. 8 oberen Bereich
eine im wesentlichen zylindrische Form, während der untere
Bereich balgartig gewellt ist, wobei die Wellen vorzugsweise
jeweils halbkreisförmige Bögen bilden, wie es in Fig. 8 dar
gestellt ist.
Die Wandstärke der Hülse, welche vorzugsweise aus Federstahl
besteht, kann zwischen 0,1 bis 0,6 mm, vorzugsweise bei etwa
0,3 mm liegen. Die maximale Zugspannung sollte im gewellten
Bereich 800 bis 900 N/mm nicht überschreiten. Aufgrund der
mehrfach angeordneten Wellen kann die Gesamtzugspannung der
Federhülse 20 bei etwa 500 bis 1500 N liegen. Bei einem
Querschnitt des piezoelektrischen Körpers von größenord
nungsmäßig 1 cm2 ergibt sich dann eine Druckvorspannung von
ca. 500 bis 2000 N/cm2.
Auf dem Boden 21 ist eine Trägerplatte 22 angeordnet, die
ihrerseits in einem napfförmigen Deckel 23 aufgenommen ist.
Der Boden 21, die Trägerplatte 22 und der Deckel 23 besitzen
miteinander fluchtende Öffnungen, durch die die Anschlüsse 3
und 4 hindurchgeführt sind, wobei in den genannten Öffnungen
pfropfenartige Verschlußstücke 25 angeordnet sind, welche
gegebenenfalls durch Vergußmaterial gebildet sein können.
Die Verschlußstücke 25 tragen Anschlußkontakte 26, über die
der piezoelektrische Körper 2 mit einer elektrischen Span
nung beaufschlagt werden kann.
Der Deckel 23 ist mit einem die Federhülse 20 mit radialem
Abstand ummantelnden Zylinder 27 verbunden, dessen unteres
Ende mit einem Innengewinde versehen ist, um den Zylinder in
weiter unten dargestellter Weise auf das Gehäuse eines Ein
spritzventiles aufschrauben zu können.
Gemäß Fig. 9 ist an einem mehrteiligen Gehäuse 28 des darge
stellten Einspritzventilaggregates eine durch eine Nadel 29
gesteuerte Einspritzdüse 30 angeordnet, der über eine die
Nadel 29 aufnehmende Gehäusebohrung 31 Kraftstoff unter hö
herem Druck zuführbar ist. Die Gehäusebohrung 31 erweitert
sich nach oben in einen zylindrischen Arbeitsraum 32 für ei
nen mit der Nadel 29 fest verbundenen, plungerartigen Stößel
33, der innerhalb des Arbeitsraumes 32 hubbeweglich aufge
nommen ist. Der in Fig. 9 untere, erweiterte Endbereich des
Arbeitsraumes 32 kommuniziert über eine in Fig. 9 nicht
sichtbare Gehäusebohrung mit einer Querbohrung 34, die über
ein Spaltfilter 35 mit einer nicht dargestellten Kraftstoff
zufuhrleitung verbunden ist. Die Querbohrung 34 mündet in
einen Ringraum 36, der über eine Eingangsdrossel 37 mit dem
in Fig. 9 oberen Endbereich des Arbeitsraumes 32 kommuni
ziert. Im übrigen schließt sich an den oberen Endbereich des
Arbeitsraumes 32 eine mit einer Ausgangsdrossel 38 versehe
ne, zum Arbeitsraum 32 gleichachsige Bohrung 39 an. Die Boh
rung 39 mündet in eine anschließende, gleichachsige Bohrung
40, die mit einem Entlastungsraum 41 sowie einer Ausgleichs
bohrung 42 verbunden ist, die parallel zur Bohrung 40 ange
ordnet ist und deren Enden miteinander verbindet. In der
Bohrung 40 ist ein Steuerventil 43 angeordnet, welches die
zugewandte Mündung der Bohrung 39 und damit die Verbindung
der Bohrung 39 mit dem Entlastungsraum 41 steuert. Das Steu
erventil 43 wird mittels eines in der Bohrung 40 angeordne
ten Stößels 44 betätigt, der seinerseits mittels des piezo
elektrischen Aktuators 1 betätigt wird. Der Aktuator 1 ist
in dem Zylinder 27 untergebracht, dessen Innenraum durch ei
ne zwischen dem anschließenden Gehäuseteil 45 und dem Zylin
der 24 gehalterte Membran 46 gegen Eintritt von Kraftstoff
abgedichtet sein kann.
Die dargestellte Anordnung funktioniert wie folgt:
Wenn der Aktuator 1 mit einer elektrischen Spannung oder einer pulsierenden elektrischen Spannung beaufschlagt wird, führt der piezoelektrische Körper 2 pulsierende Bewe gungen aus, die über den stößelartigen Fortsatz 17, welcher am piezoelektrischen Körper 2 bzw. an der daran angeordneten stirnseitigen Platte 5 angeordnet ist, auf den Stößel 44 übertragen werden, so daß derselbe das Steuerventil 43 öff net bzw. schließt. Bei geschlossenem Steuerventil 43 beauf schlagt der Druck des über die Querbohrung 34 zugeführten Kraftstoffes beide Enden des plungerartigen Stößels 33. Da das untere Ende gegenüber dem oberen Ende einen um den Quer schnitt der Nadel 29 verminderten Querschnitt besitzt, wird der Stößel 33 vom Kraftstoffdruck in Abwärtsrichtung ge drängt, so daß die Nadel 29 die Einspritzdüse 30 schließt. Sobald das Steuerventil 43 öffnet, fällt der Druck am oberen Ende des Stößels 33 ab, wobei der Druckabfall durch das Ver hältnis der Drosselwiderstände der Eingangsdrossel 37 sowie der Ausgangsdrossel 38 bestimmt wird. Im Ergebnis kann damit der auf das untere Ende des Stößels 33 wirkende Druck des Kraftstoffes den Stößel 33 anheben, wobei die Nadel 29 die Einspritzdüse 30 öffnet.
Wenn der Aktuator 1 mit einer elektrischen Spannung oder einer pulsierenden elektrischen Spannung beaufschlagt wird, führt der piezoelektrische Körper 2 pulsierende Bewe gungen aus, die über den stößelartigen Fortsatz 17, welcher am piezoelektrischen Körper 2 bzw. an der daran angeordneten stirnseitigen Platte 5 angeordnet ist, auf den Stößel 44 übertragen werden, so daß derselbe das Steuerventil 43 öff net bzw. schließt. Bei geschlossenem Steuerventil 43 beauf schlagt der Druck des über die Querbohrung 34 zugeführten Kraftstoffes beide Enden des plungerartigen Stößels 33. Da das untere Ende gegenüber dem oberen Ende einen um den Quer schnitt der Nadel 29 verminderten Querschnitt besitzt, wird der Stößel 33 vom Kraftstoffdruck in Abwärtsrichtung ge drängt, so daß die Nadel 29 die Einspritzdüse 30 schließt. Sobald das Steuerventil 43 öffnet, fällt der Druck am oberen Ende des Stößels 33 ab, wobei der Druckabfall durch das Ver hältnis der Drosselwiderstände der Eingangsdrossel 37 sowie der Ausgangsdrossel 38 bestimmt wird. Im Ergebnis kann damit der auf das untere Ende des Stößels 33 wirkende Druck des Kraftstoffes den Stößel 33 anheben, wobei die Nadel 29 die Einspritzdüse 30 öffnet.
Die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform unterscheidet
sich von der Ausführungsform der Fig. 8 vor allem dadurch,
daß anstelle der Federhülse 20 der Fig. 8 ein gewelltes Fe
derband 48 angeordnet ist, welches um die vom piezoelektri
schen Körper 2 abgewandte Seite des Ringflansches 18 herum
geführt ist und dort eine Öffnung für den Fortsatz 17 der
Platte 16 aufweist.
Die beiden Enden des Federbandes 48 sind jeweils in einen
nippelartigen Aufhänger 49 hart eingelötet (Cu-Lötung), wel
cher auf einem scheibenförmigen Abstütz- und Ausgleichsele
ment 50 gelagert ist, das seinerseits auf einer Stirnplatte
51 des piezoelektrischen Körpers 2 aufliegt. Sowohl im Ab
stütz- bzw. Ausgleichselement 50 als auch in der Stirnplatte
51 sind zur Seite offene Schlitze zur Durchführung des Fe
derbandes 48 angeordnet.
Anstelle der mit dem Federband 48 fest verbundenen Aufhänger
49 können gemäß dem Bild A der Fig. 11 am Federband 48 auch
ankerförmige Endteile 52 einstückig angeformt sein. Diese
sind im Beispiel der Fig. 11 als im wesentlichen quadrati
sche Lappen mit einer zentralen Öffnung zum Eingriff eines
Werkzeuges ausgebildet. Dabei ist jedes Endteil 52 bzw. der
dasselbe bildende Lappen so bemessen, daß er den in der
Stirnplatte 51 bzw. im zugeordneten Abstütz- bzw. Ausgleich
selement 50 angeordneten, vom Federband 48 durchsetzten
Schlitz in dessen Querrichtung zu überbrücken vermag und mit
Eckbereichen 52' beidseitig des genannten Schlitzes auf ei
ner Stirnseite des Abstütz- bzw. Ausgleichelementes 50 oder
der Stirnplatte 51 abgestützt wird.
Die Übergänge zwischen den Eckbereichen 52' und dem den
Schlitz durchsetzenden - relativ schmalen - Teil des Feder
bandes 48 sind als U-förmige oder (vorzugsweise) als schlüs
sellochförmige Aussparung ausgebildet, derart, daß die Eck
bereiche 52' gegen die zugewandte Stirnseite des Abstütz- bzw.
Ausgleichselementes 50 bzw. der Stirnplatte 51 gerich
tete kurze Fortsätze des Endteiles 52 bilden und eine Riß
bildung an den Übergängen vermieden wird.
Gemäß dem Bild B, welches eine erste Variante einer Seiten
ansicht des Endteiles 52 entsprechend dem Pfeil P im Bild A
der Fig. 11 zeigt, können die Eckbereiche 52' im wesentli
chen eben ausgebildet und etwa gleicher Ebene wie das übri
gen Endteil 52 angeordnet sein.
Statt dessen ist es auch möglich und vorteilhaft, entspre
chend dem Bild C der Fig. 11 die Enden der Eckbereiche 52'
gegenüber der Ebene des Endteiles 52 abzuwinkeln, derart,
daß jeweils ein abgewinkelter Teil des Eckbereiches 52' auf
der zugewandten Stirnseite des Abstütz- bzw. Ausgleichsele
mentes 50 flächig aufliegt.
Claims (17)
1. Piezoelektrischer Aktuator, geeignet zur Betätigung von
Steuerventilen oder von Einspritzventilen an Verbrennungsmo
toren in Kraftfahrzeugen mit einem piezoelektrischen Körper,
insbesondere in Form eines vielschichtigen Laminates mit
aufeinander geschichteten Lagen aus piezoelektrischem bzw.
piezokeramischem Material und zwischengeschalteten metalli
schen bzw. elektrisch leitenden, als Elektroden dienenden
Schichten, wobei der Körper bei pulsierender elektrischer
Beaufschlagung seiner Elektroden analog pulsierende Hübe un
ter Änderung des Abstandes zwischen zwei voneinander abge
wandten Stirnseiten des Körpers ausführt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der piezoelektrische Körper (2) eine die Stirnflächen
unter Druckvorspannung des piezoelektrischen Körpers (2)
gegeneinander verspannende elastische Umspannung (7, 8, 10,
13) aufweist.
2. Aktuator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf den Stirnseiten des piezoelektrischen Körpers (2)
stabile Platten (5, 15, 16) angeordnet sind, die durch
zwischen ihnen wirksame Spannelemente (7, 8, 10, 134, 20)
unter
Druckvorspannung des piezoelektrischen Körpers (2) gegenein
ander gespannt sind.
3. Aktuator nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Platten (5) mittels zumindest eines Federbügels
(7, 8, 10), welcher die Platten sowie den piezoelektrischen
Körper (2) von außen um- bzw. übergreift, gegeneinander ge
spannt sind.
4. Aktuator nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei voneinander separate Federbügel (8, 10) angeordnet
sind, die jeweils im wesentlich C-förmig ausgebildet sind
und mit ihren Enden die Platten (5) übergreifen.
5. Aktuator nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Federbügel (7) als ringförmig geschlossenes Teil
ausgebildet ist.
6. Aktuator nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß seitlich des piezoelektrischen Körpers (2) erstreckte
Bereiche des Federbügels bzw. der Federbügel (7, 8, 10) Wel
lenform bzw. ein oder mehrere Sicken aufweisen.
7. Aktuator nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Platten (5) Feder- bzw. Spannbänder (13)
angeordnet sind.
8. Aktuator nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Halterung der Feder- bzw. Spannbänder (13) an den
Platten (5) seitliche Zapfen (12) angeordnet sind.
9. Aktuator nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder- bzw. Spannbänder (13) um die Zapfen (12) her
umgeführte Schlaufen bilden.
10. Aktuator nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder- bzw. Spannbänder (13) an den Zapfen (12) mit
tels an den Spannbändern angeordneter Augen (14) gehaltert
sind.
11. Aktuator nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder- bzw. Spannbänder (13) mit einem Endbereich um
einen zugeordneten Zapfen (12) herumgeschlungen und dem
freien Ende in einen am Zapfen ausgebildeten Axialschlitz
eingesteckt sind.
12. Aktuator nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder- bzw. Spannbänder (13) zwischen den Zapfen
(12) Wellenform bzw. ein oder mehrere Sicken aufweisen.
13. Aktuator nach einer Ansprüche 1, 2 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Spann- bzw. Federband (48) um eine Stirnseite bzw.
eine stirnseitige Platte (16, 18) des piezoelektrischem Kör
pers (2) herumgeführt und mit an seinen Enden befestigten
Aufhängern (49) oder einstückig angeformten Endteilen (52)
an Ausnehmungen bzw. Schlitzen einer an der anderen Stirn
seite des piezoelektrischen Körpers (2) angeordneten Platte
(51) eingehängt ist.
14. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der piezoelektrische Körper (2) in einer Federhülse (20)
angeordnet ist, die zwei an ihren Enden angeordnete Böden
(19, 21) unter Druckbeaufschlagung des piezoelektrischen Kör
pers gegen dessen zugewandte Stirnseiten spannt.
15. Aktuator nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federhülse (20) den piezoelektrischen Körper (2)
schmutz- und flüssigkeitsdicht umschließt.
16. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die den piezoelektrischen Körper (2) beaufschlagende
Druckvorspannung bei 500 bis 2000 N/cm2 liegt.
17. Aktuator nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federbügel (8, 10) elektrisch gegeneinander isoliert
und als Anschlüsse für die Elektroden angeordnet sind.
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