DE19653555A1 - Piezo-electric actuator e.g. for IC engine fuel injection valve - Google Patents

Piezo-electric actuator e.g. for IC engine fuel injection valve

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Abstract

The piezo-electric actuator (13) comprises a casing (6), in which at least one piezo-electric element (1) is arranged together with a control unit (10) which drives the piezo-electric element. Mounting devices (12,23,18) are provided, which stabilise the piezo-electric element at the side of the housing. Devices (2,23) with spring effect are provided, which prestress the piezo-electric element against its expansion direction, and the spring power of the devices is chosen in such way, that at an activation of the piezo-electric element, the element expands in a direction against the spring power.

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Aktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 8.The invention relates to a piezoelectric actuator the preamble of claim 1 and according to the Oberbe handle of claim 8.

Piezoelektrische Aktoren werden beispielsweise in einem Ein­ spritzventil zum Steuern einer Einspritznadel und damit zum Steuern des Einspritzvorganges für eine Brennkraftmaschine verwendet.Piezoelectric actuators are, for example, in one injection valve for controlling an injection needle and thus for Controlling the injection process for an internal combustion engine used.

Aus GB 2 087 659 A ist ein piezoelektrisches, hydraulisches Druckerzeugungssystem bekannt, bei dem ein piezoelektrischer Aktor zur Erzeugung eines Druckes eingesetzt wird. Der piezo­ elektrische Aktor ist von einem geschlossenen, gewellten Zy­ linder umgeben, der mit einer Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist. Bei einer Längenausdehnung des piezoelektrischen Aktors wird die Arbeitsflüssigkeit verdrängt und die gewellten Seitenwän­ de des Zylinders entsprechend gedehnt, so daß die Abschluß­ platte des Zylinders vom piezoelektrischen Aktor wegbewegt wird.From GB 2 087 659 A is a piezoelectric, hydraulic Pressure generating system known in which a piezoelectric Actuator is used to generate a pressure. The piezo electric actuator is of a closed, corrugated zy surrounded linder, which is filled with a working fluid. With a linear expansion of the piezoelectric actuator the working fluid is displaced and the corrugated side walls de of the cylinder stretched accordingly, so that the conclusion plate of the cylinder moved away from the piezoelectric actuator becomes.

Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, die Langzeitstabili­ tät des piezoelektrischen Aktors zu verbessern und eine ge­ ringe Bauform zu realisieren.The object of the invention is the long-term stabili improve the piezoelectric actuator and a ge to realize rings.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An­ spruchs 1 und durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. The object of the invention is characterized by the features of the claim 1 and solved by the features of claim 8.  

Besonders vorteilhaft für die Langzeitstabilität des piezo­ elektrischen Aktors ist das Vorsehen von Haltemitteln, die die piezoelektrischen Elemente gegen ein seitliches Knicken stabilisieren. Weiterhin ist es vorteilhaft, Mittel mit Fe­ derwirkung vorzusehen, die mindestens teilweise die piezo­ elektrischen Elemente umfassen und die piezoelektrischen Ele­ mente gegen die Ausdehnungsrichtung vorspannen.Particularly advantageous for the long-term stability of the piezo electrical actuator is the provision of holding means that the piezoelectric elements against lateral buckling stabilize. It is also advantageous to use Fe to provide the effect that at least partially the piezo include electrical elements and the piezoelectric ele Pretension against the direction of expansion.

Vorteilhafte Ausführungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments and improvements of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung wird anhand der Fig. näher erläutert; es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the figures ; show it:

Fig. 1 einen piezoelektrischen Aktor mit einer Stützhülse und einer Spiralfeder, Fig. 1 a piezoelectric actuator with a support sleeve and a spiral spring,

Fig. 2 einen piezoelektrischen Aktor mit einem Faltenbalg, Fig. 2 shows a piezoelectric actuator with a bellows,

Fig. 3 einen piezoelektrischen Aktor mit einem elastischen Hohlprofil und Fig. 3 shows a piezoelectric actuator with an elastic hollow profile and

Fig. 4 ein Hohlprofil aus Ringscheiben. Fig. 4 is a hollow profile from washers.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen piezoelektrischen Aktor 13, der beispielsweise zum Ansteuern eines Servoventils eines Einspritzventils oder direkt zum Ansteuern einer Einspritz­ ventilnadel verwendet wird. Der piezoelektrische Aktor 13 weist piezoelektrische Elemente 1 auf, die im Hohlzylinder 14 einer Stützhülse 2 angeordnet sind. Vorzugsweise werden meh­ rere piezoelektrische Elemente 1 zu einem langen Piezo-Stapel verbunden, mit dem eine größere Längenausdehnung erzeugt wer­ den kann, da die Längenausdehnung des Piezo-Stapels nahezu proportional zur Anzahl der piezoelektrischen Elemente 1 ist. Fig. 1 shows in cross section a piezoelectric actuator 13 which is used , for example, for driving a servo valve of an injection valve or directly for driving an injection valve needle. The piezoelectric actuator 13 has piezoelectric elements 1 , which are arranged in the hollow cylinder 14 of a support sleeve 2 . Preferably, a plurality of piezoelectric elements 1 are connected to form a long piezo stack, with which a greater linear expansion can be generated, since the linear expansion of the piezo stack is almost proportional to the number of piezoelectric elements 1 .

Die Stützhülse 2 ist in einem Gehäuse 6 eingebracht, dessen offene Seite ist mit einer Kopfplatte 5 abgedeckt ist, die über Schrauben 7 und über entsprechende Gewinde mit dem Ge­ häuse 6 verbunden ist.The support sleeve 2 is inserted in a housing 6 whose open side is covered with a top plate 5, the housing 7 by means of screws and corresponding threaded with the Ge is connected. 6

Die Stützhülse 2 ist als einseitig offenes zylinderförmiges Hohlprofil ausgebildet, wobei die offene Seite der Kopfplatte 5 zugeordnet ist. An der abgeschlossenen Seite der Stützhülse 2 ist ein Druckkolben 9 auf der Außenseite der Stützhülse 2 angebracht, der mittig zur Abschlußfläche der Stützhülse 2 und in Längsrichtung der Stützhülse 2 ausgerichtet ist. Der Druckkolben 9 ist durch eine Durchführung 8 geführt, die in einer Gehäuseplatte 22 des Gehäuses 6 eingebracht ist. Der Durchmesser des zylinderförmigen Druckkolbens 9 ist kleiner als der Durchmesser der Stützhülse 2. Auf diese Weise bildet die Abschlußfläche der Stützhülse 2 eine ringförmig umlaufen­ de Anschlagfläche 21, die eine Längsbewegung der Stützhülse 2 in Richtung auf die Durchführung 8 auf einen vorgegebenen Wert begrenzt.The support sleeve 2 is designed as a hollow hollow profile open on one side, the open side being assigned to the head plate 5 . At the closed side of the support sleeve 2, a pressure piston is mounted on the outside of the support sleeve 2 9, which is aligned centrally to the end face of the support sleeve 2 and in the longitudinal direction of the support sleeve. 2 The pressure piston 9 is guided through a bushing 8 which is introduced into a housing plate 22 of the housing 6 . The diameter of the cylindrical pressure piston 9 is smaller than the diameter of the support sleeve 2 . In this way, the end face of the support sleeve 2 forms a ring-shaped circumferential stop surface 21 , which limits a longitudinal movement of the support sleeve 2 in the direction of the bushing 8 to a predetermined value.

Die Stützhülse 2 weist im Bereich der Kopfplatte 5 einen um­ laufende Führungsring 15 auf, der auf der Außenseite der Stützhülse 2 aufgebracht ist. Der Führungsring 15 bewirkt mit dem Druckkolben 9 bei einer Bewegung der Stützhülse 2 in Längsrichtung eine mittige Führung der Stützhülse 2 im Gehäu­ se 6. The support sleeve 2 has in the area of the head plate 5 a running guide ring 15 which is applied to the outside of the support sleeve 2 . The guide ring 15 causes with the pressure piston 9 when the support sleeve 2 moves in the longitudinal direction, a central guidance of the support sleeve 2 in the hous se 6th

Im Gehäuse 6 ist eine spiralförmige Vorspannfeder 3 angeord­ net, die die Stützhülse 2 umfaßt. Die Vorspannfeder 3 ist zwischen die Gehäuseplatte 22 und den Führungsring 15 einge­ spannt, so daß das piezoelektrische Element 1 gegen eine Aus­ dehnung vorgespannt ist. Für eine genaue Festlegung der Fe­ derkraft der Vorspannfeder 3 ist zwischen dem Führungsring 15 und der Vorspannfeder 3 eine ringförmig umlaufende Distanz­ scheibe 4 eingebracht, über deren Dicke die Federkraft ein­ stellbar ist.In the housing 6 , a spiral bias spring 3 is angeord net, which includes the support sleeve 2 . The bias spring 3 is clamped between the housing plate 22 and the guide ring 15 so that the piezoelectric element 1 is biased against an expansion. For an accurate determination of the Fe of the bias spring 3 derkraft is inserted between the guide ring 15 and the bias spring 3, a ring-shaped circumferential shim 4, whose thickness, the spring force is adjustable.

Die Kopfplatte 5 weist mittig einen zylinderförmigen Füh­ rungsansatz 17 auf, der in den Hohlzylinder der Stützhülse 2 ragt. Die offene Seite der Stützhülse 2 ist gegenüber dem Führungsansatz 17 verschiebbar gelagert. Die Länge der piezo­ elektrischen Elemente 1 und die Höhe des Führungsansatzes 17 sind gegenüber der Länge der Stützhülse 2 so gewählt, daß die Stützhülse 2 von der Vorspannfeder 3 in Richtung auf die Kopfplatte 5 gedrückt wird, wobei jedoch die Stützhülse 2 nicht auf der Kopfplatte 5 aufliegt, sondern der Führungsring 15 einen vorgegebenen Abstand 23 zur Kopfplatte 5 aufweist. Auf diese Weise werden die piezoelektrischen Elemente 1 von der Stützhülse 2 und der Vorspannfeder 3 gegen die Kopfplatte 5 vorgespannt. Die Vorspannfeder 3 ist vorzugsweise als Spi­ ralfeder ausgebildet.The head plate 5 has a cylindrical Füh approximately approach 17 , which protrudes into the hollow cylinder of the support sleeve 2 . The open side of the support sleeve 2 is slidably mounted relative to the guide projection 17 . The length of the piezoelectric elements 1 and the height of the guide projection 17 are chosen relative to the length of the support sleeve 2 so that the support sleeve 2 is pressed by the biasing spring 3 in the direction of the head plate 5 , but the support sleeve 2 is not on the head plate 5 rests, but the guide ring 15 has a predetermined distance 23 to the head plate 5 . In this way, the piezoelectric elements 1 are biased by the support sleeve 2 and the biasing spring 3 against the head plate 5 . The bias spring 3 is preferably formed as a spiral spring.

In der Kopfplatte 5 sind Steuermittel 10 vorgesehen, die über Steuerleitungen 11 mit den piezoelektrischen Elementen 1 ver­ bunden sind, und die durch eine entsprechende Ansteuerung ei­ ne Verlängerung oder eine Kontraktion der piezoelektrischen Elemente 1 erzeugen. In the top plate 5 control means 10 are provided, which are connected via control lines 11 to the piezoelectric elements 1 , and which generate an extension or a contraction of the piezoelectric elements 1 by appropriate control.

Die Funktion der Anordnung der Fig. 1 wird im folgenden nä­ her erläutert: Die Stützhülse 2 und die piezoelektrischen Elemente 1 sind durch die Vorspannfeder 3 über die Stützhülse 2 gegen die Kopfplatte 5 vorgespannt. Steuert nun das Steuer­ mittel 10 über die Steuerleitung 11 die piezoelektrischen Elemente 1 an, so dehnen sich die piezoelektrischen Elemente 1 gegen die Vorspannfeder 3 aus, so daß die Stützhülse 2 ge­ genüber dem Gehäuse 6 in Richtung auf die Durchführung 8 be­ wegt wird. Durch diese Bewegung wird der Druckkolben 9 weiter aus der Durchführung 8 herausgeschoben.The function of the arrangement of FIG. 1 is explained in the following: The support sleeve 2 and the piezoelectric elements 1 are biased by the biasing spring 3 via the support sleeve 2 against the head plate 5 . Now controls the control medium 10 via the control line 11 to the piezoelectric elements 1 , so the piezoelectric elements 1 expand against the biasing spring 3 , so that the support sleeve 2 is moved relative to the housing 6 in the direction of the bushing 8 be. This movement pushes the pressure piston 9 further out of the bushing 8 .

Unterbricht das Ansteuermittel 10 die Ansteuerung der piezo­ elektrischen Elemente 1, so ziehen sich die piezoelektrischen Elemente 1 zusammen und die Stützhülse 2 wird von der Vor­ spannfeder 3 in Richtung auf die Kopfplatte 5 verschoben, so daß die piezoelektrischen Elemente 1 von der Stützhülse 2 auf Vorspannung gegen die Kopfplatte 5 gehalten werden.Interrupts the driving means 10, the driving of the piezoelectric elements 1, so the piezoelectric elements 1 contract and the support sleeve 2 is shifted from the pre-loading spring 3 in the direction of the top plate 5 so that the piezoelectric elements 1 of the support sleeve 2 is prestressed be held against the head plate 5 .

Die Stützhülse 2 ist vorzugsweise als zylinderförmiges Hohl­ profil ausgebildet, das die piezoelektrischen Elemente 1 seitlich, wenigstens teilweise, eng umfaßt. Die piezoelektri­ schen Elemente 1 sind somit von der Stützhülse 2 vorzugsweise über die gesamte Länge und die gesamte Fläche umfaßt, so daß ein seitliches Ausbrechen der piezoelektrischen Elemente 1 verhindert wird. Vorzugsweise ist das Hohlprofil an die Form des piezoelektrischen Elementes 1 angepaßt, so daß das Hohl­ profil nicht nur teilweise, sondern über die gesamte seitli­ che Fläche der piezoelektrischen Elemente 1 anliegt. The support sleeve 2 is preferably designed as a cylindrical hollow profile, the piezoelectric elements 1 laterally, at least partially, closely. The piezoelectric's rule 1 are thus encompassed by the support sleeve 2 preferably over the entire length and the entire area, so that a lateral breakout of the piezoelectric elements 1 is prevented. Preferably, the hollow profile is adapted to the shape of the piezoelectric element 1 , so that the hollow profile not only partially but over the entire lateral surface of the piezoelectric elements 1 is present.

Die als Vorspannfeder 3 verwendete Spiralfeder weist eine niedrige Federkonstante auf, so daß Verschleißerscheinungen die Federkraft nur unwesentlich beeinflussen. Durch die Ein­ bringung der Stützhülse 2 in den freien Innenbereich der Spi­ ralfeder 3 wird eine besonders kurze Bauform ermöglicht, so daß auch ein piezoelektrischer Aktor 13 mit einem Stapel von vielen piezoelektrischen Elementen 1 eine kurze Bauform auf­ weist.The coil spring used as the biasing spring 3 has a low spring constant, so that wear and tear does not affect the spring force to any great extent. By introducing the support sleeve 2 into the free inner region of the coil spring 3 , a particularly short design is made possible, so that a piezoelectric actuator 13 with a stack of many piezoelectric elements 1 has a short design.

Die Stützhülse 2 ist vorzugsweise im Bereich des Führungsrin­ ges 15 über Dichtmittel 18, wie z. B. Eisen oder Kupferschei­ ben, seitlich gegen das Gehäuse 6 abgedichtet, so daß die piezoelektrischen Elemente 1 hermetisch abgedichtet sind. Als Dichtmittel 18 kann beispielsweise auch ein elastischer Dich­ tring aus Kunststoff verwendet werden. Bevorzugte Materiali­ en für die Stützhülse 2 sind Stahl oder Kunststoff.The support sleeve 2 is preferably in the area of the guide ring 15 via sealant 18 , such as. B. iron or copper wafers ben, laterally sealed against the housing 6 , so that the piezoelectric elements 1 are hermetically sealed. As a sealant 18 , for example, an elastic plastic ring can be used. Preferred materials for the support sleeve 2 are steel or plastic.

Fig. 2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei der mehrere piezoelektrische Elemente 1 in Form eines Piezo- Stapels ausgebildet sind, der in eine Ausnehmung 27 der Druckplatte 5 ragt. Der Piezo-Stapel 1 ist von einem zylin­ derförmigen Faltenbalg 23 über einen großen Teil seiner Länge umgeben. Vorzugsweise liegt der Faltenbalg 23 über die gesam­ te Länge des Piezo-Stapels 1 am Piezo-Stapel 1 an. FIG. 2 shows a further preferred embodiment in which a plurality of piezoelectric elements 1 are designed in the form of a piezo stack which projects into a recess 27 in the pressure plate 5 . The piezo stack 1 is surrounded by a cylin-shaped bellows 23 over a large part of its length. Preferably, the bellows is located at about the 23 TOTAL te length of the piezoelectric stack 1 at the piezo-stack. 1

Der Faltenbalg 23 wiederum ist von einer zylinderförmigen Di­ stanzhülse 18 umgeben, die in einer zylinderförmigen Ausneh­ mung des Gehäuses 6 angeordnet ist. Die Distanzhülse 18 ist fest zwischen dem Gehäuse 6 und der Kopfplatte 5 fixiert, die das Gehäuse 6 abschließt. Der Piezo-Stapel 1 weist auf dem der Kopfplatte 5 gegenüberliegenden Ende einen Druckstempel 19 auf, der mit dem zugeordneten Ende 25 des Faltenbalges 23 fest verbunden ist. Vorzugsweise ist der Faltenbalg 23 umlau­ fend dicht mit dem Druckkolben 19 verbunden, der zylinderför­ mig ausgebildet ist.The bellows 23 is in turn surrounded by a cylindrical punch sleeve 18 , which is arranged in a cylindrical recess of the housing 6 . The spacer sleeve 18 is firmly fixed between the housing 6 and the head plate 5 , which closes the housing 6 . The piezo stack 1 has a pressure stamp 19 on the end opposite the head plate 5 , which is firmly connected to the associated end 25 of the bellows 23 . Preferably, the bellows 23 umlau fend tightly connected to the pressure piston 19 which is zylinderför shaped.

Weiterhin ist der Randbereich 24 des Faltenbalges 23, der der Kopfplatte 5 zugeordnet ist, mit der Distanzhülse 18 verbun­ den. In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Faltenbalg 23 im Randbereich 24 direkt mit der Kopfplatte 5 verbunden. Vorzugsweise sind die Verbindungen zwischen dem Randbereich 24 und der Distanzhülse 18 oder der Kopfplatte 5 umlaufend dicht ausgeführt.Furthermore, the edge region 24 of the bellows 23 , which is assigned to the head plate 5 , is connected to the spacer sleeve 18 . In a further development of the invention, the bellows 23 is connected directly to the head plate 5 in the edge region 24 . The connections between the edge region 24 and the spacer sleeve 18 or the head plate 5 are preferably tight all round.

Die Funktionsweise der Fig. 2 wird im folgenden näher erläu­ tert. In der Ruheposition sind die piezoelektrischen Elemente 1 durch den vorgespannten Faltenbalg 23 gegen die Kopfplatte 5 vorgespannt. Bei einer Ansteuerung der piezoelektrischen Elemente 1 über das Steuermittel 10 dehnen sich die piezo­ elektrischen Elemente 1 in Längsrichtung aus und bewegen den Druckstempel 19 gegen die Federwirkung des Faltenbalges 23 von der Kopfplatte 5 weg.The operation of the FIG. 2 is explained in more discuss on the following. In the rest position, the piezoelectric elements 1 are prestressed against the head plate 5 by the prestressed bellows 23 . In a drive of the piezoelectric elements 1 through the control means 10, the piezoelectric elements 1 extend in the longitudinal direction and move the plunger 19 against the spring action of the bellows 23 of the top plate 5 away.

Der Faltenbalg 23 ist vorzugsweise zylinderförmig und mit ei­ ner mindestens teilweise gewellten Zylinderwand ausgebildet. Bevorzugte Materialien zur Herstellung des Faltenbalges sind beispielsweise Stahl und/oder Kunststoffe mit entsprechender Federkraft und Dichtigkeit. The bellows 23 is preferably cylindrical and formed with an at least partially corrugated cylinder wall. Preferred materials for producing the bellows are, for example, steel and / or plastics with appropriate spring force and tightness.

Durch die Verwendung des Faltenbalges, der die piezoelektri­ schen Elemente 1 umfaßt und der von der Distanzhülse 18 umge­ ben ist, werden die piezoelektrischen Elemente 1 gegen eine Ausdehnung vorgespannt und seitlich geführt, so daß ein Knic­ ken der piezoelektrischen Elemente verhindert wird und eine sehr kompakte und kurze Bauform erreicht wird. Zur Einstel­ lung der Vorspannungskraft ist zwischen dem piezoelektrischen Elementen 1 und der Kopfplatte 5 eine Einstellscheibe 4 vor­ gesehen.Through the use of the bellows, which comprises the piezoelectric's rule 1 and which is from the spacer sleeve 18 , the piezoelectric elements 1 are biased against expansion and laterally guided so that a kinking of the piezoelectric elements is prevented and a very compact and short design is achieved. To set the biasing force is seen between the piezoelectric elements 1 and the top plate 5, a shim 4 before.

Durch den Faltenbalg 23 wird eine seitlich gefederte Lagerung der piezoelektrischen Elemente 1 erreicht, die die piezoelek­ trischen Elemente 1 besonders reibungsarm lagert. Ein metal­ lischer Faltenbalg weist zudem eine geringe Ermüdung in der Federwirkung auf, da dessen Federkraft gering ist. Dadurch wird ein besserer Ausgleich in bezug auf Toleranzen und Ver­ schleißerscheinungen erreicht.Through the bellows 23 , a laterally spring-loaded mounting of the piezoelectric elements 1 is achieved, which supports the piezoelectric elements 1 with particularly low friction. A metallic bellows also shows little fatigue in the spring action because its spring force is low. This results in a better compensation in terms of tolerances and wear and tear.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse 6 ent­ sprechend der Form der Distanzhülse 18 ausgebildet, so daß die Distanzhülse 18 entfällt und der Faltenbalg 18 und die piezoelektrischen Elemente 1 direkt vom Gehäuse 6 seitlich geführt und gestützt werden.In a further development of the invention, the housing 6 is designed accordingly to the shape of the spacer sleeve 18 , so that the spacer sleeve 18 is omitted and the bellows 18 and the piezoelectric elements 1 are guided and supported laterally directly by the housing 6 .

Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, bei der die Stützfunktion der Stützhülse 2 und die Federwir­ kung der Vorspannfeder 3 durch ein teilweise längs- und/oder quergeschlitztes Hohlprofil 20 erreicht wird. Das Hohlprofil 20 hat vorzugsweise die Form eines Hohlzylinders, dessen Zy­ linderwand vorzugsweise eine spiralförmige Ausnehmung 31 auf­ weist, so daß das Hohlprofil 20 ausreichend stabil für eine Seitenführung des piezoelektrischen Elementes 1 ist und zudem in Längsrichtung eine ausreichende Federkraft zur Vorspannung des piezoelektrischen Elementes 1 aufweist. Ein bevorzugtes Material für das Hohlprofil ist zum Beispiel Stahl oder Kunststoff. Fig. 3 shows an advantageous development of the invention, in which the support function of the support sleeve 2 and the spring effect of the biasing spring 3 is achieved by a partially longitudinal and / or cross-slotted hollow profile 20 . The hollow profile 20 preferably has the shape of a hollow cylinder, the Zy cylinder wall preferably has a spiral recess 31 , so that the hollow profile 20 is sufficiently stable for lateral guidance of the piezoelectric element 1 and also has a sufficient spring force in the longitudinal direction for biasing the piezoelectric element 1 . A preferred material for the hollow profile is steel or plastic, for example.

Der Piezo-Stapel, der mehrere piezoelektrische Elemente 1 aufweist, ist von dem zylinderförmigen, einseitig offenen Hohlprofil 20 umfaßt und gegen einen Anschlag 32 der Kopf­ platte 5 vorgespannt. Das Hohlprofil 20 weist an dem offenen Ende einen ringförmig umlaufenden Flansch 30 auf, der in eine entsprechende Ausnehmung 34 des Gehäusekörpers 6 eingebracht ist. Das Gehäuse 6 ist über eine Schraubverbindung fest mit der Kopfplatte 5 verbunden. Zur Ansteuerung der piezoelektri­ schen Elemente 1 sind entsprechende Steuermittel 10 in der Kopfplatte 5 vorgesehen. Die piezoelektrischen Elemente 1 ra­ gen am offenen Ende aus dem Hohlprofil 20 heraus und werden im Bereich der Steuermittel 10 von einer Aufnahmeausnehmung 35 aufgenommen, die in der Kopfplatte 5 eingebracht ist.The piezo stack, which has a plurality of piezoelectric elements 1 , is encompassed by the cylindrical, hollow profile 20 which is open on one side and is biased against a stop 32 of the head plate 5 . At the open end, the hollow profile 20 has an annular circumferential flange 30 which is introduced into a corresponding recess 34 in the housing body 6 . The housing 6 is firmly connected to the head plate 5 via a screw connection. Corresponding control means 10 are provided in the top plate 5 to control the piezoelectric elements 1 . The piezoelectric elements 1 ra at the open end of the hollow profile 20 and are received in the area of the control means 10 by a receiving recess 35 which is introduced into the head plate 5 .

Auf der abgeschlossenen Seite des Hohlprofils 20 ist ein Druckkolben 9 fest mit dem Hohlprofil 20 verbunden. Der Druckkolben 9 ist mittig zur Abschlußfläche 33 des Hohlpro­ fils 20 angeordnet und erstreckt sich parallel zur Längsrich­ tung des Hohlprofils 20. Das Gehäuse 6 weist im Bereich des Druckkolbens 9 eine Durchführungsöffnung 8 auf, durch die der Druckkolben 9 ragt. On the closed side of the hollow profile 20 , a pressure piston 9 is firmly connected to the hollow profile 20 . The pressure piston 9 is arranged centrally to the end face 33 of the Hohlpro fils 20 and extends parallel to the longitudinal direction of the hollow profile 20th In the area of the pressure piston 9, the housing 6 has a through opening 8 through which the pressure piston 9 projects.

Die Funktionsweise des Hohlprofils 20 beruht darin, daß das Hohlprofil 20 die piezoelektrischen Elemente 1 gegen den An­ schlag 32 vorspannt. Bei einer Ansteuerung der Steuermittel 10 dehnen sich die piezoelektrischen Elemente 1 in Richtung der Durchführungsöffnung 8 aus, so daß das Hohlprofil 20 ge­ dehnt wird und der Druckkolben 9 eine entsprechende Strecke durch die Durchführung 8 geschoben wird. Beim Abschalten der Steuermittel 10 werden die piezoelektrischen Elemente 1 von der Federkraft des Hohlprofils 20 wieder zusammengedrückt, so daß der Druckkolben 9 wieder ein Stück zurück in das Gehäuse 6 verschoben wird.The operation of the hollow profile 20 is based on the fact that the hollow profile 20 biases the piezoelectric elements 1 against the impact 32 . When the control means 10 are actuated, the piezoelectric elements 1 expand in the direction of the passage opening 8 , so that the hollow profile 20 is expanded and the pressure piston 9 is pushed a corresponding distance through the passage 8 . When the control means 10 is switched off , the piezoelectric elements 1 are compressed again by the spring force of the hollow profile 20 , so that the pressure piston 9 is pushed back a little into the housing 6 .

Fig. 3b zeigt die spiralförmige Ausnehmung 31 des Hohlpro­ fils 20. Zudem ist der umlaufenden Flansch 30 deutlich er­ kennbar. Im oberen Bereich ragen aus dem einseitig offenen Hohlprofil 20 die piezoelektrischen Elemente 1 heraus, die wie in Fig. 3a dargestellt von der Ausnehmung 35 aufgenommen werden. Das Hohlprofil 20 ist als Hohlzylinder ausgebildet, der einseitig abgeschlossen ist. FIG. 3b shows the spiral groove 31 of the hollow section fils 20th In addition, the circumferential flange 30 is clearly recognizable. In the upper region, the piezoelectric elements 1 protrude from the hollow profile 20 which is open on one side and which are received by the recess 35 as shown in FIG. 3a. The hollow profile 20 is designed as a hollow cylinder which is closed on one side.

Fig. 3c zeigt eine Ansicht des Hohlprofils 20 von der offe­ nen Seite her, bei der der Flansch 30 und die im Querschnitt quadratförmig ausgebildeten piezoelektrischen Elemente 1 sichtbar sind. Fig. 3c shows a view of the hollow section 20 of the offe NEN side, wherein the flange 30 and the square-shaped in cross section piezoelectric elements 1 are visible.

Die Seitenwand des Hohlprofils 20 kann zur Erreichung einer in Längsrichtung wirkenden Federelastizität unterschiedliche Ausnehmungen wie zum Beispiel Schlitze aufweisen. The side wall of the hollow profile 20 can have different recesses, such as slots, in order to achieve a spring elasticity acting in the longitudinal direction.

Eine besondere Ausführungsform des Hohlprofils besteht darin, ein mehrfach geschichtetes Hohlprofil 41 zu verwenden, das aus aufeinander gestapelten Ringscheiben 42,43 aufgebaut ist, die abwechselnd aus elastischem Material 42 und festen Mate­ rial 43 aufgebaut sind, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Die Ringscheiben sind miteinander beispielsweise über eine Klebe­ schicht verbunden.A special embodiment of the hollow profile is to use a multi-layered hollow profile 41 , which is constructed from stacked washers 42 , 43 , which are alternately constructed from elastic material 42 and solid material 43 , as shown in Fig. 4. The washers are connected to each other, for example, by an adhesive layer.

Als elastisches Material wird vorzugsweise Gummi oder Kunst­ stoff und als festes Material Stahl oder Eisen verwendet. Durch die Verwendung unterschiedlicher Materialeigenschaften für die aufeinander folgenden Ringscheiben 42,43 wird ein Hohlprofil erzeugt, das seitlich eine Stabilisierung für das piezoelektrische Element 1 und in Längsrichtung eine Feder­ wirkung zur Vorspannung des piezoelektrischen Elementes 1 aufweist.Rubber or plastic is preferably used as the elastic material and steel or iron is used as the solid material. By using different material properties for the successive annular disks 42 , 43 , a hollow profile is generated, which laterally has a stabilization for the piezoelectric element 1 and in the longitudinal direction has a spring effect for biasing the piezoelectric element 1 .

Claims (10)

1. Piezoelektrischer Aktor (13) mit einem Gehäuse (6), in das mindestens ein piezoelektrisches Element (1) eingebracht ist, mit einer Steuereinheit (10), mit der das piezoelektrische Element (1) ansteuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
  • - daß Haltemittel (2, 23, 18) vorgesehen sind, die das piezoelektrische Element (1) seitlich stabilisieren, und
  • - daß Mittel (2, 23) mit Federwirkung angeordnet sind, die das piezoelektrische Element (1) gegen seine Ausdehnungsrichtung vorspannen, und
  • - daß die Federkraft der Mittel (2, 23) derart gewählt ist, daß bei einer Ansteuerung des piezoelektrischen Elementes (1) sich das piezoelektrische Element (1) gegen die Federkraft ausdehnt.
1. Piezoelectric actuator ( 13 ) with a housing ( 6 ) into which at least one piezoelectric element ( 1 ) is inserted, with a control unit ( 10 ) with which the piezoelectric element ( 1 ) can be controlled,
characterized by
  • - That holding means ( 2 , 23 , 18 ) are provided which laterally stabilize the piezoelectric element ( 1 ), and
  • - That means ( 2 , 23 ) are arranged with spring action, which bias the piezoelectric element ( 1 ) against its direction of expansion, and
  • - That the spring force of the means ( 2 , 23 ) is selected such that when the piezoelectric element ( 1 ) is actuated, the piezoelectric element ( 1 ) expands against the spring force.
2. Piezoelektrischer Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel mit Federwirkung ein Faltenbalg (23) vorgesehen ist.2. Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that a bellows ( 23 ) is provided as means with spring action. 3. Piezoelektrischer Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel mit Federwirkung ein Faltenbalg (23) vorgesehen ist, daß der Faltenbalg (23) mindestens teilweise zwischen dem piezoelektrischen Element (1) und dem Haltemittel (18,6) angeordnet ist.3. Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that a bellows ( 23 ) is provided as means with spring action, that the bellows ( 23 ) is at least partially arranged between the piezoelectric element ( 1 ) and the holding means ( 18 , 6 ). 4. Piezoelektrischer Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (1) an einer Kopfplatte (5) anliegt, die fest mit dem Gehäuse (6) verbunden ist, daß als Mittel mit Federwirkung ein Faltenbalg (23) vorgesehen ist, daß der Faltenbalg (23) mit einem Ende (25) am unteren Ende des piezoelektrischen Elementes (1) befestigt ist, daß der Faltenbalg (23) mit dem anderen Ende (24) mit dem Gehäuse (6) verbunden ist, so daß der Faltenbalg (23) das piezoelektrische Element (1) gegen die Kopfplatte (5) vorspannt. 4. Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that the piezoelectric element ( 1 ) abuts a head plate ( 5 ) which is fixed to the housing ( 6 ), that a bellows ( 23 ) is provided as a means with spring action, that the bellows ( 23 ) is attached at one end ( 25 ) to the lower end of the piezoelectric element ( 1 ), that the bellows ( 23 ) is connected at the other end ( 24 ) to the housing ( 6 ), so that the bellows ( 23 ) biases the piezoelectric element ( 1 ) against the head plate ( 5 ). 5. Piezoelektrischer Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (3) mit Federwirkung und die Haltemittel (2) mindestens teilweise ineinandergreifen.5. Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that the means ( 3 ) with spring action and the holding means ( 2 ) interlock at least partially. 6. Piezoelektrischer Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel mit Federwirkung als Spiralfeder (3) ausgebildet sind, daß die Haltemittel als Stützhülse (2) ausgebildet sind, daß die Spiralfeder (3) die Stützhülse (2) mindestens teilweise umfaßt.6. Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that the means with spring action are designed as a spiral spring ( 3 ), that the holding means are designed as a support sleeve ( 2 ), that the spiral spring ( 3 ) at least partially comprises the support sleeve ( 2 ). 7. Piezoelektrischer Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (1) an einer Kopfplatte (5) anliegt, die fest mit dem Gehäuse (6) verbunden ist, da-ß die Mittel mit Federwirkung als Spiralfeder (3) ausgebildet sind, daß die Haltemittel als einseitig offene Stützhülse (2) ausgebildet sind, daß das piezoelektrische Element (1) mindestens teilweise in der Stützhülse angeordnet ist, daß die Spiralfeder (3) die Stützhülse (2) mindestens teilweise umfaßt, daß die Stützhülse (2) im Bereich der offenen Seite einen umlaufenden Führungsring (15) aufweist, daß die Spiralfeder (3) zwischen dem Gehäuse (6) und dem Führungsring (15) derart angeordnet ist, daß das piezoelektrische Element (1) gegen die Kopfplatte (5) vorgespannt ist.7. Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that the piezoelectric element ( 1 ) rests on a head plate ( 5 ) which is fixedly connected to the housing ( 6 ), since the means with spring action are designed as a spiral spring ( 3 ) are that the holding means are designed as a support sleeve ( 2 ) which is open on one side, that the piezoelectric element ( 1 ) is at least partially arranged in the support sleeve, that the spiral spring ( 3 ) at least partially surrounds the support sleeve ( 2 ), that the support sleeve ( 2 ) in the area of the open side has a circumferential guide ring ( 15 ) that the coil spring ( 3 ) is arranged between the housing ( 6 ) and the guide ring ( 15 ) such that the piezoelectric element ( 1 ) is biased against the head plate ( 5 ) is. 8. Piezoelektrischer Aktor (13) mit einem Gehäuse (6), in das mindestens ein piezoelektrisches Element (1) eingebracht ist, mit einer Steuereinheit (10), mit der das piezoelektrische Element (1) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß ein Halte- und Federmittel (20) vorgesehen ist, das das piezoelektrische Element (1) seitlich stabilisiert und das piezoelektrische Element (1) gegen seine Ausdehnungsrichtung vorspannt, und
  • - daß die Federkraft des Halte- und Federmittels (20) derart gewählt ist, daß bei einer Ansteuerung des piezoelektrischen Elementes (1) sich das piezoelektrische Element (1) gegen die Federkraft ausdehnt.
8. Piezoelectric actuator ( 13 ) with a housing ( 6 ) into which at least one piezoelectric element ( 1 ) is introduced, with a control unit ( 10 ) with which the piezoelectric element ( 1 ) can be controlled, characterized in that
  • - that a holding and spring means (20) is provided, the piezoelectric element (1) laterally stabilized and the piezoelectric element (1) biases against its direction of expansion, and
  • - That the spring force of the holding and spring means ( 20 ) is selected such that when the piezoelectric element ( 1 ) is actuated, the piezoelectric element ( 1 ) expands against the spring force.
9. Piezoelektrischer Aktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Halte- und Federmittel (20) als Hohlprofil ausgebildet ist, dessen Seitenwand mindestens eine Ausnehmung (31) aufweist, die eine Federwirkung des Halte- und Federmittels (20) erzeugen.9. Piezoelectric actuator according to claim 8, characterized in that the holding and spring means ( 20 ) is designed as a hollow profile, the side wall of which has at least one recess ( 31 ) which produce a spring action of the holding and spring means ( 20 ). 10. Piezoelektrischer Aktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Halte- und Federmittel (41) als Hohlprofil ausgebildet ist, das mindestens zwei Scheiben (42, 43) aufweist, und daß mindestens eine erste Scheibe aus einem elastischen Material und mindestens eine zweite Scheibe aus einem festen Material angeordnet ist.10. Piezoelectric actuator according to claim 8, characterized in that the holding and spring means ( 41 ) is designed as a hollow profile which has at least two disks ( 42 , 43 ), and that at least a first disk made of an elastic material and at least a second Disk made of a solid material is arranged.
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