DE19928780A1 - Stellantrieb - Google Patents

Abstract

Der Stellantrieb weist einen piezoelektrischen Aktor (4, 41), welcher an seiner oberen Kontaktfläche (7) an einer Kopfplatte (2) und an seiner unteren Kontaktfläche (8) an einer Fußplatte (1) aufliegt, auf sowie ein die Kopfplatte (2) und die Fußplatte (1) verbindendes Federelement (3, 31), mittels dessen der Aktor (4, 41) druckvorspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Füllstoff (10) vorhanden ist, welche mindestens eine Kavität (9) zwischen dem Aktor (4, 41) und der Kopfplatte (2) und/oder zwischen dem Aktor (4, 41) und der Fußplatte (1) ausfüllt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb und ein Verfahren zur Herstellung dieses Stellantriebs.

Ein Einsatz eines präzise stellbaren Stellantriebs, welcher zudem eine hohe Anfangskraft aufbringen kann, ist in vielen Bereichen gefordert. Ein Anwendungsbeispiel ist der Einsatz in einem Einspritzventil ("Injektor"). Dabei ist von besonde­ rem Interesse die Verwendung eines Stellantriebs, welcher von einem piezoelektrischen Aktor angetrieben wird. Außer dem Ak­ tor weist der Stellantrieb verschiedene Bauteile zur Sicher­ stellung der Anwendungstauglichkeit auf. Zu diesen Bauteilen kann beispielsweise der zum Piezoaktor gehörige elektrische Anschluß, eine Fußplatte und eine Kopfplatte zum Schutz des Aktors an seinen mechanischen Anschlüssen und zur Übertragung von Kräften oder eine Feder zur Druckvorspannung des Aktors zählen.

Trotz einer verlangten hohen Präzision in der Fertigung zei­ gen endmontierte piezoelektrische Stellantriebe signifikante Schwankungen in ihren elektromechanischen Kennwerten. Diese Schwankungen werden zu einem großen Teil hervorgerufen durch Kavitäten an den Kontaktflächen innerhalb des Stellantriebs. Solche Kavitäten können beispielsweise Rauhigkeiten, Fehler­ stellen und/oder Verkippungen der Kontaktflächen sein. Auch kann beispielsweise eine Verformung des Aktors zu einer Schwankung im elektromechanischen Kennwert führen, beispiels­ weise durch eine Polarisationsvorgang eines Piezoaktors. Die­ se Kavitäten an den Kontaktflächen führen zu einem mecha­ nischen Übertragungsverlust durch Leerfederung des Aktors in­ nerhalb des Stellantriebs. Aufgrund der sehr schwer steuerba­ ren Größe und Lage der Kavitäten ergeben sich die Schwankun­ gen in den elektromechanischen Kennwerten.

Eine Möglichkeit einer Verringerung des mechanischen Übertra­ gungsverlustes besteht darin, den im Stellantrieb befindli­ chen Aktor mit einer vergleichsweise hohen Kraft druckvorzu­ spannen. Durch die Druckvorspannung werden die Endflächen des Aktors stärker an die anderen Bauteile gedrückt und so die reale Kontaktfläche durch ein Zusammendrücken der Kavitäten vergrößert.

Beispielsweise werden durch diese Anpreßkraft, mit einem An­ preßdruck von typischerweise zwischen 15 MPa und 20 MPa, Spalte teilweise zugedrückt. Zu deren vollständiger Beseiti­ gung wären aber wesentlich höhere Anpreßkräfte notwendig, welche sich unter ökonomisch vernünftigem Aufwand nicht auf­ bringen lassen. Zudem ergibt sich bei sehr hohen Druckkräften auf den Piezoaktor die Gefahr, daß dieser depolarisiert.

Ein Beispiel für einen mit einer Rohrfeder druckvorgespannten piezoelektrischen Stellantrieb in einem Kraftstoff-Einspritz­ ventil ist in DE 38 44 134 C2 dargestellt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Stellantrieb bereitzustellen, welcher eine verbesserte mecha­ nische Übertragung zeigt.

Diese Aufgabe wird mittels eines Stellantriebs nach dem Pa­ tentanspruch 1 sowie mittels eines Verfahrens nach dem Pa­ tentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen entnehmbar.

Der Stellantrieb weist einen elektromechanischen Aktor auf, welcher an seiner oberen Kontaktfläche an einer Kopfplatte und an seiner unteren Kontaktfläche an einer Fußplatte auf­ liegt. Unter einem elektromechanischen Aktor wird ein Element verstanden, das durch eine elektrische Ansteuerung (z. B. Spannung oder Strom) mechanisch deformierbar ist. Ein Bei­ spiel für einen elektromechanischen Aktor ist ein piezoelek­ trischer, magnetostriktiver oder elektrostriktiver Aktor.

Der Aktor wird mittels einer Feder, welche an der Kopfplatte und der Fußplatte mechanisch angreift, druckvorgespannt. Wei­ terhin ist ein Füllstoff vorhanden, welcher mindestens eine Kavität zwischen dem Aktor und der Kopfplatte oder zwischen dem Aktor und der Fußplatte ausfüllt.

Durch Einbringen des Füllstoffs wird ein mechanischer Kraft­ schluß zwischen den an die Kavität grenzenden Oberflächen hergestellt, wodurch ein Kraftschluß von Aktor über den Füll­ stoff zur Kopf bzw. Fußplatte ermöglicht wird.

Durch die vergrößerte (effektive) Kontaktfläche wird die Kraftübertragung verbessert und der mechanische Übertra­ gungsverlust reduziert.

Durch die gleichmäßigere (effektive) Kontaktfläche wird zudem die Schwankung in den elektromechanischen Kennwerten vorteil­ haft reduziert.

Weiterhin ergibt sich der Vorteil, daß die mechanische Bear­ beitungsgüte der Kontaktflächen deutlich verringerbar ist, was sich positiv auf die Herstellungskosten sowie auf die Ausschußrate auswirkt.

Der Füllstoff dient lediglich zur Überbrückung der Kavitäten, beispielsweise der Hohlräume und Spalten, so daß keine tat­ sächliche Verklebung zwischen den jeweiligen Endflächen an der Kontaktfläche erfolgen muß. Die dauerhafte Fixierung der Lage des Piezoaktors kann alleine durch die hohe mechanische Vorspannkraft des Federelementes gewährleistet werden.

Der Füllstoff kann sowohl sogenannte Füllstoffpartikel ent­ halten als auch ein homogenes Material ohne spezielle Füll­ stoffpartikel sein.

Ein Füllstoff mit Füllstoffpartikeln ist beispielsweise ein Keramik-Kitt, siehe unter anderem ISOLA: "Arbeitsanleitung für Keramik-Kitte", Schweizerische Isola-Werke, Breitenbach, CH, Oktober 1985 und technische Information "3M keramische Klebstoffe", 3M Deutschland GmbH, D. Es kann aber z. B. auch ein Epoxy-Klebstoff sein, der Zusätze wie Metallpulver ent­ hält, siehe Typenübersicht "Epoxy-Spezialklebstoffe", Polytec GmbH & Co., Waldbronn-Karlsruhe, D.

Beispiele für Füllstoffe ohne Füllstoffpartikel sind Epoxyd- Kleber ohne Beigaben, z. B. ein- oder mehrkomponentige Epoxyd- Harze, oder Öle und Fette. Epoxidharze sind z. B. in den Typenübersichten "Epoxy-Spezialklebstoffe" und "epoxy technology inc: Epoxy-Klebstoffe" der Firma Polytec GmbH & Co., Waldbronn-Karlsruhe, D sowie in "UNISET® one component epoxies" amicon Corporation, Lexington, US beschrieben.

Es ist vorteilhaft, wenn ein durchschnittlicher Durchmesser der Füllstoffpartikel < 0,1 µm ist. Dies ergibt sich daraus, daß der typische durchschnittliche Durchmesser einer Klasse von Kavitäten, nämlich der Hohlräume, zwischen 1 µm und 250 µm beträgt. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Auffüllung eines Hohlraums sollte daher die Größe der Füllstoffpartikel mindestens eine Größenklasse geringer sein als die kleinsten zu füllenden Kavitäten.

Es ist vorteilhaft, wenn der Füllstoff, mit oder ohne Füll­ stoffpartikel, ein Kleber ist, weil dadurch nach Aushärten des Klebers ein Vorhandensein des Füllstoffes in den Kavitä­ ten auch nach längerem Betrieb gewährleistet ist.

Bei mechanisch sehr gut vorbehandelten Oberflächen mit nicht zu großen zu überbrückenden Abständen wird auch die Verwen­ dung eines inerten Fluids (z. B. Öl, Fett) zur alleinigen Be­ netzung der Kontaktflächen als Füllstoff bevorzugt. Durch die Benetzung wird die mechanische Ankoppelung über die Kontakt­ fläche verbessert, sofern das Fluid durch Kapillarkräfte dau­ erhaft in den Kavitäten fixiert bleibt.

Als Füllstoff kann aber auch jeder andere Stoff verwendet werden, welcher die Kavitäten in befriedigender Weise aus­ füllt, eine Kraftübertragung ermöglicht und auch im Dauer­ betrieb fixiert bleibt, z. B. ein plastisch verformbarer Festkörper aus duktilem Metall wie Blei oder Indium. Der Füllstoff kann auch ein Lot sein oder eine keramische Masse.

Zur Gewährleistung einer hohen mechanischen Übertragung zwi­ schen den an den Kontaktflächen grenzenden Bauteilen, auch bei größeren Kavitäten, insbesondere bei größeren Abständen zwischen den Bauteilen, wird eine hohe Endhärte des Füll­ stoffs, beispielsweise nach einem Aushärten eines Klebers, angestrebt. Dies entspricht einem hohen Elastizitätsmodul, vorzugsweise < 10 GPa.

Zur einfachen Herstellung, guten Fixierung sowie einer Ein­ stellung einer hohen Vorspannkraft wird ein Federelement in Form einer an die Kopfplatte und an die Fußplatte angreifen­ den Rohrfeder bevorzugt.

Aufgrund einer vergleichsweise einfachen Herstellung und Ver­ wendung wird als elektromechanischer Aktor ein Piezoaktor be­ vorzugt, insbesondere ein Vielschicht-Piezoaktor. Außer einem Piezoaktor ist aber auch die Verwendung eines elektrostrikti­ ven oder magnetostriktiven Aktors möglich.

Die Verwendung eines solchen Stellantriebs ist besonders vor­ teilhaft, wenn er in einer Dosiervorrichtung eingebaut ist, beispielsweise zum Antrieb eines Kraftstoffinjektors. Dabei wird die kurze Ansprechzeit, die präzise Hubsteuerung sowie die hohe Kraftaufgabe vorteilhaft anwendbar.

Ein Stellantrieb kann mittels eines Verfahrens hergestellt werden, bei dem

• a) das Federelement mit der Fußplatte [Kopfplatte] verbunden, z. B. verschweißt, wird,
• b) der Aktor und /oder die mit dem Federelement verbundene Fußplatte [Kopfplatte] mit dem Füllstoff benetzt wird,
• c) der Aktor so auf die mit dem Federelement verbundene Fuß­ platte [Kopfplatte] aufgesetzt wird, daß die entstehende untere Kontaktfläche [obere Kontaktfläche] mit Füllstoff benetzt ist,
• d) der Aktor und/oder die mit dem Federelement verbundene Kopfplatte [Fußplatte] mit dem Füllstoff benetzt wird,
• e) der Aktor so auf die mit dem Federelement nicht verbundene Fußplatte [Kopfplatte] aufgesetzt wird, daß die durch die­ ses Aufsetzen entstandene obere Kontaktfläche [untere Kon­ taktfläche] mit Füllstoff benetzt ist,
• f) das Federelement gegenüber der noch nicht mit ihm verbun­ denen Kopfplatte [Fußplatte] vorgespannt wird,
• g) die noch nicht mit dem Federelement verbundene Kopfplatte [Fußplatte] sodann mit dem Federelement verbunden, z. B. verschweißt, wird.

Die Angaben in eckigen Klammern bezeichnen eine alternative Reihenfolge, bei der Kopf- und Fußplatte bzw. obere Kontakt­ fläche und untere Kontaktfläche vertauscht sind.

Bei einer Verwendung eines Piezoaktors, vorzugsweise eines Vielschicht-Piezoaktors, ist es vorteilhaft, wenn sich diesen Schritten a) bis g) der Schritt h) Polarisierung des Piezoaktors durch Anlegen einer elektri­ schen Gleichspannung an Anschlußstifte des Piezoaktors an­ schließt.

Für den Fall, daß der Füllstoff ein aushärtbarer Füllstoff ist, beispielsweise ein Kleber, schließt sich als letztes (d. h. nach den Schritten g) bzw. h)) noch der Schritt - Aushärtung des Füllstoffs an.

Es ist zur Vermeidung von gasgefüllten Hohlräumen innerhalb des Füllstoffs vorteilhaft, wenn dieser vor seinem Ausbringen entgast wurde.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn vor einer Benetzung mit Füllstoff die Kontaktoberflächen zuvor gereinigt und parti­ kelfrei gemacht werden.

Es ist auch vorteilhaft, wenn die Kontaktflächen durch ein Benetzungsmittel zur Verringerung der Oberflächenspannung vorbehandelt werden.

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird der Stellantrieb als Schnittdarstellung in Seitenansicht schematisch näher be­ schrieben.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Stellantrieb, bei dem die Kontaktflächen durch den Füllstoff ausgefüllt sind,

Fig. 3 zeigt einen idealisierten Stellantrieb, die Fig. 4 und 5 zeigen je einen Stellantrieb mit ver­ schiedenen Arten von nicht ausgefüllten Kavitäten an den Kon­ taktflächen.

Fig. 3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Stellantrieb bestehend aus einer Fußplatte 1, einer Kopf­ platte 2, einem Federelement 3 in Form einer Rohrfeder 31, einen elektromechanischen Aktor 4 in Form eines piezoelek­ trischen Viellagen-Aktors ( = "piezoelektrischer Multilayer" = PMA) 41, elektrische Anschlüsse 5 zur Steuerung des Viel­ lagen-Piezoaktors 41 sowie Schweißnähte 6.

Ein solcher Stellantrieb wird vorzugsweise eingesetzt zum An­ trieb eines Ventilstößels in einem Kraftstoff-Einspritzven­ til.

Der Stellantrieb wird typischerweise in der folgenden Reihen­ folge montiert und aktiviert:

• a) Befestigung der Rohrfeder 31 mit der Fußplatte 1 [Kopf­ platte 2] mittels Verschweißung,
• b) Einführung des PMA in die Rohrfeder 31,
• c) Aufsetzen der Kopfplatte 2 [Fußplatte 1] auf den PMA 41,
• d) mechanisches Spannen der Rohrfeder 31 gegenüber der Kopf­ platte 2 [Fußplatte 1] mit einer Kraft F von ca. 850 N,
• e) Verschweißen der Kopfplatte 2 [Fußplatte 1] mit der Rohr­ feder 31 im vorgespannten Zustand,
• f) Polarisierung des PMA 41 durch Anlegen einer elektrischen Gleichspannung ausreichender Höhe und Dauer an die elek­ trischen Anschlüsse 5 des PMA 41, wodurch sich eine Druck­ polung ergibt.

Die Angaben in eckigen Klammern bezeichnen eine Reihenfolge, bei der Kopfplatte 2 und Fußplatte 1 vertauscht sind.

Die mechanische Druckvorspannung des PMA 41 verhindert dessen Zerstörung bei sehr schnellen Steilvorgängen, typischerweise entlang der Längsachse des PMA 41, wie sie in einem modernen Hochdruck-Einspritzventil üblich sind. Ein besonderer Vorteil des PMA 41 ist, neben einer hohen Stellgeschwindigkeit, vor allem die hohe Stellkraft. Aus diesem Grund wird ein PMA 41 bevorzugt in einem Hochdruck-Einspritzventil eingesetzt, wo er bei einem Kraftstoffdruck bis zu 2000 bar eine präzise Be­ tätigung der mit einer hohen Druckkraft beaufschlagten Venti­ lelemente ermöglicht.

Andererseits beträgt die Leerlaufauslenkung eines PMA 41 ty­ pischerweise nur 0,13% seiner Baulänge, was eine Leer­ laufauslenkung von typischerweise 40 µm bei 30 mm Aktorlänge ergibt. Während bisher der Minimierung externer mechanischer Übertragungsverluste (Hub und Kraft) viel Aufmerksamkeit ge­ widmet wurde, beispielsweise durch eine besonders steife Aus­ führung von an den Stellantrieb angelenkten Bauteilen, be­ steht hinsichtlich der Verringerung interner Antriebsverluste des Stellantriebs, also von Verlusten, welche innerhalb des in dieser Figur gezeigten Stellantriebs entstehen, noch Hand­ lungsbedarf.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der idealisierten Fall des PMA 41 mit exakt planparallelen Endflächen ohne jegliche Rau­ higkeit dargestellt. Dies gilt auch für die Fußplatte 1 und die Kopfplatte 2, so daß die obere Kontaktfläche 7 und die untere Kontaktfläche 8 kavitätenfrei sind. Dabei ergibt sich eine ideale Kontaktfläche, welche der Auflagefläche der End­ flächen des Piezoaktors 41 entspricht.

Eine Vermessung der Antriebseigenschaften und der Eigenreso­ nanz eines realen Stellantriebs hingegen ergibt eine relativ große Schwankung in den elektromechanischen Kenngrößen.

Fig. 4 zeigt schematisch einen Stellantrieb analog zum Stel­ lantrieb in Fig. 3, welcher an der oberen Kontaktfläche 7 und der unteren Kontaktfläche 8 von PMA 41 und Kopfplatte 2 bzw. Fußplatte 1 im submikroskopischen Bereich Rauhigkeiten, Welligkeiten und Schiefheiten aufweist, welche zu Kavitäten 9 in Form von Hohlräumen (obere Kontaktfläche 7) und Spalten (untere Kontaktfläche 8) führen.

Die durch diese Kavitäten 9 hervorgerufenen parasitären Ver­ luste lassen sich durch einen hohen mechanischen Anpreßdruck von typischerweise 18 MPa zwar mildern (die Kavitäten 9 wer­ den teilweise zugedrückt), jedoch wäre zur vollständigen Be­ seitigung der Kavitäten 9 eine wesentlich höhere Anpreßkraft notwendig. Eine solche weit höhere Anpreßkraft, die sich zu­ dem mit den vorteilhaften Rohrfedern 31 in dem zur Verfügung stehenden Baurum nicht realisieren lassen, welche den Viel­ schicht-Piezoaktor 41 nachteiligerweise depolarisieren wür­ den.

Fig. 5 zeigt einen Stellantrieb analog zu den Fig. 3 und 4 mit einer Deformation der Piezoendflächen.

Aufgrund eines unter einer mechanischen Druckvorspannung er­ folgenden Polarisierungsvorgangs des PMA 41 kommt es aufgrund der damit einhergehenden Volumenänderung im piezoelektrischen Material zu einer balligen Ausformung der zuvor planparalle­ len Endflächen des PMA 41. Eine solche ballige Ausformung führt zur Ausbildung von Kavitäten 9 in Form von Spalten.

Die bei einem typischen Stellantrieb entstehenden Kavitäten 9 an der oberen Kontaktfläche 7 zwischen PMA 41 und Fußplatte 1 und/oder an der unteren Kontaktfläche 8 zwischen Kopfplatte 2 und PMA 41 auftretenden Kavitäten 9 ergeben sich aus einer Superposition der in Fig. 4 diskutierten Kavitäten (Rauhig­ keiten, Spalten, Schiefheiten und/oder Welligkeiten) mit der in Fig. 5 dargestellten, durch den Polarisierungsvorgang hervorgerufenen Balligkeit. Wegen den hier beschriebenen, schwer kontrollierbaren Einflüssen aufgrund der Kavitäten 9 zeigen endmontierte Stellantriebe signifikante Schwankungen in ihren elektromechanischen Kennwerten. Alle Arten von Kavi­ täten 9, also Rauhigkeiten und Verkippungen etc. an den Kon­ taktflächen 7, 8 als auch die durch den Polarisierungsvorgang hervorgerufene Balligkeit der Piezoendflächen, führen zu me­ chanischen Übertragungsverlusten durch "Leerfederung" des PMA 41 innerhalb des Stellantriebs. Im Idealfall stellen Kopf­ platte 2, PMA 41 und Fußplatte 1 einen möglichst steifen Ver­ bund dar, dessen Federrate nur durch die elastischen Eigen­ schaften der verwendeten Materialien und ihre Geometrie, nicht aber durch Nachgiebigkeiten an den Kontaktflächen be­ stimmt wird.

Fig. 1 zeigt einen Stellantrieb, bei dem im Vergleich zu den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Stellantrieben ein Füll­ stoff 10 (gepunktet eingezeichnet) vorhanden ist, welcher mindestens eine Kavität 9 zwischen dem PMA 41 und der Kopf­ platte 2 und/oder zwischen dem PMA 41 und der Fußplatte 1 ausfüllt.

Anstelle einer aufwendigen mechanischen Bearbeitung der Kon­ taktflächen (z. B. durch Planschleifen, Polieren etc.), wobei zudem die durch die Druckpolung bedingte Balligkeit der End­ flächen des PMA 41 noch nicht einmal beseitigt werden kann, ist es verfahrenstechnisch wesentlich einfacher und wirksa­ mer, die Kavitäten, und insbesondere den durch die Balligkeit der Endflächen nach dem Polarisieren bedingte Spalt durch ei­ nen Füllstoff 10, beispielsweise einen aushärtbaren Kleber (Epoxydharz etc.) oder ein Fluid, auszufüllen.

Durch die so verbesserte mechanische Ankoppelung des PMA 41 an die kraftübertragenden Endplatten (Kopfplatte 2 und/oder Fußplatte 1) steigt nicht nur der elektromechanische Wir­ kungsgrad des Stellantriebs, sondern es wird auch die Schwan­ kungsbreite der elektromechanischen Parameter des Stellan­ triebs (Blockierkraft, Leerlaufauslenkung, Temperaturverhal­ ten etc.) erheblich verringert. Durch eine Ausfüllung der Ka­ vitäten 9 mittels des Füllstoffs 10 sinken somit die Anfor­ derungen an die mechanische Bearbeitungsgüte der Kontaktflä­ chen 7, 8 deutlich, wodurch sich auch vorteilhafterweise Ko­ sten und Ausschuß verringern.

Hervorzuheben ist, daß es sich bei den angegebenen Kavitäten üblicherweise um Kavitäten 9 im Mikrometerbereich handelt. Bei einer Benetzung der oberen/unteren Kontaktfläche 7, 8 mit dem Füllstoff 10, beispielsweise einem Kleber oder einem Fluid, besteht somit nicht die Gefahr einer Verringerung der Gesamtsteifigkeit des Stellantriebs, wie sie bei älteren pie­ zoelektrischen Stapelaktoren oder bei geklebten PMAs 41 auf­ tritt. Im Gegenteil wird sogar die Gesamtsteifigkeit des Stellantriebs deutlich auf ein definiertes Maß erhöht. Eben­ sowenig tritt aufgrund der sehr geringen Ausdehnung der Kavi­ täten 9 ein Einfluß des Füllstoffs 10 auf eine thermische Dehnung des Stellantriebs auf.

Weil der Füllstoff 10 lediglich zur Überbrückung der Kavitä­ ten 9 dient, muß auch keine tatsächliche Verklebung des PMA 41 mit der Fußplatte 1 und/oder der Kopfplatte 2 erfolgen. Die dauerhafte Fixierung der Lage des Piezoaktors auf der Kopfplatte 2 bzw. der Fußplatte 1 wird durch die hohe mecha­ nische Vorspannkraft der Rohrfeder 31 gewährleistet, wodurch ein Auswandern verhindert wird.

Dennoch ist eine hohe Endhärte des Füllstoffs 10 (hoher Ela­ stizitätsmodul) anzustreben, vorzugsweise < 10 GPa.

Bei mechanisch sehr gut vorbehandelten, an die Kontaktflächen 7, 8 grenzende Oberflächen mit einem nicht zu großen zu über­ brückenden Abstand, kann auch die alleinige Benetzung der Kontaktflächen 7, 8 mit einem inerten Fluid (z. B. Öl, Fett) als Füllstoff 10 die mechanische Ankoppelung verbessern. Dazu muß das Fluid durch Kapillarkräfte dauerhaft in den Kavitäten 9 fixiert bleiben.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Stellan­ triebs, so wie er in dieser Figur dargestellt ist, beruht auf den folgenden Schritten:

• a) Verbindung der Rohrfeder 31 mit der Fußplatte 1 [Kopf­ platte 2], vorzugsweise durch Verschweißung (wodurch eine Schweißnaht 6 erzeugt wird),
• b) Benetzung des PMA 41 und/oder der Fußplatte 1 [Kopfplatte 2] mit dem Füllstoff 10,
• c) Einführung des PMA 41 in die Rohrfeder 31,
• d) Benetzung des PMA 41 und/oder der Kopfplatte 2 [Fußplatte 1] mit Füllstoff 10,
• e) Aufsetzen der Kopfplatte 2 [Fußplatte 1] auf den PMA 41,
• f) mechanisches Spannen der Rohrfeder 31 gegenüber der Kopf­ platte 2 [Fußplatte 1], vorzugsweise mit einem Druck zwi­ schen 15 MPa und 20 MPa, insbesondere 18 MPa,
• g) Verbinden der Kopfplatte 2 [Fußplatte 1 mit der Rohrfeder 31 im vorgespannten Zustand, vorzugsweise durch Ver­ schweißung],
• h) Polarisierung des PMA 41 durch Anlegen einer elektrischen Gleichspannung ausreichender Höhe und Dauer an die An­ schlußstifte 5 des PMA 41,
• i) gegebenenfalls Aushärtung des Füllstoffs 10.

Zur vollständigen Ausfüllung der Kavitäten 9 (z. B. Hohlräume und Spalte) durch den Füllstoff 10 werden die Kontaktflächen 7, 8 vorzugsweise zuvor gereinigt und partikelfrei gemacht. Zur Verringerung der Oberflächenspannung an den Kontaktflä­ chen 7, 8 werden die Kontaktflächen vorteilhafterweise mit­ tels eines Benetzungsmittels benetzt.

Es ist sehr vorteilhaft, wenn die Größe von Füllstoffparti­ keln des Füllstoffs 10 deutlich geringer ist (mindestens eine Größenklasse) als die kleinsten zu füllenden Kavitäten. Ein typischer durchschnittlicher Durchmesser von Hohlräumen be­ trägt 1 µm bis 250 µm. Daraus folgt, daß ein Füllstoff 10 mit einem durchschnittlichen Durchmesser der darin enthaltenen Füllstoffpartikel von < 0,1 µm besonders günstig ist.

Zur vorteilhaften Vermeidung von Gaseinschlüssen im Füllstoff 10 wird der Füllstoff 10 vor seinem Aufbringen entgast. Zur dosierten Aufbringung des Füllstoffs 10 auf die Kontaktflä­ chen 7, 8 eignen sich beispielsweise Dispenser.

Selbstverständlich werden durch diese Methode auch durch die Form der Fußplatte 1 und der Kopfplatte 2 bedingte Kavitäten beseitigt. Diese sind allerdings der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.

Fig. 2 zeigt einen Stellantrieb analog zu Fig. 1, bei dem die Kavität 9 aufgrund einer Balligkeit durch eine Polari­ sierung des PMA 41 entstanden ist.

Claims (13)

1. Stellantrieb, aufweisend

• - einen elektromechanischen Aktor (4, 41), welcher an seiner oberen Kontaktfläche (7) an einer Kopfplatte (2) und an seiner unteren Kontaktfläche (8) an einer Fußplatte (1) aufliegt,
• - ein die Kopfplatte (2) und die Fußplatte (1) verbindendes Federelement (3, 31), mittels dessen der Aktor (4, 41) druckvorspannbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Füllstoff (10) vorhanden ist, welcher mindestens eine Ka­ vität (9) zwischen dem Aktor (4, 41) und der Kopfplatte (2) und/oder zwischen dem Aktor (4, 41) und der Fußplatte (1) ausfüllt.

2. Stellantrieb Anspruch 1, bei dem der Füllstoff (10) Füllstoffpartikel enthält, die einen durchschnittlichen Durchmesser < 0,1 µm besitzen.

3. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Füllstoff (10) ein viskoser Stoff, ein Kleber, insbe­ sondere ein Epoxydharz, oder ein Fluid ist.

4. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Füllstoff (10) ein Lot oder eine keramische Masse ist.

5. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem der Füllstoff (10) aushärtbar ist und nach dem Aushärten ei­ nen Elastizitätsmodul E < 10 GPa besitzt.

6. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Federelement (3, 31) eine Rohrfeder (31) ist.

7. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der elektromechanische Aktor (4, 41) ein Vielschicht- Piezoaktor (41) ist.

8. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der in einer Dosiervorrichtung, insbesondere zur Kraftstoffein­ spritzung, eingebaut ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Stellantriebs nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem

• a) das Federelement (3, 31) mit der Fußplatte (2) oder der Kopfplatte (2) verbunden wird,
• b) der Aktor (4, 41) und/oder die mit dem Federelement (3, 31) verbundene Fußplatte (1) oder Kopfplatte (2) mit dem Füllstoff (10) benetzt wird,
• c) der Aktor (4, 41) so auf die mit dem Federelement (3, 31) verbundene Fußplatte (1) oder Kopfplatte (2) aufgesetzt wird, daß die entstandene untere Kontaktfläche (7) oder obere Kontaktfläche (8) mit Füllstoff (10) benetzt ist,
• d) der Aktor (4, 41) und/oder die mit dem Federelement (3, 31) nicht verbundene Kopfplatte (2) oder Fußplatte (1) mit dem Füllstoff (10) benetzt wird,
• e) der Aktor (4, 41) so auf die mit dem Federelement (3, 31) nicht verbundene Fußplatte (1) oder Kopfplatte (2) aufge­ setzt wird, daß die durch dieses Aufsetzen entstandene obere Kontaktfläche (8) oder untere Kontaktfläche (7) mit Füllstoff (10) benetzt ist,
• f) das Federelement (3, 31) gegenüber der noch nicht mit ihm verbundenen Kopfplatte (2) oder Fußplatte (1) vorgespannt wird,
• g) die noch nicht mit dem Federelement (3, 31) verbundene Kopfplatte (2) oder Fußplatte (1) sodann mit dem Fe­ derelement (3, 31) verbunden wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem sich den Schritten a) bis g) der Schritt

• a) Polarisierung des Aktors (4, 41) durch Anlegen einer elek­ trischen Gleichspannung an die Anschlußstifte (13) des Aktors (4, 41) anschließt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem der Füllstoff (10) aushärtend ist, und sich der Schritt

• - Aushärtung des Füllstoffs (10) anschließt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem der Füllstoff (10) ein Lot ist, und sich der Schritt

• - Verlötung der Endflächen des Aktors (4, 41) mit der Fuß­ platte (1) und der Kopfplatte (2) anschließt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem der Füllstoff (10) vor seinem Ausbringen entgast wird.