ES2308670T3 - Actuador piezoelectrico. - Google Patents
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Abstract
Actuador piezoeléctrico (2), especialmente actuador para válvulas de inyección de combustible, con un cuerpo de actuador (30), que presenta una pluralidad de capas cerámicas (25) y una pluralidad de capas de electrodos (26) dispuestas entre las capas cerámicas (25), y con al menos una primera conexión de electrodos (28), en el que la primera conexión de electrodos (28) presenta varios componentes adhesivos (36) formados por al menos un material cerámico y los componentes adhesivos (36) están dispuestos distribuidos sobre la primera conexión de electrodos (28), y porque al menos los componentes adhesivos (36) de la primera conexión de electrodos (28) están conectados con el cuerpo del actuador (30), en el que las capas de electrodos (26) del cuerpo del actuador (30) presentan al menos un material de base conductor de electricidad, caracterizado porque una composición del material de base (35) de la primera conexión de electrodos (28) corresponde al menos esencialmente a una composición del material de base de las capas de electrodos (26) y los componentes adhesivos (36) están constituidos por el mismo material cerámico que las capas cerámicas (25).
Description
Actuador piezoeléctrico.
La invención se refiere a un actuador
piezoeléctrico para una válvula de inyección de combustible, a un
procedimiento para la producción de un actuador piezoeléctrico y a
una válvula de inyección de combustible con tal actuador
piezoeléctrico. Especialmente, la invención se refiere al campo de
los inyectores para instalaciones de inyección de combustible de
motores de combustión interna de encendido automático, de compresión
de aire.
Se conoce a partir del documento DE 198 56 202
A1 un actuador piezoeléctrico. El actuador piezoeléctrico conocido
sirve especialmente para la activación de válvulas de inyección en
motores de combustión interna en automóviles. El actuador conocido
presenta un cuerpo de actuador piezoeléctrico en forma de un
laminado de muchas capas de capas estratificadas superpuestas de
material piezoeléctrico y de capas metálicas o bien conductoras de
electricidad intercaladas que sirven como electrodos. Una línea de
alimentación de electrodos para el contacto de las capas que sirven
como electrodos está guiada lateralmente en el cuerpo del actuador
y está protegida contra la humedad directa del aire por medio de una
envolvente de elastómero o tubo flexible retráctil.
El actuador conocido a partir del documento DE
198 56 202 A1 tiene el inconveniente de que es necesaria una
mecanización de repaso de la superficie exterior del actuador,
especialmente a través de rectificado, Para crear una zona para la
conexión del conducto de alimentación de electrodos con el cuerpo
del actuador.
Se conoce a partir del documento DE 102 31 470
A1 una técnica de mezcla de materiales para la formación y
corrección de la composición de materiales monofásicos de varios
componentes. Especialmente, la técnica mixta conocida se puede
emplear para la fabricación de cerámicas piezoeléctricas sobre la
base de circonato titanato de plomo.
Se conoce ya a partir del documento GB 2 258 084
A un actuador piezoeléctrico, que presenta un cuerpo de actuador,
que posee una pluralidad de capas cerámicas y una pluralidad de
capas de electrodos dispuestas entre las capas cerámicas. Además,
el actuador piezoeléctrico comprende al menos una primera conexión
de electrodos como electrodo exterior, en la que la primera
conexión de electrodos presenta varias secciones aislantes dentro
de la estructura metálica de electrodos exteriores, que están
constituidas, por ejemplo, por polvo de vidrio. Estas secciones
aislantes están dispuestas, distribuidas sobre la primera conexión
de electrodos, en la zona de los electrodos interiores respectivos
que no entran en contacto. En este caso, las secciones aislantes de
la primera conexión de electrodos están conectadas también en cierta
medida con el cuerpo del actuador.
El actuador piezoeléctrico de acuerdo con la
invención con las características de la reivindicación 1, la
válvula de inyección de combustible de acuerdo con la invención con
las características de la reivindicación 9 y el procedimiento de
acuerdo con la invención con las características de la
reivindicación 10 tienen, en cambio, la ventaja de que no es
necesaria una mecanización de repaso costosa del cuerpo del actuador
para la conexión de electrodos. Especialmente se puede suprimir los
procesos costosos de rectificado con respecto a la zona necesaria
para la conexión de electrodos.
La primera conexión de electrodos puede estar
configurada como conexión de electrodos dispuesta en el exterior. A
través de la configuración de acuerdo con la invención del actuador
piezoeléctrico se crea, en virtud de los componentes adhesivos una
conexión mecánica de la primera conexión de electrodos con el cuerpo
del actuador, que presenta una resistencia relativamente alta. De
esta manera, el actuador piezoeléctrico de acuerdo con la invención
es adecuado también para la disposición en un espacio de actuador,
en el que está previsto combustible a alta presión.
Es ventajoso que la primera conexión de
electrodos presente un material de base conductor de electricidad y
que los componentes adhesivos de la primera conexión de electrodos
estén incrustados en el material de base conductor de electricidad.
Una composición del material de base de la primera conexión de
electrodos es en este caso similar a una composición de un material
de base de las capas de electrodos del cuerpo del actuador. A
través de los componentes adhesivos incrustados se posibilita una
fijación mecánica fiable del material de base y de los componentes
adhesivos con el cuerpo del actuador. Para el material de base de la
primera conexión de electrodos se puede emplear especialmente una
mezcla de plata y paladio o cobre sin una fase vítrea. El tamaño de
los granos y la cantidad de los componentes adhesivos formados a
partir del material cerámico, con los que está mezclado el material
de base de la primera conexión de electrodos, se adaptan al espesor
de capa y a la composición del material de base de la primera
conexión de electrodos. Los componentes adhesivos de la primera
conexión de electrodos se pueden basar, por ejemplo, en circonato
titanato de plomo o titanato de bario.
A través de las medidas indicadas en las
reivindicaciones dependientes son posibles desarrollos ventajosos
del actuador piezoeléctrico indicado en la reivindicación 1, de la
válvula de inyección de combustible indicada en la reivindicación 9
y del procedimiento indicado en la reivindicación 10.
\newpage
Al menos una parte del material previsto para
los electrodos exteriores se mezcla antes de la sinterización o
desligamiento con el cuerpo del actuador bruto. Después de la
sinterización se puede conectar la primera conexión de electrodos
adicionalmente con un agente conductor de electricidad,
especialmente un agente de un adhesivo conductor de electricidad,
un tamiz conductor de electricidad, una chapa, una soldadura yo una
estructura elástica conductora de electricidad u otra estructura
flexible o similar. Esta conexión se puede realizar a través de
encolado, soldadura o similar.
Un ejemplo de realización preferido de la
invención se explica en detalle en la descripción siguiente con la
ayuda de los dibujos adjuntos, en los que los elementos
correspondientes están provistos con signos de referencia
coincidentes. En este caso:
La figura 1 muestra una válvula de inyección de
combustible en una representación en sección esquemática de acuerdo
con un ejemplo de realización de la invención.
La figura 2 muestra el fragmento, designado con
I en la figura 1, de una válvula de inyección de combustible según
la invención en una representación en sección detallada, en la que
la sección se realiza a lo largo de la línea de intersección
designada con II en la figura 3, y
La figura 3 muestra el fragmento, designado con
I en la figura 1, desde la dirección de la visión designado con III
en las figuras 1 y 2.
La figura 1 muestra una válvula de inyección de
combustible 1 con un actuador piezoeléctrico 2 de acuerdo con un
ejemplo de realización de la invención. La válvula de inyección de
combustible 1 puede servir especialmente como inyector para
instalaciones de inyección de combustible de motores de combustión
interna de encendido automático, de compresión de la mezcla. Una
aplicación preferida de la válvula de inyección de combustible 1
está destinada a una instalación de inyección de combustible con un
carril común, que conduce combustible Diesel a alta presión hacia
varias válvulas de inyección de combustible 1. El actuador
piezoeléctrico 2 de acuerdo con la invención es especialmente
adecuado para una válvula de inyección de combustible 1 de este
tipo. La válvula de inyección de combustible 1 de acuerdo con la
invención y el actuador 2 de acuerdo con la invención son también
adecuados para otros casos de aplicación.
La válvula de inyección de combustible 1
presenta una carcasa de válvula 3 y un racor de entrada de
combustible 4 conectado con la carcasa de la válvula 3. En el racor
de entrada de combustible 4 se puede conectar un conducto de
combustible, para introducir combustible en un espacio del actuador
5 previsto en el interior de la carcasa de la válvula 3. El espacio
del actuador 5 está separado por medio de una parte de la carcasa
6 de un espacio de combustible 7 previsto de la misma manera en el
interior de la carcasa de la válvula 3. En la parte de la carcasa 6
están previstos orificios de paso 8, 9, para conducir el combustible
alimentado a través del espacio del actuador 5 al espacio de
combustible 7.
En un cuerpo de asiento de la válvula 10
conectado con la carcasa de la válvula 3 está configurada una
superficie de asiento de la válvula 11, que colabora con un cuerpo
de cierre de la válvula 12 para formar un asiento hermético. En
este caso, el cuerpo de cierre de la válvula 12 está configurado en
una sola pieza con una aguja de válvula 15, a través de la cual el
cuerpo de cierre de la válvula 12 está conectado con una placa de
presión 16 prevista en el espacio del actuador 5. La aguja de la
válvula 15 es guiada en este caso a través de la parte de la
carcasa 6 en la dirección de un eje 17 de la válvula de inyección de
combustible 1. Por medio de la placa de presión 16 se impulsa la
aguja de la válvula 15 a través de un muelle de válvula 18 con una
fuerza de cierre, de manera que se cierra el asiento de obturación
configurado entre el cuerpo de cierre de la válvula 12 y la
superficie de asiento de la válvula 11.
En la carcasa de la válvula 3 está previsto,
además, un elemento de conexión 20 para la conexión de una línea de
alimentación eléctrica a la válvula de inyección de combustible 1.
La línea de alimentación eléctrica se puede conectar en este caso
por medio de un conector en líneas eléctricas 21, 22, que estando
conducidas a través de la carcasa 3 y de una pata del actuador 23
hacia el actuador 2. El actuador 2 se apoya a través de la pata del
actuador 23 en un lado interior de la carcasa de la válvula 3.
Además, el actuador 2 actúa a través de una cabeza del actuador 24
en contra de la fuerza del muelle de la válvula 18 sobre la placa de
presión 16, en la que el actuador 2 está pretensado por medio del
muelle de la válvula 18.
El actuador piezoeléctrico 2 presenta una
pluralidad de capas cerámicas 25 y una pluralidad de capas de
electrodos 26 dispuestas entre las capas cerámicas 25. Una parte de
las capas de electrodos 26 está conectada con la línea eléctrica 21
y otra parte de las capas de electrodos 26 está conectada con la
línea eléctrica 22. Las capas de electrodos 26 conectadas con la
línea eléctrica 21 forman, por ejemplo, los electrodos positivos,
mientras que las capas de electrodos 26 conectadas con la línea
eléctrica 22 forman los electrodos negativos.
A través de las líneas eléctricas 21, 22 se
puede cargar el actuador 2, dilatándose éste en la dirección del
eje 17, de manera que se abre el asiento de obturación configurado
entre el cuerpo de cierre de la válvula 12 y la superficie de
asiento de la válvula 11. De esta manera se produce la inyección de
combustible desde el espacio de combustible 7 a través de un
intersticio anular 27 y el asiento de obturación abierto. A través
de la descarga del actuador 2 se comprime éste de nuevo, de manera
que se cierra otra vez el asiento de obturación configurado entre
el cuerpo de cierre de la válvula 12 y la superficie de asiento de
la válvula 11.
Para el contacto de la parte de las capas de
electrodos 26, que forma los electrodos positivos, está prevista
una primera conexión de electrodos 28. Para la otra parte de las
capas de electrodos 26 está prevista una segunda unión de
electrodos 29. En este caso, la primera conexión de electrodos 28
está conectada con la línea eléctrica 21 así como con una parte de
las capas de electrodos 26, mientras que la segunda conexión de
electrodos 29 está conectada con la línea eléctrica 22 y con la otra
parte de las capas de electrodos 26. Además, existe una conexión
mecánica de las conexiones de electrodos 28, 29 con un cuerpo de
actuador 30, que presenta las capas cerámicas 25 y las capas de
electrodos 26, de resistencia relativamente alta. La configuración
del actuador se describe de nuevo en detalle con la ayuda de las
figuras 2 y 3.
Las figura 2 muestra el fragmento, designado con
I en la figura 1, en una representación en sección a lo largo de la
línea de intersección designada con II en la figura 3.
En el cuerpo del actuador 30 está insertada la
pata del actuador 23, en la que la línea eléctrica 21 se extiende
en parte a través de la pata del actuador 23 y está conectada
eléctricamente con la primera conexión de electrodos 28. Al menos
una parte de la primera conexión de electrodos 28 se pone en
contacto ya antes de la desligación y sinterización con el cuerpo
del actuador 30. La parte de las capas de electrodos 26,
representada a través de la capa de electrodos 26A, se puede liberar
en el estado verde de cuerpo del actuador 30 por medio de radiación
o similar. Al menos una parte de la primera conexión de electrodos
28 se puede imprimir sobre el cuerpo del actuador 30 por medio de
un procedimiento de impresión con tamiz de seda o similar. La
primera conexión de electrodos 28 está constituida en este instante
por un material de base bruto 35 para la primera conexión de
electrodos 28, en la que están incrustados varios componentes
adhesivos 36 que están constituidos por material cerámico bruto.
Los componentes adhesivos 36 están constituidos de una manera
preferida por el mismo material cerámico que las capas cerámicas 25.
El actuador 2 se desliga y se sinteriza entonces, configurándose
uniones entre los componentes adhesivos 36 y las capas cerámicas 25
de resistencia especialmente alta. De esta manera se garantiza una
buena resistencia de la primera unión de electrodos 28 en el cuerpo
del actuador 30.
La parte de las capas de electrodos 26,
representadas a través de la capa de electrodos 26B, que está
configurado un poco distanciada de la primera conexión de electrodos
28, está conectada con la segunda conexión de electrodos 29. La
segunda conexión de electrodos 29 puede estar configurada en este
caso de una manera correspondiente a la primera conexión de
electrodos 28 y puede estar conectada con el cuerpo del actuador
30.
Después de la sinterización del actuador
piezoeléctrico 2 se puede aplicar sobre la parte de la conexión de
electrodos 28 sinterizada junto con las capas cerámicas 25, que
comprende el material de base 35 y los componentes adhesivos 36,
adicionalmente un agente conductor 37 en una superficie 38 del
material de base 35. El agente conductor 37 puede estar formado por
un adhesivo conductor de electricidad, por un tamiz conductor de
electricidad, por una chapa, por una soldadura y/o por una
estructura elástica, conductora de electricidad. No obstante,
también se puede suprimir el agente conductor 37.
La figura 3 muestra el fragmento, designado con
I en la figura 1, desde la dirección de la visión designada con III
en las figuras 1 y 2, no estado previsto el agente conductor 37
representado en la figura 2.
La pluralidad de componentes adhesivos 36, de
los que solamente se representa uno de ellos, están distribuidos
sobre el material de base 35 de la primera conexión de electrodos
28. En el ejemplo de realización representado, los componentes
adhesivos 36 presentan en cada caso aproximadamente una forma
cilíndrica. Los componentes adhesivos 36 pueden estar configurados,
sin embargo, también de otra manera, especialmente pueden presentar
una geometría irregular. Además, los componentes adhesivos 36 pueden
configurar también una estructura del tipo de rejilla o del tipo de
red. El tamaño de los componentes adhesivos 36 y la porción con
relación al material de base 35 están adaptados al espesor de capa
de la primera conexión de electrodos 28 y a la composición del
material de base 35 para la primera conexión de electrodos 28. En
particular, la configuración y la distribución de los componentes
adhesivos 36 se selecciona para que se garantice un contacto
eléctrico fiable de la línea eléctrica 21 a través del material de
base 35 conductor de electricidad con las capas de electrodos
representadas a través de la capa de electrodos 26A. Este contacto
eléctrico se puede mejorar todavía a través del agente conductor 37
representado en la figura 2. A través de la combustión de la primera
conexión de electrodos 28 en el cuerpo del actuador 30 durante el
proceso de sinterización se configura especialmente una conexión
mecánica entre los componentes adhesivos 36 y las capas cerámicas
25 de alta resistencia. El agente conductor 37 previsto, dado el
caso, se puede aplicar a través de encolado o soldadura sobre la
parte sinterizada de la primera conexión de electrodos 28, de
manera que no es necesaria una mecanización de repaso para la
primera conexión de electrodos 28 a través de rectificado o
similar. De esta manera, es posible una fabricación de coste
favorable del actuador piezoeléctrico 2.
La invención no está limitada al ejemplo de
realización descrito.
Claims (10)
1. Actuador piezoeléctrico (2), especialmente
actuador para válvulas de inyección de combustible, con un cuerpo
de actuador (30), que presenta una pluralidad de capas cerámicas
(25) y una pluralidad de capas de electrodos (26) dispuestas entre
las capas cerámicas (25), y con al menos una primera conexión de
electrodos (28), en el que la primera conexión de electrodos (28)
presenta varios componentes adhesivos (36) formados por al menos un
material cerámico y los componentes adhesivos (36) están dispuestos
distribuidos sobre la primera conexión de electrodos (28), y porque
al menos los componentes adhesivos (36) de la primera conexión de
electrodos (28) están conectados con el cuerpo del actuador (30), en
el que las capas de electrodos (26) del cuerpo del actuador (30)
presentan al menos un material de base conductor de electricidad,
caracterizado porque una composición del material de base
(35) de la primera conexión de electrodos (28) corresponde al menos
esencialmente a una composición del material de base de las capas de
electrodos (26) y los componentes adhesivos (36) están constituidos
por el mismo material cerámico que las capas cerámicas (25).
2. Actuador piezoeléctrico de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la primera conexión de
electrodos (28) está configurada como conexión de electrodos
externa (28).
3. Actuador piezoeléctrico de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los componentes
adhesivos (36) de la primera conexión de electrodos (28) están
incrustados, al menos en parte, en el material de base (35)
conductor de electricidad.
4. Actuador piezoeléctrico de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los
componentes adhesivos (36) de la primera conexión de electrodos
(28) están formados por al menos un material cerámico, que se basa
al menos en un circonato titanato de plomo.
5. Actuador piezoeléctrico de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los
componentes adhesivos (36) de la primera conexión de electrodos
(28) están configurados por al menos un material cerámico que se
basa al menos en un titanato de bario.
6. Actuador piezoeléctrico de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los
componentes adhesivos (36) formados por el material cerámico de la
primera conexión de electrodos (28) están conectados, al menos en
parte, con las capas cerámicas (25) del cuerpo del actuador (30) a
través de sinterización.
7. Actuador piezoeléctrico de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la primera
conexión de electrodos (28) presenta al menos un agente (37)
conductor de electricidad.
8. Actuador piezoeléctrico de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado porque el agente conductor
(37) está formado por un adhesivo conductor de electricidad, un
tamiz conductor de electricidad, una chapa, una soldadura y/o una
estructura elástica conductora de electricidad.
9. Válvula de inyección de combustible (1),
especialmente inyector para instalaciones de inyección de
combustible de motores de combustión interna de encendido
automático, de compresión de aire, con un actuador piezoeléctrico
(2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8 y con un cuerpo
de cierre de la válvula (12), que puede ser activado por el
actuador (2), y que colabora con una superficie de asiento de la
válvula (11) para formar un asiento hermético.
10. Procedimiento para la producción de un
actuador piezoeléctrico (2) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 8, con un cuerpo de actuador (30), que
presenta una pluralidad de capas cerámicas (25) y una pluralidad de
capas de electrodos (26) dispuestas entre las capas cerámicas (25),
y con al menos una primera conexión de electrodos (28), conectada
con una primera parte de las capas de electrodos (26), en el que el
procedimiento comprende las siguientes etapas del
procedimiento:
- -
- inserción de un material cerámico bruto (36) en un material de base bruto (35) para la primera conexión de electrodos (28),
- -
- aplicación del material de base bruto (35) para la primera conexión de electrodos (28) con el material cerámico bruto (36), contenido en el material de base bruto (35) para la primera conexión de electrodos (28), sobre un cuerpo de actuador bruto (30), que presenta capas cerámicas brutas (25) y capas de electrodos brutas (26), para la configuración al menos parcial, de la primera conexión de electrodos (28);
- -
- sinterización del cuerpo de actuador (30) junto con el material de base aplicado sobre el cuerpo del actuador (30) para la primera conexión de electrodos (28) y el material cerámico bruto (36) previsto en el material de base (35) para la primera conexión de electrodos (28), en el que el material cerámico bruto (36), previsto en el material de base (35) para la primera conexión de electrodos (28), se conecta, al menos en parte, con las capas cerámicas (25) del cuerpo del actuador (30).
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|---|---|---|---|
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