WO2005043098A1 - Actuator having a temperature sensor and corresponding production method - Google Patents

Actuator having a temperature sensor and corresponding production method Download PDF

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WO2005043098A1
WO2005043098A1 PCT/EP2004/052610 EP2004052610W WO2005043098A1 WO 2005043098 A1 WO2005043098 A1 WO 2005043098A1 EP 2004052610 W EP2004052610 W EP 2004052610W WO 2005043098 A1 WO2005043098 A1 WO 2005043098A1
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actuator
segment
temperature sensor
temperature
segments
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PCT/EP2004/052610
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Michael Denzler
Bernd DÖLLGAST
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an actuator according to the preamble of claim 1 and a manufacturing method for an actuator according to the preamble of claim 17.
  • piezo actuators When actuating injection valves in internal combustion engines, piezo actuators are used, the piezoelectric effect of the piezo actuators being dependent on their temperature. In order to be able to predict the deflection of a piezo actuator at a certain applied voltage, it is therefore advantageous if the temperature of the piezo actuator is known. Knowing the temperature of a piezo actuator is also useful in order to prevent the piezo actuator from overheating.
  • thermocouple a suitable sensor, for example a thermocouple, is arranged on the surface of the actuator.
  • the piezo actuator is then controlled as a function of the measured temperature, which means that temperature fluctuations can be compensated for.
  • a disadvantage of this is that the temperature measurement on the surface does not reflect the temperature of the actuator with sufficient accuracy. With this method, therefore, a sufficient reserve must be planned for the actuation of the actuator in order to safely achieve the desired stroke. In addition, the temperature monitoring of the actuator is inadequate; under certain circumstances, very large safety tolerances must be planned.
  • the object of the invention is therefore to determine the temperature of an actuator as precisely as possible with as little effort as possible. It is also an object of the invention to provide a manufacturing method with which such an actuator can be manufactured with as little effort as possible.
  • the object is achieved with an actuator according to claim 1. Furthermore, a manufacturing method according to claim 17 is suitable for manufacturing such an actuator.
  • the invention is based on the physical knowledge that the operation of the actuator itself is usually responsible for the temperature increase of the actuator, since part of the energy of the control is converted into heat.
  • the temperature in the core of the actuator is therefore generally higher than at the edge of the actuator, where the heat generated is dissipated.
  • a temperature sensor for detecting the temperature of the actuator is at least partially arranged in the interior of the actuator, that is to say that a measuring point of the temperature sensor at least partially detects temperatures in the interior of the actuator.
  • the measuring point advantageously has a small spatial extent, as a result of which measurement inaccuracies due to possible temperature gradients can be avoided.
  • a core temperature of the actuator is preferably measured.
  • the core of the actuator designates all locations that are not on the edge of the actuator.
  • the edge of the actuator is the edge of the piezoceramic elements, which can be cast in a protective layer.
  • the measurement of the core temperature of the actuator offers the advantage that the temperature in an area that is important for operation can be determined directly without assumptions about the temperature distribution in the actuator.
  • the temperature sensor is preferably arranged within the actuator in an area of maximum temperature. If the temperature sensor is used to monitor a maximum permissible operating temperature of the actuator, this has the advantage of reliable monitoring of the limit values. Knowing the maximum temperature of the actuator is also advantageous when determining the temperature distribution over the entire actuator. The accuracy of the determination of the temperature distribution can be increased by an additional temperature sensor in or on the actuator.
  • the temperature sensor is arranged within the actuator in a region of minimal deflection of the actuator, this offers the advantage that lines which are required for operating the temperature sensor are exposed to lower mechanical stresses.
  • the actuator is fixed centrally in the longitudinal direction, for example, the arrangement of a temperature sensor in the center of the actuator is advantageous, since the feed lines are therefore not exposed to any or only slight movements.
  • the actuator is fixed at one end, an arrangement of the temperature sensor in the vicinity of this end is advantageous in order to stress the supply lines as little as possible.
  • a temperature is measured that is as unaffected by cooling effects at the edge, i.e. not at the end of the actuator, but, for example, 10 or 20% of the length of the actuator from the end.
  • a distance of the order of half the width of the actuator can also be useful.
  • the length of the actuator is always its main direction of action and the width is a direction that is perpendicular to the main direction of action.
  • the actuator has a plurality of piezo elements arranged in a stack, between which electrodes are arranged for electrically actuating the piezo elements.
  • Piezo actuators have the advantage that they enable fast and precise control of, for example, injection enable valves of internal combustion engines.
  • the piezo elements are arranged in a stack in order to ensure a sufficient stroke of the piezo actuator; the temperature sensor is advantageously arranged between two piezo elements. This has the advantage that a temperature inside the actuator is detected.
  • the heat released during operation of the actuator is dissipated essentially uniformly on all sides.
  • An arrangement of the temperature sensor in the center of gravity of one of the piezo elements therefore offers the advantage that the temperature sensor arranged there detects a temperature that essentially corresponds to the maximum temperature of the piezo element in question.
  • the temperature sensor it is also conceivable for the temperature sensor to be arranged closer to the edge of a piezo element at another location, for example due to asymmetrical heat dissipation by the components surrounding the actuator.
  • the temperature sensor advantageously has a thermocouple.
  • Thermocouples consist of contact points between two metals with different thermal voltages. If, for example, nickel is connected to chrome nickel at two contact points, these contact points having a temperature difference of 100K, a thermal voltage of approximately 4.1 mV is established between these two contact points when the closed circuit is interrupted.
  • One of the contact points is preferably arranged in the interior of the actuator, so that the temperature can be measured via the resulting thermal voltage. Since the resulting voltages and the flowing currents are extremely low, the supply lines and insulations can have very small dimensions, which enables simple integration into the actuator.
  • one of the electrodes of the piezo actuator is advantageously divided into at least two segments.
  • the segments lie between two piezo elements and together cover a partial area of the adjacent piezo elements or they completely cover the adjacent piezo elements.
  • the segments can also be partially overlapping, an insulating layer being able to be arranged between them for electrical insulation.
  • the two segments meet at a thermoelectric contact point. If the segments are arranged to overlap with an insulating layer, the insulating layer does not electrically separate the segments at the contact point, for example the insulating layer has a recess or a segment comprises an area which projects beyond the insulating layer and is in electrical contact with the other segment.
  • the two segments consist at least partially of materials with different thermal voltages.
  • the thermocouple can thus be easily integrated into the actuator. In particular, no interventions in the shape and structure of the piezo elements are necessary with this arrangement.
  • Patent specification DE 197 15 488 Cl contains a
  • the additional segment is printed on the piezo element adjacent to the thermocouple.
  • the actuator preferably has two collecting electrodes for electrical control, the electrodes of the actuator being alternately connected to the collecting electrodes. Such an arrangement and advantages thereof are described, for example, in the application DE 197 15 488 C1.
  • One of the segments of the thermocouple is preferably electrically connected to one of the collecting electrodes.
  • the electrode takes on two functions: it is both a supply line to the thermoelectric contact point and an electrode for controlling the adjacent piezo elements. It is then sufficient to lead only one supply line to a thermoelectric contact point. The function of the other supply line is carried out by the segment which is electrically connected to the collecting electrode.
  • the second segment is preferably made substantially smaller than the first segment. If the first segment is connected to one of the collecting electrodes as described above, an electrical voltage can be applied to the majority of the adjacent piezo elements.
  • the second segment is arranged in a cutout in the first segment, connecting the thermoelectric contact point to a measuring electrode connected to the edge of the piezo actuator. Neither the second segment nor the insulation layer between the first and the second segment need to be particularly wide, since neither high currents flow nor a high voltage difference between the two segments. This arrangement ensures that the adjacent piezo elements are almost completely supplied with voltage. This has a minimal or no negative impact on the operating behavior of the actuator.
  • the measuring electrode can, for example, be attached to the edge of the piezo actuator in the same way as the collecting electrodes. It is important to ensure that material combinations in the area of the supply line at contact points do not result in additional thermal voltages that can falsify the measurement result.
  • the neighboring electrodes preferably have cutouts in the area of the measuring electrode. Depending on where the measuring electrode is attached, these recesses are arranged at the corresponding points. If, for example, the measuring electrode is arranged in the middle of one side, the cutouts are arranged in the middle of the same side on the neighboring electrodes. If the measuring electrode is mounted on a corner, recesses are arranged on the adjacent corners on the same corners.
  • one segment consists of a silver-palladium alloy, for example AgPd 70/30, and the other segment consists of palladium.
  • the two segments can be printed in two successive printing processes on a piezo element adjacent to the thermocouple.
  • temperature sensors can be arranged in an actuator at a distance of, for example, 20, 50 or 100 piezo elements.
  • an electrode which is designed as a thermocouple can be arranged every 20, 50 or 100 piezo elements.
  • a piezo element can advantageously also have a plurality of thermocouples. For example, the temperature in the middle of the adjacent ceramic element and at one
  • Point closer to the edge can be measured.
  • the large first segment into the recess. not just another segment, but an additional segment to determine the temperature at two points.
  • the large segment of the first thermocouple which also serves as an electrode for the piezo elements, is also used for the second thermocouple, which advantageously only requires a further supply line for a further thermocouple.
  • the invention comprises a manufacturing method for manufacturing the advantageous embodiments described above.
  • the invention comprises an injector for an internal combustion engine, which contains an actuator in one of the advantageous embodiment forms described above.
  • An injection system according to the invention for an internal combustion engine with one or more of the actuators described in more detail above is advantageously suitable for making very exact and precise injections into the combustion chambers of an internal combustion engine. Since the injection system can use the temperature sensors to adapt the actuation of the actuator to the temperature of the actuator, it can actuate the actuator precisely to the desired positions.
  • the actuator according to the invention which can be produced using a manufacturing method according to the invention, is subsequently explained in more detail with reference to the attached figures.
  • Figure 1 shows schematically five piezo elements with a thermocouple for stack-like installation in a piezo actuator.
  • FIG. 2 shows the piezo element with the thermocouple in more detail in a top view from above.
  • a stack 1 of piezo elements 2.1-2.5 is shown in detail in an exploded view in FIG.
  • electrodes 3.1-3.4 printed on the piezo elements 2.1, 2.2, 2.4 and 2.5 are shown hatched.
  • An electrode is arranged on the middle piezo element 2.3 and is divided into two segments 4 and 5. The segments 4 and 5 meet at a contact point 6.
  • the segment 5 is connected on one side of the piezo element 2.3 to a measuring electrode (12, not shown in FIG. 1).
  • the piezo elements 2.1, 2.2, 2.4 and 2.5 adjacent to the piezo element 2.3 have cutouts 7.1-7.4 in order to avoid an electrically conductive connection.
  • the piezo element 2.3 from Figure 1 is shown in plan view and in more detail.
  • the two segments 4 and 5 and their contact point 6 are shown again.
  • the segments 4 and 5 consist of materials with a different thermal voltage, for example the segment 4 consists of a silver-palladium alloy AgPd 70/30 and the segment 5 consists of pure palladium Pd.
  • the segments 4 and 5 form a thermocouple with their contact point 6. When the temperature of the contact point 6 changes, the thermoelectric voltage that sets between the segments 4 and 5 changes.
  • the segment 4 is connected to a working electrode 8, via which it can be connected to an electrical voltage source. Furthermore, a second working electrode 9 is shown.
  • the working electrodes 8 and 9 are the leads of the piezo actuator.
  • the four electrodes 3.1-3.4 and the segment 4 are alternately connected to one of the two working electrodes 8 and 9.
  • an electrical voltage is applied to the working electrodes 8 and 9. So that there is no short circuit, the electrodes 3.1-3.4 and the segment 4 have cutouts 10.1-10.5 in the area near the non-contacted working electrode 8 or 9.
  • the voltage of the working electrode 8 represents the reference potential for the thermocouple. In segment 5, a voltage different from the reference potential around the thermal voltage is set.
  • the segment 5 is guided from the contact point 6 to the edge of the piezo element 2.3. Between the contact point 6 and the edge of the piezo element 2.3, the segments 4 and 5 are electrically separated from one another by narrow insulating strips 11.1 and 11.2. At the edge of the piezo element 2.3, the segment 5 is connected to the measuring electrode 12. It is important to ensure that there is no thermal voltage between segment 5 and measuring electrode 12, since this could adversely affect the measurement result.
  • the measuring electrode 12 consists of a material in which there is no thermal voltage when it comes into contact with the material of the segment 5.
  • the adjacent ceramic layers of the piezo elements 2.2 and 2.3 are put under voltage almost as much as the other piezo elements 2.1, 2.4 and 2.5, which do not have a thermocouple exhibit.
  • the voltage difference between the working electrode 8 and the measuring electrode 12 is amplified with a differential amplifier (not shown).
  • the temperature at the contact point 6 can be determined from the increased thermal voltage with knowledge of the thermoelectric properties of the segments 4 and 5.

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Abstract

The invention relates to an actuator having a piezo actuator for controlling an injection valve of a combustion engine, comprising a temperature sensor (4 - 6) for sensing the temperature of the actuator. The invention provides that the temperature sensor (4 6) is at least partially placed inside the actuator in order to sense a core temperature of the actuator. The invention also relates to a method for producing an inventive actuator.

Description

AKTOR MIT EINEM TEMPERATURSENSOR UND DAZUGEHÖRIGES HERSTELLUNGSVERFAHREN ACTUATOR WITH A TEMPERATURE SENSOR AND RELATED PRODUCTION METHOD
Die Erfindung betrifft einen Aktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für einen Aktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17.The invention relates to an actuator according to the preamble of claim 1 and a manufacturing method for an actuator according to the preamble of claim 17.
Bei der Ansteuerung von Einspritzventilen in Brennkraftmaschinen werden Piezoaktoren eingesetzt, wobei der piezoelektrische Effekt der Piezoaktoren von deren Temperatur abhängig ist. Um die Auslenkung eines Piezoaktors bei einer bestimmten angelegten Spannung vorhersagen zu können, ist es daher von Vorteil, wenn die Temperatur des Piezoaktors bekannt ist. Die Kenntnis der Temperatur eines Piezioaktors ist auch sinnvoll, um eine Überhitzung des Piezoaktors zu verhindern.When actuating injection valves in internal combustion engines, piezo actuators are used, the piezoelectric effect of the piezo actuators being dependent on their temperature. In order to be able to predict the deflection of a piezo actuator at a certain applied voltage, it is therefore advantageous if the temperature of the piezo actuator is known. Knowing the temperature of a piezo actuator is also useful in order to prevent the piezo actuator from overheating.
Es ist deshalb bekannt, die Temperatur des Aktors zu messen. Dazu wird an der Oberfläche des Aktors ein geeigneter Sensor, beispielsweise ein Thermoelement angeordnet. Der Piezoaktor wird dann in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur angesteuert, wodurch Temperaturschwankungen kompensiert werden können.It is therefore known to measure the temperature of the actuator. For this purpose, a suitable sensor, for example a thermocouple, is arranged on the surface of the actuator. The piezo actuator is then controlled as a function of the measured temperature, which means that temperature fluctuations can be compensated for.
Aus DE 197 15 488 Cl ist ein Piezoaktor mit einer Kontaktie- rung bekannt, bei der Kontaktfahnen seitlich angebracht sind.DE 197 15 488 C1 discloses a piezo actuator with a contact in which contact tabs are attached to the side.
Nachteilig daran ist jedoch, dass die Temperaturmessung an der Oberfläche die Temperatur des Aktors nicht ausreichend genau wiedergibt. Daher muss bei dieser Methode eine ausreichende Reserve bei der Ansteuerung des Aktors eingeplant werden, um den gewünschten Hub sicher zu erreichen. Außerdem ist die Temperaturüberwachung des Aktors unzureichend, unter Umständen müssen sehr große Sicherheitstoleranzen eingeplant werden . Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem Aufwand die Temperatur eines Aktors möglichst präzise zu bestimmen. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren anzugeben, mit dem ein solcher Aktor mit möglichst geringem Aufwand hergestellt werden kann.A disadvantage of this, however, is that the temperature measurement on the surface does not reflect the temperature of the actuator with sufficient accuracy. With this method, therefore, a sufficient reserve must be planned for the actuation of the actuator in order to safely achieve the desired stroke. In addition, the temperature monitoring of the actuator is inadequate; under certain circumstances, very large safety tolerances must be planned. The object of the invention is therefore to determine the temperature of an actuator as precisely as possible with as little effort as possible. It is also an object of the invention to provide a manufacturing method with which such an actuator can be manufactured with as little effort as possible.
Die Aufgabe wird mit einem Aktor gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterhin ist ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 17 geeignet, einen solchen Aktor herzustellen.The object is achieved with an actuator according to claim 1. Furthermore, a manufacturing method according to claim 17 is suitable for manufacturing such an actuator.
Die Erfindung geht von der physikalischen Erkenntnis aus, dass üblicherweise der Betrieb des Aktors selbst für die Temperaturerhöhung des Aktors verantwortlich ist, da ein Teil der Energie der Ansteuerung in Wärme umgesetzt wird. Die Tem- peratur im Kern des Aktors ist daher allgemein höher als am Rand des Aktors, wo die entstehende Wärme abgeleitet wird.The invention is based on the physical knowledge that the operation of the actuator itself is usually responsible for the temperature increase of the actuator, since part of the energy of the control is converted into heat. The temperature in the core of the actuator is therefore generally higher than at the edge of the actuator, where the heat generated is dissipated.
Vorzugsweise wird deswegen im Rahmen der Erfindung ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Aktors indes- tens teilweise im Inneren des Aktors angeordnet, das heißt dass eine Messstelle des Temperatursensors zumindest teilweise Temperaturen im Inneren des Aktors erfasst . Dadurch ist eine exaktere Bestimmung der Temperatur des Aktors möglich. Vorteilhafterweise weist die Messstelle eine geringe räumli— ehe Ausdehnung auf, wodurch Messungenauigkeiten aufgrund e— ventuell auftretender Temperaturgradienten vermieden werden können. Vorzugsweise wird eine Kerntemperatur des Aktors gemessen. Der Kern des Aktors bezeichnet dabei alle Orte, die nicht auf dem Rand des Aktors liegen. Der Rand des Aktors ist dabei der Rand der piezokeramischen Elemente, wobei diese in eine Schutzschicht gegossen sein können. Die Messung der Kerntemperatur des Aktors bietet den Vorteil, dass dadurch ohne Annahmen über die Temperaturverteilung im Aktor die Temperatur in einem für den Betrieb wichtigen Bereich direkt er- mittelt werden kann. Vorzugsweise wird der Temperatursensor innerhalb des Aktors in einem Gebiet maximaler Temperatur angeordnet . Falls der Temperatursensor zur Überwachung einer maximal zulässigen Betriebstemperatur des Aktors eingesetzt wird, hat dies den Vorteil einer zuverlässigen Überwachung der Grenzwerte. Weiterhin ist die Kenntnis der maximalen Temperatur des Aktors vorteilhaft bei der Bestimmung der Temperaturverteilung über den gesamten Aktor. Die Genauigkeit der Bestimmung der Temperaturverteilung kann durch einen zusätzlichen Temperatursen- sor im oder am Aktor erhöht werden.For this reason, a temperature sensor for detecting the temperature of the actuator is at least partially arranged in the interior of the actuator, that is to say that a measuring point of the temperature sensor at least partially detects temperatures in the interior of the actuator. This enables a more precise determination of the temperature of the actuator. The measuring point advantageously has a small spatial extent, as a result of which measurement inaccuracies due to possible temperature gradients can be avoided. A core temperature of the actuator is preferably measured. The core of the actuator designates all locations that are not on the edge of the actuator. The edge of the actuator is the edge of the piezoceramic elements, which can be cast in a protective layer. The measurement of the core temperature of the actuator offers the advantage that the temperature in an area that is important for operation can be determined directly without assumptions about the temperature distribution in the actuator. The temperature sensor is preferably arranged within the actuator in an area of maximum temperature. If the temperature sensor is used to monitor a maximum permissible operating temperature of the actuator, this has the advantage of reliable monitoring of the limit values. Knowing the maximum temperature of the actuator is also advantageous when determining the temperature distribution over the entire actuator. The accuracy of the determination of the temperature distribution can be increased by an additional temperature sensor in or on the actuator.
Wird der Temperatursensor innerhalb des Aktors in einem Gebiet minimaler Auslenkung des Aktors angeordnet, so bietet dies den Vorteil, dass Leitungen, die zum Betrieb des Tempe- ratursensors benötigt werden, geringeren mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Ist der Aktor beispielsweise in Längsrichtung mittig fixiert, so ist die Anordnung eines Temperatursensors in der Mitte des Aktors vorteilhaft, da die Zuleitungen damit keinen oder nur geringen Bewegungen ausge- setzt sind. Ist der Aktor dagegen an einem Ende fixiert, so ist eine Anordnung des Temperatursensors in der Nähe dieses Endes vorteilhaft, um die Zuleitungen möglichst wenig zu beanspruchen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass dennoch eine Temperatur gemessen wird, die von Auskühleffekten am Rand möglichst unbeeinflusst ist, also nicht am Ende des Aktors, sondern beispielsweise 10 oder 20% der länge des Aktors vom Ende entfernt. Auch ein Abstand in der Größenordnung der halben Breite des Aktors kann sinnvoll sein. Dabei ist mit Längenausdehnung des Aktors immer seine Hauptwirkungsriehtung bezeichnet und die Breite ist eine Richtung, die auf der Hauptwirkungsriehtung senkrecht steht.If the temperature sensor is arranged within the actuator in a region of minimal deflection of the actuator, this offers the advantage that lines which are required for operating the temperature sensor are exposed to lower mechanical stresses. If the actuator is fixed centrally in the longitudinal direction, for example, the arrangement of a temperature sensor in the center of the actuator is advantageous, since the feed lines are therefore not exposed to any or only slight movements. If, on the other hand, the actuator is fixed at one end, an arrangement of the temperature sensor in the vicinity of this end is advantageous in order to stress the supply lines as little as possible. However, it should be noted that a temperature is measured that is as unaffected by cooling effects at the edge, i.e. not at the end of the actuator, but, for example, 10 or 20% of the length of the actuator from the end. A distance of the order of half the width of the actuator can also be useful. The length of the actuator is always its main direction of action and the width is a direction that is perpendicular to the main direction of action.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Aktor mehrere stapeiförmig angeordnete Piezoelemente auf, zwischen denen Elektroden zur elektrischen Ansteuerung der Piezoelemente angeordnet sind. Piezoaktoren haben den Vorteil, dass sie eine schnelle und exakte Ansteuerung beispielsweise von Einspritz- ventilen von Brennkraftmaschinen ermöglichen. Die Piezoelemente sind dabei stapeiförmig angeordnet, um einen ausreichenden Hub des Piezoaktors zu gewährleisten, vorteilhafterweise wird der Temperatursensor zwischen zwei Piezoelementen angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine Temperatur im Inneren des Aktors erfasst wird.In an advantageous embodiment, the actuator has a plurality of piezo elements arranged in a stack, between which electrodes are arranged for electrically actuating the piezo elements. Piezo actuators have the advantage that they enable fast and precise control of, for example, injection enable valves of internal combustion engines. The piezo elements are arranged in a stack in order to ensure a sufficient stroke of the piezo actuator; the temperature sensor is advantageously arranged between two piezo elements. This has the advantage that a temperature inside the actuator is detected.
In gewöhnlichen Anordnungen von Piezoaktoren in Schutzhüllen wird die beim Betrieb des Aktors frei werdende Wärme im We- sentlichen gleichmäßig zu allen Seiten abgeführt. Eine Anordnung des Temperatursensors im Flächenschwerpunkt eines der Piezoelemente bietet daher den Vorteil, dass mit dem dort angeordneten Temperatursensor eine Temperatur erfasst wird, die im Wesentlichen der maximalen Temperatur des betreffenden Piezoelements entspricht. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Temperatursensor an einer anderen Stelle näher am Rand eines Piezoelements angeordnet wird, beispielsweise aufgrund einer asymmetrischen Wärmeableitung durch die den Aktor umgebenden Bauteile.In conventional arrangements of piezo actuators in protective sleeves, the heat released during operation of the actuator is dissipated essentially uniformly on all sides. An arrangement of the temperature sensor in the center of gravity of one of the piezo elements therefore offers the advantage that the temperature sensor arranged there detects a temperature that essentially corresponds to the maximum temperature of the piezo element in question. However, it is also conceivable for the temperature sensor to be arranged closer to the edge of a piezo element at another location, for example due to asymmetrical heat dissipation by the components surrounding the actuator.
Vorteilhafterweise weist der Temperatursensor ein Thermoelement auf. Thermoelemente bestehen aus Kontaktstellen zweier Metalle mit unterschiedlicher Thermospannung. Wird beispielsweise Nickel mit Chromnickel an zwei Kontaktstellen verbun- den, wobei diese Kontaktstellen eine Temperaturdifferenz von 100K aufweisen, so stellt sich zwischen diesen beiden Kontaktstellen bei Unterbrechung des geschlossenen Stromkreises eine Thermospannung von etwa 4,1 mV ein. Vorzugsweise wird eine der Kontaktstellen im Inneren des Aktors angeordnet, so dass über die sich einstellende Thermospannung die Temperatur gemessen werden kann. Da die sich einstellenden Spannungen und die fließenden Ströme äußerst gering sind, können die Zuleitungen und Isolationen sehr geringe Abmessungen aufweisen, wodurch sich eine einfache Integration in den Aktor ermögli- chen lässt. Zur Bildung des Thermoelements wird vorteilhafterweise eine der Elektroden des Piezoaktors in mindestens zwei Segmente aufgeteilt. Die Segmente liegen zwischen zwei Piezoelementen und bedecken zusammen einen Teilbereich der angrenzenden Pie- zoelemente oder sie bedecken die angrenzenden Piezoelemente ganz. Die Segmente können auch teilweise überlappend angeordnet sein, wobei zwischen ihnen zur elektrischen Isolation eine Isolierschicht angeordnet werden kann. Die zwei Segmente stoßen an einer thermoelektrischen Kontaktstelle zusammen. Falls die Segmente überlappend mit einer Isolierschicht angeordnet sind, trennt die Isolierschicht die Segmente an der Kontaktstelle nicht elektrisch, beispielsweise weist die Isolierschicht eine Aussparung auf oder ein Segment umfasst ein Gebiet, das über die Isolierschicht hinausragt und mit dem anderen Segment in elektrischem Kontakt ist. Um eine Thermospannung zu erzeugen, bestehen die beiden Segmente zumindest teilweise aus Materialien mit unterschiedlichen Thermospan- nungen. Damit lässt sich das Thermoelement auf einfache Weise in den Aktor integrieren. Insbesondere sind bei dieser Anord- nung keine Eingriffe in die Form und Struktur der Piezoelemente notwendig.The temperature sensor advantageously has a thermocouple. Thermocouples consist of contact points between two metals with different thermal voltages. If, for example, nickel is connected to chrome nickel at two contact points, these contact points having a temperature difference of 100K, a thermal voltage of approximately 4.1 mV is established between these two contact points when the closed circuit is interrupted. One of the contact points is preferably arranged in the interior of the actuator, so that the temperature can be measured via the resulting thermal voltage. Since the resulting voltages and the flowing currents are extremely low, the supply lines and insulations can have very small dimensions, which enables simple integration into the actuator. To form the thermocouple, one of the electrodes of the piezo actuator is advantageously divided into at least two segments. The segments lie between two piezo elements and together cover a partial area of the adjacent piezo elements or they completely cover the adjacent piezo elements. The segments can also be partially overlapping, an insulating layer being able to be arranged between them for electrical insulation. The two segments meet at a thermoelectric contact point. If the segments are arranged to overlap with an insulating layer, the insulating layer does not electrically separate the segments at the contact point, for example the insulating layer has a recess or a segment comprises an area which projects beyond the insulating layer and is in electrical contact with the other segment. In order to generate a thermal voltage, the two segments consist at least partially of materials with different thermal voltages. The thermocouple can thus be easily integrated into the actuator. In particular, no interventions in the shape and structure of the piezo elements are necessary with this arrangement.
Vorteilhafterweise wird mindestens eines der beiden Segmente aufgedruckt. In der Patentschrift DE 197 15 488 Cl, deren In— halt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird, wird einAt least one of the two segments is advantageously printed on. Patent specification DE 197 15 488 Cl, the content of which is hereby incorporated into this application, contains a
Verfahren zum Aufdrucken von Elektroden auf ein Piezoelement beispielhaft näher beschrieben. Das Aufdrucken eines Segmentes hat unter anderem den Vorteil, dass die aufgedruckten Segmente sehr dünn ausgeführt werden können. Wird das zusätz- liehe Segment während der Herstellung der einzelnen Schichten des Piezoaktors in einem zusätzlichen Druckvorgang erzeugt, so bietet dies den Vorteil eines geringen Zusatzaufwands bei der Herstellung des Piezoaktors. Das zusätzliche Segment wird dabei auf das dem Thermoelement angrenzende Piezoelement auf- gedruckt. Der Aktor weist vorzugsweise zwei Sammelelektroden zur elektrischen Ansteuerung auf, wobei die Elektroden des Aktors wechselweise an die Sammelelektroden angeschlossen werden. Eine solche Anordnung und Vorteile derselben werden beispiel- haft in der Anmeldung DE 197 15 488 Cl beschrieben. Vorzugweise ist eines der Segmente des Thermoelements mit einer der Sammelelektroden elektrisch verbunden. Dadurch übernimmt die Elektrode zwei Funktionen, sie ist sowohl Zuleitung zur ther- moelektrischen Kontaktstelle und zugleich Elektrode zur An- Steuerung der angrenzenden Piezoelemente. Es ist dann ausreichend, nur eine Zuleitung zu einer thermoelektrischen Kontaktstelle zu führen. Die Funktion der anderen Zuleitung ü- bernimmt das Segment, das mit der Sammelelektrode elektrisch verbunden ist .Method for printing electrodes on a piezo element is described in more detail by way of example. One of the advantages of printing a segment is that the printed segments can be made very thin. If the additional segment is produced in an additional printing process during the manufacture of the individual layers of the piezo actuator, this offers the advantage of a low additional effort in the manufacture of the piezo actuator. The additional segment is printed on the piezo element adjacent to the thermocouple. The actuator preferably has two collecting electrodes for electrical control, the electrodes of the actuator being alternately connected to the collecting electrodes. Such an arrangement and advantages thereof are described, for example, in the application DE 197 15 488 C1. One of the segments of the thermocouple is preferably electrically connected to one of the collecting electrodes. As a result, the electrode takes on two functions: it is both a supply line to the thermoelectric contact point and an electrode for controlling the adjacent piezo elements. It is then sufficient to lead only one supply line to a thermoelectric contact point. The function of the other supply line is carried out by the segment which is electrically connected to the collecting electrode.
Vorzugsweise wird das zweite Segment wesentlich kleiner ausgeführt als das erste Segment. Wird das erste Segment wie o- ben beschrieben an eine der Sammelelektroden angeschlossen, so kann damit der größte Teil der angrenzenden Piezoelemente mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das zweite Segment in einer Aussparung des ersten Segments angeordnet, wobei es die thermoelektrische Kontaktstelle mit einer am Rand des Piezoaktors angeschlossenen Messelektrode verbindet. Dabei muss weder das zweite Segment noch die Isolationsschicht zwischen dem ersten und dem zweiten Segment besonders breit bemessen sein, da weder hohe Ströme fließen, noch eine hohe Spannungsdifferenz zwischen den beiden Segmenten herrscht. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die angrenzenden Piezoelemente nahezu komplett mit Spannung beaufschlagt werden. Dadurch wird das Betriebsverhalten des Aktors nur minimal oder gar nicht negativ beeinflusst. Die Messelektrode kann beispielsweise analog wie die Sammelelektroden am Rand des Piezoaktors angebracht sein. Dabei ist darauf zu achten, dass nicht durch Materialkombinationen im Bereich der Zuleitung an Kontaktstellen zusätzliche The moSpannungen entstehen, die das Messergebnis verfälschen können. Um elektrisch leitende Verbindungen zwischen der seitlich am Aktor angebrachten Messelektrode und Elektroden benachbarter Piezoelemente zu vermeiden, weisen die benachbarten Elektro- den vorzugsweise Aussparungen im Gebiet der Messelektrode auf. Je nachdem wo die Messelektrode angebracht ist, sind diese Aussparungen an den entsprechenden Stellen angeordnet. Falls beispielsweise die Messelektrode in der Mitte einer Seite angeordnet ist, so werden an den benachbarten Elektro- den Aussparungen in der Mitte der gleichen Seite angeordnet. Ist die Messelektrode an einer Ecke montiert, so werden an den benachbarten Elektroden Aussparungen an den gleichen E— cken angeordnet .The second segment is preferably made substantially smaller than the first segment. If the first segment is connected to one of the collecting electrodes as described above, an electrical voltage can be applied to the majority of the adjacent piezo elements. In an advantageous embodiment, the second segment is arranged in a cutout in the first segment, connecting the thermoelectric contact point to a measuring electrode connected to the edge of the piezo actuator. Neither the second segment nor the insulation layer between the first and the second segment need to be particularly wide, since neither high currents flow nor a high voltage difference between the two segments. This arrangement ensures that the adjacent piezo elements are almost completely supplied with voltage. This has a minimal or no negative impact on the operating behavior of the actuator. The measuring electrode can, for example, be attached to the edge of the piezo actuator in the same way as the collecting electrodes. It is important to ensure that material combinations in the area of the supply line at contact points do not result in additional thermal voltages that can falsify the measurement result. In order to avoid electrically conductive connections between the measuring electrode attached to the side of the actuator and electrodes of neighboring piezo elements, the neighboring electrodes preferably have cutouts in the area of the measuring electrode. Depending on where the measuring electrode is attached, these recesses are arranged at the corresponding points. If, for example, the measuring electrode is arranged in the middle of one side, the cutouts are arranged in the middle of the same side on the neighboring electrodes. If the measuring electrode is mounted on a corner, recesses are arranged on the adjacent corners on the same corners.
In einer vorteilhaften Aus ührungsform besteht ein Segment aus einer Silber-Palladium—Legierung, beispielsweise AgPd 70/30 und das andere Segment aus Palladium. Die beiden Segmente können in zwei aufeinanderfolgenden Druckvorgängen auf ein dem Thermoelement benachbartes Piezoelement aufgedruckt werden. Es ist jedoch auch vorstellbar, die beiden Segmente aus anderen Metallen oder Legierungen herzustellen, wobei grundsätzlich alle möglichen Kombinationen zur Erzeugung einer Thermospannung denkbar sind.In an advantageous embodiment, one segment consists of a silver-palladium alloy, for example AgPd 70/30, and the other segment consists of palladium. The two segments can be printed in two successive printing processes on a piezo element adjacent to the thermocouple. However, it is also conceivable to produce the two segments from other metals or alloys, in principle all possible combinations for generating a thermal voltage are conceivable.
Die Anordnung mehrerer Temperatursensoren in einem Aktor kann Vorteile aufweisen, da dadurch die Temperaturverteilung des Aktors exakter bestimmt werden kann. So können zum Beispiel in einem Aktor im Abstand von beispielsweise 20, 50 oder 100 Piezoelementen Temperatursensoren angeordnet sein. Beispiels— weise kann alle 20, 50 oder 100 Piezoelemente eine Elektrode angeordnet werden, die als Thermoelement ausgebildet ist.The arrangement of a plurality of temperature sensors in one actuator can have advantages since the temperature distribution of the actuator can thereby be determined more precisely. For example, temperature sensors can be arranged in an actuator at a distance of, for example, 20, 50 or 100 piezo elements. For example, an electrode which is designed as a thermocouple can be arranged every 20, 50 or 100 piezo elements.
Vorteilhafterweise kann ein Piezoelement auch mehrere Thermoelemente aufweisen. So kann beispielsweise die Temperatur in der Mitte des angrenzenden Keramikelementes und an einemA piezo element can advantageously also have a plurality of thermocouples. For example, the temperature in the middle of the adjacent ceramic element and at one
Punkt der näher am Rand liegt, gemessen werden. Es ist beispielsweise möglich, in der Aussparung des großen ersten Seg- ments nicht nur ein weiteres Segment, sondern noch ein zusätzliches Segment anzuordnen, um an zwei Stellen die Temperatur zu ermitteln. Vorteilhafterweise wird dabei das große Segment des ersten Thermoelements, das zugleich als Elektrode für die Piezoelemente dient, auch für das zweite Thermoelement verwendet, wodurch vorteilhafterweise nur eine weitere Zuleitung für ein weiteres Thermoelement notwendig ist .Point closer to the edge can be measured. For example, it is possible to insert the large first segment into the recess. not just another segment, but an additional segment to determine the temperature at two points. Advantageously, the large segment of the first thermocouple, which also serves as an electrode for the piezo elements, is also used for the second thermocouple, which advantageously only requires a further supply line for a further thermocouple.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Herstellungsverfahren zur Herstellung der oben beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen.Furthermore, the invention comprises a manufacturing method for manufacturing the advantageous embodiments described above.
Außerdem umfasst die Erfindung einen Injektor für eine Brennkraftmaschine, der einen Aktor in einer der oben beschriebe- nen vorteilhaften Ausführungs ormen enthält.In addition, the invention comprises an injector for an internal combustion engine, which contains an actuator in one of the advantageous embodiment forms described above.
Eine e findungsgemäße Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren der oben näher beschriebenen Aktoren ist vorteilhafterweise dazu geeignet, sehr exakte und präzise Einspritzungen in die Brennräume einer Brennkraftmaschine vorzunehmen. Da die Einspritzanlage mit Hilfe der Temperatursensoren die Ansteuerung des Aktors der Temperatur des Aktors anpassen kann, kann sie den Aktor genau auf die gewünschten Positionen ansteuern.An injection system according to the invention for an internal combustion engine with one or more of the actuators described in more detail above is advantageously suitable for making very exact and precise injections into the combustion chambers of an internal combustion engine. Since the injection system can use the temperature sensors to adapt the actuation of the actuator to the temperature of the actuator, it can actuate the actuator precisely to the desired positions.
Der erfindungsgemäße Aktor, der mit einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt werden kann, wird anschließend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert .The actuator according to the invention, which can be produced using a manufacturing method according to the invention, is subsequently explained in more detail with reference to the attached figures.
Figur 1 zeigt schematisch fünf Piezoelemente mit einem Thermoelement für den stapei örmigen Einbau in einen Piezoaktor.Figure 1 shows schematically five piezo elements with a thermocouple for stack-like installation in a piezo actuator.
Figur 2 zeigt das Piezoelement mit dem Thermoelement genau— er in einer Draufsicht von oben. In Figur 1 ist ausschnittsweise ein Stapel 1 von Piezoelemen- ten 2.1-2.5 in Explosionsdarstellung gezeigt. Weiterhin sind auf den Piezoelementen 2.1, 2.2, 2.4 und 2.5 aufgedruckte E- lektroden 3.1-3.4 schraffiert dargestellt. Auf dem mittleren Piezoelement 2.3 ist eine Elektrode angeordnet, die in zwei Segmente 4 und 5 aufgeteilt ist . Die Segmente 4 und 5 stoßen an einer Kontaktstelle 6 aneinander. Das Segment 5 ist an einer Seite des Piezoelements 2.3 an eine Messelektrode (12, nicht dargestellt in Figur 1) angeschlossen. Im Bereich des Anschlusses weisen die dem Piezoelement 2.3 benachbarten Piezoelemente 2.1, 2.2, 2.4 und 2.5 Aussparungen 7.1-7.4 auf, um eine elektrisch leitende Verbindung zu vermeiden.FIG. 2 shows the piezo element with the thermocouple in more detail in a top view from above. A stack 1 of piezo elements 2.1-2.5 is shown in detail in an exploded view in FIG. Furthermore, electrodes 3.1-3.4 printed on the piezo elements 2.1, 2.2, 2.4 and 2.5 are shown hatched. An electrode is arranged on the middle piezo element 2.3 and is divided into two segments 4 and 5. The segments 4 and 5 meet at a contact point 6. The segment 5 is connected on one side of the piezo element 2.3 to a measuring electrode (12, not shown in FIG. 1). In the area of the connection, the piezo elements 2.1, 2.2, 2.4 and 2.5 adjacent to the piezo element 2.3 have cutouts 7.1-7.4 in order to avoid an electrically conductive connection.
In Figur 2 ist das Piezoelement 2.3 aus Figur 1 in Draufsicht und detaillierter dargestellt. Es sind wieder die beiden Segmente 4 und 5 und deren Kontaktstelle 6 gezeigt. Die Segmente 4 und 5 bestehen aus Materialien mit einer unterschiedlichen Thermospannung, beispielsweise besteht das Segment 4 aus einer Silber-Palladium-Legierung AgPd 70/30 und das Segment 5 aus reinem Palladium Pd. Die Segmente 4 und 5 bilden mit ihrer Kontaktstelle 6 ein Thermoelement. Bei Änderungen der Temperatur der Kontaktstelle 6 ändert sich die zwischen den Segmenten 4 und 5 einstellende Thermospannung.In Figure 2, the piezo element 2.3 from Figure 1 is shown in plan view and in more detail. The two segments 4 and 5 and their contact point 6 are shown again. The segments 4 and 5 consist of materials with a different thermal voltage, for example the segment 4 consists of a silver-palladium alloy AgPd 70/30 and the segment 5 consists of pure palladium Pd. The segments 4 and 5 form a thermocouple with their contact point 6. When the temperature of the contact point 6 changes, the thermoelectric voltage that sets between the segments 4 and 5 changes.
Das Segment 4 ist an eine Arbeitselektrode 8 angeschlossen, über die es an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen werden kann. Weiterhin ist eine zweite Arbeitselektrode 9 abgebildet. Die Arbeitselektroden 8 und 9 sind die Zuleitungen des Piezoaktors. Die vier Elektroden 3.1—3.4 und das Segment 4 sind jeweils wechselweise mit einer der beiden Arbeite— elektroden 8 und 9 verbunden. Um einen piezoelektrischen Effekt in den Piezoelementen 2.1-2.5 hervorzurufen, wird an die Arbeitselektroden 8 und 9 eine elektrische Spannung angelegt. Damit es nicht zu einem Kurzschluss kommt, weisen die Elekt- roden 3.1-3.4 und das Segment 4 im Gebiet nahe der jeweils nicht kontaktierten Arbeitselektrode 8 oder 9 Aussparungen 10.1-10.5 auf. Die Spannung der Arbeitselektrode 8 stellt für das Thermoelement das Bezugspotential dar. Im Segment 5 stellt sich eine vom Bezugspotential um die Thermospannung unterschiedliche Spannung ein. Um diese Spannung abgreifen zu können, ist das Segment 5 von der Kontaktstelle 6 an den Rand des Piezoelementes 2.3 geführt. Zwischen der Kontaktstelle 6 und dem Rand des Piezoelementes 2.3 sind die Segmente 4 und 5 durch schmale Isolierstreifen 11.1 und 11.2 voneinander elektrisch ge- trennt. Am Rand des Piezoelementes 2.3 ist das Segment 5 an die Messelektrode 12 angeschlossen. Hierbei ist darauf zu achten, dass zwischen dem Segment 5 und der Messelektrode 12 keine Thermospannung entsteht, da diese das Messergebnis ungünstig beeinflussen könnte. Idealerweise besteht die Mess- elektrode 12 aus einem Material, bei dem es bei Kontakt mit dem Material des Segments 5 nicht zu einer Thermospannung kommt.The segment 4 is connected to a working electrode 8, via which it can be connected to an electrical voltage source. Furthermore, a second working electrode 9 is shown. The working electrodes 8 and 9 are the leads of the piezo actuator. The four electrodes 3.1-3.4 and the segment 4 are alternately connected to one of the two working electrodes 8 and 9. In order to produce a piezoelectric effect in the piezo elements 2.1-2.5, an electrical voltage is applied to the working electrodes 8 and 9. So that there is no short circuit, the electrodes 3.1-3.4 and the segment 4 have cutouts 10.1-10.5 in the area near the non-contacted working electrode 8 or 9. The voltage of the working electrode 8 represents the reference potential for the thermocouple. In segment 5, a voltage different from the reference potential around the thermal voltage is set. In order to be able to tap this voltage, the segment 5 is guided from the contact point 6 to the edge of the piezo element 2.3. Between the contact point 6 and the edge of the piezo element 2.3, the segments 4 and 5 are electrically separated from one another by narrow insulating strips 11.1 and 11.2. At the edge of the piezo element 2.3, the segment 5 is connected to the measuring electrode 12. It is important to ensure that there is no thermal voltage between segment 5 and measuring electrode 12, since this could adversely affect the measurement result. Ideally, the measuring electrode 12 consists of a material in which there is no thermal voltage when it comes into contact with the material of the segment 5.
Da das Segment 4 an der Arbeitselektrode 8 kontaktiert ist, und die Isolierstreifen 11.1 und 11.2 nur eine geringe Fläche benötigen, werden die angrenzenden Keramikschichten der Piezoelemente 2.2 und 2.3 nahezu genauso unter Spannung gesetzt wie die anderen Piezoelemente 2.1, 2.4 und 2.5, die kein Thermoelement aufweisen.Since the segment 4 is contacted on the working electrode 8 and the insulating strips 11.1 and 11.2 require only a small area, the adjacent ceramic layers of the piezo elements 2.2 and 2.3 are put under voltage almost as much as the other piezo elements 2.1, 2.4 and 2.5, which do not have a thermocouple exhibit.
Um die vom Thermoelement erfasste Temperatur an der Kontaktstelle 6 zu messen, wird die Spannungsdifferenz zwischen der Arbeitselektrode 8 und der Messelektrode 12 mit einem Differenzverstärker (nicht dargestellt) verstärkt. Aus der ver- stärkten Thermospannung kann unter Kenntnis der thermoelekt- rischen Eigenschaften der Segmente 4 und 5 die Temperatur an der Kontaktstelle 6 ermittelt werden.In order to measure the temperature detected by the thermocouple at the contact point 6, the voltage difference between the working electrode 8 and the measuring electrode 12 is amplified with a differential amplifier (not shown). The temperature at the contact point 6 can be determined from the increased thermal voltage with knowledge of the thermoelectric properties of the segments 4 and 5.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene be- vorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die eben- falls von dem Ξrfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. The invention is not restricted to the preferred exemplary embodiment described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible, which if make use of the idea of the invention and therefore fall within the scope of protection.

Claims

Patentansprüche claims
1. Aktor (1), insbesondere Piezoaktor zur Ansteuerung eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, mit einem Temperatursensor (4-6) zur Erfassung der Temperatur des Aktors (1) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Temperatursensor (4—6) mindestens teilweise im Inneren des Aktors (1) angeordnet ist, um eine Kerntemperatur des Aktors (1) zu erfassen.1. Actuator (1), in particular piezo actuator for controlling an injection valve of an internal combustion engine, with a temperature sensor (4-6) for detecting the temperature of the actuator (1), characterized in that the temperature sensor (4-6) is at least partially inside the actuator (1) is arranged to detect a core temperature of the actuator (1).
2. Aktor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Temperatursensor (4—6) innerhalb des Aktors (1) in einem Gebiet maximaler Temperatur angeordnet ist.2. Actuator according to claim 1, so that the temperature sensor (4-6) is arranged within the actuator (1) in an area of maximum temperature.
3. Aktor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Temperatursensor (4-6) innerhalb des Aktors (1) in einem Gebiet minimaler Auslenkung angeordnet ist.3. Actuator according to claim 1 or 2, so that the temperature sensor (4-6) within the actuator (1) is arranged in an area of minimal deflection.
4. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mehrere stapeiförmig angeordnete Piezoelemente (2.1—2.5), zwischen denen Elektroden (3.1-3.4, 4, 5) zur elektrischen Ansteuerung angeordnet sind, wobei der Temperatursensor (4-6) zwischen zwei Piezoelementen (2.1-2.5) angeordnet ist.4. Actuator according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of stacked piezo elements (2.1-2.5), between which electrodes (3.1-3.4, 4, 5) are arranged for electrical control, the temperature sensor (4-6) between two piezo elements ( 2.1-2.5) is arranged.
5. Aktor nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sich der Temperatursensor (4-6) im wesentlichen im Flächenschwerpunkt eines der Piezoelemente (2.1-2.5) befindet.5. Actuator according to claim 4, so that the temperature sensor (4-6) is located essentially in the center of area of one of the piezo elements (2.1-2.5).
6. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , dass der Temperatursensor ein Thermoelement (4-6) aufweist. 6. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature sensor has a thermocouple (4-6).
7. Aktor nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Bildung des Thermoelementes (4-6) eine der Elektroden (3.1-3.4, 4, 5) in mindestens zwei Segmente (4, 5) aufge- teilt ist, wobei die Segmente (4, 5) an einer thermoelektri- schen Kontaktstelle (6) zusammenstoßen und mindestens teilweise aus Materialien mit unterschiedlichen ThermoSpannungen bestehen.7. Actuator according to claim 6, characterized in that to form the thermocouple (4-6) one of the electrodes (3.1-3.4, 4, 5) is divided into at least two segments (4, 5), the segments (4th , 5) meet at a thermoelectric contact point (6) and at least partially consist of materials with different thermal voltages.
8. Aktor nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens eines der beiden Segmente (4, 5) auf das angrenzende Piezoelement (2.3) aufgedruckt ist.8. Actuator according to claim 7, so that at least one of the two segments (4, 5) is printed on the adjacent piezo element (2.3).
9. Aktor nach Anspruch 7 oder 8, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h zwei Sammelelektroden (8, 9) zur elektrischen Ansteuerung des Aktors (1), wobei eines der Segmente (4, 5) mit einer der Sammelelektroden (8, 9) elektrisch verbunden ist.9. Actuator according to claim 7 or 8, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h two collecting electrodes (8, 9) for electrical control of the actuator (1), wherein one of the segments (4, 5) with one of the collecting electrodes (8, 9) is electrically connected.
10. Aktor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das zweite Segment (5) wesentlich kleiner ist als das erste Segment (4) , wobei das zweite Segment (5) in einer Aus- sparung des ersten Segments (4) angeordnet ist und von der thermoelektrisehen Kontaktstelle (6) der beiden Segmente (4, 5) nach außen zum Anschluss an eine Messelektrode (12) geführt ist .10. Actuator according to one of claims 7 to 9, characterized in that the second segment (5) is significantly smaller than the first segment (4), the second segment (5) being arranged in a recess in the first segment (4) and is guided outwards from the thermoelectric contact point (6) of the two segments (4, 5) for connection to a measuring electrode (12).
11. Aktor nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die dem Thermoelement (4-6) benachbarten Elektroden (3.1-3.4) Aussparungen (7.1-7.4) im Gebiet der Messelektrode (12) aufweisen. 11. Actuator according to claim 10, characterized in that the thermocouple (4-6) adjacent electrodes (3.1-3.4) have recesses (7.1-7.4) in the area of the measuring electrode (12).
12. Aktor nach einem der Ansprüche 7 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das eine Segment (4) aus einer Silber-Palladium- Legierung besteht und dass das andere Segment (5) aus Palla- dium besteht.12. Actuator according to one of claims 7 to 11, so that one segment (4) consists of a silver-palladium alloy and that the other segment (5) consists of palladium.
13. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mehrere Temperatursensoren.13. Actuator according to one of the preceding claims, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h several temperature sensors.
14. Aktor nach einem der Ansprüche 6 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine der Elektroden (3.1-3.4, 4, 5) mehrere Thermoelemente (4-6) aufweist.14. Actuator according to one of claims 6 to 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that one of the electrodes (3.1-3.4, 4, 5) has a plurality of thermocouples (4-6).
15. Injektor für eine Brennkraftmaschine mit einem Aktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.15. Injector for an internal combustion engine with an actuator (1) according to one of claims 1 to 14.
16. Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Aktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.16. Injection system for an internal combustion engine with an actuator (1) according to one of claims 1 to 14.
17. Herstellungsverfahren für einen Aktor (1), insbesondere einen Piezoaktor zur Ansteuerung eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, der mit einem Temperatursensor (4-6) zur Erfassung der Temperatur des Aktors (1) versehen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Temperatursensor (4—6) mindestens teilweise im Inneren des Aktors (1) angeordnet wird, um eine Kerntemperatur des Aktors (1) zu erfassen.17. Manufacturing method for an actuator (1), in particular a piezo actuator for controlling an injection valve of an internal combustion engine, which is provided with a temperature sensor (4-6) for detecting the temperature of the actuator (1), characterized in that the temperature sensor (4-6 ) is arranged at least partially in the interior of the actuator (1) in order to detect a core temperature of the actuator (1).
18. Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Temperatursensor (4-6) innerhalb des Aktors (1) in einem Gebiet maximaler Temperatur und/oder in einem Gebiet minimaler Auslenkung angeordnet wird. 18. Manufacturing method according to claim 17, characterized in that the temperature sensor (4-6) within the actuator (1) is arranged in an area of maximum temperature and / or in an area of minimal deflection.
19. Herstellungsverfahren nach Anspruch 17 oder 18, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein stapeiförmiges Anordnen mehrerer Piezoelemente (2.1-2.5), zwischen denen Elektroden (3.1-3.4, 4, 5) zur elektrischen Ansteuerung angeordnet werden, wobei der Temperatursensor (4- 6) zwischen zwei Piezoelementen (2.1-2.5) angeordnet wird.19. Manufacturing method according to claim 17 or 18, characterized by a stack-like arrangement of several piezo elements (2.1-2.5), between which electrodes (3.1-3.4, 4, 5) are arranged for electrical control, the temperature sensor (4- 6) between two piezo elements (2.1-2.5) is arranged.
20. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 17 bis20. Manufacturing method according to one of claims 17 to
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Anordnen des Temperatursensors (4-6) im Flächenschwerpunkt eines Piezoelementes (2.1.—2.5).e k e n n e i c h n e t d u r c h arranging the temperature sensor (4-6) in the center of gravity of a piezo element (2.1.-2.5).
21. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Temperatursensor als Thermoelement (4-6) ausgebildet wird und zur Bildung des Thermoelementes (4-6) die Elektrode (4, 5) aus mindestens zwei Segmenten (4, 5) gefertigt wird, wobei die Segmente (4, 5) mindestens teilweise aus Materialien mit unterschiedlichen Thermospannungen hergestellt werden und mindestens eines der Segmente (4, 5) aufgedruckt wird, wobei die Segmente (4, 5) so angeordnet werden, dass sie an einer thermoelektrischen Kontaktstelle (6) zusammen— stoßen.21. Manufacturing method according to one of claims 17 to 20, characterized in that the temperature sensor is designed as a thermocouple (4-6) and to form the thermocouple (4-6) the electrode (4, 5) from at least two segments (4, 5th ) is produced, the segments (4, 5) being at least partially made of materials with different thermal stresses and at least one of the segments (4, 5) being printed on, the segments (4, 5) being arranged in such a way that they are attached to a collide thermoelectric contact point (6).
22. Herstellungsverfahren nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Aktor mit zwei Sammelelektroden (8, 9) zur elektri- sehen Ansteuerung versehen wird, wobei das erste Segment (4) mit einer der Sammelelektroden (8, 9) elektrisch verbunden wird und das zweite Segment (5) wesentlich kleiner ausgeführt wird als das erste Segment (4) und in einer Aussparung des ersten Segments (4) angeordnet wird und von der thermoelekt- rischen Kontaktstelle (6) der beiden Segmente (4, 5) nach außen zu einer Messelektrode (12), mit der der Aktor (1) versehen wird, geführt wird. 22. Manufacturing method according to claim 21, characterized in that the actuator is provided with two collecting electrodes (8, 9) for electrical control, the first segment (4) being electrically connected to one of the collecting electrodes (8, 9) and the second Segment (5) is made much smaller than the first segment (4) and is arranged in a recess in the first segment (4) and from the thermoelectric contact point (6) of the two segments (4, 5) to the outside to a measuring electrode (12) with which the actuator (1) is provided is guided.
23. Herstellungsverfahren nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die dem Thermoelement (4-6) benachbarten Elektroden (3.1-3.4) mit Aussparungen (7.1-7.4) im Bereich der Messelektrode (12) versehen werden.23. The production method according to claim 22, so that the electrodes (3.1-3.4) adjacent to the thermocouple (4-6) are provided with cutouts (7.1-7.4) in the area of the measuring electrode (12).
24. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das eine Segment (4) aus einer Silber-Palladium- Legierung hergestellt wird und dass das andere Segment (5) aus Palladium hergestellt wird.24. Manufacturing method according to one of claims 21 to 23, so that the one segment (4) is made of a silver-palladium alloy and that the other segment (5) is made of palladium.
25. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Aktor (1) mit mehreren Temperatursensoren versehen wird und/oder aus einer der Elektroden (3.1-3.4, 4, 5) mehre- re Thermoelemente (4—6) gebildet werden. 25. Manufacturing method according to one of claims 17 to 23, characterized in that the actuator (1) is provided with a plurality of temperature sensors and / or several thermocouples (4-6) are formed from one of the electrodes (3.1-3.4, 4, 5) become.
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