WO2007112786A1 - Piezoaktor mit innenliegender kontaktierung - Google Patents

Piezoaktor mit innenliegender kontaktierung Download PDF

Info

Publication number
WO2007112786A1
WO2007112786A1 PCT/EP2006/065005 EP2006065005W WO2007112786A1 WO 2007112786 A1 WO2007112786 A1 WO 2007112786A1 EP 2006065005 W EP2006065005 W EP 2006065005W WO 2007112786 A1 WO2007112786 A1 WO 2007112786A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezoelectric actuator
electrodes
piezoelectric
actuator according
core
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/065005
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Heinz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to US12/064,398 priority Critical patent/US20080218033A1/en
Priority to DE502006002221T priority patent/DE502006002221D1/de
Priority to EP06849396A priority patent/EP1920473B1/de
Publication of WO2007112786A1 publication Critical patent/WO2007112786A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/874—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices embedded within piezoelectric or electrostrictive material, e.g. via connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/005—Arrangement of electrical wires and connections, e.g. wire harness, sockets, plugs; Arrangement of electronic control circuits in or on fuel injection apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators

Definitions

  • the invention relates to a piezoelectric actuator with internal contact, for example as part of a piezo injector or for actuating a mechanical component such as a valve or the like, according to the generic features of the main claim.
  • a piezoelectric element can be used so that taking advantage of the so-called piezoelectric effect, a control of the needle stroke of a valve or the like can be made, wherein the piezoelectric element is constructed of a material having a suitable crystal structure .
  • the piezoelectric element is constructed of a material having a suitable crystal structure .
  • a mechanical reaction of the piezoelectric element takes place, which, depending on the crystal structure and the contact regions of the electrical voltage, represents a pressure or tension in a predeterminable direction.
  • the construction of such a piezoelectric actuator takes place in the prior art in several layers as a so-called multilayer actuator, wherein internal electrodes, via which the electrical voltage is applied, respectively in the effective direction between the layers are arranged and respectively outside or inside contacted.
  • such a piezoactuator which has a piezoelectric element with a multilayer structure of piezoelectric layers and internal electrodes interposed therebetween, which can be acted upon alternately with a positive and a negative electrical charge.
  • the mutual contacting of the internal electrodes with contact elements takes place here in such a way that these contact elements each lie in an inner recess of the piezoelectric element and are then contacted with the respective internal electrodes in a suitable manner.
  • this can be done by a corresponding design of the respective internal electrodes, which each have a different design pattern depending on the respective polarity, and are thereby mutually introduced to the inner recesses.
  • the contact elements are electrically conductive pins which are connected to a conductive material, e.g. a polymer, are shed so that the respective contacting of the internal electrodes with the positive and the negative terminal of a voltage source via the respective associated pins is feasible.
  • the conductive substance should be such that it can absorb the expansion caused by the stroke of the piezoelectric element and temperature change in the specified space and thereby ensures that the electrical contacting of the internal electrodes over the life of the piezoelectric actuator is given.
  • the piezoelectric actuator described above with a multi-layer structure of piezoelectric layers of a piezoelectric element and interposed in the effective direction between internal electrodes, which can be acted upon alternately with a positive and a negative electrical charge, has an internal mutual contacting of the internal electrodes.
  • the inner contacting is advantageously constructed in such a way that the core electrodes are provided with a conductive elastomer which can be applied prior to mounting as a sheath, which has a predetermined notch geometry for increasing the elasticity.
  • the notch geometry preferably consists of a notch in the longitudinal direction around the sheath.
  • the internal electrical connection of the internal electrodes in particular when used as a piezoelectric actuator in fuel injection systems, for example diesel, is advantageous in a motor vehicle since a better high-pressure seal is made possible here against the fuel pressure applied externally to the piezoactuator.
  • the finished contact elements are already electrically and mechanically testable as terminal electrodes according to the invention outside the piezoelectric actuator prior to introduction into the holes.
  • the proposed embodiments according to the invention are advantageously provided by the notch geometry with an optimal elasticity, wherein, as mentioned above, the notch geometry preferably helically extends over the entire length of the contact elements and thus over the life of the piezoelectric actuator with strong Hubcic the Piezoele- a sufficient contact pressure to the bore and good contact of the internal electrodes allows. There is thus no static pressure build-up on the contact element. It is also advantageous if the notch geometry additionally has at least one longitudinal slot to further improve the elasticity.
  • the core electrodes are designed as pins of constant circumference.
  • the core electrodes are designed with a tapered cross-section towards the head part of the piezoelectric actuator, whereby the elasticity is improved, especially in the lifting-active head part, by the stronger sheathing.
  • the core electrodes are spirally formed, whereby also the usually metallic core electrodes can join in a certain mechanical stroke.
  • the contact elements are each introduced from the side with the wider cross-section, resulting in both a better mountability and disassembly for the contact elements.
  • the contact pressure of the elastomer on the inner wall of the bores for receiving the contact elements by the mounting force is easily controllable. In this case, it may also be helpful to subcool the core electrode. In any case, disassembly to the cone opening is easy to accomplish.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a piezoelectric actuator according to the prior art with internal contacting of the internal electrodes
  • Figure 2a shows a partial longitudinal section and Figure 2b shows a cross section through an inventive embodiment of a piezoelectric actuator with internal contact, in which a core electrode is provided with a conductive elastomer having a first geometry,
  • FIG. 3a shows a partial longitudinal section and FIG. 3b shows a cross section through an embodiment according to the invention of a piezoelectric actuator with internal contacting, in which a core electrode is provided with a conductive elastomer having a second geometry,
  • FIG. 4 shows a partial longitudinal section through an exemplary embodiment of a piezoelectric actuator with internal contacting, in which a conical core electrode is provided with a conductive elastomer,
  • FIG. 5 is a partial longitudinal section through an inventive embodiment of a piezoelectric actuator with internal contact, in which a spiral-shaped core electrode is provided with a conductive elastomer
  • Figure 6 shows a partial longitudinal section through an inventive embodiment of a piezoelectric actuator with internal contact, in which an above-wide conical bore for the core electrode is present and
  • Figure 7 is a partial longitudinal section through an inventive embodiment of a piezoelectric actuator with internal contact, in which an upper narrower conical bore for the core electrode is present.
  • FIG. 1 shows a piezoelectric element which is the essential constituent of a piezoactuator 1 according to the prior art DE 103 35 019 A1 constructed as a so-called multilayer, wherein the piezoelectric element is constructed from piezo foils of a quartz material having a suitable crystal structure, so that by exploiting the so-called piezoelectric effect, when an external electrical voltage is applied to inner electrodes 2 and 3, which are provided here by way of example only with reference numerals, a mechanical reaction of the piezoactuator 1 in the direction of action 4 takes place.
  • inner electrodes 2 and 3 which are provided here by way of example only with reference numerals, a mechanical reaction of the piezoactuator 1 in the direction of action 4 takes place.
  • Inside the piezoelectric actuator 1 are two longitudinally extending recesses or bores 5 and 6, wherein the internal electrodes 2 and 3 are brought up with a corresponding surface design depending on the polarity to the left bore 5 or to the right hole 6.
  • contact elements here round pins as the core electrode 7 and 8 are present, which are firmly embedded in a conductive but flexible material 9, for example a polymer, by casting.
  • the core electrodes 7 and 8 and the conductive substance 9 contact the internal electrodes to the outside, so that by applying an electric voltage to contact areas (located at the bottom of FIG. 1) of the core electrodes 7 and 8, the above-described effect can be produced.
  • An attachment of in the rule metallic core electrodes 7 and 8 is necessary in the prior art as well as in the embodiments of the invention, since the electrical conductivity of the flexible material is usually not large enough to conduct the total current for driving the internal electrodes 2 and 3.
  • an arrangement according to the invention with a metallic core electrode 10 can be seen, for example as a partial longitudinal section and as a cross-section, which is provided with an electrically conductive sheath 11, for example an elastic conductive adhesive or an elastomer, prior to insertion into the bore 5 is.
  • the sheath 11 is provided in this embodiment with a notch geometry in the form of a helically mounted notch 12.
  • FIGS. 3a and 3b show by way of example a partial longitudinal section and a cross section of a modification of the arrangement according to FIGS. 2a and 2b, in which a deviating geometry of a helical indentation is shown
  • the notch spacing and thus the pitch h are not smaller, for example h "2d .... 6d, with respect to the spacing of the internal electrodes 2 and 3, so that at a notch width s of approximately 1xd a contact gap of not more than about 90 ° to the inner electrode is formed.
  • the venezelektrodenutton ist react as elastically as possible on the stroke of the piezoelectric actuator 1 and a slip between the casing 11 and the bore 5 is at least reduced.
  • the cross-sectional view according to FIG. 3b shows, as an extension, the possibility of attaching longitudinal slots 14 with which the elasticity can be improved in this exemplary embodiment.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment with a conical core electrode
  • the core electrode 15 has a jacket 11 with the helical notch 13 in a manner comparable to the figure 3a.
  • the region with the larger circumference is located at the foot of the piezoelectric actuator 1, and the region with the smaller circumference is located in the head region of the piezoactuator 1. This ensures that in the head region, the largest stroke of the piezoactuator 1, for example, 70 to 100 ⁇ m, the sheath 11 fills the largest area and thus this area has a high elasticity.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment with a spiral-shaped core electrode
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment with a pin-shaped core electrode 10, which likewise has a jacket 11 with the helical indentation 13 in a manner comparable to FIG.
  • a bore 17 is provided with a tapered from nominal- to the head part of the piezoelectric actuator 1 cross-section.
  • the contact pressure in the bore 17 can be increased during assembly and it is easy disassembly of Inn- electrode contacting achievable.
  • the surface can still be improved in order to improve the electrical contact in the bore 17 prior to assembly the bore 17 are provided with a conductive adhesive almost no smearing.
  • FIG. 7 shows a pin-shaped core electrode 10, which likewise has a jacket 11 with the helical indentation 13 in a manner comparable to FIG.
  • a bore 18 is present with a conically increasing from the upper foot to the head portion of the piezoelectric actuator 1 cross-section.
  • the invention is industrially applicable to fuel injection systems, for example diesel, in a motor vehicle having an internal combustion engine.

Landscapes

  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

Es wird ein Piezoaktor, beispielsweise für einen Piezoinjektor oder zur Betätigung eines sonstigen mechanischen Bauteils, vorgeschlagen, mit einem Mehrschichtaufbau von Piezolagen eines Piezoelements und mit in Wirkrichtung zwischen den Piezolagen angeordneten Innenelektroden (2,3), die alternierend mit einer positiven und einer negativen elektrischen Ladung beaufschlagbar sind, und mit einer wechselseitigen Kontaktierung der In- nenelektroden (2,3), die mit Kontaktelementen, bestehend aus jeweils einer Kernelektrode (10; 15; 16) und einer elektrisch leitfähigen elastischen Ummantelung (9; 11) erfolgt, die in inneren Ausnehmung (5,6;17,18) des Piezoaktors (1) liegen und dabei senkrecht zum Lagenaufbau nach außen geführt sind. Die Kernelektroden (10;15;16) sind mit einem vor der Montage aufbringbaren leitfähigen Elastomer (11) als Ummantelung versehen, das eine vorgegebene Kerbgeometrie (12;13) zur Erhöhung der Elastizität aufweist. Die Kerbgeometrie besteht bevorzugt aus einer wendelförmig in Längsrichtung um die Ummantelung (11) geführten Einkerbung (12; 13).

Description

Piezoaktor mit innenliegender Kontaktierung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Piezoaktor mit innenliegender Kontaktierung, beispielsweise als Bestandteil eines Piezoinjektors bzw. zur Betätigung eines mechanischen Bauteils wie ein Ventil oder dergleichen, nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Hauptanspruchs.
Stand der Technik
Es ist an sich bekannt, dass zum Aufbau des zuvor erwähnten Piezoaktors ein Piezoelement so eingesetzt werden kann, dass unter Ausnutzung des sogenannten Piezoeffekts eine Steuerung des Nadelhubes eines Ventils oder dergleichen vorgenommen werden kann, wobei das Piezoelement aus einem Material mit einer geeigneten Kristallstruktur aufgebaut ist. Bei Anlage einer äußeren elektrischen Spannung erfolgt eine mechanische Reaktion des Piezoelements, die in Abhängigkeit von der Kristallstruktur und der Anlagebereiche der elektrischen Spannung einen Druck oder Zug in eine vorgebbare Richtung darstellt. Der Aufbau eines solchen Piezoaktors erfolgt beim Stand der Technik in mehreren Schichten als sogenannter Multilayer-Aktor, wobei Innenelektroden, über die die elektrische Spannung aufgebracht wird, jeweils in Wirkrichtung zwischen den Schichten angeordnet werden und jeweils außen oder innen kontaktiert werden.
Aus der DE 103 35 019 A1 ist ein solcher Piezoaktor bekannt, der ein Pie- zoelement mit einem Mehrschichtaufbau von Piezolagen und mit in Wirkrichtung dazwischen angeordneten Innenelektroden aufweist, die alternierend mit einer positiven und einer negativen elektrischen Ladung beaufschlagbar sind. Die wechselseitige Kontaktierung der Innenelektroden mit Kontaktelementen erfolgt hier derart, dass diese Kontaktelemente jeweils in einer inneren Ausnehmung des Piezoelements liegen und dann mit den jeweiligen Innenelektroden in geeigneter weise kontaktiert werden. Zum Beispiel kann dies durch ein entsprechendes Design der jeweiligen Innenelektroden erfolgen, die abhängig von der jeweiligen Polarität jeweils ein unterschiedliches Designmuster aufweisen, und dabei wechselseitig an die inneren Ausnehmungen herangeführt werden.
Zur äußeren Kontaktierung werden die innenliegenden Stifte dabei senkrecht zum Lagenaufbau nach außen geführt. Beim Piezoaktor nach dem Stand der Technik sind die Kontaktelemente dabei elektrisch leitende Stifte, die mit einem leitfähigen Stoff, z.B. ein Polymer, derart vergossen sind, dass die jeweilige Kontaktierung der Innenelektroden mit dem positiven und dem negativen Anschluss einer Spannungsquelle über die jeweils zugeordneten Stifte durchführbar ist.
Der leitfähige Stoff sollte dabei so beschaffen sein, dass er im vorgegebenen Bauraum die durch den Hub des Piezoelements und durch Temperaturwechsel entstehende Dehnung aufnehmen kann und dabei sicherstellt, dass die elektrische Kontaktierung der Innenelektroden über die Lebensdauer des Piezoaktors gegeben ist. OfFenbarung der Erfindung
Der eingangs beschriebene Piezoaktor mit einem Mehrschichtaufbau von Piezolagen eines Piezoelements und mit in Wirkrichtung dazwischen angeordneten Innenelektroden, die alternierend mit einer positiven und einer negativen elektrischen Ladung beaufschlagbar sind, weist eine innere wechselseitige Kontaktierung der Innenelektroden auf. Erfindungsgemäß ist in vorteilhafter Weise dabei die innere Kontaktierung so aufgebaut, dass die Kernelektroden mit einem vor der Montage aufbringbaren leitfähigen E- lastomer als Ummantelung versehen sind, die eine vorgegebene Kerbgeometrie zur Erhöhung der Elastizität aufweist. Bevorzugt besteht dabei die Kerbgeometrie aus einer wendeiförmig in Längsrichtung um die Ummantelung geführten Einkerbung.
Im allgemeinen ist die innenliegende elektrische Anbindung der Innenelektroden insbesondere bei der Verwendung als Piezoaktor in Einspritzsystemen für Kraftstoff, zum Beispiel Diesel, bei einem Kraftfahrzeug vorteilhaft, da hier eine bessere Hochdruckabdichtung gegen den außen am Piezoaktor anliegenden Kraftstoffdruck ermöglicht wird.
Der erfindungsgemäße Vorschlag mit der Einbringung von elastomerbeschichteten Kernelektroden ist vor allem deswegen vorteilhaft, da ansonsten die Anbringung der innenliegenden Kontaktelemente in die relativ kleinen und langen Bohrungen als Ausnehmungen, mit ca. 1 mm Durchmesser bei einer Länge von 50 mm bis 70 mm, recht schwierig ist. Mit den vorgeschlagenen wendeiförmig geführten Einkerbungen ist auch eine leichte Montage der Kontaktelemente erreichbar, da sich hiermit quasi eine Einschraubung der Kontaktelemente durchführen lässt. -A-
Das beim Stand der Technik notwendige nachträgliche Befühlen der Bohrungen entfällt damit auch. Außerdem sind die fertigen Kontaktelemente als Anschlusselektroden nach der Erfindung bereits außerhalb des Piezoaktors vor dem Einbringen in die Bohrungen elektrisch und mechanisch prüfbar.
Die vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind durch die Kerbgeometrie in vorteilhafter Weise mit einer optimalen Elastizität versehen, wobei sich, wie oben erwähnt, die Kerbgeometrie bevorzugt wendeiförmig über die ganze Länge der Kontaktelemente erstreckt und damit über die Lebensdauer des Piezoaktors mit starken Hubwechsel des Piezoele- ments einen ausreichender Anpressdruck an die Bohrung und eine gute Kontaktierung der Innenelektroden ermöglicht. Es erfolgt somit auch kein statischer Druckaufbau am Kontaktelement. Vorteilhaft ist hier außerdem, wenn die Kerbgeometrie zur weiteren Verbesserung der Elastizität zusätzlich noch mindesten einen Längsschlitz aufweist.
Bei einer ersten Ausführungsform sind die Kernelektroden als Stifte mit konstantem Umfang ausgeführt. Gemäß einer zweiten Ausführungsform sind die Kernelektroden mit einem kegelförmig sich zum Kopfteil des Piezoaktors hin sich verjüngenden Querschnitt ausgeführt, wodurch die Elastizität besonders im hubaktiven Kopfteil durch die stärkere Ummantelung verbessert ist. Nach einer dritten Ausführungsform sind die Kernelektroden spiralförmig ausgeführt, wodurch auch die in der Regel metallischen Kernelektroden einen gewissen mechanischen Hub mitmachen können.
Weitere Ausführungsformen betreffen Kernelektroden, die als Stifte mit konstantem Umfang ausgeführt sind, wobei jedoch die Bohrungen zur Aufnahme der Kontaktelemente mit einem kegelförmig sich zum Kopfteil des Piezoaktors hin sich verjüngenden oder verbreiternden Querschnitt ausgeführt sind. Hierbei werden die Kontaktelemente jeweils von der Seite mit dem breiteren Querschnitt eingebracht, wodurch sich sowohl eine bessere Montierbarkeit als auch Demontierbarkeit für die Kontaktelemente ergibt. Bei der Montage der zuletzt genannten Ausführungsformen ist der Anpressdruck des Elastomers an der Innenwand der Bohrungen zur Aufnahme der Kontaktelemente durch die Montagekraft leicht steuerbar. Hierbei kann auch ein Unterkühlen der Kernelektrode hilfreich sein. In jedem Fall ist auch die Demontage zur Kegelöffnung hin leicht zu bewerkstelligen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Piezoaktors werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Piezoaktor nach dem Stand der Technik mit innenliegender Kontaktierung der Innenelektroden,
Figur 2a einen Teillängsschnitt und Figur 2b einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Piezoaktors mit innenliegender Kontaktierung, bei der eine Kernelektrode mit einem leitfähigen Elastomer mit einer ersten Geometrie versehen ist,
Figur 3a einen Teillängsschnitt und Figur 3b einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Piezoaktors mit innenliegender Kontaktierung, bei der eine Kernelektrode mit einem leitfähigen Elastomer mit einer zweiten Geometrie versehen ist,
Figur 4 einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Piezoaktors mit innenliegender Kontaktierung, bei der eine kegelförmige Kernelektrode mit einem leitfähigen Elastomer versehen ist,
Figur 5 einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Piezoaktors mit innenliegender Kontaktierung, bei der eine spiralförmige Kernelektrode mit einem leitfähigen Elastomer versehen ist, Figur 6 einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Piezoaktors mit innenliegender Kontaktierung, bei der eine oben weite kegelförmige Bohrung für die Kernelektrode vorhanden ist und
Figur 7 einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Piezoaktors mit innenliegender Kontaktierung, bei der eine oben engere kegelförmige Bohrung für die Kernelektrode vorhanden ist.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist ein Piezoelement gezeigt, das der wesentliche Bestandteil eines als sogenannter Multilayer aufgebauten Piezoaktors 1 nach dem Stand der Technik DE 103 35 019 A1 ist, wobei das Piezoelement aus Piezofolien eines Quarzmaterials mit einer geeigneten Kristallstruktur aufgebaut ist, so dass unter Ausnutzung des sogenannten Piezoeffekts, bei Anlage einer äußeren elektrischen Spannung an hier nur beispielhaft mit Bezugszeichen versehene Innenelektroden 2 und 3, eine mechanische Reaktion des Piezoaktors 1 in Wirkrichtung 4 erfolgt. Im Inneren des Piezoaktors 1 befinden sich zwei in Längsrichtung erstreckte Ausnehmungen bzw. Bohrungen 5 und 6, wobei die Innenelektroden 2 und 3 mit einem entsprechenden Oberflächendesign je nach Polarität an die linke Bohrung 5 oder an die rechte Bohrung 6 herangeführt sind.
In den Bohrungen 5 und 6 sind Kontaktelemente, hier runde Stifte als Kernelektrode 7 und 8 vorhanden, die in einem leitfähigen aber flexiblen Stoff 9, z.B. ein Polymer, durch Vergießen fest eingebettet sind. Die Kernelektroden 7 und 8 und der leitfähige Stoff 9 kontaktieren die Innenelektroden nach außen, so dass mit der Anlage einer elektrischen Spannung an Kontaktbereiche (in der Figur 1 unten angeordnet) der Kernelektroden 7 und 8 die zuvor beschriebene Wirkung hervorgerufen werden kann. Eine Anbringung der in der Regel metallischen Kernelektroden 7 und 8 ist beim Stand der Technik ebenso wie bei den erfindungsgemäßen Ausführungen notwendig, da die elektrische Leitfähigkeit nur des flexiblen Stoffes in der Regel nicht groß genug ist um den Gesamtstrom zur Ansteuerung der Innenelektroden 2 und 3 zu leiten.
Aus Figur 2a und 2b ist jeweils beispielhaft als Teillängsschnitt und als Querschnitt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer metallischen Kernelektrode 10 zu entnehmen, die bereits vor dem Einfügen in die Bohrung 5 mit einer elektrisch leitfähigen Ummantelung 11 , zum Beispiel einem elastischen Leitkleber oder ein Elastomer, versehen ist. Die Ummantelung 11 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit einer Kerbgeometrie in Form einer wendeiförmig angebrachten Einkerbung 12 versehen. Durch die wendeiförmig über den ganzen Bereich der Ummantelung 11 angebrachte Einkerbung
12 ist ein vereinfachtes Einpassen in die Bohrung 5 ermöglicht und während des Betriebs kann auch bei einer möglichen Wärmedehnung des Materials der Ummantelung 11 eine sichere elektrische Kontaktierung gewährleistet werden.
Aus Figur 3a und 3b ist beispielhaft als Teillängsschnitt und als Querschnitt eine Abwandlung der Anordnung nach den Figuren 2a und 2b zu entnehmen, bei der eine abweichende Geometrie einer wendeiförmigen Einkerbung
13 vorhanden ist, bei der die Einkerbungsabstände und somit die Steigung h nicht kleiner, zum Beispiel h «2d....6d, gegenüber dem Abstand der Innenelektroden 2 und 3 gewählt werden sollen, damit bei einer Einkerbungsbreite s von ca. 1xd eine Kontaktlücke von nicht mehr als ca. 90° zur Innenelektrode entsteht. Hiermit kann die Innenelektrodenkontaktierung möglichst elastisch auf den Hub des Piezoaktors 1 reagieren und ein Schlupf zwischen der Ummantelung 11 und der Bohrung 5 ist zumindest vermindert. Die Querschnittdarstellung nach der Figur 3b zeigt als Erweiterung die Möglichkeit Längsschlitze 14 anzubringen, mit denen die Elastizität bei diesem Ausführungsbeispiel noch verbessert werden kann.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer kegelförmigen Kernelektrode
15 die in einer mit der Figur 3a vergleichbaren Weise eine Ummantelung 11 mit der wendeiförmigen Einkerbung 13 aufweist. Bei der Kernelektrode 15 nach der Figur 4 befindet sich der Bereich mit dem größeren Umfang am Fuß des Piezoaktors 1 und der Bereich mit dem geringeren Umfang befindet sich im Kopfbereich des Piezoaktors 1. Damit ist erreicht, dass im Kopfbereich, der den größten Hub des Piezoaktors 1 aufweist, beispielsweise 70 bis 100 μ m, die Ummantelung 11 den größten Bereich ausfüllt und damit dieser Bereich eine große Elastizität besitzt.
In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel mit einer spiralförmigen Kernelektrode
16 gezeigt, die ebenfalls in einer mit der Figur 3a vergleichbaren Weise eine Ummantelung 11 mit der wendeiförmigen Einkerbung 13 aufweist. Bei der spiralförmigen Kernelektrode 16 nach der Figur 5 kann diese den Hub des Piezoaktors 1 zumindest teilweise mitmachen, wodurch eine geringere Hubbewegung auf die Ummantelung 11 entfällt.
Aus Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel mit einer stiftförmigen Kernelektrode 10 zu entnehmen, die ebenfalls in einer mit der Figur 3a vergleichbaren Weise eine Ummantelung 11 mit der wendeiförmigen Einkerbung 13 aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Bohrung 17 mit einem vom Fuß- zum Kopfteil des Piezoaktors 1 kegelförmig spitz zulaufenden Querschnitt vorhanden. Hierbei kann die Anpresskraft in der Bohrung 17 bei der Montage gesteigert werden und es ist eine leichte Demontierbarkeit der Inn- elektrodenkontaktierung erreichbar.
Beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 6 kann zur Verbesserung des e- lektrischen Kontakts in der Bohrung 17 vor der Montage noch die Oberfläche der Bohrung 17 mit einem leitfähigen Kleber fast ohne Verschmieren versehen werden.
Ein Ausführungsbeispiel nach Figur 7 zeigt eine stiftförmige Kernelektrode 10, die ebenfalls in einer mit der Figur 3a vergleichbaren Weise eine Um- mantelung 11 mit der wendeiförmigen Einkerbung 13 aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Bohrung 18 mit einem vom oberen Fußteil zum Kopfteil des Piezoaktors 1 kegelförmig sich vergrößernden Querschnitt vorhanden.
Die Montage erfolgt beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 7 von unten, dass heißt vom Kopfteil, so dass auch hier die Anpresskraft in der Bohrung 18 bei der Montage gesteigert werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt somit die größte Elastizität der Ummantelung 11 im Kopfbereich, in dem der Piezoaktor 1 den größten Hub macht.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Erfindung ist bei Einspritzsystemen für Kraftstoff, zum Beispiel Diesel, in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor gewerblich anwendbar.

Claims

Patentansprüche
1 ) Piezoaktor, mit
- einem Piezoelement, bestehend aus einem Mehrschichtaufbau von Pie- zolagen mit in Wirkrichtung dazwischen angeordneten Innenelektroden (2,3), die alternierend mit einer positiven und einer negativen elektrischen Ladung beaufschlagbar sind, und mit
- einer wechselseitigen Kontaktierung der Innenelektroden (2,3), die mit Kontaktelementen, bestehend aus jeweils einer Kernelektrode
(7,8; 10; 15; 16) und einer elektrisch leitfähigen elastischen Ummantelung (9;11 ), erfolgt, die in inneren Ausnehmung (5,6; 17, 18) des Piezoelements liegen und dabei senkrecht zum Lagenaufbau nach außen geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kernelektroden (10; 15; 16) mit einem vor der Montage aufbringbaren leitfähigen Elastomer (11 ) als Ummantelung versehen sind, dass eine vorgegebene Kerbgeometrie (12; 13) zur Erhöhung der Elastizität aufweist.
2) Piezoaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kerbgeometrie aus einer wendeiförmig in Längsrichtung um die Ummantelung (11 ) geführten Einkerbung (12; 13) besteht. 3) Piezoaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Steigung (h) der wendeiförmigen Einkerbung (13) ist in Abhängigkeit von der Einkerbungsbreite (s) und gegenüber dem Abstand (d) der Innenelektroden (2,3) so eingestellt, dass eine Kontaktlücke von ca. 90° nicht überschritten ist.
4) Piezoaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kerbgeometrie (13) zusätzlich mindesten einen Längsschlitz (14) aufweist.
5) Piezoaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kernelektroden (10) als Stifte mit konstantem Umfang ausgeführt sind.
6) Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kernelektroden (15) mit einem kegelförmig sich zum Kopfteil des Pie- zoaktors (1 ) hin sich verjüngenden Querschnitt ausgeführt sind.
7) Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kernelektroden (16) spiralförmig ausgeführt sind. 8) Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kernelektroden (10) als Stifte mit konstantem Umfang ausgeführt sind und dass
- die Bohrungen (17) zur Aufnahme der Kontaktelemente mit einem kegelförmig sich zum Kopfteil des Piezoaktors (1 ) hin sich verjüngenden Querschnitt ausgeführt sind.
9) Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kernelektroden (10) als Stifte mit konstantem Umfang ausgeführt sind und dass
- die Bohrungen (18) zur Aufnahme der Kontaktelemente mit einem kegelförmig sich zum Fußteil des Piezoaktors (1 ) hin sich verjüngenden Querschnitt ausgeführt sind.
10) Piezoaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die gesamte Anordnung zur Nadelhubsteuerung für die Kraftstoffeinspritzung in einem Kraftfahrzeug einsetzbar ist.
PCT/EP2006/065005 2005-08-25 2006-08-03 Piezoaktor mit innenliegender kontaktierung WO2007112786A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/064,398 US20080218033A1 (en) 2005-08-25 2006-08-03 Piezoelectric Actuator With Internal Contact-Connection
DE502006002221T DE502006002221D1 (de) 2005-08-25 2006-08-03 Piezoaktor mit innenliegender kontaktierung
EP06849396A EP1920473B1 (de) 2005-08-25 2006-08-03 Piezoaktor mit innenliegender kontaktierung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005040122.8 2005-08-25
DE102005040122A DE102005040122A1 (de) 2005-08-25 2005-08-25 Piezoaktor mit innenliegender Kontaktierung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007112786A1 true WO2007112786A1 (de) 2007-10-11

Family

ID=37715399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2006/065005 WO2007112786A1 (de) 2005-08-25 2006-08-03 Piezoaktor mit innenliegender kontaktierung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20080218033A1 (de)
EP (1) EP1920473B1 (de)
CN (1) CN101248540A (de)
DE (2) DE102005040122A1 (de)
ES (1) ES2314947T3 (de)
WO (1) WO2007112786A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10851667B2 (en) 2011-03-07 2020-12-01 Safran Aircraft Engines Process for producing a thermal barrier in a multilayer system for protecting a metal part and part equipped with such a protective system

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013120493A1 (en) * 2012-02-14 2013-08-22 Danfoss Polypower A/S A polymer transducer and a connector for a transducer
CN105374929B (zh) * 2015-11-20 2018-10-30 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种织构化无铅压电陶瓷多层驱动器及其制备方法
CN112305755B (zh) * 2019-07-31 2023-07-07 成都理想境界科技有限公司 一种致动器安装结构
AT523510B1 (de) * 2020-01-29 2021-10-15 Piezocryst Advanced Sensorics Strukturiertes, piezoelektrisches Sensorelement

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003094252A2 (de) * 2002-05-06 2003-11-13 Epcos Ag Piezoaktor und verfahren zu dessen herstellung
DE10335019A1 (de) * 2003-07-31 2005-02-17 Robert Bosch Gmbh Piezoaktor
DE102005033400A1 (de) * 2005-07-18 2005-12-22 Robert Bosch Gmbh Piezoaktor mit innenliegender Kontaktierung

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4876467B2 (ja) * 2004-12-06 2012-02-15 株式会社デンソー 積層型圧電素子
JP4736422B2 (ja) * 2004-12-24 2011-07-27 株式会社デンソー 積層型圧電素子の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003094252A2 (de) * 2002-05-06 2003-11-13 Epcos Ag Piezoaktor und verfahren zu dessen herstellung
DE10335019A1 (de) * 2003-07-31 2005-02-17 Robert Bosch Gmbh Piezoaktor
DE102005033400A1 (de) * 2005-07-18 2005-12-22 Robert Bosch Gmbh Piezoaktor mit innenliegender Kontaktierung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10851667B2 (en) 2011-03-07 2020-12-01 Safran Aircraft Engines Process for producing a thermal barrier in a multilayer system for protecting a metal part and part equipped with such a protective system

Also Published As

Publication number Publication date
EP1920473A1 (de) 2008-05-14
EP1920473B1 (de) 2008-11-26
DE502006002221D1 (de) 2009-01-08
CN101248540A (zh) 2008-08-20
ES2314947T3 (es) 2009-03-16
US20080218033A1 (en) 2008-09-11
DE102005040122A1 (de) 2007-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10026005B4 (de) Piezoaktor
EP1741162B1 (de) Elektrische funktionseinheit und verfahren zu deren herstellung
EP1920473B1 (de) Piezoaktor mit innenliegender kontaktierung
WO2005015651A1 (de) Piezoaktor
DE10341333B4 (de) Piezoaktor und Verfahren zum Herstellen eines Piezoaktors
EP1579515B1 (de) Piezoaktor
DE10241992B4 (de) Piezoelektrischer Aktor
DE102009034099A1 (de) Piezoaktor mit elektrischer Kontaktierung
EP1530807A2 (de) Piezoaktor
EP2319102A1 (de) Piezoaktor mit sollbruchschicht
DE102006021945A1 (de) Piezoelektrischer Aktor und Injektor mit einem piezoelektrischen Aktor für eine Brennkraftmaschine
EP1503435B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Piezoaktors
EP2396535B1 (de) Piezoelektrischer aktor, verfahren zur herstellung des aktors und injektor
DE102015211186A1 (de) Kraftstoffinjektor
EP1577960B1 (de) Aktormodul
WO2007003655A1 (de) Piezoaktor und verfahren zur herstellung desselben
EP1926156A2 (de) Piezoaktor mit übereinandergestapelten Piezoelementen
DE102005033400A1 (de) Piezoaktor mit innenliegender Kontaktierung
DE102010062850A1 (de) Piezoelektrisches Bauelement und Brennstoffeinspritzventil mit einem Piezoaktor
DE102005040119A1 (de) Piezoaktor mit innenliegender Kontaktierung
EP3116042B1 (de) Piezoaktormodul und piezoinjektor
EP2071645B1 (de) Piezoaktor mit einem Multilagenaufbau von Piezoelementen
DE102005040117A1 (de) Piezoaktor mit innenliegender Kontaktierung
DE102004043525A1 (de) Piezoaktor und Kraftfahrzeug mit dem Piezoaktor
DE102004005447A1 (de) Piezoaktor

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006849396

Country of ref document: EP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 06849396

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12064398

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200680031009.2

Country of ref document: CN

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2006849396

Country of ref document: EP