CN101248540A - 具有内置接触的压电致动器 - Google Patents

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CN101248540A CNA2006800310092A CN200680031009A CN101248540A CN 101248540 A CN101248540 A CN 101248540A CN A2006800310092 A CNA2006800310092 A CN A2006800310092A CN 200680031009 A CN200680031009 A CN 200680031009A CN 101248540 A CN101248540 A CN 101248540A
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Abstract

用于压电喷射器或者操作其他机械组件的压电致动器，它具有由压电元件的压电层形成的多层结构和沿着作用方向在压电层之间设置的内部电极(2，3)，内部电极(2，3)可以被交替地加载正电荷和负电荷，还具有交替的内部电极(2，3)接触，所述接触利用分别由芯电极(10；15；16)和导电的弹性外罩(9；11)组成的接触元件实施，所述接触元件位于压电致动器(1)的内部凹槽(5，6；17，18)中并且垂直于层结构向外引导。芯电极(10；15；16)设有在装配之前就可安置的导电弹性体(11)作为外罩，弹性体(11)具有提高弹性的预定的缺口式几何体(12；13)。缺口式几何体优选由沿着纵向螺旋式地围绕外罩(11)引导的缺口(12；13)组成。

Description

具有内置接触的压电致动器
技术领域
本发明涉及一种按照独立权利要求的前序部分的特征所述的、例如作为压电喷射器的组件或者用来操作例如阀门或类似物等机械组件的、具有内置接触的压电致动器。
背景技术
已知的是，在先前提到的压电致动器的结构中可以按照下述内容置入压电元件，即，在利用所谓的压电效应的情况下，可以实现对阀门或类似物的针阀升程进行控制，其中，压电元件由具有合适晶体结构的材料构成。在加载外部电压的时候，压电元件做出机械式的反应，该反应示为有关于晶体结构和电压加载区域的、沿着可预定方向的压入或拉出。
这种压电致动器的结构在现有技术中作为所谓多层-驱动器由多个层组成，其中，内部电极分别沿着作用方向设在层之间并分别外接触或内接触，其中，电压通过内部电极施加。
在DE 103 35 019 A1中公开了一种压电致动器，它具有压电元件，该压电元件具有由压电层形成的多层结构、还具有沿着作用方向在其间设置的内部电极，内部电极可以被交替地加载正或负电荷。在这里，内部电极与接触元件的交替接触如下地进行，即，接触元件分别处于压电元件的内部凹槽中并然后以合适的方式与各个内部电极接触。这可以例如通过相应地设计各个内部电极来实施，内部电极依赖于各极性分别具有不同的设计方案并且交替地导入内部凹槽。
其中，为了实现外接触而让内置的销垂直于层式结构向外引导。在按照现有技术的压电致动器中，接触元件是导电销，导电销利用导电材料、例如聚合物如下地浇铸而成，即，内部电极与电源正极和电源负极的分别接触可以通过分别配给的销实施。
其中，导电材料应该如下地提供，即它可以在预定的构造空间中接受通过压电元件升程和通过温度变化产生的膨胀并同时确保内部电极在压电致动器的整个寿命期间电接触。
发明内容
开文所述的、具有由压电层形成的多层结构、还具有沿着作用方向在其间设置的内部电极、并且内部电极可以被交替地加载正或负电荷的压电致动器具有内置交替的内部电极接触。其中，按照发明以具有优点的方式如下地构成内部接触，即，芯电极设有在装配之前就可安置的导电弹性体作为外罩，该外罩具有预定的缺口式几何体以用来提高弹性。其中，缺口式几何体优选由沿着纵向螺旋形地围绕外罩引导的缺口形成。
通常，内部芯电极的内置的电联接尤其在汽车燃料例如柴油喷射系统中的压电致动器中使用时具有优点，因为在这里可以改善相对于“从外部加载在压电致动器上的燃油压力”的高压密封。
引入了“弹性覆层的芯电极”的按照发明的公开因此特别具有优点，因为不然的话，把内置接触元件安置到相对小而长的、作为具有大约1mm直径且长度为50mm至70mm的凹槽的孔中是相当困难的。利用所公开的螺旋式引导的缺口还可以实现接触元件的简易装配，因为就此而言只需一定程度地对接触元件进行旋入。
同时，在现有技术中所必须的“对孔进行额外的填充”也得以省略。此外，备好的接触元件作为连接电极按照发明可以在装入孔之前就已经在压电致动器之外得到电子式和机械式的检测。
所公开的按照发明的实施例通过缺口式几何体具有优点地具备最佳的弹性，其中，正如上面提到的那样，缺口式几何体优选螺旋式地通过接触元件的整个长度延伸，并且在压电致动器的整个寿命期间利用压电元件的强烈升程变化将足够的压应力施加给孔并实现内部电极的良好接触。而且还不会在接触元件上建立静态的压力。另外，如果缺口式几何体为了进一步改善弹性而还附加具有至少一个纵向切槽，那么也是具有优点的。
在第一实施例中，芯电极作为具有恒定圆周的销构成，根据第二实施例，芯电极设有锥形的、向着压电致动器顶部渐窄的横截面，从而弹性尤其在升程有效的顶部中通过增厚的外罩得以改善。在第三实施例中，芯电极螺线式地构成，从而本质上为金属质地的芯电极也能够加入确定的机械式升程。
另外一种实施例涉及作为具有恒定圆周的销构成的芯电极，其中设有用来容纳接触元件的孔，该孔具有锥形地向着压电致动器顶部渐窄或渐宽横截面。就此而言，接触元件分别从具有较宽横截面的侧面装入，从而不仅显出了更好的可装配性，而且也显出了接触元件的可拆除性。
对于最后提到的实施例中的装配而言，在孔的内壁上用来接受接触元件的弹性体的压应力可以通过装配力得到轻易控制。就此而言，对芯电极进行降温也是有益的。在各种情况下都能够轻易地施行向着锥口的拆除。
附图说明
按照发明的压电致动器的实施例借助附图来阐述。其中：
图1是按照现有技术的具有用于内部电极的内置接触的压电致动器的纵向截面；
图2a和图2b分别是按照发明的具有内置接触的压电致动器实施例的局部纵向截面和横截面，其中，芯电极设有具备第一几何形状的导电弹性体；
图3a和图3b分别是按照发明的具有内置接触的压电致动器实施例的局部纵向截面和横截面，其中，芯电极设有具备第二几何形状的导电弹性体；
图4是按照发明的具有内置接触的压电致动器实施例的局部纵向截面，其中设有具备导电弹性体的锥形芯电极；
图5是按照发明的具有内置接触的压电致动器实施例的局部纵向截面，其中设有具备导电弹性体的螺线形芯电极；
图6是按照发明的具有内置接触的压电致动器实施例的局部纵向截面，其中具有用于芯电极的上宽式锥形孔；以及
图7是按照发明的具有内置接触的压电致动器实施例的局部纵向截面，其中具有用于芯电极的上窄式锥形孔。
具体实施方式
图1中示出一个压电元件，它基本上是按照现有技术DE 103 35 019A1作为所谓多层件构成的压电致动器1的组件，其中，压电元件由具有合适晶体结构的石英材料的压电膜构成，从而在利用所谓压电效应的情况下，当外部电压加载到这里仅以举例的方式示出并具有附图标记2和3的内部电极上时，压电致动器1做出沿着作用方向4的机械式反应。在压电致动器1的内部具有两个沿纵向延伸的凹槽或孔5和6，其中，具有相应表面设计的内部电极2和3根据极性被引导到左侧孔5或右侧孔6上。
在孔5和6中具有接触元件，接触元件在这里是作为芯电极7和8存在的圆销，它们通过浇铸牢固地嵌入导电而又弹性的材料9、例如聚合物中。芯电极7和8以及导电材料9从外部接触内部电极，从而在电压加载到芯电极7和8的接触区域(在图1中设置在下方)时可以引起前述效果。本质上为金属质地的芯电极7和8的装配在现有技术中与在按照发明的实施例中同样是必要的，因为仅仅弹性的材料的导电能力原则上不足以大到能够传导用来控制内部电极2和3的全部电流。
从图2a和2b中可以分别看到例如作为局部纵向截取部分以及作为横向截取部分的具有金属芯电极10的按照发明的装置，金属芯电极10在插入孔5之前就已经设有导电的外罩11、例如弹性的导电胶或弹性体。外罩11在该实施例中设有以螺旋设置的缺口12为形式的缺口空间。通过经过外罩11全部区域螺旋设置的缺口12使得装入孔5中更为简单，并且在工作期间当外罩11的材料可能发生热膨胀的时候确保安全的电接触。
从图3a和3b中可以看到例如作为局部纵向截取部分以及作为横向截取部分的一种对图2a和2b所示设置方式的转变，其中，螺旋式缺口13具有不同的几何尺寸，其中，缺口间隔和随之的螺距h相对于内部电极2和3的间距而言不应该选择的更小，例如h≈2d....6d，以便于在缺口宽度s为大约1×d的时候形成相对于内部电极不大于90°的接触豁口。就此而言，内部电极的接触可以尽可能弹性地对压电致动器1的升程做出反应并至少避免外罩11和孔5之间的滑差。
在图3b所示的横截面中示出了作为扩展的设置纵向切槽14的可能性，利用纵向切槽14可以在该实施例中进一步改善弹性。
图4示出一个具有锥形芯电极15的实施例，锥形芯电极15以类似于图3a的方式具有含螺旋式缺口13的外罩11。对于按照图4的芯电极15而言，具有较大周长的区域位于压电致动器1的底部、具有较小周长的区域位于压电致动器1的顶部区域中。从而外罩11在具有最大压电致动器1升程(例如70至100μm)的顶部区域中充满最大区域并因此让该区域具有大的弹性。
在图5中示出了一种具有螺线式芯电极10的实施例，螺线式芯电极10同样以类似于图3a的方式具有含螺旋式缺口13的外罩11。对于按照图5的螺线形芯电极16而言，芯电极16可以至少部分地加入压电致动器1的升程而不会由此在外罩11上出现较小的移动。
图6示出了一种具有销形芯电极10的实施例，销形芯电极10同样以类似于图3a的方式具有含螺旋式缺口13的外罩11。在该实施例中具有孔17，孔17具有从压电致动器1底部向其顶部以圆锥方式逐渐变细的横截面。就此而言，孔17中的压应力可以在装配期间提高，并且可以使得内部电极接触具有简易的可拆除性。
在按照图6的实施例中可以为了改善孔17中的电接触而在装配之前给孔17设置几乎不会致脏的导电胶。
在图7所示的实施例中示出了一种销形芯电极10，它同样以类似于图3a的方式具有含螺旋式缺口13外罩。在该实施例中具有孔8，孔8具有从压电致动器1的上方的底部到顶部锥形扩大的横截面。
对于图7所示的实施例而言，装配从下方进行，也就是说从顶部进行，从而在这里也可以提高装配时孔18中的压应力。因此，就该实施例而言，在压电致动器1产生最大升程的顶部区域中，外罩11具有最大弹性。
工业实用性：
本发明在工业中可以用在具有内燃机的汽车的燃料例如柴油的喷射系统中。

Claims (10)

1.压电致动器，具有
-压电元件，所述压电元件包括由压电层形成的多层结构和沿着作用方向在所述压电层间设置的内部电极(2，3)，所述内部电极可以被交替地加载正或负电荷，还具有
-内部电极(2，3)的交替侧的接触，所述接触利用分别由芯电极(7，8；10；15；16)和导电的弹性外罩(9；11)组成的接触元件实现，所述接触元件位于压电元件的内部凹槽(5，6；17，18)中并同时垂直于层结构地向外引导，
其特征在于：
-芯电极(10；15；16)设有在装配之前就可安置的导电的弹性体(11)作为外罩，弹性体具有提高弹性的预定的缺口式几何体(12；13)。
2.按权利要求1所述的压电致动器，其特征在于：
-所述缺口式几何体由沿着纵向螺旋式地围绕外罩(11)引导的缺口(12；13)构成。
3.按权利要求2所述的压电致动器，其特征在于：
-螺旋式缺口(13)的螺距(h)与缺口宽度(s)相关并且相对于内部电极(2，3)的距离(d)这样地调节，使得接触豁口不超过大约90°。
4.按前述权利要求之一所述的压电致动器，其特征在于：
-缺口式几何体(13)附加具有至少一个纵向切槽(14)。
5.按前述权利要求之一所述的压电致动器，其特征在于：
-芯电极(10)作为具有恒定圆周的销构成。
6.按前述权利要求1至4之一所述的压电致动器，其特征在于：
-芯电极(15)具有锥形地向着压电致动器(1)的顶部渐窄变化的横截面。
7.按权利要求1至4之一所述的压电致动器，其特征在于：
-芯电极(16)螺线式地构成。
8.按权利要求1至4之一所述的压电致动器，其特征在于：
-芯电极(10)作为具有恒定圆周的销构成，以及
-用来接受接触元件的孔(17)具有锥形地向着压电致动器(1)的顶部渐窄变化的横截面。
9.按权利要求1至4之一所述的压电致动器，其特征在于：
-芯电极(10)作为具有恒定圆周的销构成，以及
-用来接受接触元件的孔(18)具有锥形地向着压电致动器(1)的底部渐窄变化的横截面。
10.按前述权利要求之一所述的压电致动器，其特征在于：
-所述全部设置可以用在汽车中的燃油喷射的针阀升程控制中。
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