DE10041333A1 - Method for determination of the initial mechanical tensioning of a piezoelectric actuator for use in a vehicle fuel injection system so that the performance characteristics of the engine can be precisely determined - Google Patents
Method for determination of the initial mechanical tensioning of a piezoelectric actuator for use in a vehicle fuel injection system so that the performance characteristics of the engine can be precisely determinedInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Vorspannung eines piezoelektrischen Aktors in einem Aktormodul, in dem der piezoelektrische Aktor zwischen einem ersten Halteelement und einem zweiten Halteelement mittels eines Federelements zur mechanischen Vorspannung des piezoelektrischen Aktors eingespannt ist, und ein Aktormodul, an dem sich das Verfahren in vorteilhafter Weise ausführen läßt.The invention relates to a method for determining the mechanical bias of a piezoelectric actuator in an actuator module in which the piezoelectric actuator between a first holding element and a second holding element by means of a spring element for mechanical pretensioning of the piezoelectric actuator is clamped, and an actuator module, on which the method can be carried out in an advantageous manner leaves.
Aktormodule mit piezoelektrischen Aktoren werden beispielsweise für Stellantriebe von Kraftstoffeinspritzventilen eingesetzt. Sie steuern eine Einspritznadel und regeln damit den Einspritzvorgang in einer Brennkraftmaschine. Der piezoelektrische Aktor in einem solchen Aktormodul kann etwa als piezokeramischer Vielschichtaktor ausgebildet sein. Üblicherweise ist dieser Aktor mittels eines Federelements zur mechanischen Vorspannung zwischen einem ersten und einem zweiten Halteelement eingespannt. Insbesondere für den Einsatz in Diesel-Common-Rail-Einspritzsystemen ist es erforderlich, daß die mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors exakt definiert ist, weil nur so die geforderten Zyklenzahlen erfüllt werden können. Schon geringe Abweichungen von einem bestimmten Vorspannungswert führen zu einer Änderung der Arbeitskenndaten des Aktormoduls. Für den Wert der Arbeitskenndaten des Aktormoduls sind somit nicht nur eine im Herstellungsprozeß aufgebrachte mechanische Vorspannung für den piezoelektrischen Aktor im Aktormodul von Bedeutung, sondern auch Änderungen der mechanischen Vorspannung des piezoelektrischen Aktors im Aktormodul auf Grund der Polungsvorgänge beim Betrieb des Aktormoduls, auf Grund von irreversiblen Veränderungen des Aktormoduls durch Setzeffekte, plastische Verformungen und Kriecheffekte.Actuator modules with piezoelectric actuators for example for actuators from Fuel injectors used. You control one Injection needle and thus regulate the injection process in one Internal combustion engine. The piezoelectric actuator in one such actuator module can be approximately as piezoceramic Multi-layer actuator can be designed. Usually this is Actuator using a spring element for mechanical Bias between a first and a second Holding element clamped. Especially for use in Diesel common rail injection systems require that the mechanical preload of the piezoelectric actuator is precisely defined because this is the only way to achieve the required number of cycles can be fulfilled. Even slight deviations from one certain bias value lead to a change in the Working characteristics of the actuator module. For the value of Working characteristics of the actuator module are therefore not only one in the Manufacturing process applied mechanical preload for the piezoelectric actuator in the actuator module is important, but also changes in the mechanical preload of the piezoelectric actuator in the actuator module due to Polarity processes when operating the actuator module due to irreversible changes in the actuator module Setting effects, plastic deformations and creep effects.
Aus eingehenden wissenschaftlichen Untersuchungen ist es bekannt, daß die mechanische Belastung von Piezokeramiken eine Änderung von physikalischen Materialgrößen zur Folge hat. Dies ist beispielsweise in "H. Cao, A. G. Evans: Nonlinear Deformation of Ferroelectric Ceramics, J. Am. Ceram. Soc. 76, 890-896 (1993)", "A. Schäufele: Ferroelastische Eigenschaften von Blei-Zirkonat-Titanat- Keramiken, VDI Fortschrittsberichte Reihe 5, Nr. 445, VDI- Verlag Düsseldorf (1996)", "D. Guyomar, D. Audigier, L. Eyraud: Characterisation of Piezoceramic under Uniaxial Stress, Proc. 11nth IEEE Int. Symp. Appl. Ferroelectrics, Montreux 1998, 307-310", "W. Lu, D. N. Fang, C. Q. Li, K. C. Hwang: Nonlinear Electricmechanical Behavior and Micromechanics Modelling of Ferroelectric Domain Evolution, Acta mater. 47, 2913-2926 (1999)" und "S. C. Hwang, J. Huber, R. M. McMeeking: The Simulation of Switching in Polycrystalline Ferroelectric Ceramics, J. Appl. Phys. 84, 1530-1540 (1998)" beschrieben.It is known from detailed scientific studies that the mechanical loading of piezoceramics results in a change in physical material sizes. This is described, for example, in "H. Cao, AG Evans: Nonlinear Deformation of Ferroelectric Ceramics, J. Am. Ceram. Soc. 76, 890-896 (1993)", "A. Schäufele: Ferroelastic Properties of Lead Zirconate Titanate- ceramics, VDI progress reports series 5, No. 445, VDI-Verlag Dusseldorf (1996) "," D. Guyomar, D. Audigier, L. Eyraud.:. Characterization of piezoelectric ceramic under uniaxial stress, Proc 11 nth IEEE Int Symp. Appl. Ferroelectrics, Montreux 1998, 307-310 "," W. Lu, DN Fang, CQ Li, KC Hwang: Nonlinear Electric Mechanical Behavior and Micromechanics Modeling of Ferroelectric Domain Evolution, Acta mater. 47, 2913-2926 (1999) "and" SC Hwang, J. Huber, RM McMeeking: The Simulation of Switching in Polycrystalline Ferroelectric Ceramics, J. Appl. Phys. 84, 1530-1540 (1998) ".
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Vorspannung eines piezoelektrischen Aktors in einem fertiggestellten Aktormodul bereitzustellen und ein Aktormodul mit einem piezoelektrischen Aktor zu schaffen, dessen mechanische Vorspannung sich mit einem solchen Verfahren leicht bestimmen läßt. The object of the invention is a method for determination the mechanical preload of a piezoelectric actuator to be provided in a finished actuator module and a To create an actuator module with a piezoelectric actuator, whose mechanical pretension coincides with such Procedure can be easily determined.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Vorspannung eines piezoelektrischen Aktors in einem Aktormodul gemäß Anspruch 1, 4, 5, 6 und ein Aktormodul gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung, die unter Bezugnahme auf das/die Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Vorspannung eines piezoelektrischen Aktors in einem Aktormodul beschrieben sind, gelten selbstverständlich auch für das Aktormodul selbst und umgekehrt.This task is accomplished through a method of determining the mechanical bias of a piezoelectric actuator in an actuator module according to claim 1, 4, 5, 6 and an actuator module solved according to claim 8. Other features, aspects and Details of the invention emerge from the dependent Claims, the description and the drawings. Benefits, Features and details of the invention with reference to the method (s) for determining the mechanical preload of a piezoelectric actuator in an actuator module are of course also valid for the Actuator module itself and vice versa.
Bei einem Verfahren gemäß Anspruch 1 wird die Polarisation des piezoelektrischen Aktors als Funktion eines an diesen angelegten elektrischen Feldes gemessen, die Dehnung des piezoelektrischen Aktors als Funktion eines an diesen angelegten elektrischen Feldes gemessen und aus den Meßwerten für Polarisation und Dehnung des piezoelektrischen Aktors auf eine mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors geschlossen. Auf diese Weise ist eine Bestimmung der mechanischen Vorspannung des piezoelektrischen Aktors mit hoher Genauigkeit möglich.In a method according to claim 1, the polarization of the piezoelectric actuator as a function of one of these applied electrical field measured, the elongation of the piezoelectric actuator as a function of one of these applied electrical field measured and from the measured values for polarization and expansion of the piezoelectric actuator a mechanical bias of the piezoelectric actuator closed. This is a determination of mechanical bias of the piezoelectric actuator with high accuracy possible.
In Weiterbildung des Verfahrens werden jeweils Meßkurven für Polarisation und Dehnung des piezoelektrischen Aktors als Funktion eines an diesen angelegten elektrischen Feldes aufgenommen, die Meßkurven mit einer in einem elektronischen Speicher abgelegten Kurvenschar verglichen, und es wird aus dem Vergleich auf eine mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors geschlossen. Auf diese Weise ist es möglich, die mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors im Aktormodul mit geringen Abweichungen zu bestimmen, weil dem Verfahren eine große Zahl von Meßwerten zugrunde liegt.In a further development of the method, measurement curves for Polarization and expansion of the piezoelectric actuator as Function of an electrical field applied to this recorded the measurement curves with one in an electronic Memory stored curve family compared, and it is off the comparison to a mechanical preload of the piezoelectric actuator closed. That way it is possible the mechanical bias of the piezoelectric To determine the actuator in the actuator module with slight deviations, because the method is based on a large number of measured values lies.
In Weiterbildung des Verfahrens wird die Polarisation des piezoelektrischen Aktors als Funktion eines an diesen angelegten elektrischen Feldes gemessen, in dem der dielektrische Koeffizient ε des piezoelektrischen Aktors als Funktion einer an den piezoelektrischen Aktor angelegten elektrischen Spannung ermittelt wird. Auf diese Weise wird ein besonders einfaches Meßverfahren geschaffen.In a further development of the method, the polarization of the piezoelectric actuator as a function of one of these applied electrical field measured in which the dielectric coefficient ε of the piezoelectric actuator as Function of a applied to the piezoelectric actuator electrical voltage is determined. That way created a particularly simple measuring method.
Bei einem Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Vorspannung des piezoelektrischen Aktors gemäß Anspruch 4 wird der dielektrische Koeffizient ε des piezoelektrischen Aktors gemessen und aus dem gemessenen Wert des dielektrischen Koeffizienten ε auf die mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors geschlossen. Auf diese Weise ist es möglich, mit einem einzigen Meßwert die mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors zu bestimmen.In a method for determining the mechanical Biasing the piezoelectric actuator according to claim 4 becomes the dielectric coefficient ε of the piezoelectric Actuator measured and from the measured value of the dielectric coefficient ε on the mechanical Bias of the piezoelectric actuator closed. On in this way it is possible with a single measured value mechanical bias of the piezoelectric actuator too determine.
Bei einem Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Vorspannung eines piezoelektrischen Aktors gemäß Anspruch 5 wird in dem Aktormodul die Dehnung des Federelements zur mechanischen Vorspannung des piezoelektrischen Aktors bestimmt, die ermittelte Dehnung mit einer Dehnung des Federelements in einem Zustand verglichen, in dem dieses keine Kraft auf die Halteelemente und den piezoelektrischen Aktor ausübt, und aus einem Vergleich der beiden Dehnungen auf eine mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors geschlossen. Auf diese Weise ist es möglich, die Vorspannung des piezoelektrischen Aktors in dem Aktormodul über eine einfach durchzuführende Längenmessung zu bestimmen. In a method for determining the mechanical Biasing a piezoelectric actuator according to claim 5 is the expansion of the spring element in the actuator module mechanical preload of the piezoelectric actuator determined, the determined elongation with an elongation of the Spring element compared in a state in which this no force on the holding elements and the piezoelectric Exerts actuator, and from a comparison of the two strains to a mechanical bias of the piezoelectric actuator closed. In this way it is possible to preload of the piezoelectric actuator in the actuator module via a easy to measure length measurement.
Bei einem Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Vorspannung eines piezoelektrischen Aktors in einem Aktormodul gemäß Anspruch 6 wird die Kraft-Weg-Kurve des Federelementes zur mechanischen Vorspannung des piezoelektrischen Aktors in dem Aktormodul ermittelt und aus dem Verlauf der Kraft-Weg-Kurve auf eine mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors geschlossen. Auf diese Weise ist es möglich, die mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors lediglich auf Grund einer Untersuchung der mechanischen Eigenschaften des Aktormoduls zu bestimmen.In a method for determining the mechanical Bias of a piezoelectric actuator in one Actuator module according to claim 6, the force-displacement curve of the Spring element for mechanical pretensioning of the Piezoelectric actuator determined in the actuator module and from the course of the force-displacement curve on a mechanical Bias of the piezoelectric actuator closed. On in this way it is possible to adjust the mechanical preload of the piezoelectric actuator only because of one Examination of the mechanical properties of the actuator module to determine.
In Weiterbildung der Verfahren wird die Dehnung des Federelements an Hand von an dem Federelement angebrachten Markierungen bestimmt. Auf diese Weise ist es möglich, ein Meßverfahren zur Bestimmung der mechanischen Vorspannung des piezoelektrischen Aktors im Aktormodul für einen Durchsatz von großen Stückzahlen im Serienfertigungsprozeß zu standardisieren.In further development of the procedures, the stretching of the Spring element by means of attached to the spring element Markings determined. This way it is possible to get one Measuring method for determining the mechanical preload of the piezoelectric actuator in the actuator module for throughput of large quantities in the series production process standardize.
Ein Aktormodul gemäß Anspruch 8 weist einen piezoelektrischen Aktor auf, der mittels eines Federelements zur mechanischen Vorspannung zwischen einem ersten und einem zweiten Halteelement eingespannt ist, und es sind an dem Federelement Markierungen zur Bestimmung der Dehnung des Federelements vorgesehen. Auf diese Weise kann die mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors im Aktormodul im Rahmen einer Serienfertigung schnell bei großen Stückzahlen bestimmt werden.An actuator module according to claim 8 has a piezoelectric Actuator on which by means of a spring element for mechanical Bias between a first and a second Holding element is clamped, and there are on the spring element Markings to determine the elongation of the spring element intended. In this way, the mechanical preload of the piezoelectric actuator in the actuator module as part of a Series production quickly determined in large quantities become.
In Weiterbildung des Aktormoduls sind die Markierungen längs einer Achse des Federelements angeordnet. In weiterer Weiterbildung des Aktormoduls sind die Markierungen zur Minimierung eines relativen Meßfehlers bei der Bestimmung der Dehnung des Federelements in jeweiligen Endbereichen des Federelements angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, eine Dehnung des Federelements mit großer Genauigkeit zu bestimmen.In a further development of the actuator module, the markings are longitudinal arranged an axis of the spring element. In another Further training of the actuator module are the markings for Minimization of a relative measurement error when determining the Elongation of the spring element in the respective end regions of the Spring element arranged. In this way it is possible an expansion of the spring element with great accuracy determine.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.Further features and advantages of the invention are in the Drawings are shown and are described below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Aktormodul in Seitenansicht; Figure 1 is an actuator module in side view.
Fig. 2 das Polarisations- und Dehnungsverhalten eines piezokeramischen Aktors als Funktion eines an diesen angelegten elektrischen Feldes für verschiedene mechanische Vorspannungen des piezokeramischen Aktors; Fig. 2, the polarization and strain behavior of a piezoceramic actuator as a function of applied thereto electric field for various mechanical bias voltages of the piezoelectric ceramic actuator;
Fig. 3 die Abhängigkeit des dielektrischen Koeffizienten ε eines piezoelektrischen Aktors als Funktion seiner mechanischen Vorspannung und Fig. 3 shows the dependence of the dielectric coefficient ε of a piezoelectric actuator as a function of its mechanical bias and
Fig. 4 die Dehnung des Aktormoduls als Funktion einer angelegten Zugkraft. Fig. 4 shows the expansion of the actuator module as a function of an applied tensile force.
In der Fig. 1 ist ein Aktormodul 1 dargestellt, bei dem mittels eines hohlzylindrischen Federelements 2 ein als piezokeramischer Vielschichtaktor ausgebildeter piezoelektrischer Aktor 3 zwischen einem ersten Halteelement 4 und einem zweiten Halteelement 5 eingespannt ist. Um den piezoelektrischen Aktor 3 mit einer elektrischen Spannung zu versorgen, sind an dem Aktormodul 1 elektrische Kontaktleitungen 6 und 7 vorgesehen. Diese Kontaktleitungen treten durch das zweite Halteelement 5 hindurch und sind an den piezoelektrischen Aktor 3 angeschlossen. Das erste Halteelement 4 und das zweite Halteelement 5 sind mit dem hohlzylindrischen Federelement 2 verschweißt. So wird der piezoelektrische Aktor 3 mit hoher Kraft zwischen dem ersten Halteelement 4 und dem zweiten Halteelement 5 gehalten und ist mechanisch verspannt. Wird das Aktormodul 1 mit einem elektrischen Spannungssignal beaufschlagt, dann ändert sich die Längendehnung des piezoelektrischen Aktors 3, und es wird bei dem ersten Halteelement 4 eine entsprechend dem Doppelpfeil 8 angedeutete Abtriebsbewegung bereitgestellt.In Fig. 1 an actuator module 1 is shown, in which a piezoceramic multilayer actuator designed as a piezoelectric actuator 3 is clamped between a first support member 4 and a second retaining element 5 by means of a hollow cylindrical spring element 2. In order to supply the piezoelectric actuator 3 with an electrical voltage, electrical contact lines 6 and 7 are provided on the actuator module 1 . These contact lines pass through the second holding element 5 and are connected to the piezoelectric actuator 3 . The first holding element 4 and the second holding element 5 are welded to the hollow cylindrical spring element 2 . The piezoelectric actuator 3 is held with high force between the first holding element 4 and the second holding element 5 and is mechanically clamped. If an electrical voltage signal is applied to the actuator module 1 , then the longitudinal expansion of the piezoelectric actuator 3 changes , and an output movement indicated in accordance with the double arrow 8 is provided in the first holding element 4 .
An den Endbereichen des hohlzylindrischen Federelements 2 ist eine erste optische Positionsmarkierung 9 und eine zweite optische Positionsmarkierung 10 vorgesehen. Diese Positionsmarkierungen liegen auf einer Geraden, die zur Symmetrieachse des hohlzylindrischen Federelements 2 parallel verläuft.A first optical position marker 9 and a second optical position marker 10 are provided on the end regions of the hollow cylindrical spring element 2 . These position markings lie on a straight line that runs parallel to the axis of symmetry of the hollow cylindrical spring element 2 .
Insbesondere im Rahmen von Fertigungstoleranzen einzelner Bauteile des Aktormoduls 1 aus Fig. 1 können sich Variationen der mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors 3 ergeben, die zu einer Veränderung der Arbeitskenndaten des Aktormoduls 1 führen und in ungünstigen Fällen außerhalb eines zulässigen Toleranzbereiches liegen. Eine Überprüfung der mechanischen Vorspannung des piezoelektrischen Aktors 3 im Rahmen einer Endkontrolle für ein fertig hergestelltes Aktormodul 1 stellt damit eine Maßnahme zur Qualitätssicherung im Fertigungsprozeß dar und ermöglicht darüber hinaus eine Vorhersage der spezifischen Arbeitscharakteristika eines jeden einzelnen hergestellten Aktormoduls.In particular within the scope of manufacturing tolerances of individual components of the actuator module 1 from FIG. 1, variations in the mechanical preload of the piezoelectric actuator 3 can result, which lead to a change in the working characteristic data of the actuator module 1 and, in unfavorable cases, lie outside a permissible tolerance range. A check of the mechanical preload of the piezoelectric actuator 3 as part of a final inspection for a finished actuator module 1 thus represents a measure for quality assurance in the manufacturing process and also enables a prediction of the specific working characteristics of each individual actuator module produced.
Die Fig. 2 erläutert, wie zur Bestimmung der mechanischen Vorspannung des piezoelektrischen Aktors 3 im Aktormodul 1 aus Fig. 1 ausgenützt werden kann, daß die charakteristischen Kurven zu Dehnung und Polarisation von piezoelektrischen Aktoren für ein angelegtes elektrisches Feld von der mechanischen Vorspannung eines solchen piezoelektrischen Aktors abhängen. Fig. 2 explains how can be used to determine the mechanical bias of the piezoelectric actuator 3 in the actuator module 1 of Fig. 1 that the characteristic curves of expansion and polarization of piezoelectric actuators for an applied electric field from the mechanical bias of such a piezoelectric Depend actuator.
In der Fig. 2a ist die elektrische Polarisation P eines piezoelektrischen Aktors als Funktion eines an diesen angelegten elektrischen Feldes E dargestellt. Der piezoelektrische Aktor steht dabei unter einer mechanische Vorspannung von 15 MPa. Es zeigt sich, daß die Polarisation P mit wachsendem elektrischen Feld E zunimmt. Sie sinkt wiederum, wenn das elektrische Feld E zurückgeführt wird. Wie aus der Kurve 21a hervorgeht, zeigt die Polarisation P bei Hin- und Herfahren des elektrischen Feldes E ein Hystereseverhalten, wie es bereits in "S. C. Hwang, J. Huber, R. M. McMeeking: The Simulation of Switching in Polycrystalline Ferroelectric Ceramics, J. Appl. Phys. 84, 1530-1540 (1998)" beschrieben ist. Wie die theoretisch berechnete Kurve 22a zeigt, kann dieses Hystereseverhalten im Rahmen bekannter Modelle mit guter Genauigkeit theoretisch berechnet werden. FIG. 2a shows the electrical polarization P of a piezoelectric actuator as a function of an electric field E applied to it. The piezoelectric actuator is under a mechanical preload of 15 MPa. It can be seen that the polarization P increases with an increasing electric field E. It in turn decreases when the electric field E is returned. As can be seen from curve 21 a, the polarization P shows a hysteresis behavior when the electric field E moves back and forth, as already described in "SC Hwang, J. Huber, RM McMeeking: The Simulation of Switching in Polycrystalline Ferroelectric Ceramics, J. Appl. Phys. 84, 1530-1540 (1998) ". As the theoretically calculated curve 22 a shows, this hysteresis behavior can be theoretically calculated with good accuracy in the context of known models.
Wird ein piezoelektrischer Aktor mit einem elektrischen Feld E beaufschlagt, so ändert sich nicht nur dessen Polarisation P, sondern auch seine relative Längendehnung Δl, was in der Fig. 2b dargestellt ist. Wird die Änderung der relativen Längendehnung Δl mit einem an den piezoelektrischen Aktor angelegten elektrischen Feld gemessen, so wird ein der Kurve 21b entsprechender Schmetterlingskurvenverlauf festgestellt. Dieser Kurvenverlauf ist Ausdruck der auf Domänenschaltprozessen beruhenden elektromechanischen Kopplung. Er ist u. a. in "H. Cao, A. G. Evans: Nonlinear Deformation of Ferroelectric Ceramics, J. Am. Ceram. Soc. 76, 890-896 (1993), "A. Schäufele: Ferroelastische Eigenschaften von Blei-Zirkonat-Titanat-Keramiken, VDI Fortschrittsberichte Reihe 5, Nr. 445, VDI-Verlag Düsseldorf 1996", "D. Guyomar, D. Audigier, L. Eyraud: Characterisation of Piezoceramic under Uniaxial Stress, Proc. 11nth IEEE Int. Symp. Appl. Ferroelectrics, Montreux 1998, 307-310" oder in "W. Lu, D. N. Fang, C. Q. Li, K. C. Hwang: Nonlinear Electric mechanical Behavior and Micromechanics Modelling of Ferroelectric Domain Evolution, Acta mater. 47, 2913-2926 (1999) detailliert experimentell untersucht und läßt sich wiederum mit guter Genauigkeit im Rahmen bekannter Modelle theoretisch vorausberechnen, wie aus der theoretisch berechneten Kurve 22b hervorgeht.If an electric field E is applied to a piezoelectric actuator, not only does its polarization P change, but also its relative elongation Δl, which is shown in FIG. 2b. If the change of the relative elongation .DELTA.l measured with a voltage applied to the piezoelectric actuator electric field, a curve is determined 21 b corresponding butterfly curve. This curve is an expression of the electromechanical coupling based on domain switching processes. He is inter alia in "H. Cao, AG Evans: Nonlinear Deformation of Ferroelectric Ceramics, J. Am. Ceram. Soc. 76, 890-896 (1993)," A. Schäufele: Ferro-elastic properties of lead-zirconate-titanate ceramics, VDI progress reports series 5, No. 445, VDI-Verlag Düsseldorf 1996 "," D. Guyomar, D. Audigier, L. Eyraud: Characterization of Piezoceramic under Uniaxial Stress, Proc. 11 nth IEEE Int. Symp. Appl. Ferroelectrics, Montreux 1998, 307-310 "or in" W. Lu, DN Fang, CQ Li, KC Hwang: Nonlinear Electric mechanical Behavior and Micromechanics Modeling of Ferroelectric Domain Evolution, Acta mater. 47, from 2913 to 2926 (1999) in detail experimentally examined and can again with good accuracy within known models in theory predict how from the theoretically calculated curve 22 b seen.
Wird nun die mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors verändert, so hat dies eine Modifikation des Hystereseverhaltens der elektrischen Polarisation P und des Schmetterlingskurvenverlaufs der relativen Längendehnung Δl des piezoelektrischen Aktors als Funktion eines an diesen angelegten elektrischen Feldes E zur Folge. Die Fig. 2c zeigt ein entsprechend der gemessenen Kurve 21c zu beobachtendes Hystereseverhalten für die elektrische Polarisation P bei einer mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors von 60 MPa. Hierbei wird deutlich, daß der Verlauf der Meßkurve 21c, die der Meßkurve 21a aus Fig. 2a entspricht, deutlich modifiziert ist. Im Rahmen bekannter Modelle läßt sich jedoch das zu beobachtende Hystereseverhalten wiederum mit guter Genauigkeit theoretisch berechnen, wie aus der theoretisch berechneten Kurve 22c ersichtlich ist. If the mechanical pretension of the piezoelectric actuator is changed, this results in a modification of the hysteresis behavior of the electrical polarization P and the curve of the butterfly curve of the relative elongation Δl of the piezoelectric actuator as a function of an electrical field E applied to it. Shows the Fig. 2c corresponding to the measured curve 21 c observable hysteresis for the electric polarization P at a mechanical preload of the piezoelectric actuator 60 MPa. It is clear here that the course of the measurement curve 21 c, which corresponds to the measurement curve 21 a from FIG. 2a, has been significantly modified. In the context of known models, however, makes the observed hysteresis behavior again with good accuracy theoretically calculate how c is apparent from the theoretically calculated curve 22nd
Die Fig. 2d zeigt für dieselbe mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors von 60 MPa wie bei Fig. 2c eine der Kurve 21d entsprechende Änderung der Längendehnung Δl als Funktion eines an den piezoelektrischen Aktor angelegten elektrischen Feldes. Wie im Falle einer mechanischen Belastung des piezoelektrischen Aktors von 15 MPa ist ein Schmetterlingskurvenverlauf zu beobachten, der im Rahmen bekannter Modelle durch eine theoretisch berechnete Kurve 22d angenähert werden kann. FIG. 2d shows the piezoelectric actuator of 60 MPa as in Fig for the same mechanical bias. 2c is a curve 21 d corresponding change in the elongation .DELTA.l as a function of a voltage applied to the piezoelectric actuator electric field. As in the case of a mechanical load on the piezoelectric actuator of 15 MPa, a butterfly curve profile can be observed, which can be approximated in the context of known models by a theoretically calculated curve 22 d.
Damit wird deutlich, daß für den Fall, daß Meßkurven für den Verlauf der elektrischen Polarisation P und die relative Längendehnung Δl als Funktion eines an den piezoelektrischen Aktor angelegten elektrischen Feldes aufgenommen werden, aus einem beobachteten Hystereseverhalten und Schmetterlingskurvenverlauf die mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors bestimmbar ist, indem ein gemessener Kurvenverlauf mit einem theoretisch berechneten Kurvenverlauf verglichen wird. Dabei kann aus dem Vergleich auf die mechanische Vorspannung geschlossen werden, weil diese als Parameter der theoretisch berechneten Kurve zugrunde liegt. Eine alternative Bestimmungsmethode für die mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors besteht darin, die aufgenommenen Meßkurven mit einer in einem elektronischen Speicher abgelegten, zu einem früheren Zeitpunkt gemessenen Kurvenschar zu vergleichen, die jeweils entsprechend einer mechanische Vorspannung parameterisiert sind. Aus dem Vergleich kann dann der Parameter der mechanischen Vorspannung ermittelt werden. Hierbei sei bemerkt, daß dieses Bestimmungsverfahren sich durch große Genauigkeit auszeichnet, da hier der Bestimmung der Vorspannung des piezoelektrischen Aktors viele Meßwerte zugrunde liegen, so daß der statistische Meßfehler klein gehalten wird. This makes it clear that in the event that measurement curves for the Course of the electrical polarization P and the relative Elongation Δl as a function of one at the piezoelectric Electric field applied actuator are recorded from an observed hysteresis behavior and Butterfly curve shape the mechanical preload of the piezoelectric actuator can be determined by a measured Curve with a theoretically calculated curve is compared. It can be compared to the mechanical bias can be closed because this as Parameters of the theoretically calculated curve. An alternative method of determination for mechanical Biasing the piezoelectric actuator is that recorded measurement curves with one in an electronic Memory stored, measured at an earlier point in time Compare a family of curves, each corresponding to one mechanical preload are parameterized. From the The parameter of mechanical can then be compared Preload can be determined. It should be noted that this Determination procedures are characterized by great accuracy distinguished because here the determination of the preload of the piezoelectric actuator are based on many measured values, so that the statistical measurement error is kept small.
Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Vorspannung eines piezoelektrischen Aktors in einem Aktormodul ist an Hand der Fig. 3 erläutert. Dort ist für unterschiedliche Typen von Piezokeramiken der gemessene dielektrische Koeffizient ε, welcher beispielsweise über die elektrische Kleinsignalkapazität bestimmt werden kann, als Funktion der mechanischen Belastung S der Piezokeramik aufgetragen. Für eine harte Keramik zeigt die Meßwertkurve 31 die Abhängigkeit des dielektrischen Koeffizienten ε von der mechanischen Belastung S der Keramik. Mit wachsender mechanischer Belastung S steigt der dielektrische Koeffizient ε deutlich an. Wird die mechanische Belastung S dann zurückgeführt, ist praktisch kein Hystereseverhalten erkennbar. Demgegenüber zeigt für eine Piezokeramik mittlerer Härte die Meßwertkurve 32 die Abhängigkeit des dielektrischen Koeffizienten ε von der mechanischen Belastung S. Mit zunehmender mechanischer Belastung S steigt der dielektrische Koeffizient ε zwar stärker als bei der Meßwertkurve 31 an, wird jedoch die Belastung zurückgeführt, tritt ein Hystereseverhalten auf. Bei der Meßwertkurve 33, der eine weiche Piezokeramik, wie sie üblicherweise in Aktormodulen für Common-Rail-Einspritzsysteme verwendet wird, zu Grunde liegt, ist ein entsprechendes Hystereseverhalten bezüglich der Abhängigkeit eines gemessenen dielektrischen Koeffizienten ε als Funktion der mechanischen Belastung S der Piezokeramik zu beobachten, das sogar noch ausgeprägter ist. Hier steigt sogar der dielektrische Koeffizient ε mit wachsender Belastung in einem unteren Belastungsbereich noch stärker an als dies bei der Meßwertkurve 32 der Fall ist. Bei den Meßwertkurven 32 und 33 ist zu beobachten, daß bei Überschreiten eines Schwellwerts der mechanischen Belastung der Piezokeramik der dielektrische Koeffizient ε von einem monoton steigenden Verhalten bei kleinen mechanischen Belastungswerten in eine monoton fallende Abhängigkeit von der mechanischen Belastung S für hohe mechanische Belastungswerte übergeht. Solange jedoch die Piezokeramik mit dem Einbau in einen Aktor lediglich einer Spannkraft ausgesetzt wird, in dem der dielektrische Koeffizient ε noch mit steigender mechanischer Belastung S zunimmt, kann aus einer Messung des dielektrischen Koeffizienten ε, welche beispielsweise eine Messung der elektrischen Kleinsignalkapazität zu Grunde liegen kann, umkehrbar eindeutig auf die mechanische Belastung S des piezoelektrischen Körpers im Aktormodul geschlossen werden.Another method for determining the mechanical bias of a piezoelectric actuator in an actuator module is explained with reference to FIG. 3. There, for different types of piezoceramics, the measured dielectric coefficient ε, which can be determined, for example, via the electrical small signal capacitance, is plotted as a function of the mechanical load S on the piezoceramic. For a hard ceramic, the measured value curve 31 shows the dependence of the dielectric coefficient ε on the mechanical load S of the ceramic. With increasing mechanical load S, the dielectric coefficient ε increases significantly. If the mechanical load S is then reduced, practically no hysteresis behavior can be seen. In contrast, for a piezoceramic medium hardness, the measured value curve 32 shows the dependence of the dielectric coefficient ε on the mechanical load S. As the mechanical load S increases, the dielectric coefficient ε increases more than for the measured value curve 31 , but if the load is reduced, hysteresis behavior occurs on. A corresponding hysteresis behavior with regard to the dependence of a measured dielectric coefficient ε as a function of the mechanical load S of the piezoceramic can be observed in the measured value curve 33 , which is based on a soft piezoceramic, as is usually used in actuator modules for common rail injection systems which is even more pronounced. Here, the dielectric coefficient ε increases even more with increasing load in a lower load range than is the case with the measured value curve 32 . In the case of the measured value curves 32 and 33 , it can be observed that when a threshold value of the mechanical load on the piezoceramic is exceeded, the dielectric coefficient ε changes from a monotonically increasing behavior at low mechanical load values to a monotonically falling dependence on the mechanical load S for high mechanical load values. However, as long as the piezoceramic, when installed in an actuator, is only subjected to a clamping force in which the dielectric coefficient ε increases with increasing mechanical load S, a measurement of the dielectric coefficient ε can be used, for example, to measure the electrical small signal capacitance , reversibly unambiguously conclude the mechanical load S of the piezoelectric body in the actuator module.
Statt auf die mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Körpers im Aktormodul über eine Messung des dielektrischen Koeffizienten des piezoelektrischen Körpers zu schließen, ist es auch möglich, eine mechanische Vorspannung dessen über andere Materialparameter, die gemessen werden, zu schließen. Für eine gute Meßgenauigkeit ist es dabei günstig, daß der untersuchte Materialparameter des piezoelektrischen Körpers eine starke Abhängigkeit von der auf ihn ausgeübten Klemmkraft aufweist. Der Zuverlässigkeit der Bestimmungsmethode ist es auch förderlich, wenn Einflüsse des Herstellungsprozesses des Aktors auf den untersuchten und ermittelten Materialparameter gegenüber Einflüssen der ausgeübten Klemmkraft klein sind. Mit solchen Verfahren ist es möglich, die mechanische Belastung, der der piezoelektrische Körper im Aktormodul ausgesetzt ist, auf einige Prozent genau zu bestimmen.Instead of the mechanical bias of the piezoelectric Body in the actuator module via a measurement of the dielectric To close coefficients of the piezoelectric body is it is also possible to over-tension it mechanically close other material parameters that are being measured. For good measurement accuracy, it is favorable that the investigated material parameters of the piezoelectric body a strong dependency on the one exercised on him Has clamping force. The reliability of the It is also conducive to the determination method if the influences of the Manufacturing process of the actuator on the examined and determined material parameters against influences of exerted clamping force are small. With such procedures it is possible to measure the mechanical load of the piezoelectric body is exposed in the actuator module to determine a few percent exactly.
Eine weitere Möglichkeit, die mechanische Belastung eines piezoelektrischen Aktors in einem fertig montierten Aktormodul zu bestimmen, besteht darin, aus der elastischen Verformung etwa des hohlzylindrischen Federelements 2 in dem in der Fig. 1 dargestellten Aktormodul 1 auf die mittels der Halteelemente 4 und 5 ausgeübte Klemmkraft auf den piezoelektrischen Aktor 3 zu schließen. Zu einer zuverlässigen Bestimmung der elastischen Verformung des hohlzylindrischen Federelements auf Grund eines Einbaus in ein Aktormodul sind an diesem die Markierungen 9 und 10 vorgesehen, welche etwa mittels Stanzen, Gravieren oder Lasererodieren angebracht werden können und deren Abstand dann günstigerweise mit einer optischen Längenmeßmethode genau bestimmt wird. Um einen relativen Längenmeßfehler gering zu halten, befinden sich auf dem hohlzylindrischen Federelement die Markierungen parallel zur Achse des hohlzylindrischen Federelements 2 im größtmöglichen Abstand voneinander. Diese Anordnung der Markierungen gewährleistet unter anderem auch, daß der Einfluß von lokal inhomogenen Dehnungen des hohlzylindrischen Federelements 2 auf den ermittelten Längenwert gering ist.Another possibility for determining the mechanical load on a piezoelectric actuator in a fully assembled actuator module consists in the elastic deformation of, for example, the hollow cylindrical spring element 2 in the actuator module 1 shown in FIG. 1 to the clamping force exerted by the holding elements 4 and 5 to conclude on the piezoelectric actuator 3 . For a reliable determination of the elastic deformation of the hollow cylindrical spring element due to an installation in an actuator module, the markings 9 and 10 are provided there, which can be applied by means of punching, engraving or laser erosion and the distance of which is then advantageously determined precisely using an optical length measurement method , In order to keep a relative length measurement error low, the markings are located on the hollow cylindrical spring element parallel to the axis of the hollow cylindrical spring element 2 at the greatest possible distance from one another. This arrangement of the markings also ensures, among other things, that the influence of locally inhomogeneous expansions of the hollow cylindrical spring element 2 on the determined length value is small.
Die Anforderungen an die Genauigkeit der verwendeten Längenmeßmethode sind dabei allerdings relativ hoch. Beispielsweise bei Einsatz eines hohlzylindrischen Federelements mit einer für Aktormodule üblichen Federsteifheit von 3,5 N/µm und einer mechanischen Vorspannung des piezoelektrischen Aktors von 850 N ergibt sich eine bleibende Längenänderung von lediglich 243 µm. Soll die mechanische Belastung eines piezoelektrischen Körpers mit einem relativen Fehler von 5 Prozent bestimmt werden, so ist es erforderlich, die mechanische Vorspannung des hohlzylindrischen Federelements mit einer Genauigkeit von ± 40 N zu bestimmen. Dies entspricht einem Fehler in der Längenmessung von nur ± 10 µm. The accuracy requirements of the used Length measurement methods are, however, relatively high. For example, when using a hollow cylindrical Spring element with a usual for actuator modules Spring stiffness of 3.5 N / µm and a mechanical Preload of the piezoelectric actuator of 850 N results there is a permanent change in length of only 243 µm. Should the mechanical load on a piezoelectric body with a relative error of 5 percent it required the mechanical preload of the hollow cylindrical spring element with an accuracy of ± 40 N to be determined. This corresponds to an error in the Length measurement of only ± 10 µm.
An Hand der Fig. 4 ist ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Vorspannung eines Federelements in einem Aktormodul mit piezoelektrischem Körper beschrieben. Hierbei wird auf das gesamte Aktormodul eine Zugbelastung ausgeübt, welche eine elastische Verformung des Federelements mit dem piezoelektrischen Aktor in ihm zur Folge hat. Diese elastische Verformung äußert sich in einer Änderung der Längendehnung des Aktormoduls, welche wiederum entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren nachgewiesen werden kann. Wird eine Änderung der Längendehnung Δl des Aktormoduls als Funktion einer an dieses angelegten Zugkraft F gemessen, so ergibt sich der in der Fig. 4 dargestellte Kurvenverlauf 41. Solange die auf das Aktormodul ausgeübte Zugkraft kleiner als die Klemmkraft ist, verhält sich das Gesamtsystem steif, da die Gesamtsteifigkeit des Systems sich aus der Federsteifigkeit und der Steifigkeit des piezoelektrischen Aktors ergibt. Solange die Halteelemente des piezoelektrischen Aktors im Aktormodul von diesem noch nicht abheben, wird daher die Aktorsteifigkeit des Gesamtsystems von der Steifigkeit des piezoelektrischen Aktors bestimmt, die üblicherweise im Bereich von 50 N/µm liegt. Übersteigt jedoch die Zugbelastung des Aktormoduls die mittels der Halteelemente auf den piezoelektrischen Aktor ausgeübte Klemmkraft, so heben die Halteelemente vom piezoelektrischen Aktor ab und die Steifigkeit des Gesamtsystems wird nur noch durch die Steifigkeit des hohlzylindrischen Federelements bestimmt, die etwa im Bereich von 3 N/µm liegen kann. Dies führt zu einem abruptem Wechsel der Abhängigkeit der Längendehnung des Aktormoduls als Funktion der auf dieses ausgeübten Zugbelastung aus dem Bereich 43 in den Bereich 44. Wird bei dem Kurvenverlauf 41 in Fig. 4 das Verhalten in den Bereichen 43 und 44 extrapoliert, so kann aus dem Schnittpunkt 42 der extrapolierten Bereiche auf die Klemmkraft geschlossen werden, die auf den piezoelektrischen Aktor im Aktormodul ausgeübt wird. Diese Klemmkraft beträgt im an Hand der Fig. 4 erläuterten Beispiel 850 N.Another method for determining the mechanical preload of a spring element in an actuator module with a piezoelectric body is described with reference to FIG. 4. In this case, a tensile load is exerted on the entire actuator module, which results in an elastic deformation of the spring element with the piezoelectric actuator in it. This elastic deformation manifests itself in a change in the longitudinal expansion of the actuator module, which in turn can be verified in accordance with the previously described method. If a change in the longitudinal expansion Δl of the actuator module is measured as a function of a tensile force F applied to it, the curve 41 shown in FIG. 4 results. As long as the tensile force exerted on the actuator module is less than the clamping force, the overall system behaves stiffly, since the overall rigidity of the system results from the spring rigidity and the rigidity of the piezoelectric actuator. As long as the holding elements of the piezoelectric actuator in the actuator module have not yet been lifted off, the actuator rigidity of the overall system is therefore determined by the rigidity of the piezoelectric actuator, which is usually in the range of 50 N / μm. However, if the tensile load on the actuator module exceeds the clamping force exerted on the piezoelectric actuator by means of the holding elements, the holding elements lift off the piezoelectric actuator and the rigidity of the overall system is only determined by the rigidity of the hollow cylindrical spring element, which is approximately in the range of 3 N / µm can lie. This leads to an abrupt change in the dependence of the longitudinal expansion of the actuator module as a function of the tensile load exerted on it from the area 43 to the area 44 . If the behavior in the areas 43 and 44 is extrapolated in the curve course 41 in FIG. 4, it can be concluded from the intersection 42 of the extrapolated areas that the clamping force is exerted on the piezoelectric actuator in the actuator module. In the example explained with reference to FIG. 4, this clamping force is 850 N.
Es sei bemerkt, daß sich mit diesem Verfahren die auf den piezoelektrischen Aktor im Aktormodul ausgeübte Klemmkraft mit einer relativen Genauigkeit bestimmen läßt, die unterhalb von einem Prozent liegt. Gegenüber den zuvor beschriebenen Verfahren zur Bestimmung der mechanische Vorspannung eines piezoelektrischen Aktors in einem Aktormodul hat dieses Verfahren den Vorteil, daß die mechanische Belastung des piezoelektrischen Körpers direkt bestimmt wird und nicht von irgendwelchen anderen, möglicherweise unbekannten Materialgrößen abhängt. Allerdings ist der hierfür zu treibende meßtechnische Aufwand deutlich höher, und das Aktormodul kann bei nicht ausreichend vorsichtiger Behandlung auf Grund eines Verlustes der Justage im Meßverfahren zerstört werden.It should be noted that this procedure applies to the piezoelectric actuator in the actuator module exerted clamping force can be determined with a relative accuracy that below of one percent. Compared to the previously described Method for determining the mechanical preload of a piezoelectric actuator in an actuator module has this Process the advantage that the mechanical load on the piezoelectric body is determined directly and not by any other, possibly unknown Material sizes depends. However, this is too driving metrological effort significantly higher, and that Actuator module can with insufficient careful treatment due to loss of adjustment in the measuring process be destroyed.
Claims (10)
die Polarisation des piezoelektrischen Aktors (3) als Funktion eines an diesen angelegten elektrischen Feldes (E) gemessen wird,
die Dehnung des piezoelektrischen Aktors (3) als Funktion eines an diesen angelegten elektrischen Feldes (E) gemessen wird und
aus den Meßwerten für Polarisation und Dehnung des piezoelektrischen Aktors (3) auf eine mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors (3) geschlossen wird.1. Method for determining the mechanical bias of a piezoelectric actuator ( 3 ) in an actuator module ( 1 ), in which the piezoelectric actuator ( 3 ) between a first holding element ( 4 ) and a second holding element ( 5 ) by means of a spring element ( 2 ) mechanical bias of the piezoelectric actuator ( 3 ) is clamped in the
the polarization of the piezoelectric actuator ( 3 ) is measured as a function of an electric field (E) applied to it,
the elongation of the piezoelectric actuator ( 3 ) is measured as a function of an electrical field (E) applied to it and
a mechanical bias of the piezoelectric actuator ( 3 ) is inferred from the measured values for polarization and elongation of the piezoelectric actuator ( 3 ).
Meßkurven für Polarisation (21a, 21c) und Dehnung (21b, 21d) des piezoelektrischen Aktors (3) als Funktion eines an diesen angelegten elektrischen Feldes (E) aufgenommen werden,
die Meßkurven (21a, 21b, 21c, 21d) mit einer in einem elektronischen Speicher abgelegten Kurvenschar (22a, 22b, 22c, 22d) verglichen werden, und
aus dem Vergleich auf eine mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors (3) geschlossen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that
Measurement curves for polarization ( 21 a, 21 c) and strain ( 21 b, 21 d) of the piezoelectric actuator ( 3 ) as a function of an electrical field (E) applied to them are recorded,
the measurement curves ( 21 a, 21 b, 21 c, 21 d) are compared with a family of curves ( 22 a, 22 b, 22 c, 22 d) stored in an electronic memory, and
a mechanical bias of the piezoelectric actuator ( 3 ) is inferred from the comparison.
der dielektrische Koeffizient (ε) des piezoelektrischen Aktors (3) gemessen wird und
aus dem gemessenen Wert des dielektrischen Koeffizienten (ε) auf die mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors (3) geschlossen wird.4. A method for determining the mechanical bias of a piezoelectric actuator ( 3 ) in an actuator module ( 1 ) in which the piezoelectric actuator ( 3 ) between a first holding element ( 4 ) and a second holding element ( 5 ) by means of a spring element ( 2 ) mechanical bias of the piezoelectric actuator ( 3 ) is clamped in the
the dielectric coefficient (ε) of the piezoelectric actuator ( 3 ) is measured and
the mechanical bias of the piezoelectric actuator ( 3 ) is inferred from the measured value of the dielectric coefficient (ε).
in dem Aktormodul (1) die Dehnung des Federelements (2) zur mechanischen Vorspannung des piezoelektrischen Aktors (3) bestimmt wird,
die ermittelte Dehnung mit einer Dehnung des Federelements (2) in einem Zustand verglichen wird, in dem dieses keine Kraft auf die Halteelemente (4, 5) und den piezoelektrischen Aktor (3) ausübt, und
aus einem Vergleich der beiden Dehnungen auf eine mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors (3) geschlossen wird.5. A method for determining the mechanical bias of a piezoelectric actuator ( 3 ) in an actuator module ( 1 ) in which the piezoelectric actuator ( 3 ) between a first holding element ( 4 ) and a second holding element ( 5 ) by means of a spring element ( 2 ) mechanical bias of the piezoelectric actuator ( 3 ) is clamped in the
the elongation of the spring element ( 2 ) for mechanical pretensioning of the piezoelectric actuator ( 3 ) is determined in the actuator module ( 1 ),
the determined elongation is compared with an elongation of the spring element ( 2 ) in a state in which it does not exert any force on the holding elements ( 4 , 5 ) and the piezoelectric actuator ( 3 ), and
a mechanical preload of the piezoelectric actuator ( 3 ) is inferred from a comparison of the two strains.
die Kraft-Weg-Kurve des Federelements (2) zur mechanischen Vorspannung des piezoelektrischen Aktors (3) in dem Aktormodul (1) ermittelt wird, und
aus dem Verlauf der Kraft-Weg-Kurve auf eine mechanische Vorspannung des piezoelektrischen Aktors (3) geschlossen wird.6. A method for determining the mechanical bias of a piezoelectric actuator ( 3 ) in an actuator module ( 1 ) in which the piezoelectric actuator ( 3 ) between a first holding element ( 4 ) and a second holding element ( 5 ) by means of a spring element ( 2 ) mechanical bias of the piezoelectric actuator ( 3 ) is clamped in the
the force-displacement curve of the spring element ( 2 ) for the mechanical prestressing of the piezoelectric actuator ( 3 ) in the actuator module ( 1 ) is determined, and
a mechanical prestress of the piezoelectric actuator ( 3 ) is inferred from the course of the force-displacement curve.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |