DE102004005227A1

DE102004005227A1 - Piezoaktor mit mindestens einem Paar Innenelektroden

Info

Publication number: DE102004005227A1
Application number: DE102004005227A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2005-08-18
Also published as: JP2007520068A; EP1714329A1; WO2005076377A1

Abstract

Ein insbesondere für ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine vorgesehener Piezoaktor (10) umfasst einen Aktorkörper (12) aus einem piezoelektrischen Material und mindestens ein Paar Innenelektroden (14), die in dem Aktorkörper (12) angeordnet, nach außen geführt und jeweils einzeln an einer Außenfläche (16, 28) des Aktorkörpers (12) mittels einer von zwei Außenelektroden (18) kontaktiert sind. Erfindungsgemäß sind die Außenelektroden (18) derart groß ausgebildet, dass sie die nach außen geführten Innenelektroden (14) an der Außenfläche (16, 28) des Aktorkörpers (12) im Wesentlichen vollständig überdecken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Piezoaktor, insbesondere für ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine, mit einem Aktorkörper aus einem piezoelektrischen Material, mindestens einem Paar Innenelektroden, die in dem Aktorkörper angeordnet, nach außen geführt und jeweils einzeln an einer Außenfläche des Aktorkörpers mittels einer von zwei Außenelektroden kontaktiert sind.

Piezoaktoren dieser Art werden insbesondere verwendet, um damit einen Ventilstößel an einem Einspritzventil der Brennkraftmaschine zu steuern und entsprechend gezielt flüssigen Brennstoff zuzuführen. Bei derartigen Anwendungsfällen befindet sich der Aktorkörper des Piezoaktors als so genannter "nasser Aktor" unter Umständen innerhalb des flüssigen Brennstoffes, der durch das Einspritzventil gefördert wird, und ist dabei auch dessen Druck von bis zu 1800 bar ausgesetzt. Durch den vergleichsweise hohen Druck kann es zu einer Beschädigung der am Aktorkörper angeordneten Innenelektroden kommen, indem das vergleichsweise weiche Material dieser Innenelektroden, wie beispielsweise Silberpalladium, aufgrund des hohen Druckes in das Innere des Aktorkörpers extrodiert bzw. gedrängt wird.

Aufgabe und Lösung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Piezoaktor der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine Beschädigung der Innenelektroden am Aktorkörper selbst dann vermieden ist, wenn der Aktorkörper als so genannter „nasser Aktor" innerhalb des unter hohem Druck stehenden flüssigen Brennstoffs arbeitet.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Piezoaktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, bei dem die Außenelektroden derart groß ausgebildet sind, dass die nach außen geführten Innenelektroden an der Außenfläche des Aktorkörpers im Wesentlichen vollständig von den Außenelektroden überdeckt sind.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass an einem Aktorkörper dessen Innenelektroden mit Hilfe der ohnehin vorhandenen Außenelektroden gezielt geschützt werden können, indem die Außenelektroden derart groß ausgebildet werden, dass sie die Innenelektroden an der Außenfläche des Aktorkörpers überdecken. Die Innenelektroden sind dann durch das vergleichsweise stabile Material der Außenelektrode geschützt und ein Extrodieren des weichen Materials der Innenelektroden in den Aktorkörper hinein ist sicher verhindert.

Die erfindungsgemäße Gestaltung eines Piezoaktors eignet sich sowohl für ein Eckdesign von Innenelektroden, als auch für ein Interdigitales-Design. So können bei einem im Wesentlichen quaderförmigen Aktorkörper die Außenelektroden jeweils zwei nebeneinander befindliche Seitenflächen des im Wesentlichen quaderförmigen Aktorkörpers vollständig überdecken, derart, dass unter diesen Außenelektroden nach außen geführte Eckdesign-Innenelektroden sicher geschützt sind.

Ferner können erfindungsgemäß auch im Wesentlichen zylindrische Aktorkörper geschützt werden, indem mit Hilfe von Außenelektroden jeweils eine Hälfte der Mantelfläche des im Wesentlichen zylindrischen Aktorkörpers vollständig überdeckt ist.

Die erfindungsgemäße Wirkung des Schutzes von Innenelektroden in einem Aktorkörper wird erzielt, indem die Ausdehnung der zugehörigen Außenelektroden entsprechend groß gestaltet ist. Eine weitere besondere Anpassung oder Umgestaltung der Außenelektroden ist nicht erforderlich. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß auf bewerte Techniken der Kontaktierung von Außenelektroden an Innenelektroden zurückgegriffen werden. So sind bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Piezoaktors die Außenelektroden jeweils mit einer an dem Aktorkörper angebrachten Grundmetallisierung gestaltet, wie es auch bei herkömmlichen Piezoaktoren möglich ist.

Um für die erfindungsgemäßen Außenelektroden die gewünschte Stabilität und Druckfestigkeit gegenüber dem den Aktorkörper umgebenden Kraftstoffdruck zu gewährleisten, sind die erfindungsgemäßen Außenelektroden vorteilhaft mit einem Verformungsmaterial gebildet, insbesondere nach Art eines Siebes oder Netzes mit einer Vielzahl von Drähten, welches sowohl elektrisch leitfähig, als auch ausreichend steif und zugleich ausreichend flexibel ist, um den Expansions- und Kompressions-Bewegungen des Aktorkörpers folgen zu können.

Ein derartiges erfindungsgemäßes Verformungsmaterial ist insbesondere vorteilhaft auf der Grundmetallisierung angelötet, denn sowohl die Grundmetallisierung als auch das Lot bilden einen zusätzlichen Schutz der darunter liegenden Innenelektroden.

Da auch durch die Grundmetallisierung der Außenelektroden ein gewisser Schutz der darunter liegenden Innenelektroden zu erreichen ist, kann es bei bestimmten Anwendungsfällen ausreichend sein, wenn allein die Grundmetallisierungen der Außenelektroden derart groß ausgebildet sind, dass sie die nach außen geführten Innenelektroden an der Außenfläche des Aktorkörpers im Wesentlichen vollständig überdecken. An derartigen Grundmetallisierungen können dann Verformungsmaterialien, insbesondere nach Art eines Siebes oder Netzes mit einer Vielzahl von Drähten elektrisch leitend angelötet oder angeklebt sein, deren Ausdehnung im Vergleich zu den verhältnismäßig großflächigen Grundmetallisierungen klein ist.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Außenelektroden und der zugehörige Aktorkörper können schließlich gegenüber dem umgebenden flüssigen Kraftstoff noch mit Hilfe einer Isolierschicht geschützt sein.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Piezoaktoren anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 die Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Piezoaktors,
2 die Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Piezoaktors, und
3 einen Teilschnitt einer Seitenansicht des Piezoaktors gemäß 2.
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Piezoaktors 10 veranschaulicht, der als so genannter "nasser Aktor" in einer Brennstoffkammer bzw. einem Brennstoffventil angeordnet ist und als wesentliches Bauelement einen quaderförmigen Aktorkörper 12 umfasst. Der Aktorkörper 12 ist aus einzelnen geschichteten scheibenförmigen Elementen aus piezoelektrischem Material aufgebaut, zwischen denen ebenfalls scheibenförmige Innenelektroden 14 angeordnet sind. Die Innenelektroden 14 sind bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Eckdesign-Innenelektroden gestaltet und erstrecken sich L-förmig entlang von zwei benachbarten Seitenflächen 16 des quaderförmigen Aktorkörpers 12. Die Innenelektroden 14 ragen von diesen Seitenflächen 16 ein gewisses Maß in den Aktorkörper 12 hinein. Sie sind demnach im Inneren des Aktorkörpers 12 angeordnet und zu dessen Seitenflächen 16 hin nach außen geführt.
Dort treffen die Innenelektroden 14 mit Außenelektroden 18 zusammen, die derart groß ausgebildet sind, dass von den Außenelektroden 18 die nach außen geführten Innenelektroden 16 an den Seitenflächen 16 des Aktorkörpers 12 im Wesentlichen vollständig überdeckt sind.
Die Außenelektroden 18 sind jeweils mit zwei Streifen von Grundmetallisierungen 20 gebildet, die sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Aktorkörpers 12 hinweg jeweils an einer Seitenfläche 16 derart groß erstrecken, dass die nach außen geführten Innenelektroden 14 an den Seitenflächen 16 des Aktorkörpers 12 auch von den Grundmetallisierungen 20 im Wesentlichen vollständig überdeckt sind.
An jeweils zwei zu einer Innenelektrode 14 gehörenden Grundmetallisierungen 20 ist ein um die Ecke des Aktorkörpers 12 herumgeführtes Sieb-Verformungsmaterial 22 aus einer elektrisch leitenden, flexiblen Drahtstruktur mit Hilfe eines Lotes 24 elektrisch leitend befestigt. Das Sieb-Verformungsmaterial 22 ermöglicht eine Expansion und Kontraktion des Aktorkörpers 12 mit den darin angeordneten Innenelektroden 14 und ist zugleich ausreichend steif sowie ausreichend groß ausgebildet, dass die darunter liegenden Grundmetallisierungen 20 und insbesondere auch die zugehörigen nach außen geführten Innenelektroden 14 gegen hohen Druck des flüssigen Brennstoffs geschützt sind, der den Piezoaktor 10 umgibt.
Damit zwischen den Außenelektroden 18 und dem umgebenden flüssigen Brennstoff ferner eine elektrische Isolation sichergestellt ist, sind sämtliche Außenelektroden 18 und der darunter bzw. darin angeordnete Aktorkörper 12 von einer Isolationsschicht 26 aus einem elektrisch nicht leitenden Kunststoff umgeben.
In den 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Piezoaktors 10 veranschaulicht, der ebenfalls als sogenannter „nasser Aktor" zum Dosieren von flüssigem Brennstoff an einem Einspritzventil einer Brennkraftmaschine dient.
Der Piezoaktor 10 gemäß den 2 und 3 ist mit einem im Wesentlichen kreiszylindrischen Aktorkörper 12 gebildet, an dem Innenelektroden 14 im Interdigitalen-Design angeordnet sind. Wie auch bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Innenelektroden 14 gemäß 2 nach außen an eine Mantelfläche 28 des kreiszylindrischen Aktorkörpers 12 geführt und dort mit schalenförmigen Grundmetallisierungen 20 elektrisch verbunden. Auf den Grundmetallisierungen 20 sind ebenfalls schalenförmige Sieb-Verformungsmaterialien 22 angelötet.
Die derart gebildeten Außenelektroden 18 sind wiederum derart groß gestaltet, dass sie die nach außen geführten Innenelektroden 14 an der Mantelfläche 28 des Aktorkörpers 12 im Wesentlichen vollständig überdecken.

Claims

Piezoaktor (10), insbesondere für ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine, mit einem Aktorkörper (12) aus einem piezoelektrischen Material und mindestens einem Paar Innenelektroden (14), die in dem Aktorkörper (12) angeordnet, nach außen geführt und jeweils einzeln an einer Außenfläche (16, 28) des Aktorkörpers (12) mittels einer von zwei Außenelektroden (18) kontaktiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenelektroden (18) derart groß ausgebildet sind, dass sie die nach außen geführten Innenelektroden (14) an der Außenfläche (16, 28) des Aktorkörpers (12) im Wesentlichen vollständig überdecken.
Piezoaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorkörper (12) im Wesentlichen quaderförmig gestaltet ist (1) und die Außenelektroden (18) jeweils zwei nebeneinander befindliche Seitenflächen (16) des im Wesentlichen quaderförmigen Aktorkörpers (12) im Wesentlichen vollständig überdecken.
Piezoaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorkörper (12) im Wesentlichen zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch gestaltet ist (2) und die Außenelektroden (18) jeweils eine Hälfte der Mantelfläche (28) des im Wesentlichen zylindrischen Aktorkörpers (12) im Wesentlichen vollständig überdecken.
Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenelektroden (18) mit einer an dem Aktorkörper (12) angebrachten Grundmetallisierung (20) gestaltet sind.
Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenelektroden (18) mit einem Verformungsmaterial (22), insbesondere nach Art eines Siebes oder Netzes mit einer Vielzahl von Drähten gestaltet sind.
Piezoaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungsmaterial (22) insbesondere auf der Grundmetallisierung (20) angelötet ist.
Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenelektroden (18) und der Aktorkörper (12) insbesondere an seinen Seitenflächen (16) oder seiner Mantelfläche (28) mit einer Isolationsschicht (26) umgeben sind.