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Die
Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Stellglied mit
einem piezoelektrischen Schichtelement, auf ein Herstellungsverfahren
dafür und
auf eine Einspritzdüse
zur Kraftstoffeinspritzung mit einem solchen darin eingebauten piezoelektrischen
Stellglied.
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Wenn
ein piezoelektrisches Schichtelement lastfrei betrieben wird, besteht
generell die Möglichkeit,
dass es in den übereinander
geschichteten Keramikschichten oder Elektrodenschichten zu einer Schichttrennung
kommt, bei der einige der miteinander verbundenen Schichten durch
die Antriebskraft getrennt werden, die in dem piezoelektrischen Schichtelement
aufgrund des piezoelektrischen Effekts entsteht.
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Angesichts
dessen muss bei der Verwendung eines piezoelektrischen Schichtelements
eine Vorlast (eingestellte Last) aufgebracht werden, die größer oder
gleich einem vorgeschriebenen Betrag ist und das piezoelektrische
Schichtelement in Axialrichtung zusammenpresst.
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Bei
einem piezoelektrischen Stellglied, das das piezoelektrische Schichtelement
in einem Gehäuse
beherbergt, das einen aus einem Metallbalg oder dergleichen bestehenden
Expansions-/Kontraktionsabschnitt hat, kann der Fall auftreten,
dass das piezoelektrische Schichtelement so in dem Gehäuse untergebracht
ist, das es, wenn das piezoelektrische Stellglied allein verwendet
wird, zu einer Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts kommt.
Mit anderen Worten wird die Vorlast dabei durch die elastische Kraft
erzeugt, die die Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts
des Gehäuses begleitet. (Siehe
hierzu beispielsweise JP 2002-26410 A, Absatz [0008] der Beschreibung
und 1.) Dieses herkömmliche
piezoelektrische Stellglied hat jedoch das folgende Problem: Auf
dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt, der sich unter Erzeugung
der elastischen Kraft ausdehnt, wirkt ständig eine Zugspannung, weswegen
es leicht zu einem Ermüdungsdefekt
kommt.
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Wenn
auf dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt ständig eine Zugspannung wirkt,
besteht die Tendenz, dass sich dessen Ermüdungsdauerfestigkeit verkürzt und
dass sich für
das piezoelektrische Stellglied nur schwer eine ausreichende Produktlebensdauer
sicher stellen lässt.
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Angesichts
dieses Problems liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein piezoelektrisches Stellglied
mit hervorragender Haltbarkeit, ein Herstellungsverfahren dafür und eine
Einspritzdüse
zur Kraftstoffeinspritzung mit einem solchen darin eingebauten piezoelektrischen
Stellglied zur Verfügung
zu stellen.
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Eine
erste Ausgestaltung der Erfindung sieht hierzu ein piezoelektrisches
Stellglied vor, das ein piezoelektrisches Schichtelement in einem
Aufbewahrungsgehäuse
beherbergt, das einen Expansions-/Kontraktionsabschnitt
hat, der sich in seiner Axialrichtung elastisch ausdehnen und zusammenziehen
kann, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine auf der elastischen
Kraft des Expansions-/Kontraktionsabschnitts des Aufbewahrungsgehäuses basierende
Gehäuselast,
die auf das piezoelektrische Schichtelement in der Richtung wirkt,
dass es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird, weniger als ein Zehntel
der durch das piezoelektrische Schichtelement erzeugten Antriebskraft
oder weniger als 100 N beträgt
(Anspruch 1).
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In
dem obigen piezoelektrischen Stellglied gemäß der ersten Ausgestaltung
der Erfindung ist also die auf der elastischen Kraft des Expansions-/Kontraktionsabschnitts
basierende Gehäuselast,
die von dem Aufbewahrungsgehäuse
aus auf das piezoelektrische Schichtelement in der Richtung wirkt,
dass es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird, auf eine Last eingestellt,
die weniger als ein Zehntel der durch das piezoelektrische Schichtelement
erzeugten Antriebskraft oder weniger als 100 N beträgt.
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Mit
anderen Worten wird die Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts
auf einen bestimmten Bereich beschränkt, so dass der Wert der Gehäuselast
in den oben genannten Belastungsbereich fällt.
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Daher
besteht eine nur geringe Wahrscheinlichkeit, dass in dem obigen
piezoelektrischen Stellglied auf den Expansions-/Kontraktionsabschnitt ständig eine
zu große
Zugspannung wirkt.
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Und
zwar ist, wenn auf den Expansions-/Kontraktionsabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses eine
Dehnung von 0,1% aufgebracht wird, die der Expansions-/Kontraktionsverlagerung
eines üblichen
piezoelektrischen Schichtelements entspricht, die Wahrscheinlichkeit
eines Ermüdungsbruches
des Expansions-/Kontraktionsabschnitts bei wiederholter Betätigung des
piezoelektrischen Schichtelements äußerst gering, wenn die Zugbelastung
des Expansions-/Kontraktionsabschnitts bei eingerichtetem (eingebautem)
piezoelektrischen Schichtelement weniger als ein Zehntel der durch
das piezoelektrische Schicht element erzeugten Antriebskraft oder
weniger als 100 N beträgt.
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Daher
ist die auch Wahrscheinlichkeit gering, dass es zu einem Ermüdungsdefekt
des Expansions-/Kontraktionsabschnitts kommt, und kann das piezoelektrische
Stellglied über
eine lange Zeitdauer eine hervorragende Leistungsfähigkeit
zeigen.
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Das
piezoelektrische Schichtelement kann bloß ein Keramikschichtkörper sein,
der den piezoelektrischen Effekt zeigt, oder auch ein Element, dass einen
Keramikschichtkörper,
ein dessen Endflächen schützendes
Haltebauteil, ein die durch den piezoelektrischen Effekt erzeugte
Antriebskraft nach außen übertragendes
Antriebskraftübertragungsbauteil usw.
umfasst.
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Bei
der oben beschriebenen ersten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Gehäuselast
vorzugsweise weniger als ein Hunderstel der durch das piezoelektrische
Schichtelement erzeugten Antriebskraft oder weniger als 10 N (Anspruch
2).
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Wenn
sich die Last generell einstellen lässt, d.h. wenn die Zugbelastung
auf dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt bei eingerichtetem (eingebauten)
piezoelektrischen Schichtelement weniger als ein Hunderstel der
durch das piezoelektrische Schichtelement erzeugten Antriebskraft
oder weniger als 10 N beträgt,
reicht die Einrichtungsgenauigkeit bei eingerichtetem piezoelektrischem
Schichtelement aus, um die Ermüdung
des Expansions-/Kontraktionsabschnitts bei wiederholter Betätigung des piezoelektrischen
Schichtelements zu verhindern.
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Dabei
kommt es vorzugsweise zu keiner Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts und
beträgt
die Gehäuselast
Null (Anspruch drei).
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In
diesem Fall lässt
sich dadurch, dass die ständig
auf den Expansions-/Kontraktionsabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses wirkende
Zugspannung auf Null reduziert wird, die Wahrscheinlichkeit verringern,
dass es an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt zu einem Ermüdungsdefekt
kommt, und lässt
sich die Produktlebensdauer des piezoelektrischen Stellglieds weiter
verlängern.
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Die
Gehäuselast
lässt sich
beispielsweise auf Null reduzieren, indem das piezoelektrische Schichtelement
so in dem Aufbewahrungsgehäuse untergebracht
wird, dass es an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt zu keiner
Dehnung kommt.
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Eine
zweite Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Einspritzdüse zur Kraftstoffeinspritzung vor,
in der ein piezoelektrischen Stellglied eingebaut ist, das ein piezoelektrisches
Schichtelement in einem Aufbewahrungsgehäuse beherbergt, das einen Expansions-/Kontraktionsabschnitt
hat, der sich in seiner Axialrichtung elastisch ausdehnen und zusammenziehen
kann, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein elastisches
Bauteil enthält,
das in Axialrichtung des piezoelektrischen Schichtelements auf eine
Betriebsfläche,
auf der die Antriebskraft des piezoelektrischen Stellglieds wirkt,
eine Last aufbringt, und dass eine auf einer elastischen Kraft des Expansions-/Kontraktionsabschnitts
des Aufbewahrungsgehäuses
basierende Gehäuselast,
die auf das piezoelektrische Schichtelement in der Richtung wirkt,
dass es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird, in dem piezo elektrischen
Stellglied allein weniger als ein Zehntel der durch das piezoelektrische
Schichtelement erzeugten Antriebskraft oder weniger als 100 N beträgt (Anspruch
4).
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Die
Einspritzdüse
gemäß der zweiten
Ausgestaltung der Erfindung enthält
also das elastische Bauteil, um auf der Betriebsfläche des
zum Antrieb der Einspritzdüse
dienenden piezoelektrischen Stellglieds in der Axialrichtung des
piezoelektrischen Schichtelements eine Last vorzusehen bzw. auf
diese aufzubringen.
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In
der obigen Einspritzdüse
wird daher für eine
Vorlast gesorgt, die der Summe der auf der elastischen Kraft des
Expansions-/Kontraktionsabschnitts basierenden Gehäuselast,
die von dem Aufbewahrungsgehäuse
aus auf dem piezoelektrischen Schichtelement in seiner Axialrichtung
wirkt, und der durch das elastische Bauteil erzeugten Last auf dem piezoelektrischen
Schichtelement entspricht.
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Demzufolge
lässt sich
in der obigen Einspritzdüse
die ständig
auf dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt wirkende Zugspannung reduzieren, was
die vom Expansions-/Kontraktionsabschnitt zu erzeugende elastische
Kraft und seine Dehnung verringert.
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Nebenbei
gesagt steht der Ausdruck „das
piezoelektrische Stellglied allein" für
den Zustand des piezoelektrischen Stellglieds, in dem es sich befindet, wenn
es noch nicht in die Einspritzdüse
eingebaut ist.
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Da
bei der Einspritzdüse
gemäß der zweiten Ausgestaltung
der Erfindung auf das piezoelektrische Schichtelement eine ausreichende
Vorlast ausgeübt
wird, kommt es bei ihr selten zu Schwierigkeiten wie einer Schichttrennung
usw. und hat sie eine hervorragende Haltbarkeit und Zuverlässigkeit,
wobei die Wahrscheinlichkeit gering ist, dass es an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt
zu einem Ermüdungsdefekt
kommt.
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Wie
sich aus der obigen Beschreibung ergibt, lässt sich leicht eine Wartung
vornehmen, etwa ein Austausch des auf der Außenseite des piezoelektrischen
Stellglieds angeordneten elastischen Bauteils, weswegen die Einspritzdüse ihre
hervorragende Leistungsfähigkeit über eine
längere
Zeitdauer zeigen kann.
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Bei
der oben beschriebenen zweiten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Gehäuselast
vorzugsweise weniger als ein Hundertstel der durch das piezoelektrische
Schichtelement erzeugten Antriebskraft oder weniger als 10 N (Anspruch
5).
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Wenn
sich die Last generell einstellen lässt, d.h. wenn die Zugbelastung
auf dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt bei eingerichtetem (eingebauten)
piezoelektrischen Schichtelement weniger als ein Hunderstel der
durch das piezoelektrische Schichtelement erzeugten Antriebskraft
oder weniger als 10 N beträgt,
reicht die Einrichtungsgenauigkeit bei eingerichtetem piezoelektrischem
Schichtelement aus, um die Ermüdung
des Expansions-/Kontraktionsabschnitts bei wiederholter Betätigung des piezoelektrischen
Schichtelements zu verhindern.
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Dabei
kommt es vorzugsweise zu keiner Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts und
beträgt
die Gehäuselast
in dem piezoelektrischen Stellglied allein Null (Anspruch 6).
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In
diesem Fall lässt
sich dadurch, dass die Verformungslänge des Expansions-/Kontraktionsabschnitts
in dem piezoelektrischen Stellglied allein auf Null gehalten wird,
die Wahrscheinlichkeit verringern, dass es an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt in
dem in der Einspritzdüse
eingebauten piezoelektrischen Stellglied zu einem Ermüdungsdefekt
kommt.
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Dadurch
ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass es in der oben beschriebenen
Einspritzdüse
an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt des piezoelektrischen Stellglieds
zu einem Ermüdungsdefekt kommt,
und kann die Einspritzdüse
ihre hervorragende Leistungsfähigkeit über eine
längere
Zeitdauer beibehalten.
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In
dem Zustand, in dem das piezoelektrische Schichtelement in der Einspritzdüse eingebaut
ist und das elastische Bauteil darauf eine Vorspannkraft ausübt, ist
die Vorlast, die auf das piezoelektrische Schichtelement in der
Richtung wirkt, in der es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird,
vorzugsweise größer oder
gleich einem Viertel der durch das piezoelektrische Schichtelement
erzeugten Antriebskraft (Anspruch 7).
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In
diesem Fall kann in Axialrichtung für eine ausreichende Vorlast
auf das piezoelektrische Schichtelement gesorgt werden, das die
zur Betätigung
der Einspritzdüse
dienende Antriebskraft erzeugt.
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Dadurch,
dass die ständig
auf das Expansions-/Kontraktionsabschnitt wirkende Zugspannung reduziert
wird, lässt
sich die Wahrscheinlichkeit verringern, dass es in dem piezoelektrischen
Schichtelement zu Schwierigkeiten wie einer Schichttrennung kommt,
während
gleichzeitig die Ermüdungsdauerfestigkeit
verlängert
wird.
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Eine
dritte Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung
eines piezoelektrischen Stellglieds vor, das ein piezoelektrisches Schichtelement
in einem Aufbewahrungsgehäuse beherbergt,
das einen rohrförmigen
Stammabschnitt, der zumindest teilweise einen Expansions-/Kontraktionsabschnitt
umfasst, der sich in seiner Axialrichtung elastisch ausdehnen und
zusammenziehen kann, und eine Antriebstafel hat, die an einem Ende
des Stammabschnitts angeordnet ist und auf der die Antriebskraft
des piezoelektrischen Schichtelements wirkt, und bei dem mit dem
anderen Ende des Stammabschnitts ein Fuß verbunden ist, wobei das
Verfahren gekennzeichnet ist durch:
einen Elementausbildungsvorgang,
in dem das piezoelektrische Schichtelement hergestellt wird;
einen
Unterbringungsvorgang, in dem das piezoelektrische Schichtelement
durch einen offenen Endabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses eingeführt und
in Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses an einer vorgeschriebenen
Position eingerichtet wird; und
einen Verbindungsvorgang, in
dem der Fuß so
mit dem offenen Endabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses verbunden
wird, dass eine in Axialrichtung gelegene Endfläche des Fußes mit der hinteren Endfläche des
in dem Aufbewahrungsgehäuse
untergebrachten piezoelektrischen Schichtelements in Kontakt kommt,
wobei
das piezoelektrische Schichtelement in dem Unterbringungsvorgang
so in dem Aufbewahrungsgehäuse
des piezoelektrischen Stellglieds untergebracht wird, dass die auf
das piezoelektrische Schichtelement wirkende Gehäuselast in der Richtung, in
der es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird, weniger als ein Zehntel
der durch das piezoelektrische Schichtelement erzeugten Antriebskraft
oder weniger als 100 N beträgt
(Anspruch 8).
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Der
Unterbringungsvorgang in dem Herstellungsverfahren gemäß der dritten
Ausgestaltung der Erfindung erfolgt also auf eine solche Weise,
dass die Gehäuselast,
die auf das piezoelektrische Schichtelement in dem piezoelektrischen
Stellglied wirkt, weniger als ein Zehntel der durch das piezoelektrische Schichtelement
erzeugten Antriebskraft oder weniger als 100 N beträgt.
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Dadurch
wird in dem durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren erzielten
piezoelektrischen Stellglied die an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt
des Aufbewahrungsgehäuses
auftretende Dehnung auf einen vorgeschriebenen Bereich beschränkt.
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Durch
die Reduzierung der ständig
auf das Expansions-/Kontraktionsabschnitt wirkenden Zugspannung
lässt sich
demzufolge die Wahrscheinlichkeit verringern, dass es an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt
zu einem Ermüdungsdefekt kommt.
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Daher
lässt sich
mit dem obigen Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Stellglieds
ein piezoelektrisches Stellglied mit hervorragender Haltbarkeit
und hoher Zuverlässigkeit
herstellen.
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Bei
der oben beschriebenen dritten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Gehäuselast
in dem Unterbringungsvorgang vorzugsweise weniger als ein Hundertstel
der durch das piezoelektrische Schichtelement erzeugten Antriebskraft
oder weniger als 10 N (Anspruch 9).
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Wenn
die Last generell einstellbar ist, d.h. wenn die Zugbelastung auf
dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt bei eingerichtetem piezoelektrischem
Schichtelement weniger als ein Hundertstel der durch das piezoelektrische
Schichtelement erzeugten Antriebskraft oder weniger als 10 N beträgt, ist
die Einrichtungsgenauigkeit bei eingerichtetem piezoelektrischem
Schichtelement gegenüber
einer Ermüdung
des Expansions-/Kontraktionsabschnitts bei wiederholter Betätigung des
piezoelektrischen Schichtelements ausreichend hoch.
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In
dem Unterbringungsvorgang wird das piezoelektrische Schichtelement
vorzugsweise an einer Einrichteposition eingerichtet, die bezogen
auf eine Bezugseinführposition
des piezoelektrischen Schichtelements in dem Aufbewahrungsgehäuse in der
zur Einführrichtung
des piezoelektrischen Schichtelements entgegengesetzten Richtung
um eine Kontraktionslänge
zurückgesetzt
ist, die beim Verbindungsvorgang in Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses erzeugt
wird, wobei die Bezugseinführposition
so festgesetzt ist, dass sie eine Dehnungslänge des Expansions-/Kontraktionsabschnitts
realisiert, die beim Erzeugen einer elastischen Kraft auftritt,
die im Großen
und Ganzen der vorgeschriebenen Gehäuselast entspricht (Anspruch
10).
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In
diesem Fall wird also das piezoelektrische Schichtelement in dem
Unterbringungsvorgang an der Einrichteposition eingerichtet, die
unter Berücksichtigung
der Kontraktion festgesetzt wurde, die in dem Aufbewahrungsgehäuse auftreten
kann.
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In
dem oben beschriebenen piezoelektrischen Stellglied kann daher die
Dehnung des Expansions-/Kontraktions abschnitts so eingestellt werden, dass
sie im Großen
und Ganzen einem vorgesehenen Verformungswert entspricht.
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Demzufolge
ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass die ständig auf das Expansions-/Kontraktionsabschnitt
wirkende Zugspannung zu groß ist
und dass es in dem durch das oben beschriebene Verfahren hergestellten
piezoelektrischen Stellglied zu einem Ermüdungsdefekt kommt.
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Die
vorgeschriebene Gehäuselast
von weniger als einem Zehntel der durch das piezoelektrische Schichtelement
erzeugten Antriebskraft oder von weniger als 100 N schließt eine
Last von Null ein.
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Wenn
die vorgeschriebene Gehäuselast
Null beträgt,
kann die Bezugseinführposition
beliebig in einem Bereich zwischen einer Position, an der die Wirkendfläche des
Aufbewahrungsgehäuses
lastfrei mit der vorderen Endfläche
des piezoelektrischen Schichtelements in Kontakt kommt, und einer
Position liegen, an der ein Spalt auftritt.
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Die
Einrichteposition entspricht dabei vorzugsweise einer Position,
an der ein Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements mit
der Antriebstafel des Aufbewahrungsgehäuses in Kontakt kommt, dessen
Expansions-/Kontraktionsabschnitt um eine Verformungslänge zusammengedrückt worden
ist, die der Kontraktionslänge
des Aufbewahrungsgehäuses
minus der Dehnungslänge
des Expansions-/Kontraktionsabschnitts entspricht, die beim Erzeugen
einer elastischen Kraft auftritt, die im Großen und Ganzen der vorgeschriebenen
Gehäuselast
entspricht (Anspruch 11).
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Indem
das piezoelektrische Schichtelement in diesem Fall vollständig in
das Aufbewahrungsgehäuse
eingeführt
wird, dessen Expansions-/Kontraktionsabschnitt zusammengedrückt worden
ist, lässt sich
der Unterbringungsvorgang leicht und sicher durchführen.
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In
dem oben beschriebenen piezoelektrischen Stellglied kann die vorgeschriebene
Gehäuselast
von der Wirkendfläche
aus auf dem Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements vorgesehen bzw.
auf diesen aufgebracht werden, wenn zumindest ein Teil der in dem
Verbindungsvorgang erzeugten Kontraktionslänge des Aufbewahrungsgehäuses durch
die freie Ausdehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts aufgehoben
wird.
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Die
vorgeschriebene Gehäuselast
beträgt vorzugsweise
Null, wobei die Bezugseinführposition einer
Position entspricht, an der zwischen einem Endabschnitt in Axialrichtung
des piezoelektrischen Schichtelements und der Wirkendfläche des
Aufbewahrungsgehäuses
ein Spalt gebildet wird, der größer oder
gleich der Kontraktionslänge
ist (Anspruch 12).
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In
diesem Fall kann in dem piezoelektrischen Stellglied zwischen dem
piezoelektrischen Schichtelement und der Wirkendfläche ein
Spalt gebildet werden, durch den die an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt
des Aufbewahrungsgehäuses
auftretende Dehnung auf jeden Fall auf Null gesenkt werden.
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Dadurch,
dass die ständig
auf das Expansions-/Kontraktionsabschnitt wirkende Zugspannung auf
Null reduziert wird, lässt
sich die Wahrscheinlichkeit verringern, dass es zu einem Ermüdungsdefekt kommt.
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Der
Verbindungsvorgang entspricht dabei vorzugsweise einem Vorgang,
bei dem der Fuß mit dem
offenen Endabschnitt verschweißt
wird (Anspruch 13).
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In
diesem Fall besteht beim Verbindungsvorgang eine hohe Wahrscheinlichkeit,
dass es in der Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses zu
einer Kontraktion kommt, was das Herstellungsverfahren gemäß der dritten
Ausgestaltung der Erfindung besonders effektiv macht.
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Das
Schweißverfahren
schließt
Laserschweißen,
Elektronenstrahlschweißen, WIG-Schweißen usw.
ein.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
genauer anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es zeigen:
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1 im Schnitt den Aufbau
eines piezoelektrischen Stellglieds in einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 ein Diagramm zur Erläuterung
des Aufdruckens eines Elektrodendruckmusters im ersten Ausführungsbeispiel;
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3 ein Diagramm zur Erläuterung
des Aufschichtens eines Keramikschichtkörpers im ersten Ausführungsbeispiel;
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4 im Schnitt den Schichtaufbau
des Keramikschichtkörpers
im ersten Ausführungsbeispiel;
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5 ein Diagramm zur Erläuterung
eines Unterbringungsvorgangs im ersten Ausführungsbeispiel;
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6 ein Diagramm zur Erläuterung
des Montageaufbaus beim Unterbringungsvorgang im ersten Ausführungsbeispiel;
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7 im Schnitt den Aufbau
eines weiteren piezoelektrischen Stellglieds in einer Abwandlung des
ersten Ausführungsbeispiels;
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8 im Schnitt den Aufbau
eines weiteren piezoelektrischen Stellglieds in einer Abwandlung des
ersten Ausführungsbeispiels;
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9 ein Diagramm zur Erläuterung
der Montage in einem Unterbringungsvorgang in einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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10 im Schnitt den Aufbau
einer Einspritzdüse
mit einem darin eingebauten piezoelektrischen Stellglied in einem
dritten Ausführungsbeispiel der
Erfindung; und
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11 in einer grafischen Darstellung
den Zusammenhang zwischen der Gehäuselast und der Amplitude eines
piezoelektrischen Schichtelements in einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 8 wird im Folgenden ein piezoelektrisches
Stellglied 1 und ein Verfahren zur Herstellung dieses piezoelektrischen
Stellglieds 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
erläutert.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist
in dem piezoelektrischen Stellglied 1 dieses Ausführungsbeispiels
ein piezoelektrisches Schichtelement 10 in einem Aufbewahrungsgehäuse 20 untergebracht,
das einen Expansions-/ Kontraktionsabschnitt 21 hat, der
sich in Axialrichtung des piezoelektrischen Schichtelements 10 elastisch
ausdehnen und zusammenziehen kann.
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In
dem piezoelektrischen Stellglied 1 ist die auf der elastischen
Kraft des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 des Aufbewahrungsgehäuses 20 basierende
Gehäuselast,
die auf das piezoelektrische Schichtelement 10 in der Richtung
wirkt, in der es in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird, Null.
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Dies
wird nun genauer erläutert.
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Wie
in 1 gezeigt ist, umfasst
das piezoelektrische Schichtelement 10 einen aus abwechselnd übereinander
geschichteten Keramikschichten 111 und Elektrodenschichten 112 bestehenden
Keramikschichtkörper 11 sowie
ein Haltebauteil 12 und ein Übertragungsbauteil 13,
die in Aufschichtungsrichtung mit den beiden Endflächen des
Keramikschichtkörpers 11 verbunden
sind.
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Der
Keramikschichtkörper 11 enthält 50 bis 700
Schichten, in denen die 50 bis 200 μm dicken Keramikschichten 111 und
die 0,5 bis 5 μm
dicken Elektrodenschichten 112 abwechselnd übereinander
geschichtet sind.
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Wie
in 3 gezeigt ist, hat
der Keramikschichtkörper 11 in
diesem Ausführungsbeispiel
einen Teilelektrodenaufbau aus übereinander
geschichteten Keramiklagenplättchen 521,
auf denen ein Elektrodenabschnitt 503 und ein Leerabschnitt 504 ausgebildet
sind.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist
an der Außenumfangsfläche des
Keramikschichtkörpers 11 ein
Paar Seitenebenen 115 ausgebildet, die zueinander entgegengesetzt
liegen und parallel zur Axialrichtung des Keramikschichtkörpers 11 verlaufen,
und ist die Querschnittsfläche
des Keramikschichtkörpers 11 in der
zur Aufschichtungsrichtung des Keramikschichtkörpers 11 senkrechten
Richtung im Großen
und Ganzen tonnenförmig.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist
mit den Seitenebenen 115 jeweils eine Seitenelektrode 116 verbunden.
Die Seitenelektroden 116 sind jeweils elektrisch mit den
Elektrodenschichten 112 verbunden, die die Elektrodenabschnitte 503 enthalten,
die bei jeder zweiten Schicht an der Seitenebene 115 frei
liegen, wobei die elektrisch mit einer der Seitenelektroden 116 verbundenen
Elektrodenschichten 112 elektrisch von den mit der anderen
Seitenelektrode 116 verbundenen Elektrodenschichten 112 isoliert
sind.
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Ein
Endabschnitt der Seitenelektrode 116 ist elektrisch mit
einem Elektrodenanschluss 117 verbunden, der, wie in 1 gezeigt ist, an dem mit
der Endfläche
des Keramikschichtkörpers 11 verbundenen
Haltebauteil 12 angeordnet ist.
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Das
piezoelektrische Stellglied 1 ist so gestaltet, dass dann,
wenn mit dem piezoelektrischen Schichtelement 10 der später noch
ausführlicher
beschriebene Fuß 30 verbunden
wird, über
die Elektrodenanschlüsse 117 die
Seitenelektroden 116 und ein Paar durch den Fuß 30 gehender
Außenelektroden 31 verbunden
werden.
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Das
piezoelektrische Schichtelement 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel
so gestaltet, dass eine Antriebskraft erzeugt wird, wenn von den
Außenelektroden 31 aus
elektrische Energie zugeführt wird.
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Wie
in 1 gezeigt ist, hat
das Übertragungsbauteil 13 an
der anderen Endfläche
des Keramikschichtkörpers 11 im
Großen
und Ganzen eine Doppelsäulenform,
bei der zwei Säulenarten
miteinander verbunden sind, da es einen Verbindungsabschnitt 131 mit
einem Durchmesser, der im Großen und
Ganzen dem des Keramikschichtkörpers 11 entspricht,
und einen Stababschnitt 132 mit einem Durchmesser, der
kleiner als der Verbindungsabschnitt 131 ist, umfasst.
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Die
vordere Endfläche
des Stababschnitts 132 kommt bei Verwendung des piezoelektrischen Stellglieds 1 mit
einer Wirkendfläche 221 des
Aufbewahrungsgehäuses 20 in
Kontakt, die später
beschrieben wird.
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Wie
in 1 gezeigt ist, hat
das Aufbewahrungsgehäuse
20 im Großen
und Ganzen eine Becherform und umfasst einen zylinderförmigen Stammabschnitt 24 und
eine Antriebstafel 22, die eine Betriebsfläche 100 zur Übertragung
der Antriebskraft des piezoelektrischen Stellglieds 1 bildet.
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Auf
der Rückseite
der Antriebstafel 22 ist die Wirkendfläche 221 ausgebildet,
die mit der vorderen Endfläche
des Übertragungsbauteils 13 in
Kontakt kommt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, enthält der Stammabschnitt 24 den
Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21, der aus einem Metallbalg
besteht und in der Nähe
des Endabschnitts nahe der Wirkendfläche 221 angeordnet
ist. Der Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 ist so gestaltet,
dass er so an den Außenumfangsseiten
des Stababschnitts 132 des Übertragungsbauteils 13 des
piezoelektrischen Schichtelements 10 eingerichtet ist,
dass zwischen dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 und
der Außen umfangsfläche des
Stababschnitts 132 ein vorgeschriebener Spalt vorhanden
ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Antriebstafel 22 nahe dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 mit
dem Endabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses 20 durch Laserschweißung verbunden.
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Der
mit der Antriebstafel 22 verbundene Abschnitt des Aufbewahrungsgehäuses 20 kann
mit Hilfe einer Hydraulikpresse usw. durch Tiefziehen einstückig mit
dem Stammabschnitt 24 ausgebildet werden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, besteht
der Fuß 30 aus
einem im Großen
und Ganzen säulenförmigen Bauteil
aus rostfreiem Stahl SUS304, durch das ein Paar Außenelektroden 31 geht.
Die Spalte zwischen dem Fuß 30 und
den durch ihn hindurch gehenden Außenelektroden 31 sind
mit luftdicht schließenden Glasdichtungen 33 abgedichtet.
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Darüber hinaus
ist an dem Endabschnitt des Fußes 30 nahe
dem Aufbewahrungsgehäuse 20 ein Einfuhrabschnitt 32 ausgebildet,
der in den Stammabschnitt 24 des Aufbewahrungsgehäuses 20 einzuführen ist.
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In
dem piezoelektrischen Stellglied 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
sind das Aufbewahrungsgehäuse 20 und
der Fuß 30 wie
in 1 gezeigt durch Laserschweißung an
dem in den Stammabschnitt 24 eingeführten Einfuhrabschnitt 32 verbunden.
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In
dem piezoelektrischen Stellglied 1 ist die Unterbringungsposition
des piezoelektrischen Schichtelements 10 in dem Aufbewahrungsgehäuse 20 dadurch
festgesetzt, dass der Endabschnitt des Fußes 30 nahe dem Einfuhr abschnitt 32 mit
dem Endabschnitt des Haltebauteils 12 des piezoelektrischen
Schichtelements 10 in Kontakt kommt.
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Als
Nächstes
wird das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Stellglieds 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
erläutert.
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Der
Herstellungsablauf für
das piezoelektrische Stellglied 1 umfasst: einen Elementausbildungsvorgang,
in dem das piezoelektrische Schichtelement 10 hergestellt
wird; einen Unterbringungsvorgang, in dem das piezoelektrische Schichtelement 10 durch
einen offenen Endabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses 20 eingeführt und
an einer vorgeschriebenen Position in Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses 20 eingerichtet
wird; und einen Verbindungsvorgang, in dem der Fuß 30 so
mit dem offenen Endabschnitt des Aufbewahrungsgehäuses 20 verbunden
wird, dass die Endfläche
des Fußes 30 in
Axialrichtung mit der hinteren Endfläche des an der vorgeschriebenen
Position eingerichteten piezoelektrischen Schichtelements 10 in
Kontakt kommt.
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Es
wird zunächst
der Elementausbildungsvorgang zur Herstellung des piezoelektrischen Schichtelements 10 erläutert.
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Vor
der Herstellung des das piezoelektrische Schichtelement 10 ergebenden
Keramikschichtkörpers 11 wird
zunächst
aus einer Schlämme
für eine Grünlage, die
dem Material des piezoelektrischen Elements entspricht, eine Grünlage 500 hergestellt (siehe 2).
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Die
Schlämme
wird wie folgt zubereitet: Nachdem ein Bindemittel und eine kleine
Menge Weichmacher und Antischäummittel
zu einem Keramikmaterial gegeben wurden, das eine piezoelektrische
Keramik wie Blei-Zirkonat-Titanat
(PZT) bildet, wird das Ganze in einem organischen Lösungsmittel verteilt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird die Schlämme
durch ein Schaberverfahren auf einen nicht gezeigten Trägerfilm
aufgebracht und wird dann die 40 bis 250 μm dicke Grünlage 500 ausgebildet. Abgesehen
von dem Schaberverfahren kann die Grünlage 500 auch durch
ein Extrusionsformverfahren oder verschiedene andere Verfahren aus
der Schlämme
hergestellt werden.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wird
als Nächstes durch
Siebdruck auf dem Bereich einer Aufschichtungsfläche 501 auf der Grünlage 500 eine
Ag-Pd Paste aufgebracht, die ein leitendes Material darstellt. Auf
der Aufschichtungsfläche 501 wird
ein aus dem Elektrodenabschnitt 503 und dem Leerabschnitt 504 bestehendes
Elektrodendruckmuster 502 ausgebildet, indem die Ag-Pd
Paste bis auf einen Teil des Rands der Aufschichtungsfläche 501 auf
der gesamten Aufschichtungsfläche 501 aufgebracht
wird.
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Danach
wird auf die gesamte Aufschichtungsfläche 501, auf der das
leitende Material aufgebracht worden ist, die Schlämme aufgebracht,
um als Klebstoff zu dienen.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt ist, werden auf
der Oberfläche
der Grünlage 500 zwei
Arten von Elektrodendruckmustern 502 aufgebracht, die zueinander
spiegelbildlich sind, wobei die Lage des Leerabschnitts 504 auf
der Grünlage 500 jedes
Mal von der einen zu der anderen von zwei Positionen wechselt, wenn
das Lagenplättchen 521 ausgestanzt
wird.
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Wie
in 3 gezeigt ist, werden
aus der Grünlage 500 dann
die Lagenplättchen 521 mit
den Elektrodendruckmuster 502 darauf ausgestanzt, die dann übereinander
geschichtet werden.
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Wie
in 3 gezeigt ist, wird
durch das Übereinanderschichten
der Lagenplättchen 521 mit den
beiden spiegelbildlichen Elektrodenmustern 502 ein (nicht
gezeigter) Zwischenschichtkörper
gebildet und wird gleichzeitig durch das Brennen des Zwischenschichtkörpers der
Keramikschichtkörper 11 hergestellt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird der Zwischenschichtkörper,
nachdem er zwei Stunden lang in einer 1200°C heißen Atmosphäre gebrannt wurde, im Ofen
abgekühlt.
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Dadurch
bilden die auf den Aufschichtungsflächen 501 aufgebrachten
Elektrodenabschnitte 503 im Keramikschichtkörper 11 die
in 4 gezeigten übereinander
geschichteten Elektrodenschichten 112. Der Keramikschichtkörper 11 hat
dann einen Aufbau, bei dem die Elektrodenabschnitte 503 an
jeder zweiten Elektrodenschicht 112 zu einer der beiden
entgegengesetzten Seitenebenen hin frei liegen, wobei bei diesem
Aufbau, wenn ein Leerabschnitt 504 in einer Elektrodenschicht 112 zu
einer der Seitenebenen hin frei liegt, der Elektrodenabschnitt 503 in
derselben Elektrodenschicht 112 zu der anderen Seitenebene
hin frei liegt.
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Das
Paar im Großen
und Ganzen flacher Seitenebenen 115 wird bei dem Keramikschichtkörper 11 dieses
Ausführungsbeispiels
dadurch gebildet, dass die Seitenebenen wie in 4 abgeflacht werden, an denen der Elektrodenabschnitt 503 und der
Leerabschnitt 504 abwechselnd an jeder zweiten Schicht
in Aufschichtungsrichtung auftreten.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wird
das piezoelektrische Schichtelement 10 in diesem Ausführungsbeispiel
dadurch gebildet, dass mit den Seitenebenen 115 des Keramikschichtkörpers 11 jeweils
mit Hilfe eines leitenden Klebstoffs die Seitenelektroden 116 verbunden
werden und dass mit den beiden Endflächen des Keramikschichtkörpers 11 in
seiner Aufschichtungsrichtung das Haltebauteil 12 und das Übertragungsbauteil 13 verbunden
werden.
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Für den leitenden
Klebstoff kann eine Ag-Pd Paste, eine Ag Paste, eine Au Paste, eine
Cu Paste oder dergleichen verwendet werden.
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Als
Nächstes
wird der Unterbringungsvorgang zur Unterbringung des piezoelektrischen Schichtelements 10 in
dem Aufbewahrungsgehäuse 20 beschrieben.
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Bei
diesem Vorgang wird der Fuß 30 zunächst, wie
in 5 gezeigt ist, nahe
dem Haltebauteil 12 mit dem Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements 10 verbunden.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
werden dadurch, dass die in dem Haltebauteil 12 angeordneten Elektrodenanschlüsse 117 und
die Außenelektroden 31 des
Fußes 30 durch
Laserpunktschweißung
verbunden werden, das Haltebauteil 12 und der Fuß 30 so
zusammengebaut, dass beide Bauteile miteinander in Kontakt kommen.
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Bevor
das piezoelektrische Schichtelement 10 wie in 5 gezeigt in dem Aufbewahrungsgehäuse 20 untergebracht
wird, wird arithmetisch die Bezugseinführposition des piezoelektrischen
Schichtelements 10 berechnet, an der die vordere Endfläche des Übertragungsbauteils 13 des
piezoelektrischen Schichtelements 10 mit der Wirkendfläche 221 des
Aufbewahrungsgehäuses 20 in
Kontakt kommt und an der es gleichzeitig zu keiner Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 kommt.
Dazu wird zunächst
experimentell die Kontraktionslänge
in Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses 20 ermittelt,
die in dem Verbindungsvorgang auftreten kann.
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Dann
wird das piezoelektrische Schichtelement 10 eingeführt und
an der Einrichteposition eingerichtet, die von der Bezugseinführposition
aus in der zu der Richtung, in der das piezoelektrische Schichtelement 10 eingeführt wird,
entgegengesetzten Richtung um die Kontraktionslänge zurückgesetzt ist.
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Experimentell
wurde ermittelt, dass sich das Aufbewahrungsgehäuse 20 in diesem Ausführungsbeispiel
in dem durch das Laserschweißen
erfolgenden Verbindungsvorgang, der später beschrieben wird, etwa
70 μm in
Axialrichtung zusammenzieht.
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Wenn
das piezoelektrische Schichtelement 10 in diesem Ausführungsbeispiel
in der Einrichteposition eingerichtet wird, wird also zwischen der
Wirkendfläche 221 des
Aufbewahrungsgehäuses 20 und dem
Endabschnitt des Übertragungsbauteils 13 des piezoelektrischen
Schichtelements 10 wie in 6 gezeigt
ein 70 μm
großer
Spalt G vorgesehen.
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In
dem Unterbringungsvorgang dieses Ausführungsbeispiels wird das piezoelektrische
Schichtelement 10 also in dem Aufbewahrungsgehäuse 20 untergebracht
und an der in 6 gezeigten
Einrichteposition eingerichtet.
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Als
Nächstes
wird in dem Verbindungsvorgang der Fuß 30, der die Position
des piezoelektrischen Schichtelements 10 in seiner Axialrichtung
definiert, so mit dem Aufbewahrungsgehäuse 20 verbunden,
dass die Einrichteposition des piezoelektrischen Schichtelements 10 bezüglich des
Aufbewahrungsgehäuses 20 beibehalten
wird. In diesem Ausführungsbeispiel
wird der Fuß 30 durch
Laserschweißen
mit dem Aufbewahrungsgehäuse 20 verbunden.
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In
dem Verbindungsvorgang zieht sich das Aufbewahrungsgehäuse 20 wie
gesagt aufgrund der während
des Schweißens
erzeugten Hitze etwa 70 μm
in Axialrichtung zusammen.
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Der
in dem Unterbringungsvorgang zwischen der Wirkendfläche 22 und
dem Endabschnitt des Übertragungsbauteils 13 vorgesehene
Spalt G (siehe 6) wird
dann in dem Aufbewahrungsgehäuse 20 wie
in 1 gezeigt auf Null
verringert.
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Wenn
es in dem Verbindungsvorgang wie erwartet zu der Kontraktion kommt,
kommen die Wirkendfläche 22 und
der Endabschnitt des Übertragungsbauteils 13,
ohne dass eine Last anliegt, miteinander in Kontakt. Dabei tritt
keine Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 des
Aufbewahrungsgehäuses 20 auf.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird das piezoelektrische Schichtelement also an einer Einrichteposition
eingerichtet, die unter Berücksichtigung
der Kontraktion des Aufbewahrungsgehäuses, die in dem Verbindungsvorgang
auftreten kann, festgesetzt wurde. Daher lässt sich die Dehnungslänge des
Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 des piezoelektrischen
Stellglieds 1 passend einstellen und die ständig auf
dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 wirkende Zugspannung verringern.
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Dadurch
ist bei diesem Ausführungsbeispiel die
Wahrscheinlichkeit gering, dass es zu einem Ermüdungsdefekt des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 des
piezoelektrischen Stellglieds 1 kommt, und kann das piezoelektrische
Stellglied 1 in Betrieb über eine lange Zeitdauer eine
hervorragende Leistungsfähigkeit
zeigen.
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Die
Bezugseinführposition
kann auch einer Position entsprechen, bei der zwischen der Wirkendfläche 221 und
dem Übertragungsbauteil 13 ein
Spalt ausgebildet ist. In diesem Fall liegt in dem fertigen piezoelektrischen
Stellglied 1, wie in 7 gezeigt
ist, zwischen der Wirkendfläche 22 und
dem piezoelektrischen Schichtelement 10 ein Spalt vor.
Dadurch lässt
sich die Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 auf
jeden Fall auch dann verhindern, wenn in dem Verbindungsvorgang
ein mehr oder weniger großer
Fehler beim Ausmaß der
Kontraktion in Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses 20 auftritt.
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Darüber hinaus
kann die vorgeschriebene Gehäuselast,
die das in dem piezoelektrischen Stellglied 1 eingebaute
piezoelektrische Schichtelement 10 in Axialrichtung zusammendrückt, auch
in einem Bereich von weniger als einem Zehntel der durch das piezoelektrische
Schichtelement 10 erzeugten Antriebskraft bzw, von weniger
als 100 N auf einen Wert von größer als
Null eingestellt werden.
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In
diesem Fall entspricht die Bezugseinführposition einer Position,
an der das piezoelektrische Schichtelement 10 so eingeführt ist,
dass die durch die Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 bedingte
elastische Kraft im Großen
und Ganzen der vorgeschriebenen Gehäuselast entspricht. Die Einrichteposition
ist dann von der Bezugseinführposition
in der zur Einführrichtung
entgegengesetzten Richtung um die in dem Verbindungsvorgang auftretende
Kontraktionslänge
zurückgesetzt.
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Wie
in 8 gezeigt ist, ist
es auch möglich, den
Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 in Axialrichtung über den
gesamten Stammabschnitt 24 des Aufbewahrungsgehäuses 20 auszubilden
und das piezoelektrische Schichtelement 10 innerhalb der
Innenumfangsseite des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 anzuordnen.
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In
diesem Fall lässt
sich dadurch, dass die pro Längeneinheit
des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21 wirkende Spannung
reduziert wird, die Ermüdungsdauerfestigkeit
erhöhen.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel im Hinblick
darauf, wie der Unterbringungsvorgang durchgeführt wird.
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In
dem piezoelektrischen Stellglied 1 dieses Ausführungsbeispiels
wird die Gehäuselast,
die auf dem piezoelektrischen Schichtelement 10 in der Richtung
wirkt, dass es in der Axialrichtung zusammengedrückt wird, auf eine vorgeschriebene
Gehäuselast
eingestellt, die in einem Bereich von weniger als einem Zehntel
der durch das piezoelektrische Schichtelement 10 erzeugten
Antriebskraft oder von weniger als 100 N größer als Null ist.
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In
dem Unterbringungsvorgang dieses Ausführungsbeispiels wird das piezoelektrische
Stellglied 1, wie in 9 gezeigt
ist, so montiert, dass der Endabschnitt in Einführrichtung des piezoelektrischen
Schichtelements 10 mit der Wirkendfläche 221 des zuvor
in Axialrichtung zusammengedrückten Aufbewahrungsgehäuses 20 in
Kontakt kommt.
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Bevor
der Unterbringungsvorgang in diesem Ausführungsbeispiel durchgeführt wird,
muss zuvor die Kontraktionslänge
L1 in Axialrichtung des Aufbewahrungsgehäuses 20 ermittelt
werden, die in dem Verbindungsvorgang auftreten kann, sowie die
Dehnungslänge
L2 des Expansions-/Kontraktionsabschnitts 21, die benötigt wird,
um das piezoelektrische Schichtelement 10 in seiner Axialrichtung
mit einer vorgeschriebenen Gehäuselast
zusammenzudrücken.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird die vorgeschriebene Gehäuselast
wie gesagt in einem Bereich von weniger als einem Zehntel der durch
das piezoelektrische Schichtelement 10 erzeugten Antriebskraft
oder von weniger als 100 N auf einen Wert von größer als Null eingestellt.
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Es
wird davon ausgegangen, das die Kontraktionslänge minus der Dehnungslänge einer
vorgeschriebenen Länge
P entspricht, mit der der Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 zusammengedrückt werden
sollte. Es gilt also P = L1 – L2.
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Bevor
in diesem Ausführungsbeispiel
der Unterbringungsvorgang durchgeführt wird, wird daher das Aufbewahrungsgehäuse 20 zuvor
um die vorgeschriebene Länge
P in Axialrichtung zusammengezogen.
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In
dem Unterbringungsvorgang wird das piezoelektrische Schichtelement 10 dann
in das Gehäuse 20 eingeführt und
an einer Position eingerichtet, an der das Übertragungsbauteil 13 des
piezoelektrischen Schichtelements 10 mit der Wirkendfläche 221 des
zusammengedrückten
Aufbewahrungsgehäuses 20 in
Kontakt kommt. Wenn danach der Verbindungsvorgang durchgeführt wird,
zieht sich das Aufbewahrungsgehäuse 20 in
Axialrichtung im Großen
und Ganzen um die der Kontraktionslänge L1 entsprechende Länge zusammen.
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Wenn
dann die das Aufbewahrungsgehäuse 20 zusammendrückende Kraft
weggenommen wird, kehrt das Aufbewahrungsgehäuse 20 zu seiner ursprünglichen
Länge zurück, indem
es sich um die vorgeschriebene Länge
P ausdehnt. Wenn die ursprüngliche
Gesamtlänge
(Innenseite) des Aufbewahrungsgehäuses 20 L beträgt, beträgt seine
Gesamtlänge
(Innenseite) nach dem Verbindungsvorgang dann L – L1.
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Die
Gesamtlänge
(Innenseite) des Aufbewahrungsgehäuses 20 beträgt im zusammengedrückten Zustand
vor dem Verbindungsvorgang L – P =
L – (L1 – L2). Vor
dem Verbindungsvorgang kommt die Wirkendfläche 221 des Aufbewahrungsgehäuses 20 mit
dem Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements 10 in
Kontakt, weswegen die Gesamtlänge
der Inhalte in dem Aufbewahrungsgehäuse 20, d.h. die Gesamtlänge des
piezoelektrischen Schichtelements 10, L – P = L – (L1 – L2) betragen muss.
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Die
Gesamtlänge
L – L1
des Aufbewahrungsgehäuses
ist nach dem Verbindungsvorgang um L2 kürzer als die Gesamtlänge (L – L1 + L2)
des piezoelektrischen Schichtelements 10.
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Das
bedeutet, dass sich der Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 des
Aufbewahrungsgehäuses 20 nach
dem Verbindungsvorgang um L2 ausdehnt.
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Durch
den um L2 ausgedehnten Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 wird
demzufolge auf das piezoelektrische Schichtelement 10 in
der Richtung, in der es zusammengedrückt wird, die der ursprünglichen
Auslegung entsprechende vorgeschriebene Gehäuselast ausgeübt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
entspricht die Einrichteposition des piezoelektrischen Schichtelements 10 in
dem Aufbewahrungsgehäuse 20 der durch
das Verfahren in dem ersten Ausführungsbeispiel
berechneten Einrichteposition.
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Mit
anderen Worten wird in diesem Ausführungsbeispiel das Einführen des
piezoelektrischen Schichtelements 10 in das Gehäuse 20 und
das Einrichten an der Einrichteposition durch diesen Unterbringungsvorgang,
in dem der Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements 10 mit
der Wirkendfläche 221 des
zuvor auf die vorgeschriebene Länge zusammengedrückten Aufbewahrungsgehäuses 20 in
Kontakt gebracht wird, erleichtert.
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Die
Gestaltung, Funktionsweise und Wirkungen sind ansonsten die gleichen
wie im ersten Ausführungsbeispiel.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Das
dritte Ausführungsbeispiel
betrifft eine Einspritzdüse,
in der das piezoelektrische Schichtelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
eingebaut ist.
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Die
in 10 gezeigte Einspritzdüse 6 dieses
Ausführungsbeispiels
ist Bestandteil eines Systems, das Hochdruckkraftstoff, der bei
etwa 180 MPa in einem nicht gezeigten Commonrail gespeichert ist, in
einen Motorzylinder einspritzt.
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Wie
in 10 gezeigt ist, hat
die Einspritzdüse 6 ein
Gehäuse 50,
in dem das piezoelektrische Stellglied 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel untergebracht
ist, und ein Düsengehäuse 60,
in dem ein Düsenabschnitt 61 mit
einer Düse 65 ausgebildet ist.
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Das
einen im Großen
und Ganzen säulenförmigen Umriss
aufweisende Gehäuse 50 umfasst,
wie in 10 gezeigt ist:
einen Vertiefungsabschnitt 51, der von der nahe an einem
Anschlussabschnitt 70 gelegenen Endfläche des Gehäuses 50 aus an einer zur
Mittelachse exzentrischen Position hineingebohrt wurde und eine
Großen
und Ganzen kreisförmige Schnittfläche hat;
einen ersten Zylinder 53, der von der nahe an dem Düsengehäuse 60 gelegenen
Endfläche
des Gehäuses 50 aus
im Großen
und Ganzen gleichachsig zum Vertiefungsabschnitt 51 hineingebohrt
wurde und eine im Großen
und Ganzen kreisförmige
Schnittfläche
hat; und einen Kraftstoffzuführungsweg 52,
der von der gleichen Endfläche
aus neben dem ersten Zylinder 53 und dem Vertiefungsabschnitt 51 hineingebohrt
wurde.
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Der
Vertiefungsabschnitt 51 und der erste Zylinder 53 stehen über ein
Verbindungsloch 54 in Verbindung, das wie in 10 gezeigt im Wesentlichen
gleichachsig zum Vertiefungsabschnitt 51 von seinem Boden
aus hineingebohrt wurde. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsloch 54 so ausgebildet,
dass sein Durchmesser kleiner als der des Vertiefungsabschnitts 51 und
des ersten Zylinders 53 ist. Der Kraftstoffzuführungsweg 52 öffnet sich
zu einem Verbindungsabschnitt 520 hin, der sich in dem
nahe an dem Anschlussabschnitt 70 gelegenen Endabschnitt
des Gehäuses 50 befindet,
und ist über
ein in dem Verbindungsabschnitt 520 vorgesehenes, nicht
gezeigtes Kraftstoffeinleitungsrohr 525 mit dem Commonrail
verbunden.
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In
einem an der Rückseite
des Gehäuses 50 befindlichen
Verbindungsabschnitt 580 ist ein Abflussweg 58 hineingebohrt,
der mit einem später
noch zu beschreibenden Drei-Wege-Ventil 62 in Verbindung
steht und mit dem ein zur Kraftstoffabgabe dienendes Kraftstoffabgaberohr 585 verbunden
ist.
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Wie
in 10 gezeigt ist, ist
das piezoelektrische Stellglied 1 in dem Gehäuse 50 innerhalb
des Vertiefungsabschnitts 51 vorgesehen, während in dem
ersten Zylinder 53 ein erster Kolben 530 untergebracht
ist, der einen innerhalb des ersten Zylinders 53 gleitenden
Stammabschnitt 531 und einen durch das Verbindungsloch 54 gehenden
Schaftabschnitt 532 hat.
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Die
Endfläche
des Schaftabschnitts 532 kommt über eine Antriebsübertragungseinheit 55 mit der
Antriebstafel 22 in Kontakt, die als Betriebsfläche des
piezoelektrischen Stellglieds 1 fungiert.
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Die
Antriebsübertragungseinheit 55 umfasst: eine
Vorspannungsstange 553, die in Axialrichtung an ihrem einen
Ende mit dem ersten Kolben 530 und an ihrem anderen Ende
mit dem piezoelektrischen Stellglied 1 in Kontakt kommt;
eine Spiralfeder 552, die den Vorspannungsstab 553 gegen
das piezoelektrische Stellglied 1 drängt; und einen Federsitz 551.
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An
dem Vorspannungsstab 553 ist in der Nähe des nahe an dem piezoelektrischen
Stellglied 1 gelegenen End abschnitts des Vorspannungsstabs 553 ein
Sitzabschnitt 554 ausgebildet, dessen Durchmesser größer als
der der Spiralfeder 552 ist. Der Vorspannungsstab 553 wird
durch die Vorspannungskraft, die von der Spiralfeder 552 auf
den Sitzabschnitt 554 wirkt, gegen das piezoelektrische
Stellglied 1 gedrückt.
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Der
Federsitz 551 ist so gestaltet, dass er mit einem zwischen
dem Vertiefungsabschnitt 51 in dem Verbindungsloch 54 vorgesehenen
absatzförmigen Abschnitt
zusammengreift und die Position des einen Endabschnitts der Spiralfeder 552 in
Axialrichtung begrenzt. In dem mittleren Abschnitt des Federsitzes 551 ist
ein Durchgangsloch hineingebohrt, durch den der Vorspannungsstab 553 geht.
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In
der Antriebsübertragungseinheit 55 dieses Ausführungsbeispiels
ist die statische Drucklast, die von dem Vorspannungsstab 553 aus
auf die Betriebsfläche 100 des
piezoelektrischen Stellglieds 1 wirkt, auf größer oder
gleich einem Viertel der durch das piezoelektrische Schichtelement
erzeugten Antriebskraft eingestellt.
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Andererseits
ist die auf das piezoelektrische Schichtelement 1 wirkende
Gehäuselast
in dem piezoelektrischen Stellglied 1 allein auf Null eingestellt.
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Demzufolge
wirkt auf das piezoelektrische Schichtelement 10 des in
die Einspritzdüse 6 eingebauten
piezoelektrischen Stellglieds 1 eine Vorlast, die größer oder
gleich einem Viertel der durch das piezoelektrische Schichtelement 10 in
seiner Axialrichtung erzeugten Antriebskraft ist.
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Darüber hinaus
ist die Einspritzdüse 6 so
gestaltet, dass über
die durch den Fuß 30 gehenden Außenelektroden 31 (siehe 1) an jede Keramikschicht 111 des
piezoelektrischen Schichtelements 10 durch Anlegen einer
vorgeschriebenen Spannung an ein in dem Verbindungsabschnitt 70 untergebrachtes
(nicht gezeigtes) Elektrodenpaar eine Spannung angelegt werden kann.
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Wie
in 10 gezeigt ist, umfasst
das Düsengehäuse 60:
einen zweiten Zylinder 63, der von der nahe an dem Gehäuse 50 gelegenen
Endfläche aus
gleichachsig hineingebohrt wurde; das Drei-Wege-Ventil 62,
das mit dem Kraftstoffzuführungsweg 52 oder
dem Abflussweg 58 in Verbindung steht; und den Düsenabschnitt 61.
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Der
zweite Zylinder 63 ist so gestaltet, dass er mit dem ersten
Zylinder 53 in Verbindung steht, wenn das Düsengehäuse 60 mit
dem Gehäuse 50 verbunden
ist. In dem zweiten Zylinder 63 ist gleitfähig ein
zweiter Kolben 630 untergebracht.
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Zwischen
dem ersten Kolben 530 und dem zweiten Kolben 630 befindet
sich daher eine Druckkammer 506, die von dem ersten Zylinder 53 zum zweiten
Zylinder 63 verläuft.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Druckkammer 506 so mit einem Arbeitsfluid gefüllt, dass sich
der zweite Kolben 630 wie in 10 gezeigt
entsprechend der Bewegung des ersten Kolbens 530 hubweise
bewegen kann.
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Der
zweite Zylinder 63 ist so gestaltet, dass sein Durchmesser
kleiner als der des ersten Zylinders 53 ist. Daher kann
die Hubbewegung des ersten Kolbens 530 verstärkt werden,
die den zweiten Kolben 630 in der Einspritzdüse 6 bewegt.
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Wie
in 10 gezeigt ist, umfasst
das Drei-Wege-Ventil 62 einen (nicht gezeigten) Ventilkörper, um
den Kraftstoffzuführungsweg 52 oder
den Abflussweg 58 gezielt mit einer Gegendruckkammer 610 in
Verbindung zu setzen, die später
beschrieben wird. Der Ventilkörper
ist so gestaltet, dass er durch die Bewegung des zweiten Kolbens 630 in
Richtung des Düsengehäuses 60 bewegt
wird, um so den Abflussweg 58 mit der Gegendruckkammer 610 in
Verbindung zu setzen. Außerdem
ist der Ventilkörper
so gestaltet, dass er den Kraftstoffzuführungsweg 52 mit der
Gegendruckkammer 610 in Verbindung setzt, wenn sich der
zweite Kolben 630 nahe dem Gehäuse 50 befindet.
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Die
Gegendruckkammer 610 der Einspritzdüse 6 wird in diesem
Ausführungsbeispiel
also normalerweise, indem der Hochdruckkraftstoff eingeleitet wird,
unter einem hohen Druck gehalten und ist so gestaltet, dass der
Druck in der Gegendruckkammer 610 reduziert wird, wenn
die Gegendruckkammer 610 durch Bewegung des zweiten Kolbens
630 zum Düsengehäuse 60 hin
mit dem Abflussweg 58 in Verbindung gebracht wird.
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Wie
in 10 gezeigt ist, umfasst
der Düsenabschnitt 61 die
am vorderen Ende des Düsengehäuses 60 angeordnete
Düse 65,
eine zum Öffnen und
Schließen
der Düse 65 dienende
Düsennadel 615 und
einen zum Speichern des einzuspritzenden Kraftstoffs dienenden Kraftstoffspeicher 612.
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Wie
in 10 gezeigt ist, umfasst
die Düse 65 ein
gleichachsig zur Achsenmitte der Düse 65 gebohrtes Nadelloch 650,
das sich als ein zum Einspritzen von Kraftstoff dienendes Einspritzloch
zum vorderen Ende der Düse 65 hin öffnet.
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Die
Düsennadel 615 hat
eine zweistufige Form, bei der zwei im Großen und Ganzen säulenförmige Elemente
verbunden sind, wobei die eine Säule an
ihrem vorderen Ende einen kleineren Durchmesser hat und in dem Nadelloch 650 untergebracht
ist, so dass sich der Stufenabschnitt 616, an dem sich der
Durchmesser der Düsennadel 615 ändert, in
dem Kraftstoffspeicher 612 befindet. Darüber hinaus
ist die Düsennadel 615 so
gestaltet, dass ein kugelförmiger
vorderer Endabschnitt 613 von ihr das Einspritzloch an
dem vorderen Ende der Düse 65 öffnet und
schließt.
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An
dem anderen Endabschnitt der Düsennadel 615 ist
wie in 10 gezeigt die
Gegendruckkammer 610 ausgebildet, die mit dem Drei-Wege-Ventil 62 in
Verbindung steht. Eine in der Gegendruckkammer 610 angeordnete
Feder 618 ist so gestaltet, dass sie die Düsennadel 615 in
die Richtung drängt,
die das Einspritzloch an dem vorderen Ende der Düse 65 schließt.
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Darüber hinaus
steht der Kraftstoffspeicher 612, der am Außenrand
des Stufenabschnitts 616 der Düsennadel 615 ausgebildet
ist und eine im Großen
und Ganzen kreisförmige
Querschnittsfläche hat,
wie in 10 gezeigt mit
dem Kraftstoffzuführungsweg 52 in
Verbindung, der den Hochdruckkraftstoff zuführt. Der Druck des Hochdruckkraftstoffs
in dem Kraftstoffspeicher 612, der in die Richtung wirkt, der
die Düsennadel 615 zum
Gehäuse 50 hin
zurücksetzt,
wirkt auf den Stufenabschnitt 616 der Düsennadel 615.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise der Einspritzdüse 6 dieses Ausführungsbeispiels
beschrieben, die in einem Commonrail-Einspritzsystem eines Dieselmotors
Anwendung findet.
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Damit
von der Düse 65 aus
durch Betätigung der
Einspritzdüse 6 mit
einem Druck von 180 MPa Kraftstoff in den Motorzylinder eingespritzt
wird, wird an das in 10 gezeigte
piezoelektrische Stellglied 1 eine vorgeschriebene Spannung
angelegt.
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Durch
die Ausdehnung des piezoelektrischen Stellglieds 1 infolge
der angelegten Spannung bewegt sich der Vorspannungsstab 553 der
Antriebsübertragungseinheit 55,
der sich mit der Betriebsfläche 100 des
piezoelektrischen Stellglieds 1 in Kontakt befindet, zum
ersten Kolben 530.
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Der
erste Kolben 530, der sich mit dem Vorspannungsstab 553 in
Kontakt befindet, bewegt sich innerhalb des ersten Zylinders 53 mit
einer Hubbewegung zum Düsengehäuse 60.
Da die Bewegung des ersten Kolbens 530 das Volumen innerhalb
des ersten Zylinders 53 verringert, strömt das Arbeitsfluid in der
Druckkammer 506 in den zweiten Zylinder 63 und bewegt
den zweiten Kolben 630 zur Düse 65, um so das Volumen
innerhalb des zweiten Zylinders 63 zu erhöhen.
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Durch
die Hubbewegung des zweiten Kolbens 630 wird der Ventilkörper des
Drei-Wege-Ventils 62 wie in 10 gezeigt
nach unten zur Düse 65 gedrückt. Wenn
der Ventilkörper
nach unten gedrückt wird,
wird der Weg von dem Kraftstoffzuführungsweg 52 zur Gegendruckkammer 610 unterbrochen
und anstelle dessen der Weg von dem Abflussweg 58 zur Gegendruckkammer 610 aufgebaut.
Dann wird der Kraftstoff, mit dem die Gegendruckkammer 610 gefüllt ist, über den
Abflussweg 58 aus dem Kraftstoffabgaberohr 585 nach
außen
abgegeben und der Druck innerhalb der Gegendruckkammer 610 reduziert.
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Die
Druckdifferenz, die zwischen der Gegendruckkammer 610 und
den Kraftstoffspeicher 610 auftritt, wenn der Druck innerhalb
der Gegendruckkammer 610 reduziert wird, erzeugt eine Kraft,
die die Düsennadel 615 wie
in 10 gezeigt zum Gehäuse 50 hin
nach oben drückt.
Durch die Bewegung der Düsennadel 615 zum
Gehäuse 50 öffnet sich
dann das Einspritzloch an dem vorderen Ende der Düse 65,
das zuvor durch den vorderen Endabschnitt 613 der Düsennadel 615 verschlossen
war. Wenn sich das Einspritzloch öffnet, wird der Hochdruckkraftstoff in
dem Kraftstoffspeicher 612 in den Motorzylinder eingespritzt.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
wurde die Kraftstoffeinspritzung wiederholt zu einem passenden Zeitpunkt
durchgeführt,
indem die an jedem Motorzylinder angebrachte Einspritzdüse 6 unter
Verwendung einer zur Motorsteuerung dienenden (nicht gezeigten)
elektronischen Motorsteuerungseinheit angesteuert wurde.
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Bei
der Einspritzdüse 6,
die die Spiralfeder 552 enthält, um das darin eingebaute
piezoelektrische Stellglied 1 in Axialrichtung zusammenzudrücken, ist
es wie oben beschrieben möglich,
auf dem piezoelektrischen Schichtelement 10 innerhalb des piezoelektrischen
Stellglieds 1 für
eine passende Vorlast zu sorgen.
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Daher
ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass es in dem piezoelektrischen
Schichtelement 10 innerhalb des piezoelektrischen Stellglieds 1 der
Einspritzdüse 6 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
zu Schwierigkeiten wie einer Schichttrennung kommt.
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Die
Gehäuselast,
die in der Einspritzdüse 6 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 des Aufbewahrungsgehäuses 20 erzeugt
werden muss, kann also relativ gesehen verringert werden, wobei
die Gehäuselast
in diesem Ausführungsbeispiel
auf Null eingestellt ist.
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Daher
kann in der Einspritzdüse 6 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
die ständig
auf den Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 wirkende Zugspannung
auf Null reduziert werden und ist die Wahrscheinlichkeit gering,
dass es an dem Expansions-/Kontraktionsabschnitt 21 zu
einem Ermüdungsdefekt
kommt.
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Die
Gestaltung, Funktionsweise und Wirkungen sind ansonsten die gleichen
wie im ersten Ausführungsbeispiel.
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Viertes Ausführengsbeispiel
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Im
vierten Ausführungsbeispiel
wurde die Ermüdungsdauerfestigkeit
des Expansions-/Kontraktionsabschnitts des Aufbewahrungsgehäuses in
dem piezoelektrischen Stellglied der Einspritzdüse gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
untersucht.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wurde dazu der Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der durch die Dehnung erzeugten
elastischen Kraft und der Ermüdungsdauerfestigkeit
des Expansions-/Kontraktionsabschnitts in dem piezoelektrischen
Stellglied allein untersucht. Die durch die Dehnung des Expansions-/Kontraktionsabschnitts
erzeugte elastische Kraft entspricht im Großen und Ganzen der Gehäuselast,
die auf das in dem piezoelektrischen Stellglied eingebaute piezoelektrische
Schichtelement in der Richtung wirkt, in der es in Axialrichtung
zusammengedrückt
wird.
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Daher
wurde der in 11 gezeigte
Zusammenhang zwischen der auf das piezoelektrische Schichtelement
in dem piezoelektrischen Stellglied wirkenden Gehäuselast
(Vorlast (eingestellte Last) in dem piezoelektrischen Stellglied
allein) und der Betriebsamplitude (μm) des piezoelektrischen Stellglieds
ermittelt, um die Fehlerwahrscheinlichkeit nach 2 × 109-maliger Betätigung bei kleiner oder gleich
50% halten zu können.
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In
der Figur bezeichnet die horizontale Achse das auf das piezoelektrische
Schichtelement wirkende Gehäuselastverhältnis (das
Verhältnis
der Gehäuselast
bezogen auf eine durch das piezoelektrische Schichtelement erzeugte
Antriebskraft von 1000 N) und die vertikale Achse die Betriebsamplitude
des piezoelektrischen Stellglieds.
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Die
Fläche,
die nach 2 × 109-maliger Betätigung eine Fehlerwahrscheinlichkeit
von 50% oder weniger, also das vorgesehene Ziel realisiert, ist
mit einer Schraffur versehen.
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Die
Fehlerwahrscheinlichkeit nach 2 × 109-maliger
Betätigung
steht für
das Verhältnis
der Anzahl an nach 2 × 109-maliger Betätigung defekten piezoelektrischen
Stellgliedern bezogen auf die Gesamtmenge einer ausreichend großen Anzahl
piezoelektrischer Stellglieder.
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Der
negative Bereich im äußersten
linken Teil der horizontalen Achse bezeichnet einen Zustand, in
dem zwischen dem Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements
und der Betriebsendfläche
des Aufbewahrungsgehäuses
in dem piezoelektrischen Stellglied allein ein Spalt ausgebildet
ist. Mit anderen Worten bezeichnet der negative Bereich den Bereich,
in dem die Gehäuselast
des piezoelektrischen Schichtelements im Großen und Ganzen Null ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird daher die Last, die zum Zusammendrücken erforderlich ist, bis
die Betriebsendfläche
mit dem Endabschnitt des piezoelektrischen Schichtelements in Kontakt kommt,
aus Gründen
der Einfachheit als negative Last bezeichnet, um die Größe des Spalts
quantitativ darzustellen zu können.
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Aus 11 ergibt sich, dass das
Gehäuselastverhältnis des
piezoelektrischen Schichtelements auf kleiner oder gleich 1/10 eingestellt
werden sollte, um mit einem Gesamtlängenverhältnis von 0,1%, das einer üblichen
Betriebsamplitude eines piezoelektrischen Schichtelements entspricht,
und einer Fehlerwahrscheinlichkeit von kleiner oder gleich 50% nach
2 × 109-maliger Betätigung vereinbar zu sein. Der
Grund dafür
ist wohl der Folgende.
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Wenn
die Gehäuselast
reduziert wird, kann die Dehnungslänge des Expansions-/Kontraktionsabschnitts
verkürzt
und die auf den Expansions-/Kontraktionsabschnitt wirkende Zugspannung reduziert
werden. Durch das Reduzieren der darauf ausgeübten Zugspannung ist es folglich
möglich,
die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass es zu einem Ermüdungsdefekt
des Expansions-/Kontraktionsabschnitts kommt.
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Die
Gestaltung, Funktionsweise und Wirkungen sind ansonsten die gleichen
wie im dritten Ausführungsbeispiel.
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Die
Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele
beschrieben, die aus Gründen
der Veranschaulichung gewählt
wurden, doch sollte ersichtlich sein, dass der Fachmann verschiedene
Abwandlungen vornehmen kann, ohne vom Grundkonzept und Schutzumfang der
Erfindung abzuweichen.