DE102005039550A1

DE102005039550A1 - Arrangement with a piezoelectric actuator and a method for its production

Info

Publication number: DE102005039550A1
Application number: DE102005039550A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Heinz; Dieter Kienzler; Udo Schaich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2007-03-01
Also published as: EP1920529A2; WO2007023034A2; WO2007023034A3

Abstract

Es wird eine Anordnung mit einem Piezoaktor, beispielsweise zur Betätigung eines mechanischen Bauteils, insbesondere als Piezoinjektor, vorgeschlagen, mit einem Mehrschichtaufbau von Piezolagen (26), die als Piezoelement (3; 21) in einem Haltekörper (2; 29, 30) gehalten sind, wobei am Piezoelement (3; 21) eine innere wechselseitige Kontaktierung von Innenelektroden (22, 23) mit Kontaktelementen (24, 25) vorhanden ist. Es sind elektrische Leitungen (34, 35) durch ein Kopfteil (30) des Haltekörpers (29) zu den Kontaktelementen (24, 25) geführt. Die fest im Kopfteil (30) eingebetteten Leitungen (34, 35) sind über Kontaktverbindungen (37, 38) mit den Kontaktelementen (24, 25) verbindbar, wobei die Kontaktverbindungen (37, 38) nach der Montage des Piezoinjektors (20) jeweils in einer Zentrier- und/oder Isolationshülse (39) im Aktorfuß (28, 27) am Piezoelement (21) zu liegen kommen können.An arrangement is proposed with a piezo actuator, for example for actuating a mechanical component, in particular as a piezo injector, with a multilayer structure of piezo layers (26) which are held as piezo elements (3; 21) in a holding body (2; 29, 30) , wherein on the piezo element (3; 21) there is an internal reciprocal contact of internal electrodes (22, 23) with contact elements (24, 25). Electrical lines (34, 35) are passed through a head part (30) of the holding body (29) to the contact elements (24, 25). The lines (34, 35) firmly embedded in the head part (30) can be connected to the contact elements (24, 25) via contact connections (37, 38), the contact connections (37, 38) each in a centering and / or insulating sleeve (39) in the actuator base (28, 27) can come to rest on the piezo element (21).

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Piezoaktor, beispielsweise als Piezoinjektor oder zur Betätigung eines mechanischen Bauteils wie ein Ventil oder dergleichen, und ein Verfahren zu dessen Herstellung nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Hauptanspruchs.The The invention relates to an arrangement with a piezoelectric actuator, for example as piezo injector or for actuation a mechanical component such as a valve or the like, and a method for its production according to the generic features of the main claim.

Es ist an sich bekannt, dass zum Aufbau des zuvor erwähnten Piezoaktors ein Piezoelement so eingesetzt werden kann, dass unter Ausnutzung des sogenannten Piezoeffekts eine Steuerung des Nadelhubes eines Ventils oder dergleichen vorgenommen werden kann. Das Piezoelement ist aus einem Material mit einer geeigneten Kristallstruktur so aufgebaut, dass bei Anlage einer äußeren elektrischen Spannung eine mechanische Reaktion des Piezoelements erfolgt, die in Abhängigkeit von der Kristallstruktur und der Anlagebereiche der elektrischen Spannung einen Druck oder Zug in eine vorgebbare Richtung darstellt. Derartige Piezoaktoren eignen sich beispielsweise für Anwendungen, bei denen Hubbewegungen unter hohen Betätigungskräften und hohen Taktfrequenzen ablaufen.It is known per se that for the construction of the aforementioned piezoelectric actuator a piezoelectric element can be used so that under utilization the so-called piezo effect, a control of the needle stroke of a Valve or the like can be made. The piezo element is made of a material having a suitable crystal structure constructed that when an external electrical voltage system a mechanical reaction of the piezoelectric element takes place, depending on from the crystal structure and the contact areas of the electric voltage represents a pressure or train in a predeterminable direction. such Piezo actuators are suitable, for example, for applications in which lifting movements under high operating forces and run high clock frequencies.

Beispielsweise ist ein solcher Piezoaktor aus der DE 100 26 005 A1 bekannt, der zur Ansteuerung der Düsennadel bei Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors verwendet werden kann. Bei diesem Piezoaktor ist ein Piezoelement, wie erwähnt, als Stapel mehrerer elektrisch miteinander gekoppelter piezokeramischen Schichten aufgebaut, der unter Vorspannung zwischen zwei Anschlägen gehalten ist. Jede piezokeramische Schicht ist als Piezolage zwischen zwei Innenelektroden eingefasst über die von außen eine elektrische Spannung angelegt werden kann. Aufgrund dieser elektrischen Spannung führen die piezokeramischen Schichten dann jeweils kleine Hubbewegungen in Richtung des Potentialgefälles aus, die sich zum Gesamthub des Piezoaktors addieren. Dieser Gesamthub ist über die Höhe der angelegten Spannung veränderbar und kann auf ein mechanisches Stellglied übertragen werden.For example, such a piezoelectric actuator from the DE 100 26 005 A1 known, which can be used to drive the nozzle needle at injectors for injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine. In this piezoelectric actuator, a piezoelectric element, as mentioned, constructed as a stack of several electrically coupled together piezoceramic layers, which is held under bias between two stops. Each piezoceramic layer is enclosed as a piezoelectric layer between two internal electrodes via which an electrical voltage can be applied from the outside. Because of this electrical voltage, the piezoceramic layers then each carry out small strokes in the direction of the potential gradient, which add up to the total stroke of the piezoelectric actuator. This total stroke is variable by the amount of voltage applied and can be transferred to a mechanical actuator.

Bei dem zuvor erwähnten Piezoaktor wird zur Heranführung der unterschiedlichen Potentiale an das Piezoelement eine wechselseitige seitliche Kontaktierung der Innenelektroden über äußere Elektroden vorgenommen, bei der leitende Flächen auf jeweils einer Seitenfläche des Piezoelements angebracht sind, die mit den jeweiligen Innenelektroden kontaktiert sind. Dagegen ist aus der DE 103 35 019 A1 ein Piezoaktor bekannt, bei dem die Kontaktierung der Innenelektroden mit Kontaktelementen erfolgt, die jeweils in einer inneren Ausnehmung des Piezoelements liegen.In the piezoactuator mentioned above, in order to bring the different potentials to the piezoelectric element into contact with one another, mutual lateral contacting of the internal electrodes via external electrodes is carried out, in which conductive surfaces are mounted on a respective side surface of the piezoelectric element, which are in contact with the respective internal electrodes. In contrast, from the DE 103 35 019 A1 a piezoelectric actuator is known, in which the contacting of the internal electrodes takes place with contact elements which lie in each case in an inner recess of the piezoelectric element.

Außerdem ist auch in der EP 1 174 615 A3 ein Piezoaktor bzw. ein Piezoinjektor beschrieben, bei dem ein Piezoelement als Aktor für die direkte Nadelhubsteuerung eines Einspritzinjektors für einen Verbrennungsmotor vorhanden ist. Zwischen dem Piezoelement als Aktor und der Nadel sitzt lediglich ein Koppler mit einer hydraulischen Übersetzung zum Dehnungsausgleich. Mit einer Aktivierung des Piezoelements wird hierbei die unter Vorspannung zum Verschluss der Einspritzdüse gehaltene Nadel von der Düsenöffnung wegbewegt, da die Nadel direkt übersetzt der Bewegung des Aktors folgt.It is also in the EP 1 174 615 A3 a piezoelectric actuator or a piezoelectric injector described in which a piezoelectric element is present as an actuator for the direct Nadelhubsteuerung an injection injector for an internal combustion engine. Between the piezo element as an actuator and the needle sits only a coupler with a hydraulic ratio to the expansion compensation. With an activation of the piezoelectric element in this case the held under bias to the closure of the injection nozzle needle is moved away from the nozzle opening, as the needle directly translated follows the movement of the actuator.

Beim eingangs erwähnten Stand der Technik DE 100 26 005 A1 wird der elektrische Anschluss des Piezoelements an eine externe Spannungsquelle durch eine Verlängerung der äußeren Elektroden durch ein Fußteil des Piezoaktors hindurch vorgenommen. Diese Verlängerung kann auch weiter bis zu einem Stecker geführt werden, so dass diese somit in einem mechanisch unkritischen Bereich kontaktiert werden. Die Verlängerungen können dabei elektrisch isoliert durch den Aktorfuß, z.B. aus Stahl, geführt werden, an dem das Piezoelement anliegt oder befestigt ist. Weiterhin ist es aus diesem Stand der Technik bekannt, dass die Verlängerungen zur Fixierung und zur Zugentlastung der Außenelektroden in einer Vergussmasse gehalten sind, welche in eine Ausnehmung des Aktorfußes, ggf. von einem Formteil aus Stahl oder Polymer umgeben, eingebracht sind.In the above-mentioned prior art DE 100 26 005 A1 the electrical connection of the piezoelectric element is made to an external voltage source by extending the outer electrodes through a foot portion of the piezoelectric actuator. This extension can also be routed to a connector, so that they are thus contacted in a mechanically non-critical area. The extensions can thereby be electrically isolated by the actuator base, for example made of steel, on which the piezoelectric element is applied or fixed. Furthermore, it is known from this prior art that the extensions for fixing and strain relief of the outer electrodes are held in a potting compound, which are in a recess of the actuator base, possibly surrounded by a molded part made of steel or polymer introduced.

Bei den zuvor beschriebenen Piezoaktoren ist zu beachten, dass die elektrischen Anbindungen im Herstellungsprozess einfach aber im Betrieb sicher erfolgen sollen, wobei zusätzlich zur elektrischen Isolierung auch bei vielen Anwendungen mit einer Ventilfunktion eine ausreichende Abdichtung gegenüber Flüssigkeiten gewährleistet sein muss. Insbesondere bei einer Anwendung der Piezoaktoren als Einspritzinjektoren für Kraftstoff in sogenannten Common-Rail-Systemen (CR) ist bei den verwendeten hohen Drücken des Kraftstoffs eine sichere Bauweise erforderlich.at the piezoactuators described above, it should be noted that the electrical Connections in the production process simple but safe in operation should be done, in addition for electrical insulation even in many applications with a Valve function an adequate seal against liquids guaranteed have to be. In particular, in an application of the piezoelectric actuators as Injection injectors for Fuel in so-called common-rail systems (CR) is in the used high pressures the fuel required a safe construction.

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Die Erfindung geht von einer eingangs beschriebenen Anordnung mit einem Piezoaktor aus, der einen Mehrschichtaufbau von Piezolagen in einem Piezoelement aufweist und an einem Haltekörper gehalten ist, wobei am Piezoelement eine wechselseitige Kontaktierung von Innenelektroden mit Kontaktelementen vorhanden ist. Es sind weiterhin Zuführdrähte als elektrische Leitungen durch ein Kopfteil des Haltekörpers zu den Kontaktelementen geführt. Gemäß der Erfindung sind in vorteilhafter Weise fest im Kopfteil des Haltekörpers eingebettete Leitungen über Kontaktverbindungen mit den Kon taktelementen verbindbar, wobei die Kontaktverbindungen vorzugsweise nach der Montage des Piezoaktors jeweils in einer Zentrier- und/oder Isolationshülse im Aktorfuß am Piezoelement liegen. Ein solche Anordnung ist beispielsweise vorteilhaft zur Steuerung des Hubs einer Nadel für die Kraftstoffeinspritzung in einem Kraftfahrzeug einsetzbar und zwar sowohl mit einer einstufigen als auch mit einer zweistufigen Übersetzung.The invention is based on an arrangement described above with a piezoelectric actuator having a multi-layer structure of piezoelectric layers in a piezoelectric element and is held on a holding body, wherein the piezoelectric element is a mutual contacting of internal electrodes with contact elements. There are also supply wires as electrical lines through a Head part of the holding body guided to the contact elements. According to the invention in an advantageous manner embedded in the head part of the holding body lines via contact connections with the con tact elements are connected, wherein the contact connections are preferably in each case in a centering and / or insulating sleeve in the actuator base on the piezoelectric element after assembly of the piezoelectric actuator. Such an arrangement is for example advantageously used for controlling the stroke of a needle for fuel injection in a motor vehicle, both with a single-stage and with a two-stage translation.

Gemäß eines vorteilhaften Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Piezoaktors werden in einem ersten Verfahrensschritt die Kontaktelemente mittels der Kontaktverbindungen an die Leitungen angefügt und in einem zweiten Verfahrensschritt wird das Piezoelement mit dem Aktorfuß über die Kontaktelemente geschoben und dann der Aktorfuß mit dem Kopfteil des Haltekörpers fest verbunden. Hierbei kann dann auch vor dem ersten Verfahrensschritt eine Prüfung der Kontaktverbindungen und der Hochdruckdichtungen auf einfache Weise vorgenommen werden. Eine Polung und Signalprüfung des Piezoelements ist bevorzugt vorher durchzuführen.According to one advantageous method for producing the piezoelectric actuator according to the invention in a first method step, the contact elements by means of Contact connections attached to the lines and in a second process step the piezo element is pushed with the actuator foot over the contact elements and then the actuator base with the head part of the holding body firmly connected. This can then also before the first step an exam the contact connections and the high pressure seals on simple Be made way. A polarity and signal test of the Piezoelectric element is preferred to perform before.

Die Verbindungen der Leitungen mit den Kontaktelementen können beispielsweise durch Verschweißen oder Löten bzw. auch durch Krimpen der sich jeweils gegenüber liegenden Enden hergestellt werden. Die Enden der Leitungen und der Kontaktelemente können dabei in vorteilhafter Weise gestaucht oder auch direkt stumpf aneinandergefügt werden. Bei einer anderen Ausführungsform können die Enden der Leitungen und der Kontaktelemente mit Abflachungen überlappend aneinander liegen. Weiterhin ist es möglich, dass ein Ende der Leitungen oder der Kontaktelemente gestaucht und mit einer Innenbohrung versehen ist und das jeweils andere Ende in die Innenbohrung eingefügt ist. Ferner können auch die Enden der Leitungen und der Kontaktelemente jeweils in Öffnungen einer Hülse eingefügt werden und dann durch Verschweißen oder Löten bzw. auch durch Krimpen verbunden werden.The Connections of the lines with the contact elements, for example by welding or soldering or by crimping the respective opposite ends are produced. The ends of the lines and the contact elements can thereby be compressed in an advantageous manner or joined together directly butt. In another embodiment can they Ends of the leads and the contact elements overlap with flats lie together. Furthermore, it is possible for one end of the wires or the contact elements compressed and provided with an internal bore is and the other end is inserted into the inner bore. Furthermore, can also the ends of the lines and the contact elements in each case in openings a sleeve added and then by welding or soldering or be connected by crimping.

Die Erfindung ermöglicht somit eine hochdruckdichte Verbindung der Teile des Piezoaktors und gleichzeitig eine sichere elektrische Verbindung der e lektrischen Anschlüsse, wobei man auch, ohne das nachteilige Steckerprinzip anwenden zu müssen, einen schrittweisen Zusammenbau und eine schrittweise Prüfung der Funktion der Elemente erreicht. Die hochdruckdicht im Kopfteil vorzugsweise in einer Glasschmelze eingebrachten Leitungen können geprüft werden, bevor die gesamte Piezoaktoranordnung bzw. das damit aufgebaute Einspritzventil montiert wird. Die Schweiß- oder Lötstellen der Kontaktverbindungen sind zunächst gut zugänglich und elektrisch, mechanisch oder optisch prüfbar und eine Nacharbeit ist eventuell noch möglich. Auch ist eventuell ein Längenausgleich je nach der gewählten Art der Kontaktverbindung möglich.The Invention allows Thus, a high-pressure-tight connection of the parts of the piezoelectric actuator and at the same time a secure electrical connection of e lektrischen Connections, whereby one can also apply without the disadvantageous plug principle need one gradual assembly and a gradual examination of Function of the elements achieved. The high pressure-tight in the head part preferably Lines inserted in a molten glass can be tested before the whole Piezo actuator assembly or the injection valve constructed therewith mounted becomes. The welding or solder joints the contact connections are first easily accessible and electrically, mechanically or optically testable and a rework is possibly still possible. Also may be a length compensation depending on the chosen one Type of contact connection possible.

Bei einem Defekt in dem Stadium vor der Montage ist das Piezoelement in einer anderen Anordnung noch nutzbar. Die Erfindung ist vor allem zusammen mit einer Kontaktierung der Innenelektroden über innen im Piezoelement liegende Kontaktelemente möglich, so dass außen auf dem Piezoelement leicht eine Isolation angebracht werden kann und hier keine Elektrodendrähte hervorstehen. Im Prinzip ist jedoch die Erfindung auch mit einer Außenkontaktierung der Innenelektroden anwendbar, wenn hierfür die nötigen Vorkehrungen getroffen werden.at a defect in the stage before assembly is the piezo element still usable in another arrangement. The invention is above all together with a contacting of the internal electrodes over the inside in the piezo element lying contact elements possible, so that outside on the piezoelectric element can easily be mounted an insulation and here no electrode wires protrude. In principle, however, the invention is also with a external contact the internal electrodes applicable if the necessary precautions have been taken become.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Piezoaktors werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:embodiments the inventive arrangement with a piezoelectric actuator will be explained with reference to the drawings. It demonstrate:

1 einen Längsschnitt durch einen Piezoinjektor mit einem Piezoaktor in einem prinzipiellen geometrischen Aufbau nach dem Stand der Technik mit außenliegender Kontaktierung der Innenelektroden, 1 a longitudinal section through a piezo injector with a piezoelectric actuator in a basic geometric structure according to the prior art with external contacting of the internal electrodes,

2 einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Piezoinjektors mit innenliegender Kontaktierung, bei dem Verbindungsvarianten zur inneren Kontaktierung der Innenelektroden angedeutet sind, 2 a partial longitudinal section through an inventive embodiment of a piezoelectric injector with internal contact, are indicated in the connection variants for internal contacting of the internal electrodes,

3 eine Prinzipdarstellung von möglichen Verbindungsformen beim Anschlusses der Innenkontakte und 3 a schematic diagram of possible connection forms when connecting the inner contacts and

4 eine schematische Darstellung mit den Innenkontakten beim Zusammenbau des Piezoaktors. 4 a schematic representation with the inner contacts during assembly of the piezoelectric actuator.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist ein prinzipieller Aufbau eines einstufigen Piezoinjektors 1 gezeigt, bei dem ein Piezoaktor zur direkten Nadelhubsteuerung einer Düsennadel im Einspritzsystem für Kraftstoff bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt werden kann. Der Piezoinjektor 1 weist einen Haltekörper 2 auf, der in seinen geometrischen Abmessungen im wesentlichen an den spezifischen Einsatzort angepasst werden kann. Am oberen Teil des Haltekörper 2 ist ein hier nicht dargestelltes Steckerteil vorhanden, durch das mit einer ebenfalls spezifisch an den Anwendungsfall angepassten Steckerausführung die elektrische Spannung zur Ansteuerung eines Piezoelements 3 als Bestandteil eines Piezoaktors im Inneren des Haltekörpers 2 angeschlossen werden kann.In 1 is a basic structure of a single-stage piezo injector 1 in which a piezoelectric actuator for direct Nadelhubsteuerung a nozzle needle can be used in the injection system for fuel in an internal combustion engine. The piezo injector 1 has a holding body 2 on, which can be adjusted in its geometrical dimensions substantially to the specific site. At the upper part of the holding body 2 is not shown here plug part, by with a also specific to the application to the plug-in version is the electrical voltage for controlling a piezoelectric element 3 as part of a piezoelectric actuator inside the holding body 2 can be connected.

Vom Steckerteil sind hier Zuführdrähte als elektrische Leitungen 4 und 5 zu Kontaktelementen 6 und 7, die auch als Außenelektroden bezeichnet werden, an das Piezoelement 3 geführt. Das Piezoelement 3 wirkt bei einer Betätigung, wie eingangs beschrieben, über eine sich hier senkrecht unterhalb befindliche mechanische Anordnung mit einem Koppler 8 auf eine Düsennadel 9 derart, dass hier eine Freigabe einer Düsenöffnung 10 erfolgen kann. Ein im Inneren des Piezoinjektors 1 durch den Innenraum des Haltekörpers 2 geführter Kraftstoff kann somit in den Brennraum eines hier nicht dargestellten Verbrennungsmotors injiziert werden.From the plug part are here supply wires as electrical lines 4 and 5 to contact elements 6 and 7 , which are also referred to as external electrodes, to the piezoelectric element 3 guided. The piezo element 3 acts upon actuation, as described above, via a here below vertically located mechanical arrangement with a coupler 8th on a nozzle needle 9 such that here a release of a nozzle opening 10 can be done. One inside the piezo injector 1 through the interior of the holding body 2 Guided fuel can thus be injected into the combustion chamber of an internal combustion engine, not shown here.

Die Piezolagen des Piezoelements 3 liegen nach der 1 über einen Aktorfuß 11 oben an einem balligen Dichtsitz im Innenraum des Haltekörpers 2 an, wobei das Piezoelement 3 zur Bewirkung eines guten Dichtsitzes mit ei ner Feder 12 angedrückt wird. Insbesondere bei den eingangs erwähnten Common-Rail (CR)-Systemen ist hier eine Hochdruckabdichtung zu einem elektrischen Anschlussraum 13 notwendig, durch den die zwei elektrischen Leitungen 4 und 5 an das Piezoelement 3 geführt sind.The piezo layers of the piezoelectric element 3 lie to the 1 via an actuator base 11 at the top of a spherical sealing seat in the interior of the holding body 2 on, wherein the piezoelectric element 3 to effect a good fit with a spring 12 is pressed. In particular, in the case of the common rail (CR) systems mentioned in the introduction, here is a high-pressure seal to an electrical connection space 13 necessary, through which the two electrical wires 4 and 5 to the piezoelectric element 3 are guided.

Aus 2 ist ein Teil eines erfindungsgemäßen Piezoinjektors 20 im zusammengebauten Zustand zu entnehmen. Es ist hier ein Piezoelement 21 vorhanden, bei dem hier nur beispielhaft Innenelektroden 22 und 23 mit einem Bezugszeichen versehen sind, die im Stapelaufbau des Piezoelements 21 wechselseitig jeweils über innere Kontaktelemente 24 und 25 mit einer elektrischen Spannung versorgt werden. Durch das Potentialgefälle bei Anlage einer Spannung wird die in der Beschreibungseinleitung erläuterte mechanische Reaktion in den Piezolagen 26 aus Keramikfolien zwischen den Innenelektroden 22 und 23 bewirkt.Out 2 is a part of a piezoelectric injector according to the invention 20 to be taken in the assembled state. It is a piezoelectric element here 21 present, here only by way of example internal electrodes 22 and 23 are provided with a reference numeral, which in the stack structure of the piezoelectric element 21 mutually on each inner contact elements 24 and 25 be supplied with an electrical voltage. Due to the potential difference when a voltage is applied, the mechanical reaction described in the introduction to the description becomes known in the piezoelectric layers 26 ceramic foils between the internal electrodes 22 and 23 causes.

Die Piezolagen des Piezoelements 21 nach der 2 liegen weiterhin über eine Deckplatte 27 aus Keramik und einen Aktorfuß 28 aus Stahl am Haltekörper 29 des Piezoinjektors 20 an, wobei der Haltekörper 29 ein Kopfteil 30 aufweist, das zum einen eine Kraftstoffzufuhr 31 und ein elektrisches Anschlussteil 32 aufweist. Das Piezoelement 21 ist gegenüber dem Kraftstoff im Inneren des Haltekörpers 29 noch mit einer äußeren Isolationsschicht 33 abgedichtet.The piezo layers of the piezoelectric element 21 after 2 continue to lie over a cover plate 27 made of ceramic and an actuator base 28 made of steel on the holding body 29 of the piezo injector 20 on, wherein the holding body 29 a headboard 30 has, on the one hand a fuel supply 31 and an electrical connection part 32 having. The piezo element 21 is opposite the fuel inside the holding body 29 still with an outer insulation layer 33 sealed.

Im Inneren des Kopfteils 30 sind Zuführdrähte als Leitungen 34 und 35 isoliert eingefügt, die zum Anschluss an das Piezoelement 21 hochdruckdicht vorzugsweise mittels einer Glaseinschmelzung 36 eingepresst sind und zum Anschluss an die Kontaktelemente 24 und 25 sind Kontaktverbindungen 37 oder 38 vorhanden, die jeweils in Isolations- oder Zentrierhülsen 39 zu liegen kommen.Inside the headboard 30 are feed wires as lines 34 and 35 Insulated inserted for connection to the piezoelectric element 21 high pressure-tight, preferably by means of a Glaseinschmelzung 36 are pressed and for connection to the contact elements 24 and 25 are contact connections 37 or 38 present, each in isolation or centering sleeves 39 to come to rest.

In 3 sind beispielhaft einige Varianten der Kontaktverbindungen 37 oder 38, zum Beispiel zwischen der Leitung 25 und dem Zuführungsdraht 35, gezeigt. Links ist in der 3a eine Verbindung zwischen gestauchten Enden und rechts daneben mit 3b zwischen ungestauchten Enden ge zeigt, die dann zum Beispiel verschweißt oder verlötet werden können. Das dritte Beispiel in 3c zeigt abgeflachte Enden, die dann verschweißt oder gelötet werden können und daneben ist mit 3d eine Variante gezeigt, bei der das Ende der Leitung 35 gestaucht und mit einer Innenbohrung versehen ist, in die das Gegenstück dann ebenfalls eingesteckt und verschweißt oder gelötet werden kann. Die Variante nach 3e zeigt eine Verbindung über eine Hülse 40, an die die Enden der Leitung 35 und des Kontaktelements 25 beidseitig geschweißt, gelötet oder gekrimpt werden können.In 3 are exemplary some variants of the contact connections 37 or 38 , for example, between the line 25 and the feed wire 35 , shown. Links is in the 3a a connection between compressed ends and right next to it 3b ge shows between uncompressed ends, which can then be welded or soldered, for example. The third example in 3c shows flattened ends, which can then be welded or soldered and next to is with 3d a variant shown at the end of the line 35 compressed and provided with an internal bore into which the counterpart can then also be inserted and welded or soldered. The variant after 3e shows a connection via a sleeve 40 to which the ends of the pipe 35 and the contact element 25 welded, soldered or crimped on both sides.

Aus 4 ist schematisch der Montageprozess bei der Anbringung des Piezoelements 21 mit dem Aktorfuß 28 an das Kopfteil 30 des Haltekörpers 29 gezeigt. Zunächst werden die Kontaktelemente 24 und 25 mittels der Kontaktverbindungen 38 und 37 (vgl. 2 und 3a bis 3e) angebracht. Diese Kontaktelemente 24 und 25 können zum Beispiel elektrisch leitfähige Bürsten sein oder aus einem gewellten oder glatten Draht bestehen, der mittels eines Leitklebers montierbar ist. Bevor nun das Piezoelement 21 angefügt wird, kann dies separat gepolt werden oder auch einer Großsignalprüfung unterzogen werden, wobei hierfür beispielsweise eine demotier- und wiederverwendbare Bürstenelektrode benutzt werden kann. Es ist auch denkbar, dass die Kontaktelemente 24 und 25 im Piezoelement 21 bis auf Reststücke bereits vormontiert sind.Out 4 is schematically the assembly process in the attachment of the piezoelectric element 21 with the actuator foot 28 to the headboard 30 of the holding body 29 shown. First, the contact elements 24 and 25 by means of the contact connections 38 and 37 (see. 2 and 3a to 3e ) appropriate. These contact elements 24 and 25 For example, they may be electrically conductive brushes or may be made of a corrugated or smooth wire which is mountable by means of a conductive adhesive. Before now the piezo element 21 is added, this can be poled separately or subjected to a large signal test, for which purpose, for example, a demotable and reusable brush electrode can be used. It is also conceivable that the contact elements 24 and 25 in the piezo element 21 are already pre-assembled to residual pieces.

Anschließend kann nun das Piezoelement 21 mit dem Aktorfuß 28 auf die Kontaktelemente 24 und 25 aufgeschoben und beispielsweise an Schweißstellen 41 (2) mit dem Kopfteil 30 verbunden werden. Hierbei dienen die ebenfalls aus der 2 zu entnehmenden Isolations- oder Zentrierhülsen 39, die neben der elektrischen Isolation auch der Zentrierung und Torsionsfixierung des Piezoelements 21 im Kopfteil 30 dienen, wobei diese Isolations- oder Zentrierhülsen 39 auch je nach Polarität unterschiedliche Außendurchmessener aufweisen können, damit die Polarität nicht vertauscht wird.Subsequently, now the piezoelectric element 21 with the actuator foot 28 on the contact elements 24 and 25 deferred and, for example, at welds 41 ( 2 ) with the headboard 30 get connected. Here are also from the 2 to be taken isolation or centering sleeves 39 , which in addition to the electrical insulation also the centering and torsion fixation of the piezoelectric element 21 in the headboard 30 serve, with these isolation or centering sleeves 39 Depending on the polarity may have different Außendurchmessener so that the polarity is not reversed.

Gewerbliche Anwendbarkeitcommercial applicability

Die Erfindung ist zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einem Kraftfahrzeug einsetzbar.The The invention is for controlling fuel injection in one Motor vehicle used.

Claims

Arrangement with a piezoelectric actuator, with - a multilayer structure of piezoelectric layers ( 26 ), which as a piezo element ( 3 ; 21 ) with an actuator base ( 28 . 27 ) in a holding body ( 2 ; 29 . 30 ), wherein on the piezo element ( 3 ; 21 ) an internal mutual contacting of internal electrodes ( 22 . 23 ) with contact elements ( 24 . 25 ) is present and with - electrical lines ( 34 . 35 ) through a headboard ( 30 ) of the holding body ( 29 ) to the contact elements ( 24 . 25 ), whereby - the fixed in the head part ( 30 ) embedded lines ( 34 . 35 ) via contact connections ( 37 . 38 ) with the contact elements ( 24 . 25 ) are connectable.

Arrangement according to claim 1, characterized in that - the contact connections ( 37 . 38 ) after assembly of the arrangement in each case in a centering and / or insulating sleeve ( 39 ) in the actuator base ( 28 . 27 ) on the piezo element ( 21 ) come to rest.

Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that - the contact connections ( 37 . 38 ) by welding or soldering the respectively opposite ends of the lines ( 34 . 35 ) and the contact elements ( 24 . 25 ) can be produced.

Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that - the contact connections ( 37 . 38 ) by crimping the respectively opposite ends of the lines ( 34 . 35 ) and the contact elements ( 24 . 25 ) can be produced.

Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that - the ends of the lines ( 34 . 35 ) and the contact elements ( 24 . 25 ) are compressed.

Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that - the ends of the lines ( 34 . 35 ) and the contact elements ( 24 . 25 ) are joined directly butt.

Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that - the ends of the lines ( 34 . 35 ) and the contact elements ( 24 . 25 ) with flats overlap each other.

Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that - one end of the lines ( 34 . 35 ) or the contact elements ( 24 . 25 ) is compressed and provided with an inner bore and the other end is inserted into the inner bore.

Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that - the ends of the lines ( 34 . 35 ) and the contact elements ( 24 . 25 ) in each case in openings of a sleeve ( 40 ) are inserted.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized marked that - the Arrangement as a piezo injector for the injection of fuel into an internal combustion engine for a motor vehicle can be used

Method for producing a piezoactuator according to one of the preceding claims, characterized in that - in a first method step, the contact elements ( 24 . 25 ) by means of the contact connections ( 37 . 38 ) to the lines ( 24 . 25 ) are added and - in a second process step, the piezoelectric element ( 21 ) with the actuator foot ( 28 ) via the contact elements ( 34 . 35 ) and then the actuator base ( 28 ) with the head part ( 30 ) of the holding body ( 29 ) is firmly connected.

A method according to claim 11, characterized in that - the first step, a polarity and signal testing of the piezoelectric element ( 21 ) and an examination of the contact connections ( 37 . 38 ) is connected upstream.