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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen Piezoaktor, beispielsweise als Piezoinjektor
oder zur Betätigung
eines mechanischen Bauteils wie ein Ventil oder dergleichen, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Es
ist an sich bekannt, dass zum Aufbau eines Piezoaktors bzw. eines
Piezoinjektors 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.
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Beispielsweise
ist ein solcher Piezoinjektor 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 Sta pel 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.
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Außerdem ist
auch in der
EP 1 174
615 A3 ein Piezoaktor 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. Piezoelement, Koppler und Nadel bilden
dabei Teile eines Stellglieds, mit dessen Hilfe etwa bei einem Einspritzinjektor
beispielsweise Kraftstoff oder ein anderes Fluid dosiert beispielsweise
in den Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzt werden kann.
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In 7 ist ein prinzipieller
Aufbau eines einstufigen Piezoaktors 1 nach dem Stand der
Technik gezeigt, der beispielsweise zur Nadelhubsteuerung im Einspritzsystem
für Kraftstoff
bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt werden kann. Im oberen Teil ist
ein Haltekörper 2 vorhanden,
der in seinen geometrischen Abmessungen im Wesentlichen an den spezifischen
Einsatzort angepasst werden kann. Am 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 in einem Innenraum 4 des
Haltekörpers 2 angeordneten
Piezoelements 3 angeschlossen werden kann.
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Vom
Steckerteil sind hier nicht dargestellte Zuführdrähte als elektrische Leitungen
zu ebenfalls nicht dargestellten Außenelektroden am Piezoelement 3 geführt, zur
elektrischen Kontaktierung des Piezoelements 3. Das Piezoelement 3 wirkt
bei einer Betätigung über eine
sich hier senkrecht unterhalb befindliche mechanische Anordnung
mit einem Koppler 5 auf eine Düsennadel 6 derart,
dass hier eine Freigabe einer Düsenöffnung 7 erfolgen
kann. Ein im Inneren des Piezoaktors 1 durch den Innenraum 4 des
Haltekörpers 2 geführter Kraftstoff
kann somit in den Brennraum eines hier nicht dargestellten Verbrennungsmotors
injiziert werden.
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Das
Piezoelement 3 liegt nach 7 über einen
Aktorfuß 8 oben
an einem balligen Dichtsitz im Innenraum 4 des Haltekörpers 2 an,
wobei das Piezoelement 3 zur Bewirkung eines guten Dichtsitzes mit
einer Feder 9 angedrückt
wird. Insbesondere bei den eingangs erwähnten Common-Rail (CR)-Systemen ist hier
eine Hochdruckabdichtung zu einem oberhalb des Piezoelements 3 und
oberhalb des Innenraums 4 in dem Haltekörper 2 angeordneten
elektrischen Anschlussraum notwendig, durch den die elektrischen
Leitungen zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements 3 geführt sind.
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Nachteilig
am Stand der Technik ist, dass je nach spezifischer Einbausituation
des Piezoaktors der Haltekörper
an die entsprechenden äußeren Randbedingungen,
wie etwa äußere Lage
von elektrischen Anschlüssen, äußere Lage
von Anschlüssen für das zu
dosierende Fluid, äußere Abmessungen und
dergleichen, sowie an die durch das Piezoelement und dass das Piezoelement
umfassende Stellglied vorgegebenen inneren Randbedingungen, wie etwa
die elektrische Kontaktierung des Piezoelements durch den Haltekörper hindurch,
Größe und Abmessungen
des Innenraums, Anordnung und Abmessungen des Kopplers, der Düsennadel
und dergleichen, sehr aufwändig
individuell angepasst werden muss.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
Nachteile des Standes der Technik werden bei einem erfindungsgemäßen Piezoaktor
als Piezoinjektor der eingangs genannten Gattung vermieden, indem
der Haltekörper
zweiteilig ausgeführt
ist und ein die Zweiteilung des Haltekörpers festlegender Teilungsquerschnitt
vorzugsweise in einem Bereich des Haltekörpers angeordnet ist, in dem
die elektrische Kontaktierung des Piezoelements vorzugsweise beispielsweise
mittels einer Steckverbindung herstellbar ist und damit durch den
Teilungsquerschnitt hindurchführt.
Der Teilungsquerschnitt kann dabei innerhalb einer Ebene, oder innerhalb mehrerer
im Wesentlichen paralleler Ebenen liegen.
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Verwendungs-
und einbauspezifische Anforderungen an den Piezoaktor, welche überwiegend die äußere Form
des Haltekörpers
betreffen, und insbesondere die äußere Lage
der elektrischen Anschlüsse
sowie der äußeren Anschlüsse für das Fluid beinhalten,
lassen sich mit dem zweiteilig ausgeführten Haltekörper leichter
und kostengünstiger
verwirklichen, da so die Möglichkeit
besteht, beispielsweise verschiedene, an unterschiedliche Einbausituationen angepasste
Haltekörperoberteile,
sowie nur ein oder wenige verschiedene, im Wesentlichen an das Piezoelement
beziehungsweise an die überwiegend
durch das Piezoelement vorgegebenen Randbedingungen angepasste Haltekörperunterteile
herzustellen, welche anschließend
vorzugsweise beliebig miteinander kombiniert werden können.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der zweiteilige
Haltekörper
ein im Wesentlichen den Innenraum radial begrenzendes und damit
die Länge
und den Querschnitt des Innenraums festlegendes, das Piezoelement
im Wesentlichen konzentrisch umhüllendes
Haltekörperunterteil,
sowie ein mit dem Haltekörperunterteil
fest oder lösbar
verbindbares, im Wesentlichen den Innenraum von einer Seite her
stirnseitig begrenzendes und im Wesentlichen die elektrische Kontaktierung,
die Strömungskanäle sowie
die Anschlüsse aufweisendes
Haltekörperoberteil
umfasst.
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Vorteilhafterweise
ist dabei das Haltekörperunterteil
im Wesentlichen an die durch die Geometrie des Piezoelements sowie
die Strömungsführung des Fluids
vorgegebenen Abmessungen des Innenraums, sowie an die durch die
Geometrie des Piezoelements und die technische Ausgestaltung des
das Piezoelement umfassenden Stellglieds vorgegebenen Randbedingungen
angepasst, wobei das Haltekörperoberteil
im Wesentlichen an die durch die verwendungsspezifische Einbausituation
des Piezoaktors vorgegebenen, die Lage der Anschlüsse vorgebenden
Randbedingungen angepasst ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindung
zwischen Haltekörperoberteil
und Haltekörperunterteil
standardisiert ist, zum modularen Aufbau eines Haltekörpers aus beliebigen
Haltekörperoberteilen
und Haltekörperunterteilen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht dabei vor, dass
das im Wesentlichen an das Piezoelement und das Stellglied angepasste
Haltekörperunterteil
standardisiert ist, wohingegen das Haltekörperoberteil einbauspezifisch
angepasst ist.
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Dabei
ist beispielsweise denkbar, ein Haltekörperoberteil mit einem seitlich
angeordneten elektrischen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung des
Piezoelements durch den Haltekörper
hindurch, sowie einem zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Piezoelement
angeordneten Anschluss für
das Fluid vorzusehen. Ebenso ist denkbar, ein Haltekörperoberteil
mit einem seitlich angeordneten elektrischen Anschluss zur elektrischen
Kontaktierung des Piezoelements durch den Haltekörper hindurch, sowie einem
seitlich angeordneten Anschluss für das Fluid vorzusehen. Darüber hinaus
ist denkbar, ein Haltekörperoberteil
mit einem zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Piezoelement angeordneten
elektrischen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements
durch den Haltekörper
hindurch, sowie einem seitlich angeordneten Anschluss für das Fluid
vorzusehen.
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Eine
andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
das Piezoelement an einer den Innenraum stirnseitig begrenzenden
Stirnwand des Haltekörperoberteils
fest oder lösbar
angeordnet ist. Dabei können
an der den Innenraum stirnseitig begrenzenden Stirnwand des Haltekörperoberteils sowie
an der dem Haltekörperoberteil
zugewandten Stirnseite des Piezoelements miteinander korrespondierende,
elektrische Steckverbindungen zur elektrischen Kontaktierung des
Piezoelements angeordnet sein. Dies ermöglicht einerseits eine lösbare elektrische
Kontaktierung des Piezoelements, beispielsweise zur Qualitätskontrolle,
wie etwa für
Funktionstests. Andererseits ermöglicht
dies grundsätzlich eine
lösbare
Verbindung zwischen Haltekörperoberteil
und Piezoelement. Darüber
hinaus wird die Herstellung des Piezoaktors durch die elektrische
Steckverbindung stark vereinfacht, da bei einer Anordnung des Piezoelements
am Haltekörperoberteil
nur die mechanische Verbindung zwischen dem Piezoelement und dem
Haltekörperoberteil
hergestellt werden muss, und die elektrische Kontaktierung mittels
der elektrischen Steckverbindung bereits beim Ansetzen des Piezoelements
an das Haltekörperoberteil
hergestellt wird.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Piezoelement einen den Stapel der Piezolagen in Richtung des
Haltekörperoberteils
stirnseitig abschließenden Aktorfuß, wobei
die an dem Piezoelement angeordneten elektrischen Steckverbindungen
in dem Aktorfuß angeordnet
sind.
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Die
elektrische Steckverbindung zwischen dem Haltekörperoberteil und dem Piezoelement kann
dabei symmetrisch oder unsymmetrisch ausgeführt sein. Im Falle einer unsymmetrischen
Ausführung
kann die Steckverbindung als Poka-Yoke ausgeführt sein, beispielsweise mit
dünnem
und dickem Pin oder mit Pin und Buchse oder mit kurzem und langem
Pin. Ebenso ist denkbar, dass im Haltekörperoberteil die Buchsen, und
im Piezoelement bzw. im Aktorfuß des
Piezoelements die Pins der elektrischen Steckverbindung angeordnet
sind, oder umgekehrt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steckverbindung
Markierungen zur Erkennung der Polarität und/oder der lagerichtigen
Anordnung des Piezoelements auf. Die Markierungen sind dabei vorzugsweise
am Haltekörperoberteil
und am Piezoelement angeordnet. Die Markierungen können beispielsweise
Farbmarkierungen umfassen.
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Eine
zusätzliche
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die an
der den Innenraum stirnseitig begrenzenden Stirnwand des Haltekörperoberteils
angeordneten Steckverbindungen zur elektrischen Kontaktierung des
Piezoelements mittels einer eine Abdichtung zwischen dem das Piezoelement
und das unter Druck stehende Fluid aufnehmenden Innenraum und der
Umgebung bewirkenden Dichtbuchse im Haltekörperoberteil angeordnet sind.
Die Dichtbuchse ist vorzugsweise mit keramischem Kitt, mit Kunststoff,
mit Glas oder dergleichen ausgegossen oder ausgespritzt.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
das Piezoelement fest mit dem Haltekörperoberteil verbunden ist,
wobei der Aktorfuß vorzugsweise
mit der den Innenraum des Haltekörpers
stirnseitig begrenzenden Stirnwand des Haltekörperoberteils verschweißt oder
verklebt ist, so dass eine Abdichtung für das Fluid zwischen dem von
dem Fluid eingenommenen Teil des Innenraums und der elektrischen
Steckverbindung und/oder der elektrischen Kontaktierung zwischen
Piezoelement und Haltekörperoberteil
entsteht.
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Insbesondere
bei der Verwendung einer Dichtbuchse und/oder dem Verschweißen oder
Verkleben des Aktorfußes
mit dem Haltekörperoberteil ist
bei einer Verwendung des Piezoaktors zur Hochdruckinjektion von
beispielsweise Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors
eine ausreichende Abdichtung des Haltekörpers gegenüber dem unter Druck in den
Innenraum geleiteten Fluid gewährleistet.
Insbesondere bei einer Anwendung der Piezoaktoren als Einspritzinjektoren
für Kraftstoff in
sogenann ten Common-Rail-Systemen (CR) ist bei den verwendeten hohen
Drücken
des Kraftstoffs eine derartig sichere Bauweise erforderlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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Es
zeigen:
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1 einen
Teilschnitt durch einen ersten erfindungsgemäßen Piezoaktor mit miteinander
verschweißtem
Haltekörperoberteil
und Aktorfuß,
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2 eine
schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Haltekörperoberteils,
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3 eine
schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Haltekörperoberteils,
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4 einen
Teilschnitt durch einen zweiten erfindungsgemäßen Piezoaktor mit miteinander
verklebtem Haltekörperoberteil
und Aktorfuß,
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5 eine
Detailansicht einer in dem Haltekörperoberteil angeordneten Steckverbindung,
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6 einen
Teilschnitt durch einen dritten erfindungsgemäßen Piezoaktor mit lösbar miteinander verbundenem
Haltekörperoberteil
und Aktorfuß,
sowie
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7 einen
Längsschnitt
durch einen Piezoaktor mit einem prinzipiellen geometrischen Aufbau nach
dem Stand der Technik,
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die
Erfindung wird im Folgenden am Beispiel eines Piezoaktors zur Verwendung
in einem Common-Rail Einsprizinjektor mit direkter Nadelsteuerung
beschrieben.
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Ein
in 1, 4 und 6 dargestellter erfindungsgemäßer Piezoaktor 10 als
Piezoinjektor besteht im Wesentlichen aus einem zweiteiligen, einen
Innenraum 40 aufweisenden Haltekörper 20, sowie einem
in dem Innenraum 40 angeordneten, durch den Haltekörper 20 hindurch
elektrisch kontaktierbaren Piezoelement 30. Der Haltekörper 20 umfasst
ein Haltekörperoberteil 21,
sowie ein Haltekörperunterteil 22.
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Das
Haltekörperoberteil
weist eine Aufnahme 92 für einen elektrischen Anschluss
zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements 30 durch den
Haltekörper 30 hindurch
auf. Darüber
hinaus weist das Haltekörperoberteil 21 einen
in den 2 und 3 dargestellten Anschluss 25, 26 zur
Zufuhr eines mittels eines das Piezoelement 30 umfassenden
Stellglieds dosierbaren Kraftstoffs in den Innenraum 40,
sowie von dem Anschluss 25, 26 in den Innenraum 40 führende Strömungskanäle 41 auf.
Die Strömungskanäle 41 münden dabei
in den verbleibenden Ringraum des Innenraums 40 zwischen
dem Piezoelement 30 und dem das Piezoelement 30 konzentrisch
umhüllenden
Haltekörperunterteils 22.
Im Betrieb ist somit das eine in ihren Innenquerschnittsabmessungen
den Außenquerschnittsabmessungen des
Piezoelement 30 entsprechende Isolationshülse 32 umfassende
Piezoelement 30 von dem durch den verbleibenden Ringraum
des Innenraums 40 strömenden
Kraftstoff umgeben. Eine derartige Anordnung wird als nasse Anordnung
bezeichnet.
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Das
Haltekörperunterteil 22 bildet
im Wesentlichen den das Piezoelement 30 konzentrisch umhüllenden
Innenraum 40, indem das Haltekörperunterteil 21 den
Innenraum 40 radial begrenzt, und damit die Länge und
den Querschnitt des Innenraums 40 im Wesentlichen festlegt.
Das Haltekörperoberteil 21 begrenzt
den Innenraum 40 von einer Seite her stirnseitig. Im Haltekörperoberteil 21 sind
im Wesentlichen die elektrische Kontaktierung 42, die Strömungskanäle 41 sowie
die Anschlüsse 25, 26 angeordnet.
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Der
die Zweiteilung des Haltekörpers
festlegende Teilungsquerschnitt liegt in einem Bereich des Haltekörpers 20,
in dem die elektrische Kontaktierung des Piezoelements 30 mittels
einer Steckverbindung 61 unterbrechbar ist. Die Steckverbindung 61 ist
dabei zwischen dem Haltekörperoberteil 21 und dem
Piezoelement 30 angeordnet. Das Piezoelement 30 umfasst
einen, den nicht näher
dargestellten Stapel 31 von Piezolagen in Richtung des
Haltekörperoberteils 21 stirnseitig
abschließenden
Aktorfuß 80,
in dem die den piezoelementseitigen Teil der Steckverbindung 61 bildenden
Stecker 82, 83, 84, 85, 86, 87 angeordnet
sind, sowie eine zwischen Aktorfuß 80 und dem Stapel 31 der
Piezolagen angeordnete keramische Isolation 81. Elektroden 44 dienen
der inneren Kontaktierung der Piezolagen. In einer den Innenraum 40 stirnseitig
begrenzenden Stirnwand 43 des Haltekörperoberteils 21 sind
die den zweiten Teil der elektrischen Steckverbindung 61 bildenden,
haltekörperseitigen
Stecker 62, 63, 64, 65, 66, 67 angeordnet.
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Das
Haltekörperunterteil 22 ist
im Wesentlichen an die durch das Piezoelement 30, ein beispielsweise
das Piezoelement 30, einen Koppler und eine Düsennadel
umfassendes Stellglied, sowie beispielsweise den verwendeten Kraftstoff
und/oder die Einspritzmenge vorgegebene Geometrie des Innenraums 40 angepasst.
Das Haltekörperunterteil 22 kann
somit weitgehend standardisiert und weitgehend unabhängig von
einbauspezifischen Randbedingungen gestaltet sein. Demgegenüber ist
das Haltekörperoberteil 21,
wie in den 2 und 3 dargestellt,
im Wesentlichen an einbauspezifische, im Wesentlichen von außen vorgegebene
Randbedingungen, wie etwa die Lage der Anschlüsse 25, 26 für den Kraftstoff
und/oder die erforderliche Länge
zwischen Piezoelement und Anschluss 25, 26, 92 und/oder
den Durchmesser am oberen Ende des Haltekörpers 20 angepasst.
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Das
in 2 dargestellte Haltekörperoberteil 23 weist
eine seitlich angeordnete Aufnahme 92 für einen elektrischen Anschluss
zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements 30 durch
den Haltekörper 20 hindurch
auf, sowie einen seitlich angeordneten Anschluss 25 für den Kraftstoff.
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Das
in 3 dargestellte Haltekörperoberteil 24 weist
eine seitlich angeordnete Aufnahme 92 für einen elektrischen Anschluss
zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements 30 durch
den Haltekörper 20 hindurch
auf, sowie einen zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Piezoelement 30 angeordneten
Anschluss 26 für
den Kraftstoff.
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Die
Verbindungsstelle zwischen Haltekörperoberteil 21 und
Haltekörperunterteil
ist derartig standardisiert ausgeführt, dass ein an eine bestimmte
verwendungsspezifische Einbausituation angepasster Haltekörper 20 durch
Zusammenbau aus beliebigen Haltekörperoberteilen 21 und
Haltekörperunterteilen 22 hergestellt
werden kann. Typischerweise ist dabei das Haltekörperoberteil 21 einbauspezifisch angepasst,
wohingegen das Haltekörperunterteil standardisiert
ist. Die Verbindung erfolgt im Ausführungsbeispiel in den 1, 4 und 6 mittels einer
Spannmutter 45.
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Das
Piezoelement 30 ist an der den Innenraum 40 stirnseitig
begrenzenden Stirnwand 43 des Haltekörperoberteils 21 fest
oder lösbar
angeordnet. In 1 ist das Piezoelement 30 mittels
einer den Aktorfuß 80 fest
mit der Stirnwand 43 verbindenden Schweißverbindung 91 fest
mit dem Haltekörperoberteil 21 verbunden.
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Alternativ
kann das Piezoelement auch mit dem Haltekörperoberteil mittels einer
Klebeverbindung zwischen Aktorfuß 80 und Stirnwand 43 fest verbunden
werden.
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Durch
eine feste, umlaufende Verbindung, wie etwa die Schweißverbindung 91,
wird eine Abdichtung der Steckverbindung 61 gegenüber dem
unter hohem Druck mit Kraftstoff gefüllten Innenraum 40 erreicht.
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Alternativ
oder zusätzlich
dazu kann die Steckverbindung 61 mittels Dichtbuchsen 72, 73, 74, 75 gegen
das Eindringen und Austreten von Kraftstoff gesichert werden. Die
einpoligen Dichtbuchsen 72, 73 in 1 sowie
die zweipoligen Dichtbuchsen 76 in den 4 und 6 sind
dabei als konische Hülsen
ausgebildet, welche hydraulisch im Haltekörperoberteil verpresst werden.
Die zweipoligen Dichtbuchsen 74, 75 in den 4 und 6 hingegen sind
durch Ausfüllen
von die Dichtbuchsen 74, 75 aufnehmenden Ausnehmungen
mit keramischem Kitt, einer Glasschmelze oder einem Kunststoff hergestellt.
Durch Verwendung zweipoliger Dichtbuchsen muss nur eine Ausnehmung
im Haltekörperoberteil
hergestellt werden, was die Herstellungskosten senkt.
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Die
elektrische Steckverbindung 61 zwischen dem Haltekörperoberteil 21 und
dem Piezoelement 30 kann symmetrisch, wie in 1,
oder unsymmetrisch ausgeführt
sein. Im Falle einer unsymmetrischen Ausführung kann die Steckverbindung 61 als
Poka-Yoke ausgeführt
sein, beispielsweise wie in 4 mit dickem 65 und
dünnem 64 Pin
im Haltekörperoberteil 21 und
dicker 85 und dünner
Buchse 84 im Aktorfuß,
oder wie in 5 mit dünner Buchse 68 und
dickem Pin 69 im Haltekörperoberteil 21 sowie dünnem Pin
und dicker Buchse im Aktorfuß 80,
oder wie in 6 als Stecker mit kurzem 67 und
langem Pin 66 im Haltekörperoberteil 21 und
kurzer 87 und langer Buchse 86 im Aktorfuß 80.
Ebenso ist denkbar, dass im Haltekörperoberteil 21 die
Buchsen, und im Piezoelement 30 bzw. im Aktorfuß 80 des
Piezoelements 30 die Pins der elektrischen Steckverbindung 61 angeordnet
sind, oder umgekehrt. Dabei können
beide Poka-Yoke Ausführungen
sowohl im Haltekörperoberteil 21,
als auch im Aktorfuß 80 integriert
sein.
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Die
im Haltekörperoberteil 21 anordbare Dichtbuchse
in 5 besteht aus einem leicht konischen Stahlmantel,
in den die elektrische Kontaktierung 42 mit Glas eingeschmolzen
ist. Mittels einer ebenso konischen, vorzugsweise als Passung ausgeführten Ausnehmung
in der Stirnwand 43 kann die Dichtbuchse 76 im
Haltekörperoberteil 21 hydraulisch
verpresst werden. Der verbleibende Teil der Ausnehmung ist bei der
Dichtbuchse 75 mit keramischem Kitt ausgefüllt, bei
der Dichtbuchse 74 mit Kunststoff ausgespritzt.
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Vorzugsweise
weist die Steckverbindung 61 Farbmarkierungen zur Erkennung
der Polarität und/oder
der lagerichtigen Anordnung des Piezoelements 30 relativ
zur Stirnseite 43 des Haltekörperoberteils 21 auf.
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Besonders
hervorzuheben ist, dass 1 eine im Piezoaktor 10 integrierte
elektrische Steckerverbindung 61 zeigt, welche zusammen
mit den parallelen sich nach oben verjüngenden elektrischen Kontaktierungen 42 wenig
Bauraum im Haltekörperoberteil 21 beansprucht.
Diese Anordnung erlaubt eine seitliche Platzierung des elektrischen
Anschlusses mit zentralem Hochdruck Anschluss für den Kraftstoff am Haltekörperoberteil 21 (3),
oder eine seitliche Platzierung des elektrischen Anschlusses mit
ebenfalls seitlichem Hochdruck Anschluss für den Kraftstoff am Haltekörperoberteil 21 (2).
In beiden Fällen
können
die Anschlüsse
in einem beliebigen Winkel gegenüber
der durch das Piezoelement festgelegten Längsachse des Piezoaktors angeordnet
sein. Ebenso können
sie an einer beliebigen Lage in Umfangsrichtung angeordnet sein.
Das Haltekörperunterteil
kann mit einem gleich bleibenden Durchmesser hergestellt werden.
Das Haltekörperoberteil 21 kann
durch die sich nach oben verjüngenden
elektrischen Kontaktierungen 42 an enge Einbausituationen
mit nur geringem zulässigem
Durchmesser angepasst werden. Durch eine seitliche Anordnung beider
Anschlüsse
wird die Länge
bzw. die Bauhöhe
des erfindungsgemäßen Piezoaktors
verringert.
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Die
Herstellung der Steckverbindung zwischen Haltekörperoberteil 21 und
Piezoelement 30 in 1 erfolgt
wie folgt. Die als Buchsen ausgeführten Stecker 82, 83 bildende
Kontakthülsen 46 des
Piezoelements 30 werden mit den über die keramische Isolation 81 überstehenden
Elektroden 44 verlötet.
Anschließend
werden Keramikhülsen 47 gemeinsam mit
dem Aktorfuß 80 über die
beiden Kontakthülsen 46 gebracht
und als Einheit mit der kerami schen Isolation 81 verklebt.
Zwei der Dichtbuchse 76 in 5 ähnliche
Dichtbuchsen 72, 73 werden mit Isolationen versehen
und im Haltekörperoberteil 21 hydraulisch verpresst.
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Die
elektrischen Kontaktierungen 42 werden mit einer Steckervorumspritzung
verbunden und diese in die Aufnahme 92 geklipst. Das Piezoelement 30 wird über Farbmarkierung
lagerichtig mit dem Haltekörperoberteil 21 zusammengefügt und verschweißt.
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Durch
die Zweiteilung des Haltekörpers
ist die Stelle der Anordnung des Piezoelements 30 an der
den Innenraum 40 des Haltekörpers 20 begrenzenden
Stirnwand 43 insbesondere im Hinblick auf den Herstellungsprozess
wesentlich einfacher zugänglich,
als nach dem Stand der Technik.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Die
Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung von Piezoaktoren
zur Verwendung in Verbindung mit Einspritzinjektoren für Verbrennungsmotoren
gewerblich anwendbar.