DE102005040199A1 - Piezoaktor mit Steckervorrichtung und ein Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Piezoaktor mit Steckervorrichtung und ein Verfahren zu dessen Herstellung

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DE102005040199A1
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Rudolf Heinz
Dieter Kienzler
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M2200/703Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Abstract

Es wird ein Piezoaktor (10) insbesondere für eine Verwendung als Piezoinjektor beschrieben, umfassend einen einen Innenraum (4) aufweisenden Haltekörper (20) sowie ein in einem Innenraum (4) angeordnetes, durch den Haltekörper (20) hindurch elektrisch kontaktierbares Piezoelement (3), bei dem der Haltekörper (20) einen oder mehrere Anschlüsse (24) und Strömungskanäle (4) zur Zufuhr eines mittels eines das Piezoelement (30) umfassenden Stellglieds dosierbaren Fluids in den Innenraum (4), sowie mindestens einen der elektrischen Kontaktierung des Piezoelements dienenden elektrischen Anschlussraum (23) mit einem darin angeordneten Steckerteil (50) aufweist, wobei der elektrische Anschlussraum (23) und das Steckerteil (50) mehrere umlaufende, miteinander korrespondierende Hintergreifungen (51, 51') und Vorsprünge (52, 52') aufweisen, welche gemeinsam eine labyrinthartige Abdichtung mit mindestens zwei an der Grenze zwischen dem Haltekörper (20) und dem Steckerteil (50) angeschlossen umlaufenden Dichtflächen (53, 54, 55, 56) bilden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Piezoaktor, vorzugsweise zur Verwendung als Piezoinjektor bzw. zur Betätigung eines mechanischen Bauteils wie ein Ventil, eine Düsennadel oder dergleichen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß Anspruch 9.
  • Es ist an sich bekannt, dass zum Aufbau 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 Piezoinjektoren eignen sich beispielsweise für Anwendungen, bei denen Hubbewegungen unter hohen Betätigungskräften und hohen Taktfrequenzen ablaufen.
  • 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 Piezoinjektor 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.
  • Außerdem ist auch in der EP 1 174 615 A3 ein Piezoaktor als 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. 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.
  • 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 jeweiligen Verwendungszweck und den spezifischen Einsatzort angepasst werden kann. Am Haltekörper 2 ist eine einen hier nicht dargestellten elektrischen Anschlussraum bildende Ausnehmung vorhanden, mit einem darin angeordneten Ste ckerteil. Über das Steckerteil kann mit einem in das Steckerteil einsteckbaren, elektrischen Stecker 5 eine elektrische Spannung zur Ansteuerung eines in einem Innenraum 4 des Haltekörpers 2 angeordneten, aus mehreren zu einem Stapel angeordneten Piezolagen bestehenden Piezoelements 3 zugeführt werden. Dabei wird ein spezifisch an den Anwendungsfall angepasster Stecker 5 verwendet. Das Steckerteil ist entsprechend auf den Stecker 5 abgestimmt.
  • Vom Steckerteil sind hier nicht dargestellte Drähte 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 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.
  • Das Piezoelement 3 liegt nach 2 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 so genannten 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.
  • Bei den bekannten Piezoaktoren tritt häufig das Problem auf, dass beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Steckerteil und den im elektrischen Aufnahmeraum vorhandenen Haltekörper, oder aufgrund von mechanischen Schwingungsbelastungen während des Betriebs des Piezoaktors, oder aufgrund von Montage- oder Demontagekräften, beispielsweise beim Ein- und Ausstecken des elektrischen Steckers in das Steckerteil, Feuchtigkeit von außen zwischen Steckerteil und Haltekörper in den elektrischen Aufnahmeraum eindringen kan, oder die Verbindung zwischen Steckerteil und Haltekörper beschädigt wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Nachteile des Standes der Technik werden bei einem erfindungsgemäßen Piezoaktor, vorzugsweise einem Piezoinjektor, der eingangs genannten Gattung vermieden, indem der elektrische Anschlussraum und das darin angeordnete Steckerteil mehrere umlaufende, miteinander korrespondierende, ineinander greifende Hintergreifungen und Vorsprünge aufweisen, welche gemeinsam eine labyrinthartige Abdichtung mit mindestens zwei an der Werkstoff- und Werkstück-Grenze zwischen dem Haltekörper und dem Steckerteil geschlossen umlaufenden Dichtflächen bilden.
  • Der erfindungsgemäße Piezoaktor weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass durch die labyrinthartige Abdichtung eine sehr gute Abdichtung des elektrischen Anschlussraums gegen eindringende Feuchtigkeit von außen sichergestellt wird. Darüber hinaus wird durch die miteinander korrespondierenden Hintergreifungen und Vorsprünge am Steckerteil und im elektrischen Anschlussraum eine dauerfeste und hohen mechanischen Belastungen aussetzbare Verbindung zwischen Haltekörper und Steckerteil geschaffen, welche die während der Montage und im Service auftretenden Steck-, Füge- und Abziehkräfte dauerhaft aufnehmen kann. Gleichzeitig wird eine ausreichende elektrische Isolation der im elektrischen Anschlussraum angeordneten Bauteile sowie hohe Dichtheit gegenüber Feuchtigkeitseintritt in das Innere des Piezoaktors gewährleistet.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens eine Dichtfläche für eine Kontraktion des Steckerteils gegenüber dem Haltekörper und mindestens eine Dichtfläche für eine Ausdehnung des Steckerteils gegenüber dem Haltekörper vorgesehen ist. Dadurch wird eine zuver lässige Abdichtung auch bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Haltekörpers und des Steckerteils erreicht. Indem jeweils mindestens eine Dichtfläche bei einer Ausdehnung oder Kontraktion des Steckerteils gegenüber dem Haltekörper wirksam ist, wird eine sehr stark ineinander greifende Verzahnung zwischen dem den elektrischen Anschlussraum aufweisenden Haltekörper und dem Steckerteil erzeugt. Dadurch wird gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Festigkeit und Dichtheit der Verbindung zwischen dem Haltekörper und dem Steckerteil erreicht. Die Verzahnung übernimmt zusätzlich eine Dichtfunktion, indem sie, je nach den Wärmeverhältnissen zwischen Haltekörper und Steckerteil, einmal an der einen und einmal an der anderen, die jeweilige Dichtfläche bildenden Flankenfläche anliegt und abdichtet. Gleiches gilt auch für die Abdichtung in radialer Richtung.
  • Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Steckerteil durch Ausspritzen des elektrischen Anschlussraums, beispielsweise mit einem Kunststoff herstellbar ist. Durch Ausspritzen des Steckerteils in dem elektrischen Anschlussraum wird einerseits eine exakt den Hintergreifungen und Vorsprüngen des elektrischen Anschlussraums entsprechende Geometrie der mit den Hintergreifungen und Vorsprüngen des elektrischen Anschlussraums korrespondierenden Vorsprüngen und Hintergreifungen am Steckerteil sichergestellt. Andererseits kann das Steckerteil durch Ausspritzen relativ einfach an die anwendungsspezifische Form des in das Steckerteil einzusteckenden Steckers angepasst werden.
  • Darüber hinaus können Teile der elektrischen Kontaktierung, welche nach dem Stand der Technik bislang nicht im Haltekörper anordbar waren, durch das Ausspritzen des elektrischen Anschlussraums nunmehr in den Haltekörper integriert werden. Diese Integration ermöglicht einen zusätzlichen Schutz der inneren elektrischen Kontakte vor Beschädigungen von außen und eine Reduzierung von Schwingbelastungen auf die einzelnen Bauteile.
  • Eine zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Steckerteil mehrere modular anordbare, vorgefertigte Innenteile umfasst, zur einfachen Anpassbarkeit an verschiedene einbau- und anwendungsspezifische Anforderungen. Durch die Verwendung vorgefertigter Innenteile können die Herstellungskosten aufgrund des hohen Vorfertigungsgrades stark gesenkt werden. Derartige Innenteile können beispielsweise der Halterung von der elektrischen Kontaktierung dienenden elektrischen Kontakten während des Ausspritzens dienen; sie können ferner einfache Füllmittel umfassen, welche eine gleichmäßige Wandstärke des Steckerteils sicherstellen.
  • Dabei kann mindestens der die am Steckerteil angeordneten, die Dichtflächen bildenden Hintergreifungen und Vorsprünge aufweisende Teil des Steckerteils durch Ausspritzen hergestellt sein. Dadurch können einerseits die Herstellungskosten senkende, weitgehend vorgefertigte Innenteile verwendet werden, und andererseits ist eine einfache Anpassung des Steckerteils an den jeweils verwendeten, einsatzspezifischen Stecker sichergestellt. Darüber hinaus wird erreicht, dass die Hintergreifungen und Vorsprünge des Steckerteils exakt mit den korrespondierenden Vorsprüngen und Hintergreifungen im elektrischen Anschlussraum übereinstimmen.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass im Steckerteil angeordnete, mit der elektrischen Kontaktierung des Piezoelements dienenden elektrischen Leitungen verbundene und mit einem in das Steckerteil einsteckbaren elektrischen Stecker kontaktierbare elektrische Kontakte in das Steckerteil mit eingegossen sind. Dabei ist denkbar, dass die elektrischen Kontakte vorzugsweise umspritzbare Verankerungen zur zuverlässigen und mechanisch belastbaren Befestigung in dem Steckerteil aufweisen. Derartige Verankerungen können beispielsweise an den elektrischen Kontakten angeordnete Vorsprünge und/oder Hintergreifungen und/oder Ausnehmungen umfassen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt durch ein Haltekörperoberteil eines erfindungsgemäßen Piezoaktors mit einem zweiteiligen Haltekörper und mit einer labyrinthartigen Abdichtung zwischen elektrischem Anschlussraum und Steckerteil,
  • 2 einen Schnitt durch den Piezoaktor aus 1 entlang der Schnittlinie B-B,
  • 3 eine vergrößerte Ansicht einer Variante von 1,
  • 4a bis 4d jeweils eine Detailansicht eines in dem Steckerteil angeordneten, elektrische Kontakte tragenden Innenteils,
  • 5a bis 5e verschiedene Querschnittsformen von der Verbindung von Innenteilen dienenden Pressnasen,
  • 6a bis 6f verschiedene Formen von Verankerungen von in dem Steckerteil anordbaren elektrischen Kontakten, sowie
  • 7 einen Piezoaktor nach dem Stand der Technik.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • Ein in 1, 2 und 3 dargestelltes Haltekörperoberteil 21 eines erfindungsgemäßen Piezoaktors 10 als Piezoinjektor mit zweiteiligem Haltekörper 20 weist einen Anschluss 24 für mittels eines in einem Innenraum 30 des Piezoaktors 10 angeordneten Piezoelements dosierbaren Kraftstoff, sowie einen elektrischen Anschlussraum 23, zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements auf. Ein Strömungskanal 40 verbindet den im Wesentlichen in einem nicht dargestellten Haltekörperunterteil angeordneten Innenraum 30 mit dem Anschluss 24. In dem elektrischen Anschlussraum 23 ist ein mehrere Innenteile 61, 62, 63, sowie eine Umspritzung 60 umfassendes Steckerteil 50 angeordnet. Das Steckerteil 50 weist darüber hinaus mit von dem elektri schen Anschlussraum 23 zu dem in dem Innenraum 30 angeordneten Piezoelement durch das Haltekörperoberteil 21 hindurchführenden elektrischen Leitungen 42 verbundene elektrische Kontakte 64 auf, welche in eine Ausnehmung 65 des Steckerteils 50 ragen. Die Geometrie der Ausnehmung 65 und die Lage der elektrischen Kontakte 64 in der Ausnehmung 65 sind an einen anwendungs- und einsatzspezifisch geformten Stecker angepasst, der durch Einführen in die Ausnehmung 65 in das Steckerteil 50 eingesteckt werden kann.
  • Das den elektrische Anschlussraum 23 aufweisende Haltekörperoberteil 21 und das darin angeordnete Steckerteil 50 weisen mehrere umlaufende, miteinander korrespondierende, ineinander greifende Hintergreifungen 51, 51' und Vorsprünge 52, 52' auf, welche gemeinsam eine labyrinthartige Abdichtung bilden. Die jeweils miteinander korrespondierenden Hintergreifungen 51, 51' und Vorsprünge 52, 52' des Steckerteils 50 und des Haltekörperoberteils 21 bilden dabei an ihren Flanken geschlossen umlaufenden Dichtflächen 53, 54, 55, 56, welche eine sehr gute Abdichtung des elektrischen Anschlussraums 23 gegen eindringende Feuchtigkeit von außen an der Werkstoff- und Werkstück-Grenze zwischen dem Haltekörper 20 und dem Steckerteil 50 sicherstellen.
  • Der Piezoaktor 10 wird typischerweise in einem Temperaturbereich von –40°C bis 160°C betrieben. Bei einer durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeftizienten des aus Stahl hergestellten Haltekörpers 20 zu dem aus Kunststoff hergestellten Steckerteils 50 hervorgerufenen Ausdehnung des Steckerteils 50 gegenüber dem Haltekörper 20 liegen die Hintergreifungen 51, 51' und die Vorsprünge 52, 52' an den Dichtflächen 53 und 55 an, wohingegen bei einer Kontraktion des Steckerteils 50 gegenüber dem Haltekörper 20 die Hintergreifungen 51, 51' und die Vorsprünge 52, 52' an den Dichtflächen 54 und 56 sicher anliegen, so dass beim Aufheizen die eine, und beim Abkühlen die gegenüberliegende Dichtfläche zuverlässig zur Anlage gebracht wird. Die Form und die Anzahl der Labyrinthkonturen und damit der Dichtflächen kann dabei je nach Anforderungen ausgeführt werden. Der selbe Effekt gilt auch in radialer Richtung, wo die Umspritzung 60 bis auf eine Durchgangsbohrung durch den Haltekörper 20 umschlossen und in ihrer Ausdehnung begrenzt ist.
  • Das Steckerteil 50 umfasst im Wesentlichen mehrere Innenteile 61, 62, 63, sowie eine Umspritzung 60. Die Innenteile 61, 62, 63 in den 1, 2 und 3 haben folgende Funktion:
    Das Innenteil 61 ist ein Basisträger, auf dem die elektrische Kontaktierung zwischen den mit dem Piezoelement verbundenen elektrischen Leitungen 42 und den elektrischen Kontakten 64 angeordnet ist. Das Innenteil 61 wird hierzu als erstes in den elektrischen Anschlussraum 23 eingesetzt. Das Innenteil 61 weist hierzu die in 2 dargestellten Bohrungen 70 auf, durch die die mit dem Piezoelement verbundenen elektrischen Leitungen hindurch geführt werden.
  • Auf dem Basisträger ist das in 4a bis 4d dargestellte Innenteil 62 angeordnet. Das Innenteil 62 ist ein Steckkontaktträger, an dem bereits in einem vorhergehenden Fertigungsschritt die elektrischen Kontakte 64 angeordnet wurden. Die elektrischen Kontakte 64 sind mit dem als Steckkontaktträger ausgebildeten Innenteil 62 beispielsweise durch Einspritzen, Einclipsen oder Einstecken verbunden und werden von dem Steckkontaktträger ausgerichtet und geführt.
  • Zur elektrischen Isolation der elektrischen Kontakte 64 gegeneinander ist der Steckkontaktträger aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt.
  • Das Innenteil 62 wird als zweites in den elektrischen Anschlussraum 23 eingesetzt. Nach dem Aufsetzen des Innenteils 62 auf das Innenteil 61 werden die elektrischen Leitungen 42 mit den elektrischen Kontakten 64 beispielsweise durch Verlöten, Crimpen oder dergleichen verbunden. Das Innenteil 62 kann dabei beispielsweise mittels in den 4b, 4c, 4d dargestellten Ausnehmungen hilfsweise bis zur Herstellung der Umspritzung 60 auf dem als Basisträger ausgeführten Innenteil 61 befestigt werden.
  • Oberhalb des Innenteils 62 ist das Innenteil 63 angeordnet. Das Innenteil 63 wird als drittes in den elektrischen Anschlussraum eingesetzt. Das Innenteil 63 ist ein Füllstück, welches einen Teil des nach dem Einsetzen der Innenteile 61 und 62, sowie der mit dem Innenteil 62 verbundenen elektrischen Kontakte 64 im elektrischen Anschlussraum 23 verbleibenden Raums einnimmt.
  • Das als Füllstück ausgebildete Innenteil 63 dient insbesondere zum Volumenausgleich, um für die Umspritzung 60 gleichmäßige Wandstärken zu erzielen. Entsprechend dem geforderten Volumen kann das Innenteil 63 in seiner Form beliebig gestaltet werden.
  • Nach dem Einsetzen der Innenteile 61, 62 und 63 erfolgt die Herstellung der Umspritzung 60 durch Ausspritzen des verbleibenden Raums im elektrischen Anschlussraum 23 mit einem Kunststoff. Dabei stellt das als Füllstück ausgebildete Innenteil 63 sicher, dass der von der Umspritzung 60 eingenommene Raum ein für das Ausspritzen geeignetes Volumen aufweist. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die durch die Taktgeschwindigkeit eines automatisierten Herstellungsprozesses vorgegebene, notwendige Wärmeableitung wichtig. Darüber hinaus wird durch das als Füllstück ausgebildete Innenteil 63 eine gleichmäßige Wandstärke der Umspritzung 60 sichergestellt.
  • Durch Herstellen der Umspritzung 60 durch Ausspritzen des verbleibenden Raums in dem elektrischen Anschlussraum 23 wird einerseits eine exakt den Hintergreifungen 51' und Vorsprüngen 52' des elektrischen Anschlussraums 23 entsprechende Geometrie der mit den Hintergreifungen 51' und Vorsprüngen 52' des elektrischen Anschlussraums 23 korrespondierenden Vorsprüngen 52 und Hintergreifungen 51 am Steckerteil 50 sichergestellt. Andererseits ist so eine einfache Anpassbarkeit des Steckerteils 50 an verschiedene Stecker möglich.
  • Bei der Herstellung der Umspritzung 60 wird gleichzeitig die der Aufnahme des Steckers dienende Ausnehmung 65 ausgespart, so dass durch Einsetzen der Innenteile 61, 62, 63 und anschließendes Herstellen der Umsprit zung 60 das Steckerteil 50 nach nur wenigen Herstellungsschritten fertig gestellt ist.
  • Durch die Verwendung der Innenteile 61, 62 und 63 in Verbindung mit der Umspritzung 60 wird eine einfache Umsetzbarkeit verschiedener anwendungsspezifischer Anforderungen an das Steckerteil, wie etwa unterschiedliche Haltekörperlängen, unterschiedliche Einbauwinkellagen, unterschiedliche Höhenwinkel und dergleichen, sichergestellt. Durch die Verwendung der als standardisierte Gleichteile ausgeführten Innenteile 61, 62, 63 können die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Piezoaktors 10 gegenüber dem Stand der Technik erheblich reduziert werden.
  • Vor der Herstellung der Umspritzung 60 müssen die Innenteile 61, 62, 63 relativ zueinander positioniert werden. Eine Positionierung der einzelnen Innenteile 61, 62, 63 relativ zueinander kann beispielsweise über plastisch verformbare Pressnasen erreicht werden. In 5a bis 5e sind beispielhaft verschiedene Querschnittsformen derartiger plastisch verformbarer Pressnasen dargestellt. Dabei sind um einen Stift 80 herum mehrere beim Einstecken in eine entsprechende, in etwa dem Stiftdurchmesser entsprechende Ausnehmung an dem jeweiligen Gegenstück plastisch verformbare Nasen 81 angeordnet. Die 5a und 5b zeigen dabei Querschnitte normal zur Längsachse eines Stifts 80 mit einer verschiedenen Anzahl von um den Stift 80 herum angeordneten Nasen 81. Die 5c, 5d und 5e zeigen Querschnitte parallel zur Längsachse eines Stifts 80 mit Nasen 81 mit unterschiedlich ausgeformten Geometrien. Diese sind in der 5c doppelt oder einfach rund, in 5d) doppelt oder einfach spitz, und in der 5e doppelt oder einfach tonnenförmig ausgebildet.
  • Die Positionierung kann auch beispielsweise über Doppelstifte, T-Nut oder Nut/Feder Geometrien an den einzelnen Bauteilen erfolgen. So ist beispielsweise auch eine Positionierung mittels wie in den 4b, 4c, 4d dargestellter Nuten und Federn denkbar. Die endgültige Festigkeit ergibt das zusätzliche Umspritzen mit der Umspritzung 60.
  • In 6a bis 6f sind mehrere denkbare Verankerungen der elektrischen Kontakte 64 in dem Steckerteil 50 dargestellt. Wesentlich ist dabei, dass die elektrischen Kontakte 64 Vorsprünge 82 (6b), und/oder Einkerbungen 83 (6a) und/oder Ausnehmungen 84 (6c) aufweisen, welche von der Umspritzung 60 umhüllt, ausgefüllt oder eingenommen werden können, um eine stabile Verankerung der elektrischen Kontakte 64 im Steckerteil 50 sicherzustellen.
  • Besonders wichtig ist dabei, dass das als Basisträger ausgeführte Innenteil 61 über zylindrische Ausprägungen im elektrischen Anschlussraum 23 Haltekörper 20 positioniert und fixiert wird. Über die Lage der Aufnahmebohrungen im Haltekörper 20 kann die Steckerlage zum Haltekörper 20 definiert werden. Bei diverser Vorgehensweise können die Innenteile 61, 62, 63 im Hinblick auf den resultierenden Kostenvorteil standardisiert werden. Das als Basisträger ausgebildete Innenteil 61 ist in seiner Geometrie so gestaltet, dass es gemeinsam mit der Umspritzung 60 ein Dichtlabyrinth bildet und gegen Feuchtigkeit von außen abdichtet.
  • Die im Innenteil 61 angeordneten Bohrungen 70 führen und positionieren die elektrischen Leitungen 42 von einem schmalen Leitungsabstandsmaß auf ein breiteres. Die ist notwendig, da der Bauraum für den zur Verbindung mit den elektrischen Kontakten 64 erforderlichen Abstand zwischen den elektrischen Leitungen 42 im unteren Bereich des Haltekörperoberteils 21 nicht zur Verfügung steht, wohingegen im oberen Bereich des Haltekörperoberteils 21 ausreichend Platz für die Schweißung oder Lötung der Drähte an die elektrischen Kontakte 64 vorhanden sein muss.
  • Die Umspritzung 60 umhüllt die Innenteile 61, 62 und 63 sowie einen Teil der elektrischen Kontakte 64 und gibt dem Verband dabei die notwendige Festigkeit. Gleichzeitig werden durch die Umspritzung 60 die eingebrachten Geometrien ausgespritzt und die erforderliche Dichtfunktion somit sicherstellt. Dabei kann je nach spezifischem Anwendungsfall die entsprechende Steckerform in annähernd beliebigen Winkellagen angespritzt werden.
  • Der Haltekörper 20 kann dabei einteilig, oder zweiteilig mit einem im Wesentlichen an die einbau- und anwendungsspezifische Lage des elektrischen Anschlussraums 23 und des Anschlusses 24 für den Kraftstoff angepassten Haltekörperoberteil 21 und einem im Wesentlichen an den das Piezoelement aufnehmenden Innenraum 30 angepasstes Haltekörperunterteil ausgeführt sein.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Herstellung von Piezoaktoren zur Verwendung in Verbindung mit Einspritzinjektoren für Verbrennungsmotoren gewerblich anwendbar.

Claims (9)

  1. Piezoaktor (1; 10) umfassend einen einen Innenraum (4; 30) aufweisenden Haltekörper (2; 20) sowie ein in dem Innenraum (4; 30) angeordnetes, durch den Haltekörper (2; 20) hindurch elektrisch kontaktierbares Piezoelement, wobei der Haltekörper (2; 20) einen oder mehrere Anschlüsse (24) und Strömungskanäle (40) zur Zufuhr eines mittels eines das Piezoelement umfassenden Stellglieds dosierbaren Fluids in den Innenraum (30), sowie mindestens einen der elektrischen Kontaktierung des Piezoelements dienenden elektrischen Anschlussraum (23) mit einem darin angeordneten Steckerteil (50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Anschlussraum (23) und das Steckerteil (50) mehrere umlaufende, miteinander korrespondierende Hintergreifungen (51, 51') und Vorsprünge (52, 52') aufweisen, welche gemeinsam eine labyrinthartige Abdichtung mit mindestens zwei an der Grenze zwischen dem Haltekörper (20) und dem Steckerteil (50) geschlossen umlaufenden Dichtflächen (53, 54, 55, 56) bilden.
  2. Piezoaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Dichtfläche (54, 56) für eine Kontraktion des Steckerteils (50) gegenüber dem Haltekörper (20) und mindestens eine Dichtfläche (53, 55) für eine Ausdehnung des Steckerteils (50) gegenüber dem Haltekörper (20) vorgesehen ist.
  3. Piezoaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckerteil (50) durch Ausspritzen des elektrischen Anschlussraums (23) herstellbar ist.
  4. Piezoaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckerteil (50) mehrere modular anordbare, vorgefertigte Innenteile (61, 62, 63) umfasst.
  5. Piezoaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der die am Steckerteil (50) angeordneten, die Dichtflächen (53, 54, 55, 56) bildenden Hintergreifungen (51, 51') und Vorsprünge (52, 52') aufweisende Teil (60) des Steckerteils (50) durch Ausspritzen hergestellt ist.
  6. Piezoaktor nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Steckerteil (50) angeordnete, mit der elektrischen Kontaktierung des Piezoelements dienenden elektrischen Leitungen (42) verbundene und mit einem in das Steckerteil (50) einsteckbaren elektrischen Stecker kontaktierbare elektrische Kontakte (64) in das Steckerteil (50, 60) mit eingegossen sind.
  7. Piezoaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontakte (64) Verankerungen (82, 83, 84) zur zuverlässigen und mechanisch belastbaren Befestigung in dem Steckerteil (50) aufweisen.
  8. Piezoaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungen an den elektrischen Kontakten angeordnete Vorsprünge (82) und/oder Hintergreifungen (83) und/oder Ausnehmungen (84) umfassen.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Piezoaktors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer oder mehrere der in dem elektrischen Anschlussraum (23) angeordneten Vorsprünge (52') und Hintergreifungen (51') und das jeweils korrespondierende Hintergreifungen (51) und Vorsprünge (52) aufweisende Teil (60) des Steckerteils (50) durch Ausspritzen, vorzugsweise mit einem Kunststoff, hergestellt wird.
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