DE102006020328A1

DE102006020328A1 - Piezoelectric actuator for e.g. petrol engine, has piezo unit arranged between actuator base and actuator cover, casing surrounding piezo unit in area wise and sealing sealing interior space of cover

Info

Publication number: DE102006020328A1
Application number: DE102006020328A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr.-Ing. Capellmann; Gregor Dr.-Ing. Renner; Holger Dipl.-Ing. Stark (Fh)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-10-31

Abstract

The actuator has a piezo unit (2) arranged between an actuator base (3a) and an actuator cover (3b), and a ring shaped casing (5) connected with the actuator base and the actuator cover, where the casing surrounds the piezo unit in an area wise. An electrical isolating fluid is provided between the piezo unit and an inner wall (9) of the casing. The casing has a bent resistant cover (7), where a membrane area (6) is formed by an opening (18) provided in a wall of the cover (7). A sealing seals an interior space of the cover (7) against an outer space.

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Aktor für umströmende Medien gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er beispielsweise aus der gattungsbildend zugrunde gelegten DE 102 30 032 A1 als bekannt hervorgeht.The invention relates to a piezoelectric actuator for circulating media according to the preamble of claim 1, as he is based, for example, from the generic DE 102 30 032 A1 as known.

Um den Emissionen von Verbrennungsmotoren zu reduzieren, werden zur Kraftstoffversorgung zunehmend Einspritzsysteme eingesetzt, bei denen Kraftstoff mit Hilfe einer Hochdruckpumpe in einen Speicher gefördert und von dort aus mit Hilfe eines Injektors in den Brennraum eingespritzt wird. Die Betätigung des Injektors erfolgt durch einen elektrisch angesteuerten Aktor, vorzugsweise einen piezoelektrischen Aktor. Aufgrund der sehr kurzen Schaltzeiten solcher piezoelektrischer Aktoren lassen sich die Einspritzvorgänge hochgenau kontrollieren und dosieren; insbesondere sind bei Verwendung piezoelektrischer Aktoren mehrere Düsennadelhübe (Einspritzvorgänge) pro Motorumdrehung möglich.Around To reduce the emissions of internal combustion engines, are the Fuel supply increasingly used in injection systems, at which fuel with the help of a high-pressure pump in a memory promoted and injected from there by means of an injector into the combustion chamber becomes. The operation the injector is driven by an electrically actuated actuator, preferably a piezoelectric actuator. Because of the very short Switching times of such piezoelectric actuators, the injection processes can be highly accurate check and dose; In particular, when used piezoelectric Actuators several nozzle needle strokes (injection operations) per Motor rotation possible.

Ein piezoelektrischer Aktor enthält ein Piezoelement aus einer Quarzkeramik, dessen aktive Hauptflächen mit einem Aktordeckel und der Aktorboden verbunden sind. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an Aktordeckel bzw. Aktorboden kann die Länge des Piezoelements verändert werden. Diese Längenänderung wird im Betrieb auf ein Ventil im Kraftstoffinjektor übertragen.One contains piezoelectric actuator a piezoelectric element made of a quartz ceramic, whose active main surfaces with an actuator cover and the actuator bottom are connected. By applying an electrical voltage to actuator cover or actuator base can the length of the piezo element changed become. This change in length is transferred to a valve in the fuel injector during operation.

Problematisch ist, dass der piezoelektrische Aktor vielfach im direkten Medien- bzw. Kraftstoffkontakt steht, da er im Druckraum des Injektors angeordnet ist und dort von Kraftstoff unter hohem hydrostatischem Druck umspült wird. Um ein Eindringen von Öl oder Kraftstoff in das Innere des piezoelektrischen Aktors zu verhindern, muss dieser daher mit einer Schutz- bzw. Abdichtungsanordnung versehen sein. Dies kann beispielsweise ein hülsenförmiger Gehäusemantel sein, der endseitig am Aktorboden bzw. am Aktordeckel befestigt ist. In der gattungsbildenden DE 102 30 032 A1 wird zum Schutz des piezoelektrischen Aktors gegenüber umströmenden Medien vorgeschlagen, den Aktor mit einem Gehäusemantel aus einem lappigen und/oder elastischen Material zu versehen. Zwischen der Innenwand des Gehäusemantels und dem Piezoelement des Aktors befindet sich eine Isolationsmasse, beispielsweise ein Silikonöl. Diese Isolationsmasse verbessert die Dämpfungseigenschaften des Aktors, wodurch die Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Aktors erhöht wird. Allerdings besteht bei hohen Einspritzdrücken – insbesondere bei zyklischer Belastung – die Gefahr, dass ein Gehäusemantel aus lappigem und/oder elastischem Material diesen Drücken nicht standhalten kann.The problem is that the piezoelectric actuator is often in direct media or fuel contact, since it is located in the pressure chamber of the injector and there is lapped by fuel under high hydrostatic pressure. In order to prevent penetration of oil or fuel into the interior of the piezoelectric actuator, this must therefore be provided with a protective or sealing arrangement. This may be, for example, a sleeve-shaped housing jacket which is fastened to the end of the actuator base or to the actuator cover. In the generic DE 102 30 032 A1 is proposed to protect the piezoelectric actuator against flowing media to provide the actuator with a housing shell of a limp and / or elastic material. Between the inner wall of the housing shell and the piezoelectric element of the actuator is an insulating material, such as a silicone oil. This insulating material improves the damping properties of the actuator, whereby the reliability and accuracy of the actuator is increased. However, there is a risk at high injection pressures - especially at cyclic load - that a housing casing of limp and / or elastic material can not withstand these pressures.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den aus der DE 102 30 032 A1 bekannten piezoelektrischen Aktor in einer solchen Weise weiterzuentwickeln, dass das Piezoelement des Aktors auch bei hohen Einspritzdrücken gegenüber umströmenden Medien geschützt ist.The invention is therefore based on the object, from the DE 102 30 032 A1 develop known piezoelectric actuator in such a way that the piezoelectric element of the actuator is protected even at high injection pressures against the flowing media.

Diese Aufgabe wird durch einen Aktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei diesem Aktor ist zwischen Aktorboden und Aktordeckel eine biegesteife Ummantelung – vorzugsweise aus Metallblech – vorgesehen, die das Piezoelement umschließt und dicht mit dem Aktorboden und dem Aktordeckel verbunden ist. Der Hohlraum zwischen der Außenwand des Piezoelements und der Innenwand der Ummantelung ist mit einem elektrisch isolierenden Fluid gefüllt. Zum Druckausgleich zwischen dem im Hohlraum befindlichen Fluid und dem Umgebungsdruck (des einzuspritzenden Kraftstoffs) ist die Wandstärke der Ummantelung in einem lokal begrenzten Membranbereich in einer solchen Weise reduziert, dass die Ummantelung in diesem Membranbereich eine flexible, elastische Folie bildet. Die Ummantelung dichtet den Innenraum der Hülse gegen den Außenraum ab und schützt daher das Piezoelement vor denn umströmenden Medien wie Kraftstoff bzw. Kraftstoffbestandteilen und Wasser. Gleichzeitig gestattet der Membranbereich aufgrund seiner elastischen Eigenschaften auch bei hohen Umgebungsdrücken von bis zu 2000 bar einen Druckausgleich zwischen den beiden Räumen. Durch eine geeignete Auslegung der Zahl und Geometrie der Membranbereiche ist es möglich, die unter Druck auftretende Volumenänderung des isolierenden Fluids im Inneren der Ummantelung zu kompensieren.These The object is achieved by an actuator having the features of claim 1 solved. In this actuator is between the actuator base and actuator cover a rigid Sheathing - preferably made of sheet metal - provided, which encloses the piezoelectric element and is tightly connected to the actuator base and the actuator cover. Of the Cavity between the outer wall of the piezoelectric element and the inner wall of the casing is provided with a electrically insulating fluid filled. For pressure equalization between the fluid in the cavity and the ambient pressure (to be injected Fuel) is the wall thickness the sheath in a localized membrane area in one reduced in such a way that the sheath in this membrane area forms a flexible, elastic film. The sheath seals the interior of the sleeve against the outside space off and protects Therefore, the piezoelectric element before because of flowing media such as fuel or Fuel components and water. At the same time allows the membrane area due to its elastic properties even at high ambient pressures of Up to 2000 bar pressure equalization between the two rooms. By a suitable design of the number and geometry of the membrane areas Is it possible, the volume change of the insulating fluid occurring under pressure to compensate inside the casing.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird die Ummantelung durch ein biegesteifes metallisches Rohrstück gebildet, das endseitig dicht mit dem Aktorboden und dem Aktordeckel verbunden ist. Die Wandstärke des Rohrstücks ist in den Membranbereichen in einer solchen Weise reduziert, dass in diesen Bereichen eine dünne, flexible Metallfolie vorliegt. Diese lokale Wandstärkenreduktion des Rohrstücks kann insbesondere mit Hilfe eines elektrochemischen Verfahrens oder durch einen Umformschritt durchgeführt werden.In a first embodiment of the invention, the sheath by formed a rigid metallic tube piece, the end is tightly connected to the actuator base and the actuator cover. The Wall thickness of the pipe section is reduced in the membrane areas in such a way that in these areas a thin, flexible metal foil is present. This local wall thickness reduction of the pipe section can in particular by means of an electrochemical method or be performed by a forming step.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Ummantelung durch eine rohrförmige Hülse gebildet, deren Wandung mit mindestens einem Durchbruch versehen ist, welcher mit einer Membran in Gestalt einer flexiblen bzw. elastischen Folie geschlossen ist.In A further embodiment of the invention, the sheath formed by a tubular sleeve, whose wall is provided with at least one opening, which with a membrane in the form of a flexible or elastic film closed is.

Vorteilhafterweise ist die Folie eine (vorzugsweise dünne) Metallfolie bzw. metallisierte Kunststofffolie oder eine auf einer Kunststofffolie geträgerte Metallfolie. Metallische bzw. metallisierte Folien haben gegenüber reinen Kunststofffolien den Vorteil, dass sie eine diffusionsdichte Ummantelung ermöglichen. Ein weiterer Vorteil ist, dass metallische Schichten in einer solchen Weise elektrisch verschaltet werden können (insbesondere durch Erdung der Ummantelung), dass es unmöglich für Ionen ist, die Ummantelung zu durchdringen. – Um den an sie gestellten Anforderungen gerecht zu werden, muss die Folie auch bei zyklischer Belastung unempfindlich gegen den im Injektor wirkenden hohen hydrostatischen Druck sein. Weiterhin muss die Folie ein ausreichend hohes Dehnungsvermögen und eine hohe Elastizität besitzen, um die zwischen Druckraum des Injektors und dem Aktorinnenraum auftretenden Druckdifferenzen ausgleichen zu können. Außerdem muss die Folie den Innenraum der Hülse dauerhaltbar und diffusionsdicht gegenüber den Umgebungsmedien abdichten.Advantageously, the film is a (preferably thin) metal foil or metallized plastic film or a metal foil supported on a plastic film. Metallic or metallized films have the advantage over pure plastic films that they allow a diffusion-tight sheathing chen. Another advantage is that metallic layers can be electrically connected in such a way (in particular by earthing the sheath) that it is impossible for ions to penetrate the sheath. - In order to meet the demands made on them, the film must be insensitive to the high hydrostatic pressure acting in the injector even under cyclic load. Furthermore, the film must have a sufficiently high elongation and a high elasticity in order to compensate for the pressure differences occurring between the pressure chamber of the injector and the actuator interior can. In addition, the film must seal the interior of the sleeve durable and diffusion-tight with respect to the surrounding media.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier konkreter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:in the The invention is based on two concrete embodiments explained in more detail. there demonstrate:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Aktors; 1 a schematic sectional view of a piezoelectric actuator according to the invention;

2 eine schematische perspektivische Darstellung des Aktors der 1 bei erhöhtem Außendruck; 2 a schematic perspective view of the actuator of 1 at elevated external pressure;

3 schematische perspektivische Darstellungen der Ummantelung des Aktors der 1 während ihrer Herstellung: 3 schematic perspective views of the sheath of the actuator of 1 during their production:

3a Hülse vor Umhüllung mit Folie; 3a Sleeve before wrapping with foil;

3b Hülse nach Umhüllung mit Folie; 3b Sleeve after wrapping with foil;

4 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung des Aktors 4 a schematic representation of an alternative embodiment of the actuator

4a in einer perspektivischen Darstellung; 3b in einer Schnittdarstellung durch die Ummantelungswandung (Detailansicht); 4a in a perspective view; 3b in a sectional view through the casing wall (detail view);

1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen piezoelektrischen Aktor 1 zur Betätigung des Einspritzventils eines Kraftstoffinjektors in einem Verbrennungsmotor. Der prinzipielle Aufbau eines solchen Kraftstoffinjektors ist beispielsweise in der (deutschen Patentanmeldung 10 2006 012 845.1) erläutert, deren Offenbarungsgehalt hiermit in die vorliegenden Patentanmeldung übernommen wird. Der Aktor 1 ist im Betrieb in einem Druckraum 14 des Kraftstoffinjektors angeordnet und wird dort von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff umspült. 1 shows a schematic sectional view of a piezoelectric actuator 1 for actuating the injection valve of a fuel injector in an internal combustion engine. The basic structure of such a fuel injector is explained for example in (German Patent Application 10 2006 012 845.1), the disclosure of which is hereby incorporated into the present patent application. The actor 1 is in operation in a pressure room 14 arranged there of the fuel injector and is there lapped by high-pressure fuel.

Der Aktor 1 weist ein zwischen einem Aktorboden 3a und einem Aktordeckel 3b angeordnetes Piezoelement 2 auf, das beispielsweise aus mehreren Lagen von Piezoschichten aus einer piezoelektrischen Keramik besteht und mittels (in 1 nicht dargestellter) elektrischer Leitungen Steuersignale von einem Steuergerät erhält. Das Piezoelement 2 ist mittels Abstützplatten 4 gegenüber Aktorboden 3a und Aktordeckel 3b elektrisch isoliert und mittels einer kraftstoffdichten bzw. kraftstoffabweisenden Ummantelung 5 gegen den Kraftstoff im Druckraum 14 des Injektors abgedichtet, wodurch elektrische Kurzschlüsse in den elektrischen Bauteilen des Aktors 1 vermieden werden. Der zwischen dem Piezoelement 2 und der Innenwand 9 der Ummantelung 5 gebildete Hohlraum 10 ist mit einem elektrisch isolierenden Fluid 11, beispielsweise einem Silikonöl, gefüllt. Um einen Druckausgleich zwischen dem Hohlraum 10 des Aktors 1 und dem Umgebungsdruck zu ermöglichen, ist die Ummantelung 5 mit Membranbereichen 6 versehen, in denen die Wanddicke der Ummantelung auf eine elastische und dehnbare Folie reduziert ist.The actor 1 indicates between an actuator bottom 3a and an actuator cover 3b arranged piezoelectric element 2 on, for example, consists of several layers of piezoelectric layers of a piezoelectric ceramic and by means of (in 1 not shown) electrical lines receives control signals from a controller. The piezo element 2 is by means of support plates 4 opposite the actuator floor 3a and actuator cover 3b electrically isolated and by means of a fuel-tight or fuel-repellent sheath 5 against the fuel in the pressure chamber 14 the injector sealed, causing electrical short circuits in the electrical components of the actuator 1 be avoided. The between the piezo element 2 and the inner wall 9 the sheath 5 formed cavity 10 is with an electrically insulating fluid 11 , For example, a silicone oil filled. To equalize the pressure between the cavity 10 of the actor 1 and to allow the ambient pressure is the sheath 5 with membrane areas 6 provided in which the wall thickness of the sheath is reduced to an elastic and stretchable film.

Ein erstes Ausführungsbeispiel ist in den 1 bis 3 dargestellt. Hier umfasst die Ummantelung 5 eine zylinderförmige Hülse 7 aus einem Metallblech, deren Wandung mit Durchbrüchen 18 versehen ist. Die Durchbrüche 18 können durch spanende Bearbeitung, durch Laserschneiden oder durch ein chemisches Verfahren (insbesondere durch electro-chemical machining ECM oder elektrochemisches Ätzen oder Senkerodieren) erzeugt sein. Die Hülse 7 umschließt das Piezoelement 2 und die Abstützplatten 4 des Aktors 1 vollständig und wird am Aktorboden 3a und dem Aktordeckel 3b gehalten. Die Befestigung der Hülse 7 an Aktorboden 3a und Aktordeckel 3b kann beispielsweise mit Hilfe von (in der deutschen Patentanmeldung 10 2006 012 845.1 beschriebenen, aber in 1 nicht dargestellten) Ringelementen erfolgen. Alternativ kann die Hülse 7 mit Aktorboden 3a und Aktordeckel 3b verschweißt, verlötet oder verklebt sein.A first embodiment is in the 1 to 3 shown. Here covers the sheath 5 a cylindrical sleeve 7 from a sheet metal, the wall with breakthroughs 18 is provided. The breakthroughs 18 can be produced by machining, by laser cutting or by a chemical process (in particular by electro-chemical machining ECM or electrochemical etching or sinking EDM). The sleeve 7 encloses the piezoelectric element 2 and the support plates 4 of the actor 1 completely and will be on the actuator floor 3a and the actuator cover 3b held. The attachment of the sleeve 7 at the actuator floor 3a and actuator cover 3b can, for example, by means of (in the German patent application 10 2006 012 845.1 described, but in 1 not shown) ring elements. Alternatively, the sleeve 7 with actuator floor 3a and actuator cover 3b welded, soldered or glued.

Die Hülse 7 ist außenseitig von einer flexiblen und elastischen (Metall-)Folie 8 umschlungen, die flach auf der Außenwand 12 der Hülse 7 aufliegt; sie überspannt die Durchbrüche 18 in Form einer Membran und bildet dort die Membranbereiche 6 der Ummantelung 5. Diese Folie 8 dient im Betrieb des Aktors 1 dem Druckausgleich zwischen dem im Hohlraum 10 eingeschlossenen Fluid 11 und dem von außen (d.h. vom Druckraum 14 des Injektors) auf den Aktor 1 wirkenden (Hoch-)Druck des einzuspritzenden Kraftstoffs: Ist der von außen auf den Aktor 1 wirkende Kraftstoffdruck im Druckraum 14 des Injektors höher als der Innendruck im Hohlraum 10, so wölbt sich die Folie 8 (wie in 1 gestrichelt dargestellt und mit dem Bezugszeichen 8' gekennzeichnet) im Membranbereich 6 nach innen, verringert so das effektive Volumen des Hohlraums 10 und bewirkt so eine Druckerhöhung im Hohlraum 10 (und somit einen Druckausgleich zwischen Innenraum und Außenraum des Aktors 1). 2 zeigt eine perspektivische Außenansicht des unter erhöhtem Außendruck stehenden Aktors 1: Man erkennt, dass die Folie 8 im Bereich der durch die kreisförmigen Durchbrüche 18 der Hülse 7 definierten Membranbereiche 6 kalottenförmig nach innen eingedrückt ist (Bereiche 8' der Folie 8). Diese Verformungen 8' der Folie 8 sind reversibel, d.h. die Folie 8 kehrt in ihre ursprüngliche Form zurück, sobald der Außendruck nachlässt.The sleeve 7 is on the outside of a flexible and elastic (metal) foil 8th entwined, the flat on the outer wall 12 the sleeve 7 rests; she spans the breakthroughs 18 in the form of a membrane, where it forms the membrane areas 6 the sheath 5 , This slide 8th is used in the operation of the actuator 1 the pressure balance between in the cavity 10 enclosed fluid 11 and from the outside (ie from the pressure chamber 14 of the injector) on the actuator 1 effective (high) pressure of the fuel to be injected: is the external to the actuator 1 acting fuel pressure in the pressure chamber 14 of the injector is higher than the internal pressure in the cavity 10 , so the film bulges 8th (as in 1 shown by dashed lines and with the reference numeral 8th' characterized) in the membrane area 6 inside, thus reducing the effective volume of the cavity 10 and thus causes an increase in pressure in the cavity 10 (And thus a pressure balance between the interior and exterior of the actuator 1 ). 2 shows a perspektivi external view of the actuator under increased external pressure 1 : You realize that the film 8th in the area through the circular breakthroughs 18 the sleeve 7 defined membrane areas 6 dome-shaped inwards (areas 8th' the foil 8th ). These deformations 8th' the foil 8th are reversible, ie the film 8th returns to its original shape as soon as the external pressure subsides.

Um solche Druckausgleiche auch bei zyklischer Belastung und unter hohen Drücken im Dauerbetrieb bewältigen zu können, muss die Folie 8 ein ausreichend hohes Dehnungsvermögen bzw. Elastizität besitzen. Vorzugsweise besteht die Folie 8 aus Al, Fe, Cu, Au, Ag, Pt, Sn, Pb, Ni oder Pd oder aus einer Legierung auf Basis eines dieser Elemente. Alternativ kann als Folie 8 auch eine metallisierte Kunststofffolie verwendet werden. Derartige Verbunde sind diffusionsdicht. Weiterhin können als Folie 8 Schichten bzw. Schichtsysteme eingesetzt werden, in die Ionengetter implantiert sind. Außerdem können mehrschichtige Folienverbunde zum Einsatz kommen, die walzplattiert oder mit einer galvanisch abgeschiedenen Metallschicht versehen oder mittels Physical Vapour Deposition (PVD) oder Chemical Vapour Deposition (CVD) beschichtet bzw. erzeugt wurden.In order to cope with such pressure equalization even under cyclic load and under high pressures in continuous operation, the film must 8th have a sufficiently high elasticity or elasticity. Preferably, the film is made 8th of Al, Fe, Cu, Au, Ag, Pt, Sn, Pb, Ni or Pd or of an alloy based on one of these elements. Alternatively, as a foil 8th Also, a metallized plastic film can be used. Such composites are diffusion-tight. Furthermore, as a foil 8th Layers or layer systems are used, are implanted in the ion getter. It is also possible to use multilayer film composites which have been roll-bonded or provided with an electrodeposited metal layer or coated or produced by means of Physical Vapor Deposition (PVD) or Chemical Vapor Deposition (CVD).

Die Herstellung der Ummantelung 5 des piezoelektrischen Aktors 1 ist schematisch in 3a und 3b dargestellt. 3a zeigt die mit kreisförmigen Durchbrüchen 18 versehene biegesteife metallische Hülse 7, die mit Hilfe eines Fügeverfahrens, z.B. Schweißen, Löten oder Kleben, mit Aktorboden 3a und Aktordeckel 3b verbunden ist. Die Hülse 7 wird mit dann mit der Folie 8 umschlungen, und die Folienränder 13 werden (beispielsweise mittels Laserschweißen oder Kleben) gefügt, um einen dicht geschlossenen Hohlraum 10 im Inneren des Aktors 1 zu erzeugen. – Alternativ kann auch zunächst die Folie 8 randseitig an der Hülse 7 befestigt werden, bevor die auf diese Weise hergestellte Ummantelung 5 mit Hilfe eines der oben genannten Fügeverfahren mit Aktorboden 3a und Aktordeckel 3b verbunden wird. Alternativ kann die aus Hülse 7 und Folie 8 bestehende Ummantelung 5 – wie in der deutschen Patentanmeldung 10 2006 012 845.1 beschrieben – mittels Ringelementen umlaufend dicht mit Aktorboden 3a und Aktordeckel 3b verpresst werden.The production of the sheathing 5 of the piezoelectric actuator 1 is schematic in 3a and 3b shown. 3a shows those with circular breakthroughs 18 provided rigid metal sheath 7 using a joining process, eg welding, soldering or gluing, with actuator bottom 3a and actuator cover 3b connected is. The sleeve 7 then comes with the foil 8th entwined, and the film edges 13 be joined (for example by laser welding or gluing) to a tightly closed cavity 10 inside the actuator 1 to create. - Alternatively, first, the film 8th at the edge of the sleeve 7 be fastened before the casing produced in this way 5 using one of the above-mentioned joining methods with actuator bottom 3a and actuator cover 3b is connected. Alternatively, the sleeve 7 and foil 8th existing casing 5 - As described in German Patent Application 10 2006 012 845.1 - by means of ring elements circumferentially tight with actuator base 3a and actuator cover 3b be pressed.

Die Durchbrüche 18 der Hülse 7 können – neben der in 1 bis 3 gezeigten Ausgestaltung als kreisförmige Löcher – unterschiedliche Gestalt haben und gleichförmig oder ungleichförmig über die Hülsenwandung verteilt sein.The breakthroughs 18 the sleeve 7 can - in addition to the in 1 to 3 shown embodiment as circular holes - have different shape and be uniformly or non-uniformly distributed over the sleeve wall.

4a zeigt eine alternative Ausführungsform eines Aktors 1' mit Druckausgleich. Hier haben die Membranbereiche 6 die Form länglicher, parallel zur Symmetrieachse 15 der zylinderförmigen Ummantelung 5 verlaufender Nuten. Wie aus der Detailansicht der 4b ersichtlich ist, wird die Ummantelung 5 in diesem Fall durch einen biegesteifen hohlzylindrischen Abschnitt 17 aus Metallblech mit Wandstärke 16 geschaffen, dessen Wandstärke in den Membranbereichen 6' flächenhaft auf eine Wandstärke 16' reduziert ist. Die Wandstärke 16' in den Membranbereichen 6' ist auf so geringes Maß reduziert, dass die Ummantelung 5 in diesen Bereichen 6' die Eigenschaften einer dehnbaren elastischen Membran hat, mit Hilfe derer – wie oben beschrieben – ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum 10 und dem Außenraum 14 der Ummantelung 5 geschaffen werden kann. Die lokale Wandstärkenreduktion des Rohrabschnitts 17 kann beispielsweise durch Umformen (Walzen, Prägen etc.) oder durch ein elektrochemisches Verfahren (Ätzen, Senkerodieren etc.) erzeugt werden. 4a shows an alternative embodiment of an actuator 1' with pressure compensation. Here are the membrane areas 6 the shape of elongated, parallel to the axis of symmetry 15 the cylindrical casing 5 running grooves. As seen from the detail view of 4b is apparent, the sheath is 5 in this case by a rigid hollow cylindrical section 17 made of sheet metal with wall thickness 16 created, the wall thickness in the membrane areas 6 ' areally on a wall thickness 16 ' is reduced. The wall thickness 16 ' in the membrane areas 6 ' is reduced to such a low level that the sheathing 5 in these areas 6 ' the properties of a stretchable elastic membrane, by means of which - as described above - a pressure equalization between the interior 10 and the outside space 14 the sheath 5 can be created. The local wall thickness reduction of the pipe section 17 can be produced, for example, by forming (rolling, embossing, etc.) or by an electrochemical process (etching, die sinking, etc.).

In den Figuren sind Ummantelungen 5 gezeigt, die im Wesentlichen zylinderförmig sind. Alternativ kann die Hülse 7 bzw. der Abschnitt 17 einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Insbesondere kann der Querschnitt der Hülse bzw. des Abschnitts in einer solchen Weise gestaltet sein, dass das eingeschlossene Volumen eine hohe spezifische Oberfläche aufweist; dies wird z.B. durch einen sternförmigen Querschnitt realisiert.In the figures are sheaths 5 shown, which are substantially cylindrical. Alternatively, the sleeve 7 or the section 17 have any cross-section. In particular, the cross-section of the sleeve or section may be designed in such a way that the enclosed volume has a high specific surface area; This is realized, for example, by a star-shaped cross section.

Die in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele stellen eine kleine Auswahl aus einer Vielzahl möglicher Varianten der druckausgleichenden Ummantelung 5 dar. Insbesondere kann die Anordnung, Größe und geometrische Gestalt der Membranbereiche 6, 6' den konkreten Anforderungen angepasst werden, die der Aktor 1, 1' im Betrieb erfüllen muss. Alternativ zu den Kreisform der Durchbrüche der 1 bis 3 kann die Hülse beispielsweise auch linienförmige Durchbrüche aufweisen, die radial umlaufend angeordnet sind. Weiterhin können die beschriebenen Konstruktionsmerkmale zur Druckkompensation für den Aktorboden (3a) bzw. den Aktordeckel (3b) angewandt werden.The exemplary embodiments shown schematically in the figures represent a small selection of a large number of possible variants of the pressure-compensating sheathing 5 In particular, the arrangement, size and geometric shape of the membrane areas 6 . 6 ' be adapted to the specific requirements of the actor 1 . 1' must meet during operation. Alternatively to the circular shape of the breakthroughs of 1 to 3 For example, the sleeve may also have line-shaped apertures which are arranged radially circumferentially. Furthermore, the design features described for pressure compensation for the actuator bottom ( 3a ) or the actuator cover ( 3b ).

Claims

Piezoelectric actuator ( 1 . 1' ) for non-flowing media, - with one between an actuator bottom ( 3a ) and an actuator cover ( 3b ) arranged piezo element ( 2 ) - and with one end with the actuator bottom ( 3a ) and with the actuator cover ( 3b ) connected annular sheath ( 5 ), which the piezo element ( 2 ) at least partially surrounds, - wherein between the piezoelectric element ( 2 ) and an inner wall ( 9 ) of the sheath ( 5 ) an electrically insulating fluid ( 11 ) Is provided, characterized in that - the casing ( 5 ) is rigid - and that the wall thickness ( 16 ) of the sheath ( 5 ) in a localized membrane area ( 6 . 6 ' ) is reduced in such a way that in the membrane region ( 6 ) is a flexible, elastic film.

Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that the wall thickness reduction ( 16 ' ) of the sheath ( 5 ) in the membrane area ( 6 . 6 ' ) by means of an electrochemical process, in particular ECM or electrochemical etching or Senkerodieren, or by means of a forming process, in particular by embossing is generated.

Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that - the sheath ( 5 ) a rigid sleeve ( 7 ), and that the membrane region ( 6 ) by at least one in the wall of the sleeve ( 7 ) ( 18 ) formed by a sealing with the sleeve ( 7 ) connected film ( 8th ) is spanned.

Piezoelectric actuator according to claim 3, characterized in that the sleeve ( 7 ) Has cylindrical symmetry.

Piezoelectric actuator according to claim 3 or 4, characterized in that the sleeve ( 7 ) consists of a metal sheet.

Piezoelectric actuator according to one of claims 3 to 5, characterized in that the film ( 8th ) is a metal foil.

Piezoelectric actuator according to one of claims 3 to 6, characterized in that the sleeve ( 7 ) a plurality of circular openings ( 18 ), which are arranged in a regular grid on the sleeve surface.

Piezoelectric actuator according to one of claims 3 to 6, characterized in that the sleeve ( 7 ) has a plurality of line-shaped openings which are parallel to the axis of symmetry ( 15 ) of the sleeve ( 7 ) are arranged.

Piezoelectric actuator according to one of claims 3 to 8, characterized in that the openings ( 18 ) of the sleeve ( 7 ) are produced by machining or by laser cutting or by an electrochemical process, in particular ECM.

Use of a piezoelectric actuator ( 1 ) according to one of claims 1 to 9 in an injector of an internal combustion engine, in particular in a gasoline or a diesel engine.