DE102006026933A1 - Piezoelectric actuator for use as part of injector for common rail diesel fuel injection system, has piezoelectric deck arranged in housing, and cooling body directly connected with head plate by cooling body support - Google Patents

Piezoelectric actuator for use as part of injector for common rail diesel fuel injection system, has piezoelectric deck arranged in housing, and cooling body directly connected with head plate by cooling body support Download PDF

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Klaus Plecher
Marcus Unruh
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Manfred Weisse
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Abstract

The actuator (1) has a tubular housing (4) with two ends, an outward directed external wall (5) and an inward directed inner wall (6), and a head plate (7), which closes one of the ends of the tubular housing. A piezoelectric deck (9) is arranged in the housing, and is arranged with both ends of the head plate. A cooling body (20) is directly connected with the head plate by a cooling body support. Another cooling bodies project over the outward directed external wall of the tubular housing. An independent claim is also included for a method of manufacturing a piezoelectric actuator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Piezoaktuator und ein Verfahren zum Herstellen eines Piezoaktuators.The The invention relates to a piezoactuator and a method of manufacturing a piezo actuator.

Ein Piezoaktuator umfasst ein rohrförmiges, insbesondere ein zylinderförmiges Gehäuse mit zwei Enden und einer nach außen gerichteten Außenwand und einen im rohrförmigen Gehäuse angeordneten Piezostapel. Im Betrieb des Piezoaktuators wird der Piezostapel mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, wodurch sich der Piezostapel längs seiner Längsachse ausdehnt.One Piezoaktuator comprises a tubular, in particular a cylindrical one casing with two ends and an outer wall facing outwards and one in tubular casing arranged piezo stack. During operation of the piezo actuator, the Piezo stack is subjected to an electrical voltage, thereby The piezo stack along its longitudinal axis expands.

Piezoaktuatoren werden beispielsweise als Teil von Injektoren für Common-Rail-Diesel-Einspritzanlagen verwendet. Im Betrieb erwärmt sich der Piezoaktuator beispielsweise aufgrund der Injektoren und der Umgebungstemperatur, sowie aufgrund der dem Piezostapel zugeführten Energie. Wird der Piezoaktuator unzulässig stark erwärmt, so kann dies zu einer Beschädigung der Piezokeramik des Piezostapels führen, was wiederum zu einem frühzeitigen Funktionsausfall des Piezoaktuators führen kann.piezo actuators for example, as part of injectors for common-rail diesel injection systems used. Warmed during operation the piezo actuator, for example, due to the injectors and the ambient temperature, as well as due to the energy supplied to the piezo stack. If the piezo actuator becomes inadmissible strongly heated, this can damage it lead the piezoceramic of the piezo stack, which in turn to a early functional failure lead the piezo actuator can.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Piezoaktuator derart auszuführen, dass dieser sich weniger stark erwärmt.The Object of the present invention is therefore a Piezoaktuator to carry out such that this is less heated.

Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zum Herstellen eines Piezoaktuators, der derart ausgeführt, dass dieser sich weniger stark erwärmt, anzugeben.The The object of the invention is also to provide a method for producing a piezoactuator designed such that it is less strongly heated, specify.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Piezoaktuator, aufweisend ein rohrförmiges Gehäuse mit zwei Enden, einer nach außen gerichteten Außenwand und einer nach innen gerichteten Innenwand, eine Kopfplatte, die das eine der beiden Enden des rohrförmigen Gehäuses abschließt, einen im Gehäuse angeordneten Piezostapel mit zwei Enden, der mit einem seiner beiden Enden an der Kopfplatte angeordnet ist, und wenigstens einen direkt mit der Kopfplatte oder über einen Kühlkörperträger mit der Kopfplatte verbundenen Kühlkörper.The The object of the invention is achieved by a piezo actuator, comprising a tubular housing with two ends, one after Outside directed outer wall and an inwardly directed inner wall, a head plate, the which terminates one of the two ends of the tubular housing, a in casing arranged piezo stack with two ends, with one of his two Ends are arranged on the top plate, and at least one directly with the top plate or over a heat sink carrier with the Head plate connected heatsink.

Der erfindungsgemäße Piezoaktuator umfasst das rohrförmige Gehäuse, das insbesondere zylinderförmig ausgebildet ist. Eines der beiden Enden des rohrförmigen Gehäuses ist mit der Kopfplatte abgeschlossen, an der der Piezostapel befestigt ist. Der Piezostapel kann z.B. über Anschlussstifte, die z.B. durch Öffnungen der Kopfplatte ragen, mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden. Das andere Ende des Gehäuses kann mit einer Bodenplatte und mit einer beweglichen Membran abgeschlossen sein.Of the Piezo actuator according to the invention includes the tubular Casing, in particular cylindrical is trained. One of the two ends of the tubular housing is completed with the top plate, attached to the piezo stack is. The piezo stack can e.g. above Pins, e.g. through openings protrude the top plate, subjected to an electrical voltage become. The other end of the case can be completed with a bottom plate and with a movable membrane be.

Im Betrieb des erfindungsgemäßen Piezoaktuators erzeugt der Piezostapel Wärme, die z.B. über die Kopfplatte oder über die Bodenplatte an das Gehäuse weiter geleitet und von der Außenwand des Gehäuses an die Umgebung des Piezoaktuators abgegeben wird. Um die Wärmeableitung des Piezostapels an die Umgebung zu verbessern, umfasst der erfindungsgemäße Piezoaktuator den Kühlkörper, der direkt oder über den Kühlkörperträger mit der Kopfplatte verbunden ist. Der Kühlkörperträger ist direkt mit der Kopfplatte verbunden. Dadurch gibt die Kopfplatte Wärme nicht nur über das Gehäuse an die Umgebung ab, sondern auch über den Kühlkörper. Um die Wärmeabgebeigenschaft des Kühlkörpers zu erhöhen, hat dieser bevorzugt eine möglichst große Oberfläche, die z.B. durch Kühlrippen vergrößert wird.in the Operation of the piezoactuator according to the invention the piezo stack generates heat, the e.g. about the Headstock or over the bottom plate to the housing passed on and from the outer wall of the housing is delivered to the environment of the piezo actuator. To the heat dissipation of the piezo stack to improve the environment includes the piezoelectric actuator according to the invention the heat sink, the directly or via the heat sink carrier with the head plate is connected. The heat sink carrier is directly with the top plate connected. As a result, the top plate gives heat not only over the casing to the environment but also over the heat sink. To the heat dissipation property of the heatsink has this prefers one as possible large surface, the e.g. through cooling fins is enlarged.

Für den Kühlkörper werden bevorzugt Werkstoffe mit einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet. Geeignete Werkstoffe sind z.B. Aluminium, das eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 230 W/(m·K) aufweist, oder Kupfer bzw. Kupferlegierun gen. Kupferlegierungen können Wärmeleitfähigkeiten bis zu 320 W/(m·K) aufweisen.Be for the heat sink preferably materials with a relatively high thermal conductivity used. suitable Materials are e.g. Aluminum, which has a thermal conductivity of approx. 230 W / (m · K), or copper or Kupferlegierun gene. Copper alloys can Wärmeleitfähigkeiten up to 320 W / (m · K) exhibit.

Die Kopfplatte und der Kühlkörper können insbesondere als ein gemeinsames Bauteil oder als zwei separate Bauteile ausgeführt sind. Bei der zweiteiligen Ausführung können, um den Wärmeübergang zwischen der Kopfplatte und dem Kühlkörper zu erhöhen, diejenigen Flächen, mit denen sich die Kopfplatte und der Kühlkörper berühren, mit einer Wärmepaste versehen sein.The Head plate and the heat sink can in particular are designed as a common component or as two separate components. In the two-part version can, to the heat transfer between the top plate and the heat sink to increase those areas, with where the top plate and the heat sink touch, with a heat paste be provided.

Der Kühlkörper kann z.B. derart ausgeführt sein, dass er über die nach außen gerichtete Außenwand des rohrförmigen Gehäuses ragt. Somit sind Vorraussetzungen gegeben, dass sich die Ausdehnung des erfindungsgemäßen Piezoaktuators längs seiner Längsachse im Vergleich zu einem konventionellen Piezoaktuators nicht erhöht.Of the Heat sink can e.g. be executed in such a way that he over the outside directed outer wall of the tubular housing protrudes. Thus, there are prerequisites that the expansion the piezo actuator according to the invention along his longitudinal axis not increased compared to a conventional piezo actuator.

Der Piezostapel des erfindungsgemäßen Piezoaktuators wird im Betrieb mit einer elektrischen Spannung insbesondere über einen Anschlussstecker versorgt. Der Anschlussstecker umfasst bevorzugt eine Kunststoffumspritzung, die die Kopfplatte umgibt. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Piezoaktuators ragt der Kühlkörper durch diese Kunststoffumspritzung hindurch. Dadurch ist es möglich, dass die Kunststoffumspritzung den Kühlkörper formschlüssig teilweise umgibt. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der Kühlkörper und die Kopfplatte zwei separate Bauteile sind. Dadurch hält die Kunststoffumspritzung den Kühlkörper, wodurch die Gefahr des Lösens des Kühlkörpers durch den Betrieb des Piezoaktuators mit dadurch bedingten Vibrationen, wenn nicht gar völlig vermieden, so doch zumindest verringert wird.Of the Piezo stack of the piezoelectric actuator according to the invention is in operation with an electrical voltage in particular via a Supplied connector. The connector preferably comprises a plastic extrusion that surrounds the top plate. According to one embodiment the piezo actuator according to the invention the heat sink protrudes this plastic extrusion through. This makes it possible for that the plastic encapsulation the heat sink form-fitting partially surrounds. This is especially possible when the heat sink and the top plate are two separate components. This keeps the plastic extrusion the heat sink, thereby the danger of loosing of the heat sink the operation of the piezo actuator with resulting vibrations, if not completely avoided, at least reduced.

Der erfindungsgemäße Piezoaktuator ist gemäß einer Ausführungsform derart ausgeführt, dass der Kühlkörper über einen mit der Kopfplatte verbundenen Kühlkörperträger verbunden ist. Der Kühlkörperträger ist mit der Kopfplatte direkt ver bunden, indem der Kühlkörperträger z.B. auf der Kopfplatte aufliegt. Durch diese Ausgestaltung können sich fertigungstechnische Vorteile und konstruktive Freiheiten bzw. Gestaltungen des erfindungsgemäßen Piezoaktuators ergeben. So ist es z.B. möglich, den Kühlkörperträger relativ platzsparend in die Kunststoffumspritzung des Anschlusssteckers zu integrieren, wodurch der zur Verfügung stehende Bauraum relativ gut ausgenutzt werden kann. Dies ist insbesondere dann relativ einfach möglich, wenn die Kunststoffumspritzung des Anschlusssteckers des Piezoaktuators gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Piezoaktuators den Kühlkörperträger formschlüssig teilweise umgibt. So ist es z.B. fertigungstechnisch relativ einfach, den Kühlkörperträger als Einlegeteil im Spritzgusswerkzeug auf der Kopfplatte des Piezoaktuators zu fixieren. In einem weiteren Fertigungsschritt kann der Kühlkörper auf dem Kühlkörperträger befestigt werden.Of the Piezo actuator according to the invention is according to one embodiment executed in such a way that the heat sink over a connected to the top plate heat sink carrier connected is. The heat sink carrier is directly connected to the top plate by the heat sink carrier e.g. on the top plate rests. By this configuration, manufacturing technology can Advantages and constructive freedom or designs of the piezoelectric actuator according to the invention result. So it is e.g. possible, the heat sink carrier relative saves space in the plastic extrusion of the connection plug to integrate, making the available space relatively well can be exploited. This is especially easy then possible, if the plastic extrusion of the connector of the piezoelectric actuator according to a embodiment the piezo actuator according to the invention the heat sink carrier form-fitting partially surrounds. So it is e.g. manufacturing technology relatively simple, the Heat sink carrier as insert to fix in the injection mold on the top plate of the Piezoaktuators. In a further manufacturing step, the heat sink can be mounted on the heat sink carrier become.

Nach Varianten des erfindungsgemäßen Piezoaktuators ist der Kühlkörper an den Kühlkörperträger geschweißt, gelötet, geschraubt, genietet oder geklipst. Berührungsflächen zwischen dem Kühlkörper und dem Kühlkörperträger oder die für die Schrauben vorgesehenen Schraubenlöcher werden bevorzugt mit einer Wärmeleitpaste oder einem Wärmeleitkleber zur besseren Fixierung versehen.To Variants of the piezoactuator according to the invention is the heat sink on the heat sink carrier welded, soldered, screwed, riveted or clipped. Interfaces between the heat sink and the heat sink carrier or the for the screws provided screw holes are preferably with a Thermal Compounds or a thermal adhesive provided for better fixation.

Ein Vorteil der Variante des Kühlkörperträgers ist es auch, dass je nach Anwendung des erfindungsgemäßen Piezoaktuators relativ einfach verschieden große oder verschiedenartige Kühlkörper verwendet werden können.One Advantage of the variant of the heat sink carrier is it also that, depending on the application of the piezoelectric actuator according to the invention relatively simply different sizes or different heatsink used can be.

Nach einer weitern Ausführungsform des erfindungsgemäßen Piezoaktuators ist der Kühlkörper ein Kühlblech. Ein Kühlblech kann relativ kostengünstig aus einem Blech gestanzt und durch Biegen in eine gewünschte Form gebracht werden.To another embodiment the piezo actuator according to the invention is the heat sink on Heatsink. A cooling plate can be relatively inexpensive punched from a sheet and bent into a desired shape to be brought.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Piezoaktuators, der ein rohrförmiges Gehäuse mit zwei Enden, einer nach außen gerichteten Außenwand und einer nach innen gerichteten Innenwand, eine Kopfplatte, die das eine der beiden Enden des rohrförmigen Gehäuses abschließt, und einen im Gehäuse angeordneten Piezostapel mit zwei Enden, der mit einem seiner beiden Enden an der Kopfplatte angeordnet ist, aufweist, und das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

  • – Anlegen eines ersten Kühlkörpers oder eines Kühlkörperträgers auf einer Begrenzungsfläche der Kopfplatte und
  • – Herstellen einer Steckerumspritzung für den Piezoaktuator aus Kunststoff, indem die Kopfplatte, sowie der erste Kühlkörper oder der Kühlkörperträgers mit dem Kunststoff formschlüssig umspritzt werden und ein Teil des ersten Kühlkörpers oder des Kühlkörperträgers von außerhalb der Steckerumspritzung zugänglich ist.
The object of the invention is also achieved by a method for producing a piezo actuator comprising a tubular housing with two ends, an outwardly directed outer wall and an inwardly directed inner wall, a head plate which closes one of the two ends of the tubular housing, and a piezostack arranged in the housing with two ends, which is arranged with one of its two ends on the top plate, and the method comprises the following method steps:
  • - Applying a first heat sink or a heat sink carrier on a boundary surface of the top plate and
  • Producing a Steckerumspritzung for the piezoelectric actuator made of plastic by the top plate, and the first heat sink or the heat sink carrier are molded around the plastic form-fitting and a part of the first heat sink or the heat sink carrier is accessible from outside the Steckerumspritzung.

Auf dem Kühlkörperträger wird anschließend ein zweiter Kühlkörper befestigt, indem dieser z.B. auf dem Kühlkörperträger geschraubt, gelötet, geschweißt, genietet oder mit diesem verclipst wird.On the heat sink carrier is then one second heat sink attached, by this e.g. screwed on the heat sink carrier, soldered, welded, riveted or clipped with this.

Durch die verbesserte Wärmeabgabe über den Kühlkörper ermöglicht der erfindungsgemäße Piezoaktuator insbesondere das Einbringen einer erhöhten Energiemenge pro Arbeitstakt in den Piezostapel und/oder die Anhebung der Anzahl der Piezohübe pro Arbeitstakt. Das Innere des Gehäuses, in dem der Piezostapel angeordnet ist, kann unverändert bleiben, sodass eine Veränderung des Piezohubs des Piezostapels nicht zu erwarten ist, da keine beteiligten und erprobten Bauteile verändert werden müssen. Durch die Verwendung des Bleches ist eine kostengünstige Herstellung möglich.By the improved heat dissipation over the Heatsink allows the Piezo actuator according to the invention in particular the introduction of an increased amount of energy per power stroke in the piezo stack and / or the increase in the number of Piezo lift per stroke. The interior of the case, in which the piezo stack is arranged, can remain unchanged, so a change of the piezohub of the piezo stack is not to be expected since none are involved and tried and tested components changed Need to become. By using the sheet is a cost-effective production possible.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigelegten schematischen Zeichnungen exemplarisch dargestellt. Es zeigen:embodiments The invention are described in the attached schematic drawings exemplified. Show it:

1-4 verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Piezoaktuators, 1 - 4 various embodiments of a piezoactuator according to the invention,

5 ein Kühlblech und 5 a cooling plate and

6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Piezoaktuators. 6 a further embodiment of a piezoelectric actuator according to the invention.

Die 1 zeigt einen Piezoaktuator 1, der im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mittels einer Hohlschraube 2 und einem Spannring 22 mit einem in der 1 nur teilweise dargestellten Injektorkörper 3 einer Common-Rail-Dieseleinspritzanlage verbunden ist.The 1 shows a piezo actuator 1 , which in the case of the present embodiment by means of a hollow screw 2 and a clamping ring 22 with one in the 1 only partly shown injector body 3 a common rail diesel injection system is connected.

Der Piezoaktuator 1 umfasst ein rohrförmiges Gehäuse 4, das im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels zylinderförmig ausgeführt ist. Das zylinderförmige Gehäuse 4 hat zwei Enden und weist eine Außenwand 5 und eine Innenwand 6 auf. Eines der beiden Enden des Gehäuses 4 ist mit einer im Wesentlichen scheibenförmigen Kopfplatte 7 abgeschlossen, dessen Radius im Wesentlichen dem der Innenwand 6 zugeordneten Innenradius des rohrförmigen Gehäuses 4 entspricht. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Kopfplatte 7 längs ihres Umfangs an die Innenwand 6 des Gehäuses 4 im Bereich 8 eines der Enden des Gehäuses 4 geschweißt.The piezoactuator 1 includes a tubular housing 4 which is cylindrical in the case of the present embodiment. The cylindrical housing 4 has two ends and has an outer wall 5 and an inner wall 6 on. One of the two ends of the case 4 is with a substantially disc-shaped head plate 7 completed, whose radius is substantially that of the inner wall 6 associated inner radius of the tubular housing 4 equivalent. In the case of the present embodiment, the top plate 7 along its circumference to the inner wall 6 of the housing 4 in the area 8th one of the ends of the housing 4 welded.

Innerhalb dem rohrförmigen Gehäuse 4 ist ein Piezostapel 9 mit zwei Anschluss-Stiften 10 angeordnet. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Piezostapel 9 mit einem seiner beiden Enden an die in das Innere des Gehäuses 4 gerichteten Seite der Kopfplatte 7 und mit seinem anderen Ende an einer Bodenplatte 11 befestigt. Die Bodenplatte 11 ist wiederum mit einer Dichtmembran 12 verbunden, die auch mit der Innenwand 6 des Gehäuses 4 in einem Bereich 13 an dem der Kopfplatte 7 entgegengesetzten Ende des Gehäuses 4 verbunden ist. Die Bodenplatte 11 und die Dichtmembran 12 dichten das entsprechende Ende des Gehäuses 4 ab.Within the tubular housing 4 is a piezostack 9 with two connection pins 10 arranged. In the case of the present embodiment, the piezo stack is 9 with one of its two ends to the inside of the case 4 directed side of the headstock 7 and with its other end on a bottom plate 11 attached. The bottom plate 11 is in turn with a sealing membrane 12 connected, which also with the inner wall 6 of the housing 4 in one area 13 on the head plate 7 opposite end of the housing 4 connected is. The bottom plate 11 and the sealing membrane 12 seal the corresponding end of the housing 4 from.

Die Kopfplatte 7 weist zwei Öffnungen 14 auf, durch die die Anschluss-Stifte 10 ragen. Um den Piezostapel 9 gegen Umwelteinflüsse abzudichten, umfasst der Piezoaktuator 1 außerdem im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels zwei O-Ringe 15, 16 und zwei Iso-Hülsen 17, 18, die die Öffnungen 14 der Kopfplatte 7 abdichten. Außerdem umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Piezoaktuator 1 eine einteilige Fixierscheibe 19, die an der nach außen gerichteten Seite der Kopfplatte 7 auf der Kopfplatte 7 befestigt ist.The headstock 7 has two openings 14 on, through which the connection pins 10 protrude. To the piezostack 9 To seal against environmental influences, includes the piezoelectric actuator 1 also in the case of the present embodiment, two O-rings 15 . 16 and two iso-pods 17 . 18 that the openings 14 the top plate 7 caulk. In addition, in the case of the present embodiment, the piezoactuator comprises 1 a one-piece fixation disc 19 on the outward side of the top plate 7 on the top plate 7 is attached.

Die Anschluss-Stifte 10 sind des Weiteren mit einer nicht weiter dargestellten Kontaktbaugruppe verbunden, sodass der Piezostapel 9 über die Anschluss-Stifte 10 und die Kontaktbaugruppe in allgemein bekannter Weise mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden kann.The connection pins 10 are further connected to a contact assembly, not shown, so that the piezo stack 9 over the connection pins 10 and the contact assembly can be acted upon in a generally known manner with an electrical voltage.

Das mit der Kopfplatte 7 versehene Ende des rohrförmigen Gehäuses 4 ist außerdem im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit einer einen nicht näher dargestellten Stecker des Piezoaktuators 1 bildenden Steckerumspritzung 21 aus Kunststoff umgeben.That with the head plate 7 provided end of the tubular housing 4 is also in the case of the present embodiment with a non-illustrated plug of Piezoaktuators 1 forming plug extrusion 21 surrounded by plastic.

Im Betrieb des Piezoaktuators 1 wird an den Piezostapel 9 über dessen Anschluss-Stifte 10 eine elektrische Spannung angelegt. Daraufhin dehnt sich der Piezostapel 9 bezüglich seiner Längsachse 23 aus und verschiebt dadurch die Bodenplatte 11 relativ zum Gehäuse 4 in Pfeilrichtung eines Pfeils 24. Wird der Piezostapel 9 entladen, dann zieht er sich wieder zusammen, wodurch die Bodenplatte 11 entgegen der Pfeilrichtung des Pfeils 24 relativ zum Gehäuse 4 verschoben wird.During operation of the piezoactuator 1 gets to the piezostack 9 via its connection pins 10 an electrical voltage applied. The piezostack then expands 9 with respect to its longitudinal axis 23 and thereby shifts the bottom plate 11 relative to the housing 4 in the arrow direction of an arrow 24 , Will the piezostack 9 unloaded, then he pulls back together, causing the bottom plate 11 against the arrow direction of the arrow 24 relative to the housing 4 is moved.

Für eine verbesserte Lagerung des Piezostapel 9 umfasst der Piezoaktuator 1 im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine innerhalb dem Gehäuse 4 angeordnete zylinderförmige Rohrfeder 28 mit einer Außenseite 29 und einer Innenseite 30. Die Rohrfeder 28 ist derart ausgeführt, dass sich zwischen der Außenseite 29 der Rohrfeder 28 und der Innenwand 6 des Gehäuses 4 ein Luftspalt 31 bildet.For improved storage of the piezo stack 9 includes the piezo actuator 1 in the case of the present embodiment a within the housing 4 arranged cylindrical tube spring 28 with an outside 29 and an inside 30 , The Bourdon tube 28 is designed so that between the outside 29 the bourdon tube 28 and the inner wall 6 of the housing 4 an air gap 31 forms.

Ein Ende der Rohrfeder 28 ist in einem Bereich 26 mit der Kopfplatte 7 und das andere Ende der Rohrfeder 28 ist in einem Bereich 27 mit der Bodenplatte 11 verschweißt. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Rohrfeder 28 aus einem geschlitzten Blech gefertigt und hat eine federnde Wirkung bezüglich der Längsachse 23 des Piezostapels 9, der wiederum innerhalb der Rohrfeder 28 angeordnet ist. Die Rohrfeder 28 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels entgegen der Pfeilrichtung des Pfeils 24 vorgespannt, sodass sie das Zusammenziehen des Piezostapels 9 während des Entladens des Piezostapels 9 unterstützt. Durch den Luftspalt 31 ist es im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels auch gewährleistet, dass die Rohrfeder 28 bei einer Bewegung relativ zum Gehäuse 4 nicht an der Innenwand 6 des Gehäuses 4 reibt.One end of the Bourdon tube 28 is in one area 26 with the head plate 7 and the other end of the Bourdon tube 28 is in one area 27 with the bottom plate 11 welded. In the case of the present embodiment, the bourdon tube is 28 made of a slotted sheet and has a resilient action with respect to the longitudinal axis 23 of the piezo stack 9 which in turn is inside the Bourdon tube 28 is arranged. The Bourdon tube 28 is opposite to the arrow direction of the arrow in the case of the present embodiment 24 biased so that they contract the piezo stack 9 during the unloading of the piezo stack 9 supported. Through the air gap 31 it is also ensured in the case of the present embodiment, that the Bourdon tube 28 in a movement relative to the housing 4 not on the inner wall 6 of the housing 4 rubs.

Im Betrieb des Piezoaktuators 1 erzeugt der Piezostapel 9 Wärme, die insbesondere an die Kopfplatte 7 des Piezoaktuators 1 abgegeben wird. Die Kopfplatte 7 gibt ihre Wärme einerseits über den Bereich 8 an das Gehäuse 4 ab. Für eine verbesserte Wärmeabfuhr weist der Piezoaktuator 1 einen zusätzlichen Kühlkörper 20 auf.During operation of the piezoactuator 1 generates the piezo stack 9 Heat, especially to the top plate 7 of the piezoactuator 1 is delivered. The headstock 7 on the one hand gives her warmth over the area 8th to the housing 4 from. For improved heat dissipation, the piezo actuator 1 an additional heat sink 20 on.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels handelt es sich bei dem Kühlkörper 20 um einen massiven Kühlkörper 20 insbesondere aus Aluminium, Kupfer oder einer Kupferlegierung mit mehreren Kühlrippen 25. Der Kühlkörper 20 liegt mit einer seiner Begrenzungsflächen 33 auf der nach außen gerichteten Seite der Kopfplatte 7 an, d.h. der Kühlkörper 20 ist direkt mit der Kopfplatte 7 verbunden. Damit der Kühlkörper 20 an der Kopfplatte 7 anliegen kann, umfasst die Fixierscheibe 19 eine im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels kreisförmige Öffnung 32, durch die der Kühlkörper 20 an der Kopfplatte 7 anliegt.In the case of the present embodiment, it is the heat sink 20 around a massive heat sink 20 in particular of aluminum, copper or a copper alloy with a plurality of cooling fins 25 , The heat sink 20 lies with one of its boundary surfaces 33 on the outward side of the headstock 7 on, ie the heat sink 20 is directly with the top plate 7 connected. So that the heat sink 20 on the top plate 7 can rest, includes the fixing disc 19 a circular opening in the case of the present embodiment 32 through which the heat sink 20 on the top plate 7 is applied.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Kühlkörper 20 zylinderförmig ausgebildet und weist in seiner Mantelfläche 34 eine ringförmige Nut 35 auf.In the case of the present embodiment, the heat sink 20 cylindrical in shape and has in its lateral surface 34 an annular groove 35 on.

Bei der Herstellung des Piezoaktuators 1 wurde zunächst der Kühlkörper 20 mit seiner Begrenzungsfläche 33 auf die Kopfplatte 7 gelegt und anschließend wurde der Kunststoff für die Steckerumspritzung 21 derart angebracht, dass die Steckerumspritzung 21 den Kühlkörper 20 teilweise umgibt und insbesondere im Bereich der Nut 35 den Kühlkörper 20 formschlüssig umgibt. Die Steckerumspritzung 21 ist ferner derart ausgeführt, sodass die Kühlrippen 25 des Kühlkörpers 20 direkten Kontakt mit der Umgebung des Piezoaktuators 1 haben.In the production of the piezo actuator 1 was first the heat sink 20 with its boundary surface 33 on the top plate 7 and then was the plastic for the Steckerumspritzung 21 mounted such that the male extrusion 21 the heat sink 20 partially surrounds and in particular in the area of the groove 35 the heat sink 20 surrounds positively. The plug coating 21 is further designed such that the cooling fins 25 of the heat sink 20 direct contact with the surroundings of the piezoactuator 1 to have.

In der 2 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Piezoaktuators 36 schematisch dargestellt. Wenn folgend nicht anders beschrieben, dann sind Bestandteile des in der 2 gezeigten Piezoaktuators 36, welche mit Bestandteilen des in der 1 gezeigten Piezoaktuators 1 weitgehend bau- und funktionsgleich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.In the 2 is a second embodiment a piezo actuator according to the invention 36 shown schematically. Unless otherwise stated below, components of the 2 shown piezo actuator 36 , which with components of in the 1 shown piezo actuator 1 are largely identical in construction and function, provided with the same reference numerals.

Der Piezoaktuator 1 unterscheidet sich im Wesentlichen vom Piezoaktuator 36 durch dessen Kopfplatte 7 und dessen Kühlkörper 20. Der Piezoaktuator 36 weist nämlich eine Kopfplatte mit integriertem Kühlkörper 37 auf. Die Kopfplatte und der Kühlkörper des Piezoaktuators 36 sind also einteilig ausgeführt. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Kopfplatte mit integriertem Kühlkörper 37 z.B. aus Stahl oder einer Eisenlegierung gefertigt und weist mehreren Kühlrippen 38 auf. Außerdem weist die Fixierscheibe 19 die kreisförmige Öffnung 32 auf, durch die der die Kühlrippen 38 umfassende Teil der Kopfplatte mit integriertem Kühlkörper 37 in die Umgebung des Piezoaktuators 36 ragen kann.The piezoactuator 1 differs essentially from the piezo actuator 36 through its head plate 7 and its heat sink 20 , The piezoactuator 36 namely has a head plate with integrated heat sink 37 on. The top plate and the heat sink of the piezoactuator 36 are therefore executed in one piece. In the case of the present embodiment, the head plate with integrated heat sink 37 For example, made of steel or an iron alloy and has several cooling fins 38 on. In addition, the fixation disc 19 the circular opening 32 on, through which the cooling fins 38 comprehensive part of the head plate with integrated heat sink 37 into the environment of the piezoactuator 36 can protrude.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die Kopfplatte mit integriertem Kühlkörper 37 eine umlaufende Stufe 39 auf, sodass der Kunststoff der Steckerumspritzung 21 die Kopfplatte mit integriertem Kühlkörper 37 möglichst gut formschlüssig umgeben kann.In the case of the present embodiment, the head plate with integrated heat sink 37 a circumferential step 39 so that the plastic of the plug coating 21 the head plate with integrated heat sink 37 surrounded as well as possible.

In der 3 ist eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Piezoaktuators 41 schematisch dargestellt. Wenn folgend nicht anders beschrieben, dann sind Bestandteile des in der 3 gezeigten Piezoaktuators 41, welche mit Bestandteilen des in der 2 gezeigten Piezoaktuators 36 weitgehend bau- und funktionsgleich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.In the 3 is a third embodiment of a piezoelectric actuator according to the invention 41 shown schematically. Unless otherwise stated below, components of the 3 shown piezo actuator 41 , which with components of in the 2 shown piezo actuator 36 are largely identical in construction and function, provided with the same reference numerals.

Der Piezoaktuator 41 unterscheidet sich im Wesentlichen vom Piezoaktuator 36 durch dessen Kopfplatte mit integriertem Kühlkörper 42. Im Gegensatz zur Kopfplatte mit integriertem Kühlkörper 37 des Piezoaktuators 36, dessen Kühlrippen 38 durch die Steckerumspritzung 21 in Richtung der Längsachse 23 in die Umgebung des Piezoaktuators 36 ragen, weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Kopfplatte mit integriertem Kühlkörper 42 des Piezoaktuators 41 radial ausgerichtete Kühlrippen 40 auf, die über die Außenwand 5 des Gehäuses 4 ragen.The piezoactuator 41 differs essentially from the piezo actuator 36 through its head plate with integrated heat sink 42 , In contrast to the head plate with integrated heat sink 37 of the piezoactuator 36 whose cooling fins 38 through the plug extrusion 21 in the direction of the longitudinal axis 23 into the environment of the piezoactuator 36 project, in the case of the present embodiment, the head plate with integrated heat sink 42 of the piezoactuator 41 radially aligned cooling fins 40 on that over the outer wall 5 of the housing 4 protrude.

In der 4 ist eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Piezoaktuators 43 schematisch dargestellt. Wenn folgend nicht anders beschrieben, dann sind Bestandteile des in der 1 gezeigten Piezoaktuators 1, welche mit Bestandteilen des in der 1 gezeigten Piezoaktuators 1 weitgehend bau- und funktionsgleich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.In the 4 is a fourth embodiment of a piezoelectric actuator according to the invention 43 shown schematically. Unless otherwise stated below, components of the 1 shown piezo actuator 1 , which with components of in the 1 shown piezo actuator 1 are largely identical in construction and function, provided with the same reference numerals.

Der Piezoaktuator 43 unterscheidet sich im Wesentlichen vom Piezoaktuator 1 durch ein in der 5 näher dargestelltes Kühlblech 44, das zusätzlich zur Fixierscheibe 19 auf der Kopfplatte 7 aufliegt.The piezoactuator 43 differs essentially from the piezo actuator 1 by a in the 5 closer illustrated cooling plate 44 in addition to the fixation disc 19 on the top plate 7 rests.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist das Kühlblech 44 scheiben- und kreisförmig ausgebildet und weist mehrere Laschen 46 auf, die durch entsprechendes Biegen des Kühlblechs 44 entstanden. Des Weiteren ist der Radius des Kühlblechs 44 größer als der Außenradius des rohrförmigen Gehäuses 4, sodass sich die Laschen 46 des Kühlblechs 44 außerhalb der Außenwand 5 des Gehäuses 4 befinden.In the case of the present embodiment, the cooling plate 44 disc-shaped and circular and has a plurality of tabs 46 on, by appropriate bending of the cooling plate 44 emerged. Furthermore, the radius of the cooling plate 44 larger than the outer radius of the tubular housing 4 so that the tabs 46 of the cooling plate 44 outside the outer wall 5 of the housing 4 are located.

Das Kühlblech 44 wurde im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels aus einem Blech gestanzt und weist eine achtförmige Öffnung 45 auf, die in das Blech gestanzt wurde und durch die die beiden Anschluss-Stifte 10 des Piezoaktuators 43 ragen.The heat sink 44 was punched in the case of the present embodiment of a sheet and has an eight-shaped opening 45 on, which was punched into the sheet and through which the two connecting pins 10 of the piezoactuator 43 protrude.

Die Fixierscheibe 19 ist in der Dimension verkleinert und befindet sich in der achtförmigen Öffnung 45 des Kühlblechs 44 zur elektrischen Isolation der beiden Anschluss-Stifte 10.The fixing disc 19 is reduced in dimension and located in the eight-shaped opening 45 of the cooling plate 44 for the electrical insulation of the two connection pins 10 ,

In der 6 ist eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Piezoaktuators 47 schematisch dargestellt. Wenn folgend nicht anders beschrieben, dann sind Bestandteile des in der 6 gezeigten Piezoaktuators 47, welche mit Bestandteilen des in der 1 gezeigten Piezoaktuators 1 weitgehend bau- und funktionsgleich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.In the 6 is a fifth embodiment of a piezoelectric actuator according to the invention 47 shown schematically. Unless otherwise stated below, components of the 6 shown piezo actuator 47 , which with components of in the 1 shown piezo actuator 1 are largely identical in construction and function, provided with the same reference numerals.

Der Piezoaktuator 47 unterscheidet sich im Wesentlichen vom Piezoaktuator 1 durch einen Kühlkörperträger 48, der innerhalb der kreisförmigen Öffnung 32 der einteiligen Fixierscheibe 19 flächig auf der nach außen gerichteten Seitenflä che 53 der Kopfplatte 7 anliegt. Der Kühlkörperträger 48 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels aus Aluminium, Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt und rohr- und zylinderförmig ausgeführt. Der Kühlkörperträger 48 weist einen Flansch 49 auf, der an der Seitenfläche 53 der Kopfplatte 7 anliegt. Außerdem ist der Radius des Kühlkörperträgers 48 im Bereich seines Flansches 49 in etwa gleich dem Radius der kreisförmigen Öffnung 32 der Fixierscheibe 19. Dadurch wird auch der Kühlkörperträger 48 durch die Fixierscheibe 19 zentriert. Die axiale Fixierung des Kühlkörperträgers 48 auf der Kopfplatte 7 erfolgt z.B. durch Umspritzen des Flansches 47 mit dem Kunststoff der Steckerumspritzung 21.The piezoactuator 47 differs essentially from the piezo actuator 1 through a heat sink carrier 48 that is inside the circular opening 32 the one-piece fixing disc 19 flat on the outwardly directed Seitenflä surface 53 the top plate 7 is applied. The heat sink carrier 48 is made in the case of the present embodiment of aluminum, copper or a copper alloy and executed tubular and cylindrical. The heat sink carrier 48 has a flange 49 on, on the side surface 53 the top plate 7 is applied. In addition, the radius of the heat sink carrier 48 in the area of its flange 49 approximately equal to the radius of the circular opening 32 the fixing disc 19 , This also makes the heat sink carrier 48 through the fixing washer 19 centered. The axial fixation of the heat sink carrier 48 on the top plate 7 takes place for example by encapsulation of the flange 47 with the plastic of the plug coating 21 ,

Bei der Herstellung des Piezoaktuators 47 wurde im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Kühlkörperträger 47 als Einlegeteil im Spritzwerkzeug auf der Kopfplatte 7 fixiert und anschließend mit dem Kunststoff der Steckerumspritzung 21 formschlüssig umgeben, sodass im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Kühlkörperträger 48 bündig mit der Steckerumspritzung 21 abschließt.In the production of the piezo actuator 47 was in the case of the present embodiment, the heat sink carrier 47 as an insert in the injection mold on the top plate 7 fixed and then with the plastic of the Steckerumsprit Zung 21 surrounded in a form-fitting manner, so that in the case of the present embodiment, the heat sink carrier 48 flush with the plug coating 21 concludes.

Der Kühlkörperträger 48 weist ferner ein Gewinde 52 auf, in das ein Kühlkörper 50 geschraubt ist. Der Kühlkörper 50 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels aus Aluminium, Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt und weist mehrere Kühlrippen 52 auf. Des Weiteren ist das Gewinde 52 des Kühlkörperträgers 48 mit einer Wärmeleitpaste oder einem Wärmekleber versehen.The heat sink carrier 48 also has a thread 52 into which a heat sink 50 screwed. The heat sink 50 is made in the case of the present embodiment of aluminum, copper or a copper alloy and has a plurality of cooling fins 52 on. Furthermore, the thread 52 of the heat sink carrier 48 provided with a thermal grease or a thermal adhesive.

Alternativ kann der Kühlkörper 50 auch insbesondere an den Kühlkörperträger 47 geschweißt, gelötet oder genietet oder mit diesem verclipst sein.Alternatively, the heat sink 50 also in particular to the heat sink carrier 47 welded, soldered or riveted or clipped with this.

Claims (10)

Piezoaktuator, aufweisend – ein rohrförmiges Gehäuse (4) mit zwei Enden, einer nach außen gerichteten Außenwand (5) und einer nach innen gerichteten Innenwand (6), – eine Kopfplatte (7, 37, 42), die das eine der beiden Enden des rohrförmigen Gehäuses (4) abschließt, – einen im Gehäuse (4) angeordneten Piezostapel (9) mit zwei Enden, der mit einem seiner beiden Enden an der Kopfplatte (7, 37, 42) angeordnet ist, und – wenigstens einen direkt mit der Kopfplatte (7, 37, 42) oder über einen Kühlkörperträger (48) mit der Kopfplatte (7, 37, 42) verbundenen Kühlkörper (20, 37, 42, 44).Piezoactuator, comprising - a tubular housing ( 4 ) with two ends, an outwardly directed outer wall ( 5 ) and an inwardly directed inner wall ( 6 ), - a head plate ( 7 . 37 . 42 ), which is one of the two ends of the tubular housing ( 4 ), - one in the housing ( 4 ) arranged piezo stack ( 9 ) with two ends, with one of its two ends on the top plate ( 7 . 37 . 42 ), and - at least one directly with the top plate ( 7 . 37 . 42 ) or via a heat sink carrier ( 48 ) with the head plate ( 7 . 37 . 42 ) connected heat sink ( 20 . 37 . 42 . 44 ). Piezoaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfplatte (7, 37, 42) und der Kühlkörper als ein gemeinsames Bauteil oder als zwei separate Bauteile ausgeführt sind.Piezoactuator according to claim 1, characterized in that the top plate ( 7 . 37 . 42 ) and the heat sink are designed as a common component or as two separate components. Piezoaktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (42, 44) über die nach außen gerichtete Außenwand (5) des rohrförmigen Gehäuses (4) ragt.Piezoaktuator according to claim 1 or 2, characterized in that the heat sink ( 42 . 44 ) over the outwardly directed outer wall ( 5 ) of the tubular housing ( 4 protrudes. Piezoaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (20, 37, 50) durch eine Kunststoffumspritzung (21) eines Anschlusssteckers des Piezoaktuators (1, 36, 47) hindurch ragt.Piezoactuator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat sink ( 20 . 37 . 50 ) by a plastic extrusion ( 21 ) of a connector of the piezo actuator ( 1 . 36 . 47 ) protrudes through. Piezoaktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffumspritzung (21) den Kühlkörper (20, 37, 50) formschlüssig teilweise umgibt.Piezoaktuator according to claim 4, characterized in that the plastic extrusion ( 21 ) the heat sink ( 20 . 37 . 50 ) partially surrounds positively. Piezoaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kunststoffumspritzung (21) eines Anschlusssteckers des Piezoaktuators (47) den Kühlkörperträger (48) formschlüssig teilweise umgibt.Piezoactuator according to one of claims 1 to 5, characterized in that a plastic extrusion ( 21 ) of a connector of the piezo actuator ( 47 ) the heat sink carrier ( 48 ) partially surrounds positively. Piezoaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (50) an dem Kühlkörperträger (48) geschweißt, gelötet, geschraubt, genietet oder geklipst ist.Piezoactuator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heat sink ( 50 ) on the heat sink carrier ( 48 ) is welded, soldered, screwed, riveted or clipped. Piezoaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, der Kühlkörper ein Kühlblech (44) ist.Piezoactuator according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the heat sink is a heat sink ( 44 ). Verfahren zum Herstellen eines Piezoaktuators (1, 47), der ein rohrförmiges Gehäuse (4) mit zwei Enden, einer nach außen gerichteten Außenwand (5) und einer nach innen gerichteten Innenwand (6), eine Kopfplatte (7), die das eine der beiden Enden des rohrförmigen Gehäuses (4) abschließt, und einen im Gehäuse (4) angeordneten Piezostapel (9) mit zwei Enden, der mit einem seiner beiden Enden an der Kopfplatte (7) angeordnet ist, aufweist, und das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Anlegen eines ersten Kühlkörpers (20) oder eines Kühlkörperträgers (48) auf eine Begrenzungsfläche (53) der Kopfplatte (7) und – Herstellen einer Steckerumspritzung (21) für den Piezoaktuator (1, 47) aus Kunststoff, indem die Kopfplatte (7), sowie der erste Kühlkörper (20) oder der Kühlkörperträger (48) mit dem Kunststoff formschlüssig umspritzt werden und ein Teil des ersten Kühlkörpers (20) oder des Kühlkörperträgers (48) von außerhalb der Steckerumspritzung (21) zugänglich ist.Method for producing a piezoactuator ( 1 . 47 ), which is a tubular housing ( 4 ) with two ends, an outwardly directed outer wall ( 5 ) and an inwardly directed inner wall ( 6 ), a head plate ( 7 ), which is one of the two ends of the tubular housing ( 4 ) and one in the housing ( 4 ) arranged piezo stack ( 9 ) with two ends, with one of its two ends on the top plate ( 7 ), and the method comprises the following method steps: application of a first heat sink ( 20 ) or a heat sink carrier ( 48 ) on a boundary surface ( 53 ) of the head plate ( 7 ) and - producing a plug coating ( 21 ) for the piezo actuator ( 1 . 47 ) made of plastic, by the head plate ( 7 ), as well as the first heat sink ( 20 ) or the heat sink carrier ( 48 ) are molded around with the plastic and a part of the first heat sink ( 20 ) or the heat sink carrier ( 48 ) from outside the plug coating ( 21 ) is accessible. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Befestigen eines zweiten Kühlkörpers (50) an dem Kühlkörperträger (48).Method according to claim 9, characterized by attaching a second heat sink ( 50 ) on the heat sink carrier ( 48 ).
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