Stand der TechnikState of the art
Die
Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Aktor für ein Brennstoffeinspritzventil
und ein Brennstoffeinspritzventil mit solch einem piezoelektrischen Aktor.
Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen
von luftverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen.The
The invention relates to a piezoelectric actuator for a fuel injection valve
and a fuel injection valve having such a piezoelectric actuator.
Specifically, the invention relates to the field of injectors for fuel injection systems
of air-compressing, self-igniting
Internal combustion engines.
Aus
der EP 1 239 525 A2 ist
ein piezokeramischer Vielschichtaktor bekannt. Der bekannte Aktor weist
alternierend an sich gegenüberliegenden
Oberflächen
des Aktors geführte
Innenelektroden auf, die auf der jeweiligen Oberfläche durch
eine Außenelektrode
miteinander verbunden sind. Die Außenelektroden bestehen jeweils
aus einer auf dem inaktiven Bereich des Aktors aufgetragenen Schicht
einer Grundmetallisierung, mit der mittels einer Verbindungsschicht
eine Verstärkungsschicht
verbunden ist. Ferner weist die Oberfläche des bekannten Aktors im
inaktiven Bereich eine Struktur auf, die durch die Oberfläche unterbrechende
Abtragungen erzeugt ist, wobei die Grundmetallisierung ausschließlich auf
der durch die Struktur verbliebenen Oberfläche aufgetragen ist.From the EP 1 239 525 A2 a piezoceramic multilayer actuator is known. The known actuator has alternately guided on opposite surfaces of the actuator inner electrodes, which are connected to each other by an outer electrode on the respective surface. The outer electrodes each consist of a layer of a base metallization applied to the inactive region of the actuator, to which a reinforcing layer is connected by means of a connecting layer. Furthermore, the surface of the known actuator in the inactive region has a structure which is produced by the surface-interrupting erosion, wherein the base metallization is applied exclusively on the remaining surface of the structure.
Der
aus der EP 1 239 525
A2 bekannte piezoelektrische Aktor hat den Nachteil, dass
die Ausgestaltung der Oberfläche
im inaktiven Bereich relativ aufwändig ist.The from the EP 1 239 525 A2 known piezoelectric actuator has the disadvantage that the design of the surface in the inactive region is relatively expensive.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteilhafte WirkungenAdvantageous effects
Der
erfindungsgemäße piezoelektrische
Aktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den Merkmalen des Anspruchs 10 haben demgegenüber den
Vorteil, dass durch die Beschichtung des Aktorkörpers eine zuverlässige Isolationswirkung
erzeugt ist, die mit verhältnismäßig niedrigem
Aufwand herstellbar ist. Speziell kann die Durchschlagsfestigkeit zwischen
den Elektrodenschichten des Aktorkörpers verbessert werden.Of the
inventive piezoelectric
Actuator with the features of claim 1 and the fuel injection valve according to the invention
with the features of claim 10 have the other hand
Advantage that a reliable insulation effect by the coating of the actuator body
generated with relatively low
Effort can be produced. Specifically, the dielectric strength between
the electrode layers of the actuator body can be improved.
Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen
piezoelektrischen Aktors und des im Anspruch 10 angegebenen Brennstoffeinspritzventils
möglich.By
in the subclaims
listed
activities
are advantageous developments of specified in claim 1
piezoelectric actuator and the fuel injection valve specified in claim 10
possible.
In
vorteilhafter Weise kann der Aktorkörper des piezoelektrischen
Aktors durch die Beschichtung elektrisch isoliert werden, so dass
Luftüberschläge zwischen
den Elektrodenschichten des Aktorkörpers verhindert oder zumindest
verringert sind. Die Beschichtung kann dabei in vorteilhafter Weise
auf den geschliffenen, fertig prozessierten piezoelektrischen Aktor
mittels eines Tauchbades oder dergleichen aufgebracht werden. Somit
ist eine einfache und daher kostengünstige Herstellung des piezoelektrischen Aktors
möglich.In
Advantageously, the actuator body of the piezoelectric
Actuators are electrically insulated by the coating, so that
Air blows between
the electrode layers of the actuator body prevented or at least
are reduced. The coating can be advantageously
on the ground, finished processed piezoelectric actuator
be applied by means of a dip bath or the like. Consequently
is a simple and therefore cost-effective production of the piezoelectric actuator
possible.
Vorteilhaft
ist es, dass Delaminationsrisse des Aktorkörpers, die sich bei einer Dehnung
des Aktorkörpers
von der Außenfläche in den
Aktorkörper erstrecken,
zumindest teilweise mit der Beschichtung gefüllt sind. Die Beschichtung
kann dabei in einem teilweise oder vollständig gedehnten Zustand des Aktorkörpers erfolgen,
wobei die Stärke
der Dehnung während
des Aufbringens der Beschichtung ein einfach zu beherrschender Prozessparameter
ist, mit dem gesteuert werden kann, wie weit die Beschichtung in
die Delaminationsrisse eindringt. Im späteren Betrieb des piezoelektrischen
Aktors kann eine übermäßige Dehnung
der Beschichtung, die zu Rissen in der Beschichtung führen würde, dadurch
vermieden werden. Zumindest kann die Wahrscheinlichkeit verringert
werden, dass stellenweise Risse in der Beschichtung auftreten.Advantageous
It is that delamination cracks of the actuator body, resulting in an elongation
of the actuator body
from the outside surface into the
Extend actuator body,
at least partially filled with the coating. The coating
can take place in a partially or fully stretched state of the actuator body,
being the strength
of stretching during
the application of the coating an easy-to-control process parameters
is, with which can be controlled, how far the coating in
the delamination cracks penetrates. In the later operation of the piezoelectric
Actors can be excessive stretching
the coating, which would lead to cracks in the coating, thereby
be avoided. At least the probability can be reduced
be that some cracks occur in the coating.
Ferner
ist es vorteilhaft, dass die Delaminationsrisse in einem teilweise
gedehnten Zustand des Aktorkörpers
zumindest im Wesentlichen mit der Beschichtung gefüllt sind
und dass die Delaminationsrisse in einem zumindest im Wesentlichen
vollständig gedehnten
Zustand des Aktorkörpers
zumindest teilweise mit der Beschichtung gefüllt sind. Im vollständig gedehnten
Zustand des Aktorkörpers
kann die Beschichtung dann im Bereich der Delaminationsrisse einer
gewissen Zugspannung ausgesetzt sein, die aber von der Beschichtung
aufgenommen werden kann. Allerdings wird das Auffüllen von
relativ großen Delaminationsrissen
mit der Beschichtung vermieden, um eine Beeinflussung des Dehnungsverhaltens
des Aktors zu vermeiden.Further
it is advantageous that the delamination cracks in a partial
stretched state of the actuator body
at least substantially filled with the coating
and that the delamination cracks in one at least substantially
fully stretched
State of the actuator body
at least partially filled with the coating. In the fully stretched
State of the actuator body
the coating can then in the range of delamination cracks a
be exposed to certain tension, but from the coating
can be included. However, the refilling of
relatively large delamination cracks
avoided with the coating, to influence the expansion behavior
to avoid the actor.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der
beigefügten Zeichnungen,
in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen sind, näher
erläutert.
Es zeigt:preferred
embodiments
The invention are described in the following description with reference to
attached drawings,
in which corresponding elements with matching reference numerals
are provided, closer
explained.
It shows:
1 ein
Ausführungsbeispiel
eines Brennstoffeinspritzventils mit einem piezoelektrischen Aktor
in einer schematischen, axialen Schnittdarstellung; 1 an embodiment of a fuel injection valve with a piezoelectric actuator in a schematic, axial sectional view;
2 den
in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels
eines piezoelektrischen Aktors in einer detaillierten Schnittdarstellung; 2 the in 1 labeled II section of an embodiment of a piezoelectric actuator in a detailed sectional view;
3 den
in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt eines Aktorkörpers des
piezoelektrischen Aktors in einem teilweisen gedehnten Zustand und 3 the in 2 labeled III cut an actuator body of the piezoelectric actuator in a partially stretched state and
4 den
in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt des Aktorkörpers des
Aktors in einem im Wesentlichen vollständig gedehnten Zustand. 4 the in 2 With III designated section of the actuator body of the actuator in a substantially fully stretched state.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
1 zeigt
ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem piezoelektrischen
Aktor 2 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor
für Brennstoffeinspritzanlagen
von luftverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht
für eine
Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff
unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Der
erfindungsgemäße piezoelektrische Aktor 2 eignet
sich besonders für
solch ein Brennstoffeinspritzventil 1. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 und
der erfindungsgemäße piezoelektrische
Aktor 2 eignen sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle. 1 shows a fuel injector 1 with a piezoelectric actuator 2 according to a first embodiment of the invention. The fuel injector 1 can be used in particular as an injector for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines. A preferred use of the fuel injection valve 1 consists of a fuel injection system with a common rail, the diesel fuel under high pressure to several fuel injection valves 1 leads. The piezoelectric actuator according to the invention 2 is particularly suitable for such a fuel injector 1 , The fuel injection valve according to the invention 1 and the piezoelectric actuator according to the invention 2 However, they are also suitable for other applications.
Das
Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 3 und
einen mit dem Ventilgehäuse 3 verbundenen
Brennstoffeinlassstutzen 4 auf. An den Brennstoffeinlassstutzen 4 ist
eine Brennstoffleitung anschließbar,
die das Brennstoffeinspritzventil 1 mit einer Hochdruckpumpe
verbindet, wobei die Verbindung mittelbar über ein Common-Rail erfolgen
kann. Über
die Brennstoffleitung wird Brennstoff in einen im Inneren des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen
Aktorraum 5 eingeleitet. Der Aktorraum 5 ist durch
ein Gehäuseteil 6 von
einem ebenfalls im Inneren des Ventilgehäuses 3 vorgesehenen
Brennstoffraum 7 getrennt. In dem Gehäuseteil 6 sind Durchlassöffnungen 8, 9 vorgesehen,
um den über
den Brennstoffeinlassstutzen 4 in den Aktorraum 5 geführten Brennstoff
in den Brennstoffraum 7 zu leiten.The fuel injector 1 has a valve housing 3 and one with the valve body 3 connected fuel inlet nozzle 4 on. To the fuel inlet nozzle 4 is a fuel line connectable to the fuel injector 1 connects with a high-pressure pump, wherein the connection can be made indirectly via a common rail. Through the fuel line fuel is in a inside of the valve housing 3 provided actuator space 5 initiated. The actuator room 5 is through a housing part 6 from one also inside the valve body 3 provided fuel space 7 separated. In the housing part 6 are passage openings 8th . 9 provided to the over the fuel inlet 4 in the actuator room 5 led fuel into the fuel chamber 7 to lead.
An
einem mit dem Ventilgehäuse 3 verbundenen
Ventilsitzkörper 10 ist
eine Ventilsitzfläche 11 ausgebildet,
die mit einem Ventilschließkörper 12 zu einem
Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei ist der Ventilschließkörper 12 einstückig mit
einer Ventilnadel 15 ausgebildet, über die der Ventilschließkörper 12 mit einer
im Aktorraum 5 vorgesehenen Druckplatte 16 verbunden
ist. Das Gehäuseteil 6 führt die
Ventilnadel 15 in Richtung einer Achse 17 des
Brennstoffeinspritzventils 1. Eine Ventilfeder 18,
die einerseits an dem Gehäuseteil 6 und
andererseits an der Druckplatte 16 anliegt, beaufschlagt
die Ventilnadel 15 mittels der Druckplatte 16 mit
einer Schließkraft,
so dass der zwischen dem Ventilschließkörper 12 und der Ventilsitzfläche 11 gebildete
Dichtsitz geschlossen ist.At one with the valve housing 3 connected valve seat body 10 is a valve seat surface 11 formed with a valve closing body 12 cooperates to a sealing seat. Here is the valve closing body 12 integral with a valve needle 15 formed, via which the valve closing body 12 with one in the actuator room 5 provided pressure plate 16 connected is. The housing part 6 guides the valve needle 15 in the direction of an axis 17 of the fuel injection valve 1 , A valve spring 18 on the one hand on the housing part 6 and on the other hand on the printing plate 16 is applied, acts on the valve needle 15 by means of the pressure plate 16 with a closing force, so that between the valve closing body 12 and the valve seat surface 11 formed sealing seat is closed.
Außerdem ist
an dem Ventilgehäuse 3 ein Anschlusselement 20 vorgesehen,
an dem eine elektrische Zuleitung an das Brennstoffeinspritzventil 1 anschließbar ist.
Diese elektrische Zuleitung kann dabei mittels eines Steckers an
elektrische Leitungen 21, 22 angeschlossen werden.
Die elektrischen Leitungen 21, 22 sind durch das
Gehäuse 3 und
einen an einen Aktorkörper 13 des
Aktors 2 angefügten
Aktorfuß 23 an
den Aktorkörper 13 geführt. An
den Aktorkörper 13 des
Aktors 2 ist außerdem
ein Aktorkopf 24 angefügt. Über den
Aktorkopf 24 wirkt der Aktorkörper 13 entgegen der
Kraft der Ventilfeder 18 auf die Druckplatte 16 ein.
Der piezoelektrische Aktor 2 umfasst in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel den
Aktorfuß 23,
den Aktorkopf 24 und den zwischen dem Aktorfuß 23 und
dem Aktorkopf 24 angeordneten Aktorkörper 13.In addition, on the valve housing 3 a connection element 20 provided, on which an electrical supply line to the fuel injection valve 1 is connectable. This electrical lead can by means of a plug to electrical lines 21 . 22 be connected. The electrical wires 21 . 22 are through the case 3 and one to an actuator body 13 of the actor 2 attached actuator foot 23 to the actuator body 13 guided. To the actuator body 13 of the actor 2 is also an actuator head 24 added. About the actuator head 24 the actuator body acts 13 against the force of the valve spring 18 on the printing plate 16 one. The piezoelectric actuator 2 includes in the illustrated embodiment, the actuator foot 23 , the actuator head 24 and between the actuator foot 23 and the actuator head 24 arranged actuator body 13 ,
Der
Aktorkörper 13 des
piezoelektrischen Aktors 2 weist eine Vielzahl von keramischen
Schichten 25, 26, 27 und eine Vielzahl
von zwischen den keramischen Schichten 25, 26, 27 angeordneten
Elektrodenschichten 28, 29 auf. Dabei sind in
der 1 zur Vereinfachung der Darstellung nur die keramischen
Schichten 25, 26, 27 und die Elektrodenschichten 28, 29 gekennzeichnet.
Die Elektrodenschichten 28, 29 sind auf geeignete
Weise abwechselnd mit der elektrischen Leitung 21 und der
elektrischen Leitung 22 verbunden. Beispielsweise sind
die durch die Elektrodenschicht 28 repräsentierten Elektrodenschichten
mit der elektrischen Leitung 21 verbunden, die die positiven
Elektroden bilden können, und
die durch die Elektrodenschicht 29 repräsentierten Elektrodenschichten
sind mit der elektrischen Leitung 22 verbunden, die dann
die negativen Elektroden bilden können.The actuator body 13 of the piezoelectric actuator 2 has a variety of ceramic layers 25 . 26 . 27 and a plurality of between the ceramic layers 25 . 26 . 27 arranged electrode layers 28 . 29 on. There are in the 1 to simplify the illustration, only the ceramic layers 25 . 26 . 27 and the electrode layers 28 . 29 characterized. The electrode layers 28 . 29 are suitably alternating with the electrical line 21 and the electric wire 22 connected. For example, those through the electrode layer 28 represented electrode layers with the electrical line 21 connected, which can form the positive electrodes, and through the electrode layer 29 represented electrode layers are connected to the electrical line 22 connected, which can then form the negative electrodes.
Über die
elektrischen Leitungen 21, 22 kann der Aktor 2 geladen
und entladen werden. Beim Laden des Aktorkörpers 13 des piezoelektrischen
Aktors 2 dehnt sich dieser in Richtung der Achse 17 aus,
so dass der zwischen dem Ventilschließkörper 12 und der Ventilsitzfläche 11 ausgebildete
Dichtsitz geöffnet
wird. Dadurch kommt es zum Abspritzen von Brennstoff aus dem Brennstoffraum 7 über einen Ringspalt 35 und
den geöffneten
Dichtsitz. Beim Entladen des Aktors 2 zieht sich der Aktorkörper 13 wieder
zusammen, so dass der zwischen dem Ventilschließkörper 12 und der Ventilsitzfläche 11 gebildete Dichtsitz
wieder geschlossen ist. Es ist anzumerken, dass die 1 eine
schematische Darstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 zeigt.
Speziell kann der piezoelektrische Aktor 2 auch mittelbar
auf die Ventilnadel 15 einwirken. Beispielsweise kann der
piezoelektrische Aktor 2 mittels einer Hubübersetzungseinrichtung
auf die Ventilnadel 15 einwirken. Das Öffnen des Ventils kann dann
insbesondere auch über
eine Entladung des Aktorkörpers 13 des
piezoelektrischen Aktors 2 erfolgen.About the electrical wires 21 . 22 can the actor 2 be loaded and unloaded. When loading the actuator body 13 of the piezoelectric actuator 2 this stretches in the direction of the axis 17 out, so that between the valve closing body 12 and the valve seat surface 11 trained sealing seat is opened. This leads to the spraying of fuel from the fuel chamber 7 over an annular gap 35 and the open sealing seat. When unloading the actuator 2 retracts the actuator body 13 back together so that the between the valve closing body 12 and the valve seat surface 11 formed sealing seat is closed again. It should be noted that the 1 a schematic representation of the fuel injection valve 1 shows. Specifically, the piezoelectric actuator 2 also indirectly on the valve needle 15 act. For example, the piezoelectric actuator 2 by means of a Hubübersetzungseinrichtung on the valve needle 15 act. The opening of the valve can then in particular also via a discharge of the actuator body 13 of the piezoelectric actuator 2 respectively.
Die
Verbindung der elektrischen Leitungen 21, 22 mit
den Elektrodenschichten 28, 29 kann durch innenliegende
oder durch außenliegende
Elektrodenanbindungen erfolgen, die in der 1 nicht näher dargestellt
sind.The connection of the electrical wires 21 . 22 with the electrode layers 28 . 29 can be done by internal or external electrode connections, in the 1 are not shown in detail.
Der
Aktorkörper 13 des
piezoelektrischen Aktors 2 weist eine Außenfläche 40 auf.
Auf die Außenfläche 40 des
Aktorkörpers 13 ist
zumindest teilweise eine Beschichtung 41 aufgebracht. Die
Beschichtung 41 kann dabei an der Außenfläche 40 vorgesehen
sein, insbesondere in Teilbereichen. Ferner kann die Beschichtung 41 die
Außenfläche 40 auch vollständig überdecken.
Die Beschichtung 41 kann als Lack ausgestaltet sein. Die
Beschichtung 41 kann allerdings auch aus einem anderen
Beschichtungssystem gebildet sein, das nicht in die Gruppe der Lacke
eingeordnet ist. Durch die Beschichtung 41 wird der Aktorkörper 13 des
piezoelektrischen Aktors 2 elektrisch isoliert, so dass
es nicht zu Luftüberschlägen zwischen
den Elektrodenschichten 28, 29 des Aktorkörpers 13 kommen
kann. Die Beschichtung 41 wird vorzugsweise auf den geschliffenen,
fertig prozessierten Aktor aufgebracht, zum Beispiel mittels eines
Tauchbades. Die Beschichtung 41 wird in einem Zustand auf
den Aktorkörper 13 aufgebracht,
in dem der Aktorkörper 13 teilweise
oder zumindest im Wesentlichen vollständig gedehnt ist. Dies ist
nachfolgend anhand der 2 bis 4 im Detail
weiter beschrieben.The actuator body 13 of the piezoelectric actuator 2 has an outer surface 40 on. On the outside surface 40 of the actuator body 13 is at least partially a coating 41 applied. The coating 41 can do this on the outside surface 40 be provided, especially in sub-areas. Furthermore, the coating can 41 the outer surface 40 completely cover. The coating 41 can be designed as a paint. The coating 41 However, it can also be formed from another coating system that is not classified in the group of paints. Through the coating 41 becomes the actuator body 13 of the piezoelectric actuator 2 electrically isolated so that there is no air flashover between the electrode layers 28 . 29 of the actuator body 13 can come. The coating 41 is preferably applied to the ground, finished processed actuator, for example by means of a dip bath. The coating 41 is in a state on the actuator body 13 applied, in which the actuator body 13 partially or at least substantially fully stretched. This is below on the basis of 2 to 4 further described in detail.
2 zeigt
den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Aktorkörpers 13 des
piezoelektrischen Aktors 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 in
einer detaillierten, geschnittenen Darstellung. Der Aktorkörper 13 weist
Delaminationsrisse 42, 43 auf, die exemplarisch
für eine
Vielzahl von Delaminationsrissen 42, 43 dargestellt
sind. Der Delaminationsriss 42 erstreckt sich dabei entlang
einer Grenzschicht 44 zwischen der keramischen Schicht 26 und
der Elektrodenschicht 28. Der Delaminationsriss 43 betrifft nur
die keramische Schicht 26. Die Delaminationsrisse 42, 43 erstrecken
sich dabei von der Außenseite 40 in
den Aktorkörper 13 und
verlaufen in der Regel senkrecht zur Polarisierungsrichtung der
keramischen Schichten 25, 26, 27, das
heißt
senkrecht zu der Außenfläche 40.
Die Delaminationsrisse 42, 43 entstehen in den
keramischen Schichten 25, 26, 27 durch
die Dehnung des Aktorkörpers 13,
wie sie im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt,
oder beim Polarisieren der keramischen Schichten 25, 26, 27 des
Aktorkörpers 13.
Im Bereich der Delaminationsrisse 42, 43 besteht
im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 die Gefahr,
dass die Beschichtung 41 die erforderliche Dehnung nicht
aufbringen kann, das heißt
die wirkenden Zugkräfte
auf die Beschichtung 41 zu groß werden und es zum Reißen der
Beschichtung 41 kommt. Risse in der Beschichtung 41 reduzieren
jedoch die Isolationswirkung der Beschichtung 41, da eine
kürze Luftstrecke
erzielt wird und der piezoelektrische Aktor 2 somit eine
verringerte Durchschlagsfestigkeit hat. 2 shows the in 1 designated II section of the actuator body 13 of the piezoelectric actuator 2 of the fuel injection valve 1 in a detailed, cut representation. The actuator body 13 has delamination cracks 42 . 43 which exemplifies a variety of delamination tears 42 . 43 are shown. The delamination crack 42 extends along a boundary layer 44 between the ceramic layer 26 and the electrode layer 28 , The delamination crack 43 only affects the ceramic layer 26 , The delamination cracks 42 . 43 extend from the outside 40 in the actuator body 13 and are generally perpendicular to the polarization direction of the ceramic layers 25 . 26 . 27 that is perpendicular to the outer surface 40 , The delamination cracks 42 . 43 arise in the ceramic layers 25 . 26 . 27 by the elongation of the actuator body 13 as in the operation of the fuel injector 1 takes place, or when polarizing the ceramic layers 25 . 26 . 27 of the actuator body 13 , In the area of delamination cracks 42 . 43 exists during operation of the fuel injector 1 the danger of that coating 41 the required elongation can not apply, that is, the tensile forces acting on the coating 41 getting too big and it's cracking the coating 41 comes. Cracks in the coating 41 reduce the insulating effect of the coating 41 because a short air gap is achieved and the piezoelectric actuator 2 thus has a reduced dielectric strength.
Die
Beschichtung 41 erstreckt sich allerdings zumindest teilweise
in die Delaminationsrisse 42, 43, das heißt, ein
Teil 45 der Beschichtung 41 ist in dem Delaminationsriss 42 vorgesehen
und ein Teil 46 der Beschichtung 41 ist in dem
Delaminationsriss 43 vorgesehen. Die 2 zeigt
die piezoelektrischen Aktor 2 im ungeladenen Zustand, so
dass der Teil 25 der Beschichtung 41 den Delaminationsriss 42 vollständig auffüllt und
der Teil 46 der Beschichtung 41 den Delaminationsriss 43 vollständig auffüllt.The coating 41 however, at least partially extends into the delamination cracks 42 . 43 that is, a part 45 the coating 41 is in the delamination crack 42 provided and part 46 the coating 41 is in the delamination crack 43 intended. The 2 shows the piezoelectric actuator 2 in the uncharged state, leaving the part 25 the coating 41 the delamination crack 42 completely replenished and the part 46 the coating 41 the delamination crack 43 completely filled up.
3 zeigt
den in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt des piezoelektrischen
Aktors 2 in einem Zustand, in dem der piezoelektrische
Aktor 2 teilweise geladen und somit der Aktorkörper 13 teilweise gedehnt
ist. Im teilweise gedehnten Zustand des Aktorkörpers 13 vergrößert sich
der Delaminationsriss 43. Dabei vergrößert sich eine äußere Breite 47 des Delaminationsrisses 43.
Ferner weist der Delaminationsriss 43 eine gewisse Tiefe 48 auf, über die
sich der Delaminationsriss 43 von der Außenseite 40 in das
Innere des Aktorkörpers 13 erstreckt.
Bei der teilweisen Dehnung des Aktorkörpers 13 besteht jedoch nur
für einen
Teil der Tiefe 48 ein wesentlicher Abstand zwischen den
Grenzflächen 49, 50 der
keramischen Schicht 26 zu dem Delmatinationsriss 43.
Die durch die Dehnung der keramischen Schicht 26 bewirkte
Zugspannung in der Beschichtung 41 kann im Bereich des
Delaminationsrisses 43 durch den Teil 46 der Beschichtung 41 aufgenommen
werden, ohne dass es zum Reißen
der Beschichtung 41 im Bereich des Delaminationsrisses 43 kommt.
Somit bleibt die Isolationswirkung der Beschichtung 41 bestehen,
so dass die Durchschlagsfestigkeit des piezoelektrischen Aktors 2 erhalten
bleibt. 3 shows the in 2 III labeled section of the piezoelectric actuator 2 in a state where the piezoelectric actuator 2 partially charged and thus the actuator body 13 partially stretched. In the partially stretched state of the actuator body 13 the delamination crack increases 43 , This enlarges an outer width 47 the delamination tear 43 , Furthermore, the Delaminationsriss 43 a certain depth 48 on, over which the delamination crack 43 from the outside 40 into the interior of the actuator body 13 extends. At the partial elongation of the actuator body 13 however, only exists for part of the depth 48 a significant distance between the interfaces 49 . 50 the ceramic layer 26 to the delmatination crack 43 , The by the stretching of the ceramic layer 26 caused tensile stress in the coating 41 may be in the range of delamination crack 43 through the part 46 the coating 41 be absorbed without causing the cracking of the coating 41 in the area of the delamination tear 43 comes. Thus, the insulating effect of the coating remains 41 exist, so that the dielectric strength of the piezoelectric actuator 2 preserved.
4 zeigt
den in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt des Aktorkörpers 13 des
piezoelektrischen Aktors 2 im zumindest im Wesentlichen
vollständig
geladenen Zustand, in dem der Aktorkörper 13 zumindest
im Wesentlichen vollständig
gedehnt ist. Bei der vollständigen
Dehnung des Aktorkörpers 13 weist
der Delaminationsriss 43 zumindest im Wesentlichen über die
gesamte Tiefe 48 eine wesentliche Breite auf. Der Teil 46 der
Beschichtung 41 füllt den
Delaminationsriss 43 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
nur teilweise. Die Dehnbarkeit des Teils 46 der Beschichtung 41 reicht
dabei aus, um auch bei vollständiger
Dehnung des Aktorkörpers 13 Risse
in der Beschichtung 41 im Bereich des Delaminationsrisses 43 zu
verhindern. Somit bleibt die Isolationswirkung der Beschichtung 41 erhalten.
Zumindest ergibt sich eine erhöhte
Wahrscheinlichkeit, dass Risse in der Beschichtung 41 vermieden
werden. 4 shows the in 2 labeled III section of the actuator body 13 of the piezoelectric actuator 2 in at least substantially fully charged state in which the actuator body 13 at least substantially fully stretched. At the complete elongation of the actuator body 13 indicates the delamination crack 43 at least essentially over the entire depth 48 a substantial width. The part 46 the coating 41 fills the delamination crack 43 only partially in the illustrated embodiment. The extensibility of the part 46 the coating 41 It is sufficient to even with complete elongation of the actuator body 13 Cracks in the coating 41 in the area of the delamination tear 43 to prevent. Thus, the insulating effect of the coating remains 41 receive. At least there is an increased chance of cracks in the coating 41 be avoided.
Da
der Teil 46 der Beschichtung 41 nur teilweise
den Delaminationsriss füllt,
wird eine hohe Dynamik beim Laden und Entladen des Aktorkörpers 13 ermöglicht.Because the part 46 the coating 41 only part Ways the Delaminationsriss fills, a high dynamics when loading and unloading the actuator body 13 allows.
Bei
dem insbesondere anhand der 3 und 4 erläuterten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung füllt
der Teil 46 der Beschichtung 41 den Delaminationsriss 42 im
ungeladenen Zustand des Aktorkörpers,
in dem der Aktorkörper
ungedehnt ist, den Delaminationsriss 43 vollständig. In
einem teilweise gedehnten Zustand des Aktorkörpers 13, wie er in der 3 dargestellt
ist, füllt
der Teil 46 der Beschichtung 41 den Delaminationsriss 43 ebenfalls vollständig. Allerdings
ist der Delaminationsriss 43 in einem vollständig gedehnten
Zustand des Aktorkörpers 13 nur
teilweise mit dem Teil 46 der Beschichtung 41 gefüllt. Das
Aufbringen der Beschichtung auf den Aktorkörper 13 erfolgt in
diesem Fall in einem Zustand, in dem der Aktor 13 teilweise
gedehnt ist, da dann der Teil 46 der Beschichtung 41 nur über einen Teil
der Tiefe 48 in den Delaminationsriss 43 eindringt.In particular, based on the 3 and 4 explained embodiment of the invention fills the part 46 the coating 41 the delamination crack 42 in the uncharged state of the actuator body, in which the actuator body is unstretched, the Delaminationsriss 43 Completely. In a partially stretched state of the actuator body 13 as he is in the 3 is shown, the part fills 46 the coating 41 the delamination crack 43 also completely. However, the delamination crack is 43 in a fully stretched state of the actuator body 13 only partially with the part 46 the coating 41 filled. The application of the coating on the actuator body 13 takes place in this case in a state in which the actuator 13 partially stretched, because then the part 46 the coating 41 only over part of the depth 48 in the delamination crack 43 penetrates.
Allgemein
kann beim Aufbringen der Beschichtung 41 auf den Aktorkörper 13 des
piezoelektrischen Aktors 2 der Aktorkörper 13 in einen Teilhub gebracht
werden, so dass sich die Delaminationsrisse 42, 43 nur
teilweise öffnen,
um die Eindringtiefe der Teile 45, 46 der Beschichtung 41 in
die Delaminationsrisse 42, 43 zu steuern.Generally, when applying the coating 41 on the actuator body 13 of the piezoelectric actuator 2 the actuator body 13 be brought into a partial stroke, so that the delamination cracks 42 . 43 only partially open to the penetration depth of the parts 45 . 46 the coating 41 in the delamination cracks 42 . 43 to control.
Es
ist auch möglich,
dass die Beschichtung 41 im vollständig gedehnten Zustand des
Aktorkörpers 13 aufgebracht
wird. Hierdurch kann die Beschichtung 41 noch tiefer in
die Delaminationsrisse 42, 43 eindringen, so dass
sich die Teile 45, 46 der Beschichtung 41 dann
auch zumindest im Wesentlichen über
die gesamte Tiefe 48 der Delaminationsrisse 42, 43 erstrecken.It is also possible that the coating 41 in the fully stretched state of the actuator body 13 is applied. This allows the coating 41 even deeper into the delamination cracks 42 . 43 penetrate, so that the parts 45 . 46 the coating 41 then at least essentially over the entire depth 48 the delamination cracks 42 . 43 extend.
Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.The
Invention is not limited to the described embodiments.