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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Piezoaktormoduls
bestehend aus einem Aktorfuß und einem Aktorkopf und dazwischen eingefassten
Piezoelementen als Piezoaktor, mit einem den Piezoaktor umgebenden
Schutzschichtsystem nach den gattungsgemäßen Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Es
ist an sich bekannt, dass zum Aufbau des zuvor erwähnten
Piezoaktors Piezoelemente so eingesetzt werden, dass unter Ausnutzung
des sogenannten Piezoeffekts eine Steuerung des Nadelhubes eines
Ventils oder dergleichen vorgenommen werden kann. Die Piezoelemente
sind aus Piezolagen aus einem Material mit einer geeigneten Kristallstruktur
so aufgebaut, dass bei Anlage einer äußeren elektrischen
Spannung an Innenelektroden, die die Piezolagen jeweils einschließen,
eine mechanische Reaktion der Piezoelemente erfolgt.
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In
Abhängigkeit von der Kristallstruktur und der Anlagebereiche
der elektrischen Spannung stellt die mechanische Reaktion einen
Druck oder Zug in eine vorgebbare Richtung dar. Derartige Piezoaktoren
eignen sich beispielsweise für Anwendungen, bei denen Hubbewegungen
unter hohen Betätigungskräften und hohen Taktfrequenzen
ablaufen.
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Beispielsweise
ist ein solcher Piezoaktor als Bestandteil eines Piezoinjektors
aus der
DE 10026005
A1 bekannt, der zur Ansteuerung der Düsennadel
bei Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum
eines Verbrennungsmotors verwendet werden kann. Bei diesem Piezoaktor
ist ein Stapel mehrerer elektrisch und mechanisch miteinander gekoppelter
Piezoelemente vorhanden, der über einen Aktorfuß und
einen Aktorkopf unter Vorspannung zwischen zwei Anschlägen
gehalten ist. Aufgrund der angelegten elektrischen Spannung führen
die Piezoelemente dann die erwähnten jeweils kleinen Hubbewegungen
in Richtung des Potenzialgefälles aus, die sich zum Gesamthub
des Piezoaktors addieren. Dieser Gesamthub ist über die
Höhe der angelegten Spannung veränderbar und kann
auf ein mechanisches Stellglied übertragen werden.
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Solche
bekannte Anordnungen werden häufig als Aktormodule zur
Einbringung von Kraftstoff in direkt einspritzende Dieselmotoren
als sogenannte Common Rail Systeme eingesetzt. Bei diesen als Common
Rail Injektoren bekannten Systemen kann dabei der Einspritzdruck
auf einfache Weise an die Last und Drehzahl des Verbrennungsmotors
angepasst werden.
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Diese
Common Rail Injektoren können dabei so aufgebaut werden,
dass eine indirekt vom Piezoaktor gesteuerte Düsennadel
vorhanden ist, wobei der Piezoaktor direkt oder indirekt vom Druck
des Kraftstoffs umgeben ist und zwischen der Düsennadel
und dem Piezoaktor lediglich ein hydraulischer Kopplungsraum vorgesehen
ist.
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Insbesondere
bei solchen Einspritzsystemen ist es wichtig, dass der relativ empfindliche
Piezoaktor im Inneren eines Haltekörpers medienbeständig aufgebaut
ist. Der Piezoaktor muss dabei gegenüber den verschiedenen
Kraftstoffen als auch gegenüber wechselnden Drücken
und Temperaturen resistent sein. Weiterhin ist bei der Montage und
beim Transport ein sicheres Handling erforderlich und zusätzlich ist
auch noch ein Schutz vor mechanischem Stoß oder Druck insbesondere
hinsichtlich der elektrischen Isolierung notwendig.
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Um
eine elektrische und mechanische Isolierung des Piezoaktors zu erreichen,
wird oft ein Schutzschichtsystem vorgeschlagen, welches mehrere
teilweise in mehrstufigen Prozessen einzeln aufgebrachte Schichten
umfasst.
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Aus
der
DE 10230032 A1 ist
zur Vermeidung der zuvor beschriebenen Nachteile eine Anordnung mit
einem Piezoaktor in umströmenden Medien bekannt, bei der
die Keramikschichten der Piezoelemente von einem Schutzschichtsystem
umgeben sind, welches eine seitlich und am oberen und unteren Ende
gegenüber dem umströmenden Medium verschlossenen
Ummantelung sowie einer den Zwischenraum zwischen Ummantelung und
Piezoelementen einnehmenden, flüssigen oder gelartigen Isolationsmasse
umfasst. Ein Nachteil ist der sofortige Verlust der Schutzfunktion
bei einem Riss der Ummantelung.
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Zur
Vermeidung der zuvor genannten Nachteile ist ebenso bekannt, zur
Herstellung eines Schutzschichtsystems den Piezoaktor mit einer
in einem ersten Prozess aufgebrachten, vorzugsweise elastischen
Isolationsmasse als erste Schutzschicht, der sogenannten Base-Coat,
zu umhüllen und anschließend in einem weiteren
Prozess eine Ummantelung als zweite Schutzschicht um die Isolationsmasse
herum anzuordnen. Die zweite Schutzschicht dient dabei vor allem
als elektrische Isolationsschicht gegenüber in nachfolgenden
Fertigungsschritten um das Piezoaktormodul bzw. um den Piezoaktor
herum angeordneten weiteren Schutzschichten, der sogenannten Top-Coat.
Als Base-Coat wird eine Isolationsmasse in Form eines auch als E/P
bekannten, Zwei-Komponenten Ethylen-Propylen-Copolymers unter Rotation
des Piezoaktormoduls bzw. des Piezoaktors aufgeträufelt
und anschließend durch Erwärmung mittels Infrarotstrahler
vorvernetzt. Das Vorvernetzen erhöht die Viskosität
des E/P und verhindert ein Abtropfen bzw. Verlaufen der noch nicht vollständig
ausgehärteten ersten Schutzschicht. Zur Erhöhung
der Schichtdicke wird dieser Vorgang wiederholt und das E/P anschließend
in einem Ofen ausgehärtet. Anschließend wird die
Base-Coat mit der die Funktion einer elektrischen Isolation zur
Top-Coat übernehmenden, die zweite Schutzschicht bildenden Ummantelung
versehen, bevor in weiteren Fertigungsschritten zusätzliche
Schutzschichten, beispielsweise Metallfolien, Zwischenlagen und
dergleichen, angeordnet werden.
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Nachteile
ergeben sich hier zum einen durch die Verschmutzung der zur Herstellung
verwendeten Werkzeuge durch abtropfendes E/P vor dem Vorvernetzen,
durch die inhomogene E/P Schichtdicke und E/P Oberfläche,
sowie durch die hohe Restklebrigkeit des ausgehärteten
E/P beim Umgang und bei der Lagerung. Zum anderen wirkt sich die
inhomogene E/P Schichtdicke, vor allem die geringe Kantendeckung, also
die Schichtdicke an den Kanten des Piezoaktors nachteilig auf Funktion
und Lebensdauer des Piezoaktormoduls aus. Die beschriebenen Inhomogenitäten
beruhen vor allem auf dem Auftragungskonzept, der dreidimensionalen
Geometrie des zu beschichtenden Bereichs und den E/P Materialeigenschaften. Aufgrund
der rheologischen Eigenschaften lässt sich das E/P nicht
ausreichend stabil auf den Piezoaktor auftragen. Die geringe Standfestigkeit
des E/P führt zum Verfließen an den senkrecht
stehenden Flächen. Zudem wird die Schichtdicke an den Kanten aufgrund
der Oberflächenspannung des E/P verringert. Durch die Rotation
während des Aufträufelns und dem Vorvernetzen
werden diese Effekte nur verringert, aber nicht aufgehoben. Eine
Thixotropierung des E/P verbessert das beschriebene Verhalten. Im Gegenzug
kann jedoch im sogenannten Siebbereich enthaltene Luft nicht mehr
entweichen und wird eingeschlossen, was zu einer Schädigung
der E/P Schutzschicht im Betrieb führt.
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Ein
weiterer Nachteil der bekannten Vorgehensweise ist, dass das mit
Base-Coat und Ummantelung versehene Piezoaktormodul für
nachfolgende Fertigungsschritte zur Herstellung der Top-Coat, wie etwa
das Umwickeln mit einer Metallfolie, eine nicht ex akt vorhersehbare
Geometrie aufweist, was zu Qualitätseinbußen,
beispielsweise durch Folienknittern und/oder Lufteinschlüsse
während des Umwickelns, höheren Kosten durch Bereitstellung
nicht exakt vorhersehbarer Mengen von für nachfolgende Wickelprozesse
benötigtem Rollenmaterial und dergleichen führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung geht von einem eingangs beschriebenen Verfahren zur Herstellung
eines Piezoaktormoduls mit einem Schutzschichtsystem aus. Das Piezoaktormodul
besteht aus einem Aktorfuß und einem Aktorkopf und dazwischen
eingefassten Piezoelementen als Piezoaktor. Das Schutzschichtsystem
besteht aus einem den Piezoaktor umgebenden Isolationsmedium als
erste Schutzschicht und mindestens einer darüberliegenden
Ummantelung als zweite Schutzschicht. Das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung des Schutzschichtsystems umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- – Einbringen und Positionieren eines
Piezoaktormoduls vorzugsweise mit dem Aktorkopf voran in eine mindestens
von Aktorkopf bis Aktorfuß reichende, gegenüber
dem zwischen Aktorkopf und Aktorfuß angeordneten Piezoaktor
radial beabstandete, die Geometrie der durch das Isolationsmedium
gebildeten ersten Schicht des Schutzschichtsystems vorgebenden Vergussform,
sodass zwischen Vergussform und Piezoaktor ein Ringraum verbleibt.
- – Verschließen bzw. Abdichten der Vergussform im
Bereich des Aktorkopfes und/oder im Bereich des Aktorfußes.
- – Einbringen eines zunächst flüssigen,
durch eine chemische Reaktion vorzugsweise dauerelastisch aushärtbaren
Isolationsmediums in den Ringraum.
- – Vorvernetzen und/oder zumindest teilweise Aushärten
des Isolationsmediums in der Vergussform.
- – Entnahme des von dem Isolationsmedium umgebenen Piezoaktormoduls
aus der Vergussform.
- – Ummanteln mindestens des von dem Isolationsmedium
umgebenen Piezoaktors mit einer geeigneten Ummantelung.
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Durch
eine Verwendung einer die Geometrie der durch das Isolationsmedium
gebildeten ersten Schicht des Schutzschichtsystems vorgebenden Vergussform
werden folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik
erzielt:
- – Über den gesamten
Umfang des Piezoaktors wird eine homogene Schichtdicke erzielt.
- – Die Kantendeckung wird erhöht und damit
verbessert.
- – Die erzielbare Schichtdicke des Isolationsmediums
wird nicht durch dessen rheologische Eigenschaften begrenzt.
- – Das nach dem Stand der Technik für dickere Schichten
erforderliche Mehrfachauftragen des Isolationsmediums und der dadurch
verursachte mehrschichtig inhomogene Aufbau innerhalb des Isolationsmediums
entfällt.
- – Es können weitaus mehr für das
Isolationsmedium in Frage kommende Materialien verwendet werden,
als bisher.
- – Die Anzahl der zur Herstellung eines Piezoaktormoduls
erforderlichen Prozessschritte wird verringert.
- – Das Piezoaktormodul stellt für nachfolgende Fertigungsschritte,
in denen beispielsweise die Lagen der Top-Coat aufgebracht werden,
etwa für das Umwickeln mit einer Metallfolie, eine geometrisch
definierte und homogene Ausgangsbasis dar. Qualitätsprobleme,
welche sich beim Stand der Technik häufig durch Folienknittern
und/oder Lufteinschlüsse während des Umwickelns
mit einer vorbeschichteten Metallfolie ergeben, werden deutlich
verringert.
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Eine
besonders bevorzugte vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sieht vor, dass die Vergussform als verlorene Form ausgeführt
wird, wobei die Vergussform gleichzeitig mindestens eine den von
dem Isolationsmedium umgebenen Piezoaktor umhüllende Ummantelung
bildet, sodass mit dem Vorvernetzen und/oder zumindest teilweise
Aushärten des Isolationsmediums in der Vergussform das
Piezoaktormodul zur Weiterbearbeitung in nachfolgenden Fertigungsschritten
fertig gestellt ist und die zuvor genannten Verfahrensschritte
- – Entnahme des von dem Isolationsmedium
umgebenen Piezoaktormoduls aus der Vergussform, sowie
- – Ummanteln mindestens des von dem Isolationsmedium
umgebenen Piezoaktors mit einer geeigneten Ummantelung
entfallen.
Eine Verwendung einer verlorenen Form ist insbesondere in Verbindung
mit E/P als Isolationsmedium vorteilhaft, da sich E/P wegen seiner
Materialeigenschaften, beispielsweise wegen seiner hohen Restklebrigkeit
in Verbindung mit einer nur geringen Kohäsion, nur schlecht
von der Vergussform ablösen lässt. Die Vergussform übernimmt
hierbei am fertigen Piezoaktormodul vorzugsweise die elektrische
Isolationsfunktion zur Top-Coat der über dem Isolationsmedium
liegenden Ummantelung, wel che nach dem Stand der Technik üblicherweise
als Polyphenylensulfid(PPS)-Folie ausgeführt ist. Die Vergussform kann
hierzu selbst beispielsweise aus PPS hergestellt sein. Durch Integration
der Funktion der PPS Folie in die verlorene Form entfallen die nachfolgenden
Fertigungsschritte zu deren Montage. Darüber hinaus wird
der Umgang mit dem Piezoaktormodul beispielsweise bei nachfolgenden
Fertigungsschritten verbessert, da insbesondere bei einer Verwendung
von E/P als Isolationsmasse die verlorene Form die auch nach der
Aushärtung noch stark klebrige E/P Schicht abdeckt. Hierdurch
wird die Verschmutzungsneigung des Piezoaktormoduls verringert,
sowie die Handhabung und Lagerung vereinfacht.
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Zur
besseren Formhaltigkeit ist die verlorene Form mindestens während
des Einbringens sowie Vorvernetzens und/oder zumindest teilweise
Aushärtens des Isolationsmediums vorzugsweise in einer die
verlorene Form zumindest radial stützenden Positioniervorrichtung
angeordnet.
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Für
die verlorene Form ist vorzugsweise ein Formschlauch vorgesehen.
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Um
einerseits eine homogene Schichtdicke über den gesamten
Aktorumfang zu gewährleisten und andererseits Blasen bzw.
Lufteinschlüsse im Siebbereich zu minimieren wird vorzugsweise
ein niedrigviskoses Ethylen-Propylen-Copolymer als Isolationsmedium
verwendet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Ethylen-Propylen-Copolymer einkomponentig.
Das Aufbringen des Isolationsmediums durch Verguss erlaubt die Verwendung
eines einkomponentigen E/Ps, zu dessen wesentlichen Vorteilen gegenüber
zweikomponentigen Materialien im Fertigungsprozess eine Elimination
kritischer Prozessgrößen, wie etwa Mischgrad,
Mischgüte, Topfzeit und dergleichen zählen. Dank
des Vergießens des einkomponentigen E/Ps sind keine Materialmodifikationen
nötig. Darüber hinaus wird durch eine Verwendung
eines einkomponentigen und gegenüber den bislang verwendeten
zweikomponentigen E/Ps fließfähigeren E/P die
Blasenfreiheit im gesamten Isolationsmedium – vor allem
auch im Siebbereich – gegenüber dem Stand der
Technik verbessert.
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Das
Einbringen der Isolationsmasse in den Ringraum erfolgt gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung über mindestens
jeweils einen im Aktorkopf und/oder Aktorfuß angeordneten
Zu- und/oder Abgang, wobei der Zugang zum Einbringen der Isolationsmasse
und der Abgang zumindest zum Entweichen von durch die Isolationsmasse
während des Einbringens verdrängter Luft dient. Über
den Abgang kann beim Abschluss des Einbringens der Isolationsmasse
diese auch entweichen, sodass der Ringraum überfüllt
werden kann, um sicherzustellen, dass sich keine einen homogenen
Schichtaufbau behindernde Luft mehr im Ringraum befindet.
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Das
Einbringen der Isolationsmasse in den Ringraum kann alternativ auch
durch Anstechen der verlorenen Form mit mindestens einer Infusionsnadel erfolgen,
welche mindestens jeweils einen Zu- und/oder Abgang bildet. Auch
hier dient der vorzugsweise von einer ersten Infusionsnadel gebildete
Zugang zum Einbringen der Isolationsmasse und der vorzugsweise von
einer zweiten Infusionsnadel gebildete Abgang zumindest zum Entweichen
von durch die Isolationsmasse während des Einbringens verdrängten
Luft. Grundsätzlich ist auch denkbar, eine Infusionsnadel
zu verwenden, welche zwei getrennte Kanäle aufweist, einen
für den Zu- und einen für den Abgang.
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Das
Einbringen der Isolationsmasse in den Ringraum kann darüber
hinaus durch Anlegen eines Unterdrucks im Ringraum unterstützt
werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Piezoaktormoduls wird anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch Teile eines Piezoinjektors mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
aufgebrachten Schutzschichtsystem,
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2 einen Querschnitt durch ein Piezoaktormodul
im Bereich der Schutzummantelung, wobei 2a ein
Piezoaktormodul mit einem nach dem Stand der Technik aufgebrachten
Isolationsmedium als erste Lage eines Schutzschichtsystems und 2b ein
Piezoaktormodul mit einem erfindungsgemäß aufgebrachten
Schutzschichtsystem zeigt, sowie
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3 eine schematische Darstellung der einzelnen
Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsform der
Erfindung
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Ein
in 1 dargestellter Piezoinjektor 1 umfasst
im Wesentlichen einen Haltekörper 2 und einen in
dem Haltekörper 2 angeordnetes Piezoaktormodul 3,
das unter anderem einen Aktorkopf 4 und einen Aktorfuß 5 aufweist.
Es sind dabei zwischen dem Aktorkopf 4 und dem Aktorfuß 5 mehrere übereinandergestapelte
Piezoelemente 6 zur Bildung des eigentlichen Piezoaktors 20 vorhanden,
die jeweils aus Piezolagen aus Piezokeramik und diese einschließende Innenelektroden 7 und 8 bestehen.
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Die
Innenelektroden 7 und 8 der Piezoelemente 6 sind
mit Außenelektroden 10 und 11 und dann über
ein Steckerteil 9 elektrisch kontaktiert. Das Piezoaktormodul 3 ist über
einen Koppler 12 mit einer Düsennadel 13 verbunden.
Durch Anlegen einer Spannung an die Piezoelemente 6 über
die Innenelektroden 7 und 8 und die daraus folgende
mechanische Reaktion wird, wie in der Beschreibungseinleitung erläutert,
eine Düsenöffnung 14 freigegeben. Das
Piezoaktormodul 3 wird bei der dargestellten Anwendung
nach der 1 als Piezoinjektor 1 in
einem Raum 15 von dem mit dem Piezoinjektor 1 zu
dosierenden Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor umströmt.
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Der
Piezoaktor 20 ist durch eine mehrlagige Schutzummantelung 24 vor
dem Kraftstoff im Raum 15 geschützt. Die mehrlagige
Schutzummantelung 24 besteht aus einem Schutzschichtsystem 23 mit
einem als Verguss aufgebrachten Isolationsmedium 21 als
sogenannte Base-Coat sowie eine darüber angeordnete Ummantelung 22 als
elektrische Isolationsschicht (2b), und
mehreren, in nachfolgenden Fertigungsschritten um die Ummantelung 22 herum angeordneten,
nicht dargestellten Lagen aus unterschiedlichen Materialien mit
jeweils eigenen Funktionen als sogenannte Top-Coat.
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In 2b ist
das den Piezoaktor 20 umhüllende Schutzschichtsystem 23 aus
der die Base-Coat bildenden, vergossenen Isolationsmasse 21 und
darüber liegender Ummantelung 22, welche als elektrische
Isolation gegenüber der Top-Coat dient, detailliert dargestellt.
Die Ummantelung 22 wird von einer beim Vergießen
als verlorene Form ausgebildeten Vergussform gebildet. Der Piezoaktor 20 ist
von der homogenen Isolationsmasse 21 umgeben, welche wiederum
von der Ummantelung 22 umhüllt ist.
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Ein
wesentlicher Unterschied zu einem in 2a dargestellten,
durch Aufträufeln einer Isolationsmasse 31 auf
einen Piezoaktor 30 hergestellten Schutzschichtsystem 33 liegt
beispielsweise darin, dass bei dem erfindungsgemäßen
Schutzschichtsystem 23 durch Vergießen des Isolationsmediums 21 im
Bereich der Aktorkanten 25 eine größere
Schichtdicke des erhalten wird, als an den Aktorkanten 35 des
Piezoaktors 30. Ein weiterer Unterschied liegt bei einer
höheren Qualität der Isolationsmasse 21 im durch
die Außenelektroden 10, 11 gebildeten
Siebbereich, in dem es bei dem nach dem aus dem Stand der Technik
bekannten Verfahren hergestellten Schutzummantelung 33 häufig
zu einer Blasenbildung durch Lufteinschlüsse kommt. Die
höhere Qualität der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Schutzummantelung 23 wird unter
anderem durch eine Vermeidung von Lufteinschlüssen im Siebbereich
durch Vergießen mittels eines niederviskosen, einkomponentigen
E/Ps als Isolationsmedium 21 erreicht. Ein zusätzlicher
Unterschied ist die Homogenität des in der Ummantelung 22 vergossenen
Isolationsmediums 21 gegenüber dem in einzelnen
Aufträufelungsvorgängen schrittweise aufgebauten
inhomogenen Isolationsmedium 31.
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Diese
Unterschiede machen sich nicht nur mittelbar in einer höheren
Lebensdauer eines mit einem Schutzschichtsystem 23 versehenen
Piezoaktormoduls 3 bemerkbar, sondern auch unmittelbar
in den darauffolgenden Fertigungsschritten. Ein mit einem Schutzschichtsystem 23 versehenes
Piezoaktormodul 3 stellt für nachfolgende Fertigungsschritte, in
denen etwa die Lagen für die Top-Coat aufgebracht werden,
wie etwa für das Umwickeln mit einer Metallfolie, eine
geometrisch definierte und homogene Ausgangsbasis dar. Qualitätsprobleme,
welche sich beim Stand der Technik häufig durch Folienknittern
und/oder Lufteinschlüsse während des Umwickelns
mit einer vorbeschichteten Metallfolie ergeben, werden hierdurch
deutlich verringert.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines
Piezoaktormoduls 3 mit einem Schutzschichtsystem 23 unter
Verwendung einer als verlorene Form ausgeführten Vergussform 26,
die als Ummantelung 22 über dem das Base-Coat
bildenden Isolationsmedium 21 verbleibt, um eine elektrische Isolationsschicht
zwischen Base- und in nachfolgenden Fertigungsschritten aufgebrachter
Top-Coat zu bilden, ist in seinen Verfahrensschritten in 3 dargestellt.
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In
einem in 3a dargestellten ersten Verfahrensschritt
wird ein aus Aktorkopf 4, Aktorfuß 5 und
zwischen Aktorkopf 4 und Aktorfuß 5 angeordnetem
Piezoaktor 20 bestehendes Piezoaktormodul 3 mit
dem Aktorkopf 4 voran in eine von Aktorkopf 4 bis Aktorfuß 5 reichende,
gegenüber dem Piezoaktor 20 radial beabstandete,
die Geometrie der durch das Isolationsmedium 21 gebildeten
ersten Schicht des Schutzschichtsystems 23 vorgebende Vergussform 26 eingebracht
und so positioniert, dass zwischen Vergussform 26 und Piezoaktor 20 ein
Ringraum 28 verbleibt. Die Vergussform 26 und
das Piezoaktormodul 3 werden dabei mittels einer Positioniervorrichtung 27 relativ
zueinander ausgerichtet, um einen gleichmäßigen,
den Ringraum 28 bildenden Spalt zwischen Piezoaktor 20 und
Vergussform 26 sicherzustellen. Über den Innendurchmesser
der Vergussform 26 wird die Schichtdicke des als Isolationsmedium 21 verwendeten
E/P definiert.
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In
einem in 3b dargestellten zweiten Verfahrensschritt
wird die Vergussform 26 gegenüber dem Aktorkopf 4 und
dem Aktorfuß 5 abgedichtet bzw. verschlossen.
Die Abdichtung des Spalts zwischen Aktorkopf 4 bzw. Aktorfuß 5 und
Vergussform 26 kann durch die Positioniervorrichtung oder
bei geeigneter konstruktiver Auslegung durch einen Presssitz der
Vergussform 26 verwirklicht werden.
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In
einem in 3c dargestellten dritten Verfahrensschritt
wird ein zunächst flüssiges, durch eine chemische
Reaktion dauerelastisch aushärtendes niederviskoses und
einkomponentiges E/P als Isolationsmedium in den Ringraum 28 eingebracht,
um den Ringraum 28 mit dem E/P zu füllen. Das
E/P ist Teil der zum Betrieb des Piezoaktors nötigen kraftstoffresistenten
Schutzummantelung 23. Um eine vollständige, blasenfreie
Füllung sicherzustellen, ist ein Überfüllen
des Ringraums 28 notwendig. Zur Zufuhr des flüssigen
E/Ps benötigte Zugänge, sowie zum Entweichen der
durch das E/P verdrängten Luft aus dem Ringraum 28 benötigte
Abgänge können entweder in den metallischen Anbauteilen
von Aktorkopf 4 und/oder Aktorfuß 5 des
Piezoaktormoduls 3 oder in die Vergussform 26 integriert
sein. Ebenso ist denkbar, die als verlorene Form ausgeführte
Vergussform 26 mit Infusionsnadeln anzustechen und auf
diesem Weg den Ringraum 28 mit E/P zu befüllen bzw.
zu entlüften. Um den Befüllvorgang zu unterstützen,
kann der Vorgang durch Anlegen von Unterdruck unterstützt
werden.
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In
einem in 3d dargestellten vierten Verfahrensschritt
findet ein Vorvernetzen und/oder zumindest teilweises Aushärten
des als Isolationsmedium 21 verwendeten E/Ps in der Vergussform 26 statt. Während
des Vergießens und Vorvernetzens stützt die Positioniervorrichtung 27 die
als verlorene Form ausgeführte Vergussform 26 in
radialer Richtung. Um die durch die Geometrie der Vergussform 26 eingestellte
Schichtdicke der Isolationsmasse 21 zu fixieren, eine ausreichende
Handhabungsfestigkeit einzustellen und je nach Dichtkonzept ein
Auslaufen von E/P zu vermeiden, muss das E/P noch in der Positioniervorrichtung 27 vorvernetzt
werden. Diese erfolgt mittels Infrarotstrahlern 29 oder
mit kontaktwärme bzw. Heißluft.
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In
einem in 3e dargestellten fünften
Verfahrensschritt wird das mit der Isolationsmasse 21 und
der durch die Vergussform 26 gebildeten Ummantelung 22 versehene
Piezoaktormodul 3 aus der Positioniervorrichtung 27 entnommen
und das E/P vollends ausgehärtet. Das Aushärten
kann wiederum durch Infrarotstrahler 29 oder im Ofen mit
kontaktwärme oder Heißluft unterstützt
werden.
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Wichtig
ist hervorzuheben, dass die als verlorene Form ausgeführte,
zum Vergießen des E/P benötigte Vergussform, zusätzlich
die Funktion der elektrischen Isolation zwischen Piezoaktor 20 und Top-Coat übernimmt.
Diese Funktion übernimmt beim Stand der Technik eine um
das Isolationsmedium gewickelte Folie aus PPS.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10026005
A1 [0004]
- - DE 10230032 A1 [0009]