DE102007026137A1

DE102007026137A1 - Verfahren zum Vergießen von Piezoaktoren

Info

Publication number: DE102007026137A1
Application number: DE102007026137A
Authority: DE
Inventors: Erich Scheugenpflug
Original assignee: Scheugenpflug GmbH
Current assignee: Scheugenpflug GmbH
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2008-12-11

Abstract

Die Erfindung betrifft Piezoaktuatoren, insbesondere deren Komplettierung zu einer einbaufertigen Einheit, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergießen von Piezoaktuatoren, welches ein Austreten von Vergussmasse zumindest soweit verhindert, dass eine nachträgliche Entfernung ausgetretener Vergussmasse sowohl am Aktuator als auch an einer gegebenenfalls benutzten Vorrichtung vermieden wird und dennoch der Verguss einschließlich der vorherigen Montage der harten Kunststoffhülle am eigentlichen Aktuator hochautomatisiert und in so kurzen Taktzeiten wie möglich vor sich geht. Die Herstellung einer gebrauchsfertigen, vergossenen Aktuator-Einheit wird, ausgehend von einem Piezoaktuator, durch Montieren des Aktuators in einer formhaltigen, harten Schutzhülle aus Kunststoff, Abdichten der Fugen insbesondere zwischen den Austrittsöffnungen der Schutzhülle und den daraus hervortretenden Teilen des Aktuators und Vergießen des inneren Hohlraumes in der Schutzhülle mit Vergussmasse vorgenommen.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft Piezoaktoren, insbesondere deren Komplettierung zu einer einbaufertigen Einheit.
II. Technischer Hintergrund
Piezoaktoren sind ein- oder mehrfach angeordnete Piezoelemente, bei denen mit Hilfe des Anlegens und insbesondere schnellen Wechselns von angelegten elektrische Spannungen die Dicke des plattenförmigen Piezoelementes geringfügig verändert wird und mit Hilfe dieses Bewegungsweges angrenzend angeordnete Bauteile, in diesem Fall die Einspritzdüsen in Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren z. B. nach dem sogenannten Common-Rail-Verfahren, schnell bewegt werden.
Zu diesem Zweck sind eine Vielzahl solcher plattenförmiger Piezoelemente übereinander gestapelt angeordnet und miteinander verbunden, so dass ein stabförmiger Piezoaktuator mit beispielsweise quadratischem Querschnitt entsteht, bei dem sich die Dickenänderungen der einzelnen plattenförmigen Piezoelemente addieren, so dass die Länge des Aktuator-Stabes durch Anlegen der Spannung verändert wird.
Da jedes einzelne Piezoelement gleichzeitig und mit der gleichen Spannung elektrisch beaufschlagt werden muss, verlaufen seitlich im Abstand parallel zu dem Aktuator-Stab auf gegenüberliegenden Seiten je zwei Kontaktstifte aus elektrisch leitendem Material, die auf einer Stirnseite des Aktuators in Längsrichtung über diesen hinausstehen zum Anschließen an eine Spannungsquelle.
Entlang der Längserstreckung des Aktuators sind diese Kontaktstifte mit jedem einzelnen der plattenförmigen Piezoelemente verbunden, sei es durch einzelne jeweils dünne, fadenartige Drähte aus einem elektrisch leitendem Material, oder – was der Regelfall ist – durch ein feines, elektrisch leitendes Metallgewebe, welches mit einer Längsseite des Aktuatorstabes einerseits und einem Kontaktstift andererseits elektrisch leitend verbunden ist und ebenfalls flexibel und biegsam ist.
Gerade diese elektrische Verbindung aus dünnen Drähten zwischen dem Aktuator und dem Kontaktstiften kann mechanisch leicht beschädigt werden und muss einerseits geschützt werden und andererseits dürfen die plattenförmigen Piezoelemente nur an der vorgesehenen Verbindungsstelle mit den elektrischen Anschlüssen elektrisch beaufschlagt werden und das Metallgewebe darf mit keiner anderen Stelle des Umfanges der plattenförmigen Piezoelemente in elektrisch leitende Verbindung treten, weshalb der restliche Umfang des Aktuatorstabes mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung, insbesondere einem Isolierlack, versehen ist.
Als Schutzummantellung für den Piezoaktuator dient ein zylindrischer Hohlkörper aus hartem Kunststoff, aus dessen Stirnseiten durch entsprechende Ausnehmungen hindurch einerseits jeweils eine Stirnfläche des eigentlichen Aktuatorstabes vorsteht und andererseits aus einer der Stirnseiten zusätzlich die beiden Kontaktstifte.
Der Hohlkörper aus Kunststoff ist in seiner Längsmitte quer in zwei im Wesentlichen topfförmige Hälften unterteilt, die von den beiden Stirnseiten her auf den Aktuator aufgeschoben werden.
Die danach zwischen der Außenfläche des stabförmigen Aktuators und der Innenfläche des harten Kunststoffmantels verbleibenden Freiräume werden anschlie ßend mit einer gelartigen Vergussmasse vergossen, die ihre gelartige Konsistenz langfristig beibehält, um die Längsbewegungen des Aktuators im Betrieb relativ zu der umgebenden harten Kunststoffhülle nicht zu behindern oder zu stark zu bremsen.
Dieser Verguss aus gelartigem und/oder elastischem Material ist einerseits notwendig, um die elektrischen Verbindungen zwischen Aktuatorstab und Kontaktstiften in ihrer Lage relativ zur harten Kunststoffhülle mechanisch zu fixieren und andererseits, um sie vor äußeren mechanischen, chemischen und thermischen Einflüssen zu schützen, insbesondere vor Feuchtigkeit in Form von Wasser, Öl, Benzin oder Reinigungsmitteln.
Um diesen Innenraum vollständig und ohne Lufteinschlüsse zu füllen, wird der Verguss unter Vakuum durchgeführt.
Da aufgrund von Maßtoleranzen bei der Fertigung – vor allem des Aktuatorstabes, aber auch der harten Kunststoffhülle und deren Durchlässe – Spalte zwischen Aktuatorstab bzw. dessen Kontaktstiften und der umgebenden harten Kunststoffhülle nicht vermeidbar sind, tritt die gelartige Füllung durch diese Spalte und unterstützt – von dem anliegenden Vakuum – zum Teil unerwünschtermaßen nach Außen aus und kann dadurch auch die Funktionsfläche, d. h. die Stirnfläche des Aktuatorstabes, benetzen und muss dann mechanisch aufwändig und meist manuell von dort wieder entfernt werden.
Der Verguss erfolgt bisher in einer Vorrichtung, die aus einer gegeneinander bewegbaren Oberplatte und Unterplatte besteht zwischen welche eine größere Anzahl von Aktuatoren mit ihren bereits montieren harten Kunststoffhüllen vertikal gestellt werden und die mit ihren Stirnflächen in entsprechende Ausnehmungen der Ober- und Unterplatten sitzen.
In diesen Ausnehmungen sind ferner Kontaktringe aus Kunststoff angeordnet, die auf den um den vorstehenden Aktuatorstab herum verlaufenden Kunststoffbereich der Hülle aufsetzen und durch Vorspannen von Ober- und Unterplatte gegenein ander sowie gegebenenfalls eine zusätzliche Federbeaufschlagung der Kunststoffringe mit definierter Kraft die beiden Hälften der harten Kunststoffhülle axial beim Vergießen gegeneinander halten, um zu verhindern, dass das unter Druck eingebrachte Gel die beiden Hälften der harten Kunststoffhülle nicht auseinanderbewegt und sich dadurch die Kunststoffhülle öffnet.
Wenn bei dieser Vergussmethode wie beschrieben die gelartige Vergussmasse an den Fugen zum Aktuator aus der Kunststoffhülle dennoch austritt, wird nicht nur die Aktuatoreinheit selbst damit benetzt und verschmutzt, sondern auch die Kunststoffringe der Montage-Vorrichtung, die dann vor einem erneuten Einsatz ebenfalls wieder gereinigt werden müssen, und hierfür aus Ober- und Unterplatte zuvor jedoch demontiert werden müssen, wodurch sich der Nacharbeitsaufwand bei Austreten der Vergussmasse noch vervielfacht.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Vergießen von Piezoaktuatoren zu schaffen, welches ein Austreten von Vergussmasse zumindest soweit verhindert, dass eine nachträgliche Entfernung ausgetretener Vergussmasse sowohl am Aktuator als auch an einer gegebenenfalls benutzten Vorrichtung vermieden wird und dennoch der Verguss einschließlich der vorherigen Montage der harten Kunststoffhülle am eigentlichen Aktuator hochautomatisiert und in so kurzen Taktzeiten wie möglich vor sich geht.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 36 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Aus dem Piezoaktuator wird eine Aktuator-Einheit am einfachsten durch folgende drei Phasen hergestellt:

– Einsetzen des Aktuators in eine formhaltige, harte Schutzhülle, vorzugsweise aus Kunststoff,
– Abdichten aller Fugen; einerseits zwischen den Austrittsöffnungen der Schutzhülle und den daraus vorstehenden Teilen des Aktuators und andererseits der Einzelteile der Schutzhülle zueinander und
– Vergießen der Freiräume im inneren Hohlraum zwischen Schutzhülle und Aktuator mit einer Vergussmasse.

Dabei können diese Phasen teilweise oder ganz funktionsvereinigt und damit gleichzeitig oder in demselben Arbeitsschritt ablaufen.
Dennoch werden im Folgenden die einzelnen Phasen separat betrachtet:
Indem die harte, zylindrische Schutzhülle quer zu ihrer Längsachse in zwei topfförmige Hälften geteilt wird, kann der Aktuator in Längsrichtung in jeweils eine der Hälften eingeschoben werden und durch die stirnseitige Öffnung für den Aktuatorstab nach außen geschoben werden und auf der anderen Stirnseite zusätzlich die beiden Kontaktstifte.
Der Vorteil ist die relativ kurze, ringförmig umlaufende Fuge zwischen den beiden topfförmigen Hälften der Schutzhülle und die relativ passgenaue Herstellung der Durchtrittsöffnungen in der Schutzhülle für die Teile des Aktuators, die daraus vorstehen.
Vorzugsweise erfolgt die Teilung quer zur Längsachse jedoch nicht in der Mitte der Schutzhülle, sondern an einem stirnseitigen Ende, so dass die Schutzhülle aus einem sehr tiefen topförmigen Teil und einem darauf aufgesetzten oder eingesetzten stirnseitigen Deckel besteht.
Der Vorteil liegt darin, dass dann das Vergießen durch die noch offene Stirnseite bereits vor dem Aufsetzen des Deckels erfolgen kann, was das Vergießen deutlich erleichtert und wegen der relativ großen hierfür zur Verfügung stehenden Einfüllöffnungen auch beschleunigt.
Dies gilt vor allem dann, wenn das Einfüllen der Vergussmasse ohne Überdruck erfolgen soll, um ein Auspressen der Vergussmasse aus eventuell noch vorhandenen Fugen zu vermeiden
Dabei kann das Fixieren des Deckels sogar formschlüssig erfolgen, indem der bereits auf die Kontaktstifte und das obere Ende des Aktuatorstabes aufgeschobene Deckel mittels eines Bajonett-Verschlusses am oder im Topf befestigt wird, also zusammen mit den Kontaktstiften und mit dem oberen Ende des Aktuatorstabes leicht verdreht, hinter die Rastnasen axial eingeschoben, und in die Endlage zurückgedreht wird.
Bei jedem axialen Einführen werden die rückwärtigen Enden der Kontaktstifte in Längsführungen für die Kontaktstifte eingesetzt, die auf der Innenseite der harten Schutzhülle ausgebildet sind und eine C-Form oder eine Winkelform besitzen und vorzugsweise sich in Einschubrichtung konisch verjüngen und dadurch die Kontaktstifte sowie automatisch das daran befestigte Metallgewebe richtig positionieren.
Diese Längsführungen können zusätzlich oder auch separat einen Abstandhalter umfassen, der so geformt und dimensioniert sowie positioniert ist, dass er zwischen dem Metallgewebe und der benachbarten Außenfläche auf der Längsseite des Aktuatorstabes zu liegen kommt und deren gegenseitige Berührung verhindert – die trotz der mit einer elektrisch nicht leitenden Beschichtung versehenen Außenflächen des Aktuators vermieden werden soll, da durch die gegenseitige Bewegung diese Beschichtung beschädigt werden könnte und der anschließende elektrische Kontakt zu einem Funktionsausfall der Aktuatoreinheit führen würde.
Je nach Länge des Metallgewebes erstreckt sich der Abstandhalter dabei auch um eine Längskante des Stabquerschnittes herum.
Nimmt man den Nachteil der längeren Fuge zwischen den beiden Teilen der Schutzhülle in Kauf, so kann die Schutzhülle auch in Längsrichtung in zwei z. B. halbe Schalen aufgeteilt werden.
Der Vorteil besteht darin, dass das Einlegen des Aktuators, also einerseits des Aktuatorstabes und andererseits der Kontaktstifte, in entsprechende Ausnehmungen der Halbschalen sehr viel einfacher ist und leichter automatisiert werden kann, als das passgenaue axiale Einführen über annähernd die gesamte Länge der Schutzhülle.
Auch die Ausbildung der Abstandhalter und Führungen für die z. B. Kontaktstifte im inneren der Schutzhülle wird einfacher, da sich diese zum Beispiel nicht in Längsrichtung konisch verjüngen müssen, sondern als einfache Stegwände – die in Querrichtung verlaufen – an den gewünschten einen oder mehreren axial Positionen der Schutzhülle im Inneren ausgebildet werden können.
So können zum Einlegen die Kontaktstifte automatisch ergriffen und auf einen vordefinierten Abstand zueinander entsprechend dem Abstand der halbschalenförmigen Aufnahmen in der Hülle gehalten und so in die Hülle eingelegt werden.
Für das Abdichten der Fugen – um zu vermeiden, dass beim Vergießen aus noch vorhandenen Fugen Vergussmasse austritt – stehen prinzipiell zwei Wege zur Verfügung:
Entweder können die Fugen mit Hilfe der ohnehin benutzten Materialien der harten Schutzhülle oder der späteren Vergussmasse selbst abgedichtet werden, oder die Abdichtung der Fugen erfolgt mit Hilfe eines Zusatzstoffes.
Für die erste Variante steht zunächst die Vergussmasse selbst als Dichtungsmittel zur Verfügung.
Da das Vergießen bevorzugt unter Vakuum durchgeführt werden soll, um sämtli che Hohlräume im Inneren der Schutzhülle zuverlässig zu füllen, und dieses Vakuum auch um die Schutzhülle außen herum vorliegt, kann das Austreten der Vergussmasse aus den Fugen nicht durch einen außen ansetzenden Überdruck verhindert werden.
Jedoch kann das Austreten der Vergussmasse dadurch verhindert werden, dass sich die Konsistenz der Vergussmasse ändert, sobald sie mit den speziellen physikalischen oder chemischen Eigenschaften der Umgebung außerhalb der Schutzhülle in Kontakt tritt, beispielsweise indem sich die Vergussmasse dadurch schlagartig ganz oder wenigstens soweit geliert oder aushärtet, dass ein weiteres Austreten aus den Fugen nicht mehr möglich ist.
Dies kann durch Wahl der Vergussmasse und ihrer Eigenschaften erreicht werden indem außerhalb der Schutzhülle, vor allem im Bereich der Fugen, eine UV-Bestrahlung auf die Vergussmasse einwirkt oder dort eine chemische Komponente vorliegt – beispielsweise auch aufgebracht auf die Flächen der Teile der Schutzhülle, die die späteren Fugen bilden – die zu einem sehr schnellen Aushärten der Vergussmasse führen.
Ebenso kann der Zeitfaktor hierfür benutzt werden, beispielsweise in dem die Vergussmasse eine 2-Komponenten-Vergussmasse ist, deren Komponenten erst unmittelbar vor oder beim Vergießen zusammengeführt werden und nach einer definierten Zeit aushärten oder teilweise aushärten und diese Zeit übereinstimmt mit der Zeit, die die Vergussmasse benötigt, um durch die doch sehr schmalen vorhandenen Fugen bis zu deren Außenseite vorzudringen.
Ebenso könnte eine außerhalb der Schutzhülle vorliegende deutlich höhere oder auch tiefere Temperatur als im Inneren der Schutzhülle ein solches teilweises oder vollständiges schnelles Aushärten der Vergussmasse in den Fugen bewirken.
Falls der Austritt der Vergussmasse aus den Fugen nicht vollständig vermieden werden kann, können die Fugen durch V-förmige Erweiterungen auf ihrer Außenseite Auffangräume für bereits ausgetretene Vergussmasse bilden, so dass die dort austretende und verhärtete Vergussmasse dennoch nicht über den außen Umfang der Schutzhülle vorsteht.
Ebenso kann das Abdichten mithilfe des Materials der harten Schutzhülle selbst erfolgen:
Eine Möglichkeit besteht darin, dass das Auftreten von nennenswerten Fugen überhaupt vermieden wird, beispielsweise indem vor der Montage jeder Aktuator vermessen wird und die Durchtrittsöffnungen in der hierfür vorgesehenen Schutzhülle hieran durch z. B. mechanische Nachbearbeitung oder thermische Verformung angepasst werden.
Alternativ dazu können vor der Montage sowohl der Aktuator als auch alle Schutzhüllen vermessen werden und diejenigen Paarungen von Aktuator und Schutzhülle miteinander montiert werden, die so maßlich gut zusammenpassen, dass keine nennenswerten Fugen entstehen.
Der Messaufwand ist jedoch hierfür hoch und es werden immer nicht wenige Einzelteile übrig bleiben, die zu keinem der Gegenstücke passen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, bei der Montage der beiden Teile das Entstehen von Fugen noch hinzunehmen, diese jedoch nachträglich mit Hilfe des Materials der Schutzhülle zu verkleinern oder zu verschließen.
Hierfür kann die Schutzhülle im Randbereich neben den Durchtrittsöffnungen speziell ausgebildet sein, z. B. durch Formung von elastisch am Aktuator anliegenden Lippen oder Zungen, die lediglich bis zur Durchführung des Vergussvorganges dort einigermaßen dicht anlegen müssen und keine lange Lebensdauer besitzen müssen.
Der Nachteil liegt in einer relativ diffizilen Gestaltung der Spritzform für die Schutzhülle und einer Eingrenzung der hierfür zur Verfügung stehenden Materialien durch die für die Lippen oder Zungen erforderliche Materialeigenschaften.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, nach der Montage durch Fließvorgänge des Materials der Schutzhülle nahe der Randbereiche zum Aktuator hin die vorhandenen Fugen zu verschließen.
Dies ist beispielsweise bei einem thermoplastischen Kunststoff möglich, in dem die Randbereiche neben den Durchtrittsöffnungen erwärmt werden – mittels Heizstempel oder mittels Laserstrahl – und das teigig werdende Material sich selbsttätig durch Ausbreitung oder auch mit Hilfe eines Stempels in Richtung Aktuator verlagert und an diesem anliegt.
Auch eine spezielle Gestaltung der Ränder der Schutzhülle neben den Durchtrittsöffnungen durch Ausbildung von Material-Anhäufungen ist vorteilhaft.
Für das Abdichten der Fugen mit Hilfe eines Zusatzstoffes stehen im vorliegenden Fall ebenfalls mehrere Möglichkeiten zur Verfügung:
Der Zusatzstoff kann ein formhaltiger Zusatzstoff wie eine O-Ringdichtung oder eine Dichtlippe aus einem speziellen Material sein, die an der Schutzhülle oder auch am Aktuator verbaut sein kann.
Der Zusatzstoff kann auch ein formloser Stoff wie etwa eine spezielle Dichtmasse sein, welche in das Innere der Schutzhülle, also in die Hohlräume zwischen Aktuator und Schutzhülle, vorzugsweise durch die gleiche Einfüllöffnung eingebracht, eingesprüht oder eingegossen werden kann wie die spätere Vergussmasse, jedoch aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften wie Anlagerung in Kapillaren oder Ähnlichem, von innen her die Fugen schnell und zuverlässig verschließt.
Anstelle des Einsprühens kann auch das einfache Einfließen durch anschließende Verteilung der Dichtmasse über die gesamte Innenfläche der Schutzhülle und damit auch über die Fugen hinweg durch entsprechende mechanische Taumelbewegungen der Schutzhülle mit dem Aktuator erfolgen.
Die bevorzugte Ausführungsform besteht jedoch darin, das Abdichten zusammen mit dem Vergießen im gleichen Arbeitsschritt und durch das gleiche Material, nämlich mithilfe der Vergussmasse, durchzuführen und dabei die Vergussmasse an dem Austreten aus den Fugen durch die zuvor beschriebenen Maßnahmen zu hindern.
Das Vergießen erfolgt unter Vakuum und vorzugsweise in einem umgebenden Vakuum so, dass das Vakuum auch außerhalb der Schutzhülle vorliegt. Durch das Vakuum soll beim Vergießen das Vordringen der Vergussmasse in sämtliche Hohlräume zwischen Aktuator und Schutzhülle gefördert werden.
Das Vergießen kann bei aufrechtstehendem Aktuator durchgeführt werden, vor allem, wenn die Schutzhülle aus einem sehr tiefen Topf besteht, der sich über die gesamte Länge des Aktuatorstabes erstreckt, so dass dann das Vergießen noch vor dem Aufsetzen des Deckels der Schutzhülle durchgeführt wird, und damit mit ausreichend großen Einfüllöffnungen.
Falls die Schutzhülle bereits vollständig geschlossen ist, stehen stirnseitig neben der Fläche des Aktuatorstabes und den Querschnittflächen für die Kontaktstifte nur noch sehr geringe Restflächen zur Verfügung, in denen eine Einfüllöffnung vorgesehen werden könnte, die dann zusätzlich durch die für den Einfüllstutzen benötigten Wandstärken weiter reduziert würde.
Bei allen anderen Gestaltungen der Schutzhülle, beispielsweise bei deren Längsteilung, wird das Vergießen vorzugsweise bei etwa horizontal liegendem Aktuator durchgeführt und dabei speziell in einer solchen Lage, dass sich die Einfüllöffnung am höchsten Punkt der Schutzhülle befindet, d. h. nahe einem der stirnseitigen Enden.
Die Einfüllöffnung ist dabei vorzugsweise genau über einem der Kontaktstifte angeordnet und sollte dabei in Umfangsrichtung der Schutzhülle deutlich breiter sein als die Dicke dieses Kontaktstiftes vorbei, um ein Einfließen der Vergussmasse seitlich an beiden Seiten des Kontaktstiftes sicherzustellen, da das vom Kontakt stift wegführende Metallgewebe als Barriere für die Vergussmasse wirkt und daher von beiden Seiten her mit Vergussmasse benetzt werden muss.
Die Einfüllöffnung ist dabei entweder als Einfüllschlitz ausgebildet, der sich mindestens über 1/3 der axialen Länge der Schutzhülle erstrecken sollte, oder der sich in Umfangsrichtung der Schutzhülle erstreckt.
An der Einfüllöffnung kann außen ein Reservoir für die einzuführende Vergussmasse angesetzt sein, fest oder vorübergehend für den Einfüllvorgang, beispielsweise indem die Einfüllöffnung lediglich einen nach außen ragenden Stutzen oder auch nur im Inneren konische Seitenwände aufweist, zum Ansetzen oder Einsetzen eines solchen als Trichter ausgebildeten Reservoirs.
Das Vergießen und Ausfüllen aller Hohlräume kann auch durch einen untypischen Vorgang erzielt werden, indem beispielsweise bei dem Zusammenbau von Aktuator und Schutzhülle ein Formkörper als Abstandhalter zwischen Metallgewebe und Aktuatorstarb sowie Schutzhülle eingebracht wird, der nach der Montage – aufgrund speziell geschaffener chemischer oder physikalischer Bedingungen im inneren der Schutzhülle – oder auch nur durch ausreichende Reaktionszeit für zwei Komponenten, aus denen er besteht, sich entweder zu einer formlosen Vergussmasse umwandelt oder bereits in seinem formhaltiger Zustand diejenigen physikalischen Eigenschaften besitzt, die während des Betriebs der Aktuatoreinheit, also der pulsierenden Längung und Verkürzung des Aktuatorstabes und damit des daran befestigten Metallgewebes mitmacht, in dem es sich beispielsweise um einen gelartigen Formkörper handelt.
Auch eine nachträgliche Volumenvergrößerung des eingebrachten Formkörpers könnte hierfür vorteilhaft sein.
Um einen effizienten Produktionsablauf darzustellen, ist zu beachten, dass – falls die drei Phasen Montieren, Abdichten und Vergießen einzeln nacheinander durchgeführt werden – dass Vergießen einen deutlich höheren, etwa den doppelten Zeitaufwand wie das Montieren oder Abdichten erfordert.
Deshalb wird vorzugsweise das Vergießen an mehreren beziehungsweise etwa doppelt soviel Einheiten gleichzeitig durchgeführt wie das Montieren und Abdichten, um eine im Durchschnitt pro Aktuatoreinheit gleiche Taktzeit zu erreichen.
Eine Möglichkeit der Beschleunigung des Vergießens besteht darin, dass der Aktuator selbst während des Vergießens aktiviert, d. h. unter Strom gesetzt wird und seine Bewegungen das Verteilen der Vergussmasse beschleunigen.
Gleiches gilt für das Einfüllen der Vergussmasse bei stark erhöhter Temperatur, um deren Fließgeschwindigkeit zu erhöhen.
Entsprechend den vorstehenden Ausführungen kann auch die Schutzhülle spezifische Gestaltungsmerkmale aufweisen.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1: das Montieren und Vergießen bei quergeteilter Schutzhülle,
2: das Montieren und Vergießen bei längsgeteilter Schutzhülle,
3: verschiedene Dichtungsverfahren, und
4: verschiedene Einfüllverfahren.
In den 1 besteht die Schutzhülle 2 aus einem Topf 2a, dessen Tiefe annähernd der Länge des Aktuatorstabes 1' entspricht.
Wie 1a zeigt, wird der Aktuator 1 mit seiner rückwärtigen, von den Kontaktstiften 6a, b abgewandten, Rückseite 1b voraus durch die offene Seite des Topfes 2a der Schutzhülle 2 in Längsrichtung 10 eingeschoben, bis die rückseitige Stirn fläche 1b des Aktuatorstabes 1' in der Ausnehmung 13a im Boden des Topfes 2a liegt bzw. aus dieser nach außen sogar geringfügig hervorragt.
Um die dabei zwischen dem Innenumfang der Ausnehmung 13a und dem Außenumfang des Aktuatorstabes 1' vorhandene Fuge, die zum Einführen vorhanden sein muss, abzudichten, kann vor dem Einführen des Aktuators 1 entlang der Umfangskanten und in den Freiraum der Ausnehmung 13a hineinragend eine umlaufende Raupe 25 aus einer Dichtmasse, die vorzugsweise direkt die Vergussmasse 5 aufgebracht ist, aufgebracht werden.
Das Einführen des Aktuators 1 vorzugsweise erfolgt erst, wenn diese Dichtraupe 25 soweit hinsichtlich ihrer Konsistenz geliert oder ausgehärtet ist, dass sie beim Einschieben des Aktuators an der Außenfläche des Aktuatorstabes 1 anhaftet und damit die Fuge 3 dicht verschließt.
Falls für die Dichtraupe 25 die Vergussmasse 5 gewählt wird, muss vor dem Aufbringen als Dichtraupe möglicherweise ausreichend Zeit zum teilweisen Aushärten oder zumindest Gelieren gegeben werden.
Um die richtige Lage des Aktuators 1 in dem Topf 2 zu erreichen, sind an der Innenseite des Topfes 2a Längsführungen 9, vorzugsweise für die Kontaktstifte 6a, b ausgebildet, deren Innenumfang sich über mehr als 180° erstreckt, um ein seitliches späteres Herausrutschen der Kontaktstifte 6a, b in Querrichtung zu vermeiden, jedoch nicht umfänglich voll geschlossen sein dürfen, da radial von jedem Kontaktstift 6a, b das Metallgewebe 7 wegführt, welches am gegenüberliegenden Ende mit einer Seitenfläche des Aktuatorstabes 1' fest verbunden ist.
Diese Längsführungen 9 beginnen vorzugsweise schon nahe des Einführendes der topfförmigen Schutzhülle 2a und sind dort noch vom inneren Freiraum wesentlich größer gestaltet als der Durchmesser der Kontaktstifte 6a, b, verjüngen sich jedoch zum Boden hin auf das gewünschte formschlüssige Endmaß und bewirken dadurch beim Einschieben eine Zentrierung und Selbstjustierung der Kontaktstifte 6a, wie in 1e der oberen Längsführung 9 dargestellt.
Bei der unteren Längsführung 9 ist eine solche konische Ausbildung nicht vorhanden, stattdessen jedoch ein zusammen mit der Längsführung 9 ausgebildeter Abstandshalter 12, in dem ein Umfangsbereich der Längsführung 9 so dimensioniert ist, dass er den gewünschten Soll-Abstand zwischen Kontaktstift 6a und der benachbarten Seitenfläche des Aktuatorstabes 1' erzwingt.
Nachdem der Aktuator 1 in den Topf 2a der Schutzhülle 2 eingesetzt ist, steht die in 1b obere, offene Stirnseite des Topfes 2a zum Einbringen der Vergussmasse 5 zur Verfügung.
Dies wird vorzugsweise durch Aufsetzen eines Reservoirs 21 erreicht, in dem die Vergussmasse 5 in der richtigen Menge aufgenommen ist und die nach unten hin zwei Auslässe aufweist, die beidseits des Aktuatorstabes 1' auf einander gegenüberliegen Seiten der offenen Stirnfläche münden und zwar in den Segmenten, in denen sich keine Kontaktstifte 6a, b befinden, da hier die größte Freifläche zur Verfügung steht und damit die Auslassöffnungen des Reservoirs 21 relativ groß dimensioniert werden können, was das Einfüllen der Vergussmasse 5, auch ohne Überdruck, beschleunigt.
Dabei erfolgt das Anfüllen mit Vergussmasse bis zu einer solchen Höhe im Topf 2a, dass das anschließende Aufsetzen des Deckels 2c der Schutzhülle 2 auch ohne separate Abdichtung der dann zum Aktuator hin entstehenden Fugen nicht zu einem Herauspressen der Vergussmasse 5 aus dem Deckel 2c führt und dennoch der Innenraum 4 vollständig mit Vergussmasse 5 angefüllt ist, wie in 1c dargestellt.
Der Deckel 2c weist eine zentrale Ausnehmung 13b entsprechend wiederum dem Querschnitt des Aktuatorstabes 1 auf, der in dieser Ausnehmung 13b enden bzw. aus dieser geringfügig nach außen vorstehen soll, sowie beidseits davon gegenüberliegend je eine Ausnehmung 13c, d, wiederum als Durchgangsöffnung, für die Kontaktstifte 6a, b.
Wie 1d zeigt, kann der Deckel 2c dabei ein in den Innenumfang des Topfes 2a eingesetzter Deckel oder ein den Topf 2a außen übergreifender Überstülp-Deckel sein, wobei die Variante des innen einsetzenden Deckels insofern zu bevorzugen sein könnte, als dabei der Deckel 2c vergleichsweise dick ausgebildet werden kann und das Einschieben in den Deckel genau soweit erfolgt, bis die im Topf 2a befindliche Vergussmasse beginnt, durch die Fugen auf die Außenseite des Deckels zu dringen. Dies kann auch maschinell detektiert werden und dann das Vorwärtsschieben des Deckels 2c nach innen enden.
Zu diesem Zweck kann an einer Stelle des Außenumfanges des Deckels auch eine separate Steigöffnung vorgesehen sein, um den Anstieg der Vergussmasse besser beobachten zu können.
Die Fixierung des Deckels 2c gegenüber dem Topf 2a erfolgt dann am besten durch ein Aushärten der Vergussmasse 5 im Bereich der Fugen 3, wodurch eine Klebeverbindung zwischen Deckel 2c und Topf 2a entsteht.
Ansonsten wäre eine Möglichkeit der Fixierung des Deckels der einer Formschlussverbindung, beispielsweise eines Bajonettverschlusses, vor allem wenn die Kontaktstifte 6a, b nur am gegenüberliegenden Ende in den Längsführungen gehalten sind.
Dann kann zum Einrasten des Bajonettverschlusses der Deckel 2c geringfügig um die Längsachse verdreht werden, um hinter die Rastnasen des Topfes 2a zu gelangen.
Falls der Aktuatorstab 1' hierfür nicht ausreichend tordierbar ist oder das dafür vorhandene Spiel in der unteren Ausnehmung 13a nicht ausreicht, kann dieses Verdrehen mit einem hierfür noch nicht vollständig in die Ausnehmung 13a vorwärts geschobenen Aktuatorstab 1' erfolgen.
Dieses letzte Stück des axialen Vorwärtsschiebens wird dann erst durchgeführt, nachdem der Deckel 2c in seiner richtigen Drehposition im Topf 2a verrastet ist.
2a zeigt eine Herstellmöglichkeit mit einer Schutzhülle 2, die parallel zur Längsachse 10 in zwei Halbschalen 2d, e geteilt ist.
Die Teilungsebene läuft dabei durch die beiden Kontaktstifte 6a, b hindurch und die beiden Halbschalen 2d, e sind dabei insbesondere identisch ausgeformt, so dass nur ein solches Teil in größerer Stückzahl produziert werden muss.
Zur Positionierung in Querrichtung für den Aktuatorstab 1' als auch die Kontaktstifte 6a, b und das Metallgewebe 7 dienen nicht nur der vordere und hintere stirnseitige Abschluss der Halbschale 2d, e, sondern auch an Längspositionen dazwischen angeordnete ein oder mehrere Stegwände 26 an jeweils übereinstimmenden Positionen in beiden Halbschalen, die kreisbogenförmige, z. B. halbkreisförmige, Ausnehmungen 13a, b zur Aufnahme der Kontaktstifte umfassen auch eine große, jeweils winkelförmige Ausnehmung, die sich gegenseitig zu einer quadratischen Ausnehmung für den Aktuatorstab 1 ergänzen.
Dabei kann auch ein Abstandshalter 12 mit angeformt sein, der in den keilförmigen Abstand zwischen Metallgewebe 7 und Aktuatorstab 1' hineinragt.
Während in den Stegwänden 26 im Inneren der Halbschalen 2d, e auch ein Freiraum für den Verlauf der Metallgitter vorhanden sein muss, wird dieser bei den stirnseitigen Ausnehmungen auf der Vorderseite nicht benötigt, da dort lediglich ein Hervorstehen des Aktuatorstabes 1' und gegebenenfalls der Kontaktstifte 6a, b benötigt wird, an der hinteren Stirnfläche sogar nur für den Aktuatorstab 1'.
Somit kann der Aktuator 1, insbesondere auch dessen Kontaktstifte 6a, b, gemäß 2a zunächst in eine der Halbschalen 2e in die dafür vorgesehen Ausnehmungen eingelegt und anschließend die zweite Halbschale 2d aufgesetzt werden, wodurch eine Positionierung in Querrichtung 11 erreicht ist.
Das anschließende Vergießen des inneren Hohlraumes 4 mit Vergussmasse 5 erfolgt dabei über eine Einfüllöffnung 18, die sich vorzugsweise auf der Kontakt ebene der beiden Halbschalen 2d, e befindet und damit in einer Radialposition, an der sich auch ein Kontaktstift 6a befindet.
Dabei sollte vorzugsweise die Einfüllöffnung 18 in Umfangsrichtung größer als der Durchmesser des Kontaktstiftes 6a sein, damit von der Einfüllöffnung 18 aus die Vergussmasse 5 seitlich auf beiden Seiten des Kontaktstiftes 6a ausreichend Platz zum Vorbeiströmen in beide Richtungen besitzt und damit die Metallgewebe 7 von beiden Seiten her mit Vergussmasse 5 verfüllt werden.
In 2 ist in die Einfüllöffnung 18 ein Stutzen 22 eingesetzt, der mit einem Vorrat an Vergussmasse 5 verbunden ist, egal ob dieser vorportioniert ist oder nicht.
Vor allem bei einer durchsichtigen Schutzhülle 2 und einer stark gefärbten Vergussmasse kann der Füllungszustand optisch von außen sehr gut abgetastet und die Befüllung beendet werden.
Zum dichten Aufsetzen des Stutzens 22 auf die Schutzhülle 2 kann die Einfüllöffnung 18 konisch nach innen aufeinander zulaufende Seitenwände aufweisen.
Die Halbschalen 2d, e müssen beim Verfüllen fest miteinander verbunden sein, damit sie durch den Stutzen 22 nicht auseinandergedrückt werden, was durch ein Verkleben oder Verrasten sichergestellt werden kann.
Dabei können die beiden Halbschalen 2d, e auch einstückig miteinander mit einem Filmscharnier verbunden ausgeführt werden, was die Länge der entstehenden Fuge 3 bereits um annähernd die Hälfte reduziert.
Die 3 zeigen verschiedene Möglichkeiten, die Fugen 3 zwischen den Teilen der Schutzhülle 2 oder auch zwischen Schutzhülle und Aktuator 1 vor oder während des Vergießens abzudichten.
Dabei betreffen die 3a bis 3k Dichtungsmethoden, die ohne einen Zusatzstoff auskommen, d. h. das Material der Schutzhülle 2 oder der Vergussmasse 5 zum Abdichten verwenden.
3a zeigt eine Verjüngung der Wandstärke der Schutzhülle 2 zur Durchgangsöffnung 13a z. B. für den Aktuatorstab 1' hin, mit einer Anschrägung von innen nach außen und einem Übermaß der Schutzhülle 2, so dass die Öffnung vom Aktuatorstab 1 erst auseinandergedrückt werden muss und die einstückig aus dem gleichen Material der Schutzhülle 2 bestehende Quasi-Dichtlippe sich zuverlässig am Aktuatorstab 1 anlegt.
3b beruht auf dem gleichen Wirkprinzip, jedoch ist die einstückige und aus dem Material der Schutzhülle 2 hergestellte Dichtlippe anders ausgebildet, nämlich durch eine Einkerbung von außen auf der Innenseite mit der Wandung der Schutzhülle 2 verbunden und ragt in etwa parallel zur Längsrichtung des durchdringenden Stabes 1' ab und ist durch seine Materialelastizität gegen den Stab 1' vorgespannt.
3c geht davon aus, dass bei einer Serienfertigung und damit bei einer relativ großen Auswahl an einzelnen Schutzhüllen einerseits und Aktuatoren 1 andererseits diese hinsichtlich der relevanten Abmessungen (Größe der Ausnehmungen 13a, b in den Stirnflächen der Schutzhülle, Querschnittsfläche von Aktuatorstab 1' und den Kontaktstiften 6a, b an der Position der Stirnwände der Schutzhülle 2) jeweils einzeln genau vermessen und dann die am besten zueinander maßlich passenden Paarungen von Aktuator 1 einerseits und Schutzhülle 2 andererseits zusammengestellt und miteinander montiert werden.
Dadurch sollten Fugenbreiten erzielbar sein, die so gering sind, dass ein Hindurchtreten der Vergussmasse 5 nicht mehr stattfindet.
Gemäß 3d wird das gleiche Ziel erreicht, in dem die konkreten oben genannten Maße des Aktuators 1, der verbaut werden soll, abgenommen werden und die zuvor mit zu kleinem Durchgangsöffnungen hergestellten Schutzhüllen 2 an den Durchgangsöffnungen nachbearbeitet werden, insbesondere mechanisch nachbearbeitet werden bis auf das konkret benötigte Maß.
Gemäß 3e werden die Durchgangsöffnungen 13a, b in der Schutzhülle 2 ebenfalls geringfügig zu klein hergestellt, die Umfangskanten der Durchgangsöffnungen vor dem Einsetzen des Aktuators 1 jedoch erwärmt, so dass das Material der Schutzhülle 2 in diesem Bereich teigig wird – wofür ein thermoplastisches Material erforderlich ist – so dass beim Einschieben des Aktuators 1 sich dieser die konkrete Form seiner Durchgangsöffnung 13a, b selbst formt und ein eventueller Materialüberschuss sich an der Außenseite des Gehäuses 2 anlagert oder in dort vorhandene Verdrängungszonen gedrückt wird.
Der Lösung gemäß 3f liegt der gleiche Grundgedanke des teigigen Materials der Schutzhülle 2 im Bereich nahe der Durchgangsöffnungen 13a, b zugrunde, jedoch erfolgt dort das Beheizen nach dem Montieren des Aktuators 1 und zwar durch Anlegen eines Heizstempels 27 unmittelbar neben dem Aktuator 1, wodurch das Material der Schutzhülle nicht nur erwärmt, sondern gleichzeitig auch durch den Druck des Heizstempels 27 zum Ausweichen in Querrichtung 11, d. h. auf den Aktuator zu bis zur Anlage an diesem gezwungen wird.
Bei 3g wird auf den mechanischen Anlagedruck gemäß 3f verzichtet, ansonsten jedoch derselbe Effekt beabsichtigt ist, wobei die Erwärmung der Randbereiche der Schutzhülle 2 um die Durchgangsöffnungen 13a, b herum mittels Laser 28 erfolgt, zu diesem Zweck jedoch der Rand der Schutzhülle 2 an den Ausnehmungen 13a, b so gestaltet wird, dass eine parallel zum Aktuator verlaufende vergleichsweise dünne Lippe 17' entsteht, die bei Erwärmung sich verkürzt und verbreitert und dadurch am Aktuator anliegt.
Bei den 3h und 3k wird nicht das Material der Schutzhüllen 2, sondern das später zum Vergießen benutzten Vergussmaterial 5 vorab zum Abdichten verwendet:
Gemäß 3h wird eine Dichtraupe 25 aus Vergussmasse 5, die gegebenenfalls schon angeliert und damit ausreichend formhaltig ist, um die Durchgangsöffnungen 13a, b herum, auf der Innenseite der Schutzhülle 2 aufgetragen, so dass die Dichtraupe 25 in den Raum der Durchgangsöffnung 13a, b etwas vorsteht.
Beim Einschieben des Aktuators 1 legt sich diese Dichtraupe 25 an der Außenfläche des Aktuators 1 an und wird von diesem bis in die Fuge 3 hinein mitgezogen, ohne dass nennenswerte Anteile außen aus der Fuge 3 vorstehen.
Ein Vergießen des Innenraumes 4 kann erst erfolgen, wenn die Dichtraupe 25 so stark verfestigt ist, dass ein Durchdrücken durch nachfolgende Vergussmasse 5 nicht mehr möglich ist.
Dabei ist es im Prinzip unerheblich, ob die Vergussmasse 5 eine Einkomponentenmasse, eine Zweikomponentenmasse oder aufgrund bestimmter Umweltbedingungen aushärtend oder teilweise aushärtend (UV-Licht, Feuchtigkeit, Temperatur etc.) ist.
Bei 3k wird ohne vorherige Dichtmasse der innere Hohlraum 4 zwischen Aktuator 1 und Schutzhülle 2 mit Vergussmasse 5 vergossen, ein Austreten der Vergussmasse aus den vorhandenen Fugen 3 jedoch verhindert, indem um die Schutzhülle 2 herum, insbesondere an den Stellen der Fugen 3, solche Bedingungen geschaffen werden, die zu einem so schnellen Aushärten der Vergussmasse 5 führen, dass die Vergussmasse 5 nicht mehr über die Außenfläche der Schutzhülle hinaus austritt, wofür insbesondere wieder in der Schutzhülle 2 Ausgleichszonen zum Aufnehmen von ausgetretener Dichtungsmasse 5 z. B. durch ein V-förmige Abschrägung von der Außenseite her vorhanden sein können.
Stattdessen wird gemäß 3l vor dem Vergießen ein spezielles Dichtmittel 15 in den Innenraum 4 eingesprüht, welches sich an der gesamten Innenfläche, vorzugsweise aufgrund eines Kapillareffektes jedoch in den Fugen 3, anlagert und diese abdichtet, in dem es sich um ein sehr schnell aushärtendes Dichtmittel 15 handelt.
Statt des Einsprühens wie bei 3l vorgesehen, kann auch ein einfaches Einfüllen des Dichtmittels 15 und anschließendes Verteilen über die gesamte Innenfläche durch Taumelbewegungen der Schutzhülle 2 mit dem Aktuator 1 gemäß 3m durchgeführt werden.
Die 3n und 3o zeigen stattdessen die Anordnung eines klassischen separaten Dichtelementes zwischen Aktuator 1 und Schutzhülle 2, beispielsweise einer O-Ringdichtung 16 in 3n oder einer Lippendichtung 17 in 3o, die jeweils aus einem speziellen Material bestehen, welches zwar an oder in der Schutzhülle 2 befestigt ist, jedoch nicht mit deren Material übereinstimmt.
Die 4 zeigen Möglichkeiten zur Anordnung und Gestaltung der Einfüllöffnung 18 zum Einfüllen der Vergussmasse 5 an der Schutzhülle 2, in der bereits der Aktuator 1 aufgenommen ist.
Bei 4a ist die Einfüllöffnung 18 in der Umfangsfläche nahe einem der stirnseitigen Enden angeordnet, so dass durch leichtes schräg stellen der fast horizontalen Längsachse 10 der Schutzhülle 2 sich diese Einfüllöffnung 18 dann am höchsten Punkt der Schutzhülle 2 befindet.
Die Einfüllöffnung 18 besitzt dabei einen kreisförmigen Querschnitt.
Gemäß 4d steckt in der Einfüllöffnung 18 ein trichterförmiges Reservoir 21, in der die benötigte Menge an Vergussmasse 5 aufgenommen werden kann und die vorzugsweise in die Einfüllöffnung 18 eingesteckt ist, wofür diese konische Innenwände aufweist, so dass nach dem Vergießen das Reservoir 21 wieder abgenommen werden kann.
In 4e ist die Einfüllöffnung 18 wiederum an der gleichen Stelle angeordnet, jedoch mit einem über den Außenumfang der sonstigen Schutzhülle 2 nach außen vorstehenden Stutzen 22 ausgestattet, der seinerseits wiederum Wände aufweist, die am freien Ende konisch zur Mitte hin zulaufen, was das dichte Aufset zen eines analog negativ geformten Einfüllschnorchels oder Reservoirs 21 erleichtert, der nach dem Vergießen wieder abgenommen werden kann.
Gleiches zeigt 4f, jedoch für eine Einfüllöffnung 18' und einen entsprechenden Stutzen 22', der als länglicher Schlitz entlang der Mantellinie der Schutzhülle 2 verlaufend sich über mindestens 1/3 der Länge der Schutzhülle 2 erstreckt, um den Vergussvorgang zu beschleunigen.
In beiden Fällen muss nach dem Vergießen der Stutzen 22 bzw. 22' durch mechanisches Nachbearbeiten entfernt werden.
Bei der Lösung der 4a ohne einen solchen Stutzen muss dagegen die Vergussmenge so genau dosiert sein, dass der gesamte innere Hohlraum der Schutzhülle 2 verfüllt ist aber dennoch keine Vergussmasse 5 über den Außenumfang der Schutzhülle 2 vorsteht.
Das gleiche gilt für die Lösungen gemäß 4b und 4c, die ebenfalls keinen nach außen vorstehenden Stutzen aufweisen, jedoch im Gegensatz zur 4a anders geformt und positioniert sind, nämlich jeweils als länglicher Schlitz, in 4b entlang einer Mantellinie verlaufend, gemäß 4c jedoch in Umfangsrichtung verlaufend.
Letzteres ist dann von Vorteil, wenn sich genau unter dem Schlitz einer der Kontaktstifte 6a, b befindet, da hierdurch Vergussmasse 5 auf beiden Seiten neben dem Kontaktstift 6a, b ins Innere fließen kann und damit auch das zwischen Kontaktstift 6a, b und Aktuatorstab 1' vorhandene, als Barriere wirkenden Metallgewebe 7 von beiden Seiten angeströmt werden kann.

1: Aktuator
1a: Vorderseite
1b: Rückseite
1': Aktuatorstab
2: Schutzhülle
2a, b: Topf
2c: Deckel
2d, e: längsseitige Hälfte
3: Fuge
4: Innerer Hohlraum
5: Vergussmasse
6a, b: Kontaktstab
7: Metallgewebe
8: Rastvorsprung
9: Längsführung
10: Längsachse
11: Querrichtung
12: Abstandshalter
13a, b: Ausnehmung
14: UV-Licht
15: Dichtmittel
16: O-Ring
17: Dichtlippe
18: Einfüllöffnung
19: Einfüllschlitz
20: Aktuatoreinheit
21: Reservoir
22: Stutzen
23: Seitenwand
24: Formköper
25: Dichtraupe
26: Stegwand
27: Heizstempel
28: Laser

Claims

Verfahren zum Herstellen einer gebrauchsfertigen, vergossenen Aktuator-Einheit (20) ausgehend von einem Piezoaktuator durch a) Montieren des Aktuators (1) in einer formhaltigen, harten Schutzhülle (2) aus Kunststoff, b) Abdichten der Fugen (3) insbesondere zwischen den Austrittsöffnungen der Schutzhülle und den daraus hervortretenden Teilen des Aktuators und c) Vergießen des inneren Hohlraumes in der Schutzhülle (2) mit Vergussmasse (5). (Montieren)
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile, insbesondere die beiden topfförmigen Hälften oder ein Topf (2a, b) und ein Deckel (2c), jeweils axial von entgegengesetzten Richtungen auf den Aktuator (1) aufgeschoben werden und gegeneinander fixiert, insbesondere ineinander geschoben und miteinander verklebt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine topfförmige Schutzhülle (2) von der den vorstehenden Kontaktstiften gegenüberliegenden Rückseite her aufgeschoben wird und von der anderen Seite ein in den Topf (2a, b) eintauchender oder den Topf kappenförmig übergreifender Deckel (2c) – auf die Kontaktstifte aufgeschoben wird, – mit Hilfe der Kontaktstifte der Deckel entgegen der Umwicklungsrichtung des Metallgewebes um die Längsachse (10) des Aktuatorstabes (1') verdreht, – axial hinter entsprechende Rastvorsprünge (8) des Topfes (2a, b) geschoben, und – in die verrastende Position zurückgedreht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim axialen Einführen des rückwärtigen Endes des Aktuatorstabes (1') in die harte Schutzhülle (2) die Kontaktstifte in C-förmige oder winkelförmige Längsführungen (9), die im Inneren der harten Schutzhülle (2) ausgebildet sind, eingeschoben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsführungen (9) zum Ende der Schutzhülle (2) hin sich konisch verjüngen und die Kontaktstifte sowie das daran befestigte Metallgewebe automatisch positionieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen einen Abstandshalter (12) umfassen, der mit den Führungen zusammen, insbesondere einstückig, ausgebildet ist und ebenso einstückig mit der harten Schutzhülle (2), der zwischen dem Metallgewebe und dem Aktuatorstab (1') auf der gesamten Breite des Metallgewebes zu liegen kommt, und sich insbesondere um wenigstens eine Ecke des rechteckigen Aktuatorstabquerschnittes herum erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator in eine Hälfte (2d, e) der längsgeteilten Schutzhülle (2) eingelegt wird, welche einen keilförmigen Abstandshalter (12) zwischen dem einen Gewebe und der benachbarten Aktuatorseite mit umfasst, sowie halbschalenförmige Ausnehmungen (13a, b) für die Kontaktstifte und die andere längsgeteilte Halbschale darauf aufgesetzt wird und mit der ersten Halbschale verbunden, insbesondere verklebt oder verrastet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Heranführen der längsgeteilten ersten Halbschale der Aktuator (1) an den Kontaktstiften ergriffen und diese auf einen vordefinierten Abstand entsprechend dem Abstand der halbschalenförmigen Aufnahme für die Kontaktstifte in den Halbschalen gehalten werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die halbschalenförmigen Aufnahmen für die Kontaktstifte und/oder die Abstandshalter (12) an mindestens einer Axialposition im Inneren der Schutzhülle ebenfalls vorhanden sind. (Abdichten)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten ohne Einbringen eines Zusatzstoffes, also insbesondere mit Hilfe des Materials der harten Kunststoffhülle oder mit Hilfe des Materials der Vergussmasse (5), durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten mit Hilfe des Materials der Vergussmasse (5) durchgeführt wird, in dem zuerst eine geringe Menge an wenigstens teilweise aushärtender Vergussmasse im Bereich der Fugen (3) angeordnet wird, entweder auf der Außenseite der Schutzhülle (2) nach dem Montieren oder auf der Innenseite der Schutzhülle bereits vor dem Montieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere der Aktuatoreinheit (20) mit Vergussmasse (5) vergossen wird, die unter spezifischen Bedingungen wenigstens teilweise aushärtet und bereits während des Vergießens diese spezifischen Bedingungen von der Außenseite an den vor handen Fugen (3) geschaffen werden, insbesondere eine Bestrahlung mittels UV-Licht (14) bei einer UV-aushärtenden Vergussmasse (5).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abdichten mit Hilfe des Materials der harten Kunststoffhülle durch Ausnutzung der Eigenelastizität des Kunststoffgehäuses erfolgt und – durch ein elastisches, dichtes Anliegen der Kanten des Kunststoffgehäuses an dem Aktuator oder – durch einstückige Ausbildung von federnd gegen den Aktuator (1) anliegende Dichtlippen (17), die einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten mittels des Materials der harten Kunststoffhülle erfolgt, in dem nach der Montage den Randbereich der Kunststoffhülle nahe dem Aktuator (1) durch Erwärmung ein Materialfluss der Kunststoffhülle – unmittelbar vor oder nach der Montage am Aktuatorstab (1') – bis zur Anlage am Aktuator (1) erzielt wird, wobei das Erwärmen durch ein Heizelement oder mittels Laser durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten mittels des Materials der harten Kunststoffhülle durchgeführt wird, indem die mit Herstelltoleranzen produzierten Kunststoffhüllen passgenau zum jeweiligen Aktuator (1) mechanisch nachbearbeitet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten mittels des Materials der harten Kunststoffhülle durchgeführt wird, in dem die einzelnen Kunststoffhüllen und die einzelnen Aktuatoren (1) exakt vermessen und jeweils maßlich zueinander exakt passende Elemente miteinander montiert werden. (mit Zusatzstoff)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten durch Einbringen eines Zusatzstoffes, insbesondere einer mit dem Gehäuse verbundenen O-Ringdichtung (16) oder Dichtlippe (17), die am Aktuatorstab anliegt, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten durch Einbringen eines Zusatzstoffes mittels Einsprühen eines Dichtmittels (15) in die montierte Aktuatoreinheit (20) erfolgt, welches sich speziell in Kapillaren und damit in den vorhandenen Fugen anlagert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten mittels Einbringen eines Zusatzstoffes erfolgt, indem in der montierten Aktuatoreinheit (20) ein Dichtmittel (15) eingebracht und durch Taumelbewegungen auf der gesamten Innenfläche der Schutzhülle (2), auch in den Fugen (3), verteilt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten im gleichen Arbeitsschritt zusammen mit dem Vergießen durchgeführt wird, insbesondere durch Aushärten der aus den Fugen bis zur Außenfläche vordringenden Vergussmasse (5), insbesondere durch dort vorliegende spezielle Aushärtungsbedingungen. (Vergießen)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergießen unter Vakuum erfolgt und insbesondere das Vakuum auch außerhalb der Schutzhülle (2) vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergießen bei aufrechtstehendem Aktuator (1) durchgeführt wird und nach dem Einstecken des Aktuatorstabes 1') in die topfförmige Schutzhülle (2) und vor dem Aufsetzen eines oberen stirnseitigen Deckels (2c) auf die Schutzhülle (2).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergießen bei aufrechtstehendem Aktuator (1) durchgeführt wird und die Vergussmasse über eine Öffnung im stirnseitigen Deckel eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergießen bei horizontal liegenden Aktuator (1) und über eine Einfüllöffnung (18) durchgeführt wird, die genau über einem der Kontaktstifte angeordnet ist und in Umfangsrichtung der Schutzhülle (2) breiter ist als die Dicke des Kontaktstiftes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergießen über einen Einfüllschlitz (19) als Einfüllöffnung (18) erfolgt, der sich mindestens über 1/3 der axialen Länge, vorzugsweise mindestens 50% der axialen Länge, der Schutzhülle (2) erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Einfüllöffnung (18) ein Reservoir (21), insbesondere als Trichter, ausgebildet ist, der insbesondere abnehmbar von der Einfüllöffnung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung einen nach außen ragenden Stutzen (22) zum Aufsetzen eines Reservoirs (21) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung eine konische Seitenwand (23) zum Einsetzen eines Reservoir-Stutzens (22) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vergießen der Aktuator (1) so geneigt angeordnet wird, dass wenigstens ein Teil der Einfüllöffnung sich im höchsten Bereich der harten Schutzhülle (2) befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine schlitzförmige Einfüllöffnung sich entlang des Umfanges der runden Schutzhülle erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergießen durch Einbringen eines Formkörpers (24) zwischen Aktuator (1) und Schutzhülle (2) erfolgt, insbesondere als Abstandshalter (12) zwischen Metallgewebe (7) und Aktuatorstab (1'), der aus einem nach der Montage aufgrund spezifischer Umweltbedingungen, beispielsweise Luftzutritt und ausreichende Reaktionszeit, sich ausdehnt und zu einer formlosen, in alle Hohlräume vordringenden Vergussmasse (5) umwandelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der beim Montieren mit eingebrachte Formkörper (24), der später zur Vergussmasse (5) wird, im tiefgekühlten Zustand montiert wird. (Produktionsablauf)
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Produktionslinie das Montieren und Abdichten für einen oder eine gleiche Anzahl von Aktuatoreinheiten (20) nacheinander erfolgt, das Vergießen jedoch für mehrere Aktuatoren (1) bzw. Produktionseinheiten zeitlich parallel nebeneinander.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) während des Vergießens unter Strom gesetzt und aktiviert wird, um das Verteilen der Vergussmasse (5) zu beschleunigen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (5) bei stark erhöhter Temperatur von mindestens 30°, bis maximal 200° Celsius eingeführt wird. (fertige Einheit)
Piezoaktuator-Einheit mit – einem Piezoaktuator, der ummantelt ist von einer harten, formhaltigen Schutzhülle (2) aus Kunststoff, insbesondere in Zylinderform, aus deren Stirnseiten die Stirnflächen des Aktuatorstabes (1') vorstehen oder bündig mit den Stirnflächen der Schutzhülle (2) enden sowie aus einer Stirnseite die Kontaktstifte vorstehen, und – der innere Hohlraum der Schützhülle (2) mit einer Vergussmasse (5) gefüllt ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle (2) aus einem Topf (2a, b) mit einer Tiefe entsprechend der Länge des Aktuatorstabes (1') und einem stirnseitigen Deckel (2c) besteht.
Piezoaktuator-Einheit nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (2c) am Topf (2a, b) formschlüssig, insbesondere mittels eines Bajonettverschlusses befestigt ist.
Piezoaktuator-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle in Längsrichtung aus zwei Halbschalen aufgeteilten besteht.
Piezoaktuator-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite an der Schutzhülle (2) wenigstens Führungen, insbesondere Längsführungen (9) für die Kontaktstifte, insbesondere in den stirnseitigen Enden der Schutzhülle (2), ausgebildet sind und insbesondere auch Abstandhalter (12) zum beabstandeten Metallgewebe (7) vom Aktuatorstab (1').
Piezoaktuator-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei längsgeteilten Halbschalen die Schutzhülle (2) Längsführungen (9) und Abstandhalter (12) als quer verlaufende Stegwände (26) ausgebildet sind.
Piezoaktuator-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rändern der Schutzhülle (2) und dem Aktuator formhaltige Dichtelemente oder eine formlose Dichtmasse aus einem Zusatzmaterial vorhanden ist, insbesondere als Dichtlippe (17) oder O-Ring-Dichtung (16).
Piezoaktuator-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung (18) für die Vergussmasse (5) an der Radialposition eines der Kontaktstifte angeordnet ist und in Umfangsrichtung der Schutzhülle (2) breiter ist als die Dicke des Kontaktstiftes.
Piezoaktuator-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung (18) als Einfüllschlitz (19) ausgebildet ist, der sich mindestens über 1/3 der axialen Länge der Schutzhülle (2) erstreckt.
Piezoaktuator-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllöffnung (18) sich als Schlitz in Umfangsrichtung der Schutzhülle (2) erstreckt.
Piezoaktuator-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einfüllöffnung (18) einen nach außen ragenden Stutzen (22) oder ins Innere sich konisch tönende Seitenwände (23) oder beides aufweist.
Piezoaktuator-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Einfüllöffnung ein Reservoir (21) für Vergussmasse (5), insbesondere als Trichter ausgebildet, angeordnet ist oder anforderbar ist.
Piezoaktuator-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine geringe Menge an Vergussmasse (5) vor dem Montieren auf der Außenseite oder Innenseite der Schutzhülle (2) nahe oder an den Kanten, die die Durchtrittsöffnungen für den Aktuator (1) bilden, aufgebracht wird und nach dem Montieren bis zum Vergießen gewartet wird, bis diese Vergussmasse (5) geliert oder aushärtet, wobei dies zusätzlich durch physikalische und chemische Maßnahmen im Inneren oder außerhalb der Schutzhülle (2) forciert werden kann.