DE102007040249A1 - Piezo actuator manufacturing method for piezo injector, involves manufacturing piezo actuator by arrangement of external electrodes under simultaneous contact of inner electrodes on exposed contact areas - Google Patents

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Abstract

The method involves exposing contact surfaces for connecting inner electrodes (7, 8) with external electrodes (10, 11) at a peripheral surface of a piezo element (6) by selective removal of sintered skin at the contact surfaces. The sintered skin is left as an electrically insulated protective layer (24) on the remaining peripheral surface, which is free from the contact surfaces. A piezo actuator (20) is manufactured by arranging the external electrodes under simultaneous contact of the inner electrodes on the exposed contact areas.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Piezoaktors mit einer elektrisch isolierenden Schutzschicht nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Anspruchs 1, sowie einen Piezoaktor oder ein Piezoaktormodul nach den gattungsgemäßen Merkmalen der Ansprüche 5 oder 6.The The invention relates to a method for producing a piezoelectric actuator with an electrically insulating protective layer according to the generic features of claim 1, and a piezoelectric actuator or a piezoelectric actuator module according to the generic features of the claims 5 or 6.

Es ist an sich bekannt, dass zum Aufbau eines zuvor erwähnten Piezoaktors oder Piezoaktormoduls Piezoelemente so eingesetzt werden, dass unter Ausnutzung des so genannten Piezoeffekts eine Steuerung des Nadelhubs eines Ventils oder dergleichen vorgenommen werden kann. Die 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. Die Innenelektroden sind über beispielsweise entlang dem Piezoaktor verlaufende Außenelektroden elektrisch kontaktiert.It is known per se that to build a previously mentioned Piezoelectric actuator or piezoelectric actuator piezoelectric elements are used so that by taking advantage of the so-called piezo effect, a controller the Nadelhubs a valve or the like can be made can. The piezo layers made of a material with a suitable crystal structure designed so that when an external electrical system Voltage on internal electrodes, which enclose the piezoelectric layers in each case, a mechanical reaction of the piezoelectric elements takes place. The internal electrodes are over, for example, along the piezoelectric actuator running External electrodes contacted electrically.

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.In Dependence on the crystal structure and the contact areas the electrical voltage adjusts the mechanical reaction Pressure or train in a predeterminable direction. Such piezoelectric actuators For example, they are suitable for applications where strokes are required under high operating forces and high clock frequencies expire.

Piezoaktoren werden beispielsweise in Piezoinjektoren eingesetzt, welche zur zeitpunkt- und mengengenauen Dosierung von Kraftstoff in periodisch arbeitenden Verbrennungsmotoren verwendet werden.piezo actuators are used for example in Piezoinjektoren, which for Timing and quantity metering of fuel in periodic working internal combustion engines are used.

Ein Piezoinjektor besteht im Wesentlichen aus einem Haltekörper und einem in dem Haltekörper angeordneten Piezoaktormodul, bestehend aus einem Kopf- und einem Fußteil, sowie einem zwischen Kopf- und Fußteil angeordneten Piezoaktor aus mit den Piezoelementen. Das Piezoaktormodul ist mit einer Düsennadel verbunden, so dass durch Anlegen oder Wegnahme einer Spannung an die Piezoelemente eine Düsenöffnung freigegeben oder verschlossen wird.One Piezo injector consists essentially of a holding body and a piezoactuator module arranged in the holding body, consisting of a head and a foot part, as well as a arranged between the head and foot part piezoelectric actuator with the piezo elements. The piezo actuator module is equipped with a nozzle needle Connected, so by applying or removing a voltage to the piezo elements released a nozzle opening or closed.

Bei der so genannten direkten Düsennadelsteuerung wird der Piezoaktor im Haltekörper des Piezoinjektors direkt im Kraftstoff unter Hochdruck betrieben. Ein Piezoinjektor mit direkter Düsennadelsteuerung ist beispielsweise aus EP 117 46 15 A2 bekannt.In the case of what is known as direct nozzle needle control, the piezoelectric actuator in the holding body of the piezoinjector is operated directly in the fuel under high pressure. A piezo injector with direct nozzle needle control is for example off EP 117 46 15 A2 known.

Zum Schutz des Piezoaktors bzw. der Piezoelemente vor Feuchtigkeit, etwa vor im Kraftstoff enthaltenem Wasser, Raps-Methyl-Ester (RME) oder sonstigen elektrisch leitenden Substanzen, ist es bekannt, den Piezoaktor in einem Piezoinjektor mit direkter Düsennadelsteuerung zumindest teilweise mit einer Schutzummantelung zu versehen.To the Protection of the piezoelectric actuator or the piezo elements from moisture, for example, water contained in fuel, rapeseed methyl ester (RME) or other electrically conductive substances, it is known the piezoelectric actuator in a piezo injector with direct nozzle needle control at least partially provided with a protective coating.

Hierzu wird der durch Sintern hergestellte Piezoaktor zunächst an allen seinen Außenflächen geschliffen, dann werden die Außenelektroden aufgebracht und dabei mit den Innenelektroden elektrisch leitend verbunden und anschließend wird zur elektrischen Isolierung eine Schutzschicht in Form eines Isolierlacks beispielsweise im Tauchverfahren aufgebracht.For this At first, the piezo actuator produced by sintering becomes ground on all its outer surfaces, then the outer electrodes are applied and thereby with the Internal electrodes electrically connected and then For electrical insulation is a protective layer in the form of an insulating varnish for example applied by dipping.

Durch die WO 01/48834 A2 ist bekannt, eine elektrische Isolation eines Piezoaktors durch eine Schutzschicht aus Kunststoff zu erzielen, welche beispielsweise durch Spritzgießen aufgebracht wird.By the WO 01/48834 A2 It is known to achieve an electrical insulation of a piezoelectric actuator by a protective layer of plastic, which is applied for example by injection molding.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Herstellung eines Piezoaktors mit einer elektrisch isolierenden Schutzschicht aus. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Verfahrensschritte:

  • – Herstellen des Piezoaktors mit den Piezoelementen durch Sintern eines Ausgangsmaterials mit darin eingebrachten Innenelektroden,
  • – Entfernen einer beim Sintern des Ausgangsmaterials entstandenen Sinterhaut an den Stirnflächen des Piezoaktors, beispielsweise durch Schleifen, beispielsweise zur späteren Anordnung von Aktorkopf und Aktorfuß zur Herstellung eines Piezoaktormoduls,
  • – gezieltes Freilegen von Kontaktflächen zur Verbindung der Innenelektroden mit Außenelektroden am Umfang des Piezoaktors durch gezieltes Entfernen der Sinterhaut an den Kontaktflächen, beispielsweise durch Partikelstrahlen, wobei an den verbleibenden Umfangsflächen, welche frei von Kontaktflächen sind, die Sinterhaut als elektrisch isolierende Schutzschicht gezielt belassen wird, sowie
  • – Fertigstellung des Piezoaktors durch Anordnung von Außenelektroden unter gleichzeitigem Kontaktieren der Innenelektroden an den freigelegten Kontaktflächen.
The invention is based on a method for producing a piezoelectric actuator with an electrically insulating protective layer. The method according to the invention comprises the method steps:
  • Producing the piezoelectric actuator with the piezoelectric elements by sintering a starting material with internal electrodes incorporated therein,
  • Removal of a sintering skin formed during the sintering of the starting material at the end faces of the piezoactuator, for example by grinding, for example for later arrangement of the actuator head and the actuator base for producing a piezoelectric actuator module,
  • - Targeted exposure of contact surfaces for connecting the inner electrodes with outer electrodes on the periphery of the piezoelectric actuator by targeted removal of the sintered skin at the contact surfaces, for example by particle beams, being left on the remaining peripheral surfaces, which are free of contact surfaces, the sintered skin as electrically insulating protective layer, such as
  • - Completion of the piezoelectric actuator by arranging external electrodes while simultaneously contacting the internal electrodes to the exposed contact surfaces.

Gegebenenfalls kann die Erzeugung weiterer funktioneller Schichten vorgesehen sein, welche dann zusammen mit der durch die Sinterhaut gebildeten, elektrisch isolierenden Schutzschicht ein Schutzschichtsystem bildet.Possibly the generation of further functional layers can be provided, which then together with that formed by the sintered skin, electrically insulating protective layer forms a protective layer system.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine gezielte Außenisolierung eines Piezoaktors durch Nutzung der elektrisch isolierenden Eigenschaften der Sinterhaut in Verbindung mit einer Eigenschrumpfung der in den Sinterprozess eingebrachten Werkstoffe für die Piezolagen und die Innenelektroden beim Sintern.The inventive method allows a targeted external insulation of a piezoelectric actuator by using the electrically insulating properties of the sintering skin in conjunction with a natural shrinkage in the sintering process brought materials for the piezo layers and the internal electrodes during sintering.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass durch einen Verbleib der elektrisch isolierenden Sinterhaut an denjenigen verbleibenden Umfangsflächen am Umfang des Piezoaktors, welche frei von Kontaktflächen sind, auf das Aufbringen einer gesonderten elektrisch isolierenden Schutzschicht auf den Piezoaktor verzichtet werden kann. Dabei wird der Effekt genutzt, dass die in das zu sinternde Ausgangsmaterial des Piezoaktors eingebrachten Innenelektroden beim Sintern eine Eigenschrumpfung erfahren, wodurch sich ein Versatz der Innenelektroden zur aktiven Außenfläche am Umfang des Piezoelements ergibt. Die Innenelektroden sind nach dem Sintern um etwa 10–15 μm gegenüber der durch die Sinterhaut gebildeten, aktiven Außenfläche nach innen verschoben und bilden so eine natürliche Isolationsschicht. Hierdurch wird der Sinterprozess bzw. die beim Sintern auftretende Materialschrumpfung gezielt für die elektrische Isolierung des Piezoaktors ausgenutzt. Eine Entfernung der Sinterhaut bzw. ein Freilegen erfolgt nur an den positiven und negativen Kontaktflächen der Außenelektroden mit den Innenelektroden, vorzugsweise durch gezieltes Partikelstrahlen.The inventive method has the advantage that by a whereabouts of the electrically insulating sinter skin on those remaining peripheral surfaces on the circumference of Piezoactors, which are free of contact surfaces, on the Applying a separate electrically insulating protective layer can be dispensed with the piezoelectric actuator. This is the effect used that in the to be sintered starting material of the piezoelectric actuator introduced internal electrodes during sintering a natural shrinkage learn, resulting in a displacement of the internal electrodes to the active Outside surface at the periphery of the piezoelectric element results. The internal electrodes are after sintering about 10-15 microns opposite the active skin formed by the sinter skin Outside surface moved inward and form so a natural insulation layer. This will be the sintering process or the material shrinkage occurring during sintering specifically for exploited the electrical insulation of the piezoelectric actuator. A distance the sinter skin or an exposure is only on the positive and negative contact surfaces of the outer electrodes with the internal electrodes, preferably by targeted particle beams.

Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich insbesondere daraus, dass der kostenintensive Arbeitsschritt des Umfangsschleifens entfällt. Stattdessen kann eine kostengünstige Strahltechnik für das Freilegen der Kontaktflächen der Innenelektroden zum Aufbau der Außenkontaktierung angewandt werden. Darüber hinaus entfällt der Herstellungsschritt des Aufbringens des Isolierlacks.advantages The invention over the prior art arise in particular from the fact that the cost - intensive step of the Grinding does not apply. Instead, a cost effective Blasting technique for exposing the contact surfaces the internal electrodes applied to the structure of the external contact become. In addition, eliminates the manufacturing step the application of the insulating varnish.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das gezielte Freilegen der Kontaktflächen durch gezieltes Partikelstrahlen erfolgt. Mit einem gezielten Partikelstrahl ist es mit geringem Aufwand möglich, nur die Kontaktflächen zum Verbinden der Innenelektroden mit den Außenelektroden freizulegen, ohne dabei die gewünschte, elektrisch isolierende Sinterhaut an den übrigen Umfangsflächen zu beschädigen.A advantageous embodiment of the invention Procedure provides that the targeted exposure of the contact surfaces done by targeted particle beams. With a targeted particle beam it is possible with little effort, only the contact surfaces for connecting the internal electrodes to the external electrodes expose, without doing the desired, electrically insulating Damage sinter skin on the other circumferential surfaces.

Das Entfernen der Sinterhaut an den Stirnflächen des Piezoaktors kann, wie auch beim Stand der Technik erfolgreich angewandt, durch Schleifen erfolgen. Hierdurch können vorhandene Einrichtungen genutzt werden, was eine nur mit geringen Neuinvestitionen verbundene kostengünstige Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt.The Removal of the sinter skin at the end faces of the piezoactuator can, as successfully applied in the prior art, by Grinding done. As a result, existing facilities can be used become a low-cost, low-investment option Implementation of the method according to the invention allowed.

Vorzugsweise weisen die Innenelektroden bereits beim Einbringen in das Ausgangsmaterial vor dem Sintern ein auch als Spiel bezeichenbares Untermaß auf, wodurch eine elektrisch isolierende Schutzschicht mit einer größeren Dicke erzeugt werden kann.Preferably have the internal electrodes already during introduction into the starting material before sintering, a undersize, which can also be called a game, whereby an electrically insulating protective layer with a larger Thickness can be generated.

Ein zweiter Gegenstand der Erfindung betrifft einen Piezoaktor mit Piezoelementen aus einem gesinterten Ausgangsmaterial mit darin eingebrachten, mittels Außenelektroden über Kontaktflächen kontaktierter Innenelektroden und einer zumindest den Piezoaktor umhüllenden, elektrisch isolierenden Schutzschicht, wobei zumindest ein Teil der Schutzschicht vorzugsweise an zumindest einer Umfangsfläche des Piezoaktors aus einer beim Sintern des Ausgangsmaterials entstandenen Sinterhaut besteht, wobei die Sinterhaut im Bereich der Kontaktflächen zwischen Außen- und Innenelektroden gezielt entfernt ist und zumindest an den verbleibenden Umfangsflächen, welche frei von Kontaktflächen sind, die Sinterhaut als elektrisch isolierende Schutzschicht belassen ist.One second subject of the invention relates to a piezoelectric actuator with piezo elements from a sintered starting material with incorporated therein by means of Outer electrodes contacted via contact surfaces Internal electrodes and an at least the piezoelectric actuator enveloping, electrically insulating protective layer, wherein at least a part the protective layer preferably on at least one peripheral surface of the Piezoaktors from a resulting during sintering of the starting material Sintered skin exists, with the sinter skin in the area of contact surfaces between External and internal electrodes are specifically removed and at least on the remaining peripheral surfaces which are free of contact surfaces are, leave the sinter skin as an electrically insulating protective layer is.

Ein dritter Gegenstand der Erfindung betrifft ein Piezoaktormodul umfassend einen Aktorfuß und einen Aktorkopf und mindestens einen dazwischen eingefassten Piezoaktor aus mindestens einem aus einem gesinterten Ausgangsmaterial mit darin eingebrachten, mittels Außenelektroden über Kontaktflächen kontaktierter Innenelektroden bestehenden Piezoelementen, sowie einer zumindest den Piezoaktor umhüllenden, elektrisch isolierenden Schutzschicht, wobei zumindest ein Teil der Schutzschicht vorzugsweise an zumindest einer Umfangsfläche des Piezoaktors aus einer beim Sintern des Ausgangsmaterials entstandenen Sinterhaut besteht, wobei die Sinterhaut im Bereich der Kontaktflächen zwischen Außen- und Innenelektroden gezielt entfernt ist und zumindest an den verbleibenden Umfangsflächen, welche frei von Kontaktflächen sind, die Sinterhaut als elektrisch isolierende Schutzschicht belassen ist.One third subject of the invention relates to a piezoelectric actuator comprising an actuator base and an actuator head and at least one enclosed piezoelectric actuator of at least one of a sintered starting material with introduced therein, by means of external electrodes Contact surfaces of contacted internal electrodes existing Piezo elements, and at least one of the piezoelectric actuator enveloping, electrically insulating protective layer, wherein at least a part the protective layer preferably on at least one peripheral surface of the piezoelectric actuator resulting from a sintering of the starting material Sintered skin exists, with the sinter skin in the area of the contact surfaces is selectively removed between outer and inner electrodes and at least on the remaining peripheral surfaces, which are free of contact surfaces, the sintered skin as electrical insulating protective layer is left.

Sowohl der Piezoaktor, als auch das Piezoaktormodul erlauben die Vorteile des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens zu nutzen.Either the piezoelectric actuator, as well as the piezoelectric actuator allow the advantages of the method according to the invention described above to use.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:One Embodiment of the invention is closer in the following described. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Piezoinjektors in einem Längsschnitt, 1 a schematic representation of a piezoelectric injector in a longitudinal section,

2 eine schematische Darstellung eines Laminiermagazins zur Herstellung eines Piezoaktors, 2 a schematic representation of a laminating magazine for producing a piezoelectric actuator,

3 eine schematische Darstellung eines Details A eines mittels des Laminiermagazins in der 2 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Piezoaktors, 3 a schematic representation of a detail A of a laminating magazine in the 2 Piezoactuator produced by the method according to the invention,

4 eine vergrößerte Darstellung des Details A aus 3, sowie 4 an enlarged view of the detail A from 3 , such as

5 eine schematische Darstellung eines weiteren, stark vergrößerten Details eines gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Piezoaktors. 5 a schematic representation of another, greatly enlarged detail of a piezoelectric actuator produced according to a method of the invention.

Ein in 1 dargestellter Piezoinjektor 1 umfasst im wesentlichen einen Haltekörper 2 und ein 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 übereinander gestapelte Piezoelemente 6 zur Bildung des eigentlichen Piezoaktors 20 vorhanden, die jeweils aus Piezolagen aus Piezokeramik und diese einschließende Innenelektroden 7 und 8 bestehen.An in 1 illustrated piezo injector 1 essentially comprises a holding body 2 and a in the holding body 2 arranged piezoelectric actuator module 3 , which includes an actuator head 4 and an actuator foot 5 having. There are between the actuator head 4 and the actuator foot 5 several stacked piezo elements 6 to form the actual piezoelectric actuator 20 each consisting of piezolayers of piezoceramics and these enclosing internal electrodes 7 and 8th consist.

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 einem mit dem Piezoinjektor 1 zu dosierenden Medium, typischerweise einem Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor umströmt.The internal electrodes 7 and 8th the piezo elements 6 are with external electrodes 10 and 11 and then over a plug part 9 electrically contacted. The piezo actuator module 3 is via a coupler 12 with a nozzle needle 13 connected. By applying a voltage to the piezo elements 6 over the internal electrodes 7 and 8th and the resulting mechanical reaction, as explained in the introduction, a nozzle opening 14 Approved. The piezo actuator module 3 is in the illustrated application after the 1 as a piezo injector 1 in a room 15 one with the piezo injector 1 medium to be metered, typically flows around a fuel for an internal combustion engine.

Der Piezoaktor 20, bzw. die Piezoelemente 6 eines solchen Piezoaktors 20 sind durch eine elektrisch isolierende Schutzschicht 24 vor dem Kraftstoff im Raum 15, bzw. vor schädlichen Bestandteilen des Kraftstoffs, wie etwa Wasser, RME oder sonstigen elektrisch leitenden Substanzen, geschützt.The piezo actuator 20 , or the piezo elements 6 such a piezoelectric actuator 20 are protected by an electrically insulating protective layer 24 in front of the fuel in the room 15 , or from harmful components of the fuel, such as water, RME or other electrically conductive substances protected.

Die Piezoelemente 6 werden mittels einem in 2 dargestellten Laminiermagazin 30 durch Sintern eines Ausgangsmaterials 40 mit darin eingebrachten Innenelektroden 7, 8 hergestellt. Beim Sintern entsteht an den Grenzflächen 50 zwischen dem Ausgangsmaterial 40 und dem Laminiermagazin 30 eine in den 3, 4 und 5 erkennbare Sinterhaut 60, welche elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist.The piezo elements 6 be by means of a in 2 illustrated lamination magazine 30 by sintering a starting material 40 with internal electrodes incorporated therein 7 . 8th produced. When sintering occurs at the interfaces 50 between the starting material 40 and the laminating magazine 30 one in the 3 . 4 and 5 recognizable sinter skin 60 , which has electrically insulating properties.

Beispielsweise um Anbauteile, wie etwa der Aktorkopf 4 oder der Aktorfuß 5 an dem Piezoaktor 20 (vgl. 1) anordnen zu können, wird die Sinterhaut an den Stirnflächen 75 durch Schleifen entfernt (5), wohingegen sie an den Umfangsflächen 70 zunächst vollständig belassen wird.For example, attachments, such as the actuator head 4 or the actuator foot 5 on the piezoelectric actuator 20 (see. 1 ) to arrange the sinter skin at the end faces 75 removed by grinding ( 5 ), whereas on the peripheral surfaces 70 initially completely left.

Zur elektrischen Kontaktierung der Außenelektroden 10, 11 mit den Innenelektroden 7, 8 wird die Sinterhaut 60 anschließend nur im Bereich von Kontaktflächen gezielt entfernt. Die Kontaktflächen zur positiven und zur negativen Kontaktierung der Innenelektroden 7, 8 mit den Außenelektroden 10, 11 liegen dabei auf gegenüberliegenden Umfangsflächen 70 des Piezoaktors 20. Durch das gezielte Entfernen der Sinterhaut 60 nur im Bereich der Kontaktflächen, wird die elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisende Sinterhaut 60 an den verbleibenden Teilen der Umfangsflächen 70, welche frei von Kontaktflächen sind, als elektrisch isolierende Schutzschicht 24 belassen.For electrical contacting of the external electrodes 10 . 11 with the internal electrodes 7 . 8th becomes the sinter skin 60 then selectively removed only in the area of contact surfaces. The contact surfaces for positive and negative contacting of the internal electrodes 7 . 8th with the outer electrodes 10 . 11 lie on opposite peripheral surfaces 70 of the piezo actuator 20 , By targeted removal of the sinter skin 60 only in the area of the contact surfaces, the sintering skin having electrically insulating properties 60 on the remaining parts of the peripheral surfaces 70 , which are free of contact surfaces, as an electrically insulating protective layer 24 leave.

Durch Herstellung eines Piezoaktors 20 nach dem oben beschriebenen Verfahren wird der Effekt genutzt, dass die in das zu sinternde Ausgangsmaterial 40 des Piezoaktors 20 bzw. der Piezoelemente 6 eingebrachten Innenelektroden 7, 8 beim Sintern eine Eigenschrumpfung erfahren, wodurch sich ein Versatz der Innenelektroden 7, 8 zur durch die Grenzfläche 50 gebildeten aktiven Außenfläche am Umfang der Piezoelemente 6 ergibt. Die Innenelektroden 7, 8 sind nach dem Sintern um etwa 10–15 μm gegenüber der durch die Sinterhaut 60 gebildeten, aktiven Außenfläche nach innen verschoben und bilden so eine natürliche Isolationsschicht.By manufacturing a piezoelectric actuator 20 The process described above uses the effect that the starting material to be sintered 40 of the piezo actuator 20 or the piezo elements 6 introduced internal electrodes 7 . 8th undergo a self-shrinkage during sintering, resulting in a displacement of the internal electrodes 7 . 8th to through the interface 50 formed active outer surface at the periphery of the piezo elements 6 results. The internal electrodes 7 . 8th are after sintering about 10-15 microns compared to the sintered skin 60 formed, active outer surface inwardly, thus forming a natural insulating layer.

Die beim Sintern einer Eigenschrumpfung unterliegenden Innenelektroden 7, 8 können, wie in 4 deutlich erkennbar, bereits beim Einbringen in das Ausgangsmaterial 40 vor dem Sintern ein auch als Spiel bezeichenbares Untermaß aufweisen, wodurch eine elektrisch isolierenden Schutzschicht 24 mit einer größeren Dicke erzeugt werden kann.The inner electrodes subjected to sintering during sintering 7 . 8th can, as in 4 clearly recognizable already during introduction into the starting material 40 prior to sintering have a undersigned as a game undersigned underside, whereby an electrically insulating protective layer 24 can be produced with a greater thickness.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 1174615 A2 [0006] - EP 1174615 A2 [0006]
  • - WO 01/48834 A2 [0009] WO 01/48834 A2 [0009]

Claims (6)

Verfahren zur Herstellung eines Piezoaktors (20) mit einer elektrisch isolierenden Schutzschicht (24), gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: – Herstellen der Piezoelemente (6) des Piezoaktors (20) durch Sintern eines Ausgangsmaterials (40) mit darin eingebrachten Innenelektroden (7, 8), – Entfernen einer beim Sintern des Ausgangsmaterials (40) entstandenen Sinterhaut (60) an den Stirnflächen (75) des Piezoaktors (20), – Freilegen von Kontaktflächen zur Verbindung der Innenelektroden (7, 8) mit Außenelektroden (10, 11) an mindestens einer Umfangsfläche (70) der Piezoelemente (6) durch gezieltes Entfernen der Sinterhaut (60) an den Kontaktflächen, wobei an den verbleibenden Umfangsflächen (70), welche frei von Kontaktflächen sind, die Sinterhaut (60) als elektrisch isolierende Schutzschicht (24) belassen wird, sowie – Fertigstellung des Piezoaktors (20) durch Anordnung von Außenelektroden (10, 11) unter gleichzeitigem Kontaktieren der Innenelektroden (7, 8) an den freigelegten Kontaktflächen.Method for producing a piezoelectric actuator ( 20 ) with an electrically insulating protective layer ( 24 ), characterized by the method steps: - producing the piezo elements ( 6 ) of the piezo actuator ( 20 ) by sintering a starting material ( 40 ) with internal electrodes ( 7 . 8th ), - removing one during sintering of the starting material ( 40 ) formed sinter skin ( 60 ) at the end faces ( 75 ) of the piezo actuator ( 20 ), - exposure of contact surfaces for connection of internal electrodes ( 7 . 8th ) with external electrodes ( 10 . 11 ) on at least one peripheral surface ( 70 ) of the piezo elements ( 6 ) by targeted removal of the sinter skin ( 60 ) at the contact surfaces, wherein on the remaining peripheral surfaces ( 70 ), which are free of contact surfaces, the sinter skin ( 60 ) as an electrically insulating protective layer ( 24 ), and - completion of the piezoelectric actuator ( 20 ) by arranging external electrodes ( 10 . 11 ) while simultaneously contacting the internal electrodes ( 7 . 8th ) on the exposed contact surfaces. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gezielte Freilegen der Kontaktflächen an der mindestens einen Umfangsfläche (70) durch gezieltes Partikelstrahlen erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the targeted exposure of the contact surfaces on the at least one peripheral surface ( 70 ) is carried out by targeted particle beams. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der Sinterhaut an den Stirnflächen (75) des Piezoaktors (20) durch Schleifen erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the removal of the sinter skin at the end faces ( 75 ) of the piezo actuator ( 20 ) by grinding. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektroden (7, 8) bereits beim Einbringen in das Ausgangsmaterial (40) vor dem Sintern ein Untermaß aufweisen, zur Erzeugung einer größeren Dicke der elektrisch isolierenden Schutzschicht (24).Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the internal electrodes ( 7 . 8th ) already during introduction into the starting material ( 40 ) have an undersize prior to sintering, to produce a larger thickness of the electrically insulating protective layer ( 24 ). Piezoaktor (20) umfassend Piezoelemente (6) aus einem gesinterten Ausgangsmaterial (40) mit darin eingebrachten, mittels Außenelektroden (10, 11) über Kontaktflächen kontaktierten Innenelektroden (7, 8) und einer zumindest die Piezoelemente (6) umhüllenden, elektrisch isolierenden Schutzschicht (24), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Schutzschicht (24) aus einer beim Sintern des Ausgangsmaterials (40) entstandenen Sinterhaut (60) besteht, wobei die Sinterhaut (60) im Bereich der Kontaktflächen zwischen Außen- (10, 11) und Innenelektroden (7, 8) gezielt entfernt und zumindest an den verbleibenden Umfangsflächen (70), welche frei von Kontaktflächen sind, als elektrisch isolierende Schutzschicht (24) belassen ist.Piezoelectric actuator ( 20 ) comprising piezo elements ( 6 ) from a sintered starting material ( 40 ) introduced therein by means of external electrodes ( 10 . 11 ) via contact surfaces contacted internal electrodes ( 7 . 8th ) and one at least the piezo elements ( 6 ) enveloping, electrically insulating protective layer ( 24 ), characterized in that at least a part of the protective layer ( 24 ) from one during sintering of the starting material ( 40 ) formed sinter skin ( 60 ), whereby the sinter skin ( 60 ) in the area of contact surfaces between external ( 10 . 11 ) and internal electrodes ( 7 . 8th ) and at least on the remaining peripheral surfaces ( 70 ), which are free of contact surfaces, as an electrically insulating protective layer ( 24 ) is left. Piezoaktormodul (3) umfassend einen Aktorfuß (5) und einen Aktorkopf (4) und mindestens einen dazwischen eingefassten Piezoaktor (20) aus mindestens einem aus einem gesinterten Ausgangsmaterial (40) mit darin eingebrachten, mittels Außenelektroden (10, 11) über Kontaktflächen kontaktierter Innenelektroden (7, 8) bestehenden Piezoelemente (6), sowie einer zumindest die Piezoelemente (6) umhüllenden, elektrisch isolierenden Schutzschicht (24), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Schutzschicht (24) aus einer beim Sintern des Ausgangsmaterials (40) entstandenen Sinterhaut (60) besteht, wobei die Sinterhaut (60) im Bereich der Kontaktflächen zwischen Außen- (10, 11) und Innenelektroden (7, 8) gezielt entfernt und zumindest an den verbleibenden Umfangsflächen (70), welche frei von Kontaktflächen sind, als elektrisch isolierende Schutzschicht (24) belassen ist.Piezo actuator module ( 3 ) comprising an actuator base ( 5 ) and an actuator head ( 4 ) and at least one interposed piezoelectric actuator ( 20 ) of at least one of a sintered starting material ( 40 ) introduced therein by means of external electrodes ( 10 . 11 ) via contact surfaces of contacted internal electrodes ( 7 . 8th ) existing piezo elements ( 6 ), as well as one at least the piezo elements ( 6 ) enveloping, electrically insulating protective layer ( 24 ), characterized in that at least a part of the protective layer ( 24 ) from one during sintering of the starting material ( 40 ) formed sinter skin ( 60 ), whereby the sinter skin ( 60 ) in the area of contact surfaces between external ( 10 . 11 ) and internal electrodes ( 7 . 8th ) and at least on the remaining peripheral surfaces ( 70 ), which are free of contact surfaces, as an electrically insulating protective layer ( 24 ) is left.
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