DE102008007202A1 - Piezo actuator module for use with piezo injector, has piezo actuator that is enclosed with coating made of resin material and metal cover, where oxidation gas is inserted or introduced in area - Google Patents

Piezo actuator module for use with piezo injector, has piezo actuator that is enclosed with coating made of resin material and metal cover, where oxidation gas is inserted or introduced in area Download PDF

Info

Publication number
DE102008007202A1
DE102008007202A1 DE102008007202A DE102008007202A DE102008007202A1 DE 102008007202 A1 DE102008007202 A1 DE 102008007202A1 DE 102008007202 A DE102008007202 A DE 102008007202A DE 102008007202 A DE102008007202 A DE 102008007202A DE 102008007202 A1 DE102008007202 A1 DE 102008007202A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
piezoelectric actuator
gas
actuator
piezo
metal sleeve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102008007202A
Other languages
German (de)
Inventor
Katsumi Takatsu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102008007202A priority Critical patent/DE102008007202A1/en
Publication of DE102008007202A1 publication Critical patent/DE102008007202A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0057—Means for avoiding fuel contact with valve actuator, e.g. isolating actuators by using bellows or diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H10N30/883—Further insulation means against electrical, physical or chemical damage, e.g. protective coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/707—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for avoiding fuel contact with actuators, e.g. isolating actuators by using bellows or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

Abstract

The piezo actuator module (30) has a piezo actuator (33) that is enclosed with a coating (34) made of a resin material (36) and a metal cover (35). An oxidation gas is inserted or introduced in an area (37) between the metal cover and the piezo actuator, and is produced during an operation of the piezo actuator module made of the resin material for the coating. The piezo actuator converts the reduction gas. Independent claims are included for the following: (1) a piezo injector, which has an actuator head and actuator foot; and (2) a method for protecting the piezo actuator module.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Piezoaktormodul mit einem mit einer Beschichtung aus einem Harzmaterial versehenen und von einer Metallhülse gekapselten Piezoaktor nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Anspruchs 1, einen Piezoinjektor nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Anspruchs 8 sowie ein Verfahren zum Schutz eines Piezoaktormoduls nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Anspruchs 9.The The invention relates to a piezoelectric actuator with a coating made of a resin material and a metal sleeve encapsulated piezoelectric actuator according to the generic Features of claim 1, a piezoelectric injector according to the generic Features of claim 8 and a method for protecting a piezoelectric actuator according to the generic features of the claim 9th

Es ist an sich bekannt, dass zum Aufbau eines zuvor erwähnten Piezoaktors oder Piezoaktormoduls Piezoelemente so eingesetzt werden, dass unter Ausnutzung des sogenannten Piezoeffekts eine Steuerung des Nadelhubs eines Ventils oder dergleichen vorgenommen werden kann. Die Piezoelemente sind aus Piezolagen aus einem Material mit einer geeigneten Kristallstruktur so aufgebaut, dass bei Anlage einer äußeren elektrischen Spannung an Innenelektroden, die die Piezolagen jeweils einschließen, eine mechanische Reaktion der Piezoelemente erfolgt. Die Innenelektroden sind über beispielsweise entlang dem Piezoaktor verlaufende Außenelektroden elektrisch kontaktiert. Als Material für die Piezolagen kommt häufig ein als PZT bekanntes Blei-Zirkonat-Titanat zum Einsatz.It is known per se that to build a previously mentioned Piezoelectric actuator or piezoelectric actuator piezoelectric elements are used so that taking advantage of the so-called piezo effect, a control the Nadelhubs a valve or the like can be made can. The piezo elements are made of piezo layers of a material with a suitable crystal structure so constructed that when an outer electrical voltage to internal electrodes, which are the piezoelectric layers respectively Include, a mechanical reaction of the piezo elements he follows. The internal electrodes are over, for example, along electrically contacting the piezoelectric actuator extending external electrodes. As material for the piezo layers is often Lead zirconate titanate known as PZT is used.

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 einem oder mehreren Piezoelementen. Das Piezoaktormodul ist mit einer Düsennadel verbunden, sodass 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 footboard and a arranged between the head and foot part piezoelectric actuator one or more piezo elements. The piezo actuator module is with connected to a nozzle needle, so by applying or removal a voltage to the piezoelectric elements a nozzle opening is released or closed.

Der Piezoaktor wird dabei im Haltekörper des Piezoinjektors direkt im Kraftstoff betrieben. Bei der so genanten direkten Düsennadelsteuerung erfolgt dies sogar unter Hochdruck. Ein Piezoinjektor mit direkter Düsennadelsteuerung ist beispielsweise aus der EP 117 46 15 A2 bekannt.The piezoelectric actuator is operated in the holding body of the piezoelectric injector directly in the fuel. In the so-called direct nozzle needle control, this is done even under high pressure. A piezo injector with direct nozzle needle control is for example from the EP 117 46 15 A2 known.

Zur Isolierung bzw. zum Schutz des Piezoaktors bzw. der Piezoelemente des Piezoaktormoduls 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 zumindest teilweise mit einer Schutzummantelung bzw. einer Beschichtung zu versehen. Diese Schutzummantelung bzw. Beschichtung ist mehrschichtig, wobei jede Schicht eine oder mehrere besondere Aufgaben, wie etwa mechanischem Schutz gegenüber dem Druck des umgebenden Kraftstoffs, chemischem Schutz gegenüber dem Eindringen von Substanzen sowie elektrischer Isolation erfüllt.to Insulation or protection of the piezoelectric actuator or the piezoelectric elements of the piezoelectric actuator module against moisture, for example, before water contained in the fuel, Rapeseed methyl esters (RME) or other electrically conductive substances, it is known, the piezoelectric actuator in a piezo injector at least partially with a protective coating or a coating too Mistake. This protective coating or coating is multi-layered, each layer having one or more particular tasks, such as mechanical protection against the pressure of the surrounding Fuel, chemical protection against penetration of substances as well as electrical insulation.

Durch die JP 2003-180090 A ist ein Piezoaktormodul mit einem Piezoaktor bekannt, der von einer Beschichtung aus einem Gießharz, etwa einem Lack, umhüllt wird und zusätzlich durch eine mit einem Inertgas befüllte Metallhülse gekapselt ist.By the JP 2003-180090 A a piezoelectric actuator with a piezoelectric actuator is known, which is enveloped by a coating of a casting resin, such as a paint, and is additionally encapsulated by a metal sleeve filled with an inert gas.

Da das Piezoaktormodul im Kraftstoff nahe dem Verbrennungsmotor bzw. nahe den Brennräumen des Verbrennungsmotors betrieben wird, muss die elektrische Isolierwirkung des Piezoaktormoduls unter hohen mechanischen Wechselbelastungen von etwa 60 bis 300 Hz, hohen Temperaturen von unter Vollast bis zu 150°C und starken elektromagnetischen Feldern von etwa 1 bis 3 kV/mm über einen langen Zeitraum hinweg aufrecht erhalten bleiben.There the piezoelectric actuator module in the fuel near the internal combustion engine or is operated near the combustion chambers of the internal combustion engine, the electrical insulation of the piezoelectric actuator must be high mechanical alternating loads of about 60 to 300 Hz, high temperatures from under full load up to 150 ° C and strong electromagnetic Fields of about 1 to 3 kV / mm over a long period of time be maintained.

Hierzu wird durch Sintern des Piezoaktors bzw. der Piezolagen eine Isolation bzw. Isolierung hergestellt.For this is by sintering the piezoelectric actuator or the piezoelectric layers an insulation or insulation produced.

Ein Piezoelement wird beispielsweise mittels eines Laminiermagazins durch Sintern eines Ausgangsmaterials mit darin eingebrachten Innenelektroden hergestellt. Beim Sintern entsteht an den Grenzflächen zwischen Ausgangsmaterial und Laminiermagazin eine Sinterhaut, welche elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist.One Piezo element is for example by means of a laminating magazine by sintering a starting material with internal electrodes introduced therein produced. When sintering occurs at the interfaces between starting material and laminating a sinter skin, which having electrically insulating properties.

Die in das zu sinternde Ausgangsmaterial des Piezoaktors bzw. eines Piezoelements eingebrachten Innenelektroden erfahren beim Sintern eine Eigenschrumpfung, 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.The in the sintered to the starting material of the piezoelectric actuator or a Piezo elements introduced internal electrodes undergo sintering a natural shrinkage, resulting in a displacement of the internal electrodes to the active outer surface on the circumference of the piezoelectric element results. The internal electrodes are after sintering about 10-15 microns towards the active outer surface formed by the sintered skin moved inside, forming a natural insulation layer.

Die beim Sintern einer Eigenschrumpfung unterliegenden Innenelektroden können bereits beim Einbringen in das Ausgangsmaterial vor dem Sintern ein auch als Spiel bezeichenbares Untermaß aufweisen, wodurch eine elektrisch isolierende Schutzschicht mit einer größeren Dicke erzeugt werden kann.The internal electrodes which are subjected to sintering during self-sintering can already be introduced into the starting material prior to sintering have a undersigned also as a game undersize, whereby an electrically insulating protective layer can be produced with a greater thickness.

Aus der JP 2005-235861 A und der JP 2005-235862 A ist bekannt, resultierende Mikroporen in der Kristallstruktur bzw. dem Körper der Piezoelemente bzw. des Piezoaktors durch Sintern unter hohem Sauerstoffpartialdruck und Erzeugung vieler Glasphasen an den Korngrenzen wirkungsvoll zu verringern. Der so gesinterte Körper kann die hohe Isolationswirkung lange aufrechterhalten. Außerdem wird durch das Sintern unter hohem Sauerstoffpartialdruck schneller ein höherer Sintergrad erreicht als beim Sintern an der Luft. Darüber hinaus werden im Vergleich zum Sintern an der Luft durch das Sintern unter hohem Sauerstoffpartialdruck dieselben elektrischen Eigenschaften innerhalb von kürzeren Sinterzeiten und unter niedrigeren Temperaturen erreicht.From the JP 2005-235861 A and the JP 2005-235862 A It is known to effectively reduce resulting micropores in the crystal structure or the body of the piezoelectric elements or the piezoelectric actuator by sintering under high oxygen partial pressure and generating many glass phases at the grain boundaries. The so sintered body can sustain the high insulation effect for a long time. In addition, sintering at high oxygen partial pressure achieves a higher sintering rate faster than sintering in air. In addition, sintering under high partial pressure of oxygen achieves the same electrical properties within shorter sintering times and at lower temperatures compared to sintering in air.

Durch die JP 2006-237246 A ist eine Anordnung von Innenelektroden eines Piezoaktors durch abwechselndes Anordnen von Innenelektroden und Piezolagen bekannt. Bei einem derartigen Piezoaktor treten nach dem Polen Risse im Bereich der Isolierung auf, welche die Isolierspannung bzw. Durchschlagspannung der Isolierung des Piezoaktors herabsetzen. Die Durchschlagfestigkeit des Piezoaktors wird dadurch auf 1 bis 2 kV/mm herabgesetzt, im Vergleich zu 200 kV/mm bei unbeschädigter Isolierung. Zum Langzeiteinsatz des Piezoaktors unter hoher Spannung von beispielsweise 200 V ist deshalb eine Schichtdicke bzw. eine wirksame Länge der Isolierung von über 200 μm erforderlich.By the JP 2006-237246 A an arrangement of internal electrodes of a piezoelectric actuator by alternately arranging internal electrodes and piezoelectric layers is known. In such a piezoelectric actuator cracks occur in the region of the insulation after the poles, which reduce the insulation voltage or breakdown voltage of the insulation of the piezoelectric actuator. The dielectric strength of the piezoelectric actuator is thereby reduced to 1 to 2 kV / mm, compared to 200 kV / mm with undamaged insulation. For long-term use of the piezoelectric actuator under high voltage of, for example, 200 V, therefore, a layer thickness or an effective length of the insulation of over 200 μm is required.

Wird zum Schutz vor Feuchtigkeit, etwa vor im Kraftstoff enthaltenem Wasser, Raps-Methyl-Ester (RME) oder sonstigen elektrisch leitenden Substanzen, ein Piezoaktor mit Piezolagen aus PZT, welche durch Sintern mit einer Isolierung versehen sind, mit einer Beschichtung aus einem Gießharz, etwa einem Lack, umhüllt und zusätzlich durch eine mit einem Inertgas befüllte Metallhülse gekapselt, und wird dieser gekapselte Piezoaktor einer Temperatur von 150°C ausgesetzt, zerfällt das Gießharz bzw. der Lack pyrolytisch und es entstehen reduzierende bzw. Reduktions-Reaktionen begünstigende Gasarten, im folgenden Reduktions-Gas genannt. Kommen diese mit dem PZT in Kontakt, geschieht unterhalb einer Temperatur von 250°C zunächst nichts. Oberhalb von 250°C tritt eine Reduktions-Reaktion ein, welche die Keramik reduziert. Diese Reduktions-Reaktion beginnt selektiv an der Korngrenze, da die Glasphase an der Korngrenze im Vergleich zu PZT chemisch instabil ist.Becomes to protect against moisture, such as contained in the fuel Water, rapeseed methyl ester (RME) or other electrically conductive Substances, a piezoelectric actuator with piezoelectric layers of PZT, which by Sintering are provided with an insulation, with a coating from a casting resin, such as a varnish, wrapped and additionally by a filled with an inert gas Metal sleeve encapsulated, and becomes this encapsulated piezoelectric actuator exposed to a temperature of 150 ° C, decomposes the casting resin or the paint pyrolytic and arise reducing or reducing reactions favoring gas types, in the following called reduction gas. Come these with the PZT in Contact, occurs below a temperature of 250 ° C. nothing at first. Above 250 ° C enters a Reduction reaction, which reduces the ceramic. This reduction reaction starts selectively at the grain boundary, since the glass phase at the grain boundary is chemically unstable compared to PZT.

Da ein durch die JP 2005-235861 A und durch die JP 2005-235862 A bekannter, eine hohe Isolationswirkung lange aufrechterhaltender Piezoaktor, einen höheren Anteil von Glasphasen an den Korngrenzen aufweist, als ein unter Luft hergestellter, eine geringere Isolationswirkung aufweisender Piezoaktor, sind die Auswirkungen der oben beschriebenen Reduktions-Reaktion hierbei wesentlich stärker und führen letztenendes zu einem Versagen des Piezoaktors. Durch die Reduktions-Reaktion an den Korngrenzen entsteht eine nachweisbare Blei-Metallphase an der Rissoberfläche im Keramikmaterial des Körpers der Piezoelemente bzw. des Piezoaktors. Da die Maximaltemperatur des Piezoaktors etwa 150°C nicht überschreitet, lässt dies den Schluss zu, dass an den Rissoberflächen durch das Aufeinanderprallen bzw. Zusammenstoßen und das Auseinanderziehen bzw. Trennen der Rissoberflächen Temperaturen von über 250°C entstehen, wodurch die Reduktions-Reaktion einsetzt.As a by the JP 2005-235861 A and through the JP 2005-235862 A known, a high isolation effect long-lasting piezoelectric actuator having a higher proportion of glass phases at the grain boundaries, as a produced under air, a lower insulating effect having piezoelectric actuator, the effects of the above-described reduction reaction are much stronger and ultimately lead to a failure of the piezoelectric actuator. The reduction reaction at the grain boundaries produces a detectable lead metal phase at the crack surface in the ceramic material of the body of the piezo elements or the piezoactuator. Since the maximum temperature of the piezoactuator does not exceed about 150 ° C, it can be concluded that the crack surfaces by the collision or collision and the separation or separation of the crack surfaces temperatures of about 250 ° C, causing the reduction reaction begins ,

Dies ist insbesondere deshalb nachteilig, da die Sintertechnik mit hohem Sauerstoffanteil einige Vorteile aufweist, wie etwa geringer Porosität des gesinterten Körpers, niedrigerer erforderlicher Sintertemperatur sowie kürzerer Sinterdauer.This is particularly disadvantageous because the sintering technique with high Oxygen component has some advantages, such as low porosity sintered body, lower required sintering temperature and shorter sintering time.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einem Piezoaktormodul mit einem mit einer Beschichtung aus einem Harzmaterial versehenen und von einer Metallhülse gekapselten Piezoaktor, wobei die Beschichtung den Raum zwischen Metallhülse und Piezoaktor zumindest teilweise ausfüllt. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Oxidations-Gas bzw. mindestens eine oxidierende bzw. Oxidations-Reaktionen begünstigende Gasart in dem Raum zwischen Metallhülse und Piezoaktor einbringbar oder eingebracht, um ein während des Betriebs des Piezoaktormoduls aus dem Harzmaterial der Beschichtung entstehendes, den Piezoaktor zerstörendes, insbesondere einen unter hohem Sauerstoffgehalt bzw. -partialdruck gesinterten Piezoaktor zerstörendes, Reduktions-Gas im Piezoaktormodul zu eliminieren und/oder in inaktive Substanzen umzuwandeln.The Invention is based on a piezoelectric actuator with a with a Coating made of a resin material and a metal sleeve encapsulated piezoelectric actuator, the coating separating the space between Metal sleeve and piezoelectric actuator at least partially fills. According to the invention, at least one oxidation gas or at least one oxidizing or oxidizing reactions favoring Gas type in the space between metal sleeve and piezoelectric actuator incapable or introduced to one during operation the Piezoaktormoduls arising from the resin material of the coating, destroying the piezoactuator, in particular a high one Oxygen content or partial pressure sintered piezoelectric actuator destructive, Eliminate reduction gas in the piezo actuator module and / or inactive To convert substances.

Bei Vorhandensein bereits geringer Mengen von Oxidations-Gas innerhalb des Piezoaktormoduls reagiert das aus dem Harzmaterial entstehende Reduktions-Gas mit dem Oxidationsgas und es entsteht eine chemisch stabile Substanz. Diese Reaktion des Reduktionsgases mit dem Oxidationsgas erfolgt bereits bei Temperaturen unterhalb derjenigen Temperatur, bei der es zu einer Schädigung des Piezoaktors an den Glasphasen der Korngrenzen kommt. Dadurch wird die Reduktion der Glasphase an keramischen Korngrenzen in Rissen bzw. an Riss- oder Bruchstellen unterbunden bzw. verhindert.at Presence of already small amounts of oxidation gas inside the piezoelectric actuator module reacts from the resulting resin material Reduction gas with the oxidizing gas and it creates a chemical stable substance. This reaction of the reducing gas with the oxidizing gas already takes place at temperatures below that temperature, in which there is damage to the piezoelectric actuator on the glass phases the grain boundaries comes. This will reduce the glass phase at ceramic grain boundaries in cracks or at cracks or fractures prevented or prevented.

Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert die Lebensdauer eines Piezoaktormoduls insbesondere mit einem unter hoher Sauerstoff-Konzentration gesinterten Piezoaktor mit einem hohen Anteil von Glasphasen an den Korngrenzen und stellt so einen Langzeitbetrieb ohne elektrische Entladungen an der Oberfläche des Piezoaktormoduls sicher.The inventive method improves the life of a piezoelectric actuator, in particular with a high oxygen concentration ration sintered piezoelectric actuator with a high proportion of glass phases at the grain boundaries and thus ensures long-term operation without electrical discharges on the surface of the piezoelectric actuator module.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Piezoaktormoduls sieht vor, dass das Oxidations-Gas in einem in dem Piezoaktormodul angeordneten, mit dem zwischen Metallhülse und Piezoaktor eingeschlossenen Raum kommunizierenden Behälter, Speicher oder Reservoir enthalten bzw. gekapselt ist. Dieser Behälter, Speicher oder Reservoir kann beispielsweise ein Teil des von der Metallhülse umschlossenen und teilweise von einem Gießharz oder einem Lack oder einer andersartigen Beschichtung eingenommenen Raumes zwischen Metallhülse und Piezoaktor sein, oder eine im Aktorkopf oder Aktorfuß speziell hierfür vorgesehene, mit dem zwischen Metallhülse und Piezoaktor eingeschlossenen Raum kommunizierende Ausnehmung sein.A advantageous embodiment of the invention Piezoaktormoduls provides that the oxidation gas in an in arranged the piezoelectric actuator, with the between metal sleeve and piezoelectric actuator enclosed space communicating container, Memory or reservoir is contained or encapsulated. This container, Memory or reservoir, for example, part of the of the Metal sleeve enclosed and partly by a casting resin or a lacquer or other type of coating Be space between metal sleeve and piezoelectric actuator, or one in the actuator head or actuator foot specially provided for this, with the enclosed between metal sleeve and piezoelectric actuator Room communicating recess.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Piezoaktors ist zwischen Metallhülse und Piezoaktor ein Füllmaterial angeordnet, welches während des Betriebes des Piezoaktormoduls das Oxidations-Gas langsam, beispielsweise kontinuierlich über eine Lebensdauer hinweg oder oberhalb einer bestimmten Betriebstemperatur freisetzt.According to one another embodiment of the piezoelectric actuator according to the invention is a filling material between metal sleeve and piezoelectric actuator arranged, which during operation of the piezoelectric actuator module the oxidation gas slowly, for example continuously over a lifetime or above a certain operating temperature releases.

Vorzugsweise ist dabei das Oxidations-Gas in dem Füllmaterial des Piezoaktormoduls, beispielsweise in einem Füllmaterial zwischen Metallhülse und Piezoaktor verteilt.Preferably is the oxidation gas in the filling material of the piezoelectric actuator module, for example, in a filler between metal sleeve and Distributed piezoelectric actuator.

Ebenso kann das Harzmaterial ein Material bzw. einen Werkstoff mit einer großen spezifischen Oberfläche enthalten, welches das Oxidations-Gas aufnimmt.As well For example, the resin material may be a material having a contain large specific surface which absorbs the oxidation gas.

Dabei ist denkbar, dass das Oxidations-Gas aufnehmende Material einen porösen Körper, wie etwa ein Molekularsieb oder ein Silika-Gel umfasst, in dem das Oxidations-Gas absorbierbar oder absorbiert ist.there is conceivable that the oxidation gas absorbing material a porous body, such as a molecular sieve or includes a silica gel in which the oxidizing gas is absorbable or is absorbed.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Piezoaktor des Piezoaktormoduls um einen unter hohem Sauerstoffgehalt bzw. -partialdruck gesinterten Piezoaktor.Preferably is the piezoelectric actuator of the piezoelectric actuator module a sintered under high oxygen content or partial pressure piezoelectric actuator.

Ein zweiter Gegenstand der Erfindung betrifft einen Piezoinjektor mit einem einen Aktorkopf und einem Aktorfuß sowie einem zwischen Aktorkopf und Aktorfuß angeordneten Piezoaktor umfassenden Piezoaktormodul. Bei dem Piezoaktormodul handelt es sich um ein oben beschriebenes, erfindungsgemäßes Piezoaktormodul.One second subject of the invention relates to a piezoelectric injector one an actuator head and an actuator foot and one between Actuator head and actuator base arranged piezoelectric actuator comprehensive Piezoelectric actuator. The piezo actuator module is a above described, inventive piezoelectric actuator.

Ein dritter Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines Piezoaktormoduls mit einem mit einer Beschichtung aus einem Harzmaterial versehenen und von einer Metallhülse gekapselten Piezoaktor, dessen Beschichtung den Raum zwischen Metallhülse und Piezoaktor zumindest teilweise ausfüllt, vor einer Zerstörung durch ein während des Betriebs in dem Piezoaktormodul aus dem Harzmaterial der Beschichtung entstehendes und zumindest eine elektrisch isolierende Sinterschicht des Piezoaktors, insbesondere eine durch Sintern unter hohem Sauerstoffgehalt bzw. -partialdruck hergestellte Isolation zerstörendes Reduktions-Gas. Das Verfahren umfasst erfindungsgemäß die Verfahrensschritte:

  • – Einbringen bzw. Bereitstellen mindestens eines Oxidationsgases bzw. mindestens einer oxidierenden bzw. einer Oxidations-Reaktionen begünstigenden Gasart in dem Raum zwischen Metallhülse und Piezoaktor, sowie
  • – Elimination des Reduktions-Gases und/oder Umwandlung des Reduktions-Gases in inaktive Substanzen mittels des Oxidations-Gases.
A third object of the invention relates to a method for protecting a piezoelectric actuator with a provided with a coating of a resin material and encapsulated by a metal sleeve piezoelectric actuator, the coating at least partially fills the space between metal sleeve and piezoelectric actuator, from destruction during operation in the Piezoaktormodul from the resin material of the coating resulting and at least one electrically insulating sintered layer of the piezoelectric actuator, in particular an insulating produced by sintering under high oxygen content or partial pressure isolation reducing gas. The method according to the invention comprises the method steps:
  • - Introducing or providing at least one oxidizing gas or at least one oxidizing or oxidizing reactions favoring gas in the space between metal sleeve and piezoelectric actuator, and
  • Elimination of the reduction gas and / or conversion of the reduction gas into inactive substances by means of the oxidation gas.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

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 nach dem Stand der Technik in einem Längsschnitt. 1 a schematic representation of a piezoelectric injector according to the prior art in a longitudinal section.

2 eine schematische Darstellung eines Piezoaktors nach dem Stand der Technik in perspektivischer Ansicht. 2 a schematic representation of a piezoelectric actuator according to the prior art in a perspective view.

3 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Piezoaktors nach dem Stand der Technik mit einem Riss im Bereich der keramischen Isolierung in einem Längsschnitt. 3 a schematic representation of a section of a piezoelectric actuator according to the prior art with a crack in the field of ceramic insulation in a longitudinal section.

4 eine schematische Darstellung eines Piezoaktormoduls mit in einer Metallhülse gekapseltem Piezoaktor nach dem Stand der Technik in einem Längsschnitt. 4 a schematic representation of a piezoelectric actuator with encapsulated in a metal sleeve piezoelectric actuator according to the prior art in a longitudinal section.

5 eine schematische Darstellung eines Piezoaktormoduls mit einer konformen Harz- bzw. Lackbeschichtung nach dem Stand der Technik in einem Querschnitt. 5 a schematic representation of a piezoelectric actuator with a conformal resin or paint coating according to the prior art in a cross section.

6 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts der Oberfläche eines unter hoher Sauerstoffkonzentration gesinterten Piezoaktors nach dem Stand der Technik. 6 a schematic representation of a section of the surface of a high oxygen concentration sintered piezoelectric actuator according to the prior art.

7 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Piezoaktormoduls in einem Längsschnitt. 7 a schematic representation of a piezoelectric actuator according to the invention in a longitudinal section.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of invention

Ein in 1 dargestellter Piezoinjektor 01 umfasst im Wesentlichen einen Haltekörper 02 und einen in dem Haltekörper 02 angeordnetes Piezoaktormodul 03, das unter anderem einen Aktorkopf 04 und einen Aktorfuß 05 aufweist. Es sind dabei zwischen dem Aktorkopf 04 und dem Aktorfuß 05 wie in 2 dargestellt mehrere übereinander gestapelte Piezoelemente 06 zur Bildung des eigentlichen Piezoaktors 16 vorhanden, die jeweils aus Piezolagen aus Piezokeramik und diese einschließende Innenelektroden 07 und 08 bestehen.An in 1 illustrated piezo injector 01 essentially comprises a holding body 02 and one in the holding body 02 arranged piezoelectric actuator module 03 , which includes an actuator head 04 and an actuator foot 05 having. There are between the actuator head 04 and the actuator foot 05 as in 2 shown several stacked piezo elements 06 to form the actual piezoelectric actuator 16 each consisting of piezolayers of piezoceramics and these enclosing internal electrodes 07 and 08 consist.

Die Innenelektroden 07 und 08 der Piezoelemente 06 sind mit Außenelektroden 10 und 11 und dann über ein Steckerteil 09 elektrisch kontaktiert. In 2 ist hierbei nur die die Innenelektroden 07 kontaktierende Außenelektrode 10 erkennbar, die die Innenelektroden 08 kontaktierende Außenelektrode 11 befindet sich auf der dem Betrachter abgewandten Seite des Piezoaktors 16 in 2. Das Piezoaktormodul 03 ist über einen Koppler 12 mit einer Düsennadel 13 verbunden. Durch Anlegen einer Spannung an die Piezoelemente 06 über die Innenelektroden 07 und 08 und die daraus folgende mechanische Reaktion wird, wie in der Beschreibungseinleitung erläutert, eine Düsenöffnung 14 freigegeben. Das Piezoaktormodul 03 wird bei der dargestellten Anwendung nach 1 als Piezoinjektor 01 in einem Raum 15 von einem mit dem Piezoinjektor 1 zu dosierenden Medium, typischerweise einem Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor umströmt.The internal electrodes 07 and 08 the piezo elements 06 are with external electrodes 10 and 11 and then over a plug part 09 electrically contacted. In 2 Here is only the internal electrodes 07 contacting outer electrode 10 recognizable, the internal electrodes 08 contacting outer electrode 11 located on the side facing away from the viewer of the piezoelectric actuator 16 in 2 , The piezo actuator module 03 is via a coupler 12 with a nozzle needle 13 connected. By applying a voltage to the piezo elements 06 over the internal electrodes 07 and 08 and the resulting mechanical reaction, as explained in the introduction, a nozzle opening 14 Approved. The piezo actuator module 03 will be in the illustrated application 1 as a piezo injector 01 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 16, bzw. das mindestens eine Piezoelement 06 eines solchen Piezoaktors 16 ist durch eine Schutzummantelung 17 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 16 , or the at least one piezoelectric element 06 such a piezoelectric actuator 16 is by a protective coating 17 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.

Der Aufbau der Schutzummantelung 17 eines Piezoaktormoduls 03 nach dem Stand der Technik ist in 4 dargestellt. Die Schutzummantelung 17 umfasst eine Beschichtung 18 aus einem Gießharz 19, beispielsweise einen Lack 19, wie etwa einen Tauchlack, welche den Piezoaktor 16 des Piezoaktormoduls 03 umhüllt. Außerdem umfasst die Schutzummantelung 17 eine beispielsweise mit einem Inertgas befüllte, mit ihren beiden Enden mit dem Aktorkopf 04 und dem Aktorfuß 05 verbundene Metallhülse 20, welche den mit der Beschichtung 18 versehenen Piezoaktor 16 kapselt. Die Metallhülse 20 kapselt dabei einen zwischen Aktorkopf 04, Aktorfuß 05, Piezoaktor 16 und Metallhülse 20 eingeschlossenen Raum 21. Die die Innenelektroden 07, 08 kontaktierenden Außenelektroden 10, 11 sind durch den Aktorfuß 05 so hindurchgeführt, dass der Raum 21 zwischen Metallhülse 20 und Piezoaktor 16 gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.The structure of the protective jacket 17 a piezo actuator module 03 in the prior art is in 4 shown. The protective coating 17 includes a coating 18 from a cast resin 19 For example, a paint 19 , such as a dip paint, which the piezoelectric actuator 16 of the piezo actuator module 03 envelops. In addition, the protective cover includes 17 an example filled with an inert gas, with its two ends with the actuator head 04 and the actuator foot 05 connected metal sleeve 20 that with the coating 18 provided piezoelectric actuator 16 encapsulates. The metal sleeve 20 encapsulates one between actuator head 04 , Actuator foot 05 , Piezoelectric actuator 16 and metal sleeve 20 enclosed space 21 , The internal electrodes 07 . 08 contacting external electrodes 10 . 11 are through the actuator foot 05 so passed that space 21 between metal sleeve 20 and piezoelectric actuator 16 sealed to the environment.

Bei dem Piezoaktor 16 mit Piezoelementen 06 umfassend durch Innenelektroden 07, 08 elektrisch kontaktierten Piezolagen aus PZT, welche durch Sintern mit einer Isolierung 22 versehen sind, treten nach dem Polen in 3 dargestellte Risse 23 im Bereich der durch Sintern in der PZT-Keramik hergestellten Isolierung 22 auf, welche die Isolierspannung bzw. Durchschlagspannung der Isolierung 22 des Piezoaktors 16 herabsetzen. Die Durchschlagfestigkeit des Piezoaktors 16 wird dadurch auf 1 bis 2 kV/mm herabgesetzt, im Vergleich zu 200 kV/mm bei unbeschädigter Isolierung 22. Zum Langzeiteinsatz des Piezoaktors 16 unter hoher Spannung von beispielsweise 200 V ist deshalb eine Schichtdicke bzw. eine wirksame Länge der Isolierung von über 200 μm erforderlich. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass in 3 wegen der ausschnittsweisen Darstellung nur die die Innenelektroden 08 kontaktierende Außenelektrode 11 dargestellt ist. Die Innenelektroden 07 werden an der gegenüberliegenden, in 3 in der rechten, in dem Ausschnitt nicht mehr dargestellten Seite kontaktiert.At the piezoelectric actuator 16 with piezo elements 06 comprising by internal electrodes 07 . 08 electrically contacted piezoelectric layers of PZT, which by sintering with insulation 22 are provided after the poles in 3 represented cracks 23 in the area of the insulation produced by sintering in the PZT ceramic 22 on which the insulation voltage or breakdown voltage of the insulation 22 of the piezo actuator 16 decrease. The dielectric strength of the piezoelectric actuator 16 is thereby reduced to 1 to 2 kV / mm, compared to 200 kV / mm with undamaged insulation 22 , For long-term use of the piezo actuator 16 Under high voltage of, for example, 200 V, therefore, a layer thickness or an effective length of the insulation of over 200 μm is required. For the sake of completeness it should be mentioned that in 3 because of the fragmentary representation only the internal electrodes 08 contacting outer electrode 11 is shown. The internal electrodes 07 be on the opposite, in 3 contacted in the right, not shown in the neckline page.

Ist der Piezoaktor 16 wie in 5 dargestellt zum Schutz vor Feuchtigkeit, etwa vor im Kraftstoff enthaltenem Wasser, RME oder sonstigen elektrisch leitenden Substanzen, mit einer Beschichtung 18 aus einem Gießharz 19, etwa einem Lack 19, umhüllt und zusätzlich durch eine beispielsweise mit einem Inertgas befüllte Metallhülse 20 gekapselt, und wird dieser gekapselte Piezoaktor 16 einer Temperatur von 150°C ausgesetzt, zerfällt das Gießharz 19 bzw. der Lack 19 pyrolytisch und es entsteht ein Reduktions-Gas. Kommen diese mit dem PZT in Kontakt, tritt oberhalb von 250°C eine Reduktions-Reaktion ein, welche die Keramik reduziert. Diese Reduktions-Reaktion beginnt selektiv an der Korngrenze, da die Glasphase an der Korngrenze im Vergleich zu PZT chemisch instabil ist.Is the piezo actuator 16 as in 5 shown for protection against moisture, such as water contained in the fuel, RME or other electrically conductive substances, with a coating 18 from a cast resin 19 , like a paint 19 , Enveloped and additionally by an example filled with an inert gas metal sleeve 20 encapsulated, and becomes this encapsulated piezoelectric actuator 16 exposed to a temperature of 150 ° C, decomposed the casting resin 19 or the paint 19 pyrolytic and there is a reducing gas. When these come in contact with the PZT, a reduction reaction occurs above 250 ° C, which reduces the ceramic. This reduction reaction starts selectively at the grain boundary because the glass phase at the grain boundary is chemically unstable compared to PZT.

6 zeigt eine Kristallstruktur 24 bei der Mikroporen im Körper der Piezoelemente 06 bzw. des Piezoaktors 16 durch Sintern unter hohem Sauerstoffpartialdruck und Erzeugung vieler Glasphasen 25 an den Korngrenzen 26 verringert sind. Der so gesinterte Körper kann die hohe Isolationswirkung lange aufrechterhalten. Außerdem wird durch das Sintern unter hohem Sauerstoffpartialdruck schneller ein höherer Sintergrad erreicht, als beim Sintern an der Luft. Darüber hinaus werden im Vergleich zum Sintern an der Luft durch das Sintern unter hohem Sauerstoffpartialdruck dieselben elektrischen Eigenschaften innerhalb von kürzeren Sinterzeiten und unter niedrigeren Temperaturen erreicht. 6 shows a crystal structure 24 at the micropores in the body of the piezoelectric elements 06 or the piezoelectric actuator 16 by sintering under high oxygen partial pressure and generation of many glass phases 25 at the grain boundaries 26 are reduced. The so sintered body can sustain the high insulation effect for a long time. In addition, sintering at high oxygen partial pressure achieves a higher sintering rate faster than when sintered in air. In addition, sintering under high partial pressure of oxygen achieves the same electrical properties within shorter sintering times and at lower temperatures compared to sintering in air.

Da ein Piezoaktor 16 mit einer unter hoher Sauerstoffkonzentration hergestellte Isolation 22 einen höheren Anteil von Glasphasen 25 an den Korngrenzen 26 aufweist, als ein unter Luft hergestellter, eine geringere Isolationswirkung aufweisender Piezoaktor, sind die Auswirkungen der oben beschriebenen Reduktions-Reaktion hierbei wesentlich stärker und führen letztenendes zu einem Versagen des Piezoaktors 16.As a piezoelectric actuator 16 with an insulation produced under high oxygen concentration 22 a higher proportion of glass phases 25 at the grain boundaries 26 has, as a manufactured under air, a lower insulating effect having Pie zoaktor, the effects of the above-described reduction reaction are much stronger and ultimately lead to a failure of the piezoelectric actuator 16 ,

Um das geschilderte, durch thermische Dekomposition des im Piezoaktormodul 03 enthaltenen bzw. zwischen Metallhülse 20 und Piezoaktor 16 eingefüllten Harzmaterials 19 und entsprechendem Beschichtungsmaterial hervorgerufenen Problem einer den Piezoaktor 16 und insbesondere einen unter hohem Sauerstoffgehalt bzw. -partialdruck gesinterten Piezoaktor 16 zerstörenden Reduktions-Reaktion zu verhindern, muss das Reduktions-Gas im Piezoaktormodul 03 eliminiert und/oder in inaktive Substanzen umgewandelt werden. Dies wird nunmehr erfindungsgemäß dadurch verwirklicht, indem als Oxidations-Gas bezeichnete, oxidierende bzw. Oxidations-Reaktionen begünstigende Gasarten, während des Betriebes des Piezoaktormoduls 30 an der Oberfläche des Piezoaktors 33 bzw. zwischen Piezoaktor 33 und Metallhülse 35 eingebracht bzw. bereitgestellt werden.To the described, by thermal decomposition of the in the piezo actuator module 03 contained or between metal sleeve 20 and piezoelectric actuator 16 filled resin material 19 and corresponding coating material caused a problem of the piezoelectric actuator 16 and in particular a sintered under high oxygen content or partial pressure piezoelectric actuator 16 To prevent destructive reduction reaction, the reduction gas in the piezoelectric actuator module 03 eliminated and / or converted into inactive substances. In accordance with the invention, this is realized by gas types which are called oxidizing gas and favor oxidizing or oxidation reactions during operation of the piezoelectric actuator module 30 on the surface of the piezoelectric actuator 33 or between piezo actuator 33 and metal sleeve 35 be introduced or provided.

Hierzu ist erfindungsgemäß ein in 7 dargestelltes Piezoaktormodul 30 mit einem Aktorkopf 31 und einem Aktorfuß 32 und einem zwischen Aktorkopf 31 und einem Aktorfuß 32 angeordneten Piezoaktor 33 vorgesehen, dessen Piezoaktor von einer Beschichtung 34 aus einem Harzmaterial 36 umhüllt wird, und zusätzlich durch eine mit ihren beiden Enden mit dem Aktorkopf 31 und dem Aktorfuß 32 verbundene Metallhülse 35 gekapselt ist. Vorzugsweise die Metallhülse 35, der Piezoaktor 33, der Aktorkopf 31 und der Aktorfuß 32 umschließen dabei einen Raum 37. In dem Raum 37 zwischen Metallhülse 35 und Piezoaktor 33 ist mindestens ein Oxidations-Gas einbringbar oder eingebracht, um ein während des Betriebs des Piezoaktormoduls 30 aus dem Harzmaterial 36 der Beschichtung 34 entstehendes, den Piezoaktor 33 zerstörendes Reduktions-Gas im Piezoaktormodul 30 zu eliminieren und/oder in inaktive Substanzen umzuwandeln. Bei dem Harzmaterial 36 handelt es sich um eine Silikon-Harz-Füllmaterial 36 mit darin enthaltenen, das Oxidations-Gas beispielsweise durch Absorption beherbergenden porösen Partikeln.For this purpose, an in 7 illustrated piezoelectric actuator module 30 with an actuator head 31 and an actuator foot 32 and one between actuator head 31 and an actuator foot 32 arranged piezoelectric actuator 33 provided, the piezoelectric actuator of a coating 34 from a resin material 36 is wrapped, and in addition by one with its two ends with the actuator head 31 and the actuator foot 32 connected metal sleeve 35 is encapsulated. Preferably, the metal sleeve 35 , the piezoelectric actuator 33 , the actuator head 31 and the actuator foot 32 enclose a room 37 , In the room 37 between metal sleeve 35 and piezoelectric actuator 33 At least one oxidation gas is introduced or introduced to a during operation of the piezoelectric actuator module 30 from the resin material 36 the coating 34 arising, the piezoelectric actuator 33 destructive reduction gas in the piezo actuator module 30 to eliminate and / or convert into inactive substances. In the resin material 36 it is a silicone resin filler 36 with therein contained, the oxidation gas, for example, by absorption harboring porous particles.

Bei Vorhandensein bereits geringer Mengen von Oxidations-Gas innerhalb des Piezoaktormoduls reagiert das aus dem Harzmaterial entstehende Reduktions-Gas mit dem Oxidationsgas und es entsteht eine chemisch stabile Substanz. Diese Reaktion des Reduktions-Gas mit dem Oxidationsgas erfolgt bereits bei Temperaturen unterhalb derjenigen Temperatur, bei der es zu einer Schädigung des Piezoaktors 16 an den Glasphasen 25 der Korngrenzen 26 kommt. Dadurch wird die Reduktion der Glasphase 25 an der keramischen Korngrenze 26 im Riss 23 bzw. an der Riss- oder Bruchstelle unterbunden bzw. verhindert.In the presence of already small amounts of oxidation gas within the piezoelectric actuator module, the reducing gas resulting from the resin material reacts with the oxidizing gas and a chemically stable substance is formed. This reaction of the reduction gas with the oxidizing gas takes place already at temperatures below that temperature at which it causes damage to the piezoelectric actuator 16 at the glass phases 25 the grain boundaries 26 comes. This will reduce the glass phase 25 at the ceramic grain boundary 26 in the crack 23 or prevented or prevented at the crack or breakage.

Die Erfindung verbessert die Lebensdauer des Piezoaktormoduls 30 insbesondere mit einem unter hoher Sauerstoff-Konzentration gesinterten Piezoaktor 33 gegenüber dem Piezoaktormodul 03 mit einem ebenfalls unter hoher Sauerstoff-Konzentration gesinterten Piezoaktor 16 mit einem hohen Anteil von Glasphasen 25 an den Korngrenzen 26 und stellt so einen Langzeitbetrieb ohne elektrische bzw. frei von elektrischen Entladungen an der Oberfläche des Piezoaktormoduls 30 bzw. des Piezoaktors 33 sicher.The invention improves the life of the piezoelectric actuator module 30 in particular with a sintered under high oxygen concentration piezoelectric actuator 33 opposite the piezo actuator module 03 with a likewise sintered under high oxygen concentration piezoelectric actuator 16 with a high proportion of glass phases 25 at the grain boundaries 26 and thus provides a long-term operation without electrical or free of electrical discharges on the surface of the piezoelectric actuator module 30 or the piezoelectric actuator 33 for sure.

Zur Bereitstellung von Oxidations-Gas im Piezoaktormodul 30 sind erfindungsgemäß mehrere Möglichkeiten denkbar. Einige hiervon sind:

  • – Ein Piezoaktormodul für einen Piezoinjektor, in welchem das Oxidations-Gas in einem Behälter, Speicher oder Reservoir des Piezoaktormoduls enthalten bzw. gekapselt ist. Dieser Behälter, Speicher oder Reservoir kann beispielsweise ein Teil des von der Metallhülse umschlossenen und teilweise von einem Gießharz oder einem Lack oder einer andersartigen Beschichtung eingenommenen Raumes zwischen Metallhülse und Piezoaktor sein, oder eine im Aktorkopf oder Aktorfuß speziell hierfür vorgesehene, mit dem zwischen Metallhülse und Piezoaktor eingeschlossenen Raum kommunizierende Ausnehmung sein.
  • – Ein Piezoaktormodul für einen Piezoinjektor, in welchem beispielsweise zwischen Metallhülse und Piezoaktor ein Füllmaterial eingebracht ist, welches während des Betriebes des Piezoaktormoduls das Oxidations-Gas langsam, beispielsweise kontinuierlich über eine Lebensdauer hinweg oder oberhalb einer bestimmten Betriebstemperatur freisetzt.
  • – Ein Piezoaktormodul für einen Piezoinjektor, in welchem das Oxidations-Gas in einem Füllmaterial des Piezoaktormoduls, beispielsweise in einem Füllmaterial zwischen Metallhülse und Piezoaktor verteilt ist.
  • – Ein Piezoaktormodul für einen Piezoinjektor, in welchem das Gießharz bzw. das Harzmaterial zum Verfüllen zumindest eines Teils des zwischen Metallhülse und Piezoaktor eingeschlossenen Raumes und/oder das zur Herstellung einer Beschichtung des Piezoaktors verwendete Harzmaterial ein Material bzw. einen Werkstoff mit einer großen spezifischen Oberfläche enthält, welches das Oxidations-Gas gewissermaßen aufnimmt.
  • – Ein Piezoaktormodul für einen Piezoinjektor, in welchem das Oxidations-Gas aufnehmende Material einen porösen Körper, wie etwa ein Molekularsieb oder ein Silika-Gel umfasst, welcher das Oxidations-Gas absorbiert hat.
To provide oxidation gas in the piezo actuator module 30 According to the invention, several possibilities are conceivable. Some of these are:
  • A piezoelectric actuator module for a piezoelectric injector, in which the oxidation gas is contained or encapsulated in a container, reservoir or reservoir of the piezoelectric actuator module. This container, memory or reservoir, for example, a part of the enclosed by the metal shell and partially occupied by a casting resin or a paint or other type coating space between metal sleeve and piezoelectric actuator, or in the actuator head or actuator specially provided for this purpose, with the between metal sleeve and Be piezoelectric actuator enclosed space communicating recess.
  • A piezoelectric actuator module for a piezoelectric injector in which, for example, between the metal sleeve and piezoelectric actuator, a filler material is introduced, which releases the oxidation gas slowly, for example continuously over a lifetime or above a certain operating temperature during operation of the piezoelectric actuator module.
  • A piezoelectric actuator module for a piezoelectric injector, in which the oxidation gas is distributed in a filling material of the piezoelectric actuator module, for example in a filling material between metal sleeve and piezoelectric actuator.
  • A piezoelectric actuator module for a piezoinjector in which the casting resin or the resin material for filling at least part of the space enclosed between the metal sleeve and the piezoactuator and / or the resin material used to produce a coating of the piezoactuator comprises a material or a material having a large specific surface area contains, which absorbs the oxidation gas in a sense.
  • A piezoelectric actuator module for a piezoinjector, in which the oxidizing gas absorbing material comprises a porous body, such as a molecular sieve or a silica gel, which has absorbed the oxidizing gas.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 1174615 A2 [0006] - EP 1174615 A2 [0006]
  • - JP 2003-180090 A [0008] - JP 2003-180090 A [0008]
  • - JP 2005-235861 A [0014, 0017] - JP 2005-235861 A [0014, 0017]
  • - JP 2005-235862 A [0014, 0017] - JP 2005-235862 A [0014, 0017]
  • - JP 2006-237246 A [0015] - JP 2006-237246 A [0015]

Claims (9)

Piezoaktormodul (30) mit einem mit einer Beschichtung (34) aus einem Harzmaterial (36) versehenen und von einer Metallhülse (35) gekapselten Piezoaktor (33), wobei die Beschichtung (34) einen Raum (37) zwischen Metallhülse (35) und Piezoaktor (33) zumindest teilweise ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Oxidations-Gas in dem Raum (37) zwischen Metallhülse (35) und Piezoaktor (33) einbringbar oder eingebracht ist, um ein während des Betriebs des Piezoaktormoduls (30) aus dem Harzmaterial (36) der Beschichtung (34) entstehendes, den Piezoaktor (33) zerstörendes Reduktions-Gas im Piezoaktormodul (30) zu eliminieren und/oder in inaktive Substanzen umzuwandeln.Piezo actuator module ( 30 ) with one with a coating ( 34 ) of a resin material ( 36 ) and a metal sleeve ( 35 ) encapsulated piezoelectric actuator ( 33 ), the coating ( 34 ) a room ( 37 ) between metal sleeve ( 35 ) and piezoelectric actuator ( 33 ) at least partially filled, characterized in that at least one oxidation gas in the room ( 37 ) between metal sleeve ( 35 ) and piezoelectric actuator ( 33 ) is introduced or introduced to a during operation of the piezoelectric actuator ( 30 ) from the resin material ( 36 ) of the coating ( 34 ), the piezoelectric actuator ( 33 ) destructive reducing gas in the piezoelectric actuator module ( 30 ) and / or convert it into inactive substances. Piezoaktormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidations-Gas in einem in dem Piezoaktormodul (30) angeordneten, mit dem zwischen Metallhülse (35) und Piezoaktor (33) eingeschlossenen Raum (37) kommunizierenden Behälter, Speicher oder Reservoir enthalten ist.Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that the oxidation gas in a in the piezoelectric actuator module ( 30 ) arranged with the between metal sleeve ( 35 ) and piezoelectric actuator ( 33 ) enclosed space ( 37 ) communicating container, reservoir or reservoir is included. Piezoaktormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Metallhülse (35) und Piezoaktor (33) ein Füllmaterial (36) angeordnet ist, welches während des Betriebes des Piezoaktormoduls (30) das Oxidations-Gas freisetzt.Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that between metal sleeve ( 35 ) and piezoelectric actuator ( 33 ) a filling material ( 36 ) is arranged, which during operation of the piezoelectric actuator ( 30 ) releases the oxidation gas. Piezoaktormodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidations-Gas in dem Füllmaterial (36) verteilt ist.Piezoelectric actuator according to claim 3, characterized in that the oxidation gas in the filler material ( 36 ) is distributed. Piezoaktormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Harzmaterial (36) ein Material mit einer großen spezifischen Oberfläche enthält, welches das Oxidations-Gas aufnimmt.Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that the resin material ( 36 ) contains a material with a large specific surface which absorbs the oxidizing gas. Piezoaktormodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidations-Gas aufnehmende Material einen porösen Körper umfasst, in dem das Oxidations-Gas absorbierbar oder absorbiert ist.Piezoelectric actuator according to claim 5, characterized in that that the oxidizing gas receiving material is porous Body includes, in which the oxidation gas is absorbable or absorbed. Piezoaktormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Piezoaktor (33) des Piezoaktormoduls (30) um einen unter hohem Sauerstoffgehalt bzw. -partialdruck gesinterten Piezoaktor (33) handelt.Piezoelectric actuator according to one of the preceding claims, characterized in that it is in the piezoelectric actuator ( 33 ) of the piezoelectric actuator module ( 30 ) around a sintered under high oxygen content or partial pressure piezoelectric actuator ( 33 ). Piezoinjektor (01) mit einem einen Aktorkopf (04) und einem Aktorfuß (05) sowie einem zwischen Aktorkopf (04) und Aktorfuß (05) angeordneten Piezoaktor (16) umfassenden Piezoaktormodul (03), gekennzeichnet durch ein Piezoaktormodul (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Piezo injector ( 01 ) with an actuator head ( 04 ) and an actuator base ( 05 ) and one between actuator head ( 04 ) and actuator base ( 05 ) arranged piezoelectric actuator ( 16 ) comprehensive piezoelectric actuator module ( 03 ), characterized by a piezoelectric actuator module ( 30 ) according to any one of the preceding claims. Verfahren zum Schutz eines Piezoaktormoduls (30) mit einem mit einer Beschichtung (34) aus einem Harzmaterial (36) versehenen und von einer Metallhülse (35) gekapselten Piezoaktor (33) vor einer Zerstörung durch ein während des Betriebs in dem Piezoaktormodul (30) aus dem Harzmaterial (36) der Beschichtung (34) entstehendes Reduktions-Gas, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: – Einbringen bzw. Bereitstellen mindestens ein Oxidations-Gases bzw. mindestens einer oxidierende bzw. Oxidations-Reaktionen begünstigenden Gasart in dem Raum (37) zwischen Metallhülse (35) und Piezoaktor (33) sowie – Elimination des Reduktions-Gases und/oder Umwandlung des Reduktions-Gases in inaktive Substanzen mittels des Oxidations-Gases.Method for protecting a piezoelectric actuator module ( 30 ) with one with a coating ( 34 ) of a resin material ( 36 ) and a metal sleeve ( 35 ) encapsulated piezoelectric actuator ( 33 ) from destruction during operation in the piezoelectric actuator module ( 30 ) from the resin material ( 36 ) of the coating ( 34 ) resulting reduction gas, characterized by the process steps: - introducing or providing at least one oxidizing gas or at least one oxidizing or oxidation reactions favoring gas in the room ( 37 ) between metal sleeve ( 35 ) and piezoelectric actuator ( 33 ) and - elimination of the reduction gas and / or conversion of the reduction gas into inactive substances by means of the oxidation gas.
DE102008007202A 2008-02-01 2008-02-01 Piezo actuator module for use with piezo injector, has piezo actuator that is enclosed with coating made of resin material and metal cover, where oxidation gas is inserted or introduced in area Withdrawn DE102008007202A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008007202A DE102008007202A1 (en) 2008-02-01 2008-02-01 Piezo actuator module for use with piezo injector, has piezo actuator that is enclosed with coating made of resin material and metal cover, where oxidation gas is inserted or introduced in area

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008007202A DE102008007202A1 (en) 2008-02-01 2008-02-01 Piezo actuator module for use with piezo injector, has piezo actuator that is enclosed with coating made of resin material and metal cover, where oxidation gas is inserted or introduced in area

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008007202A1 true DE102008007202A1 (en) 2009-08-06

Family

ID=40822121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008007202A Withdrawn DE102008007202A1 (en) 2008-02-01 2008-02-01 Piezo actuator module for use with piezo injector, has piezo actuator that is enclosed with coating made of resin material and metal cover, where oxidation gas is inserted or introduced in area

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008007202A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2426749A1 (en) * 2010-09-01 2012-03-07 Delphi Technologies Holding S.à.r.l. Actuator arrangement for use in a fuel injector
JP2015142027A (en) * 2014-01-29 2015-08-03 京セラ株式会社 Laminated type piezoelectric element, and piezoelectric actuator and mass flow controller using the same
EP2634827A4 (en) * 2010-10-28 2016-04-13 Kyocera Corp Laminated piezoelectric element, injection device using same, and fuel injection system
WO2019197181A1 (en) * 2018-04-09 2019-10-17 Vermes Microdispensing GmbH Dosing system having a piezoceramic actuator

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1174615A2 (en) 2000-07-18 2002-01-23 Delphi Technologies, Inc. Fuel injector
JP2003180090A (en) 2001-12-10 2003-06-27 Denso Corp Piezoelectric actuator
JP2005235861A (en) 2004-02-17 2005-09-02 Denso Corp Method for manufacturing piezoelectric stack
JP2005235862A (en) 2004-02-17 2005-09-02 Denso Corp Piezoelectric stack and manufacturing method thereof
JP2006237246A (en) 2005-02-24 2006-09-07 Tdk Corp Laminated piezoelectric element

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1174615A2 (en) 2000-07-18 2002-01-23 Delphi Technologies, Inc. Fuel injector
JP2003180090A (en) 2001-12-10 2003-06-27 Denso Corp Piezoelectric actuator
JP2005235861A (en) 2004-02-17 2005-09-02 Denso Corp Method for manufacturing piezoelectric stack
JP2005235862A (en) 2004-02-17 2005-09-02 Denso Corp Piezoelectric stack and manufacturing method thereof
JP2006237246A (en) 2005-02-24 2006-09-07 Tdk Corp Laminated piezoelectric element

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2426749A1 (en) * 2010-09-01 2012-03-07 Delphi Technologies Holding S.à.r.l. Actuator arrangement for use in a fuel injector
EP2634827A4 (en) * 2010-10-28 2016-04-13 Kyocera Corp Laminated piezoelectric element, injection device using same, and fuel injection system
US9353714B2 (en) 2010-10-28 2016-05-31 Kyocera Corporation Multi-layer piezoelectric element, and injection device and fuel injection system using the same
JP2015142027A (en) * 2014-01-29 2015-08-03 京セラ株式会社 Laminated type piezoelectric element, and piezoelectric actuator and mass flow controller using the same
WO2019197181A1 (en) * 2018-04-09 2019-10-17 Vermes Microdispensing GmbH Dosing system having a piezoceramic actuator
CN112118911A (en) * 2018-04-09 2020-12-22 微密斯点胶技术有限公司 Metering system with piezoceramic actuator
JP2021521636A (en) * 2018-04-09 2021-08-26 フェルメス マイクロディスペンシング ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツンク Weighing system with piezoelectric ceramic actuators
US11389821B2 (en) 2018-04-09 2022-07-19 Vermes Microdispensing GmbH Dosing system having a piezoceramic actuator
CN112118911B (en) * 2018-04-09 2023-02-21 微密斯点胶技术有限公司 Metering system with piezoceramic actuator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004063077B4 (en) ignition device
DE102008007202A1 (en) Piezo actuator module for use with piezo injector, has piezo actuator that is enclosed with coating made of resin material and metal cover, where oxidation gas is inserted or introduced in area
DE102007004552A1 (en) Piezoactuator module manufacturing method for direct injecting diesel engine, involves providing fluid isolation medium in annular space, partially hardening medium, and covering piezoactuator surrounded by medium by casing
EP2862185B1 (en) Method for producing an electric component
WO2009086955A1 (en) Piezoactuator module and piezoinjector and a method for the production of a piezoactuator module
DE102010022911B4 (en) Method for producing a piezoelectric actuator and piezoelectric actuator
EP2132796A1 (en) Piezoelectric component comprising security layer and method for the production thereof
DE102012207276B4 (en) Fully active piezo stack with passivation
DE102006001573A1 (en) Piezo actuator with improved safety against short circuits
EP2636082B1 (en) Method for producing an actuator unit with sleeve for receiving a piezoactuator
DE102007053303A1 (en) Piezo actuator and piezo actuator module with a protective layer system
DE102007004559B4 (en) Piezo actuator module or piezo actuator with a covering protective layer system and method for producing such a protective layer system
DE102007040508A1 (en) Piezo actuator module and piezo actuator with a media-resistant protective layer and a method for producing the protective layer on the piezoelectric actuator
DE102010061946A1 (en) Piezoelectric actuator module and fuel injection valve
DE102009029489A1 (en) Piezo actuator module has piezo actuator which is enclosed in casting compound and overlaid sleeve, where light-transmissive sleeve and jointing compound which is thermoset by ultra violet light
EP1973176A2 (en) Method and device for manufacturing a piezo-electric actuator module with an encased piezo actuator and a piezo actuator module
DE102008007200A1 (en) Piezoelectric actuator and piezoelectric actuator with a protective layer system surrounding at least the piezoelectric actuator
DE102005008362B4 (en) Piezoelectric stacking actuator with improved heat dissipation, especially on the inactive decking
DE10237587A1 (en) Piezoelectric actuator for operating a valve comprises a piezoelectric element for impinging an operating element with a pulling or pressing force, and a housing for the piezoelectric element and provided with a solid casting mass
DE102006043709A1 (en) Piezo actuator arrangement for controlling of needle stroke in injection system, has isolation mass partially arranged between covering and piezo unit that is clamped between actuator foot and actuator head
DE102005044390A1 (en) Piezo-electric actuator is enveloped in multi-layered foil with electrical insulators and insulants
DE102007011314A1 (en) Method for producing a protective casing for a piezoelectric actuator and protective coating for a piezoelectric actuator
EP1919004B1 (en) Piezo actuator module or piezo actuator with a cladded protection layer system
DE102007053807A1 (en) Heater plug for starting self-igniting internal combustion engine, has glow plug including shell that is manufactured from ceramic material, and core made of material with dielectric strength of twenty kilovolt/millimeter
EP2818686A1 (en) Piezo actuator and method for producing a piezo actuator

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20141024

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee