DE102008042867A1

DE102008042867A1 - Piezoelectric actuator i.e. roll actuator, for injector of fuel injection system of air-compressed, self-igniting internal-combustion engine, has electrode layers and piezoelectric layers that are wound together around longitudinal axis

Info

Publication number: DE102008042867A1
Application number: DE102008042867A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Hagemann; Bertram Sugg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2010-04-22

Abstract

The piezoelectric actuator has two piezoelectric layers (2, 5) and two electrode layers (3, 4), which are stacked one on the other. One of the piezoelectric layers (2) is arranged between the electrode layers. The electrode layers and the piezoelectric layers are wound together around a longitudinal axis, where one of the electrode layers (3) has a layer thickness (13). The layer thickness varies in a winding direction (26), and one of the electrode layers (3) has a continuous layer arrangement in a longitudinal direction.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Aktor, insbesondere einen Rollaktor für ein Brennstoffeinspritzventil, und ein Brennstoffeinspritzventil mit solch einem piezoelektrischen Aktor. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.The The invention relates to a piezoelectric actuator, in particular a Rollaktor for a fuel injection valve, and a fuel injection valve with such a piezoelectric actuator. Specifically, the invention relates the field of injectors for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines.

Aus der DE 10 2006 017 295 A1 sind ein Piezoaktor und ein Verfahren zur Herstellung solch eines Piezoaktors bekannt. Der bekannte Piezoaktor weist eine Längsachse mit im Grundkörper angeordneten Innenelektroden auf, deren Hauptflächen parallel zur Längsachse verlaufen. Dabei ist der Grundkörper in einer Richtung, die parallel zu seiner Längsachse verläuft, durch die piezoelektrische Konstante d₁₃ charakterisiert. Ferner kann der Grundkörper zylindrisch ausgestaltet sein, wobei eine erste Innenelektrode und eine zweite Innenelektrode jeweils als ein Wickel ausgebildet sind und wobei die Innenelektroden ineinander gewickelt sind.From the DE 10 2006 017 295 A1 a piezoelectric actuator and a method for producing such a piezoelectric actuator are known. The known piezoelectric actuator has a longitudinal axis with internal electrodes arranged in the main body, the main surfaces of which run parallel to the longitudinal axis. In this case, the main body in a direction which is parallel to its longitudinal axis, characterized by the piezoelectric constant d ₁₃ . Furthermore, the main body may be configured cylindrical, wherein a first inner electrode and a second inner electrode are each formed as a winding and wherein the inner electrodes are wound into each other.

Der aus der DE 10 2006 017 295 A1 bekannte Piezoaktor hat den Nachteil, dass die erzeugbare Kraft relativ gering ist.The from the DE 10 2006 017 295 A1 known piezoelectric actuator has the disadvantage that the producible force is relatively low.

Dadurch ist der Anwendungsbereich des bekannten Piezoaktors begrenzt.Thereby the scope of the known piezoelectric actuator is limited.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße piezoelektrische Aktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 13 haben demgegenüber den Vorteil, dass die Funktionsweise verbessert ist. Speziell besteht der Vorteil, dass eine günstige Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors möglich ist, wobei eine größere Kraft und/oder eine größere Dynamik erzielbar sind.Of the Piezoelectric actuator according to the invention with the Features of claim 1 and the inventive Have fuel injection valve with the features of claim 13 In contrast, the advantage that the operation improves is. Specifically, there is the advantage that a favorable control the piezoelectric actuator is possible, with a larger Force and / or greater dynamics achievable are.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen piezoelektrischen Aktors und des im Anspruch 13 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.By the measures listed in the dependent claims are advantageous developments of specified in claim 1 piezoelectric actuator and the fuel injection valve specified in claim 13 possible.

Vorteilhaft ist es, dass die Schichtdicke der ersten Elektrodenschicht in einer Wickelrichtung variiert und dass die erste Elektrodenschicht in einer Längsrichtung eine zumindest im Wesentlichen gleichbleibende Schichtausgestaltung aufweist. In der Längsrichtung betrachtet ergibt sich somit keine Variation der Schichtdicke. Durch die Variation der Schichtdicke in der Wickelrichtung kann eine Dynamik des piezoelektrischen Aktors vorteilhaft beeinflusst werden. Speziell kann ein geringer elektrischer Widerstand erzielt werden, der hohe Frequenzen bei der Ansteuerung erlaubt. Die Schichtdicke ist dabei so ausgestaltet, dass zum einen ein schnelles Laden und Entladen der Elektrodenschicht möglich ist und zum anderen die Anzahl der Wicklungen optimiert, das heißt relativ groß, ist.Advantageous it is that the layer thickness of the first electrode layer in a Winding direction varies and that the first electrode layer in a longitudinal direction at least substantially constant Layer design has. Seen in the longitudinal direction Thus, there is no variation of the layer thickness. By the variation The layer thickness in the winding direction can be a dynamic of the piezoelectric Actors are favorably influenced. Specifically, a lower one Electrical resistance can be achieved, the high frequencies in the Control allowed. The layer thickness is designed in this way, on the one hand, a fast charging and discharging of the electrode layer is possible and on the other hand optimizes the number of windings, the means relatively large, is.

Dabei ist ferner vorteilhaft, dass die Schichtdicke der ersten Elektrodenschicht an einer ersten Kontaktstelle, an der eine erste Elektrodenanbindung mit der ersten Elektrodenschicht kontaktiert ist, eine maximale Schichtdicke aufweist. Speziell kann die erste Elektrodenanbindung die erste Elektrodenschicht an einem äußeren Wickelabschnitt kontaktieren, wobei die Schichtdicke der ersten Elektrodenschicht in der Wickelrichtung von innen nach außen im Wesentlichen zunimmt. Somit ist im Bereich der Kontaktierung eine große Schichtdicke gegeben, wodurch in diesem Bereich ein relativ geringer elektrischer Widerstand besteht. Dadurch kann die Dynamik des piezoelektrischen Aktors in Bezug auf die Anzahl der Wicklungen und somit die erzeugbare Kraft optimiert werden. Speziell ist eine kontinuierliche Zunahme der Schichtdicke der ersten Elektrodenschicht in der Wickelrichtung von innen nach außen von Vorteil. Diese kontinuierliche Zunahme kann gleichmäßig erfolgen.there is also advantageous that the layer thickness of the first electrode layer at a first contact point at which a first electrode connection with the first electrode layer is contacted, a maximum layer thickness having. In particular, the first electrode connection may be the first one Electrode layer on an outer winding section Contact, wherein the layer thickness of the first electrode layer in the winding direction from the inside to the outside substantially increases. Thus, in the area of contacting a large Layer thickness given, whereby in this area a relatively smaller electrical resistance exists. This allows the dynamics of the piezoelectric Actors in terms of the number of windings and thus the producible force be optimized. Especially is a continuous increase in Layer thickness of the first electrode layer in the winding direction from the inside out of advantage. This continuous Increase can be done evenly.

Alternativ ist es auch vorteilhaft, dass die erste Elektrodenanbindung die erste Elektrodenschicht an einem inneren Wickelabschnitt kontaktiert und dass die Schichtdicke der ersten Elektrodenschicht in der Wickelrichtung von innen nach außen im Wesentlichen abnimmt. Speziell ist eine kontinuierliche Abnahme, insbesondere eine gleichmäßig kontinuierliche Abnahme, von Vorteil.alternative it is also advantageous that the first electrode connection the contacted first electrode layer at an inner winding portion and that the layer thickness of the first electrode layer in the winding direction essentially decreases from the inside out. specially is a continuous decrease, especially one evenly continuous decrease, beneficial.

In vorteilhafter Weise sind die keramische Schicht, die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht vielfach um die Längsachse gewickelt, wobei mehr als 10 Wicklungen vorgesehen sind. Dabei können beispielsweise auch 100 Wicklungen vorgesehen sein. Dadurch ist eine große Kraft bei der Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors erzeugbar, wobei durch die Ausgestaltung der ersten Elektrodenschicht und vorzugsweise auch der zweiten Elektrodenschicht eine rasche Ladung und Entladung und somit eine hohe Frequenz möglich ist.In Advantageously, the ceramic layer, the first electrode layer and the second electrode layer many times around the longitudinal axis wound, with more than 10 windings are provided. It can For example, be provided 100 windings. This is a great force in the control of the piezoelectric Actuator generated, wherein by the configuration of the first electrode layer and preferably also the second electrode layer a rapid Charge and discharge and thus a high frequency possible is.

Die Schichtdicke der Elektrodenschichten können in einem Bereich von etwa 0,5 μm bis etwa 10 μm variieren. Vorzugsweise sind dabei beide Elektrodenschichten mit variierenden Schichtdicken ausgestaltet. Hierdurch ist eine weitere Verbesserung möglich.The Layer thickness of the electrode layers can be in one range vary from about 0.5 microns to about 10 microns. Preferably are both electrode layers with varying layer thicknesses designed. This makes a further improvement possible.

Eine oder mehrere keramische Schichten sind vorzugsweise mit im Wesentlichen gleichmäßiger Schichtdicke ausgestaltet. Dadurch kann in Bezug auf einen vorgegebenen Querschnitt eine große Anzahl von Wicklungen erreicht werden und gleichzeitig eine gleichmäßige, hohe Feldstärke innerhalb der keramischen Schicht bzw. der keramischen Schichten erzeugt werden.One or more ceramic layers are preferably configured with a substantially uniform layer thickness. As a result, in Be a large number of windings can be achieved in a given cross-section and at the same time a uniform, high field strength can be generated within the ceramic layer or layers.

Vorteilhaft ist es auch, dass die erste piezoelektrische Schicht als piezokeramische oder elektroaktive Schicht ausgestaltet ist und/oder dass die zweite piezoelektrische Schicht als piezokeramische oder elektroaktive Schicht ausgestaltet istAdvantageous It is also that the first piezoelectric layer as piezoceramic or electroactive layer is configured and / or that the second piezoelectric layer as piezoceramic or electroactive Layer is configured

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:preferred Embodiments of the invention are in the following Description with reference to the accompanying drawings, in which corresponding elements with matching reference numerals are provided, explained in more detail. It shows:

1 eine keramische Schicht, eine erste Elektrodenschicht, eine zweite Elektrodenschicht und eine weitere keramische Schicht, die aufeinander geschichtet sind und aus denen ein piezoelektrischer Aktor entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gewickelt ist, zur Erläuterung der Erfindung; 1 a ceramic layer, a first electrode layer, a second electrode layer and another ceramic layer, which are stacked and from which a piezoelectric actuator according to a first embodiment of the invention is wound, for explaining the invention;

2 den gewickelten piezoelektrischen Aktor entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung und 2 the wound piezoelectric actuator according to a first embodiment in a schematic representation and

3 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung. 3 a fuel injection valve with a piezoelectric actuator according to a first embodiment in a schematic representation.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

1 zeigt ein Schichtsystem 1 mit einer piezoelektrischen Schicht 2, einer ersten Elektrodenschicht 3, einer zweiten Elektrodenschicht 4 und einer weiteren piezoelektrischen Schicht 5, die aufeinander geschichtet sind. Dabei ist die piezoelektrische Schicht 2 zwischen der ersten Elektrodenschicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 4 angeordnet. Die zweite Elektrodenschicht 4 ist auf die weitere piezoelektrische Schicht 5 aufgeschichtet. 1 shows a layer system 1 with a piezoelectric layer 2 , a first electrode layer 3 , a second electrode layer 4 and another piezoelectric layer 5 that are stacked on top of each other. In this case, the piezoelectric layer 2 between the first electrode layer 3 and the second electrode layer 4 arranged. The second electrode layer 4 is on the other piezoelectric layer 5 piled up.

Die piezoelektrischen Schichten 2, 5 können als piezokeramische oder elektroaktive Schichten 2, 5 ausgestaltet sein. In diesem Ausführungsbeispiel sind keramische, das heißt piezokeramische, Schichten 2, 5 vorgesehen.The piezoelectric layers 2 . 5 can be used as piezoceramic or electroactive layers 2 . 5 be designed. In this embodiment, ceramic, that is piezoceramic, layers 2 . 5 intended.

Das Schichtsystem 1 mit den Schichten 2, 3, 4, 5 weist eine Breite 6 auf, über die das Schichtsystem 1 bei der Herstellung eines piezoelektrischen Aktors 10 (2) gewickelt wird.The shift system 1 with the layers 2 . 3 . 4 . 5 has a width 6 on, about the layer system 1 in the manufacture of a piezoelectric actuator 10 ( 2 ) is wound.

Die keramische Schicht 2 weist eine im Wesentlichen konstante Schichtdicke 12 auf. Die erste Elektrodenschicht 3 weist eine variierende Schichtdicke 13 auf. Die zweite Elektrodenschicht 4 weist entsprechend der ersten Elektrodenschicht 3 eine variierende Schichtdicke 14 auf. Die weitere keramische Schicht 5 weist wie die keramische Schicht 2 eine konstante Schichtdicke 15 auf.The ceramic layer 2 has a substantially constant layer thickness 12 on. The first electrode layer 3 has a varying layer thickness 13 on. The second electrode layer 4 points according to the first electrode layer 3 a varying layer thickness 14 on. The further ceramic layer 5 points like the ceramic layer 2 a constant layer thickness 15 on.

Die Schichtdicke 13 der ersten Elektrodenschicht 3 variiert über die Breite 6 des Schichtsystems 1. Dabei nimmt die Schichtdicke 13 von einer ersten Seite 16 des Schichtsystems 1 zu einer zweiten Seite 17 kontinuierlich und gleichmäßig zu. Allerdings weist die erste Elektrodenschicht 3 entlang einer Längsachse 18 (3), das heißt in einer Längsrichtung, eine konstante Ausgestaltung auf, so dass entlang der Längsachse 18 keine Variation der Schichtdicke 13 der ersten Elektrodenschicht 3 besteht. Entsprechend der ersten Elektrodenschicht 3 ist auch die zweite Elektrodenschicht 4 ausgestaltet. Hierbei nimmt die Schichtdicke 14 der zweiten Elektrodenschicht 4 über die Breite 6 von der ersten Seite 16 zu der zweiten Seite 17 kontinuierlich, gleichmäßig zu. Da die Schichtdicken 12, 15 der keramischen Schichten 2, 5 konstant über die gesamte Fläche der keramischen Schichten 2, 5 sind, wird beim Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen die Elektrodenschichten 3, 4 in den keramischen Schichten 2, 5 jeweils ein im Wesentlichen homogenes elektrisches Feld ausgebildet. Dadurch kommt es zu einer gleichmäßigen Ausdehnung in den keramischen Schichten 2, 5, wodurch unerwünschte Spannungen, die Risse erzeugen können, verhindert oder zumindest verringert sind. Hierbei ist es von Vorteil, dass die Schichtdicke 12 der keramischen Schicht 2 gleich der Schichtdicke 15 der weiteren keramischen Schicht 5 ist.The layer thickness 13 the first electrode layer 3 varies across the width 6 of the shift system 1 , The layer thickness decreases 13 from a first page 16 of the shift system 1 to a second page 17 continuously and evenly. However, the first electrode layer has 3 along a longitudinal axis 18 ( 3 ), that is, in a longitudinal direction, a constant configuration, so that along the longitudinal axis 18 no variation of the layer thickness 13 the first electrode layer 3 consists. According to the first electrode layer 3 is also the second electrode layer 4 designed. Here, the layer thickness decreases 14 the second electrode layer 4 across the width 6 from the first page 16 to the second page 17 continuously, evenly too. Because the layer thicknesses 12 . 15 the ceramic layers 2 . 5 constant over the entire surface of the ceramic layers 2 . 5 are when applying an electrical voltage between the electrode layers 3 . 4 in the ceramic layers 2 . 5 each formed a substantially homogeneous electric field. This leads to a uniform expansion in the ceramic layers 2 . 5 , which prevents or at least reduces undesirable stresses which can cause cracks. It is advantageous that the layer thickness 12 the ceramic layer 2 equal to the layer thickness 15 the further ceramic layer 5 is.

Die elektrische Kontaktierung der Elektrodenschichten 3, 4 mittels Elektrodenanbindungen 19, 20 (3) erfolgt vorzugsweise an einem Wickelabschnitt 21 an der zweiten Seite 17 des Schichtsystems 1, da dort die Elektrodenschichten 3, 4 jeweils ihre maximale Schichtdicke aufweisen. Je nachdem, ob das Schichtsystem 1 von der ersten Seite 16 oder der zweiten Seite 17 her aufgewickelt wird, liegt der Wickelabschnitt 21 außen oder innen. Somit kann ein äußerer Wickelabschnitt 21 oder ein innerer Wickelabschnitt 21 vorgegeben sein.The electrical contacting of the electrode layers 3 . 4 by means of electrode connections 19 . 20 ( 3 ) preferably takes place on a winding section 21 on the second page 17 of the shift system 1 because there are the electrode layers 3 . 4 each have their maximum layer thickness. Depending on whether the shift system 1 from the first page 16 or the second page 17 is wound, is the winding section 21 outside or inside. Thus, an outer winding portion 21 or an inner winding section 21 be predetermined.

2 zeigt den piezoelektrischen Aktor 10 in einer schematischen Darstellung, wobei die Einzelschichten nicht dargestellt sind. Hierbei ist das Schichtsystem 1 aufgewickelt und gesintert. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Schichtsystem 1 von der ersten Seite 16 her in einer Wickelrichtung 26 aufgewickelt, so dass eine Schichtdicke 11 des Schichtsystems 1 von der innenliegenden ersten Seite 16 zu der außenliegenden zweiten Seite 17 kontinuierlich zunimmt. Im Querschnitt betrachtet ergibt sich deshalb eine schneckenförmige Ausgestaltung des Schichtsystems 1. Hierbei ist die erste Elektrodenschicht 3 von der zweiten Elektrodenschicht 4 einerseits durch die keramische Schicht 2 und andererseits durch die weitere keramische Schicht 5 getrennt, insbesondere isoliert. Bei einer Ansteuerung des piezoelektrischen Aktors 10 werden die keramischen Schichten 2, 5 geladen beziehungsweise entladen. 2 shows the piezoelectric actuator 10 in a schematic representation, wherein the individual layers are not shown. Here is the layer system 1 wound up and sintered. In this embodiment, the layer system 1 from the first page 16 forth in a winding direction 26 wound up, leaving a layer thickness 11 of the shift system 1 from the inside first page 16 to the outer second side 17 conti grows. Viewed in cross-section therefore results in a helical configuration of the layer system 1 , Here, the first electrode layer 3 from the second electrode layer 4 on the one hand through the ceramic layer 2 and on the other hand by the further ceramic layer 5 isolated, in particular isolated. When driving the piezoelectric actuator 10 become the ceramic layers 2 . 5 charged or discharged.

In der 2 ist der piezoelektrische Aktor 10 mehrfach gewickelt dargestellt, wobei etwas mehr als 2,5 Wicklungen veranschaulicht sind. Der piezoelektrische Aktor 10 kann allerdings auch vielfach gewickelt sein, wobei beispielsweise zwischen 10 und 100 Wicklungen vorgesehen sein können. Die Schichtdicken 13, 14 der Elektrodenschichten 3, 4 können beispielsweise jeweils zwischen etwa 0,5 μm und etwa 10 μm variieren.In the 2 is the piezoelectric actuator 10 shown wrapped several times, with slightly more than 2.5 windings are illustrated. The piezoelectric actuator 10 However, it can also be wound many times, for example, between 10 and 100 windings can be provided. The layer thicknesses 13 . 14 the electrode layers 3 . 4 For example, each may vary between about 0.5 μm and about 10 μm.

Der gewickelte piezoelektrische Aktor 10 ist als Rollaktor 10 ausgestaltet und weist einen Durchmesser 22 auf. Die Kraft des piezoelektrischen Aktors 10 wird durch die Wandstärke bestimmt. Die Wandstärke ergibt sich aus der Anzahl der Wicklungen und den Schichtdicken.The wound piezoelectric actuator 10 is as a rolling actuator 10 designed and has a diameter 22 on. The force of the piezoelectric actuator 10 is determined by the wall thickness. The wall thickness results from the number of windings and the layer thicknesses.

Der piezoelektrische Aktor 10 kann unterschiedlich gewickelt werden. Hierbei kann entweder die erste Elektrodenschicht 3 oder die weitere keramische Schicht 5 unmittelbar an der Außenseite 23 liegen. Wenn die weitere keramische Schicht 5 unmittelbar an der Außenseite 23 liegt, dann ist der piezoelektrische Aktor 10 nach außen durch die weitere keramische Schicht 5 elektrisch isoliert. Wenn die erste Elektrodenschicht 3 unmittelbar an der Außenseite 23 liegt, dann ist eine elektrische Kontaktierung der ersten Elektrodenschicht 3 mittels einer der Elektrodenanbindungen 19, 20 an der Außenseite 23 möglich. Nach dieser Kontaktierung kann der piezoelektrische Aktor 10 gegebenenfalls von einer elektrischen Isolierung umgeben werden.The piezoelectric actuator 10 can be wrapped differently. In this case, either the first electrode layer 3 or the further ceramic layer 5 immediately on the outside 23 lie. If the further ceramic layer 5 immediately on the outside 23 is, then the piezoelectric actuator 10 to the outside through the further ceramic layer 5 electrically isolated. When the first electrode layer 3 immediately on the outside 23 is, then is an electrical contact of the first electrode layer 3 by means of one of the electrode connections 19 . 20 on the outside 23 possible. After this contact, the piezoelectric actuator 10 optionally be surrounded by electrical insulation.

Ein Mittelteil 24 des piezoelektrischen Aktors 10 kann mit einem zylinderförmigen Kern verschlossen sein oder frei bleiben. Ferner kann ein Füllstück 25 vorgesehen sein.A middle section 24 of the piezoelectric actuator 10 can be closed with a cylindrical core or remain free. Furthermore, a filler 25 be provided.

3 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 30 mit einem piezoelektrischen Aktor 10 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Brennstoffeinspritzventil 30 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 30 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Der erfindungsgemäße piezoelektrische Aktor 10 eignet sich besonders für solch ein Brennstoffeinspritzventil 30. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 30 und der erfindungsgemäße piezoelektrische Aktor 10 eignen sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle. 3 shows a fuel injector 30 with a piezoelectric actuator 10 according to an embodiment of the invention. The fuel injector 30 can be used in particular as an injector for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines. A preferred use of the fuel injection valve 30 consists of a fuel injection system with a common rail, which stores diesel fuel under high pressure. The piezoelectric actuator according to the invention 10 is particularly suitable for such a fuel injector 30 , The fuel injection valve according to the invention 30 and the piezoelectric actuator according to the invention 10 However, they are also suitable for other applications.

Das schematisch dargestellte Brennstoffeinspritzventil 30 weist eine Ventilnadel 31 auf. Die Ventilnadel 31 ist mittels des piezoelektrischen Aktors 10 betätigbar, wie es durch den Doppelpfeil 32 veranschaulicht ist. Die Ventilnadel 31 dient zum Betätigen eines Ventilschließkörpers 33. Die Ventilnadel 31 ist zumindest abschnittsweise in einem Düsenkörper 34 angeordnet, an dem eine Ventilsitzfläche 35 ausgebildet ist. Der Ventilschließkörper 33 der Ventilnadel 31 wirkt mit der Ventilsitzfläche 35 zu einem Dichtsitz zusammen. Bei einer Betätigung der Ventilnadel 31 hebt sich der Ventilschließkörper 33 von der Ventilsitzfläche 35 ab, wodurch der zwischen diesen gebildete Dichtsitz geöffnet wird und Brennstoff aus einem Brennstoffraum 36 über eine Düsenöffnung 37 abgespritzt wird.The schematically illustrated fuel injection valve 30 has a valve needle 31 on. The valve needle 31 is by means of the piezoelectric actuator 10 operable as indicated by the double arrow 32 is illustrated. The valve needle 31 serves to actuate a valve closing body 33 , The valve needle 31 is at least partially in a nozzle body 34 arranged on which a valve seat surface 35 is trained. The valve closing body 33 the valve needle 31 acts with the valve seat surface 35 to a sealing seat together. Upon actuation of the valve needle 31 the valve closing body rises 33 from the valve seat surface 35 from, whereby the sealing seat formed between them is opened and fuel from a fuel chamber 36 via a nozzle opening 37 is hosed.

Der piezoelektrische Aktor 10 weist eine Länge 40 auf. Der piezoelektrische Aktor 10 ist als Rollaktor 10 ausgebildet. Hierbei wird bei einer Kontraktion des piezoelektrischen Aktors 10 der d₃₁-Effekt ausgenützt, der durch die piezoelektrische Konstante d₃₁ charakterisiert ist. Die Länge 40 des piezoelektrischen Aktors 10 ist relativ groß gewählt, um die gewünschte Ausdehnung oder Kontraktion auch im Hinblick auf den d₃₁-Effekt zu erzielen, der kleiner ist als der d₃₃-Effekt. Bei einer entsprechend großen Anzahl von Wicklungen, die eine große Kraft ermöglichen, kann dies jedoch gegebenenfalls durch einen hydraulischen Koppler, insbesondere einem Kraft-zu-Weg-Umsetzer, ausgeglichen werden.The piezoelectric actuator 10 has a length 40 on. The piezoelectric actuator 10 is as a rolling actuator 10 educated. This is at a contraction of the piezoelectric actuator 10 exploited the d ₃₁ effect, which is characterized by the piezoelectric constant d ₃₁ . The length 40 of the piezoelectric actuator 10 is chosen to be relatively large in order to achieve the desired expansion or contraction also with respect to the d ₃₁ effect, which is smaller than the d ₃₃ effect. However, with a correspondingly large number of windings, which allow a large force, this can be compensated if necessary by a hydraulic coupler, in particular a force-to-way converter.

Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Elektrodenschichten 3, 4 ist auch bei einer großen Wicklungszahl eine relativ schnelle Ladung und Entladung des Aktors 10 möglich. Auf Grund des geringen Widerstands kann dadurch eine große Dynamik erzielt werden, so dass insbesondere hohe Frequenzen bei der Ansteuerung möglich sind. Ferner kann eine große Länge 40 kostengünstig realisiert werden.Due to the advantageous embodiment of the electrode layers 3 . 4 is a relatively fast charge and discharge of the actuator even with a large number of turns 10 possible. Due to the low resistance can be achieved by a large dynamics, so that in particular high frequencies are possible in the control. Furthermore, a great length 40 be realized cost.

Bei der Ausgestaltung des Schichtsystems 1 kann sowohl ein Druckverfahren als auch ein Laminierverfahren zum Einsatz kommen. Das Schichtsystem 1 kann somit durch Drucken oder Laminieren ausgestaltet werden.In the design of the layer system 1 Both a printing process and a lamination process can be used. The shift system 1 can thus be configured by printing or laminating.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.The Invention is not limited to the described embodiments limited.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102006017295 A1 [0002, 0003]

Claims

Piezoelectric actuator ( 10 ), in particular a rolling actuator for fuel injection valves, having a first piezoelectric layer ( 2 ), at least one second piezoelectric layer ( 5 ), a first electrode layer ( 3 ) and at least one second electrode layer ( 4 ), wherein the first electrode layer ( 3 ), the first piezoelectric layer ( 2 ), the second electrode layer ( 4 ) and the second piezoelectric layer ( 5 ) are stacked on top of each other and the first piezoelectric layer ( 2 ) between the electrode layers ( 3 . 4 ), wherein the first electrode layer ( 3 ), the first piezoelectric layer ( 2 ), the second electrode layer ( 4 ) and the second piezoelectric layer ( 5 ) together about a longitudinal axis ( 18 ) and wherein at least the first electrode layer ( 3 ) a varying layer thickness ( 13 ) having.

Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that the layer thickness ( 13 ) of the first electrode layer ( 3 ) in a winding direction ( 26 ) and that the first electrode layer ( 3 ) has an at least substantially constant layer configuration in a longitudinal direction.

Piezoelectric actuator according to claim 2, characterized in that the layer thickness ( 13 ) of the first electrode layer ( 3 ) at a first contact point ( 17 ), at which a first electrode connection ( 19 ) with the first electrode layer ( 3 ), has an at least substantially maximum layer thickness.

Piezoelectric actuator according to claim 3, characterized in that the first electrode connection ( 19 ) the first electrode layer ( 3 ) on an outer winding section ( 21 ) and that the layer thickness ( 13 ) of the first electrode layer ( 3 ) in the winding direction ( 26 ) at least substantially increases from the inside to the outside.

Piezoelectric actuator according to claim 4, characterized in that the layer thickness ( 13 ) of the first electrode layer ( 3 ) in the winding direction ( 26 ) increases from the inside to the outside at least substantially continuously.

Piezoelectric actuator according to claim 3, characterized in that the first electrode connection ( 19 ) the first electrode layer ( 3 ) on an inner winding section ( 21 ) and that the layer thickness ( 13 ) of the first electrode layer ( 3 ) in the winding direction ( 26 ) decreases from the inside to the outside at least substantially.

Piezoelectric actuator according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the first piezoelectric layer ( 2 ), the second piezoelectric layer ( 5 ), the first electrode layer ( 3 ) and the second electrode layer ( 4 ) often around the longitudinal axis ( 18 ) are wound.

Piezoelectric actuator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the layer thickness ( 13 ) of the first electrode layer ( 3 ) varies between about 0.5 μm and about 10 μm.

Piezoelectric actuator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the second electrode layer ( 4 ) a varying layer thickness ( 14 ) having.

Piezoelectric actuator according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first piezoelectric layer ( 2 ) an at least substantially uniform layer thickness ( 12 ) and / or that the second piezoelectric layer ( 5 ) an at least substantially uniform layer thickness ( 12 ) having.

Piezoelectric actuator according to one of claims 1 to 10, characterized in that the second piezoelectric layer ( 5 ) at least substantially between the wound first electrode layer ( 3 ) and the wound second electrode layer ( 4 ) is arranged.

Piezoelectric actuator according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the first piezoelectric layer ( 2 ) as piezoceramic or electroactive layer ( 2 ) is configured and / or that the second piezoelectric layer ( 5 ) as piezoceramic or electroactive layer ( 2 ) is configured

Fuel Injector ( 30 ), in particular injector for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines, with a piezoelectric actuator ( 10 ) according to one of claims 1 to 12 and one of the actuator ( 10 ) operable valve closing body ( 33 ), which is provided with a valve seat surface ( 35 ) cooperates to a sealing seat.