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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Vielschichtkondensator, insbesondere einen piezoelektrischen Aktor für Brennstoffeinspritzventile von Brennstoffeinspritzanlagen für Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen für luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen oder gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen.
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Piezoelektrische Aktoren können in einer keramischen Vielschichtbauweise ausgeführt sein. Hierbei sind als Innenelektroden ausgestaltete Elektrodenschichten zwischen den keramischen Schichten vorgesehen, die versetzt zueinander an voneinander abgewandte Außenseiten des Aktors geführt sind. Hierdurch ergeben sich passive Bereiche, die nicht zur Bauteildehnung beitragen können. Außerdem sind die Außenseiten in der Regel mit organischen Isolationsschichten, insbesondere einem Lack, versehen, um die Innenelektroden gegenüber der Umgebung elektrisch zu isolieren. Hierdurch werden die Elektroden auch gegeneinander elektrisch isoliert, beispielsweise falls Wasser oder andere elektrisch leitende Flüssigkeiten an die Außenseiten des Aktors gelangen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Vielschichtkondensator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtkondensators mit den Merkmalen des Anspruchs 10 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung des Vielschichtkondensators möglich ist. Speziell kann eine Funktionsweise eines als Aktor ausgebildeten Vielschichtkondensators, insbesondere ein Dehnungsverhalten des Aktors, verbessert werden und zugleich ein zuverlässiger Schutz in Bezug auf Kurzschlüsse oder mechanische Einflüsse erreicht werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Vielschichtkondensators und des im Anspruch 10 angegebenen Verfahrens zur Herstellung eines Vielschichtkondensators möglich.
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Der Vielschichtkondensator kann speziell als Aktor, insbesondere als piezoelektrischer Aktor, ausgebildet sein. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung beispielsweise für Brennstoffeinspritzventile von Brennstoffeinspritzanlagen zum Einsatz kommen. Bei einer Ausgestaltung als Aktor ist der Kondensatorkörper als Aktorkörper ausgebildet. Die Schichten dieses Aktorkörpers sind dann als keramische Schichten ausgebildet, während die Elektrodenschichten dann Elektrodenschichten des Aktorkörpers sind.
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Die anhand des Aktors mit einem Aktorkörpers beschriebenen Ausgestaltungen mit ihren Vorteilen können, falls zweckmäßig, auch in entsprechender Weise bei einem anders ausgebildeten Vielschichtkondensator zum Einsatz kommen. Die Schichten des Kondensatorkörpers können dann auch als dielektrische Schichten aus einem geeigneten dielektrischen Material ausgebildet sein.
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Die dielektrischen Schichen können aus einem piezoelektrischen Material gebildet sein. Der Vielschichtkondensator kann als Aktor (Aktuator) betrieben werden.
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In vorteilhafter Weise sind die Isolationsschichten als streifenförmige Isolationsschichten ausgestaltet. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Isolationsschichten als anorganisch-nichtmetallische Isolationsschichten ausgebildet sind. Auf diese Weise kann ein Oberflächen-Isolationskonzept realisiert werden, das für hohe Betriebstemperaturen geeignet ist und zudem eine geringe Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Einflüssen aufweist und somit eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber möglichen Beschädigungen hat. Die Isolationsschichten können hierbei auf beliebige Außenseiten, das heißt Oberflächen oder Oberflächenbereiche, des Aktorkörpers aufgebracht werden. Die Oberfläche wird hierbei nicht ganzflächig geschlossen, sondern nur lokal an den einzelnen zu isolierenden Elektrodenschichten ausgeführt. Diese lokalen Isolationsschichten können vorzugsweise auf einem Glas als anorganisch-nichtmetallisches Material beruhen. Durch eine Ausgestaltung aus Glas kann eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit erzielt werden. Hierbei weist das anorganisch-nichtmetallische Material eine gewisse Elastizität auf. Dies ist möglich, da die Isolationsschichten nicht großflächig, sondern nur lokal entlang der an die Außenseite geführten Elektrodenschichten ausgestaltet sind und somit nur im geringen Maße der Bauteildehnung des Aktorkörpers im Betrieb ausgesetzt sind.
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Vorteilhaft ist es, dass der Teil der Elektrodenschichten, der zumindest bereichsweise an die Außenseite des Aktorkörpers geführt ist und an der Außenseite mit lokal ausgestalteten elektrischen Isolationsschichten überdeckt ist, zumindest bereichsweise an eine an der Außenseite vorgesehene Außenelektrode geführt ist und durch die Isolationsschichten gegenüber der Außenelektrode elektrisch isoliert ist und dass ein anderer Teil der Elektrodenschichten zumindest bereichsweise an die an der Außenseite vorgesehene Außenelektrode geführt ist und mit der Außenelektrode elektrisch verbunden ist. Somit kann der eine Teil der Elektrodenschichten zwar bis an die Außenseite, an der auch die Außenelektrode vorgesehen ist, geführt werden, aber zuverlässig gegenüber der Außenelektrode elektrisch Isoliert sein. Hierdurch wird ein passiver Bereich des Aktorkörpers im Bereich der Außenelektrode vermieden. Solch ein passiver Bereich entsteht beispielsweise, wenn der nicht mit der Außenelektrode verbundene Teil der Elektrodenschichten von der betreffenden Außenseite beabstandet ist, um über das dazwischen liegende keramische Material eine Isolation gegenüber der Außenelektrode zu erzielen. Als weiterer Vorteil ergibt sich außerdem, dass sich eine homogener Aufbau des Vielschichtaktors ergibt, wodurch Dehnungsunterschiede und somit mechanische Spannungen innerhalb des Aktorkörpers reduziert sind.
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Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang auch, dass der eine Teil der Elektrodenschichten zumindest bereichsweise an eine an einer weiteren Außenseite vorgesehene weitere Außenelektrode geführt ist und mit der weiteren Außenelektrode elektrisch verbunden ist und dass der andere Teil der Elektrodenschichten zumindest bereichsweise an die an der weiteren Außenseite vorgesehene weitere Außenelektrode geführt ist und an der weiteren Außenseite durch lokal ausgestaltete elektrische Isolationsschichten überdeckt und gegenüber der weiteren Außenelektrode elektrisch isoliert ist. Auf diese Weise können die als Innenelektroden dienenden Elektrodenschichten des Aktorkörpers vorteilhaft mit Außenelektroden elektrisch kontaktiert sein. Hierbei sind passive Bereiche an den beiden Außenelektroden vermieden.
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In vorteilhafter Weise sind die Elektrodenschichten des Aktorkörpers an eine freie Außenseite des Aktorkörpers geführt und an der freien Außenseite mit lokal ausgestalteten elektrischen Isolationsschichten überdeckt. An der freien Außenseite des Aktorkörpers sind keine Außenelektroden vorgesehen. Indem alle Elektrodenschichten des Aktorkörpers an der freien Außenseite überdeckt sind, ist eine zuverlässige elektrische Isolierung der einzelnen Elektrodenschichten untereinander und der Elektrodenschichten gegenüber der Umgebung gewährleistet. Ferner ist es vorteilhaft, dass sich die Elektrodenschichten zumindest näherungsweise über einen Querschnitt des Aktorkörpers erstrecken. Somit können die Elektrodenschichten einen aktiven Bereich des Aktorkörpers definieren, der sich über den gesamten Querschnitt des Aktorkörpers erstreckt. Hierdurch ergibt sich zum einen eine bestmögliche Ausnutzung des zwischen den Elektrodenschichten vorgesehenen keramischen Materials, was zu hohen Aktorkräften führt. Zum anderen wird ein homogenes Dehnungsverhalten innerhalb der keramischen Schichten ermöglicht, so dass Dehnungsunterschiede vermieden und somit unerwünschte mechanische Spannungen und Rissbildung reduziert sind.
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Bei der Herstellung des piezoelektrischen Aktors ist es von Vorteil, dass die Außenseite des Aktorkörpers in Kontakt mit einer Partikel-Suspension eines Abscheidungsbads gebracht wird, dass zwischen dem Teil der Elektrodenschichten, an dem lokale elektrische Isolationsschichten an der Außenseite des Aktorkörpers ausgestaltet werden, und einer Gegenelektrode des Abscheidungsbads eine elektrische Spannung angelegt wird und dass die elektrische Spannung so gewählt ist, dass durch elektrophoretische Abscheidung Partikel aus der Partikel-Suspension des Abscheidungsbads an der Außenseite des Aktorkörpers an dem Teil der Elektrodenschichten abgeschieden werden. Somit können lokale, anorganisch-nichtmetallische Isolationsschichten, vorzugsweise aus Glas, durch elektrophoretische Abscheidung, gegebenenfalls mit einer anschließenden thermischen Nachbehandlung, aufgebracht werden. Vorzugsweise ist hierfür die Partikel-Suspension einer geeigneten Glasfritte in einer geeigneten Flüssigkeit, zum Beispiel wässrigen Flüssigkeit, zu verwenden, wobei durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den gewünschten Elektrodenschichten und der in der Partikel-Suspension befindlichen Gegenelektrode im elektrischen Feld an den Elektrodenschichten Schichten aus Glaspartikeln abgeschieden werden. Gegebenenfalls können diese Glasschichten durch eine anschließende, geeignete thermische Nachbehandlung durch kurzzeitiges Erweichen der Glaspartikel zu dichten Glasschichten gesintert werden. Hierdurch ergibt sich eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie eine geringe Anfälligkeit für mechanische Beschädigungen. Außerdem werden Fehlstellen in den Isolationsschichten durch die von dem elektrischen Feld getriebene Abscheidung praktisch ausgeschlossen.
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Somit ist es vorteilhaft, dass die in der Partikel-Suspension dispergierten Partikel aus einer Glasfritte bestehen. Die Isolationsschichten sind entsprechen in vorteilhafter Weise aus einem glasartigen Material ausgebildet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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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:
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1 einen piezoelektrischen Aktor während der Herstellung und ein Abscheidungsbad in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des piezoelektrischen Aktors;
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3 einen piezoelektrischen Aktor während der Herstellung und ein Abscheidungsbad in einer schematischen Darstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines piezoelektrischen Aktors entsprechend einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung und
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5 eine auszugsweise, schematische Schnittdarstellung eines piezoelektrischen Aktors entsprechend einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen piezoelektrischen Aktor 1 während der Herstellung und ein Abscheidungsbad 2 in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der piezoelektrische Aktor 1 kann insbesondere für Brennstoffeinspritzventile von Brennstoffeinspritzanlagen für Brennkraftmaschinen dienen. Der piezoelektrische Aktor 1 oder ein Aktormodul mit dem piezoelektrischen Aktor 1 können allerdings auch unabhängig von einem Brennstoffeinspritzventil hergestellt und vertrieben werden.
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Der piezoelektrische Aktor 1 stellt eine bevorzuge Ausführungsfom eines Vielschichtkondensators 1 dar. Die Erfindung und ihre möglichen Weiterbildungen können allgemein bei Vielschichtkondensatoren 1 zum Einsatz kommen, wodurch sich die Erfindung auch für andere Anwendungsfälle als Aktoren 1 eignet. Die anhand des als piezoelektrischen Aktors 1 beschrieben Ausgestaltungen mit ihren Vorteilen sind daher entsprechend auch bei anderen Vielschichtkondensatoren 1 realisierbar.
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Der piezoelektrische Aktor 1 weist einen Aktorkörper 3 auf, der eine Vielzahl von keramischen Schichten 4 und eine Vielzahl von zwischen den keramischen Schichten 4 angeordneten Elektrodenschichten 5, 6 umfasst. Zur Vereinfachung der Darstellung sind hierbei nur die keramische Schicht 4 und die Elektrodenschichten 5, 6 gekennzeichnet. Die keramische Schicht 4 ist zwischen den Elektrodenschichten 5, 6 angeordnet. Die Elektrodenschichten 5, 6 dienen als Innenelektroden 5, 6 des piezoelektrischen Aktors 1. Die Elektrodenschichten 5, 6 sind an eine Außenseite 7 des Aktorkörpers 3 geführt. Ferner weist der Aktorkörper 3 eine Außenseite 8, eine Außenseite 9 (3) und eine Außenseite 10 auf.
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Ein Teil der Elektrodenschichten 5, 6 ist mit einer Außenelektrode 11 elektrisch kontaktiert. Die Außenelektrode 11 ist hierbei an die Außenseite 7 angebracht. Ferner ist ein anderer Teil der Elektrodenschichten 5, 6 mit einer weiteren Außenelektrode 12 (4) elektrisch kontaktiert, die an der Außenseite 9 vorgesehen ist. Die Außenseite 9 ist hierbei von der Außenseite 7 abgewandt.
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Zur Herstellung des piezoelektrischen Aktors 1 wird während des Verfahrens zur Herstellung eine elektrische Spannungsquelle 13 genutzt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Außenelektroden 11, 12 des Aktorkörpers 3 über eine gemeinsame elektrische Leitung 14 mit einem Pol der Spannungsquelle 13 verbunden. Eine Gegenelektrode 15 ist über eine elektrische Leitung 16 mit dem anderen Pol der Spannungsquelle 13 verbunden.
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In dem Abscheidungsbad 2 befindet sich eine Partikel-Suspension 17, bei der Partikel 18 beispielsweise in einer wässrigen Lösung 19 verteilt sind. Hierbei ist zur Vereinfachung der Darstellung ein Partikel 18 schematisch dargestellt und gekennzeichnet. Die Außenseite 8 wird auf geeignete Weisung bezüglich des Abscheidungsbads 2 positioniert, um einen Kontakt der Partikel-Suspension 17 mit der Außenseite 8 zu ermöglichen. Auf Grund der angelegten Spannung zwischen einerseits den Elektrodenschichten 5, 6 und andererseits der Gegenelektrode 15 werden die Partikel 18 an den Elektrodenschichten 5, 6 auf der Außenseite 8 nach und nach abgelagert. Dies kann auch in mehreren Teilschichten erfolgen, was durch eine Steuerung der Spannung der Spannungsquelle 13 möglich ist.
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2 zeigt den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des piezoelektrischen Aktors 1 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung. An der Außenseite 8 sind hierbei mehrere Isolationsschichten 20, 21 ausgestaltet, von denen zur Vereinfachung der Darstellung nur die Isolationsschichten 20, 21 gekennzeichnet sind. Die Isolationsschicht 20 hat sich hierbei an der Elektrodenschicht 5 an der Außenseite 8 durch den anhand der 1 beschriebenen Verfahrensschritt abgelagert. Entsprechend hat sich die Isolationsschicht 21 an der Elektrodenschicht 6 an der Außenseite 8 abgelagert. Ferner sind die Isolationsschichten 20, 21 thermisch nachbehandelt. Hierbei wird durch kurzzeitiges Erweichen der abgeschiedenen Partikel 18 eine dichte Ausbildung der Isolationsschichten 20, 21 ermöglicht. Speziell können die Partikel 18 als Glaspartikel ausgestaltet sein, wodurch sich durch die thermische Nachbehandlung gesinterte Glasschichten 20, 21 ergeben. Somit können anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe, insbesondere Glas, zur Ausbildung der Isolationsschichten 20, 21 dienen. Hierbei sind die Isolationsschichten 20, 21 unelastisch ausgestaltet. Allerdings sind die Isolationsschichten 20, 21 nur lokal an der Außenseite 8 vorgesehen, nämlich im Bereich der Elektrodenschichten 5, 6. Somit werden nur die einzelnen Elektrodenschichten 5, 6 überdeckt. Daher wird ein hohes Dehnungsvermögen der keramischen Schicht 4 und der anderen keramischen Schichten des Aktorkörpers 3 ermöglicht. Speziell sind die im Betrieb auftretenden, durch die Bauteildehnung verursachten mechanischen Spannungen innerhalb der Isolationsschichten 20, 21 sowie an der Grenzfläche zu der keramischen Schicht 4 gering. Außerdem ist der Einsatz von relativ steifen, anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffen möglich, ohne dass eine Rissbildung oder ein mechanisches Versagen im Betrieb auftritt.
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Die Ausgestaltung aus einem Glas hat hierbei den Vorteil, dass eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit, eine gute mechanische, thermische und chemische Beständigkeit und ein geeigneter Erweichungspunkt für die thermische Nachbehandlung bestehen.
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Der piezoelektrische Aktor 1 kann allerdings zusätzlich auch mit einer ganzflächigen, durchgehenden Oberflächenisolations- oder sonstigen Schutz- oder Funktionsschicht überzogen sein. Hierbei können auch organische Werkstoffe zum Einsatz kommen. Dies kann beispielsweise zur Verbesserung der elektrischen Isolation sinnvoll sein.
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Das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Aktors 1 kann durch lokale elektrophoretische Abscheidung von Partikeln 18 aus geeigneten Partikel-Suspensionen 17 erfolgen. Bei dem anhand der 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Vielschicht-Aktor 1 so kontaktiert, dass die beiden Außenelektroden 11, 12 gemeinsam auf der gleichen Spannung liegen. Der Aktorkörper 3 kann beispielsweise mit seiner Außenseite 8 in die Partikel-Suspension 17 eingetaucht werden. Die Gegenelektrode 15 stellt dann die gegenpolige Elektrode 15 für die Elektrophorese dar. Für Isolationsschichten 20, 21, die aus einem Glas gebildet sind, ist für die elektrophoretische Abscheidung eine geeignete, beispielsweise wässrige, Suspension einer entsprechenden Glasfritte mit geeigneter Partikelgrößenverteilung geeignet.
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Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Elektrodenschichten 5, 6 des Aktorkörpers 3 einerseits und der Gegenelektrode 15, die als Tauchelektrode 15 dient, andererseits sowie durch Eintauchen der zu beschichtenden Bauteilbereiche in die Partikel-Suspension 17 können im elektrischen Feld dünne, defektfreie Isolationsschichten 20, 21 hohe Packungsdichte aus den Partikeln 18 aufgebaut werden. Hierbei sind geeignete und auf das Materialsystem abgestimmte Prozessparameter für die elektrophoretische Abscheidung gewählt, die unter anderem hinsichtlich eines Zeta-Potentials, eines pH-Werts, eines Feststoffgehalts und gegebenenfalls eventueller Zusätze in der Partikel-Suspension 17, der Partikelgrößenverteilung der Glasfritte sowie der angelegten Spannung und resultierenden Stromdichte und Abscheidungsrate gewählt sind. Durch die von dem elektrischen Feld getriebene Abscheidung der einzelnen Partikel 18 aus der Suspension 17 werden eventuelle Fehlstellen in den sich ausbildenden Isolationsschichten 20, 21 durch die dort auftretenden Überhöhungen des elektrischen Feldes unmittelbar durch abgelagerte Partikel 18 wieder verschlossen. Somit können fehlerfreie Isolationsschichten 20, 21 mit hoher Homogenität und Packungsdichte erzeugt werden. Durch eine geeignete thermische Nachbehandlung, insbesondere durch kurzzeitiges Erweichen der Glaspartikel, kann eine Sinterung zu dichten, lokalen Isolationsschichten 20, 21 erfolgen. Hierbei ist es auch möglich, dass durch wiederholte elektrophoretische Abscheidung und thermische Nachbehandlung eventuelle Fehlstellen in den Isolationsschichten 20, 21 verschlossen werden.
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3 zeigt einen piezoelektrischen Aktor 1 während der Herstellung und ein Abscheidungsbad 2 in einer schematischen Darstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel sind an die Außenseiten 8, 10 des Aktorkörpers 3 Hilfselektroden 25, 26 für das Verfahren zur Herstellung des piezoelektrischen Aktors angebracht. Der Aktorkörper 3 weist hierbei zusätzliche Außenbereiche 27, 28 auf, die später abgetrennt werden können, beispielsweise durch Abschleifen. Die zusätzlichen Außenbereiche 27, 28 vereinfachen die elektrische Kontaktierung der Elektrodenschichten 5, 6 mit den Hilfselektroden 25, 26. Hierbei erstreckt sich jeweils ein Teil der Elektrodenschichten 5, 6 durch den zusätzlichen Außenbereich 27 bis zu der Hilfselektrode 25, während sich der andere Teil der Elektrodenschichten 5, 6 durch den zusätzlichen Außenbereich 28 bis zu der Hilfselektrode 26 erstreckt. Hierdurch kann in einfacher Weise eine elektrische Kontaktierung mit den beiden Hilfselektroden 25, 26 erfolgen, wobei die Elektrodenschichten 5, 6 vorteilhafterweise abwechselnd entweder mit der Hilfselektrode 25 oder mit der Hilfselektrode 26 elektrisch kontaktiert sind.
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Bei dem anhand der 3 veranschaulichten Verfahrensschritt ist die Hilfselektrode 26 über die elektrische Leitung 14 mit einem Pol der Spannungsquelle 13 verbunden. Außerdem sind sowohl die andere Hilfselektrode 25 als auch die Gegenelektrode 15 über die elektrische Leitung 16 mit dem anderen Pol der Spannungsquelle 13 verbunden. Somit liegen die Hilfselektrode 25 und somit auch der mit der Hilfselektrode 25 verbundene Teil der Elektrodenschichten 5, 6 auf dem gleichen Spannungspotential wie die Gegenelektrode 15.
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Alternativ kann zusätzlich durch Umschalten des Schalters 40 zwischen die Hilfselektrode 25 und die Gegenelektrode 15 eine weitere Spannungsquelle 41 zwischengeschaltet werden, um eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Hilfselektrode 25 und der Gegenelektrode 15 zur Steuerung des Abscheideprozesses zu ermöglichen. Je nach Ausgestaltung können die Punkte 42 und 43 auch fest miteiner verbunden sein. Beispielsweise über die Spannungsquelle 41 oder ohne Spannungsquelle 41 durch Verbindung über einen elektrischen Leiter, so dass der Schalter 40 entfallen kann.
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Wenn die Spannung der Spannungsquelle 13 auf einen geeigneten Wert eingestellt ist beziehungsweise geeignet gesteuert wird, dann scheiden sich die Partikel 18 aus der Partikel-Suspension 17 nur im Bereich der Elektrodenschichten 5, 6 an der Außenseite 7 ab, die mit der Hilfselektrode 26 elektrisch verbunden sind. An dem anderen Teil der Elektrodenschichten 5, 6 erfolgt hingegen keine Abscheidung von Partikeln 18, da auf Grund der verschwindenden Spannungsdifferenz zu der Gegenelektrode 15 kein elektrisches Feld wirkt.
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Nach dem Beschichten der Außenseite 7 sind somit an der Außenseite 7 lokal Isolationsschichten aufgebracht, die nur einen Teil der Elektrodenschichten 5, 6 überdecken. Insbesondere kann jede zweite Elektrodenschicht lokal mit einer Isolationsschicht versehen sein.
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An der Außenseite 9 sind bereits durch einen vorhergehenden Abscheidungsschritt lokale Isolationsschichten 29 ausgestaltet, die vorteilhafterweise genau den anderen Teil der Elektrodenschichten 5, 6 überdecken.
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4 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines piezoelektrischen Aktors 1 entsprechend einer möglichen Ausgestaltung. Hierbei ist das Verfahren mit Schritten S1, S2, S3, S4, S5 dargestellt. Mit dem Schritt S1 beginnt das Verfahren. Im Schritt S2 werden an den Aktorkörper 3 Hilfselektroden 25, 26 an den Seiten 8, 10 angebracht. Diese Hilfselektroden 25, 26 befinden sich dann auf zusätzlichen Außenbereichen 27, 28 des Aktorkörpers 3. Hierbei werden die Elektrodenschichten 5, 6 wechselweise mit den Hilfselektroden 25, 26 kontaktiert. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Elektrodenschicht 5 mit der Hilfselektrode 25 elektrisch kontaktiert, während die Elektrodenschicht 6 mit der Hilfselektrode 26 elektrisch kontaktiert ist. In einem Beschichtungsschritt werden zunächst die mit der Hilfselektrode 25 verbundenen Elektrodenschichten über die elektrische Leitung 14 mit einem Pol der Spannungsquelle 13 verbunden, während die anderen Elektrodenschichten 6 über die Hilfselektrode 26 und die elektrische Leitung 16 zusammen mit der Gegenelektrode 15 mit dem anderen Pol der Spannungsquelle 13 verbunden sind. Die Außenseite 9 wird hierbei in Kontakt mit der Partikel-Suspension 17 des Abscheidungsbads 2 gebracht. Dadurch scheiden sich die Isolationsschichten 29, 29', 29'' auf einem Teil der Elektrodenschichten ab. Die Elektrodenschicht 5 ist somit von der Isolationsschicht 29' überdeckt. Anschließend wird der verbleibende Teil der Elektrodenschichten 6 an der Außenseite 7 selektiv und lokal mit Isolationsschichten 30, 30' (5) beschichtet. Vorteilhafterweise werden die Isolationsschichten 29, 29', 29'' anschließend einer thermischen Nachbehandlung unterzogen.
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Im Schritt S3 werden die zusätzlichen Außenbereiche 27, 28 abgetrennt. Hierbei werden auch die Hilfselektroden 25, 26 entfernt. Somit verbleibt ein Aktorkörper 3, bei dem sich die einzelnen Elektrodenschichten 5, 6 jeweils über den gesamten Querschnitt 31 erstrecken. Insbesondere sind die Elektrodenschichten 5, 6 zu allen Außenseiten 7 bis 10 geführt. Hierdurch entfallen passive Bereiche des Aktorkörpers 3. Somit erstreckt sich der aktive Bereich des Aktorkörpers 3 über den gesamten Querschnitt 31 des Aktorkörpers 3.
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Im Schritt 34 werden an die Außenseiten 7, 9 Außenelektroden 11, 12 aufgebracht. Auf Grund der Isolationsschichten 29, 30 sind die Elektrodenschichten 5, 6 dann jeweils abwechselnd mit den Außenelektroden 11, 12 elektrisch kontaktiert. Hierbei können die Außenelektroden 11, 12 direkt auf die als Kontaktierungsflächen dienenden Außenseiten 7, 9 aufgebracht werden. Beispielsweise kann die Außenkontaktierung als Einbrand-Grundmetallisierung ausgeführt sein, die beispielsweise mittels Pastenform mittels Siebdruckprozessen flächig aufgebracht und anschließend beispielsweise in einem geeigneten thermischen Prozess eingebrannt wird. Hierbei ist die Einbrand-Temperatur der Grundmetallisierungsschichten vorzugsweise unterhalb des Erweichungs- oder Zersetzungspunktes der lokal ausgestalteten Isolationsschichten 29, 30 gewählt.
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Im Schritt S4 kann außerdem an allen Elektrodenschichten 5, 6 des Aktorkörpers 3 an den Außenseiten 8, 10 eine lokale Ausbildung von weiteren Isolationsschichten 20, 21 erfolgen, wie es anhand der 1 und 2 beschrieben ist. Außerdem können auch die Abschnitte der Elektrodenschichten 5, 6 an den Außenseiten 7, 9, die nicht von den Außenelektroden 11, 12 bedeckt sind, noch mit Isolationsschichten versehen werden. Somit ist sowohl eine vorteilhafte elektrische Kontaktierung der Elektrodenschichten 5, 6 mit den Außenelektroden 11, 12 als auch eine zuverlässige Isolierung gegenüber der Umgebung möglich.
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5 zeigt eine auszugsweise, schematische Schnittdarstellung eines piezoelektrischen Aktors 1 entsprechend einer möglichen Ausgestaltung. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Elektrodenschichten 5, 5', 5'' mit der Außenelektrode 11 elektrisch verbunden. Beispielsweise ist die Elektrodenschicht an einer Stelle 35 mit der Außenelektrode 11 elektrisch verbunden. Ferner sind die Elektrodenschichten 5, 5', 5'' gegenüber der Außenelektrode 12 elektrisch isoliert und somit auch nicht mit der Außenelektrode 12 elektrisch verbunden. Die elektrische Isolierung erfolgt durch die Isolationsschichten 29, 29', 29'', die an der Außenseite 9 über den Elektrodenschichten 5, 5', 5'' lokal ausgestaltet sind.
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Umgekehrt sind die Elektrodenschichten 6, 6' mit der Außenelektrode 12 elektrisch verbunden. Beispielsweise ist die Elektrodenschicht 6 an einer Stelle 36 mit der Außenelektrode 12 elektrisch verbunden. Durch die lokal ausgestalteten Isolationsschichten 30, 30' sind die Elektrodenschichten 6, 6' gegenüber der Außenelektrode 11 elektrisch isoliert und somit nicht mit der Außenelektrode 11 elektrisch verbunden. Hierdurch ist eine wechselweise (alternierende) elektrische Verbindung der Elektrodenschichten 5, 6 mit den Außenelektroden 11, 12 gewährleistet. Die Elektrodenschichten 5, 6 erstrecken sich hierbei über den Querschnitt 31 des Aktorkörpers 3. Somit stellt der Querschnitt 31 den aktiven Bereich des Aktorkörpers 3 dar. Passive Bereiche innerhalb des Aktorkörpers 3 sind somit eliminiert.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
