DE102016211325A1

DE102016211325A1 - Kontaktierungsbauelement and arrangement of a Kontaktierungsbauelement and a piezo stack

Info

Publication number: DE102016211325A1
Application number: DE102016211325.9A
Authority: DE
Inventors: Claus Zumstrull
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2017-10-12
Also published as: WO2017220231A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kontaktierungsbauelement (10) zum Kontaktieren eines Piezostapels (12), wobei das Kontaktierungsbauelement (10) ein Zentrierungsbauelement (16) mit zwei zueinander beabstandeten Positionierungsplatten (20) und zwei Kontaktierungspins (14) aufweist, wobei das Zentrierungsbauelement (16) und die Kontaktierungspins (14) stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Weiter betrifft die Erfindung eine Anordnung (32) aus einem solchen Kontaktierungsbauelement (10), in das ein Piezostapel (12) eingefügt angeordnet ist.The invention relates to a contacting component (10) for contacting a piezo stack (12), wherein the contacting component (10) has a centering component (16) with two spaced apart positioning plates (20) and two contacting pins (14), wherein the centering component (16) and the Kontaktierungspins (14) are materially interconnected. Furthermore, the invention relates to an arrangement (32) of such a Kontaktierungsbauelement (10), in which a piezo stack (12) is inserted inserted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kontaktierungsbauelement zum elektrischen Kontaktieren eines Piezostapels sowie eine Anordnung aus einem solchen Kontaktierungsbauelement und einem Piezostapel. The invention relates to a Kontaktierungsbauelement for electrically contacting a piezo stack and an arrangement of such Kontaktierungsbauelement and a piezo stack.

Piezostapel, auch bekannt als Piezostacks, die häufig in Antrieben von Kraftstoffinjektoren verwendet werden, bestehen für gewöhnlich aus einer Mehrzahl an piezoelektrischen Materialschichten, wie beispielsweise piezoelektrischen Keramikschichten, die abwechselnd mit Innenelektrodenschichten übereinandergestapelt sind. Handelsübliche Piezostapel weisen häufig mehr als 300 solcher Materialschichten auf. Zur Erzeugung einer Längenänderung des Piezostapels, dem sogenannten Hub, werden die piezoelektrischen Materialschichten einem elektrischen Feld ausgesetzt. Der piezoelektrische Effekt bewirkt dabei eine Dehnung der piezoelektrischen Materialschichten. Die Summe der Dehnungen der Piezostapel-Materialschichten ergibt den Hub des gesamten Piezostapels. Das elektrische Feld wird mittels der Innenelektrodenschichten erzeugt, die ober- und unterhalb jeder einzelnen piezoelektrischen Materialschicht angeordnet sind. Es befinden sich also zwischen den einzelnen piezoelektrischen Materialschichten abwechselnd eine mit einem positiven Potential und mit einem negativen Potential beaufschlagte Innenelektrodenschicht, die zyklisch geladen und wieder entladen werden. Piezo stacks, also known as piezo stacks, which are often used in drives of fuel injectors, usually consist of a plurality of piezoelectric material layers, such as piezoelectric ceramic layers, which are stacked alternately with internal electrode layers. Commercially available piezo stacks frequently have more than 300 such material layers. To produce a change in length of the piezo stack, the so-called stroke, the piezoelectric material layers are exposed to an electric field. The piezoelectric effect causes an elongation of the piezoelectric material layers. The sum of the expansions of the piezo stack material layers results in the stroke of the entire piezo stack. The electric field is generated by means of the inner electrode layers, which are arranged above and below each individual piezoelectric material layer. Thus, between the individual piezoelectric material layers there are alternately an inner electrode layer which is acted upon by a positive potential and a negative potential and which are cyclically charged and discharged again.

Die Kontaktierung der Innenelektrodenschichten erfolgt dabei von außerhalb des Piezostapels, und zwar derart, dass jeweils nur jede zweite Innenelektrodenschicht pro Seite kontaktiert wird, und zwar vorteilhaft über eine flexible elektrische Anbindung, die den Bewegungen bei einer Längenausdehnung des Piezostapels im Betrieb folgen kann. The contacting of the inner electrode layers takes place from outside the piezo stack, in such a way that only every second inner electrode layer per side is contacted, and advantageously via a flexible electrical connection, which can follow the movements during a longitudinal expansion of the piezo stack in operation.

Ausgehend von dieser elektrischen Anbindung ist zumeist eine Weiterkontaktierung vorgesehen, die eine Verbindung zu einem elektrischen Potential von außerhalb ermöglicht. On the basis of this electrical connection usually a further contact is provided, which allows a connection to an electrical potential from outside.

Diese Weiterkontaktierung wird mit zunehmenden Anordnungen an den Kraftstoffinjektor, wie beispielsweise durch höhere Temperaturen, mehr gewünschte Einspritzungen und höhere mechanische Belastungen, thermisch, elektrisch und mechanisch immer stärker belastet. This further contact is increasingly burdened with increasing arrangements of the fuel injector, such as by higher temperatures, more desired injections and higher mechanical loads, thermally, electrically and mechanically.

In der traditionellen Bauweise ist es bekannt, dass die Weiterkontaktierung direkt mit dem Piezostapel kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist. Dies führt zumeist zu einer Kraftkopplung der Weiterkontaktierung und dem Piezostapel. In the traditional construction, it is known that the further contact is connected directly to the piezoelectric stack positively and / or positively. This usually leads to a power coupling of further contact and the piezo stack.

Zusätzlich bestehen bezüglich der Positionierung der Weiterkontaktierung hohe Anforderungen. In addition, there are high requirements with regard to the positioning of the further contact.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Weiterkontaktierung eines Piezostapels vorzuschlagen, die die zunehmenden Anforderungen erfüllen kann. The object of the invention is therefore to propose further contacting a piezo stack, which can meet the increasing requirements.

Diese Aufgabe wird mit einem Kontaktierungsbauelement mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst. This object is achieved with a Kontaktierungsbauelement with the feature combination of claim 1.

Eine Anordnung aus einem solchen Kontaktierungsbauelement und einem Piezostapel ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches. An arrangement of such a Kontaktierungsbauelement and a piezo stack is the subject of the independent claim.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein Kontaktierungsbauelement zum elektrischen Kontaktieren eines Piezostapels weist wenigstens zwei elektrisch leitfähige Kontaktierungspins, die entlang einer Längsachse im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, sowie ein elektrisch isolierendes Zentrierungsbauelement auf, das wenigstens zwei entlang der Längsachse beabstandet und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Positionierungsplatten mit jeweils einer Aufnahmeöffnung zum Aufnehmen des Piezostapels aufweist. Dabei sind die Kontaktierungspins und das Zentrierungsbauelement stoffschlüssig miteinander verbunden. A Kontaktierungsbauelement for electrically contacting a piezoelectric stack has at least two electrically conductive Kontaktierungspins, which are arranged along a longitudinal axis substantially parallel to each other, and an electrically insulating Zentrierungsbauelement, the at least two spaced along the longitudinal axis and substantially parallel positioning plates each having a receiving opening has to pick up the piezo stack. In this case, the contacting pins and the centering component are firmly bonded together.

Es wird daher ein Kontaktierungsbauelement vorgeschlagen, bei dem die Funktionen der Kontaktierung des Piezostapels selbst, der Positionierung des Piezostapels und der Weiterkontaktierung nach außen hin räumlich bzw. funktional getrennt sind. Dabei wird die Aufsplittung in mehrere funktionale Einheiten dadurch erreicht, dass das Kontaktierungsbauelement die Funktionen Zentrierung und Weiterkontaktierung übernimmt. Dieses Kontaktierungsbauelement kann daher sehr präzise beispielsweise aus einem Kunststoffspritzguss und kostengünstig hergestellt werden. Dabei sind die Kontaktierungspins stoffschlüssig mit dem Bereich, der die Zentrierung des Piezostapels übernimmt, nämlich die wenigstens zwei Positionierungsplatten, verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, die Positioniergenauigkeit der Weiterkontaktierung in Form der Kontaktierungspins auf sehr kleinem Bauraum in einem spezifischen Herstellungsschritt zu realisieren. It is therefore proposed a Kontaktierungsbauelement, in which the functions of contacting the piezo stack itself, the positioning of the piezo stack and the Weitererkontaktierung outwardly spatially or functionally separated. In this case, the splitting into a plurality of functional units is achieved by the contacting component assuming the functions of centering and further contacting. This contacting component can therefore be manufactured very precisely, for example, from a plastic injection molding and at low cost. The Kontaktierungspins are materially connected to the area that takes over the centering of the piezo stack, namely the at least two positioning plates connected. In this way, it is possible to realize the positioning accuracy of the further contacting in the form of Kontaktierungspins on very small space in a specific manufacturing step.

Vorzugsweise sind das Zentrierungsbauelement und die Kontaktierungspins im Spritzgussverfahren gebildet, wobei die Positionierungsplatten an den Kontaktierungspins angespritzt ausgebildet sind. Dabei wird eine positionsgenaue Anordnung der Kontaktierungspins relativ zu dem Piezostapel, der später in das Kontaktierungsbauelement eingefügt wird, erreicht. Preferably, the Zentrierungsbauelement and the Kontaktierungspins are formed by injection molding, wherein the positioning plates are formed molded on the Kontaktierungspins. In this case, a positionally accurate arrangement of the Kontaktierungspins is achieved relative to the piezo stack, which is later inserted into the Kontaktierungsbauelement.

Das Zentrierungsbauelement, insbesondere die Positionierungsplatten, die die Zentrierung des Piezostapels später übernehmen, sind dabei elektrisch isolierend ausgebildet, um Überschläge zwischen den beiden Kontaktierungspins zu vermeiden, die die elektrische Anbindung an die Innenelektrodenschichten des Piezostapels übernehmen. Das Zentrierungsbauelement ist daher vorteilhaft aus Kunststoff gefertigt, insbesondere da Kunststoff einfach im Spritzgussverfahren verarbeitet werden kann. The Zentrierungsbauelement, in particular the positioning plates, the centering of the Piezo stack take over later, are electrically insulated to avoid flashovers between the two Kontaktierungspins that take over the electrical connection to the inner electrode layers of the piezo stack. The Zentrierungsbauelement is therefore advantageously made of plastic, especially since plastic can be easily processed by injection molding.

Es sind vorteilhaft wenigstens zwei Positionierungsplatten vorgesehen, um die spätere Zentrierung des Piezostapels zu übernehmen. Es können jedoch auch weitere Positionierungsplatten vorgesehen sein, die entlang der Längsachse beabstandet zueinander und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. There are advantageously at least two positioning plates provided to take over the later centering of the piezo stack. However, it is also possible to provide further positioning plates which are arranged at a distance from each other along the longitudinal axis and substantially parallel to one another.

Vorzugsweise sind die Positionierungsplatten jeweils in einer Positionierungsplattenebene gebildet, wobei die Längsachse im Wesentlichen die Ebenenormale zu den Positionierungsplattenebenen bildet. Das bedeutet, dass die Positionierungsplatten im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktierungspins angeordnet sind, sodass die Kontaktierungspins als Abstandshalter zwischen den beiden Positionierungsplatten dienen und diese miteinander verbinden. Durch den Stoffschluss zwischen Kontaktierungspins und Positionierungsplatten werden die Positionierungsplatten in der gewünschten Position gehalten. Preferably, the positioning plates are each formed in a positioning plate plane, wherein the longitudinal axis substantially forms the plane normal to the positioning plate planes. This means that the positioning plates are arranged substantially perpendicular to the Kontaktierungspins, so that the Kontaktierungspins serve as a spacer between the two positioning plates and connect them together. The material connection between Kontaktierungspins and positioning plates, the positioning plates are held in the desired position.

Vorteilhaft sind die Aufnahmeöffnungen entlang der Längsachse fluchtend angeordnet, sodass später der Piezostapel durch einfaches Einstecken in die Aufnahmeöffnungen entlang der Längsachse in das Kontaktierungsbauelement eingefügt werden kann. Advantageously, the receiving openings along the longitudinal axis are arranged in alignment, so that later the piezo stack can be inserted by simply plugging into the receiving openings along the longitudinal axis in the Kontaktierungsbauelement.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist an jeder Positionierungsplatte die Aufnahmeöffnung zentral angeordnet, wobei die Kontaktierungspins jeweils an einem Randbereich der Positionierungsplatte, insbesondere symmetrisch zu der Aufnahmeöffnung, angeordnet sind. Dadurch befindet sich der Piezostapel später, wenn er in das Kontaktierungsbauelement eingefügt ist, zentral innerhalb des Kontaktierungsbauelementes, wobei die Kontaktierungspins außen angeordnet und somit gut zugänglich sind für eine Kontaktierung von außen. In an advantageous embodiment, the receiving opening is arranged centrally on each positioning plate, wherein the contacting pins are each arranged on an edge region of the positioning plate, in particular symmetrically to the receiving opening. As a result, the piezo stack is later, when it is inserted into the Kontaktierungsbauelement, centrally within the Kontaktierungsbauelementses, wherein the Kontaktierungspins arranged outside and thus are easily accessible for contacting from the outside.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn die Kontaktierungspins bezüglich der Aufnahmeöffnung gegenüberliegend auf einer Symmetrieachse angeordnet sind. Wenn beispielsweise die Aufnahmeöffnungen rechteckig ausgebildet sind, ist es vorteilhaften, wenn die beiden Kontaktierungspins gegenüberliegend jeweils beispielsweise mittig an einer Längsseite der Aufnahmeöffnung angeordnet sind. It is particularly advantageous if the Kontaktierungspins are arranged opposite to the receiving opening on an axis of symmetry. If, for example, the receiving openings are rectangular, it is advantageous if the two contacting pins are arranged opposite one another in each case, for example, centrally on a longitudinal side of the receiving opening.

Vorzugsweise weist das Zentrierungsbauelement wenigstens eine, insbesondere wenigstens zwei, parallel zu der Längsachse angeordnete Stabilisierungsrippen auf, die einstückig mit den Positionierungsplatten ausgebildet sind. Diese Stabilisierungsrippen dienen dazu, dass Kontaktierungsbauelemente entlang der Längsachse stabil zu halten. Preferably, the centering component has at least one, in particular at least two, arranged parallel to the longitudinal axis stabilizing ribs, which are integrally formed with the positioning plates. These stabilizing ribs serve to keep the contacting components stable along the longitudinal axis.

Wenn die Stabilisierungsrippen einstückig mit den Positionierungsplatten gebildet werden, ist es möglich, das Kontaktierungsbauelement in einem Herstellungsschritt beispielsweise im Spritzgussverfahren zu erzeugen. When the stabilizing ribs are formed integrally with the positioning plates, it is possible to produce the contacting device in a manufacturing step, for example, by injection molding.

Vorzugsweise sind die Stabilisierungsrippen symmetrisch zu der Aufnahmeöffnung, insbesondere bezüglich der Aufnahmeöffnung gegenüberliegend zueinander, an den Positionierungsplatten angeordnet. Preferably, the stabilizing ribs are arranged symmetrically to the receiving opening, in particular with respect to the receiving opening opposite one another, to the positioning plates.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stabilisierungsrippen auf einer Symmetrieachse bezüglich der Aufnahmeöffnung angeordnet sind, und zwar derart, dass die Symmetrieachse, auf der die Stabilisierungsrippen angeordnet sind, senkrecht zu der Symmetrieachse, auf der die Kontaktierungspins angeordnet sind, angeordnet ist. Dadurch sind die Stabilisierungsrippen und die Kontaktierungspins symmetrisch um die Aufnahmeöffnung angeordnet und können zur Stabilisierung des gesamten Kontaktierungsbauelementes beitragen. It is particularly advantageous if the stabilizing ribs are arranged on an axis of symmetry with respect to the receiving opening, in such a way that the axis of symmetry on which the stabilizing ribs are arranged is arranged perpendicular to the axis of symmetry on which the contacting pins are arranged. As a result, the stabilizing ribs and the contacting pins are arranged symmetrically around the receiving opening and can contribute to the stabilization of the entire contacting component.

Es ist auch möglich, auf die Stabilisierungsrippen zu verzichten, in diesem Fall ist es jedoch vorteilhaft, wenn wenigstens vier Kontaktierungspins symmetrisch um die Aufnahmeöffnung angeordnet sind, um das Kontaktierungsbauelement zu stabilisieren. It is also possible to dispense with the stabilizing ribs, but in this case it is advantageous if at least four Kontaktierungspins are arranged symmetrically about the receiving opening in order to stabilize the Kontaktierungsbauelement.

Vorteilhaft weisen die Kontaktierungspins entlang der Längsachse eine größere Länge auf als das Zentrierungsbauelement, wobei die Kontaktierungspins entlang der Längsachse insbesondere einseitig bündig mit einer der Positionierungsplatten abschließen. Dadurch stehen die Kontaktierungspins zumindest an einem Ende über das Zentrierungsbauelement entlang der Längsachse hinaus, und können so einfach von außen ankontaktiert werden. Advantageously, the contacting pins have a greater length along the longitudinal axis than the centering component, wherein the contacting pins terminate flush with one of the positioning plates along the longitudinal axis, in particular on one side. As a result, the contacting pins project at least at one end beyond the centering component along the longitudinal axis, and can thus be easily contacted from the outside.

Um eine besonders gute Zentrierung und Stabilisierung des später eingefügten Piezostapels zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn ein Abstand zwischen den beiden Positionierungsplatte in etwa so groß ist, wie der Piezostapel entlang der Längsachse lang ist. In order to achieve a particularly good centering and stabilization of the later inserted piezo stack, it is advantageous if a distance between the two positioning plate is approximately as large as the piezo stack is long along the longitudinal axis.

Bei einer Anordnung aus einem oben beschriebenen Kontaktierungsbauelement und einem Piezostapel, der eine Mehrzahl an piezoelektrischen Materialschichten und eine Mehrzahl an Innenelektrodenschichten aufweist, die abwechselnd entlang einer Längsachse aufeinandergestapelt sind, ist der Piezostapel in wenigstens zwei Aufnahmeöffnungen wenigstens zweier Positionierungsplatten eines Zentrierungsbauelements des Kontaktierungsbauelements aufgenommen. Zwischen jedem Kontaktierungspin des Zentrierungsbauelements und jeder zweiten, zu dem Kontaktierungspin benachbarten Innenelektrodenschicht des Piezostapels ist dabei eine elektrische Anbindung angeordnet. In an arrangement of a Kontaktierungsbauelement described above and a piezo stack having a plurality of piezoelectric material layers and a plurality of inner electrode layers which alternately along a stacked longitudinal axis, the piezo stack is accommodated in at least two receiving openings of at least two positioning plates of a Zentrierungsbauelements of Kontaktierungsbauelements. In this case, an electrical connection is arranged between each contacting pin of the centering component and every second internal electrode layer of the piezo stack adjacent to the contacting pin.

Wird daher in einem weiteren Schritt der Piezostapel in das vorgefertigte Kontaktierungsbauelement, das die beiden Kontaktierungspins aufweist, eingefügt, ergibt sich eine automatische Zentrierung des Piezostapels relativ zu den beiden Kontaktierungspins. In einem weiteren Schritt wird dann die elektrische Kontaktierung des Piezostapels und den Kontaktierungspins als Weiterkontaktierungselement realisiert. If, therefore, in a further step, the piezo stack is inserted into the prefabricated contacting component, which has the two contacting pins, an automatic centering of the piezo stack results relative to the two contacting pins. In a further step, the electrical contacting of the piezo stack and the contacting pins is then realized as a further contacting element.

Vorteilhaft wird dabei die elektrische Anbindung insbesondere in Richtung der Längsachse des Kontaktierungsbauelementes und einer Längsachse des Piezostapels, die nach Einfügen des Piezostapels in das Kontaktierungsbauelement zusammenfallen, flexibel ausgestaltet. In this case, the electrical connection, in particular in the direction of the longitudinal axis of the contacting component and a longitudinal axis of the piezo stack, which coincide after insertion of the piezo stack into the contacting component, is advantageously designed to be flexible.

Vorzugsweise ist der Piezostapel ausschließlich formschlüssig in den Aufnahmeöffnungen befestigt. Das bedeutet, es liegen keine weiteren Befestigungsmethoden vor, wie beispielsweise Einkleben oder Einklipsen oder Ähnliches. Preferably, the piezo stack is fastened exclusively in a form-fitting manner in the receiving openings. This means there are no other attachment methods, such as gluing or clipping or the like.

Vorzugsweise ist die elektrische Anbindung durch Einlöten oder Einkleben einer Kontaktierungsmatte oder eines Kontaktierungsgewebes oder einzelner Drähte zwischen dem Kontaktierungspin und den Innenelektroden gebildet. Alternativ ist es auch möglich, die elektrische Anbindung durch einen Einzeldrahtbondprozess zu bilden. Preferably, the electrical connection is formed by soldering or gluing a Kontaktierungsmatte or Kontaktierungsgewebes or individual wires between the Kontaktierungspin and the inner electrodes. Alternatively, it is also possible to form the electrical connection by means of a single-wire bonding process.

Sämtliche genannten Herstellungsformen zum Bilden der elektrischen Anbindung resultieren dabei in einer entlang der Längsachse flexiblen elektrischen Anbindung. Bei allen Arten der Ankontaktierung ist dabei eine mechanische Flexibilität berücksichtigt, um die mechanischen Spannungen, die bei der Elongation des Piezostapels gegenüber den Kontaktierungspins als Weiterkontaktierungselementen entstehen, abbauen zu können. All mentioned production forms for forming the electrical connection result in a flexible electrical connection along the longitudinal axis. In all types of Ankontaktierung a mechanical flexibility is taken into account in order to reduce the mechanical stresses that occur during the elongation of the piezo stack with respect to the Kontaktierungspins as Weitererkontaktierungselementen.

Nach Bildung der elektrischen Anbindung wird die gesamte Anordnung vorteilhaft mit einem isolierenden Material umspritzt und danach beispielsweise in eine Rohrfeder eingefügt, die eine Vorspannkraft auf den Piezostapel aufbringt, um ihn im Betrieb stabil zu halten. After formation of the electrical connection, the entire arrangement is advantageously encapsulated with an insulating material and then inserted, for example, in a bourdon tube, which applies a biasing force to the piezo stack in order to keep it stable during operation.

Um dies besonders einfach erzeugen zu können, sind dabei die Positionierplatten im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet, wobei jedoch auch andere Formen der Positionierplatten je nach Geometrieanforderung der Umgebung und der gewünschten Umspritzung möglich sind. In order to be able to produce this in a particularly simple manner, the positioning plates are substantially circular, although other shapes of the positioning plates are also possible depending on the geometry requirement of the environment and the desired encapsulation.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt: An advantageous embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 eine perspektivische Darstellung eines Kontaktierungsbauelementes zum elektrischen Kontaktieren eines Piezostapels, das zwei elektrisch leitfähige Kontaktierungspins aufweist; 1 a perspective view of a Kontaktierungsbauelementes for electrically contacting a piezoelectric stack having two electrically conductive Kontaktierungspins;

2 eine perspektivische Darstellung des Kontaktierungsbauelementes aus 1 mit darin eingefügtem Piezostapel; und 2 a perspective view of the Kontaktierungsbauelementes 1 with inserted piezo stack; and

3 eine perspektivische Darstellung entsprechend 2, wobei eine elektrische Anbindung zwischen dem Piezostapel und den Kontaktierungspins vorgesehen ist. 3 a perspective view accordingly 2 , wherein an electrical connection between the piezo stack and the Kontaktierungspins is provided.

1 zeigt ein Kontaktierungsbauelement 10, mit dem ein Piezostapel 12 (2, 3) zentriert und gleichzeitig von außen elektrisch kontaktiert werden kann. Das Kontaktierungsbauelement 10 weist hierzu für die elektrische Kontaktierung wenigstens zwei elektrisch leitfähige Kontaktierungspins 14 und für die Zentrierung ein elektrisch isolierendes Zentrierungsbauelement 16 auf. Das Zentrierungsbauelement 16 umfasst dabei wenigstens zwei entlang einer Längsachse 18, entlang der sich die Kontaktierungspins 14 erstrecken, voneinander beabstandet angeordnete Positionierungsplatten 20. Diese Positionierungsplatten 20 sind parallel zueinander angeordnet und weisen jeweils eine Aufnahmeöffnung 22 auf, in die später der Piezostapel 12 eingefügt werden kann, um so zentriert zu werden. 1 shows a contacting device 10 with which a piezostack 12 ( 2 . 3 ) and at the same time can be electrically contacted from the outside. The contacting component 10 has for the electrical contacting at least two electrically conductive Kontaktierungspins 14 and for centering an electrically insulating Zentrierungsbauelement 16 on. The centering component 16 comprises at least two along a longitudinal axis 18 along which the contacting pins 14 extend, spaced apart positioning plates 20 , These positioning plates 20 are arranged parallel to each other and each have a receiving opening 22 on, in the later the Piezostapel 12 can be inserted so as to be centered.

Weiter weist das Kontaktierungsbauelement 10 wenigstens zwei Stabilisierungsrippen 24 auf, die sich ebenfalls parallel zu der Längsachse 18 zwischen den beiden Positionierungsplatten 20 erstrecken, und einstückig mit diesen gebildet sind. Next, the contacting component 10 at least two stabilizing ribs 24 on, which is also parallel to the longitudinal axis 18 between the two positioning plates 20 extend, and are integrally formed with these.

Das Kontaktierungsbauelement 10 ist im Spritzguss gefertigt, das heißt, die beiden Kontaktierungspins 14 werden derart mit einem Kunststoff umspritzt, dass sich die Positionierungsplatten 20 dabei stoffschlüssig anformen, sodass das Zentrierungsbauelement 16, insbesondere gebildet durch die beiden Positionierungsplatten 20, und die Kontaktierungspins 14 stoffschlüssig miteinander verbinden. Dabei sind die Kontaktierungspins 14 so angeordnet, dass sich die Aufnahmeöffnung 22 der jeweiligen Positionierungsplatte 20 zentral an jeder Positionierungsplatte 20 befindet, während die Kontaktierungspins 14 jeweils an einem Randbereich 26 der jeweiligen Positionierungsplatte 20 angeordnet sind. The contacting component 10 is made by injection molding, that is, the two Kontaktierungspins 14 be so encapsulated with a plastic that the positioning plates 20 form cohesively so that the Zentrierungsbauelement 16 , in particular formed by the two positioning plates 20 , and the contacting pins 14 connect materially together. Here are the Kontaktierungspins 14 arranged so that the receiving opening 22 the respective positioning plate 20 centrally on each positioning plate 20 is located while the contacting pins 14 each at a border area 26 the respective positioning plate 20 are arranged.

Die Positionierungsplatten 20 sind senkrecht zu der Längsachse 18 angeordnet, sodass die Längsachse 18 im Wesentlichen die Ebenennormale N_E der Positionierungsplattenebenen E_P der beiden Positionierungsplatten 20 bildet, in denen die Positionierungsplatten 20 ausgebildet sind. Die Aufnahmeöffnungen 22 sind fluchtend zueinander angeordnet, sodass später der Piezostapel 12 einfach in das Kontaktierungsbauelement 10 eingeschoben werden kann. The positioning plates 20 are perpendicular to the longitudinal axis 18 arranged so that the longitudinal axis 18 essentially the plane normal N _{E of} the positioning plate planes E _{P of} the two positioning plates 20 forms, in which the positioning plates 20 are formed. The receiving openings 22 are arranged in alignment with each other, so later the piezo stack 12 simply in the Kontaktierungsbauelement 10 can be inserted.

Die Kontaktierungspins 14 sind so an dem Kontaktierungsbauelement 10 angeordnet, dass sie auf einer ersten Symmetrieachse 28 liegen, die die Positionierungsplatten 20 jeweils in zwei Hälften unterteilt. Ebenso sind die Stabilisierungsrippen 24 auf einer zweiten Symmetrieachse 30 angeordnet, die die beiden Positionierungsplatten 20 ebenfalls in zwei Hälften teilt. Dabei sind die erste Symmetrieachse 28 und die zweite Symmetrieachse 30 senkrecht zueinander und senkrecht zu der Längsachse 18 angeordnet. The contacting pins 14 are so on the Kontaktierungsbauelement 10 arranged on a first axis of symmetry 28 lie the positioning plates 20 each divided into two halves. Likewise, the stabilizing ribs 24 on a second axis of symmetry 30 arranged the two positioning plates 20 also divided into two halves. Here are the first axis of symmetry 28 and the second axis of symmetry 30 perpendicular to each other and perpendicular to the longitudinal axis 18 arranged.

Die Aufnahmeöffnungen 22 sind beispielsweise rechteckig ausgebildet, wobei sich die Stabilisierungsrippen 24 und die Kontaktierungspins 14 jeweils an einer Längsseite des Rechteckes befinden. Es ist jedoch auch denkbar, je nach Querschnittsform des später einzufügenden Piezostapels 12, diese Aufnahmeöffnungen 22 mit einer anderen geometrischen Form vorzusehen. The receiving openings 22 For example, are rectangular, with the stabilizing ribs 24 and the contacting pins 14 each located on one longitudinal side of the rectangle. However, it is also conceivable, depending on the cross-sectional shape of the piezo stack to be inserted later 12 , these intake openings 22 to provide with a different geometric shape.

Die symmetrische Anordnung der Kontaktierungspins 14 und der Stabilisierungsrippen 24 um die Aufnahmeöffnung 22 trägt zu einer besseren Stabilität des Kontaktierungsbauelementes 10 bei. Es ist denkbar, die Stabilisierungsrippen 24 beispielsweise durch weitere Kontaktierungspins 14 zu ersetzen. Damit später eine gute Kontaktierung von außen möglich ist, weisen die Kontaktierungspins 14 entlang der Längsachse 18 eine größere Länge L auf als das Zentrierungsbauelement 16, dessen Länge durch den Abstand A zwischen den beiden Positionierungsplatten 20 definiert ist. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Kontaktierungspins 14 entlang der Längsachse 18 einseitig bündig mit einer der Positionierungsplatten 20 abschließen, und auf der anderen Seite die zweite der Positionierungsplatten 20 überragen. The symmetrical arrangement of the contacting pins 14 and the stabilizing ribs 24 around the receiving opening 22 contributes to a better stability of the Kontaktierungsbauelementes 10 at. It is conceivable the stabilizing ribs 24 for example, by further Kontaktierungspins 14 to replace. So that a good contact from the outside is possible later, have the Kontaktierungspins 14 along the longitudinal axis 18 a greater length L than the centering device 16 whose length is defined by the distance A between the two positioning plates 20 is defined. It is advantageous if the Kontaktierungspins 14 along the longitudinal axis 18 one-sided flush with one of the positioning plates 20 and on the other side the second of the positioning plates 20 overtop.

Um eine noch größere Stabilität zu erreichen, ist es auch denkbar, dass mehrere Positionierungsplatten 20 an dem Kontaktierungsbauelement 10 angeordnet sind. To achieve even greater stability, it is also conceivable that multiple positioning plates 20 on the contacting component 10 are arranged.

Vorteilhaft ist dabei der Abstand A zwischen den beiden Positionierungsplatten 20 so groß wie die Länge L des Piezostapels 12, der später in das Kontaktierungsbauelement 10 eingefügt werden soll. The advantage here is the distance A between the two positioning plates 20 as long as the length L of the piezo stack 12 , later in the Kontaktierungsbauelement 10 should be inserted.

2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Anordnung 32, die das zuvor beschriebene Kontaktierungsbauelement 10 sowie einen darin eingefügten Piezostapel 12 aufweist. 2 shows a perspective view of an arrangement 32 comprising the contacting device described above 10 and a piezo stack inserted therein 12 having.

Der Piezostapel 12 ist dabei aus einer Mehrzahl an piezoelektrischen Materialschichten 34 und einer Mehrzahl an Innenelektroden 36 aufgebaut, die abwechselnd entlang der Längsachse 18 aufeinander gestapelt sind. Wie in 2 zu sehen ist, ist der Piezostapel 12 in die beiden Aufnahmeöffnungen 22 eingesteckt und dadurch innerhalb des Kontaktierungsbauelementes 10 zentriert. The piezostack 12 is from a plurality of piezoelectric material layers 34 and a plurality of internal electrodes 36 built, alternating along the longitudinal axis 18 stacked on top of each other. As in 2 you can see the piezostack 12 in the two receiving openings 22 inserted and thereby within the Kontaktierungsbauelementes 10 centered.

3 zeigt eine dritte perspektivische Darstellung der Anordnung 32 aus 2, wobei eine elektrische Anbindung zwischen jeder zweiten der Innenelektrodenschichten 36 des Piezostapels 12 und des dazu benachbarten Kontaktierungspins 14 realisiert ist. Die elektrische Anbindung 38 verbindet dabei jeweils nur jede zweite Innenelektrodenschicht 36 mit dem benachbarten Kontaktierungspin 14, und auf der gegenüberliegenden Seite mit dem anderen Kontaktierungspin 14 jede zweite Innenelektrodenschicht 36, die noch nicht mit dem ersten Kontaktierungspin 14 verbunden ist. Dadurch ist es möglich, von außen ein unterschiedliches Potential an die beiden Kontaktierungspins 14 und somit an jede zweite Innenelektrodenschicht 36 anzulegen, sodass eine Auslenkung der piezoelektrischen Materialschichten 34 des Piezostapels 12 möglich wird. Alternativ ist es auch möglich, mit den elektrischen Anbindungen 38 von dem Kontaktierungspin 14 aus eine Sammelelektrode auf dem Piezostapel 12 zu kontaktieren. Diese Sammelelektrode kontaktiert dann in dem Fall ihrerseits jede zweite Innenelektrodenschicht 26 des Piezostapels 12. 3 shows a third perspective view of the arrangement 32 out 2 wherein an electrical connection between each second of the inner electrode layers 36 of the piezo stack 12 and the adjacent Kontaktierungspins 14 is realized. The electrical connection 38 in each case connects only every second inner electrode layer 36 with the adjacent contacting pin 14 , and on the opposite side with the other contacting pin 14 every other inner electrode layer 36 not yet with the first contacting pin 14 connected is. This makes it possible, from the outside, a different potential to the two Kontaktierungspins 14 and thus to every other inner electrode layer 36 be applied, so that a deflection of the piezoelectric material layers 34 of the piezo stack 12 becomes possible. Alternatively, it is also possible with the electrical connections 38 from the contacting pin 14 from a collecting electrode on the piezo stack 12 to contact. This collecting electrode then in turn contacts every second inner electrode layer in the case 26 of the piezo stack 12 ,

Wie in 2 zu sehen ist, ist der Piezostapel 12 ausschließlich formschlüssig in den Aufnahmeöffnungen 22 befestigt, und nicht durch weitere Elemente festgehalten, wie beispielsweise durch Klipse, oder auch durch Klebeverbindungen. As in 2 you can see the piezostack 12 only form-fitting in the receiving openings 22 fixed, and not held by other elements, such as by clips, or by adhesive bonds.

Die elektrische Anbindung 38 weist vorteilhaft entlang der Längsachse 18 eine mechanische Flexibilität auf, sodass mechanische Spannungen, die bei der Elongation des Piezostapels 12 gegenüber den Kontaktierungspins 14 entstehen, abgebaut werden können. Diese mechanische Flexibilität kann dadurch erreicht werden, dass als elektrische Anbindung beispielsweise eine Kontaktierungsmatte oder ein Kontaktierungsgewebe oder einzelne Drähte 40 zwischen den jeweiligen Kontaktierungspins 14 und die Innenelektrodenschichten eingelötet oder eingeklebt werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass die elektrische Anbindung 38 über einen Einzeldrahtbondprozess erfolgt. The electrical connection 38 has advantageous along the longitudinal axis 18 a mechanical flexibility, so that mechanical stresses that occur during the elongation of the piezo stack 12 opposite the Kontaktierungspins 14 arise, can be degraded. This mechanical flexibility can be achieved by using as electrical connection, for example, a contacting mat or a contacting fabric or individual wires 40 between the respective Kontaktierungspins 14 and the inner electrode layers are soldered or glued. It is also conceivable that the electrical connection 38 via a single wire bonding process.

Mit dem Kontaktierungsbauelement ist es möglich, die Funktionen elektrische Kontaktierung des Piezostapels 12, Positionierung des Piezostapels 12 und Weiterkontaktierung räumlich und funktional zu trennen. With the Kontaktierungsbauelement it is possible, the functions of electrical contacting of the piezo stack 12 , Positioning of the piezo stack 12 and further contact spatially and functionally separate.

Claims

Contacting device ( 10 ) for electrically contacting a piezo stack ( 12 ), comprising at least two electrically conductive contacting pins ( 14 ) along a longitudinal axis ( 18 ) are arranged substantially parallel to each other, as well as an electrically insulating Zentrierungsbauelement ( 16 ), at least two along the longitudinal axis ( 18 ) spaced and substantially parallel positioning plates ( 20 ) each having a receiving opening ( 22 ) for picking up the piezo stack ( 12 ), wherein the contacting pins ( 14 ) and the centering component ( 16 ) are cohesively connected to each other.

Contacting device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the centering component ( 16 ) and the contacting pins ( 14 ) are formed by injection molding, wherein the positioning plates ( 20 ) at the contacting pins ( 14 ) are formed molded.

Contacting device ( 10 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the positioning plates ( 20 ) are each formed in a positioning plate plane (E _P ), wherein the longitudinal axis ( 18 ) substantially forms the plane normal (N _E ) to the positioning plate planes (E _P ), the receiving openings ( _E 22 ) along the longitudinal axis ( 18 ) are arranged in alignment.

Contacting device ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that on each positioning plate ( 20 ) the receiving opening ( 22 ) is arranged centrally, wherein the Kontaktierungspins ( 14 ) each at an edge area ( 26 ) of the positioning plate ( 20 ), in particular symmetrically to the receiving opening ( 22 ) are arranged.

Contacting device ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the centering component ( 16 ) at least one, in particular at least two, parallel to the longitudinal axis ( 18 ) arranged stabilizing ribs ( 24 ) which are integral with the positioning plates ( 20 ) are formed.

Contacting device ( 10 ) according to claim 5, characterized in that the stabilizing ribs ( 24 ) symmetrical to the receiving opening ( 22 ), in particular with regard to the receiving opening ( 22 ) opposite one another, on the positioning plates ( 20 ) are arranged.

Contacting device ( 10 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the contacting pins ( 14 ) along the longitudinal axis ( 18 ) have a greater length (L) than the centering component ( 16 ), wherein the Kontaktierungspins ( 14 ) along the longitudinal axis ( 18 ) in particular one-sided flush with one of the positioning plates ( 20 ) to lock.

Arrangement ( 32 ) from a Kontaktierungsbauelement ( 10 ) according to one of claims 1 to 7 and a piezo stack ( 12 ) comprising a plurality of piezoelectric material layers ( 34 ) and a plurality of internal electrode layers ( 36 ) which alternately along a longitudinal axis ( 18 ) are stacked on each other, wherein the piezo stack ( 12 ) in at least two receiving openings ( 22 ) at least two positioning plates ( 20 ) of a centering component ( 16 ) of the contacting component ( 10 ), wherein between each contacting pin ( 14 ) of the centering device ( 16 ) and every second, to the Kontaktierungspin ( 14 ) adjacent inner electrode layer ( 36 ) of the piezo stack ( 12 ) an electrical connection ( 38 ) is arranged.

Arrangement ( 32 ) according to claim 8, characterized in that the piezo stack ( 12 ) exclusively positively in the receiving openings ( 22 ) is attached.

Arrangement ( 32 ) according to one of claims 8 or 9, characterized in that the electrical connection ( 38 ) by soldering or gluing a contact mat or a Kontaktierungsgewebes or individual wires ( 40 ) between the contacting pin ( 14 ) and the inner electrode layers ( 36 ), or is formed by a Einzeleldrahtbondprozess.