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Die
Erfindung betrifft einen Stellantrieb und ein Verfahren zur Herstellung
dieses Stellantriebs
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Ein
Einsatz eines präzise
stellbaren Stellantriebs, welcher zudem eine hohe Anfangskraft aufbringen
kann, ist in vielen Bereichen gefordert. Ein Anwendungsbeispiel
ist der Einsatz in einem Einspritzventil ("Injektor"). Dabei ist von besonderem Interesse
die Verwendung eines Stellantriebs, welcher von einem piezoelektrischen
Aktor angetrieben wird. Außer
dem Aktor weist der Stellantrieb verschiedene Bauteile zur Sicherstellung
der Anwendungstauglichkeit auf. Zu diesen Bauteilen kann beispielsweise
der zum Piezoaktor gehörige
elektrische Anschluß,
eine Fußplatte
und eine Kopfplatte zum Schutz des Aktors an seinen mechanischen
Anschlüssen
und zur Übertragung
von Kräften
oder eine Feder zur Druckvorspannung des Aktors zählen.
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Trotz
einer verlangten hohen Präzision
in der Fertigung zeigen endmontierte piezoelektrische Stellantriebe
signifikante Schwankungen in ihren elektromechanischen Kennwerten.
Diese Schwankungen werden zu einem großen Teil hervorgerufen durch Kavitäten an den
Kontaktflächen
innerhalb des Stellantriebs. Solche Kavitäten können beispielsweise Rauhigkeiten,
Fehlerstellen und/oder Verkippungen der Kontaktflächen sein.
Auch kann beispielsweise eine Verformung des Aktors zu einer Schwankung
im elektromechanischen Kennwert führen, beispielsweise durch
eine Polarisationsvorgang eines Piezoaktors. Diese Kavitäten an den
Kontaktflächen
führen zu
einem mechanischen Übertragungsverlust
durch Leerfederung des Aktors innerhalb des Stellantriebs. Aufgrund
der sehr schwer steuerbaren Größe und Lage
der Kavitäten
ergeben sich die Schwankungen in den elektromechanischen Kennwerten.
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Eine
Möglichkeit
einer Verringerung des mechanischen Übertragungsverlustes besteht
darin, den im Stellantrieb befindlichen Aktor mit einer vergleichsweise
hohen Kraft druckvorzuspannen. Durch die Druckvorspannung werden
die Endflächen
des Aktors stärker
an die anderen Bauteile gedrückt
und so die reale Kontaktfläche
durch ein Zusammendrücken
der Kavitäten
vergrößert.
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Beispielsweise
werden durch diese Anpreßkraft,
mit einem Anpreßdruck
von typischerweise zwischen 15 MPa und 20 MPa, Spalte teilweise
zugedrückt.
Zu deren vollständiger
Beseitigung wären aber
wesentlich höhere
Anpreßkräfte notwendig, welche
sich unter ökonomisch
vernünftigem
Aufwand nicht aufbringen lassen. Zudem ergibt sich bei sehr hohen
Druckkräften
auf den Piezoaktor die Gefahr, daß dieser depolarisiert.
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Ein
Beispiel für
einen mit einer Rohrfeder druckvorgespannten piezoelektrischen Stellantrieb
in einem Kraftstoff-Einspritzventil ist in
DE 38 44 134 C2 dargestellt.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
197 38 407 A1 ist ein elektrostriktiver Stellantrieb zu
entnehmen, der einen längenveränderlichen
Festkörperaktuator beinhaltet.
Dieser steht unter Vorspannung und wird durch bauliche Maßnahmen
mit möglichst
wenig Hubverlust betrieben. Dazu ist hinsichtlich des Elastizitätsmoduls
ein anisotropes Material mit einer im Vergleich zum Festkörpermaterial
in Aktuator-Längsrichtung
deutlich höheren
und in Aktuator-Querrichtung geringeren Steifigkeit vorhanden.
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Die
gattungsbildende
DE
42 28 974 A1 offenbart einen Aktuator mit einer Kopf- oder Fußplatte, die
mittels eines Klebstoffes befestigt ist. Das Piezoelement ist wiederum
vorgespannt, wobei Form-Gedächtnis-Legierungen
eingesetzt werden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Stellantrieb
bereitzustellen, welcher eine verbesserte mechanische Übertragung zeigt.
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Diese
Aufgabe wird mittels eines Stellantriebs nach dem Patentanspruch
1 sowie mittels eines Verfahrens nach dem Patentanspruch 4 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Der
Stellantrieb weist einen elektromechanischen Aktor auf, welcher
an seiner oberen Kontaktfläche
an einer Kopfplatte und an seiner unteren Kontaktfläche an einer
Fußplatte
aufliegt. Unter einem elektromechanischen Aktor wird ein Element
verstanden, das durch eine elektrische Ansteuerung (z.B. Spannung
oder Strom) mechanisch deformierbar ist. Ein Beispiel für einen
elektromechanischen Aktor ist ein piezoelektrischer, magnetostriktiver
oder elektrostriktiver Aktor.
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Der
Aktor wird mittels einer Feder, welche an der Kopfplatte und der
Fußplatte
mechanisch angreift, druckvorgespannt. Weiterhin ist ein Füllstoff vorhanden,
welcher mindestens eine Kavität
zwischen dem Aktor und der Kopfplatte oder zwischen dem Aktor und
der Fußplatte
ausfüllt.
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Durch
Einbringen des Füllstoffs
wird ein mechanischer Kraftschluß zwischen den an die Kavität grenzenden
Oberflächen
hergestellt, wodurch ein Kraftschluß von Aktor über den
Füllstoff
zur Kopf bzw. Fußplatte
ermöglicht
wird.
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Durch
die vergrößerte (effektive)
Kontaktfläche
wird die Kraftübertragung
verbessert und der mechanische Übertragungsverlust
reduziert.
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Durch
die gleichmäßigere (effektive)
Kontaktfläche
wird zudem die Schwankung in den elektromechanischen Kennwerten
vorteilhaft reduziert.
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Weiterhin
ergibt sich der Vorteil, daß die
mechanische Bearbeitungsgüte
der Kontaktflächen deutlich
verringerbar ist, was sich positiv auf die Herstellungskosten sowie
auf die Ausschußrate
auswirkt.
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Der
Füllstoff
dient lediglich zur Überbrückung der
Kavitäten,
beispielsweise der Hohlräume
und Spalten, so daß keine
tatsächliche
Verklebung zwischen den jeweiligen Endflächen an der Kontaktfläche erfolgen
muß. Die
dauerhafte Fixierung der Lage des Piezoaktors kann alleine durch
die hohe mechanische Vorspannkraft des Federelementes gewährleistet
werden.
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Der
Füllstoff
kann sowohl sogenannte Füllstoffpartikel
enthalten als auch ein homogenes Material ohne spezielle Füllstoffpartikel
sein.
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Es
ist vorteilhaft, wenn ein durchschnittlicher Durchmesser der Füllstoffpartikel < 0,1 μm ist. Dies ergibt
sich daraus, daß der
typische durchschnittliche Durchmesser einer Klasse von Kavitäten, nämlich der
Hohlräume,
zwischen 1 μm
und 250 μm
beträgt. Zur
Sicherstellung einer ausreichenden Auffüllung eines Hohlraums sollte
daher die Größe der Füllstoffpartikel
mindestens eine Größenklasse
geringer sein als die kleinsten zu füllenden Kavitäten.
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Es
ist vorteilhaft, wenn der Füllstoff,
mit oder ohne Füllstoffpartikel,
ein Kleber ist, weil dadurch nach Aushärten des Klebers ein Vorhandensein
des Füllstoffes
in den Kavitäten
auch nach längerem
Betrieb gewährleistet
ist.
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Bei
mechanisch sehr gut vorbehandelten Oberflächen mit nicht zu großen zu überbrückenden Abständen wird
auch die Verwendung eines inerten Fluids (z.B. Öl, Fett) zur alleinigen Benetzung
der Kontaktflächen
als Füllstoff
bevorzugt. Durch die Benetzung wird die mechanische Ankoppelung über die Kontaktfläche verbessert,
sofern das Fluid durch Kapillarkräfte dauerhaft in den Kavitäten fixiert
bleibt.
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Als
Füllstoff
kann aber auch jeder andere Stoff verwendet werden, welcher die
Kavitäten
in befriedigender Weise ausfüllt,
eine Kraftübertragung
ermöglicht
und auch im Dauerbetrieb fixiert bleibt, z.B. ein plastisch verformbarer
Festkörper
aus duktilem Metall wie Blei oder Indium. Der Füllstoff kann auch ein Lot sein
oder eine keramische Masse.
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Zur
Gewährleistung
einer hohen mechanischen Übertragung
zwischen den an den Kontaktflächen
grenzenden Bauteilen, auch bei größeren Kavitäten, insbesondere bei größeren Abständen zwischen
den Bauteilen, wird eine hohe Endhärte des Füllstoffs, beispielsweise nach
einem Aushärten
eines Klebers, angestrebt. Dies entspricht einem hohen Elastizitätsmodul,
vorzugsweise > 10
GPa.
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Zur
einfachen Herstellung, guten Fixierung sowie einer Einstellung einer
hohen Vorspannkraft wird ein Federelement in Form einer an die Kopfplatte
und an die Fußplatte
angreifenden Rohrfeder bevorzugt.
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Aufgrund
einer vergleichsweise einfachen Herstellung und Verwendung wird
als elektromechanischer Aktor ein Piezoaktor bevorzugt, insbesondere
ein Vielschicht-Piezoaktor. Außer
einem Piezoaktor ist aber auch die Verwendung eines elektrostriktiven
oder magnetostriktiven Aktors möglich.
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Die
Verwendung eines solchen Stellantriebs ist besonders vorteilhaft,
wenn er in einer Dosiervorrichtung eingebaut ist, beispielsweise
zum Antrieb eines Kraftstoffinjektors. Dabei wird die kurze Ansprechzeit,
die präzise
Hubsteuerung sowie die hohe Kraftaufgabe vorteilhaft anwendbar.
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Ein
Stellantrieb kann mittels eines Verfahrens hergestellt werden, bei
dem
- a) das Federelement mit der Fußplatte
[Kopfplatte] verbunden, z.B. verschweißt, wird,
- b) der Aktor und/oder die mit dem Federelement verbundene Fußplatte
[Kopfplatte] mit dem Füllstoff
benetzt wird,
- c) der Aktor so auf die mit dem Federelement verbundene Fußplatte
[Kopfplatte] aufgesetzt wird, daß die entstehende untere Kontaktfläche [obere Kontaktfläche] mit
Füllstoff
benetzt ist,
- d) der Aktor und/oder die mit dem Federelement verbundene Kopfplatte
[Fußplatte]
mit dem Füllstoff
benetzt wird,
- e) der Aktor so auf die mit dem Federelement nicht verbundene
Fußplatte
[Kopfplatte] aufgesetzt wird, daß die durch dieses Aufsetzen
entstandene obere Kontaktfläche
[untere Kontaktfläche]
mit Füllstoff
benetzt ist,
- f) das Federelement gegenüber
der noch nicht mit ihm verbundenen Kopfplatte [Fußplatte]
vorgespannt wird,
- g) die noch nicht mit dem Federelement verbundene Kopfplatte
[Fußplatte]
sodann mit dem Federelement verbunden, z.B. verschweißt, wird.
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Die
Angaben in eckigen Klammern bezeichnen eine alternative Reihenfolge,
bei der Kopf- und Fußplatte
bzw. obere Kontaktfläche
und untere Kontaktfläche
vertauscht sind.
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Bei
einer Verwendung eines Piezoaktors, vorzugsweise eines Vielschicht-Piezoaktors,
ist es vorteilhaft, wenn sich diesen Schritten a) bis g) der Schritt
h) Polarisierung des Piezoaktors durch Anlegen einer elektrischen
Gleichspannung an Anschlußstifte
des Piezoaktors anschließt.
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Für den Fall,
daß der
Füllstoff
ein aushärtbarer
Füllstoff
ist, beispielsweise ein Kleber, schließt sich als letztes (d. h.
nach den Schritten g) bzw. h)) noch der Schritt – Aushärtung des Füllstoffs an.
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Es
ist zur Vermeidung von gasgefüllten
Hohlräumen
innerhalb des Füllstoffs
vorteilhaft, wenn dieser vor seinem Ausbringen entgast wurde.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn vor einer Benetzung mit Füllstoff
die Kontaktoberflächen
zuvor gereinigt und partikelfrei gemacht werden.
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Es
ist auch vorteilhaft, wenn die Kontaktflächen durch ein Benetzungsmittel
zur Verringerung der Oberflächenspannung
vorbehandelt werden.
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In
den folgenden Ausführungsbeispielen wird
der Stellantrieb als Schnittdarstellung in Seitenansicht schematisch
näher beschrieben.
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Die 1 und 2 zeigen einen Stellantrieb, bei dem
die Kontaktflächen
durch den Füllstoff
ausgefüllt
sind,
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3 zeigt einen idealisierten
Stellantrieb,
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die 4 und 5 zeigen je einen Stellantrieb mit verschiedenen
Arten von nicht ausgefüllten
Kavitäten
an den Kontaktflächen.
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3 zeigt als Schnittdarstellung
in Seitenansicht einen Stellantrieb bestehend aus einer Fußplatte 1,
einer Kopfplatte 2, einem Federelement 3 in Form
einer Rohrfeder 31, einen elektromechanischen Aktor 4 in
Form eines piezoelektrischen Viellagen-Aktors (= "piezoelektrischer
Multilayer" = PMA) 41,
elektrische Anschlüsse 5 zur
Steuerung des Viellagen-Piezoaktors 41 sowie Schweißnähte 6.
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Ein
solcher Stellantrieb wird vorzugsweise eingesetzt zum Antrieb eines
Ventilstößels in
einem Kraftstoff-Einspritzventil.
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Der
Stellantrieb wird typischerweise in der folgenden Reihenfolge montiert
und aktiviert:
- a) Befestigung der Rohrfeder 31 mit
der Fußplatte 1 [Kopfplatte 2]
mittels Verschweißung,
- b) Einführung
des PMA in die Rohrfeder 31,
- c) Aufsetzen der Kopfplatte 2 [Fußplatte 1] auf den
PMA 41,
- d) mechanisches Spannen der Rohrfeder 31 gegenüber der
Kopfplatte 2 [Fußplatte 1]
mit einer Kraft F von ca. 850 N,
- e) Verschweißen
der Kopfplatte 2 [Fußplatte 1]
mit der Rohrfeder 31 im vorgespannten Zustand,
- f) Polarisierung des PMA 41 durch Anlegen einer elektrischen
Gleichspannung ausreichender Höhe
und Dauer an die elektrischen Anschlüsse 5 des PMA 41,
wodurch sich eine Druckpolung ergibt.
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Die
Angaben in eckigen Klammern bezeichnen eine Reihenfolge, bei der
Kopfplatte 2 und Fußplatte 1 vertauscht
sind.
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Die
mechanische Druckvorspannung des PMA 41 verhindert dessen
Zerstörung
bei sehr schnellen Stellvorgängen,
typischerweise entlang der Längsachse
des PMA 41, wie sie in einem modernen Hochdruck-Einspritzventil üblich sind.
Ein besonderer Vorteil des PMA 41 ist, neben einer hohen Stellgeschwindigkeit,
vor allem die hohe Stellkraft. Aus diesem Grund wird ein PMA 41 bevorzugt
in einem Hochdruck-Einspritzventil eingesetzt, wo er bei einem Kraftstoffdruck
bis zu 2000 bar eine präzise Betätigung der
mit einer hohen Druckkraft beaufschlagten Ventilelemente ermöglicht.
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Andererseits
beträgt
die Leerlaufauslenkung eines PMA 41 typischerweise nur
0,13% seiner Baulänge,
was eine Leerlaufauslenkung von typischerweise 40 μm bei 30
mm Aktorlänge
ergibt. Während bisher
der Minimierung externer mechanischer Übertragungsverluste (Hub und
Kraft) viel Aufmerksamkeit gewidmet wurde, beispielsweise durch
eine besonders steife Ausführung
von an den Stellantrieb angelenkten Bauteilen, besteht hinsichtlich
der Verringerung interner Antriebsverluste des Stellantriebs, also
von Verlusten, welche innerhalb des in dieser Figur gezeigten Stellantriebs
entstehen, noch Handlungsbedarf.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist der idealisierten Fall des PMA 41 mit exakt planparallelen
Endflächen
ohne jegliche Rauhigkeit dargestellt. Dies gilt auch für die Fußplatte 1 und
die Kopfplatte 2, so daß die obere Kontaktfläche 7 und
die untere Kontaktfläche 8 kavitätenfrei
sind. Dabei ergibt sich eine ideale Kontaktfläche, welche der Auflagefläche der
Endflächen
des Piezoaktors 41 entspricht.
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Eine
Vermessung der Antriebseigenschaften und der Eigenresonanz eines
realen Stellantriebs hingegen ergibt eine relativ große Schwankung
in den elektromechanischen Kenngrößen.
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4 zeigt schematisch einen
Stellantrieb analog zum Stellantrieb in 3, welcher an der oberen Kontaktfläche 7 und
der unteren Kontaktfläche 8 von
PMA 41 und Kopfplatte 2 bzw. Fußplatte 1 im submikroskopischen
Bereich Rauhigkeiten, Welligkeiten und Schiefheiten aufweist, welche
zu Kavitäten 9 in
Form von Hohlräumen
(obere Kontaktfläche 7)
und Spalten (untere Kontaktfläche 8)
führen.
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Die
durch diese Kavitäten 9 hervorgerufenen parasitären Verluste
lassen sich durch einen hohen mechanischen Anpreßdruck von typischerweise 18 MPa
zwar mildern (die Kavitäten 9 werden
teilweise zugedrückt),
jedoch wäre
zur vollständigen
Beseitigung der Kavitäten 9 eine
wesentlich höhere
Anpreßkraft
notwendig. Eine solche weit höhere
Anpreßkraft,
die sich zudem mit den vorteilhaften Rohrfedern 31 dem
zur Verfügung
stehenden Bauraum nicht realisieren läßt, würde den Vielschicht-Piezoaktor 41 nachteiligerweise
depolarisieren.
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5 zeigt einen Stellantrieb
analog zu den 3 und 4 mit einer Deformation der
Piezoendflächen.
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Aufgrund
eines unter einer mechanischen Druckvorspannung erfolgenden Polarisierungsvorgangs
des PMA 41 kommt es aufgrund der damit einhergehenden Volumenänderung
im piezoelektrischen Material zu einer balligen Ausformung der zuvor
planparallelen Endflächen
des PMA 41. Eine solche ballige Ausformung führt zur
Ausbildung von Kavitäten 9 in
Form von Spalten.
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Die
bei einem typischen Stellantrieb entstehenden Kavitäten 9 an
der oberen Kontaktfläche 7 zwischen
PMA 41 und Fußplatte 1 und/oder
an der unteren Kontaktfläche 8 zwischen
Kopfplatte 2 und PMA 41 auftretenden Kavitäten 9 ergeben
sich aus einer Superposition der in 4 diskutierten
Kavitäten
(Rauhigkeiten, Spalten, Schiefheiten und/oder Welligkeiten) mit
der in 5 dargestellten,
durch den Polarisierungsvorgang hervorgerufenen Balligkeit. Wegen
den hier beschriebenen, schwer kontrollierbaren Einflüssen aufgrund
der Kavitäten 9 zeigen endmontierte
Stellantriebe signifikante Schwankungen in ihren elektromechanischen
Kennwerten. Alle Arten von Kavitäten 9,
also Rauhigkeiten und Verkippungen etc. an den Kontaktflächen 7, 8 als
auch die durch den Polarisierungsvorgang hervorgerufene Balligkeit
der Piezoendflächen,
führen
zu mechanischen Übertragungsverlusten
durch "Leerfederung" des PMA 41 innerhalb
des Stellantriebs. Im Idealfall stellen Kopfplatte 2, PMA 41 und
Fußplatte 1 einen möglichst
steifen Verbund dar, dessen Federrate nur durch die elastischen
Eigenschaften der verwendeten Materialien und ihre Geometrie, nicht
aber durch Nachgiebigkeiten an den Kontaktflächen bestimmt wird.
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1 zeigt einen Stellantrieb,
bei dem im Vergleich zu den in den 4 und 5 dargestellten Stellantrieben
ein Füllstoff 10 (gepunktet
eingezeichnet) vorhanden ist, welcher mindestens eine Kavität 9 zwischen
dem PMA 41 und der Kopf platte 2 und/oder zwischen
dem PMA 41 und der Fußplatte 1 ausfüllt.
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Anstelle
einer aufwendigen mechanischen Bearbeitung der Kontaktflächen (z.B.
durch Planschleifen, Polieren etc.), wobei zudem die durch die Druckpolung
bedingte Balligkeit der Endflächen
des PMA 41 noch nicht einmal beseitigt werden kann, ist es
verfahrenstechnisch wesentlich einfacher und wirksamer, die Kavitäten, und
insbesondere den durch die Balligkeit der Endflächen nach dem Polarisieren
bedingte Spalt durch einen Füllstoff 10,
beispielsweise einen aushärtbaren
Kleber (Epoxydharz etc.) oder ein Fluid, auszufüllen.
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Durch
die so verbesserte mechanische Ankoppelung des PMA 41 an
die kraftübertragenden Endplatten
(Kopfplatte 2 und/oder Fußplatte 1) steigt nicht
nur der elektromechanische Wirkungsgrad des Stellantriebs, sondern
es wird auch die Schwankungsbreite der elektromechanischen Parameter
des Stellantriebs (Blockierkraft, Leerlaufauslenkung, Temperaturverhalten
etc.) erheblich verringert. Durch eine Ausfüllung der Kavitäten 9 mittels
des Füllstoffs 10 sinken
somit die Anforderungen an die mechanische Bearbeitungsgüte der Kontaktflächen 7, 8 deutlich,
wodurch sich auch vorteilhafterweise Kosten und Ausschuß verringern.
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Hervorzuheben
ist, daß es
sich bei den angegebenen Kavitäten üblicherweise
um Kavitäten 9 im
Mikrometerbereich handelt. Bei einer Benetzung der oberen/unteren
Kontaktfläche 7, 8 mit
dem Füllstoff 10,
beispielsweise einem Kleber oder einem Fluid, besteht somit nicht
die Gefahr einer Verringerung der Gesamtsteifigkeit des Stellantriebs,
wie sie bei älteren
piezoelektrischen Stapelaktoren oder bei geklebten PMAs 41 auftritt.
Im Gegenteil wird sogar die Gesamtsteifigkeit des Stellantriebs
deutlich auf ein definiertes Maß erhöht. Ebensowenig
tritt aufgrund der sehr geringen Ausdehnung der Kavitäten 9 ein Einfluß des Füllstoffs 10 auf
eine thermische Dehnung des Stellantriebs auf.
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Weil
der Füllstoff 10 lediglich
zur Überbrückung der
Kavitäten 9 dient,
muß auch
keine tatsächliche
Verklebung des PMA 41 mit der Fußplatte 1 und/oder
der Kopfplatte 2 erfolgen. Die dauerhafte Fixierung der
Lage des Piezoaktors auf der Kopfplatte 2 bzw. der Fußplatte 1 wird
durch die hohe mechanische Vorspannkraft der Rohrfeder 31 gewährleistet, wodurch
ein Auswandern verhindert wird.
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Dennoch
ist eine hohe Endhärte
des Füllstoffs 10 (hoher
Elastizitätsmodul)
anzustreben, vorzugsweise > 10
GPa.
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Bei
mechanisch sehr gut vorbehandelten, an die Kontaktflächen 7, 8 grenzende
Oberflächen
mit einem nicht zu großen
zu überbrückenden
Abstand, kann auch die alleinige Benetzung der Kontaktflächen 7, 8 mit
einem inerten Fluid (z.B. Öl,
Fett) als Füllstoff 10 die
mechanische Ankoppelung verbessern. Dazu muß das Fluid durch Kapillarkräfte dauerhaft
in den Kavitäten 9 fixiert
bleiben.
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Ein
bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Stellantriebs, so wie
er in dieser Figur dargestellt ist, beruht auf den folgenden Schritten:
- a) Verbindung der Rohrfeder 31 mit
der Fußplatte 1 [Kopfplatte 2],
vorzugsweise durch Verschweißung
(wodurch eine Schweißnaht 6 erzeugt
wird),
- b) Benetzung des PMA 41 und/oder der Fußplatte 1 [Kopfplatte 2]
mit dem Füllstoff 10,
- c) Einführung
des PMA 41 in die Rohrfeder 31,
- d) Benetzung des PMA 41 und/oder der Kopfplatte 2 [Fußplatte 1]
mit Füllstoff 10,
- e) Aufsetzen der Kopfplatte 2 [Fußplatte 1] auf den
PMA 41,
- f) mechanisches Spannen der Rohrfeder 31 gegenüber der
Kopfplatte 2 [Fußplatte 1],
vorzugsweise mit einem Druck zwischen 15 MPa und 20 MPa, insbesondere
18 MPa,
- g) Verbinden der Kopfplatte 2 [Fußplatte 1 mit der Rohrfeder 31 im
vorgespannten Zustand, vorzugsweise durch Verschweißung],
- h) Polarisierung des PMA 41 durch Anlegen einer elektrischen
Gleichspannung ausreichender Höhe
und Dauer an die Anschlußstifte 5 des
PMA 41,
- i) gegebenenfalls Aushärtung
des Füllstoffs 10.
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Zur
vollständigen
Ausfüllung
der Kavitäten 9 (z.B.
Hohlräume
und Spalte) durch den Füllstoff 10 werden
die Kontaktflächen 7, 8 vorzugsweise
zuvor gereinigt und partikelfrei gemacht.
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Zur
Verringerung der Oberflächenspannung an
den Kontaktflächen 7, 8 werden
die Kontaktflächen
vorteilhafterweise mittels eines Benetzungsmittels benetzt.
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Es
ist sehr vorteilhaft, wenn die Größe von Füllstoffpartikeln des Füllstoffs 10 deutlich
geringer ist (mindestens eine Größenklasse)
als die kleinsten zu füllenden
Kavitäten.
Ein typischer durchschnittlicher Durchmesser von Hohlräumen beträgt 1 μm bis 250 μm. Daraus
folgt, daß ein
Füllstoff 10 mit
einem durchschnittlichen Durchmesser der darin enthaltenen Füllstoffpartikel
von < 0,1 μm besonders
günstig ist.
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Zur
vorteilhaften Vermeidung von Gaseinschlüssen im Füllstoff 10 wird der
Füllstoff 10 vor
seinem Aufbringen entgast. Zur dosierten Aufbringung des Füllstoffs 10 auf
die Kontaktflächen 7, 8 eignen sich
beispielsweise Dispenser.
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Selbstverständlich werden
durch diese Methode auch durch die Form der Fußplatte 1 und der Kopfplatte 2 bedingte
Kavitäten
beseitigt. Diese sind allerdings der Übersichtlichkeit wegen nicht
dargestellt.
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2 zeigt einen Stellantrieb
analog zu 1, bei dem
die Kavität 9 aufgrund
einer Balligkeit durch eine Polarisierung des PMA 41 entstanden
ist.