DE202006020000U1

DE202006020000U1 - Piezoceramic spring unit for use in, e.g., vibrator, has body made of piezoelectric material and applied on carrier plate, where plate comprises carbon fiber reinforced plastic

Info

Publication number: DE202006020000U1
Application number: DE202006020000U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-02
Filing date: 2006-10-01
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: DE102006048307A1; DE102006048307B4

Abstract

The spring unit (1) has a carrier plate (2) made of plastic. A body made of piezoelectric material is applied on the plate. The plate comprises a carbon fiber reinforced plastic (CFK). The plastic consists of thermosetting plastic and additives in small amount. The plate is covered by an insulating upper surface layer (5). The layer is thicker such that electrical potential is not developed at the CFK. A metal layer (8) is applied on the upper surface layer.

Description

Die Erfindung betrifft ein mittels des inversen Piezoeffekts betätigbares Federelement.The The invention relates to an actuatable by means of the inverse piezoelectric effect Spring element.

In dem Patent DE 102 45 722 B4 und der Patentanmeldung Az. 103 09 994.8-22 sind mittels des inversen Piezoeffekts betätigbare Federelemente beschrieben, deren Träger aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK), wie Duroplasten, bestehen. Diese Federelemente sind bezüglich der Konstanz ihrer elastischen Eigenschaften in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, der Kräfte, die auf sie übertragen werden können, und der Frequenzen, bei denen sie betrieben werden können, nicht voll befriedigend. Insbesondere wurde festgestellt, dass beim Arbeiten mit zunehmend höheren Frequenzen und entsprechend dickeren Trägerplatten, das Dämpfungsverhalten sich so ändert, dass beim Erregen des Federelements sein Wirkungsgrad mit zunehmender Dicke der Trägerplatte schlechter wird.In the patent DE 102 45 722 B4 and the patent application Az. 103 09 994.8-22 are described by means of the inverse piezoelectric effect actuated spring elements, the carrier of glass fiber reinforced plastics (GRP), such as thermosets exist. These spring elements are not fully satisfactory in terms of the constancy of their elastic properties, depending on the operating conditions, the forces which can be transmitted to them and the frequencies at which they can be operated. In particular, it has been found that when working with increasingly higher frequencies and correspondingly thicker support plates, the damping behavior changes so that upon energization of the spring element its efficiency gets worse with increasing thickness of the support plate.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfach aufgebautes Federelement anzugeben, das hohe Rückstellkräfte aufzubauen vermag, das gegenüber Temperaturänderungen relativ unabhängige elastische Eigenschaften hat und das bei hohen Arbeitsfrequenzen und hohen Beschleunigungen betreibbar ist. Ein besonders wichtiger Aspekt der Aufgabe ist, dass das Federelement gut reproduzierbare Schwingungseigenschaften aufweist.It The object of the invention is a simply constructed spring element specify that build up the high restoring forces can do that temperature changes relatively independent has elastic properties and that at high operating frequencies and high accelerations is operable. A particularly important one Aspect of the task is that the spring element is well reproducible Has vibration characteristics.

Diese Aufgabe wird mit einem Federelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Federelement handelt es sich um einen elektromechanischen Wandler. Als piezoelektrisches Material wird im allgemeinen ein keramisches Material in Plattenform verwendet (nicht zwingend). Deshalb wird im folgenden das erfindungsgemäße Federelement auch als PKF-Element (Piezo-Keramik-Federelement) und der Körper aus dem piezokeramischen Material auch als PK-Platte bezeichnet. Im folgenden wird das Trägermaterial auch kurz als CFK (kohlefaserverstärkter Kunststoff) bezeichnet.These Task is with a spring element with the features of the claim 1 solved. In the spring element according to the invention it is an electromechanical transducer. As piezoelectric Material generally becomes a ceramic material in sheet form used (not mandatory). Therefore, in the following the spring element according to the invention also called PKF element (piezo ceramic spring element) and the body off the piezoceramic material also referred to as PK plate. in the The following will be the carrier material Also referred to as CFK (carbon fiber reinforced plastic) for short.

Gegenüber den aus GFK bestehenden Trägern haben die aus CFK bestehenden Träger einen höheren E-Modul, wobei die Abnahme des E-Moduls bei Temperaturerhöhung bei CFK geringer ist und außerdem der E-Modul bei Rückkehr zur ursprünglichen Temperatur wieder derselbe ist. Es kommt hinzu, dass die Arbeitstemperatur, d.h. die Temperatur, auf die das Trägermaterial erhitzt werden kann, ohne dass der Kunststoff weich wird, und dadurch seine Elastizität verliert, bei dem erfindungsgemäßen Träger bei 150°C und bei dem aus GFK bestehenden Träger die Arbeitstemperatur bei ≤ 80°C liegt. Gegenüber den aus GFK bestehenden Trägern lassen sich bei aus CFK bestehenden Trägern höhere Rückstellkräfte bei gleichzeitig sehr hoher Festigkeit aufbauen. Das erfindungsgemäße Federelement kann in der Ausgestaltung als Doppelfeder (s.u.), wobei die Trägerplatte eine Dicke von etwa 4 bis etwa 8 mm, einer Länge von etwa 100 bis etwa 220 mm und einer Breite von etwa 60 bis etwa 110 mm hat, eine Rückstellkraft von > (grösser) 2700 N aufbauen, ohne dass es reißt. Wegen des höheren E-Moduls lassen sich außerdem Federelemente mit Trägern aus CFK bei höheren Frequenzen betreiben, als entsprechende mit einem Träger aus GFK. Die aus CFK bestehenden Träger haben eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit. Sie erhöhen deshalb im Betrieb ihre Temperatur nur wenig, so dass auch aus diesem Grund sichergestellt ist, dass sich ihre elastischen Eigenschaften im Betrieb nur wenig ändern. Hinzu kommt, dass bei Verwendung eines Trägers aus CFK zur Erreichung einer gleich hohen Federkonstante wie bei Verwendung eines Trägers aus GFK unter sonst gleichen Bedingungen der Träger dünner gemacht werden kann, wodurch die innere Reibung und damit auch die Dämpfung geringer ist. Entsprechend ist die erzeugte Wärme geringer, d.h. zusammen mit der guten Wärmeableitung ist sichergestellt (geringe Verlustleistung), dass sich ein Federelement mit einem Träger aus CFK wesentlich weniger erwärmt als ein solcher aus GFK, mit allen hiermit verbundenen Vorteilen, insbesondere dem, dass die erfindungsgemäßen Federelemente bei höheren Frequenzen betrieben werden können als die mit Trägern aus GFK. Zusätzlich wirkt eine Erniedrigung der Dämpfung auch beschleunigungserhöhend. Zusammenfassend läßt sich insbesondere sagen, dass nach Aufwärmen und Abkühlen wieder derselbe E-Modul erreicht wird und mit zunehmender Dicke des Trägers die Dämpfung des Schwingvorgangs zunimmt. Eine Trägerplatte aus CFK bei gleichem E-Modul beziehungsweise bei gleicher Federkonstante und sonst gleichen Abmessungen dünner als eine aus GFK.Compared to the GRP carriers have the carriers made of CFK a higher one Modulus of elasticity, whereby the decrease of the modulus of elasticity at temperature increase at CFK is lower and also the E-modulus on return to the original Temperature is the same again. It is added that the working temperature, i.e. the temperature to which the substrate is heated can, without the plastic becomes soft, and thereby loses its elasticity, in the carrier according to the invention 150 ° C and in the case of the GFK carrier the working temperature is ≤ 80 ° C. Across from the GFRP carriers can be made of CFK carriers higher restoring forces at the same time very high Build strength. The spring element according to the invention can in the Design as double spring (s.u.), wherein the support plate a thickness of about 4 to about 8 mm, a length of about 100 to about 220 mm and a width of about 60 to about 110 mm, a restoring force from> (greater) 2700 Build N without breaking. Because of the higher E-module can also be Spring elements with straps from CFK at higher Operate frequencies as appropriate with a carrier GFK. The carriers made of CFRP have a very good thermal conductivity. They increase Therefore, their temperature in the operation only a little, so that from this Reason is ensured that their elastic properties little change in operation. In addition, when using a carrier made of CFRP to achieve an equally high spring constant as when using a carrier GRP under otherwise equal conditions the carrier can be thinned, whereby the inner friction and thus the damping is lower. Corresponding is the heat generated lower, i. along with the good heat dissipation is ensured (low power dissipation) that a spring element with a carrier CFK heats up much less as such made of GRP, with all the associated benefits, in particular, that the spring elements according to the invention at higher frequencies can be operated than those with carriers made of fiberglass. additionally acts a lowering of the damping also accelerating. In summary, can be in particular, say that after warming up and cooling down again the same E-modulus is achieved and with increasing thickness of the carrier the damping of the oscillatory process increases. A carrier plate made of CFK with the same E-module or at the same spring constant and otherwise the same Dimensions thinner as one out of fiberglass.

Die gut reproduzierbaren Eigenschaften erlauben eine sehr genaue Steuerung der Betriebsbedingungen (Frequenz, Phasenverschiebung, Amplitude der Schwingung, Beschleunigungen).The good reproducible properties allow a very precise control the operating conditions (frequency, phase shift, amplitude the vibration, accelerations).

Es wirkt sich zudem die gute Wärmeleitfähigkeit von CFK günstig aus, weil dadurch die Erwärmung des Federelements viel geringer als bei GFK ist, und deshalb die Temperaturabhängigkeit der physikalischen Eigenschaften sich wenig auswirkt, und dadurch für weitgehend konstante Betriebsbedingungen sorgt.It In addition, the good thermal conductivity also has an effect cheap from CFK because this causes the heating of the Spring element is much lower than GRP, and therefore the temperature dependence the physical properties has little effect, and thereby for the most part ensures constant operating conditions.

Piezoelektrische Biegewandler mit Trägern aus CFK sind aus der DE 40 25 436 A1 und der DE 199 20 576 C1 bekannt.Piezoelectric bending transducers with carriers made of CFRP are made of DE 40 25 436 A1 and the DE 199 20 576 C1 known.

Das erfindungsgemäße Federelement ist – entsprechend angepaßt – analog den Federelementen mit Trägern aus GFK in Einheiten zur Erregung von Massen, beispielsweise in Vibratoren, Schwingfördereinheiten zum Fördern und Sortieren von Teilen, wie sie beispielsweise in dem Patent DE 102 45 722 B4 und der Patentanmeldung Az. 103 09 994.8-22 beschrieben sind, in Antrieben mit periodisch betätigten Ventilen, wie sie beispielsweise in der Patentanmeldung Az. 10 2005 015 765.3-32 beschrieben sind, und in Injektoren einsetzbar, jedoch mit größerer Effektivität. Der in der letztgenannten Patentanmeldung beschriebene Antrieb läßt sich in vorteilhafter Weise auch mit einem der Betriebsspannung aufgeprägten einstellbaren Tastverhältnis betreiben. Es ist auf diese Weise beispielsweise möglich, intermittierendes Zudosieren auf Betriebsabläufe abzustimmen, bei denen Material in Abhängigkeit von zeitlichen Vorgaben zudosiert werden muß. D.h. mit anderen Worten: das intermittierende Zudosieren (Zudosierintervall) wird regelmäßig von Zeiten unterbrochen, während denen kein Zudosieren erfolgt. Einem solchen Betriebsablauf folgt beispielsweise das Kraftstoffeinspritzen in Dieselmotoren, bei dem in vorteilhafter Weise der in der letztgenannten Patentanmeldung beschriebene Antrieb eingesetzt werden kann, wobei die (Betriebs- bzw. Steuer-)Spannungsquelle über die Motorendrehzahl gesteuert wird, und wobei auch Verfahren angegeben werden, um einen abrupten Beginn und ein abruptes Ende der Schwingbewegung zu Beginn und am Ende des Zudosierintervalls zu ermöglichen.The spring element according to the invention is - adapted accordingly - analogous to the spring elements with carriers made of GRP in units for the excitation of masses, for example in vibrators, vibratory conveyor units for conveying and sorting of parts, as described for example in the patent DE 102 45 722 B4 and the patent application Az. 103 09 994.8-22 described in drives with periodically actuated valves, as described for example in the patent application Az. 10 2005 015 765.3-32, and in injectors used, but with greater effectiveness. The drive described in the latter patent application can be operated in an advantageous manner with an adjustable duty cycle impressed on the operating voltage. In this way it is possible, for example, to adjust intermittent metering to operations in which material has to be metered in as a function of time specifications. In other words, the intermittent metering (metering interval) is regularly interrupted by times during which no metering takes place. Such an operation is followed, for example, by fuel injection in diesel engines which advantageously employs the drive described in the last-mentioned patent application, the (operating) power source being controlled by the engine speed, and also including methods. to allow an abrupt onset and an abrupt end of the swing motion at the beginning and end of the metering interval.

Allerdings gibt es mit Trägern aus CFK ein Problem mit der Berührungssicherheit, d.h., es besteht die Gefahr, dass ein elektrisches Potential an dem CFK liegt. Dieses Problem läßt sich vorteilhaft durch eine auf die Trägeroberfläche aufgebrachte Isolationsschicht lösen.Indeed there are carriers made CFK a problem with touch safety, that is, there is a risk of an electric potential the CFRP lies. This problem can be solved advantageously by an insulating layer applied to the carrier surface to solve.

Die Isolationsschicht hat allerdings eine geringe Einbuße an Kraftschlüssigkeit zur Folge. Dieser Nachteil wird aber aufgewogen durch die Verminderung des Dämpfungsproblems bei CFK und durch die anderen o.g. vorteilhaften Eigenschaften gegenüber GFK.The Insulation layer, however, has a small loss of adhesion result. This disadvantage is outweighed by the reduction the damping problem at CFK and by the others o.g. advantageous properties compared to GRP.

Es ist vorteilhaft, wenn die Isolationsschicht zwischen etwa 0,3 und etwa 1 mm dick ist. Isolationsschichten dieser Dicke gewährleisten, dass die elektrische Isolation ausreichend und die Beeinträchtigung der Kraftschlüssigkeit gering ist.It is advantageous if the insulation layer between about 0.3 and about 1 mm thick. Insulating layers of this thickness ensure that the electrical insulation is sufficient and the impairment the force fit is low.

Es ist vorteilhaft, wenn das eine Ende des Trägers mit Mitteln zur Befestigung an einer schweren Masse, worunter ein stabiles gewichtiges, dem Federelement Halt gebendes Unterteil eines Systems, beispielsweise der Halterung eines Ventilantriebs, zu verstehen ist, und das entgegengesetzte Ende mit Mitteln zur Befestigung an einer zu bewegenden Masse, wie dem Stössel eines Ventils oder dem Oberteil einer Schwingfördereinheit, ausgestattet ist (Einfachfeder) oder wenn der Träger an den Enden mit Mitteln zur Befestigung an einer schweren Masse und in einem mittleren Bereich mit Mitteln zur Befestigung an einer zu bewegenden Masse ausgestattet ist (Doppelfeder). Gegenüber der Einfachfeder ist die Doppelfeder insbesondere dadurch ausgezeichnet, dass der Schwingweg der zu bewegenden Masse linearer ist und dass auf einfache Weise grössere Federkonstanten D erreichbar sind.It is advantageous if the one end of the carrier with means for attachment on a heavy mass, including a stable weighty, the Spring element Halting lower part of a system, for example the holder of a valve drive, to understand, and the opposite End with means for attachment to a mass to be moved, such as the plunger a valve or the upper part of a vibratory conveyor unit is equipped (Single spring) or if the carrier at the ends with means for attachment to a heavy mass and in a central area with means for attachment to a equipped with moving mass (double spring). Opposite the Single spring, the double spring is characterized in particular by that the oscillation path of the mass to be moved is more linear and that in a simple way larger Spring constants D are achievable.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Federelements sind in den Unteransprüchen offenbart.Further advantageous embodiments of the spring element according to the invention are in the dependent claims disclosed.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigenThe The invention will be explained below with reference to drawings Embodiments described. Show it

1 in schematischer Darstellung ein Federelement in Aufsicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, 1 a schematic representation of a spring element in plan view according to an embodiment of the invention,

1a in schematischer Seitenansicht das in der 1 gezeigte Federelement, wobei der Schichtaufbau gezeigt ist, 1a in a schematic side view in the 1 shown spring element, wherein the layer structure is shown

2 in schematischer Aufsicht eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federelements, 2 in a schematic plan view of another embodiment of the spring element according to the invention,

2a in schematischer Seitenansicht das in der 2 gezeigte Federelement, wobei der Schichtaufbau nicht sichtbar gemacht ist, da er derselbe ist wie bei der in den 1 und 1a gezeigten Ausführungsform, 2a in a schematic side view in the 2 shown spring element, wherein the layer structure is not made visible, since it is the same as in the in the 1 and 1a shown embodiment,

3 in schematischer Aufsicht eine Variante des in der 2 und 2a gezeigten Federelements mit im mittleren Bereich des Elements vorhandenen Mitteln zum Befestigen der zu bewegenden Masse, 3 in a schematic plan view of a variant of the in 2 and 2a shown spring element with means for fixing the mass to be moved in the central region of the element,

4 in schematischer perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Federelements, 4 in a schematic perspective view of another embodiment of the spring element according to the invention,

5 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Ermittlung von Schwingungsparametern, 5 a schematic representation of a device for determining vibration parameters,

6 in einem Diagramm die Veränderung der Resonanzfrequenz eines PKF-Elements bei Änderung der Temperatur, 6 in a diagram the change of the resonance frequency of a PKF element with change of the temperature,

7 in schematischer Querschnittsdarstellung eine Versuchsanordnung um die Wirksamkeit von Federelementen mit Trägern aus CFK beim intermittierenden Zudosieren zu demonstrieren, und 7 a schematic cross-sectional representation of a test arrangement to demonstrate the effectiveness of spring elements with carriers made of CFRP in the intermittent dosing, and

8 in einem skizzierten Diagramm die Beschleunigung und die Steuerspannung aufgetragen gegen die Zeit beim intermittierenden Zudosieren von Kraftstoff in einen Dieselmotor. 8th in a sketched diagram the acceleration and the control voltage plotted against the time during the intermittent metering of fuel into a diesel engine.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen beschrieben, mit denen sich die Erfindung veranschaulichen läßt. Es sei aber klargestellt, dass von diesen Beispielen im Rahmen der Ansprüche mannigfaltige Abweichungen möglich sind.The Invention will be described below with reference to particularly advantageous embodiments described, with which the invention can be illustrated. It was but clarified that of these examples within the scope of the claims varied Deviations possible are.

In den 1 und 1a ist ein PKF-Element 1 gezeigt, das einen Träger aus einer länglichen rechteckigen Trägerplatte 2 aufweist. Die Trägerplatte weist an ihren Enden Bohrungen 3 und 4 auf, welche Teil der Mittel zum Fixieren, beispielsweise mit Schrauben, der Trägerplatte einerseits an an einer schweren Masse und andererseits an einer zu bewegenden Masse sind. Es handelt sich also bei dem Federelement 1 um eine Einfachfeder. Die Trägerplatte 2 besteht aus einem kohlefaserverstärkten Epoxidharz. Das kohlefaserverstärkte Epoxidharz ist mit einer Oberflächenschicht 5 aus Epoxidharz überzogen. Die beiden Hauptflächen der Trägerplatte sind mit einer Metallschicht 6 versehen, beispielsweise aus einem aufgedampften oder einem auflaminierten Silberbelag. Beidseitig ist auf der Trägerplatte je eine PK-Platte 7 so aufgebracht, dass der Abstand der PK-Platten von der Fixierung an der schweren Masse kleiner ist, als der Abstand der PK-Platten von der Fixierung an der zu bewegenden Masse.In the 1 and 1a is a PKF element 1 shown that a carrier of an elongated rectangular support plate 2 having. The carrier plate has holes at its ends 3 and 4 on, which are part of the means for fixing, for example with screws, the support plate on the one hand to a heavy mass and on the other hand to a mass to be moved. It is therefore in the spring element 1 a simple spring. The carrier plate 2 consists of a carbon fiber reinforced epoxy resin. The carbon fiber reinforced epoxy resin has a surface layer 5 made of epoxy resin. The two main surfaces of the carrier plate are covered with a metal layer 6 provided, for example, a vapor-deposited or a laminated silver coating. On both sides is on the support plate ever a PK plate 7 so applied that the distance of the PK plates from the fixation to the heavy mass is smaller than the distance of the PK plates from the fixation to the mass to be moved.

Die der Trägerplatte zugewandte und die von ihr abgewandte Oberfläche der PK-Platte sind je mit einer Metallschicht 8 versehen, beispielsweise mit einer aufgedampften oder auflaminierten Silberschicht. Die Metallschicht 8 auf der PK-Platte ist mit der Metallschicht 6 auf der Trägerplatte verlötet. Die Lötschicht hat das Bezugszeichen 9. Die beiden Anschlüsse 10 sind für die elektrische Kontaktierung vorgesehen. Die Trägerplatte 2 ist etwa 65 bis etwa 80 mm lang, etwa 20 bis etwa 60 mm breit und ist ≥ etwa 3mm, bevorzugt etwa 3,5 bis etwa 15 mm und ganz bevorzugt etwa 4 bis etwa 7 mm dick.The surface of the PK plate facing the support plate and the surface facing away from it are each provided with a metal layer 8th provided, for example with a vapor-deposited or laminated silver layer. The metal layer 8th on the PK plate is with the metal layer 6 soldered to the carrier plate. The solder layer has the reference numeral 9 , The two connections 10 are intended for electrical contacting. The carrier plate 2 is about 65 to about 80 mm long, about 20 to about 60 mm wide, and is ≥ about 3 mm, preferably about 3.5 to about 15 mm, and more preferably about 4 to about 7 mm thick.

Alle in dieser Anmeldung beschriebenen Federelemente werden bevorzugt mit einer Spannungsquelle erregt, welche eine variable Wechselspannung mit variabler Frequenz und variabel einstellbarer Phasenlage liefert, wie das von der Firma Bühner und Schaible vertriebene Frequenzsteuergerät "Resomat". Betrieben werden die Federelemente mit einer Frequenz, die in der Nähe ihrer Resonanzfrequenz (maximaler Abstand ± etwa 10 Hz) liegt, aber nicht mit dieser zusammenfällt.All Spring elements described in this application are preferred energized with a voltage source which is a variable AC voltage with variable frequency and variably adjustable phase angle, like that of the company Bühner and Schaible distributed frequency control device "Resomat". The spring elements are operated with a frequency that is close its resonance frequency (maximum distance ± about 10 Hz), but does not coincide with this.

In den 2 und 2a ist ein PKF-Element 11 gezeigt, das einen Träger aus einer länglichen rechteckigen Trägerplatte 12 aufweist. Die Trägerplatte weist an ihren Enden Bohrungen 13 und 14 und in ihrer Mitte Bohrungen 15 auf, die Teil der Mittel zum Fixieren, beispielsweise mit Schrauben, der Trägerplatte einerseits an einer schweren Masse und andrerseits zum Fixieren an einer zu bewegenden Masse bilden. Auf den Verbindungslinien zwischen den Bohrungen an den Enden und in der Mitte sind beidseitig mindestens je eine PK-Platte 7 aufgebracht. Es handelt sich also bei dem Federelement 11 um eine Doppelfeder. Die Trägerplatte 12 besteht aus demselben Material wie die Trägerplatte 2. Die (nicht gezeigten) Schichten zwischen der Trägerplatte 12 und den PK-Platten 7 sind dieselben wie beim in den 1 und 1a gezeigten PKF-Element. Die PK-Platten sind so auf der Trägerplatte aufgebracht, dass der Abstand der PK-Platten von den Bohrungem 13 und 14 kleiner ist, als der Abstand der PK-Platten von den Bohrungen 15. Die Trägerplatte 12 ist etwa 100 bis etwa 220 mm lang, etwa 20 bis etwa 110 mm breit, und ist ≥ etwa 3 mm, bevorzugt etwa 3,5 bis etwa 15 mm und ganz bevorzugt etwa 4 bis etwa 7 mm dick.In the 2 and 2a is a PKF element 11 shown that a carrier of an elongated rectangular support plate 12 having. The carrier plate has holes at its ends 13 and 14 and holes in the middle 15 on, which form part of the means for fixing, for example with screws, the support plate on the one hand to a heavy mass and on the other hand for fixing to a mass to be moved. On the connecting lines between the holes at the ends and in the middle are on both sides at least one PK plate 7 applied. It is therefore in the spring element 11 around a double spring. The carrier plate 12 consists of the same material as the carrier plate 2 , The layers (not shown) between the carrier plate 12 and the PK plates 7 are the same as in the 1 and 1a shown PKF element. The PK plates are mounted on the carrier plate so that the distance of the PK plates from the bore holes 13 and 14 is smaller than the distance of the PK plates from the holes 15 , The carrier plate 12 is about 100 to about 220 mm long, about 20 to about 110 mm wide, and is ≥ about 3 mm, preferably about 3.5 to about 15 mm, and more preferably about 4 to about 7 mm thick.

Die 3 zeigt ein PKF-Element 21, das als Träger eine runde Platte 22 aufweist und bei dem auch im mittleren Bereich mindestens eine Bohrung 23 als Teil der Mittel zum, beispielsweise mit Schrauben, Befestigen der zu bewegenden Masse vorgesehen sind. Bohrungen 24, die Teil der Mittel zum Befestigen des PKF-Elements an der schweren Masse sind, befinden sich an der Peripherie der Platte 22. Auf den Verbindungslinien zwischen der Bohrung 23 und den Bohrungen 24 ist jeweils eine PK-Platte 7 näher bei den Bohrungen 24 als bei der Bohrung 23 aufgebracht. Zu jeder PK-Platte 7 gibt es gegenüber auf der Gegenfläche der Platte 22 eine gleich gestaltete PK-Platte. Die Trägerplatte 22 besteht aus demselben Material wie die Trägerplatte 2. Die (nicht gezeigten) Schichten zwischen der Trägerplatte 22 und den PK-Platten, sind dieselben wie beim in den 1 und 1a gezeigten PKF-Element.The 3 shows a PKF element 21 , which as a carrier a round plate 22 and in which also in the central region at least one bore 23 as part of the means for, for example, with screws, attaching the mass to be moved are provided. drilling 24 that are part of the means of attaching the PKF elements are at the heavy mass, located at the periphery of the plate 22 , On the connecting lines between the hole 23 and the holes 24 is each a PK plate 7 closer to the holes 24 as when drilling 23 applied. To every PK plate 7 There are opposite on the opposite surface of the plate 22 an identically designed PK plate. The carrier plate 22 consists of the same material as the carrier plate 2 , The layers (not shown) between the carrier plate 22 and the PK plates, are the same as in the 1 and 1a shown PKF element.

Bei allen plattenförmigen Trägern sind die auf eine Oberfläche befindlichen PK-Platten normalerweise parallel geschaltet und die auf der anderen Oberfläche befindlichen PK-Platten werden mit betragsmäßig gleichen Antriebskräften wie die auf der einen Oberfläche befindlichen PK-Platten und synchron mit diesen jedoch gegenüber diesen phasenverschoben betrieben.at all plate-shaped carriers they are on a surface normally located in parallel and the on the other surface located PK plates are with the same amount of drive forces as on one surface located PK disks and in sync with these, however, against these operated out of phase.

Die 4 zeigt ein weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen PKF-Elements. Bei dem Federelement 31 besteht der Träger aus einem Quader 32, aus kohlefaserverstärktem Epoxidharz. Der Quader ist von vier Mantelflächen 33 und zwei quadratischen Endfächen 34 eingerahmt. Senkrecht zu zweien der Mantelflächen ist der Quader an den Enden und in der Mitte mit je zwei Löchern 35, 36, und 37 durchbohrt, welche Teil der Mittel zum Fixieren sind und zur Aufnahme von – beispielsweise – Schrauben dienen. Auf die Mantelflächen sind in den Zonen zwischen den Bereichen, die durchbohrt sind, je eine PK-Platte 7 aufgebracht, welche gleich groß sind und von den Bohrungen 35 und 36 dieselben Abstände und von den Bohrungen 37 auch dieselben Abstände haben, welche aber größer sind wie die zu den Bohrungen in den Endbereichen. Die (nicht gezeigten) Schichten zwischen den Mantelflächen 33 und den PK-Platten sind dieselben wie beim in den 1 und 1a gezeigten PKF-Element. Im Betrieb schwingen alle PK-Platten synchron und die PK-Platten auf den zueinander parallelen Mantelflächen werden mit betragsmäßig gleichen Antriebskräften jedoch phasenverschoben betrieben, während sie sich von den anderen PK-Platten, mit deren Normalen sie einen Winkel von 90° bilden, nicht nur in den Phasenlagen, sondern gegebenenfalls auch bezüglich der erregenden elektrischen Kräfte unterscheiden können. Werden die die PK-Platten, welche im Winkel von 90° zueinander stehen, unabhängig von einander elektronisch angesteuert, lassen sich vor- und rückwärts gerichtete Gleitbewegungen, beispielsweise beim Fördern und Sortieren, erzeugen (Schwinger mit zwei Freiheitsgraden). Der Quader 32 ist etwa 100 bis etwa 220 mm lang und hat einen Querschnitt von etwa 20·20 mm bis etwa 100·100 mm und bevorzugt etwa 30·30 mm bis etwa 50·50 mm. Die Quaderquerschnitte können auch nichtquadratisch sein.The 4 shows a further embodiment of the PKF element according to the invention. In the spring element 31 the carrier consists of a cuboid 32 , made of carbon fiber reinforced epoxy resin. The cuboid is of four lateral surfaces 33 and two square endfaces 34 framed. Perpendicular to two of the lateral surfaces of the cuboid at the ends and in the middle with two holes 35 . 36 , and 37 pierced, which are part of the means for fixing and for receiving - serve - for example - screws. On the lateral surfaces are in the zones between the areas which are pierced, each a PK plate 7 applied, which are the same size and from the holes 35 and 36 the same distances and from the holes 37 also have the same distances, but which are larger than those to the holes in the end regions. The layers (not shown) between the lateral surfaces 33 and the PK plates are the same as in the 1 and 1a shown PKF element. In operation, all PK plates swing synchronously and the PK plates on the mutually parallel lateral surfaces are operated with the same amount of drive power but out of phase, while not only from the other PK plates, with their normals they form an angle of 90 ° in the phase positions, but possibly also with respect to the exciting electrical forces can distinguish. If the PK plates, which are at an angle of 90 ° to each other, electronically controlled independently of each other, forward and backward sliding movements, for example, during conveying and sorting, generate (oscillator with two degrees of freedom). The cuboid 32 is about 100 to about 220 mm long and has a cross section of about 20 x 20 mm to about 100 x 100 mm, and preferably about 30 x 30 mm to about 50 x 50 mm. The cuboid cross sections can also be non-square.

Die Träger aller beschriebenen PKF-Elemente können im Bereich zwischen den PK-Platten und den Mitteln zur Fixierung der zu bewegenden Masse verjüngen, um eine – bevorzugt – kontinuierliche Verminderung der Federkonstanten in Richtung der Mittel zur Befestigung der zu bewegenden Masse zu erreichen. Dieser Effekt kann auch durch Bohrungen zunehmender Dichte durch den genannten Bereich erreicht werden.The carrier All described PKF elements may be in the range between the PK plates and the means for fixing the mass to be moved rejuvenate, by a - preferably - continuous Reduction of spring constants in the direction of the fastening means to reach the mass to be moved. This effect can also be due Holes of increasing density achieved by said area become.

Die Messungen der Schwingungsparameter erfolgt mit einem Gerät 41, das schematisch in der 5 dargestellt ist. Auf eine schwere Masse m₁ 42 ist ein PKF-Element 11, wie es in den 2 und 2a dargestellt ist, mit seinen Enden aufgeschraubt. in der Mitte des PKF-Elements ist eine zu bewegende Masse m₂ 43 befestigt, auf der ein Beschleunigungsgeber 44 aufgebracht ist. Mit dem Beschleunigungsgeber werden mittels eines Dehnungsmessstreifens Schwingwege y ermittelt und von diesen elektronisch deren 2. Ableitung gebildet, um die Beschleunigung a zu erhalten.The measurements of the vibration parameters are made with one device 41 schematically in the 5 is shown. On a heavy mass m ₁ 42 is a PKF element 11 as it is in the 2 and 2a is shown screwed with its ends. in the middle of the PKF element is a mass to be moved m ₂ 43 fixed on which an accelerator 44 is applied. With the acceleration sensor vibration paths y are determined by means of a strain gauge and electronically formed by these second derivative, to obtain the acceleration a.

Bei festgelegter Frequenz erhält man aus dem gemessenen Schwingweg y wie folgt die Beschleunigung:
Der Schwingweg der harmonischen Schwingung ist y = y0·sinωt (1)seine 1. Ableitung ist y . = –ω0·y·sinωt undseine 2. Ableitung y .. = ω0 2·y0·sinωt = ω0 2·y0 = a0 (2)Wird der Ausdruck für a in (2) in das Grundgesetz der Mechanik F = m2·a (3)eingesetzt, erhält man F = m2·ω0 2·y0 (4) At a fixed frequency, the acceleration is obtained from the measured vibration displacement y as follows:
The vibration path of the harmonic oscillation is y = y 0 · Sinωt (1) his 1st derivative is y. = -Ω 0 · Y · sinωt and his 2nd derivative y .. = ω 0 2 · y 0 · Sinωt = ω 0 2 · y 0 = a 0 (2) The expression for a in (2) becomes the fundamental law of mechanics F = m 2 · A (3) used, you get F = m 2 · ω 0 2 · y 0 (4)

F ist gleich der Aktionskraft. Da feststellbar ist, dass das Federelement beim Abschalten wieder in seine Nullage zurückkehrt, ist gewährleistet, dass die Rückstellkraft so groß wie die Aktionskraft ist.F is equal to the action force. Since it can be determined that the spring element when switching off again returns to its zero position, it is ensured that the restoring force as big as the action force is.

Mittels der Vorrichtung 41 läßt sich der Einfluß der Trägerdicke auf die Dämpfung zeigen. Die Dämpfung vermindert die Ausgangskraft des Federelements. Werden zwei Federelemente gemäß 2 und 2a, von denen das eine eine Trägerplatte aus GFK und das andere eine aus CFK hat, welche dieselbe Resonanzfrequenz haben (was bedeutet, dass bei sonst gleichen Abmessungen die Trägerplatte aus GFK dicker ist als die aus CFK), in der Vorrichtung 41 untersucht, so wird mit der oben beschriebenen Methode ermittelt, dass bei gleicher Energiezufuhr beim Federelement mit CFK-Träger die erzeugte Beschleunigung und somit die Aktionskraft größer ist als bei dem Federelement mit einem GFK-Träger.By means of the device 41 the influence of the carrier thickness on the damping can be shown. The damping reduces the output force of the spring element. If two spring elements according to 2 and 2a of which one has a carrier plate made of fiberglass and the other one made of CFRP, which have the same resonant frequency (which means that otherwise the same dimensions of the carrier plate made of fiberglass is thicker than that of CFK) in the device 41 investigated, it is determined with the method described above that at the same energy supply to the spring element with CFRP carrier generated acceleration and thus the action force is greater than in the spring element with a GRP carrier.

Anhand des Diagramms in der 6 wird erläutert, wie sich der E-Modul eines in die Vorrichtung 41 (s. 5) eingespannten erfindungsgemäßen Federelements bei Temperaturänderung verschiebt. In dem Diagramm ist Frequenz f gegen Schwingweg y aufgetragen. Wird die Frequenz variiert, erhält man die Resonanzkurve im Bereich, in dem die Arbeitsfrequenz mit der Resonanzkurve übereinstimmt. Bei Raumtemperatur erhält man die Kurve I. Wird die Temperatur beispielsweise um 30°C erhöht, erhält man die Kurve II (Bei Temperaturerhöhung nimmt die Resonanzfrequenz ab). Aus der Differenz Δf der Resonanzmaxima wird – wegen

die Änderung der Federkonstante D und damit die Änderung des E-Moduls ermittelt. Die Temperatur des Federelements läßt sich mit einem Thermo- oder einem PT-Element ermitteln. Gegenüber einem Federelement mit einem Träger aus GFK ist bei einem erfindungsgemäßen Federelement mit einem Träger aus CFK bei einer Temperaturänderung, wie unten gezeigt wird, die Verschiebung der Resonanzfrequenz geringer.Based on the diagram in the 6 explains how the modulus of elasticity in the device 41 (S. 5 ) clamped clamped spring element according to the invention with temperature change. In the diagram, frequency f is plotted against vibration displacement y. If the frequency is varied, the resonance curve is obtained in the range in which the operating frequency coincides with the resonance curve. At room temperature, curve I is obtained. If the temperature is increased by 30 ° C., for example, curve II is obtained (when the temperature increases, the resonance frequency decreases). From the difference Δf of the resonance maxima becomes - because of

the change in the spring constant D and thus the change in the modulus of elasticity is determined. The temperature of the spring element can be determined with a thermocouple or a PT element. Compared to a spring element with a carrier made of fiberglass is in a spring element according to the invention with a carrier made of CFK at a temperature change, as shown below, the shift of the resonant frequency lower.

Anwendungsbeispiele sollen die Erfindung noch mehr verdeutlichen.applications should illustrate the invention even more.

Im Beispiel 1 wird die Rückstellkraft einer Doppelfeder (s. 2 und 2a) ermittelt.In Example 1, the restoring force of a double spring (s. 2 and 2a ).

Bei einem erfindungsgemäßen PKF-Element 11, wie es in den 2 und 2a gezeigt ist, hatte der Träger die Abmessungen:
Länge: 180 mm
Breite: 80 mm
Dicke: 6 mmIn a PKF element according to the invention 11 as it is in the 2 and 2a shown, the carrier had the dimensions:
Length: 180 mm
Width: 80 mm
Thickness: 6 mm

Der Kunststoff im CFK und die isolierende Oberflächenschicht bestanden aus Epoxidharz.Of the Plastic in the CFK and the insulating surface layer consisted of epoxy resin.

Das Federelement wurde in die in der 5 gezeigte Vorrichtung 41 eingespannt und mit einer Wechselspannung mit einer Frequenz f₀ von 260 Hz erregt. f₀ = 260 Hz entspricht (wegen ω₀ = 2π·f₀)ω₀ = 1632/s. Es wurde eine Beschleunigung a₀ von ± 135 g = ± 1350 m/s² gemessen. Daraus ergibt sich für eine Masse m₂ von 2 kg eine Aktionskraft F von 2700 N. Die Rückstellkraft ist gleich diesem Wert.The spring element was in the in the 5 shown device 41 clamped and excited with an AC voltage with a frequency f ₀ of 260 Hz. f ₀ = 260 Hz (because of ω ₀ = 2π · f ₀ ) ω ₀ = 1632 / s. An acceleration a ₀ of ± 135 g = ± 1350 m / s ^{2 was} measured. This results in an action force F of 2700 N for a mass m ₂ of 2 kg. The restoring force is equal to this value.

Beim Beispiel 2 wurde die Temperaturabhängigkeit des E-Moduls gemessen. Eine in die Vorrichtung 41 eingespannte Doppelfeder, die mit der im Beispiel 1 angewandten identisch war, wurde auf Raumtemperatur temperiert. Die Doppelfeder hatte eine Resonanzfrequenz f₀₁ von 260 Hz, wie durch Aufnahme der Resonanzkurve über Arbeitsfrequenzen in diesem Bereich ermittelt wurde (s. Kurve I in der 6). Die Doppelfeder wurde dann um 30°C erwärmt und es wurde erneut die Resonanzkurve (Kurve II) aufgenommen. Es wurde festgestellt, dass sich das Kurvenmaximum um ein Δf von ca. 0,3 Hz nach dem kleineren Wert f₀₂ verschoben hatte.In example 2, the temperature dependence of the modulus of elasticity was measured. One in the device 41 clamped double spring, which was identical to that used in Example 1, was brought to room temperature. The double spring had a resonant frequency f ₀₁ of 260 Hz, as determined by recording the resonance curve over working frequencies in this range (see curve I in FIG 6 ). The double spring was then heated at 30 ° C and the resonance curve (curve II) was recorded again. It was found that the maximum curve had shifted by a Δf of about 0.3 Hz after the smaller value f ₀₂ .

Anschließend wurde das Federelement wieder auf Raumtemperatur temperiert. Es wurde festgestellt, dass sich wieder genau dieselbe Resonanzfrequenz f₀₁ einstellte.Subsequently, the spring element was again brought to room temperature. It was determined, that again exactly the same resonant frequency f _{01 was} established.

Vergleichbare Versuche mit PKF-Elementen mit Trägern aus GFK ergaben eine Verschiebung um ca. 2 Hz zu kleineren Werten. Damit ist bewiesen, dass der Träger aus CFK in PKF-Elementen einen konstanteren E-Modul hat. Außerdem wurde festgestellt, dass beim Abkühlen auf Raumtemperatur bei der Resonanzfrequenz des Federelements mit GFK-Träger eine Differenz zum Ursprungswert blieb.comparable Tests with PKF elements with GFR carriers revealed a shift about 2 Hz to smaller values. This proves that the carrier off CFK in PKF elements has a more constant modulus of elasticity. It was also found that when cooling to room temperature at the resonant frequency of the spring element with GRP carrier a difference to the original value remained.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel wurde durchgeführt, um Vorgänge beim intermittierenden Einspritzen von Kraftstoff in einen Dieselmotor zu erläutern. Die dabei verwendete Anordnung ist schematisch in der 8 gezeigt. Bei der Anordnung sind die beiden Enden eines Antriebs 52, mit einem PKF-Element mit CFK-Träger, wie es in den 2 und 2a gezeigt ist, das mit Schrauben 53 durch Bohrungen 13, 14 und 15 hindurch an einem Ventilkörper 54 und einem Stössel 55 festgemacht ist. Der Stössel 55 läuft ventilseitig konisch in eine kegelförmige Nadelspitze 56 aus, die von oben in einen Ventilsitz 57 eintaucht, der eine dem Negativ der Nadelspitze entsprechende kegelförmige Vertiefung bildet, welche an ihrer Spitze eine Öffnung 58 aufweist. Unter der Öffnung steht ein offenes, klar durchsichtiges Becherglas 59. In der Wand der Vertiefung endet ein Rohr 60, welches das Ventil mit einem Kraftstoffbehälter 61 verbindet, der mittels einer durch einen Stempel 62 veranschaulichten Pumpe unter einen Druck von max. 200 bar gesetzt werden kann. Die Länge des Stössels 55 kann mittels einer Schraube 63 verändert werden, um den Druck auf das Ventil zu variieren.Another application example has been made to explain processes of intermittently injecting fuel into a diesel engine. The arrangement used is schematically in the 8th shown. In the arrangement, the two ends of a drive 52 , with a PKF element with CFRP carrier, as in the 2 and 2a shown with screws 53 through holes 13 . 14 and 15 through to a valve body 54 and a pestle 55 is moored. The pestle 55 runs conically into a conical needle point on the valve side 56 from the top into a valve seat 57 dips, which forms a negative of the needle tip corresponding conical recess, which at its tip an opening 58 having. Under the opening is an open, clear glass beaker 59 , In the wall of the depression ends a tube 60 The valve with a fuel tank 61 connects, by means of a through a stamp 62 illustrated pump under a pressure of max. 200 bar can be set. The length of the pestle 55 can by means of a screw 63 be changed to vary the pressure on the valve.

Beim Einspritzen von Kraftstoff in den Dieselmotor wird das Einspritzen abhängig von der Motorendrehzahl aus- und eingeschaltet. Das Ein- und Ausschalten erfolgt über einen Impulsgenerator, der dazu drehzahlgesteuert ist. Die Drehzahl ist definiert als die Umdrehungen der Kolbenwelle pro sec. Den Vorgang illustriert das Diagramm in der 8, in dem die Steuerspannung und die Beschleunigung gegen die Zeit aufgetragen sind. In den Zeitabschnitten z₁ wird intermittierend Kraftstoff mit einer festgelegten Anzahl von Schaltimpulsen pro sec (in dem Diagramm durch Oszillationen in den Zeitabschnitten z₁ angedeutet) durch ein Ventil eingespritzt. Beim Einspritzen wird pro Schwingungsperiode zweimal eingespritzt, d.h. die Anzahl der Schaltimpulse/sec ist gleich dem doppelten Zahlenwert der angewandten Frequenz. In den Zeitabschnitten z₂ ist das Ventil ständig geschlossen. z₃ = z₁ + z₂ ist die Zeit zwischen dem Beginn eines Einspritzvorganngs und dem Beginn des nächsten, wobei

das Tastverhältnis ist.When injecting fuel into the diesel engine, the injection is turned off and on depending on the engine speed. Switching on and off takes place via a pulse generator which is speed-controlled. The speed is defined as the revolutions of the piston shaft per second. The process is illustrated in the diagram in the 8th in which the control voltage and the acceleration are plotted against time. In the time intervals z ₁ , fuel is injected intermittently through a valve at a fixed number of switching pulses per second (indicated in the diagram by oscillations in the time intervals z ₁ ). When injecting is injected twice per oscillation period, ie the number of switching pulses / sec is equal to twice the numerical value of the applied frequency. In the periods z ₂ , the valve is constantly closed. z ₃ = z ₁ + z ₂ is the time between the beginning of an injection process and the beginning of the next, where

the duty cycle is.

Dieser Vorgang läßt sich mit der in der 7 gezeigten Anordnung simulieren, wobei die rasche Verteilung des eingespritzten Materials hinter der Öffnung 58 gezeigt werden soll. Bei der Durchführung des Anwendungsbeispiels war die Nadelspitze 56 soweit in den Ventilsitz 57 eingeführt, dass es an dessen Wand anlag, und Kraftstoff wurde in den Kraftstoffbehälter 61 eingefüllt, so dass der Rohrausgang unterhalb des Flüssigkeitsspiegels lag.This process can be with the in the 7 simulate the arrangement shown, with the rapid distribution of the injected material behind the opening 58 should be shown. In carrying out the application example was the needle tip 56 so far in the valve seat 57 introduced that it abutted against its wall, and fuel was in the fuel tank 61 filled so that the tube outlet was below the liquid level.

In dem Kraftstoffbehälter wurde kontinuierlich ansteigend Druck aufgebaut (max. 200 bar), und gleichzeitig wurde der Antrieb mit der festgelegten Frequenz intermittierend erregt.In the fuel tank continuously increasing pressure was built up (max 200 bar), and at the same time became the drive with the specified frequency intermittently excited.

Zuvor wurde durch Drehen an der Schraube 62 die Nadelspitze 56 gegen den Ventilsitz 57 gedrückt, wobei der Antrieb leicht nach oben verbogen und damit vorgespannt wurde. Durch vorangehende Versuche war festgelegt worden, um wieviel die Schraube gedreht werden muß, damit, wenn in dem Kraftstoffbehälter ein Druck von etwa 80 bar aufgebaut ist, sich die vom Antrieb und vom Kraftstoff auf die Nadelspitze 56 wirkenden Drücke kompensieren. Heben sich die Drücke auf, beginnt der Antrieb zu schwingen.Previously, by turning the screw 62 the needle point 56 against the valve seat 57 pressed, the drive was slightly bent upwards and thus biased. Previous attempts had determined how much the screw must be turned so that when the pressure in the fuel tank is about 80 bar, that from the drive and from the fuel to the needle tip 56 Compensate for acting pressures. If the pressures increase, the drive begins to oscillate.

Die Betriebsparameter waren die folgenden:
Verschlussdruck auf den Ventilsitz gegen vorgespannten Antrieb: ca. 80 bar (statischer Druck)
Kraftstoffdruck variabel zwischen 0 und 200 bar einstellbar. Arbeitsfrequenz f_a: 600 Hz (die entsprechende Kreisfrequenz ω₀ = 2π·f_a = 3760 s^–1)
Periodenzeit: 1,6 ms,The operating parameters were the following:
Closing pressure on the valve seat against preloaded drive: approx. 80 bar (static pressure)
Fuel pressure adjustable between 0 and 200 bar. Operating frequency f _a : 600 Hz (the corresponding angular frequency ω ₀ = 2π · f _a = 3760 s ^-1 )
Period time: 1.6 ms,

Das Federelement schwang pro Einspritzvorgang 10 bis 20 mal, was einer Zeitdauer/Einspritzvorgang von 16 bis 32 ms entspricht.The Spring element swung 10 to 20 times per injection, which is one Duration / injection of 16 to 32 ms corresponds.

Beschleunigung a₀ am Stössel während des Einspritzens > ca. ± 60 g = > ± 600 ms^–2 max.Acceleration a ₀ on the plunger during injection> approx. ± 60 g => ± 600 ms ^-2 max.

Verschlussweg des Stössels daher:

Closure way of the pestle therefore:

Die ermittelte Beschleunigung und der Verschlussweg sind bei Verwendung von erfindungsgemäßen Federelementen mit Trägern aus CFK in vorteilhafter Weise höher als bei Federelementen mit Trägern aus GFK. Die erfindungsgemäßen Federelemente sind deshalb beispielsweise bei höheren Drücken einsetzbar.The determined acceleration and the shutter path are in use of spring elements according to the invention with straps made of CFK in an advantageous manner higher as with spring elements with carriers made of fiberglass. The spring elements according to the invention Therefore, for example, can be used at higher pressures.

Visuell war bei dem Ausführungsbeispiel zu erkennen, dass sich in dem Becherglas 59 ausgehend von der Öffnung 58 eine birnenförmige Wolke aus kleinen Flüssigkeitstropfen ausbreitete, woraus die hohe Geschwindigkeit ablesbar war, mit der das injizierte Material verteilt wird.Visually, it could be seen in the embodiment that in the beaker 59 starting from the opening 58 a pear-shaped cloud of small drops of liquid spread, from which the high speed was read, with which the injected material is distributed.

Claims

By means of the inverse piezo effect operable spring element having a carrier made of plastic, wherein on the carrier at least one body of a piezoelectric material is applied, characterized in that the carrier consists of carbon fiber reinforced plastic (CFRP).

Spring element according to claim 1, characterized that apart from small amounts of additives the plastic consists of a thermosetting plastic.

Spring element according to claim 1, characterized that the plastic consists of a thermosetting plastic.

Spring element according to claim 2 or 3, characterized that the thermoset of at least one material from the group Epoxy resins, hardened UP resins and phenolic and furan resins.

Spring element according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the carrier with an insulating surface layer is covered.

Spring element according to claim 5, characterized in that that the insulating surface layer consists of a thermoplastic or a thermoset.

Spring element according to claim 6, characterized that the thermoplastic of at least one material from the group PTFE and PTFE derivatives exists.

Spring element according to claim 6, characterized that the thermoset of at least one material from the group Epoxy resins, hardened UP resins and phenolic and furan resins.

Spring element according to claim 6 or 8, characterized that the thermoset is the same as that in the carrier.

Spring element according to at least one of claims 2 to 9, characterized in that the insulating surface layer is so thick that with applied voltage to the CFK no electrical Potential lies.

Spring element according to claim 10, characterized the insulating layer is between about 0.3 and about 1 mm thick.

Spring element according to claim 11, characterized in that that at an applied voltage of 300 V, the insulating surface layer between about 0.4 and about 0.6 mm thick.

Spring element according to at least one of claims 5 to 12, characterized in that on the insulating surface layer a metal layer is applied.

Spring element according to claim 13, characterized that the metal layer is vapor-deposited or laminated.

Spring element according to claim 13 or 14, characterized that the metal layer of at least one material from the group Copper, silver, gold and nickel.

Spring element according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that the body of the piezoelectric Material at least on the side facing the carrier with a Metal layer is covered.

Spring element according to claim 16, characterized in that that the metal layer on the body is evaporated from the piezoelectric material.

Spring element according to claim 16 or 17, characterized that the metal layer on the body of the piezoelectric material with the metal layer on the carrier connected is.

Spring element according to claim 18, characterized that the metal layers are soldered together.

Spring element according to claim 19, characterized the layers facing each other are made of the same metal.

Spring element according to at least one of claims 1 to 20, characterized in that the body of the piezoelectric Material is a plate made of a piezoceramic material.

Spring element according to claim 21, characterized that on the carrier opposite to each PK plate and facing away from her a same PK plate is applied.

Spring element according to at least one of claims 1 to 22, characterized in that the carrier is rectangular in cross-section, square, a regular polygon forming, circular or ellipsoidal.

Spring element according to at least one of claims 1 to 23, characterized in that the body is a hollow body or a solid body is.

Spring element according to at least one of claims 1 to 24, characterized in that the one end of the carrier with Means for attachment to a heavy mass and the entgegegesetzt End equipped with means for attachment to a mass to be moved is.

Spring element according to at least one of claims 1 to 24, characterized in that the carrier at the ends with means for attachment to a heavy mass and in a central area equipped with means for attachment to a mass to be moved is.

Spring element according to claim 25 or 26, characterized that the PK plates on connecting lines between the means for Attachment to the heavy mass and means of attachment are applied to the mass to be moved.

Spring element according to at least one of claims 23 to 27, characterized in that the carrier is a plate.

Spring element according to claim 28, characterized that the carrier plate square or rectangular, with the longer dimension parallel to the Connecting line between the fixations runs.

Spring element according to claim 28 or 29, characterized that the thickness of the support plate ≥ about 3 mm and about 50 mm.

Spring element according to claim 30, characterized in that that the thickness of the carrier plate is between about 3.5 and about 15 mm.

Spring element according to at least one of claims 28, 30 and 31, characterized in that the plate is circular and their peripheries in several places at the heavy mass and its center is fixed to the mass to be moved and that at least one-sided between each fixation on the periphery and the fixation in the middle of a Pk plate is applied.

Spring element according to at least one of claims 23 to 27, characterized in that the cross section of the carrier is round (circular or ellipsoid) or a regular polygon with a straight Number of corners is.

Spring element according to claim 33, characterized that in the case of forming a regular polygon Cross section on the along the connecting lines between the Means for fixing to the heavy mass and the means for fixing on the mass to be moved Manteflächenbereichen a number of PK disk pairs that are half the number of pairs is applied, is applied so that the belonging to a pair of PK plates opposite each other and facing away from einader and applied to each other in parallel.

Spring element according to claim 33 or 34, characterized that the carrier a rectangular parallelepiped is.

Spring element according to claim 35, characterized that along the connecting line between the means for Fixing to the heavy mass and the means of fixing to the two masses each extending to the mass to be moved of PK plates are applied, with the PK plates of each pair opposite each other and facing away from each other and applied to each other in parallel and normals of one pair with normals of another pair form a right angle.

Spring element according to claim 33, characterized that in the case of the circular cross-section forming carrier along the connecting line between the means for fixing on the heavy mass and the means of fixing to the moving Mass extending defined by corresponding tangential surfaces Mantle areas applied a number of PK plate pairs such is that belonging to a couple PK plates face each other and facing away from each other and applied to each other in parallel.

Spring element according to at least one of claims 26 to 37, characterized in that it provided the means for attachment the mass to be moved is in its central area, regarding this Means point or mirror symmetry.

Spring element according to at least one of claims 26 to 38, characterized in that the ratio of the distance between the means for fixing the mass to be moved and the PK plate (s) and the distance between the means for attachment to the (the) heavy mass (s) and PK plate (s) ≥ 1.5.

Spring element according to at least one of claims 25 to 39, characterized in that the carrier in the area between the PK plates and means for attachment to the moving Mass rejuvenated.

Spring element according to at least one of claims 1 to 40, characterized in that it can be operated at frequencies ≥ 5 kHz is.

Spring element according to at least one of claims 1 to 40, characterized in that it is at frequencies between about 100 Hz and about 5 kHz is operable.

Spring element according to claim 42, characterized that it operates at frequencies between about 200 Hz and about 500 Hz is.

Spring element according to at least one of claims 1 to 43, characterized in that it is operable at accelerations> 5000 m / sec ² .

Spring element according to at least one of claims 1 to 43, characterized in that it is operable at accelerations between about 100 m / sec ² and about 5000 m / sec ² .

Spring element according to claim 45, characterized in that it is operable at accelerations between about 200 m / sec ² and about 2000 m / sec ² .

Spring element according to at least one of claims 1 to 46, characterized in that as a mass to be moved, the plunger of a Valve serves.

Spring element according to claim 47, characterized that the valve is part of a device for intermittent injection is.