DE3103061A1

DE3103061A1 - "piezoelektrisches stellglied"

Info

Publication number: DE3103061A1
Application number: DE19813103061
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Mauermann; Paul 7290 Freudenstadt Schwerdt; Günter Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Weiger
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-01-30
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1982-08-05
Also published as: JPS57138189A

Description

t'Piezoelektrisches Stellglied"
Die Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Stellglied mit einem Plattenstapel mit wenigstens einer Piezo-Oxydscheibe, der über elektrische Ver.bindungsleitungen mit einer Stellelektronik verbunden ist.
Piezoelektrische Stellelemente, bestehend aus einer Piezo-Oxydscheibe oder einem geschichteten Plattenstapel,sind bekannt. Dabei wird der inverse niezoelektrische Effekt ausgenutzt, indem durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine Längenänderung des Plattenstarels bewirkt wird.
In vielen Anwendungsfällen ist es erforderlich, die Arbeit des Stellgliedes oder das Verhalten des Stellmediums zu überwachen bzw. zur Gewinnung von Steuer- oder Regelgtößen zu messen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Meßglied in das Stellglied zu integrieren, welches diese genannten Aufgaben übernehmen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens eine Piezo-Oxydscheibe des Platte#-stapels vorgesehen ist, welche mindestens zeitweise als Meßsensor verwendet wird.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß dieser Meßsensor aus demselben Werkstoff hergestellt sein kann und die gleichen Abmessungen haben kann wie die Piezo-Oxydscheiben des Stellgliedes und daß er wechselweise als Stellglied oder unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effektes (Druck auf den Plattenstapel erzeugt eine elektrische Spannung) als Meßglied fungieren kann. Die Abmessungen des Stellgliedes werden durch die Intenration eines Meßgliedes nicht vergrößert.
Je nach Anwendungsfall kann das Meßglied vom übrigen Plattenstapel isoliert oder nicht isoliert sein und-mit eigenen elektrischen Verbindugsleitungen versehen sein, die über Umschalter mit der Stellelektronik oder mit der Meßelektronik verbunden werden, oder über die Verbindungsleitungen zur Stellelektronik mit kanazitiver Auskonolung an die Meßelektronik angeschlossen sein.
Nachfolgend sind einige Ausfuhrungsbeisdiele nach der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen: Fig. 1: einen Plattenstarel mit einer kanazitiv angekoooelten Meßelektronik, Fig. 2: einen Plattenstapel mit gemeinsamer Minusleitung und ums chaltbar er Plusleitung und Fig. 3#: einen Plattenstapel mit einer isolierten Piezo-Oxydscheibe und mit umschaltbarer Plus- und Minusleitung.
Fig. 1 zeigt einen in bekannter Weise geschichteten Plattenstapel 1 aus einzelnen Piezo-Oxydscheiben 2, welche zwischen Kontaktierungsscheiben 3 angeordnet sind. Die Kontaktierungsscheiben 3 sind über eine positive und eine negative elektrische Verbindungsleitung 4, 5 mit einer Stellelektronik 6 verbunden, welche die Snnnungen bzw. Ströme für die Extension oder Kontraktion des Plattenstanels in der durch einen Dorrelofeil angedeuteten Richtung liefert.
Die Verbindungsleitungen 4, 5 sind, über Kondensatoren 7 entkorrelt, mit Verbindungsleitungen 4 a, 5 a verbunden, welche zu einer Meßelektronik 8 führen, deren Ausgang, durch einen Schalter 9 angedeutet, von den im Meßkreis liegenden übrigen Komnonenten getrennt werden kann. Die Arbeitsweise als Stell- bzw. Meßglied wird weiter unter beschrieben.
Figur 2 zeigt einen Plattenstapel 1 wie in Fig. 1, bei welchem die ganz rechts angeordnete Piezo-Oxydscheibe 2 a mit einer Kontaktierungsscheibe 3 a verbunden ist, welche nicht direkt mit der entsorechenden elektrischen Verbindungsleitung 4 verbunden ist, sondern über eine Verbindungsleitung 4 b zu einem Umschalter 10 führt, welcher in der gezeichneten Stellung 10 a mit der Verbindungsleitung 4 und damit mit der Stellelektronik 6 und in der anderen Stellung 10 b mit der Verbindungsleitung 4 a und damit mit der Meßelektronik 8 verbunden ist. Die Verbindungsleitung 5 ist die für alle Piezo-Oxydscheiben gemeinsame Minusleitung. Dadurch wird erreicht, daß die Piezo-Oxydscheibe 2 a von der Stellelektronik 6 auf die Meßelektronik 8 umschaltbar ist, während die übrigen Piezo-Oxydscheiben 2 nur mit der Stellelektronik verbunden sind. Auch die Arbeitsweise dieser Anordnung wird weiter unten beschrieben.
Figur 3 schließlich zeigt einen Plattenstapel l wie in Fig. 1, bei welchem die ganz rechts angeordnete Piezo-Oxydscheibe 2 b mit zwei Kontaktierungsscheiben 3 a verbunden und diese Anordnung durch eine Isolierscheibe 11 vom restlichen Plattenstapel 1 getrennt ist. Dieser restliche Plattenstarel ist wie in Fig. i und 2 über die Verbindungsleitungen 4, 5 mit der Stellelektronik verbunden.
Die Piezo-Oxydscheibe 2 b ist über ihre Kontaktierungsscheiben 3 a und über Verbindungsscheiben 4 b und 5 b mit je einem Umschalter 10 und 12 verbunden. In der gezeichneten Stellung dieser Umschalter werden die Verbindw#sleitungen 4 b und 5 b mit den Verbindungsleitungen 4 und 5 und damit mit der Stellelektronik 6, in der anderen Stellung mit Verbindungsleitungen 4 a und 5 a und damit mit der Meßelektronik 8 verbunden.
Die Arbeitsweise der Piezo-Stellglieder soll an einem Anwendungsbeispiel erläutert werden, bei welchem das Stellglied zu ed in einem Eraftstoffeinseritzventil arbeitet.
Durch entsDrechende Snannungsimoulse expandiert oder kontrahiert der Plattenstapel in Pfeilrichtung und öffnet dabei die nicht dargestellte Einspritzdüse nach einer bestimmten Zeitfunktion, wobei in Fig. l der gesamte Plattenstapel an der Längenänderung teilnimmt, in Fig. 2 und mit Ausnahme der Isolierscheibe il auch in Fig. 3 nur dann, wenn die Umschalter sich in der gezeichneten Stellung befinden. Dieser Vorgang ist an sich bekannt.
In den zwischen den Eins#ritzvorgängen verbleibenden Zeiträumen, also z. B. während des Vertrennungsvorganges in den Zylindern, kann der gesamte Plattenstapel in Fig. l bzw. nach Umschaltung der Umschalter 10 bzw. 10 und 12 die Piezo-Oxydscheibe 2 a oder 2 b in Fig. 2 bzw. Fig. 3 als Meßsensor verwendet werden, beispielsweise als Klot,fsensor zur Überwachung des Verbrennungsverlaufs. In Fig. 1 erfolgt dies dadurch, daß in der Meßphase, wenn kein Signal von der Stellelektronik 6 kommt, der Ausgang der kapazitiv angekonnelten Meßelektronik 8, die im wesentlichen aus einer nicht näher dargestellten Aufbereitungs- und Verstärkerschaltung für das mittels Ausnutzung des oiezoelektrischen Effekts gewonnene Meßsignal besteht, durch Schließen des Schalters 9 an die übrigen Komoonenten im Meßkreis, z. B.
Anzeige- oder Auswerterschaltung, angeschlossen wird.
In Fig. 2 ist dies insofern anders, als nur eine Piezo-Oxydscheibe 2 a als Meßsensor verwendet wird.
Zur Messung, z. B. der Funktion der Einspritzdüse, auch während der Stellohase ist am besten die Ausführung nach Fig. 3 geeignet, da hier das Meßglied vom Stellglied vollkommen galvanisch getrennt werden kann und somit Einflüsse der Stellströme bzw. -soannungen auf die Meßglieder am wenigsten zu befürchten sind.
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Claims

Ansprüche 18 Piezoelektrisches Stellglied mit einem Plattenstarel aus wenigstens einer Piezo-Oxydscheibe, der über elektrische Verbindungsleitungen mit einer Stellelektronik verbunden ist, d a dur c h g e k e n n z e i c h n e daß wenigstens eine Piezo-Oxydscheibe (2 a, b) des Plattenstarels (2) zumindest zeitweise als Meßsensor verwendet wird.
2. Piezoelektrisches Stellglied nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Meßsensor (2 b) vom restlichen Plattenstapel (2) isoliert angeordnet ist und gesonderte elektrische Verbindungsleitungen (4 b, 5 b) besitzt, welche durch Umschalter (10, 12) entweder mit der Stellelektronik (6) oder mit einer Meßelektronik t8) verbindbar sind.
3. Piezoelektrisches Stellglied nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Meßsensor (2 a) eine mit dem restlichen Plattenstapel (2) gemeinsame Minusleitung (5), aber eine von diesem getrennte Plusleitung (4 b) besitzt und daß die Plusleitung durch einen Umschalter (iO) entweder mit der Plusleitung (4) der Stellelektronik (6) oder mit der Plusleitung (4 a) der Meßelektronik (8) verbindbar ist.
4. Piezoelektrisches Stellglied nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der gesamte Plattenstapel (1) als Meßsensor vorgesehen ist und daß die elektrischen Verbindungsleitungen (4 a, 5 a) parallel zu den Verbindungsleitungen (4, 5) zur Stellelektronik (6) über elektrische Entko¢olungen (7) zur Meßelektronik (8) führen, deren Ausgangssignal ab- oder umschaltbar ist (9).