EP1886361A1 - Piezoelektrische aktoreinheit mit verbesserter wärmeableitung sowie kraftstoffinjektor - Google Patents

Piezoelektrische aktoreinheit mit verbesserter wärmeableitung sowie kraftstoffinjektor

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EP1886361A1
EP1886361A1 EP06763325A EP06763325A EP1886361A1 EP 1886361 A1 EP1886361 A1 EP 1886361A1 EP 06763325 A EP06763325 A EP 06763325A EP 06763325 A EP06763325 A EP 06763325A EP 1886361 A1 EP1886361 A1 EP 1886361A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator unit
piezoelectric actuator
unit according
potting compound
actuator module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06763325A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter LEWENTZ
Carsten Schuh
Thorsten Steinkopff
Claus Zumstrull
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Continental Automotive Technologies GmbH
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Continental Automotive Technologies GmbH, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1886361A1 publication Critical patent/EP1886361A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
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    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H10N30/883—Additional insulation means preventing electrical, physical or chemical damage, e.g. protective coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • Piezoelectric actuator unit with improved heat dissipation and fuel injector
  • the invention is based on a piezoelectric actuator unit, which is formed with at least one actuator module, according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a fuel injector according to the independent claim 12, which is formed with the piezoelectric actuator unit according to the invention.
  • the actuator module i.a. is arranged in a trained as a mold plastic sleeve. Subsequently, a cavity formed between the actuator module and an inner wall of the plastic sleeve is filled with a potting compound.
  • the potting compound has the task of acting on the one hand as a passivation for the actuator module, in particular to prevent electrical voltage flashovers on the outer actuator surface. On the other hand, the potting compound is needed to fix the actuator module in position and to protect it from damage.
  • the actuator module is electrically connected before casting with two Maisticianspins.
  • the Kunststofftechnikspins are also fixed in the plastic sleeve and potted together with the actuator module.
  • the whole unit is then covered with a bourdon tube.
  • the actuator module is formed with a top plate and with a bottom plate, which complete the upper and the lower end of the tube spring and are non-positively connected to the actuator module.
  • the entire unit is arranged in an actuator housing, which is attached to the top plate. It forms the piezoelectric actuator unit.
  • fuel injectors for a fuel injection system, in particular for a Coramon Rail injection system, in which a piezoelectric actuator unit is installed.
  • the invention is based on the object to improve the thermal capacity in a piezoelectric actuator unit or in a fuel injector. This object is achieved with the features of the juxtaposed claims 1 and 12.
  • the piezoelectric actuator unit according to the invention or in the case of the fuel injector with the characterizing features of the independent claims 1 and 12 there is the advantage that the heat dissipation via the open-pore casting compound is considerably improved. It is considered to be particularly advantageous that nevertheless the electrical passivation of the surface of the actuator module is maintained. This is of importance particularly in the case of irregular or rough surfaces of the actuator module, since electrical voltage flashovers can preferably occur on rough surfaces.
  • the potting compound has sufficient strength to ensure the fixation, in particular of the actuator module.
  • a further improvement of the heat dissipation can be achieved if the pores and / or interspaces are filled with a highly thermally conductive fluid whose thermal conductivity is greater than that of the potting compound.
  • the fluid has a high dielectric strength.
  • the fluid supports the insulating effect of the potting compound, so that in particular electrical flashovers on the actuator surface can be reliably prevented.
  • the fluid is preferably formed with a low viscosity. As a result, it can circulate in the network of pores and / or interstices and thereby better dissipate the heat loss to the external environment.
  • a particularly low-viscosity transformer oil can be used, which both has good electrical insulation properties and furthermore forms a good heat conductor.
  • a polymer granulate as potting compound whose melting temperature is higher than the operating temperature of the actuator module. This prevents that the granules can change and in particular melt, when the actuator module reaches a maximum operating temperature.
  • the melting temperature should be smaller than the Curie temperature of the piezoceramic disks from which the actuator module is formed. The predetermined upper temperature limit ensures that the piezoceramic disks can not be damaged in terms of their function at this temperature load.
  • the individual grains can melt on their edges and cakes to form a solid unit, without the entire granules changing into a liquid phase.
  • the melted granulate thus forms a solid, open-pore structure in which, on the one hand, the fluid can derive the heat loss of the actuator module through intensive circulation.
  • the caked polymer granules form a stable form, by which the actuator module is securely fixed.
  • An alternative possibility for the formation of pores and / or gaps is to introduce, for example, micro- or nanotubes into the potting compound.
  • An open-pored structure can also be produced if hollow spheres are introduced into the potting compound. The casting compound is heated together with the hollow spheres until the hollow spheres burst open, so that a coherent structure results, through which the fluid can circulate.
  • Another method for producing an open-pore structure is to introduce into the potting compound materials that release a gas during a temperature treatment. During the heat treatment, it releases the released, the corresponding bubbles and cavities forms and which are formed due to their irregular shape predominantly contiguous. These hollow structures can then also be used for a circulating fluid. Carbonates, in particular sodium carbonate, which release gas during the heat treatment can be used as materials.
  • FIG. 2 shows a plan view of the plastic sleeve
  • Figure 3 shows a sectional view through the plastic sleeve with the actuator module
  • FIG. 4 shows a fuel injector in which the actuator module according to the invention is installed.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional representation of an actuator unit 13 with an actuator module 8 and with a plastic sleeve 2, which is preferably cylindrical in shape as a casting mold.
  • the top of the plastic sleeve 2 is open, so here the actuator module 8, which is preferably designed as a piezoelectric stack actuator with a plurality of piezoceramic layers, can be introduced.
  • two contacting pins 5, which are connected to the actuator module 8 via electrical leads (not shown in FIG. 1), are inserted into the plastic sleeve 2.
  • the plastic sleeve 2 is sealed in connection with a bottom plate of the actuator module 8 downwards, so that the plastic sleeve 2 is closed towards the bottom.
  • the bottom plate of the actuator module 8 is led out at the bottom so that the change in length of the actuator module 8 occurring during activation can be tapped off here.
  • a cup-shaped cavity 16 is formed between the inner wall of the plastic sleeve 2 and the actuator module 8, which is later filled with a casting compound.
  • 16 holders are mounted in the cavity, which fix the inserted actuator module 8 and the Kunststofftechnikspins 2 in position until it is shed.
  • the actuator module 8 is arranged in the center of the plastic sleeve 2 and is inserted so that its top plate and bottom plate can not be covered by the potting compound.
  • the two contacting pins 5 are arranged at two opposite points. Their upper ends protrude out of the plastic sleeve 2. They are needed for the subsequent electrical contacting of the molded actuator unit 13 and are also not covered by the potting compound.
  • Figure 2 shows the previously described actuator unit 13 with the plastic sleeve 2 in plan view before the casting.
  • the actuator module 8 is arranged in the center of the plastic sleeve 2.
  • the two justify istspins 5 are for example introduced into a bore 4 of a bottom surface 7 and are secured against lateral slipping.
  • the contacting pins 5 are preferably formed so long that their contact surfaces arranged above protrude from the plastic sleeve 2 can. In this state, the device is ready for subsequent encapsulation with the potting compound.
  • FIG. 3 shows in a three-dimensional representation a longitudinal section and a cross section through the previously described plastic sleeve 2 with the actuator module 8.
  • the cavity 16 between the inner wall of the plastic sleeve 2 and the actuator module 8 was filled with a potting compound 6.
  • the potting compound 6 has a structure with pores and / or interstices 9 that is open-pored to a high degree above the percolation limit, the pores and / or interstices 9 being connected to one another like a net.
  • the percolation limit is reached when, with a homogeneous distribution of the granules in the potting compound 6, the individual grains abut each other and touch each other.
  • the potting compound 6 thus forms an actuator enclosure for the actuator module 8, which on the one hand protects the actuator module 8 against electrical flashovers and, on the other hand, ensures a firm mechanical hold of both the actuator module and the contact pins 5.
  • the pores preferably have diameters in the range of 10 ⁇ m to several millimeters.
  • the pores form a network of channels that form motion paths for the flow of a liquid or gas.
  • the pores and / or interstices 9 are filled with a good heat-conducting fluid.
  • the fluid should have a low viscosity and a high dielectric strength.
  • a suitable fluid is, for example, a corresponding transformer oil.
  • the fluid preferably has a thermal conductivity coefficient that is greater than 1 W / (m * k).
  • the fluid has a dielectric strength, which is preferably greater than 10 kV / mm.
  • the fluid has a kinematic viscosity, which is preferably less than 30 mm 2 / s (cSt). The high degree of open porosity ensures a significantly improved
  • Heat removal via the fluid because of its low viscosity within the network of pores, ie the channels and Gaps 9 particularly good can dissipate the heat loss of the actuator module 8 by flow.
  • the heat-conducting fluid flows through the network of pores and transports heat from the actuator module 8 to the outside.
  • the actuator unit 13 can be surrounded, for example, with a preloaded tube spring and an actuator housing. After further steps such as polarization, embossing, etc., the actuator unit 13 can be installed as a drive for a fuel injector.
  • the open-pore structure with pores and / or gaps 9
  • various methods can be used. It is intended to use for the open-pored structure a polymer granulate whose melting temperature is above the operating temperature of the actuator module 8 and below the Curie temperature of the piezoceramic disks used in the actuator module 8.
  • the introduced into the cavity 16 granules is briefly melted to effect a permanent connection on the points of contact of the granules. This results in percolating networks for both the shell granules and the interstices that form a channel network for flow of the heat-conducting fluid.
  • any other type of material in the form of granules can be used, which can be processed via a temperature process into a sewer network.
  • filling materials for the potting compound 6 for example, alternatively micro or nanotubes can be used.
  • hollow spheres can be introduced into the potting compound, which rupture during melting and thereby form a percolating structure.
  • Another alternative possibility for forming the open-pore structure is that 6 materials are entered into the potting compound, which release gases at a corresponding temperature treatment and thereby form bubble structures.
  • carbonates, especially sodium carbonate can be used.
  • a fuel injector 11 is shown as a sectional view, as it can be used for example in a common rail injection system for a diesel or gasoline engine (internal combustion engine) use.
  • the fuel is supplied via a fuel inlet 12.
  • the inventive piezoelectric Akto- purity 13 is arranged.
  • a valve unit 14 is arranged.
  • the arrangement of the actuator unit 13 is designed such that it is in operative connection with the valve unit 14. By applying an electrical voltage to the contact pins 5, the actuator unit 13 is extended by a small amount.
  • This extension causes the valve unit 14 to lift its nozzle needle and to open the injection holes 15 located in the lower part of the fuel injector 11. Thereby, the fuel under high pressure can be injected into a cylinder of the internal combustion engine.

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Abstract

Bei einer piezoelektrischen Aktoreinheit (13) beziehungsweise bei einem Kraftstoff injektor (11), der mit einer piezoelektrischen Aktoreinheit (13) ausgebildet ist, besteht das Problem, dass die innerhalb der Aktoreinheit (13) entstehende Verlustenergie insbesondere bei einer Mehrfacheinspritzung nur unzureichend abgeführt werden kann. Dadurch kann es zu Überhitzungen kommen, durch die die Funktion der Aktoreinheit (13) und des Kraftstoffinjektors (11) beeinträchtigt werden kann. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, zur Verbesserung der Wärmeableitung einen Hohlraum (16), der zwischen einem Aktormodul (8) und einer als Vergussform ausgebildeten Kunststoffhülse (2) gebildet ist, mit einer Vergussmasse (6) zu füllen. Die Vergussmasse (6) ist mit einer Vielzahl von Poren und/oder Zwischenräumen (9) zu einem hohen Grad oberhalb der Perkolationsgrenze offenporig ausgebildet. Dadurch wird nicht nur die Wärmeleitfähigkeit verbessert, sondern in hohem Maße auch eine elektrische Passivierung für das Aktormodul (8) gewährleistet, insbesondere, wenn die Poren oder Zwischenräume (9) mit einem Fluid gefüllt sind.

Description

Beschreibung
Piezoelektrische Aktoreinheit mit verbesserter Wärmeableitung sowie Kraftstoffinjektor
Die Erfindung geht von einer piezoelektrischen Aktoreinheit aus, die mit wenigstens einem Aktormodul ausgebildet ist, nach der Gattung des Anspruchs 1.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor nach dem nebengeordneten Anspruch 12, der mit der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Aktoreinheit ausgebildet ist.
Es ist schon bekannt, dass bei der Herstellung einer piezo- elektrischen Aktoreinheit zunächst das Aktormodul u.a. in einer als Gussform ausgebildeten Kunststoffhülse angeordnet wird. Anschließend wird ein zwischen dem Aktormodul und einer Innenwand der Kunststoffhülse gebildeter Hohlraum mit einer Vergussmasse gefüllt. Die Vergussmasse hat dabei die Aufgabe, einerseits als Passivierung für das Aktormodul zu wirken, um insbesondere elektrische Spannungsüberschläge an der äußeren Aktoroberfläche zu verhindern. Andererseits wird die Vergussmasse benötigt, um das Aktormodul in seiner Lage zu fixieren und es vor Beschädigungen zu schützen.
Es ist weiter bekannt, dass das Aktormodul vor dem Vergießen mit zwei Kontaktierungspins elektrisch verbunden wird. Die Kontaktierungspins werden ebenfalls in der Kunststoffhülse fixiert und zusammen mit dem Aktormodul vergossen. Die ganze Einheit wird dann mit einer Rohrfeder ummantelt. Des Weiteren ist das Aktormodul mit einer Kopfplatte und mit einer Bodenplatte ausgebildet, die das obere beziehungsweise das untere Ende der Rohrfeder abschließen und mit dem Aktormodul kraftschlüssig verbunden sind. Die gesamte Einheit ist in einem Aktorgehäuse angeordnet, das an der Kopfplatte befestigt ist. Sie bildet die piezoelektrische Aktoreinheit. Weiterhin ist schon bekannt, für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Coramon Rail Einspritzsystem Kraftstoffinjektoren zu verwenden, in die eine piezoelektrische Aktoreinheit eingebaut ist. Zur Einspritzung von Benzin- oder Diesel-Kraftstoffe in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine werden derartige Kraftstoffinjektoren häufig auch für eine Mehrfacheinspritzung verwendet, um im Abstand von einigen μ-Sekunden eine oder mehrere Vor-, Haupt und Nacheinspritzungen durchzuführen. Problematisch ist, dass durch die notwendige Ansteuerenergie innerhalb des Aktormoduls eine entsprechend hohe Verlustleistung entsteht, die als Verlustwärme nach außen abgeführt werden muss. Insbesondere bei hohen Ansteuerfrequenzen kann die im Innern des Aktormoduls auftretende Verlustleistung zu einer erheblichen Eigenerwär- mung des Aktormoduls führen. Diese Eigenerwärmung ist für die Aktoreinheit sehr schädlich und kann bei extremen Bedingungen zu Funktionsstörungen oder sogar zur Zerstörung der Aktoreinheit führen.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass für zukünftige Einspritzsysteme verschärfte Abgasbedingungen für die Brennkraftmaschine zu erfüllen sind. Für die Einhaltung der verschärften Abgasbedingungen ist jedoch eine höhere spezifische Ansteuerenergie notwendig, durch die eine noch höhere Ver- lustleistung beziehungsweise Verlustwärme entsteht. Bekannte Kraftstoffinjektoren, die mit heutigen piezoelektrischen Aktoreinheiten ausgebildet sind, sind daher in zukünftigen Einspritzsystemen nicht verwendbar, da sie den höheren thermischen Belastungen nicht widerstehen würden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einer piezoelektrischen Aktoreinheit beziehungsweise bei einem Kraftstoffinjektor die thermische Belastbarkeit zu verbessern. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordne- ten Ansprüche 1 und 12 gelöst. Bei der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Aktoreinheit beziehungsweise bei dem Kraftstoffinj ektor mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 12 ergibt sich der Vorteil, dass die Wärmeableitung über die of- fenporige Vergussmasse erheblich verbessert wird. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, dass dennoch die elektrische Passivierung der Oberfläche des Aktormoduls erhalten bleibt. Dieses ist insbesondere bei unregelmäßigen oder rauhen Oberfläche des Aktormoduls von Bedeutung, da an rauhen Oberflä- chen bevorzugt elektrische Spannungsüberschläge entstehen können. Des Weiteren erscheint von Vorteil, dass die Vergussmasse trotz der Poren und der Hohlräume eine ausreichende Festigkeit aufweist, um die Fixierung insbesondere des Aktormoduls sicherzustellen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den nebengeordneten Ansprüche 1 und 12 angegebenen piezoelektrische Aktoreinheit beziehungsweise des Kraftstoffinjek- tors gegeben. Als besonders günstige Lösung wird angesehen, dass die Poren und/oder Zwischenräume untereinander netzartig in Verbindung stehen. Dadurch ergibt sich ein unregelmäßiger Leitungsverbund, über den die Verlustwärme abtransportiert werden kann.
Eine weitere Verbesserung der Wärmeableitung kann erreicht werden, wenn die Poren und/oder Zwischenräume mit einem hoch wärmeleitfähigen Fluid gefüllt sind, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die der Vergussmasse.
Von Vorteil erscheint auch, dass das Fluid eine hohe Durchschlagfestigkeit aufweist. Dadurch unterstützt das Fluid die isolierende Wirkung der Vergussmasse, so dass insbesondere elektrische Überschläge an der Aktoroberfläche zuverlässig verhindert werden können. Das Fluid wird vorzugsweise mit einer geringen Viskosität ausgebildet. Dadurch kann es in dem Netzwerk aus Poren und/oder Zwischenräumen zirkulieren und dabei die Verlustwärme noch besser an die äußere Umgebung ableiten.
Als Fluid kann ein insbesondere dünnflüssiges Trafoöl verwendet werden, dass sowohl gute elektrische Isoliereigenschaften aufweist und des Weiteren einen guten Wärmeleiter bildet.
Zur Herstellung der Poren und/oder Zwischenräume ist vorgesehen, als Vergussmasse ein Polymergranulat zu verwenden, dessen Schmelztemperatur höher liegt als die Betriebstemperatur des Aktormoduls. Dadurch wird verhindert, dass sich das Granulat verändert und insbesondere aufschmelzen kann, wenn das Aktormodul eine maximale Betriebstemperatur erreicht. Andererseits soll die Schmelztemperatur jedoch kleiner sein als die Curie-Temperatur der Piezokeramikscheiben, aus denen das Aktormodul gebildet ist. Durch die vorgegebene obere Temperaturgrenze ist sichergestellt, dass die Piezokeramikscheiben bei dieser Temperaturbelastung bezüglich ihrer Funktion keinen Schaden erleiden können.
Bei dem Polymergranulat können durch kurzzeitiges Erhitzen innerhalb des vorgenannten Temperaturbereiches die einzelnen Körner an ihren Rändern aufschmelzen und zu einer festen Einheit zusammenbacken, ohne dass das gesamte Granulat in eine flüssige Phase übergeht. Das angeschmolzene Granulat bildet somit eine feste, offenporige Struktur, in der einerseits das Fluid durch intensive Zirkulation die Verlustwärme des Aktor- moduls ableiten kann. Andererseits bildet das zusammengebackene Polymergranulat eine stabile Form, durch die das Aktormodul sicher fixiert wird.
Eine alternative Möglichkeit zur Bildung von Poren und/oder Zwischenräumen besteht darin, in die Vergussmasse beispielsweise Mikro- oder Nanotubes einzubringen. Eine offenporige Struktur kann auch hergestellt werden, wenn in die Vergussmasse Hohlkugel eingebracht werden. Die Vergussmasse wird zusammen mit den Hohlkugeln soweit erhitzt, bis die Hohlkugeln aufplatzen, so dass sich eine zusammenhän- gende Struktur ergibt, durch die das Fluid zirkulieren kann.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer offenporigen Struktur besteht darin, in die Vergussmasse Materialien einzubringen, die bei einer Temperaturbehandlung ein Gas frei- setzen. Während der Temperaturbehandlung bildet das freigesetzten, das entsprechende Blasen und Hohlräume ausbildet und die auf Grund ihrer unregelmäßigen Formgebung überwiegend zusammenhängend ausgebildet sind. Diese Hohlstrukturen können dann ebenfalls für ein zirkulierendes Fluid genutzt werden. Als Materialien können Karbonate, insbesondere Natriumkarbonat verwendet werden, die Gas bei der Wärmebehandlung freisetzen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert .
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Aktormodul mit einer Kunststoffhülse in dreidimensionaler Darstellung,
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Kunststoffhülse,
Figur 3 zeigt ein Schnittbild durch die Kunststoffhülse mit dem Aktormodul und
Figur 4 zeigt einen Kraftstoffinjektor, in dem das erfindungsgemäße Aktormodul eingebaut ist.
Figur 1 zeigt in dreidimensionaler Darstellung ein Aktorein- heit 13 mit einem Aktormodul 8 und mit einer Kunststoffhülse 2, die als Gussform vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. Die Oberseite der Kunststoffhülse 2 ist offen, so dass hier das Aktormodul 8, das vorzugsweise als piezoelektrischer Stapelaktor mit einer Vielzahl von piezokeramischen Schichten ausgebildet ist, eingeführt werden kann. Des Weiteren werden in die Kunststoffhülse 2 zwei Kontaktierungspins 5 einge- setzt, die über (in Figur 1 nicht dargestellte) elektrische Leitungen mit dem Aktormodul 8 verbunden sind. Die Kunststoffhülse 2 ist in Verbindung mit einer Bodenplatte des Aktormoduls 8 nach unten hin abgedichtet, so dass die Kunst- stoffhülse 2 nach unten hin abgeschlossen ist. Die Bodenplat- te des Aktormoduls 8 ist jedoch nach unten hin herausgeführt, so dass hier die bei Ansteuerung auftretende Längenänderung des Aktormoduls 8 abgreifbar ist. Dadurch bildet sich zwischen der Innenwand der Kunststoffhülse 2 und dem Aktormodul 8 ein topfförmiger Hohlraum 16 aus, der später mit einer Ver- gussmasse gefüllt wird. Des Weiteren sind in dem Hohlraum 16 Halterungen angebracht, die das eingeführte Aktormodul 8 und die Kontaktierungspins 2 in ihrer Position fixieren, bis es vergossen wird.
Das Aktormodul 8 ist im Zentrum der Kunststoffhülse 2 angeordnet und wird so eingefügt, dass seine Kopfplatte und Bodenplatte von der Vergussmasse nicht bedeckt werden können. Seitlich an der Kunststoffhülse 2 sind an zwei sich gegenüberliegenden Stellen die beiden Kontaktierungspins 5 angeord- net . Ihre oberen Enden ragen aus der Kunststoffhülse 2 heraus. Sie werden für die spätere elektrische Kontaktierung der vergossenen Aktoreinheit 13 benötigt und werden ebenfalls nicht von der Vergussmasse abgedeckt.
Figur 2 zeigt die zuvor beschriebene Aktoreinheit 13 mit der Kunststoffhülse 2 in Draufsicht vor dem Verguss. Das Aktormodul 8 ist im Zentrum der Kunststoffhülse 2 angeordnet. Die beiden Kontaktierungspins 5 werden beispielsweise in eine Bohrung 4 einer Bodenfläche 7 eingeführt und sind so gegen ein seitliches Verrutschen gesichert. Die Kontaktierungspins 5 sind vorzugsweise so lang ausgebildet, dass ihre oben angeordneten Kontaktflächen aus der Kunststoffhülse 2 herausragen können. In diesem Zustand ist die Vorrichtung für den anschließenden Verguss mit der Vergussmasse fertig vorbereitet.
Figur 3 zeigt in dreidimensionaler Darstellung einen Längs- und einen Querschnitt durch die zuvor beschriebene Kunst- stoffhülse 2 mit dem Aktormodul 8. Der zwischen der Innenwand der Kunststoffhülse 2 und dem Aktormodul 8 bestehende Hohlraum 16 wurde mit einer Vergussmasse 6 gefüllt. Erfindungswesentlich ist, dass die Vergussmasse 6 eine im hohen Grad o- berhalb der Perkolationsgrenze offenporige Struktur mit Poren und/oder Zwischenräumen 9 aufweist, wobei die Poren und/oder Zwischenräume 9 netzartig untereinander verbunden sind. Die Perkolationsgrenze ist erreicht, wenn bei einer homogenen Verteilung des Granulats in der Vergussmasse 6 die einzelnen Körner aneinander stoßen und sich berühren. Die Vergussmasse 6 bildet somit für das Aktormodul 8 eine Aktorumhüllung, die das Aktormodul 8 einerseits gegen elektrische Spannungsüberschläge schützt und andererseits für einen festen mechanischen Halt sowohl des Aktormoduls als auch der Kontaktie- rungspins 5 sorgt. Die Poren weisen vorzugsweise Durchmesser im Bereich von lOμm bis zu mehreren Millimetern auf. Zudem bilden die Poren ein Netzwerk von Kanälen, die Bewegungspfade für das Strömen einer Flüssigkeit oder eines Gases bilden.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Poren und/oder Zwischenräume 9 mit einem gut wärmeleitenden Fluid gefüllt sind. Insbesondere sollte das Fluid ein geringe Viskosität und eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit aufweisen. Ein geeignetes Fluid ist zum Beispiel ein entsprechendes Trafoöl . Das Fluid weist vorzugsweise einen Wärmeleitkoeffizienten auf, der größer als 1 W/ (m*k) ist. Zudem weist das Fluid eine Spannungsfestigkeit auf, die vorzugsweise größer als 10 kV/mm ist. Zudem weist das Fluid eine kinematische Viskosität auf, die vorzugsweise kleiner als 30 mm2/s (cSt) ist. Der hohe Grad an Offenporigkeit gewährleistet eine erheblich verbesserte
Wärmeabfuhr über das Fluid, das wegen seiner geringen Viskosität innerhalb des Netzes aus Poren, d. h. den Kanälen und Zwischenräumen 9 besonders gut die Verlustwärme des Aktormoduls 8 durch Strömung ableiten kann.
Dabei fließt das wärmeleitende Fluid durch das Netzwerk der Poren und transportiert Wärme vom Aktormodul 8 nach außen weg.
Nach dem Verguss kann die Aktoreinheit 13 beispielsweise mit einer vorgespannten Rohrfeder und einem Aktorgehäuse umman- telt werden. Nach weiteren Arbeitsschritten wie Polarisation, Prägen usw. kann die Aktoreinheit 13 als Antrieb für einen Kraftstoffinj ektor verbaut werden.
Für die Herstellung der offenporigen Struktur mit Poren und/oder Zwischenräumen 9 können verschiedene Verfahren angewendet werden. Es ist vorgesehen, für die offenporige Struktur ein Polymergranulat zu verwenden, dessen Schmelztemperatur oberhalb der Betriebstemperatur des Aktormoduls 8 und unterhalb der Curie-Temperatur der im Aktormodul 8 verwendeten Piezokeramikscheiben liegt. Das in den Hohlraum 16 eingebrachte Granulat wird kurzzeitig angeschmolzen, um eine dauerhafte Verbindung über die Berührungspunkte der Granulatkörner zu bewirken. Dadurch entstehen perkolierende Netzwerke sowohl für das Umhüllungsgranulat als auch für die Zwischen- räume, die ein Kanalnetzwerk für ein Strömen des wärmeleitenden Fluids bilden. Anstelle des Polymergranulats kann auch jede andere Art von Material in Form von Körnern verwendet werden, das über einen Temperaturprozess zu einem Kanalnetzwerk verarbeitet werden kann.
Als Füllmaterialen für die Vergussmasse 6 können zum Beispiel alternativ Mikro- oder Nanotubes verwendet werden.
Alternativ können in die Vergussmasse Hohlkugeln eingebracht werden, die beim Anschmelzen aufreißen und dadurch eine perkolierende Struktur bilden. Eine weitere alternative Möglichkeit zur Bildung der offenporigen Struktur besteht darin, dass in die Vergussmasse 6 Materialien eingegeben werden, die bei einer entsprechenden Temperaturbehandlung Gase freisetzen und dabei blasige Struk- turen bilden. Beispielsweise können Karbonate, insbesondere Natriumkarbonat verwendet werden.
In Figur 4 ist ein Kraftstoffinjektor 11 als Schnittbild dargestellt, wie er beispielsweise in einem Common Rail Ein- spritzsystem für einen Diesel- oder Benzinmotor (Brennkraftmaschine) Verwendung finden kann. Im oberen Teil des Kraftstoffinjektors 11 wird der Kraftstoff über einen Kraftstoffeinlass 12 zugeführt. Im mittleren Teil des Kraftstoffinjektors 11 ist die erfindungsgemäße piezoelektrische Akto- reinheit 13 angeordnet. An ihrem oberen Ende befinden sich die Anschlussflächen für die Kontaktpins 5. Am unteren Ende der Aktoreinheit 13 ist eine Ventileinheit 14 angeordnet. Die Anordnung der Aktoreinheit 13 ist dabei derart gestaltet, dass sie mit der Ventileinheit 14 in Wirkverbindung steht. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Kontaktpins 5 verlängert sich die Aktoreinheit 13 um ein kleines Stück. Diese Verlängerung bewirkt, dass die Ventileinheit 14 ihre Düsennadel anhebt und die im unteren Teil des Kraftstoffinjektors 11 befindlichen Spritzlöcher 15 öffnet. Dadurch kann der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Diese Teile sind per se bekannt und wurden aus Übersichtlichkeitsgründen in Figur 4 nicht im Detail dargestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Piezoelektrische Aktoreinheit (13) mit wenigstens einem Aktormodul (8), mit einer Kunststoffhülse (2) und mit ei- ner Vergussmasse (6) , wobei das Aktormodul (8) in der Kunststoffhülse (2) angeordnet ist, wobei zwischen dem Aktormodul (8) und einer Innenwand der Kunststoffhülse (2) ein Hohlraum (16) ausbildet ist , und wobei der Hohlraum (16) mit der Vergussmasse (6) gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Wärmeleitung die Vergussmasse (6) mit einer Vielzahl von Poren und/oder Zwischenräumen (9) ausgebildet ist.
2. Piezoelektrische Aktoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren und/oder Zwischenräume (9) wenigstens teilweise untereinander netzartig in Verbindung stehen.
3. Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der vorhergehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren und/oder Zwischenräume (9) der Vergussmasse (6) mit einem Fluid gefüllt sind, dessen Wärmeleitkoeffizient größer ist als der der Vergussmasse (6) .
4. Piezoelektrische Aktoreinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit aufweist, die größer als 10 kV/mm ist .
5. Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine geringe Viskosität aufweist, die kleiner als 30 mm2/s ist.
6. Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Trafoöl aufweist .
7. Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verguss- masse (6) ein Polymergranulat aufweist, dessen Schmelztemperatur oberhalb der Betriebstemperatur des Aktormoduls (8) und unterhalb der Curie-Temperatur der im Aktormodul (8) angeordneten Piezokeramikscheiben liegt, und dadurch ein Netz von Kanälen ausbildet.
8. Piezoelektrische Aktoreinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymergranulat nach dem Einbringen in den Hohlraum (16) durch kurzzeitiges Anschmelzen mit benachbarten Körnern verklebt ist.
9. Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vergussmaße
(6) Mikro- oder Nanotubes angeordnet sind.
10. Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vergussmasse (5) Hohlkugeln angeordnet sind, die beim Anschmelzen aufplatzen und ein Netzwerk aus Kanälen ausbilden.
11. Piezoelektrische Aktoreinheit einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vergussmasse (6) Materialien angeordnet sind, die bei einer Temperaturbehandlung ein Gas freisetzen.
12. Kraftstoffinjektor für ein Common Rail Einspritzsystem, ausgebildet mit wenigstens einer Düseneinheit (14) und mit einer piezoelektrischen Aktoreinheit (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006006889A1 (de) * 2006-02-15 2007-08-23 Robert Bosch Gmbh Brennstoffeinspritzventil
DE502006002004D1 (de) * 2006-05-08 2008-12-18 Continental Automotive Gmbh Piezo-Aktor, Verfahren zum Herstellen eines Piezo-Aktors und Einspritzsystem mit einem solchen
DE102008003841A1 (de) * 2008-01-10 2009-07-16 Robert Bosch Gmbh Piezoelektrisches Aktormodul und Brennstoffeinspritzventil
DE102010050265A1 (de) 2010-11-02 2012-05-03 Epcos Ag Verfahren zur Herstellung einer Aktoreinheit sowie Hülse zur Aufnahme eines Piezoaktors

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5148077A (en) * 1990-09-28 1992-09-15 Caterpillar Inc. Coating surrounding a piezoelectric solid state motor stack
DE9217071U1 (de) * 1992-01-16 1993-02-11 Siemens AG, 8000 München Gekapselter Ultraschall-Sensor
US5218259A (en) * 1992-02-18 1993-06-08 Caterpillar Inc. Coating surrounding a piezoelectric solid state motor stack
DE19818036B4 (de) * 1998-04-22 2005-05-19 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung eines elektrotechnischen Bauteils mit einer kunststoffpassivierten Oberfläche, derartiges Bauteil und Anwendung dieses Bauteils
DE19856186A1 (de) * 1998-12-05 2000-06-15 Bosch Gmbh Robert Piezoelektrischer Aktor
DE19914411A1 (de) * 1999-03-30 2000-10-12 Bosch Gmbh Robert Piezoelektrischer Aktor
DE10133151B4 (de) * 2001-07-07 2004-07-29 Robert Bosch Gmbh Bauteil mit einem Gehäuse umgebenen Bauelement und Vorrichtung und Verfahren, die bei seiner Herstellung einsetzbar sind
DE10211107A1 (de) * 2001-07-12 2003-02-13 Ceramtec Ag Monolithischer Vielschichtaktor in einem Gehäuse
DE10229494A1 (de) * 2002-07-01 2004-01-29 Siemens Ag Piezoaktor sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE10237587B4 (de) * 2002-08-16 2012-09-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Piezoaktors
DE10328373B4 (de) * 2003-06-24 2015-10-08 Continental Automotive Gmbh Piezoelektrisches Bauteil mit Temperiervorrichtung und Verwendung des Bauteils

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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