EP1920475A1 - Piezoelectric actuator provided with a two-piece holding body - Google Patents

Piezoelectric actuator provided with a two-piece holding body

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EP1920475A1
EP1920475A1 EP06777844A EP06777844A EP1920475A1 EP 1920475 A1 EP1920475 A1 EP 1920475A1 EP 06777844 A EP06777844 A EP 06777844A EP 06777844 A EP06777844 A EP 06777844A EP 1920475 A1 EP1920475 A1 EP 1920475A1
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EP
European Patent Office
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holding body
piezoelectric element
actuator according
piezoelectric
piezoelectric actuator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06777844A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Rudolf Heinz
Dieter Kienzler
Udo Schaich
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

A piezoelectric actuator (10) comprises a holding body (20) provided with an internal space (40) and a piezoelectric element (30) which is arranged inside said internal space (40), comprises several piezoelectric layers placed in the form of a stack (31) and can be put into contact through said holding body (20). The holding body (20) comprises one or several connectors (92) for bringing the piezoelectric element (30) into contact and one or several connectors (25, 26) and flow channels (41) for supplying a fluid measured by means of an adjuster comprising said piezoelectric element (30) into the internal space. Said invention is characterised by that the holding body (20) consists of two pieces and a cross-section dividing the body (20) into two parts is preferably arranged in the area thereof, where the piezoelectric element (30) can be brought into electrical contact (42) preferably by means of a plug-in connector (61).

Description

Piezoaktor mit zweiteiligem HaltekörperPiezo actuator with two-part holding body
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft einen Piezoaktor, beispielsweise als Piezoinjektor oder zur Betätigung eines mechanischen Bauteils wie ein Ventil oder dergleichen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a piezoelectric actuator, for example as a piezo injector or for actuating a mechanical component such as a valve or the like, according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Es ist an sich bekannt, dass zum Aufbau eines Piezoaktors bzw. eines Pie- zoinjektors ein Piezoelement so eingesetzt werden kann, dass unter Ausnutzung des sogenannten Piezoeffekts eine Steuerung des Nadelhubes eines Ventils oder dergleichen vorgenommen werden kann. Das Piezoelement ist aus einem Material mit einer geeigneten Kristallstruktur so aufgebaut, dass bei Anlage einer äußeren elektrischen Spannung eine mechanische Reaktion des Piezoelements erfolgt, die in Abhängigkeit von der Kristallstruktur und der Anlagebereiche der elektrischen Spannung einen Druck oder Zug in eine vorgebbare Richtung darstellt. Derartige Piezoaktoren eignen sich beispielsweise für Anwendungen, bei denen Hubbewegungen unter hohen Betätigungskräften und hohen Taktfrequenzen ablaufen.It is known per se that for the construction of a piezoactuator or a piezo injector, a piezoelectric element can be used in such a way that, by utilizing the so-called piezoelectric effect, a control of the needle stroke of a valve or the like can be carried out. The piezoelectric element is constructed of a material having a suitable crystal structure such that upon application of an external electrical voltage, a mechanical reaction of the piezoelectric element takes place, which represents a pressure or tension in a predeterminable direction as a function of the crystal structure and the contact regions of the electrical voltage. Such piezoelectric actuators are suitable, for example, for applications in which lifting movements take place under high operating forces and high clock frequencies.
Beispielsweise ist ein solcher Piezoinjektor aus der DE 100 26 005 A1 bekannt, der zur Ansteuerung der Düsennadel bei Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors verwendet werden kann. Bei diesem Piezoaktor ist ein Piezoelement, wie erwähnt, als Sta- pel mehrerer elektrisch miteinander gekoppelter piezokeramischen Schichten aufgebaut, der unter Vorspannung zwischen zwei Anschlägen gehalten ist. Jede piezokeramische Schicht ist als Piezolage zwischen zwei Innenelektroden eingefasst über die von außen eine elektrische Spannung angelegt werden kann. Aufgrund dieser elektrischen Spannung führen die piezokeramischen Schichten dann jeweils kleine Hubbewegungen in Richtung des Potentialgefälles aus, die sich zum Gesamthub des Piezoaktors addieren. Dieser Gesamthub ist über die Höhe der angelegten Spannung veränderbar und kann auf ein mechanisches Stellglied übertragen werden.For example, such a piezoelectric injector is known from DE 100 26 005 A1, which can be used to control the nozzle needle in injectors for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine. In this piezoelectric actuator is a piezoelectric element, as mentioned, as Sta- pel more electrically interconnected piezoceramic layers constructed, which is held under bias between two stops. Each piezoceramic layer is enclosed as a piezoelectric layer between two internal electrodes via which an electrical voltage can be applied from the outside. Because of this electrical voltage, the piezoceramic layers then each carry out small strokes in the direction of the potential gradient, which add up to the total stroke of the piezoelectric actuator. This total stroke is variable by the amount of voltage applied and can be transferred to a mechanical actuator.
Außerdem ist auch in der EP 1 174 615 A3 ein Piezoaktor beschrieben, bei dem ein Piezoelement als Aktor für die direkte Nadelhubsteuerung eines Einspritzinjektors für einen Verbrennungsmotor vorhanden ist. Zwischen dem Piezoelement als Aktor und der Nadel sitzt lediglich ein Koppler mit einer hydraulischen Übersetzung zum Dehnungsausgleich. Mit einer Aktivierung des Piezoelements wird hierbei die unter Vorspannung zum Verschluss der Einspritzdüse gehaltene Nadel von der Düsenöffnung wegbewegt, da die Nadel direkt übersetzt der Bewegung des Aktors folgt. Piezoelement, Koppler und Nadel bilden dabei Teile eines Stellglieds, mit dessen Hilfe etwa bei einem Einspritzinjektor beispielsweise Kraftstoff oder ein anderes Fluid dosiert beispielsweise in den Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzt werden kann.In addition, a piezoelectric actuator is also described in EP 1 174 615 A3, in which a piezoelectric element is present as an actuator for the direct needle stroke control of an injection injector for an internal combustion engine. Between the piezo element as an actuator and the needle sits only a coupler with a hydraulic ratio to the expansion compensation. With an activation of the piezoelectric element in this case the held under bias to the closure of the injection nozzle needle is moved away from the nozzle opening, as the needle directly translated follows the movement of the actuator. Piezo element, coupler and needle thereby form parts of an actuator, by means of which, for example, in the case of an injection injector, for example, fuel or another fluid can be metered into the combustion chamber of an internal combustion engine.
In Figur 7 ist ein prinzipieller Aufbau eines einstufigen Piezoaktors 1 nach dem Stand der Technik gezeigt, der beispielsweise zur Nadelhubsteuerung im Einspritzsystem für Kraftstoff bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt werden kann. Im oberen Teil ist ein Haltekörper 2 vorhanden, der in seinen geometrischen Abmessungen im Wesentlichen an den spezifischen Einsatzort angepasst werden kann. Am Haltekörper 2 ist ein hier nicht dargestelltes Steckerteil vorhanden, durch das mit einer ebenfalls spezifisch an den Anwendungsfall angepassten Steckerausführung die elektrische Span- nung zur Ansteuerung eines in einem Innenraum 4 des Haltekörpers 2 angeordneten Piezoelements 3 angeschlossen werden kann.FIG. 7 shows a basic structure of a single-stage piezoactuator 1 according to the prior art, which can be used, for example, for needle lift control in the injection system for fuel in an internal combustion engine. In the upper part of a holding body 2 is present, which can be adjusted in its geometrical dimensions substantially to the specific site. On the holding body 2, a plug part, not shown here, is present, through which, with a connector design which is likewise adapted specifically to the application, the electrical voltage tion for driving a arranged in an interior 4 of the holding body 2 piezoelectric element 3 can be connected.
Vom Steckerteil sind hier nicht dargestellte Zuführdrähte als elektrische Leitungen zu ebenfalls nicht dargestellten Außenelektroden am Piezoelement 3 geführt, zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements 3. Das Piezoelement 3 wirkt bei einer Betätigung über eine sich hier senkrecht unterhalb befindliche mechanische Anordnung mit einem Koppler 5 auf eine Düsennadel 6 derart, dass hier eine Freigabe einer Düsenöffnung 7 erfolgen kann. Ein im Inneren des Piezoaktors 1 durch den Innenraum 4 des Haltekörpers 2 geführter Kraftstoff kann somit in den Brennraum eines hier nicht dargestellten Verbrennungsmotors injiziert werden.From the plug part here are not shown feed wires as electrical leads to external electrodes also not shown on the piezoelectric element 3, for electrical contacting of the piezoelectric element 3. The piezoelectric element 3 acts upon actuation of a here below vertically located mechanical arrangement with a coupler 5 on a nozzle needle 6 such that a release of a nozzle opening 7 can take place here. A guided in the interior of the piezoelectric actuator 1 through the interior 4 of the holding body 2 fuel can thus be injected into the combustion chamber of an internal combustion engine, not shown here.
Das Piezoelement 3 liegt nach Figur 7 über einen Aktorfuß 8 oben an einem balligen Dichtsitz im Innenraum 4 des Haltekörpers 2 an, wobei das Piezoelement 3 zur Bewirkung eines guten Dichtsitzes mit einer Feder 9 angedrückt wird. Insbesondere bei den eingangs erwähnten Common-Rail (CR)- Systemen ist hier eine Hochdruckabdichtung zu einem oberhalb des Piezoelements 3 und oberhalb des Innenraums 4 in dem Haltekörper 2 angeordneten elektrischen Anschlussraum notwendig, durch den die elektrischen Leitungen zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements 3 geführt sind.The piezoelectric element 3 is according to Figure 7 via an actuator base 8 at the top of a spherical sealing seat in the interior 4 of the holder body 2, wherein the piezoelectric element 3 is pressed to effect a good sealing seat with a spring 9. Particularly in the case of the common-rail (CR) systems mentioned in the introduction, a high-pressure seal is necessary here for an electrical connection space arranged above the piezoelectric element 3 and above the interior 4 in the holding body 2, through which the electrical lines are led for electrical contacting of the piezoelectric element 3 ,
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass je nach spezifischer Einbausituation des Piezoaktors der Haltekörper an die entsprechenden äußeren Randbedingungen, wie etwa äußere Lage von elektrischen Anschlüssen, äußere Lage von Anschlüssen für das zu dosierende Fluid, äußere Abmessungen und dergleichen, sowie an die durch das Piezoelement und dass das Piezoelement umfassende Stellglied vorgegebenen inneren Randbedingungen, wie etwa die elektrische Kontaktierung des Piezoelements durch den Haltekörper hindurch, Größe und Abmessungen des Innenraums, Anordnung und Abmessungen des Kopplers, der Düsennadel und dergleichen, sehr aufwändig individuell angepasst werden muss.A disadvantage of the prior art is that depending on the specific installation situation of the piezoelectric actuator, the holding body to the corresponding external boundary conditions, such as outer layer of electrical connections, outer layer of connections for the fluid to be dosed, external dimensions and the like, as well as to the Piezoelement and that the piezoelectric element comprehensive actuator predetermined inner boundary conditions, such as the electrical contacting of the piezoelectric element by the holding body through, size and dimensions of the interior, arrangement and Dimensions of the coupler, the nozzle needle and the like, very complex individually customized.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Nachteile des Standes der Technik werden bei einem erfindungsgemäßen Piezoaktor als Piezoinjektor der eingangs genannten Gattung vermieden, indem der Haltekörper zweiteilig ausgeführt ist und ein die Zweiteilung des Haltekörpers festlegender Teilungsquerschnitt vorzugsweise in einem Bereich des Haltekörpers angeordnet ist, in dem die elektrische Kontaktie- rung des Piezoelements vorzugsweise beispielsweise mittels einer Steckverbindung herstellbar ist und damit durch den Teilungsquerschnitt hindurchführt. Der Teilungsquerschnitt kann dabei innerhalb einer Ebene, oder innerhalb mehrerer im Wesentlichen paralleler Ebenen liegen.The disadvantages of the prior art are avoided in a piezoelectric actuator according to the invention as piezoinjector of the type mentioned by the holding body is made in two parts and a division of the holding body festlegender dividing cross section is preferably arranged in a region of the holding body in which the electrical contacting of the Piezo element is preferably produced for example by means of a plug connection and thus passes through the pitch cross-section. The division cross section may lie within a plane, or within a plurality of substantially parallel planes.
Verwendungs- und einbauspezifische Anforderungen an den Piezoaktor, welche überwiegend die äußere Form des Haltekörpers betreffen, und insbesondere die äußere Lage der elektrischen Anschlüsse sowie der äußeren Anschlüsse für das Fluid beinhalten, lassen sich mit dem zweiteilig ausgeführten Haltekörper leichter und kostengünstiger verwirklichen, da so die Möglichkeit besteht, beispielsweise verschiedene, an unterschiedliche Einbausituationen angepasste Haltekörperoberteile, sowie nur ein oder wenige verschiedene, im Wesentlichen an das Piezoelement beziehungsweise an die überwiegend durch das Piezoelement vorgegebenen Randbedingungen angepasste Haltekörperunterteile herzustellen, welche anschließend vorzugsweise beliebig miteinander kombiniert werden können.Use and installation specific requirements for the piezoelectric actuator, which mainly relate to the outer shape of the holding body, and in particular include the outer layer of the electrical connections and the outer connections for the fluid can be realized with the two-part holding body easier and cheaper, since so It is possible, for example, to produce different holding body upper parts adapted to different installation situations, as well as only one or a few different holding body lower parts which are essentially adapted to the piezoelectric element or to the boundary conditions predetermined predominantly by the piezoelectric element and which can then be combined with one another as desired.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der zweiteilige Haltekörper ein im Wesentlichen den Innenraum radial begrenzendes und damit die Länge und den Querschnitt des Innenraums festlegendes, das Piezoelement im Wesentlichen konzentrisch umhüllendes Haltekörperunterteil, sowie ein mit dem Haltekörperunterteil fest oder lösbar verbindbares, im Wesentlichen den Innenraum von einer Seite her stirnseitig begrenzendes und im Wesentlichen die elektrische Kontaktierung, die Strömungskanäle sowie die Anschlüsse aufweisendes Haltekörperoberteil umfasst.An advantageous embodiment of the invention provides that the two-part holding body substantially radially defining the interior and thus defining the length and the cross section of the interior, the Piezoelement substantially concentrically enclosing holding body lower part, as well as with the holding body lower part fixed or detachably connectable, essentially the interior of one side endally limiting and substantially the electrical contact, the flow channels and the connections exhibiting holding body upper part comprises.
Vorteilhafterweise ist dabei das Haltekörperunterteil im Wesentlichen an die durch die Geometrie des Piezoelements sowie die Strömungsführung des Fluids vorgegebenen Abmessungen des Innenraums, sowie an die durch die Geometrie des Piezoelements und die technische Ausgestaltung des das Piezoelement umfassenden Stellglieds vorgegebenen Randbedingungen angepasst, wobei das Haltekörperoberteil im Wesentlichen an die durch die verwendungsspezifische Einbausituation des Piezoaktors vorgegebenen, die Lage der Anschlüsse vorgebenden Randbedingungen angepasst ist.Advantageously, while the holding body lower part is substantially adapted to the given by the geometry of the piezoelectric element and the flow of the fluid dimensions of the interior, as well as to the predetermined by the geometry of the piezoelectric element and the technical design of the piezoelectric element comprehensive boundary conditions, the holding body upper part substantially is adapted to the given by the use-specific installation situation of the piezoelectric actuator, the position of the connections predetermining boundary conditions.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindung zwischen Haltekörperoberteil und Haltekörperunterteil standardisiert ist, zum modularen Aufbau eines Haltekörpers aus beliebigen Haltekörperoberteilen und Haltekörperunterteilen. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht dabei vor, dass das im Wesentlichen an das Piezoelement und das Stellglied angepasste Haltekörperunterteil standardisiert ist, wohingegen das Haltekörperoberteil einbauspezifisch angepasst ist.An advantageous embodiment of the invention provides that the connection between the upper part of the body and the lower part of the body is standardized for the modular construction of a holding body of arbitrary upper body parts and lower body parts. A particularly advantageous embodiment provides that the holding body lower part which is essentially adapted to the piezoelectric element and the actuator is standardized, whereas the holding body upper part is adapted to the specific installation.
Dabei ist beispielsweise denkbar, ein Haltekörperoberteil mit einem seitlich angeordneten elektrischen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements durch den Haltekörper hindurch, sowie einem zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Piezoelement angeordneten Anschluss für das Fluid vorzusehen. Ebenso ist denkbar, ein Haltekörperoberteil mit einem seitlich angeordneten elektrischen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements durch den Haltekörper hindurch, sowie einem seitlich angeordneten Anschluss für das Fluid vorzusehen. Darüber hinaus ist denk- bar, ein Haltekörperoberteil mit einem zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Piezoelement angeordneten elektrischen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements durch den Haltekörper hindurch, sowie einem seitlich angeordneten Anschluss für das Fluid vorzusehen.In this case, it is conceivable, for example, to provide a holding body upper part with a laterally arranged electrical connection for the electrical contacting of the piezoelectric element through the holding body, as well as a central connection for the fluid arranged essentially axially to the piezoelectric element. It is also conceivable to provide a holding body upper part with a laterally arranged electrical connection for electrical contacting of the piezoelectric element through the holding body, as well as a laterally arranged connection for the fluid. In addition, thinking bar, a holding body upper part with a central, arranged substantially axially to the piezoelectric element arranged electrical connection for electrical contacting of the piezoelectric element through the holding body, as well as a laterally arranged connection for the fluid.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Piezoelement an einer den Innenraum stirnseitig begrenzenden Stirnwand des Haltekörperoberteils fest oder lösbar angeordnet ist. Dabei können an der den Innenraum stirnseitig begrenzenden Stirnwand des Haltekörperoberteils sowie an der dem Haltekörperoberteil zugewandten Stirnseite des Piezoelements miteinander korrespondierende, elektrische Steckverbindungen zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements angeordnet sein. Dies ermöglicht einerseits eine lösbare elektrische Kontaktierung des Piezoelements, beispielsweise zur Qualitätskontrolle, wie etwa für Funktionstests. Andererseits ermöglicht dies grundsätzlich eine lösbare Verbindung zwischen Haltekörperoberteil und Piezoelement. Darüber hinaus wird die Herstellung des Piezoaktors durch die elektrische Steckverbindung stark vereinfacht, da bei einer Anordnung des Piezoelements am Haltekörperoberteil nur die mechanische Verbindung zwischen dem Piezoelement und dem Haltekörperoberteil hergestellt werden muss, und die elektrische Kontaktierung mittels der elektrischen Steckverbindung bereits beim Ansetzen des Piezoelements an das Haltekörperoberteil hergestellt wird.Another advantageous embodiment of the invention provides that the piezoelectric element is fixedly or detachably arranged on a front wall of the holding body upper part bounding the inside of the front side. In this case, at the inner end face bounding end wall of the holding body upper part and on the upper side facing the holding body upper part of the piezoelectric element can be arranged with each other corresponding electrical connectors for electrical contacting of the piezoelectric element. On the one hand, this enables a detachable electrical contacting of the piezoelectric element, for example for quality control, such as for functional tests. On the other hand, this principle allows a detachable connection between the upper body part and the piezoelectric element. In addition, the production of the piezoelectric actuator is greatly simplified by the electrical connector, since in an arrangement of the piezoelectric element on the holding body upper part only the mechanical connection between the piezoelectric element and the holding body upper part must be made, and the electrical contact by means of the electrical connector already at the preparation of the piezoelectric element the holding body upper part is produced.
Vorteilhafterweise umfasst das Piezoelement einen den Stapel der Piezola- gen in Richtung des Haltekörperoberteils stirnseitig abschließenden Aktorfuß, wobei die an dem Piezoelement angeordneten elektrischen Steckverbindungen in dem Aktorfuß angeordnet sind.Advantageously, the piezoelectric element comprises a stack of Piezola- gene in the direction of the holding body upper part frontally final actuator foot, said arranged on the piezoelectric element electrical connectors are arranged in the actuator base.
Die elektrische Steckverbindung zwischen dem Haltekörperoberteil und dem Piezoelement kann dabei symmetrisch oder unsymmetrisch ausgeführt sein. Im Falle einer unsymmetrischen Ausführung kann die Steckverbindung als Poka-Yoke ausgeführt sein, beispielsweise mit dünnem und dickem Pin oder mit Pin und Buchse oder mit kurzem und langem Pin. Ebenso ist denkbar, dass im Haltekörperoberteil die Buchsen, und im Piezoelement bzw. im Aktorfuß des Piezoelements die Pins der elektrischen Steckverbindung angeordnet sind, oder umgekehrt.The electrical plug connection between the holding body upper part and the piezoelectric element can be embodied symmetrically or asymmetrically. In the case of a single-ended version, the connector as Poka-Yoke be executed, for example, with a thin and thick pin or with pin and socket or with short and long pin. It is also conceivable that in the holding body upper part, the sockets, and in the piezoelectric element or in the actuator base of the piezoelectric element, the pins of the electrical connector are arranged, or vice versa.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steckverbindung Markierungen zur Erkennung der Polarität und/oder der lagerichtigen Anordnung des Piezoelements auf. Die Markierungen sind dabei vorzugsweise am Haltekörperoberteil und am Piezoelement angeordnet. Die Markierungen können beispielsweise Farbmarkierungen umfassen.According to an advantageous embodiment of the invention, the connector on markers for detecting the polarity and / or the correct arrangement of the piezoelectric element. The markings are preferably arranged on the holding body upper part and the piezoelectric element. The markers may include, for example, color markers.
Eine zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die an der den Innenraum stirnseitig begrenzenden Stirnwand des Haltekörperoberteils angeordneten Steckverbindungen zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements mittels einer eine Abdichtung zwischen dem das Piezoelement und das unter Druck stehende Fluid aufnehmenden Innenraum und der Umgebung bewirkenden Dichtbuchse im Haltekörperoberteil angeordnet sind. Die Dichtbuchse ist vorzugsweise mit keramischem Kitt, mit Kunststoff, mit Glas oder dergleichen ausgegossen oder ausgespritzt.An additional advantageous embodiment of the invention provides that at the front side of the inner wall limiting the end wall of the holding body upper part arranged plug connections for electrical contacting of the piezoelectric element by means of a sealing between the piezoelectric element and the pressurized fluid receiving interior and the environment causing the sealing bush in the holding body shell are arranged. The sealing bush is preferably poured or sprayed with ceramic cement, with plastic, with glass or the like.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Piezoelement fest mit dem Haltekörperoberteil verbunden ist, wobei der Aktorfuß vorzugsweise mit der den Innenraum des Haltekörpers stirnseitig begrenzenden Stirnwand des Haltekörperoberteils verschweißt oder verklebt ist, so dass eine Abdichtung für das Fluid zwischen dem von dem Fluid eingenommenen Teil des Innenraums und der elektrischen Steckverbindung und/oder der elektrischen Kontaktierung zwischen Piezoelement und Haltekörperoberteil entsteht.A particularly advantageous embodiment of the invention provides that the piezoelectric element is firmly connected to the holding body upper part, wherein the actuator foot is preferably welded or glued to the front wall of the holding body upper part bounding the interior of the holding body, so that a seal for the fluid between that of the Fluid occupied part of the interior and the electrical connector and / or the electrical contact between the piezoelectric element and the upper body part is formed.
Insbesondere bei der Verwendung einer Dichtbuchse und/oder dem Verschweißen oder Verkleben des Aktorfußes mit dem Haltekörperoberteil ist bei einer Verwendung des Piezoaktors zur Hochdruckinjektion von beispielsweise Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors eine ausreichende Abdichtung des Haltekörpers gegenüber dem unter Druck in den Innenraum geleiteten Fluid gewährleistet. Insbesondere bei einer Anwendung der Piezoaktoren als Einspritzinjektoren für Kraftstoff in sogenannten Common-Rail-Systemen (CR) ist bei den verwendeten hohen Drücken des Kraftstoffs eine derartig sichere Bauweise erforderlich.In particular, when using a sealing bushing and / or the welding or gluing the Aktorfußes with the holding body upper part when using the piezoelectric actuator for high-pressure injection of, for example, fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine sufficient sealing of the holding body with respect to the under pressure in the interior of the fluid is ensured. In particular, in an application of the piezoelectric actuators as Einspritzmitjektoren for fuel in so-called common-rail systems (CR), such a safe construction is required at the high pressures of the fuel used.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Es zeigen:Show it:
Figur 1 einen Teilschnitt durch einen ersten erfindungsgemäßen Pie- zoaktor mit miteinander verschweißtem Haltekörperoberteil und Aktorfuß,1 shows a partial section through a first piezoelectric actuator according to the invention with the upper part of the body and the actuator base welded together, FIG.
Figur 2 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Haltekörperoberteils,FIG. 2 shows a schematic representation of a first holding body upper part according to the invention,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Haltekörperoberteils,FIG. 3 a schematic representation of a second holding body upper part according to the invention,
Figur 4 einen Teilschnitt durch einen zweiten erfindungsgemäßen Pie- zoaktor mit miteinander verklebtem Haltekörperoberteil und Aktorfuß,FIG. 4 shows a partial section through a second piezoelectric actuator according to the invention with the upper part of the holding body and the actuator base glued together,
Figur 5 eine Detailansicht einer in dem Haltekörperoberteil angeordneten Steckverbindung,FIG. 5 shows a detailed view of a plug connection arranged in the holding body upper part,
Figur 6 einen Teilschnitt durch einen dritten erfindungsgemäßen Pie- zoaktor mit lösbar miteinander verbundenem Haltekörperoberteil und Aktorfuß, sowie Figur 7 einen Längsschnitt durch einen Piezoaktor mit einem prinzipiellen geometrischen Aufbau nach dem Stand der Technik,6 shows a partial section through a third piezoelectric actuator according to the invention with the holding body upper part and actuator foot detachably connected to one another, and 7 shows a longitudinal section through a piezoelectric actuator with a basic geometric structure according to the prior art,
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
Die Erfindung wird im Folgenden am Beispiel eines Piezoaktors zur Verwendung in einem Common-Rail Einspritzinjektor mit direkter Nadelsteuerung beschrieben.The invention is described below using the example of a piezoelectric actuator for use in a common rail injection injector with direct needle control.
Ein in Figur 1 , Figur 4 und Figur 6 dargestellter erfindungsgemäßer Piezoaktor 10 als Piezoinjektor besteht im Wesentlichen aus einem zweiteiligen, einen Innenraum 40 aufweisenden Haltekörper 20, sowie einem in dem Innenraum 40 angeordneten, durch den Haltekörper 20 hindurch elektrisch kon- taktierbaren Piezoelement 30. Der Haltekörper 20 umfasst ein Haltekörperoberteil 21 , sowie ein Haltekörperunterteil 22.An inventive piezoelectric actuator 10 as a piezoinjector shown in FIG. 1, FIG. 4 and FIG. 6 consists essentially of a two-part holding body 20 having an interior 40 and a piezoelectric element 30 arranged in the interior 40 and electrically contactable by the holding body 20. The holding body 20 comprises a holding body upper part 21, as well as a holding body lower part 22.
Das Haltekörperoberteil 21 weist eine Aufnahme 92 für einen elektrischen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements 30 durch den Haltekörper 30 hindurch auf. Darüber hinaus weist das Haltekörperoberteil 21 einen in den Figuren 2 und 3 dargestellten Anschluss 25, 26 zur Zufuhr eines mittels eines das Piezoelement 30 umfassenden Stellglieds dosierbaren Kraftstoffs in den Innenraum 40, sowie von dem Anschluss 25, 26 in den Innenraum 40 führende Strömungskanäle 41 auf. Die Strömungskanäle 41 münden dabei in den verbleibenden Ringraum des Innenraums 40 zwischen dem Piezoelement 30 und dem das Piezoelement 30 konzentrisch umhüllenden Haltekörperunterteil 22. Im Betrieb ist somit das eine in ihren Innen- querschnittsabmessungen den Außenquerschnittsabmessungen des Piezo- elements 30 entsprechende Isolationshülse 32 umfassende Piezoelement 30 von dem durch den verbleibenden Ringraum des Innenraums 40 strömenden Kraftstoff umgeben. Eine derartige Anordnung wird als nasse Anordnung bezeichnet.The holding body upper part 21 has a receptacle 92 for an electrical connection for making electrical contact with the piezoelectric element 30 through the holding body 30. In addition, the holding body upper part 21 has a connection 25, 26 shown in FIGS. 2 and 3 for supplying a fuel which can be metered by means of an actuator comprising the piezoelectric element 30 into the interior 40 and flow channels 41 leading into the interior 40 from the connection 25, 26 , In this case, the flow channels 41 open into the remaining annular space of the inner space 40 between the piezoelement 30 and the holding body lower part concentrically surrounding the piezoelectric element 30. Thus, in operation, one of the inner cross-sectional dimensions is equal to the outer cross-sectional dimensions of the piezoelectric element. elements 30 corresponding insulating sleeve 32 comprehensive piezoelectric element 30 surrounded by the flowing through the remaining annular space of the interior 40 fuel. Such an arrangement is called a wet arrangement.
Das Haltekörperunterteil 22 bildet im Wesentlichen den das Piezoelement 30 konzentrisch umhüllenden Innenraum 40, in dem das Haltekörperunterteil 21 den Innenraum 40 radial begrenzt und damit die Länge und den Querschnitt des Innenraums 40 im Wesentlichen festlegt. Das Haltekörperoberteil 21 begrenzt den Innenraum 40 von einer Seite her stirnseitig. Im Haltekörperoberteil 21 sind im Wesentlichen die elektrische Kontaktierung 42, die Strömungskanäle 41 sowie die Anschlüsse 25, 26 angeordnet.The holding body lower part 22 essentially forms the inner space 40 surrounding the piezoelectric element 30 concentrically, in which the holding body lower part 21 radially delimits the inner space 40 and thus essentially defines the length and the cross section of the inner space 40. The holding body upper part 21 limits the interior space 40 from one side at the front side. In the holding body upper part 21 are substantially the electrical contact 42, the flow channels 41 and the terminals 25, 26 are arranged.
Der die Zweiteilung des Haltekörpers festlegende Teilungsquerschnitt liegt in einem Bereich des Haltekörpers 20, in dem die elektrische Kontaktierung des Piezoelements 30 mittels einer Steckverbindung 61 unterbrechbar ist. Die Steckverbindung 61 ist dabei zwischen dem Haltekörperoberteil 21 und dem Piezoelement 30 angeordnet. Das Piezoelement 30 umfasst einen, den nicht näher dargestellten Stapel 31 von Piezolagen in Richtung des Haltekörperoberteils 21 stirnseitig abschließenden Aktorfuß 80, in dem die den piezoelementseitigen Teil der Steckverbindung 61 bildenden Stecker 82, 83, 84, 85, 86, 87 angeordnet sind, sowie eine zwischen Aktorfuß 80 und dem Stapel 31 der Piezolagen angeordnete keramische Isolation 81. Elektroden 44 dienen der inneren Kontaktierung der Piezolagen. In einer den Innenraum 40 stirnseitig begrenzenden Stirnwand 43 des Haltekörperoberteils 21 sind die den zweiten Teil der elektrischen Steckverbindung 61 bildenden, haltekörperseitigen Stecker 62, 63, 64, 65, 66, 67 angeordnet.The dividing cross section defining the division of the holding body lies in a region of the holding body 20 in which the electrical contacting of the piezoelectric element 30 can be interrupted by means of a plug connection 61. The plug connection 61 is arranged between the holding body upper part 21 and the piezoelectric element 30. The piezoelectric element 30 comprises an unspecified stack 31 of piezolayers in the direction of the holding body upper part 21 end side actuator foot 80, in which the piezoelementseitigen part of the connector 61 forming plug 82, 83, 84, 85, 86, 87 are arranged, and a arranged between the actuator base 80 and the stack 31 of the piezoelectric layers ceramic insulation 81. electrodes 44 serve the internal contacting of the piezoelectric layers. In an end wall 43 of the holding body upper part 21 which delimits the interior 40, the holding body upper part 62 forming the second part of the electrical plug connection 61, 63, 64, 65, 66, 67 are arranged.
Das Haltekörperunterteil 22 ist im Wesentlichen an die durch das Piezoelement 30, ein beispielsweise das Piezoelement 30, einen Koppler und eine Düsennadel umfassendes Stellglied, sowie beispielsweise den verwendeten Kraftstoff und/oder die Einspritzmenge vorgegebene Geometrie des Innenraums 40 angepasst. Das Haltekörperunterteil 22 kann somit weitgehend standardisiert und weitgehend unabhängig von einbauspezifischen Randbedingungen gestaltet sein. Demgegenüber ist das Haltekörperoberteil 21 , wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, im Wesentlichen an einbauspezifische, im Wesentlichen von außen vorgegebene Randbedingungen, wie etwa die Lage der Anschlüsse 25, 26 für den Kraftstoff und/oder die erforderliche Länge zwischen Piezoelement und Anschluss 25, 26, 92 und/oder den Durchmesser am oberen Ende des Haltekörpers 20 angepasst.The holding body lower part 22 is substantially at the by the piezoelectric element 30, for example, a piezoelectric element 30, a coupler and a nozzle needle comprehensive actuator, and for example the used Fuel and / or the injection quantity predetermined geometry of the interior 40 adapted. The holding body lower part 22 can thus be largely standardized and designed largely independent of installation-specific boundary conditions. In contrast, the holding body upper part 21, as shown in Figures 2 and 3, substantially to installation specific, essentially predetermined from the outside boundary conditions, such as the position of the terminals 25, 26 for the fuel and / or the required length between the piezoelectric element and terminal 25th , 26, 92 and / or the diameter at the upper end of the holding body 20 adapted.
Das in Figur 2 dargestellte Haltekörperoberteil 23 weist eine seitlich angeordnete Aufnahme 92 für einen elektrischen Anschluss zur elektrischen Kon- taktierung des Piezoelements 30 durch den Haltekörper 20 hindurch auf, sowie einen seitlich angeordneten Anschluss 25 für den Kraftstoff.The holding body upper part 23 shown in FIG. 2 has a laterally arranged receptacle 92 for an electrical connection for electrical contacting of the piezoelectric element 30 through the holding body 20, as well as a laterally arranged connection 25 for the fuel.
Das in Figur 3 dargestellte Haltekörperoberteil 24 weist eine seitlich angeordnete Aufnahme 92 für einen elektrischen Anschluss zur elektrischen Kon- taktierung des Piezoelements 30 durch den Haltekörper 20 hindurch auf, sowie einen zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Piezoelement 30 angeordneten Anschluss 26 für den Kraftstoff.The holding body upper part 24 shown in FIG. 3 has a laterally arranged receptacle 92 for an electrical connection for electrically contacting the piezoelectric element 30 through the holding body 20, as well as a central connection 26 for the fuel arranged substantially axially to the piezoelectric element 30.
Die Verbindungsstelle zwischen Haltekörperoberteil 21 und Haltekörperunterteil ist derartig standardisiert ausgeführt, dass ein an eine bestimmte verwendungsspezifische Einbausituation angepasster Haltekörper 20 durch Zusammenbau aus beliebigen Haltekörperoberteilen 21 und Haltekörperunterteilen 22 hergestellt werden kann. Typischerweise ist dabei das Haltekörperoberteil 21 einbauspezifisch angepasst, wohingegen das Haltekörperunterteil standardisiert ist. Die Verbindung erfolgt im Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 , 4 und 6 mittels einer Spannmutter 45.The connection between the upper body part 21 and the lower body part is designed in a standardized manner so that a holding body 20 adapted to a specific use-specific installation situation can be produced by assembling any desired upper body parts 21 and lower body parts 22. Typically, the holding body upper part 21 is adapted to the specific installation, whereas the holding body lower part is standardized. The connection is made in the embodiment in Figures 1, 4 and 6 by means of a clamping nut 45th
Das Piezoelement 30 ist an der den Innenraum 40 stirnseitig begrenzenden Stirnwand 43 des Haltekörperoberteils 21 fest oder lösbar angeordnet. In Figur 1 ist das Piezoelement 30 mittels einer den Aktorfuß 80 fest mit der Stirnwand 43 verbindenden Schweißverbindung 91 fest mit dem Haltekörperoberteil 21 verbunden.The piezoelectric element 30 is fixedly or detachably arranged on the end wall 43 of the holding body upper part 21 delimiting the inner space 40 on the end face. In 1, the piezoelectric element 30 is fixedly connected to the holding body upper part 21 by means of a welded connection 91 which firmly connects the actuator foot 80 to the end wall 43.
Alternativ kann das Piezoelement auch mit dem Haltekörperoberteil mittels einer Klebeverbindung zwischen Aktorfuß 80 und Stirnwand 43 fest verbunden werden.Alternatively, the piezoelectric element can also be firmly connected to the holding body upper part by means of an adhesive connection between actuator foot 80 and end wall 43.
Durch eine feste, umlaufende Verbindung, wie etwa die Schweißverbindung 91 , wird eine Abdichtung der Steckverbindung 61 gegenüber dem unter hohem Druck mit Kraftstoff gefüllten Innenraum 40 erreicht.By a solid circumferential connection, such as the welded joint 91, a sealing of the connector 61 is achieved with respect to the high-pressure fuel-filled interior 40.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Steckverbindung 61 mittels Dichtbuchsen 72, 73, 74, 75 gegen das Eindringen und Austreten von Kraftstoff gesichert werden. Die einpoligen Dichtbuchsen 72, 73 in Figur 1 sowie die zweipoligen Dichtbuchsen 76 in den Figuren 4 und 6 sind dabei als konische Hülsen ausgebildet, welche hydraulisch im Haltekörperoberteil verpresst werden. Die zweipoligen Dichtbuchsen 74, 75 in den Figuren 4 und 6 hingegen sind durch Ausfüllen von die Dichtbuchsen 74, 75 aufnehmenden Ausnehmungen mit keramischem Kitt, einer Glasschmelze oder einem Kunststoff hergestellt. Durch Verwendung zweipoliger Dichtbuchsen muss nur eine Ausnehmung im Haltekörperoberteil hergestellt werden, was die Herstellungskosten senkt.Alternatively or additionally, the connector 61 can be secured by means of sealing bushes 72, 73, 74, 75 against the ingress and egress of fuel. The single-pole sealing bushes 72, 73 in Figure 1 and the two-pole sealing bushes 76 in Figures 4 and 6 are formed as conical sleeves, which are hydraulically pressed in the holding body shell. The two-pole sealing bushes 74, 75 in Figures 4 and 6, however, are made by filling of the sealing bushes 74, 75 receiving recesses with ceramic cement, a molten glass or a plastic. By using two-pole sealing bushes, only one recess in the holding body upper part has to be produced, which reduces the manufacturing costs.
Die elektrische Steckverbindung 61 zwischen dem Haltekörperoberteil 21 und dem Piezoelement 30 kann symmetrisch, wie in Figur 1 , oder unsymmetrisch ausgeführt sein. Im Falle einer unsymmetrischen Ausführung kann die Steckverbindung 61 als Poka-Yoke ausgeführt sein, beispielsweise wie in Figur 4 mit dickem 65 und dünnem 64 Pin im Haltekörperoberteil 21 und dicker 85 und dünner Buchse 84 im Aktorfuß, oder wie in Figur 5 mit dünner Buchse 68 und dickem Pin 69 im Haltekörperoberteil 21 sowie dünnem Pin und dicker Buchse im Aktorfuß 80, oder wie in Figur 6 als Stecker mit kur- zem 67 und langem Pin 66 im Haltekörperoberteil 21 und kurzer 87 und langer Buchse 86 im Aktorfuß 80. Ebenso ist denkbar, dass im Haltekörperoberteil 21 die Buchsen, und im Piezoelement 30 bzw. im Aktorfuß 80 des Piezoelements 30 die Pins der elektrischen Steckverbindung 61 angeordnet sind, oder umgekehrt. Dabei können beide Poka-Yoke Ausführungen sowohl im Haltekörperoberteil 21 , als auch im Aktorfuß 80 integriert sein.The electrical plug connection 61 between the holding body upper part 21 and the piezoelectric element 30 may be symmetrical, as shown in FIG. 1, or asymmetrical. In the case of an asymmetrical design, the connector 61 may be designed as a poka-yoke, for example, as in Figure 4 with thick 65 and thin 64 pin in the upper body part 21 and thicker 85 and thinner bushing 84 in the actuator base, or as in Figure 5 with thin socket 68th and thick pin 69 in the holding body upper part 21 and thin pin and thick socket in the actuator base 80, or as shown in FIG. It is also conceivable that in the holding body upper part 21, the bushes, and in the piezoelectric element 30 or in the actuator base 80 of the piezoelectric element 30, the pins of the electrical connector 61 are arranged are, or vice versa. Both Poka-Yoke versions can be integrated both in the upper body part 21, and in the actuator base 80.
Die im Haltekörperoberteil 21 anordbare Dichtbuchse in Figur 5 besteht aus einem leicht konischen Stahlmantel, in den die elektrische Kontaktierung 42 mit Glas eingeschmolzen ist. Mittels einer ebenso konischen, vorzugsweise als Passung ausgeführten Ausnehmung in der Stirnwand 43 kann die Dichtbuchse 76 im Haltekörperoberteil 21 hydraulisch verpresst werden. Der verbleibende Teil der Ausnehmung ist bei der Dichtbuchse 75 mit keramischem Kitt ausgefüllt, bei der Dichtbuchse 74 mit Kunststoff ausgespritzt.The sealing bush in FIG. 5, which can be arranged in the upper part of the holding body 21, consists of a slightly conical steel casing into which the electrical contact 42 with glass has melted. By means of an equally conical, preferably designed as a fit recess in the end wall 43, the sealing bush 76 can be hydraulically pressed in the holding body upper part 21. The remaining part of the recess is filled in the sealing bushing 75 with ceramic cement, injected at the sealing bush 74 with plastic.
Vorzugsweise weist die Steckverbindung 61 Farbmarkierungen zur Erkennung der Polarität und/oder der lagerichtigen Anordnung des Piezoelements 30 relativ zur Stirnseite 43 des Haltekörperoberteils 21 auf.Preferably, the connector 61 has color markings for detecting the polarity and / or the correct arrangement of the piezoelectric element 30 relative to the end face 43 of the holding body upper part 21.
Besonders hervorzuheben ist, dass Figur 1 eine im Piezoaktor 10 integrierte elektrische Steckerverbindung 61 zeigt, welche zusammen mit den parallelen sich nach oben verjüngenden elektrischen Kontaktierungen 42 wenig Bauraum im Haltekörperoberteil 21 beansprucht. Diese Anordnung erlaubt eine seitliche Platzierung des elektrischen Anschlusses mit zentralem Hochdruck Anschluss für den Kraftstoff am Haltekörperoberteil 21 (Figur 3), oder eine seitliche Platzierung des elektrischen Anschlusses mit ebenfalls seitlichem Hochdruck Anschluss für den Kraftstoff am Haltekörperoberteil 21 (Figur 2). In beiden Fällen können die Anschlüsse in einem beliebigen Winkel gegenüber der durch das Piezoelement festgelegten Längsachse des Pie- zoaktors angeordnet sein. Ebenso können sie an einer beliebigen Lage in Umfangsrichtung angeordnet sein. Das Haltekörperunterteil kann mit einem gleich bleibenden Durchmesser hergestellt werden. Das Haltekörperoberteil 21 kann durch die sich nach oben verjüngenden elektrischen Kontaktierungen 42 an enge Einbausituationen mit nur geringem zulässigem Durchmesser angepasst werden. Durch eine seitliche Anordnung beider Anschlüsse wird die Länge bzw. die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Piezoaktors verringert.It should be emphasized that FIG. 1 shows an electrical plug connection 61 integrated in the piezoactuator 10, which, together with the parallel electrical contacts 42 tapering upwards, occupy little space in the holding body upper part 21. This arrangement allows a lateral placement of the electrical connection with central high-pressure connection for the fuel on the holding body upper part 21 (Figure 3), or a lateral placement of the electrical connection with also side high-pressure connection for the fuel on the holding body upper part 21 (Figure 2). In both cases, the connections can be arranged at an arbitrary angle with respect to the longitudinal axis of the piezo actuator fixed by the piezoelement. Likewise, they may be arranged at any position in the circumferential direction. The holding body lower part can with a to be made of uniform diameter. The holding body upper part 21 can be adapted by the upwardly tapering electrical contacts 42 to tight installation situations with only a small permissible diameter. By a lateral arrangement of both terminals, the length or height of the piezoelectric actuator according to the invention is reduced.
Die Herstellung der Steckverbindung zwischen Haltekörperoberteil 21 und Piezoelement 30 in Figur 1 erfolgt wie folgt. Die als Buchsen ausgeführten Stecker 82, 83 bildende Kontakthülsen 46 des Piezoelements 30 werden mit den über die keramische Isolation 81 überstehenden Elektroden 44 verlötet. Anschließend werden Keramikhülsen 47 gemeinsam mit dem Aktorfuß 80 über die beiden Kontakthülsen 46 gebracht und als Einheit mit der keramischen Isolation 81 verklebt. Zwei der Dichtbuchse 76 in Figur 5 ähnliche Dichtbuchsen 72, 73 werden mit Isolationen versehen und im Haltekörperoberteil 21 hydraulisch verpresst.The production of the plug connection between the holding body upper part 21 and the piezoelectric element 30 in FIG. 1 takes place as follows. The bushings 82, 83 designed as sleeves contact sleeves 46 of the piezoelectric element 30 are soldered to the over the ceramic insulation 81 protruding electrodes 44. Subsequently, ceramic sleeves 47 are brought together with the actuator base 80 via the two contact sleeves 46 and glued as a unit with the ceramic insulation 81. Two of the sealing bush 76 in Figure 5 similar sealing bushes 72, 73 are provided with insulation and hydraulically pressed in the holding body upper part 21.
Die elektrischen Kontaktierungen 42 werden mit einer Steckervorumsprit- zung verbunden und diese in die Aufnahme 92 geklipst. Das Piezoelement 30 wird über Farbmarkierung lagerichtig mit dem Haltekörperoberteil 21 zusammengefügt und verschweißt.The electrical contacts 42 are connected to a plug premixing and these are clipped into the receptacle 92. The piezoelectric element 30 is assembled in the correct position by color marking with the holding body upper part 21 and welded.
Durch die Zweiteilung des Haltekörpers ist die Stelle der Anordnung des Piezoelements 30 an der den Innenraum 40 des Haltekörpers 20 begrenzenden Stirnwand 43 insbesondere im Hinblick auf den Herstellungsprozess wesentlich einfacher zugänglich, als nach dem Stand der Technik.Due to the bipartition of the holding body, the location of the arrangement of the piezoelectric element 30 at the inner wall 40 of the holding body 20 limiting end wall 43 is much easier accessible, in particular with regard to the manufacturing process, as in the prior art.
Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial Applicability
Die Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung von Piezoaktoren zur Verwendung in Verbindung mit Einspritzinjektoren für Verbrennungsmotoren gewerblich anwendbar. The invention is particularly applicable to the manufacture of piezoelectric actuators for use in conjunction with injection injectors for internal combustion engines.

Claims

Patentansprüche claims
1. Piezoaktor (10) umfassend einen einen Innenraum (40) aufweisenden Haltekörper (20) sowie ein in dem Innenraum (40) angeordnetes, mehrere zu einem Stapel (31 ) angeordnete Piezolagen umfassendes Piezoelement (30), welches durch den Haltekörper (20) hindurch elektrisch kontaktierbar ist, wobei der Haltekörper (20) einen oder mehrere Anschlüsse (92) für die e- lektrische Kontaktierung (42) des Piezoelements (30) sowie einen oder mehrere Anschlüsse (25, 26) und Strömungskanäle (41) zur Zufuhr eines mittels eines das Piezoelement (30) umfassenden Stellglieds dosierbaren Fluids in den Innenraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (20) zweiteilig ausgeführt ist und ein die Zweiteilung des Haltekörpers (20) festlegender Teilungsquerschnitt vorzugsweise in einem Bereich des Haltekörpers (20) angeordnet ist, in dem die elektrische Kontaktierung (42) des Piezoelements (30) vorzugsweise mittels einer Steckverbindung (61) herstellbar ist.1. Piezoelectric actuator (10) comprising an interior space (40) having a holding body (20) and in the interior space (40) arranged, a plurality of stack (31) arranged piezoelectric layers comprising piezoelectric element (30) which by the holding body (20) is electrically contactable, wherein the holding body (20) one or more terminals (92) for the e- lectric contact (42) of the piezoelectric element (30) and one or more terminals (25, 26) and flow channels (41) for supplying a characterized in that the holding body (20) is made in two parts and a division of the holding body (20) festlegender pitch cross-section is preferably disposed in a region of the holding body (20) by means of an actuator comprising the piezoelectric element (30) in which the electrical contacting (42) of the piezoelectric element (30) can preferably be produced by means of a plug connection (61).
2. Piezoaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweiteilige Haltekörper (20) ein im Wesentlichen den Innenraum (40) radial begrenzendes, das Piezoelement (30, 31 , 32, 80, 81 ) umhüllendes Haltekörperunterteil (22), sowie ein im Wesentlichen den Innenraum (40) von einer Seite her stirnseitig begrenzendes und die elektrische Kontaktierung (42), die Strömungskanäle (41 ) sowie die Anschlüsse (92, 25, 26) aufweisendes Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) umfasst. 2. Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that the two-part holding body (20) a substantially the inner space (40) radially delimiting, the piezoelectric element (30, 31, 32, 80, 81) enveloping Haltekörperunterteil (22), and a in Essentially the inner space (40) from one side frontally limiting and the electrical contact (42), the flow channels (41) and the terminals (92, 25, 26) exhibiting holding body upper part (21, 23, 24).
3. Piezoaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltekörperunterteil (22) im Wesentlichen an die durch das Piezoelement (30) vorgegebenen Randbedingungen angepasst ist, und das Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) im Wesentlichen an die durch die verwendungsspezifische Einbausituation des Piezoaktors (10) vorgegebenen Randbedingungen angepasst ist.3. Piezoelectric actuator according to claim 2, characterized in that the holding body lower part (22) is substantially adapted to the predetermined by the piezoelectric element (30) boundary conditions, and the holding body upper part (21, 23, 24) substantially to the by the use-specific installation situation of Piezoactuator (10) is adapted to predetermined boundary conditions.
4. Piezoaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (45) zwischen Haltekörperoberteil (21 , 23, 24)und Haltekörperunterteil (22) standardisiert ist, zum modularen Aufbau eines Haltekörpers (20) aus beliebigen Haltekörperoberteilen (21 , 23, 24)und Haltekörperunterteilen (22).4. piezoelectric actuator according to claim 2 or 3, characterized in that the connection (45) between the holding body upper part (21, 23, 24) and the lower body part (22) is standardized for the modular construction of a holding body (20) from arbitrary upper body parts (21, 23 , 24) and holding body lower parts (22).
5. Piezoaktor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein standardisiertes Haltekörperunterteil (22) und ein einbauspezifisch angepasstes Haltekörperoberteil (21 , 23, 24).5. Piezoelectric actuator according to claim 4, characterized by a standardized holding body lower part (22) and a fitting-specifically adapted holding body upper part (21, 23, 24).
6. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch ein Haltekörperoberteil (24) mit einem seitlich angeordneten elektrischen An- schluss (92), sowie einem zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Piezoelement (30) angeordneten Anschluss (26) für das Fluid.6. Piezoelectric actuator according to one of claims 2 to 5, characterized by a holding body upper part (24) with a laterally arranged electrical connection (92), and a central, substantially axially to the piezoelectric element (30) arranged connection (26) for the fluid.
7. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch ein Haltekörperoberteil (23) mit einem seitlich angeordneten elektrischen Anschluss (92), sowie einem seitlich angeordneten Anschluss (25) für das Fluid.7. Piezoelectric actuator according to one of claims 2 to 5, characterized by a holding body upper part (23) having a laterally arranged electrical connection (92), and a laterally arranged connection (25) for the fluid.
8. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch ein Haltekörperoberteil mit einem zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Pie- zoelement (30) angeordneten elektrischen Anschluss, sowie einem seitlich angeordneten Anschluss für das Fluid.8. Piezoelectric actuator according to one of claims 2 to 5, characterized by a holding body upper part with a central, substantially axially to the Pie- zoelement (30) arranged electrical connection, and a laterally disposed connection for the fluid.
9. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (30) an einer den Innenraum (40) stirnseitig begrenzenden Stirnwand (43) des Haltekörperoberteils (21 , 23, 24) angeordnet ist.9. piezoelectric actuator according to one of claims 2 to 8, characterized in that the piezoelectric element (30) on a the interior (40) end face limiting end wall (43) of the holding body upper part (21, 23, 24) is arranged.
10. Piezoaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnwand (43) sowie an der dem Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) zugewandten Stirnseite des Piezoelements (30) miteinander korrespondierende elektrische Steckverbindungen (61 , 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 82, 83 ,84, 85, 86, 87) angeordnet sind.10. Piezoelectric actuator according to claim 9, characterized in that on the end wall (43) and on the holding body upper part (21, 23, 24) facing end side of the piezoelectric element (30) corresponding electrical connectors (61, 62, 63, 64, 65 , 66, 67, 68, 69, 82, 83, 84, 85, 86, 87) are arranged.
11. Piezoaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (30) einen den Stapel (31 ) der Piezolagen in Richtung des Haltekörperoberteils (21 , 23, 24) stirnseitig abschließenden Aktorfuß (80) um- fasst, wobei die an dem Piezoelement (30) angeordneten Steckverbindungen (82, 83, 84, 85, 86, 87) in dem Aktorfuß (80) angeordnet sind.11. Piezoelectric actuator according to claim 10, characterized in that the piezoelectric element (30) comprises a stack (31) of the piezoelectric layers in the direction of the holding body upper part (21, 23, 24) the front side final actuator foot (80), wherein on the piezoelectric element (30) arranged plug connections (82, 83, 84, 85, 86, 87) in the actuator foot (80) are arranged.
12. Piezoaktor nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steckverbindung (61 ) symmetrisch ist.12. Piezoelectric actuator according to claim 10 or 11, characterized in that the electrical plug connection (61) is symmetrical.
13. Piezoaktor nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steckverbindung (61 ) unsymmetrisch ist.13. Piezoelectric actuator according to claim 10 or 11, characterized in that the electrical plug connection (61) is asymmetrical.
14. Piezoaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass unsymmetrische Steckverbindung (61 ) als Poka-Yoke ausgeführt ist.14. Piezoelectric actuator according to claim 13, characterized in that unbalanced plug connection (61) is designed as a poka-yoke.
15. Piezoaktor nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Poka-Yoke mit dünnem und dickem Pin oder mit Pin und Buchse oder mit kurzem und langem Pin. 15. Piezoelectric actuator according to claim 14, characterized by a poka yoke with thin and thick pin or with pin and socket or with short and long pin.
16. Piezoaktor nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch im Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) angeordnete Buchsen und im Aktorfuß (80) angeordnete Pins.16. Piezoelectric actuator according to claim 15, characterized by in the holding body upper part (21, 23, 24) arranged bushes and in the actuator base (80) arranged pins.
17. Piezoaktor nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch im Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) angeordnete Pins und im Aktorfuß (80) angeordnete Buchsen.17. Piezoelectric actuator according to claim 15, characterized in the holding body upper part (21, 23, 24) arranged pins and in the actuator base (80) arranged sockets.
18. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (61 ) Markierungen zur Erkennung der Polarität und/oder der lagerichtigen Anordnung des Piezoelements (30) aufweist.18. Piezoelectric actuator according to one of claims 10 to 17, characterized in that the plug connection (61) has markings for detecting the polarity and / or the correct arrangement of the piezoelectric element (30).
19. Piezoaktor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen Farbmarkierungen umfassen.19. Piezoelectric actuator according to claim 18, characterized in that the markings comprise color markings.
20. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Stirnwand (43) angeordneten Steckverbindungen (62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69) mittels einer Dichtbuchse (72, 73, 74, 75, 76) im Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) angeordnet sind.20. Piezoelectric actuator according to one of claims 10 to 19, characterized in that on the end wall (43) arranged plug-in connections (62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69) by means of a sealing bush (72, 73, 74 , 75, 76) in the holding body upper part (21, 23, 24) are arranged.
21. Piezoaktor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtbuchse (72, 73, 74, 75, 76) vorzugsweise mit keramischem Kitt, mit Kunststoff, mit Glas ausgegossen oder ausgespritzt ist.21. Piezoelectric actuator according to claim 20, characterized in that the sealing bush (72, 73, 74, 75, 76) is preferably poured or sprayed with ceramic putty, with plastic, with glass.
22. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 11 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (30) fest mit dem Haltekörperoberteil (21 ,22. Piezoelectric actuator according to one of claims 11 to 21, characterized in that the piezoelectric element (30) fixed to the holding body upper part (21,
23. 24) verbunden ist, wobei der Aktorfuß (80) mit dem Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) verschweißt (91 ) oder verklebt ist, so dass eine Abdichtung für das Fluid zwischen dem von dem Fluid eingenommenen Teil des Innenraums (40) und der elektrischen Steckverbindung (61) und/oder der elektrischen Kontaktierung (42) entsteht. 23, 24), wherein the actuator foot (80) is welded (91) or glued to the holding body upper part (21, 23, 24), so that a seal for the fluid between the part of the interior (40) occupied by the fluid and the electrical connector (61) and / or the electrical contact (42) is formed.
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