EP1920529A2 - Anordnung mit einem piezoaktor und ein verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Anordnung mit einem piezoaktor und ein verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number
EP1920529A2
EP1920529A2 EP06819048A EP06819048A EP1920529A2 EP 1920529 A2 EP1920529 A2 EP 1920529A2 EP 06819048 A EP06819048 A EP 06819048A EP 06819048 A EP06819048 A EP 06819048A EP 1920529 A2 EP1920529 A2 EP 1920529A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact elements
lines
contact
arrangement according
piezoelectric element
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Withdrawn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
EP06819048A
Other languages
English (en)
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
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1920529A2 publication Critical patent/EP1920529A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/005—Arrangement of electrical wires and connections, e.g. wire harness, sockets, plugs; Arrangement of electronic control circuits in or on fuel injection apparatus
    • 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
    • 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
    • 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
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • 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
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins
    • 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
    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with a piezoelectric actuator, for example as a piezo injector or for actuating a mechanical component such as a valve or the like, and a method for its production according to the generic features of the main claim.
  • a piezoelectric actuator for example as a piezo injector or for actuating a mechanical component such as a valve or the like
  • a piezoelectric element can be used so that by utilizing the so-called piezoelectric effect, a control of the needle stroke of a valve or the like can be made.
  • the piezoelectric element is constructed of a material having a suitable crystal structure such that when an external electrical voltage is applied, a mechanical reaction of the piezoelectric element takes place which, depending on the crystal structure and the contact areas of the electrical voltage, represents a pressure or tension in a predeterminable direction.
  • Such piezoelectric actuators are suitable, for example, for applications in which lifting movements take place under high operating forces and high clock frequencies.
  • such a piezoelectric actuator 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.
  • a piezoelectric element constructed as a stack of several electrically coupled together piezoceramic layers, 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.
  • EP 1 174 615 A3 also describes a piezoelectric actuator or a piezoelectric injector in which a piezoelectric element is present as an actuator for the direct needle lifting 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, the needle held under pretension to the closure of the injection nozzle is thereby deflected by the nozzle. moved away as the needle directly translated follows the movement of the actuator.
  • the electrical connection of the piezoelectric element to an external voltage source is carried out by an extension of the outer electrodes through a foot portion of the piezoelectric actuator.
  • This extension can also be routed to a connector, so that they are thus contacted in a mechanically non-critical area.
  • the extensions may be electrically isolated by the actuator foot, e.g. made of steel, are guided, on which the piezoelectric element is applied or fixed.
  • the extensions for fixing and strain relief of the outer electrodes are held in a potting compound, which are in a recess of the actuator base, possibly surrounded by a molded part made of steel or polymer introduced.
  • the invention is based on an arrangement described above with a piezoelectric actuator having a multi-layer structure of piezoelectric layers in a piezoelectric element and is held on a holding body, wherein the piezoelectric element is a mutual contacting of internal electrodes with contact elements. There are still supply wires as electrical -A-
  • lines embedded in the head part of the holding body are advantageously connectable via contact connections with the contact elements, wherein the contact connections are preferably in each case in a centering and / or insulating sleeve in the actuator base on the piezoelectric element after assembly of the piezoelectric actuator.
  • Such an arrangement is for example advantageously used for controlling the stroke of a needle for fuel injection in a motor vehicle, both with a single-stage and with a two-stage translation.
  • the contact elements are added by means of the contact connections to the lines in a first method step and in a second step, the piezoelectric element is pushed with the actuator base on the contact elements and then the Aktorfuß firmly connected to the head part of the holding body.
  • a test of the contact connections and the high-pressure seals can then be carried out in a simple manner before the first method step.
  • a polarity and signal testing of the piezoelectric element is preferably carried out beforehand.
  • connections of the lines with the contact elements can be produced for example by welding or soldering or by crimping the respectively opposite ends.
  • the ends of the lines and the contact elements can be compressed in an advantageous manner or directly butt joined together.
  • the ends of the leads and the contact elements may be overlapping with flats.
  • the ends of the lines and the contact elements can also be inserted into openings of a sleeve and then be connected by welding or soldering or by crimping.
  • the invention thus enables a high-pressure-tight connection of the parts of the piezoelectric actuator and at the same time a secure electrical connection of the electrical connections, which also, without having to apply the disadvantageous plug principle, achieved a gradual assembly and a stepwise examination of the function of the elements.
  • the high-pressure tight in the head part preferably introduced in a molten glass lines can be tested before the entire piezoelectric actuator assembly or the injection valve constructed therewith is mounted.
  • the welds or solder joints of the contact connections are initially easily accessible and electrically, mechanically or visually testable and a rework is possibly still possible. Also, possibly a length compensation depending on the selected type of contact connection is possible.
  • the piezoelectric element can still be used in another arrangement.
  • the invention is possible together with a contacting of the internal electrodes via contact elements lying inside the piezoelectric element, so that insulation can be easily applied to the outside of the piezoelectric element and no electrode wires protrude here.
  • the invention is also applicable with an external contact of the internal electrodes, if the necessary precautions are taken.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a piezo injector with a piezoelectric actuator in a basic geometric structure according to the prior art with external contacting of the internal electrodes
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a piezo injector with a piezoelectric actuator in a basic geometric structure according to the prior art with external contacting of the internal electrodes
  • FIG. 2 shows a partial longitudinal section through an exemplary embodiment of a piezo injector with internal contacting, in which connection variants for internal contacting of the internal electrodes are indicated,
  • Figure 3 is a schematic diagram of possible connection forms when connecting the inner contacts
  • Figure 4 is a schematic representation with the inner contacts during assembly of the piezoelectric actuator.
  • the piezoinjector 1 shows a basic structure of a single-stage piezoelectric injector 1, in which a piezoelectric actuator for direct Nadelhub Kunststoffung a nozzle needle in the injection system for fuel in an internal combustion engine can be used.
  • the piezoinjector 1 has a holding body 2, which can be adapted in its geometric dimensions substantially to the specific location.
  • a plug part not shown here is provided, which can be connected with a likewise adapted specifically to the application plug design, the e- lectric voltage for driving a piezoelectric element 3 as part of a piezoelectric actuator inside the holding body 2.
  • the piezoelectric element 3 acts on an actuation, as described above, via a perpendicular here semi-mechanical arrangement with a coupler 8 on a nozzle needle 9 such that a release of a nozzle opening 10 can take place here.
  • a guided in the interior of the piezoelectric injector 1 through the interior of the holding body 2 fuel can thus be injected into the combustion chamber of an internal combustion engine, not shown here.
  • the piezoelectric layers of the piezoelectric element 3 are according to the figure 1 via an actuator base 11 at the top of a spherical sealing seat in the interior of the holding body 2, wherein the piezoelectric element 3 is pressed to effect a good sealing seat with a spring 12.
  • a high-pressure seal to an electrical connection space 13 is necessary here, through which the two electrical lines 4 and 5 are guided to the piezoelectric element 3.
  • FIG. 2 shows a part of a piezo injector 20 according to the invention in the assembled state.
  • a piezoelectric element 21 is present, in which internal electrodes 22 and 23 are provided with a reference numeral only by way of example, which in the stack structure of the piezoelectric element 21 are mutually supplied with electrical voltage via inner contact elements 24 and 25. Due to the potential gradient when a voltage is applied, the mechanical reaction in the piezoelectric layers 26 made of ceramic films between the internal electrodes 22 and 23, as explained in the introduction to the description, is effected.
  • the piezoelectric layers of the piezoelectric element 21 according to FIG. 2 furthermore lie on a ceramic cover plate 27 and an actuator base 28 made of steel on the holding body 29 of the piezoinjector 20, wherein the holding body 29 has a head part 30 which, on the one hand, has a fuel feed 31 and a electrical connection part 32 has.
  • the piezoelectric element 21 is sealed with respect to the fuel in the interior of the holding body 29 with an outer insulating layer 33.
  • feed wires are inserted insulated as lines 34 and 35, which are press-fitted for connection to the piezo element 21 in a high-pressure-tight manner, preferably by means of a glass seal 36, and contact connections 37 or 38 are provided for connection to the contact elements 24 and 25, each in isolation - or centering sleeves 39 come to rest.
  • FIG. 3a Some variants of the contact connections 37 or 38, for example between the line 25 and the feed wire 35, are shown by way of example in FIG.
  • FIG. 3a On the left in FIG. 3a there is shown a connection between compressed ends and on the right next to FIG. 3b between uncompressed ends, which can then be welded or soldered, for example.
  • the third example in Figure 3c shows flattened ends, which can then be welded or soldered and next to Figure 3d is shown a variant in which the end of the line 35 is compressed and provided with an inner bore into which the counterpart then also plugged in and can be welded or soldered.
  • the variant of Figure 3e shows a connection via a sleeve 40, to which the ends of the line 35 and the contact element 25 can be welded, soldered or crimped on both sides.
  • FIG. 4 schematically shows the assembly process during the attachment of the piezoelectric element 21 with the actuator base 28 to the head part 30 of the holding body 29.
  • the contact elements 24 and 25 are attached by means of the contact connections 38 and 37 (see Figures 2 and 3a to 3e).
  • These contact elements 24 and 25 may be, for example, electrically conductive brushes or consist of a corrugated or smooth wire which is mountable by means of a conductive adhesive.
  • this can be poled separately or also subjected to a large signal test, it being possible for example to use a demodulating and reusable brush electrode for this purpose. It is also conceivable that the contact elements 24 and 25 are pre-assembled in the piezoelectric element 21 except for residual pieces.
  • the piezoelectric element 21 with the actuator base 28 can now be pushed onto the contact elements 24 and 25 and, for example, connected to the head part 30 at welds 41 (FIG. 2).
  • the insulating or centering sleeves 39 which are also to be taken from FIG. 2, serve to center and torsion-fix the piezoelectric element 21 in the head part 30 in addition to the electrical insulation, these insulating or centering sleeves 39 also having different external diameters depending on the polarity so that the polarity is not reversed.
  • the invention can be used to control the fuel injection in a motor vehicle.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Es wird eine Anordnung mit einem Piezoaktor, beispielsweise zur Betätigung eines mechanischen Bauteils, insbesondere als Piezoinjektor, vorgeschlagen, mit einem Mehrschichtaufbau von Piezolagen (26), die als Piezoelement (3;21) in einem Haltekörper (2;29,30) gehalten sind, wobei am Piezoelement (3;21) eine innere wechselseitige Kontaktierung von Innenelektroden (22,23) mit Kontaktelementen (24,25) vorhanden ist. Es sind elektrische Leitungen (34,35) durch ein Kopfteil (30) des Haltekörpers (29) zu den Kontaktelementen (24,25) geführt. Die fest im Kopfteil (30) eingebetteten Leitungen (34,35) sind über Kontaktverbindungen (37,38) mit den Kontaktelementen (24,25) verbindbar, wobei die Kontaktverbindungen (37,38) nach der Montage des Piezoinjektors (20) jeweils in einer Zentrier- und/oder Isolationshülse (39) im Aktorfuß (28,27) am Piezoelement (21) zu liegen kommen können.

Description

Anordnung mit einem Piezoaktor und ein Verfahren zu dessen Herstel- lun<
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Piezoaktor, beispielsweise als Piezoinjektor oder zur Betätigung eines mechanischen Bauteils wie ein Ventil oder dergleichen, und ein Verfahren zu dessen Herstellung nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Hauptanspruchs.
Stand der Technik
Es ist an sich bekannt, dass zum Aufbau des zuvor erwähnten Piezoaktors 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. Beispielsweise ist ein solcher Piezoaktor 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 Stapel 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.
Bei dem zuvor erwähnten Piezoaktor wird zur Heranführung der unterschiedlichen Potentiale an das Piezoelement eine wechselseitige seitliche Kontak- tierung der Innenelektroden über äußere Elektroden vorgenommen, bei der leitende Flächen auf jeweils einer Seitenfläche des Piezoelements angebracht sind, die mit den jeweiligen Innenelektroden kontaktiert sind. Dagegen ist aus der DE 103 35 019 A1 ein Piezoaktor bekannt, bei dem die Kon- taktierung der Innenelektroden mit Kontaktelementen erfolgt, die jeweils in einer inneren Ausnehmung des Piezoelements liegen.
Außerdem ist auch in der EP 1 174 615 A3 ein Piezoaktor bzw. ein Piezoin- jektor 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 Du- senöffnung wegbewegt, da die Nadel direkt übersetzt der Bewegung des Aktors folgt.
Beim eingangs erwähnten Stand der Technik DE 100 26 005 A1 wird der elektrische Anschluss des Piezoelements an eine externe Spannungsquelle durch eine Verlängerung der äußeren Elektroden durch ein Fußteil des Pie- zoaktors hindurch vorgenommen. Diese Verlängerung kann auch weiter bis zu einem Stecker geführt werden, so dass diese somit in einem mechanisch unkritischen Bereich kontaktiert werden. Die Verlängerungen können dabei elektrisch isoliert durch den Aktorfuß, z.B. aus Stahl, geführt werden, an dem das Piezoelement anliegt oder befestigt ist. Weiterhin ist es aus diesem Stand der Technik bekannt, dass die Verlängerungen zur Fixierung und zur Zugentlastung der Außenelektroden in einer Vergussmasse gehalten sind, welche in eine Ausnehmung des Aktorfußes, ggf. von einem Formteil aus Stahl oder Polymer umgeben, eingebracht sind.
Bei den zuvor beschriebenen Piezoaktoren ist zu beachten, dass die elektrischen Anbindungen im Herstellungsprozess einfach aber im Betrieb sicher erfolgen sollen, wobei zusätzlich zur elektrischen Isolierung auch bei vielen Anwendungen mit einer Ventilfunktion eine ausreichende Abdichtung gegenüber Flüssigkeiten gewährleistet sein muss. 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 sichere Bauweise erforderlich.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht von einer eingangs beschriebenen Anordnung mit einem Piezoaktor aus, der einen Mehrschichtaufbau von Piezolagen in einem Piezoelement aufweist und an einem Haltekörper gehalten ist, wobei am Piezoelement eine wechselseitige Kontaktierung von Innenelektroden mit Kontaktelementen vorhanden ist. Es sind weiterhin Zuführdrähte als elektrische -A-
Leitungen durch ein Kopfteil des Haltekörpers zu den Kontaktelementen geführt. Gemäß der Erfindung sind in vorteilhafter Weise fest im Kopfteil des Haltekörpers eingebettete Leitungen über Kontaktverbindungen mit den Kontaktelementen verbindbar, wobei die Kontaktverbindungen vorzugsweise nach der Montage des Piezoaktors jeweils in einer Zentrier- und/oder Isolationshülse im Aktorfuß am Piezoelement liegen. Ein solche Anordnung ist beispielsweise vorteilhaft zur Steuerung des Hubs einer Nadel für die Kraftstoffeinspritzung in einem Kraftfahrzeug einsetzbar und zwar sowohl mit einer einstufigen als auch mit einer zweistufigen Übersetzung.
Gemäß eines vorteilhaften Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Piezoaktors werden in einem ersten Verfahrensschritt die Kontaktelemente mittels der Kontaktverbindungen an die Leitungen angefügt und in einem zweiten Verfahrensschritt wird das Piezoelement mit dem Aktorfuß über die Kontaktelemente geschoben und dann der Aktorfuß mit dem Kopfteil des Haltekörpers fest verbunden. Hierbei kann dann auch vor dem ersten Verfahrensschritt eine Prüfung der Kontaktverbindungen und der Hochdruckdichtungen auf einfache Weise vorgenommen werden. Eine Polung und Signalprüfung des Piezoelements ist bevorzugt vorher durchzuführen.
Die Verbindungen der Leitungen mit den Kontaktelementen können beispielsweise durch Verschweißen oder Löten bzw. auch durch Krimpen der sich jeweils gegenüber liegenden Enden hergestellt werden. Die Enden der Leitungen und der Kontaktelemente können dabei in vorteilhafter Weise gestaucht oder auch direkt stumpf aneinandergefügt werden. Bei einer anderen Ausführungsform können die Enden der Leitungen und der Kontaktelemente mit Abflachungen überlappend aneinander liegen. Weiterhin ist es möglich, dass ein Ende der Leitungen oder der Kontaktelemente gestaucht und mit einer Innenbohrung versehen ist und das jeweils andere Ende in die Innenbohrung eingefügt ist. Ferner können auch die Enden der Leitungen und der Kontaktelemente jeweils in Öffnungen einer Hülse eingefügt werden und dann durch Verschweißen oder Löten bzw. auch durch Krimpen verbunden werden.
Die Erfindung ermöglicht somit eine hochdruckdichte Verbindung der Teile des Piezoaktors und gleichzeitig eine sichere elektrische Verbindung der elektrischen Anschlüsse, wobei man auch, ohne das nachteilige Steckerprinzip anwenden zu müssen, einen schrittweisen Zusammenbau und eine schrittweise Prüfung der Funktion der Elemente erreicht. Die hochdruckdicht im Kopfteil vorzugsweise in einer Glasschmelze eingebrachten Leitungen können geprüft werden, bevor die gesamte Piezoaktoranordnung bzw. das damit aufgebaute Einspritzventil montiert wird. Die Schweiß- oder Lötstellen der Kontaktverbindungen sind zunächst gut zugänglich und elektrisch, mechanisch oder optisch prüfbar und eine Nacharbeit ist eventuell noch möglich. Auch ist eventuell ein Längenausgleich je nach der gewählten Art der Kontaktverbindung möglich.
Bei einem Defekt in dem Stadium vor der Montage ist das Piezoelement in einer anderen Anordnung noch nutzbar. Die Erfindung ist vor allem zusammen mit einer Kontaktierung der Innenelektroden über innen im Piezoelement liegende Kontaktelemente möglich, so dass außen auf dem Piezoelement leicht eine Isolation angebracht werden kann und hier keine Elektrodendrähte hervorstehen. Im Prinzip ist jedoch die Erfindung auch mit einer Außenkontaktierung der Innenelektroden anwendbar, wenn hierfür die nötigen Vorkehrungen getroffen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Piezoaktors werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Piezoinjektor mit einem Pie- zoaktor in einem prinzipiellen geometrischen Aufbau nach dem Stand der Technik mit außenliegender Kontaktierung der Innenelektroden,
Figur 2 einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Piezoinjektors mit innenliegender Kontaktierung, bei dem Verbindungsvarianten zur inneren Kontaktierung der Innenelektroden angedeutet sind,
Figur 3 eine Prinzipdarstellung von möglichen Verbindungsformen beim Anschlusses der Innenkontakte und
Figur 4 eine schematische Darstellung mit den Innenkontakten beim Zusammenbau des Piezoaktors.
Ausfϋhrungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist ein prinzipieller Aufbau eines einstufigen Piezoinjektors 1 gezeigt, bei dem ein Piezoaktor zur direkten Nadelhubsteuerung einer Düsennadel im Einspritzsystem für Kraftstoff bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt werden kann. Der Piezoinjektor 1 weist einen Haltekörper 2 auf, der in seinen geometrischen Abmessungen im wesentlichen an den spezifischen Einsatzort angepasst werden kann. Am oberen Teil des Haltekörper 2 ist ein hier nicht dargestelltes Steckerteil vorhanden, durch das mit einer ebenfalls spezifisch an den Anwendungsfall angepassten Steckerausführung die e- lektrische Spannung zur Ansteuerung eines Piezoelements 3 als Bestandteil eines Piezoaktors im Inneren des Haltekörpers 2 angeschlossen werden kann.
Vom Steckerteil sind hier Zuführdrähte als elektrische Leitungen 4 und 5 zu Kontaktelementen 6 und 7, die auch als Außenelektroden bezeichnet werden, an das Piezoelement 3 geführt. Das Piezoelement 3 wirkt bei einer Betätigung, wie eingangs beschrieben, über eine sich hier senkrecht unter- halb befindliche mechanische Anordnung mit einem Koppler 8 auf eine Düsennadel 9 derart, dass hier eine Freigabe einer Düsenöffnung 10 erfolgen kann. Ein im Inneren des Piezoinjektors 1 durch den Innenraum des Haltekörpers 2 geführter Kraftstoff kann somit in den Brennraum eines hier nicht dargestellten Verbrennungsmotors injiziert werden.
Die Piezolagen des Piezoelements 3 liegen nach der Figur 1 über einen Aktorfuß 11 oben an einem balligen Dichtsitz im Innenraum des Haltekörpers 2 an, wobei das Piezoelement 3 zur Bewirkung eines guten Dichtsitzes mit einer Feder 12 angedrückt wird. Insbesondere bei den eingangs erwähnten Common-Rail (CR)-Systemen ist hier eine Hochdruckabdichtung zu einem elektrischen Anschlussraum 13 notwendig, durch den die zwei elektrischen Leitungen 4 und 5 an das Piezoelement 3 geführt sind.
Aus Figur 2 ist ein Teil eines erfindungsgemäßen Piezoinjektors 20 im zusammengebauten Zustand zu entnehmen. Es ist hier ein Piezoelement 21 vorhanden, bei dem hier nur beispielhaft Innenelektroden 22 und 23 mit einem Bezugszeichen versehen sind, die im Stapelaufbau des Piezoelements 21 wechselseitig jeweils über innere Kontaktelemente 24 und 25 mit einer elektrischen Spannung versorgt werden. Durch das Potentialgefälle bei Anlage einer Spannung wird die in der Beschreibungseinleitung erläuterte mechanische Reaktion in den Piezolagen 26 aus Keramikfolien zwischen den Innenelektroden 22 und 23 bewirkt.
Die Piezolagen des Piezoelements 21 nach der Figur 2 liegen weiterhin ü- ber eine Deckplatte 27 aus Keramik und einen Aktorfuß 28 aus Stahl am Haltekörper 29 des Piezoinjektors 20 an, wobei der Haltekörper 29 ein Kopfteil 30 aufweist, das zum einen eine Kraftstoffzufuhr 31 und ein elektrisches Anschlussteil 32 aufweist. Das Piezoelement 21 ist gegenüber dem Kraftstoff im Inneren des Haltekörpers 29 noch mit einer äußeren Isolationsschicht 33 abgedichtet. Im Inneren des Kopfteils 30 sind Zuführdrähte als Leitungen 34 und 35 isoliert eingefügt, die zum Anschluss an das Piezoelement 21 hochdruckdicht vorzugsweise mittels einer Glaseinschmelzung 36 eingepresst sind und zum Anschluss an die Kontaktelemente 24 und 25 sind Kontaktverbindungen 37 oder 38 vorhanden, die jeweils in Isolations- oder Zentrierhülsen 39 zu liegen kommen.
In Figur 3 sind beispielhaft einige Varianten der Kontaktverbindungen 37 oder 38, zum Beispiel zwischen der Leitung 25 und dem Zuführungsdraht 35, gezeigt. Links ist in der Figur 3a eine Verbindung zwischen gestauchten Enden und rechts daneben mit Figur 3b zwischen ungestauchten Enden gezeigt, die dann zum Beispiel verschweißt oder verlötet werden können. Das dritte Beispiel in Figur 3c zeigt abgeflachte Enden, die dann verschweißt oder gelötet werden können und daneben ist mit Figur 3d eine Variante gezeigt, bei der das Ende der Leitung 35 gestaucht und mit einer Innenbohrung versehen ist, in die das Gegenstück dann ebenfalls eingesteckt und verschweißt oder gelötet werden kann. Die Variante nach Figur 3e zeigt eine Verbindung über eine Hülse 40, an die die Enden der Leitung 35 und des Kontaktelements 25 beidseitig geschweißt, gelötet oder gekrimpt werden können.
Aus Figur 4 ist schematisch der Montageprozess bei der Anbringung des Piezoelements 21 mit dem Aktorfuß 28 an das Kopfteil 30 des Haltekörpers 29 gezeigt. Zunächst werden die Kontaktelemente 24 und 25 mittels der Kontaktverbindungen 38 und 37 (vgl. Figur 2 und 3a bis 3e) angebracht. Diese Kontaktelemente 24 und 25 können zum Beispiel elektrisch leitfähige Bürsten sein oder aus einem gewellten oder glatten Draht bestehen, der mittels eines Leitklebers montierbar ist. Bevor nun das Piezoelement 21 angefügt wird, kann dies separat gepolt werden oder auch einer Großsignalprüfung unterzogen werden, wobei hierfür beispielsweise eine demotier- und wiederverwendbare Bürstenelektrode benutzt werden kann. Es ist auch denkbar, dass die Kontaktelemente 24 und 25 im Piezoelement 21 bis auf Reststücke bereits vormontiert sind.
Anschließend kann nun das Piezoelement 21 mit dem Aktorfuß 28 auf die Kontaktelemente 24 und 25 aufgeschoben und beispielsweise an Schweißstellen 41 (Figur 2) mit dem Kopfteil 30 verbunden werden. Hierbei dienen die ebenfalls aus der Figur 2 zu entnehmenden Isolations- oder Zentrierhülsen 39, die neben der elektrischen Isolation auch der Zentrierung und Torsionsfixierung des Piezoelements 21 im Kopfteil 30 dienen, wobei diese Isolations- oder Zentrierhülsen 39 auch je nach Polarität unterschiedliche Au- ßendurchmessener aufweisen können, damit die Polarität nicht vertauscht wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Erfindung ist zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einem Kraftfahrzeug einsetzbar.

Claims

Patentansprϋche
1 ) Anordnung mit einem Piezoaktor, mit
- einem Mehrschichtaufbau von Piezolagen (26), die als Piezoelement (3;21 ) mit einem Aktorfuß (28,27) in einem Haltekörper (2;29,30) gehalten sind, wobei am Piezoelement (3;21 ) eine innere wechselseitige Kon- taktierung von Innenelektroden (22,23) mit Kontaktelementen (24,25) vorhanden ist und mit
- elektrischen Leitungen (34,35), die durch ein Kopfteil (30) des Haltekörpers (29) zu den Kontaktelementen (24,25) geführt sind, wobei
- die fest im Kopfteil (30) eingebetteten Leitungen (34,35) über Kontaktverbindungen (37,38) mit den Kontaktelementen (24,25) verbindbar sind.
2) Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kontaktverbindungen (37,38) nach der Montage der Anordnung jeweils in einer Zentrier- und/oder Isolationshülse (39) im Aktorfuß (28,27) am Piezoelement (21 ) zu liegen kommen.
3) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kontaktverbindungen (37,38) durch Verschweißen oder Löten der sich jeweils gegenüber liegenden Enden der Leitungen (34,35) und der Kontaktelemente (24,25) herstellbar ist. 4) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kontaktverbindungen (37,38) durch Krimpen der sich jeweils gegenüber liegenden Enden der Leitungen (34,35) und der Kontaktelemente (24,25) herstellbar ist.
5) Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Enden der Leitungen (34,35) und der Kontaktelemente (24,25) gestaucht sind.
6) Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Enden der Leitungen (34,35) und der Kontaktelemente (24,25) direkt stumpf aneinandergefügt sind.
7) Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Enden der Leitungen (34,35) und der Kontaktelemente (24,25) mit Abflachungen überlappend aneinander liegen.
8) Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Ende der Leitungen (34,35) oder der Kontaktelemente (24,25) gestaucht und mit einer Innenbohrung versehen ist und das jeweils andere Ende in die Innenbohrung eingefügt ist.
9) Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Enden der Leitungen (34,35) und der Kontaktelemente (24,25) jeweils in Öffnungen einer Hülse (40) eingefügt sind. 10) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Anordnung als Piezoinjektor für die Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor für ein Kraftfahrzeug einsetzbar ist
11 ) Verfahren zur Herstellung eines Piezoaktors nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass
- in einem ersten Verfahrensschritt die Kontaktelemente (24,25) mittels der Kontaktverbindungen (37,38) an die Leitungen (24,25) angefügt werden und
- in einem zweiten Verfahrensschritt das Piezoelement (21 ) mit dem Aktorfuß (28) über die Kontaktelemente (34,35) geschoben und dann der Aktorfuß (28) mit dem Kopfteil (30) des Haltekörpers (29 ) fest verbunden wird.
12) Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass
- dem ersten Verfahrensschritt eine Polung und Signalprüfung des Piezo- elements (21 ) sowie eine Prüfung der Kontaktverbindungen (37,38) vorgeschaltet wird.
EP06819048A 2005-08-22 2006-07-17 Anordnung mit einem piezoaktor und ein verfahren zu dessen herstellung Withdrawn EP1920529A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005039550A DE102005039550A1 (de) 2005-08-22 2005-08-22 Anordnung mit einem Piezoaktor und ein Verfahren zu dessen Herstellung
PCT/EP2006/064307 WO2007023034A2 (de) 2005-08-22 2006-07-17 Anordnung mit einem piezoaktor und ein verfahren zu dessen herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1920529A2 true EP1920529A2 (de) 2008-05-14

Family

ID=37654724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP06819048A Withdrawn EP1920529A2 (de) 2005-08-22 2006-07-17 Anordnung mit einem piezoaktor und ein verfahren zu dessen herstellung

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1920529A2 (de)
DE (1) DE102005039550A1 (de)
WO (1) WO2007023034A2 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007012921A1 (de) * 2007-03-19 2008-09-25 Robert Bosch Gmbh Kabeldurchführungen für ein Piezoaktormodul

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4356268B2 (ja) * 2000-06-26 2009-11-04 株式会社デンソー 燃料噴射装置
DE10335019A1 (de) * 2003-07-31 2005-02-17 Robert Bosch Gmbh Piezoaktor
WO2005067070A1 (de) * 2004-01-12 2005-07-21 Siemens Aktiengesellschaft Aktor mit innenliegender anschlusselektrode und herstellungsverfahren für einen solchen aktor
DE102004004706A1 (de) * 2004-01-30 2005-08-18 Robert Bosch Gmbh Kabeldurchführung und Brennstoffsystemteil mit einer Kabeldurchführung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007023034A3 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102005039550A1 (de) 2007-03-01
WO2007023034A2 (de) 2007-03-01
WO2007023034A3 (de) 2007-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1634340B1 (de) Rohrfeder für aktor und verfahren zur montage der rohrfeder
EP1920476B1 (de) Anordnung mit einem piezoaktor
EP1920474B1 (de) Piezoaktor mit einer selbstzentrierenden steckverbindung
DE102005045229A1 (de) Anordnung mit einem Piezoaktor und ein Verfahren zu dessen Herstellung
WO2007023034A2 (de) Anordnung mit einem piezoaktor und ein verfahren zu dessen herstellung
EP1929554B1 (de) Anordnung mit einem piezoaktor und ein verfahren zu dessen herstellung
WO2007023047A1 (de) Anordnung mit einem piezoaktor
DE102005039567A1 (de) Anordnung mit einem Piezoaktor und ein Verfahren zu dessen Herstellung
DE102005039558B4 (de) Anordnung mit einem Piezoaktor und ein Verfahren zu dessen Herstellung
WO2007023048A1 (de) Piezoaktor mit steckervorrichtung und ein verfahren zu dessen herstellung
EP1920475A1 (de) Piezoaktor mit zweiteiligem haltekörper
EP2013922B1 (de) Piezoaktormodul mit einer ummantelung und ein verfahren zu dessen herstellung
EP1962351A1 (de) Piezoaktormodul mit einer Kabeldurchführung
WO2007033859A1 (de) Anordnung mit einem piezoaktor
WO2007023040A1 (de) Piezoaktor mit einer steckverbindung
EP1973176A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Piezoaktormoduls mit einem umhüllten Piezoaktor und ein Piezoaktormodul
DE10153630A1 (de) Brennstoffeinspritzventil
EP1972778B1 (de) Kabeldurchführungen für ein Piezoaktormodul
DE102008044164A1 (de) Aktormodul
EP2034532A1 (de) Piezoaktormodul mit einem Schutzschichtsystem und ein Verfahren zu dessen Herstellung
DE102006041670A1 (de) Aktormodul mit einer einen Wellbalg aufweisenden Umhüllung eines Piezoaktors

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20080325

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

17Q First examination report despatched

Effective date: 20080617

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20081230