WO2005067070A1 - Actuator comprising an internal connection electrode, and method for producing one such actuator - Google Patents

Actuator comprising an internal connection electrode, and method for producing one such actuator Download PDF

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WO2005067070A1
WO2005067070A1 PCT/EP2004/053612 EP2004053612W WO2005067070A1 WO 2005067070 A1 WO2005067070 A1 WO 2005067070A1 EP 2004053612 W EP2004053612 W EP 2004053612W WO 2005067070 A1 WO2005067070 A1 WO 2005067070A1
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actuator
connection
electrodes
connection electrode
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PCT/EP2004/053612
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Roland Albert
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

Definitions

  • the invention relates to an actuator according to the preamble of claim 1 and a manufacturing method for an actuator according to the preamble of claim 13.
  • piezoelectric actuators are used as actuators for injection valves.
  • Piezoelectric actuators generally consist of a stack of piezo elements, between which electrodes are arranged for the electrical control of the piezo elements. By placing the electrodes in a charge state, an electric field is built up in the area of the piezo elements, which leads to a change in length of the piezo elements.
  • connection electrodes In order to put the electrodes of the actuator in a charged state, it is necessary to connect them to connection electrodes. It must be taken into account that the actuator changes its length during operation, which is accompanied by a relative movement of the electrodes with respect to an actuator carrier plate. In order to nevertheless be able to establish a reliable electrical connection to the electrodes of the actuator, it is necessary to provide connections which are capable of withstanding these movements.
  • One possibility is, for example, to apply an external contact to the electrodes that come to the surface of the stack.
  • Wires or metal sponges can be attached to control the electrodes electrically.
  • These flexible contacting elements are in turn connected for further contacting with electrically conductive connection pins. Since the contact with thin wires or metal sponges is mechanically very sensitive, the entire assembly consisting of the stack, the thin wires or metal sponges and the connection pins inserted into a plastic sleeve and cast with silicone.
  • a disadvantage of this is the complex isolation and casting process, for example.
  • the wire wrapping and the further contacting in the form of the metal pins are also labor-intensive.
  • the attachment of the wires or the metal sponges and the casting process can have an adverse effect on the resistance of the piezoceramic to crack formation.
  • space is required for such contacting, which is in contrast to the desire for a compact design of the actuator due to the limited space available in the internal combustion engine.
  • the invention is therefore based on the object of achieving reliable electrical actuation of the electrodes of an actuator with the least possible outlay with little space requirement. It is a further object of the invention to provide a manufacturing method with which such an actuator can be manufactured with the least possible effort.
  • the object is achieved with an actuator according to claim 1. Furthermore, a manufacturing method according to claim 13 is suitable for manufacturing such an actuator.
  • the invention is based on the technical knowledge that the space requirement is minimized with internal connection electrodes and the connection electrodes are protected inside. This also minimizes the risk of cracks forming during operation.
  • a connection electrode for electrically actuating the actuator is preferably arranged at least partially in the interior of the actuator, that is to say that the connection electrode lies for example over its entire length entirely in the actuator or on the edge of the actuator, the edge of the actuator being the edge the piezo element is.
  • the Piezo elements can also be cast in a protective layer. It is also possible that part of the connection electrode is arranged outside the stack, for example for further contacting to the outside. If, according to the invention, the connection electrode is arranged on the edge of the piezo stack, it is not outside the stack of the piezoceramic elements.
  • connection electrode is, for example, the possibility of dispensing with complex external connection elements such as thin wires. It is also possible to dispense with larger protective devices outside the actuator. If, however, a redundant electrical control is also desired for larger outputs or to lower the current density of the actuator, an external connection electrode can also be provided in addition to the internal connection electrode. Furthermore, it is also conceivable that only one pole of a two-pole electrical control of the actuator is designed in the form of an internal connection electrode and the second pole is represented by an external connection electrode or the housing. This allows electrical actuation of the actuator to be achieved with very little effort, which is also space-saving.
  • the actuator advantageously consists of a plurality of piezo elements arranged in a stack, between which electrodes for electrical actuation are arranged, at least one of these electrodes being electrically conductively connected to the connection electrode.
  • the electrode can be connected to the connection electrode with conductive paste, for example, in order to enable a flexible, electrically conductive connection. If several electrodes are connected to one connection electrode, this offers the advantage that a connection electrode does not have to be provided for each individual electrode.
  • the piezo elements preferably have cutouts in which the connection electrode is arranged. These recesses can be drilled holes, for example, which are drilled in the piezo elements before the stack is assembled.
  • connection electrode in a recess in the piezo elements at the edge of the stack. This would have the advantage, for example, that the connection electrode could also be attached after the stack had been assembled, and at the same time a space-saving arrangement was achieved.
  • the recesses in the piezo elements can, for example, be drilled, punched or worked out in some other way.
  • the electrodes that are not electrically conductively connected to the connection electrode have recesses that are larger than the cross section of the connection electrode. This has the advantage that no electrically conductive connection between the connection electrode and the electrodes that are not to be connected to this connection electrode can occur. If the distance between the electrode and the connection electrode is sufficiently large, it is also guaranteed that no electrically conductive connection can arise during later operation of the actuator. Like the recesses of the connection electrode
  • the recesses in the electrodes are advantageously round in order to avoid initiation of cracks in the recess during later operation of the actuator.
  • a recess can have special advantages if it is circular. However, other forms may be favored in certain embodiments.
  • the internal connection electrode generally counteracts the formation of cracks, since the piezoceramic or the electrode have fewer interferences in the inner areas than at the edge.
  • connection electrode is preferably formed by forming the electrode with a thickening.
  • This verdi- Cover can be, for example, a cylindrical elevation on the electrode.
  • the thickening is applied to the electrode where the recess of the piezo element is arranged when the electrode is arranged in a stack with the piezo elements. The thickening thus engages in the cutout of the adjacent piezo element and, if it is sufficiently high, also extends through it.
  • the thickening can also be designed such that it extends through several adjacent piezo elements.
  • the thickening is preferably designed in such a way that it creates an electrically conductive connection with the next underlying electrode, which is electrically conductively connected to the connecting electrode. If all electrodes which are to be connected to a connection electrode are designed in this way, the connection electrode is formed by the thickening of the electrodes. This has the advantage that no additional work step is required when assembling the stack for installing the connection electrode.
  • connection electrodes are arranged at least partially in the interior of the actuator. If two connection electrodes are provided for controlling the actuator, the installation of both connection electrodes in the interior of the actuator has the advantage that both are protected inside. An external contact can thus be dispensed with, as a result of which the risk of crack initiation on the outer edge of the actuator can be reduced.
  • additional connection electrodes on the outside for example for redundant electrical control of the actuator. This can also result in a lowering of the current density or an increase in output.
  • connection electrodes are provided for the electrical control of the actuator, these are advantageously connected alternately to one electrode each. That means the bottom electrode is for example with the first connection electrode, the second electrode from below with the second connection electrode, the third electrode is in turn connected with the first connection electrode and so on. In this way, the stack of piezo elements can be efficiently electrically controlled with minimal effort.
  • the position of the connection electrodes in the cross section of the actuator can itself be freely selected.
  • the cross section of the actuator can be divided into two halves of the same size and a connection electrode can be arranged in the center of area. This has the advantage that the effect of a lack of control of the piezo elements in the area of the connection electrode does not lead to any irregularities in the deformation of the actuator.
  • connection electrodes can also be advantageous to arrange both connection electrodes on one side of the cross section if a corresponding deformation behavior is desired or if this is required geometrically. If more than two connection electrodes are arranged, they can also be arranged evenly distributed over the cross-section of the actuator, for example in the case of a circular cross-section in the centroids of the quarter circles.
  • a redundancy connecting electrode which can increase the operational reliability of the actuator, can preferably be arranged in the actuator.
  • the redundancy connection electrode is electrically conductively connected to the connection electrode and the electrodes connected to the connection electrode, so that the electrodes are electrically actuated redundantly.
  • the redundancy connection electrode can be arranged partially or entirely inside or at the edge of the actuator. An arrangement of the redundancy connection electrode outside the actuator is also conceivable. If the redundancy connection electrode is installed inside, the advantages of an internally arranged connection electrode described above result from this. If two or more connection electrodes are provided for the electrical control of the actuator, then for each control end electrode one or more redundancy connection electrodes are provided, which can increase the operational reliability of the actuator.
  • connection electrodes can be made from conductive material that can be screen-printed.
  • the cutouts which were previously arranged in the piezo elements are also filled with the material from which the connection electrode is made, as a result of which an electrically conductive connection to a connection electrode located underneath can be produced.
  • the material layer printed on by the screen printing method can have a cutout, as a result of which the cutout of the electrode is produced.
  • connection electrode and the electrode in two or more steps, which results in the advantage that the connection electrode and the electrode can consist of different materials.
  • special flexible materials such as a conductive paste can be arranged in the area of the connection from the connection electrode to the electrode.
  • connection electrode and the electrode can advantageously consist of the same material. This has the advantage that they can be applied to the adjacent piezo element in one work step. Furthermore, only one material has to be kept available for the manufacturing process of the electrodes and the connection electrodes. However, it can also be advantageous to produce the electrodes, the connections of the electrodes to the connection electrodes or the connection electrodes from different materials. This could have the advantage that different materials can be used for different components depending on the requirements.
  • the connecting electrode or the electrodes can preferably consist at least partially of silver, silver-palladium, silver-platinum, gold, palladium-gold, platinum-gold, a tungsten alloy or a molybdenum alloy.
  • LTCC low temperature cofired ceramics
  • HTCC high temperature cofired ceramics
  • the invention comprises a manufacturing method for manufacturing the advantageous embodiments described above.
  • the invention comprises an injector for an internal combustion engine, which contains an actuator in one of the advantageous embodiments described above.
  • An injection system according to the invention for an internal combustion engine with one or more of the actuators described above has the advantage that there is minimal space requirement for the actuators of the injection valves in the area of the internal combustion engine and that the actuators have a high level of reliability in operation due to the internal connection electrodes.
  • the actuator according to the invention which can be produced using a manufacturing method according to the invention, is subsequently explained in more detail with reference to the attached figures.
  • FIG. 1 schematically shows a piezo actuator according to the invention in longitudinal section.
  • Fig. 2 shows the section A-A of Figure 1.
  • FIG. 3 shows the section BB of FIG. 1.
  • 4 shows the section CC of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a piezo actuator 1 according to the invention, which has a stack of piezo elements 2, which are electrically controlled via electrodes 3.1 and 3.2.
  • a piezo element 2 is enclosed by two differently designed electrodes 3.1 and 3.2, the electrode 3.1 having a cutout 4.1 on the right side in the sectional plane and the electrode 3.2 on the left side in the sectional plane having a cutout 4.2.
  • the electrodes 3.1 and 3.2 are provided to electrically actuate the piezo element 2 above and below. If the piezo elements 2 are electrically controlled, i.e. Applied with an electrical voltage via the electrodes 3.1 and 3.2, the elongation of the piezo ceramic of the piezo elements 2 changes.
  • the piezo elements 3.1 are connected to a left connection electrode 5.1 and the piezo elements 3.2 are electrically conductively connected to a right connection electrode 5.2.
  • the piezo actuator 1 has an upper cover layer 6 and a lower cover layer 7, which terminate the piezo actuator 1 at the top and at the bottom.
  • the lower cover layer 7 rests on a metal plate 8; the metal plate 8 has two glass leadthroughs 9, through which two metal pins 10 are guided to the outside for contacting the piezo actuator 1.
  • a metal pin 10 with a conductive adhesive 11 is connected to each of the connection electrodes 5.1 and 5.2.
  • the stack of the piezo elements 2 and electrodes 3.1 and 3.2 with the connection electrodes 5.1 and 5.2 is produced by the piezo elements 2, which are provided with drilled holes before assembly, with the electrodes 3.1 and 3.2 are screen printed.
  • the plated-through hole to one of the electrodes 3.1 or 3.2 underneath is also produced.
  • the vias later form the connection electrodes 5.1 and 5.2.
  • the vias are produced in the same way as the vias in ceramic circuit carriers, in which several circuit levels of the ceramic circuit carrier are created during screen printing of the conductor tracks by filling pre-punched holes with electrode paste. This is a method known per se from the prior art.
  • the vias and thus the connection electrodes 5.1 or 5.2 are produced using the screen printing method.
  • all materials that are used in ceramic circuit carriers are suitable as the material for the electrodes and the plated-through holes.
  • a silver-palladium conductor paste can be used.
  • FIG. 2 shows a section through the piezo actuator 1, which is shown in FIG. 1.
  • the piezo actuator 1 is cut at the level of one of the electrodes 3.1. At this cutting height, the electrode 3.1 in the area of the connection electrode 5.1 also forms the plated-through hole for the connection electrode 5.1.
  • the electrode 3.1 has the left-hand recess 4.1 through which the piezo element 2 underneath can be seen.
  • the piezo element 2 underneath comprises a drilled hole in which the connection electrode 5.2 runs.
  • the connection electrodes 5.1, 5.2 are arranged on a bisector of the circular actuator cross section at a distance from the edge of approximately one third of the radius of the actuator cross section.
  • FIG. 3 shows a further section through the piezo actuator 1 shown in FIG. 1.
  • the cut runs at the height of one of the electrodes 3.2.
  • the electrode 3.2 has the left recess 4.2 on the left side.
  • the piezo element 2 located underneath can be seen through the cutout 4.2.
  • the piezo element 2 underneath comprises a drilled hole in the area of the recess 4.2 of the electrode 3.2, in which the connection electrode 5.1 runs.
  • the electrode 3.2 forms the connection electrode 5.2 in the area of the connection electrode 5.2.
  • FIG. 4 shows a section through the metal plate 8, the position of the section being shown in FIG. 1.
  • the two glass leadthroughs 9 are arranged in the metal plate 8, in which the two metal pins 10 are guided to the outside for contacting the piezo actuator.

Abstract

The invention relates to an actuator (1) comprising at least one connection electrode (5.1, 5.2) for electrically controlling said actuator (1). According to the invention, the connection electrode (5.1, 5.2) is arranged at least partially inside the actuator (1). The invention also relates to a method for producing one such actuator (1).

Description

Beschreibungdescription
Aktor mit innenliegender Anschlusselektrode und Herstellungsverfahren für einen solchen AktorActuator with internal connection electrode and manufacturing process for such an actuator
Die Erfindung betrifft einen Aktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für einen Aktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.The invention relates to an actuator according to the preamble of claim 1 and a manufacturing method for an actuator according to the preamble of claim 13.
In modernen Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen werden piezoelektrische Aktoren als Stellglieder für Einspritzventile eingesetzt. Piezoelektrische Aktoren bestehen im Allgemeinen aus einem Stapel von Piezoelementen, zwischen denen E- lektroden zur elektrischen Ansteuerung der Piezoelemente an- geordnet sind. Indem die Elektroden in einen Ladungszustand versetzt werden, wird ein elektrisches Feld im Gebiet der Piezoelemente aufgebaut, wodurch es zu einer Längenänderung der Piezoelemente kommt . Um die Elektroden des Aktors in einen Ladungszustand zu versetzen, ist es nötig, diese an An- schlusselektroden anzuschließen. Dabei muss berücksichtigt werden, dass der Aktor seine Länge im Betrieb verändert, womit eine Relativbewegung der Elektroden bezüglich einer Aktorträgerplatte einhergeht. Um dennoch eine zuverlässige e- lektrische Verbindung zu den Elektroden des Aktors herstellen zu können, ist es nötig, Anschlüsse vorzusehen, die diesen Bewegungen gewachsen sind.In modern injection systems for internal combustion engines, piezoelectric actuators are used as actuators for injection valves. Piezoelectric actuators generally consist of a stack of piezo elements, between which electrodes are arranged for the electrical control of the piezo elements. By placing the electrodes in a charge state, an electric field is built up in the area of the piezo elements, which leads to a change in length of the piezo elements. In order to put the electrodes of the actuator in a charged state, it is necessary to connect them to connection electrodes. It must be taken into account that the actuator changes its length during operation, which is accompanied by a relative movement of the electrodes with respect to an actuator carrier plate. In order to nevertheless be able to establish a reliable electrical connection to the electrodes of the actuator, it is necessary to provide connections which are capable of withstanding these movements.
Eine Möglichkeit ist beispielsweise, eine außen liegende Kon- taktierung auf die an die Oberfläche des Stapels tretenden Elektroden aufzubringen. So können Drähte oder Metallschwämme angebracht werden, um die Elektroden elektrisch anzusteuern. Diese flexiblen Kontaktierungselemente werden wiederum verbunden zur weiteren Kontaktierung mit elektrisch leitenden Anschlussstiften. Da die Kontaktierung mit dünnen Drähten o- der Metallschwämmen mechanisch sehr empfindlich ist, wird üblicherweise die gesamte Baugruppe bestehend aus dem Stapel, den dünnen Drähten oder Metallschwämmen und den Anschluss- stiften in eine Kunststoffhülse eingesetzt und mit Silikon vergossen.One possibility is, for example, to apply an external contact to the electrodes that come to the surface of the stack. Wires or metal sponges can be attached to control the electrodes electrically. These flexible contacting elements are in turn connected for further contacting with electrically conductive connection pins. Since the contact with thin wires or metal sponges is mechanically very sensitive, the entire assembly consisting of the stack, the thin wires or metal sponges and the connection pins inserted into a plastic sleeve and cast with silicone.
Nachteilig daran ist jedoch beispielsweise der aufwändige I- solations- und Vergussprozess . Des Weiteren ist auch das Anbringen der Drahtumwicklung und der weiteren Kontaktierung in Form der Metallstifte arbeitsauf ändig. Außerdem kann sich das Anbringen der Drähte oder der Metallschwämme und der Vergussprozess nachteilig auf die Widerstandsfähigkeit der Pie- zokeramik gegen Rissbildung auswirken. Weiterhin wird für eine solche Kontaktierung Raum benötigt, was im Gegensatz zu dem durch das geringe Platzangebot in der Brennkraftmaschine bedingten Wunsch nach kompakter Bauform des Aktors steht.A disadvantage of this, however, is the complex isolation and casting process, for example. In addition, the wire wrapping and the further contacting in the form of the metal pins are also labor-intensive. In addition, the attachment of the wires or the metal sponges and the casting process can have an adverse effect on the resistance of the piezoceramic to crack formation. Furthermore, space is required for such contacting, which is in contrast to the desire for a compact design of the actuator due to the limited space available in the internal combustion engine.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem Aufwand bei geringem Platzbedarf eine zuverlässige elektrische Ansteuerung der Elektroden eines Aktors zu erreichen. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren anzugeben, mit dem ein solcher Aktor mit mög- liehst geringem Aufwand hergestellt werden kann.The invention is therefore based on the object of achieving reliable electrical actuation of the electrodes of an actuator with the least possible outlay with little space requirement. It is a further object of the invention to provide a manufacturing method with which such an actuator can be manufactured with the least possible effort.
Die Aufgabe wird mit einem Aktor gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterhin ist ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 13 geeignet, einen solchen Aktor herzustellen.The object is achieved with an actuator according to claim 1. Furthermore, a manufacturing method according to claim 13 is suitable for manufacturing such an actuator.
Die Erfindung geht von der technischen Erkenntnis aus, dass bei innen liegenden Anschlusselektroden der Platzbedarf minimiert wird und die Anschlusselektroden geschützt im Inneren liegen. Dadurch kann außerdem die Rissbildungsgefahr im Be- trieb minimiert werden.The invention is based on the technical knowledge that the space requirement is minimized with internal connection electrodes and the connection electrodes are protected inside. This also minimizes the risk of cracks forming during operation.
Vorzugsweise wird deswegen im Rahmen der Erfindung eine Anschlusselektrode zur elektrischen Ansteuerung des Aktors mindestens teilweise im Inneren des Aktors angeordnet, das heißt, dass die Anschlusselektrode beispielsweise auf ihrer gesamten Länge ganz im Aktor oder am Rand des Aktors liegt, wobei der Rand des Aktors der Rand der Piezoelemente ist. Die Piezoelemente können dabei noch in eine Schutzschicht gegossen sein. Weiterhin ist es möglich, dass ein Teil der Anschlusselektrode beispielsweise zur weiteren Kontaktierung nach Außen außerhalb des Stapels angeordnet ist. Wird die An- schlusselektrode erfindungsgemäß am Rand des Piezostapels angeordnet, so liegt sie dabei nicht außerhalb des Stapels der piezokeramischen Elemente.Therefore, in the context of the invention, a connection electrode for electrically actuating the actuator is preferably arranged at least partially in the interior of the actuator, that is to say that the connection electrode lies for example over its entire length entirely in the actuator or on the edge of the actuator, the edge of the actuator being the edge the piezo element is. The Piezo elements can also be cast in a protective layer. It is also possible that part of the connection electrode is arranged outside the stack, for example for further contacting to the outside. If, according to the invention, the connection electrode is arranged on the edge of the piezo stack, it is not outside the stack of the piezoceramic elements.
Ein weiterer Vorteil der innen liegenden Anschlusselektrode ist beispielsweise die Möglichkeit zum Verzicht auf aufwändige außenliegende Anschlusselemente wie beispielsweise dünne Drähte. Auch ist es möglich, auf größere Schutzeinrichtungen außerhalb des Aktors zu verzichten. Ist jedoch eine redundante elektrische Ansteuerung auch für größere Leistungen bzw. zur Senkung der Stromdichte des Aktors gewünscht, so kann auch zusätzlich zur innen liegenden Anschlusselektrode eine außen liegende Anschlusselektrode vorgesehen sein. Weiterhin ist auch vorstellbar, dass nur ein Pol einer zweipoligen e- lektrischen Ansteuerung des Aktors in Form einer innen lie- genden Anschlusselektrode ausgeführt wird und der zweite Pol durch eine außen liegende Anschlusselektrode oder auch das Gehäuse dargestellt wird. Dadurch kann mit sehr geringem Aufwand eine elektrische Ansteuerung des Aktors erreicht werden, die zugleich platzsparend ist.Another advantage of the internal connection electrode is, for example, the possibility of dispensing with complex external connection elements such as thin wires. It is also possible to dispense with larger protective devices outside the actuator. If, however, a redundant electrical control is also desired for larger outputs or to lower the current density of the actuator, an external connection electrode can also be provided in addition to the internal connection electrode. Furthermore, it is also conceivable that only one pole of a two-pole electrical control of the actuator is designed in the form of an internal connection electrode and the second pole is represented by an external connection electrode or the housing. This allows electrical actuation of the actuator to be achieved with very little effort, which is also space-saving.
Vorteilhafterweise besteht der Aktor aus mehreren in einem Stapel angeordneten Piezoelementen, zwischen denen Elektroden zur elektrischen Ansteuerung angeordnet sind, wobei mindestens eine dieser Elektroden mit der Anschlusselektrode elekt- risch leitend verbunden ist. Dabei kann die Elektrode beispielsweise mit Leitpaste an die Anschlusselektrode angeschlossen werden, um eine flexible elektrisch leitende Verbindung zu ermöglichen. Werden mehrere Elektroden an eine Anschlusselektrode angeschlossen, so bietet dies den Vorteil, dass nicht für jede einzelne Elektrode eine Anschlusselektrode vorgesehen werden muss. Die Piezoelemente weisen vorzugsweise Aussparungen auf, in denen die Anschlusselektrode angeordnet ist. Diese Aussparungen können beispielsweise gebohrte Löcher sein, die vor dem Zusammenbau des Stapels in die Piezoelemente gebohrt werden. Alternativ ist es auch möglich andere Verfahren zur Herstellung der Löcher zu verwenden, wie Stanzen, Fräsen oder Ausschneiden. Es ist auch vorstellbar, die Anschlusselektrode in eine Aussparung der Piezoelemente am Rand des Stapels anzuordnen. Dies hätte beispielsweise den Vorteil, dass die An- schlusselektrode auch nach Zusammenbau des Stapels angebaut werden könnte und gleichzeitig eine platzsparende Anordnung erreicht wird. Die Aussparungen in den Piezoelementen können beispielsweise gebohrt, gestanzt oder in einer anderen Weise herausgearbeitet sein.The actuator advantageously consists of a plurality of piezo elements arranged in a stack, between which electrodes for electrical actuation are arranged, at least one of these electrodes being electrically conductively connected to the connection electrode. The electrode can be connected to the connection electrode with conductive paste, for example, in order to enable a flexible, electrically conductive connection. If several electrodes are connected to one connection electrode, this offers the advantage that a connection electrode does not have to be provided for each individual electrode. The piezo elements preferably have cutouts in which the connection electrode is arranged. These recesses can be drilled holes, for example, which are drilled in the piezo elements before the stack is assembled. Alternatively, it is also possible to use other methods for producing the holes, such as punching, milling or cutting out. It is also conceivable to arrange the connection electrode in a recess in the piezo elements at the edge of the stack. This would have the advantage, for example, that the connection electrode could also be attached after the stack had been assembled, and at the same time a space-saving arrangement was achieved. The recesses in the piezo elements can, for example, be drilled, punched or worked out in some other way.
Vorteilhafterweise weisen die nicht mit der Anschlusselektrode elektrisch leitend verbundenen Elektroden Aussparungen auf, die größer sind als der Querschnitt der Anschlusselektrode. Dies hat den Vorteil, dass keine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Anschlusselektrode und den nicht mit dieser Anschlusselektrode zu verbindenden Elektroden entstehen können. Bei ausreichend großem Abstand zwischen der E- lektrode und der Anschlusselektrode ist auch gewährt, dass bei einem späteren Betrieb des Aktors keine elektrisch lei- tende Verbindung entstehen kann. Wie die Aussparungen derAdvantageously, the electrodes that are not electrically conductively connected to the connection electrode have recesses that are larger than the cross section of the connection electrode. This has the advantage that no electrically conductive connection between the connection electrode and the electrodes that are not to be connected to this connection electrode can occur. If the distance between the electrode and the connection electrode is sufficiently large, it is also guaranteed that no electrically conductive connection can arise during later operation of the actuator. Like the recesses of the
Piezoelemente, so sind auch die Aussparungen der Elektroden vorteilhafterweise rund, um eine Rissinitiierung an der Aussparung im späteren Betrieb des Aktors zu vermeiden. So kann eine Aussparung besondere Vorteile haben, wenn sie kreisrund ist. Bei bestimmten Ausführungsformen können jedoch auch andere Formen begünstigt sein. Die innenliegende Anschlusselektrode wirkt allgemein der Rissbildung entgegen, da die Piezokeramik oder die Elektrode in den Innenbereichen weniger Störungen aufweisen als am Rand.Piezo elements, the recesses in the electrodes are advantageously round in order to avoid initiation of cracks in the recess during later operation of the actuator. A recess can have special advantages if it is circular. However, other forms may be favored in certain embodiments. The internal connection electrode generally counteracts the formation of cracks, since the piezoceramic or the electrode have fewer interferences in the inner areas than at the edge.
Vorzugsweise wird die Anschlusselektrode gebildet, indem die Elektrode mit einer Verdickung ausgebildet wird. Diese Verdi- ckung kann beispielsweise eine zylinderförmige Erhebung auf der Elektrode sein. Die Verdickung wird dort auf der Elektrode angebracht, wo bei der Anordnung der Elektrode im Stapel mit den Piezoelementen die Aussparung des Piezoelements ange- ordnet ist. Damit greift die Verdickung in die Aussparung des angrenzenden Piezoelements hinein und, falls sie ausreichend hoch ist, auch hindurch. Die Verdickung kann auch so gestaltet sein, dass sie durch mehrere angrenzende Piezoelemente hindurch greift. Vorzugsweise ist die Verdickung dabei genau so ausgebildet, dass sie mit der nächsten darunter liegenden Elektrode, die mit der Anschlusselektrode elektrisch leitend verbunden ist, eine elektrisch leitende Verbindung herstellt. Werden alle Elektroden, die mit einer Anschlusselektrode zu verbinden sind, derart ausgestaltet, so wird dadurch die An- schlusselektrode durch die Verdickungen der Elektroden gebildet. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Arbeitsschritt beim Zusammenbau des Stapels für den Einbau der Anschlusselektrode erforderlich ist.The connection electrode is preferably formed by forming the electrode with a thickening. This verdi- Cover can be, for example, a cylindrical elevation on the electrode. The thickening is applied to the electrode where the recess of the piezo element is arranged when the electrode is arranged in a stack with the piezo elements. The thickening thus engages in the cutout of the adjacent piezo element and, if it is sufficiently high, also extends through it. The thickening can also be designed such that it extends through several adjacent piezo elements. The thickening is preferably designed in such a way that it creates an electrically conductive connection with the next underlying electrode, which is electrically conductively connected to the connecting electrode. If all electrodes which are to be connected to a connection electrode are designed in this way, the connection electrode is formed by the thickening of the electrodes. This has the advantage that no additional work step is required when assembling the stack for installing the connection electrode.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden mindestens zwei Anschlusselektroden zumindest teilweise im Inneren des Aktors angeordnet. Sind zwei Anschlusselektroden zur Ansteuerung des Aktors vorgesehen, so bietet der Einbau beider Anschlusselektroden in das Innere des Aktors den Vor- teil, dass beide geschützt im Inneren liegen. Dadurch kann auf eine Außenkontaktierung verzichtet werden, wodurch die Rissinitiierungsgefahr am Außenrand des Aktors vermindert werden kann. Es ist jedoch auch vorstellbar, außen beispielsweise zur redundanten elektrischen Ansteuerung des Aktors zu- sätzliche Anschlusselektroden anzubringen. Dadurch kann auch eine Senkung der Stromdichte oder eine Leistungserhöhung erreicht werden. Auch ist es vorstellbar, die Anschlusselektroden oder eine der Anschlusselektroden am Rand des Aktors in einer Aussparung anzubringen. Werden zwei Anschlusselektroden zur elektrischen Ansteuerung des Aktors vorgesehen, so werden diese vorteilhafterweise abwechselnd mit jeweils einer Elektrode verbunden. Das heißt die unterste Elektrode wird bei- spielsweise mit der ersten Anschlusselektrode, die zweite E- lektrode von unten mit der zweiten Anschlusselektrode, die dritte Elektrode wird wiederum mit der ersten Anschlusselektrode verbunden und so weiter. Auf diese Weise kann mit mini- malem Aufwand der Stapel aus Piezoelementen effizient elektrisch angesteuert werden. Die Lage der Anschlusselektroden im Querschnitt des Aktors ist an sich frei wählbar. So können beispielsweise der Querschnitt des Aktors in zwei gleich große Hälften geteilt werden und eine Anschlusselektrode jeweils im Flächenschwerpunkt angeordnet werden. Dies hat den Vorteil, dass der Effekt aus einer fehlenden Ansteuerung der Piezoelemente im Bereich der Anschlusselektrode zu keinen Verformungsunregelmäßigkeiten des Aktors führt. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, beide Anschlusselektroden an ei- ner Seite des Querschnitts anzuordnen, falls ein entsprechendes Verformungsverhalten gewünscht ist oder falls das geometrisch erforderlich ist. Werden mehr als zwei Anschlusselektroden angeordnet, so können diese auch gleichmäßig verteilt über den Querschnitt des Aktors angeordnet werden, beispiels- weise bei einem kreisrunden Querschnitt jeweils in den Flächenschwerpunkten der Viertelkreise.In an advantageous embodiment of the invention, at least two connection electrodes are arranged at least partially in the interior of the actuator. If two connection electrodes are provided for controlling the actuator, the installation of both connection electrodes in the interior of the actuator has the advantage that both are protected inside. An external contact can thus be dispensed with, as a result of which the risk of crack initiation on the outer edge of the actuator can be reduced. However, it is also conceivable to attach additional connection electrodes on the outside, for example for redundant electrical control of the actuator. This can also result in a lowering of the current density or an increase in output. It is also conceivable to mount the connection electrodes or one of the connection electrodes on the edge of the actuator in a recess. If two connection electrodes are provided for the electrical control of the actuator, these are advantageously connected alternately to one electrode each. That means the bottom electrode is for example with the first connection electrode, the second electrode from below with the second connection electrode, the third electrode is in turn connected with the first connection electrode and so on. In this way, the stack of piezo elements can be efficiently electrically controlled with minimal effort. The position of the connection electrodes in the cross section of the actuator can itself be freely selected. For example, the cross section of the actuator can be divided into two halves of the same size and a connection electrode can be arranged in the center of area. This has the advantage that the effect of a lack of control of the piezo elements in the area of the connection electrode does not lead to any irregularities in the deformation of the actuator. However, it can also be advantageous to arrange both connection electrodes on one side of the cross section if a corresponding deformation behavior is desired or if this is required geometrically. If more than two connection electrodes are arranged, they can also be arranged evenly distributed over the cross-section of the actuator, for example in the case of a circular cross-section in the centroids of the quarter circles.
In dem Aktor kann vorzugsweise eine Redundanz- Anschlusselektrode angeordnet werden, welche die Betriebssi- cherheit des Aktors erhöhen kann. Die Redundanz- Anschlusselektrode wird mit der Anschlusselektrode und den mit der Anschlusselektrode verbundenen Elektroden elektrisch leitend verbunden, so dass die Elektroden redundant elektrisch angesteuert werden. Die Redundanz-Anschlusselektrode kann wie die anderen Elektroden teilweise oder ganz im Inneren oder am Rand des Aktors angeordnet sein. Auch eine Anordnung der Redundanz-Anschlusselektrode außerhalb des Aktors ist vorstellbar. Wird die Redundanz-Anschlusselektrode im Inneren angebracht, so ergeben sich daraus die bereits oben be- schriebenen Vorteile einer innen angeordneten Anschlusselektrode. Sind zwei oder mehr Anschlusselektroden zur elektrischen Ansteuerung des Aktors vorgesehen, so kann für jede An- schlusselektrode eine oder mehrere Redundanz- Anschlusselektroden vorgesehen werden, wodurch sich die Betriebssicherheit des Aktors erhöhen lässt.A redundancy connecting electrode, which can increase the operational reliability of the actuator, can preferably be arranged in the actuator. The redundancy connection electrode is electrically conductively connected to the connection electrode and the electrodes connected to the connection electrode, so that the electrodes are electrically actuated redundantly. Like the other electrodes, the redundancy connection electrode can be arranged partially or entirely inside or at the edge of the actuator. An arrangement of the redundancy connection electrode outside the actuator is also conceivable. If the redundancy connection electrode is installed inside, the advantages of an internally arranged connection electrode described above result from this. If two or more connection electrodes are provided for the electrical control of the actuator, then for each control end electrode one or more redundancy connection electrodes are provided, which can increase the operational reliability of the actuator.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die Anschlusselektroden aus siebdruckfähigem leitendem Material hergestellt sein. Dies bietet den Vorteil, dass die E- lektrode einfach im Siebdruckverfahren auf das angrenzende Piezoelement aufgedruckt werden kann. Dabei werden die Aus- sparungen, die in den Piezoelementen zuvor angeordnet wurden, auch mit dem Material gefüllt, aus dem die Anschlusselektrode besteht, wodurch eine elektrisch leitende Verbindung zu einer darunter liegenden Anschlusselektrode hergestellt werden kann. In dem Gebiet, in dem die jeweils zu druckende Elektro- de eine Aussparung aufweist, kann die im Siebdruckverfahren aufgedruckte Materialschicht eine Aussparung aufweisen, wodurch die Aussparung der Elektrode hergestellt wird. Es ist weiterhin vorstellbar, die Anschlusselektrode und die Elektrode in zwei oder mehr Schritten herzustellen, wobei sich da- durch der Vorteil ergibt, dass die Anschlusselektrode und die Elektrode aus unterschiedlichen Materialien bestehen können. Außerdem können auch spezielle flexible Materialien wie eine Leitpaste im Gebiet des Anschlusses von der Anschlusselektrode mit der Elektrode angeordnet werden.In an advantageous embodiment of the invention, the connection electrodes can be made from conductive material that can be screen-printed. This offers the advantage that the electrode can easily be printed on the adjacent piezo element using the screen printing method. In this case, the cutouts which were previously arranged in the piezo elements are also filled with the material from which the connection electrode is made, as a result of which an electrically conductive connection to a connection electrode located underneath can be produced. In the area in which the electrode to be printed in each case has a cutout, the material layer printed on by the screen printing method can have a cutout, as a result of which the cutout of the electrode is produced. It is also conceivable to produce the connection electrode and the electrode in two or more steps, which results in the advantage that the connection electrode and the electrode can consist of different materials. In addition, special flexible materials such as a conductive paste can be arranged in the area of the connection from the connection electrode to the electrode.
Die Anschlusselektrode und die Elektrode kann vorteilhafterweise aus demselben Material bestehen. Das hat den Vorteil, dass sie in einem Arbeitsschritt auf das angrenzende Piezoelement aufgebracht werden können. Weiterhin muss dabei nur ein Material für den Herstellprozess der Elektroden und der Anschlusselektroden vorgehalten werden. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Elektroden, die Anschlüsse der Elektroden an die Anschlusselektroden oder die Anschlusselektroden aus unterschiedlichen Materialien herzustellen. Dies könnte den Vorteil haben, dass für verschiedene Bauelemente verschiedene Materialien je nach Anforderung eingesetzt werden können. Vorzugsweise kann die Anschlusselektrode oder die Elektroden zumindest teilweise aus Silber, Silber-Palladium, Silber- Platin, Gold, Palladium-Gold, Platin-Gold, einer Wolframle- gierung oder einer Molybdän-Legierung bestehen. Aus der LTCC- (low temperature cofired ceramics) Technologie und der HTCC- (high temperature cofired ceramics) Technologie sind verschiedene Legierungen bekannt, die sich auch für die Herstellung der Elektroden auf den Piezokeramikelementen eignen. Das Material kann auch in Form einer Paste aufgetragen werden.The connection electrode and the electrode can advantageously consist of the same material. This has the advantage that they can be applied to the adjacent piezo element in one work step. Furthermore, only one material has to be kept available for the manufacturing process of the electrodes and the connection electrodes. However, it can also be advantageous to produce the electrodes, the connections of the electrodes to the connection electrodes or the connection electrodes from different materials. This could have the advantage that different materials can be used for different components depending on the requirements. The connecting electrode or the electrodes can preferably consist at least partially of silver, silver-palladium, silver-platinum, gold, palladium-gold, platinum-gold, a tungsten alloy or a molybdenum alloy. Various alloys are known from LTCC (low temperature cofired ceramics) technology and HTCC (high temperature cofired ceramics) technology, which are also suitable for the production of the electrodes on the piezoceramic elements. The material can also be applied in the form of a paste.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Herstellungsverfahren zur Herstellung der oben beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen.Furthermore, the invention comprises a manufacturing method for manufacturing the advantageous embodiments described above.
Außerdem umfasst die Erfindung einen Injektor für eine Brennkraftmaschine, der einen Aktor in einer der oben beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen enthält.In addition, the invention comprises an injector for an internal combustion engine, which contains an actuator in one of the advantageous embodiments described above.
Ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren der oben beschriebenen Aktoren weist den Vorteil auf, dass für die Aktoren der Einspritzventile ein minimaler Platzbedarf im Gebiet der Brennkraftmaschine besteht und dass die Aktoren eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb auf Grund der innenliegenden Anschlusselektroden aufweisen.An injection system according to the invention for an internal combustion engine with one or more of the actuators described above has the advantage that there is minimal space requirement for the actuators of the injection valves in the area of the internal combustion engine and that the actuators have a high level of reliability in operation due to the internal connection electrodes.
Der erfindungsgemäße Aktor, der mit einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt werden kann, wird anschlie- ßend anhand der beigefügten Abbildungen näher erläutert.The actuator according to the invention, which can be produced using a manufacturing method according to the invention, is subsequently explained in more detail with reference to the attached figures.
Fig. 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Pie- zoaktor im Längsschnitt.1 schematically shows a piezo actuator according to the invention in longitudinal section.
Fig. 2 zeigt den Schnitt A-A der Figur 1.Fig. 2 shows the section A-A of Figure 1.
Fig. 3 zeigt den Schnitt B-B der Figur 1. Fig. 4 zeigt den Schnitt C-C der Figur 1.3 shows the section BB of FIG. 1. 4 shows the section CC of FIG. 1.
In Figur 1 ist in Schnittansicht ein erfindungsgemäßer Piezo- aktor 1, der einen Stapel von Piezoelementen 2 aufweist, die über Elektroden 3.1 und 3.2 elektrisch angesteuert werden. In der Stapelanordnung ist jeweils ein Piezoelement 2 von zwei unterschiedlich gestalteten Elektroden 3.1 und 3.2 eingeschlossen, wobei die Elektrode 3.1 auf der im Bild rechten Seite in der Schnittebene eine Aussparung 4.1 und die Elektrode 3.2 auf der linken Seite in der Schnittebene eine Aussparung 4.2 aufweist .1 shows a sectional view of a piezo actuator 1 according to the invention, which has a stack of piezo elements 2, which are electrically controlled via electrodes 3.1 and 3.2. In the stacked arrangement, a piezo element 2 is enclosed by two differently designed electrodes 3.1 and 3.2, the electrode 3.1 having a cutout 4.1 on the right side in the sectional plane and the electrode 3.2 on the left side in the sectional plane having a cutout 4.2.
Die Elektroden 3.1 und 3.2 sind dazu vorgesehen, das jeweils darüber und das darunter liegende Piezoelement 2 elektrisch anzusteuern. Werden die Piezoelemente 2 elektrisch angesteuert, d.h. über die Elektroden 3.1 und 3.2 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, so ändert sich die Dehnung der Piezokeramik der Piezoelemente 2.The electrodes 3.1 and 3.2 are provided to electrically actuate the piezo element 2 above and below. If the piezo elements 2 are electrically controlled, i.e. Applied with an electrical voltage via the electrodes 3.1 and 3.2, the elongation of the piezo ceramic of the piezo elements 2 changes.
Die Piezoelemente 3.1 sind mit einer linken Anschlusselektrode 5.1 und die Piezoelemente 3.2 sind mit einer rechten Anschlusselektrode 5.2 elektrisch leitend verbunden.The piezo elements 3.1 are connected to a left connection electrode 5.1 and the piezo elements 3.2 are electrically conductively connected to a right connection electrode 5.2.
Der Piezoaktor 1 weist eine obere Deckschicht 6 und eine untere Deckschicht 7 auf, welche den Piezoaktor 1 nach oben und nach unten abschließen. Die untere Deckschicht 7 liegt auf einer Metallplatte 8 auf; die Metallplatte 8 weist zwei Glasdurchführungen 9 auf, durch die zwei Metallstifte 10 zur Kon- taktierung des Piezoaktors 1 nach außen hindurch geführt sind. An jede der Anschlusselektroden 5.1 und 5.2 ist jeweils ein Metallstift 10 mit einem Leitkleber 11 angeschlossen.The piezo actuator 1 has an upper cover layer 6 and a lower cover layer 7, which terminate the piezo actuator 1 at the top and at the bottom. The lower cover layer 7 rests on a metal plate 8; the metal plate 8 has two glass leadthroughs 9, through which two metal pins 10 are guided to the outside for contacting the piezo actuator 1. A metal pin 10 with a conductive adhesive 11 is connected to each of the connection electrodes 5.1 and 5.2.
Der Stapel aus den Piezoelementen 2 und Elektroden den 3.1 und 3.2 mit den Anschlusselektroden 5.1 und 5.2 wird hergestellt, indem die Piezoelemente 2, die vor dem Montieren mit gebohrten Löchern versehen werden, mit den Elektroden 3.1 und 3.2 im Siebdruckverfahren bedruckt werden. Dabei wird jeweils auch die Durchkontaktierung zu einer der darunter liegenden Elektroden 3.1 oder 3.2 hergestellt. Die Durchkontaktierungen bilden später die Anschlusselektroden 5.1 und 5.2. Die Her- Stellung der Durchkontaktierungen erfolgt dabei analog der Herstellung der Durchkontaktierungen in keramischen Schaltungsträgern, bei denen mehrere Schaltungsebenen des keramischen Schaltungsträgers beim Siebdruck der Leiterbahnen erstellt werden, indem vorgestanzte Löcher mit Elektrodenpaste gefüllt werden. Dies ist ein an sich aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren. Entsprechend werden beim Auftragen der Elektrode 3.1 oder 3.2 auf das Piezoelement 2 im Siebdruckverfahren die Durchkontaktierungen und damit die An- schlusselektroden 5.1 oder 5.2 hergestellt. Als Material für die Elektroden und die Durchkontaktierungen eignen sich grundsätzlich alle Materialien, die bei keramischen Schaltungsträgern zum Einsatz kommen. Es kann beispielsweise eine Silber-Palladium-Leiterpaste verwendet werden.The stack of the piezo elements 2 and electrodes 3.1 and 3.2 with the connection electrodes 5.1 and 5.2 is produced by the piezo elements 2, which are provided with drilled holes before assembly, with the electrodes 3.1 and 3.2 are screen printed. The plated-through hole to one of the electrodes 3.1 or 3.2 underneath is also produced. The vias later form the connection electrodes 5.1 and 5.2. The vias are produced in the same way as the vias in ceramic circuit carriers, in which several circuit levels of the ceramic circuit carrier are created during screen printing of the conductor tracks by filling pre-punched holes with electrode paste. This is a method known per se from the prior art. Correspondingly, when the electrode 3.1 or 3.2 is applied to the piezo element 2, the vias and thus the connection electrodes 5.1 or 5.2 are produced using the screen printing method. In principle, all materials that are used in ceramic circuit carriers are suitable as the material for the electrodes and the plated-through holes. For example, a silver-palladium conductor paste can be used.
In Figur 2 ist ein Schnitt durch den Piezoaktor 1, der in Figur 1 dargestellt ist, gezeigt. Der Piezoaktor 1 ist auf Höhe einer der Elektroden 3.1 geschnitten. In dieser Schnitthöhe bildet die Elektrode 3.1 im Gebiet der Anschlusselektrode 5.1 auch die Durchkontaktierung für die Anschlusselektrode 5.1. Die Elektrode 3.1 weist die linke Aussparung 4.1 auf, durch die das darunter liegende Piezoelement 2 zu sehen ist. Das darunter liegende Piezoelement 2 umfasst ein gebohrtes Loch, in dem die Anschlusselektrode 5.2 verläuft. Die Anschlusselektroden 5.1, 5.2 sind auf einer Halbierenden des kreisför- migen Aktorquerschnitts mit einem Abstand zum Rand von etwa einem Drittel des Radius des Aktorquerschnitts angeordnet.FIG. 2 shows a section through the piezo actuator 1, which is shown in FIG. 1. The piezo actuator 1 is cut at the level of one of the electrodes 3.1. At this cutting height, the electrode 3.1 in the area of the connection electrode 5.1 also forms the plated-through hole for the connection electrode 5.1. The electrode 3.1 has the left-hand recess 4.1 through which the piezo element 2 underneath can be seen. The piezo element 2 underneath comprises a drilled hole in which the connection electrode 5.2 runs. The connection electrodes 5.1, 5.2 are arranged on a bisector of the circular actuator cross section at a distance from the edge of approximately one third of the radius of the actuator cross section.
In Figur 3 ist ein weiterer Schnitt durch den in Figur 1 dargestellten Piezoaktor 1 gezeigt. Der Schnitt verläuft auf Hö- he einer der Elektroden 3.2. Die Elektrode 3.2 weist auf der linken Seite die linke Aussparung 4.2 auf. Durch die Aussparung 4.2 ist das darunter liegende Piezoelement 2 zu sehen. Das darunter liegende Piezoelement 2 umfasst im Gebiet der Aussparung 4.2 der Elektrode 3.2 ein gebohrtes Loch, in dem die Anschlusselektrode 5.1 verläuft. Auf der rechten Seite der Elektrode 3.2 bildet die Elektrode 3.2 im Gebiet der An- schlusselektrode 5.2 die Anschlusselektrode 5.2.FIG. 3 shows a further section through the piezo actuator 1 shown in FIG. 1. The cut runs at the height of one of the electrodes 3.2. The electrode 3.2 has the left recess 4.2 on the left side. The piezo element 2 located underneath can be seen through the cutout 4.2. The piezo element 2 underneath comprises a drilled hole in the area of the recess 4.2 of the electrode 3.2, in which the connection electrode 5.1 runs. On the right side of the electrode 3.2, the electrode 3.2 forms the connection electrode 5.2 in the area of the connection electrode 5.2.
In Figur 4 ist ein Schnitt durch die Metallplatte 8 gezeigt, wobei die Lage des Schnittes aus Figur 1 entnommen werden kann. In der Metallplatte 8 sind die beiden Glasdurchführun- gen 9 angeordnet, in denen die beiden Metallstifte 10 zur Kontaktierung des Piezoaktors nach außen hindurch geführt sind.FIG. 4 shows a section through the metal plate 8, the position of the section being shown in FIG. 1. The two glass leadthroughs 9 are arranged in the metal plate 8, in which the two metal pins 10 are guided to the outside for contacting the piezo actuator.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene be- vorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. The invention is not restricted to the preferred exemplary embodiment described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope of protection.

Claims

Patentansprüche claims
1. Aktor (1), insbesondere Piezoaktor (1) zur Ansteuerung eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer Anschlusselektrode (5.1, 5.2) zur elektrischen Ansteuerung des Aktors (1) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Anschlusselektrode (5.1, 5.2) mindestens teilweise im Inneren des Aktors (1) angeordnet ist.1. Actuator (1), in particular piezo actuator (1) for controlling an injection valve of an internal combustion engine, with at least one connection electrode (5.1, 5.2) for electrically controlling the actuator (1), characterized in that the connection electrode (5.1, 5.2) is at least partially in the Inside the actuator (1) is arranged.
2. Aktor nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mehrere in einem Stapel angeordnete Piezoelemente (2) , zwischen denen Elektroden (3.1, 3.2) zur elektrischen Ansteue- rung angeordnet sind, wobei die Anschlusselektrode (5.1, 5.2) mit mindestens einer der Elektroden (3.1, 3.2) elektrisch leitend verbunden ist.2. Actuator according to claim 1, characterized by a plurality of piezo elements (2) arranged in a stack, between which electrodes (3.1, 3.2) for electrical control are arranged, the connection electrode (5.1, 5.2) with at least one of the electrodes (3.1, 3.2) is electrically conductively connected.
3. Aktor nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Piezoelemente (2) Aussparungen (4.1, 4.2) aufweisen, in denen die Anschlusselektrode (5.1, 5.2) angeordnet ist.3. Actuator according to claim 2, so that the piezo elements (2) have recesses (4.1, 4.2) in which the connection electrode (5.1, 5.2) is arranged.
4. Aktor nach einem der Ansprüche 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die nicht mit der Anschlusselektrode (5.1, 5.2) elektrisch leitend verbundenen Elektroden (3.1, 3.2) Aussparungen (4.1, 4.2) aufweisen, die größer sind als der Querschnitt der Anschlusselektrode (5.1, 5.2), so dass keine elektrisch lei- tende Verbindung zwischen der Anschlusselektrode (5.1, 5.2) und der Elektrode (3.1, 3.2) vorhanden ist.4. Actuator according to one of claims 2 or 3, characterized in that the electrodes (3.1, 3.2) which are not electrically connected to the connecting electrode (5.1, 5.2) have cutouts (4.1, 4.2) which are larger than the cross section of the connecting electrode ( 5.1, 5.2), so that there is no electrically conductive connection between the connection electrode (5.1, 5.2) and the electrode (3.1, 3.2).
5. Aktor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Anschlusselektrode (5.1, 5.2) aus einer Verdickung der Elektrode (3.1, 3.2) gebildet ist, wobei die Verdickung in die Aussparung (4.1, 4.2) des Piezoelements (2) hineinragt und eine elektrisch leitende Verbindung zur nächsten mit der Anschlusselektrode (5.1, 5.2) leitend verbundenen Elektrode (3.1, 3.2) bildet.5. Actuator according to one of claims 2 to 4, characterized in that the connecting electrode (5.1, 5.2) is formed from a thickening of the electrode (3.1, 3.2), the thickening in the recess (4.1, 4.2) of the piezo element (2) protrudes and forms an electrically conductive connection to the next electrode (3.1, 3.2) conductively connected to the connection electrode (5.1, 5.2).
6. Aktor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mindestens zwei zumindest teilweise im Inneren der Aktors (1) angeordnete Anschlusselektroden (5.1, 5.2), wobei die Elektroden (3.1, 3.2) abwechselnd mit einer der beiden Anschluss- elektroden (5.1, 5.2) elektrisch leitend verbunden sind.6. Actuator according to one of claims 2 to 5, characterized by at least two connection electrodes (5.1, 5.2) arranged at least partially inside the actuator (1), the electrodes (3.1, 3.2) alternating with one of the two connection electrodes (5.1, 5.2) are electrically connected.
7. Aktor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Redundanz-Anschlusselektrode, die mit der Anschluss- elektrode (5.1, 5.2) und der mit der Anschlusselektrode (5.1, 5.2) verbundenen Elektrode (3.1, 3.2) elektrisch leitend verbunden ist, so dass die Elektrode (3.1, 3.2) redundant elektrisch angesteuert wird.7. Actuator according to one of claims 2 to 6, characterized by a redundancy connection electrode which is electrically conductively connected to the connection electrode (5.1, 5.2) and the electrode (3.1, 3.2) connected to the connection electrode (5.1, 5.2), so that the electrode (3.1, 3.2) is controlled redundantly electrically.
8. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Anschlusselektrode (5.1, 5.2) aus siebdruckfähigem, leitendem Material hergestellt ist.8. Actuator according to one of the preceding claims, that the connection electrode (5.1, 5.2) is made of conductive material that can be screen-printed.
9. Aktor nach einem der Ansprüche 2 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Anschlusselektrode (5.1, 5.2) und die Elektrode (3.1, 3.2) aus demselben Material bestehen.9. Actuator according to one of claims 2 to 8, so that the connecting electrode (5.1, 5.2) and the electrode (3.1, 3.2) consist of the same material.
10. Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Anschlusselektrode (5.1, 5.2) und/oder die Elektrode (3.1, 3.2) zumindest teilweise aus einem siebdruckfähigen Material wie Silber, Silber-Palladium, Silber-Platin, Gold, Palladium-Gold, Platin-Gold, einer Wolfram-Legierung oder einer Molybdän-Legierung besteht. 10. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting electrode (5.1, 5.2) and / or the electrode (3.1, 3.2) at least partially from a screen-printable material such as silver, silver-palladium, silver-platinum, gold, palladium- Gold, platinum-gold, a tungsten alloy or a molybdenum alloy.
11. Injektor für eine Brennkraftmaschine mit einem Aktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10.11. Injector for an internal combustion engine with an actuator according to one of claims 1 to 10.
12. Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Injektor nach Anspruch 11.12. Injection system for an internal combustion engine with an injector according to claim 11.
13. Herstellungsverfahren für einen Aktor (1), insbesondere einen Piezoaktor (1) zur Ansteuerung eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer Anschluss- elektrode (5.1, 5.2) zur elektrischen Ansteuerung des Aktors (1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Anschlusselektrode (5.1, 5.2) mindestens teilweise im Inneren des Aktors (1) angeordnet wird.13. Manufacturing method for an actuator (1), in particular a piezo actuator (1) for controlling an injection valve of an internal combustion engine, with at least one connection electrode (5.1, 5.2) for electrically controlling the actuator (1), characterized in that the connection electrode (5.1 , 5.2) is arranged at least partially in the interior of the actuator (1).
14. Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mehrere Piezoelemente (2) in einem Stapel angeordnet werden, zwischen denen Elektroden (3.1, 3.2) zur elektrischen Ansteuerung angeordnet werden, wobei die Anschlusselektrode (5.1, 5.2) mit mindestens einer der Elektroden (3.1, 3.2.) e- lektrisch leitend verbunden wird.14. Manufacturing method according to claim 13, characterized in that a plurality of piezo elements (2) are arranged in a stack, between which electrodes (3.1, 3.2) are arranged for electrical control, the connecting electrode (5.1, 5.2) with at least one of the electrodes (3.1 , 3.2 . ) Is connected in an electrically conductive manner.
15. Herstellungsverfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in den Piezoelemente (2) Aussparungen (4.1, 4.2) angeordnet werden, durch welche die Anschlusselektrode (5.1, 5.2) geführt wird.15. The production method according to claim 14, so that cutouts (4.1, 4.2) are arranged in the piezo elements (2) through which the connecting electrode (5.1, 5.2) is guided.
16. Herstellungsverfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Aussparungen (4.1, 4.2) in den Piezoelementen (2) vor dem Anordnen der Piezoelemente (2) in dem Stapel gebohrt werden. 16. The manufacturing method according to claim 15, characterized in that the recesses (4.1, 4.2) are drilled in the piezo elements (2) before the piezo elements (2) are arranged in the stack.
17. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in mindestens einer der Elektroden (3.1, 3.2) eine Aus- sparung (4.1, 4.2) angeordnet wird, die größer ist als der Querschnitt der Anschlusselektrode (5.1, 5.2), so dass keine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Anschlusselektrode (5.1, 5.2) und der Elektrode (3.1, 3.2) entsteht.17. Manufacturing method according to one of claims 14 to 16, characterized in that in at least one of the electrodes (3.1, 3.2) a recess (4.1, 4.2) is arranged which is larger than the cross section of the connecting electrode (5.1, 5.2), so that there is no electrically conductive connection between the connection electrode (5.1, 5.2) and the electrode (3.1, 3.2).
18. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass an mindestens einer der Elektroden (3.1, 3.2) eine Verdickung angeordnet wird, die beim Anordnen des Stapels in die Aussparung (4.1, 4.2) des benachbarten Piezoelements (2) hineinragt, und so eine elektrisch leitende Verbindung zur nächsten mit der Anschlusselektrode (5.1, 5.2) leitend verbundenen Elektrode (3.1, 3.2) gebildet wird.18. Manufacturing method according to one of claims 14 to 17, characterized in that a thickening is arranged on at least one of the electrodes (3.1, 3.2), which protrudes into the recess (4.1, 4.2) of the adjacent piezo element (2) when the stack is arranged, and thus an electrically conductive connection to the next electrode (3.1, 3.2) conductively connected to the connecting electrode (5.1, 5.2) is formed.
19. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis19. Manufacturing method according to one of claims 14 to
18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens zwei Anschlusselektroden (5.1, 5.2) zumindest teilweise im Inneren der Aktors (1) angeordnet werden, wobei die Elektroden (3.1, 3.2) abwechselnd mit einer der beiden18, so that at least two connection electrodes (5.1, 5.2) are at least partially arranged inside the actuator (1), the electrodes (3.1, 3.2) alternating with one of the two
Anschlusselektroden (5.1, 5.2) elektrisch leitend verbunden werden.Connection electrodes (5.1, 5.2) are electrically connected.
20. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Redundanz-Anschlusselektrode angeordnet wird, die mit der Anschlusselektrode (5.1, 5.2) und der mit der An- schlusselektrode (5.1, 5.2) verbundenen Elektrode (3.1, 3.2) elektrisch leitend verbunden wird, so dass die Elektrode (3.1, 3.2) redundant elektrisch angesteuert wird. 20. Manufacturing method according to one of claims 14 to 19, characterized in that a redundancy connecting electrode is arranged, which is electrically connected to the connecting electrode (5.1, 5.2) and the electrode (3.1, 5.2) connected to the connecting electrode (5.1, 5.2) is conductively connected so that the electrode (3.1, 3.2) is controlled redundantly electrically.
21. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektrode (3.1, 3.2) im Siebdruckverfahren auf das benachbarte Piezoelement (2) aufgedruckt wird, wobei die e- lektrisch leitende Verbindung zu einer anderen der Elektroden (3.1, 3.2) durch den Eintrag von Elektrodenmaterial in die Aussparung (4.1, 4.2) des benachbarten Piezoelements (2) hergestellt wird.21. Manufacturing method according to one of claims 14 to 20, characterized in that the electrode (3.1, 3.2) is screen printed on the adjacent piezo element (2), the electrically conductive connection to another of the electrodes (3.1, 3.2) is produced by the insertion of electrode material into the recess (4.1, 4.2) of the adjacent piezo element (2).
22. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Anschlusselektrode (5.1, 5.2) und/oder die Elektrode (3.1, 3.2) zumindest teilweise aus einem siebdruckfähigem Material wie Silber, Silber-Palladium, Silber-Platin, Gold, Palladium-Gold, Platin-Gold, einer Wolfram-Legierung oder einer Molybdän-Legierung hergestellt wird. 22. Manufacturing method according to one of claims 13 to 21, characterized in that the connection electrode (5.1, 5.2) and / or the electrode (3.1, 3.2) at least partially made of a screen-printable material such as silver, silver-palladium, silver-platinum, gold, Palladium-gold, platinum-gold, a tungsten alloy or a molybdenum alloy is produced.
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