WO2007023041A1

WO2007023041A1 - Piezoaktor mit zweiteiligem haltekörper

Info

Publication number: WO2007023041A1
Application number: PCT/EP2006/064394
Authority: WO
Inventors: Rudolf Heinz; Dieter Kienzler; Udo Schaich
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2007-03-01
Also published as: DE102005039551A1; EP1920475A1

Abstract

Es wird ein Piezoaktor (10) vorgeschlagen, der einen einen Innenraum (40) aufweisenden Haltekörper (20) sowie ein in dem Innenraum (40) angeordne- tes, mehrere zu einem Stapel (31) angeordnete Piezolagen umfassendes Piezoelement (30), welches durch den Haltekörper (20) hindurch elektrisch kontaktierbar ist, umfasst. Der Haltekörper (20) weist einen oder mehrere Anschlüsse (92) für die elektrische Kontaktierung (42) des Piezoelements (30) sowie einen oder mehrere Anschlüsse (25, 26) und Strömungskanäle (41) zur Zufuhr eines mittels eines das Piezoelement (30) umfassenden Stellglieds dosierbaren Fluids in den Innenraum auf, wobei der Haltekörper (20) zweiteilig ausgeführt ist und ein die Zweiteilung des Haltekörpers (20) festlegender Teilungsquerschnitt vorzugsweise in einem Bereich des Halte- körpers (20) angeordnet ist, in dem die elektrische Kontaktierung (42) des Piezoelements (30) vorzugsweise mittels einer Steckverbindung (61) herstellbar ist.

Description

Piezoaktor mit zweiteiligem Haltekörper

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Piezoaktor, beispielsweise als Piezoinjektor oder zur Betätigung eines mechanischen Bauteils wie ein Ventil oder dergleichen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Es ist an sich bekannt, dass zum Aufbau eines Piezoaktors bzw. eines Pie- zoinjektors ein Piezoelement so eingesetzt werden kann, dass unter Ausnutzung des sogenannten Piezoeffekts eine Steuerung des Nadelhubes eines Ventils oder dergleichen vorgenommen werden kann. Das Piezoelement ist aus einem Material mit einer geeigneten Kristallstruktur so aufgebaut, dass bei Anlage einer äußeren elektrischen Spannung eine mechanische Reaktion des Piezoelements erfolgt, die in Abhängigkeit von der Kristallstruktur und der Anlagebereiche der elektrischen Spannung einen Druck oder Zug in eine vorgebbare Richtung darstellt. Derartige Piezoaktoren eignen sich beispielsweise für Anwendungen, bei denen Hubbewegungen unter hohen Betätigungskräften und hohen Taktfrequenzen ablaufen.

Beispielsweise ist ein solcher Piezoinjektor aus der DE 100 26 005 A1 bekannt, der zur Ansteuerung der Düsennadel bei Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors verwendet werden kann. Bei diesem Piezoaktor ist ein Piezoelement, wie erwähnt, als Sta- pel mehrerer elektrisch miteinander gekoppelter piezokeramischen Schichten aufgebaut, der unter Vorspannung zwischen zwei Anschlägen gehalten ist. Jede piezokeramische Schicht ist als Piezolage zwischen zwei Innenelektroden eingefasst über die von außen eine elektrische Spannung angelegt werden kann. Aufgrund dieser elektrischen Spannung führen die piezokeramischen Schichten dann jeweils kleine Hubbewegungen in Richtung des Potentialgefälles aus, die sich zum Gesamthub des Piezoaktors addieren. Dieser Gesamthub ist über die Höhe der angelegten Spannung veränderbar und kann auf ein mechanisches Stellglied übertragen werden.

Außerdem ist auch in der EP 1 174 615 A3 ein Piezoaktor beschrieben, bei dem ein Piezoelement als Aktor für die direkte Nadelhubsteuerung eines Einspritzinjektors für einen Verbrennungsmotor vorhanden ist. Zwischen dem Piezoelement als Aktor und der Nadel sitzt lediglich ein Koppler mit einer hydraulischen Übersetzung zum Dehnungsausgleich. Mit einer Aktivierung des Piezoelements wird hierbei die unter Vorspannung zum Verschluss der Einspritzdüse gehaltene Nadel von der Düsenöffnung wegbewegt, da die Nadel direkt übersetzt der Bewegung des Aktors folgt. Piezoelement, Koppler und Nadel bilden dabei Teile eines Stellglieds, mit dessen Hilfe etwa bei einem Einspritzinjektor beispielsweise Kraftstoff oder ein anderes Fluid dosiert beispielsweise in den Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzt werden kann.

In Figur 7 ist ein prinzipieller Aufbau eines einstufigen Piezoaktors 1 nach dem Stand der Technik gezeigt, der beispielsweise zur Nadelhubsteuerung im Einspritzsystem für Kraftstoff bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt werden kann. Im oberen Teil ist ein Haltekörper 2 vorhanden, der in seinen geometrischen Abmessungen im Wesentlichen an den spezifischen Einsatzort angepasst werden kann. Am Haltekörper 2 ist ein hier nicht dargestelltes Steckerteil vorhanden, durch das mit einer ebenfalls spezifisch an den Anwendungsfall angepassten Steckerausführung die elektrische Span- nung zur Ansteuerung eines in einem Innenraum 4 des Haltekörpers 2 angeordneten Piezoelements 3 angeschlossen werden kann.

Vom Steckerteil sind hier nicht dargestellte Zuführdrähte als elektrische Leitungen zu ebenfalls nicht dargestellten Außenelektroden am Piezoelement 3 geführt, zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements 3. Das Piezoelement 3 wirkt bei einer Betätigung über eine sich hier senkrecht unterhalb befindliche mechanische Anordnung mit einem Koppler 5 auf eine Düsennadel 6 derart, dass hier eine Freigabe einer Düsenöffnung 7 erfolgen kann. Ein im Inneren des Piezoaktors 1 durch den Innenraum 4 des Haltekörpers 2 geführter Kraftstoff kann somit in den Brennraum eines hier nicht dargestellten Verbrennungsmotors injiziert werden.

Das Piezoelement 3 liegt nach Figur 7 über einen Aktorfuß 8 oben an einem balligen Dichtsitz im Innenraum 4 des Haltekörpers 2 an, wobei das Piezoelement 3 zur Bewirkung eines guten Dichtsitzes mit einer Feder 9 angedrückt wird. Insbesondere bei den eingangs erwähnten Common-Rail (CR)- Systemen ist hier eine Hochdruckabdichtung zu einem oberhalb des Piezoelements 3 und oberhalb des Innenraums 4 in dem Haltekörper 2 angeordneten elektrischen Anschlussraum notwendig, durch den die elektrischen Leitungen zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements 3 geführt sind.

Nachteilig am Stand der Technik ist, dass je nach spezifischer Einbausituation des Piezoaktors der Haltekörper an die entsprechenden äußeren Randbedingungen, wie etwa äußere Lage von elektrischen Anschlüssen, äußere Lage von Anschlüssen für das zu dosierende Fluid, äußere Abmessungen und dergleichen, sowie an die durch das Piezoelement und dass das Piezoelement umfassende Stellglied vorgegebenen inneren Randbedingungen, wie etwa die elektrische Kontaktierung des Piezoelements durch den Haltekörper hindurch, Größe und Abmessungen des Innenraums, Anordnung und Abmessungen des Kopplers, der Düsennadel und dergleichen, sehr aufwändig individuell angepasst werden muss.

Offenbarung der Erfindung

Die Nachteile des Standes der Technik werden bei einem erfindungsgemäßen Piezoaktor als Piezoinjektor der eingangs genannten Gattung vermieden, indem der Haltekörper zweiteilig ausgeführt ist und ein die Zweiteilung des Haltekörpers festlegender Teilungsquerschnitt vorzugsweise in einem Bereich des Haltekörpers angeordnet ist, in dem die elektrische Kontaktie- rung des Piezoelements vorzugsweise beispielsweise mittels einer Steckverbindung herstellbar ist und damit durch den Teilungsquerschnitt hindurchführt. Der Teilungsquerschnitt kann dabei innerhalb einer Ebene, oder innerhalb mehrerer im Wesentlichen paralleler Ebenen liegen.

Verwendungs- und einbauspezifische Anforderungen an den Piezoaktor, welche überwiegend die äußere Form des Haltekörpers betreffen, und insbesondere die äußere Lage der elektrischen Anschlüsse sowie der äußeren Anschlüsse für das Fluid beinhalten, lassen sich mit dem zweiteilig ausgeführten Haltekörper leichter und kostengünstiger verwirklichen, da so die Möglichkeit besteht, beispielsweise verschiedene, an unterschiedliche Einbausituationen angepasste Haltekörperoberteile, sowie nur ein oder wenige verschiedene, im Wesentlichen an das Piezoelement beziehungsweise an die überwiegend durch das Piezoelement vorgegebenen Randbedingungen angepasste Haltekörperunterteile herzustellen, welche anschließend vorzugsweise beliebig miteinander kombiniert werden können.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der zweiteilige Haltekörper ein im Wesentlichen den Innenraum radial begrenzendes und damit die Länge und den Querschnitt des Innenraums festlegendes, das Piezoelement im Wesentlichen konzentrisch umhüllendes Haltekörperunterteil, sowie ein mit dem Haltekörperunterteil fest oder lösbar verbindbares, im Wesentlichen den Innenraum von einer Seite her stirnseitig begrenzendes und im Wesentlichen die elektrische Kontaktierung, die Strömungskanäle sowie die Anschlüsse aufweisendes Haltekörperoberteil umfasst.

Vorteilhafterweise ist dabei das Haltekörperunterteil im Wesentlichen an die durch die Geometrie des Piezoelements sowie die Strömungsführung des Fluids vorgegebenen Abmessungen des Innenraums, sowie an die durch die Geometrie des Piezoelements und die technische Ausgestaltung des das Piezoelement umfassenden Stellglieds vorgegebenen Randbedingungen angepasst, wobei das Haltekörperoberteil im Wesentlichen an die durch die verwendungsspezifische Einbausituation des Piezoaktors vorgegebenen, die Lage der Anschlüsse vorgebenden Randbedingungen angepasst ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindung zwischen Haltekörperoberteil und Haltekörperunterteil standardisiert ist, zum modularen Aufbau eines Haltekörpers aus beliebigen Haltekörperoberteilen und Haltekörperunterteilen. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht dabei vor, dass das im Wesentlichen an das Piezoelement und das Stellglied angepasste Haltekörperunterteil standardisiert ist, wohingegen das Haltekörperoberteil einbauspezifisch angepasst ist.

Dabei ist beispielsweise denkbar, ein Haltekörperoberteil mit einem seitlich angeordneten elektrischen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements durch den Haltekörper hindurch, sowie einem zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Piezoelement angeordneten Anschluss für das Fluid vorzusehen. Ebenso ist denkbar, ein Haltekörperoberteil mit einem seitlich angeordneten elektrischen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements durch den Haltekörper hindurch, sowie einem seitlich angeordneten Anschluss für das Fluid vorzusehen. Darüber hinaus ist denk- bar, ein Haltekörperoberteil mit einem zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Piezoelement angeordneten elektrischen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements durch den Haltekörper hindurch, sowie einem seitlich angeordneten Anschluss für das Fluid vorzusehen.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Piezoelement an einer den Innenraum stirnseitig begrenzenden Stirnwand des Haltekörperoberteils fest oder lösbar angeordnet ist. Dabei können an der den Innenraum stirnseitig begrenzenden Stirnwand des Haltekörperoberteils sowie an der dem Haltekörperoberteil zugewandten Stirnseite des Piezoelements miteinander korrespondierende, elektrische Steckverbindungen zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements angeordnet sein. Dies ermöglicht einerseits eine lösbare elektrische Kontaktierung des Piezoelements, beispielsweise zur Qualitätskontrolle, wie etwa für Funktionstests. Andererseits ermöglicht dies grundsätzlich eine lösbare Verbindung zwischen Haltekörperoberteil und Piezoelement. Darüber hinaus wird die Herstellung des Piezoaktors durch die elektrische Steckverbindung stark vereinfacht, da bei einer Anordnung des Piezoelements am Haltekörperoberteil nur die mechanische Verbindung zwischen dem Piezoelement und dem Haltekörperoberteil hergestellt werden muss, und die elektrische Kontaktierung mittels der elektrischen Steckverbindung bereits beim Ansetzen des Piezoelements an das Haltekörperoberteil hergestellt wird.

Vorteilhafterweise umfasst das Piezoelement einen den Stapel der Piezola- gen in Richtung des Haltekörperoberteils stirnseitig abschließenden Aktorfuß, wobei die an dem Piezoelement angeordneten elektrischen Steckverbindungen in dem Aktorfuß angeordnet sind.

Die elektrische Steckverbindung zwischen dem Haltekörperoberteil und dem Piezoelement kann dabei symmetrisch oder unsymmetrisch ausgeführt sein. Im Falle einer unsymmetrischen Ausführung kann die Steckverbindung als Poka-Yoke ausgeführt sein, beispielsweise mit dünnem und dickem Pin oder mit Pin und Buchse oder mit kurzem und langem Pin. Ebenso ist denkbar, dass im Haltekörperoberteil die Buchsen, und im Piezoelement bzw. im Aktorfuß des Piezoelements die Pins der elektrischen Steckverbindung angeordnet sind, oder umgekehrt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Steckverbindung Markierungen zur Erkennung der Polarität und/oder der lagerichtigen Anordnung des Piezoelements auf. Die Markierungen sind dabei vorzugsweise am Haltekörperoberteil und am Piezoelement angeordnet. Die Markierungen können beispielsweise Farbmarkierungen umfassen.

Eine zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die an der den Innenraum stirnseitig begrenzenden Stirnwand des Haltekörperoberteils angeordneten Steckverbindungen zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements mittels einer eine Abdichtung zwischen dem das Piezoelement und das unter Druck stehende Fluid aufnehmenden Innenraum und der Umgebung bewirkenden Dichtbuchse im Haltekörperoberteil angeordnet sind. Die Dichtbuchse ist vorzugsweise mit keramischem Kitt, mit Kunststoff, mit Glas oder dergleichen ausgegossen oder ausgespritzt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Piezoelement fest mit dem Haltekörperoberteil verbunden ist, wobei der Aktorfuß vorzugsweise mit der den Innenraum des Haltekörpers stirnseitig begrenzenden Stirnwand des Haltekörperoberteils verschweißt oder verklebt ist, so dass eine Abdichtung für das Fluid zwischen dem von dem Fluid eingenommenen Teil des Innenraums und der elektrischen Steckverbindung und/oder der elektrischen Kontaktierung zwischen Piezoelement und Haltekörperoberteil entsteht.

Insbesondere bei der Verwendung einer Dichtbuchse und/oder dem Verschweißen oder Verkleben des Aktorfußes mit dem Haltekörperoberteil ist bei einer Verwendung des Piezoaktors zur Hochdruckinjektion von beispielsweise Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors eine ausreichende Abdichtung des Haltekörpers gegenüber dem unter Druck in den Innenraum geleiteten Fluid gewährleistet. Insbesondere bei einer Anwendung der Piezoaktoren als Einspritzinjektoren für Kraftstoff in sogenannten Common-Rail-Systemen (CR) ist bei den verwendeten hohen Drücken des Kraftstoffs eine derartig sichere Bauweise erforderlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 einen Teilschnitt durch einen ersten erfindungsgemäßen Pie- zoaktor mit miteinander verschweißtem Haltekörperoberteil und Aktorfuß,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Haltekörperoberteils,

Figur 3 eine schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Haltekörperoberteils,

Figur 4 einen Teilschnitt durch einen zweiten erfindungsgemäßen Pie- zoaktor mit miteinander verklebtem Haltekörperoberteil und Aktorfuß,

Figur 5 eine Detailansicht einer in dem Haltekörperoberteil angeordneten Steckverbindung,

Figur 6 einen Teilschnitt durch einen dritten erfindungsgemäßen Pie- zoaktor mit lösbar miteinander verbundenem Haltekörperoberteil und Aktorfuß, sowie Figur 7 einen Längsschnitt durch einen Piezoaktor mit einem prinzipiellen geometrischen Aufbau nach dem Stand der Technik,

Ausführungsform(en) der Erfindung

Die Erfindung wird im Folgenden am Beispiel eines Piezoaktors zur Verwendung in einem Common-Rail Einspritzinjektor mit direkter Nadelsteuerung beschrieben.

Ein in Figur 1 , Figur 4 und Figur 6 dargestellter erfindungsgemäßer Piezoaktor 10 als Piezoinjektor besteht im Wesentlichen aus einem zweiteiligen, einen Innenraum 40 aufweisenden Haltekörper 20, sowie einem in dem Innenraum 40 angeordneten, durch den Haltekörper 20 hindurch elektrisch kon- taktierbaren Piezoelement 30. Der Haltekörper 20 umfasst ein Haltekörperoberteil 21 , sowie ein Haltekörperunterteil 22.

Das Haltekörperoberteil 21 weist eine Aufnahme 92 für einen elektrischen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung des Piezoelements 30 durch den Haltekörper 30 hindurch auf. Darüber hinaus weist das Haltekörperoberteil 21 einen in den Figuren 2 und 3 dargestellten Anschluss 25, 26 zur Zufuhr eines mittels eines das Piezoelement 30 umfassenden Stellglieds dosierbaren Kraftstoffs in den Innenraum 40, sowie von dem Anschluss 25, 26 in den Innenraum 40 führende Strömungskanäle 41 auf. Die Strömungskanäle 41 münden dabei in den verbleibenden Ringraum des Innenraums 40 zwischen dem Piezoelement 30 und dem das Piezoelement 30 konzentrisch umhüllenden Haltekörperunterteil 22. Im Betrieb ist somit das eine in ihren Innen- querschnittsabmessungen den Außenquerschnittsabmessungen des Piezo- elements 30 entsprechende Isolationshülse 32 umfassende Piezoelement 30 von dem durch den verbleibenden Ringraum des Innenraums 40 strömenden Kraftstoff umgeben. Eine derartige Anordnung wird als nasse Anordnung bezeichnet.

Das Haltekörperunterteil 22 bildet im Wesentlichen den das Piezoelement 30 konzentrisch umhüllenden Innenraum 40, in dem das Haltekörperunterteil 21 den Innenraum 40 radial begrenzt und damit die Länge und den Querschnitt des Innenraums 40 im Wesentlichen festlegt. Das Haltekörperoberteil 21 begrenzt den Innenraum 40 von einer Seite her stirnseitig. Im Haltekörperoberteil 21 sind im Wesentlichen die elektrische Kontaktierung 42, die Strömungskanäle 41 sowie die Anschlüsse 25, 26 angeordnet.

Der die Zweiteilung des Haltekörpers festlegende Teilungsquerschnitt liegt in einem Bereich des Haltekörpers 20, in dem die elektrische Kontaktierung des Piezoelements 30 mittels einer Steckverbindung 61 unterbrechbar ist. Die Steckverbindung 61 ist dabei zwischen dem Haltekörperoberteil 21 und dem Piezoelement 30 angeordnet. Das Piezoelement 30 umfasst einen, den nicht näher dargestellten Stapel 31 von Piezolagen in Richtung des Haltekörperoberteils 21 stirnseitig abschließenden Aktorfuß 80, in dem die den piezoelementseitigen Teil der Steckverbindung 61 bildenden Stecker 82, 83, 84, 85, 86, 87 angeordnet sind, sowie eine zwischen Aktorfuß 80 und dem Stapel 31 der Piezolagen angeordnete keramische Isolation 81. Elektroden 44 dienen der inneren Kontaktierung der Piezolagen. In einer den Innenraum 40 stirnseitig begrenzenden Stirnwand 43 des Haltekörperoberteils 21 sind die den zweiten Teil der elektrischen Steckverbindung 61 bildenden, haltekörperseitigen Stecker 62, 63, 64, 65, 66, 67 angeordnet.

Das Haltekörperunterteil 22 ist im Wesentlichen an die durch das Piezoelement 30, ein beispielsweise das Piezoelement 30, einen Koppler und eine Düsennadel umfassendes Stellglied, sowie beispielsweise den verwendeten Kraftstoff und/oder die Einspritzmenge vorgegebene Geometrie des Innenraums 40 angepasst. Das Haltekörperunterteil 22 kann somit weitgehend standardisiert und weitgehend unabhängig von einbauspezifischen Randbedingungen gestaltet sein. Demgegenüber ist das Haltekörperoberteil 21 , wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, im Wesentlichen an einbauspezifische, im Wesentlichen von außen vorgegebene Randbedingungen, wie etwa die Lage der Anschlüsse 25, 26 für den Kraftstoff und/oder die erforderliche Länge zwischen Piezoelement und Anschluss 25, 26, 92 und/oder den Durchmesser am oberen Ende des Haltekörpers 20 angepasst.

Das in Figur 2 dargestellte Haltekörperoberteil 23 weist eine seitlich angeordnete Aufnahme 92 für einen elektrischen Anschluss zur elektrischen Kon- taktierung des Piezoelements 30 durch den Haltekörper 20 hindurch auf, sowie einen seitlich angeordneten Anschluss 25 für den Kraftstoff.

Das in Figur 3 dargestellte Haltekörperoberteil 24 weist eine seitlich angeordnete Aufnahme 92 für einen elektrischen Anschluss zur elektrischen Kon- taktierung des Piezoelements 30 durch den Haltekörper 20 hindurch auf, sowie einen zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Piezoelement 30 angeordneten Anschluss 26 für den Kraftstoff.

Die Verbindungsstelle zwischen Haltekörperoberteil 21 und Haltekörperunterteil ist derartig standardisiert ausgeführt, dass ein an eine bestimmte verwendungsspezifische Einbausituation angepasster Haltekörper 20 durch Zusammenbau aus beliebigen Haltekörperoberteilen 21 und Haltekörperunterteilen 22 hergestellt werden kann. Typischerweise ist dabei das Haltekörperoberteil 21 einbauspezifisch angepasst, wohingegen das Haltekörperunterteil standardisiert ist. Die Verbindung erfolgt im Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 , 4 und 6 mittels einer Spannmutter 45.

Das Piezoelement 30 ist an der den Innenraum 40 stirnseitig begrenzenden Stirnwand 43 des Haltekörperoberteils 21 fest oder lösbar angeordnet. In Figur 1 ist das Piezoelement 30 mittels einer den Aktorfuß 80 fest mit der Stirnwand 43 verbindenden Schweißverbindung 91 fest mit dem Haltekörperoberteil 21 verbunden.

Alternativ kann das Piezoelement auch mit dem Haltekörperoberteil mittels einer Klebeverbindung zwischen Aktorfuß 80 und Stirnwand 43 fest verbunden werden.

Durch eine feste, umlaufende Verbindung, wie etwa die Schweißverbindung 91 , wird eine Abdichtung der Steckverbindung 61 gegenüber dem unter hohem Druck mit Kraftstoff gefüllten Innenraum 40 erreicht.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Steckverbindung 61 mittels Dichtbuchsen 72, 73, 74, 75 gegen das Eindringen und Austreten von Kraftstoff gesichert werden. Die einpoligen Dichtbuchsen 72, 73 in Figur 1 sowie die zweipoligen Dichtbuchsen 76 in den Figuren 4 und 6 sind dabei als konische Hülsen ausgebildet, welche hydraulisch im Haltekörperoberteil verpresst werden. Die zweipoligen Dichtbuchsen 74, 75 in den Figuren 4 und 6 hingegen sind durch Ausfüllen von die Dichtbuchsen 74, 75 aufnehmenden Ausnehmungen mit keramischem Kitt, einer Glasschmelze oder einem Kunststoff hergestellt. Durch Verwendung zweipoliger Dichtbuchsen muss nur eine Ausnehmung im Haltekörperoberteil hergestellt werden, was die Herstellungskosten senkt.

Die elektrische Steckverbindung 61 zwischen dem Haltekörperoberteil 21 und dem Piezoelement 30 kann symmetrisch, wie in Figur 1 , oder unsymmetrisch ausgeführt sein. Im Falle einer unsymmetrischen Ausführung kann die Steckverbindung 61 als Poka-Yoke ausgeführt sein, beispielsweise wie in Figur 4 mit dickem 65 und dünnem 64 Pin im Haltekörperoberteil 21 und dicker 85 und dünner Buchse 84 im Aktorfuß, oder wie in Figur 5 mit dünner Buchse 68 und dickem Pin 69 im Haltekörperoberteil 21 sowie dünnem Pin und dicker Buchse im Aktorfuß 80, oder wie in Figur 6 als Stecker mit kur- zem 67 und langem Pin 66 im Haltekörperoberteil 21 und kurzer 87 und langer Buchse 86 im Aktorfuß 80. Ebenso ist denkbar, dass im Haltekörperoberteil 21 die Buchsen, und im Piezoelement 30 bzw. im Aktorfuß 80 des Piezoelements 30 die Pins der elektrischen Steckverbindung 61 angeordnet sind, oder umgekehrt. Dabei können beide Poka-Yoke Ausführungen sowohl im Haltekörperoberteil 21 , als auch im Aktorfuß 80 integriert sein.

Die im Haltekörperoberteil 21 anordbare Dichtbuchse in Figur 5 besteht aus einem leicht konischen Stahlmantel, in den die elektrische Kontaktierung 42 mit Glas eingeschmolzen ist. Mittels einer ebenso konischen, vorzugsweise als Passung ausgeführten Ausnehmung in der Stirnwand 43 kann die Dichtbuchse 76 im Haltekörperoberteil 21 hydraulisch verpresst werden. Der verbleibende Teil der Ausnehmung ist bei der Dichtbuchse 75 mit keramischem Kitt ausgefüllt, bei der Dichtbuchse 74 mit Kunststoff ausgespritzt.

Vorzugsweise weist die Steckverbindung 61 Farbmarkierungen zur Erkennung der Polarität und/oder der lagerichtigen Anordnung des Piezoelements 30 relativ zur Stirnseite 43 des Haltekörperoberteils 21 auf.

Besonders hervorzuheben ist, dass Figur 1 eine im Piezoaktor 10 integrierte elektrische Steckerverbindung 61 zeigt, welche zusammen mit den parallelen sich nach oben verjüngenden elektrischen Kontaktierungen 42 wenig Bauraum im Haltekörperoberteil 21 beansprucht. Diese Anordnung erlaubt eine seitliche Platzierung des elektrischen Anschlusses mit zentralem Hochdruck Anschluss für den Kraftstoff am Haltekörperoberteil 21 (Figur 3), oder eine seitliche Platzierung des elektrischen Anschlusses mit ebenfalls seitlichem Hochdruck Anschluss für den Kraftstoff am Haltekörperoberteil 21 (Figur 2). In beiden Fällen können die Anschlüsse in einem beliebigen Winkel gegenüber der durch das Piezoelement festgelegten Längsachse des Pie- zoaktors angeordnet sein. Ebenso können sie an einer beliebigen Lage in Umfangsrichtung angeordnet sein. Das Haltekörperunterteil kann mit einem gleich bleibenden Durchmesser hergestellt werden. Das Haltekörperoberteil 21 kann durch die sich nach oben verjüngenden elektrischen Kontaktierungen 42 an enge Einbausituationen mit nur geringem zulässigem Durchmesser angepasst werden. Durch eine seitliche Anordnung beider Anschlüsse wird die Länge bzw. die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Piezoaktors verringert.

Die Herstellung der Steckverbindung zwischen Haltekörperoberteil 21 und Piezoelement 30 in Figur 1 erfolgt wie folgt. Die als Buchsen ausgeführten Stecker 82, 83 bildende Kontakthülsen 46 des Piezoelements 30 werden mit den über die keramische Isolation 81 überstehenden Elektroden 44 verlötet. Anschließend werden Keramikhülsen 47 gemeinsam mit dem Aktorfuß 80 über die beiden Kontakthülsen 46 gebracht und als Einheit mit der keramischen Isolation 81 verklebt. Zwei der Dichtbuchse 76 in Figur 5 ähnliche Dichtbuchsen 72, 73 werden mit Isolationen versehen und im Haltekörperoberteil 21 hydraulisch verpresst.

Die elektrischen Kontaktierungen 42 werden mit einer Steckervorumsprit- zung verbunden und diese in die Aufnahme 92 geklipst. Das Piezoelement 30 wird über Farbmarkierung lagerichtig mit dem Haltekörperoberteil 21 zusammengefügt und verschweißt.

Durch die Zweiteilung des Haltekörpers ist die Stelle der Anordnung des Piezoelements 30 an der den Innenraum 40 des Haltekörpers 20 begrenzenden Stirnwand 43 insbesondere im Hinblick auf den Herstellungsprozess wesentlich einfacher zugänglich, als nach dem Stand der Technik.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung von Piezoaktoren zur Verwendung in Verbindung mit Einspritzinjektoren für Verbrennungsmotoren gewerblich anwendbar.

Claims

Patentansprüche

1. Piezoaktor (10) umfassend einen einen Innenraum (40) aufweisenden Haltekörper (20) sowie ein in dem Innenraum (40) angeordnetes, mehrere zu einem Stapel (31 ) angeordnete Piezolagen umfassendes Piezoelement (30), welches durch den Haltekörper (20) hindurch elektrisch kontaktierbar ist, wobei der Haltekörper (20) einen oder mehrere Anschlüsse (92) für die e- lektrische Kontaktierung (42) des Piezoelements (30) sowie einen oder mehrere Anschlüsse (25, 26) und Strömungskanäle (41) zur Zufuhr eines mittels eines das Piezoelement (30) umfassenden Stellglieds dosierbaren Fluids in den Innenraum aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (20) zweiteilig ausgeführt ist und ein die Zweiteilung des Haltekörpers (20) festlegender Teilungsquerschnitt vorzugsweise in einem Bereich des Haltekörpers (20) angeordnet ist, in dem die elektrische Kontaktierung (42) des Piezoelements (30) vorzugsweise mittels einer Steckverbindung (61) herstellbar ist.

2. Piezoaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweiteilige Haltekörper (20) ein im Wesentlichen den Innenraum (40) radial begrenzendes, das Piezoelement (30, 31 , 32, 80, 81 ) umhüllendes Haltekörperunterteil (22), sowie ein im Wesentlichen den Innenraum (40) von einer Seite her stirnseitig begrenzendes und die elektrische Kontaktierung (42), die Strömungskanäle (41 ) sowie die Anschlüsse (92, 25, 26) aufweisendes Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) umfasst.

3. Piezoaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltekörperunterteil (22) im Wesentlichen an die durch das Piezoelement (30) vorgegebenen Randbedingungen angepasst ist, und das Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) im Wesentlichen an die durch die verwendungsspezifische Einbausituation des Piezoaktors (10) vorgegebenen Randbedingungen angepasst ist.

4. Piezoaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (45) zwischen Haltekörperoberteil (21 , 23, 24)und Haltekörperunterteil (22) standardisiert ist, zum modularen Aufbau eines Haltekörpers (20) aus beliebigen Haltekörperoberteilen (21 , 23, 24)und Haltekörperunterteilen (22).

5. Piezoaktor nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein standardisiertes Haltekörperunterteil (22) und ein einbauspezifisch angepasstes Haltekörperoberteil (21 , 23, 24).

6. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch ein Haltekörperoberteil (24) mit einem seitlich angeordneten elektrischen An- schluss (92), sowie einem zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Piezoelement (30) angeordneten Anschluss (26) für das Fluid.

7. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch ein Haltekörperoberteil (23) mit einem seitlich angeordneten elektrischen Anschluss (92), sowie einem seitlich angeordneten Anschluss (25) für das Fluid.

8. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch ein Haltekörperoberteil mit einem zentralen, im Wesentlichen axial zu dem Pie- zoelement (30) angeordneten elektrischen Anschluss, sowie einem seitlich angeordneten Anschluss für das Fluid.

9. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (30) an einer den Innenraum (40) stirnseitig begrenzenden Stirnwand (43) des Haltekörperoberteils (21 , 23, 24) angeordnet ist.

10. Piezoaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnwand (43) sowie an der dem Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) zugewandten Stirnseite des Piezoelements (30) miteinander korrespondierende elektrische Steckverbindungen (61 , 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 82, 83 ,84, 85, 86, 87) angeordnet sind.

11. Piezoaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (30) einen den Stapel (31 ) der Piezolagen in Richtung des Haltekörperoberteils (21 , 23, 24) stirnseitig abschließenden Aktorfuß (80) um- fasst, wobei die an dem Piezoelement (30) angeordneten Steckverbindungen (82, 83, 84, 85, 86, 87) in dem Aktorfuß (80) angeordnet sind.

12. Piezoaktor nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steckverbindung (61 ) symmetrisch ist.

13. Piezoaktor nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steckverbindung (61 ) unsymmetrisch ist.

14. Piezoaktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass unsymmetrische Steckverbindung (61 ) als Poka-Yoke ausgeführt ist.

15. Piezoaktor nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Poka-Yoke mit dünnem und dickem Pin oder mit Pin und Buchse oder mit kurzem und langem Pin.

16. Piezoaktor nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch im Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) angeordnete Buchsen und im Aktorfuß (80) angeordnete Pins.

17. Piezoaktor nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch im Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) angeordnete Pins und im Aktorfuß (80) angeordnete Buchsen.

18. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (61 ) Markierungen zur Erkennung der Polarität und/oder der lagerichtigen Anordnung des Piezoelements (30) aufweist.

19. Piezoaktor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen Farbmarkierungen umfassen.

20. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Stirnwand (43) angeordneten Steckverbindungen (62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69) mittels einer Dichtbuchse (72, 73, 74, 75, 76) im Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) angeordnet sind.

21. Piezoaktor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtbuchse (72, 73, 74, 75, 76) vorzugsweise mit keramischem Kitt, mit Kunststoff, mit Glas ausgegossen oder ausgespritzt ist.

22. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 11 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (30) fest mit dem Haltekörperoberteil (21 ,

23. 24) verbunden ist, wobei der Aktorfuß (80) mit dem Haltekörperoberteil (21 , 23, 24) verschweißt (91 ) oder verklebt ist, so dass eine Abdichtung für das Fluid zwischen dem von dem Fluid eingenommenen Teil des Innenraums (40) und der elektrischen Steckverbindung (61) und/oder der elektrischen Kontaktierung (42) entsteht.