WO2011020844A1

WO2011020844A1 - Optimierte aktuatoreinheit für ein einspritzventil

Info

Publication number: WO2011020844A1
Application number: PCT/EP2010/062004
Authority: WO
Inventors: Christoph Hamann; Carsten Schuh
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2011-02-24
Also published as: DE102009038153A1

Abstract

Beschrieben wird eine Aktuatoreinheit (1) für ein Einspritzventil einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs. Die erfindungsgemäße Aktuatoreinheit umfasst ein als Stapel ausgebildetes elektronisches Bauelement (10), mit einer Mehrzahl von Elektrodenschichten und einer Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoff schichten, wobei jede Werkstoff Schicht zwischen zwei der Elektrodenschichten angeordnet ist. Zwei Außenelektroden (30, 40) sind an zumindest einer Umfangsseite des Bauelements (10) mit jeweiligen Elektrodenschichten elektrisch verbunden. Eine Passivierungsschicht (50), insbesondere aus Silikon, bedeckt auf der zumindest einen Umfangsseite zumindest die Außenelektroden. Schließlich umfasst die Aktuatoreinheit ein das Bauelement (10) umgebendes Federelement (20), das aus zumindest zwei, in Längserstreckung des Bauelementstapels (10) nicht zusammenhängenden Federsegmenten (21, 22, 23, 24) gebildet ist, welche an den Stirnseiten des Bauelementstapels (10) miteinander verbunden sind.

Description

Beschreibung

Optimierte Aktuatoreinheit für ein Einspritzventil Die Erfindung betrifft eine Aktuatoreinheit für ein Einspritzventil einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs.

Eine Aktuatoreinheit für ein Einspritzventil einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs umfasst typischerweise ein als Stapel ausgebildetes Bauelement, das eine Mehrzahl von

Elektrodenschichten sowie eine Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten aufweist, wobei jede WerkstoffSchicht zwischen zwei der Elektrodenschichten angeordnet ist. Ein solches Bauelement von überein- ander und alternierend zueinander gestapelten Schichten von WerkstoffSchicht und Elektrodenschicht wird allgemein als Stapel bezeichnet. Das heutzutage bekannteste elektronische Bauelement dieser Art ist allgemein ein Piezoaktor bezeichneter Stapel, der als Betätigungselement in Einspritzventilen der verschiedensten Motortypen für Kraftfahrzeuge zur Anwendung kommt. Die Werkstoffschichten sind bei diesem Piezoaktor Keramikschichten .

Üblicherweise weist ein solcher Stapel, in der Draufsicht be- trachtet, einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf. Der Stapel wird typischerweise an zwei sich gegenüberliegenden Umfangsseiten elektrisch kontaktiert. Um dies technologisch sorgfältig durchführen zu können, wurden die Elektrodenschichten in der Vergangenheit geometrisch so ausgelegt, dass sich nur jede zweite Elektrodenschicht seitlich bis zu einer der beiden Umfangsseiten erstreckt, während sich die jeweils anderen Elektrodenschichten nicht bis zu dieser einen Umfangsseite hin erstrecken. Entsprechendes gilt für die andere Umfangsseite des Stapels analog. Darüber hinaus sind sog. vollaktive Stapel bekannt, bei denen die Elektrodenschichten und die Werkstoffschichten die gleiche Fläche aufweisen, wodurch sich sämtliche Elektrodenschichten jeweils bis an die gegenüberliegenden Umfangsseiten erstrecken.

Die elektrische Kontaktierung der Elektrodenschichten erfolgt über zwei Außenelektroden, welche allgemein an zumindest einer Umfangsseite des Bauelements und typischerweise an zwei sich gegenüberliegenden Umfangsseiten mit jeweiligen Elektro- denschichten elektrisch verbunden sind. Die Art der Kontaktierung hängt dabei davon ab, ob es sich um einen vollaktiven Stapel handelt oder nicht.

Da das fertig gestellte Bauelement von einer Rohrfeder umge- ben ist, welche typischerweise aus einem Metall besteht, ist eine Isolierung der Außenelektroden an der zumindest einen Umfangsseite des Bauelements erforderlich. Die Rohrfeder dient dazu, im Betrieb der Aktuatoreinheit den Bauelementstapel vorzuspannen und dadurch eine Beschädigung zu verhindern. Ferner dient die Rohrfeder dazu, eine Rückstellkraft für den ausgelenkten Bauelementstapel bereitzustellen. Als Isolationsmaterial zwischen der Rohrfeder und den Außenelektroden des Bauelementstapels ist auf dem Bauelementstapel außenum- fangsseitig eine Passivierungsschicht, z.B. aus Silikon, vor- gesehen, welche zumindest die Außenelektroden bedeckt und gegenüber der Umwelt isoliert.

Während des Betriebs der Aktuatoreinheit kann durch die ständige Auslenkung des Bauelementstapels die Isolationsschicht an der Rohrfeder aufgescheuert werden, so dass es unter Umständen zu einem elektrischen Kontakt und damit Kurzschluss zwischen den Außenelektroden und der Rohrfeder kommen kann. Ferner kann eine Schädigung des Bauelementstapels durch eventuell eindringenden Kraftstoff erfolgen. Der hieraus resul- tierende Defekt ist jedoch nicht mit den wirtschaftlichen Anforderungen an moderne Kraftfahrzeuge vereinbar.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aktua- toreinheit für ein Einspritzventil einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs anzugeben, welche auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen eine für die geforderte Lebensdauer ausreichende elektrische Isolation der aktiven Bereiche des Bauelementstapels sowie der Außenkontaktierung, insbesondere gegenüber der umgebenden Rohrfeder, aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Aktuatoreinheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Die Erfindung schafft eine Aktuatoreinheit für ein Einspritzventil einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs. Die Aktuatoreinheit umfasst ein als Stapel ausgebildetes elektronisches Bauelement. Das Bauelement weist eine Mehrzahl an E- lektrodenschichten und eine Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten auf, wobei jede WerkstoffSchicht zwischen zwei der Elektrodenschichten angeordnet ist. Das Bauelement umfasst ferner zwei Außenelektroden, welche an zumindest einer Umfangsseite des Bau- elements mit jeweiligen Elektrodenschichten elektrisch verbunden sind. Es ist ferner eine Passivierungsschicht vorgesehen, insbesondere aus Silikon, welche auf der zumindest einen Umfangsseite zumindest die Außenelektroden bedeckt. Die Aktuatoreinheit weist ferner ein das Bauelement umgebendes Feder- element auf, das aus zumindest zwei, in Längserstreckung des Bauelementstapels nicht zusammenhängenden Federsegmenten gebildet ist, welche an den Stirnseiten des Bauelementstapels miteinander verbunden sind. Die erfindungsgemäße Aktuatoreinheit ermöglicht durch die Segmentierung des Federelements, dass die Passivierungs- schicht in einer größtenteils homogenen Dicke bezüglich der Querschnittsfläche des mit der Außenkontaktierung versehenden Bauelementstapels aufgebracht werden kann. Die Passivierungs- schicht stellt eine Isolationsschicht dar, welche den Bauelementstapel vollständig umgibt, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Federelement und den Außenkontaktierungen und/oder den Elektrodenschichten des Bauelementstapels zu verhindern. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der Aktuatoreinheit verbessert. Die Gefahr elektrischer Überschläge zwischen den aus einem Metall gefertigten Federelementen und den Außenkontaktierungen oder den Elektrodenschichten ist dadurch verringert .

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Möglichkeit zur Querschnitts-Optimierung der gesamten Aktuatoreinheit gegeben ist. Insbesondere ist durch die Segmentierung des Federelements eine Verringerung des Außendurchmes- sers der Aktuatoreinheit möglich. Ermöglicht wird dies dadurch, dass die Federsegmente an solchen Stellen der Aktuatoreinheit vorgesehen werden können, an denen diese aus mechanischer und elektrischer Sicht unproblematisch sind. Hierdurch ergeben sich größere Freiheitsgrade bei der Ausgestal- tung des Querschnitts des Bauelementstapels sowie der Außenkontaktierungen .

Die Aktuatoreinheit lässt sich ferner auf einfache Weise fertigen, da die bei Rohrfedern aufwändige Biegeprozedur zur Zy- linderform inklusive einer notwendigen Längsschweißung in Erstreckungsrichtung des Bauelementstapels entfallen kann.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Federsegmente gleichförmig über den Umfang des Bauelementstapels verteilt. Hierdurch wirken die in den Bauelementstapel eingeleiteten Kräfte homogen und gleichverteilt in radialer Richtung relativ zu einer Mittelachse des Bauelementstapels. In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls zweckmäßig, wenn die Federsegmen- te jeweils eine identische Gestalt aufweisen. Um eine homogene und gleichverteilte Kraft in den Bauelementstapel einzuleiten, ist es ferner zweckmäßig, wenn die Federsegmente bezüglich mindestens einer Symmetrieachse symmetrisch in der Aktuatoreinheit angeordnet sind.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Federsegmente mit einer Kopf- und einer Bodenplatte im Bereich der Stirnseiten des Bauelementstapels miteinander verbunden. Über die Kopf- und Bodenplatte wird die Kraft in den Bauele- mentstapel eingeleitet. Die Verbindung zwischen den Federsegmenten und den beiden Platten erfolgt vorzugsweise über eine Verschweißung. Alternativ kann die Verbindung auch form- und/oder kraftschlüssig realisiert sein. Eine Vergrößerung des Querschnitts des Bauelementstapels - bei im Vergleich zu einer herkömmlichen Lösung gleichem Außendurchmesser der Aktuatoreinheit - lässt sich dadurch erzielen, dass gemäß einer weiteren Ausgestaltung die Federsegmente in einer Ebene, die senkrecht zur Längserstreckung des Bauelementstapels liegt, im Querschnitt die Gestalt eines

Kreisbogens aufweisen. Sofern - im Vergleich zu einer Aktuatoreinheit mit herkömmlicher Rohrfeder - die Querschnittsfläche des Bauelementstapels nicht vergrößert werden soll, so lässt sich hierdurch eine Verringerung des Außendurchmessers der Aktuatoreinheit erzielen.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Federsegmente in einer jeweiligen Aussparung der Passivierungs- schicht angeordnet. Hierdurch kann, wie oben erläutert, die Fläche der Werkstoffschichten des Bauelementstapels maximiert oder der Außendurchmesser der Aktuatoreinheit minimiert werden. Die Aussparungen für die Federsegmente können nach Art einer Nut oder Tasche ausgebildet sein. Die Aussparungen sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Federsegmente auf einem Kreisbogen angeordnet sind, so dass die Baueinheit aus Bauelementstapel und Federsegmente, wenn die Federsegmente in einer jeweiligen Aussparung der Passivierungsschicht angeordnet sind, eine im Wesentlichen zylindrische oder ellipsoide Gestalt aufweist.

In einer weiteren Ausbildung liegen freie Kontaktierungsab- schnitte der Außenelektroden, welche beidseitig von Material der Passivierungsschicht umgeben sind und welche mit dem Bau- elementstapel nicht mechanisch verbunden sind, auf dem Kreisbogen. Auch diese Ausführungsvariante trägt dazu bei, die geometrischen Abmaße der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit gegenüber bekannten Aktuatoreinheiten aus dem Stand der Technik zu optimieren.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Federsegmente derart relativ zu dem Bauelementstapel angeordnet, dass ein Abstand zwischen elektrisch aktiven Flächen und/oder Kanten des Bauelementstapels und einem jeweiligen Federsegment im Rahmen eines zur Verfügung stehenden Einbauraums maximal ist. Die Position von Kanten des Bauelementstapels, der Außenkon- taktierung sowie den Federsegmenten kann zumindest teilweise so frei gewählt werden, dass der Abstand zwischen elektrisch aktiven Flächen oder Kanten des kontaktierten Bauelementsta- pels und dem Massepotential der Federsegmente im Rahmen des zu Verfügung stehenden Einbauraums maximiert werden kann.

Die Segmentierung des Federelements erlaubt es weiterhin, dass der Bauelementstapel einen von der Kreis- oder Ellipsen- form abweichenden Querschnitt mit zumindest einer Außenkante aufweist, wobei die Außenkanten wahlweise eckig oder rund ausgebildet sind. Die Außenkanten des elektrisch passivierten Bauelementstapels können damit im Wesentlichen frei gewählt werden. Eine Einbeziehung der Federsegmente ist durch das Vorsehen der Aussparungen in der Passivierungsschicht oder sogar das Einbeziehen der Federsegmente in die Passivierung selbst realisierbar. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der von dem Federelement und der Passivierungsschicht umgebene Bauelementstapel von einem rohrförmigen Gehäuse, insbesondere aus Invar, umgeben, wobei dessen Innenseite eine an die Gestalt des Federelements und die Passivierungsschicht angepasste Form derart aufweist, dass ein zwischen diesen Elementen gebildeter Spalt eine in etwa gleichförmige Dicke aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen, jeweils in einer Quer- Schnittsdarstellung:

Fig. 1 eine herkömmliche Aktuatoreinheit, bei der ein e- lektrisch passivierter Bauelementstapel von einer Rohrfeder umgeben ist,

Fig. 2 eine erste Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsvariante einer erfindungsge- mäßen Aktuatoreinheit, und

Fig. 4 eine dritte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit. Fig. 1 zeigt in einer Querschnittsdarstellung eine Aktuato- reinheit 1 für ein Einspritzventil einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, wie diese bisher verwendet werden. Im Zentrum der Aktuatoreinheit 1 ist ein als Stapel ausgebilde- tes elektronisches Bauelement 10 (nachfolgend Bauelementstapel genannt) angeordnet. Üblicherweise weist ein solcher Stapel, in der Draufsicht betrachtet, einen im Wesentlichen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf. Um die Querschnittsfläche des Bauelementstapels maximieren zu können, entspricht die Querschnittsform des Bauelementstapels 10 gemäß Fig. 1 tatsächlich dem eines Achtecks, wobei die längeren Hauptseiten durch jeweils kürzere Hauptseiten miteinander verbunden sind. Der Bauelementstapel 10 ist an zwei sich gegenüberliegenden

Umfangsseiten elektrisch kontaktiert. Der Bauelementstapel 10 umfasst eine Mehrzahl von Elektrodenschichten und eine Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten (beide in Fig. 1 nicht sichtbar), wobei jede der Werkstoffschichten zwischen zwei der Elektrodenschichten angeordnet ist. Die elektrische Kontaktierung erfolgt über zwei Außenelektroden 30, 40, welche mit jeweiligen Elektrodenschichten elektrisch verbunden sind. Um den mit den zwei Außenelektroden 30, 40 versehenen Bauelementstapel me- chanisch schützen zu können, ist außenumfangsseitig eine Pas- sivierungsschicht 50, insbesondere aus einem Silikon, aufgebracht. Hierbei ergibt sich der in der Fig. 1 dargestellte in etwa kreisförmige Querschnitt des Bauelementstapels 10. Die Passivierungsschicht 50 besteht insbesondere aus Silikon, wo- bei auch andere Materialien zum Einsatz kommen können. Diese Baueinheit wird in einem zylindrischen Gehäuse (nicht dargestellt) angeordnet, dessen äußerer Durchmesser in der Regel vorgegeben ist. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die zwei Außenelektroden 30, 40 kann eine senkrecht zur Blattebene erfolgende Auslenkung des Bauelementstapels 10 erreicht werden. Um eine Beschädigung des Bauelementstapels während dessen aktua- torischer Betätigung verhindern und eine Rückstellkraft auf den Bauelementstapel 10 ausüben zu können, wenn eine Ansteuerung über die zwei Außenelektroden 30, 40 nicht mehr erfolgt, ist eine den Bauelementstapel umgebende Rohrfeder 20 als Federelement vorgesehen. Zwischen der Rohrfeder 20 und der Pas- sivierungsschicht 50 des Bauelementstapels 10 ist ein Luftspalt 25 vorgesehen, welcher eine Relativbewegung des Bauelementstapels und der Rohrfeder 20 während des Betriebs der Ak- tuatoreinheit 1 zulässt. Die Rohrfeder 20 ist typischerweise aus einem Metall gefertigt. Die Rohrfeder 20, die eine zylindrische Form aufweist, wird durch einen Biegeprozess hergestellt, welcher nach der Durchführung einer Längsverschweißung mit einer Kopf- und einer Bodenplatte (nicht dargestellt) verschweißt wird, um den Bauelementstapel 10 mit einer Vorspannkraft zu beaufschlagen und zu verhindern, dass der Bauelementstapel 10 während dessen Betriebs reißt.

Die achteckige Querschnittsform des Bauelementstapels 10 be- dingt insgesamt acht, parallel verlaufende Außenkanten 11,

12, 13, 14, 15, 16, 17, 18. An den, zwischen den Außenkanten 11 und 18 sowie 14 und 15 definierten Umfangsseiten des Bauelementstapels 10 sind die Außenelektroden 30, 40 ankontak- tiert. Jede der Außenelektroden 30, 40 weist sich längs der angrenzenden Umfangsseiten verlaufende freie Kontaktierungs- abschnitte 31, 32 bzw. 41, 42 auf. Die freien Kontaktierungs- abschnitte 31, 32 sowie 41, 42 der Außenelektroden 30, 40 sind beidseitig vom Material der Passivierungsschicht 50 umgeben. Ferner sind die freien Kontaktierungsabschnitte auch nicht mit dem Bauelementstapel 10 mechanisch verbunden. Die freien Kontaktierungsabschnitte 31, 32 sowie 41, 42 sind z.B. mäanderförmig ausgeführt und erstrecken sich jeweils parallel zu ihren benachbarten Umfangsseiten . Die freien Kontaktie- rungsabschnitte 31, 32, 41, 42 dienen dazu, im Fall eines Risses durch den Bauelementstapel 10 in dessen Betrieb die elektrische Kontaktierung weiterhin sicherzustellen. Da die Ausgestaltung und Art der freien Kontaktierungsabschnitte 31, 32, 41, 42 für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung sind, wird auf eine eingehendere Beschreibung verzichtet.

Im Bereich der Außenkanten 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 sowie Knickpunkten 34, 35, 44, 45 der Außenelektroden 30, 40 und Endpunkten 33, 36, 43, 46 der Außenelektroden 30 40 ist konstruktionsbedingt der Abstand zu der, den passivierten

Bauelementstapel 10 umgebenden Rohrfeder 20 am geringsten. In diesem Bereich können unter ungünstigen Umgebungsbedingungen, wie z.B. Kraftstoffeintrag oder hohen elektrischen Ansteuer- Feldstärken aufgrund einer Beschädigung der Passivierung Kurzschlüsse auftreten, die zu einem Defekt der Aktuatorein- heit 1 führen können.

Um diese Problematik zu umgehen, ist in einer erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit das in Fig. 1 als Rohrfeder ausgebildete Federelement durch zumindest zwei, in Längserstreckung des

Bauelementstapels 10 nicht zusammenhängende Federsegmente ersetzt, welche an den Stirnseiten des Bauelementstapels über eine Kopf- und eine Bodenplatte miteinander verbunden sind. In den Figuren 2 bis 4 sind drei mögliche Ausführungsvarian- ten dargestellt, welche auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen eine für eine geforderte Lebensdauer ausreichende elektrische Passivierung der aktiven Oberfläche des Bauelementstapels sowie der daran angebrachten Außenkontaktierung, insbesondere gegenüber dem Federelement, ermöglichen. Insbe- sondere kann die Passivierung im Bereich der oben genannten Problemstellen - der Außenkanten des Bauelementstapels sowie der Knick- und Endpunkte einer jeweiligen Außenkontaktierung - in einer nahezu homogenen Dicke bereitgestellt werden, wo- durch die Zuverlässigkeit verbessert und die Gefahr elektrischer Überschläge zum Bauelementstapel als auch zum Federelement hin verringert ist.

Das allen drei, nachfolgend beschriebenen Ausführungsvarian- ten zu Grunde liegende Prinzip besteht darin, das ursprünglich rohrförmige Federelement zu segmentieren, wobei die einzelnen Federsegmente in Längserstreckung des Bauelementstapels nicht zusammenhängen. Die Federelemente sind einzeln a- nalog als Zugfedern ausgebildet. Die Federsegmente werden an der Stirnseite des Bauelementstapels 10 durch die beschriebene Kopf- und Bodenplatte miteinander verbunden (nicht dargestellt) . Die Verbindung kann durch Verschweißung oder einen Form- und/oder Kraftschluss erfolgen. Durch eine gleichförmige Verteilung der Federsegmente über den Umfang des Bauelementstapels 10 bzw. einer symmetrischen Anordnung der Federelemente bezüglich mindestens einer Symmetrieachse (welche in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung des Bauelementstapels 10 liegen) können die über die Kopf- und Bodenplatte in den Bauelementstapel 10 eingeleiteten Kräfte homogen und gleichverteilt in radialer Richtung zur Mittelachse des Bauelementstapels 10 wirken. Die Anzahl und die Anordnung der Federsegmente kann dabei derart gewählt werden, dass ein maximaler Abstand zwischen elektrisch akti- ven Flächen und -kanten des Bauelementstapels und einem jeweiligen Federsegment im Rahmen des zur Verfügung stehenden Einbauraums maximiert ist. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens besteht darin, dass die Federsegmente auf einfache Weise herstellbar sind. Insbesondere kann die bei der Verwendung einer Rohrfeder aufwändige Biegeprozedur zur bisherigen Zylinderform einschließ- lieh der notwendigen Längsschweißung entfallen. Eine erfindungsgemäße Aktuatoreinheit lässt sich deshalb auf einfachere und kostengünstigere Weise bereitstellen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, eine Querschnitts-Optimierung der Aktuatoreinheit vorzunehmen. Bei im Vergleich zum Stand der Technik gleichbleibendem Durchmesser kann die Querschnittsfläche des Bauelementstapels vergrößert werden. Bei im Vergleich zum Stand der Technik gleichbleibender Querschnittsfläche des Bauelementstapels kann der Außendurchmesser der Aktuatoreinheit verringert werden.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit 1, wobei der Bauelementstapel 10 wiederum die in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene achteckige Grundform aufweist. Dabei weisen die acht Umfangsseiten des Bauelementstapels 10 eine in etwa gleichförmige Breite bzw. Länge auf. Das Federelement ist im Ausführungsbeispiel durch vier Federsegmente 21, 22, 23, 24 gebildet, welche paarweise an gegenüberliegenden Umfangsseiten des Bauelementstapels 10 angeordnet sind. Dabei kommen die Federsegmente 21, 23 an denjenigen Umfangsseiten des Bauelementstapels 10 zum Liegen, an denen die Außenkontaktierungen 30, 40 mit dem Bauelementstapel mechanisch und elektrisch verbunden sind. Die beiden weiteren Federsegmente 22, 24 sind symmetrisch zu den Federsegmenten 21, 23 angeordnet.

Die den Bauelementstapel 10 und die Außenkontaktierungen 30, 40 umgebende Passivierungsschicht 50 weist im Ausführungsbeispiel eine an die Gestalt des Bauelementstapels 10 angepasste und damit ebenfalls achteckige Grundform auf. Die Federseg- mente 21, 22, 23, 24 kommen in der beschriebenen Anordnung außerhalb der Passivierungsschicht zum Liegen. Die Breite der Federsegmente 21, 22, 23, 24 ist derart gewählt, dass auch bei einem Durchscheuern der Passivierung 50 ein elektrischer Kontakt im Bereich der kritischen Außenkanten 11 bis 18 sowie der End- und Knickpunkte 33, 36, 43, 46 sowie 34, 35, 44, 45 der Außenkontaktierungen 30, 40 nicht auftreten kann.

Insbesondere ermöglicht das in Fig. 2 vorgestellte Design ei- nen größeren Abstand der Federelemente von den kritischen

Punkten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Grundfläche des Bauelementstapels 10 im Vergleich zu einem herkömmlichen Design vergrößert werden kann. In bekannter Weise ist die beschriebene Anordnung von einem rohrförmigen Gehäuse 60, insbesondere aus Invar, umgeben. Die Innenseite des Gehäuses 60 weist eine an die Gestalt des Federelements und der Passivierungsschicht 50 angepasste Form auf, wobei ein zwischen diesen Elementen gebildeter Spalt 65 eine in etwa gleichförmige Dicke aufweist.

Fig. 3 zeigt eine weiter verbesserte Ausführungsvariante mit ebenfalls vier Federsegmenten 21, 22, 23, 24. Wiederum ausgehend von der achteckigen Grundform des Bauelementstapels 10 und den jeweils zwei freie Kontaktierungsabschnitte 31, 32,

41, 42 aufweisenden Außenelektroden 30, 40 sind die Federsegmente 21, 22, 23, 24 kreisbogenförmig ausgebildet und in einer jeweiligen Aussparung 51, 52, 53, 53 der prinzipiell zylinderförmigen Passivierungsschicht 50 angeordnet. Die Aus- sparungen sind dabei derart bemessen, dass die in den Aussparungen 51, 52, 53, 54 angeordneten Federsegmente 21, 22, 23, 24 in etwa bündig zum Abschluss kommen, so dass insgesamt eine Zylinderform gegeben ist. Hierdurch kann ein vereinfach- tes, rohrförmiges Gehäuse 60, dessen Innenseite nicht kontu- riert zu sein braucht, verwendet werden.

Anzumerken ist, dass sowohl die Federsegmente 21, 22, 23, 24 als auch die freien Kontaktierungsabschnitte 31, 32, 41, 42 der Außenelektroden 30, 40 auf einem gemeinsamen Kreisbogen angeordnet sein können. Hierdurch ergibt sich eine gleichmäßige und homogene Kraftverteilung in radialer Richtung zur Mittelachse des Bauelementstapels 10 sowie eine hinsichtlich der Zuverlässigkeit optimierte Geometrie. Insbesondere lässt sich dadurch auch der Abstand zwischen elektrisch aktiven Flächen und Kanten des kontaktierten Bauelementstapels 10 und den Federelementen 21 bis 24 im Rahmen des zur Verfügung stehenden Einbauraums maximieren. Darüber hinaus kann die Passi- vierungsschicht 50 in einer weitgehend homogenen Dicke bezüglich der Querschnittsfläche des Bauelementstapels 10 inklusive der Kontaktierung zur Erhöhung der Zuverlässigkeit aufgebracht werden. Die Gefahr elektrischer Überschläge ist dadurch, wie erläutert, verringert.

Eine weiter alternative Ausgestaltung ist in Fig. 4 dargestellt, in der das Federelement lediglich zwei Federsegmente 21, 22 aufweist, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbei- spielen weisen die Außenelektroden 30, 40 jeweils nur noch einen freien Kontaktierungsabschnitt 31 bzw. 41 auf, welche jeweils im Bereich zwischen den Federsegmenten 21, 22 angeordnet sind. Aufgrund der geringeren Anzahl an Einzelelementen ergibt sich ein vereinfachter Aufbau der Aktuatoreinheit 1. Darüber hinaus lässt sich auch die Fläche des Bauelementstapels 10 weiter maximieren. Im Übrigen sind die in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Vorteile auch in dieser Ausführungsvariante gegeben.

Claims

Patentansprüche

1. Aktuatoreinheit (1) für ein Einspritzventil einer

Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs, umfassend: - ein als Stapel ausgebildetes elektronisches Bauelement (10), mit

einer Mehrzahl von Elektrodenschichten;

einer Mehrzahl von auf Anlegen eines elektrischen Feldes reagierenden Werkstoffschichten, wobei jede Werkstoff- schicht zwischen zwei der Elektrodenschichten angeordnet ist;

zwei Außenelektroden (30, 40), welche an zumindest einer Umfangsseite des Bauelements (10) mit jeweiligen Elektrodenschichten elektrisch verbunden sind; und

- einer Passivierungsschicht (50), insbesondere aus Silikon, welche auf der zumindest einen Umfangsseite zumindest die Außenelektroden (30,40) bedeckt;

ein das Bauelement (10) umgebendes Federelement (20), das aus zumindest zwei, in Längserstreckung des Bauele- mentstapels (10) nicht zusammenhängenden Federsegmenten (21, 22, 23, 24) gebildet ist, welche an den Stirnseiten des Bauelementstapels (10) miteinander verbunden sind.

2. Aktuatoreinheit nach Anspruch 1, bei der die Federseg- mente (21, 22, 23, 24) gleichförmig über den Umfang des

Bauelementstapels (10) verteilt sind.

3. Aktuatoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Federsegmente (21, 22, 23, 24) jeweils eine identische Gestalt aufweisen.

4. Aktuatoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Federsegmente (21, 22, 23, 24) bezüglich mindestens einer Symmetrieachse symmetrisch in der Aktu- atoreinheit (1) angeordnet sind.

5. Aktuatoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, bei der die Federsegmente (21, 22, 23, 24) mit einer Kopf- und einer Bodenplatte im Bereich der Stirnseiten des Bauelementstapels (10) miteinander verbunden sind.

6. Aktuatoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Federsegmente (21, 22, 23, 24) in einer Ebene, die senkrecht zur Längserstreckung des Bauelementsstapels (10) liegt, im Querschnitt die Gestalt eines Kreisbogens aufweisen.

7. Aktuatoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Federsegmente (21, 22, 23, 24) in einer jeweiligen Aussparung (51, 52, 53, 54) der Passivierungs- schicht (50) angeordnet sind.

8. Aktuatoreinheit nach Anspruch 7, bei der die Aussparungen (51, 52, 53, 54) derart ausgestaltet sind, dass die Federsegmente (21, 22, 23, 24) auf einem Kreisbogen angeordnet sind.

9. Aktuatoreinheit nach Anspruch 8, bei der freie Kontak- tierungsabschnitte (31, 32, 41, 42) der Außenelektroden (30, 40), welche beidseitig von Material der Passivie- rungsschicht (50) umgeben sind und welche mit dem Bau- elementstapel (10) nicht mechanisch verbunden sind, auf dem Kreisbogen liegen.

10. Aktuatoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Federsegmente (21, 22, 23, 24) derart rela- tiv zu dem Bauelementstapel (10) angeordnet sind, dass ein Abstand zwischen elektrisch aktiven Flächen und/oder Kanten des Bauelementstapels (10) und einem jeweiligen Federsegment (21, 22, 23, 24) im Rahmen eines zur Verfü- gung stehenden Einbauraums maximal ist.

11. Aktuatoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Bauelementstapel (10) einen von einer Kreisoder Ellipsenform abweichenden Querschnitt mit zumindest einer Außenkante (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) aufweist, wobei die Außenkanten (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) wahlweise eckig oder rund ausgebildet sind.

12. Aktuatoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der von dem Federelement (20) und der Passivie- rungsschicht (50) umgebene Bauelementstapel (10) von einem rohrförmigen Gehäuse (60), insbesondere aus Invar, umgeben ist, wobei dessen Innenseite eine an die Gestalt des Federelements (20) und der Passivierungsschicht (50) angepasste Form derart aufweist, dass ein zwischen diesen Elementen gebildeter Spalt (65) eine in etwa gleichförmige Dicke aufweist.