WO2012059380A1 - Aktoreinheit, verfahren zur fertigung einer aktoreinheit und hülse zur aufnahme eines piezoaktors - Google Patents

Aktoreinheit, verfahren zur fertigung einer aktoreinheit und hülse zur aufnahme eines piezoaktors Download PDF

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WO2012059380A1
WO2012059380A1 PCT/EP2011/068759 EP2011068759W WO2012059380A1 WO 2012059380 A1 WO2012059380 A1 WO 2012059380A1 EP 2011068759 W EP2011068759 W EP 2011068759W WO 2012059380 A1 WO2012059380 A1 WO 2012059380A1
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WO
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face
sleeve
potting compound
piezoelectric actuator
actuator unit
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PCT/EP2011/068759
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French (fr)
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Johann Kreiter
Siegfried Fellner
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Epcos Ag
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    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Definitions

  • Actuator method for manufacturing an actuator and sleeve for receiving a piezoelectric actuator
  • the invention relates to an actuator unit, a method for manufacturing an actuator unit and a sleeve for receiving a piezoelectric actuator.
  • Piezoactuators generally include multiple layers of piezoelectric material. Piezo actuators can be used for example for actuating an injection valve in a motor vehicle. A sleeve is for the protection of a
  • Piezoactuators are known for example from DE 10 2004 031 404 AI and DE 10 2006 025 177 AI.
  • the object of the invention is to provide an actuator unit and a method for manufacturing an actuator unit and a sleeve, whereby the reliability and the life of a piezoelectric actuator is increased.
  • An actuator unit which comprises a piezoactuator.
  • the piezoelectric actuator has a first end face and a second end face.
  • the actuator unit further comprises a sleeve for receiving the piezoelectric actuator.
  • the sleeve has a first end face and a second end face.
  • Actuator further comprises a potting compound surrounding the piezoelectric actuator.
  • the piezoelectric actuator and the potting compound are in the Inserted sleeve.
  • the potting compound extends to a maximum of the first end face of the piezoelectric actuator.
  • the sleeve is designed to protect the piezoelectric actuator from environmental influences, such as high temperatures that occur approximately in the engine compartment of a motor vehicle.
  • the sleeve thus increases the life of the piezoelectric actuator.
  • the sleeve continues to serve the shape stabilization of the potting compound.
  • the potting compound surrounds the piezoelectric actuator.
  • the potting compound extends exactly to the first end face of the
  • the sealing compound includes the first
  • Piezoaktors could be made difficult, is avoided.
  • End face of the piezoelectric actuator and the first end face of the sleeve have the same axial position with respect to the main axis of the actuator unit.
  • the height or length of the sleeve corresponds approximately to the height of the piezoelectric actuator. It can thereby be achieved that the sealing compound is flush with the first end face of the piezoelectric actuator and at the same time with the first end face of the sleeve. This increases the stability and life of the actuator unit. Furthermore, an automatic production of the actuator unit can be facilitated since the potting compound is always at a certain level,
  • the sleeve is formed in one piece.
  • a one-piece sleeve can be an automatic
  • the second end face of the sleeve has an opening.
  • End face of the piezoelectric actuator is inserted in the opening.
  • the opening has the shape of a square.
  • the breakthrough has a dimension which is approximately the
  • the dimension of the second end face of the piezoelectric actuator corresponds.
  • the dimension of the second end face of the piezoelectric actuator is smaller or at most equal to the dimension of the opening, so that the second end face of the piezoelectric actuator can be easily inserted into the opening.
  • the second end face of the piezoactuator is in such a way in the breakthrough introduced, that the second end face of the piezoelectric actuator protrudes from the second end face of the sleeve.
  • the first end face of the sleeve has an opening.
  • the opening is suitable for introducing the piezoelectric actuator into the sleeve.
  • the sleeve has the shape of a cylinder.
  • the first end face of the sleeve open, so that the piezoelectric actuator can be introduced through the opening in the sleeve.
  • the second end face of the sleeve forms the bottom of the sleeve, wherein the bottom has the breakthrough described above for receiving the second end face of the piezoelectric actuator.
  • the material of the sleeve comprises PBT.
  • the sleeve preferably contains a material comprising a thermoplastic polyester, for example polybutylene terephthalate (PBT). This material has hydrophobic
  • this material gives the sleeve a shape stabilization of the potting compound
  • said material is resistant to temperatures.
  • PBT has the advantage that due to its chemical stability, the material does not segregate to the piezoactuator and chemically contaminate it.
  • the material of the sleeve enters into a connection with the potting compound, whereby cavities between the
  • the actuator unit comprises
  • Piezoaktor a stack of piezoceramic layers as well arranged between the piezoceramic layers
  • the electrode layers are contacted against each other.
  • the piezoceramic layers have a lead zirconate titanate (PZT) ceramic.
  • the electrode layers ⁇ preferably contain one of the following
  • Deformation can also be referred to as a piezoelectric stroke.
  • the actuator unit has the
  • Piezo actuator two connection elements.
  • the connection elements project out of the first end face of the piezoelectric actuator.
  • connection elements are used for external contacting of the actuator unit.
  • a connecting element is attached to each of two side surfaces of the stack.
  • Connection elements can be designed as pins.
  • the subarea of the connecting elements, which protrudes from the first end face of the piezoelectric actuator, is free of potting compound.
  • the potting compound extends to a maximum of the first end face of the piezoelectric actuator, which can from the side of the first
  • Impurities are held by the potting compound.
  • the piezoelectric actuator is introduced into the sleeve in a first step.
  • the potting compound is introduced into the sleeve. The potting compound is used to fill a cavity between the inside of the sleeve and the
  • the cavity is filled with the potting compound.
  • the cavity is preferably filled in such a way that the potting compound extends to a maximum of the first end face of the piezoelectric actuator.
  • the potting compound is flush with the first end face of the sleeve and the piezoelectric actuator. As soon as the potting compound is flush with the first end face of the sleeve, the filling is stopped, so that the
  • the potting compound can be introduced, for example, from the side of the first end face of the sleeve over the opening in the first end face in the sleeve.
  • the potting compound can be introduced from the side of the second end face of the sleeve. For the second end face an opening,
  • Filling element can be introduced into the sleeve.
  • the cavity is preferably filled in such a way that
  • Filling element can be achieved. For example, that can
  • the method further comprises the step of attaching a sealing element to the second end face of the sleeve prior to filling the cavity.
  • the sealing element is preferably detachably attached to the second end face of the sleeve ⁇ .
  • the sealing element is used for
  • the sealing element is attached to the second end face of the sleeve such that leakage of the potting compound from the side of the second end face of the sleeve during filling of the cavity is prevented.
  • Sealing element seals the second end face of the sleeve against leakage of the potting compound.
  • the method further comprises the step of curing the potting compound.
  • the sealing element is removed from the second end face of the sleeve after the curing process.
  • a sleeve for receiving a piezoelectric actuator is specified.
  • the sleeve is integrally formed.
  • the sleeve may be injection molded, for example.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an actuator unit
  • Figure 3 is a schematic representation of the actuator unit
  • FIG. 2 during casting
  • Figure 4 is a schematic representation of the actuator unit
  • Figure 1 shows a multilayer piezoelectric actuator 1.
  • Piezoelectric actuator 1 has a stack 2 of a plurality of piezoelectric layers 3 arranged one above the other.
  • Piezoactuator 1 has a first end face 14 'and a second end face 13'. Along the stacking direction, the stack 2 is subdivided into an active area 6 and two inactive areas 7. The inactive regions 7 adjoin the active region 6 in the stacking direction and form the end pieces of the stack 2.
  • the active region 6 of the stack 2 has electrode layers 4 arranged between the piezoelectric layers 3. In order to be able to easily contact the electrode layers 4 in the active region 6, the piezoactuator 1 is designed such that only electrode layers 4 associated with the same electrical polarity extend as far as an edge region of the piezoactuator 1. The other electric
  • Polarity associated electrode layers 4 do not extend at this point to the edge of the piezoelectric actuator 1.
  • the electrode layers 4 are therefore each formed in the form of nested combs. Via contact surfaces in the form of metallizations 5 on the outside of the
  • Stack 2 can be applied to the electrode layers 4, an electrical voltage.
  • a voltage is applied to the electrode layers 4, a deformation of the piezoelectric material in the active region 6 occurs.
  • connection element 8 designed as wire or pin (see FIGS. 2 to 4). connected, which is an electrical contact of the
  • Piezoactuator 1 allows to the outside.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a
  • the actuator unit has a sleeve 9.
  • the sleeve 9 is cylindrical.
  • the sleeve 9 consists ⁇ example, from polybutylene terephthalate (PBT).
  • PBT polybutylene terephthalate
  • the sleeve 9 is made in one piece.
  • the sleeve 9 has a first
  • End face 14 and a second end face 13 Of the
  • Piezoelectric actuator 1 from FIG. 1 is arranged in the sleeve 9.
  • the piezoelectric actuator 1 is in particular such in the sleeve. 9
  • the first end face 14 'of the piezoelectric actuator 1 is arranged closer to the first end face 14 of the sleeve 9 than the second end face 13' of the piezoelectric actuator.
  • the first end face 14 of the sleeve 9 has an opening 18.
  • the opening 18 is designed to receive the piezoelectric actuator 1 in the interior of the sleeve 9.
  • the height or length of the sleeve 9 corresponds approximately to the height of the piezoelectric actuator 1.
  • the first end face 14 'of the piezoelectric actuator 1 is flush with the first end face 14 of the sleeve.
  • the first end surface 14 'of the piezoelectric actuator 1 and the first end face 14 of the sleeve thus have the same axial position with respect to the main axis 16 of the Aktorein ⁇ uniform or sleeve 9, wherein the main axis 16 between the first end face 14 and the second
  • End face 13 of the sleeve 9 extends.
  • the connecting elements 8 of the piezoelectric actuator 1 protrude from the first end face 14 'of the
  • Piezoactuator 1 and, consequently, also out of the first end face 14 of the sleeve 9 out.
  • the second end face 13 of the sleeve 9 forms the bottom of the sleeve 9.
  • the second end face 13 has an opening 17.
  • the breakthrough is a square breakthrough.
  • Main axis 16 passes through the opening 17.
  • End face 13 'of the piezoelectric actuator 1 is inserted into the opening 17 or passed therethrough.
  • End face 13 'of the piezoelectric actuator 1 protrudes from the opening 17 and thus beyond the second end face 13 of the sleeve 9 also. Due to manufacturing tolerances, a gap or a gap (not explicitly shown) may occur between the opening 17 and the piezoactuator 1. Potting material 1 can escape through this gap when casting the actuator unit. To escape the potting compound 11 from the
  • End face 13 of the sleeve 9 to prevent is a
  • Sealing element 10 attached to the second end face 13 of the sleeve 9. The sealing element 10 closes the second
  • the sealing element 10 is pressed onto the end face 13 of the sleeve by machine.
  • the sealing element 10 is detachably attached.
  • the sealing element 10 is only during the casting of the actuator unit and during a
  • the sealing element 10 is a sealing disc.
  • the sealing element 10 is deformable.
  • the sealing element 10 consists of a foam.
  • the potting compound 11 surrounds the piezoactuator 1.
  • the potting compound 11 contains a silicone elastomer.
  • the potting compound 11 may have a quartz sand and adhesion-promoting materials.
  • the potting compound 11 communicates with the outside of the piezoactuator 1, i. both with outer surfaces of the piezoceramic layers 3 and with the outer surfaces of the metallizations 5 and the connection elements 8. To the outside, the potting compound 11 is bounded by the sleeve 9. In this embodiment, the potting compound 11 is filled to level.
  • the potting compound 1 is flush with the first side surface 14 'of the
  • Piezoactuator 1 and, consequently, with the first side surface 14 of the sleeve 9 from.
  • the potting compound 11 also to just below the first
  • End face 14 'of the piezoelectric actuator 1 protrudes, free of
  • FIGS. 3 and 4 show the described actuator unit during its production, in particular during casting.
  • the piezoactuator 1 is introduced into the sleeve 9 via the opening 18, so that the second end face 13 'of the piezoactuator 1 passes over the Breakthrough 17 protrudes from the second end face 13 of the sleeve 9.
  • the first end face 14 'of the piezoelectric actuator 1 is flush with the first end face 14 of the sleeve 9, as described in connection with Figure 2.
  • Sealing element 10 is attached to the second end face 13 of the sleeve 9 such that the second end face 13 is sealed against leakage of the potting compound 11 during casting.
  • the potting compound 11 is introduced into the sleeve 9 in order to fill the cavity between the inside of the sleeve 9 and the piezoelectric actuator 1.
  • the introduction of the potting compound 11 takes place via a filling element 15.
  • the filling element 15 is a needle.
  • the filling can be done from the side of the first end face 14 of the sleeve 9 (see Figure 4).
  • the filling element 15 is guided from the side of the first end face 14 of the sleeve 9 into the cavity close to the second end face 13.
  • the filling element 15 is moved in the direction of the first end face 14 (not explicitly shown), wherein the filling element 15,
  • a filling opening of the filling element 15 is always kept just above the Vergussmassenrise to allow uniform filling and turbulence, which can lead to air pockets in the potting compound 11 to avoid.
  • the filling can also be done from the side of the second end face 13 of the sleeve 9 (see Figure 3). In this case, the filling element 15 is introduced from the side of the second end face 14 of the sleeve 9 into the cavity.
  • a further opening 19 via which the filling element 15 is introduced into the cavity.
  • the opening 19 is offset radially with respect to the main axis 16 to the opening 17.
  • foam consists, closes the piercing again automatically, causing it comes to no leakage of the potting compound 11 through the piercing.
  • the filling element 15 is removed.
  • the potting compound 11 is cured. After curing of the potting compound 11, the sealing element 10 is removed from the second end face 13 of the sleeve 9.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

Es wird eine Aktoreinheit angegeben, die einen Piezoaktor (1) aufweisend eine erste Stirnfläche (14') und eine zweite Stirnfläche (13') umfasst. Die Aktoreinheit umfasst weiterhin eine Hülse (9) zur Aufnahme des Piezoaktors (1), wobei die Hülse (9) eine erste Stirnfläche (14) und eine zweite Stirnfläche (13) aufweist. Die Aktoreinheit umfasst weiterhin eine den Piezoaktor (1) umgebende Vergussmasse (11). Der Piezoaktor (1) und die Vergussmasse (11) sind in die Hülse (9) eingebracht. Die Vergussmasse (11) reicht bis maximal an die erste Stirnfläche (14') des Piezoaktors (1). Weiterhin werden ein Verfahren zur Fertigung einer Aktoreinheit sowie eine Hülse zur Aufnahme eines Piezoaktors angegeben.

Description

Beschreibung
Aktoreinheit, Verfahren zur Fertigung einer Aktoreinheit und Hülse zur Aufnahme eines Piezoaktors
Die Erfindung betrifft eine Aktoreinheit, ein Verfahren zur Fertigung einer Aktoreinheit sowie eine Hülse zur Aufnahme eines Piezoaktors. Piezoaktoren umfassen im Allgemeinen mehrere Schichten eines piezoelektrischen Materials. Piezoaktoren können zum Beispiel zum Betätigen eines Einspritzventils in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Eine Hülse ist zum Schutz eines
Piezoaktors vor Umwelteinflüssen von Bedeutung, wenn die Lebensdauer des Piezoaktors möglichst lang gehalten werden soll .
Piezoaktoren sind beispielsweise aus der DE 10 2004 031 404 AI und der DE 10 2006 025 177 AI bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Aktoreinheit sowie ein Verfahren zur Fertigung einer Aktoreinheit und eine Hülse anzugeben, wodurch die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer eines Piezoaktors erhöht wird.
Es wird eine Aktoreinheit angegeben, die einen Piezoaktor umfasst. Der Piezoaktor weist eine erste Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche auf. Die Aktoreinheit umfasst weiterhin eine Hülse zur Aufnahme des Piezoaktors. Die Hülse weist eine erste Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche auf. Die
Aktoreinheit umfasst weiterhin eine den Piezoaktor umgebende Vergussmasse. Der Piezoaktor und die Vergussmasse sind in die Hülse eingebracht. Die Vergussmasse reicht bis maximal an die erste Stirnfläche des Piezoaktors.
Die Hülse ist dazu ausgelegt den Piezoaktor vor Umwelteinflüssen, wie beispielsweise hohen Temperaturen die etwa im Motorraum eines Kraftfahrzeugs auftreten, zu schützen. Die Hülse erhöht somit die Lebensdauer des Piezoaktors. Die Hülse dient weiterhin der Formstabilisierung der Vergussmasse.
Die Vergussmasse umgibt den Piezoaktor. Vorzugsweise reicht die Vergussmasse genau bis zur ersten Stirnfläche des
Piezoaktors. Die erste Stirnfläche des Piezoaktors ist näher an der ersten Stirnfläche der Hülse angeordnet als die zweite Stirnfläche des Piezoaktors. In einer bevorzugten Ausfüh¬ rungsform schließt die Vergussmasse mit der ersten
Stirnfläche des Piezoaktors bündig ab. Ein Überstehen der Vergussmasse über die erste Stirnfläche des Piezoaktors, wodurch beispielsweise Anschlusselemente des Piezoaktors verschmutzt und somit eine externe Kontaktierung des
Piezoaktors erschwert werden könnte, wird vermieden.
In einer vorteilhaften Ausführung weisen die erste
Stirnfläche des Piezoaktors und die erste Stirnfläche der Hülse die gleiche axiale Position in Bezug auf die Hauptachse der Aktoreinheit aufweisen.
Vorteilhafterweise entspricht die Höhe bzw. Länge der Hülse in etwa der Höhe des Piezoaktors. Dadurch kann erreicht werden, dass die Vergussmasse mit der ersten Stirnfläche des Piezoaktors und gleichzeitig mit der ersten Stirnfläche der Hülse bündig abschließt. Dadurch wird die Stabilität und Lebensdauer der Aktoreinheit erhöht. Weiterhin kann eine automatische Fertigung der Aktoreinheit erleichtert werden, da die Vergussmasse immer aui ein bestimmtes Niveau,
beispielsweise bis zu ersten Stirnfläche der Hülse und des Piezoaktors, aufgefüllt wird, Fertigungskosten können auf diese Weise reduziert werden.
In einer Aus führungs form der Aktoreinheit ist die Hülse einstückig ausgebildet.
Durch eine einstückige Hülse kann eine automatische
Herstellung der Aktoreinheit weiter erleichtert werden. Es kann ein Austreten der Vergussmasse an Verbindungsstellen verschiedener Hülsenteile vermieden werden. Somit kann eine einfach herstellbare und kostengünstige Aktoreinheit erzielt werden. Des Weiteren kann durch die einstückige Ausführung der Hülse ein Verkanten des Piezoaktors an Verbindungsstellen von mehreren Hülsenteilen beim Einbringen des Piezoaktors vermieden werden.
In einer Aus führungs form der Aktoreinheit weist die zweite Stirnfläche der Hülse einen Durchbruch auf. Die zweite
Stirnfläche des Piezoaktors ist in den Durchbruch eingeführt.
Vorzugsweise hat der Durchbruch die Form eines Vierkants. Der Durchbruch weist eine Abmessung auf, welche in etwa der
Abmessung der zweiten Stirnfläche des Piezoaktors entspricht. Vorzugsweise ist die Abmessung der zweiten Stirnfläche des Piezoaktors kleiner oder maximal gleich der Abmessung des Durchbruchs, so dass die zweite Stirnfläche des Piezoaktors leicht in den Durchbruch eingeführt werden kann.
In einer Aus führungs form der Aktoreinheit ist die zweite Stirnfläche des Piezoaktors derart in den Durchbruch eingeführt, dass die zweite Stirnfläche des Piezoaktors aus der zweiten Stirnfläche der Hülse herausragt.
In einer Aus führungs form der Aktoreinheit weist die erste Stirnfläche der Hülse eine Öffnung auf. Die Öffnung ist zum Einbringen des Piezoaktors in die Hülse geeignet.
Vorzugsweise hat die Hülse die Form eines Zylinders. Die erste Stirnfläche der Hülse offen, so dass der Piezoaktor durch die Öffnung in die Hülse eingebracht werden kann. Die zweite Stirnfläche der Hülse bildet den Boden der Hülse, wobei der Boden den oben beschrieben Durchbruch zur Aufnahme der zweiten Stirnfläche des Piezoaktors aufweist.
In einer Aus führungs form der Aktoreinheit weist das Material der Hülse PBT auf.
Vorzugsweise enthält die Hülse ein Material umfassend ein thermoplatisches Polyester, beispielsweise Polybutylen- terephthalat (PBT) . Dieses Material weist hydrophobe
Eigenschaften auf. Gleichzeit verleiht dieses Material der Hülse eine zur Formstabilisierung der Vergussmasse
ausreichende mechanische Festigkeit bzw. Stabilität.
Weiterhin ist besagtes Material gegenüber Temperaturen beständig. Darüber hinaus hat PBT den Vorteil, dass das Material auf Grund seiner chemischen Stabilität nicht zum Piezoaktor absondert und diesen chemisch verunreinigt.
Vorzugsweise geht das Material der Hülse eine Verbindung mit der Vergussmasse ein, wodurch Hohlräume zwischen der
Vergussmasse und der Hülse weitgehend vermieden werden.
In einer Aus führungs form der Aktoreinheit umfasst der
Piezoaktor einen Stapel von piezokeramischen Schichten sowie zwischen den piezokeramischen Schichten angeordneten
Elektrodenschichten umfasst. Die Elektrodenschichten sind gegenpolig kontaktiert. Beispielsweise weisen die piezokeramischen Schichten eine Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) Keramik auf. Die Elektroden¬ schichten enthalten vorzugsweise eines der folgenden
Materialien: Silber, Palladium, Platin, Kupfer, Nickel. Beim Anlegen einer Spannung an die Elektrodenschichten tritt eine Verformung des piezokeramischen Materials auf. Diese
Verformung kann auch als piezoelektrischer Hub bezeichnet werden .
In einer Aus führungs form der Aktoreinheit weist der
Piezoaktor zwei Anschlusselemente auf. Die Anschlusselemente ragen aus der ersten Stirnfläche des Piezoaktors heraus.
Die Anschlusselemente dienen zur externen Kontaktierung der Aktoreinheit. Vorzugsweise ist an zwei Seitenflächen des Stapels je ein Anschlusselement angebracht. Die
Anschlusselemente können als Pins ausgeführt sein.
In einer Aus führungs form der Aktoreinheit ist der Teilbereich der Anschlusselemente, welcher aus der ersten Stirnfläche des Piezoaktors herausragt, frei von Vergussmasse.
Da die Vergussmasse bis maximal an die erste Stirnfläche des Piezoaktors reicht, können die aus der Seite der ersten
Stirnfläche des Piezoaktors herausragenden Anschusselemente frei von Vergussmasse gehalten werden. Aufwändiges Reinigen der Anschlusselemente wird somit überflüssig. Eine
automatische Fertigung der Aktoreinheit wird dadurch
begünstigt. Weiterhin kann die Lebensdauer der Aktoreinheit somit erhöht werden, da die Anschlusselemente frei von
Verunreinigungen durch die Vergussmasse gehalten werden.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Fertigung der oben
beschriebenen Aktoreinheit angegeben. Dabei wird in einem ersten Schritt der Piezoaktor in die Hülse eingebracht. In einem zweiten Schritt wird die Vergussmasse in die Hülse eingebracht. Die Vergussmasse dient zum Auffüllen eines Hohlraums zwischen der Innenseite der Hülse und dem
Piezoaktor. In einem dritten Schritt wird der Hohlraum mit der Vergussmasse befüllt. Der Hohlraum wird vorzugsweise derart befüllt, dass die Vergussmasse bis maximal an die erste Stirnfläche des Piezoaktors reicht.
Vorzugsweise schließt die Vergussmasse bündig mit der ersten Stirnfläche der Hülse und des Piezoaktors ab. Sobald die Vergussmasse bündig mit der ersten Stirnfläche der Hülse abschließt, wird das Befüllen gestoppt, so dass die
Vergussmasse das Niveau der ersten Stirnfläche des
Piezoaktors nicht überschreitet.
Die Vergussmasse kann beispielsweise von der Seite der ersten Stirnfläche der Hülse aus über die Öffnung in der ersten Stirnfläche in die Hülse eingebracht werden. In einer weiteren Aus führungs form kann die Vergussmasse von der Seite der zweiten Stirnfläche der Hülse aus eingebracht werden. Dafür kann die zweite Stirnfläche eine Öffnung,
beispielsweise eine Bohrung, aufweisen, über die ein
Befüllelement in die Hülse eingebracht werden kann.
Der Hohlraum wird vorzugsweise derart befüllt, dass
Turbulenzen in der Vergussmasse, die beispielsweise zu
Lufteinschlüssen in der Vergussmasse führen, vermieden werden. Dies kann beispielsweise durch sehr langsames
Befüllen oder aber durch eine spezielle Führung des
Befüllelements erreicht werden. Beispielsweise kann das
Befüllelement beim Befüllen immer knapp über dem
Vergussmassenniveau gehalten werden.
In einer Aus führungs form weist das Verfahren weiterhin den Schritt des Anbringens eines Dichtelements an der zweiten Stirnfläche der Hülse vor dem Befüllen des Hohlraums auf. Das Dichtelement ist vorzugsweise lösbar an der zweiten Stirn¬ fläche der Hülse angebracht. Das Dichtelement dient zum
Abdichten der zweiten Stirnfläche der Hülse. Das Dichtelement ist derart an der zweiten Stirnfläche der Hülse angebracht, dass ein Austreten der Vergussmasse aus der Seite der zweiten Stirnfläche der Hülse beim Befüllen des Hohlraums verhindert wird .
Auf Grund von Fertigungstoleranzen kann es zu einem Spalt zwischen dem Durchbruch an der zweiten Stirnseite der Hülse und dem Piezoaktor kommen. Durch diesen Spalt kann Vergussmasse beim Vergießen der Aktoreinheit austreten. Das
Dichtelement dichtet die zweite Stirnfläche der Hülse gegen ein Austreten der Vergussmasse ab.
In einer Aus führungs form weist das Verfahren weiterhin den Schritt des Aushärtens der Vergussmasse auf. In einem letzten Schritt wird das Dichtelement von der zweiten Stirnfläche der Hülse nach dem Aushärtevorgang entfernt.
Nach dem Aushärten der Vergussmasse ist ein Austreten der Vergussmasse aus der Seite der zweiten Stirnfläche der Hülse nicht mehr möglich. Damit wird das Dichtelement an der zweiten Stirnfläche der Hülse überflüssig und kann entfernt werden. Da das Dichtelement lösbar an der zweiten Stirnfläche der Hülse angebracht, zum Beispiel angepresst, ist kann dies in einem automatisierten Schritt ohne großen zusätzlichen Aufwand erfolgen.
Weiterhin wird eine Hülse zur Aufnahme eines Piezoaktors angegeben. Die Hülse ist einstückig ausgebildet.
Die Hülse kann beispielsweise spritzgegossen sein.
Die beschriebenen Gegenstände werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele und Figuren näher erläutert. Dabei zeigt :
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Piezoaktors,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Aktoreinheit,
Figur 3 eine schematische Darstellung der Aktoreinheit aus
Figur 2 während des Vergießens,
Figur 4 eine schematische Darstellung der Aktoreinheit aus
Figur 2 während des Vergießens in einer weiteren Aus führungs form.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit bzw. zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert
dargestellt sein.
Figur 1 zeigt einen vielschichtigen Piezoaktor 1. Der
Piezoaktor 1 weist einen Stapel 2 aus mehreren übereinander angeordneten piezoelektrischen Schichten 3 auf. Der
Piezoaktor 1 weist eine erste Stirnfläche 14' und eine zweite Stirnfläche 13' auf. Entlang der Stapelrichtung ist der Stapel 2 in einen aktiven Bereich 6 und zwei inaktive Bereiche 7 unterteilt. Die inaktiven Bereiche 7 grenzen in Stapelrichtung an den aktiven Bereich 6 an und bilden die Endstücke des Stapels 2. Der aktive Bereich 6 des Stapels 2 weist zwischen den piezoelek- trischen Schichten 3 angeordnete Elektrodenschichten 4 auf. Um die Elektrodenschichten 4 im aktiven Bereich 6 einfach kontaktieren zu können, ist der Piezoaktor 1 so ausgebildet, dass sich nur jeweils der gleichen elektrischen Polarität zugeordnete Elektrodenschichten 4 bis zu einem Randbereich des Piezoaktors 1 erstrecken. Die der anderen elektrischen
Polarität zugeordneten Elektrodenschichten 4 erstrecken sich an dieser Stelle nicht bis ganz zum Rand des Piezoaktors 1. Die Elektrodenschichten 4 sind demnach jeweils in Form von ineinander geschobenen Kämmen ausgebildet. Über Kontaktflä- chen in Form von Metallisierungen 5 an der Außenseite des
Stapels 2 kann an die Elektrodenschichten 4 eine elektrische Spannung angelegt werden. Beim Anlegen einer Spannung an die Elektrodenschichten 4 tritt eine Verformung des piezoelektrischen Materials im aktiven Bereich 6 auf.
Die Metallisierungen 5 sind jeweils mit einem als Draht oder Pin ausführten Anschlusselement 8 (siehe Figuren 2 bis 4) verbunden, welches eine elektrische Kontaktierung des
Piezoaktors 1 nach außen ermöglicht.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer
Aktoreinheit.
Die Aktoreinheit weist eine Hülse 9 auf. Die Hülse 9 ist zylinderförmig ausgebildet. Die Hülse 9 besteht beispiels¬ weise aus Polybutylenterephthalat (PBT) . Die Hülse 9 ist einstückig ausgeführt. Die Hülse 9 weist eine erste
Stirnfläche 14 und eine zweite Stirnfläche 13 auf. Der
Piezoaktor 1 aus Figur 1 ist in der Hülse 9 angeordnet. Der Piezoaktor 1 ist insbesondere derart in der Hülse 9
angeordnet, dass die erste Stirnfläche 14' des Piezoaktors 1 näher an der ersten Stirnfläche 14 der Hülse 9 angeordnet ist als die zweite Stirnfläche 13' des Piezoaktors 1.
Die erste Stirnfläche 14 der Hülse 9 weist eine Öffnung 18 auf. Die Öffnung 18 ist zur Aufnahme des Piezoaktors 1 in den Innenraum der Hülse 9 ausgelegt. Die Höhe bzw. Länge der Hülse 9 entspricht in etwa der Höhe des Piezoaktors 1. In diesem Ausführungsbeispiel schließt die erste Stirnfläche 14' des Piezoaktors 1 bündig mit der ersten Stirnfläche 14 der Hülse ab. Die erste Stirnfläche 14' des Piezoaktors 1 und die erste Stirnfläche 14 der Hülse weisen folglich die gleiche axiale Position in Bezug auf die Hauptachse 16 der Aktorein¬ heit oder der Hülse 9 auf, wobei sich die Hauptachse 16 zwischen der ersten Stirnfläche 14 und der zweiten
Stirnfläche 13 der Hülse 9 erstreckt. Die Anschlusselemente 8 des Piezoaktors 1 ragen aus der ersten Stirnfläche 14' des
Piezoaktors 1 und, folglich, auch aus der ersten Stirnfläche 14 der Hülse 9 heraus. Die zweite Stirnfläche 13 der Hülse 9 bildet den Boden der Hülse 9. Die zweite Stirnfläche 13 weist einen Durchbruch 17 auf. Der Durchbruch ist ein Vierkantdurchbruch. Die
Hauptachse 16 verläuft durch die Öffnung 17. Die zweite
Stirnfläche 13' des Piezoaktors 1 ist in die Öffnung 17 eingeführt bzw. durch diese hindurchgeführt. Die zweite
Stirnfläche 13' des Piezoaktors 1 ragt aus der Öffnung 17 und somit über die zweite Stirnfläche 13 der Hülse 9 hinaus. Zwischen der Öffnung 17 und dem Piezoaktor 1 kann es auf Grund von Fertigungstoleranzen zu einer Lücke bzw. einem Spalt (nicht explizit dargestellt) kommen. Durch diese Lücke kann Vergussmaterial 1 beim Vergießen der Aktoreinheit austreten. Um ein Austreten der Vergussmasse 11 aus der
Öffnung 17 und, folglich, aus der Seite der zweiten
Stirnfläche 13 der Hülse 9 zu verhindern, ist ein
Dichtelement 10 an der zweiten Stirnfläche 13 der Hülse 9 angebracht. Das Dichtelement 10 verschließt die zweite
Stirnfläche 13 der Hülse 9.
Das Dichtelement 10 ist auf die Stirnfläche 13 der Hülse maschinell aufgepresst. Das Dichtelement 10 ist lösbar angebracht. Das Dichtelement 10 ist lediglich während des Vergießens der Aktoreinheit sowie während eines
anschließenden Aushärtevorgangs der Vergussmasse 11
angebracht, wie in Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 näher erläutert wird.
Das Dichtelement 10 ist eine Dichtscheibe. Das Dichtelement 10 ist verformbar. Das Dichtelement 10 besteht aus einem Schaumstoff. Beim Anbringen des Dichtelements 10 an die zweite Stirnfläche 13 der Hülse 9 passt sich das Dichtelement 10 an die aus der Seite der zweiten Stirnfläche 13 der Hülse 9 herausragende zweiten Stirnfläche 13' des Piezoaktors 1 an.
Die Vergussmasse 11 umhüllt den Piezoaktor 1. Die Verguss- masse 11 enthält ein Silikon-Elastomer. Neben Silikon- Elastomer kann die Vergussmasse 11 einen Quarzsand sowie haftvermittelnde Materialien aufweisen. Die Vergussmasse 11 steht mit der Außenseite des Piezoaktors 1 in Verbindung, d.h. sowohl mit Außenflächen der piezokeramischen Schichten 3 als auch mit den Außenflächen der Metallisierungen 5 sowie den Anschlusselementen 8. Nach außen wird die Vergussmasse 11 von der Hülse 9 begrenzt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vergussmasse 11 auf Niveau aufgefüllt. Die Vergussmasse 1 schließt bündig mit der ersten Seitenfläche 14' des
Piezoaktors 1 und, folglich, mit der ersten Seitenfläche 14 der Hülse 9 ab . In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Vergussmasse 11 auch bis knapp unterhalb der ersten
Stirnfläche 14' des Piezoaktors 1 reichen. In jedem Fall überschreitet die Vergussmasse 11 das Niveau der ersten
Stirnfläche 14' des Piezoaktors 1 nicht. Insbesondere ist der Bereich der Anschlusselemente 8, welcher aus der ersten
Stirnfläche 14' des Piezoaktors 1 herausragt, frei von
Vergussmasse 11. Aufwändige Reinigungsarbeiten der Anschluss¬ elemente 8 nach dem Vergießen der Aktoreinheit entfallen dadurch. Ein automatischer Herstellungsprozess der
Aktoreinheit wird somit erleichtert.
Die Figuren 3 und 4 zeigen die beschrieben Aktoreinheit aus während deren Fertigung, insbesondere während des Vergießens.
In einem ersten Fertigungsschritt der Aktoreinheit wird der Piezoaktor 1 über die Öffnung 18 in die Hülse 9 eingebracht, so dass die zweite Stirnfläche 13' des Piezoaktors 1 über den Durchbruch 17 aus der zweiten Stirnfläche 13 der Hülse 9 hinausragt. Die erste Stirnfläche 14' des Piezoaktors 1 ist bündig mit der ersten Stirnfläche 14 der Hülse 9, wie in Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben wurde.
In einem nächsten Schritt wird das oben beschriebene
Dichtelement 10 derart an der zweiten Stirnfläche 13 der Hülse 9 angebracht, dass die zweite Stirnfläche 13 gegen ein Austreten der Vergussmasse 11 beim Vergießen abgedichtet ist.
In einen weiteren Schritt wird die Vergussmasse 11 in die Hülse 9 eingebracht, um den Hohlraum zwischen der Innenseite der Hülse 9 und dem Piezoaktor 1 aufzufüllen. Das Einbringen der Vergussmasse 11 geschieht über ein Befüllelement 15. Das Befüllelement 15 ist eine Nadel.
In einem weiteren Schritt wird der Hohlraum mit der
Vergussmasse derart befüllt, dass die Vergussmasse bündig mit der ersten Stirnfläche 14 des Piezoaktors 14 abschließt. Das Befüllen kann dabei von der Seite der ersten Stirnfläche 14 der Hülse 9 erfolgen (siehe Figur 4) . Dabei wird das Befüll- element 15 von der Seite der ersten Stirnfläche 14 der Hülse 9 aus in den Hohlraum bis nahe an die zweite Stirnfläche 13 geführt. Beim Befüllen des Hohlraums wird das Befüllelement 15 in Richtung der ersten Stirnfläche 14 bewegt (nicht explizit dargestellt) , wobei das Befüllelement 15,
insbesondere eine Befüllöffnung des Befüllelements 15, immer knapp über dem Vergussmassenniveau gehalten wird, um ein gleichmäßiges Befüllen zu ermöglichen und Turbulenzen, die zu Lufteinschlüssen in der Vergussmasse 11 führen können, zu vermeiden . Das Befüllen kann auch von der Seite der zweiten Stirnfläche 13 der Hülse 9 erfolgen (siehe Figur 3) . Dabei wird das Befüllelement 15 von der Seite der zweiten Stirnfläche 14 der Hülse 9 aus in den Hohlraum eingeführt. Für diese Art des Befüllens weist die Hülse 9, insbesondere die zweite
Stirnfläche 13 der Hülse 9, eine weitere Öffnung 19 (siehe Figur 2) auf, über die das Befüllelement 15 in den Hohlraum eingebracht wird. Die Öffnung 19 ist bezüglich der Hauptachse 16 radial zum Durchbruch 17 versetzt. Beim Einbringen des Befüllelements 15 in den Hohlraum über die Öffnung 19, wird das Dichtelement 10 durch das Befüllelement 15 durchstochen. Da das Dichtelement 10 aus einem flexiblen Material,
beispielsweise Schaumstoff, besteht, verschließt sich die Durchstechöffnung wieder automatisch, wodurch es zu keinem Austreten der Vergussmasse 11 durch die Durchstechöffnung kommt .
Nach dem Befüllen des Hohlraums wird das Befüllelement 15 entfernt. In einem nächsten Schritt wird die Vergussmasse 11 ausgehärtet. Nach dem Aushärten der Vergussmasse 11 wird das Dichtelement 10 von der zweiten Stirnfläche 13 der Hülse 9 entfernt .
Bezugs zeichenliste
1 Piezoaktor
2 Stapel
3 Piezoelektrische Schicht
4 Elektrodenschicht
5 Metallisierung
6 Aktiver Bereich
7 Inaktiver Bereich
8 Anschlusselement
9 Hülse
10 Dichtelement
11 Vergussmasse
13 Stirnfläche
14 Stirnfläche
13' Stirnfläche
14' Stirnfläche
15 Befüllelement
16 Hauptachse
17 Durchbruch
18 Öffnung
19 Öffnung

Claims

Patentansprüche
1. Aktoreinheit umfassend
- einen Piezoaktor (1) aufweisend eine erste Stirnfläche (14') und eine zweite Stirnfläche (13'),
- eine Hülse (9) zur Aufnahme des Piezoaktors (1), wobei die Hülse (9) eine erste Stirnfläche (14) und eine zweite Stirnfläche (13) aufweist,
- eine den Piezoaktor (1) umgebende Vergussmasse (11), wobei der Piezoaktor (1) und die Vergussmasse (11) in die Hülse (9) eingebracht sind, und wobei die Vergussmasse (11) bis maximal an die erste Stirnfläche (14') des Piezoaktors (1) reicht.
2. Aktoreinheit nach Anspruch 1,
wobei die Vergussmasse (11) mit der ersten Stirnfläche (14') des Piezoaktors (1) bündig abschließt, und wobei die erste Stirnfläche (14') des Piezoaktors (1) näher an der ersten Stirnfläche (14) der Hülse (9) angeordnet ist als die zweite Stirnfläche (13') des Piezoaktors (1) .
3. Aktoreinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
wobei die erste Stirnfläche (14') des Piezoaktors (1) und die erste Stirnfläche (14) der Hülse (9) die gleiche axiale Position in Bezug auf die Hauptachse (16) der Aktoreinheit aufweisen.
4. Aktoreinheit nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei die Hülse (9) einstückig ausgebildet ist.
5. Aktoreinheit nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei die zweite Stirnfläche (13) der Hülse (9) einen Durchbruch (17) aufweist, und wobei die zweite Stirnfläche (13' ) des Piezoaktors (1) in den Durchbruch (17) eingeführt ist.
6. Aktoreinheit nach Anspruch 5,
wobei die zweite Stirnfläche (13') des Piezoaktors (1) derart in den Durchbruch (17) eingeführt ist, dass die zweite Stirnfläche (13') des Piezoaktors (1) aus der zweiten Stirnfläche (13) der Hülse (9) herausragt.
7. Aktoreinheit nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei die erste Stirnfläche (14) der Hülse (9) eine
Öffnung (18) aufweist, die zum Einbringen des Piezoaktors (1) in die Hülse (9) geeignet ist.
8. Aktoreinheit nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei das Material der Hülse (9) PBT aufweist.
9. Aktoreinheit nach einem der vorigen Ansprüche,
bei dem der Piezoaktor (1) einen Stapel (2) von
piezokeramischen Schichten (3) sowie zwischen den
piezokeramischen Schichten (3) angeordneten
Elektrodenschichten (4) umfasst, und wobei die
Elektrodenschichten (4) gegenpolig kontaktiert sind.
10. Aktoreinheit nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei der Piezoaktor (1) zwei Anschlusselemente (8) aufweist, und wobei die Anschlusselemente (8) aus der ersten Stirnfläche (14') des Piezoaktors (1) herausragen.
11. Aktoreinheit nach Anspruch 10,
wobei der Teilbereich der Anschlusselemente (8), welcher aus der ersten Stirnfläche (14') des Piezoaktors (1) herausragt, frei von Vergussmasse (11) ist.
12. Verfahren zur Fertigung einer Aktoreinheit nach einem der vorigen Ansprüche umfassend die folgenden Schritte:
A) Einbringen des Piezoaktors (1) in die Hülse (9),
B) Einbringen der Vergussmasse (11) in die Hülse (9) zum Auffüllen eines Hohlraums zwischen der Innenseite der Hülse (9) und dem Piezoaktor (1),
C) Befüllen des Hohlraums mit der Vergussmasse (11), so dass
die Vergussmasse (11) bis maximal an die erste
Stirnfläche
(14') des Piezoaktors (1) reicht.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
umfassend den Schritt
D) Anbringen eines Dichtelements (10) an der zweiten
Stirnfläche (13) der Hülse (9) zum Abdichten der zweiten Stirnfläche (13) der Hülse (9) vor dem Befüllen des Hohlraums, wobei das Dichtelement (10) derart an der zweiten Stirnfläche (13) der Hülse (9) angebracht ist, dass ein Austreten der Vergussmasse (11) aus der Seite der zweiten Stirnfläche (13) der Hülse (9) beim Befüllen des Hohlraums verhindert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13
aufweisend die Schritte:
E) Aushärten der Vergussmasse (11),
F) Entfernen des Dichtelements (9) von der zweiten
Stirnfläche (13) der Hülse (9) nach dem
Aushärtevorgang .
15. Hülse (9) zur Aufnahme eines Piezoaktors (1), wobei die Hülse (9) einstückig ausgebildet ist.
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