WO2017220231A1 - Kontaktierungsbauelement und anordnung aus einem kontaktierungsbauelement und einem piezostapel - Google Patents

Kontaktierungsbauelement und anordnung aus einem kontaktierungsbauelement und einem piezostapel Download PDF

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WO2017220231A1
WO2017220231A1 PCT/EP2017/058976 EP2017058976W WO2017220231A1 WO 2017220231 A1 WO2017220231 A1 WO 2017220231A1 EP 2017058976 W EP2017058976 W EP 2017058976W WO 2017220231 A1 WO2017220231 A1 WO 2017220231A1
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contacting
longitudinal axis
piezo stack
positioning plates
along
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PCT/EP2017/058976
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Claus Zumstrull
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Continental Automotive Gmbh
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    • H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

Definitions

  • the invention relates to a Kunststofftechniksbauelement for electrically contacting a piezo stack and an arrangement of such Kunststofftechniksbauelement and a piezo stack.
  • Piezo stack also known as the piezo-stacks are used ectors of Kraftstoffinj often in An ⁇ exaggerated, usually consist of a plurality of piezoelectric material layers, such as piezoelectric ceramic layers which are alternately stacked on each other with internal electrode layers.
  • piezoelectric material layers such as piezoelectric ceramic layers which are alternately stacked on each other with internal electrode layers.
  • Commercially available piezo stacks frequently have more than 300 such material layers.
  • stroke the piezoelectric material layers become a
  • the piezoelectric effect causes an elongation of the piezoelectric material layers.
  • the sum of the expansions of the piezoelectric material layers results in the stroke of the entire piezo stack.
  • the electric field is generated by means of the inner electrode layers, which are arranged above and below each individual piezoe ⁇ lectric material layer.
  • an inner electrode layer which is acted upon by a positive potential and a negative potential and which are cyclically charged and discharged again.
  • the contacting of the inner electrode layers takes place from outside the piezo stack, in such a way that only every second inner electrode layer per side is contacted, and advantageously via a flexible electrical connection, which can follow the movements during a longitudinal expansion of the piezo stack in operation.
  • a further contact is provided, which allows a connection to an electrical potential from outside.
  • the object of the invention is therefore to propose further contacting of a piezo stack, which can fulfill the increasing requirements.
  • a Mixticiansbauelement for electrically contacting a piezoelectric stack has at least two electrically conductive Kunststofftechnikspins, which are arranged along a longitudinal axis substantially parallel to each other, and an electrically insulating Zentri mecanicsbauelement, the at least two spaced along the longitudinal axis and substantially parallel positioning plates each having a receiving opening has to pick up the piezo stack.
  • the contacting pins and the centering component are firmly bonded together.
  • the Zentri mecanicsbauelement and contactless m ⁇ t michspins are formed by injection molding, wherein the polyvinyl sition michsplatten formed molded onto the contacting pins.
  • a positionally accurate arrangement of the Kunststoff michellesspins is achieved relative to the piezo stack, which is later inserted into the Kunststofftechnischsbauelement.
  • the Zentri mecanicsbauelement in particular the Positionie ⁇ tion plates that take over the centering of the piezo stack later, are electrically insulated to avoid flashovers between the twomaschinetechnikspins that take over the electrical connection to the inner electrode layers of the piezo stack.
  • the Zentri mecanicsbauelement is therefore advantageously made of plastic, especially since plastic can be easily processed by injection molding.
  • At least two positioning plates provided to take over the later centering of the piezo stack.
  • further positioning plates which are arranged along the longitudinal axis at a distance from one another and substantially parallel to one another.
  • the positioning plates are respectively formed in a positioning plate plane, wherein the longitudinal axis is substantially forms the plane normal to the Position michsplat ⁇ tenebenen.
  • the positioning plates are arranged substantially perpendicular to the Kunststofftechnikspins, so that the Kunststofftechnikspins serve as a spacer between the two positioning plates and connect them together. The material connection between Dodge michspins and positioning plates, the positioning plates are held in the desired position.
  • the receiving openings along the longitudinal axis are arranged in alignment, so that later the piezo stack can be inserted by simply plugging into the receiving openings along the longitudinal axis in the Kunststoff michsbauelement.
  • the receiving opening is arranged centrally on each positioning plate, the contacting pins of the positio ⁇ n michsplatte are in particular arranged symmetrically to the receiving opening, in each case at an edge portion.
  • the Kunststoffelspins are arranged opposite to the receiving opening on an axis of symmetry.
  • the on ⁇ transfer apertures are rectangular, it is advanta- adhere when the two contacting pins are opposite each arranged for example centrally on a longitudinal side of the receiving opening on ⁇ .
  • the Zentrianssbauelement at least one, particularly at least two, parallel to the longitudinal axis to minor ⁇ stabilizing ribs, which are integrally formed with the positioning plates.
  • This stabilization ⁇ approximately ribs serve to keep thattechnischtechnischsbaurii along the longitudinal axis stable.
  • the stabilizing ribs are formed integrally with the positioning plates, it is possible to produce the contacting device in a manufacturing step, for example, by injection molding.
  • the stabilizing ribs are arranged symmetrically to the receiving opening, in particular with respect to the receiving opening opposite one another, to the positioning plates. It is particularly advantageous if the stabilizing ribs are arranged on an axis of symmetry with respect to the receiving opening, in such a way that the axis of symmetry on which the stabilizing ribs are arranged is arranged perpendicular to the symmetry axis on which the contacting pins are arranged. As a result, the stabilizing ribs and the contacting pins are arranged symmetrically around the receiving opening and can contribute to the stabilization of the entire contacting component.
  • the contacting pins have a greater length along the longitudinal axis than the centering component, wherein the contacting pins terminate flush with one of the positioning plates along the longitudinal axis, in particular on one side.
  • the contacting pins project at least at one end beyond the centering component along the longitudinal axis, and can thus be easily contacted from the outside.
  • a distance between the two positioning plate is approximately as large as the piezo stack is long along the longitudinal axis.
  • the piezo stack is arranged in at least two receiving openings of at least two positions. n istsplatten a Zentri mecanicsbauelements of the Kunststoffie- ing component taken.
  • an electrical connection is arranged between each contacting pin of the centering component and every second inner electrode layer of the piezo stack which is adjacent to the con ⁇ tactation pin.
  • the piezo stack in the prefabricated Kunststofftechniksbauelement having the two Kon ⁇ takt Anlagenspins, an automatic centering of the piezoelectric stack obtained relative to the two contacting pins.
  • the electrical contacting of the piezo stack and the Kontak ⁇ ttechnikspins is then realized as washererrome michselement.
  • the electrical connection, in particular in the direction of the longitudinal axis of the contacting component and a longitudinal axis of the piezo stack, which coincide after insertion of the piezo stack into the contacting component is advantageously designed to be flexible.
  • the piezo stack is fastened exclusively in a form-fitting manner in the receiving openings. This means there are no other attachment methods, such as gluing or clipping or the like.
  • the electrical connection is formed by soldering or gluing a Greesmanasus or a Greie- tion fabric or individual wires between the Needles ists ⁇ pin and the inner electrodes.
  • the entire arrangement is advantageously encapsulated with an insulating material and then inserted, for example, in a bourdon tube, which applies a biasing force to the piezo stack in order to keep it stable during operation.
  • the positioning plates are substantially circular, although other shapes of the positioning plates are also possible depending on the geometry requirement of the environment and the desired encapsulation.
  • FIG. 2 is a perspective view of the contacting component of FIG. 1 with a piezo stack inserted therein; FIG. and
  • Fig. 3 is a perspective view corresponding
  • the Kunststoffssensbauelement 10 comprises for this purpose for the electrical contacting of at least two electrically conductive PLEASE CONTACT ⁇ rungspins 14 and for centering an electrically insulating Zentri proceedingssbauelement 16.
  • the centering component 16 comprises at least two positioning plates 20 arranged along a longitudinal axis 18, along which the contacting pins 14 extend. These positioning plates 20 are arranged parallel to one another and each have a receiving opening 22 into which the piezo stack 12 can later be inserted to be so centered.
  • the Kunststoffels at least two stabilizing ribs 24, which also extend parallel to the longitudinal axis 18 between the two positioning plates 20, and are integrally formed therewith.
  • the Kunststoffssensbauelement 10 is made by injection molding, that is, the two Mix michellesspins 14 are molded with a plastic such that the positioning plates 20 form cohesively so that the Zentrianssbau ⁇ element 16, in particular formed by the two positioning ⁇ n michsplatten 20, and the Contact pins 14 connect materially together.
  • the contacting pins 14 are arranged so that the receiving opening 22 of the respective
  • Positioning plate 20 is centrally located on each positioning plate 20, while the Needlesssenspins 14 are each ⁇ ange assigned to an edge region 26 of the respective positioning plate 20 ⁇ .
  • the positioning plates 20 are arranged perpendicular to the longitudinal axis 18, so that the longitudinal axis 18 essentially forms the plane normal N E of the positioning plate planes E P of the two positioning plates 20 in which the positioning plates 20 are formed.
  • the receiving openings 22 are arranged in alignment with each other, so that later the piezo stack 12 can be easily inserted into the Kunststoffssensbauelement 10.
  • the Kunststoffelspins 14 are arranged on the Kunststoff musclessbau ⁇ element 10 that they lie on a first axis of symmetry 28, which divides the positioning plates 20 each in two halves.
  • the stabilizing ribs 24 are arranged on a second axis of symmetry 30, which are the two
  • Positioning plates 20 also divides into two halves. In this case, the first axis of symmetry 28 and the second axis of symmetry 30 are arranged perpendicular to one another and perpendicular to the longitudinal axis 18.
  • the receiving openings 22 are formed for example rectangular, with the stabilizing ribs 24 and the Kunststoff musclesspins 14 are each located on one longitudinal side of the rectangle. However, it is also conceivable, depending on the cross sectional shape of the later inserted piezo stack 12 to provide these voltageshaböff ⁇ 22 with a different geometric shape.
  • the contacting pins 14 have a length along the longitudinal axis 18 greater length L than the centering component 16 whose length is defined by the distance A between the two positioning plates 20. It is advantageous if the Needlesspins 14 complete on one side flush with one of the positioning plates 20 along the longitudinal axis 18, and project beyond the second of the positioning plates 20 on the other side.
  • FIG. 2 shows a perspective view of an arrangement 32 which has the contacting component 10 described above and a piezo stack 12 inserted therein.
  • the piezo stack 12 is constructed from a plurality of piezoe ⁇ lectric material layers 34 and a plurality of internal electrodes 36 which alternately along the
  • FIG. 3 shows a third perspective view of the arrangement 32 of FIG. 2, wherein an electrical connection between every second one of the inner electrode layers 36 of the piezo stack 12 and the contacting pin 14 adjacent thereto is realized.
  • the electrical connection 38 connects only each every other inner electrode layer 36 with the adjacent Kunststoffmaschinespin 14, and on the opposite side with the other Druckmaschinespin 14 every other inner electrode layer 36, which is not yet connected to the first Kunststofftechnikspin 14.
  • the piezo stack 12 is fixed exclusively in a form-fitting manner in the receiving openings 22, and not held by further elements, such as by clips, or by adhesive bonds.
  • the electrical connection 38 has advantageously along the longitudinal axis 18, a mechanical flexibility, so that me ⁇ chanical stresses which arise during elongation of the piezoelectric stack 12 opposite the contacting pin 14 can be reduced.
  • This mechanical flexibility can be achieved by soldering or gluing in as electrical connection, for example, a contacting mat or a contacting fabric or individual wires 40 between the respective contacting pins 14 and the inner electrode layers. It is also conceivable that the electrical connection 38 takes place via a single-wire bonding process.

Landscapes

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

Abstract

Kontaktierungsbauelement und Anordnung aus einem Kontaktierungsbauelement und einem Piezostapel Die Erfindung betrifft ein Kontaktierungsbauelement (10) zum Kontaktieren eines Piezostapels (12), wobei das Kontaktierungsbauelement (10) ein Zentrierungsbauelement (16) mit zwei zueinander beabstandeten Positionierungsplatten (20) und zwei Kontaktierungspins (14) aufweist, wobei das Zentrierungsbauelement (16) und die Kontaktierungspins (14) stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Weiter betrifft die Erfindung eine Anordnung (32) aus einem solchen Kontaktierungsbauelement (10), in das ein Piezostapel (12) eingefügt angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Kontaktierungsbauelement und Anordnung aus einem Kontaktie- rungsbauelement und einem Piezostapel
Die Erfindung betrifft ein Kontaktierungsbauelement zum elektrischen Kontaktieren eines Piezostapels sowie eine Anordnung aus einem solchen Kontaktierungsbauelement und einem Piezostapel .
Piezostapel, auch bekannt als Piezostacks, die häufig in An¬ trieben von Kraftstoffinj ektoren verwendet werden, bestehen für gewöhnlich aus einer Mehrzahl an piezoelektrischen Materialschichten, wie beispielsweise piezoelektrischen Keramik- schichten, die abwechselnd mit Innenelektrodenschichten übereinandergestapelt sind. Handelsübliche Piezostapel weisen häufig mehr als 300 solcher Materialschichten auf. Zur Erzeugung einer Längenänderung des Piezostapels, dem sogenannten Hub, werden die piezoelektrischen Materialschichten einem
elektrischen Feld ausgesetzt. Der piezoelektrische Effekt bewirkt dabei eine Dehnung der piezoelektrischen Materialschichten. Die Summe der Dehnungen der Piezosta- pel-Materialschichten ergibt den Hub des gesamten Piezostapels. Das elektrische Feld wird mittels der Innenelektrodenschichten erzeugt, die ober- und unterhalb jeder einzelnen piezoe¬ lektrischen Materialschicht angeordnet sind. Es befinden sich also zwischen den einzelnen piezoelektrischen Materialschichten abwechselnd eine mit einem positiven Potential und mit einem negativen Potential beaufschlagte Innenelektrodenschicht, die zyklisch geladen und wieder entladen werden.
Die Kontaktierung der Innenelektrodenschichten erfolgt dabei von außerhalb des Piezostapels, und zwar derart, dass jeweils nur jede zweite Innenelektrodenschicht pro Seite kontaktiert wird, und zwar vorteilhaft über eine flexible elektrische Anbindung, die den Bewegungen bei einer Längenausdehnung des Piezostapels im Betrieb folgen kann. Ausgehend von dieser elektrischen Anbindung ist zumeist eine Weiterkontaktierung vorgesehen, die eine Verbindung zu einem elektrischen Potential von außerhalb ermöglicht.
Diese Weiterkontaktierung wird mit zunehmenden Anordnungen an den Kraftstoffinj ektor, wie beispielsweise durch höhere Temperaturen, mehr gewünschte Einspritzungen und höhere mechanische Belastungen, thermisch, elektrisch und mechanisch immer stärker belastet . In der traditionellen Bauweise ist es bekannt, dass die Wei¬ terkontaktierung direkt mit dem Piezostapel kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist. Dies führt zumeist zu einer Kraftkopplung der Weiterkontaktierung und dem Piezostapel. Zusätzlich bestehen bezüglich der Positionierung der Weiterkontaktierung hohe Anforderungen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Weiterkontaktierung eines Piezostapels vorzuschlagen, die die zunehmenden Anfor- derungen erfüllen kann.
Diese Aufgabe wird mit einem Kontaktierungsbauelement mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst. Eine Anordnung aus einem solchen Kontaktierungsbauelement und einem Piezostapel ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches .
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. ^
Ein Kontaktierungsbauelement zum elektrischen Kontaktieren eines Piezostapels weist wenigstens zwei elektrisch leitfähige Kontaktierungspins, die entlang einer Längsachse im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, sowie ein elektrisch isolierendes Zentrierungsbauelement auf, das wenigstens zwei entlang der Längsachse beabstandet und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Positionierungsplatten mit jeweils einer Aufnahmeöffnung zum Aufnehmen des Piezostapels aufweist. Dabei sind die Kontaktierungspins und das Zentrierungsbauelement stoffschlüssig miteinander verbunden.
Es wird daher ein Kontaktierungsbauelement vorgeschlagen, bei dem die Funktionen der Kontaktierung des Piezostapels selbst, der Positionierung des Piezostapels und der Weiterkontaktierung nach außen hin räumlich bzw. funktional getrennt sind. Dabei wird die Aufsplittung in mehrere funktionale Einheiten dadurch erreicht, dass das Kontaktierungsbauelement die Funktionen Zentrierung und Weiterkontaktierung übernimmt. Dieses Kontaktierungsbauelement kann daher sehr präzise beispielsweise aus einem Kunst¬ stoffspritzguss und kostengünstig hergestellt werden. Dabei sind die Kontaktierungspins stoffschlüssig mit dem Bereich, der die Zentrierung des Piezostapels übernimmt, nämlich die wenigstens zwei Positionierungsplatten, verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, die Positioniergenauigkeit der Weiterkontaktierung in Form der Kontaktierungspins auf sehr kleinem Bauraum in einem spezifischen Herstellungsschritt zu realisieren.
Vorzugsweise sind das Zentrierungsbauelement und die Kontak¬ tierungspins im Spritzgussverfahren gebildet, wobei die Po- sitionierungsplatten an den Kontaktierungspins angespritzt ausgebildet sind. Dabei wird eine positionsgenaue Anordnung der Kontaktierungspins relativ zu dem Piezostapel, der später in das Kontaktierungsbauelement eingefügt wird, erreicht. Das Zentrierungsbauelement, insbesondere die Positionie¬ rungsplatten, die die Zentrierung des Piezostapels später übernehmen, sind dabei elektrisch isolierend ausgebildet, um Überschläge zwischen den beiden Kontaktierungspins zu vermeiden, die die elektrische Anbindung an die Innenelektrodenschichten des Piezostapels übernehmen. Das Zentrierungsbauelement ist daher vorteilhaft aus Kunststoff gefertigt, insbesondere da Kunststoff einfach im Spritzgussverfahren verarbeitet werden kann .
Es sind vorteilhaft wenigstens zwei Positionierungsplatten vorgesehen, um die spätere Zentrierung des Piezostapels zu übernehmen. Es können jedoch auch weitere Positionierungsplatten vorgesehen sein, die entlang der Längsachse beabstandet zu- einander und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind .
Vorzugsweise sind die Positionierungsplatten jeweils in einer Positionierungsplattenebene gebildet, wobei die Längsachse im Wesentlichen die Ebenenormale zu den Positionierungsplat¬ tenebenen bildet. Das bedeutet, dass die Positionierungsplatten im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktierungspins angeordnet sind, sodass die Kontaktierungspins als Abstandshalter zwischen den beiden Positionierungsplatten dienen und diese miteinander verbinden. Durch den Stoffschluss zwischen Kontaktierungspins und Positionierungsplatten werden die Positionierungsplatten in der gewünschten Position gehalten.
Vorteilhaft sind die Aufnahmeöffnungen entlang der Längsachse fluchtend angeordnet, sodass später der Piezostapel durch einfaches Einstecken in die Aufnahmeöffnungen entlang der Längsachse in das Kontaktierungsbauelement eingefügt werden kann . In vorteilhafter Ausgestaltung ist an jeder Positionierungsplatte die Aufnahmeöffnung zentral angeordnet, wobei die Kontaktierungspins jeweils an einem Randbereich der Positio¬ nierungsplatte, insbesondere symmetrisch zu der Aufnahmeöff- nung, angeordnet sind. Dadurch befindet sich der Piezostapel später, wenn er in das Kontaktierungsbauelement eingefügt ist, zentral innerhalb des Kontaktierungsbauelementes , wobei die Kontaktierungspins außen angeordnet und somit gut zugänglich sind für eine Kontaktierung von außen.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn die Kontaktierungspins bezüglich der Aufnahmeöffnung gegenüberliegend auf einer Symmetrieachse angeordnet sind. Wenn beispielsweise die Auf¬ nahmeöffnungen rechteckig ausgebildet sind, ist es vorteil- haften, wenn die beiden Kontaktierungspins gegenüberliegend jeweils beispielsweise mittig an einer Längsseite der Auf¬ nahmeöffnung angeordnet sind.
Vorzugsweise weist das Zentrierungsbauelement wenigstens eine, insbesondere wenigstens zwei, parallel zu der Längsachse an¬ geordnete Stabilisierungsrippen auf, die einstückig mit den Positionierungsplatten ausgebildet sind. Diese Stabilisie¬ rungsrippen dienen dazu, dass Kontaktierungsbauelemente entlang der Längsachse stabil zu halten.
Wenn die Stabilisierungsrippen einstückig mit den Positionierungsplatten gebildet werden, ist es möglich, das Kontaktierungsbauelement in einem Herstellungsschritt beispielsweise im Spritzgussverfahren zu erzeugen.
Vorzugsweise sind die Stabilisierungsrippen symmetrisch zu der Aufnahmeöffnung, insbesondere bezüglich der Aufnahmeöffnung gegenüberliegend zueinander, an den Positionierungsplatten angeordnet . Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stabilisierungsrippen auf einer Symmetrieachse bezüglich der Aufnahmeöffnung angeordnet sind, und zwar derart, dass die Symmetrieachse, auf der die Stabilisierungsrippen angeordnet sind, senkrecht zu der Sym- metrieachse, auf der die Kontaktierungspins angeordnet sind, angeordnet ist. Dadurch sind die Stabilisierungsrippen und die Kontaktierungspins symmetrisch um die Aufnahmeöffnung angeordnet und können zur Stabilisierung des gesamten Kontaktie- rungsbauelementes beitragen.
Es ist auch möglich, auf die Stabilisierungsrippen zu verzichten, in diesem Fall ist es jedoch vorteilhaft, wenn wenigstens vier Kontaktierungspins symmetrisch um die Aufnahmeöffnung angeordnet sind, um das Kontaktierungsbauelement zu stabilisieren.
Vorteilhaft weisen die Kontaktierungspins entlang der Längsachse eine größere Länge auf als das Zentrierungsbauelement, wobei die Kontaktierungspins entlang der Längsachse insbesondere ein¬ seitig bündig mit einer der Positionierungsplatten abschließen. Dadurch stehen die Kontaktierungspins zumindest an einem Ende über das Zentrierungsbauelement entlang der Längsachse hinaus, und können so einfach von außen ankontaktiert werden.
Um eine besonders gute Zentrierung und Stabilisierung des später eingefügten Piezostapels zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn ein Abstand zwischen den beiden Positionierungsplatte in etwa so groß ist, wie der Piezostapel entlang der Längsachse lang ist.
Bei einer Anordnung aus einem oben beschriebenen Kontaktie- rungsbauelement und einem Piezostapel, der eine Mehrzahl an piezoelektrischen Materialschichten und eine Mehrzahl an In- nenelektrodenschichten aufweist, die abwechselnd entlang einer Längsachse aufeinandergestapelt sind, ist der Piezostapel in wenigstens zwei Aufnahmeöffnungen wenigstens zweier Positio- nierungsplatten eines Zentrierungsbauelements des Kontaktie- rungsbauelements aufgenommen. Zwischen j edem Kontaktierungspin des Zentrierungsbauelements und jeder zweiten, zu dem Kon¬ taktierungspin benachbarten Innenelektrodenschicht des Pie- zostapels ist dabei eine elektrische Anbindung angeordnet.
Wird daher in einem weiteren Schritt der Piezostapel in das vorgefertigte Kontaktierungsbauelement , das die beiden Kon¬ taktierungspins aufweist, eingefügt, ergibt sich eine auto- matische Zentrierung des Piezostapels relativ zu den beiden Kontaktierungspins. In einem weiteren Schritt wird dann die elektrische Kontaktierung des Piezostapels und den Kontak¬ tierungspins als Weiterkontaktierungselement realisiert. Vorteilhaft wird dabei die elektrische Anbindung insbesondere in Richtung der Längsachse des Kontaktierungsbauelementes und einer Längsachse des Piezostapels, die nach Einfügen des Piezostapels in das Kontaktierungsbauelement zusammenfallen, flexibel ausgestaltet .
Vorzugsweise ist der Piezostapel ausschließlich formschlüssig in den Aufnahmeöffnungen befestigt. Das bedeutet, es liegen keine weiteren Befestigungsmethoden vor, wie beispielsweise Einkleben oder Einklipsen oder Ähnliches.
Vorzugsweise ist die elektrische Anbindung durch Einlöten oder Einkleben einer Kontaktierungsmatte oder eines Kontaktie- rungsgewebes oder einzelner Drähte zwischen dem Kontaktierungs¬ pin und den Innenelektroden gebildet. Alternativ ist es auch möglich, die elektrische Anbindung durch einen Einzeldraht- bondprozess zu bilden.
Sämtliche genannten Herstellungsformen zum Bilden der
elektrischen Anbindung resultieren dabei in einer entlang der Längsachse flexiblen elektrischen Anbindung. Bei allen Arten der Ankontaktierung ist dabei eine mechanische Flexibilität be¬ rücksichtigt, um die mechanischen Spannungen, die bei der Elongation des Piezostapels gegenüber den Kontaktierungspins als Weiterkontaktierungselementen entstehen, abbauen zu können.
Nach Bildung der elektrischen Anbindung wird die gesamte Anordnung vorteilhaft mit einem isolierenden Material umspritzt und danach beispielsweise in eine Rohrfeder eingefügt, die eine Vorspannkraft auf den Piezostapel aufbringt, um ihn im Betrieb stabil zu halten.
Um dies besonders einfach erzeugen zu können, sind dabei die Positionierplatten im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet, wobei jedoch auch andere Formen der Positionierplatten je nach Geometrieanforderung der Umgebung und der gewünschten Um- spritzung möglich sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kon- taktierungsbauelementes zum elektrischen Kon¬ taktieren eines Piezostapels, das zwei
elektrisch leitfähige Kontaktierungspins auf¬ weist;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Kontak- tierungsbauelementes aus Fig. 1 mit darin eingefügtem Piezostapel; und
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung entsprechend
Fig. 2, wobei eine elektrische Anbindung zwischen _
y dem Piezostapel und den Kontaktierungspins vorgesehen ist.
Fig. 1 zeigt ein Kontaktierungsbauelement 10, mit dem ein Piezostapel 12 (Fig. 2, Fig. 3) zentriert und gleichzeitig von außen elektrisch kontaktiert werden kann. Das Kontaktierungsbauelement 10 weist hierzu für die elektrische Kontak- tierung wenigstens zwei elektrisch leitfähige Kontaktie¬ rungspins 14 und für die Zentrierung ein elektrisch isolierendes Zentrierungsbauelement 16 auf. Das Zentrierungsbauelement 16 umfasst dabei wenigstens zwei entlang einer Längsachse 18, entlang der sich die Kontaktierungspins 14 erstrecken, voneinander beabstandet angeordnete Positionierungsplatten 20. Diese Positionierungsplatten 20 sind parallel zueinander angeordnet und weisen jeweils eine Aufnahmeöffnung 22 auf, in die später der Piezostapel 12 eingefügt werden kann, um so zentriert zu werden.
Weiter weist das Kontaktierungsbauelement 10 wenigstens zwei Stabilisierungsrippen 24 auf, die sich ebenfalls parallel zu der Längsachse 18 zwischen den beiden Positionierungsplatten 20 erstrecken, und einstückig mit diesen gebildet sind.
Das Kontaktierungsbauelement 10 ist im Spritzguss gefertigt, das heißt, die beiden Kontaktierungspins 14 werden derart mit einem Kunststoff umspritzt, dass sich die Positionierungsplatten 20 dabei stoffschlüssig anformen, sodass das Zentrierungsbau¬ element 16, insbesondere gebildet durch die beiden Positio¬ nierungsplatten 20 , und die Kontaktierungspins 14 stoffschlüssig miteinander verbinden. Dabei sind die Kontaktierungspins 14 so angeordnet, dass sich die Aufnahmeöffnung 22 der jeweiligen
Positionierungsplatte 20 zentral an jeder Positionierungsplatte 20 befindet, während die Kontaktierungspins 14 jeweils an einem Randbereich 26 der jeweiligen Positionierungsplatte 20 ange¬ ordnet sind. Die Positionierungsplatten 20 sind senkrecht zu der Längsachse 18 angeordnet, sodass die Längsachse 18 im Wesentlichen die Ebenennormale NE der Positionierungsplattenebenen EP der beiden Positionierungsplatten 20 bildet, in denen die Positionierungsplatten 20 ausgebildet sind. Die Aufnahmeöffnungen 22 sind fluchtend zueinander angeordnet, sodass später der Piezostapel 12 einfach in das Kontaktierungsbauelement 10 eingeschoben werden kann.
Die Kontaktierungspins 14 sind so an dem Kontaktierungsbau¬ element 10 angeordnet, dass sie auf einer ersten Symmetrieachse 28 liegen, die die Positionierungsplatten 20 jeweils in zwei Hälften unterteilt. Ebenso sind die Stabilisierungsrippen 24 auf einer zweiten Symmetrieachse 30 angeordnet, die die beiden
Positionierungsplatten 20 ebenfalls in zwei Hälften teilt. Dabei sind die erste Symmetrieachse 28 und die zweite Symmetrieachse 30 senkrecht zueinander und senkrecht zu der Längsachse 18 angeordnet .
Die Aufnahmeöffnungen 22 sind beispielsweise rechteckig ausgebildet, wobei sich die Stabilisierungsrippen 24 und die Kontaktierungspins 14 jeweils an einer Längsseite des Rechteckes befinden. Es ist jedoch auch denkbar, je nach Querschnittsform des später einzufügenden Piezostapels 12, diese Aufnahmeöff¬ nungen 22 mit einer anderen geometrischen Form vorzusehen.
Die symmetrische Anordnung der Kontaktierungspins 14 und der Stabilisierungsrippen 24 um die Aufnahmeöffnung 22 trägt zu einer besseren Stabilität des Kontaktierungsbauelementes 10 bei. Es ist denkbar, die Stabilisierungsrippen 24 beispielsweise durch weitere Kontaktierungspins 14 zu ersetzen.
Damit später eine gute Kontaktierung von außen möglich ist, weisen die Kontaktierungspins 14 entlang der Längsachse 18 eine größere Länge L auf als das Zentrierungsbauelement 16, dessen Länge durch den Abstand A zwischen den beiden Positionierungsplatten 20 definiert ist. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Kontaktierungspins 14 entlang der Längsachse 18 einseitig bündig mit einer der Positionierungsplatten 20 abschließen, und auf der anderen Seite die zweite der Positionierungsplatten 20 überragen .
Um eine noch größere Stabilität zu erreichen, ist es auch denkbar, dass mehrere Positionierungsplatten 20 an dem Kontaktie- rungsbauelement 10 angeordnet sind.
Vorteilhaft ist dabei der Abstand A zwischen den beiden Po¬ sitionierungsplatten 20 so groß wie die Länge L des Piezostapels 12, der später in das Kontaktierungsbauelement 10 eingefügt werden soll.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Anordnung 32, die das zuvor beschriebene Kontaktierungsbauelement 10 sowie einen darin eingefügten Piezostapel 12 aufweist.
Der Piezostapel 12 ist dabei aus einer Mehrzahl an piezoe¬ lektrischen Materialschichten 34 und einer Mehrzahl an Innenelektroden 36 aufgebaut, die abwechselnd entlang der
Längsachse 18 aufeinander gestapelt sind. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, ist der Piezostapel 12 in die beiden Aufnahmeöffnungen 22 eingesteckt und dadurch innerhalb des Kontaktierungsbauele- mentes 10 zentriert. Fig. 3 zeigt eine dritte perspektivische Darstellung der An¬ ordnung 32 aus Fig. 2, wobei eine elektrische Anbindung zwischen jeder zweiten der Innenelektrodenschichten 36 des Piezostapels 12 und des dazu benachbarten Kontaktierungspins 14 realisiert ist. Die elektrische Anbindung 38 verbindet dabei jeweils nur jede zweite Innenelektrodenschicht 36 mit dem benachbarten Kontaktierungspin 14, und auf der gegenüberliegenden Seite mit dem anderen Kontaktierungspin 14 jede zweite Innenelektrodenschicht 36, die noch nicht mit dem ersten Kontaktierungspin 14 verbunden ist. Dadurch ist es möglich, von außen ein unterschiedliches Potential an die beiden Kontaktierungspins 14 und somit an jede zweite Innenelektrodenschicht 36 anzulegen, sodass eine Auslenkung der piezoelektrischen Materialschichten 34 des Piezostapels 12 möglich wird. Alternativ ist es auch möglich, mit den elektrischen Anbindungen 38 von dem Kontaktierungspin 14 aus eine Sammelelektrode auf dem Piezostapel 12 zu kontaktieren. Diese Sammelelektrode kontaktiert dann in dem Fall ihrerseits jede zweite Innenelektrodenschicht 26 des Piezostapels 12.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, ist der Piezostapel 12 ausschließlich formschlüssig in den Aufnahmeöffnungen 22 befestigt, und nicht durch weitere Elemente festgehalten, wie beispielsweise durch Klipse, oder auch durch Klebeverbindungen.
Die elektrische Anbindung 38 weist vorteilhaft entlang der Längsachse 18 eine mechanische Flexibilität auf, sodass me¬ chanische Spannungen, die bei der Elongation des Piezostapels 12 gegenüber den Kontaktierungspins 14 entstehen, abgebaut werden können. Diese mechanische Flexibilität kann dadurch erreicht werden, dass als elektrische Anbindung beispielsweise eine Kontaktierungsmatte oder ein Kontaktierungsgewebe oder einzelne Drähte 40 zwischen den jeweiligen Kontaktierungspins 14 und die Innenelektrodenschichten eingelötet oder eingeklebt werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass die elektrische Anbindung 38 über einen Einzeldrahtbondprozess erfolgt.
Mit dem Kontaktierungsbauelement ist es möglich, die Funktionen elektrische Kontaktierung des Piezostapels 12, Positionierung des Piezostapels 12 und Weiterkontaktierung räumlich und funktional zu trennen.

Claims

Patentansprüche
1. Kontaktierungsbauelement (10) zum elektrischen Kontak¬ tieren eines Piezostapels (12), aufweisend wenigstens zwei elektrisch leitfähige Kontaktierungspins (14), die entlang einer Längsachse (18) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, sowie ein elektrisch isolierendes Zentrierungsbauelement (16) , das wenigstens zwei entlang der Längsachse (18) beabstandet und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Positio- nierungsplatten (20) mit jeweils einer Aufnahmeöffnung (22) zum Aufnehmen des Piezostapels (12) aufweist, wobei die Kontak¬ tierungspins (14) und das Zentrierungsbauelement (16) stoff¬ schlüssig miteinander verbunden sind.
2. Kontaktierungsbauelement (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , dass das Zentrierungsbauelement (16) und die Kontaktierungspins (14) im Spritzgussverfahren gebildet sind, wobei die Positionierungsplatten (20) an den Kontaktierungspins (14) angespritzt ausgebildet sind.
3. Kontaktierungsbauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsplatten (20) jeweils in einer Positionierungsplattenebene (EP) gebildet sind, wobei die Längsachse (18) im Wesentlichen die Ebenennormale (NE) zu den Positionierungsplattenebenen (EP) bildet, wobei die Aufnahmeöffnungen (22) entlang der Längsachse (18) fluchtend angeordnet sind.
4. Kontaktierungsbauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ,
dadurch gekennzeichnet , dass an j eder Positionierungsplatte (20) die Aufnahmeöffnung (22) zentral angeordnet ist, wobei die Kontaktierungspins (14) jeweils an einem Randbereich (26) der Positionierungsplatte (20), insbesondere symmetrisch zu der Aufnahmeöffnung (22), angeordnet sind.
5. Kontaktierungsbauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierungsbauelement (16) wenigstens eine, insbesondere wenigstens zwei, parallel zu der Längsachse (18) angeordnete Stabilisierungsrippen (24) auf¬ weist, die einstückig mit den Positionierungsplatten (20) ausgebildet sind.
6. Kontaktierungsbauelement (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsrippen (24) symmetrisch zu der Aufnahmeöffnung (22), insbesondere bezüglich der Aufnahmeöffnung (22) gegenüberliegend zueinander, an den Positionierungsplatten (20) angeordnet sind.
7. Kontaktierungsbauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet , dass die Kontaktierungspins (14) entlang der Längsachse (18) eine größere Länge (L) aufweisen als das Zentrierungsbauelement (16), wobei die Kontaktierungspins (14) entlang der Längsachse (18) insbesondere einseitig bündig mit einer der Positionierungsplatten (20) abschließen.
8. Anordnung (32) aus einem Kontaktierungsbauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und einem Piezostapel (12), der eine Mehrzahl an piezoelektrischen Materialschichten (34) und eine Mehrzahl an Innenelektrodenschichten (36) aufweist, die ab- wechselnd entlang einer Längsachse (18) aufeinander gestapelt sind, wobei der Piezostapel (12) in wenigstens zwei Aufnah¬ meöffnungen (22) wenigstens zweier Positionierungsplatten (20) eines Zentrierungsbauelements (16) des Kontaktierungsbauele- ments (10) aufgenommen ist, wobei zwischen jedem Kontaktie- rungspin (14) des Zentrierungsbauelements (16) und jeder zweiten, zu dem Kontaktierungspin (14) benachbart angeordneten Innenelektrodenschicht (36) des Piezostapels (12) eine elektrische Anbindung (38) angeordnet ist.
9. Anordnung (32) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet , dass der Piezostapel (12) ausschließlich formschlüssig in den Aufnahmeöffnungen (22) befestigt ist.
10. Anordnung (32) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Anbindung (38) durch Einlöten oder Einkleben einer Kontaktierungsmatte oder eines Kontaktierungsgewebes oder einzelner Drähte (40) zwischen dem Kontaktierungspin (14) und den Innenelektrodenschichten (36), oder durch einen Einzeldrahtbondprozess gebildet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113422095A (zh) * 2021-06-23 2021-09-21 湖南钒谷新能源技术有限公司 电池电堆压装设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005114759A1 (de) * 2004-05-19 2005-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur kontaktierung eines piezoelektrischen aktors
WO2010092170A1 (de) * 2009-02-16 2010-08-19 Continental Automotive Gmbh Piezoelektrischer aktor, verfahren zur herstellung des aktors und injektor
DE202014100666U1 (de) * 2014-02-14 2014-02-24 Epcos Ag Piezoelektrisches Aktorbauelement

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7564169B2 (en) * 2003-10-14 2009-07-21 Siemens Aktiengesellschaft Piezo actuator and associated production method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005114759A1 (de) * 2004-05-19 2005-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur kontaktierung eines piezoelektrischen aktors
WO2010092170A1 (de) * 2009-02-16 2010-08-19 Continental Automotive Gmbh Piezoelektrischer aktor, verfahren zur herstellung des aktors und injektor
DE202014100666U1 (de) * 2014-02-14 2014-02-24 Epcos Ag Piezoelektrisches Aktorbauelement

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113422095A (zh) * 2021-06-23 2021-09-21 湖南钒谷新能源技术有限公司 电池电堆压装设备
CN113422095B (zh) * 2021-06-23 2022-04-15 湖南钒谷新能源技术有限公司 电池电堆压装设备

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