DE10035168A1 - Piezoelectric actuator for e.g. dosing fuel from pressurized source for fuel injection valve, comprises hydraulic fluid which forms electrical passivation layer for actuator stack - Google Patents

Piezoelectric actuator for e.g. dosing fuel from pressurized source for fuel injection valve, comprises hydraulic fluid which forms electrical passivation layer for actuator stack

Info

Publication number
DE10035168A1
DE10035168A1 DE10035168A DE10035168A DE10035168A1 DE 10035168 A1 DE10035168 A1 DE 10035168A1 DE 10035168 A DE10035168 A DE 10035168A DE 10035168 A DE10035168 A DE 10035168A DE 10035168 A1 DE10035168 A1 DE 10035168A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
actuator
stack
hydraulic fluid
valve
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE10035168A
Other languages
German (de)
Inventor
Carsten Schuh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE10035168A priority Critical patent/DE10035168A1/en
Publication of DE10035168A1 publication Critical patent/DE10035168A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167Means for compensating clearance or thermal expansion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/88Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/88Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H10N30/883Further insulation means against electrical, physical or chemical damage, e.g. protective coatings
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/88Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H10N30/886Mechanical prestressing means, e.g. springs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/26Fuel-injection apparatus with elastically deformable elements other than coil springs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

The piezoelectric actuator comprises an actuator stack with and end side between the cover element and floor element. Hydraulic fluid is provided in the actuator chamber. Hydraulic fluid forms an electrical passivation layer for the actuator stack (24). An Independent claim is included for the corresponding method of manufacture.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stellantrieb gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Herstellen eines Stellantriebs sowie ein Ventil, insbesondere ein Dosierventil zur Dosierung eines unter Druck stehenden Dosierfluids.The present invention relates to an actuator according to the preamble of claim 1, a method for Manufacture of an actuator and a valve, in particular a metering valve for metering a pressurized Dosierfluids.

Stellantriebe sowie Ventile der genannten Art arbeiten beispielsweise mit Hilfe von Piezoaktoren. Piezoaktoren können als monolithische keramische Vielschichtbauelemente ausgebildet sein und gewinnen in der modernen Elektrotechnik immer mehr an Bedeutung.Actuators and valves of the type mentioned work for example with the help of piezo actuators. piezo actuators can be used as monolithic ceramic multilayer components be trained and win in modern electrical engineering more and more important.

Piezokeramische Vielschichtaktoren bestehen in der Regel aus einer Vielzahl von alternierend angeordneten Keramikschichten und metallischen Innenelektroden. Hierbei können beispielsweise bis über 500 Einzelschichten vorgesehen sein. Zur Erzielung einer optimalen Auslenkung bei minimalem Platzbedarf müssen die Innenelektroden den gesamten Querschnitt des Piezoaktors - bis auf die inaktive Kontaktierungszone - umfassen. Dies bedeutet, daß Innenelektroden alternierender Polarität an den Seitenflächen der Vielschichtkeramik freiliegen.Piezoceramic multi-layer actuators usually consist of a plurality of alternating ceramic layers and metallic inner electrodes. Here you can for example, up to 500 individual layers can be provided. To achieve optimal deflection with minimal The internal electrodes must take up the entire space Cross section of the piezo actuator - except for the inactive one Contact zone - include. This means that Internal electrodes of alternating polarity on the side surfaces exposed to multilayer ceramics.

Aus diesem Grund ist eine elektrische Passivierung dieser Seitenflächen unumgänglich, um elektrische Überschläge und Kurzschlüsse zwischen benachbarten Innenelektroden zu vermeiden. Diese können beispielsweise durch Feuchtigkeit (was bei keramischen Materialien auf Bleizirkonattitanat- Basis (PZT) zu AG-Migration führen kann) oder Betriebsstoffe (beispielsweise Diesel, Raps-Methylester oder dergleichen) im Betrieb des Piezoaktors hervorgerufen werden. For this reason, an electrical passivation is this Side surfaces unavoidable to prevent electrical flashovers and Short circuits between adjacent internal electrodes too avoid. These can be caused, for example, by moisture (which in the case of ceramic materials on lead zirconate titanate Basis (PZT) can lead to AG migration) or operating materials (e.g. diesel, rapeseed methyl ester or the like) in Operation of the piezo actuator can be caused.  

Der Passivierungsvorgang des Piezoaktors ist jedoch ein sehr kostenintensiver Prozeß. Zur Passivierung wird die Vielschichtkeramik nach der Außenmetallisierung üblicherweise per Hand mit einer selbsthaftenden Silikonmasse bestrichen. Dieses Silikonelastomer wir anschließend in einem Trockenschrank etwa 30 Minuten bei etwa 150°C ausgehärtet. Anschließend werden die so passivierten Aktoren unter Verwendung des gleichen Silikonelastomers mit einem zylindrischen Kunststoffmantel umgeben, was auch als "Verguß" bezeichnet wird.The passivation process of the piezo actuator is however a very costly process. The passivation is the Multilayer ceramics usually after the external metallization spread by hand with a self-adhesive silicone compound. This silicone elastomer is then made in one Drying cabinet cured at about 150 ° C for about 30 minutes. Then the passivated actuators are under Using the same silicone elastomer with a cylindrical plastic sheath surround what as "Potting" is called.

Die Auswahl geeigneter Passivierungskunststoffe gestaltet sich dabei als schwierig, da eine Reihe von Eigenschaftskriterien erfüllt sein müssen. Zunächst müssen die Passivierungskunststoffe eine Dauertemperaturbeständigkeit von < 150°C aufweisen. Weiterhin müssen sie gute Haftungseigenschaften auf der Keramik aufweisen. Schließlich ist für die Kunststoffe eine hohe Reißdehnung erforderlich, um an Polungsrissen im Aktorbetrieb auftretende Dehnungen verkraften zu können.The selection of suitable passivation plastics designed turn out to be difficult because of a number of Property criteria must be met. First of all the passivation plastics one Have permanent temperature resistance of <150 ° C. Furthermore, they must have good adhesion properties on the Have ceramics. After all, there is one for plastics high elongation at break required to avoid polarity cracks in the To be able to cope with stretching occurring actuator operation.

Aus der DE 197 15 487 A1 ist ein piezoelektrischer Aktor bekannt, der zunächst in ein vorgefertigtes Hohlprofil eingebracht wird. Anschließend wird das Hohlprofil mit einer Passivierungsschicht ausgegossen ("Verguß"). Die Passivierungsschicht im Inneren des Hohlprofils kann beispielsweise aus spritzfähigem Silikon, das nach der Verarbeitung aushärtet, hergestellt werden.DE 197 15 487 A1 describes a piezoelectric actuator known that first in a prefabricated hollow profile is introduced. Then the hollow profile with a Passivation layer poured out ("potting"). The Passivation layer inside the hollow profile can for example made of sprayable silicone, which after the Processing hardens, manufactured.

In der Patentanmeldung DE 199 40 055 ist weiterhin ein Dosierventil zur Dosierung eines unter Druck stehenden Dosierfluids vorgeschlagen, bei dem die Ventilnadel über einen Stellantrieb betätigt wird, der einen Piezoaktor aufweist. Dieser Piezoaktor ist in einer Rohrfeder eingebaut, die im dynamischen Betrieb des Aktors eine erforderliche statische Vorspannung der Vielschichtkeramik sicherstellt. Bei dieser Lösung wird weiterhin ein hydraulisches Lager verwendet, welches im Injektor, beispielsweise durch Temperatur- und Druckänderungen, entstehende Längenänderungen des gesamten Ventilnadelantriebs selbsttätig ausgleichen kann, um damit eine gleichbleibend sichere Funktion des Injektors zu gewährleisten. In einer Ausgestaltungsform kann das Aktor-Rohrfeder-Modul komplett im hydraulischen Lager integriert sein.In patent application DE 199 40 055 there is also a Dosing valve for dosing a pressurized Dosing fluids proposed, in which the valve needle over an actuator is actuated, which is a piezo actuator having. This piezo actuator is built into a Bourdon tube, which is required in dynamic operation of the actuator ensures static prestressing of the multilayer ceramic. With this solution, there is still a hydraulic bearing  used, which in the injector, for example by Changes in temperature and pressure, changes in length balance the entire valve needle drive automatically can to ensure a consistently safe function of the Ensure injector. In one embodiment can the actuator Bourdon tube module completely in the hydraulic bearing be integrated.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine Performance-Verbesserung, eine Herstellungsvereinfachung und eine Kostenreduzierung erreicht werden kann. Weiterhin soll ein entsprechend verbessertes Ventil sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines solchen Stellantriebs bereitgestellt werden.The present invention has for its object a Actuator of the type mentioned above to train that a performance improvement, a Manufacturing simplification and cost reduction achieved can be. Furthermore, a correspondingly improved Valve and an improved method for producing a such actuator are provided.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Stellantrieb gemäß Patentanspruch 1, das Ventil gemäß Patentanspruch 14, das Verfahren zum Herstellen eines Stellantriebs gemäß Patentanspruch 17 sowie vorteilhafte Verwendungen gemäß den Patentansprüchen 15 und 16. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Vorteile und Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Stellantrieb beschrieben werden, gelten ebenso für das Verfahren zu dessen Herstellung sowie das Ventil. Vorteile und Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben werden, gelten ebenso für den Stellantrieb sowie das Ventil. Vorteile und Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Ventil beschrieben werden, gelten ebenso für den Stellantrieb sowie das Verfahren zu dessen Herstellung.This task is solved by the actuator according to Claim 1, the valve according to claim 14, the Method of manufacturing an actuator according to Claim 17 and advantageous uses according to the Claims 15 and 16. Further advantageous features, Aspects and details of the invention result from the dependent claims, the description and the drawings. Advantages and features related to the Actuator described also apply to the Process for its manufacture and the valve. benefits and features related to the process described also apply to the actuator as well the valve. Advantages and features related to the valve are also valid for the Actuator and the process for its manufacture.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Stellantrieb bereitgestellt, mit einem Piezoaktor, der in einer von einem Gehäuse begrenzten Aktorkammer angeordnet ist, wobei der Piezoaktor wenigstens einen Aktorstapel aufweist und der Aktorstapel mit seinen Stirnseiten zwischen einem Deckelelement und einem Bodenelement eingespannt ist und wobei der Aktorstapel von einer in der Aktorkammer vorgesehenen Hydraulikflüssigkeit umspült ist oder wird. Der Stellantrieb ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikflüssigkeit eine für den Aktorstapel vorgesehene Passivierungsschicht zur elektrischen Passivierung bildet.According to the first aspect of the invention, an actuator provided, with a piezo actuator that is in one of one Housing limited actuator chamber is arranged, the Piezo actuator has at least one actuator stack and the Actuator stack with its end faces between one Cover element and a bottom element is clamped and  wherein the actuator stack from one in the actuator chamber provided hydraulic fluid is or is washed. The Actuator is characterized in that the hydraulic fluid is one intended for the actuator stack Passivation layer for electrical passivation forms.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Stellantriebs liegt darin, daß der Piezoaktor nunmehr ohne eigene Passivierung im Stellantrieb betrieben werden kann. Dies führt unter anderem zu einer enormen Kosteneinsparung. Überraschenderweise wurde herausgefunden, daß bei Vorliegen des genannten Einbauzustands des Piezoaktors im Stellantrieb auf eine Passivierung des Piezoaktors, wie sie mit allen beschriebenen Nachteilen bisher aus dem Stand der Technik bekannt ist, verzichtet werden kann, da diese Funktion von der Hydraulikflüssigkeit übernommen wird. Damit ergeben sich gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen eine Reihe von Vorteilen.A particular advantage of the actuator according to the invention is that the piezo actuator is now without its own Passivation can be operated in the actuator. This leads, among other things, to enormous cost savings. Surprisingly, it was found that when present of the stated installation state of the piezo actuator in the actuator passivation of the piezo actuator, as with all Disadvantages described so far from the prior art is known, can be dispensed with, since this function of the hydraulic fluid is taken over. This results in compared to the solutions known from the prior art a number of advantages.

Wie bereits erwähnt wurde, kann zunächst der bisher erforderliche kostenintensive Passivierungsvorgang nunmehr entfallen. Weiterhin ist eine wesentlich effektivere Abführung der Verlustwärme des Piezoaktors über dessen direkten Kontakt mit der Hydraulikflüssigkeit gegeben. Das bedeutet, daß sich der Piezoaktor im Betrieb nicht so stark aufheizt, so daß die temperaturabhängigen Kennwerte des Aktors geringeren Schwankungen unterworfen sind. Weiterhin ist nunmehr eine härtere elektrische Ansteuerung des Piezoaktors ohne die Gefahr einer Überhitzung realisierbar.As already mentioned, so far the first one required costly passivation process now omitted. It is also a much more effective one Dissipation of the heat loss of the piezo actuator via its given direct contact with the hydraulic fluid. The means that the piezo actuator is not as strong during operation heats up, so that the temperature-dependent characteristics of the Actuator are subject to minor fluctuations. Farther is now a harder electrical control of the Piezo actuator can be implemented without the risk of overheating.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stellantriebs ist die mechanische Belastung der Weiterkontaktierung des Piezoaktors (in der Regel feine Drähte) durch die Hydraulikflüssigkeit äußerst gering und erfolgt sehr homogen. Gleichzeitig dämpft das Hydraulikfluid in den Drähten entstehende Vibrationen. Die "Kapselung" des Piezoaktors in einer Flüssigkeit kann weiterhin zu einer Reduzierung des Arbeitsgeräuschs des Stellantriebs führen. The inventive design of the actuator is the mechanical load on the further contact of the Piezo actuator (usually fine wires) through the Hydraulic fluid is extremely low and takes place very homogeneously. At the same time, the hydraulic fluid in the wires is dampened resulting vibrations. The "encapsulation" of the piezo actuator in a liquid can further reduce the Cause working noise of the actuator.  

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, daß die Hydraulikflüssigkeit eine auf den Oberflächen des Aktorstapels vorgesehene Passivierungsschicht bildet. Auf den Oberflächen des Aktorstapels ist jedoch keine separate, fest anhaftende Passivierungsschicht mehr vorgesehen.According to the invention it is thus provided that the Hydraulic fluid one on the surfaces of the Actuator stack provided passivation layer forms. On the However, surfaces of the actuator stack are not separate, solid adhesive passivation layer is provided.

Vorteilhaft kann das Deckelelement und/oder das Bodenelement in Längsrichtung des Piezoaktors verschiebbar ausgebildet sein. Die Längsrichtung des Piezoaktors entspricht dabei der Höhe des Bauelements, die sich durch das übereinander Anordnen der einzelnen Schichten zu Vielschichtkeramik ergibt. Die Längsrichtung des Piezoaktors entspricht somit dessen hauptsächlicher Dehnungsrichtung.The cover element and / or the base element can be advantageous designed to be displaceable in the longitudinal direction of the piezo actuator his. The longitudinal direction of the piezo actuator corresponds to that Height of the component, which is different from each other Arrange the individual layers to form multilayer ceramics results. The longitudinal direction of the piezo actuator thus corresponds its main stretch direction.

Weiterhin kann das Deckelelement als ein in Längsrichtung des Piezoaktors wirkender Hydraulikkolben ausgebildet sein.Furthermore, the cover element as a in the longitudinal direction of the Piezoactuating hydraulic pistons can be formed.

Der Hydraulikkolben kann vorteilhaft mit dem Gehäuse eine Hydraulikkammer bilden, wobei die Hydraulikkammer mit der Aktorkammer zum Austausch von Hydraulikflüssigkeit strömungstechnisch verbunden ist.The hydraulic piston can be advantageous with the housing Form hydraulic chamber, the hydraulic chamber with the Actuator chamber for the exchange of hydraulic fluid is fluidly connected.

Eine wie vorstehend beschriebene Ausgestaltung des Stellantriebs ist beispielsweise in der eingangs zitierten Patentanmeldung DE 199 40 055 beschrieben, deren Offenbahrungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung miteinbezogen wird. Bei dieser Lösung befindet sich der Piezoaktor in einem Aktorraum, wobei ein in Längsrichtung, die der hauptsächlichen Dehnungsrichtung entspricht, des Piezoaktors wirkender Hydraulikkolben den Piezoaktor auf einer Seite abstützt. Der Hydraulikkolben bildet zusammen mit dem Gehäuse eine Hydraulikkammer, welche mit dem Aktorraum über eine strömungstechnische Verbindung, in diesem Fall eine Passung zwischen Hydraulikkolben und Gehäuse, miteinander hydraulisch verbunden ist. An embodiment of the as described above Actuator is for example in the above Patent application DE 199 40 055 described, the Insofar as disclosed in the description of the present invention is incorporated. With this solution the piezo actuator is located in an actuator space, with an in Longitudinal direction, which is the main direction of elongation corresponds to the piezo actuator acting hydraulic piston Piezo actuator supported on one side. The hydraulic piston forms together with the housing a hydraulic chamber, which with the actuator space via a fluidic connection, in this case a fit between hydraulic piston and Housing, is hydraulically connected to each other.  

Weiterhin kann mit dem Hydraulikkolben ein Ausgleichsraum in hydraulischer Verbindung stehen. Der Aktorraum, die Hydraulikkammer und der Ausgleichsraum sind mit einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit gefüllt, so daß das System Hydraulikkammer-Ausgleichsraum-Aktorraum- Hydraulikflüssigkeit ein dynamisch steifes Lager für den Piezoaktor und ein Längenausgleichselement für zeitlich längere Vorgänge bildet.Furthermore, a compensation chamber can be used with the hydraulic piston hydraulic connection. The actuator space, the Hydraulic chamber and the compensation chamber are with one under Pressurized hydraulic fluid filled, so that System hydraulic chamber compensation room actuator room Hydraulic fluid is a dynamically rigid bearing for the Piezo actuator and a length compensation element for time forms longer processes.

In weiterer Ausgestaltung kann der Aktorstapel zur Erzeugung einer Vorspannung innerhalb eines hohlzylindrischen Federelements angeordnet sein. Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der von der Anmelderin ebenfalls eingereichten DE 198 18 068 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung miteinbezogen wird. Das darin beschriebene Federelement ist als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Öffnungen von einem Aktorboden und einem Aktordeckel abgeschlossen sind. Der Aktorboden und der Aktordeckel sind vorzugsweise zylindrisch ausgebildet. Das Federelement umschließt einen darin eingebrachten Aktorstapel und darin eingebrachte elektrische Anschlüsse. Der Aktorstapel ist mit seinen Stirnflächen zwischen dem Aktordeckel und dem Aktorboden plan eingespannt und ist von dem Federelement in Längsrichtung gegen eine Ausdehnung vorgespannt.In a further embodiment, the actuator stack can be used for generation a bias within a hollow cylindrical Be arranged spring element. Such a solution is for example in that of the applicant DE 198 18 068 A1 described, the In this respect, disclosure content in the description of the present invention is incorporated. That in it described spring element is designed as a hollow cylinder, the openings of an actuator base and an actuator cover Are completed. The actuator base and the actuator cover are preferably cylindrical. The spring element encloses an actuator stack inserted therein and in it introduced electrical connections. The actuator stack is with its end faces between the actuator cover and the Actuator floor clamped flat and is in by the spring element Longitudinally biased against expansion.

Vorzugsweise kann das Federelement eine Anzahl von Ausnehmungen aufweisen, die über die Fläche des Federelements verteilt angeordnet sind. Die Anzahl, Größe und das Anordnungsmuster der Ausnehmungen über die Fläche des Federelements bestimmt zum einen dessen Federsteifigkeit. Zum anderen ermöglichen die Ausnehmungen, daß die Hydraulikflüssigkeit ungehindert durch das Federelement hindurchtreten und bis zum Aktorstapel gelangen kann, um diesen zu dessen Passivierung zu umspülen. Preferably, the spring element can have a number of Have recesses over the surface of the spring element are distributed. The number, size and that Arrangement pattern of the recesses over the area of the The spring element determines its spring stiffness. To the others allow the recesses that the Hydraulic fluid unhindered by the spring element can pass through and reach the actuator stack in order to to rinse it to passivate it.  

Die im Stellantrieb eingesetzte Hydraulikflüssigkeit kann beispielsweise zum Einsatz in einem Temperaturintervall von -40°C bis +150°C verwendbar sein.The hydraulic fluid used in the actuator can for example for use in a temperature interval of -40 ° C to + 150 ° C can be used.

Bevorzugt kann es sich bei der Hydraulikflüssigkeit um ein Silikonöl handeln. Hier sind insbesondere längerkettige Silikonöle, beispielsweise Polydimethylsiloxane und dergleichen von Vorteil, die neben ihrer chemischen Inertheit auch bekannt sind für ihre guten elektrischen Isolationseigenschaften, beziehungsweise hohen elektrischen Durchschlagsfestigkeiten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Silikonöl im Grundzustand blasenfrei eingefüllt wird.The hydraulic fluid can preferably be a Trade silicone oil. Here are long-chain ones in particular Silicone oils, for example polydimethylsiloxanes and the like beneficial in addition to their chemical inertness are also known for their good electrical Isolation properties, or high electrical Dielectric strengths. It is particularly advantageous if the silicone oil is filled in bubble-free in the basic state.

In weiterer Ausgestaltung kann der Aktorstapel innerhalb eines Hohlprofils angeordnet sein. Bei einem solchen Hohlprofil handelt es sich beispielsweise um einen "Vergußmantel", wie er in der DE 197 15 487 A1 beschrieben ist, deren Offenbahrungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung miteinbezogen wird.In a further embodiment, the actuator stack can be within a hollow profile can be arranged. With such a Hollow profile is, for example "Potting jacket" as described in DE 197 15 487 A1 is the disclosure content in this respect in the description of the present invention.

Ein derartiger zylindrischer Verguß des Piezoaktors kann zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Maßnahmen erfolgen, was beispielsweise Handlingvorteile beim Zusammenbau von Piezoaktor und hohlzylindrischem Federelement mit sich bringen kann. Das Hohlprofil muß dabei derart ausgebildet sein, daß die im Aktorraum befindliche Hydraulikflüssigkeit durch dieses hindurchtreten und an die Oberflächen des Piezoaktors gelangen kann, so daß über die Hydraulikflüssigkeit die erforderliche elektrische Passivierung des Piezoaktors erreicht wird. In einem solchen Fall kann jedoch - im Vergleich zu der in der DE 197 15 487 A1 beschriebenen Lösung -, eine wesentlich kostengünstigere Vergußmasse mit geringerer Temperaturbeständigkeit und Reißdehnung sowie schlechteren Haftungseigenschaften aus der Keramik ausgewählt werden.Such a cylindrical encapsulation of the piezo actuator can in addition to the measures described above take place, which for example handling advantages with Assembly of piezo actuator and hollow cylindrical spring element can bring with it. The hollow profile must be such be designed so that the located in the actuator space Hydraulic fluid pass through this and to the Surfaces of the piezo actuator can reach, so that on the Hydraulic fluid the required electrical Passivation of the piezo actuator is achieved. In one However, the case can - in comparison to that in DE 197 15 487 A1 described solution -, a much cheaper Potting compound with lower temperature resistance and Elongation at break and poorer adhesive properties from the Ceramics can be selected.

Vorzugsweise kann der Piezoaktor ein oder mehrere Kontaktelemente aufweisen, wobei zur Fixierung der Kontaktelemente eine entsprechende Anzahl von Paßhülsen vorgesehen ist, die in dem Gehäuse und/oder dem Deckelelement und/oder dem Bodenelement und/oder dem hohlzylindrischen Federelement vorgesehen ist/sind.The piezo actuator can preferably have one or more Have contact elements, for fixing the  Contact elements a corresponding number of adapter sleeves is provided in the housing and / or the cover element and / or the base element and / or the hollow cylindrical one Spring element is / are provided.

Der Aktorstapel kann beispielsweise aus mindestens zwei Keramikschichten und mindestens einer zwischen zwei benachbarten Keramikschichten angeordneten Elektrodenschicht gebildet sein. Er besteht somit aus einer alternierenden Abfolge von jeweils einer Keramikschicht, einer Elektrodenschicht, einer sich daran wiederum anschließenden Keramikschicht usw.The actuator stack can, for example, consist of at least two Ceramic layers and at least one between two adjacent ceramic layers arranged electrode layer be educated. It therefore consists of an alternating one Sequence of one ceramic layer, one Electrode layer, one in turn adjoining it Ceramic layer etc.

Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Einzelschichten, beziehungsweise Keramikschichten und Elektrodenschichten beschränkt, da sich die Anzahl der jeweils erforderlichen Schichten je nach Ausführungsform des keramischen Vielschichtbauelements ergibt.The invention is not limited to any number of Individual layers, or ceramic layers and Electrode layers limited because the number of each required layers depending on the embodiment of the ceramic multilayer component results.

Vorteilhaft kann die zumindest eine Keramikschicht auf Bleizirkonattitanat-Basis (PZT), Bleizinkniobat-titanat (PZN- PT), Bleimagnesiumniobat-titanat (PMN-PT) oder dergleichen ausgebildet sein. Die zumindest eine Elektrodenschicht kann vorzugsweise einen Stoff aufweisen, der aus der Gruppe Kupfer, Nickel, Palladium, Platin, Gold und/oder Silber ausgewählt ist.The at least one ceramic layer can advantageously be on Lead zirconate titanate base (PZT), lead zinc niobate titanate (PZN- PT), lead magnesium niobate titanate (PMN-PT) or the like be trained. The at least one electrode layer can preferably have a substance from the group Copper, nickel, palladium, platinum, gold and / or silver is selected.

In einer besonderen Ausgestaltung verfügt der Aktorstapel über eine Keramikschicht, die ein Bleizirkonattitanat (PZT, PbZrXTi1-XO3) aufweist. Eine Elektrodenschicht weist dabei insbesondere einen Stoff auf, der aus der Gruppe Palladium und/oder Silber ausgewählt ist. Von besonderem Vorteil ist eine Legierung aus den genannten Stoffen mit einem Verhältnis von Palladium zu Silber von 30 : 70.In a special embodiment, the actuator stack has a ceramic layer which has a lead zirconate titanate (PZT, PbZr X Ti 1-X O 3 ). An electrode layer in particular has a substance that is selected from the group consisting of palladium and / or silver. An alloy of the substances mentioned with a ratio of palladium to silver of 30:70 is particularly advantageous.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Ventil, insbesondere ein Dosierventil zu Dosierung eines unter Druck stehenden Dosierfluids, bereitgestellt, mit einem Ventilraum und einem Ventilgehäuse zur Aufnahme einer Ventilnadel, sowie einem wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Stellantrieb, wobei die Ventilnadel mit dem Stellantrieb verbunden ist und über diesen bewegt wird oder bewegbar ist.According to a second aspect of the invention, a valve, in particular a metering valve for metering one under pressure standing metering fluids, provided with a valve chamber  and a valve housing for receiving a valve needle, and an inventive as described above Actuator, the valve needle with the actuator is connected and is or can be moved via the latter.

Ein solches Ventil ist beispielsweise in der Patentameldung DE 199 40 055 vorgeschlagen, deren Offenbarungsgehalt im Hinblick auf die Ausgestaltung des Ventils in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung miteinbezogen wird.Such a valve is, for example, in the patent application DE 199 40 055 proposed, the disclosure content in With regard to the design of the valve in the Description of the present invention.

Vorteilhaft kann ein solches Ventil als Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine verwendet werden. Ebenso kann ein wie vorstehend beschriebener erfindungsgemäßer Stellantrieb vorzugsweise zum Steuern einer Ventilnadel eines Kraftstoffeinspritzventils für eine Brennkraftmaschine verwendet werden.Such a valve can be advantageous as Fuel injection valve for an internal combustion engine be used. Likewise, one as above described inventive actuator preferably for Controlling a valve needle of a fuel injector can be used for an internal combustion engine.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Stellantriebs, insbesondere eines wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Stellantriebs, bereitgestellt, das folgende Schritte aufweist:
According to a further aspect of the invention, a method for producing an actuator, in particular an actuator according to the invention as described above, is provided, which has the following steps:

  • a) Ein aus wenigstens einem Aktorstapel bestehender Piezoaktor wird ohne Passivierung in eine von einem Gehäuse begrenzte Aktorkammer eingesetzt und zwischen einem Deckelelement und einem Bodenelement eingespannt;a) One consisting of at least one actuator stack Piezo actuator is in one of one without passivation Housing limited actuator chamber inserted and between clamped a cover element and a base element;
  • b) Der Aktorraum wird mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllt, so daß die Hydraulikflüssigkeit den Aktorstapel umspült und dabei eine für den Aktorstapel vorgesehene Passivierungsschicht zur elektrischen Passivierung bildet.b) The actuator chamber is filled with a hydraulic fluid, so that the hydraulic fluid flows around the actuator stack and thereby one intended for the actuator stack Passivation layer for electrical passivation forms.

Der Piezoaktor wird ohne Passivierung in die Aktorkammer eingesetzt. Bei Vorhandensein eines entsprechenden geeigneten Hydraulikfluids kann auf eine solche Passivierung des Piezoaktors auch verzichtet werden, da diese Funktion von der Hydraulikflüssigkeit übernommen wird.The piezo actuator is inserted into the actuator chamber without passivation used. In the presence of an appropriate one Hydraulic fluids can passivate such Piezo actuator can also be dispensed with, as this function of the Hydraulic fluid is taken over.

Vorteilhaft kann der Piezoaktor ohne Passivierung zunächst in ein hohlzylindrisches Federelement, beispielsweise eine Rohrfeder, eingesetzt werden, um eine Vorspannung auf den Aktorstapel zu erzeugen. Die Piezoaktor-Federelement-Einheit kann anschließend gemäß Schritt a) in die Aktorkammer eingesetzt werden.Advantageously, the piezo actuator can first be passed in without passivation a hollow cylindrical spring element, for example one  Bourdon tube, used to preload the Generate actuator stack. The piezo actuator spring element unit can then according to step a) in the actuator chamber be used.

Dies soll an Hand eines Beispiels erläutert werden. Zunächst wird der Aktor ohne Passivierung und Vergußmantel direkt in das hohlzylindrische Federelement, beispielsweise eine Rohrfeder, eingesetzt. Die Fixierung der Kontaktstifte des Piezoaktors kann durch elektrisch isolierende Paßhülsen erfolgen, die in entsprechende Stiftdurchführungen der Bodenplatte der Rohrfeder eingesetzt werden. Die Fixierung kann aber auch durch den Anschlußstecker der elektrischen Zuleitung erfolgen. Eine Zentrierung des Piezoaktors beziehungsweise des Aktorstapels kann über geeignete Zentriermittel, beispielsweise über seitlich durch die Ausnehmungen des Federelements eingeführte Zentriergreifer, erfolgen. Das Einsetzen des Piezoaktors in das hohlzylindrische Federelement kann beispielsweise über eine entsprechende Führungshülse erfolgen. Durch eine solche Führungshülse kann auch die Fixierung der Kontaktstifte des Piezoaktors sowie die Zentrierung des Piezoaktors beziehungsweise des Aktorstapels innerhalb des hohlzylindrischen Federelements übernommen werden.This will be explained using an example. First the actuator is directly in without passivation and encapsulation the hollow cylindrical spring element, for example a Bourdon tube, used. Fixing the contact pins of the Piezo actuator can be fitted with electrically insulating adapter sleeves take place in corresponding pin bushings of the Base plate of the Bourdon tube can be used. The fixation can also by the connector of the electrical Supply is done. Centering the piezo actuator or the actuator stack can be via suitable Centering, for example laterally through the Recesses of the spring element inserted centering grippers, respectively. Inserting the piezo actuator into the hollow cylindrical spring element can for example have a appropriate guide sleeve. By such Guide sleeve can also fix the contact pins of the Piezo actuator and the centering of the piezo actuator or the actuator stack within the hollow cylindrical spring element are adopted.

In weiterer Ausgestaltung kann der Piezoaktor ohne Passivierung zunächst in ein Hohlprofil eingebracht werden, wobei die Hohlprofil-Piezoaktor-Einheit anschließend in den Aktorraum oder das hohlzylindrische Federelement eingesetzt wird.In a further embodiment, the piezo actuator can be without Passivation is first introduced into a hollow profile, the hollow profile piezo actuator unit then in the Actuator space or the hollow cylindrical spring element used becomes.

Wenn der Piezoaktor ohne Passivierung, aber mit einem Vergußmantel, versehen, in den Aktorraum, beziehungsweise das hohlzylindrische Federelement eingesetzt wird, kann die Fixierung der Kontaktelemente des Aktors sowie die Zentrierung des Piezoaktors, beziehungsweise des Aktorstapels, durch den Vergußmantel erfolgen. If the piezo actuator without passivation, but with one Potting jacket, provided, in the actuator space, or that hollow cylindrical spring element is used, the Fixing the contact elements of the actuator and the Centering the piezo actuator, or the Actuator stack, done through the potting jacket.  

Sind die Seitenflächen des Piezoaktors während des Einbringvorgangs in das hohlzylindrische Federelement, beispielsweise während eines entsprechenden Einschweißvorgangs, einer Kontaminierung durch entstehende Schweißdämpfe ausgesetzt, so kann eine entsprechende Absaugvorrichtung, ein Einschweißvorgang im Ölbad, oder dergleichen vorgesehen werden.Are the side surfaces of the piezo actuator during the Insertion process into the hollow cylindrical spring element, for example during a corresponding Welding process, contamination by arising Exposed to welding fumes, a corresponding Suction device, a welding process in an oil bath, or the like can be provided.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Fig. 1 ein Dosierventil mit einem Piezoaktor, einer Ventilnadel und einem Hydraulikdämpfungssystem, wobei eine Hydraulikkammer mit dem Aktorraum verbunden ist.The invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. Here, 1 is the only Fig. A metering valve with a piezoelectric actuator, a valve needle and a hydraulic damping system, wherein a hydraulic chamber is connected to the actuator chamber.

In der einzigen Fig. 1 ist in Schnittdarstellung eine Seitenansicht eines Dosierventils 10 als Einspritzventil für Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine dargestellt.In the single Fig. 1 in a sectional view a side view of a metering valve 10 is shown as an injection valve for fuel in an internal combustion engine.

Das Ventil 10 besteht zunächst aus einem Stellantrieb 20 sowie einem Ventilelement 50.The valve 10 initially consists of an actuator 20 and a valve element 50 .

Das Ventilelement 50 weist ein Ventilgehäuse 51 auf, in dem eine Ventilnadel 52 gleitbeweglich angeordnet ist. In das Ventilgehäuse 51 ist ein Ventilsitz 54 eingearbeitet, der zusammen mit dem am unteren Ende der Ventilnadel 52 befindlichen Ventilteller 53 ein Tellerventil bildet. Die Ventilnadel 52 ist über eine geeignete Verbindung, im vorliegenden Fall eine Schweißverbindung, mit einem in einer Aktorkammer 22 des Stellantriebs 20 beweglich angeordneten Bodenelement 26 verbunden.The valve element 50 has a valve housing 51 in which a valve needle 52 is slidably arranged. A valve seat 54 is incorporated into the valve housing 51 and , together with the valve disk 53 located at the lower end of the valve needle 52, forms a poppet valve. The valve needle 52 is connected via a suitable connection, in the present case a welded connection, to a base element 26 which is movably arranged in an actuator chamber 22 of the actuator 20 .

Weiterhin ist eine druckvorgespannte Rückstellfeder 31 vorgesehen, die das Tellerventil mit einer Rückstellkraft im Ausgangszustand des Ventils 10 geschlossen hält. Die Rückstellfeder 31 ist an einem Gehäuse 21 des Stellantriebs sowie an dem Bodenelement 26 abgestützt. Furthermore, a prestressed return spring 31 is provided, which keeps the poppet valve closed with a restoring force in the initial state of the valve 10 . The return spring 31 is supported on a housing 21 of the actuator and on the base element 26 .

Ein Teil der Ventilnadel 52 ist von einem Ventilraum 55 umgeben, der durch die Ventilnadel 52 und das Ventilgehäuse 51 gebildet wird. Der Ventilraum 55 ist mittels einer Fluid­ beziehungsweise Kraftstoffzuführung 56 druckbeaufschlagbar und mit dem Tellerventil hydraulisch verbunden, so daß bei geöffnetem Tellerventil, das heißt wenn der Ventilteller 53 vom Ventilsitz 54 abgehoben ist, ein Fluidstrom vom Ventilraum zum Tellerventil fließt und das Fluid über das Tellerventil nach außen abgegeben wird.A part of the valve needle 52 is surrounded by a valve chamber 55 , which is formed by the valve needle 52 and the valve housing 51 . The valve chamber 55 can be pressurized by means of a fluid or fuel supply 56 and is hydraulically connected to the poppet valve, so that when the poppet valve is open, i.e. when the valve disk 53 is lifted from the valve seat 54 , a fluid flow flows from the valve chamber to the poppet valve and the fluid flows through the poppet valve is delivered outside.

Der Ventilraum 55 ist gegenüber dem Aktorraum 22 durch eine in Verschiebungsrichtung der Ventilnadel 52 flexible Abdichtung, hier ein entsprechender Metallbalg 57, hermetisch abgedichtet.The valve chamber 55 is hermetically sealed from the actuator chamber 22 by a seal that is flexible in the direction of displacement of the valve needle 52 , here a corresponding metal bellows 57 .

Der Stellantrieb 20 weist zunächst die Aktorkammer 22 auf, die durch ein Gehäuse 21 begrenzt wird. Innerhalb der Aktorkammer 22 ist ein Piezoaktor 23 vorgesehen, der durch einen oder mehrere Aktorstapel 24 gebildet wird, wobei jeder Aktorstapel 24 wiederum aus einer Anzahl alternierender Keramik- und Elektrodenschichten gebildet ist.The actuator 20 initially has the actuator chamber 22 , which is delimited by a housing 21 . A piezo actuator 23 is provided within the actuator chamber 22 and is formed by one or more actuator stacks 24 , each actuator stack 24 in turn being formed from a number of alternating ceramic and electrode layers.

Der Piezoaktor 23 ist mit seinen Stirnseiten 39 zwischen dem Bodenelement 26 und einem Deckelelement 25 eingespannt.The piezoelectric actuator 23 is clamped with its end faces 39 between the bottom member 26 and a lid member 25th

Um eine entsprechende Vorspannung des Piezoaktors 23 zu erreichen, ist weiterhin ein hohlzylindrisches Federelement 27, im vorliegenden Fall eine Rohrfeder, vorgesehen. Die Rohrfeder 27 ist ebenfalls mit dem Deckelelement 25 und dem Bodenelement 26 verbunden und weist eine Anzahl von Ausnehmungen 28 auf, die über der Fläche des hohlzylindrischen Federelements 27 verteilt angeordnet sind. Über die Anzahl, Größe und das Anordnungsmuster der Ausnehmungen 28 wird die Federsteifigkeit des Federelements 27 festgelegt. In order to achieve a corresponding bias of the piezo actuator 23 , a hollow cylindrical spring element 27 , in the present case a tubular spring, is also provided. The tubular spring 27 is also connected to the cover element 25 and the base element 26 and has a number of recesses 28 which are arranged distributed over the surface of the hollow cylindrical spring element 27 . The spring stiffness of the spring element 27 is determined via the number, size and the arrangement pattern of the recesses 28 .

Der Piezoaktor 23 weist eine Anzahl von Kontaktelementen 32 auf, die über Paßhülsen 33, die durch das Bodenelement 26 hindurchlaufen, fixiert sind.The piezo actuator 23 has a number of contact elements 32 which are fixed by means of adapter sleeves 33 which run through the base element 26 .

Der Aktorraum 22 steht über eine Ausgleichsbohrung 34 mit einem Ausgleichsraum 35 in ungedrosselter fluidischer Verbindung. Weiterhin ist im Ausgleichsraum 35 eine von einem Metallbalg 38 umgebene Druckfeder 37 vorgesehen, die auf ihrer einen Seite am Gehäuse 21 und an ihrer anderen Seite an einer Abschlußscheibe 36 abgestützt ist. Dadurch werden Kompressionskräfte einer im Aktorraum 22 befindlichen Hydraulikflüssigkeit vermieden.The actuator chamber 22 is in an unthrottled fluidic connection via a compensating bore 34 with a compensating chamber 35 . Furthermore, a compression spring 37 surrounded by a metal bellows 38 is provided in the compensation space 35 , which is supported on one side on the housing 21 and on its other side on an end plate 36 . Compression forces of a hydraulic fluid located in the actuator chamber 22 are thereby avoided.

Oberhalb des Deckelelements 25 ist weiterhin eine Hydraulikkammer 29 vorgesehen, die über eine Passung 30 mit der Aktorkammer 22 strömungstechnisch in Verbindung steht. Das Deckelelement 25 fungiert somit als Hydraulikkolben.A hydraulic chamber 29 is also provided above the cover element 25 and is connected to the actuator chamber 22 in terms of flow technology via a fit 30 . The cover element 25 thus functions as a hydraulic piston.

Die Hydraulikkammer 29, der Aktorraum 22, die Ausgleichsbohrung 34 sowie der Ausgleichsraum 35 sind im Grundzustand des Ventils 10 blasenfrei mit einer Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise einem Silikonöl, gefüllt. Die Hydraulikflüssigkeit wird beispielsweise durch die Druckfeder 37 unter einen geringen Vordruck versetzt. Wenn die Federwirkung der flexiblen Abdichtungen, hier der Metallbälge 38, 57 selbst ausreicht, um die Hydraulikflüssigkeit hinreichend unter Vorspannung zu setzen, kann auf die Druckfeder 37 verzichtet werden.The hydraulic chamber 29 , the actuator chamber 22 , the compensating bore 34 and the compensating chamber 35 are filled with a hydraulic fluid, for example a silicone oil, without bubbles in the basic state of the valve 10 . The hydraulic fluid is, for example, put under a low admission pressure by the compression spring 37 . If the spring action of the flexible seals, here the metal bellows 38 , 57 itself is sufficient to sufficiently preload the hydraulic fluid, the compression spring 37 can be dispensed with.

Die einzelnen Hydraulikelemente bilden ein hydraulisches Lager, das als hydraulisches Längenausgleichselement fungiert. Hierbei sollen derartige Längenänderungen berücksichtigt werden, die in Zeitspannen von etlichen Sekunden bis Minuten stattfinden, beispielsweise thermische Längenänderungen. In der Fig. 1 wird durch die enge Passung 30 die oben beschriebene, gewünschte Charakteristik des hydraulischen Lagers erzielt. Dazu ist es nötig, die Passung 30 derart auszulegen, daß binnen typischer Einspritzzeiten praktisch kein Austausch der Hydraulikflüssigkeit stattfinden kann. Andererseits soll der Flüssigkeitsaustausch aber binnen typischer Zeiten für thermische Längenänderungen oder dergleichen ungehindert stattfinden.The individual hydraulic elements form a hydraulic bearing that acts as a hydraulic length compensation element. Such changes in length that take place in time spans of several seconds to minutes, for example thermal changes in length, should be taken into account. In FIG. 1, the desired characteristic of the hydraulic bearing described above is achieved by the tight fit 30 . For this purpose, it is necessary to design the fit 30 in such a way that practically no exchange of the hydraulic fluid can take place within typical injection times. On the other hand, the liquid exchange should take place unhindered within typical times for thermal changes in length or the like.

Bei bisher bekannten Lösungen war es erforderlich, die Oberflächen 40 des Piezoaktors 23 elektrisch zu passivieren, da in der Regel Innenelektroden alternierender Polarität an den Seitenflächen 40 des Piezoaktors 23 freiliegen. Eine derartige Passivierung erfolgte bisher derart, daß die Oberflächen 40 des Piezoaktors 23 mit einer selbsthaftenden Silikonmasse bestrichen werden mußten. Diese Silikonmasse mußte anschließend ausgehärtet werden.In previously known solutions, it was necessary to passivate the surfaces 40 of the piezo actuator 23 electrically, since inner electrodes of alternating polarity are generally exposed on the side surfaces 40 of the piezo actuator 23 . Such passivation has so far been carried out in such a way that the surfaces 40 of the piezo actuator 23 had to be coated with a self-adhesive silicone compound. This silicone mass then had to be cured.

Nun wurde überraschenderweise herausgefunden, daß auf eine derartige separate, fest anhaftende Passivierungsschicht auf den Oberflächen 40 des Piezoaktors 23 verzichtet werden kann, wenn die Oberflächen 40 mit der Hydraulikflüssigkeit, die sich unter anderem in der Aktorkammer 22 befindet, umspült wird. Die Hydraulikflüssigkeit übernimmt dabei die Rolle der bisher erforderlichen Passivierungsschicht, was die im Rahmen der allgemeinen Beschreibung genannten Vorteile mit sich bringt.It has now surprisingly been found that such a separate, firmly adhering passivation layer on the surfaces 40 of the piezo actuator 23 can be dispensed with if the surfaces 40 are flushed with the hydraulic fluid which is located in the actuator chamber 22 , among other things. The hydraulic fluid takes on the role of the passivation layer previously required, which brings with it the advantages mentioned in the general description.

Durch die entsprechende Anordnung des Piezoaktors 23 innerhalb des hohlzylindrischen Federelements 27 sowie durch die Tatsache, daß das Federelement 27 eine Reihe von Ausnehmungen 28 aufweist, kann die Hydraulikflüssigkeit ungehindert durch das Federelement 27 hindurchtreten, so daß der Piezoaktor 23, beziehungsweise dessen Oberflächen 40, vollständig von Hydraulikflüssigkeit umspült sind.Due to the corresponding arrangement of the piezo actuator 23 within the hollow cylindrical spring element 27 and the fact that the spring element 27 has a series of recesses 28 , the hydraulic fluid can pass through the spring element 27 unhindered, so that the piezo actuator 23 , or its surfaces 40 , completely are surrounded by hydraulic fluid.

Besonders vorteilhaft werden als Hydraulikfluide Silikonöle, vorteilhaft längerkettige Silikonöle verwendet, die neben ihrer chemischen Inertheit auch für ihre guten elektrischen Isolationseigenschaften, beziehungsweise hohen elektrischen Durchschlagsfestigkeiten bekannt sind. Silicone oils are particularly advantageous as hydraulic fluids, Advantageously, longer-chain silicone oils are used in addition to their chemical inertness also for their good electrical Isolation properties, or high electrical Dielectric strengths are known.  

Neben der elektrischen Passivierung ergibt sich durch den direkten Kontakt des Piezoaktors 23 mit der Hydraulikflüssigkeit weiterhin der Vorteil einer sehr guten Abführung der am Piezoaktor 23 erzeugten Verlustwärme an die Umgebung. Zudem ist der Piezoaktor 23 hervorragend gegen Umwelteinflüsse geschützt.In addition to the electrical passivation, the direct contact of the piezo actuator 23 with the hydraulic fluid also has the advantage of very good dissipation of the waste heat generated at the piezo actuator 23 to the environment. In addition, the piezo actuator 23 is well protected against environmental influences.

Claims (19)

1. Stellantrieb, mit einem Piezoaktor (23), der in einer von einem Gehäuse (21) begrenzten Aktorkammer (22) angeordnet ist, wobei der Piezoaktor (23) wenigstens einen Aktorstapel (24) aufweist und der Aktorstapel (24) mit seinen Stirnseiten (39) zwischen einem Deckelelement (25) und einem Bodenelement (26) eingespannt ist, und wobei der Aktorstapel (24) von einer in der Aktorkammer (22) vorgesehenen Hydraulikflüssigkeit umspült ist oder wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikflüssigkeit eine für den Aktorstapel (24) vorgesehene Passivierungsschicht zur elektrischen Passivierung bildet.1. Actuator, with a piezo actuator ( 23 ) which is arranged in an actuator chamber ( 22 ) delimited by a housing ( 21 ), the piezo actuator ( 23 ) having at least one actuator stack ( 24 ) and the actuator stack ( 24 ) with its end faces ( 39 ) is clamped between a cover element ( 25 ) and a base element ( 26 ), and wherein the actuator stack ( 24 ) is or is washed around by a hydraulic fluid provided in the actuator chamber ( 22 ), characterized in that the hydraulic fluid is one for the actuator stack ( 24 ) provided passivation layer for electrical passivation. 2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikflüssigkeit eine auf den Oberflächen (40) des Aktorstapels (24) vorgesehene Passivierungsschicht bildet.2. Actuator according to claim 1, characterized in that the hydraulic fluid forms a passivation layer provided on the surfaces ( 40 ) of the actuator stack ( 24 ). 3. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Oberflächen (40) des Aktorstapels (22) keine separate, fest anhaftende Passivierungsschicht vorgesehen ist.3. Actuator according to claim 1 or 2, characterized in that no separate, firmly adhering passivation layer is provided on the surfaces ( 40 ) of the actuator stack ( 22 ). 4. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelelement (25) und/oder das Bodenelement (26) in Längsrichtung des Piezoaktors (23) verschiebbar ausgebildet ist.4. Actuator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cover element ( 25 ) and / or the bottom element ( 26 ) is designed to be displaceable in the longitudinal direction of the piezo actuator ( 23 ). 5. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelelement (25) als ein in Längsrichtung des Piezoaktors (23) wirkender Hydraulikkolben ausgebildet ist. 5. Actuator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cover element ( 25 ) is designed as a hydraulic piston acting in the longitudinal direction of the piezo actuator ( 23 ). 6. Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikkolben (25) mit dem Gehäuse (21) eine Hydraulikkammer (29) bildet und daß die Hydraulikkammer (29) mit der Aktorkammer (22) zum Austausch von Hydraulikflüssigkeit strömungstechnisch verbunden ist.6. Actuator according to claim 5, characterized in that the hydraulic piston ( 25 ) with the housing ( 21 ) forms a hydraulic chamber ( 29 ) and that the hydraulic chamber ( 29 ) is fluidically connected to the actuator chamber ( 22 ) for the exchange of hydraulic fluid. 7. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktorstapel (24) zur Erzeugung einer Vorspannkraft innerhalb eines hohlzylindrischen Federelements (27) angeordnet ist.7. Actuator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the actuator stack ( 24 ) for generating a biasing force is arranged within a hollow cylindrical spring element ( 27 ). 8. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (27) eine Anzahl von Ausnehmungen (28) aufweist, die über die Fläche des Federelements (27) verteilt angeordnet sind.8. Actuator according to claim 7, characterized in that the spring element ( 27 ) has a number of recesses ( 28 ) which are arranged distributed over the surface of the spring element ( 27 ). 9. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikflüssigkeit zum Einsatz in einem Temperaturintervall von -40°C bis +150°C verwendbar ist.9. Actuator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the Hydraulic fluid for use in one Temperature range from -40 ° C to + 150 ° C can be used. 10. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikflüssigkeit ein Silikonöl ist.10. Actuator according to one of claims 1 to 9, characterized in that the Hydraulic fluid is a silicone oil. 11. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktorstapel (24) innerhalb eines Hohlprofils angeordnet ist.11. Actuator according to one of claims 1 to 10, characterized in that the actuator stack ( 24 ) is arranged within a hollow profile. 12. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezoaktor (23) ein oder mehrere Kontaktelemente (32) aufweist, und daß zur Fixierung der Kontaktelemente (32) eine entsprechende Anzahl von Paßhülsen (33) vorgesehen ist, die in dem Gehäuse (21) und/oder dem Deckelelement (25) und/oder dem Bodenelement (26) und/oder dem hohlzylindrischen Federelement (27) vorgesehen ist/sind.12. Actuator according to one of claims 1 to 11, characterized in that the piezo actuator ( 23 ) has one or more contact elements ( 32 ) and that a corresponding number of adapter sleeves ( 33 ) is provided for fixing the contact elements ( 32 ) is / are provided in the housing ( 21 ) and / or the cover element ( 25 ) and / or the base element ( 26 ) and / or the hollow cylindrical spring element ( 27 ). 13. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktorstapel (24) aus mindesten zwei Keramikschichten und mindestens einer zwischen zwei benachbarten Keramikschichten angeordneten Elektrodenschicht gebildet ist.13. Actuator according to one of claims 1 to 12, characterized in that the actuator stack ( 24 ) is formed from at least two ceramic layers and at least one electrode layer arranged between two adjacent ceramic layers. 14. Ventil, insbesondere Dosierventil (10) zur Dosierung eines unter Druck stehenden Dosierfluids, mit einem Ventilraum (55) und einem Ventilgehäuse (51) zur Aufnahme einer Ventilnadel (52) und einem Stellantrieb (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Ventilnadel (52) mit dem Stellantrieb (20) verbunden ist und über diesen bewegt wird oder bewegbar ist.14. valve, in particular metering valve ( 10 ) for metering a pressurized metering fluid, with a valve chamber ( 55 ) and a valve housing ( 51 ) for receiving a valve needle ( 52 ) and an actuator ( 20 ) according to one of claims 1 to 13, wherein the valve needle ( 52 ) is connected to the actuator ( 20 ) and is moved or can be moved via the latter. 15. Verwendung eines Stellantriebs (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Steuern einer Ventilnadel (52) eines Kraftstoffeinspritzventils für eine Brennkraftmaschine.15. Use of an actuator ( 20 ) according to any one of claims 1 to 13 for controlling a valve needle ( 52 ) of a fuel injection valve for an internal combustion engine. 16. Verwendung eines Ventils (10) nach Anspruch 14 als Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine.16. Use of a valve ( 10 ) according to claim 14 as a fuel injection valve for an internal combustion engine. 17. Verfahren zum Herstellen eines Stellantriebs, insbesondere eines Stellantriebs nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit folgenden Schritten:
  • a) Ein aus wenigstens einem Aktorstapel bestehender Piezoaktor wird ohne Passivierung in eine von einem Gehäuse begrenzte Aktorkammer eingesetzt und zwischen einem Deckelelement und einem Bodenelement eingespannt;
  • b) Der Aktorraum wird mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllt, so daß die Hydraulikflüssigkeit den Aktorstapel umspült und dabei eine für den Aktorstapel vorgesehene Passivierungsschicht zur elektrischen Passivierung bildet.
17. A method for producing an actuator, in particular an actuator according to one of claims 1 to 13, with the following steps:
  • a) A piezo actuator consisting of at least one actuator stack is inserted without passivation into an actuator chamber delimited by a housing and clamped between a cover element and a base element;
  • b) The actuator chamber is filled with a hydraulic fluid so that the hydraulic fluid flows around the actuator stack and thereby forms a passivation layer for the electrical passivation provided for the actuator stack.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezoaktor ohne Passivierung zunächst in ein hohlzylindrisches Federelement eingesetzt wird, um eine Vorspannung auf den Aktorstapel zu erzeugen und daß die Piezoaktor- Federelement-Einheit anschließend gemäß Schritt a) in die Aktorkammer eingesetzt wird.18. The method according to claim 17, characterized characterized in that the piezo actuator without Passivation first in a hollow cylindrical Spring element is used to bias the Generate actuator stack and that the piezo actuator Then the spring element unit according to step a) in the Actuator chamber is used. 19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezoaktor ohne Passivierung zunächst in ein Hohlprofil eingebracht wird und daß die Hohlprofil-Piezoaktor-Einheit anschließend in den Aktorraum oder das hohlzylindrische Federelement eingesetzt wird.19. The method according to claim 17 or 18, characterized characterized in that the piezo actuator without Passivation is first introduced into a hollow profile and that the hollow profile piezo actuator unit subsequently in the actuator space or the hollow cylindrical spring element is used.
DE10035168A 2000-07-19 2000-07-19 Piezoelectric actuator for e.g. dosing fuel from pressurized source for fuel injection valve, comprises hydraulic fluid which forms electrical passivation layer for actuator stack Ceased DE10035168A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10035168A DE10035168A1 (en) 2000-07-19 2000-07-19 Piezoelectric actuator for e.g. dosing fuel from pressurized source for fuel injection valve, comprises hydraulic fluid which forms electrical passivation layer for actuator stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10035168A DE10035168A1 (en) 2000-07-19 2000-07-19 Piezoelectric actuator for e.g. dosing fuel from pressurized source for fuel injection valve, comprises hydraulic fluid which forms electrical passivation layer for actuator stack

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10035168A1 true DE10035168A1 (en) 2002-02-07

Family

ID=7649497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10035168A Ceased DE10035168A1 (en) 2000-07-19 2000-07-19 Piezoelectric actuator for e.g. dosing fuel from pressurized source for fuel injection valve, comprises hydraulic fluid which forms electrical passivation layer for actuator stack

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10035168A1 (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10141820A1 (en) * 2001-08-27 2003-03-20 Elliptec Resonant Actuator Ag Piezomotor with copper electrodes
US6690101B2 (en) 2000-03-23 2004-02-10 Elliptec Resonant Actuator Ag Vibratory motors and methods of making and using same
EP1445472A1 (en) * 2003-02-04 2004-08-11 Siemens VDO Automotive S.p.A. Metering device with dynamic sealing
WO2004085831A1 (en) * 2003-03-26 2004-10-07 Siemens Aktiengesellschaft Dosing valve with a length compensation unit
WO2004109818A1 (en) * 2003-06-04 2004-12-16 Robert Bosch Gmbh Tube spring for an actuator, and method for mounting said tube spring
EP1431568A3 (en) * 2002-12-19 2004-12-29 Robert Bosch Gmbh Fuel injection valve
EP1519036A1 (en) * 2003-09-26 2005-03-30 Robert Bosch Gmbh Fuel injection valve
EP1528607A2 (en) * 2003-10-27 2005-05-04 Robert Bosch Gmbh Actuator module and method for its production
EP1553286A1 (en) * 2004-01-09 2005-07-13 Siemens Aktiengesellschaft Dosing valve with a length compensation unit
EP1705369A1 (en) * 2005-03-01 2006-09-27 Robert Bosch Gmbh Fuel injector for internal combustion engines
US7187102B2 (en) 2002-02-06 2007-03-06 Elliptec Resonant Actuator Ag Piezoelectric motor control
DE102005043622A1 (en) * 2005-09-13 2007-03-22 Siemens Ag Piezoelectric actuator or piezoelectric drive device
CN100416084C (en) * 2004-01-12 2008-09-03 西门子公司 Piezo actuator comprising means for compensating thermal length modifications and fuel-injection valve comprising a piezo actuator

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3621307C2 (en) * 1985-06-27 1991-01-24 Toyota Jidosha K.K., Toyota, Aichi, Jp
DE3844134C2 (en) * 1987-12-29 1992-02-20 Toyota Jidosha K.K., Toyota, Aichi, Jp
JPH0794797A (en) * 1993-09-20 1995-04-07 Toyota Motor Corp Piezoelectric device actuator
DE19712921A1 (en) * 1997-03-27 1998-10-01 Bosch Gmbh Robert Fuel injector with piezoelectric or magnetostrictive actuator
DE19856186A1 (en) * 1998-12-05 2000-06-15 Bosch Gmbh Robert Piezoelectric actuator
DE19940055C1 (en) * 1999-08-24 2001-04-05 Siemens Ag Dosing valve

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3621307C2 (en) * 1985-06-27 1991-01-24 Toyota Jidosha K.K., Toyota, Aichi, Jp
DE3844134C2 (en) * 1987-12-29 1992-02-20 Toyota Jidosha K.K., Toyota, Aichi, Jp
JPH0794797A (en) * 1993-09-20 1995-04-07 Toyota Motor Corp Piezoelectric device actuator
DE19712921A1 (en) * 1997-03-27 1998-10-01 Bosch Gmbh Robert Fuel injector with piezoelectric or magnetostrictive actuator
DE19856186A1 (en) * 1998-12-05 2000-06-15 Bosch Gmbh Robert Piezoelectric actuator
DE19940055C1 (en) * 1999-08-24 2001-04-05 Siemens Ag Dosing valve

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6690101B2 (en) 2000-03-23 2004-02-10 Elliptec Resonant Actuator Ag Vibratory motors and methods of making and using same
DE10141820A1 (en) * 2001-08-27 2003-03-20 Elliptec Resonant Actuator Ag Piezomotor with copper electrodes
US7187102B2 (en) 2002-02-06 2007-03-06 Elliptec Resonant Actuator Ag Piezoelectric motor control
EP1431568A3 (en) * 2002-12-19 2004-12-29 Robert Bosch Gmbh Fuel injection valve
EP1445472A1 (en) * 2003-02-04 2004-08-11 Siemens VDO Automotive S.p.A. Metering device with dynamic sealing
WO2004085831A1 (en) * 2003-03-26 2004-10-07 Siemens Aktiengesellschaft Dosing valve with a length compensation unit
WO2004109818A1 (en) * 2003-06-04 2004-12-16 Robert Bosch Gmbh Tube spring for an actuator, and method for mounting said tube spring
US7564175B2 (en) 2003-06-04 2009-07-21 Robert Bosch Gmbh Tubular spring for actuator, and method for assembling the tubular spring
EP1519036A1 (en) * 2003-09-26 2005-03-30 Robert Bosch Gmbh Fuel injection valve
EP1528607A3 (en) * 2003-10-27 2005-08-10 Robert Bosch Gmbh Actuator module and method for its production
EP1528607A2 (en) * 2003-10-27 2005-05-04 Robert Bosch Gmbh Actuator module and method for its production
EP1553286A1 (en) * 2004-01-09 2005-07-13 Siemens Aktiengesellschaft Dosing valve with a length compensation unit
CN100416084C (en) * 2004-01-12 2008-09-03 西门子公司 Piezo actuator comprising means for compensating thermal length modifications and fuel-injection valve comprising a piezo actuator
EP1705369A1 (en) * 2005-03-01 2006-09-27 Robert Bosch Gmbh Fuel injector for internal combustion engines
DE102005043622A1 (en) * 2005-09-13 2007-03-22 Siemens Ag Piezoelectric actuator or piezoelectric drive device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1906464B1 (en) Piezo actuator with a jacket for placing in a piezo injector
EP1497553B1 (en) Dosing device for fluids, especially a motor vehicle injection valve
DE10035168A1 (en) Piezoelectric actuator for e.g. dosing fuel from pressurized source for fuel injection valve, comprises hydraulic fluid which forms electrical passivation layer for actuator stack
EP1307651B1 (en) Metering valve with a hydraulic transmission element
EP1079158A2 (en) Metering device and method of metering
EP2440769B1 (en) Injection valve with a transmission assembly
DE602005003671T2 (en) Method for polarizing ferroelectric materials
DE10254450A1 (en) Stacked piezoelectric device for IC engine fuel injection device, has several stack elements combined via intermediate adhesion layers
DE102008008111A1 (en) Injector, method and apparatus for controlling an injector
WO2006018399A1 (en) Actuator for a fuel injector in an internal combustion engine and use therefor
DE102007055913A1 (en) Piezo electric actuating device for fuel injection device for motor vehicles, has transmission element with chamfer or rounding and chamfer of rounding is formed along outer edge of surface finish of transmission element
DE10360451B4 (en) Fuel injector
WO2004047191A2 (en) Piezo actuator contact mechanism for an injection valve and method for producing said actuator
WO2005116442A1 (en) Injection valve and method for the production thereof
DE102005025141B3 (en) Valve, e.g. for dosing liquid, has controllable transfer element of variable expansion in length in the transfer path between actuator and valve needle
EP2636081B1 (en) Actuator unit and method for producing thereof
EP1664525B1 (en) Metering device
WO2000034645A1 (en) Element for the transmission of a movement and injection valve provided with such an element
DE102007053303A1 (en) Piezo actuator and piezo actuator module with a protective layer system
DE102005029471B4 (en) Method for producing a hollow cylindrical spring
EP2013923B1 (en) Piezoactuator with a casing
DE102010061946A1 (en) Piezoelectric actuator module and fuel injection valve
DE102009002876A1 (en) Piezoelectric actuator and manufacturing method therefor
EP2228845B1 (en) Injection valve with a piezoelectric actuator having improved long-time stability
DE102009051677B4 (en) Injector

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE

8131 Rejection