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DE102005033400A1 - Piezoelectric valve actuator electrically contacts spring surfaces and the metallized recess to screw contact elements in to recess - Google Patents

Piezoelectric valve actuator electrically contacts spring surfaces and the metallized recess to screw contact elements in to recess Download PDF

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DE102005033400A1
DE102005033400A1 DE102005033400A DE102005033400A DE102005033400A1 DE 102005033400 A1 DE102005033400 A1 DE 102005033400A1 DE 102005033400 A DE102005033400 A DE 102005033400A DE 102005033400 A DE102005033400 A DE 102005033400A DE 102005033400 A1 DE102005033400 A1 DE 102005033400A1
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DE
Germany
Prior art keywords
spiral
piezoelectric actuator
actuator according
coil springs
recess
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102005033400A
Other languages
German (de)
Inventor
Ulrich Schoor
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102005033400A priority Critical patent/DE102005033400A1/en
Publication of DE102005033400A1 publication Critical patent/DE102005033400A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The actuator has inner electrode (12) contact elements formed of spiral springs (13). The contact elements have a conductive surface and by electrically contacting the surfaces and the metallized recesses (11) of the actuator, the contact elements are screwed in to the recesses.

Description

Die Erfindung betrifft einen Piezoaktor mit innenliegender Kontaktierung, beispielsweise zur Betätigung eines mechanischen Bauteils wie ein Ventil oder dergleichen, nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Hauptanspruchs.The Invention relates to a piezoelectric actuator with internal contact, for example, for operation a mechanical component such as a valve or the like, according to the generic features of the main claim.

Es ist an sich bekannt, dass zum Aufbau des zuvor erwähnten Piezoaktors ein Piezoelement so eingesetzt werden kann, dass unter Ausnutzung des sogenannten Piezoeffekts eine Steuerung des Nadelhubes eines Ventils oder dergleichen vorgenommen werden kann, wobei das Piezoelement aus einem Material mit einer geeigneten Kristallstruktur aufgebaut ist. Bei Anlage einer äußeren elektrischen Spannung erfolgt eine mechanische Reaktion des Piezoelements, die in Abhängigkeit von der Kristallstruktur und der Anlagebereiche der elektrischen Spannung einen Druck oder Zug in eine vorgebbare Richtung darstellt. Derartige Piezoaktoren eignen sich beispielsweise für Anwendungen, bei denen Hubbewegungen unter hohen Betätigungskräften und hohen Taktfrequenzen ablaufen.It is known per se that for the construction of the aforementioned piezoelectric actuator a piezoelectric element can be used so that under utilization the so-called piezo effect, a control of the needle stroke of a Valve or the like can be made, wherein the piezoelectric element made of a material with a suitable crystal structure is. When applying an external electrical voltage there is a mechanical reaction of the piezoelectric element, depending on from the crystal structure and the contact areas of the electric voltage represents a pressure or train in a predeterminable direction. such Piezo actuators are suitable, for example, for applications in which lifting movements under high operating forces and run high clock frequencies.

Aus der DE 103 35 019 A1 ist ein solcher Piezoaktor bekannt, der einen Mehrschichtaufbau von Piezolagen mit in Wirkrichtung dazwischen angeordneten Innenelektroden aufweist, die wechselseitig mit einer positiven und einer negativen elektrischen Ladung beaufschlagbar sind. Die wechselseitige Kontaktierung der Innenelektroden mit Kontaktelementen erfolgt hier derart, dass diese Kontaktelemente jeweils in einer inneren Ausnehmung des Piezoelements liegen und dann mit den jeweiligen Innenelektroden in geeigneter Weise kontaktiert werden. Zum Beispiel kann dies durch ein entsprechendes Design der jeweiligen Innenelektroden erfolgen, die abhängig von der jeweiligen Polarität jeweils ein unterschiedliches Designmuster aufweisen, und dabei wechselseitig an die inneren Ausnehmungen und damit an die Kontaktelemente herangeführt werden.From the DE 103 35 019 A1 is such a piezoelectric actuator is known, which has a multi-layer structure of piezoelectric layers with interposed in the direction of effect internal electrodes which are mutually acted upon by a positive and a negative electric charge. The mutual contacting of the internal electrodes with contact elements takes place here in such a way that these contact elements each lie in an inner recess of the piezoelectric element and are then contacted with the respective internal electrodes in a suitable manner. For example, this can be done by a corresponding design of the respective internal electrodes, which each have a different design pattern depending on the respective polarity, and are thereby alternately introduced to the inner recesses and thus to the contact elements.

Aufgrund der über die Innenelektroden an jede piezokeramische Schicht als Piezolage angelegten elektrischen Spannung führen die piezokeramischen Schichten dann jeweils kleine Hubbewegungen in Richtung des Potentialgefälles aus, die sich zum Gesamthub des Piezoaktors addieren. Dieser Gesamthub ist über die Höhe der angelegten Spannung veränderbar und kann auf ein mechanisches Stellglied übertragen werden.by virtue of the over the internal electrodes to each piezoceramic layer as a piezoelectric layer applied electrical voltage lead the piezoceramic layers then each small strokes in the direction of the potential gradient, which add up to the total stroke of the piezoelectric actuator. This total stroke is over the height the applied voltage changeable and can be transferred to a mechanical actuator.

Für einen äußeren Anschlusskontakt werden die innenliegenden Stifte dabei senkrecht zum Lagenaufbau nach außen geführt. Beim Piezoaktor nach dem Stand der Technik sind die Kontaktelemente dabei elektrisch leitende Stifte, die mit einem leitfähigen Stoff, z.B. ein Polymer, derart vergossen sind, dass die jeweilige Kontaktierung der Innenelektroden mit dem positiven und dem negativen Anschluss einer Spannungsquelle über die jeweils zugeordneten Stifte durchführbar ist. Die Innenwände der Bohrungen als innere Ausnehmungen können dabei auch mit einer Grundmetallisierung versehen sein.For an external connection contact the inner pins are perpendicular to the layer structure outward guided. In the piezoelectric actuator according to the prior art, the contact elements doing electrically conductive pins with a conductive material, e.g. a polymer, so shed that the respective contact the internal electrodes with the positive and the negative connection a voltage source via the respective associated pins is feasible. The interior walls of the Holes as inner recesses can also be used with a base metallization be provided.

Weiterhin ist bei den gattungsgemäßen Piezoaktoren zu beachten, dass durch die Hubbewegung des Piezoaktors eine gewollte Dehnung des Piezoelements in der Längsrichtung erfolgt. Weiterhin entstehen durch die wechselseitigen Freisparungen im Innenelektrodendesign zu den Kontaktelementen, die jeweils nicht kontaktiert werden sollen, mechanische Spannungen, die durch die hier auftretende relativ geringe Dehnung verursacht werden. In der Regel entstehen zudem bei der Anwendung der zuvor beschriebenen Piezoaktoren durch hohe Temperaturen oder starken Temperaturschwankungen Wärmedehnungen durch unterschiedliche Materialien insbesondere auch im Bereich der Kontaktierungen der Kontaktelemente, so dass Dehnkräfte auftreten, die auch unterschiedliche Größen im Bereich der Flächenausdehnung der Innenelektroden aufweisen können und nicht immer in der Keramik aufgenommen werden können. Es können somit Risse als Unterbrechungen in der Leiterführung entstehen, die sicher überbrückt werden müssen.Farther is in the generic piezoelectric actuators to note that by the stroke of the piezoelectric actuator a desired Elongation of the piezoelectric element takes place in the longitudinal direction. Continue to arise through the mutual recesses in the internal electrode design to the contact elements, which should not be contacted, mechanical stresses caused by the relatively low occurring here Elongation caused. In general, also arise in the Application of the previously described piezoactuators by high temperatures or strong temperature fluctuations thermal expansion due to different Materials, in particular in the area of the contacts of the contact elements, so that stretching forces which also vary in size in the area extent may have the internal electrodes and can not always be included in ceramics. It can thus cracks arise as interruptions in the conductor guide, which are safely bridged have to.

Aus der WO 00/79608 A1 ist ein Piezoaktor bekannt, bei dem leitende Flächen auf jeweils einer Seitenfläche des Piezoelements als äußere Kontaktelemente angebracht sind, die mit den jeweiligen Innenelektroden kontaktiert sind und dabei jeweils eine netz-, sieb-, gewebeartige oder gewellte Außenelektrode auf der jeweiligen leitenden Fläche angeordnet ist. Diese Außenelektrode ist zumindest punktweise mit der leitenden Fläche kontaktiert, wobei zwischen den Kontaktierungen dehnbare Bereiche zu liegen kommen, die Dehnkräfte aufnehmen können.Out WO 00/79608 A1 discloses a piezoactuator in which conductive surfaces on each side surface of the piezoelectric element as external contact elements are attached, which contacts with the respective internal electrodes are and each case a net, screen, fabric or corrugated outer electrode on the respective conductive surface is arranged. This outer electrode is at least intermittently contacted with the conductive surface, wherein between the Contact stretches stretchable areas come to absorb the tensile forces can.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Der eingangs beschriebene Piezoaktor weist einen Mehrschichtaufbau von Piezolagen mit einer wechselseitigen Kontaktierung von Innenelektroden mit Kontaktelementen auf, die in inneren metallisierten Ausnehmung des Piezoaktors liegen. Erfindungsgemäß sind in vorteilhafter Weise die Kontaktelemente aus Spiral- oder Schraubenfedern gebildet, die zumindest eine elektrisch leitende Oberfläche aufweisen und unter Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Oberfläche des Federdrahtes der jeweiligen Spiral- oder Schraubenfedern und der jeweiligen metallisierten Ausneh mung des Piezoaktors in die Ausnehmungen, bzw. Bohrungen des Piezoaktors einschraubbar sind.Of the The piezoelectric actuator described above has a multilayer structure of Piezo layers with a mutual contacting of internal electrodes with Contact elements in the inner metallized recess of the Piezoactors lie. According to the invention are in an advantageous manner the contact elements formed from spiral or coil springs, the have at least one electrically conductive surface and under production an electrically conductive connection between the surface of the Spring wire of the respective spiral or coil springs and the respective metallized Ausneh tion of the piezoelectric actuator in the recesses, or holes of the piezoelectric actuator can be screwed.

Im allgemeinen ist hierbei die innenliegende elektrische Anbindung der Innenelektroden insbesondere bei der Verwendung in Einspritzsystemen für Kraftstoff, zum Beispiel Diesel, bei einem Kraftfahrzeug vorteilhaft, da hier eine bessere Hochdruckabdichtung gegen den außen am Piezoaktor anliegenden Kraftstoffdruck ermöglicht wird. Für sich gesehen ist es auch bekannt, dass leitende Kontaktierung in Bohrungen, zum Beispiel als Durchkontaktierungen von Leiterplatten (Epoxy oder Keramik-Mehrlagentechnik) für elektronische Schaltungen vorgenommen werden. Mit der Erfindung wird eine solche Kontaktierung in den besonders tiefen Bohrungen des Piezoelements mit Innenleitflächen vorgeschlagen, die gleichzeitig eine Überbrückung von Unterbrechungen oder Rissen durch ein geeignetes elastisches Medium ermöglichen.In general, this is the inside electrical connection of the internal electrodes, in particular when used in injection systems for fuel, for example diesel, in a motor vehicle advantageous since a better high-pressure seal against the voltage applied externally to the piezoelectric actuator is made possible here. In itself, it is also known that conductive contacting in holes, for example as plated-through holes of printed circuit boards (epoxy or ceramic multilayer technology), are made for electronic circuits. With the invention, such contacting in the particularly deep holes of the piezoelectric element with inner guide surfaces is proposed, which at the same time allow a bridging of interruptions or cracks by a suitable elastic medium.

Die Bohrungen gemäß der Erfindung werden in vorteilhafter Weise zunächst mit einer Grundmetallisierungen versehen und dann eventuell zusätzlich leitfähig beschichtet, so dass damit die wechselseitig an die Bohrungen herangeführten Innenelektroden kontaktiert sind. Wenn sich der Piezoaktor im Betrieb dann in seiner Längs-Achse ausdehnt, kann es vorkommen, dass die Kontaktierungsbahnen unterbrochen werden. Außerdem muss ein relativ hoher Strom in dünnen Schichten geleitet werden, so dass eine sichere Kühlung der Kontaktierungsbahnen vorteilhaft ist.The Holes according to the invention are advantageously initially with a base metallizations provided and then possibly additionally coated conductive, so that it contacts the internal electrodes brought to the holes mutually are. When the piezo actuator is in operation then in its longitudinal axis expands, it may happen that the contacting tracks interrupted become. Furthermore a relatively high current must be conducted in thin layers, so that a safe cooling the contacting tracks is advantageous.

Die erfindungsgemäßen Spiral- oder Schraubenfedern wirken als in die jeweilige Bohrung eingelegte Drahtstege oder Brücken, da sie mit der leitenden Wand der jeweiligen Bohrung leitend verbunden sind. Dabei muss lediglich sichergestellt werden, dass die Dehnung der Spiral- oder Schraubenfedern ohne oder mit geringem Kraftaufwand erfolgen kann. Eine Spiral- oder Schraubenfedern aus geeignetem Werkstoff und leitfähiger Oberfläche ist dazu in der Lage, weil die Dehnung auf den Umfang der Bohrung und die Steigung der Feder gestreckt wird, es entstehen hier überwiegend Torsionskräfte anstatt einer Dehnung.The Spiral according to the invention or coil springs act as inserted in the respective bore Wire webs or bridges, since they are conductively connected to the conductive wall of the respective bore. It only needs to be ensured that the stretching of the Spiral or coil springs with little or no effort can be done. A spiral or coil springs made of suitable material and more conductive surface is capable of doing so because the strain on the circumference of the bore and the slope of the spring is stretched, it arises here predominantly torsional instead of stretching.

Mit einem geeigneten Herstellungswerkzeug kann die erfindungsgemäße Spiral- oder Schraubenfedern, die vorzugsweise im entspannten Zustand einen größeren Durchmesser als die Bohrung aufweist, durch Drehen in dem Sinne, in dem sich bei Reibung der Durchmesser verringert, eingebracht werden. Dies kann entweder durch Halten an dem inneren Ende oder eine Führung am äußeren Ende geschehen. Das Ende der Feder kann dann so ausgeführt sein, dass mit dem Einfügewerkzeug die Drehung leicht eingeleitet und somit eingeschraubt werden kann. Hierzu ist auch ein Abwinkeln des Endes des Federdrahtes quer zur Mittelachse vorteilhaft.With a suitable production tool, the spiral or coil springs, preferably in the relaxed state larger diameter as the bore has, by turning in the sense in which when friction reduces the diameter, be introduced. This can be either by holding at the inner end or a guide at the outer end happen. The end of the spring can then be designed that with the insertion tool the rotation can be easily initiated and thus screwed. This is also a bending of the end of the spring wire transverse to Center axis advantageous.

Der Draht der Spiral- oder Schraubenfedern stützt sich somit an vielen Stellen an der Wand der Bohrung ab, so dass ein leitender Kontakt mit vielen Stellen der Bohrung hergestellt ist und gleichzeitig ist eine gute Stromleitung im Draht längs der Bohrung sichergestellt.Of the Wire of the spiral or coil springs is thus supported in many places on the wall of the bore, leaving a conductive contact with many points the bore is made and at the same time is a good power line in the wire along the bore ensured.

Die erfindungsgemäßen Spiral- oder Schraubenfedern können mit dem in Einschraubrichtung anderen Ende nach dem Einschrauben einen vorgegebenen Bereich aus der Ausnehmung oder Bohrung herausragen, so dass durch leichten Überstand der Spiral- oder Schraubenfedern von außen ein Kontakt mit einem Anschluss hergestellt werden kann.The Spiral according to the invention or coil springs can with the other end in the screwing direction after screwing in protrude a predetermined area from the recess or bore, so that by slight supernatant the spiral or coil springs from the outside a contact with a connection can be produced.

Vervielfacht werden können die Kontaktstellen in der jeweiligen Bohrung auch durch ein Ineinanderschrauben von mehreren Spiral- oder Schraubenfedern, zwei- oder mehrgängig. Der elektrische Kontakt kann auch noch damit verstärkt werden, dass die Spiral- oder Schraubenfeder eine mechanische Vorspannung erhalten oder eine feste galvanische Verbindung mit der Wand der Bohrung durch Löten oder Kleben, zum Beispiel mit einem Leitkleber, hergestellt wird.multiplied can be the contact points in the respective bore also by a screwing together of several spiral or coil springs, two- or multi-speed. Of the electrical contact can also be reinforced by the fact that the spiral or coil spring received a mechanical bias or a solid galvanic connection with the wall of the bore by soldering or gluing, For example, with a conductive adhesive is produced.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Piezoaktors werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:embodiments the piezoelectric actuator according to the invention will be explained with reference to the drawing. Show it:

1 einen Längsschnitt durch einen Piezoaktor nach dem Stand der Technik mit innenliegender Kontaktierung der Innenelektroden, 1 a longitudinal section through a piezoelectric actuator according to the prior art with internal contacting of the internal electrodes,

2 einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Piezoaktors mit innenliegender Kontaktierung, bei dem die Kontaktierung mittels einer Spiralfeder durchgeführt wird und 2 a partial longitudinal section through an inventive embodiment of a piezoelectric actuator with internal contact, in which the contacting is performed by means of a coil spring and

3 einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Piezoaktors mit innenliegender Kontaktierung, bei dem zwei Spiralfedern vorhanden sind. 3 a partial longitudinal section through an inventive embodiment of a piezoelectric actuator with internal contact, in which two coil springs are present.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

In 1 ist ein als sogenannter Multilayer aufgebauter Piezoaktor 1 nach dem Stand der Technik DE 103 35 019 A1 gezeigt, der aus Piezofolien eines Quarzmaterials mit einer geeigneten Kristallstruktur aufgebaut ist, so dass unter Ausnutzung des sogenannten Piezoeffekts, bei Anlage einer äußeren elektrischen Spannung an hier nur beispielhaft mit Bezugszeichen versehene Innenelektroden 2 und 3, eine mechanische Reaktion des Piezoaktors 1 in Wirkrichtung 4 erfolgt. Im Inneren des Piezoaktors 1 befinden sich zwei in Längsrichtung erstreckte Ausnehmungen bzw. Bohrungen 5 und 6, wobei die Innenelektroden 2 und 3 mit einem entsprechenden Oberflächendesign je nach Polarität an die linke Bohrung 5 oder an die rechte Bohrung 6 herangeführt sind.In 1 is a piezoelectric actuator constructed as a so-called multilayer 1 According to the state of the art DE 103 35 019 A1 shown, which is composed of piezofilms of a quartz material with a suitable crystal structure, so that taking advantage of the so-called piezoelectric effect, when applying an external electrical voltage to here only by way of example provided with reference numerals internal electrodes 2 and 3 , a mechanical reaction of the piezoelectric actuator 1 in the direction of action 4 he follows. Inside the piezo actuator 1 There are two longitudinal extensions ments or bores 5 and 6 , wherein the internal electrodes 2 and 3 with a corresponding surface design depending on the polarity to the left hole 5 or to the right hole 6 are introduced.

In den Bohrungen 5 und 6 sind Kontaktelemente, hier runde Stifte als Kernelektrode 7 und 8 vorhanden, die in einem leitfähigen aber flexiblen Stoff 9, z.B. ein Polymer, durch Vergießen fest eingebettet sind. Die Kernelektroden 7 und 8 und der leitfähige Stoff 9 kontaktieren die jeweiligen Innenelektroden 2 oder 3 nach außen, so dass mit der Anlage einer elektrischen Spannung an Kontaktbereiche (in der 1 unten angeordnet) der Kernelektroden 7 und 8 die zuvor beschriebene Wirkung hervorgerufen werden kann. Eine Anbringung der in der Regel metallischen Kernelektroden 7 und 8 ist beim Stand der Technik ebenso wie bei den erfindungsgemäßen Ausführungen notwendig, da die elektrische Leitfähigkeit nur des flexiblen Stoffes in der Regel nicht groß genug ist um den Gesamtstrom zur Ansteuerung der Innenelektroden 2 und 3 zu leiten.In the holes 5 and 6 are contact elements, here round pins as the core electrode 7 and 8th present in a conductive but flexible fabric 9 , eg a polymer, are firmly embedded by casting. The core electrodes 7 and 8th and the conductive substance 9 Contact the respective internal electrodes 2 or 3 to the outside, so that with the installation of an electrical voltage to contact areas (in the 1 located below) of the core electrodes 7 and 8th the effect described above can be produced. An attachment of the usually metallic core electrodes 7 and 8th is necessary in the prior art as well as in the embodiments according to the invention, since the electrical conductivity of the flexible material is usually not large enough to the total current for driving the internal electrodes 2 and 3 to lead.

In 2 ist ein Teillängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Piezoaktor 10 als erstes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem hier schematisch der Bereich einer Bohrung 11 für das innere Kontaktelement gezeigt ist. Innenelektroden 12 sind hier nur schematisch angedeutet. Die Innenwände der Bohrung 11 sind hier mit einer Grundmetallisierung versehen und das Kontaktelement für die innere Kontaktierungen der Innenelektroden 12 besteht jeweils aus einer Spiralfeder 13 oder einer Schraubenfeder. Beim Ausführungsbeispiel nach 3 ist zusätzlich noch eine zweite Spiralfeder 14 in die Spiralfeder 13 eingedreht worden, wodurch durch das Ineinanderschrauben von Federn eine zwei- oder mehrgängige Federanordnung gebildet werden kann.In 2 is a partial longitudinal section through a piezoelectric actuator according to the invention 10 shown as the first embodiment, in which here schematically the area of a bore 11 is shown for the inner contact element. internal electrodes 12 are indicated here only schematically. The inner walls of the hole 11 are here provided with a base metallization and the contact element for the inner contacts of the internal electrodes 12 each consists of a spiral spring 13 or a coil spring. According to the embodiment 3 is additionally a second coil spring 14 in the spiral spring 13 has been screwed, which can be formed by the screwing together of springs a two or more common spring arrangement.

Die Bohrungen 11 können hier nicht nur mit einer Grundmetallisierungen versehen werden sondern zusätzlich auch noch leitfähig beschichtet werden, damit die wechselseitig an die Bohrungen 11 herangeführten Innenelektroden 12 gut kontaktiert werden. Wie eingangs erwähnt, dehnt sich der Piezoaktor 10 während des Betriebs in seiner Längsachse, so dass es zu Unterbrechungen in der Kontaktierung zwischen der Grundmetallisierung oder der leitenden Schicht kommen kann. Hierbei ist auch noch zu beachten, dass ein relativ hoher Strom in die dünnen Schichten der Innenelektroden 12 geleitet werden muss, was auch eine sichere Kühlung der Leiterbahn erfordert.The holes 11 can not only be provided with a base metallization here but also additionally conductive coated, so that the mutually to the holes 11 brought inner electrodes 12 be contacted well. As mentioned above, the piezoelectric actuator expands 10 during operation in its longitudinal axis, so that there may be interruptions in the contact between the base metallization or the conductive layer. It should also be noted that a relatively high current in the thin layers of the internal electrodes 12 must be conducted, which also requires a reliable cooling of the conductor track.

Die erfindungsgemäßen Spiral- oder Schraubenfedern 13, 14 wirken hier als mehrere in die Bohrung 11 eingelegte Drahtstege und somit als leitende Brücken. Die Spiralfedern 13, 14 können auch mit einer Vorspannung in die Bohrung 11 eingebracht werden und auch zusätzlich galvanisch mit der leitenden Wand der Bohrung 11 galvanisch verbunden werden, zum Beispiel durch Löten oder Kleben mittels eines Leitklebers.The spiral or coil springs according to the invention 13 . 14 act as several in the hole 11 inserted wire webs and thus as conductive bridges. The spiral springs 13 . 14 can also with a bias in the hole 11 be introduced and also galvanically with the conductive wall of the bore 11 be electrically connected, for example by soldering or gluing by means of a conductive adhesive.

Mit einem geeigneten Werkzeugen kann die Spiralfeder 13, 14 bei der Herstellung des Piezoaktors 10 in die Bohrung 11 eingeführt werden. Dabei kann die Spiralfeder 13, 14 im entspannten Zustand einen größeren Durchmesser als die Bohrung 11 aufweisen und durch Drehen in dem Sinne, in dem sich bei der Reibung an der Wand der Bohrung 11 der Durchmesser verringert, eingebracht werden; entweder durch Halten an dem inneren Ende oder geführt am äußeren Ende. Das Ende der Spiralfeder 13, 14 sollte dann so ausgeführt sein, dass leicht mit dem Einfügewerkzeug die Drehung eingeleitet und somit eingeschraubt werden kann, zum Beispiel durch Abwinkeln des Endes des Federdrahtes quer zur Mittelachse.With a suitable tools, the coil spring 13 . 14 in the production of the piezoelectric actuator 10 into the hole 11 be introduced. In this case, the coil spring 13 . 14 in the relaxed state a larger diameter than the bore 11 exhibit and by turning in the sense in which in the friction on the wall of the bore 11 the diameter is reduced, introduced; either by holding at the inner end or guided at the outer end. The end of the spiral spring 13 . 14 should then be designed so that easily with the insertion tool rotation can be initiated and thus screwed, for example by bending the end of the spring wire transverse to the central axis.

Nach dem Einschrauben der Spiralfeder 13, 14 stützt sich der Federdraht an vielen Stellen an der Wand der Bohrung 11 ab, so dass ein Kontakt mit vielen Stellen der Bohrung 11 hergestellt wird und somit eine gute Stromleitung längs der Bohrung 11 sichergestellt ist. Durch einen leichten Überstand der Spiralfedern 13, 14 kann außerdem ein Kontakt mit einem äußeren Anschlusskontakt oder einer Anschlusskontaktfläche hergestellt werden.After screwing in the spiral spring 13 . 14 The spring wire is supported at many points on the wall of the bore 11 off, leaving a contact with many bodies of the bore 11 is produced and thus a good power line along the bore 11 is ensured. By a slight projection of the coil springs 13 . 14 In addition, a contact with an external terminal contact or a terminal contact surface can be made.

Claims (12)

Piezoaktor, mit – einem Mehrschichtaufbau von Piezolagen mit in Wirkrichtung dazwischen angeordneten Innenelektroden (2, 3; 12), die alternierend mit einer positiven und einer negativen elektrischen Ladung beaufschlagbar sind, und mit – einer wechselseitigen Kontaktierung der Innenelektroden (2, 3; 12), die mit Kontaktelementen, erfolgt, die in inneren metallisierten Ausnehmung (5, 6; 11) des Piezoaktors (1; 10) liegen und dabei senkrecht zum Lagenaufbau nach außen geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kontaktelemente aus Spiral- oder Schraubenfedern (13, 14) gebildet sind, die zumindest eine elektrisch leitende Oberfläche aufweisen und unter Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Oberfläche des Federdrahtes der jeweiligen Spiral- oder Schraubenfedern (13, 14) und der jeweiligen metallisierten Ausnehmung (11) des Piezoaktors (10) in die Ausnehmungen (11) des Piezoaktors (10) einschraubbar sind.Piezoactuator, with - a multilayer structure of piezoelectric layers with internal electrodes interposed in the direction of action ( 2 . 3 ; 12 ), which can be acted upon alternately with a positive and a negative electric charge, and with - a mutual contacting of the internal electrodes ( 2 . 3 ; 12 ), which takes place with contact elements, in the inner metallized recess ( 5 . 6 ; 11 ) of the piezo actuator ( 1 ; 10 ) are guided perpendicular to the layer structure to the outside, characterized in that - the contact elements of spiral or coil springs ( 13 . 14 ) are formed, which have at least one electrically conductive surface and to produce an electrically conductive connection between the surface of the spring wire of the respective spiral or coil springs ( 13 . 14 ) and the respective metallized recess ( 11 ) of the piezo actuator ( 10 ) into the recesses ( 11 ) of the piezo actuator ( 10 ) are screwed. Piezoaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Spiral- oder Schraubenfedern (13, 14) vor dem Einschrauben in die Bohrungen (11) als Ausnehmungen eine um einen vorgegebenen Betrag größeren Durchmesser aufweisen als der Innendurchmesser der Bohrungen (11). Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that - the spiral or coil springs ( 13 . 14 ) before screwing into the holes ( 11 ) As recesses have a larger diameter by a predetermined amount than the inner diameter the holes ( 11 ). Piezoaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – eine einzige Spiral- oder Schraubenfeder (13) eingeschraubt ist.Piezoelectric actuator according to claim 1 or 2, characterized in that - a single spiral or helical spring ( 13 ) is screwed. Piezoaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – zusätzlich zu einer ersten Spiral- oder Schraubenfeder (13) mindestens eine weitere Spiral- oder Schraubenfedern (14) zur Herstellung einer zwei oder mehrgängigen Schraubenanordnung in die erste Spiral- oder Schraubenfeder (13) eingeschraubt ist.Piezoelectric actuator according to claim 1 or 2, characterized in that - in addition to a first spiral or helical spring ( 13 ) at least one further spiral or coil springs ( 14 ) for producing a two or more screw arrangement in the first spiral or coil spring ( 13 ) is screwed. Piezoaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Spiral- oder Schraubenfedern (13) aus einem Metalldraht hergestellt sind.Piezoelectric actuator according to one of the preceding claims, characterized in that - the spiral or coil springs ( 13 ) are made of a metal wire. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Spiral- oder Schraubenfedern (13) aus einem federnden Werkstoff mit einer elektrisch leitenden Beschichtung hergestellt sind.Piezoelectric actuator according to one of claims 1 to 4, characterized in that - the spiral or coil springs ( 13 ) are made of a resilient material with an electrically conductive coating. Piezoaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – eine elektrisch leitende Beschichtung mittels einer galvanischen Verbindung, vorzugsweise mit Lot, herstellbar ist.Piezoelectric actuator according to one of the preceding claims, characterized marked that - one electrically conductive coating by means of a galvanic connection, preferably with solder, can be produced. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – entlang der Spiral- oder Schraubenfedern (13) ein Leitpolymer zur Kontaktflächenvergrößerung angebracht ist. Piezoelectric actuator according to one of claims 1 to 6, characterized in that - along the spiral or coil springs ( 13 ) a Leitpolymer for contact surface enlargement is attached. Piezoaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Spiral- oder Schraubenfedern (13) am in Einschraubrichtung liegenden Ende zur Mittelachse hin abgewinkelt sind.Piezoelectric actuator according to one of the preceding claims, characterized in that - the spiral or coil springs ( 13 ) are angled towards the central axis at the end lying in the screwing direction. Piezoaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ausnehmungen (11) zusätzlich zu einer Grundmetallisierung mit einer leitenden Schicht versehen sind.Piezoelectric actuator according to one of the preceding claims, characterized in that - the recesses ( 11 ) are provided with a conductive layer in addition to a base metallization. Piezoaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Spiral- oder Schraubenfedern (13) mit dem in Einschraubrichtung anderen Ende nach dem Einschrauben einen vorgegebenen Bereich aus der Ausnehmung (11) herausragen und dort elektrisch kontaktierbar sind.Piezoelectric actuator according to one of the preceding claims, characterized in that - the spiral or coil springs ( 13 ) with the other end in Einschraubrichtung after screwing a predetermined area of the recess ( 11 protrude and are electrically contacted there. Piezoaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Piezoaktor (10) zur Nadelhubsteuerung für die Kraftstoffeinspritzung in einem Kraftfahrzeug einsetzbar ist.Piezoelectric actuator according to one of the preceding claims, characterized in that - the piezoelectric actuator ( 10 ) can be used for Nadelhubsteuerung for fuel injection in a motor vehicle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007112786A1 (en) * 2005-08-25 2007-10-11 Robert Bosch Gmbh Piezoelectric actuator with internal contact-connection
FR2915782A1 (en) * 2007-05-04 2008-11-07 Renault Sas Self-amplified braking device for motor vehicle, has electroactive polymer actuator generating actuating force, where actuator transmits amplified force to friction element such that friction element contacts with rotating element

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