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DE102005044391A1 - Piezoactuator containing body and contact pins and having metal cord (sic, mesh) for making contact between actuator body and contact pins useful in piezoelectric technology has metal cord made from Cu, Ag, Au or mixtures of these - Google Patents

Piezoactuator containing body and contact pins and having metal cord (sic, mesh) for making contact between actuator body and contact pins useful in piezoelectric technology has metal cord made from Cu, Ag, Au or mixtures of these Download PDF

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Abstract

Piezoactuator containing a body and at least one contact pin and having at least one metal cord (sic, mesh) for making contact between the actuator body and the contact pins : An independent claim is included for a method of producing the actuator.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Piezoaktoren, insbesondere solchen Piezoaktoren, welche Kontaktstifte beinhalten. Aufgrund von zahlreichen mechanischen Lastwechseln, hohen fließenden Ströme und hohen Temperaturen ist die elektrische Kontaktierung sehr hohen Strömen ausgesetzt. Die Lebensdauer eines solchen Piezoaktors wird nach der Erfahrung maßgeblich durch die Versagensrate der Kontaktierung eingeschränkt.The The invention relates to the field of piezoelectric actuators, in particular those Piezoactuators, which contain contact pins. Due to numerous mechanical Load changes, high flowing streams and high temperatures, the electrical contact is very high Stream exposed. The life of such a piezoelectric actuator is after relevant to the experience limited by the failure rate of contacting.

In der DE 103 20 161 A1 ist ein Piezoaktor offenbart, bei dem in den Aktorkörper ein Loch gebohrt und ein Kontaktstift durch das Loch eingeführt wird, um den Aktorkörper zu kontaktieren. Dabei müssen jedoch die Abmessungen des Lochs an die des Aktorkörpers angepasst werden, wobei sich jedoch die effektive Piezomasse verringert, was zu einer Leistungsverminderung des Aktors führt.In the DE 103 20 161 A1 a piezoelectric actuator is disclosed in which a hole is drilled in the actuator body and a contact pin is inserted through the hole to contact the actuator body. However, the dimensions of the hole must be adapted to that of the actuator body, however, whereby the effective piezoelectric mass is reduced, which leads to a reduction in performance of the actuator.

Es stellt sich die Aufgabe, einen Piezoaktor zu schaffen, bei welchem eine gute und insbesondere bei vielen Anwendungen belastungsfähige Kontaktierung zwischen Aktorkörper und den Kontaktstiften erreicht werden kann.It the object is to provide a piezoelectric actuator in which a good and especially in many applications load bearing contact between actuator body and the contact pins can be achieved.

Diese Aufgabe wird durch einen Piezoaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demgemäß wird ein Piezoaktor enthaltend einen Aktorkörper sowie mindestens einen Kontaktstift bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass ferner mindestens ein Metallgeflecht zur Kontaktierung des Aktorkörpers mit dem Kontaktstift vorgesehen ist.These The object is achieved by a piezoelectric actuator having the features of the claim 1 solved. Accordingly, a Piezoelectric actuator containing an actuator body and at least one Contact pin provided, characterized in that further at least one metal mesh for contacting the actuator body with the contact pin is provided.

Der Term „Metallgeflecht" im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere Metallwolle, Metalldrähte, zwei- oder dreidimensionale Metallgeflechte.Of the Term "metal mesh" as used herein In particular, the invention comprises metal wool, metal wires, or three-dimensional metal braids.

Durch einen solchen Piezoaktor kann je nach Anwendung ein oder mehrere der folgenden Vorteile erreicht werden:

  • – eine zuverlässige Verbindung zwischen Kontaktstift und Aktorkörper auch bei hohen Temperaturen
  • – eine einfache Montage des Piezoaktors (wie insbesondere im folgenden erläutert werden wird).
  • – Eine Verminderung des Einflusses von thermo-mechanischer Spannungen auf die elektrische Kontaktierung
  • – ein beeinflussbarer und häufig auch optimierbarer Wärmefluss durch Wahl der Größe und Dichte des Metallgeflechtsanteils.
Depending on the application, one or more of the following advantages can be achieved by means of such a piezoactuator:
  • - A reliable connection between the contact pin and the actuator body, even at high temperatures
  • - A simple assembly of the piezoelectric actuator (as will be explained in particular below).
  • - A reduction of the influence of thermo-mechanical stresses on the electrical contact
  • - An influenceable and often optimizable heat flow by selecting the size and density of the metal mesh content.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das mindestens eine Metallgeflecht ein Oberflächen/Volumenverhältnis (in m2:m3) von ≥ 1000:1 bis ≤ 100000:1.According to a preferred embodiment of the invention, the at least one metal mesh has a surface / volume ratio (in m 2 : m 3 ) of ≥ 1000: 1 to ≤ 100000: 1.

Dies hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft herausgestellt.This has been found in practice to be particularly advantageous.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das mindestens eine Metallgeflecht aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Kupfer, Silber, Gold sowie Mischungen daraus. Diese Materialien sind für eine gute Verbindung zwischen Aktorkörper und Kontaktstift besonders gut geeignet.According to one preferred embodiment of Invention, the at least one metal mesh consists of a material, selected from the group containing copper, silver, gold and mixtures thereof. These materials are for a good connection between actuator body and contact pin especially well suited.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Piezoaktor ferner mindestens eine Hülse und ist dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metallgeflecht weitgehend in dieser mindestens einen Hülse angeordnet ist.According to one preferred embodiment of Invention, the piezoelectric actuator further comprises at least one sleeve and is characterized in that the at least one metal mesh is largely arranged in this at least one sleeve.

Dabei ist zu bemerken und für den Fachmann selbstverständlich, dass bei zwei oder mehreren Metallgeflechten und Hülsen selbstverständlich einzelne Metallgeflechte weitgehend in unterschiedlichen Hülsen angeordnet sein können.there is to be noted and for the expert of course, that with two or more metal braids and sleeves of course individual Metal braids largely arranged in different sleeves could be.

Der Term „weitgehend" bedeutet dabei insbesondere, dass ≥ 70%, bevorzugt ≥ 80%, noch bevorzugt ≥ 90, sowie am meisten bevorzugt ≥ 95% bis ≤ 100% des Metallgeflechtes in der betreffenden Hülse angeordnet ist.Of the Term "largely" means in particular that ≥ 70%, preferably ≥ 80%, still preferred ≥ 90, and most preferably ≥ 95% up to ≤ 100% the metal mesh is arranged in the relevant sleeve.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Piezoaktor zwei Hülsen und zwei Metallgeflechte, wobei jeweils ein Metallgeflecht weitgehend in einer Hülse angeordnet ist.According to one preferred embodiment of Invention, the piezoelectric actuator comprises two sleeves and two metal meshes, wherein in each case a metal braid largely arranged in a sleeve is.

Durch eine solche Hülse kann insbesondere die Montage des Piezoaktors erleichtert und die Verbindung zwischen Aktorkörper und Kontaktstift nochmals erleichtert werden.By such a sleeve In particular, the assembly of the piezoelectric actuator facilitates and the Connection between actuator body and contact pin be relieved again.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ragt der mindestens eine Kontaktstift in die mindestens eine Hülse hinein.According to one preferred embodiment of Invention protrudes the at least one contact pin in the at least a sleeve into it.

Dabei ist zu bemerken und für den Fachmann selbstverständlich, dass bei mehreren Kontaktstiften und Hülsen selbstverständlich einzelne Kontaktstifte in unterschiedliche Hülsen hineinragen können.there is to be noted and for the expert of course, that with several pins and sleeves of course individual Contact pins can protrude into different sleeves.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Piezoaktor zwei Hülsen und zwei Kontaktstifte, wobei jeweils ein Kontaktstift in eine Hülse hineinragt.According to one preferred embodiment of Invention, the piezoelectric actuator comprises two sleeves and two pins, wherein in each case a contact pin projects into a sleeve.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die mindestens eine Hülse im Querschnitt einen offenen Teil und ist mit diesem an den Aktorkörper gepresst. Dadurch wird die Montage des Piezoaktors nochmals erleichtert.According to a preferred embodiment of the invention, the at least one sleeve in Cross-section of an open part and is pressed with this to the actuator body. As a result, the assembly of the piezoelectric actuator is further facilitated.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Hülse im Querschnitt in etwa halbkreis- bis dreiviertel-kreisförmig ausgeformt. Dies hat sich in der Praxis als besonders geeignet herausgestellt.According to one preferred embodiment of Invention is the at least one sleeve in cross section approximately semicircular to three-quarter circular shaped. This has changed proven particularly suitable in practice.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Hülse ganz oder teilweise von einer Vergussmasse umgeben. Dadurch kann die Positionierung der Hülse auch bei längerem Betrieb des Piezoaktors verbessert werden.According to one preferred embodiment of Invention is the sleeve completely or partially surrounded by a potting compound. This can the positioning of the sleeve even for a long time Operation of the piezoelectric actuator can be improved.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der mindestens eine Kontaktstift sich bis zu einer Länge von ≥ 10% bis ≤ 30% des Aktorkörpers in diesen erstreckt und/oder ist in unmittelbarer Nachbarschaft des Aktorkörpers angeordnet. Dadurch kann ein kompakter Aufbau des Piezoaktors, welcher aufgrund der geringeren Abmessungen des Kontaktstiftes insbesondere materialsparender ist, erreicht werden.According to one preferred embodiment of Invention, the at least one contact pin extends to to a length of ≥ 10% up to ≤ 30% of the actuator body extends into these and / or is in the immediate vicinity of the actuator body arranged. This allows a compact design of the piezoelectric actuator, which due to the smaller dimensions of the contact pin in particular material-saving is to be achieved.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Metallgeflecht mit der Hülse, dem Kontaktstift und/oder dem Aktorkörper verlötet. Dies erhöht nochmals die Verbindungsstabilität zwischen Aktorkörper und Kontaktstift.According to one preferred embodiment of Invention is the at least one metal mesh with the sleeve, the Contact pin and / or the actuator body soldered. This increases again the connection stability between actuator body and contact pin.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Hülse aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Kupfer, Silber, Gold sowie Mischungen daraus. Diese Materialien haben sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen.According to one preferred embodiment of Invention is the sleeve selected from a material from the group containing copper, silver, gold and mixtures it. These materials have proven to be beneficial in practice proved.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Piezoaktors, umfassend die Schritte:

  • (a) Anbringen mindestens eines Metallgeflechtes in mindestens einer Hülse, welche im Querschnitt einen offenen Teil besitzt
  • (b) Anpressen der mindestens einen Hülse an den Aktorkörper des Piezoaktors
  • (c) Einführen des mindestens einen Kontaktstiftes in die mindestens eine Hülse
The invention further relates to a method for producing a piezoactuator according to the invention, comprising the steps:
  • (A) attaching at least one metal braid in at least one sleeve, which has an open part in cross section
  • (B) pressing the at least one sleeve to the actuator body of the piezoelectric actuator
  • (c) inserting the at least one contact pin into the at least one sleeve

Dadurch kann ein erfindungsgemäßer Piezoaktor einfach und effektiv hergestellt werden.Thereby can a piezoelectric actuator according to the invention be made easily and effectively.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner einen Schritt (d): Verlöten des mindestens einen Metallgeflechtes mit dem Aktorkörper. Dadurch kann bei manchen Anwendungen die Herstellung des Piezoaktors nochmals vereinfacht werden.According to one preferred embodiment of Invention, the method further comprises a step (d): soldering the at least one metal mesh with the actuator body. This may result in some Applications simplifies the production of the piezoelectric actuator again become.

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.The the aforementioned and the claimed and in the embodiments described to be used according to the invention Components are subject in size, shape design, Material selection and technical conception no special exceptions, so that the selection criteria known in the field of application apply without restriction can find.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen – beispielhaft – mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Piezoaktors dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigtFurther Details, features and advantages of the subject matter of the invention emerge from the dependent claims as well as from the following description of the accompanying drawings, in which - by way of example - several Embodiments of the inventive piezoelectric actuator are shown. In the drawings shows

1 eine Anordnung einer Hülse, eines Kontaktstiftes sowie eines Metallgeflechtes gemäß einer ersten Ausführungsform in perspektivischer, schematischer Darstellung 1 an arrangement of a sleeve, a contact pin and a metal mesh according to a first embodiment in a perspective, schematic representation

2 einen Piezoaktor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Draufsicht; sowie 2 a piezoelectric actuator according to a second embodiment of the invention in a schematic plan view; such as

3 einen Piezoaktor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Draufsicht. 3 a piezoelectric actuator according to a third embodiment of the invention in a schematic plan view.

1 zeigt eine Anordnung einer Hülse 10, eines Kontaktstiftes 20 sowie eines Metallgeflechtes 30 gemäß einer ersten Ausführungsform in perspektivischer, schematischer Darstellung. Die Hülse 10 ist, wie in 1 zu sehen, dabei im Querschnitt etwa ¾-kreisförmig ausgebildet. Jedoch können je nach Anwendung auch andere Querschnittsformen wie quadrati sche, rechteckige, halbkreisförmige oder halbelliptische Formen eingesetzt werden. Im oberen Teil der Hülse (welche später mit dem Aktorkörper verbunden wird) befindet sich das Metallgeflecht 30. Durch Einführen des Kontaktstiftes 20 in die Hülse wird eine stabile elektrische Verbindung zwischen dem Metallgeflecht 30, der Hülse 20 und dem Kontaktstift 30 erreicht. 1 shows an arrangement of a sleeve 10 , a contact pin 20 and a metal mesh 30 according to a first embodiment in a perspective, schematic representation. The sleeve 10 is how in 1 to see, in cross-section approximately ¾-circular design. However, depending on the application, other cross-sectional shapes such as quadrati cal, rectangular, semi-circular or semi-elliptical shapes can be used. In the upper part of the sleeve (which is later connected to the actuator body) is the metal mesh 30 , By inserting the contact pin 20 in the sleeve, a stable electrical connection between the metal mesh 30 , the sleeve 20 and the contact pin 30 reached.

2 zeigt einen Piezoaktor 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Draufsicht. In diesem ist der Aktorkörper 100 an zwei Kontaktzonen 110, 120 von zwei Hülsen 130, 140 umgeben, in denen sich jeweils ein Metallgeflecht befindet. Wie in der Zeichnung angedeutet, werden zwei Kontaktpins 150, 160 in die Hülsen eingeführt. Die Hülsen 130, 140 sind zur besseren Verbindung mit dem Aktorkörper 100 mit einer Vergussmasse 170 umgeben. 2 shows a piezoelectric actuator 1 according to a second embodiment of the invention in a schematic plan view. In this is the actuator body 100 at two contact zones 110 . 120 of two pods 130 . 140 surrounded, in each of which there is a metal mesh. As indicated in the drawing, two contact pins 150 . 160 inserted into the pods. The pods 130 . 140 are for better connection with the actuator body 100 with a potting compound 170 surround.

3 zeigt einen Piezoaktor 1' gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Draufsicht. Der Unterschied zum Piezoaktor gemäß 2 ist dabei, dass die Hüllen 130', 140' hier in etwa halbkreisförmig ausgebildet sind. 3 shows a piezoelectric actuator 1' according to a third embodiment of the invention in a schematic plan view. The difference to the piezoelectric actuator according to 2 is there, that the covers 130 ' . 140 ' here are formed approximately semicircular.

Claims (9)

Piezoaktor enthaltend einen Aktorkörper sowie mindestens einen Kontaktstift, dadurch gekennzeichnet, dass ferner mindestens ein Metallgeflecht zur Kontaktierung des Aktorkörpers mit dem Kontaktstift vorgesehen ist.Piezoelectric actuator containing an actuator body and at least one contact pin, characterized in that further comprises at least one metal braid for contacting the actuator body is provided with the contact pin. Piezoaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metallgeflecht ein Oberflächen/Volumenverhältnis (in m2:m3) von ≥ 1000:1 bis ≤ 100000:1 besitzt.Piezoelectric actuator according to claim 1, characterized in that the at least one metal mesh has a surface / volume ratio (in m 2 : m 3 ) of ≥ 1000: 1 to ≤ 100000: 1. Piezoaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metallgeflecht aus einem Material besteht, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Kupfer, Silber, Gold sowie Mischungen daraus.Piezoelectric actuator according to Claim 1 or 2, characterized that the at least one metal mesh consists of a material, selected from the group containing copper, silver, gold and mixtures it. Piezoaktor nach einem der Anspruch 1 bis 3, ferner umfassend mindestens eine Hülse und dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metallgeflecht weitgehend in dieser mindestens einen Hülse angeordnet ist.A piezoactuator according to any one of claims 1 to 3, further comprising at least one sleeve and characterized in that the at least one metal mesh is largely arranged in this at least one sleeve. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kontaktstift in die mindestens eine Hülse hineinragt. dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Hülse im Querschnitt einen offenen Teil besitzt und mit diesem an den Aktorkörper gepresst ist.Piezoelectric actuator according to one of Claims 1 to 4, characterized, that the at least one contact pin in the at least one Sleeve protrudes. thereby marked that the at least one sleeve in cross-section an open Part has and pressed with this to the actuator body. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Hülse im Querschnitt in etwa halb kreis- bis dreiviertel-kreisförmig ausgeformt ist.Piezoelectric actuator according to one of Claims 1 to 6, characterized that the at least one sleeve formed in cross-section in approximately half circular to three-quarter circular is. Piezoaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kontaktstift sich bis zu einer Länge von ≥ 10% bis ≤ 30% des Aktorkörpers in diesen erstreckt und/oder in unmittelbarer Nachbarschaft des Aktorkörpers angeordnet ist.Piezoelectric actuator according to one of Claims 1 to 7, characterized the at least one contact pin extends up to a length of ≥ 10% to ≦ 30% of the actuator body in this extends and / or arranged in the immediate vicinity of the actuator body is. Verfahren zur Herstellung eines Piezoaktors gemäß der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die Schritte: (a) Anbringen mindestens eines Metallgeflechtes in mindestens einer Hülse, welche im Querschnitt einen offenen Teil besitzt. (b) Anpressen der mindestens einen Hülse an den Aktorkörper des Piezoaktors (c) Einführen des mindestens einen Kontaktstiftes in die mindestens eine HülseProcess for the preparation of a piezoactuator according to claims 1 to 8, comprising the steps: (a) attaching at least one metal braid in at least one sleeve, which has an open part in cross section. (b) Press the at least one sleeve to the actuator body of the piezo actuator (c) insert the at least one contact pin in the at least one sleeve Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Schritt (d): Verlöten des mindestens einen Metallgeflechtes mit dem Aktorkörper.The method of claim 1, further comprising Step (d): soldering the at least one metal mesh with the actuator body.
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