DE102005040119A1

DE102005040119A1 - Piezo-actuator used as a piezo-injector or for operating a valve comprises a multiple layer structure of piezo-layers with inner electrodes in contact with contact elements consisting of core electrodes and a contact material

Info

Publication number: DE102005040119A1
Application number: DE102005040119A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Heinz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2007-03-01

Abstract

Piezo-actuator comprises a multiple layer structure of piezo-layers of a piezo-element with inner electrodes (2, 3) in contact with contact elements consisting of core electrodes (11) and a contact material (12). The core electrodes are made from a material having the same temperature expansion coefficient than the ceramic material of the piezo-layers. Preferred Features: The piezo-layers are made from lead zirconate titanate and the core electrode are made from invar or an iron-nickel alloy. Brushes or fibers are arranged on the core electrodes to form an electrical contact with the walls of holes (5) for receiving the contact elements.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die Erfindung betrifft einen Piezoaktor mit innenliegender Kontaktierung, beispielsweise für einen Piezoinjektor oder 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 a piezo injector or for actuation 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.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.

Der Aufbau eines solchen Piezoaktors für einen Piezoinjektor erfolgt beim Stand der Technik in mehreren Schichten als sogenannter Multilayer-Aktor, wobei Innenelektroden, über die die elektrische Spannung aufgebracht wird, jeweils in Wirkrichtung zwischen den Schichten angeordnet werden und jeweils außen oder innen kontaktiert werden.Of the Construction of such a piezoelectric actuator for a piezo injector takes place in the prior art in several layers as a so-called multilayer actuator, wherein Internal electrodes, over the electrical voltage is applied, respectively in the effective direction between the layers are arranged and contacted respectively outside or inside become.

Aus der DE 103 35 019 A1 ist ein solcher Piezoaktor bekannt, der einen Mehrschichtaufbau von Piezolagen eines Piezoelements mit in Wirkrichtung dazwischen angeordneten Innenelektroden aufweist, die alternierend 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 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 of a piezoelectric element with interposed in the direction of effect internal electrodes, which can be acted upon alternately with 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 inner electrodes, which each have a different design pattern depending on the respective polarity, and are thereby mutually introduced to the inner recesses.

Zur äußeren Kontaktierung 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.For external 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.

Weiterhin ist beim Stand der Technik zu beachten, dass das Keramikmaterial der Piezolagen beispielsweise Bleizirkonattitanat ist und die Kernelektrode des Kontaktelements in der Regel aus Metall besteht. Hierbei entstehen bei der Anwendung der zuvor beschriebenen Piezoaktoren durch hohe Temperaturen oder starken Temperaturschwankungen Wärmedehnungen, so dass auch zwischen den im Lagenaufbau gegenüberliegenden Innenelektroden Dehnkräfte auftreten, die auch unterschiedliche Größen im Bereich der Flächenausdehnung der Innenelektroden aufweisen können.Farther It should be noted in the prior art that the ceramic material the piezolayer is, for example, lead zirconate titanate and the core electrode the contact element is usually made of metal. Here arise in the application of the previously described piezoelectric actuators by high Temperatures or strong temperature fluctuations thermal expansions, such that tensile forces also occur between the internal electrodes located opposite the layer structure, which are also different sizes in the range the surface area may have the internal electrodes.

Je nach Anbindung der Innenelektroden an das Keramikmaterial der Piezolagen können damit zwischen den Innenelektroden und dem Keramikmaterial und insbesondere auch im Bereich der Kontaktierungen der Kontaktelemente für die von außen aufzubringende elektrische Spannung mechanische Kräfte auftreten, die hier zu Ablösungen der Innenelektroden und zu Rissen im Kontaktbereich der Innenelektroden bzw. an den Kontaktelementen führen können.ever after connection of the internal electrodes to the ceramic material of the piezoelectric layers can thus between the internal electrodes and the ceramic material and in particular also in the area of the contacts of the contact elements for the Outside applied electrical voltage mechanical forces occur the here to detachments the internal electrodes and cracks in the contact area of the internal electrodes or can lead to the contact elements.

Aus der WO 00179608 A1 ist ein weiterer Piezoaktor mit einer ausschließlich äußeren Kontaktierung der Innelektroden bekannt, bei der leitende Flächen auf jeweils einer Seitenfläche des Piezoelements 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.Out WO 00179608 A1 is a further piezoelectric actuator with an exclusively external contacting the Innelektroden known, wherein the conductive surfaces on each side surface of the Piezo elements are attached, which are connected to the respective internal electrodes are contacted and thereby each a net, screen, fabric-like 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 Contacting stretchable areas come to rest.

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Der eingangs beschriebene Piezoaktor mit einem Mehrschichtaufbau von Piezolagen eines Piezoelements mit in Wirkrichtung zwischen den Piezolagen angeordneten Innenelektroden, die alternierend mit einer positiven und einer negativen elektrischen Ladung beaufschlagbar sind, weist jeweils als Kontaktelemente für die Innenelektroden eine Kernelektrode und umliegend ein elektrisch leitfähiges Kontaktmaterial auf. Die gesamte Anordnung ist beispielsweise zur Nadelhubsteuerung für die Kraftstoffeinspritzung in einem Kraftfahrzeug einsetzbar. Um die aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung auftretenden mechanischen Spannungen zu vermindern, sind erfindungsgemäß die Kernelektroden vorteilhaft aus einem Material gebildet, das den annähernd gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist wie zumindest teilweise das Keramikmaterial der Piezolagen.The piezoelectric actuator described above with a multilayer structure of piezoelectric layers of a piezoelectric element with internal electrodes arranged in the active direction between the piezoelectric layers, which can be acted upon alternately with a positive and a negative electrical charge, respectively has a core electrode as contact elements for the internal electrodes and an electrically conductive contact material surrounding. The entire arrangement can be used for example for Nadelhubsteuerung for fuel injection in a motor vehicle. In order to reduce the mechanical stresses occurring due to differential thermal expansion, according to the invention, the core electrodes are advantageously formed of a material that the annä has the same temperature expansion coefficient as at least partially the ceramic material of the piezoelectric layers.

Beim erfindungsgemäßen Piezoaktor kann beispielsweise der Temperaturausdehnungskoeffizient der unpolarisierten Piezolagen in der Größenordnung von 3 bis 4·10^–6·1/K und der Temperaturausdehnungskoeffizient der Kernelektroden im Bereich von 0 bis 10·10^–6·1/K liegen. Bevorzugt sind dabei die Piezolagen aus Bleizirkonattitanat und die erfindungsgemäßen Kernelektroden aus Invar oder einer Eisen-Nickel-Legierung hergestellt. Die Temperaturausdehnungskoeffizienten können damit so gewählt werden, dass zumindest im passiven Bereich der Piezolagen, in denen die unpolarisierten Innenelektroden abwechselnd nicht bis an die Ausnehmungen oder Bohrungen zur Aufnahme der Kontaktelemente herangeführt sind, eine Angleichung der Temperaturausdehnungskoeffizienten erfolgt.In the case of the piezoactuator according to the invention, for example, the coefficient of thermal expansion of the unpolarized piezoelectric layers may be of the order of 3 to 4 × 10 ^-6 × 1 / K and the coefficient of thermal expansion of the core electrodes may be in the range of 0 to 10 × 10 ^-6 × 1 / K. Preference is given to the piezoelectric layers of lead zirconate titanate and the core electrodes according to the invention are made of Invar or an iron-nickel alloy. The coefficients of thermal expansion can thus be chosen so that at least in the passive region of the piezoelectric layers in which the unpolarized internal electrodes are not alternately brought to the recesses or holes for receiving the contact elements, an approximation of the coefficients of thermal expansion takes place.

Mit der Erfindung ist somit erreicht, dass trotz einer Wärmedehnung des keramischen Materials der Piezolagen auch dann keine dehnungsbedingten mechanischen Spannungen zwischen den Kernelektroden und der jeweiligen Wand der innenliegenden Bohrung zur Aufnahme der Kontaktelemente entstehen wenn die jeweilige Kernelektrode relativ fest mit der jeweiligen Wand der Bohrung, zum Beispiel durch Löten oder Kleben, verbunden ist.With The invention is thus achieved that, despite a thermal expansion the ceramic material of the piezoelectric layers then no strain-induced mechanical Tensions between the core electrodes and the respective wall of the inside bore for receiving the contact elements arise if the respective core electrode relatively fixed to the respective Wall of the bore, for example by soldering or gluing, connected is.

Vorteilhaft ist es hierbei auch, wenn die Wände der Bohrungen metallisiert sind, zum Beispiel mit einer Paste aus AgPd oder einer anderen elektrisch leitfähigen Dichtschicht. Die Wände der Bohrungen können auch beim Sintern des Piezoaktors durch Einbrennen einer leitenden Paste metallisiert werden.Advantageous It is also here, if the walls the holes are metallized, for example with a paste AgPd or another electrically conductive sealing layer. The walls of the Drilling can also during sintering of the piezoelectric actuator by burning in a conductive Paste metallized.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind an den Kernelektroden zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit den Wänden der Bohrungen Bürsten oder Fasern vorhanden. Selbst bei dieser Ausführungsform ist die Verwendung von Materialien für die Kernelektroden vorteilhaft, das den annähernd gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist wie zumindest teilweise das Keramikmaterial der Piezolagen. Hier ist der Spalt zwischen der jeweiligen Kernelektrode und der Wand sehr klein, so dass bei einer anderen Materialwahl die Bürsten oder Fasern bei unterschiedlicher Dehnung sonst stark verbogen würden oder auch Bruchgefahr bestehen würde.According to one advantageous embodiment at the core electrodes for making an electrical contact with the walls boring brushes or fibers present. Even in this embodiment, the use is of materials for the core electrodes advantageous, the approximately the same coefficient of thermal expansion has at least partially the ceramic material of the piezoelectric layers. Here is the gap between the respective core electrode and the Wall very small, so with a different choice of materials, the brushes or Fibers would otherwise be severely bent at different elongation or There would also be a risk of breakage.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist an den Kernelektroden zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit den Wänden der Bohrungen jeweils eine Siebelektrode vorhanden, die sich sieb- oder netzartig an die metallisierte Wand der jeweiligen Bohrung anfügt. Die Siebelektrode kann auf einfache Weise zumindest teilweise mit der Wand durch Löten mechanisch und elektrisch verbunden werden.at A further advantageous embodiment is at the core electrodes for making electrical contact with the walls of the bores in each case one sieve electrode is present, which is screen-like or net-like attaches to the metallized wall of the respective bore. The Sieve electrode can easily at least partially with the wall by soldering be mechanically and electrically connected.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

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

1 einen Längsschnitt durch einen Piezoaktor mit einem prinzipiellen geometrischen Aufbau nach dem Stand der Technik mit innenliegender Kontaktierung der Innenelektroden, 1 a longitudinal section through a piezoelectric actuator with a basic geometric structure 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 eine Kernelektrode mit dem gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten wie beim Keramikmaterial der Piezolagen zwischen den Innenelektroden vorhanden ist und eine Kontaktierung über Bürsten erfolgt und 2 a partial longitudinal section through an inventive embodiment of a piezoelectric actuator with internal contact, in which a core electrode with the same thermal expansion coefficient as the ceramic material of the piezoelectric layers between the internal electrodes is present and contacting takes place via brushes and

3 einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Piezoaktors mit innenliegender Kontaktierung, bei dem die Kontaktierung in Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach der 2 über ein angelötetes Sieb erfolgt. 3 a partial longitudinal section through an inventive embodiment of a piezoelectric actuator with internal contact, in which the contacting in a modification of the embodiment of the 2 via a soldered screen.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist ein als sogenannter Multilayer aufgebauter Piezoaktor 1 nach dem Stand der Technik DE 103 35 019 A1 gezeigt, der mit einem Piezoelement 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 constructed with a piezoelectric element of piezofilms of a quartz material having 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 longitudinally extending recesses or holes 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 Kernelektroden 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 Innenelektroden 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 core electrodes 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 internal electrodes 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 previously described effect can be caused. 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.

Bei einer erfindungsgemäßen Abwandlung des aus der 1 zu entnehmenden Piezoaktors 1 ist die Kernelektrode 7 oder 8 aus einem Material hergestellt, das den annähernd gleichen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist wie beim Keramikmaterial der Piezolagen zwischen den Innenelektroden 2 und 3. Dies sollte zumindest im Verhältnis zu den passiven Be reichen 10 der Piezolagen der Fall sein, die sich in dem Bereich befinden, in dem die Innenelektroden 2 oder 3 nicht bis an die Ausnehmungen bzw. Bohrungen 5 und 6 für die Kontaktierung heranreichen. Wie eingangs erwähnt ist das Keramikmaterial der Piezolagen beispielsweise Bleizirkonattitanat, so dass beispielsweise die Kernelektroden 7 und 8 aus einer Eisen-Nickel-Legierung, zum Beispiel aus Invar, hergestellt sein können.In a modification of the invention of the 1 to be taken piezoelectric actuator 1 is the core electrode 7 or 8th made of a material having approximately the same coefficient of thermal expansion as the ceramic material of the piezoelectric layers between the internal electrodes 2 and 3 , This should at least be proportionate to the passive Be 10 be the case of the piezoelectric layers, which are located in the area in which the internal electrodes 2 or 3 not to the recesses or holes 5 and 6 come close for contacting. As mentioned above, the ceramic material of the piezoelectric layers, for example lead zirconate titanate, so that, for example, the core electrodes 7 and 8th can be made of an iron-nickel alloy, for example from Invar.

Im passiven Bereich 10 der Piezolagen kann der Temperaturausdehnungskoeffizient α_PZT in der Größenordnung von 3 bis 4·10^–6·1/K liegen. Der Temperaturausdehnungskoeffizient α_Strahl bei einer herkömmlichen Kernelektrode 7 oder 8 aus Stahl würde bei 12·10^–6·1/K liegen. Bei einer Verwendung von Invar als Kernelektrode würde sich jedoch ein Temperaturausdehnungskoeffizient α_Invar von 0 bis 10·10^–6·1/K ergeben, der in der Nähe des Temperaturausdehnungskoeffizienten α_PZT der Piezolagen liegt.In the passive area 10 of the piezoelectric layers, the coefficient of thermal expansion α _PZT can be of the order of 3 to 4 · 10 ^-6 · 1 / K. The coefficient of thermal expansion α _ray in a conventional core electrode 7 or 8th made of steel would be 12 · 10 ^-6 · 1 / K. When using Invar as the core electrode, however, a coefficient of thermal expansion α _Invar of 0 to 10 · 10 ^-6 · 1 / K would result, which is in the vicinity of the coefficient of thermal expansion α _PZT the piezoelectric layers.

Der Übergang von der Kernelektrode 7 und 8 zur jeweiligen Wand der Bohrungen 5 und 6 erfolgt eventuell über einen leitenden Kleber, Leitsilikon oder ähnlichem. Die Wände der Bohrungen 5 und 6 können beispielsweise noch mit einer leitenden Paste, zum Beispiel aus AgPd oder einer anderen elektrisch leitfähigen leitenden Dichtungspaste, metallisiert sein, wobei dies beispielweise auch beim Sintern des Piezoelements eingebrannt werden kann.The transition from the core electrode 7 and 8th to the respective wall of the holes 5 and 6 possibly carried out via a conductive adhesive, conductive silicone or the like. The walls of the holes 5 and 6 For example, they may also be metallized with a conductive paste, for example made of AgPd or another electrically conductive conductive sealing paste, and this can be baked, for example, during sintering of the piezoelectric element.

Aus 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zu entnehmen, bei dem als Teillängsschnitt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer metallischen Kernelektrode 11, zum Beispiel aus Invar, dargestellt ist. Zur elastischen Kontaktierung sind hier Bürsten oder Fasern 12 beispielsweise wendelförmig in die jeweilige Kernelektrode 11 eingeflochten, die sich an die Wand 13 der Bohrung 5 anlehnen, welche beispielsweise auch mit einem Belag aus einer AgPd-Paste oder einer anderen elektrisch leitfähigen leitenden Dichtungspaste metallisiert sein kann.Out 2 shows a further embodiment, in which as a partial longitudinal section of an inventive arrangement with a metallic core electrode 11 , for example, from Invar, is shown. For elastic contacting here brushes or fibers 12 for example, helically into the respective core electrode 11 interwoven, which are on the wall 13 the bore 5 which may, for example, also be metallized with a coating of an AgPd paste or another electrically conductive conductive sealing paste.

Beim Ausführungsbeispiel nach 3 ist zur Kontaktierung der Kernelektrode 14 mit den Innenelektroden 2 und 3 eine Siebelektrode 15 vorhanden, die sich netzartige an die metallisierte Wand 13 der Bohrung 5 anfügt, wie es für eine entsprechende Anbringung an der Außenfläche eines Piezoaktors schon aus der eingangs erwähnten WO 00/79608 A1 bekannt ist. Zwischen der Siebelektrode 15 und der Wand 13 befindet sich ein Lot 16, mit dem sich eine elektrisch leitende und feste Verbindung der Siebelektrode 15 zur Bohrung 5 ergibt. Die Kernelektrode 14 als Stift oder Draht kann hier beispielsweise einfach in einer axialen nach außen geführten Verlängerung der Siebelektrode befestigt werden, z.B. durch Löten oder Leitkleben, so dass ein guter mechanischer und elektrischer Kontakt gewährleistet ist, der auch mechanischen Beanspruchungen im Betrieb des Piezoaktors 1 standhält.According to the embodiment 3 is for contacting the core electrode 14 with the internal electrodes 2 and 3 a sieve electrode 15 present, which is reticular to the metallized wall 13 the bore 5 attaches, as it is already known for a corresponding attachment to the outer surface of a piezoelectric actuator from the aforementioned WO 00/79608 A1. Between the sieve electrode 15 and the wall 13 there is a lot 16 , with which an electrically conductive and firm connection of the sieve electrode 15 for drilling 5 results. The core electrode 14 As a pin or wire can here, for example, be easily fixed in an axial outward extension of the wire electrode, for example by soldering or conductive bonding, so that a good mechanical and electrical contact is ensured, the mechanical stresses during operation of the piezoelectric actuator 1 withstand.

Gewerbliche Anwendbarkeitcommercial applicability

Die Erfindung ist beispielsweise zur Nadelhubsteuerung für die Kraftstoffeinspritzung in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor einsetzbar.The Invention is, for example, the Nadelhubsteuerung for fuel injection can be used in a motor vehicle with an internal combustion engine.

Claims

Piezoactuator, with - a multilayer structure of piezoelectric layers of a piezoelectric element with inner electrodes arranged between them in the effective direction ( 2 . 3 ), 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 ), with contact elements, each consisting of a core electrode ( 7 . 8th ; 11 ; 14 ) and an electrically conductive contact material ( 9 ; 12 ; 15 ), in the inner recess or holes ( 5 . 6 ) of the piezo actuator ( 1 ) are guided perpendicular to the layer structure to the outside, characterized in that - the core electrodes ( 7 . 8th ; 11 ; 14 ) are formed of a material having the approximately same temperature expansion coefficient (α) as at least partially the ceramic material of the piezoelectric layers.

Piezoelectric actuator according to Claim 1, characterized in that the temperature expansion coefficient (α _PZT ) of the piezoelectric layers is of the order of 3 to 4 × 10 ^-6 × 1 / K and the coefficient of thermal expansion (α) of the core electrodes ( 7 . 8th ; 11 ; 14 ) is in the range of 0 to 10 x 10 ^-6 x 1 / K.

Piezoelectric actuator according to claim 1 or 2, characterized in that - the piezoelectric layers of lead zirconate titanate and the core electrodes ( 7 . 8th ; 11 ; 14 ) are made of Invar or an iron-nickel alloy.

Piezoelectric actuator according to one of the preceding claims, characterized in that - at least in the passive region ( 10 ) of the piezoelectric layers in which the internal electrodes do not reach the recesses or holes ( 5 . 6 ) are introduced for receiving the contact elements, a coefficient of thermal expansion (α) is present at the temperature expansion coefficient (α) of the core electrodes ( 7 . 8th ; 11 ; 14 ) is aligned.

Piezoelectric actuator according to one of the preceding claims, characterized in that - the walls ( 13 ) of the holes ( 5 . 6 ) are metallized.

Piezoelectric actuator according to claim 5, characterized in that - the walls ( 13 ) of the holes ( 5 . 6 ) are metallized with a paste of AgPd.

Piezoelectric actuator according to claim 5 or 6, characterized in that - the walls ( 13 ) of the holes ( 5 . 6 ) during sintering of the piezoelectric actuator ( 1 ) are metallized by baking an electrically conductive paste.

Piezoelectric actuator according to one of the preceding claims, characterized in that - at the core electrodes ( 11 ) for making electrical contact with the walls ( 13 ) of the holes ( 5 . 6 ) Brushes or fibers ( 12 ) available.

Piezoelectric actuator according to one of claims 1 to 7, characterized in that - at the core electrodes ( 11 ) for making electrical contact with the walls ( 13 ) of the holes ( 5 . 6 ) in each case one sieve electrode ( 15 ) which is reticulated to the metallized wall ( 13 ) of the respective bore ( 5 . 6 ) and that - between the sieve electrode ( 15 ) and the wall ( 13 ) at least partially a lot ( 16 ) is located.

Piezoelectric actuator according to one of the preceding claims, characterized marked that - the entire arrangement for Nadelhubsteuerung for fuel injection can be used in a motor vehicle.