專利名稱：壓電致動(dòng)器及其所屬的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電致動(dòng)器，特別是一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)噴油裝置的噴射器的壓電致動(dòng)器，本發(fā)明還涉及一種所屬的按權(quán)利要求16所述的制造方法。
在現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)噴油裝置中，越來(lái)越多地使用壓電致動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)噴射器，其中壓電致動(dòng)器主要由一個(gè)由多個(gè)上下疊置的層狀壓電元件組成的堆垛構(gòu)成。在堆垛的各個(gè)層狀壓電元件之間有電極層，電極層實(shí)現(xiàn)了緊鄰的壓電元件之間電連接。在堆垛的兩個(gè)對(duì)置的側(cè)面上還涂覆有金屬噴鍍層，金屬噴鍍層在堆垛的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸，其中電極層交替地與兩個(gè)金屬噴鍍層之一電連接。但是壓電致動(dòng)器本身的電連接通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)電的連接銷進(jìn)行，在連接銷之間布置了壓電堆垛，其中這兩個(gè)連接銷相互隔離并分別與壓電堆垛的兩個(gè)金屬噴鍍層之一連接。
為了建立連接銷和壓電堆垛的金屬噴鍍層之間的電連接，壓電堆垛與連接銷一起以傳統(tǒng)的方式插入一個(gè)組合支架中，連接銷在該組合支架中相對(duì)于壓電堆垛固定在一個(gè)預(yù)定的位置上，然后將一根導(dǎo)電金屬絲繞著壓電堆垛和連接銷卷繞數(shù)圈。在壓電堆垛和連接銷被纏繞后，金屬絲的各個(gè)圈與金屬噴鍍層和連接銷釬焊，由此在金屬噴鍍層和所屬的連接銷之間建立電連接。切斷在相反極性的連接銷或者金屬噴鍍層之間剩余的金屬絲段并去除，以使其相互電絕緣。接著在壓電堆垛上進(jìn)行鈍化處理并在壓電堆垛的棱邊上粘貼一層薄膜作為棱邊保護(hù)裝置。最后將由壓電堆垛和兩個(gè)連接銷組成的單元從組合支架中取出，并插入合適的套筒中進(jìn)行澆注。
這種已知的壓電致動(dòng)器制造方法的缺點(diǎn)首先是要將各個(gè)壓電單元從組合支架中取出以進(jìn)行澆注，并且必須插入所屬的套筒以進(jìn)行澆注，這就要求附加的工作步驟。
另外壓電單元的兩個(gè)連接銷必須在澆注期間由一個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)向裝置精確定向，直到澆注材料硬化并且連接銷由此不能移動(dòng)地固定。
因此本發(fā)明的任務(wù)在于簡(jiǎn)化前述已知的壓電致動(dòng)器制造方法，其中必須保證壓電致動(dòng)器的連接銷的精確定向。
該任務(wù)通過(guò)一種按照權(quán)利要求1所述的新型安裝支架以及所屬的按權(quán)利要求16所述的制造方法來(lái)解決。
本發(fā)明包括普通的技術(shù)規(guī)范，各壓電堆垛與其所屬的連接銷在安裝時(shí)不必與其它壓電堆垛和所屬的連接銷一起插入組合支架中，而是插入獨(dú)立支架中，該獨(dú)立支架只容納一個(gè)唯一的壓電堆垛連同兩個(gè)所屬的連接銷。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，壓電致動(dòng)器接著可以在獨(dú)立支架中澆注，其中獨(dú)立支架在空間上固定壓電致動(dòng)器的兩個(gè)連接銷，這樣可以省去用于兩個(gè)連接銷的獨(dú)立的導(dǎo)向裝置。因此本發(fā)明為壓電致動(dòng)器設(shè)置了一個(gè)安裝支架，其構(gòu)造成只用于容納和夾持一個(gè)唯一的壓電堆垛和兩個(gè)所屬的連接銷的獨(dú)立支架。
按本發(fā)明的安裝支架優(yōu)選具有一個(gè)帶有集成的棱邊保護(hù)裝置的夾持器，以便于在金屬絲卷繞時(shí)保護(hù)壓電堆垛的軸向延伸的棱邊。這種棱邊保護(hù)裝置例如可以具有至少一個(gè)軸向延伸的連接片，其蓋住壓電堆垛需要保護(hù)的棱邊。因?yàn)樵诰砝@壓電單元時(shí)壓電堆垛的兩個(gè)對(duì)置的棱邊通常要承受機(jī)械載荷，棱邊保護(hù)裝置優(yōu)選蓋住壓電堆垛的兩個(gè)軸向延伸的相互對(duì)置的棱邊。這種類型棱邊保護(hù)裝置例如可以由此實(shí)現(xiàn)，即將按本發(fā)明的安裝支架的夾持器構(gòu)造成籠形，并且具有兩個(gè)端板，端板通過(guò)連接片相互連接，其中這兩個(gè)端板之間的連接片也附加地用作壓電堆垛的棱邊保護(hù)裝置。
對(duì)于這樣一種壓電堆垛的棱邊保護(hù)裝置，有利的是，在棱邊保護(hù)裝置和壓電堆垛之間留有一個(gè)縫隙并且該縫隙足夠大，使得在壓電致動(dòng)器在安裝支架中進(jìn)行澆注時(shí)可使?jié)沧⒉牧蠞B入。為此所要求的縫隙寬度主要取決于所使用的澆注材料的粘度和表面張力，并且可以通過(guò)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)很容易地獲得。
在將壓電單元用導(dǎo)電金屬絲進(jìn)行卷繞以便在連接銷和所屬的壓電堆垛金屬噴鍍層之間建立電連接時(shí)，壓電單元連同連接銷通常相對(duì)于金屬絲供給裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，這在卷繞過(guò)程中會(huì)引起金屬絲張力，該張力取決于壓電單元的旋轉(zhuǎn)速度以及壓電單元的有效卷繞半徑。為了簡(jiǎn)化金屬絲卷繞，壓電堆垛的軸向延伸的棱邊與連接銷和棱邊保護(hù)裝置在橫截面上優(yōu)選構(gòu)成具有至少六個(gè)角的多邊形。按本發(fā)明的安裝支架的這種結(jié)構(gòu)方案優(yōu)點(diǎn)是，金屬絲張力在卷繞過(guò)程期間只有微小的波動(dòng)。
在此需要提到的是，由壓電堆垛的棱邊、連接銷和棱邊保護(hù)裝置構(gòu)成的多邊形實(shí)際上并沒(méi)有數(shù)學(xué)上精確的角和棱邊，因此這個(gè)概念需要直觀地理解。因此例如籠形夾持器的端板之間的連接片實(shí)際上是進(jìn)行了較大程度的倒圓，但是這與本發(fā)明中多邊形的金屬絲卷繞橫截面不矛盾。
在此，當(dāng)由壓電堆垛的棱邊、連接銷以及棱邊保護(hù)裝置構(gòu)成的多邊形基本上等邊時(shí)是特別有利的，這可以減小在卷繞時(shí)金屬絲張力的波動(dòng)。因此多邊形的最長(zhǎng)側(cè)邊最多比多邊形的最短側(cè)邊長(zhǎng)20％，其中在這個(gè)區(qū)間內(nèi)的任意中間值都是可以的。
兩個(gè)連接銷優(yōu)選形狀配合連接地固定在按本發(fā)明的安裝支架的夾持器中，以便使連接銷在澆注過(guò)程期間精確定向。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，在澆注過(guò)程期間可以省去用于連接銷定向的獨(dú)立的導(dǎo)向裝置，由此顯著簡(jiǎn)化了制造。
連接銷在按本發(fā)明的安裝支架的夾持器中的形狀配合連接的固定例如可以由此實(shí)現(xiàn)，將連接銷用夾持器的材料(例如塑料)注塑包封或者包封。
為了將兩個(gè)連接銷在澆注期間進(jìn)行空間上的定向，將連接銷優(yōu)選固定在兩個(gè)橫向支承中，橫向支承分別阻止連接銷的橫向運(yùn)動(dòng)。這種類型橫向支承例如可以由籠形夾持器的端板中的孔構(gòu)成，連接銷可以穿過(guò)這些孔。
夾持器中的兩個(gè)連接銷在各個(gè)軸向支承中優(yōu)選至少在一端軸向固定，以便連接銷在澆注期間在軸向也可以精確定位。
除了上述的按本發(fā)明的安裝支架外，本發(fā)明還包括一種所屬的制造方法，其中壓電堆垛以及所屬的連接銷可以插入構(gòu)造成獨(dú)立支架的安裝支架中，這在上文中已經(jīng)解釋過(guò)了。
本發(fā)明的其它有利的改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的特征，或者下面接合對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例的描述以及參考附圖來(lái)進(jìn)行詳細(xì)解釋。
附圖示出

圖1示出了按本發(fā)明的安裝支架的透視圖；圖2示出了壓電堆垛的透視圖，該壓電堆垛可以插入圖1中所示的安裝支架來(lái)安裝壓電致動(dòng)器；圖3示出了圖1中所示的安裝支架，在圖2中所示的壓電堆垛可以插入該安裝支架中；以及圖4示出了澆注完畢狀態(tài)下的成品壓電致動(dòng)器。
圖1中的透視圖示出了用于壓電堆垛2的安裝支架1，壓電堆垛在圖2中詳細(xì)示出，并在下面進(jìn)行簡(jiǎn)短地描述。
壓電堆垛2由多個(gè)堆垛狀上下疊置的層狀壓電元件3組成，其中在各個(gè)壓電元件3之間分別布置一個(gè)電極層。
為了壓電堆垛2的電連接，在壓電堆垛的兩個(gè)對(duì)置的側(cè)面上分別設(shè)置金屬噴鍍層4，其在壓電堆垛2的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸，其中壓電堆垛2的各個(gè)電極層與金屬噴鍍層4以及與在圖中不可見(jiàn)的對(duì)置的金屬噴鍍層交替連接。
在壓電致動(dòng)器安裝時(shí)，預(yù)安裝的壓電堆垛2插入安裝支架1。為此安裝支架1是籠形的，并且具有兩個(gè)端板5、6，其通過(guò)縱向延伸的連接片7、8相互連接，其中在兩個(gè)端板5、6中分別設(shè)置了缺口9、10，壓電堆垛可以通過(guò)該缺口插入安裝支架1。在安裝狀態(tài)下，壓電堆垛2在軸線方向上穿過(guò)缺口9、10略微伸出安裝支架1，由此缺口9、10可以固定壓電堆垛2。
另外，在上端板5中在缺口9的旁邊側(cè)向還有用于容納兩個(gè)連接銷11、12的孔，而下端板6分別具有一個(gè)夾緊支承13，該夾緊軸承在端板6上一體地成形，并且將連接銷11或者12的下端部在橫向上進(jìn)行導(dǎo)向。在此連接銷11或者12的下端部置于端板6的上側(cè)面上，并由此在一端進(jìn)行軸向固定，這樣兩個(gè)連接銷11、12具有相同的軸向位置。
在壓電堆垛2插入安裝支架1后，由安裝單元1和壓電堆垛2組成的單元用導(dǎo)電金屬絲14卷繞，如從圖3中可以看出的那樣。
接著將金屬絲14與兩個(gè)連接銷11、12、壓電堆垛2的金屬噴鍍層4以及對(duì)置的不能看到的金屬噴鍍層焊接，以便建立電連接。
然后將金屬噴鍍層4和連接銷11之間的金屬絲段和連接銷12和對(duì)置的金屬噴鍍層之間的金屬絲段切斷并移除，以便使壓電堆垛2的兩個(gè)金屬噴鍍層4相互電絕緣。
在將壓電單元用金屬絲14卷繞，并將多余的金屬絲段移除后，壓電單元用一種澆注材料(例如硅樹脂)澆注，這樣在澆注材料硬化后就產(chǎn)生成品壓電致動(dòng)器15，其在圖4中示出。
在澆注期間，安裝支架1將兩個(gè)連接銷11、12固定在預(yù)定的位置上，這對(duì)于之后壓電致動(dòng)器15的電連接是重要的。這里有利的是相對(duì)于傳統(tǒng)的制造方法不再需要獨(dú)立的導(dǎo)向裝置用于連接銷11、12的固定。
另外需要提到的是，安裝支架1中的缺口9、10比壓電堆垛2的橫截面大，這樣澆注材料就可以滲入間隙中。
另外按本發(fā)明的安裝支架1特別有利的還有，安裝支架1的端板5、6之間的連接片7、8在用金屬絲14卷繞時(shí)保護(hù)壓電堆垛2的縱向延伸的棱邊。因此連接片7、8的橫截面成角形并且蓋住壓電堆垛2的兩個(gè)對(duì)置的棱邊。在此在連接片7、8和壓電堆垛2之間留有一個(gè)縫隙，其足夠大，使得澆注材料能夠滲入。
本發(fā)明并不限于上述優(yōu)選的實(shí)施例。更確切地說(shuō)還有多種變型方案和改進(jìn)方案，其同樣可以需要本發(fā)明的構(gòu)思，因此也處于保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.壓電致動(dòng)器(15)，特別是用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)噴油裝置的噴射器的壓電致動(dòng)器，其具有用于空間固定壓電堆垛(2)的夾持器(5-10)以及所屬的用于壓電堆垛(2)電連接的兩個(gè)連接銷(11、12)，其特征在于獨(dú)立支架的構(gòu)造只用于容納和夾持一個(gè)唯一的具有兩個(gè)所屬連接銷(11、12)的壓電堆垛(2)。
2.按權(quán)利要求1所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述夾持器(5-10)具有用于保護(hù)壓電堆垛(2)的軸向延伸的棱邊的棱邊保護(hù)裝置(7、8)。
3.按權(quán)利要求2所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述棱邊保護(hù)裝置具有至少一個(gè)軸向延伸的連接片(7、8)，連接片蓋住壓電堆垛(2)的軸向延伸的棱邊。
4.按權(quán)利要求2或者3所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述棱邊保護(hù)裝置(7、8)蓋住壓電堆垛(2)的兩個(gè)軸向延伸的相互對(duì)置的棱邊。
5.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于在所述棱邊保護(hù)裝置(7、8)和壓電堆垛(2)之間有縫隙，縫隙足夠大，使得在澆注時(shí)澆注材料能夠滲入其中。
6.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述壓電堆垛(2)的軸向延伸的棱邊與連接銷(11、12)和棱邊保護(hù)裝置(7、8)在橫截面上構(gòu)成具有至少六個(gè)角的多邊形，以簡(jiǎn)化金屬絲卷繞。
7.按權(quán)利要求6所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述多邊形基本上是等邊的，以便以近似不變的金屬絲張力進(jìn)行金屬絲卷繞。
8.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述連接銷(11、12)形狀配合連接和/或傳力連接地固定在夾持器中。
9.按權(quán)利要求8所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述連接銷(11、12)用夾持器(5-10)的材料注塑包封或者包封。
10.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述夾持器(5-10)主要由塑料制成。
11.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述兩個(gè)連接銷(11、12)在夾持器(5-10)中分別固定在兩個(gè)橫向支承中。
12.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述兩個(gè)連接銷(11、12)在夾持器(5-10)中軸向分別固定在一個(gè)軸向支承中。
13.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述夾持器(5-10)具有帶有用于將壓電堆垛(2)在其一個(gè)端部上導(dǎo)向的缺口(9)的第一端板(5)以及帶有用于將壓電堆垛(2)在其另一個(gè)端部上導(dǎo)向的第二端板(6)，其中兩個(gè)端板(5、6)通過(guò)連接片(7、8)相互連接。
14.按權(quán)利要求13所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述第一端板(5)中的缺口(9)以及/或者所述第二端板(6)中的缺口(10)大于壓電堆垛(2)的橫截面，以便澆注材料能夠滲入。
15.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的壓電致動(dòng)器(15)，其特征在于所述夾持器(5-10)與插入的壓電堆垛(2)以及插入的連接銷(11、12)用澆注材料澆注。
16.用于壓電致動(dòng)器(15)的制造方法，其具有下列步驟-將壓電堆垛(2)以及兩個(gè)連接銷(11、12)插入安裝支架(1)；-在兩個(gè)連接銷(11、12)和壓電堆垛(2)之間建立電連接，而壓電堆垛(2)和連接銷(11、12)插入在安裝支架(1)中，其特征在于所述安裝支架(1)只容納一個(gè)唯一的壓電堆垛(2)以及兩個(gè)所屬的連接銷(11、12)。
17.按權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于下面的步驟-將安裝支架(1)與插入的壓電堆垛(2)以及插入的連接銷(11、12)用一種硬化的澆注材料進(jìn)行澆注。
18.按權(quán)利要求17所述的制造方法，其特征在于下面的步驟-將安裝支架(1)與插入的壓電堆垛(2)以及插入的連接銷(11、12)插入注模；并接著-將安裝支架(1)用澆注材料在注模中澆注。
19.按權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于下面的步驟-將安裝支架(1)與插入的壓電堆垛(2)和插入的連接銷(11、12)用至少一種導(dǎo)電金屬絲(14)進(jìn)行卷繞；-金屬絲(14)的金屬絲段分別與兩個(gè)連接銷(11、12)中的一個(gè)以及壓電堆垛(2)的兩個(gè)連接觸點(diǎn)(4)中的一個(gè)電連接；-將連接的金屬絲段之間的金屬絲(14)切斷，并將切下的金屬絲段移除。
20.按權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于所述安裝支架(1)具有至少一個(gè)棱邊保護(hù)裝置(7、8)，以便保護(hù)壓電堆垛(2)的軸向延伸的棱邊。
21.按權(quán)利要求15至20中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于所述澆注材料是硅樹脂。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于壓電致動(dòng)器(15)、特別是用于驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)噴油裝置的噴射器的壓電致動(dòng)器的安裝支架，其具有一個(gè)用于空間固定壓電堆垛(2)的夾持器(5－10)以及兩個(gè)所屬的用于壓電堆垛(2)電接通的連接銷(11、12)。根據(jù)本發(fā)明該安裝支架構(gòu)造成獨(dú)立支架，其只用于容納一個(gè)唯一的具有兩個(gè)所屬連接銷(11、12)的壓電堆垛(2)。另外本發(fā)明還包括一種所屬的制造方法。
文檔編號(hào)F02M51/06GK1867763SQ200480030282
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2004年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者B·德爾加斯特, C·舒, C·楚姆斯特魯爾 申請(qǐng)人:西門子公司