專利名稱：壓電陶瓷的多層執(zhí)行器、用于制造壓電陶瓷的多層執(zhí)行器的方法和噴射系統(tǒng)的制作方法
壓電陶乾的多層執(zhí)行器、用于制造壓電陶瓷的 多層執(zhí)行器的方法和噴射系統(tǒng)
本發(fā)明涉及一種壓電陶瓷的多層執(zhí)行器、 一種用于制造壓電陶瓷的 多層執(zhí)行器的方法和一種具有壓電陶瓷的多層執(zhí)行器的噴射系統(tǒng)。
噴射系統(tǒng)，特別是無漏油的同路噴射系統(tǒng)，需要高壓室中的控制件， 例如壓電執(zhí)行器或壓電陶乾的多層執(zhí)行器。為了確保即使在直至
2000bar的高壓下壓電執(zhí)行器也能工作，壓力必須在旁側(cè)也能作用到壓 電堆垛或壓電陶資體上，以便輔助支持壓電執(zhí)行器的壓電堆垛的伸長性。
這種壓電扭一f亍器例如在WO 02/061856 Al中有所i己載。其中該壓電 執(zhí)行器的陶資體包封有聚合物密封圈或塑料密封圈。然而對于至本申請 的申請日公知的燃料而言，在例如2000bar的高燃料壓力下，陶瓷體相
見的燃料的有時無法避免的導電性，例如由于含有少量的酸，在壓電陶 瓷被少量浸濕時可能就已經(jīng)出現(xiàn)在壓電執(zhí)行器的內(nèi)電極之間的電壓擊 穿。另外在極化裂縫(Polungsrissen )處會出現(xiàn)塑料包封的高度膨脹， 這惡化了所述問題。另外在WO 02/061856 Al中說明了在壓電堆垛和聚 合物密封圈或塑料密封圈之間使用填充材料。但對于所述填充材料而言 存在如下問題在壓電堆垛膨脹時，填充材料會流入到所產(chǎn)生的中間空 間或縫隙中，在壓電堆垛反向移動時，填充材料會被損壞。因此，在壓 電執(zhí)行器的工作期間，填充材料被耗盡或損壞。減少的填充材料卻引起 在外部施加在壓電執(zhí)行器上的壓力無法再有效地傳遞到壓電堆垛上。
此外申請人知道，為了將壓力傳遞到壓電執(zhí)行器的壓電堆垛上，采 用密閉地密封的金屬的套管來解決，該套管使得液壓力通過例如由塑料 構(gòu)成的填充物質(zhì)傳遞到壓電陶瓷體的側(cè)面上。申請人所知道的這種解決 方案卻有如下缺點塑料的熱膨脹系數(shù)大于壓電陶瓷的熱膨脹系數(shù)多個 數(shù)量級，因此需要例如借助充有空氣或氣體的空腔來實現(xiàn)體積補償。所 需要的空腔卻大大地減小了可在旁側(cè)傳遞到壓電陶瓷或壓電堆垛上的 力，從而明顯減小了對壓電堆垛的縱向伸長的輔助支持。
另外，在這種公知的解決方案中存在提高執(zhí)行器的必需的占用空間
的問題。因為由于塑料的熱膨脹系數(shù)大于金屬殼層，填充材料的體積不 可以超出 一定的量，否則在工作中出現(xiàn)的溫度和壓力的極端組合的情況 下可能會超出金屬殼層的最大可承受的壓力幅度。在如上所述填充殼層 和壓電堆垛之間的空腔時，對于多層執(zhí)行器的緊湊的和節(jié)省空間的構(gòu)造 方式來說，很難或者不可能實現(xiàn)必需的體積減小，因為金屬殼層的內(nèi)直 徑和壓電堆垛的外接觸部分之間的距離的大小必須按比例來選擇，以侵_ 在生產(chǎn)條件下給定的造型精度以及工作條件下壓電堆垛和金屬殼層的 形狀變化的情況下處處都能保證足夠的鈍化厚度。
另外，申請人已知一種具有緊湊結(jié)構(gòu)的壓電堆垛的接觸機構(gòu)，該接
觸才幾構(gòu)由用于正極和負才及的直徑約為lmm的每個金屬銷釘構(gòu)成，該金 屬銷釘分別通過大約60個金屬絲與壓電堆垛的外金屬部分導電地連接。 這些銷釘優(yōu)選延伸經(jīng)過壓電堆垛的整個長度。在此，這些金屬絲以相同 的距離固定在銷釘和壓電堆垛的外金屬部分上，從而在金屬部分或金屬 絲中斷時壓電堆垛的電容最多損失1/60。但該解決方案并不適于隨之實 現(xiàn)接觸機構(gòu)，特別是用于正極和負極的銷釘、壓電堆垛的移動，特別是 伸長。另外，通過金屬銷釘和用于接觸壓電堆垛的金屬部分的所配設(shè)的 金屬絲來制造接觸機構(gòu)比較昂貴。此外，由銷釘和金屬絲構(gòu)成的外接觸 部分或壓電堆垛的外電極的電流負載能力較小。這特別是在局部短路時 到導致問題，這些問題會直至導致多層執(zhí)行器的損壞。
本發(fā)明的目的在于，提供一種壓電陶瓷的多層執(zhí)行器，特別是一種 盡可能緊湊的壓電陶瓷的多層執(zhí)行器，其中多層執(zhí)行器的外電極的電中 斷不會導致或者僅僅導致能工作的壓電層的最小損失。
另一目的是，提出一種具有高電流負載能力的壓電陶瓷的多層執(zhí)行 器，特別是一種盡可能緊湊的壓電陶瓷的多層執(zhí)行器，其中多層執(zhí)行器 的外電極的電中斷不會導致或者僅僅導致能工作的壓電層的最小損失。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種壓電陶瓷的多層執(zhí)行器，其中在 外部施加在多層執(zhí)行器上的壓力盡可能有效地傳遞、特別是分布到多層 執(zhí)行器的壓電堆垛上。
本發(fā)明的目的還在于，提出一種多層執(zhí)行器，其特別是即使在高壓 環(huán)境下，例如在超出2000bar的環(huán)境下也能得到保護防止電壓擊穿。
根據(jù)本發(fā)明，其中至少一個所述目的通過具有權(quán)利要求1的特征的 壓電陶資的多層執(zhí)行器和Z或通過具有權(quán)利要求20的特征的方法和/或通
過具有權(quán)利要求21的特征的噴射系統(tǒng)得以實現(xiàn)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，提出一種帶有壓電堆垛的壓電陶瓷的多層執(zhí)行 器，該壓電堆垛具有N個壓電層，其中至少一個可伸長的外電極提供了 至少兩個在外電極的供電電勢接頭區(qū)域和壓電堆垛的通過外電極接觸 的相應(yīng)的內(nèi)電才及之間的電流-各徑。
因此，即使在任一 內(nèi)電極和相應(yīng)的外電極之間局部中斷和/或在該內(nèi) 電極和與該內(nèi)電極相鄰的內(nèi)電極之間中斷，也會有利地存在至少另 一 個 在該內(nèi)電才及和相應(yīng)的外電極之間的電流路徑。該另 一 電流路徑可以直接 在該內(nèi)電極和外電極的供電電勢接頭區(qū)域之間延伸，或者經(jīng)由金屬部分 和另一內(nèi)電極延伸至供電電勢接頭區(qū)域。因此， 一個或多個中斷所涉及 的所述內(nèi)電極也可以-故有利地供應(yīng)以電流，從而通過所述內(nèi)電才及來觸發(fā) 的相應(yīng)的壓電層保持能夠工作。根據(jù)本申請，中斷系指如下之處，即特 別是由于機械過載或材料裂縫，不再有電流流經(jīng)該處。
根據(jù)本發(fā)明對外電極的設(shè)計因此提供了 一種備用裝置，用于備用地 給應(yīng)接觸的內(nèi)電極供應(yīng)電流。因此，即4吏在外電才及局部中斷的情況下也 能確保壓電堆垛不會損失電容或可工作的壓電層。
另外，本發(fā)明的外電極可伸長，從而它還適于參加壓電堆垛的移動， 特別是壓電堆垛的縱向移動。通過外電極的可伸長性和可移動性，確保 在外電極上很少出現(xiàn)或者不會出現(xiàn)拉應(yīng)或剪應(yīng)力。因此，對外電極的機 械負面影響或損壞的可能性得到減小。由此還減小了外電極中斷的可能 性。
本發(fā)明的有益設(shè)計和改進可由從屬權(quán)利要求以及對照附圖的說明得到。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的設(shè)計，壓電堆垛為圓柱形。在安裝通常是 圓柱形的多層執(zhí)行器或壓電執(zhí)行器之后，通過使用圓柱形的壓電堆垛可 以實現(xiàn)壓電堆垛的側(cè)表面與多層執(zhí)行器的外殼面之間的距離在橫截面 中基本上處處相同。由此，多層執(zhí)行器內(nèi)的空間比通常的角狀的壓電堆 垛-故更好地利用。圓柱形的壓電堆垛例如通過如下方式來制造，即它通 過冠狀鉆頭由層疊和壓制好的壓電塊切裁而成。
根據(jù)另 一種優(yōu)選的設(shè)計，外電極具有與壓電堆垛的側(cè)表面基本適配 的面狀的形狀，且至少部分地包圍壓電堆垛。外電極的面狀的形狀具有
如下優(yōu)點外電極的體積很大，因此外電極的電流負載能力很高。由于
面狀的外電極與壓電堆垛的側(cè)表面適配，在外電極的厚度不變大和由此 不會限制多層執(zhí)行器的緊湊性的情況下，外電極的體積顯著變大，外電 極的電流負載能力進一步明顯提高。優(yōu)選外電極是與壓電堆垛的側(cè)表面 基本適配的面狀的由金屬板網(wǎng)或多孔板或例如由因瓦合金構(gòu)成的絲網(wǎng) 或者彈簧管。
根據(jù)另一種優(yōu)選的改進，外電極圍跨壓電堆垛的半圓周的30%至 50%、優(yōu)選40%至49%、特別優(yōu)選45%至49%的區(qū)域。
根據(jù)另一種優(yōu)選的設(shè)計，壓電堆垛具有N個第一內(nèi)電極和N個第 二內(nèi)電極，其中在第一內(nèi)電極和第二內(nèi)電極之間設(shè)有壓電層，N個第一 內(nèi)電極與第一外電極電耦聯(lián)，N個第二內(nèi)電極與第二外電極電耦聯(lián)。
根據(jù)另 一種優(yōu)選的設(shè)計，第 一外電極和第二外電極基本圍跨壓電堆 垛，其中第一外電極與第一金屬部分(該第一金屬部分電接觸N個第一 內(nèi)電極)，第二外電極與第二金屬部分(該第二金屬部分電接觸N個第 二內(nèi)電極)連接，特別是與其電接觸。第一外電極和第二外電極基本圍 跨壓電堆垛，第一外電極和第二外電極的體積由此得到增大，而不會增 加外電極的厚度，從而多層執(zhí)行器的緊湊性不必得到限制。外電極的體 積增大有益地導致該外電極的電流負載能力的提高。
根據(jù)另一種優(yōu)選的設(shè)計，外電極具有
-供電電勢接頭區(qū)域；
-N個指形件，它們平行地在金屬部分上分別在內(nèi)電極的區(qū)域中電
接觸；
-沿著壓電堆垛的軸向平行設(shè)置的N個橋形接片，它們沿著圓周方 向圍跨壓電堆垛并與壓電堆垛有第一距離，其中每兩個相鄰的橋形接片 被至少一個沿著圓周方向設(shè)置的用于提高外電極的可伸長性的縫隙相 互隔開，并通過至少一個沿著壓電堆垛的縱向設(shè)置的用于導電的橋形段 相互連接；
-沿著壓電堆垛的橫向設(shè)置的N個連接段，其中每一個連接段都使 得相應(yīng)的指形件與相應(yīng)的橋形接片電連接。
在此，在縱向相鄰的縫隙優(yōu)選沿著圓周方向相互錯位地i殳置。 根據(jù)另一種優(yōu)選的設(shè)計，外電極具有
-供電電勢接頭區(qū)域；
-沿著壓電堆垛的縱向設(shè)置的第一蛇曲形的區(qū)段，其與供電電勢接
頭區(qū)域電耦聯(lián)，且具有N/2個第一彎曲段；
-平行于第一蛇曲形的區(qū)段設(shè)置的第二蛇曲形的區(qū)段，其與供電電 勢接頭區(qū)域電耦聯(lián)，且具有N/2個第二彎曲段；
-N個指形件，它們平行地在金屬部分上，分別在內(nèi)電極的區(qū)域中 電接觸，并交替地與第 一蛇曲形的區(qū)段或者與第二蛇曲形的區(qū)段電耦 聯(lián)。
根據(jù)另一種優(yōu)選的設(shè)計，每個第(2n)個指形件都與相應(yīng)的第一彎 曲段連接，每個第(2n+l)個指形件都與相應(yīng)的第二彎曲段連接，其中 "[1，…,N]。
根據(jù)另 一種優(yōu)選的設(shè)計，每個指形件都在相應(yīng)的彎曲段的頂點區(qū)域 中與相應(yīng)的彎曲段連接。
通過指形件與第 一蛇曲形的區(qū)段或第二蛇曲形的區(qū)段交替地連接， 提供了外電極的最佳的可伸長性?？傊?，交替連接的配置提供了在外電 極的可伸長性、壓力傳遞性和備用性之間的最佳折衷。
根據(jù)另 一種優(yōu)選的設(shè)計，第 一外電極與第 一金屬部分通過焊接或者 通過至少一個焊線(Bondingdraht)連接，和/或第二外電極與第二金屬 部分通過焊接或者通過至少一個焊線連接。替代地也可以考慮，第一外 電極與第 一金屬部分和/或第二外電極與第二金屬部分一體構(gòu)造。
根據(jù)本發(fā)明的另 一種優(yōu)選的改進，壓電堆垛在其側(cè)表面上具有第一 空留位置，在該第一空留位置設(shè)有第一金屬部分，和/或壓電堆垛在其側(cè) 表面上具有第二空留位置，在該第二空留位置設(shè)有第二金屬部分。優(yōu)選 第 一 空留位置的深度使得第 一金屬部分在由圓柱形的壓電堆垛的半徑 確定的空間中伸展，和/或第二空留位置的深度使得金屬部分在由圓柱形 的壓電堆垛的半徑確定的空間中伸展。由于根據(jù)本發(fā)明將金屬部分設(shè)置 在由圓柱形的壓電堆垛的半徑確定的空間中，所以可以節(jié)省空間，這導 致多層執(zhí)行器改進的緊湊的構(gòu)造方式。
根據(jù)另一種優(yōu)選的改進，設(shè)有至少包圍壓電堆垛、第一外電極和第 二外電極的包封物。包封物優(yōu)選是一種波形管，該波形管具有M個波， 且特別是金屬的。特別地，可伸長的外電極適于吸收(aufnehmen)包 封物與外電才及之間的第 一相對移動和外電極與壓電堆垛之間的第二相 對移動。由于吸收相對移動，根據(jù)本發(fā)明可以實現(xiàn)，包封物以及外電極 參與壓電堆垛的每個移動。通過包封物的波形管狀的設(shè)計，可以有益地
改進對移動的吸收。波形管特別是金屬的，且即使對于市場上常見的燃 料的無法避免的導電性而言也可以實現(xiàn)使得壓電陶瓷的多層執(zhí)行器受 到保護防止電壓擊穿。第一外電極和第二外電極有利地適于將在外部施 加在包封物上的壓力傳遞到壓電堆垛上。這有利地支持了壓電堆垛的可 伸長性，由此改善了壓電陶瓷的多層執(zhí)行器的工作能力。
根據(jù)另 一種優(yōu)選的改進，在壓電堆垛和外電極之間設(shè)有第 一鈍化 層，在外電極和包封物之間設(shè)有第二鈍化層。笫一鈍化層和第二鈍化層 特別是分別形成用于第一外電極和第二外電極的鈍化罩。由此有益地避 免了在壓電堆垛和外電極之間的電壓擊穿以及設(shè)置在外電極之外的諸 如包封物的單元或部件的電壓擊穿。
根據(jù)另 一種優(yōu)選的設(shè)計，第 一鈍化層和/或第二鈍化層主要由彈性 體、特別是特氟隆構(gòu)成，或者由凝膠構(gòu)成。有益地，通過以彈性體涂層 或者通過以凝膠包封,可以實現(xiàn)在將外部施加的壓力傳遞到壓電堆垛上 時的減小的或最小的摩擦。減小的或最小的摩擦導致在傳遞和分布在外 部施加在多層執(zhí)行器上的壓力時最小的能量損耗。
根據(jù)另一種優(yōu)選的改進，在波形管的至少一個波中設(shè)有O形環(huán)狀的 支撐件，其特別是由彈性體、例如特氟隆構(gòu)成。O形環(huán)狀的支撐件有利 于波形管的機械穩(wěn)定性,因此有助于提高多層執(zhí)行器的壽命。有益地， O形環(huán)狀的支撐件被涂層有彈性體，從而出現(xiàn)很小的或最小的摩擦損耗。
根據(jù)另 一種優(yōu)選的設(shè)計，波形管是能縱向和/或橫向伸長的波形管。
根據(jù)另一種優(yōu)選的設(shè)計，多層執(zhí)行器為圓柱形。
根據(jù)另 一種優(yōu)選的設(shè)計，第一鈍化層和/或第二鈍化層的硬度至少為 肖氏硬度A70。
根據(jù)另一種優(yōu)選的設(shè)計，為每個外電極都設(shè)有接頭，該接頭接觸外
下面借助附圖中示意性地示出的實施例詳細il明本發(fā)明。圖中示
出


圖1 a為根據(jù)本發(fā)明的外電極的優(yōu)選實施例的立體圖； 圖lb為可與根據(jù)圖la的本發(fā)明的外電極耦聯(lián)的壓電堆垛的示意性 的橫剖視圖2為本發(fā)明的多層執(zhí)行器的第一實施例的正視圖3為根據(jù)圖2的本發(fā)明的多層執(zhí)行器的第一實施例的側(cè)視圖4為根據(jù)圖2和3的本發(fā)明的多層執(zhí)行器的第 一 實施例的立體圖； 圖5為本發(fā)明的多層執(zhí)行器的第二實施例的示意性的橫剖視圖； 圖6為本發(fā)明的多層執(zhí)行器的第三實施例的示意性的橫剖視圖； 圖7為本發(fā)明的多層執(zhí)行器的第四實施例的示意性的橫剖視圖； 圖8為根據(jù)本發(fā)明的外電極的另一優(yōu)選的實施例的立體圖； 圖9a為具有根據(jù)圖8的本發(fā)明的外電極的多層執(zhí)行器的第五實施 例的立體圖；和
圖9b為根據(jù)圖9a的多層執(zhí)行器的第五實施例的旋轉(zhuǎn)90°的立體圖。
在所有附圖中，相同的或相同功能的部件和單元-只要未另外說明 -標有相同的附圖標記。
對于本發(fā)明的壓電陶瓷的多層執(zhí)行器1的下面說明的這些實施例來
極4、 5可伸長地構(gòu)造，并提供了至少兩個在外電極4、 5的供電電勢接 頭區(qū)域4a、 5a和壓電堆垛2的至少一個通過外電極4、 5接觸的內(nèi)電極 6、 7之間的電流路》圣。
圖1為本發(fā)明的外電極4的實施例的立體圖。根據(jù)圖la的本發(fā)明 的外電極4優(yōu)選在其旁側(cè)伸出的區(qū)域中具有用于接觸壓電堆垛2的指形 件18a-18f。
圖lb為可與根據(jù)圖la的本發(fā)明的外電極4耦聯(lián)的壓電堆垛2的示 意性的4黃剖岸見圖。優(yōu)選壓電堆i呆2具有N個第 一 內(nèi)電才及6和N個第二內(nèi) 電極7。這里，在第一內(nèi)電極6和第二內(nèi)電極7之間設(shè)有壓電層3。 N 個第 一 內(nèi)電極6通過第 一金屬部分9與根據(jù)圖la的第 一外電極4耦聯(lián)。 N個第二內(nèi)電極7通過第二金屬部分10與第二外電極5 (未在圖la和 lb中示出)耦聯(lián)。根據(jù)圖la的第一外電極4與第一金屬部分9的電耦 聯(lián)-第一內(nèi)電極6與該第一金屬部分連接-通過圖la和lb之間的虛線 局部示出。
優(yōu)選本發(fā)明的外電極4具有多個指形件18a-18f。特別地， 一個指形 件、例如指形件18a與第一金屬部分9在內(nèi)電極6的區(qū)域中連接。例如， 在與指形件18a連接的內(nèi)電極6之間存在兩個不同的在所述內(nèi)電極6和 外電才及4的供電電勢接頭區(qū)域4a之間的電流路徑II和12。供電電勢接 頭區(qū)域4a可與接頭16 (見圖2)耦聯(lián)。通過接頭，外電極4以及與外
電極4耦聯(lián)的第一內(nèi)電極6可被施加預(yù)定的供電電勢。如果例如外電極
4在區(qū)域23中中斷，那么盡管第一電流路徑Il中斷，但第二電流路徑 12不會中斷。此外，產(chǎn)生了多個其它的用于根據(jù)圖lb的最上面的第一 內(nèi)電極6的通過第一金屬部分9和第一外電極4的與第一金屬部分9耦 聯(lián)的指形件18a-18f的電流路徑。類似的情況適于所有其它的內(nèi)電極6。
優(yōu)選外電才及4具有供電電勢接頭區(qū)域4a、 N個指形件18a-18f、 N 個橋形接片24a-24f和N個連接l殳27a-27f。 N個指形件18a-18f平行地 在金屬部分9上，分別優(yōu)選在內(nèi)電極6a-6e的區(qū)域中電接觸。N個橋形 接片24a-24f沿著壓電堆垛2的軸向上平行布置。N個橋形接片24a-24f 沿著圓周方向圍跨壓電堆垛并具有至壓電堆垛2的預(yù)定的距離Zll (見 圖3)。每兩個相鄰的橋形接片24a-24f4皮至少一個沿著壓電堆垛2的圓 周方向設(shè)置的用于提高外電極4的伸長性的縫隙25a-25r相互隔開，并 通過至少一個沿著壓電堆垛2的縱向設(shè)置的用于導電的橋形段26a-26n 相互連接。N個連接段27a-27f沿著壓電堆垛2的橫向設(shè)置，其中每一 個連接段27a-27f都使得相應(yīng)的指形件28a-28e與相應(yīng)的橋形接片 24a-24f電連接。
這里，在縱向相鄰的縫隙優(yōu)選沿著圓周方向相互^"位地設(shè)置。
圖2和3為本發(fā)明的多層執(zhí)行器1的第 一實施例的正視圖和側(cè)岸見圖。 第一外電極4和第二外電極5基本圍跨壓電堆垛2。第一電極4與第一 接頭16耦聯(lián)，第二電極5與第二接頭17耦聯(lián)。第一接頭16與第一外 電極4的用于給第一內(nèi)電極6供應(yīng)第一供電電勢的供電電勢接頭區(qū)域4a 耦聯(lián)，特別是與其接觸。第二接頭17與第二外電極5的用于給第二內(nèi) 電極7供應(yīng)第二供電電勢的供電電勢接頭區(qū)域5a接觸。例如，第一接 頭16與供電電勢(未示出)的正極連接，第二接頭17與供電電勢的負 極連接。于是，例如第一電極6處于正的供電電勢，而第二內(nèi)電極7則 處于負的供電電勢。由第一供電電勢和第二供電電勢的差得到的電勢差 或者電壓用于控制壓電層3。
圖4為根據(jù)圖2和3的本發(fā)明的多層執(zhí)行器1的第一實施例的立體 圖。優(yōu)選相應(yīng)的外電極4、 5通過其指形件18a-18e與相應(yīng)的金屬部分9、 IO接觸。優(yōu)選第一外電極4與第一金屬部分9通過焊接或者通過至少一 個焊線(未示出)連接，和/或第二外電極5與第二金屬部分10通過焊 接或者通過至少一個焊線連接。替代地，第一外電極4與第一金屬部分
9和/或第二外電才及5與第二金屬部分10也可以一體構(gòu)造。
圖5為本發(fā)明的壓電陶瓷的多層執(zhí)行器1的第二實施例的示意性的 橫剖視圖。多層執(zhí)行器1的壓電堆垛2具有壓電活性的區(qū)域21,且在兩 個相對的邊緣區(qū)域上分別具有壓電鈍性的區(qū)域22。優(yōu)選在壓電鈍性的區(qū) 域22內(nèi)設(shè)置金屬部分9、 10。第一外電極4與第一金屬部分9電耦聯(lián)， 以便觸發(fā)第一內(nèi)電極6。第二外電極5與第二金屬部分10電耦聯(lián)，以便 觸發(fā)第二電極7。
優(yōu)選在壓電堆垛2和外電極4、 5之間設(shè)有第一鈍化層14。在外電 極4、 5上還設(shè)有第二鈍化層15。鈍化層14、 15形成分別用于第一外電 極4和用于第二外電極5的鈍化罩。優(yōu)選第一鈍化層14和/或第二鈍化 層15的硬度至少為肖氏硬度A70。通過鈍化層14、 15被鈍化的外電極 4、 5優(yōu)選形成一種傳遞才幾構(gòu)，該傳遞才幾構(gòu)將在外部施加在多層執(zhí)行器上 的壓力傳遞到壓電堆垛2上且具有10(Lim-1000nm、優(yōu)選100pm-20(Vm 的厚度D。第一外電極4與第二金屬部分IO通過第一分離區(qū)域19電解 耦。第二外電極5與第一金屬部分9通過第二分離區(qū)域20電解耦。優(yōu) 選壓電堆垛2為圓柱形。
圖6為本發(fā)明的多層執(zhí)行器1的第四實施例的示意性的橫剖視圖。 根據(jù)圖6的第三實施例與根據(jù)圖5的第二實施例的區(qū)別在于，壓電堆垛 2不是圓柱形的，而是基本為長方六面體形。舉例地示出了壓電鈍性的 區(qū)域22的兩種不同的實施方式。
圖7為本發(fā)明的壓電陶瓷的多層執(zhí)行器1的第四實施例的示意性的 橫剖視圖。根據(jù)圖7的第四實施例與根據(jù)圖5的第二實施例基本相對應(yīng)。 此外，在根據(jù)圖7的第四實施例中設(shè)有包封物13,該包封物至少包圍壓 電堆垛2、第一外電極4和第二外電極5。此外，包封物13還包圍第一 鈍化層14和第二鈍化層15，這兩個鈍化層形成用于第一外電極4和第 二外電極5的兩個鈍化罩。
優(yōu)選壓電堆垛2在其側(cè)表面8上具有第一空留位置11,在該第一空 留位置上設(shè)有第一金屬部分9。壓電堆垛2在其側(cè)表面8上特別是還具 有第二空留位置12，在該第二空留位置設(shè)有第二金屬部分10。
特別地，第一空留位置11的深度使得第一金屬部分9在由圓柱形 的壓電堆垛2的半徑r確定的空間中伸展，和/或第二空留位置]2的深 度使得第二金屬部分10在由圓柱形的壓電堆垛2的半徑r確定的空間中 伸展。
包封物13例如是一種波形管，該波形管具有M個波，且特別是金
屬的。另外，優(yōu)選在波形管13的至少一個波中設(shè)有O形環(huán)狀的支撐件， 其特別是由彈性體、例如特氟隆構(gòu)成。波形管13優(yōu)選能縱向和/或橫向
可伸長。在總體上，多層執(zhí)行器1特別是圓柱形的。
特別地，第 一外電極4和第二外電極5適合于將在外部施加在包封 物上的用于改善壓電堆垛2的可伸長性的壓力P傳遞到壓電堆垛2上。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的外電極4的另一優(yōu)選的實施例的立體圖。夕卜電 極4優(yōu)選具有供電電勢接頭區(qū)域4a、第一蛇曲形的區(qū)段28、第二蛇曲 形的區(qū)段30和N個指形件18a-18m。第一蛇曲形的區(qū)段28沿著壓電堆 垛2的縱向設(shè)置。第 一 蛇曲形的區(qū)段2 8與供電電勢接頭區(qū)域4 a電耦聯(lián)， 且具有N/2個第一彎曲段29a-29g。第二蛇曲形區(qū)段30與第一蛇曲形區(qū) 段28平行布置。第二蛇曲形的區(qū)段30與供電電勢接頭區(qū)域4a電耦聯(lián)， 特別是與其電連接。第二蛇曲形的區(qū)段30具有N/2個第二彎曲段 31a-31g。 N個指形件18a-18m平行地在金屬部分9上，分別在內(nèi)電極 6a-6e的區(qū)域中電接觸，并交替地與第一蛇曲形的區(qū)段28或者與第二蛇 曲形的區(qū)段30電耦聯(lián)。特別地，供電電勢接頭區(qū)域4a、第一蛇曲形的 區(qū)段28、第二蛇曲形的區(qū)段30以及N個指形件18a-18m為構(gòu)造本發(fā)明 的外電極4而 一體地構(gòu)造。
優(yōu)選地，每個第(2n)個指形件18a、 18c、 18e、 18g、 18i、 18k、 18m與相應(yīng)的第一彎曲段29a-29g連接，每個第(2n+l )個指形件18b、 18d、18f、18h、18j、181都與相應(yīng)的彎曲段31a-31g連接，其中n6 [1，…,N]。
特別地，每個指形件18a-18m都在相應(yīng)的彎曲段29a-29g; 31a-31g 的頂點區(qū)域中與相應(yīng)的彎曲段29a-29g; 31 a-31 g連接。
的多層執(zhí)行器1的第五實施例的立體圖。圖9a示出，第一外電極4和 第二外電極5基本圍跨壓電堆垛2。在此，相應(yīng)的外電極4、 5圍跨壓電 堆垛2的半圓周的30%至50% 、優(yōu)選40%至49%、特別優(yōu)選45%至 49 %的區(qū)域。第一外電才及4和第二外電極5在每一側(cè)都間隔第二距離』 2。
圖9b為根據(jù)圖9a的多層執(zhí)行器1的第五實施例的旋轉(zhuǎn)90。的立體 圖。在此只能看到第一外電極4，但看不到第二外電極5。第一外電極4
通過其指形件18e、 18d(為明了起見，只有這兩個指形件標有附圖標記) 與第 一金屬部分9電耦聯(lián)。
下面說明本發(fā)明的用于制造壓電陶瓷的多層執(zhí)行器1的方法。本發(fā) 明的方法具有如下方法步驟a和b:
方法步驟a:
制備具有N個壓電層3的壓電堆垛2。 方法步驟b:
在壓電堆垛2上設(shè)置至少一個可伸長的外電極4、 5,其中外電極4、 5提供至少兩個在外電極4、 5的供電電勢接頭區(qū)域4a、 5a和壓電堆垛2 的通過外電極4、 5接觸的相應(yīng)的內(nèi)電極6、 7之間的電流路徑II和12。
本發(fā)明的壓電陶瓷的多層執(zhí)行器1優(yōu)選用在汽車的噴射系統(tǒng)中。在 此，多層執(zhí)行器1特別是設(shè)置在噴射系統(tǒng)的高壓室中。噴射系統(tǒng)優(yōu)選是 共軌噴射系統(tǒng)。
盡管上面已借助優(yōu)選的實施例說明了本發(fā)明，但并不限于這些實施 例，而是可以進行多種改型。例如，多層執(zhí)行器可以具有，由此特別是 壓電堆垛和外電才及也可以具有矩形的 一黃截面形狀，或者也可以具有 <壬一
種橫截面形狀。
權(quán)利要求
1. 一種壓電陶瓷的多層執(zhí)行器，帶有具有N個壓電層(3)的壓電堆垛(2)；至少一個可伸長的外電極(4、5)，所述外電極提供了至少兩個在所述外電極(4、5)的供電電勢接頭區(qū)域(4a、5a)和所述壓電堆垛(2)的通過所述外電極(4、5)接觸的相應(yīng)的內(nèi)電極(6、7)之間的電流路徑(I1、I2)。
2. 如權(quán)利要求1所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，所述壓電堆垛(2) 為圓柱形。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，所述外電極 (4、 5)具有與所述壓電堆垛(2)的側(cè)表面(8)基本適配的面狀的形狀，且至少部分地包圍所述壓電堆垛(2)。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，所述外電極 (4、 5)是與所述壓電堆垛(2)的側(cè)表面(8)基本適配的面狀的金屬板網(wǎng)或多孔板或絲網(wǎng)或彈簧管。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，所述外電極 (4、 5)圍跨所述壓電堆垛(2)的半圓周的30%至50%、優(yōu)選40%至49%、特別優(yōu)選45%至49%的區(qū)域。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項或多項所述的多層執(zhí)行器，其特征在 于，所述壓電堆垛(2)具有N個第一內(nèi)電極(6)和N個第二內(nèi)電才及(7)，其中在第一內(nèi)電極(6)和第二內(nèi)電極(7)之間設(shè)有壓電層(3)， 所述N個第一內(nèi)電極(6)與第一外電極(4)電耦聯(lián)，所述N個第二 內(nèi)電極(7)與第二外電才及(5)電耦聯(lián)。
7. 如權(quán)利要求6所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，所述第一外電極 (4)和所述第二外電極(5)基本圍跨所述壓電堆垛(2),其中所述第一外電極(4)與第一金屬部分(9)連接，所述第二外電極(4)與 第二金屬部分(10)連接，所述第一金屬部分電接觸所述N個第一內(nèi)電 極(6),所述第二金屬部分電接觸所述N個第二內(nèi)電極(7)。
8. 如權(quán)利要求7所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，所述外電極(4) 具有-所述供電電勢接頭區(qū)域(4a);-N個指形件U8a-18f)，它們平行地在所述金屬部分(9)上， 分別在內(nèi)電極(6a-6e)的區(qū)域中電接觸； -沿著所述壓電堆垛(2 )的軸向平行設(shè)置的N個橋形接片(24a-24f),它們沿著圓周方向圍跨所述壓電堆垛(2)并具有至所述 壓電堆垛(2)的第一距離(」1)，其中每兩個相鄰的橋形接片(24a-24f) 被至少一個沿著圓周方向設(shè)置的用于提高所述外電極(4)的可伸長性 的縫隙(25a-25r)相互隔開，并通過至少一個沿著所述壓電堆垛(2) 的縱向設(shè)置的用于導電的橋形段(26a-26n)相互連接；-沿著所述壓電堆垛(2)的橫向設(shè)置的N個連接段(27a-27f), 其中每一個連接段(27a-27f)都使得相應(yīng)的指形件(28a-28e)與相應(yīng)的 橋形接片(24a-24f)電連接。
9. 如權(quán)利要求7所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，所述外電極(4) 具有-所述供電電勢接頭區(qū)域(4a);-沿著所述壓電堆垛(2)的縱向設(shè)置的第一蛇曲形的區(qū)段(28), 其與所述供電電勢接頭區(qū)域(4a)電耦聯(lián)，且具有N/2個第一彎曲段 (29a-29g);-平行于所述第一蛇曲形的區(qū)段(28)設(shè)置的第二蛇曲形的區(qū)段 (30),其與所述供電電勢接頭區(qū)域(4a)電耦聯(lián)，且具有N/2個第二 彎曲段(31a-31g);和-N個指形件(18a-18m),它們平行地在所述金屬部分(9)上， 分別在內(nèi)電極(6a-6e)的區(qū)域中電接觸，并交替地與所述第一蛇曲形的 區(qū)段(28)或者與所述第二蛇曲形的區(qū)段(30)電耦聯(lián)。
10. 如權(quán)利要求9所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，每個第2n個指 形件(18a、 18c、 18e、 18g、 18i、 18k、 18m)都與相應(yīng)的第 一彎曲賴二(29a-29g)連接，每個第2n+l個指形件(18b、 18d、 18f、 18h、 18j、 181)都與相應(yīng)的第二彎曲段(31a畫31g)連接，其中"[1，…,N]。
11. 如權(quán)利要求9或IO所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，每個指形 件(18a隱18m)都在所述相應(yīng)的彎曲段(29a-29g; 31a漏31g)的頂點區(qū)域 中與相應(yīng)的彎曲段(29a-29g; 31a-31g)連接。
12. 如權(quán)利要求6至11中的一項或多項所述的多層執(zhí)行器，其特征 在于，所述第一外電極(4)與第一金屬部分(9)通過焊接或者通過至 少一個焊線連接，和/或所述第二外電極(5)與第二金屬部分(10)通過焊接或者通過至少一個焊線連接，或者所述第一外電極(4)與所述第一金屬部分(9) 一體地構(gòu)造和/或所迷第二外電極(5)與所述第二金屬部分(10) —體構(gòu)造。
13. 如權(quán)利要求7至12中的一項或多項所述的多層執(zhí)行器，其特征 在于，所述壓電堆垛(2)在所述壓電堆垛(2)的側(cè)表面(8)上具有 第一空留位置(11),在該第一空留位置設(shè)有所述第一金屬部分(9)， 和/或所述壓電堆垛(2)在所述壓電堆垛(2)的側(cè)表面(8)上具有第 二空留位置(12),在該第二空留位置設(shè)有所述第二金屬部分(10)。
14. 如權(quán)利要求13所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，所述第一空留 位置(11)的深度使得所述第一金屬部分(9)在由所述圓柱形的壓電 堆垛(2)的半徑(r)確定的空間中伸展，和/或所述第二空留位置(12) 的深度使得所述第二金屬部分(10)在由所述圓柱形的壓電堆垛(2) 的半徑(r)確定的空間中伸展。
15. 如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的多層執(zhí)行器，其特征在 于，設(shè)有至少包圍所述壓電堆垛(2)、所述第一外電極(4)和所述第 二外電極(5)的包封物(13)。
16. 如權(quán)利要求15所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，所述第一外電 極(4)和所述第二外電極(5)適于將在外部施加在所述包封物上的壓 力(P)傳遞到所述壓電堆垛(2)上。
17. 如權(quán)利要求15或16所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，所述包 封物(13)優(yōu)選是一種波形管，該波形管具有M個波，且特別是金屬的。
18. 如權(quán)利要求15至17中的一項或多項所述的多層執(zhí)行器，其特 征在于，在所述壓電堆垛(2)和所述外電才及(4、 5)之間設(shè)有第一鈍 化層(14),在所述外電極(4、 5)和所述包封物(13)之間設(shè)有第二 鈍化層(15)。
19. 如權(quán)利要求18所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，所述第一鈍化 層(14)和/或所述第二鈍化層(15)主要由彈性體、特別是特氟隆構(gòu)成， 或者由凝膠構(gòu)成。
20. 如權(quán)利要求19所述的多層執(zhí)行器，其特征在于，所述第一鈍化 層(14)和/或所述第二鈍化層(15)的硬度至少為肖氏硬度A70。
21. 如前述權(quán)利要求17至20中的一項或多項所述的多層執(zhí)行器， 其特征在于，在所述波形管(13)的至少一個波中設(shè)有O形環(huán)狀的支撐 件，該支撐件特別是由彈性體、例如特氟隆構(gòu)成。
22. 如前述權(quán)利要求17至21中的一項或多項所述的多層執(zhí)行器， 其特征在于，所述波形管(13)是能縱向和/或橫向伸長的波形管。
23. 如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的多層執(zhí)行器，其特征在 于，所述多層執(zhí)行器(1)為圓柱形。
24. 如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的多層執(zhí)行器，其特征在 于，設(shè)有接頭(16、 17),該接頭接觸所述外電極(4、 5)的用于給相 應(yīng)的內(nèi)電極(6、 7)供應(yīng)供電電勢的所述供電電勢接頭區(qū)域(4a、 5a)。
25. 如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的多層執(zhí)行器，其特征在 于，在縱向相鄰的所述縫隙優(yōu)選沿著圓周方向相互錯位地設(shè)置。
26. —種用于制造如前述;K利要求1至25中的一項或多項所述的壓 電陶瓷的多層執(zhí)行器的方法，具有如下步驟(a)制備具有N個壓電層(3)的壓電堆垛(2);和 (b )在所述壓電堆垛(2 )上設(shè)置至少一個可伸長的外電極(4、 5 ), 從而提供至少兩個在所述外電極(4、 5)的供電電勢接頭區(qū)域(4a、 5a) 和所述壓電堆垛(2)的通過所述外電極(4、 5)接觸的相應(yīng)的內(nèi)電極 (6、 7)之間的電流;洛徑(11、 12)。
27. —種具有如權(quán)利要求1至25中的一項或多項所述的壓電陶瓷的 多層執(zhí)行器(1 )的噴射系統(tǒng)，其中所述多層執(zhí)行器(1 )設(shè)置在所述噴 射系統(tǒng)的高壓室中。
28. 如權(quán)利要求27所述的噴射系統(tǒng)，其特征在于，所述噴射系統(tǒng)是 共軌噴射系統(tǒng)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提出一種具有至少一個可伸長的外電極的壓電陶瓷的多層執(zhí)行器，所述外電極提供了至少兩個在所述外電極的供電電勢接頭區(qū)域和所述多層執(zhí)行器的壓電堆垛的通過所述外電極接觸的相應(yīng)的內(nèi)電極之間的電流路徑。
文檔編號H01L41/047GK101379629SQ200780004762
公開日2009年3月4日 申請日期2007年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月9日
發(fā)明者M·克朗伯格 申請人:歐陸汽車有限責任公司