压电陶瓷的多层执行器、用于制造压电陶瓷的多层执行器的方法和喷射系统的制作方法

专利名称：压电陶瓷的多层执行器、用于制造压电陶瓷的多层执行器的方法和喷射系统的制作方法
压电陶乾的多层执行器、用于制造压电陶瓷的 多层执行器的方法和喷射系统
本发明涉及一种压电陶瓷的多层执行器、 一种用于制造压电陶瓷的 多层执行器的方法和一种具有压电陶瓷的多层执行器的喷射系统。
喷射系统，特别是无漏油的同路喷射系统，需要高压室中的控制件， 例如压电执行器或压电陶乾的多层执行器。为了确保即使在直至
2000bar的高压下压电执行器也能工作，压力必须在旁侧也能作用到压 电堆垛或压电陶资体上，以便辅助支持压电执行器的压电堆垛的伸长性。
这种压电扭一f亍器例如在WO 02/061856 Al中有所i己载。其中该压电 执行器的陶资体包封有聚合物密封圈或塑料密封圈。然而对于至本申请 的申请日公知的燃料而言，在例如2000bar的高燃料压力下，陶瓷体相
见的燃料的有时无法避免的导电性，例如由于含有少量的酸，在压电陶 瓷被少量浸湿时可能就已经出现在压电执行器的内电极之间的电压击 穿。另外在极化裂缝(Polungsrissen )处会出现塑料包封的高度膨胀， 这恶化了所述问题。另外在WO 02/061856 Al中说明了在压电堆垛和聚 合物密封圈或塑料密封圈之间使用填充材料。但对于所述填充材料而言 存在如下问题在压电堆垛膨胀时，填充材料会流入到所产生的中间空 间或缝隙中，在压电堆垛反向移动时，填充材料会被损坏。因此，在压 电执行器的工作期间，填充材料被耗尽或损坏。减少的填充材料却引起 在外部施加在压电执行器上的压力无法再有效地传递到压电堆垛上。
此外申请人知道，为了将压力传递到压电执行器的压电堆垛上，采 用密闭地密封的金属的套管来解决，该套管使得液压力通过例如由塑料 构成的填充物质传递到压电陶瓷体的侧面上。申请人所知道的这种解决 方案却有如下缺点塑料的热膨胀系数大于压电陶瓷的热膨胀系数多个 数量级，因此需要例如借助充有空气或气体的空腔来实现体积补偿。所 需要的空腔却大大地减小了可在旁侧传递到压电陶瓷或压电堆垛上的 力，从而明显减小了对压电堆垛的纵向伸长的辅助支持。
另外，在这种公知的解决方案中存在提高执行器的必需的占用空间
的问题。因为由于塑料的热膨胀系数大于金属壳层，填充材料的体积不 可以超出 一定的量，否则在工作中出现的温度和压力的极端组合的情况 下可能会超出金属壳层的最大可承受的压力幅度。在如上所述填充壳层 和压电堆垛之间的空腔时，对于多层执行器的紧凑的和节省空间的构造 方式来说，很难或者不可能实现必需的体积减小，因为金属壳层的内直 径和压电堆垛的外接触部分之间的距离的大小必须按比例来选择，以侵_ 在生产条件下给定的造型精度以及工作条件下压电堆垛和金属壳层的 形状变化的情况下处处都能保证足够的钝化厚度。
另外，申请人已知一种具有紧凑结构的压电堆垛的接触机构，该接
触才几构由用于正极和负才及的直径约为lmm的每个金属销钉构成，该金 属销钉分别通过大约60个金属丝与压电堆垛的外金属部分导电地连接。 这些销钉优选延伸经过压电堆垛的整个长度。在此，这些金属丝以相同 的距离固定在销钉和压电堆垛的外金属部分上，从而在金属部分或金属 丝中断时压电堆垛的电容最多损失1/60。但该解决方案并不适于随之实 现接触机构，特别是用于正极和负极的销钉、压电堆垛的移动，特别是 伸长。另外，通过金属销钉和用于接触压电堆垛的金属部分的所配设的 金属丝来制造接触机构比较昂贵。此外，由销钉和金属丝构成的外接触 部分或压电堆垛的外电极的电流负载能力较小。这特别是在局部短路时 到导致问题，这些问题会直至导致多层执行器的损坏。
本发明的目的在于，提供一种压电陶瓷的多层执行器，特别是一种 尽可能紧凑的压电陶瓷的多层执行器，其中多层执行器的外电极的电中 断不会导致或者仅仅导致能工作的压电层的最小损失。
另一目的是，提出一种具有高电流负载能力的压电陶瓷的多层执行 器，特别是一种尽可能紧凑的压电陶瓷的多层执行器，其中多层执行器 的外电极的电中断不会导致或者仅仅导致能工作的压电层的最小损失。
本发明的另一目的在于，提供一种压电陶瓷的多层执行器，其中在 外部施加在多层执行器上的压力尽可能有效地传递、特别是分布到多层 执行器的压电堆垛上。
本发明的目的还在于，提出一种多层执行器，其特别是即使在高压 环境下，例如在超出2000bar的环境下也能得到保护防止电压击穿。
根据本发明，其中至少一个所述目的通过具有权利要求1的特征的 压电陶资的多层执行器和Z或通过具有权利要求20的特征的方法和/或通
过具有权利要求21的特征的喷射系统得以实现。
因此，根据本发明，提出一种带有压电堆垛的压电陶瓷的多层执行 器，该压电堆垛具有N个压电层，其中至少一个可伸长的外电极提供了 至少两个在外电极的供电电势接头区域和压电堆垛的通过外电极接触 的相应的内电才及之间的电流-各径。
因此，即使在任一 内电极和相应的外电极之间局部中断和/或在该内 电极和与该内电极相邻的内电极之间中断，也会有利地存在至少另 一 个 在该内电才及和相应的外电极之间的电流路径。该另 一 电流路径可以直接 在该内电极和外电极的供电电势接头区域之间延伸，或者经由金属部分 和另一内电极延伸至供电电势接头区域。因此， 一个或多个中断所涉及 的所述内电极也可以-故有利地供应以电流，从而通过所述内电才及来触发 的相应的压电层保持能够工作。根据本申请，中断系指如下之处，即特 别是由于机械过载或材料裂缝，不再有电流流经该处。
根据本发明对外电极的设计因此提供了 一种备用装置，用于备用地 给应接触的内电极供应电流。因此，即4吏在外电才及局部中断的情况下也 能确保压电堆垛不会损失电容或可工作的压电层。
另外，本发明的外电极可伸长，从而它还适于参加压电堆垛的移动， 特别是压电堆垛的纵向移动。通过外电极的可伸长性和可移动性，确保 在外电极上很少出现或者不会出现拉应或剪应力。因此，对外电极的机 械负面影响或损坏的可能性得到减小。由此还减小了外电极中断的可能 性。
本发明的有益设计和改进可由从属权利要求以及对照附图的说明得到。
根据本发明的一种优选的设计，压电堆垛为圆柱形。在安装通常是 圆柱形的多层执行器或压电执行器之后，通过使用圆柱形的压电堆垛可 以实现压电堆垛的侧表面与多层执行器的外壳面之间的距离在横截面 中基本上处处相同。由此，多层执行器内的空间比通常的角状的压电堆 垛-故更好地利用。圆柱形的压电堆垛例如通过如下方式来制造，即它通 过冠状钻头由层叠和压制好的压电块切裁而成。
根据另 一种优选的设计，外电极具有与压电堆垛的侧表面基本适配 的面状的形状，且至少部分地包围压电堆垛。外电极的面状的形状具有
如下优点外电极的体积很大，因此外电极的电流负载能力很高。由于
面状的外电极与压电堆垛的侧表面适配，在外电极的厚度不变大和由此 不会限制多层执行器的紧凑性的情况下，外电极的体积显著变大，外电 极的电流负载能力进一步明显提高。优选外电极是与压电堆垛的侧表面 基本适配的面状的由金属板网或多孔板或例如由因瓦合金构成的丝网 或者弹簧管。
根据另一种优选的改进，外电极围跨压电堆垛的半圆周的30%至 50%、优选40%至49%、特别优选45%至49%的区域。
根据另一种优选的设计，压电堆垛具有N个第一内电极和N个第 二内电极，其中在第一内电极和第二内电极之间设有压电层，N个第一 内电极与第一外电极电耦联，N个第二内电极与第二外电极电耦联。
根据另 一种优选的设计，第 一外电极和第二外电极基本围跨压电堆 垛，其中第一外电极与第一金属部分(该第一金属部分电接触N个第一 内电极)，第二外电极与第二金属部分(该第二金属部分电接触N个第 二内电极)连接，特别是与其电接触。第一外电极和第二外电极基本围 跨压电堆垛，第一外电极和第二外电极的体积由此得到增大，而不会增 加外电极的厚度，从而多层执行器的紧凑性不必得到限制。外电极的体 积增大有益地导致该外电极的电流负载能力的提高。
根据另一种优选的设计，外电极具有
-供电电势接头区域；
-N个指形件，它们平行地在金属部分上分别在内电极的区域中电
接触；
-沿着压电堆垛的轴向平行设置的N个桥形接片，它们沿着圆周方 向围跨压电堆垛并与压电堆垛有第一距离，其中每两个相邻的桥形接片 被至少一个沿着圓周方向设置的用于提高外电极的可伸长性的缝隙相 互隔开，并通过至少一个沿着压电堆垛的纵向设置的用于导电的桥形段 相互连接；
-沿着压电堆垛的横向设置的N个连接段，其中每一个连接段都使 得相应的指形件与相应的桥形接片电连接。
在此，在纵向相邻的缝隙优选沿着圆周方向相互错位地i殳置。 根据另一种优选的设计，外电极具有
-供电电势接头区域；
-沿着压电堆垛的纵向设置的第一蛇曲形的区段，其与供电电势接
头区域电耦联，且具有N/2个第一弯曲段；
-平行于第一蛇曲形的区段设置的第二蛇曲形的区段，其与供电电 势接头区域电耦联，且具有N/2个第二弯曲段；
-N个指形件，它们平行地在金属部分上，分别在内电极的区域中 电接触，并交替地与第 一蛇曲形的区段或者与第二蛇曲形的区段电耦 联。
根据另一种优选的设计，每个第(2n)个指形件都与相应的第一弯 曲段连接，每个第(2n+l)个指形件都与相应的第二弯曲段连接，其中 "[1，…,N]。
根据另 一种优选的设计，每个指形件都在相应的弯曲段的顶点区域 中与相应的弯曲段连接。
通过指形件与第 一蛇曲形的区段或第二蛇曲形的区段交替地连接， 提供了外电极的最佳的可伸长性。总之，交替连接的配置提供了在外电 极的可伸长性、压力传递性和备用性之间的最佳折衷。
根据另 一种优选的设计，第 一外电极与第 一金属部分通过焊接或者 通过至少一个焊线(Bondingdraht)连接，和/或第二外电极与第二金属 部分通过焊接或者通过至少一个焊线连接。替代地也可以考虑，第一外 电极与第 一金属部分和/或第二外电极与第二金属部分一体构造。
根据本发明的另 一种优选的改进，压电堆垛在其侧表面上具有第一 空留位置，在该第一空留位置设有第一金属部分，和/或压电堆垛在其侧 表面上具有第二空留位置，在该第二空留位置设有第二金属部分。优选 第 一 空留位置的深度使得第 一金属部分在由圓柱形的压电堆垛的半径 确定的空间中伸展，和/或第二空留位置的深度使得金属部分在由圆柱形 的压电堆垛的半径确定的空间中伸展。由于根据本发明将金属部分设置 在由圆柱形的压电堆垛的半径确定的空间中，所以可以节省空间，这导 致多层执行器改进的紧凑的构造方式。
根据另一种优选的改进，设有至少包围压电堆垛、第一外电极和第 二外电极的包封物。包封物优选是一种波形管，该波形管具有M个波， 且特别是金属的。特别地，可伸长的外电极适于吸收(aufnehmen)包 封物与外电才及之间的第 一相对移动和外电极与压电堆垛之间的第二相 对移动。由于吸收相对移动，根据本发明可以实现，包封物以及外电极 参与压电堆垛的每个移动。通过包封物的波形管状的设计，可以有益地
改进对移动的吸收。波形管特别是金属的，且即使对于市场上常见的燃 料的无法避免的导电性而言也可以实现使得压电陶瓷的多层执行器受 到保护防止电压击穿。第一外电极和第二外电极有利地适于将在外部施 加在包封物上的压力传递到压电堆垛上。这有利地支持了压电堆垛的可 伸长性，由此改善了压电陶瓷的多层执行器的工作能力。
根据另 一种优选的改进，在压电堆垛和外电极之间设有第 一钝化 层，在外电极和包封物之间设有第二钝化层。笫一钝化层和第二钝化层 特别是分别形成用于第一外电极和第二外电极的钝化罩。由此有益地避 免了在压电堆垛和外电极之间的电压击穿以及设置在外电极之外的诸 如包封物的单元或部件的电压击穿。
根据另 一种优选的设计，第 一钝化层和/或第二钝化层主要由弹性 体、特别是特氟隆构成，或者由凝胶构成。有益地，通过以弹性体涂层 或者通过以凝胶包封,可以实现在将外部施加的压力传递到压电堆垛上 时的减小的或最小的摩擦。减小的或最小的摩擦导致在传递和分布在外 部施加在多层执行器上的压力时最小的能量损耗。
根据另一种优选的改进，在波形管的至少一个波中设有O形环状的 支撑件，其特别是由弹性体、例如特氟隆构成。O形环状的支撑件有利 于波形管的机械稳定性,因此有助于提高多层执行器的寿命。有益地， O形环状的支撑件被涂层有弹性体，从而出现很小的或最小的摩擦损耗。
根据另 一种优选的设计，波形管是能纵向和/或横向伸长的波形管。
根据另一种优选的设计，多层执行器为圆柱形。
根据另 一种优选的设计，第一钝化层和/或第二钝化层的硬度至少为 肖氏硬度A70。
根据另一种优选的设计，为每个外电极都设有接头，该接头接触外
下面借助附图中示意性地示出的实施例详细il明本发明。图中示
出


图1 a为根据本发明的外电极的优选实施例的立体图； 图lb为可与根据图la的本发明的外电极耦联的压电堆垛的示意性 的横剖视图2为本发明的多层执行器的第一实施例的正视图3为根据图2的本发明的多层执行器的第一实施例的侧视图4为根据图2和3的本发明的多层执行器的第 一 实施例的立体图； 图5为本发明的多层执行器的第二实施例的示意性的横剖视图； 图6为本发明的多层执行器的第三实施例的示意性的横剖视图； 图7为本发明的多层执行器的第四实施例的示意性的横剖视图； 图8为根据本发明的外电极的另一优选的实施例的立体图； 图9a为具有根据图8的本发明的外电极的多层执行器的第五实施 例的立体图；和
图9b为根据图9a的多层执行器的第五实施例的旋转90°的立体图。
在所有附图中，相同的或相同功能的部件和单元-只要未另外说明 -标有相同的附图标记。
对于本发明的压电陶瓷的多层执行器1的下面说明的这些实施例来
极4、 5可伸长地构造，并提供了至少两个在外电极4、 5的供电电势接 头区域4a、 5a和压电堆垛2的至少一个通过外电极4、 5接触的内电极 6、 7之间的电流路》圣。
图1为本发明的外电极4的实施例的立体图。根据图la的本发明 的外电极4优选在其旁侧伸出的区域中具有用于接触压电堆垛2的指形 件18a-18f。
图lb为可与根据图la的本发明的外电极4耦联的压电堆垛2的示 意性的4黄剖岸见图。优选压电堆i呆2具有N个第 一 内电才及6和N个第二内 电极7。这里，在第一内电极6和第二内电极7之间设有压电层3。 N 个第 一 内电极6通过第 一金属部分9与根据图la的第 一外电极4耦联。 N个第二内电极7通过第二金属部分10与第二外电极5 (未在图la和 lb中示出)耦联。根据图la的第一外电极4与第一金属部分9的电耦 联-第一内电极6与该第一金属部分连接-通过图la和lb之间的虚线 局部示出。
优选本发明的外电极4具有多个指形件18a-18f。特别地， 一个指形 件、例如指形件18a与第一金属部分9在内电极6的区域中连接。例如， 在与指形件18a连接的内电极6之间存在两个不同的在所述内电极6和 外电才及4的供电电势接头区域4a之间的电流路径II和12。供电电势接 头区域4a可与接头16 (见图2)耦联。通过接头，外电极4以及与外
电极4耦联的第一内电极6可被施加预定的供电电势。如果例如外电极
4在区域23中中断，那么尽管第一电流路径Il中断，但第二电流路径 12不会中断。此外，产生了多个其它的用于根据图lb的最上面的第一 内电极6的通过第一金属部分9和第一外电极4的与第一金属部分9耦 联的指形件18a-18f的电流路径。类似的情况适于所有其它的内电极6。
优选外电才及4具有供电电势接头区域4a、 N个指形件18a-18f、 N 个桥形接片24a-24f和N个连接l殳27a-27f。 N个指形件18a-18f平行地 在金属部分9上，分别优选在内电极6a-6e的区域中电接触。N个桥形 接片24a-24f沿着压电堆垛2的轴向上平行布置。N个桥形接片24a-24f 沿着圆周方向围跨压电堆垛并具有至压电堆垛2的预定的距离Zll (见 图3)。每两个相邻的桥形接片24a-24f4皮至少一个沿着压电堆垛2的圆 周方向设置的用于提高外电极4的伸长性的缝隙25a-25r相互隔开，并 通过至少一个沿着压电堆垛2的纵向设置的用于导电的桥形段26a-26n 相互连接。N个连接段27a-27f沿着压电堆垛2的横向设置，其中每一 个连接段27a-27f都使得相应的指形件28a-28e与相应的桥形接片 24a-24f电连接。
这里，在纵向相邻的缝隙优选沿着圆周方向相互^"位地设置。
图2和3为本发明的多层执行器1的第 一实施例的正视图和侧岸见图。 第一外电极4和第二外电极5基本围跨压电堆垛2。第一电极4与第一 接头16耦联，第二电极5与第二接头17耦联。第一接头16与第一外 电极4的用于给第一内电极6供应第一供电电势的供电电势接头区域4a 耦联，特别是与其接触。第二接头17与第二外电极5的用于给第二内 电极7供应第二供电电势的供电电势接头区域5a接触。例如，第一接 头16与供电电势(未示出)的正极连接，第二接头17与供电电势的负 极连接。于是，例如第一电极6处于正的供电电势，而第二内电极7则 处于负的供电电势。由第一供电电势和第二供电电势的差得到的电势差 或者电压用于控制压电层3。
图4为根据图2和3的本发明的多层执行器1的第一实施例的立体 图。优选相应的外电极4、 5通过其指形件18a-18e与相应的金属部分9、 IO接触。优选第一外电极4与第一金属部分9通过焊接或者通过至少一 个焊线(未示出)连接，和/或第二外电极5与第二金属部分10通过焊 接或者通过至少一个焊线连接。替代地，第一外电极4与第一金属部分
9和/或第二外电才及5与第二金属部分10也可以一体构造。
图5为本发明的压电陶瓷的多层执行器1的第二实施例的示意性的 横剖视图。多层执行器1的压电堆垛2具有压电活性的区域21,且在两 个相对的边缘区域上分别具有压电钝性的区域22。优选在压电钝性的区 域22内设置金属部分9、 10。第一外电极4与第一金属部分9电耦联， 以便触发第一内电极6。第二外电极5与第二金属部分10电耦联，以便 触发第二电极7。
优选在压电堆垛2和外电极4、 5之间设有第一钝化层14。在外电 极4、 5上还设有第二钝化层15。钝化层14、 15形成分别用于第一外电 极4和用于第二外电极5的钝化罩。优选第一钝化层14和/或第二钝化 层15的硬度至少为肖氏硬度A70。通过钝化层14、 15被钝化的外电极 4、 5优选形成一种传递才几构，该传递才几构将在外部施加在多层执行器上 的压力传递到压电堆垛2上且具有10(Lim-1000nm、优选100pm-20(Vm 的厚度D。第一外电极4与第二金属部分IO通过第一分离区域19电解 耦。第二外电极5与第一金属部分9通过第二分离区域20电解耦。优 选压电堆垛2为圆柱形。
图6为本发明的多层执行器1的第四实施例的示意性的横剖视图。 根据图6的第三实施例与根据图5的第二实施例的区别在于，压电堆垛 2不是圆柱形的，而是基本为长方六面体形。举例地示出了压电钝性的 区域22的两种不同的实施方式。
图7为本发明的压电陶瓷的多层执行器1的第四实施例的示意性的 横剖视图。根据图7的第四实施例与根据图5的第二实施例基本相对应。 此外，在根据图7的第四实施例中设有包封物13,该包封物至少包围压 电堆垛2、第一外电极4和第二外电极5。此外，包封物13还包围第一 钝化层14和第二钝化层15，这两个钝化层形成用于第一外电极4和第 二外电极5的两个钝化罩。
优选压电堆垛2在其侧表面8上具有第一空留位置11,在该第一空 留位置上设有第一金属部分9。压电堆垛2在其侧表面8上特别是还具 有第二空留位置12，在该第二空留位置设有第二金属部分10。
特别地，第一空留位置11的深度使得第一金属部分9在由圆柱形 的压电堆垛2的半径r确定的空间中伸展，和/或第二空留位置]2的深 度使得第二金属部分10在由圓柱形的压电堆垛2的半径r确定的空间中 伸展。
包封物13例如是一种波形管，该波形管具有M个波，且特别是金
属的。另外，优选在波形管13的至少一个波中设有O形环状的支撑件， 其特别是由弹性体、例如特氟隆构成。波形管13优选能纵向和/或横向
可伸长。在总体上，多层执行器1特别是圆柱形的。
特别地，第 一外电极4和第二外电极5适合于将在外部施加在包封 物上的用于改善压电堆垛2的可伸长性的压力P传递到压电堆垛2上。
图8为根据本发明的外电极4的另一优选的实施例的立体图。夕卜电 极4优选具有供电电势接头区域4a、第一蛇曲形的区段28、第二蛇曲 形的区段30和N个指形件18a-18m。第一蛇曲形的区段28沿着压电堆 垛2的纵向设置。第 一 蛇曲形的区段2 8与供电电势接头区域4 a电耦联， 且具有N/2个第一弯曲段29a-29g。第二蛇曲形区段30与第一蛇曲形区 段28平行布置。第二蛇曲形的区段30与供电电势接头区域4a电耦联， 特别是与其电连接。第二蛇曲形的区段30具有N/2个第二弯曲段 31a-31g。 N个指形件18a-18m平行地在金属部分9上，分别在内电极 6a-6e的区域中电接触，并交替地与第一蛇曲形的区段28或者与第二蛇 曲形的区段30电耦联。特别地，供电电势接头区域4a、第一蛇曲形的 区段28、第二蛇曲形的区段30以及N个指形件18a-18m为构造本发明 的外电极4而 一体地构造。
优选地，每个第(2n)个指形件18a、 18c、 18e、 18g、 18i、 18k、 18m与相应的第一弯曲段29a-29g连接，每个第(2n+l )个指形件18b、 18d、18f、18h、18j、181都与相应的弯曲段31a-31g连接，其中n6 [1，…,N]。
特别地，每个指形件18a-18m都在相应的弯曲段29a-29g; 31a-31g 的顶点区域中与相应的弯曲段29a-29g; 31 a-31 g连接。
的多层执行器1的第五实施例的立体图。图9a示出，第一外电极4和 第二外电极5基本围跨压电堆垛2。在此，相应的外电极4、 5围跨压电 堆垛2的半圆周的30%至50% 、优选40%至49%、特别优选45%至 49 %的区域。第一外电才及4和第二外电极5在每一侧都间隔第二距离』 2。
图9b为根据图9a的多层执行器1的第五实施例的旋转90。的立体 图。在此只能看到第一外电极4，但看不到第二外电极5。第一外电极4
通过其指形件18e、 18d(为明了起见，只有这两个指形件标有附图标记) 与第 一金属部分9电耦联。
下面说明本发明的用于制造压电陶瓷的多层执行器1的方法。本发 明的方法具有如下方法步骤a和b:
方法步骤a:
制备具有N个压电层3的压电堆垛2。 方法步骤b:
在压电堆垛2上设置至少一个可伸长的外电极4、 5,其中外电极4、 5提供至少两个在外电极4、 5的供电电势接头区域4a、 5a和压电堆垛2 的通过外电极4、 5接触的相应的内电极6、 7之间的电流路径II和12。
本发明的压电陶瓷的多层执行器1优选用在汽车的喷射系统中。在 此，多层执行器1特别是设置在喷射系统的高压室中。喷射系统优选是 共轨喷射系统。
尽管上面已借助优选的实施例说明了本发明，但并不限于这些实施 例，而是可以进行多种改型。例如，多层执行器可以具有，由此特別是 压电堆垛和外电才及也可以具有矩形的 一黄截面形状，或者也可以具有 <壬一
种横截面形状。
权利要求
1. 一种压电陶瓷的多层执行器，带有具有N个压电层(3)的压电堆垛(2)；至少一个可伸长的外电极(4、5)，所述外电极提供了至少两个在所述外电极(4、5)的供电电势接头区域(4a、5a)和所述压电堆垛(2)的通过所述外电极(4、5)接触的相应的内电极(6、7)之间的电流路径(I1、I2)。
2. 如权利要求1所述的多层执行器，其特征在于，所述压电堆垛(2) 为圆柱形。
3. 如权利要求1或2所述的多层执行器，其特征在于，所述外电极 (4、 5)具有与所述压电堆垛(2)的侧表面(8)基本适配的面状的形状，且至少部分地包围所述压电堆垛(2)。
4. 如权利要求1或2所述的多层执行器，其特征在于，所述外电极 (4、 5)是与所述压电堆垛(2)的侧表面(8)基本适配的面状的金属板网或多孔板或丝网或弹簧管。
5. 如权利要求3或4所述的多层执行器，其特征在于，所述外电极 (4、 5)围跨所述压电堆垛(2)的半圓周的30%至50%、优选40%至49%、特别优选45%至49%的区域。
6. 如前述权利要求中任一项或多项所述的多层执行器，其特征在 于，所述压电堆垛(2)具有N个第一内电极(6)和N个第二内电才及(7)，其中在第一内电极(6)和第二内电极(7)之间设有压电层(3)， 所述N个第一内电极(6)与第一外电极(4)电耦联，所述N个第二 内电极(7)与第二外电才及(5)电耦联。
7. 如权利要求6所述的多层执行器，其特征在于，所述第一外电极 (4)和所述第二外电极(5)基本围跨所述压电堆垛(2),其中所述第一外电极(4)与第一金属部分(9)连接，所述第二外电极(4)与 第二金属部分(10)连接，所述第一金属部分电接触所述N个第一内电 极(6),所述第二金属部分电接触所述N个第二内电极(7)。
8. 如权利要求7所述的多层执行器，其特征在于，所述外电极(4) 具有-所述供电电势接头区域(4a);-N个指形件U8a-18f)，它们平行地在所述金属部分(9)上， 分別在内电极(6a-6e)的区域中电接触； -沿着所述压电堆垛(2 )的轴向平行设置的N个桥形接片(24a-24f),它们沿着圆周方向围跨所述压电堆垛(2)并具有至所述 压电堆垛(2)的第一距离(」1)，其中每两个相邻的桥形接片(24a-24f) 被至少一个沿着圓周方向设置的用于提高所述外电极(4)的可伸长性 的缝隙(25a-25r)相互隔开，并通过至少一个沿着所述压电堆垛(2) 的纵向设置的用于导电的桥形段(26a-26n)相互连接；-沿着所述压电堆垛(2)的横向设置的N个连接段(27a-27f), 其中每一个连接段(27a-27f)都使得相应的指形件(28a-28e)与相应的 桥形接片(24a-24f)电连接。
9. 如权利要求7所述的多层执行器，其特征在于，所述外电极(4) 具有-所述供电电势接头区域(4a);-沿着所述压电堆垛(2)的纵向设置的第一蛇曲形的区段(28), 其与所述供电电势接头区域(4a)电耦联，且具有N/2个第一弯曲段 (29a-29g);-平行于所述第一蛇曲形的区段(28)设置的第二蛇曲形的区段 (30),其与所述供电电势接头区域(4a)电耦联，且具有N/2个第二 弯曲段(31a-31g);和-N个指形件(18a-18m),它们平行地在所述金属部分(9)上， 分别在内电极(6a-6e)的区域中电接触，并交替地与所述第一蛇曲形的 区段(28)或者与所述第二蛇曲形的区段(30)电耦联。
10. 如权利要求9所述的多层执行器，其特征在于，每个第2n个指 形件(18a、 18c、 18e、 18g、 18i、 18k、 18m)都与相应的第 一弯曲賴二(29a-29g)连接，每个第2n+l个指形件(18b、 18d、 18f、 18h、 18j、 181)都与相应的第二弯曲段(31a画31g)连接，其中"[1，…,N]。
11. 如权利要求9或IO所述的多层执行器，其特征在于，每个指形 件(18a隱18m)都在所述相应的弯曲段(29a-29g; 31a漏31g)的顶点区域 中与相应的弯曲段(29a-29g; 31a-31g)连接。
12. 如权利要求6至11中的一项或多项所述的多层执行器，其特征 在于，所述第一外电极(4)与第一金属部分(9)通过焊接或者通过至 少一个焊线连接，和/或所述第二外电极(5)与第二金属部分(10)通过焊接或者通过至少一个焊线连接，或者所述第一外电极(4)与所述第一金属部分(9) 一体地构造和/或所迷第二外电极(5)与所述第二金属部分(10) —体构造。
13. 如权利要求7至12中的一项或多项所述的多层执行器，其特征 在于，所述压电堆垛(2)在所述压电堆垛(2)的侧表面(8)上具有 第一空留位置(11),在该第一空留位置设有所述第一金属部分(9)， 和/或所述压电堆垛(2)在所述压电堆垛(2)的侧表面(8)上具有第 二空留位置(12),在该第二空留位置设有所述第二金属部分(10)。
14. 如权利要求13所述的多层执行器，其特征在于，所述第一空留 位置(11)的深度使得所述第一金属部分(9)在由所述圆柱形的压电 堆垛(2)的半径(r)确定的空间中伸展，和/或所述第二空留位置(12) 的深度使得所述第二金属部分(10)在由所述圆柱形的压电堆垛(2) 的半径(r)确定的空间中伸展。
15. 如前述权利要求中的一项或多项所述的多层执行器，其特征在 于，设有至少包围所述压电堆垛(2)、所述第一外电极(4)和所述第 二外电极(5)的包封物(13)。
16. 如权利要求15所述的多层执行器，其特征在于，所述第一外电 极(4)和所述第二外电极(5)适于将在外部施加在所述包封物上的压 力(P)传递到所述压电堆垛(2)上。
17. 如权利要求15或16所述的多层执行器，其特征在于，所述包 封物(13)优选是一种波形管，该波形管具有M个波，且特别是金属的。
18. 如权利要求15至17中的一项或多项所述的多层执行器，其特 征在于，在所述压电堆垛(2)和所述外电才及(4、 5)之间设有第一钝 化层(14),在所述外电极(4、 5)和所述包封物(13)之间设有第二 钝化层(15)。
19. 如权利要求18所述的多层执行器，其特征在于，所述第一钝化 层(14)和/或所述第二钝化层(15)主要由弹性体、特别是特氟隆构成， 或者由凝胶构成。
20. 如权利要求19所述的多层执行器，其特征在于，所述第一钝化 层(14)和/或所述第二钝化层(15)的硬度至少为肖氏硬度A70。
21. 如前述权利要求17至20中的一项或多项所述的多层执行器， 其特征在于，在所述波形管(13)的至少一个波中设有O形环状的支撑 件，该支撑件特别是由弹性体、例如特氟隆构成。
22. 如前述权利要求17至21中的一项或多项所述的多层执行器， 其特征在于，所述波形管(13)是能纵向和/或横向伸长的波形管。
23. 如前述权利要求中的一项或多项所述的多层执行器，其特征在 于，所述多层执行器(1)为圆柱形。
24. 如前述权利要求中的一项或多项所述的多层执行器，其特征在 于，设有接头(16、 17),该接头接触所述外电极(4、 5)的用于给相 应的内电极(6、 7)供应供电电势的所述供电电势接头区域(4a、 5a)。
25. 如前述权利要求中的一项或多项所述的多层执行器，其特征在 于，在纵向相邻的所述缝隙优选沿着圆周方向相互错位地设置。
26. —种用于制造如前述;K利要求1至25中的一项或多项所述的压 电陶瓷的多层执行器的方法，具有如下步骤(a)制备具有N个压电层(3)的压电堆垛(2);和 (b )在所述压电堆垛(2 )上设置至少一个可伸长的外电极(4、 5 ), 从而提供至少两个在所述外电极(4、 5)的供电电势接头区域(4a、 5a) 和所述压电堆垛(2)的通过所述外电极(4、 5)接触的相应的内电极 (6、 7)之间的电流;洛径(11、 12)。
27. —种具有如权利要求1至25中的一项或多项所述的压电陶瓷的 多层执行器(1 )的喷射系统，其中所述多层执行器(1 )设置在所述喷 射系统的高压室中。
28. 如权利要求27所述的喷射系统，其特征在于，所述喷射系统是 共轨喷射系统。
全文摘要
根据本发明，提出一种具有至少一个可伸长的外电极的压电陶瓷的多层执行器，所述外电极提供了至少两个在所述外电极的供电电势接头区域和所述多层执行器的压电堆垛的通过所述外电极接触的相应的内电极之间的电流路径。
文档编号H01L41/047GK101379629SQ200780004762
公开日2009年3月4日 申请日期2007年1月9日 优先权日2006年2月9日
发明者M·克朗伯格 申请人:欧陆汽车有限责任公司