专利名称：具有一个保护层系统的压电致动器模块和它的制造方法
具有一个保护层系统的压电致动器模块和它的制造方法
背景技术：
本发明涉及一种按照主权利要求和并列方法的权利要求所述类型的，具有一个保
护层系统的压电致动器模块和它的制造方法。 —种这样的压电致动器模块例如可以使用在一个压电喷射器里，用于准时和准确 数量地将燃料定量送入内燃发动机。压电喷射器主要由一个压电致动器模块的保持体和至 少一个布置在压电致动器模块里的压电致动器组成，后者具有布置在致动器头部和一个致 动器底部之间的，相互堆叠的压电元件，这些元件分别由用内电极围住的压电层组成。
压电致动器的压电元件在应用一种具有适合的晶体构造的材料(压电陶瓷)时， 对于压电层来说这样构成，从而当一个外部电压加在内电极上时，实现压电元件的一种机 械反应，这种机械反应取决于晶体构造和电压的作用部位，而在一个可规定的方向上表现 出一种压力或者拉力。压电致动器在压电喷射器里与一个喷射器针阀相连接，因此通过在 压电元件上加电压而使喷射器孔打开。 这种蓄压管式喷射器的结构应保证有一个间接由压电致动器控制的喷射器针阀， 其中压电致动器直接或者间接地被燃料的压力围住，并且在喷射器针阀和压电致动器之间 只设有一个液压耦合空间。如果压电致动器位于燃料的低压范围里(大约60巴)，正如在 间接控制的阀针运动时那样，因此这里完全可以用一种膜片作为平衡行程和/或平衡温度 的元件，实现压电致动器的金属套密封。 在柴油机压电喷射器里，当进行所谓直接的喷射器针阀控制时，直接在高压下 (大约2000巴)的柴油机燃料里使压电致动器运行，其中之前提到的相对刚性的套筒_/膜 片密封并不经受高的系统压力和在所提供的空间位置情况下压电致动器较大的行程运动。
为了保护压电致动器的压电元件，例如也在它们的电绝缘方面，在此也已知了 ，用 一个弹性体包封住压电致动器。因为存在有燃料，尤其是就其导电成分而言，在压电致动器 的表面上可能引起在电极之间的火花放电，并因此引起压电致动器的失效，因此压电致动 器也必须通过在接缝和连接位置处的密封性，防止与燃料直接接触。 由DE 101 39871 Al得知一种压电喷射器，它具有一个通过液压压力倍增器作用 在阀构件上的压电致动器模块，在这模块中，压电致动器的压电元件布置在一个设有金属 波纹管的包封物里。 由WO 2001 48834 A2得知，借助于塑料制成的保护壳罩形成压电致动器的绝缘， 这塑料例如通过压注法涂覆。此外有US 7 036 198 B2得知，这个保护层系统由一个收縮 软管形成，后者通过一个收縮过程对包围的介质形成密封。 密封部的关键位置这里是包封物或保护层系统端部的连接处，尤其是在致动器头 部和/或在致动器底部上，以便持久地保证这里也有一种良好的密封性。
发明内容
发明涉及一种开头所述的，具有一个或多个压电致动器的压电致动器模块，这压
电致动器压紧在一个致动器头部和一个致动器底部之间，并且其中至少压电致动器设有一个保护层系统。按照本发明设有一个包围元件，用于将保护层系统固定在致动器头部，在致 动器底部和/或在压电致动器上，其有利地由一种具有记忆特性的材料组成，并在取决于 装配的扩展之后可以压在保护层系统上。这里优选使所述至少一个用于接触在保护层系 统上的包围元件由一种形状记忆材料，优先由一种NiTi-合金(例如一种成分为50/50的 NiTi =镍-钛合金)，或一种NiTiCu-合金制成。 按照本发明的压电致动器模块的保护层系统通过所建议的对所谓形状记忆材料
(形状记忆合金)的应用，用简单的装置持久和牢固地连接在压电致动器模块的致动器头
部和/或致动器底部上，并因此相对于包围的介质，例如像燃料实现密封。 由DE 10 2005 045 230 Al本身来看得知，为使导体绝缘，设有一个由所谓形状记
忆材料组成的环，此环被冷扩展，然后通过热的作用又返回到扩展之前的形状状态。 应用按照本发明的材料的特别的优点因此在于，形状记忆材料在一定的范围里具
有所谓的超弹性或者也有伪弹性。在这个范围里它们可以机械伸长达大约8% ，而没有塑性
的变形。这就是说，例如由相应的NiTi-合金组成的所建议的包围元件可以在一种实施为
弹簧或者环相比于由通常材料制成的弹簧或者环来说被大大扩展，以便在致动器头部或者
致动器底部上移动，而它们并不失去其以后的张紧力或者夹紧力。 这在致动器头部或致动器底部的结构设计时允许有较高的自由度，因此这里可以 有较大的直径，并在一定条件下也不需要两体式结构方案。另一方面，大大简化了压电致动 器模块构件的装配，这是因为可以在相对宽的极限内使包围元件机械扩展，用来简化装配， 并且除此之外，可以通过扩展程度预先调整张紧力或者夹紧力。 在一种制造压电致动器模块的有利方法中，第一步将压电致动器和至少一部分的 致动器头部和/或致动器底部覆盖上保护层系统，第二步将由具有记忆特性的材料组成的 包围元件在规定的极限里扩展，并在致动器头部和/或致动器底部范围里导引到保护层系 统上，而第三步中用一种热方法使包围元件在致动器头部上和/或在致动器底部上压到保 护层系统上。 也可以事先不扩展而装配一个足够大的包围元件，其中则只是通过形状记忆效应 借助于通过加热实现的縮小而压紧。 按照本发明的压电致动器模块可以有利地具有一个保护层系统，这系统由一层或 者多层聚合物或者金属材料组成。如果不可能进行保护层系统的焊接或者钎焊，尤其是在 应用一种聚合物保护系统时，例如像一种收縮软管或者一种成型软管，那么保护层系统的 这样建议的连接就是特别有利的。
以下根据附图所示实施例对发明进行说明。所示为 图1具有一个压电致动器， 一个致动器头部， 一个致动器底部，并具有一个包围住 压电致动器的保护层系统的压电致动器模块的剖视图，该保护层系统在致动器头部和致动 器底部上用包围元件连接； 图2基于图1的，具有保护层系统与包围元件的详图的一个剖视图。
具体实施例方式
图1表示了一个例如用于压电喷射器的压电致动器模块1的剖视图，这压电喷射 器可以使用在内燃发动机的燃料喷油系统里，用于控制针阀行程，正如开头根据现有技术 所述的那样。 压电致动器模块1具有一个压电致动器2或者排列成行的多个这样的压电致动器2， 它们用说明书开头部分中所述的压电元件构成，用于在压电致动器模块1的纵向延伸方向上产 生机械的行程。在压电致动器2的左端侧上在这里示出一个致动器头部3，而在压电致动器2 的右端侧上示出一个致动器底部4.压电致动器2被由一个或多个层组成的保护层系统5包住， 该保护层系统借助于包围元件6机械密封地连接于致动器头部3和致动器底部4上。
图2表示了保护层系统5的一个剖视详图，这保护层系统具有包围元件6用于将 保护层系统5固定在致动器头部3上，致动器底部4上和/或压电致动器2上，它由一种具 有所谓记忆特性的材料组成，并在取决于装配的扩展之后可以压在保护层系统5上。
有利地为此由一种形状记忆材料，优先由一种NiTi-合金或NiTiCu-合金来制造 用于支承在保护层系统5上的包围元件6。这些所谓形状记忆材料可以被冷扩展，然后通过 热的作用又返回至扩展前的形状状态，而无塑性变形。 在制造压电致动器模块l时因此可以在安置保护层系统5之后，使包围元件5在 规定的极限里扩展，并在致动器头部3和/或致动器底部4的范围里越过它们而导引到保 护层系统5上。通过弹性范围里的回縮或通过热的作用则可以将包围元件6在致动器头部 3和/或致动器底部4上压到保护层系统5上。 按照本发明的压电致动器模块1的保护层系统5，通过所建议的应用所谓形状记 忆材料(形状记忆合金)于包围元件6，用简单的措施持久和牢固地被连接在压电致动器模 动1的致动器头部3和/或致动器底部4上，并因此使其相对于周围的介质，例如像燃料实 现密封。
权利要求
具有一个或多个压电致动器(2)的压电致动器模块，这压电致动器压紧在致动器头部(3)和致动器底部(4)之间，并且其中至少所述压电致动器(2)设有保护层系统(5)，其特征在于，设有至少一个包围元件(6)用于密封地将保护层系统(5)固定在致动器头部(3)，致动器底部(4)和/或压电致动器(2)上，而且所述至少一个包围元件(6)由具有记忆特性的材料组成，并在取决于装配的扩展和/或热处理之后可以压到保护层系统(5)上。
2. 按权利要求1所述的压电致动器模块，其特征在于，所述至少一个用于靠在保护层 系统(5)上的包围元件(6)由形状记忆材料，优选由NiTi合金或者NiTiCu合金组成。
3. 按上述权利要求之一所述的压电致动器模块，其特征在于，保护层系统(5)由一层 或者多层聚合材料或者金属材料组成。
4. 制造一个按上述权利要求之一所述的压电致动器模块的方法，其特征在于，在第一 步中，将压电致动器(2)和至少一部分的致动器头部(3)和/或致动器底部(4)覆盖上保 护层系统(5)，在第二步中，将由具有记忆特性的材料组成的包围元件(6)在规定的极限里 扩展，并在致动器头部(3)和/或致动器底部(4)范围里导引到保护层系统(5)上，和/或 在另一步中，优选用热的方法将包围元件(6)在致动器头部(3)上和/或在致动器底部(4) 上压到保护层系统(5)上。
5. 按上述权利要求之一所述的压电致动器模块的应用，其特征在于，压电致动器(2) 是内燃发动机中燃料喷入系统的压电喷射器的组成部分，其中燃料绕保护层系统(5)流 过。
全文摘要
建议了一种具有一个或多个压电致动器(2)的压电致动器模块(1)，这压电致动器压紧在一个致动器头部(3)和一个致动器底部(4)之间，并且其中压电致动器(2)设有一个保护层系统(5)。至少设有一个包围元件(6)用于致密地将保护层系统(5)固定在致动器头部(3)，在致动器底部(4)和/或在压电致动器(2)上，而且只是一个包围元件(6)由一种具有记忆特性的材料组成，并在取决于装配的扩展之后可以压在保护层系统(5)上。
文档编号H01L41/053GK101796663SQ200880105808
公开日2010年8月4日 申请日期2008年7月22日 优先权日2007年9月6日
发明者N·施莱格尔 申请人:罗伯特.博世有限公司