Piezoelektrische Aktoren werden in den verschiedensten tech- nischen Bereichen, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt. In der Kraftfahrzeugtechnik werden piezoelektri- sche Aktoren bei neuen Benzin-oder Dieseleinspritzsystemen in einem Einspritzventil eingesetzt, um eine präzise Steue- rung der Einspritznadel zu ermöglichen. Die piezoelektrischen Aktoren steuern dabei die Einspritznadel entweder direkt oder indirekt über ein Ventil einer Druckkammer an, deren Druck die Position der Einspritznadel steuert. Piezoelektrische Ak- toren sind im Ruhezustand auf Druck vorgespannt und weisen den Vorteil auf, dass eine Längung des piezoelektrischen Ak- tors mit hoher Dynamik erfolgt. Damit können sehr kurze Schaltzeiten erreicht werden.

Ein Nachteil der piezoelektrischen Aktoren besteht darin, dass die mit dem piezoelektrischen Aktor darstellbaren Hübe im Bereich von < 100 um liegen. Der geringe Hub erfordert ei- ne präzise Justierung des piezoelektrischen Aktors im Bezug auf das Stellglied, das vom piezoelektrischen Aktor betätigt werden soll. Ist der Abstand zu groß, so wird das Stellglied nicht mehr ausreichend betätigt und ist der Abstand zu klein, so kann es vorkommen, dass kein Leerhub mehr vorliegt. Der fehlende Leerhub führt beispielsweise bei der Betätigung ei- nes Servoventils dazu, dass das Servoventil immer geöffnet ist und bewirkt eine Fehlfunktion des Einspritzventils. Der piezoelektrische Aktor ist in einem Gehäuse eingebracht, das

zum Ausgleich von thermischen Längenänderungen vorzugsweise den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der piezoelektrische Aktor aufweisen sollte. Materialien, die den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der piezo- elektrische Aktor aufweisen, sind jedoch relativ teuer und schwer zu bearbeiten. Deshalb werden im Stand der Technik Ge- häuse verwendet, die aus zwei Hülsen aufgebaut sind. Die zwei Hülsen weisen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffi- zienten auf, die in der Gesamtwirkung annähernd dem thermi- schen Ausdehnungskoeffizienten des piezoelektrischen Aktors entsprechen.

Aus DE 195 38 791 AI ist ein piezoelektrischer Aktor für ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, der in einem Gehäuse ein- gebracht ist, das aus zwei Hülsen aufgebaut ist. Die zwei Hülsen sind übereinander angeordnet und liegen auf planen, ringförmigen Auflageflächen aufeinander auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen piezoelektri- schen Aktor mit einem verbesserten Gehäuse bereit zu stellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch den piezoelektrischen Aktor gemäß Patentanspruch 1 und durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Ein Vorteil des piezoelektrischen Aktors nach Anspruch 1 besteht darin, dass die erste und zweite Hülse ineinander gesteckt sind. Dadurch wird verhin- dert, dass beim Verschweißen der zwei Hülsen Schmutz in den Innenraum des Gehäuses gelangt oder die Innenwände des Gehäu- ses beschädigt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die ineinander gesteckten Randbereiche der Hülsen seitliche Zentrierflächen auf, die einander zugeordnet sind.

Dadurch wird eine präzise Justierung der ersten und der zwei- ten Hülse auf einer Achse erreicht.

Das Verfahren nach Anspruch 11 berücksichtigt bei der Her- stellung des Gehäuses, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient

des piezoelektrischen Aktors schwanken kann und deshalb die Längen der Hülsen angepasst werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Hülse über korrespondierende Zentrier- ausnehmungen präzise auf eine Achse zueinander justiert. Da- durch wird eine Fehljustierung der zwei Hülsen vermieden. So- mit werden Beeinträchtigungen der Funktion des piezoelektri- schen Aktors, die durch eine Fehlstellung der zwei Hülsen be- wirkt werden, vermieden. Folglich ist die Langzeitstabilität für eine korrekte Funktionsweise des piezoelektrischen Aktors erhöht.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Hülse im Randbereich, der der ersten Hülse zugeordnet ist, auf der Außenseite eine nach außen abgestufte Auflagefläche auf. Die nach außen abgestufte Auflagefläche begrenzt die maximale Einschubtiefe der zweiten Hülse. Damit wird auf einfache Wei- se die Gesamtlänge des Gehäuses über die Anlage der ersten Hülse an der abgestuften Auflagefläche der zweiten Hülse festgelegt. Da die Gesamtlänge des Gehäuses, die sich aus der effektiven Länge der ersten und der zweiten Hülse ergibt, ein wichtiges Maß für die präzise Justierung des piezoelektri- schen Aktors darstellt, ist es wichtig, die Einschubtiefe der zweiten Hülse präzise festzulegen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist ebenfalls die erste Hülse eine Auflagefläche auf, die an einem nach in- nen abgestuften Randbereich ausgebildet ist. Damit steht ein zweites Mittel zur Begrenzung der maximalen Einschubtiefe der zweiten Hülse zur Verfügung.

Vorzugsweise sind die Auflageflächen der ersten oder zweiten Hülse in Form von umlaufenden Ringflächen ausgebildet. Die Form der umlaufenden Ringfläche ist einfach herzustellen und bietet eine Auflage für den gesamten ringförmigen Rand der

ersten bzw. der zweiten Hülse. Somit kann die erste oder zweite Hülse mit einer Ringfläche auf der zweiten bzw. ersten Hülse aufliegen. Somit wird eine präzise Ausrichtung der ers- ten oder zweiten Hülse zueinander ermöglicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite Hülse über eine Schweißnaht miteinander ver- bunden. Die Schweißnaht ist an Außenflächen der ersten und der zweiten Hülse ausgebildet. Durch die abgestufte Form der Randbereiche der ersten oder der zweiten Hülse wird verhin- dert, dass beim Verschweißen der ersten und der zweiten Hülse die Innenwand des Gehäuses beschädigt wird, da ein abgestuf- ter Randbereich zwischen dem Schweißbereich und der Innenwand des Gehäuses angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er- läutert. Es zeigen : Figur 1 einen Querschnitt durch einen piezoelektrischen Ak- tor, Figur 2 eine erste und eine zweite Hülse, Figur 3 ein Gehäuse bestehend aus einer ersten und einer zweiten Hülse und Figur 4 ein Gehäuse mit nicht vollständig ineinander gesteck- ten ersten und zweiten Hülsen 8,9.

Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen piezoelektrischen Aktor 1, der im Wesentlichen ein piezo- elektrisches Element 2 mit elektrischen Anschlüssen 3 und ein Gehäuse 4 aufweist. Das piezoelektrische Element 2 weist eine Vielzahl von übereinander gestapelten piezoelektrischen Schichten auf, zwischen denen elektrisch leitenden Schichten angeordnet sind. Die elektrisch leitenden Schichten sind ab- wechselnd mit einem der zwei Anschlüsse 3 elektrisch leitend verbunden. Das piezoelektrische Element 2 ist zwischen einer Kopfplatte 5 und einer Bodenplatte 6 über eine Federhülse 7 eingespannt. Die Federhülse 7 ist mit der Kopfplatte 5 und

der Bodenplatte 6 in ein hülsenförmiges Gehäuse 4 eingescho- ben. Das Gehäuse 4 weist eine obere, erste Hülse 8 und eine untere, zweite Hülse 9 auf. Die erste und die zweite Hülse 8, 9 sind ineinander gesteckt und über eine Schweißnaht 10 mit- einander verbunden. Die Schweißnaht 10 ist beispielsweise mit einem Laserschweißprozess oder einem elektromagnetischen Schweißprozess hergestellt worden. Die erste und die zweite Hülse 8,9 sind aus unterschiedlichen Werkstoffen mit unter- schiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten herge- stellt. Die Werkstoffe mit den thermischen Ausdehnungskoeffi- zienten sind in der Weise ausgewählt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses 4 annähernd dem thermi- schen Ausdehnungskoeffizienten des piezoelektrischen Elemen- tes 2 mit Kopfplatte 5, Bodenplatte 6 und einer Steuerplatte 11 entspricht, die auf der Unterseite der Bodenplatte 6 aus- gebildet ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass keine Un- terschiede in den Längen des Gehäuses 2 und des piezoelektri- schen Elementes 2, mit Kopfplatte 5, Bodenplatte 6 und Steu- erplatte 11 durch Temperaturschwankungen entstehen. Für die erste und die zweite Hülse 8,9 werden als Materialien bei- spielsweise Stahl und Invar verwendet.

Die Kopfplatte 5 ist im oberen Randbereich über eine zweite Schweißnaht 12 mit dem oberen Randbereich der ersten Hülse 8 verschweißt. Die Steuerplatte 11 ist mit der Bodenplatte 6 und dem unteren Ende des piezoelektrischen Elementes 2 axial beweglich im Gehäuse 2 angeordnet. Soll nun ein Stellglied über den Aktor 1 betätigt werden, so werden die elektrischen Anschlüsse 3 bestromt. Folglich dehnt sich das piezoelektri- sche Element 2 gegen die Vorspannkraft der Federhülse 7 aus.

Dabei wird die Steuerplatte 11 nach unten gegenüber dem Ge- häuse 4 verschoben. Üblicherweise weisen piezoelektrische E- lemente eine maximale Auslenkung von 100 um bei der Bestro- mung auf. An der unteren Öffnung der zweiten Hülse 9 ist eine Membran 13 eingespannt, die umlaufend dicht mit dem inneren Randbereich der zweiten Hülse 9 verbunden ist. Damit wird das piezoelektrische Element gegenüber Umwelteinflüssen abgedich-

tet. Die Membran 13 ist beispielsweise in Form einer metalli- schen Membran ausgebildet. Die Membran 13 kann jedoch auch in jeder beliebigen anderen Ausführungsform ausgebildet sein.

Die Anordnung des piezoelektrischen Elementes 2 in der ersten und in der zweiten Hülse 8, 9 erfordert eine präzise Ausrich- tung der ersten oder zweiten Hülse 8, 9 parallel zu einer Mittensymmetrieachse 14. Die präzise Ausrichtung der ersten und zweiten Hülse 8,9 wird durch seitliche Zentrierflächen 21,22 erreicht, die auf der Innenwandseite der ersten Hülse 8 und auf der Außenwandseite der zweiten Hülse 9 ausgebildet sind und einander zugeordnet sind.

Figur 2 zeigt die erste und zweite Hülse vor der Montage zum Aktorgehäuse. Die erste Hülse 8 weist eine Zentrierausnehmung 19 auf der Innenseite eines Randbereiches 16 auf, die einem zweiten Randbereich 17 der zweiten Hülse 9 zugeordnet ist.

Die Zentrierausnehmung 19 ist in dem gewählten Ausführungs- beispiel in Form einer ersten ringförmigen Nut ausgebildet, die in den Randbereich 16 auf der Innenseite der ersten Hülse 8 eingebracht ist. Durch die Zentrierausnehmung 18 wird eine erste Zentrierfläche 22 gebildet, die die Form einer Zylin- derfläche aufweist. Im Querschnitt weist der Randbereich 16 der ersten Hülse 8 einen nach oben abgestuften Randbereich auf. Die erste und die zweite Hülse sind rotationssymmetrisch zur Mittensymmetrieachse 14 ausgebildet.

Der zweite Randbereich 17 der zweiten Hülse 9, der dem Rand- bereich 16 der ersten Hülse 8 zugeordnet ist, ist passend zur Form des Randbereiches 16 abgestuft ausgebildet. Der zweite Randbereich 17 weist eine zweite Zentrierausnehmung 18 auf, die auf der Außenseite in Form eine ringförmig umlaufende zweiten Nut ausgebildet ist. Durch die zweite Zentrierausneh- mung 18 wird eine zweite zylinderförmige seitliche Zentrier- fläche 23 gebildet. Im montierten Zustand der ersten und zweiten Hülse 8,9 liegen die erste und zweite Zentrierfläche 22,23 aneinander an, wie in Figur 1 dargestellt ist. Die

Länge des Gehäuses ergibt sich aus der Summe der Längen 11, 12 der ersten und der zweiten Hülse 8,9. Die Längen 11 und 12 der ersten und der zweiten Hülse werden abhängig von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten und der Länge des piezoelektri- schen Aktors festgelegt. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aktoren können von Charge zu Charge variieren. Entspre- chend sind die Längen 11, 12 der Hülsen unterschiedlich zu wählen. Durch die erfindungsgemäße Form des Gehäuses ist eine einfache Anpassung der Längen 11, 12 möglich, indem die Höhen der Abstufungen der Zentrierausnehmungen 18,19 der Hülsen 8, 9 unterschiedlich gewählt werden. Somit können bei gleich- bleibenden Längen der ersten und zweiten Hülse 8,9 unter- schiedlich lange Gehäuse 4 hergestellt werden.

Die erste Hülse 9 weist einen von der Außenseite her nach in- nen abgestuften zweiten Randbereich 1. 7 auf. Die zweite Hülse 8 weist einen Randbereich 16 auf, der einen von innen nach außen abgestuft ausgebildet ist. Die erste Zentrierausnehmung 19 bildet eine erste, ringförmig umlaufende Auflagefläche 20 aus. Die erste Auflagefläche 20 ist parallel zum Randbereich 16 ausgebildet, aber um die Tiefe der ersten Zentrierausneh- mung 19 versetzt angeordnet.

Der zweite Randbereich 17 der zweiten Hülse 9 weist eine zweite Auflagefläche 21 auf, die durch die zweite Zentrier- ausnehmung 18 ausgebildet ist. Die zweite Auflagefläche 21 ist ebenfalls als ringförmig umlaufende Ringfläche ausgebil- det, die parallel zum zweiten Randbereich 17 angeordnet ist, jedoch um die Tiefe der zweiten Zentrierausnehmung 18 zurück- versetzt angeordnet ist.

Zur Herstellung des Gehäuses 4 wird die zweite Hülse 9 mit dem zweiten Randbereich 17 in die erste Hülse 8 eingeschoben.

Die zweite Hülse 9 wird vorzugsweise so tief in die erste Hülse 8 eingeschoben, bis die zweite Auflagefläche 21 der zweiten Hülse 9 auf dem Randbereich 16 der ersten Hülse 8 aufliegt. Die zweite Zentrierfläche 23 des inneren Randberei-

ches 22 der zweiten Hülse 9 und die erste Zentrierfläche 22 des Randbereiches 16 der ersten Hülse 8 sind in der Weise aufeinander abgestimmt, dass eine Zentrierung der ersten und der zweiten Hülse 8, 9 im Bezug auf eine parallele Ausrich- tung zur Mittensymmetrieachse 14 gegeben ist. Im einfachsten Fall sind die erste und zweite Zentrierfläche 22,23 als Zy- lindermantelflächen ausgebildet. Es können jedoch auch andere Formen verwendet werden, die eine parallele Ausrichtung der ersten und der zweiten Hülse 8,9 im Bezug auf die Mittensym- metrieachse 14 ermöglichen.

Figur 3 zeigt ein Gehäuse 4 mit ineinander gesteckten ersten und zweiten Hülsen, wobei die erste und die zweite Hülse über die Schweißnaht 10 auf der Außenseite miteinander umlaufend verschweißt sind. Auch in der Ausführungsform der Figur 3 liegt die erste Auflagefläche 21 auf dem Randbereich 16 auf.

Je nach Ausführungsform kann auch ein Abstand zwischen dem Randbereich 16 und der ersten Auflagefläche 20 ausgebildet sein. Auf diese Weise können Längenänderungen des Gehäuses 4 erreicht werden, ohne dass erste und zweite Hülsen 8,9 mit neuen Längen hergestellt werden müssen. Zur Kürzung der Länge 11 der zweiten Hülse 9 wird die zweite Nut 18 entsprechend hoch ausgebildet. Damit die zweite Hülse 9 mit der zweiten Auflagefläche 21 auf dem Randbereich 16 aufliegen kann, ist die erste Nut 19 entsprechend hoch auszubilden. Zur Kürzung der Länge 12 der ersten Hülse 8 ist es erforderlich, die ers- te Hülse 8 plan abzuschleifen. Zur Verlängerung der ersten und zweiten Hülse 8,9 für die Erstellung des Gehäuses 4 wer- den die ersten und die zweiten Hülsen 8,9 weniger tief in- einander gesteckt und miteinander verbunden. In dieser Aus- führung ist der Randbereich 16 von der zweiten Auflagefläche 21 beabstandet, wie in Figur 4 dargestellt.

In das Gehäuse 4 der Figur 3 wird anschließend der piezo- elektrische Aktor 1 gemäß Figur 1 eingebracht und ein An- schlussstecker mit Anschlüssen 3 angegossen.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, bildet die abgestufte Form des Randbereiches 17 der zweiten Hülse 9 den Vorteil, dass beim Verschweißen der ersten mit der zweiten Hülse 8,9 die Schweißstrahlung, beispielsweise Laserstrahlung oder elektro- magnetische Strahlung, nicht in den Innenbereich des Gehäuses 4 gelangt, sondern immer von einer Wand des zweiten Randbe- reichs 17 abgefangen wird. Auf diese Weise wird eine Beschä- digung der Innenwand des Gehäuses 4 durch den Schweißvorgang vermieden.

Vor der Herstellung des Gehäuses 4 wird die Länge und der thermische Ausdehnungskoeffizient einer Charge von piezo- elektrischen Aktoren gemessen. Anschließend werden die erste bzw. die zweite Zentrierausnehmung 19,18 in die erste bzw. zweite Hülse 8,9 mit entsprechenden Höhen eingebracht, so dass die abgestuften Randbereiche 16,17 der ersten und zwei- ten Hülse 8,9 entsprechende Stufenhöhen aufweisen, damit die erste und zweite Hülse mit der gewünschten Überlappung inein- ander geschoben werden können. Dadurch können gewünschte Län- gen 11, 12 für die erste und zweite Hülse 8,9 eingestellt werden.