Aus gattungsbildend zugrundegelegten DE 198 18 068 AI ist ein piezoelektrischer Aktor für umströmte Medien bekannt, welcher einen Piezostapel aufweist, der innerhalb einer formveränder- lichen Isolationsmasse aus einem elastischen Kunststoff mit direktem Kontakt zu dieser angeordnet ist. Die Isolationsmas- se ist ihrerseits von einem Aktorgehäuse umfasst. Das Aktor- gehäuse wird von einem Gehäusemantel gebildet, der an seinem einen Ende mit einem formstabilen Aktordeckel und an seinem anderen Ende mit einem formstabilen Aktorboden verbunden ist.

Der Aktordeckel bzw. der Aktorboden sind mit den aktiven Hauptflächen des Piezostapels verbunden. Die elektrischen An- schlussleitungen des Piezostapels sind durch den Aktordeckel hindurchgeführt. Des weiteren ist es denkbar, die elektri- schen Anschlüsse des Piezostapels bis an die Endplatten (Ak- tordeckel bzw. Aktorboden) des Aktors heranzuführen und eine oder beide Endplatten als elektrische Kontaktflächen zu nut- zen.

Da die elektrisch isolierende Isolationsmasse aus einem elas- tischen Kunststoff, z. B. Silicon, gebildet ist, der direkt an der Außenfläche des Piezostapels anliegt, muss sie der sehr schnellen Bewegung des Piezostapels im Einsatz folgen. Hier- durch besteht die Gefahr einer Rissbildung in der Isolations- masse sowie der Ablösungen von Isolationsmasse, so dass das umströmende Medium in zerstörerischer Weise an den Piezosta- pel gelangen kann.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Standzeit derartiger Aktoren für umströmende Medien zu erhöhen.

Die Aufgabe wird mit einem Aktor mit den Merkmalen des An- spruchs 1 gelöst. Durch die Ausführung des Gehäusemantels aus einem lappigen und/oder elastischen Material mit den bean- spruchten Merkmalen wird die hermetische Trennschicht weg von der hochaktiven Fläche des Piezostapels verlagert. Dadurch sind u. a. die Abnützungserscheinungen zwischen dem insbeson- dere eine piezoelektrische Keramik aufweisenden Piezostapel und der Isolationsmasse zumindest verringert. Dies wird fer- ner durch einfache konstruktive Maßnahmen erreicht, so dass auf aufwendige Konstruktionen zur Abdichtung verzichtet wer- den kann.

Ein erfindungsgemäßer Aktor ermöglicht damit eine freie Län- genänderung des Aktors, respektive des Piezostapels, wobei eine Benetzungswahrscheinlichkeit des Piezostapels mit einem insbesondere aggressiven umströmenden Medium, vorzugsweise einem unter Druck stehenden Kraftstoff, zumindest verringert wird.

Der Gehäusemantel weist an allen Punkten einen Abstand von dem Piezostapel auf. Ferner entspricht die entlang der Man- tellinie gemessene Mantellänge des Gehäusemantels mindestens der Maximalausdehnung des Aktors und/oder bzw. der Gehäuse- mantel ist mindestens entsprechend dehnbar, damit die Ausdeh- nung des Piezostapels seitens des Gehäusemantels wahrgenommen werden kann.

Da die Isolationsmasse vorzugsweise weitgehend aus einem in- kompressiblen Medium gebildet wird, ist dessen Formverände- rung, bspw. die Ausbildung einer Taille bei der Ausdehnung des Piezostapels, bei der Dimensionierung der Länge des Ge- häusemantels insbesondere in Richtung der Ausdehnung des Pie- zostapels zu berücksichtigen.

Des weiteren ist zwischen dem Gehäusemantel und dem Piezosta- pel als Isolationsmasse ein elektrisch isolierendes Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, und/oder ein Gel eingebracht, wobei die Isolationsmasse, insbesondere ein Siliconöl, zumin- dest weitgehend das Innenvolumen des Aktorgehäuses füllt. Da- mit ist das Innenvolumen des Aktorgehäuses zumindest weitge- hend frei von einem kompressiblem Gas.

Bei dem beanspruchten Aufbau weist einzig die fluidische Iso- lationsmasse einen Kontakt zu dem Piezostapel auf. Daher sind die hier auftretenden Scherkräfte allenfalls gering, womit die Standzeit des Aktors erhöht ist. Vor diesem Hintergrund ist es ferner von Vorteil, wenn die Isolationsmasse zur Ab- fuhr ggf. auftretender Reibungswärme zwischen dem Piezostapel und ihr, eine gute bis hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Gleiches gilt für die Wärmeabfuhr aus dem Piezostapel, wes- halb die Wärmeleitfähigkeit der Isolationsmasse vorzugsweise gleich oder größer als die des Materials des Piezostapels ist.

In vorteilhafter Weise gilt dasselbe für die Wärmeleitfähig- keit der beiden Endplatten (Aktordeckel und Aktorboden), wo- durch die Ableitung der im aktiven Betrieb anfallenden Wärme an das umströmende Medium erleichtert und/oder verbessert ist.

Da die den Aktor umströmenden Medien, insbesondere Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, durchaus chemisch oder auf andere Weise einen aggressiven Charakter aufweisen kön- nen, wird als Material des Gehäusemantels in zweckmäßiger Weise ein gegenüber diesen zu erwartenden Beanspruchungen zu- mindest weitgehend resistentes Material gewählt.

In günstiger Weise entspricht die Viskosität des Isolations- mediums in etwa der des umströmenden Mediums, da dadurch die Belastung des Material des Gehäusemantels seitens des umströ- menden Mediums weiter verringert ist.

Insbesondere bei der Verwendung von Aktoren, deren Endplat- te (n) als elektrische Kontakte verwendet werden, handelt es sich bei dem Material des Gehäusemantels in sinnvoller Weise um ein elektrisch isolierendes Material.

Je nach Anwendungsfall, bspw. in der Hydraulik, ist es güns- tig, den Aktordeckel gegenüber dem Aktorboden mit einer un- terschiedlichen Querschnittsfläche auszubilden. In weiterfüh- render Weise weist der Aktordeckel und/oder der Aktorboden eine Querschnittsfläche auf, die den jeweiligen Einsatzbedin- gungen angepasst ist.

Ein bevorzugter Einsatz erfindungsgemäßer Aktoren ist in ei- nem und/oder als ein Einspritzventil, insbesondere einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise in einem Otto-oder Diesel- motor. Ferner kann ein derartiger Aktor auch für ein Propor- tionalventil und/oder für eine Sonotrode verwendet werden.

Sinnvolle Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehm- bar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeisielen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines Aktors, Fig. 2 einen in einem Medium angeordneten Aktor nach Figur 1 in entspanntem Zustand, Fig. 3 den Aktor nach Figur 1 in vollständig ausgedehnten Zustand, Fig. 4 ein Aktors mit geöffnetem Aktordeckel und aus dem Ak- torgehäuse einseitig herausgeführten elektrischen Leitungen, Fig. 5 eine Aktors mit an beiden Endplatten angeordneten e- lektrischen Leitungen, Fig. 6 eine Aktor mit unterschiedlichen Endplatten und elas- tischem Material für den Gehäusemantel und Fig. 7 den Aktor nach Figur 6 mit ausgedehntem Piezostapel.

In Figur 1 ist eine Explosionszeichnung eines erfindungsgemä- ßen Aktors dargestellt. Der Aktor weist in seinem Inneren ei- nen mittig angeordneten Piezostapel 1 aus mehreren Lagen von Piezofolien aus einer piezoelektrischen Keramik auf.

Der Piezostapel 1 ist von einer elektrisch isolierenden Iso- lationsmasse 3, insbesondere einem Siliconöl, umgeben. Die I- solationsmasse 3 ist außenseitig von einem Gehäusemantel 4 umgeben, der gegenüber der Isolationmasse 3 dicht verschlos ist.

An den aktiven Hauptflächen des Piezostapels 1 ist einerseits ein formstabiler Aktordeckel 5b und andererseits ein formsta- biler Aktorboden 5a vorzugsweise äquidistant zueinander ange- ordnet.

Der Aktorboden 5a und der Aktordeckel 5b sind beide hinsicht- lich der Isolationsmasse 3 sowie hinsichtlich des umströmen- den Mediums dichtend mit dem Gehäusemantel 45 verbunden. Ak- torboden 5a, Aktordeckel 5b und Gehäusemantel 4 bilden zusam- men ein zumindest gegenüber der Isolationsmasse 3 und dem um- strömendem Medium dichtes Aktorgehäuse.

An den Aktordeckel 5b sind elektrische Anschlußleitung 2 ge- führt, die beide mit Bereichen des Aktordeckels 5b elektrisch leitend, aber dennoch gegenüber einander isolierend verbunden sind. Jeweils eine der Anschlußleitungen 2 ist mit gleichpo- ligen Bereichen der Piezofolien verbunden. Sie dienen zur Spannungsversorgung und zur Steuerung der Ausdehnung des Pie- zostapels 1. Auf diese Weise stellen die entsprechenden mit diesen Anschlußleitungen 2 verbundenen Bereiche des Aktorde- ckels 5b Kontaktflächen zur elektrischen Steuerung des Aktors dar.

Der Gehäusemantel 4 besteht im vorliegenden Ausführungsbei- spiel aus einem lappigen, vorzugsweise reisfesten Material.

Er weist an allen Punkten einen nicht notwendigerweise gleichbleibenden Abstand von dem Piezostapel 1 auf.

In Figur 2 und 3 ist der Aktor nach Figur 1 in einem umströ- menden und unter Druck (siehe Pfeile) stehenden Kraftstoff für Brennkraftmaschinen, vorzugsweise Otto-oder Dieselmoto- ren, dargestellt. In zusammengefahrenem Zustand ist der aus lappigem Material gefertigte Gehäusemantel 4 von unregelmäßi- ger sowie axial (entlang der Hauptausdehnungsrichtung des Piezostapels 1) und radial zusammengeschobener bzw.- gedrückter Form (siehe Figur 2). Bei vollständiger Ausdehnung des Piezostapels 1 (siehe Figur 3) wird der Gehäusemantel 4 gestreckt und nähert sich einem geraden Verlauf an.

Wie ersichtlich entspricht die entlang der Mantellinie gemes- sene Mindesthöhe des Gehäusemantels 4 mindestens der entspre- chenden Maximalausdehnung des Aktors. Die genannt Mindesthöhe beinhaltet auch einen Ausgleich einer Formveränderung der I- solationsmasse 3, wie sie bei einer Ausdehnung des Piezosta- pels zumindest auftreten kann.

Die Formänderung der flüssigen und/oder gel-artigen Isolati- onsmasse 3, vorzugsweise eines Siliconöl, beruht auf der In- kompressibilität von Flüssigkeiten. Da bei einer Ausdehnung des Piezostapels 1 das Volumen einer inkompressiblen Isolati- onsmasse 3 gleichbleibt, muss sich ihre Form ändern. Dies kann bspw. -wie in Figur 7-dargestellt von zylindrisch nach zylindrisch tailliert erfolgen.

Daraus ergibt sich, dass die Minimallänge des Mantels zumeist etwas größer ist als der Abstand der beiden Endplatten 5 bei vollständig ausgedehntem Piezostapel 1 (siehe Figur 2 und 3).

Der Ausgleich sollte bei einem rein lappigen und unelasti- schen Material schon bei der Längenbemessung für den Gehäuse- mantel berücksichtigt werden. Bei einem elastischen Material kann die Ausgleichslänge und/oder der Hub des Piezostapels 1 insbesondere allein durch die Elastizität des Materials auf- gebracht werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist in weiten Teilen gleichartig zu demjenigen nach den vorhergegangenen Figuren ausgebildet. Die Darstellung ist jedoch ohne Aktordeckel 5b und ohne Isolationsflüssigkeit dargestellt. Bei diesem Aus- führungsbeispiel sind die Steuerleitungen 7 jedoch durch den - nicht gezeichneten-Aktordeckel 5b hindurch direkt und e- lektrisch isoliert voneinander nach außen geführt.

In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 hingegen ist eine Anschlußleitung mit dem Aktorboden 5a und die andere mit dem Aktordeckel 5b elektrisch leitend verbunden. Insbesondere in diesem Fall sollte der Gehäusemantel 4 aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt sein.

In Figur 6 und 7 sind Aktoren dargestellt, deren Aktorboden 5a und Aktordeckel 5b einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen. Gleichzeitig dienen die Endplatten als elektrische Anschlüsse für den Piezostapel 1. Der Gehäusemantel 4 ist aus einem Material gefertigt, das elektrisch isolierend und elas- tisch ist. Im entspannten Zustand (Spannung gleich Null) des Piezostapels 1 ist die Mantellänge des Gehäusemantels größer als der Abstand zwischen den beiden mit ihnen dichtend ver- bundenen Endplatten 5, so daß der Gehäusemantel einen lappi- gen Eindruck erweckt.

Im vollständig ausgedehnten Zustand des Piezostapels 2 (siehe Figur 7 verläuft die Mantellinie des Gehäusemantels 4 zwi- schen den beiden Endplatten 5 nicht geradlinig, sondern weist aus den oben genannten Gründen eine Taille auf.

Bei dem vorliegenden elastischen Material des Gehäusemantels 4, der zusätzlich noch lappig angebracht ist, wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Ausgleichslänge durch die gegenüber der zusammengezogenen Stellung des Piezostapels 1 größere Mantellänge sowie durch die Elastizität des Materials des Ge- häusemantels 4 aufgebracht.