Piezoaktoren werden beispielsweise bei Injektoren zur Ein- spritzung von Kraftstoff als Aktoren verwendet, um einen Be- ginn bzw. ein Ende einer Einspritzung festzulegen. Dabei wei- sen Piezoaktoren einen sehr kleinen Hub auf. Weiterhin ist das Wärmeausdehnungsverhalten des aus Keramik hergestellten Piezo- aktors stark unterschiedlich von den ihn sonst umgebenden In- jektorbauteilen aus Stahl. Um trotz des kleinen Hubes des Pie- zoaktors den Hub über den gesamten im Motorbereich auftreten- den Temperaturbereich aufrechtzuerhalten, wird üblicherweise ein Gehäuse für den Piezoaktor verwendet, welches ein ähnli- ches Ausdehnverhalten wie der Piezoaktor aufweist. Derartige Gehäuse werden beispielsweise aus Invar hergestellt. Aller- dings ist Invar aufgrund seiner Härte nicht als Rohr o. ä., sondern nur als Vollmaterial, wie z. B. Stangenmaterial, her- stellbar, so dass das Piezoaktorgehäuse aufwendig aus dem Vol- len zerspant werden muss. Da Invar sehr schwer zu zerspanen ist, ergeben sich aufgrund von geringer Schnittgeschwindig- keit, ungünstiger Spanbildung, übermäßigem Werkzeugverschleiß usw. sehr hohe Herstellungskosten und -zeiten für das Piezoaktorgehäuse, da das Zerspanvolumen zur Herstellung des Gehäuses ca. 50 % beträgt. Da auch Invar als Werkstoff sehr teuer ist, ergeben sich für das Piezoaktorge- häuse sehr hohe Kosten.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfa- ches und kostengünstiges Piezoaktorgehäuse bzw. ein kosten- günstiges Verfahren zur Herstellung des Piezoaktorgehäuses bereitzustellen, welche insbesondere aus einem Werkstoff mit

ähnlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Piezoaktor hergestellt sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. ein Piezoaktorgehäuse mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils vor- teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Im Unterschied zum Stand der Technik wird beim erfindungsge- mäßen Verfahren zur Herstellung eines Piezoaktorgehäuses für einen Piezoaktor das Gehäuse nicht mehr aus dem Vollen zerspant, sondern mittels Umformen, insbesondere Rollen oder Biegen, aus einem Flachmaterial zu einem Rohr mit einer offe- nen Nahtstelle in Längsrichtung des Rohres erzeugt. Anschlie- ßend wird die Nahtstelle verschweißt, so dass ein geschlosse- nes Rohr als rohrförmiges Aktorgehäuse erhalten wird. Somit kann erfindungsgemäß auf die dem Stand der Technik vorhandene sehr teuere und aufwendige Zerspanung verzichtet werden und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren über 50 % der bisherigen Herstellkosten eingespart werden.

Um die Genauigkeit des aus einem Flachmaterial umgeformten Gehäuses weiter zu verbessern, wird vorzugsweise das ver- schweißte Rohr hinsichtlich seiner Rundheit kalibriert. Die- ser Kalibriervorgang macht weiterhin eine eventuell vorhande- ne weitere Nachbearbeitung des Werkstücks deutlich einfacher.

Um den beispielsweise aufgrund einer Kaltverformung durch das Umformen bzw. beim Schweißen eingebrachten Energie geänderten Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäuses wieder rückgängig zu machen, wird das Gehäuse vorzugsweise noch einer Wärmebe- handlung unterzogen.

Um eine besonders hohe Fertigungsgenauigkeit zu erhalten, wird das Gehäuse vorzugsweise noch einem Zerspanvorgang un- terworfen, in welchem die erforderlichen Abmessungen des Ge- häuses mit hoher Genauigkeit hergestellt werden können. Hier-

bei ist jedoch am Gehäuse nur noch ein geringes Zerspanen auszuführen.

Es sei angemerkt, dass an Stelle des Kalibrierens auch eine Nachbearbeitung hinsichtlich der Maßgenauigkeit ausschließ- lich durch Zerspanen erfolgen kann, jedoch erhöht sich da- durch das Spanvolumen, da die gesamten Innen-und Außenflä- chen des Piezoaktorgehäuses nachbearbeitet werden müssen, was bei einem kalibrierten Gehäuse nicht unbedingt notwendig ist.

Das Verschweißen der Nahtstelle des Gehäuses wird vorzugswei- se ohne Zusatzmaterial ausgeführt. Besonders bevorzugt wird das Piezoaktorgehäuse lasergeschweißt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders kostengünstig ausgeführt werden, wenn das Flachmaterial zum Umformen des Gehäuses vorzugsweise aus einem Band ausgestanzt wird. Als Werkstoff für das Piezoaktorgehäuse wird vorzugsweise ein Werkstoff verwendet, welcher einen ähnlichen Wärmeausdeh- nungskoeffizienten wir der Piezoaktor aufweist. Dies kann beispielsweise besonders bevorzugt Invar sein.

Das erfindungsgemäße Gehäuse für einen Piezoaktor ist rohr- förmig ausgebildet und aus einem Flachmaterial hergestellt.

Am Gehäuse ist eine von einer ersten Stirnseite zu einer zweiten Stirnseite des Gehäuses durchgehende Nahtstelle aus- gebildet. Diese Nahtstelle ist vorzugsweise verschweißt.

Das erfindungsgemäße Gehäuse kann besonders einfach herge- stellt werden, wenn die Nahtstelle vorzugsweise parallel zu einer Mittelachse des Gehäuses verläuft. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verläuft die Naht- stelle schräg zur Mittelachse des Gehäuses. Dies kann bei- spielsweise dadurch realisiert werden, indem ein trapezförmi- ges Flachmaterial als Ausgangsmaterial verwendet wird.

Um eine besonders gute Verbindung an der Nahtstelle des Ge- häuses zu erreichen, ist die Nahtstelle des Gehäuses vorzugs- weise mit Bereichen für eine formschlüssige Verbindung ausge- bildet.

Um die verschweißte Naht besonders kostengünstig bereitstel- len zu können, ist diese als Stumpfnaht ausgebildet, bei der zwei senkrecht zum Umfang laufende Endflächen des umgeformten Flachmaterials miteinander verschweißt werden müssen. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Er- findung ist die Nahtstelle als Schrägnaht ausgebildet, bei der die miteinander zu verschweißenden Endflächen nicht senk- recht, sondern schräg zum Umfang angeordnet sind. Dadurch wird eine längere Schweißnaht in Radialrichtung des Gehäuses verwirklicht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausfüh- rungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.

In der Zeichnung zeigt : Figur 1 ein Flachmaterial als Ausgangsmaterial zur Herstellung eines Piezoaktorgehäuses gemäß ei- nem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegen- den Erfindung, Figuren 2a und 2b eine Seitenansicht bzw. eine perspektivi- sche Ansicht des Piezoaktorgehäuses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figuren 3a bis 3e unterschiedliche Herstellungsschritte zur Herstellung des Piezoaktorgehäuses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figuren 4a und 4b eine Schnittansicht bzw. eine vergrößerte Detailansicht des Piezoaktorgehäuses gemäß dem

ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 5 eine Seitenansicht eines Piezoaktorgehäuses gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 6 eine Seitenansicht eines Piezoaktorgehäuses gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Figur 7 eine Draufsicht eines Piezoaktorgehäuses gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorlie- genden Erfindung und Figur 8 eine Draufsicht eines Piezoaktorgehäuses gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorlie- genden Erfindung.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4b ein Piezoaktorgehäuse 1 und ein Herstellverfahren zur Herstellung des Piezoaktorgehäuses 1 beschrieben.

Das Piezoaktorgehäuse 1 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Rohr, in welchem die Piezokeramik angeordnet ist. Das obere bzw. untere Ende des Aktorgehäuses 1 wird dabei mit einer Kopf-bzw. Bodenplatte verschlossen. Als Material für das Piezoaktorgehäuses 1 wird Invar verwendet, welches einen ähn- lichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Piezokeramik aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Piezoak- torgehäuses ist dabei wie folgt. In einem ersten Schritt wird aus einem Bandmaterial 7 (vgl. Figur 3a) ein rechteckiges Flachmaterial 2 ausgestanzt (vgl. Figur 1 und Figur 3b). Die Dicke des Bandmaterials 7 bzw. des daraus ausgestanzten Flachmaterials 2 entspricht dabei möglichst genau der Wand-

stärke des Piezoaktorgehäuses 1. Wie insbesondere aus Figur 1 ersichtlich ist, weist das Flachmaterial eine Höhe H auf,- welche der späteren Höhe des Piezoaktorgehäuses 1 im Wesent- lichen entspricht und eine Länge U auf, welche der späteren Umfangslänge des zylindrischen Aktorgehäuses im Wesentlichen entspricht. Weiterhin bilden die einander gegenüberliegenden Seiten in Richtung der Höhe H des Gehäuses eine erste Stoß- kante 3 bzw. eine zweite Stoßkante 4. Im nächsten Schritt wird das Flachmaterial 2 mittels Rollens kaltverformt, so dass ein Zylinderrohling wie in Figur 3c dargestellt erhalten wird. Dabei liegen die erste Stoßkante 3 und die zweite Stoß- kante 4 mit einem schmalen Spalt dazwischen einander gegen- über. Im nächsten Schritt werden die einander gegenüberlie- genden Stoßkanten 3 und 4 mittels Laserschweißens in Längs- richtung des Gehäuses 1 miteinander verbunden, so dass eine geschweißte Nahtstelle 8 erhalten wird. Hierbei wird beim La- serschweißen kein zusätzliches Material zum Schweißen einge- bracht, so dass der Spalt zwischen den beiden Stoßkanten 3,4 möglichst klein sein sollte.

In einem nächsten Schritt wird das gerollte und zusammenge- schweißte Piezoaktorgehäuse hinsichtlich seiner Rundheit ka- libriert, um eventuell vorhandene Unrundheiten auszugleichen.

Anschließend wird eine Wärmebehandlung, beispielsweise eine Glühbehandlung, des Aktorgehäuses ausgeführt, um einen even- tuell durch das Schweißen bzw. die Kaltverformungen geänder- ten Wärmeausdehnungskoeffizienten wieder rückgängig zu ma- chen. Anschließend wird ein Zerspanvorgang beispielsweise auf einer Drehmaschine ausgeführt, um Aussparungen 9,10, 11 in die Außenmantelfläche des Gehäuses 1 einzubringen bzw. um die Nahtstelle 8 nachzubearbeiten. Ebenfalls können Nachbearbei- tungsschritte an einer ersten Stirnseite 5 und einer zweiten Stirnseite 6 oder am Innenumfang des Gehäuses notwendig sein. Weiterhin können weitere Nachbehandlungsschritte, insbesonde- re zur Oberflächenbehandlung wie beispielsweise Polieren, ausgeführt werden, so dass die nach dem Schweißen noch gut sichtbare Nahtstelle 8 praktisch mit bloßem Auge nicht mehr

wahrnehmbar ist. Dies ist in Figur 3e durch die Linie 8'an- gedeutet.

Das fertige Piezoaktorgehäuse 1 ist in den Figuren 2a und 2b sowie 4a und 4b näher dargestellt. Die beiden oberen und un- teren ringförmigen Aussparungen 9 und 10 dienen zur Aufnahme von 0-Dichtringen und die Aussparung 11 dient zur Aufnahme eines Sprengrings, über welchen das Piezoaktorgehäuses 1 mit- tels einer Hohlschraube axial verspannt werden kann. Am unte- ren Innenumfang ist eine mit höchster Genauigkeit durch Zerspanen nachbearbeitete, ringförmige Innenfläche 12 er- sichtlich (vgl. Figur 4b), an der eine nicht dargestellte Membran zur Abdichtung des Piezoaktors gegenüber dem Kraft- stoff befestigt wird.

Im Vergleich mit dem bisher im Stand der Technik notwendigen Zerspanvolumen bei einer Herstellung des Piezoaktorgehäuses aus einem Stangenvollmaterial aus Invar verbleibt bei der vorliegenden Erfindung nur noch ein Zerspanvolumen von ca.

1 %. Erfindungsgemäß werden dabei nicht nur Materialkosten des extrem teueren Materials Invar eingespart, sondern auch die Herstellungskosten deutlich verringert, da das erfin- dungsgemäße Verfahren zum einen eine sehr kurze Herstellungs- zeit aufweist und zum anderen nur in deutlich geringerem Um- fang zu einem Werkzeugverschleiß führt. Zwar weist das erfin- dungsgemäße Piezoaktorgehäuse 1 eine durchgehende Längsnaht in Richtung einer Mittelachse X-X des Gehäuses auf, jedoch hat diese Nahtstelle keinerlei negative Auswirkungen auf die Festigkeit oder den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäu- ses, da die Nahtstelle aus dem gleichen Material wie die Ge- häusewandung besteht. Jedenfalls kann durch die nachgeschal- tete Wärmebehandlung verhindert werden, dass sich am Gehäuse Bereiche mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bilden.

In den Figuren 5 und 6 ist ein Piezoaktorgehäuse 1 gemäß ei- nem zweiten bzw. gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dar-

gestellt. Bei dem in Figur 5 gezeigten zweiten Ausführungs- beispiel ist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel die Nahtstelle 8 schräg zur Mittelachse X-X angeordnet. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass das ausgestanzte Flachmaterial eine Trapezform aufweist. Bei dem in Figur 6. gezeigten Piezoaktorgehäuse 1 gemäß dem dritten Ausführungs- beispiel sind an den beiden Stoßkanten 3,4 des Flachmateri- als Formschlusselemente 13 ausgebildet, welche nach dem Um- formen des Flachmaterials zu einem Formschluss führen. An- schließend wird das Piezoaktorgehäuse an der Nahtstelle 8 e- benfalls verschweißt. Die Formschlusselemente 13 können auf einfache Weise beim Ausstanzen des Flachmaterials hergestellt werden und können eine beliebige Form aufweisen, solange nur ein Formschluss zwischen den beiden Stoßkanten ermöglicht wird.

In den Figuren 7 und 8 sind zwei unterschiedliche Beispiele zur Ausbildung der Nahtstelle 8 gezeigt, welche bei jedem der vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Figur 7 zeigt eine Stumpfnaht, in welcher die beiden Stoßkanten des Flachmaterials in gerolltem Zustand senkrecht zum kreisförmigen Umfang des Gehäuses stehen. Dadurch ergibt sich eine zum Umfang senkrechte Nahtstelle 8. Figur 8 zeigt ein Gehäuse mit einer Schrägnaht, bei der die beiden Stoßkan- ten nicht senkrecht zum Umfang des Gehäuses angeordnet sind, sondern einen vorbestimmten Winkel a gegenüber dem Kreisum- fang aufweisen. Bei der Schrägnaht 8''ergibt sich eine grö- ßere verschweißte Fläche als im Vergleich zur Stumpfnaht von Figur 7, so dass eine größere Verbindungssicherheit beim Schweißen erreicht werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es können verschiedene Ab- weichungen und Änderungen ausgeführt werden, ohne den Erfin- dungsumfang zu verlassen.