Piezo-Aktuatoren

Wie Kraftstoff-Einspritzsysteme noch energieeffizienter werden

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Hohes aktives Volumen dank selektivem Ätzen

Bei dem High-Active-Stack-Design (HAS) der dritten Generation von Kupfer-Piezo-Aktuatoren werden die Isolationszonen minimiert und es wird auf vordefinierte Bruchschichten verzichtet, wie sie bei den meisten konventionellen Designs verwendet werden. Dadurch erhöht sich der d33-Wert der Vielschichtaktoren von 840 pm/V auf 915 pm/V – die HAS-Technologie ermöglicht also eine höchstmögliche Volumeneffizienz.

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Selektives Ätzen vermeidet Polarisationsrisse

Bei den neuesten Aktuatoren wird für die Herstellung der Isolationzone das selektive Ätzen der Innenelektroden angewendet, womit sich die Dicke der Isolationszone auf rund 100 µm beschränken lässt (Bild 1). Bei konventionell gefertigten Aktuatoren hat dieser Bereich eine Dicke von mindestens 400 µm. Durch diese drastische Reduzierung und die Einsparung von vordefinierten Bruchschichten ergibt sich ein deutlich höheres aktives Volumen und die Performance steigt um 20% im Vergleich zu konventionellen Designs (Bild 2). Durch das selektive Ätzen werden auch Polarisationsrisse vermieden, wie sie bei konventionellen Aktuatoren mit zusätzlichen Isolationsschichten und vordefinierten Bruchlagen auftreten. Dies führt zu einer drastischen Erhöhung der Zuverlässigkeit.

Überlegene Stabilität und Zuverlässigkeit

Zur Kontaktierung der äußeren Elektroden hat TDK eine neue bleifreie metallische Anbindung entwickelt, die auch unter hohen Temperaturen nicht zur Versprödung und damit zum Verlust der Kontaktierung neigt. Diese neue Verbindung erweist sich sogar als zuverlässiger als bleihaltiges Material zur Elektrodenkontaktierung. So überstanden die neuen Piezo-Aktuatoren einen 2000-Stunden-Test bei 200 °C ohne jegliche Versprödung. Konventionelle Lötverbindungen versagten dagegen schon nach 1500 Stunden bei Temperaturen von nur 180 °C.

Maximale Zyklenzahl auch unter rauen Einsatzbedingungen

Mit das wichtigste Kriterium für den Einsatz neuer Piezo-Aktuatoren ist die Lebensdauer beziehungsweise die maximal erreichbare Zyklenzahl auch unter rauen Einsatzbedingungen wie hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchte. Hier bestechen die EPCOS-Kupfer-Piezo-Aktuatoren der dritten Generation durch hervorragende Stabilität und Zuverlässigkeit (Bild 3).

Zuverlässige und langlebige Einspritzsysteme

Durch ihre wesentlich gesteigerte Performance tragen die neuen EPCOS-Kupfer-Piezo-Aktuatoren der dritten Generation maßgeblich dazu bei, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Einspritzsystemen für Diesel- und Benzinmotoren zu erhöhen.

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