DE3902738C2 - Düsenklappenvorrichtung - Google Patents
DüsenklappenvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Düsenklappenvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Bisher wurden Schaltmotoren als Vorrichtungen zum Umwandeln
von elektrischen Signalen in pneumatische Drucksignale be
nutzt. Dabei wird ein elektrischer Strom der Spule des
Schaltmotors zugeführt, um eine entsprechende Rotationsbewe
gung zu erzeugen, welche in eine Auslenkung zur Umwandlung in
ein pneumatisches Drucksignal durch eine Düsenklappe, ein
Steuerventil od. dgl. umgesetzt wird. Wo eine Steuervorrich
tung, wie bspw. ein elektropneumatischer Wandler, auf Basis
eines solchen Schaltmotors aufgebaut ist, ist der Widerstand
der Steuervorrichtung gegen mechanische Vibrationen oder
Störungen und die Stabilität der Steuereinrichtung umso grö
ßer, je größer das Drehmoment ist, das der Schaltmotor er
zeugt.
In Anbetracht des Zieles, kleinere und leichtere Steuervor
richtungen zu schaffen, ist es wichtig, Schaltmotoren auch in
kleineren Ausführungen zu bauen. Je kleiner jedoch ein
Schaltmotor ist, desto niedriger ist auch das Drehmoment,
welches von dem Schaltmotor in Abhängigkeit von der Stärke
des zugeführten elektrischen Stromes erzeugt werden kann. Als
Folge dessen wird die Steuervorrichtung anfällig gegen mecha
nische Vibrationen oder andere Störungen und es ist technisch
unmöglich, einen so kleinen Schaltmotor für bestimmte Anwen
dungen einzusetzen, in denen die Steuervorrichtung benutzt
werden soll.
Eine Düsenklappenvorrichtung der eingangs genannten Art ist
beispielsweise aus der US 4 617 952 bekannt. Danach ist die
elektrostriktive Einrichtung einseitig fest in einer Halte
rung eingespannt bzw. festgeklemmt. Nachteilig ist dabei zum
einen das Auftreten von Hysterese-Effekten und ein Phänomen,
welches als "Kriechen der elektrostriktiven Einrichtung" be
zeichnet wird.
Unter diesem wird eine Änderung der Auslenkung der elekro
striktiven Einrichtung trotz Beaufschlagung mit einer zeit
lich konstanten Spannung verstanden. Des weiteren verändern
sich bei der bekannten Einrichtung auch die Bereiche der pie
zoelektrischen Keramikglieder, die zwischen den Befestigungs
platten gehalten werden, derart, daß sie sich in Abhängigkeit
von der Spannung ebenfalls vergrößern oder verkleinern. Diese
Störeffekte könnten auf die herkömmlich durchgeführte Art der
einseitigen Befestigung der elektrostriktiven Einrichtung
zurückzuführen sein. Das Kriechen könnte bspw. auch dadurch
hervorgerufen sein, daß die piezoelektrischen Keramikglieder
durch die Vorrichtung zum Festlegen eine unterschiedliche
Pressung erfahren. Die unterschiedliche Pressung entsteht
dadurch, daß die Bereiche der piezoelektrischen Keramikmit
glieder die zwischen den Befestigungsplatten gehalten werden,
sich in Abhängigkeit von der angelegten Spannung vergrößern
oder verkleinern, wodurch innere Spannungen hervorgerufen
werden, die vermutlich ein Kriechen begünstigen.
Der Zweck einer elektrostriktiven Einrichtung zur Umwandlung
eines elektrischen Signals in ein pneumatisches Drucksignal
ist, eine gewünschte Signalumwandlungsfähigkeit durch genaue
und feine elektrische Kontrolle zu erreichen. Wo ein Kriechen
stattfindet, selbst wenn die an die elektrostriktive Einrich
tung angelegte Kontrollspannung zur Erzeugung eines Düsen
gegendruckes auf einem konstanten Wert gehalten wird, neigt
der Düsengegendruck dazu, sich aufgrund des Kriechens zu
verändern.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Düsenklappenvorrichtung
mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen
dahingehend weiterzubilden, daß eine Umwandlung von elektri
schen Signalen in pneumatische Drucksignale einfach und genau
durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des An
spruchs 1 gelöst.
Durch diese Maßnahme wird dafür gesorgt, daß der Bereich der
elektrostriktiven Einrichtung, welcher durch die
Befestigungselemente eingeklemmt ist, keine Elektroden auf
weist, sondern nur schmale Zuleitungen mit bspw. einer Breite
von etwa 1 mm und einer Dicke von einigen µm. Somit ist die
elektrostriktive Einrichtung lediglich über eine mechanische
Berührung der Befestigungselemente mit der schmalen Zuleitung
an ihrem einen Ende festgelegt und lediglich in dem Bereich
der schmalen Zuleitung Befestigungskräften ausgesetzt. Es ist
daher nicht notwendig, die Anziehkräfte der Befestigungsvor
richtung mit großer Vorsicht beim Befestigen der elektro
striktiven Einrichtung abzugleichen. Dadurch wird dem Krie
chen der elektrostriktiven Einrichtung entgegengewirkt, da
einerseits die Befestigungskräfte auf einen beschränkten,
kleinen Bereich der elektrostriktiven Einrichtung wirken und
andererseits eine spannungsabhängige Vergrößerung bzw. Ver
kleinerung der piezoelektrischen Keramikglieder außerhalb des
von den schmalen Zuleitungen bedeckten Bereiches ohne weite
res möglich ist, da in diesem Bereich ein Luftspalt zwischen
den Keramikgliedern und den Befestigungselementen vorliegt.
Eine alternative, auf dem gleichen Prinzip beruhende Lösung
der obengenannten Aufgabe ist in Anspruch 12 angegeben.
In vorteilhafter Weise bedecken dabei die piezoelektrischen
Keramikglieder sowie die Elektroden nicht den Bereich der
Zwischenlage, in dem diese zur klemmenden Befestigung mit den
Befestigungsmitteln beaufschlagt wird. Da die Elektroden und
die piezoelektrischen Keramikglieder nicht bis in den Be
reich, der durch die Befestigungsschrauben angepreßt bzw.
zusammengepreßt wird, reichen, wird nur die Zwischenlage den
Preßkräften der Befestigungsmittel ausgesetzt. Dadurch ist
keine Abstimmung der Anziehkräfte beim Befestigen der elek
trostriktiven Einrichtung zwischen den Befestigungsplatten
notwendig. Die piezoelektrischen Keramikglieder sind ledig
lich in solchen Bereichen der Zwischenlage angebracht, die
durch die Befestigungsmittel zum einseitigen Befestigen der
elektrostriktiven Einrichtung nicht von Preßkräften bzw.
-spannungen beaufschlagt werden. Somit kann die elektrostrik
tive Einrichtung ohne jeglichen Einfluß der Befestigungs-
Preßkräfte gleichmäßig und genau arbeiten, wobei eine zuver
lässige Kontrolle bzw. Steuerung der Umwandlung der elektri
schen Signale in pneumatische Signale insbesondere bei gerin
gen Spannungen erreicht wird.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung endet die
Zuleitung mittig in Längsrichtung auf dem piezoelektrischen
Keramikglied.
Vorzugsweise endet die Zuleitung in einer Ecke in Längsrich
tung auf dem piezoelektrischen Keramikglied.
Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens sieht vor,
daß das piezoelektrische Keramikglied eine bis zu seinem
einen Ende reichende Nut aufweist, in der die Zuleitung auf
genommen ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese
hen, daß das eine Ende des piezoelektrischen Keramikgliedes
mittels einer zusätzlichen Befestigungsplatte befestigt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens
ist vorgesehen, daß die Befestigungsplatte eine Nut zur Auf
nahme von Zuleitungen aufweist.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann ferner vorgese
hen sein, daß zwischen dem piezoelektrischen Keramikglied und
der Befestigungsplatte eine Abstandsscheibe angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, daß die elektrostriktive Einrichtung eine
Vielzahl von piezoelektrischen Keramikgliedern und eine Viel
zahl von Dünnfilmelektroden aufweist, die auf Vorder- und
Rückseite der pizoelektrischen Glieder angeordnet sind, wobei
die Dünnfilmelektroden Zuleitungen aufweisen, die Zuleitungen
jeweils an einer der Längsseiten der Keramikglieder und die
Zuleitungen von benachbarten Dünnfilmelektroden jeweils an
den gegenüber entgegengesetzten Längsseiten der Keramikglie
der angeordnet sind.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen,
daß die alternierenden Elektroden jeweils über einen elek
trischen Leiter miteinander verbunden sind, welcher die al
ternierenden Elektroden mit einer Spannungsquelle verbindet.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, daß das piezoelektrische Keramikglied an
einer Halterung direkt durch Löten oder Kleben befestigt ist.
In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist ferner vor
gesehen, daß die Zwischenlage einen Bereich aufweist, der
nicht von dem piezoelektrischen Keramikglied bedeckt ist,
wobei der Bereich eine Vielzahl von Bohrungen in einem gewis
sen Abstand zueinander aufweist und die Zwischenlage über
durch die Bohrungen reichende Schrauben befestigt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert, in welchen bevorzugte Ausführungsbeispiele darge
stellt sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ele
ktrostriktiven Einrichtung einer erfin
dungsgemäßen Düsenklappenvorrichtung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die elektrostriktive
Einrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie IX-IX
gemäß Fig. 2;
Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie X-X
gemäß Fig. 2;
Fig. 5 eine Frontansicht der elektrostriktiven
Einrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 6 eine schematische Ansicht eines elektro
pneumatischen Wandlers, in dem die elek
trostriktive Einrichtung gemäß der Er
findung eingebaut ist;
Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Positio
niereinrichtung für den elektropneumati
schen Wandler gemäß Fig. 6;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer elek
trostriktiven Einrichtung gemäß einer
anderen Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung;
Fig. 9 eine Draufsicht auf eine elektrostrikti
ve Einrichtung gemäß einer weiteren Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 einen teilweise weggebrochenen Quer
schnitt der elektrostriktiven Einrichtung
gemäß Fig. 9;
Fig. 11 eine perspektivische Explosionsdarstel
lung der elektrostriktiven Einrichtung
gemäß der Erfindung und Befestigungs
platten zum Befestigen der elektrostrik
tiven Einrichtung;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht einer elek
trostriktiven Einrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung;
Fig. 13 einen Querschnitt der elektrostriktiven
Einrichtung gemäß Fig. 12;
Fig. 14 eine perspektivische Explosions
darstellung der erfindungsgemäßen elek
trostriktiven Einrichtung und Befesti
gungsplatten in einer anderen Ausfüh
rungsform zum Befestigen der elektro
striktiven Einrichtung;
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer elek
trostriktiven Einrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung;
Fig. 16 eine perspektivische Ansicht einer elek
trostriktiven Einrichtung gemäß einer
weiteren zusätzlichen Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 17 eine perspektivische Ansicht einer elek
trostriktiven Einrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung;
Fig. 18 eine perspektivische Ansicht einer er
findungsgemäßen Düsenklappenvorrichtung
gemäß einer weiteren Ausgestaltung der
vorliegenden Erfindung, in der die ge
schichtete Struktur der piezoelektri
schen Keramikglieder und der Elektroden
dargestellt ist;
Fig. 19 einen Querschnitt entlang der Linie XXV-
XXV gemäß Fig. 18;
Fig. 20 eine perspektivische Ansicht einer Dü
senklappenvorrichtung gemäß einer weite
ren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, in der die geschichtete
Struktur der piezoelektrischen Keramik
glieder und der Elektroden dargestellt
ist;
Fig. 21 eine Ansicht in Pfeilrichtung D gemäß
Fig. 20 und
Fig. 22 eine Ansicht in Pfeilrichtung E gemäß
Fig. 20.
Gemäß einer ersten Ausführungsform, die in Fig. 1 dargestellt
ist, weist die elektrostriktive Einrichtung 30 eine Zwischen
lage 32 mit rechteckiger Form auf. Die Zwischenlage 32 be
steht im allgemeinen aus einem metallenen Material wie
Phosphorbronze, rostfreiem Stahl od. dgl. Zwei piezoelek
trische Keramikglieder 34a, 34b sind jeweils auf den gegen
überliegenden Oberflächen der Zwischenlage 32 mittels eines
Klebstoffes aufgeklebt. Ein Ende der Zwischenlage 32 steht
etwas über den entsprechenden Enden der piezoelektrischen
Keramikglieder 34a, 34b hinaus.
Zwei Dünnfilmelektroden 36a, 36b sind an den äußeren Ober
flächen der piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b befe
stigt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weisen die Elektroden 36a,
36b eine im wesentlichen rechteckige Form auf und haben eine
Breite bzw. eine Querdimension, die im wesentlichen mit der
Breite der piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b überein
stimmen. Sehr schmale Zuleitungen 38a, 38b erstrecken sich
jeweils von dem mittigen Bereich der Elektroden 34a, 34b und
schließen mit den Enden der piezoelektrischen Keramikglieder
34a, 34b ab (siehe hierzu Fig. 1, 2 und 4). Eine Hilfsplatte
14 ist an der unteren Oberfläche am freien Ende der elektro
striktiven Einrichtung 30 angebracht.
Wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt, ist die elektrostriktive
Einrichtung 30 in eine Düsenklappenvorrichtung eingebaut, in
der die Zuleitungen 38a, 38b der Elektroden 36a, 36b oberhalb
der ersten Befestigungsplatte 6a angeordnet sind, und wobei
die zweite Befestigungsplatte 6b sich auf der elektrostrikti
ven Einrichtung 30 befindet. Die elektrostriktive Einrichtung
30 ist fest zwischen der ersten und der zweiten Be
festigungsplatte 6a, 6b durch Befestigungsschrauben 10 einge
klemmt, welche sich über Bohrungen in der ersten und der
zweiten Befestigungsplatte 6a, 6b erstrecken und in die
Grundplatte 4 eingeschraubt sind. Der Bereich der elektro
striktiven Einrichtung 30, der durch die Befestigungsschrau
ben 10 eingeklemmt ist, weist keine Elektroden 36a, 36b auf,
sondern beinhaltet nur die Zuleitungen 38a, 38b, die etwa 1mm
breit und einige Mikrometer dick sind. Daher sind die Zwi
schenlage 32, die piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b
und die Zuleitungen 38a, 38b den Befestigungskräften ausge
setzt, mit denen die elektrostriktive Einrichtung 30 durch die
Befestigungsschrauben 10 festgehalten ist. Daher ist es nicht
notwendig, die Anziehkräfte mit großer Vorsicht genau abzu
gleichen, wenn die elektrostriktive Einrichtung durch die
Befestigungsplatten 6a, 6b befestigt wird.
Wenn an eine elektrostriktive Einrichtung 30 in Verbindung mit
einem elektropneumatischen Wandler eine Spannung angelegt
wird, um ein elektrisches Signal in ein pneumatisches Druck
signal umzuwandeln, wird jegliches Kriechen der elektrostrik
tiven Einrichtung 30 größtenteils vermieden. Daher arbeitet
die elektrostriktive Einrichtung 30 genau und gleichmäßig.
Dadurch ist es möglich, eine präzise Kontrolle zu erreichen,
besonders wenn die elektrostriktive Einrichtung 30 mit ge
ringen Spannungen betrieben wird.
Der elektropneumatische Wandler, in dem die elektrostriktive
Einrichtung 30 gemäß der Erfindung eingebaut ist, wird im
folgenden beschrieben.
Wie in Fig. 6 dargestellt ist, sind die Elektroden 36a, 36b,
die an den piezoelektrischen Keramikgliedern 34a, 34b befe
stigt sind, miteinander verbunden und weiterhin mit einer
Anschlußklemme des Reglers 50 elektrisch verbunden. Die ande
re Anschlußklemme des Reglers 50 ist elektrisch mit der Zwi
schenlage 32 verbunden. Eine Düse 12, die an der Grundplatte
4 angeordnet ist, ist pneumatisch mit einem Steuerventil 52
verbunden, welches eine Auslaßöffnung aufweist, die über eine
Verzweigung mit einem Wandler 54, der pneumatische Signale in
elektrische umwandelt, verbunden ist, dessen Auslaßöffnung
wiederum mit dem Regler 50 verbunden ist. Dem Regler 50 wird
das Kontrollsignal S zugeführt.
Wenn das Kontrollsignal S an den Regler 50 angelegt wird, so
legt dieser eine vorbestimmte Spannung zwischen den Elektro
den 36a, 36b auf den piezoelektrischen Keramikgliedern 34a,
34b und der Zwischenlage 32 an, um das freie Ende der elek
trostriktiven Einrichtung 30 in Abhängigkeit zur Spannung
durchzubiegen. Als Ergebnis davon verändert sich der von der
Düse 12 ausgestoßene Düsengegendruck der Luft und die Druck
schwankungen werden an das Steuerventil 52 weitergegeben. Ein
Ausgangssignal des Steuerventils 52 wird an eine bestimmte
Einrichtung zur Kontrolle der Einrichtung weitergegeben.
Das Ausgangssignal des Steuerventils 52 wird auch an den
pneumatisch-elektrischen Signalwandler 54 weitergegeben, der
das Signal wiederum als Rückkopplungssignal an den Regler 50
weitergibt.
Fig. 7 zeigt eine Positioniereinrichtung, die in den elek
tropneumatischen Wandler, der oben beschrieben ist, eingebaut
ist.
Die Teile aus Fig. 7, die identisch mit denen des elektrop
neumatischen Wandlers sind, sind mit identischen Bezugszei
chen versehen und werden nicht weiter im Detail beschrieben.
Gemäß Fig. 7 wird das Ausgangssignal des Steuerventils 52 an
das Kontrollventil 60 weitergegeben, um das Kontrollventil 60
zu kontrollieren. Das Ausgangssignal des Kontrollventils 60
wird über eine Verzweigung an einen Sensor 62 weitergegeben,
um die Auslenkung des Kontrollventils 60 in ein entsprechen
des elektrisches Signal umzuwandeln. Der Sensor 62 ist vor
zugsweise als Potentiometer ausgebildet. Das Ausgangssignal
des Potentiometers 62 wird als Rückkopplungssignal an den
Regler 50 weitergegeben. Somit lenkt ein Ausgangssignal des
Steuerventils 52 das Kontrollventil 60 aus, während das Aus
gangssignal des Sensors 62, das proportional zur Auslenkung
des Kontrollventils 60 ist, als Rückkopplungskontrolle für
den Regler 50 dient.
Fig. 8 zeigt eine elektrostriktive Einrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die
elektrostriktive Einrichtung 30 gemäß Fig. 8 weist Elektroden
36a, 36b auf, die jeweils mit Zuleitungen 38a, 38b versehen
sind, die ihrerseits auf den piezoelektrischen Keramikglie
dern 34a, 34b angeordnet sind, und zwar versetzt zu ihren
Längsmittelachsen. Zuleitungsdrähte, die mit der Zwischenlage
32 und den Elektroden 36a, 36b verbunden sind, können zusam
mengefaßt und an einer Ecke befestigt werden, so daß diese
Zuleitungsdrähte nicht störend auf andere Gegenstände oder
Einrichtungen, die im Bereich der elektrostriktiven Einrich
tung 30 angeordnet sind, wirken.
Fig. 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführungsform der elek
trostriktiven Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gemäß dieser Ausführungsform werden keine Zuleitungen 38a,
38b verwendet, so daß nur die piezoelektrischen Keramikglie
der 34a, 34b und die Zwischenlage 32 zwischen der ersten und
der zweiten Befestigungsplatte 6a, 6b festgeklemmt sind. Die
Elektroden 36a, 36b sind kürzer als die piezoelektrischen
Keramikglieder 34a, 34b auf der Zwischenlage 32. Die Zulei
tungsdrähte zum Anlegen einer Spannung an die elektrostrikti
ve Einrichtung 30 sind mit einer Ecke der Elektroden 36a, 36b
verbunden, die sich in der Nähe der Befestigungsplatten 6a,
6b befinden, welche wiederum die piezoelektrischen Keramik
glieder 34a, 34b festklemmen.
Da die Elektroden 36a, 36b nicht zwischen den Befestigungs
platten 6a, 6b befestigt sind und nur die piezoelektrischen
Keramikglieder 34, 34b zwischen den Befestigungsplatten 6a,
6b festgeklemmt sind, behält die elektrostriktive Einrichtung
30 ihre notwendige Steifigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung
des Kriechens.
Selbst wenn in diesem Falle Zuleitungen 38a, 38b vorhanden
wären, könnten Probleme, die aus dem Kriechen resultieren,
vermieden werden, wenn die Zuleitungen 38a, 38b nicht durch
die Befestigungsplatten 6a, 6b festgeklemmt würden. Weitere
Ausführungsformen unter diesem Gesichtspunkt werden in den
Fig. 11 bis 13 beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform, die in Fig. 11 dargestellt ist,
weisen die erste und die zweite Befestigungsplatte 6a, 6b
Nuten 40a, 40b auf, die in ihren einander zugewandten Ober
flächen angeordnet sind. Die Nuten 40a, 40b weisen eine Tiefe
und eine Länge auf, die der Dicke und der Länge der Zuleitun
gen 38a, 38b, die sich auf den piezoelektrischen Keramikglie
dern 34a, 34b erstrecken, entsprechen. Selbst wenn ein Ende
der elektrostriktiven Einrichtung 30 durch die Befestigungs
platten 6a, 6b festgeklemmt ist, werden die Zuleitungen 38a,
38b durch die Befestigungsplatten 6a, 6b nicht festgeklemmt,
da sie bündig in den Nuten 40a, 40b aufgenommen sind, so daß
die elektrostriktive Einrichtung 30 frei von Kriechen ist. In
den Ausführungsformen, die in den Fig. 12 und 13 dargesellt
sind, sind die Zuleitungen 38a, 38b in Nuten 42a, 42b der
piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b derart angeordnet,
daß die Zuleitungen 38a, 38b nicht über die Oberfläche der
piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b überstehen. Selbst
wenn die elektrostriktive Einrichtung 30 durch die Befesti
gungsplatten 6a, 6b festgeklemmt wird, so werden die Zulei
tungen 38a, 38b nicht durch die Befestigungsplatten 6a, 6b
geklemmt, so daß die elektrostriktive Einrichtung 30 frei vom
Kriechen ist.
Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der zwei
Paare von Abstandsscheiben 44a, 44b auf der äußeren Oberflä
che der pizoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b in überein
stimmender Relation zur Dicke und Länge der Zuleitungen 38a,
38b angeordnet sind. Die Abstandsscheiben 44a, 44b können
gleichfalls an den Befestigungsplatten 6a, 6b angebracht
sein. Die elektrostriktive Einrichtung gemäß dieser Ausfüh
rungsform kann ein Kriechen dadurch vermeiden, daß die Befe
stigungsplatten 6a, 6b nicht direkt gegen die Zuleitungen
38a, 38b gepreßt werden.
In jeder der obigen Ausführungsformen werden die piezoelek
trischen Keramikglieder 34a, 34b der elektrostriktiven Ein
richtung 30 durch die Befestigungsplatten 6a, 6b festge
klemmt, um der elektrostriktiven Einrichtung 30 einen ge
wünschten Grad an Steifigkeit zu geben.
Die piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b brauchen jedoch
auch nicht festgeklemmt werden, wenn die gewünschte Steifig
keit durch andere Mittel gewährleistet werden kann. Fig. 14
zeigt eine derartige Ausführungsform, die auf einem solchen
Konzept beruht.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 15 weist eine T-förmige Halte
rung 46 von relativ großer Dicke auf, die mit (nicht darge
stellten) Befestigungsschrauben 10 an der Grundplatte 4 befe
stigt ist, und ein piezoelektrisches Keramikglied 34a an der
Halterung 46 durch Löten oder Kleben befestigt ist. Wie dar
gestellt, enden die Elektroden 36a, 36b kurz vor dem angelö
teten oder angeklebten Bereich der Halterung 46. Mit den an
der Halterung 46 angebrachten piezoelektrischen Keramikglie
dern 34a, 34b kann die elektrostriktive Einrichtung 30 ein
fach in einer beliebigen Position installiert und ebenso
einfach justiert werden.
Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in
den Fig. 16 und 17 dargestellt. In der in Fig. 16 dargestell
ten Ausführungsform weist die elektrostriktive Einrichtung 30
eine T-förmige Zwischenlage 32 mit einem Bereich 48 mit Aus
nehmungen 50 für Befestigungsschrauben 10 auf. Die Zwischen
lage 32 hat einen weiteren Bereich 52, der zwischen piezo
elektrischen Keramikgliedern 34a, 34b eingeschlossen ist, an
deren Ober- und Unterseite jeweils Isolierglieder angeordnet
sind. Die Elektroden 36a, 36b sind auf den piezoelektrischen
Keramikgliedern 34a, 34b angeordnet. Die piezoelektrischen
Keramikglieder 34a, 34b und die Elektroden 36a, 36b bedecken
nicht den Bereich 48, in dem die Bohrungen 50 angeordnet sind.
Eine Düsenklappenvorrichtung mit einer elektrostriktiven Ein
richtung 30 gemäß Fig. 16 ist wie folgt aufgebaut:
Die Zwischenlage 32 befindet sich auf der ersten Befesti
gungsplatte 6a, während die zweite Befestigungsplatte 6b auf
der Zwischenlage 32 oberhalb der Bohrungen 50 angeordnet ist.
Die Befestigungsschrauben 10 werden durch die Bohrungen in
der zweiten Befestigungsplatte 6b und die Bohrungen 50 ge
führt und verschraubt, um die elektrostriktive Einrichtung 30
zu sichern. Da die Elektroden 36a, 36b und die piezoelektri
schen Keramikglieder 34a, 34b nicht bis in den Bereich 48,
der durch die Befestigungsschrauben 10 angepreßt ist, rei
chen, wird nur die Zwischenlage 32 den Preßkräften der Befe
stigungsschrauben 10 ausgesetzt. Dadurch ist keine Abstimmung
der Anziehkräfte beim Befestigen der elektrostriktiven Ein
richtung 30 zwischen der ersten und der zweiten Befestigungs
platte 6a, 6b notwendig. Die piezoelektrischen Keramikglieder
34a, 34b sind durch die zwischenliegenden Isolierlagen ohne
Klebstoff an der Zwischenlage 32 befestigt. Daher wird die an
die elektrostriktive Einrichtung 30 angelegte Spannung nicht
nachteilig durch einen Klebstoff beeinträchtigt.
Wenn eine Spannung an die elektrostriktive Einrichtung 30
angelegt wird, um ein elektrisches Signal in ein pneumati
sches Drucksignal umzuwandeln, kann die elektrostriktive
Einrichtung 30, ohne von den Preßkräften beeinflußt zu
werden, gleichmäßig arbeiten. Die elektrostriktive Einrich
tung 30 kann eine genaue Kontrolle bewirken insbesondere,
wenn sie bei geringer Spannung arbeitet.
Fig. 17 zeigt eine Ausführungsform, in der die Zwischenlage
32 eine einfache rechteckige Form aufweist. Die Zwischenlage
32 hat einen Bereich, in den die Elektroden 36a, 36b und die
piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b nicht reichen.
Dieser Bereich wird von der ersten und der zweiten Befesti
gungsplatte 6a, 6b festgeklemmt, um die elektrostriktive
Einrichtung 30 von Kriechen freizuhalten.
Während die vorstehenden Ausführungsformen sich nur auf eine
bimorphe elektrostriktive Einrichtung einer Düsenklappenvor
richtung bezogen, ist die vorliegende Erfindung auch auf
einen geschichteten elektrostriktiven Einrichtungsaufbau,
bestehend aus einer Vielzahl von elektrostriktiven Einrich
tungen, anwendbar, wie dies in den Fig. 18 und 19 dargestellt
ist.
In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 18 und 19 besteht
der geschichtete elektrostriktive Einrichtungsaufbau aus
einer Vielzahl von piezoelektrischen Keramikgliedern 70a bis
70d und Elektroden 72a bis 72e, die jeweils an den Vorder-
und Rückseiten der piezoelektrischen Keramikglieder 70a bis
70d befestigt sind. Der geschichtete elektrostriktive Ein
richtungsaufbau weist keine Zwischenlage auf, hat jedoch
denselben Elektrodenaufbau wie die Elektroden 36a, 36b gemäß
Fig. 8. Die Elektroden 72a, 72c, 72e weisen Zuleitungen auf,
die an einer bestimmten Stelle angeordnet sind, während die
Elektroden 72b, 72d Zuleitungen aufweisen, die an einer ande
ren Stelle angeordnet sind, die sich genau gegenüber der
ersten Stelle befindet. Die Zuleitungen sind auf diese Art
angeordnet, um eine Lokalisierung nur in der einen Position
in der gestapelten Anordnung der piezoelektrischen Keramik
glieder zu vermeiden. Die Elektroden 72a, 72c, 72e sind elek
trisch über einen einzelnen elektrischen Leiter 74 mitein
ander verbunden, während die Elektroden 72b, 72d über den ein
zelnen elektrischen Leiter 76 miteinander elektrisch verbun
den sind.
Die Fig. 20 bis 22 zeigen noch eine weitere Ausführungsform,
die im wesentlichen mit der gemäß Fig. 18 und 19 überein
stimmt, mit Ausnahme der Form der Elektroden auf den piezo
elektrischen Keramikgliedern 80a bis 80d. Die Elektroden, die
in den Fig. 20 bis 22 dargestellt sind, haben im wesentlichen
den gleichen Aufbau wie die Elektrode gemäß Fig. 9. In dieser
Ausführungsform sind die Elektroden 82a, 82c, 82e durch den
elektrischen Leiter 84 elektrisch miteinander verbunden,
während die Elektroden 82b, 82d elektrisch durch den elek
trischen Leiter 86 verbunden sind. Durch den dargestellten
geschichteten Aufbau kann der elektrostriktive Einrichtungs
aufbau stärker durchgebogen werden, während die piezoelektri
schen Keramikglieder ein gewünschtes Maß an Steifigkeit ohne
die Notwendigkeit einer Zwischenlage behalten.
Es ist möglich, 20 bis 40 elektrostriktive Einrichtungen in
einen geschichteten Aufbau, wie er in den Fig. 18 bis 22
dargestellt ist, einzusetzen.
Mit der vorliegenden Erfindung werden die Elektroden der
elektrostriktiven Einrichtung , wie oben beschrieben, nicht
zwischen den Befestigungsplatten festgeklemmt und der Be
reich, in dem die piezoelektrischen Keramikglieder einer
Expansion und einer Kontraktion durch Anlegen einer Spannung
an die Elektroden unterliegen, ist frei von Preßkräften, die
durch die Befestigungsplatten hervorgerufen werden. Daher
werden weder die Düsenklappenvorrichtung noch die elektro
striktive Einrichtung als Teil davon nachteilig von den Preß
kräften beeinflußt und unterliegen daher nur einem sehr ge
ringen Kriechen. Von daher ist es mit der Düsenklappenvor
richtung möglich, eine genaue Kontrolle ihres Düsengegen
drucks durchzuführen.
Claims (12)
1. Düsenklappenvorrichtung mit einer elektrostriktiven
Einrichtung (30), eine Düse (12) mit einer auf die elektro
striktive Einrichtung (30) gerichteten Austrittsöffnung,
Mitteln zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die elektro
striktive Einrichtung (30), um einen Düsengegendruck konstant
zu halten oder zu variieren, wobei die elektrostriktive Ein
richtung (30)
wenigstens ein piezoelektrisches Keramikglied (34a, 34b)
aufweist, auf dem eine Dünnfilm
elektrode (36a, 36b) angeordnet ist und das
an seinem einen Ende befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnfilmelektrode (36a, 36b)
eine geringere Fläche als das piezoelektrische Keramikglied
(34a, 34b) und eine schmale Zuleitung (38a, 38b), die von der
Dünnfilmelektrode (36a, 36b) bis zu dem einen Ende des piezo
elektrischen Keramikgliedes (34a, 34b) reicht, aufweist.
2. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zuleitung (38a, 38b) mittig in Längsrich
tung auf dem piezoelektrischen Keramikglied (34a, 34b) endet.
3. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zuleitung (38a, 38b) in einer Ecke in Längs
richtung auf dem piezoelektrischen Keramikglied (34a, 34b)
endet.
4. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Keramikglied
(34a, 34b) eine bis zu seinem einen Ende reichende Nut auf
weist, in der Zuleitungen (38a, 38b) aufgenommen sind.
5. Düsenklappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß das eine Ende des piezoelektrischen Kera
mikgliedes (34a, 34b) mittels einer Befestigungsplatte (6a,
6b) befestigt ist.
6. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Befestigungsplatte (6a, 6b) eine Nut (40a,
40b) zur Aufnahme von Zuleitungen (38a, 38b) aufweist.
7. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen dem piezoelektrischen Keramikglied
(34a, 34b) und der Befestigungsplatte (6a, 6b) eine Abstands
scheibe (44a, 44b) angeordnet ist.
8. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 1, bei der
die
elektrostriktive Einrichtung (30) eine Vielzahl von piezoelek
trischen Keramikgliedern (70a bis d) und eine Vielzahl von
Dünnfilmelektroden (72a bis e) aufweist, die an den Vorder-
und Rückseiten der piezoelektrischen Keramikglieder (70a bis
d) angeordnet sind, wobei die Dünnfilmelektroden (72a bis e)
Zuleitungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulei
tungen jeweils an einer der Längsseiten der Keramikglieder
(70a bis d) und die Zuleitungen von benachbarten Dünnfilmelek
troden (72a bis e) jeweils an demgegenüber entgegengesetzten
Längsseiten der Keramikglieder (70a bis d) angeordnet sind.
9. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die alternierenden Elektroden (72a, 72c, 72e
und 72b, 72d sowie 82a, 82c, 82e und 82b, 82d) jeweils über
einen elektrischen Leiter (74 und 76) miteinander verbunden
sind, welcher die alternierenden Elektroden (72a, 72c, 72c und
72b, 72d sowie 82a, 82c, 82e und 82b, 82d) mit einer Span
nungsquelle verbindet.
10. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn
zeichnet, daß das piezoelektrische Keramikglied (34a, 34b) an
einer Halterung (46) direkt durch Löten oder Kleben befestigt
ist.
11. Düsenklappenvorrichtung mit einer elektrostriktiven
Einrichtung (30), eine Düse (12) mit einer auf die elektro
striktive Einrichtung (30) gerichteten Austrittsöffnung,
Mitteln zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die elektro
striktive Einrichtung (30) , um einen Düsengegendruck konstant
zu halten oder zu variieren, wobei die elektrostriktive Ein
richtung (30) eine Zwischenlage (32) aufweist, auf der
wenigstens ein mit einer Dünnfilmelektrode (36a, 36b) versehenes piezoelektrisches Keramikglied (34a, 34b)
angeordnet ist,
an ihrem einen Ende befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (32) als Träger
platte ausgebildet ist und die elektrostriktive Einrichtung
(30) an ihrem Ende durch Mittel zum ausschließlichen Festklem
men der Zwischenlage (32) befestigt ist, wobei die Zwischen
lage (32) eine T-Form aufweist.
12. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zwischenlage (32) einen Bereich (48)
aufweist, der nicht von dem piezoelektrischen Keramikglied
(34a, 34b) und der Elektrode (36a, 36b) bedeckt ist, wobei der
Bereich (48) eine Vielzahl von Bohrungen (50) in einem gewis
sen Abstand zueinander aufweist und die Zwischenlage (32) über
durch die Bohrungen (50) reichende Befestigungsschrauben (10)
befestigt ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
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