CN103155192A - 可堆叠压电执行器构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可堆叠压电执行器构件(100)，其包括由压电层(11)和布置在其间的电极层(12)组成的叠装(10)、布置在叠装(10)外部用于电极层的电接触的电压导入装置(20)、用于给电压导入装置施加电压(20)的接触接头(30)和与电压导入装置(20)电气耦合的另外的接触接头(40)。所述接触接头(30)和所述另外的接触接头(40)如此彼此互补地构造，使得具有所述接触接头和所述另外的接触接头(30、40)中的至少一个的另外的可堆叠压电执行器构件(200)可与所述执行器构件(100)电气耦合。
Description
技术领域
本发明涉及可堆叠压电执行器构件，它能够与另外的可堆叠压电执行器构件耦合。
背景技术
压电执行器具有大量压电层，在这些压电层之间分别布置有电极层。给电极层施加电压时压电层延伸，借此产生冲程。在此，执行器的延伸与执行器的长度相关。在工作电压预给定的情况下，执行器可能的长度改变与执行器长度成比例。例如能够获得执行器长度的1%至5%作为延伸。
此类压电执行器使用在多种应用领域，例如用于车辆中的喷油阀操作。这些压电执行器一般作为专门应用的产品供成批应用。因此，压电执行器是制造商专门为在最终客户处设置的后续应用而设计的。虽然压电执行器原则上能够以不同尺寸进行组合，但是大多数情况下这与巨大的定位和接触费用相联系。
图1示出了分别具有电触头5、例如筛状外触头的三个执行器1、2和3的串联电路的例子。这些执行器被夹在两个接纳装置4之间。每个执行器经由它自身的电气接头(elektrischer Anschluss)5被接触，以致在图1的例子中总共需要六个电压导入导线。这样，形成巨大的布线费用，还有相应的位置需求。
为确保安全运行，以图1中示出方式堆叠这些执行器的应用者必须精确地沿着力轴定位各执行器。因为堆叠的这些执行器彼此间不构成机械稳定的元件，并且仅通过夹紧到接纳装置4中进行固定，所以彼此间定位执行器证明是困难的。
发明目的
本发明的目的是给出可堆叠压电执行器构件，它能够以简单的方式与另外的压电执行器构件组合，使得能够稳定地布置不同尺寸的压电执行器。
可堆叠压电执行器构件的一实施方式包括由压电层和布置在其间的电极层组成的叠装(Stapeln)、布置在叠装外部用于所述电极层的电接触的电压导入装置、用于给电压导入装置施加电压的接触接头和另外的与电压导入装置电气耦合的接触接头。所述接触接头和所述另外的接触接头如此互补地构造，使得至少具有所述接触接头和所述另外的接触接头中的一个的另外的可堆叠压电执行器构件可与所述执行器构件电气耦合。
借助于实施成彼此互补的触头使得所述执行器构件和所述另外的执行器构件能够稳定地相互电气且机械耦合。该叠装的执行器构件之一的接触接头构成朝向外部的共同的电气连接触头，经由它整个执行器插接连接能够被电接触。另外，这些接触接头和这些互补的接触接头的机械插接连接引起压电层装置一个在另一之下地(untereinander)取向。
可堆叠压电执行器能够作为标准化的压电执行器(商用执行器Commodity Aktoren)制成。此类执行器在技术上可普遍使用并且能够被用户组合以满足不同要求。例如各执行器能够具有不同的长度。当这些执行器的长度为1cm、2cm和3cm时，通过适当地组合单个执行器能够以几乎任意的长度构建堆叠的装置。
可堆叠压电执行器构件的另外实施方式从从属权利要求中获得。
附图说明
下面参考示出本发明实施例的附图详细阐述本发明。其中：
图1示出了执行器的串联电路的一实施方式；
图2A以横剖图示出了可堆叠压电执行器构件的一实施方式；
图2B以俯视图示出了可堆叠压电执行器构件的一实施方式；
图3A以横剖图示出了可堆叠压电执行器构件的另一实施方式；
图3B以俯视图示出了可堆叠压电执行器构件的另一实施方式；
图4A示出了可堆叠压电执行器构件的一实施方式的底侧；
图4B示出了可堆叠压电执行器构件的一实施方式的侧视图；
图4C示出了可堆叠压电执行器构件的一实施方式的上侧；
图5示出了多个可堆叠压电执行器构件的耦合。
具体实施方式
图2A以横剖图示出了可堆叠压电执行器构件的一实施方式。该执行器构件具有由大量压电层11与位于其间的第一电极层和第二电极层12组成的叠装10。为了运行该执行器构件，第一电极层和第二电极层沿着压电执行器的堆叠方向交替地与不同极性的外电极相连。此外，设置两个电压导入装置20，它们布置在层叠装10的外部。这些电压导入装置能够分别构造为圆柱形的接触针，例如构造为由钢、青铜或铜制成的镀层销。为了将经由这些电压导入装置提供的电压导入到电极层12，设置至少一根导线50，其布置在该层叠装10的外部。其中每个电压导入装置20经由至少一根导线50与层叠装10或与第一电极层或第二电极层相连。在图2A示出的执行器构件实施方式中设置多根导线50，它们布置成互相平行并且能够与这些电压导入装置进行钎焊或焊接。电极层12沿着层叠装10分别经由至少一根导线50交替地与所述一个或另一电压导入装置20接触。
层叠装10、电压导入装置20和至少一根导线50被壳体60包围以便得到保护。在壳体60与由压电层和电极层组成的叠装10之间设置有浇注材料70，例如由硅酮制成的材料。该壳体能够由塑料所制成的材料，例如由PA(聚酰胺)或PBT(聚丁烯-对苯二甲酸酯)制成。电压导入装置20和至少一根导线50能够布置在壳体60与层叠装10之间或嵌入到浇注材料70中。
在图2A示出的可堆叠压电执行器构件的实施方式中，用于电极层12的电接触的电压导入装置20在叠装10外部分别沿着叠装10的侧面S10c或与此位置相对的侧面S10e从该叠装的端侧S10a延伸至该叠装的位置相对的端侧S10b。电压导入装置20另外还具有第一端区E20a和E20b，其中，端区E20a的位置比端区E20b更靠近该叠装的端侧S10a，并且端区E20b布置成更靠近叠装10的端侧S10b。为了将电压施加到电压导入装置20上，分别为每个电压导入装置设置接触接头30。另外，还设置有构造为与接触接头30互补的接触接头40。因此，这些接触接头30和40构造用于与相应另外的接触接头电气和/或机械耦合。
在图2A示出的实施方式中，接触接头30布置在其中每个电压导入装置20的第一端区E20a上。接触接头40布置在其中每个电压导入装置的端区E20b上。接触接头30例如能够构造为相应电压导入装置20的延长部分。接触接头30能够构造为圆柱形接触针。接触接头40能够对此互补地构造为圆柱形空心体或套筒，用于接纳圆柱形接触针30。
图2B示出了在图2A中示出的可堆叠压电执行器构件100的实施方式的端侧S10b的俯视图。分别在电压导入装置20的后端区E20b上构造的对应触头(Gegenkontakt)40经由至少一根导线50与该叠装10的第一电极层或第二电极层相连。
在图3A和3B中示出了可堆叠压电执行器构件的另一实施方式。下面仅指出与在图2A和2B中示出的实施方式的不同处。
与在图2A和2B中示出的实施方式不同，在图3A示出的可堆叠压电执行器构件的实施方式中，构造为与接触接头30互补的接触接头40不是构造为电压导入装置20的延长部分。取而代之，该接触接头40实施成在空间上与电压导入装置20错开布置的部件。此外，接触接头30能够布置在该电压导入装置的端区E20a上或能够构造为电压导入装置20的延长部分。
当电压导入装置20或接触接头30沿着叠装10的侧面S20c布置在叠装10的外部时，构造为对应接触件的接触接头40能够沿着该叠装的与侧面S20c不同的另一侧面S20d布置在叠装10的外部。侧面S20b例如能够与侧面S20c错开约90°。因此，接触接头30和接触接头40在它们的相应轴上在空间上分开或错开约90°。
为了将接触接头40与电压导入装置20相连，能够设置至少一根导线50。也能够如同在图3A中示出的实施方式那样设置多根平行布置的导线用于将接触接头40与电压导入装置20相连(线架接触Drahtharfen-Kontaktierung)。
图3B示出了图3A中示出的可堆叠压电执行器构件的实施方式的横剖图。在该横剖图中该叠装10实施成正方形。接触接头40沿着侧面S20d的部段与该侧面成一定距离地布置在叠装10外部。接触接头40经由至少一根布置在层叠装外部的导线50与电压导入装置20相连。电压导入装置20又经由至少一根布置在叠装10外部的导线与压电叠装装置的第一电极层相连。
与另外的电极层相连的另一电压导入装置20在层叠装10外部沿着与侧面S20c位置相对的侧面S20e的部段延伸。沿着该叠装的整个侧面S20e延伸的电压导入装置20经由至少一根导线50与第二电极层相连并且经由一根导线50与另一接触接头40相连，该另一接触接头40布置成沿着与侧面S20d位置相对的侧面S20f的部段。
在图2A、2B、3A和3B中示出的可堆叠压电执行器构件的实施方式不仅使得执行器构件的电气耦合成为可能，而且使得执行器构件的机械耦合成为可能。例如，接触接头30相对于壳体60具有凸出部(überstand)。该凸出部能够在4mm至1.6cm之间。互补的接触接头40构造用于接纳接触接头30。这两个接触接头尤其是如此构造，使得一个接触接头能够固定在另一接触接头上。对此，这些接触接头能够实施为例如刃片触头(Klingenkontakte)、弹簧触头或夹紧触头(Klemmkontakt)。在另一可能的实施方式中，接触接头40能够实施为圆锥形延伸的空心体。因此，接触接头40表示接触接头30被固定地保持到其中的配合(Passung)。接触接头30和接触接头40也能够如此构造，使得在接触接头30与接触接头40耦合时构成形状匹配的连接。
在图4A、4B和4C中以不同的视图示出了在图2A和2B中示出的压电执行器构件。图4A示出了压电执行器构件底侧的俯视图。图4B示出了该执行器构件的侧视图并且图4C示出了该执行器构件上侧的俯视图。在该压电执行器构件的底侧上，接触接头30从浇注材料70中伸出，以便相对于壳体60形成凸出部。参考图4B可见，压电叠装10也能够少许地，当然少于接触接头30地从浇注材料70中伸出。在该执行器构件上侧上，接触接头40嵌入到浇注材料70中。该压电叠装也在该上侧上少许伸出。
在图2A、2B或3A、3B中示出的实施方式的多个执行器构件能够互相电气耦合并且机械耦合，使得能够由各执行器构建执行器的堆叠装置。
图5示例性地示出了在图2A和2B中示出的实施方式的各执行器之间的电气插接连接和机械插接连接。压电执行器构件100的接触接头30插入到执行器构件200的构造为对此互补的接触接头40中。执行器200又借助于插接连接在其底侧用其接触接头30与执行器构件300相连，其方式是通过：执行器构件200的接触接头30在执行器构件500的接触接头40上耦合。当接触接头30构造为接触针时，这些接触接头40例如能够构造为与这些接触针30构成配合的圆柱形空心体。为了可靠地固定各执行器，可以在相应壳体上设置锁紧装置80，使得这些执行器构件不仅通过构造为彼此互补的接触接头，而且通过相应的锁紧装置被一个在另一之下地取向和固定。
布置在该插接连接一侧上的执行器构件300的接触接头30构成用于运行叠装装置的共同的电气连接触头。因此，省去了每个执行器构件单独为自己与电压供应装置接触的必要性，以便能够减少布线费用。
从图5可见，每个执行器的接触接头30和接触接头40如此布置，使得各执行器构件的压电叠装一个在另一之上地取向(aufeinander ausgerichtet)。在图5示出的实施方式中，接触接头30和接触接头40尤其是如此布置，使得单个执行器的压电叠装被彼此成对齐地、一个在另一之下地取向。
利用示出的执行器构件实施方式提供无源(passivieren)的且被接触的压电执行器，在其端侧上布置有引向外部的触头并且在所述压电执行器中根据位置相对的端面高度设置有对此匹配的触头接纳装置。经由这些触头两个或多个执行器能够彼此串联。因为接触接头30和40表示彼此互补的触头，所以彼此相连的执行器具有充分的稳定性，以便在运行时也确保所有如此组装的执行器的持久且可靠的接触。因此，利用可堆叠压电执行器构件能够以简单的方式在叠装装置中串联执行器。
参考标记列表
1、2、3 执行器构件
4 接纳装置
5 电气接头
10 叠装
11 压电层
12 电极层
20 电压导入装置
30 接触接头
40 互补的接触接头
50 导线
60 壳体
70 浇注材料
80 锁紧装置
100、200、500 执行器构件
E 端区
S 侧/侧面
Claims (15)
1. 一种可堆叠压电执行器构件，其包括：
- 由压电层(11)和布置在所述压电层(11)之间的电极层(12)组成的叠装(10)，
- 布置在所述叠装(10)外部用于所述电极层的电接触的电压导入装置(20)，
- 用于给所述电压导入装置(20)施加电压的接触接头(30)，
- 与所述电压导入装置(20)电气耦合的另外的接触接头(40)，
- 其中所述接触接头(30)和所述另外的接触接头(40)如此彼此互补地构造，使得具有所述接触接头和所述另外的接触接头(30、40)中的至少一个的另外的可堆叠压电执行器构件(200)可与所述执行器构件(100)电气耦合。
2. 根据权利要求1所述的可堆叠压电执行器构件，
其中所述接触接头(30)和所述另外的接触接头(40)如此彼此互补地构造，使得所述另外的执行器构件(200)可与所述执行器构件(100)机械耦合。
3. 根据权利要求1或2之一项所述的可堆叠压电执行器构件，
其中所述接触接头(30)和所述另外的接触接头(40)如此布置，使得在所述执行器构件(100)的所述接触接头(30)和所述另外的接触接头(40)中的一个与所述另外的执行器构件(200)的所述接触接头(30)和所述另外的接触接头(40)中的至少一个耦合时所述执行器构件(100)的叠装(10)与所述另外的执行器构件(200)的叠装对齐地取向。
4. 根据权利要求1至3之一项所述的可堆叠压电执行器构件，
其中所述接触接头(30)和所述另外的接触接头(40)如此构造，使得在所述执行器构件(100)的所述接触接头(30)和所述另外的接触接头(40)中的一个与所述另外的执行器构件(200)的所述接触接头(30)和所述另外的接触接头(40)中的至少一个耦合时在所述执行器构件(100)的所述接触接头(30)和所述另外的接触接头(40)中的所述一个与所述另外的执行器构件(200)的所述接触接头(30)和所述另外的接触接头(40)中的所述至少一个之间构成形状匹配的连接。
5. 根据权利要求1至4之一项所述的可堆叠压电执行器构件，
其中所述接触接头(30)和所述另外的接触接头(40)构造为刃片触头、弹簧触头或夹紧触头。
6. 根据权利要求1至5之一项所述的可堆叠压电执行器构件，
- 其中所述接触接头(30)构造为圆柱形接触针，
- 其中所述另外的接触接头(40)构造为实施成与所述圆柱形接触针互补的空心圆柱体用于接纳所述圆柱形接触针。
7. 根据权利要求1至6之一项所述的可堆叠压电执行器构件，
- 其中所述电压导入装置(20)沿着所述叠装的侧面(S10c)从所述叠装的第一侧(S10a)延伸至所述叠装的与所述叠装的所述第一侧位置相对的第二侧(S20b)，
- 其中所述接触接头(30)构造为所述电压导入装置(20)的延长部分。
8. 根据权利要求1至7之一项所述的可堆叠压电执行器构件，
- 其中所述电压导入装置(20)具有第一端区(E20a)和第二端区(E20b)，其中所述第一端区(E20a)布置成更靠近所述叠装的所述第一侧(S10a)而所述第二端区(E20b)布置成更靠近所述叠装的所述第二侧(S20b)，
- 其中所述接触接头(30)布置在所述电压导入装置的所述第一端区(E20a)上而所述另外的接触接头(40)布置在所述电压导入装置的所述第二端区(E20b)上。
9. 根据权利要求1至8之一项所述的可堆叠压电执行器构件，
其中所述另外的接触接头(40)构造为所述电压导入装置(20)的延长部分。
10. 根据权利要求1至7之一项所述的可堆叠压电执行器构件，
其中所述另外的接触接头(40)布置成在空间上与所述电压导入装置(20)错开。
11. 根据权利要求10所述的可堆叠压电执行器构件，
其中所述另外的接触接头(40)布置成沿着与所述电压导入装置(20)不同的另一侧面(S20d)。
12. 根据权利要求1至11之一项所述的可堆叠压电执行器构件，
其中所述电压导入装置(20)构造为圆柱形接触针。
13. 根据权利要求1至12之一项所述的可堆叠压电执行器构件，
其中所述电压导入装置(20)经由至少一根导线(50)与所述叠装(10)的所述电极层(12)相连。
14. 根据权利要求1至13之一项所述的可堆叠压电执行器构件，
其中所述另外的接触接头(40)分别经由至少一根另外的导线(50)与所述电压导入装置(20)相连。
15. 根据权利要求1至14之一项所述的可堆叠压电执行器构件,
- 其中所述叠装(10)被壳体(60)包围并且在所述叠装(10)和所述壳体(60)之间布置浇注材料(70)，
- 其中所述接触接头(30)从所述壳体(70)中伸出，
- 其中所述另外的接触接头(40)嵌入到所述浇注材料(70)中。
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Application publication date: 20130612 |