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Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Aktorbauelement mit einer Anschlusskontaktierung zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktorbauelements mit einer Anschlusskontaktierung zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement.
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Ein piezoelektrisches Aktorbauelement weist einen Stapel aus keramischem Material auf, der in einer Stapelrichtung übereinander gestapelte piezoelektrische Schichten umfasst, zwischen denen Elektrodenschichten angeordnet sind. Zum Betreiben des Aktorbauelements kann in dem Stapel jede zweite Elektrodenschicht an ein erstes Spannungspotential und jede dazwischen liegende Elektrodenschicht an ein davon verschiedenes zweites Spannungspotential angelegt werden. In Folge der angelegten Spannung wird das Aktorbauelement in Stapelrichtung der piezoelektrischen Schichten ausgelenkt.
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Zum Zuführen der beiden Spannungspotentiale an die Elektrodenschichten kann für jede der Elektrodenschichten ein Kontaktierungselement, beispielsweise ein Pin- beziehungsweise Stiftkontakt, vorgesehen werden, der über Drähte beziehungsweise ein Drahtgeflecht mit einer Außenelektrode verbunden ist. Die Außenelektrode kann entlang einer Seitenfläche des Aktors angeordnet und mit jeder zweiten Elektrodenschicht des Stapels verbunden sein.
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Aufgrund thermoelektrischer Belastung bei zyklischer Auslenkung von piezoelektrischen Aktoren, beispielsweise solcher Aktoren, die in der Einspritztechnologie verwendet werden, tritt bei einer Applikation eine hohe thermische beziehungsweise mechanische Beanspruchung an einer Verbindung zwischen der Außenkontaktierung und dem keramischen Material des Stapels und/oder an einer Verbindung zwischen der Außenkontaktierung und den damit verbundenen Drähten auf. Die permanente Belastung kann zu einer Ermüdung und/oder einem lokalen Ablösen der Anschlusskontaktierung von dem Stapel und/oder zu Rissen in der Anschlusskontaktierung führen. Dadurch können die geforderten Lebensdauerzyklen von beispielsweise 108 bis mehr als zweimal 109 Zyklen nicht erreicht werden.
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In den Druckschriften
DE 10 2009 020 238 A1 ,
DE 102 36 986 A1 ,
DE 10 2008 003 840 A1 ,
WO 2010/020 643 A1 ,
DE 10 2009 034 099 A1,
DE 103 38 486 B3 ,
JP 2008-243 924 A ,
DE 100 26 635 A1 ,
DE 199 17 728 A1 ,
EP 1 650 816 A1 sind verschiedene Varianten der Kontaktierung von piezoelektrischen Aktorbauelementen gezeigt, die insbesondere dazu dienen, dass die Aktorbauelemente auch dann noch betriebsbereit sind, wenn in dem piezoelektrischen Stapel der Bauelemente Risse infolge von Verspannungen auftreten.
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Es ist wünschenswert, ein piezoelektrisches Aktorbauelement mit einer auf einen Belastungsfall angepassten Anschlusskontaktierung an die Außenmetallisierung sowie mit einem Kontaktierungselement zur Spannungsversorgung des Aktors anzugeben. Des Weiteren soll ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen piezoelektrischen Aktorbauelements angegeben werden.
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Ein derartiges Aktorbauelement ist im Patentanspruch 1 angegeben. Ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Aktorbauelements ist im Patentanspruch 9 angegeben.
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Eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements umfasst einen Stapel aus piezoelektrischen Schichten und jeweils dazwischen angeordneten Elektrodenschichten, wobei der Stapel eine erste Seitenfläche und eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche aufweist. Das Bauelement umfasst mindestens eine metallische Schicht, die auf der Seitenfläche des Stapels angeordnet ist und mit den Elektrodenschichten kontaktiert ist, eine Vielzahl von Drähten und mindestens ein Kontaktierungselement zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement. Jeder der Drähte ist mit der mindestens einen metallischen Schicht und mit dem mindestens einen Kontaktierungselement verbunden. Die Drähte sind derart geformt, dass das mindestens eine Kontaktierungselement in einem Raum zwischen einer ersten Ebene, in der die erste Seitenfläche liegt, und einer zweiten Ebene, die parallel zur ersten Ebene und näher an der ersten Seitenfläche als an der zweiten Seitenfläche liegt, angeordnet ist, wobei die zweite Seitenfläche näher an der ersten Ebene als an der zweiten Ebene angeordnet ist.
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Das piezoelektrische Bauelement ermöglicht eine spannungskontrollierte Drahtkontaktierung, wobei die Drähte beispielsweise durch eine Wickel- Bond-, oder Klebetechnologie an die mindestens eine metallische Schicht, die als Außenmetallisierung auf der ersten Seitenfläche des Stapels angeordnet ist, angebracht werden können. Zeitgleich mit der Drahtkontaktierung an die Außenmetallisierung des Stapels kann eine Kontaktierung der Drähte an das mindestens eine Kontaktierungselement erfolgen. Das Verbinden der Drähte mit dem Kontaktierungselement kann ebenfalls durch Wickel -Bond-, oder Klebetechnik erfolgen. Die Drähte können entlang ihrer gesamten Länge in einer Richtung verlaufen, die verschieden von einer orthogonal zu der ersten Seitenfläche verlaufenden Richtung ist. Die erste Seitenfläche des Bauelements weist Längs- und Seitenkanten auf, wobei die Seitenkanten kürzer als die Längskanten sind. Die Drähte können insbesondere parallel zu der ersten Seitenfläche verlaufen und dabei kürzer als eine der Seitenkanten sein. Die Drahtkontaktierung an die metallische Schicht beziehungsweise an das Kontaktierungselement kann von hochfest bis flexibel ausgeführt werden, wodurch unterschiedliche Belastungsfälle mit hohen Lebensdauerzyklen realisiert werden können.
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Die material- und prozesstechnischen Parameter zur Ausführung der Drahtkontaktierung, beispielsweise ein Winkel, in dem die Drähte zwischen der metallischen Schicht der Außenmetallisierung und dem Kontaktierungselement bezüglich einer Ebene der piezoelektrischen Schichten angeordnet sind, die mechanische Spannung des Drahtes sowie die Länge, das Material, die Festigkeit und die Dicke des Drahtes als auch die Anzahl der Drähte, sind in weiten Bereichen wählbar und erlauben somit eine hohe Robustheit in der Anwendung. Daher ermöglicht das piezoelektrische Aktorbauelement eine auf den Belastungsfall angepasste Anschlusskontaktierung an die Außenmetallisierung sowie eine Kontaktierungsmöglichkeit an ein Kontaktierungselement zur Spannungsversorgung des Aktors.
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Das Aktorbauelement lässt sich in vielfältigen Geometrieformen realisieren. Beispielsweise kann das piezoelektrische Aktorbauelement eine Grundfläche von 2 x 2 mm bis mehr als 40 x 40 mm, insbesondere von 7 x 7 mm, und eine Länge von 5 mm bis mehr als 250 mm, insbesondere eine Länge von 30 mm, aufweisen.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Aktorbauelements umfasst das Bereitstellen eines Stapels aus piezoelektrischen Schichten mit jeweils dazwischen angeordneten Elektrodenschichten, wobei der Stapel eine erste Seitenfläche und eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche aufweist. Auf der ersten Seitenfläche des Stapels wird mindestens eine metallische Schicht angeordnet und die Elektrodenschichten werden mit der mindestens einen metallischen Schicht kontaktiert. Die mindestens eine metallische Schicht wird mit einer Vielzahl von Drähten verbunden und die Vielzahl der Drähte wird mit mindestens einem Kontaktierungselement zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement verbunden. Die Drähte werden derart geformt, dass das mindestens eine Kontaktierungselement in einem Raum zwischen einer ersten Ebene, in der die erste Seitenfläche liegt, und einer zweiten Ebene, die parallel zu der ersten Ebene und näher an der ersten Seitenfläche als an der zweiten Seitenfläche liegt, angeordnet ist, wobei die zweite Seitenfläche näher an der ersten Ebene als an der zweiten Ebene angeordnet ist.
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Verschiedene Ausführungen des piezoelektrischen Aktorbauelements sowie des Verfahrens zur Herstellung des piezoelektrischen Aktorbauelements werden im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsform eines piezoelektrischen Schichtstapels eines Aktorbauelements,
- 2A eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements,
- 2B eine Draufsicht auf die Ausführungsform des piezoelektrischen Aktorbauelements,
- 3A eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements,
- 3B eine Draufsicht auf die weitere Ausführungsform des piezoelektrischen Aktorbauelements,
- 4A eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements,
- 4B eine Draufsicht auf die weitere Ausführungsform des piezoelektrischen Aktorbauelements,
- 5 eine weitere Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktorbauelements.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Stapels 100 eines piezoelektrischen Aktorbauelements aus piezoelektrischen Schichten 10, zwischen denen Elektrodenschichten 20 und 21 angeordnet sind. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform des piezoelektrischen Aktorbauelements ist der keramische Materialstapel quaderförmig ausgebildet. Die piezoelektrischen Schichten sind in zueinander parallel angeordneten Ebenen E5 angeordnet und in einer Stapelrichtung Z übereinander gestapelt. Zum Anlegen einer Spannung, die zum Betreiben des piezoelektrischen Aktorbauelements dient, kann beispielsweise an jede zweite der Elektrodenschichten, beispielsweise an die Elektrodenschichten 20, ein erstes Spannungspotential und an die dazwischen liegenden Elektrodenschichten, beispielsweise die Elektrodenschichten 21, ein zweites Spannungspotential angelegt werden.
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Die Elektrodenschichten 20 erstrecken sich beispielsweise von einer Seitenfläche S100a des Stapels in den Stapel 100 und enden mindestens in einem Abstand ID entfernt von der gegenüberliegenden Seitenfläche S100b in dem Stapel. Die zwischen den Elektrodenschichten 20 liegenden Elektrodenschichten 21 können sich ausgehend von der Seitenfläche S100b in den Stapel 100 erstrecken, wobei die Elektrodenschichten 21 mindestens in einem Abstand ID entfernt von der Seitenfläche S100a enden. Somit weist der Stapel aus den piezoelektrischen Schichten und den dazwischen angeordneten Elektrodenschichten 20, 21 zwischen den Seitenflächen S100a, S100b und einem Abstand ID von den Seitenflächen entfernt entlang der gesamten Seitenflächen Isolationszonen 60 und 61 auf. Innerhalb der Isolationszonen sind in dem Stapel nur die ersten oder die zweiten Elektrodenschichten angeordnet, während die anderen der ersten und zweiten Elektrodenschichten innerhalb der Isolationszone nicht vorhanden sind. Innerhalb der Isolationszone 60 sind die Elektrodenschichten 20 angeordnet, während dort die Elektrodenschichten 21 nicht vorhanden sind, und umgekehrt sind innerhalb der Isolationszone 61 im Stapel lediglich die Elektrodenschichten 21 angeordnet, während dort die Elektrodenschichten 20 nicht enthalten sind.
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Die Isolationszonen 60 und 61 erstrecken sich somit in dem Stapel zwischen den jeweiligen Seitenflächen S100a beziehungsweise S100b und den Enden der Elektrodenschichten 20 und 21 über die komplette Breite B des Aktors hinweg.
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2A zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform 1 eines piezoelektrischen Aktorbauelements mit dem in 1 gezeigten Schichtstapel 100. Dargestellt ist die Kontaktierung der Seitenfläche S100a. Die Kontaktierung der Seitenfläche S100b erfolgt auf ähnliche Weise.
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Neben Seitenkanten SK1, SK2 weist das Aktorbauelement Längskanten LK1, LK2, die länger als die Seitenkanten sind, auf. Eine metallische Schicht 30 ist entlang der Längsrichtung des Aktors näher an der Längskanten LK1 als an der Längskante LK2 angeordnet. Die Elektrodenschichten 20 sind mit der metallischen Schicht 30 kontaktiert. Zum Zuführen einer Spannung an die Elektrodenschichten 20 ist ein Kontaktierungselement 50 vorgesehen, das näher an der Längskante LK2 als an der Längskante LK1 angeordnet ist. Das piezoelektrische Aktorbauelement weist des Weiteren eine Vielzahl von Drähten 40 auf. Jeder der Drähte 40 ist mit der metallischen Schicht 30 und mit dem Kontaktierungselement 50 verbunden. Das Kontaktierungselement 50 kann beispielsweise als ein Anschlussstift beziehungsweise als ein Kontaktpin ausgebildet sein.
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2B zeigt die in 2A gezeigte Ausführungsform 1 des piezoelektrischen Aktorbauelements in einer Draufsicht auf eine in 1 gezeigte Oberseite O100 des Aktors. Die Elektrodenschichten 20 erstrecken sich ausgehend von dem strichliert eingezeichneten Ende der Isolationsschicht 61 bis zur Seitenfläche S100a, an der sie mit der metallischen Schicht 30 kontaktiert sind. Die metallische Schicht 30 ist auf der Seitenfläche S100a angeordnet und mit den Drähten 40 verbunden. Dazu ist ein Endabschnitt 40a jedes Drahtes 40 mit der metallischen Schicht 30 kontaktiert. Ein dem Endabschnitt 40a gegenüberliegender Endabschnitt 40b des Drahtes ist mit dem Kontaktierungselement 50 verbunden. In einem Zwischenabschnitt 40c weist jeder Draht eine freie Länge auf, an der er weder mit der metallischen Schicht 30 noch mit dem Kontaktierungselement 50 verbunden ist.
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An der Seitenfläche S100b erfolgt die Kontaktierung der Elektrodenschichten 21 mit einer metallischen Schicht 31, die über Drähte 41 mit einem Kontaktierungselement 41 verbunden ist, analog zur Kontaktierung der Elektrodenschichten 20 an der Seitenfläche S100a. An der Seitenfläche S100b ist die metallische Schicht 31 als Außenmetallisierung angeordnet. Die Elektrodenschichten 21 erstrecken sich ausgehend von dem strichliert eingezeichneten Ende der Isolationsschicht 60 bis zur Seitenfläche S100b, an der sie mit der metallischen Schicht 31 kontaktiert sind. Ein Endabschnitt 41a jedes Drahtes 41 ist mit der metallischen Schicht 31 verbunden. Ein dem Endabschnitt 41a gegenüberliegender Endabschnitt 41b ist an das Kontaktierungselement 51 angeschlossen. Zwischen der metallischen Schicht 31 und dem Kontaktierungselement 51 weist jeder Draht 41 einen Zwischenabschnitt 41c mit einer freien Länge auf. Der Zwischenabschnitt 41c ist weder mit der metallischen Schicht 31 noch mit dem Kontaktierungselement 51 verbunden.
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3A zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform 2 eines piezoelektrischen Aktorbauelements. Dargestellt ist die Seitenfläche S100a des Aktorbauelements, auf der die metallische Schicht 30 angeordnet ist. Die metallische Schicht 30 dient als Außenmetallisierung zur Kontaktierung der Elektroden 20, die an der Seitenfläche S100a enden. Die metallische Schicht 30 ist mittig auf der Seitenfläche S100a angeordnet und erstreckt sich entlang der Längskanten LK1, LK2 des Aktorbauelements. Zum Anlegen einer Spannung an das Aktorbauelement sind zwei Kontaktierungselemente 50a und 50b vorgesehen, die beispielsweise als ein Anschlusspin oder Kontaktpin ausgeführt sein können. Die beiden Kontaktierungselemente 50a und 50b sind über eine Vielzahl von Drähten 40 mit der metallischen Schicht 30 verbunden. Die beiden Kontaktierungselemente 50 sind seitlich von der metallischen Schicht 30 angeordnet.
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3B zeigt eine Draufsicht auf die Oberfläche O100 des Aktorbauelements 2 der 3A. An der Seitenfläche S100a ist mittig die metallische Schicht 30 angeordnet. Die metallische Schicht 30 ist mit den Elektrodenschichten 20, die an der Seitenfläche S100a enden, verbunden. Die Kontaktierungselemente 50a und 50b sind über die Drähte 40 mit der metallischen Schicht 30 verbunden. Dazu ist ein mittlerer Abschnitt 40a jedes Drahtes mit der metallischen Schicht 30 verbunden. An jeweiligen Endabschnitten 40b sind die Drähte 40 an die Kontaktierungselemente 50a und 50b angeschlossen. Zwischen dem mittleren Abschnitt 40a und den beiden Endabschnitten 40b sind freie Drahtabschnitte 40c angeordnet. An diesem Bereich sind die Drähte 40 unkontaktiert. Die Drähte 40 sind derart geformt, dass die Kontaktierungselemente 50a und 50b vor der Seitenfläche S100a angeordnet sind.
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Die Kontaktierung des Aktorbauelements erfolgt an der Seitenfläche S100b analog zur Kontaktierung an der Seitenfläche S100a. An der Seitenfläche S100b ist mittig eine metallische Schicht 31 angeordnet. Die metallische Schicht 31 ist mit den Elektrodenschichten 21, die sich bis zur Seitenfläche S100b im Inneren des Stapels erstrecken, kontaktiert. Die metallische Schicht 31 ist mittels einer Vielzahl von Drähten 41 mit den Kontaktierungselementen 51a und 51b verbunden. Dazu ist ein mittlerer Abschnitt 41a der Drähte 41 mit der metallischen Schicht 31 verbunden. Die jeweiligen Endabschnitte 41b der Drähte sind an einer Seite mit dem Kontaktierungselement 51a und an der anderen Seite der Drähte mit dem Kontaktierungselement 51b verbunden. Zwischen den Kontaktierungselementen 51a, 51b und der metallischen Schicht 31 weisen die Drähte jeweils freie Abschnitte 41c auf, an denen die Drähte unverbunden zu den Kontaktierungselementen 51a, 51b und der metallischen Schicht 31 sind. Die Drähte 41 sind derart geformt, dass die Kontaktierungselemente 51a und 51b vor der Seitenfläche S100b angeordnet sind.
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Bei der Ausführungsform 1 und 2 des piezoelektrischen Aktorbauelements sind die Vielzahl der Drähte 40 beziehungsweise 41 in einem Abstand d1 von der Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b des Aktorbauelements entfernt angeordnet. Der Abstand d1 der Drähte 40, 41 entspricht dabei mindestens der Dicke der metallischen Schicht 30, 31 und vorzugsweise der Dicke der metallischen Schicht 30, 31. Die Drähte 40, 41 können parallel zu den Seitenflächen S100a und S100b angeordnet sein. Insbesondere können die Drähte entlang ihrer gesamten Länge parallel zu den Seitenflächen verlaufen. Die Kontaktierungselemente 50 beziehungsweise 51 sind ebenfalls in dem Abstand d1 von der Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b entfernt angeordnet. Die metallischen Schichten 30 und 31 können mit einer Dicke von weniger als 50 µm, beispielsweise mit einer Dicke von 20 µm, auf den Seitenflächen S100a und S100b aufgebracht sein. Somit weist das Aktorbauelement eine besonders flache Bauform auf.
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4A zeigt eine Seitenansicht auf eine Seite S100a einer Ausführungsform 3 eines piezoelektrischen Aktorbauelements. Entlang der Längskanten LK1 und LK2 des Aktorbauelements sind metallische Schichten 30a und 30b als Außenmetallisierungen angeordnet. Die an der Seitenfläche S100a angeordneten Außenmetallisierungen 30a und 30b kontaktieren die Elektrodenschichten 20. Die metallische Schicht 30a ist dabei näher an der Längskante LK1 als an der Längskante LK2 angeordnet, und umgekehrt ist die metallische Schicht 30b näher an der Längskante LK2 als an der Längskante LK1 des Aktorbauelements angeordnet. Die metallischen Schichten 30a und 30b sind über eine Vielzahl von Drähten 40 miteinander verbunden. An die Drähte 40 ist ein Kontaktierungselement 50 angeschlossen, das zwischen den metallischen Schichten 30a und 30b angeordnet ist.
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4B zeigt die in 4A gezeigte Ausführungsform 3 des piezoelektrischen Aktorbauelements in einer Draufsicht auf eine Oberseite O100. An der Seitenfläche S100a sind die metallischen Schichten 30a und 30b mit Endabschnitten 40a der Drähte 40 verbunden. Ein mittlerer Abschnitt 40b jedes Drahtes ist an das Kontaktierungselement 50 angeschlossen. Zwischen den Endabschnitten 40a und dem mittleren Abschnitt 40b sind freie Abschnitte 40b der Drähte angeordnet. An den freien Abschnitten 40c sind die Drähte 40 mit den metallischen Schichten 30a, 30b und dem Kontaktierungselement 50 unverbunden.
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An der Seitenfläche S100b ist das Aktorbauelement 3 ähnlich wie an der Seitenfläche S100a kontaktiert. Zwei metallische Schichten 31a und 31b sind entlang der Längskanten LK1 und LK2 an der Seitenfläche S100b angeordnet. Die beiden metallischen Schichten 31a und 31b sind mit den Elektrodenschichten 21 verbunden. Drähte 41 verbinden die Außenmetallisierungen 31a und 31b mit einem Kontaktierungselement 51. Dazu sind Endabschnitte 41a der Drähte 41 mit den metallischen Schichten 31a und 31b verbunden. Die Drähte 41 sind jeweils an einem mittleren Drahtabschnitt 41c an dem Kontaktierungselement 51 fixiert. Freie Abschnitten 41c der Drähte 41, die zwischen den Endabschnitten 41a und dem mittleren Abschnitt 41c angeordnet sind, sind mit den metallischen Schichten 31a, 31b und dem Kontaktierungselement 51 unverbunden.
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Bei der in den 4A und 4B gezeigten Ausführungsform 3 sind die Drähte 40, 41 derart gebogen, dass die Kontaktierungselemente 50, 51 vor den Seitenfläche S100a, S100b angeordnet sind. Wie in 4B gezeigt, können die Drähte 40, 41 derart gebogen sein, dass die Kontaktierungselemente 50, 51 in einem Abstand d2 von der Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b entfernt angeordnet sind. Der Abstand d2 entspricht dabei mindestens der Dicke der metallischen Schichten. Bei der in 4B gezeigten Ausführungsform sind die Drähte 40 beziehungsweise 41 derart gebogen, dass der Abstand d2 größer als die Dicke der Außenmetallisierung 30 beziehungsweise 31 ist, so dass die Kontaktierungselemente 50 beziehungsweise 51 weiter als bei den Ausführungsformen 1 und 2 von den Seitenflächen des Aktorbauelements entfernt sind. Die Drähte 40, 41 können alternativ dazu auch parallel zu den Seitenflächen S100a und S100b angeordnet sein, so dass die Kontaktierungselemente nahe an den Seitenflächen des Aktors angeordnet sind.
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Bei den Ausführungsformen 1, 2 und 3 des piezoelektrischen Aktorbauelements können die mindestens eine metallische Schicht und das mindestens eine Kontaktierungselement senkrecht zur Ebene E5 der piezoelektrischen Schichten angeordnet sein. Die Drähte 40, 41 können parallel zur Ebene E5 der piezoelektrischen Schichten verlaufen. Die Vielzahl der Drähte 40, 41 kann senkrecht zu der Stapelrichtung Z der piezoelektrischen Schichten angeordnet sein.
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5 zeigt eine Ausführungsform 4 des piezoelektrischen Aktorbauelements, bei der im Unterschied zur Ausführungsform 3 die Drähte 40 beziehungsweise 41 zwischen den metallischen Schichten 30a, 30b beziehungsweise 31a, 31b anstatt parallel zur Ebene E5 der piezoelektrischen Schichten in einem Winkel kleiner als 85° zur Ebene E5 der piezoelektrischen Schichten angeordnet sind.
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Bei den in den 2A bis 5 gezeigten Ausführungsformen 1, 2, 3 und 4 des piezoelektrischen Aktorbauelements können die Vielzahl der Drähte 40, 41 parallel zu den Seitenflächen S100a, S100b des Stapels 100 angeordnet sein. Die Drähte können kürzer als die Kantenlänge der Seitenkanten SK1, SK2 der Seitenflächen S100a, S100b sein. Insbesondere kann der Abschnitt der Drähte, der zwischen der metallischen Schicht und dem Kontaktierungselement angeordnet ist, kürzer sein als die Kantenlänge der Seitenkanten SK1, SK2 der Seitenflächen S100a, S100b. Die Drähte können untereinander unmittelbar unverbunden beziehungsweise mittelbar über die Kontaktierungselemente beziehungsweise die metallische Schicht verbunden sein. Die Drähte sind an einem Abschnitt mit der metallischen Schicht und an einem weiteren Abschnitt mit dem Kontaktierungselement verbunden. An einem zwischen diesen beiden Abschnitten angeordneten freien Abschnitt, sind die Drähte unverbunden mit der metallischen Schicht beziehungsweise dem Kontaktierungselement und in einem Abstand über der Seitenfläche S100a, S100b des Aktorbauelements angeordnet. Der Abstand entspricht dabei mindestens der Dicke des Kontaktierungselements beziehungsweise der Schichtdicke, mit der die metallische Schicht auf die Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b aufgebracht ist. Die Drähte können in dem freien Abschnitt mindestens an zwei Stellen in dem gleichen Abstand vor den Seitenflächen S100a beziehungsweise S100b angeordnet sein.
Das Kontaktierungselement 50 kann bei sämtlichen Ausführungsformen derart an den Drähten angeordnet sein, dass das Kontaktierungselement der Seitenfläche des Aktors zugewandt ist, wie beispielsweise in 2B gezeigt ist, oder von der Seitenfläche des Aktors abgewandt ist, wie beispielsweise in 3B dargestellt ist.
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Die Drähte 40 beziehungsweise 41 können derart geformt sein, dass das mindestens eine Kontaktierungselement 50 beziehungsweise 51 vor der Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b angeordnet ist. Die Drähte 40 beziehungsweise 41 können derart geformt sein, dass auch die Drähte selbst entlang ihrer gesamten Länge vor der Seitenfläche S100a beziehungsweise S100b angeordnet sind. Die Drähte 40 sind insbesondere derart geformt, dass das mindestens eine Kontaktierungselement 50 in einem Raum R, der zwischen einer Ebene E1, in der die Seitenfläche S100a liegt, und einer Ebene E2, die parallel zur Ebene E1 und näher an der Seitenfläche S100a als an der Seitenfläche S100b liegt, angeordnet ist, wobei die Seitenfläche S100b näher an der Ebene E1 als an der Ebene E2 angeordnet ist. Die Drähte 41 sind derart geformt, dass das Kontaktierungselement 51 in einem Raum R', der sich zwischen einer Ebene E1', in der die Seitenfläche S100b liegt, und einer Ebene E2', die parallel zu der Ebene E1' und näher an der Seitenfläche S100b als an der Seitenfläche S100a liegt, angeordnet ist, wobei die Seitenfläche S100a näher an der Ebene E1' als an der Ebene E2' angeordnet ist.
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Ein quaderförmiges Aktorbauelement kann neben den Seitenflächen S100a, S100b eine dazu senkrecht angeordnete Seitenfläche S100c und eine der Seitenfläche S100c gegenüberliegende Seitenfläche S100d aufweisen. Insbesondere kann der Raum R beziehungsweise der Raum R' zwischen einer Ebene E3, in der die Seitenfläche S100c liegt, und einer Ebene E4, in der die Seitenfläche S100d liegt, angeordnet sein. Somit sind die Kontaktierungselemente 50, 51 unmittelbar vor den Seitenflächen S100a beziehungsweise S100b angeordnet und stehen nicht seitlich über.
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Bei den Ausführungsformen 1, 2, 3 und 4 des piezoelektrischen Aktorbauelements reichen die Elektrodenschichten 20 beziehungsweise 21 von einer jeweiligen Seitenfläche bis zu einem Abstand entfernt von der dazu gegenüberliegenden Seitenfläche. Zwischen den Seitenflächen S100a, S100b und den Enden der Elektrodenschichten 20, 21 sind die Isolationszonen 60, 61 mit einer Breite ID ausgebildet. Die Isolationszone 60, in der lediglich die Elektrodenschichten 20 in dem Stapel übereinander angeordnet jedoch keine Elektrodenschichten 21 vorhanden sind, erstreckt sich zwischen der Seitenfläche S100a und einem Abschnitt des Stapels, der um den Abstand ID von der Seitenfläche S100a entfernt ist. In der Isolationszone 61 sind lediglich die Elektrodenschichten 21 im Stapel 100 übereinander angeordnet, während die Elektrodenschichten 20 in der Isolationszone 61 nicht vorhanden sind. Die Isolationszone 61 erstreckt sich zwischen der Seitenfläche S100b und einem Abschnitt des Stapels, der von der Seitenfläche S100b in einem Abstand ID entfernt angeordnet ist.
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Die in den Ausführungen 1, 2, 3 und 4 gezeigten Aktorbauelemente können beispielsweise eine Länge von 30 mm, eine Breite von 7 mm und eine Tiefe von 7 mm aufweisen. Es lassen sich allerdings auch andere Geometrieformen, beispielsweise Geometrieformen mit einer Grundfläche von 2 x 2 mm bis zu 40 x 40 mm und mehr als 40 x 40 mm realisieren. Die Länge des Aktors kann zwischen 5 mm und 250 mm und mehr als 250 mm variieren. Zur Ausführung der Drahtkontaktierung können Drähte mit einer Drahtstärke beziehungsweise einem Drahtdurchmesser zwischen 10 µm und 300 µm verwendet werden. Es können je nach Anwendungsfall auch Drähte mit Durchmessern von mehr als 300 µm eingesetzt werden. Die mindestens eine metallische Schicht kann Silber oder Kupfer enthalten, eine Dicke zwischen 10 µm und 50 µm aufweisen und eine Breite zwischen 1 mm bis 4 mm haben.
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Bei der Herstellung des piezoelektrischen Aktorbauelement der Ausführungsformen 1, 2, 3 und 4 können die Drähte 40, 41 vor dem Verbinden mit der mindestens einen metallischen Schicht und dem mindestens einen Kontaktierungselement zwischen der mindestens einen metallischen Schicht und dem mindestens einen Kontaktierungselements mit einer mechanischen Spannung vorgespannt angeordnet werden. Die Vorspannung kann an die während einer späteren Applikation auftretende Belastung angepasst sein. Das Verbinden der Drähte 40, 41 mit der mindestens einen metallischen Schicht und dem mindestens einen Kontaktierungselement kann durch Löten, Kleben oder Bonden erfolgen. Die Verbindung der Drähte 40, 41 mit dem mindestens einen Kontaktierungselement kann dabei zeitgleich zu dem Verbinden der Drähte mit der mindestens einen metallischen Schicht erfolgen.
