DE19635929A1 - Piezoelectric transducers for textile needle able to be set close - Google Patents

Piezoelectric transducers for textile needle able to be set close

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Abstract

A piezo-electric flexure transducer has a non-conductive support layer (2) which, on at least one side, carries a piezo-ceramic layer furnished with electrodes. The electrode, e.g. (8), of the associated piezo-ceramic layer (5) achieves electrical contact via a conductor layer (3) joining the transducer connector and the piezo-electric layer. Preferably the support layer is made of glass-reinforced plastic and on each side has a piezo- ceramic layer with its conductor layer (3, 4), each being led partially under its piezo-ceramic layer (5, 6) and it projects beyond the ceramic layers at least on one side, preferably from the end opposite the conductors to be held in a metallic holder or adapter, e.g. an adapted textile machine needle-holder.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Biegewandler mit einer Trägerschicht, die an mindestens einer Seite eine Piezokeramik-Schicht trägt und die Piezokeramik- Schicht mit einer Elektrode versehen ist.The present invention relates to a piezoelectric Bending converter with a support layer attached to at least one Side has a piezoceramic layer and the piezoceramic Layer is provided with an electrode.

Überlicherweise besteht das Trägermaterial aus leitfähigen Materialien. So ist beispielsweise in der DE 40 25 436 A1 ein piezoelektrischer Biegewandler mit einer Trägerschicht aus elektrisch leitfähigen Kohlestoffasern, die mit Epoxidharz getränkt sind, bekannt. Bei enger Bauweise besteht jedoch das Problem, daß zwischen den Keramikelektroden benachbarter Bie­ gewandler Kurzschlüsse auftreten können. Werden bei solchen Biegewandlern zur Vermeidung von Kurzschlüssen die Außenelek­ troden auf Nullpotential gelegt, kann der Biegewandler auf­ grund von Depolarisationseffekten nur bis zu einer relativ geringen Ansteuerspannung betrieben werden (1/3 der Koerzi­ tivfeldstärke). Außerdem können Kurzschlüsse zwischen Träger­ streifen benachbarter Biegewandler oder zur Umgebung auftre­ ten, wenn der Trägerstreifen so ausgeführt ist, daß er minde­ stens auf einer Seite des Biegewandlers übersteht. Bisher wurde das Problem der Kurzschlußgefahr dadurch bekämpft, daß ein relativ großer Abstand benachbarter Biegewandler einge­ stellt worden ist. Dies ist jedoch nur bei Geräten mit großen Abmessungen möglich. Bei Kompaktausführungen scheidet ein Einsatz jedoch aus. Legt man die Elektroden der Keramikinnen­ seite über den Rand auf die Oberseite, so führt dies zu akti­ ven als auch passiven Bereichen, an deren Grenzschicht insbe­ sondere bei Betrieben mit hohen Feldstärken Risse entstehen, die zum Ausfall des gesamten Bauteils führen können.The carrier material usually consists of conductive Materials. For example, in DE 40 25 436 A1 piezoelectric bending transducer with a carrier layer electrically conductive carbon fibers covered with epoxy are soaked. With a narrow design, however, there is Problem that between the ceramic electrodes of neighboring Bie converter short circuits can occur. Be with such Bending transducers to avoid short circuits the external elec the bending transducer can be set to zero potential due to depolarization effects only up to a relative low control voltage are operated (1/3 of the Koerzi active field strength). It can also cause short circuits between carriers streak of neighboring bending transducers or to the surroundings ten if the carrier strip is designed so that it min protrudes at least on one side of the bending transducer. So far the problem of short circuit was combated by the fact that a relatively large distance between adjacent bending transducers has been put. However, this is only for devices with large ones Dimensions possible. In the case of compact versions, this is not the case Use out however. Put the electrodes of the ceramic inside page over the edge on the top, so this leads to acti ven as well as passive areas, in particular at their boundary layer cracks occur especially in companies with high field strengths, which can lead to failure of the entire component.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen neuartigen Biegewandler zur Verfügung zu stellen, welcher die Anordnung von Biegewandlern in geringem Abstand zueinander ohne das Auftreten von Kurzschlüssen ermöglicht.The object of the present invention is a to provide novel bending transducers, which the  Arrangement of bending transducers at a short distance from each other without the occurrence of short circuits.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Biegewandler durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 ge­ löst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2-10 beansprucht. Dadurch, daß gemäß der Erfindung im Gegensatz zum Stand der Technik für die Träger­ schicht nicht leitfähiges Material verwendet wird und eine Kontaktierung der Piezokeramik-Schicht über eine hierzu vor­ gesehene Leiterschicht erfolgt, wird der Vorteil geschaffen, daß erfindungsgemäße Biegewandler in sehr viel engerem Ver­ bund als bisher montiert werden können, ohne daß die Gefahr von Kurzschlüssen und ein dadurch hervorgerufener Ausfall des Bauteils droht.This task is performed by the generic bending transducer the features of the characterizing part of claim 1 ge solves. Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims 2-10 claimed. The fact that according to the Invention in contrast to the prior art for the carrier layer of non-conductive material is used and a Contacting the piezoceramic layer via a pre seen conductor layer takes place, the advantage is created that bending transducer according to the invention in a much closer Ver can be assembled as before without the danger of short circuits and a resulting failure of the Component threatens.

Die Verwendung von GFK (Glaserfaser-Kunststoffmaterial) als Trägerschicht hat sich als besonders wirkungsvoll erwiesen. GFK hat eine hohe Festigkeit bei besonders günstigen Wärme­ ausdehnungskoeffizienten. Außerdem bietet die Verwendung von GFK fertigungstechnische Vorteile.The use of fiberglass (glass fiber plastic material) as Carrier layer has proven to be particularly effective. GRP has high strength with particularly favorable heat expansion coefficient. The use of GRP manufacturing advantages.

Zweckmäßigerweise ist die Leiterschicht zur Gewährleistung einer optimalen Kontaktierung teilweise unter die Piezokera­ mik-Schicht geführt. Die Anordnung einer derartigen Leiter­ schicht hat sich als voll ausreichend für die gewünschte Po­ tentialzufuhr zur Elektrode der betreffenden Piezokeramik- Schicht erwiesen.The conductor layer is expediently to guarantee an optimal contact partially under the Piezokera led mic layer. The arrangement of such a ladder Layer has proven to be fully sufficient for the desired bottom tential supply to the electrode of the relevant piezoceramic Layer proved.

Sofern der Biegewandler beidseitig der Trägerschicht eine Piezokeramik-Schicht aufweist, ist eine weitere Leiterschicht vorgesehen, die ebenfalls unter die Piezokeramik-Schicht ge­ führt ist.Provided that the bending transducer on both sides of the carrier layer Piezoceramic layer is another conductor layer provided that also ge under the piezoceramic layer leads is.

Indem die Trägerschicht die jeweilige Piezokeramik-Schicht in ihrer Längserstreckung zumindest einseitig überragt, können in diesem Bereich in einfacher Weise Kontaktierungen mit der Leiterschicht vorgenommen werden.By the carrier layer in the respective piezoceramic layer their longitudinal extent at least on one side, can  contacts in this area in a simple manner Conductor layer can be made.

Sofern die Trägerschicht die jeweilige Piezokeramik-Schicht beidseitig überragt, kann das der Leiterschicht abgewandte Ende zweckmäßigerweise zur Aufnahme eines metallischen Halte- oder Adapterteils zur Verbindung des Biegewandlers mit einem Maschinenteil oder dgl. genutzt werden. Das Halte- oder Adap­ terteil ist hierbei vorzugsweise mit der Trägerschicht und/oder der oder den Piezokeramik-Schicht(en) verklebt. Für den Einsatz des Biegewandlers bei Textilmaschinen ist das Halteteil als Nadelhalter ausgebildet.If the carrier layer, the respective piezoceramic layer Overhanging on both sides, this can be averted from the conductor layer End expediently for receiving a metallic holding or adapter part for connecting the bending transducer to a Machine part or the like can be used. The stop or adap The bottom part is preferably with the carrier layer and / or the piezoceramic layer (s) glued. For the use of the bending transducer in textile machines is that Holding part designed as a needle holder.

Die Leiterschicht kann zweckmäßigerweise als Leiterstreifen ausgebildet sein, welcher in eine entsprechende Ausnehmung an der Trägerschicht einzusetzen ist.The conductor layer can expediently be used as a conductor strip be formed, which in a corresponding recess the carrier layer is to be used.

Alternativ hierzu und herstellungstechnisch besonders vor­ teilhaft kann die Leiterschicht jedoch auch als Folie ausge­ bildet sein, die lediglich an der Oberseite der Trägerschicht in geeigneter Weise zu befestigen ist. Die Verwendung einer Kupferfolie hat sich als völlig ausreichend für die Poten­ tialübertragung erwiesen.Alternatively, and especially in terms of manufacturing technology however, the conductor layer can also partially be a film forms, which is only on the top of the carrier layer is to be fastened in a suitable manner. The use of a Copper foil has proven to be completely sufficient for the pots proven transmission.

Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Biegewand­ lers besteht darin, daß die Trägerschicht, die die jeweilige Piezokeramik-Schicht in ihrer Längserstreckung beidseitig überragt, wodurch bei Möglichkeit einer besonders gedrängten Anordnung im Bauteil Kontaktierungen sowohl an der Vorder­ als auch an der Rückseite vorgenommen werden können.A special embodiment of the bending wall according to the invention lers consists in that the carrier layer, which the respective Piezoceramic layer in its longitudinal extension on both sides towers above, which makes possible a particularly crowded Arrangement in the component contacts both on the front as well as on the back.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Biege­ wandlers wird anhand der einzigen Zeichnungsfigur nachstehend näher erläutert.An expedient embodiment of the bend according to the invention converter is based on the single drawing figure below explained in more detail.

Die Zeichnungsfigur zeigt eine stark vereinfachte, schemati­ sche Darstellung des Prinzips des erfindungsgemäßen Biege­ wandlers, welcher in der Figur mit dem Bezugszeichen 1 verse­ hen ist.The drawing figure shows a highly simplified, schematic representation of the principle of the bending transducer according to the invention, which is hen in the figure with the reference numeral 1 verse.

Der Biegewandler umfaßt eine Trägerschicht 2, welche aus nicht leitfähigem Material insbesondere GFK (Glasfaser-Kunst­ stoffmaterial) besteht.The bending transducer comprises a carrier layer 2 , which consists of non-conductive material, in particular GRP (glass fiber plastic material).

Die Trägerschicht 2 befindet zwischen zwei Piezokeramik- Schichten 5, 6, die jeweils eine Außenelektrode 9, 11 sowie Innenelektrode 10, 12 aufweisen, wodurch eine sandwichartiger Aufbau des Biegewandlers 1 gebildet wird.The carrier layer 2 is located between two piezoceramic layers 5 , 6 , each having an outer electrode 9 , 11 and an inner electrode 10 , 12 , whereby a sandwich-like structure of the bending transducer 1 is formed.

Die Trägerschicht 2 ist so dimensioniert, daß sie die jewei­ ligen Piezokeramik-Schichten 5, 6 im Bereich der Stirnseiten beidseitig überragt.The carrier layer 2 is dimensioned such that it projects beyond the respective piezoceramic layers 5 , 6 on both sides in the region of the end faces.

Zur Gewährleistung einer Potentialzufuhr von Anschluß zur je­ weiligen Piezokeramik-Schicht 5 bzw. 6 sind im Bereich des einen überstehenden Teils der Trägerschicht 2 Schichten 3, 4 aus leitfähigem Material vorgesehen, welche teilweise unter die Piezokeramik-Schichten 5, 6 geführt sind. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um Kupferstreifen, die in entspre­ chende Ausnehmungen der Trägerschicht 2 eingelegt sind oder (alternativ dazu - jedoch nicht in der Zeichnung darge­ stellt) auch als Folie ausgebildet sein können.In order to ensure a potential supply from the connection to the respective piezoceramic layer 5 or 6 , two layers 3 , 4 of conductive material are provided in the region of the one protruding part of the carrier layer, which are partially guided under the piezoceramic layers 5 , 6 . These are preferably copper strips which are inserted into corresponding recesses in the carrier layer 2 or (alternatively - but not shown in the drawing) can also be formed as a film.

Die Trägerschicht 2 ist als sogenanntes "Prepreg" vorgesehen, d. h. in einem Zustand, bei dem der Kunststoff (z. B. Kunstharz wie etwa Epoxidharz) noch nicht endgültig ausgehärtet ist, so daß das "Prepreg" in einfacher Weise mit den Piezokeramik- Schichten verbunden werden kann. Eine Trägerschicht 2 aus ei­ nem Glasfaser-Kunststoffmaterial (Kunstharz)-Aufbau hat zum einen hervorragende Festigkeitseigenschaften und zum anderen einen weitgehend an die Piezokeramik-Schichten angepaßten Wärmeausdehnungskoeffizienten. The carrier layer 2 is provided as a so-called "prepreg", that is to say in a state in which the plastic (for example synthetic resin such as epoxy resin) has not yet been finally cured, so that the "prepreg" can be combined with the piezoceramic layers in a simple manner can be connected. A carrier layer 2 made of a glass fiber plastic material (synthetic resin) construction has, on the one hand, excellent strength properties and, on the other hand, a coefficient of thermal expansion largely adapted to the piezoceramic layers.

Die Trägerschicht 2 überragt an dem der Leiterschichten 3, 4 gegenüberliegenden Ende des Biegewandlers 1 die jeweiligen Piezokeramik-Schichten 5, 6 und bildet in diesem Bereich eine Aufnahme für ein Halte- oder Adapterteil, im Falle der Figur für einen Nadelhalter 12, der eine Verbindung des Biegewand­ lers 1 mit der (nicht dargestellten) Nadel einer Textilma­ schine ermöglicht.The carrier layer 2 surmounted on which the conductor layers 3, 4, the opposite end of the bending transducer 1, the respective piezoceramic layers 5, 6 and forming in this region a receptacle for a holding or adapter part, in the case of the figure for a needle holder 12, of a compound the bending wall lers 1 with the (not shown) needle of a textile machine.

Der Nadelhalter 12 ist mit der jeweiligen Piezokeramik- Schicht 5 bzw. 6 sowie dem überstehenden Ende der Träger­ schicht 2 verklebt. Die Klebeschicht ist in der Figur mit dem Bezugszeichen 11 dargestellt. Die Piezokeramik-Schichten 5, 6 sowie der Nadelhalter 12 sind - wie in der Zeichnungsfigur gezeigt - geerdet.The needle holder 12 is glued to the respective piezoceramic layer 5 or 6 and the protruding end of the carrier layer 2 . The adhesive layer is shown in the figure with the reference number 11 . The piezoceramic layers 5 , 6 and the needle holder 12 are - as shown in the figure - grounded.

Die Erfindung erlaubt es, entsprechende Biegewandler im engen Verbund in Bauteilen zu montieren, ohne daß die Gefahr von Kurzschlüssen besteht oder mechanisch begründende Schäden aufgrund von notwendiger konstruktiver Anpassungsmaßnahmen begründet werden.The invention allows corresponding bending transducers in the narrow To assemble composite in components without the risk of There are short circuits or mechanical damage due to necessary constructive adaptation measures be justified.

Die Erfindung stellt daher einen ganz wesentlichen Beitrag auf dem technischen Gebiet der piezoelektrischen Biegewandler dar.The invention therefore makes a very important contribution in the technical field of piezoelectric bending transducers represents.

Claims (13)

1. Piezoelektrischer Biegewandler mit einer Trägerschicht, die an mindestens einer Seite eine Piezokeramik-Schicht trägt und die Piezokeramik-Schicht mit Elektroden versehen ist, dadurch kennzeichnet, daß die Trägerschicht (2) aus nicht leitfähigem Material besteht und die elektri­ sche Kontaktierung der Elektrode (z. B. 9) der zugehörigen Piezokeramik-Schicht (5) über eine den Anschluß des Biege­ wandlers (1) und die Piezokeramik-Schicht (5) verbindende Leiterschicht (z. B. 3) erfolgt.1. Piezoelectric bending transducer with a carrier layer which carries a piezoceramic layer on at least one side and the piezoceramic layer is provided with electrodes, characterized in that the carrier layer ( 2 ) consists of non-conductive material and the electrical contacting of the electrode ( z. B. 9) of the associated piezoceramic layer ( 5 ) via a connection of the bending transducer ( 1 ) and the piezoceramic layer ( 5 ) connecting conductor layer (z. B. 3). 2. Biegewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter­ schicht (3) teilweise unter die Piezokeramik-Schicht (z. B. 5) geführt ist.2. Bending transducer according to claim 1, characterized in that the conductor layer ( 3 ) is partially under the piezoceramic layer (z. B. 5). 3. Biegewandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Material der Trägerschicht (2) GFK (Glasfaser-Kunststoffmaterial) vor­ gesehen ist.3. Bending transducer according to claim 1 or 2, characterized in that the material of the carrier layer ( 2 ) GRP (glass fiber plastic material) is seen before. 4. Biegewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig der Trägerschicht (2) je eine Piezokeramik-Schicht (5, 6) mit zugehöriger Leiterschicht (3, 4) vorgesehen ist, wobei jede der beiden Leiterschichten (3, 4) jeweils unter die zugehö­ rige Piezokeramik-Schicht (5 bzw. 6) geführt ist.4. Bending transducer according to one of the preceding claims, characterized in that a piezoceramic layer ( 5 , 6 ) with associated conductor layer ( 3 , 4 ) is provided on both sides of the carrier layer ( 2 ), each of the two conductor layers ( 3 , 4 ) is guided under the associated piezoceramic layer ( 5 or 6 ). 5. Biegewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger­ schicht (2) die jeweilige Piezokeramik-Schicht (5 bzw. 6) in ihrer Längserstreckung zumindest einseitig überragt.5. Bending transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier layer ( 2 ) extends beyond the respective piezoceramic layer ( 5 or 6 ) in its longitudinal extent at least on one side. 6. Biegewandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger­ schicht die Piezokeramik-Schicht (5 bzw. 6) am der Leiter­ schicht (3, 4) abgewandten Ende überragt und ein metallisches Halte- oder Adapterteil das überstehende Ende der Träger­ schicht (2) aufnimmt.6. Bending transducer according to claim 5, characterized in that the carrier layer extends beyond the piezoceramic layer ( 5 or 6 ) on the conductor layer ( 3 , 4 ) facing away from the end and a metallic holding or adapter part, the projecting end of the carrier layer ( 2 ) records. 7. Biegewandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Halte- oder Adapterteil mit der Trägerschicht (2) und/oder der/den Piezokeramik-Schicht(en) (5, 6) verklebt ist.7. Bending transducer according to claim 6, characterized in that the holding or adapter part with the support layer ( 2 ) and / or the / the piezoceramic layer (s) ( 5 , 6 ) is glued. 8. Biegewandler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Halte- oder Adapterteil ein Nadelhalter für den Einsatz des Biege­ wandlers in Textilmaschinen vorgesehen ist.8. bending transducer according to claim 6 or 7, characterized in that as a holding or adapter part a needle holder for the use of the bend converter is provided in textile machines. 9. Biegewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter­ schicht (3, 4) als Leiterstreifen ausgebildet ist, welcher an der Trägerschicht (2) angebracht ist.9. Bending transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor layer ( 3 , 4 ) is designed as a conductor strip which is attached to the carrier layer ( 2 ). 10. Biegewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Leiter­ schicht eine elektrisch leitende Folie vorgesehen ist.10. bending transducer according to one of the preceding claims, characterized in that as a leader an electrically conductive film is provided. 11. Biegewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für die Leiterschicht (3, 4) bzw. Folie Kupfer vorgesehen ist.11. Bending transducer according to one of the preceding claims, characterized in that copper is provided as the material for the conductor layer ( 3 , 4 ) or foil. 12. Biegewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger­ schicht (2) die jeweilige Piezokeramik-Schicht (5 bzw. 6) in ihrer Längserstreckung beidseitig überragt.12. Bending transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier layer ( 2 ) projects beyond the respective piezoceramic layer ( 5 or 6 ) on both sides in its longitudinal extent. 13. Biegewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger­ schicht (2) in noch nicht völlig ausgehärtetem Zustand mit der Piezokeramik-Schicht (z. B. 5) in Kontakt gebracht wird und eine Verbindung durch Aushärten des Kunststoffs erfolgt.13. Bending transducer according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier layer ( 2 ) is brought into contact with the piezoceramic layer (z. B. 5 ) in a not yet fully cured state and a connection is made by curing the plastic.
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