DE19738407A1 - Elektrostriktiver Stellantrieb - Google Patents
Elektrostriktiver StellantriebInfo
- Publication number
- DE19738407A1 DE19738407A1 DE19738407A DE19738407A DE19738407A1 DE 19738407 A1 DE19738407 A1 DE 19738407A1 DE 19738407 A DE19738407 A DE 19738407A DE 19738407 A DE19738407 A DE 19738407A DE 19738407 A1 DE19738407 A1 DE 19738407A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- actuator
- intermediate layer
- solid
- longitudinal direction
- transverse
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 claims 6
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 3
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
- H10N30/883—Additional insulation means preventing electrical, physical or chemical damage, e.g. protective coatings
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrostriktiven Stellantrieb, nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stellantriebe dieser Art, bei denen der Aktuator aus einem piezoelektrischen
Festkörperstapel besteht, der sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung
in Längsrichtung ausdehnt und in Querrichtung kontrahiert, zeichnen sich
durch hohe Stellgeschwindigkeiten, eine große Kraftentwicklung und eine
hohe Auflösung aus. Da derartige Festkörperaktuatoren äußerst zugspan
nungsempfindlich sind, werden sie gewöhnlich, vor allem in schnellschal
tenden Anwendungsfällen, durch eine Vorlastfeder in Längsrichtung vor
gespannt und an ihren stellkraftbelasteten Stirnflächen durch eine Zwi
schenlage aus weichelastischem Material gegen übermäßige, aus der
Querkontraktion im Bereich der Einspannstellen resultierende Querzug
spannungen geschützt. Eine solche Zwischenlage verringert jedoch die
mechanische Steifigkeit der Kraftübertragungskette, so daß die piezoelek
trische Dehnbewegung, welche durch hohe Kraft und geringen Weg
charakterisiert ist, nur in begrenztem Umfang genutzt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, den elektrostriktiven Stellantrieb der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß der Festkörperaktuator an seinen stell
kraftübertragenden Stirnflächen wirksam und weitgehend hubverlustarm ge
gen örtliche Querzugspannungsspitzen geschützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 ge
kennzeichneten Stellantrieb gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Stellantrieb wird aufgrund der besonderen Ge
staltung der Zwischenlage aus einem anisotropen Material mit einem in Ak
tuatorlängsrichtung deutlich höheren und quer dazu niedrigeren Elastizitäts
modul als das Festkörpermaterial auf einfache Weise eine bezüglich der
Dehnbewegung hochsteife, hinsichtlich der Querkontraktion hingegen wei
che Anbindung des Festkörperaktuators erzielt derart, daß die hohen Deh
nungskräfte von der Zwischenlage im wesentlichen ohne Hubverlust
übertragen und zugleich einspannungsbedingte, kritische Querzugbelastun
gen an den Kontaktflächen des Aktuators wirksam unterbunden werden und
dadurch das Risiko eines mechanischen Versagens des Aktuators signifikant
verringert wird.
Im Hinblick auf eine herstellungsmäßig und hinsichtlich des geforderten
Steifigkeitsverhaltens günstige Ausgestaltung ist die Zwischenlage gemäß
Anspruch 2 vorzugsweise aus Faserverbundwerkstoff mit einem in Aktua
torlängsrichtung unidirektionalen Faserverlauf, und zwar gemäß Anspruch 3
zweckmäßigerweise aus einem Carbon-Faserverbund hergestellt, wobei das
Verhältnis der Längs- zur Quersteifigkeit der Zwischenlage, wie nach An
spruch 4 bevorzugt, mindestens 10 und vorteilhafterweise sogar über 50 be
trägt und die Steifigkeit und des Festkörpermaterials annähernd verhältnis
gleich zwischen den Steifigkeitswerten der Zwischenlage liegt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht der Feskör
peraktuator nach Anspruch 5 aus einem geschichteten Piezostapel und die
Zwischenlage ist als stirnseitig an dem Piezostapel vollflächig anliegende,
massive Druckplatte ausgebildet.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbin
dung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter
Darstellung:
Fig. 1 einen elektrostriktiven Stellantrieb nach der Erfindung im
Schnitt; und
Fig. 2 eine geschnittene Darstellung der Zwischenplatte des Stellan
triebs nach Fig. 1.
Der in den Figur gezeigte Stellantrieb enthält ein Gehäuse 2, in welchem ein
elektrostriktiver Festkörperaktuator in Form eines geschichteten Piezosta
pels 4 zwischen dem Gehäuseboden und dem Ausgangsglied 6 des Stellan
triebs eingespannt ist. Die einzelnen Piezoschichten 8 sind wechselweise an
Masse bzw. ein Spannungpotential U angeschlossen, so daß sich der Pie
zostapel 4 beim Anlegen einer Betriebsspannung in Längsrichtung ausdehnt
und in Querrichtung kontrahiert. Um zu verhindern, daß über das Ausgangs
glied 6 äußere Zugkräfte auf den Piezostapel 4 einwirken, ist dieser durch
eine Vorlastfeder 10 in Druckrichtung vorgespannt.
Zwischen dem Piezostapel 4 und dem Ausgangsglied 6 bzw. dem Gehäuse
boden ist jeweils eine Zwischenplatte 12 angeordnet, an die die stirnseitige,
stellkraftbelastete Aktuator-Kontaktfläche 14 bzw. 16 vollflächig angebun
den ist. Die Zwischenplatten 12 sind aus Faserverbundwerkstoff mit einer in
Aktuatorlängsrichtung unidirektionalen Faserorientierung hergestellt, derart,
daß die mechanische Steifigkeit der Zwischenplatten 12 in Faserrichtung
signifikant höher und quer dazu deutlich niedriger als die Steifigkeit des pie
zoelektrischen Materials des Festkörperaktuators 4 ist. So lassen sich mit
einem Carbon-Faserverbundwerkstoff Elastizitätsmoduln in Faserlängs
richtung von mehr als 300 GPa und quer zur Faserrichtung von weniger als
10 GPa erzielen, während der Elastizitätsmodul des keramischen
Piezomaterials etwa 50 GPa beträgt. Infolge der hohen Längssteifigkeit der
Zwischenplatten 12 werden die piezoelektrischen Dehnungskräfte des
Aktuators 4 im wesentlichen ohne Hubverlust an das Ausgangsglied 6
übertragen, und gleichzeitig wird durch die geringe Steifigkeit der
Zwischenplatten 12 in Querrichtung eine bezüglich der Querkontraktion des
Piezostapels 4 weiche Ankoppelung der Kontaktflächen 14, 16
sichergestellt, so daß diese vor kritischen Querzugspannungsspitzen
wirksam geschützt werden.
Claims (5)
1. Elektrostriktiver Stellantrieb, mit einem endseitig kraftübertragend
eingespannten, bei Anlegen einer elektrischen Spannung längenverän
derlichen Festkörperaktuator und einer zum Schutz vor Querspan
nungsspitzen am Aktuator jeweils zwischen Aktuatorende und Ein
spannstelle angeordneten Zwischenlage,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zwischenlage (12) aus einem bezüglich des Elastizitätsmoduls
anisotropen Material mit einer im Vergleich zum Festkörpermaterial
in Aktuatorlängsrichtung hohen und in Aktuatorquerrichtung geringen
Steifigkeit hergestellt ist.
2. Stellantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zwischenlage (12) aus Faserverbundwerkstoff mit einem in Ak
tuatorlängsrichtung unidirektionalen Faserverlauf besteht.
3. Stellantrieb nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zwischenlage (12) aus einem Carbon-Faserverbund besteht.
4. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Verhältnis des Elastizitätsmoduls der Zwischenlage (12) in Ak
tuatorlängsrichtung zu dem in Aktuatorquerrichtung größer als 10 ist.
5. Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Festkörperaktuator (4) aus einem Piezostapel besteht und die Zwi
schenlage (12) als stirnseitig mit dem Piezostapel vollflächig verkop
pelte, massive Druckplatte ausgebildet ist.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19738407A DE19738407C2 (de) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | Elektrostriktiver Stellantrieb |
EP98115678A EP0901171A1 (de) | 1997-09-03 | 1998-08-20 | Elektrostriktiver Stellantrieb |
JP10243899A JPH11136965A (ja) | 1997-09-03 | 1998-08-28 | 電歪アクチュエータ |
US09/146,266 US5986386A (en) | 1997-09-03 | 1998-09-03 | Electrostrictive or piezoelectric actuator device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19738407A DE19738407C2 (de) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | Elektrostriktiver Stellantrieb |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19738407A1 true DE19738407A1 (de) | 1999-03-11 |
DE19738407C2 DE19738407C2 (de) | 1999-11-04 |
Family
ID=7841012
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19738407A Expired - Fee Related DE19738407C2 (de) | 1997-09-03 | 1997-09-03 | Elektrostriktiver Stellantrieb |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5986386A (de) |
EP (1) | EP0901171A1 (de) |
JP (1) | JPH11136965A (de) |
DE (1) | DE19738407C2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19914411A1 (de) * | 1999-03-30 | 2000-10-12 | Bosch Gmbh Robert | Piezoelektrischer Aktor |
DE19928780A1 (de) * | 1999-06-23 | 2001-01-04 | Siemens Ag | Stellantrieb |
DE102010024577A1 (de) * | 2010-06-22 | 2011-12-22 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Antriebsvorrichtung |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10251116A1 (de) * | 2002-11-02 | 2004-05-27 | Deutsche Montan Technologie Gmbh | Elektromechanischer Antrieb zum Steuern und Regeln einer als Durchflussmodulator fungierenden Drosselklappe in einem Rohr |
US7145282B2 (en) * | 2004-07-15 | 2006-12-05 | Delphi Technologies, Inc. | Actuator |
DE102004040586A1 (de) * | 2004-08-21 | 2006-02-23 | Zf Friedrichshafen Ag | Aktuator für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges |
US7259499B2 (en) | 2004-12-23 | 2007-08-21 | Askew Andy R | Piezoelectric bimorph actuator and method of manufacturing thereof |
DE102005033858B4 (de) * | 2005-07-12 | 2008-01-31 | Siemens Ag | Schalteinrichtung |
CN103795289B (zh) * | 2014-02-28 | 2016-01-13 | 大连交通大学 | 管道爬行机器人 |
CN109728744B (zh) * | 2019-01-23 | 2020-02-21 | 南京工程学院 | 一种基于叠层压电陶瓷的纤维推出装置及其工作方法 |
CN114784178B (zh) * | 2022-06-22 | 2022-09-09 | 上海隐冠半导体技术有限公司 | 压电致动器及移动装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01226186A (ja) * | 1988-03-07 | 1989-09-08 | Fuji Electric Co Ltd | 積層型圧電素子 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3349259A (en) * | 1965-05-27 | 1967-10-24 | Kistler Instr Corp | Piezoelectric pressure transducer |
US5059850A (en) * | 1989-02-14 | 1991-10-22 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Temperature compensation member composed of shape memory effect alloy for an actuator driven by a piezo-electric element |
JPH0831633B2 (ja) * | 1989-08-04 | 1996-03-27 | 日本電気株式会社 | 複合化電歪効果素子 |
JP2864554B2 (ja) * | 1989-09-05 | 1999-03-03 | ブラザー工業株式会社 | 圧電素子の運動変換装置における圧電素子の組付方法 |
US5126618A (en) * | 1990-03-06 | 1992-06-30 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Longitudinal-effect type laminar piezoelectric/electrostrictive driver, and printing actuator using the driver |
JPH04159785A (ja) * | 1990-10-23 | 1992-06-02 | Nec Corp | 電歪効果素子 |
DE4201937C2 (de) * | 1991-01-25 | 1997-05-22 | Murata Manufacturing Co | Piezoelektrisches laminiertes Stellglied |
-
1997
- 1997-09-03 DE DE19738407A patent/DE19738407C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-08-20 EP EP98115678A patent/EP0901171A1/de not_active Ceased
- 1998-08-28 JP JP10243899A patent/JPH11136965A/ja not_active Withdrawn
- 1998-09-03 US US09/146,266 patent/US5986386A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01226186A (ja) * | 1988-03-07 | 1989-09-08 | Fuji Electric Co Ltd | 積層型圧電素子 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19914411A1 (de) * | 1999-03-30 | 2000-10-12 | Bosch Gmbh Robert | Piezoelektrischer Aktor |
DE19928780A1 (de) * | 1999-06-23 | 2001-01-04 | Siemens Ag | Stellantrieb |
DE19928780B4 (de) * | 1999-06-23 | 2004-12-30 | Siemens Ag | Stellantrieb |
DE102010024577A1 (de) * | 2010-06-22 | 2011-12-22 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Antriebsvorrichtung |
DE102010024577B4 (de) * | 2010-06-22 | 2012-02-16 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Antriebsvorrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0901171A1 (de) | 1999-03-10 |
JPH11136965A (ja) | 1999-05-21 |
US5986386A (en) | 1999-11-16 |
DE19738407C2 (de) | 1999-11-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19739594C2 (de) | Elektrostriktiver Stellantrieb | |
DE102006040316B4 (de) | Piezokeramischer Flächenaktuator und Verfahren zur Herstellung eines solchen | |
DE19732513C2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Verbundstruktur | |
DE19738407C2 (de) | Elektrostriktiver Stellantrieb | |
DE19928179B4 (de) | Piezoaktor | |
EP1908129A1 (de) | Monolithischer piezoaktor mit änderung der elektrodenstruktur im übergangsbereich sowie verwendung des piezoaktors | |
WO1996019836A1 (de) | Piezoaktuatorisches antriebs- bzw. verstellelement | |
WO1998021759A1 (de) | Piezoaktuatorisches antriebs- oder verstellelement | |
EP1019972B1 (de) | Piezoelektrisches element | |
EP1194958B1 (de) | Piezoaktor mit temperaturkompensation | |
DE19756182C2 (de) | Monolithisches piezokeramisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE60225281T2 (de) | Piezoelektrischer aktuator | |
DE19920576C1 (de) | Piezoelektrischer Biegewandler | |
DE19631026C2 (de) | Verformbare Vorrichtung | |
DE102020002199B4 (de) | Piezoelektrischer Inchworm Linearmotor | |
EP1292995A1 (de) | Piezoelektrischer biegewandler | |
DE19753754C1 (de) | Piezoelektrischer Aktuator | |
DE102004047696B4 (de) | Piezoelektrischer Biegewandler | |
EP2079117A2 (de) | Piezoaktormodul mit mehreren Piezoaktoren und ein Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE10335023A1 (de) | Piezoaktor und ein Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE19859024A1 (de) | Antriebsvorrichtung | |
DE102010060736B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Piezoaktors | |
DE102008013782A1 (de) | Piezoelektrischer Biegewandler | |
EP2083455A1 (de) | Schubaktuator und mit einem solchen Schubaktuator versehener Träger | |
DD288485A5 (de) | Elektromechanisches biegeelement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |