DE19802302A1 - Piezoelektrischer Aktor - Google Patents
Piezoelektrischer AktorInfo
- Publication number
- DE19802302A1 DE19802302A1 DE19802302A DE19802302A DE19802302A1 DE 19802302 A1 DE19802302 A1 DE 19802302A1 DE 19802302 A DE19802302 A DE 19802302A DE 19802302 A DE19802302 A DE 19802302A DE 19802302 A1 DE19802302 A1 DE 19802302A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electrodes
- piezoelectric
- piezoelectric actuator
- control voltage
- voltage source
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 238000002347 injection Methods 0.000 title description 8
- 239000007924 injection Substances 0.000 title description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 abstract 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 229940095064 tartrate Drugs 0.000 description 1
- 239000011032 tourmaline Substances 0.000 description 1
- 229940070527 tourmaline Drugs 0.000 description 1
- 229910052613 tourmaline Inorganic materials 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
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
-
- 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
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
- H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
Landscapes
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
Die Erfindung geht aus von einem piezoelektrischen Aktor, wie er z. B. aus der
DE 37 13 697 A1 bekannt ist.
Piezoelektrische Aktoren bestehen, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, üblicherweise
aus mehreren stapelartig übereinander angeordneten Scheiben 2 aus einem
piezoelektrischen Material, sogenannten Piezoelementen, wobei die Stapelrichtung in
Richtung der gemeinsamen Polarisationsrichtung der piezoelektrischen Scheiben gewählt
ist. An zwei Seitenflächen des Stapels bzw. Piezostacks ist jeweils eine Außenelektrode 3,
4 angebracht, die mit einem Anschluß 12a, 12b einer Steuerspannungsquelle 11 elektrisch
verbindbar ist. Zwischen den piezoelektrischen Scheiben 2 sind jeweils die
Innenelektroden 7, 9 des piezoelektrischen Aktors 1 angeordnet. Die Innenelektroden 7, 9
sind dabei im Wechsel jeweils nur mit einer der Außenelektroden 3, 4 elektrisch
durchkontaktiert, so daß die benachbart übereinander angeordneten Innenelektroden 7 und
9 jeweils mit den verschiedenen Anschlüssen 12a und 12b der Steuerspannungsquelle 11
elektrisch verbunden sind.
Bei dieser Anordnung eines piezoelektrischen Aktors ist jedes Piezoelement 2 an beiden
Scheibenoberflächen mit einer Elektrode 7, 9 verbunden, die über die Außenelektroden 3,
4 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar sind. Bei Beaufschlagung mit der
Spannung dehnt sich jedes der stapelartig übereinander angeordneten, scheibenartigen
Piezoelemente 2 in Richtung des zwischen den Elektroden 7, 9 entstehenden elektrischen
Feldes, dessen Richtung mit der Polarisationsrichtung der piezoelektrischen Scheiben 2
zusammenfällt, aus. Durch die große Anzahl der gestapelten Piezoelemente 2 ist ein relativ
großer Hub der Gesamtanordnung bei gleichzeitig relativ kleiner Ansteuerspannung
erreichbar.
Piezoelektrische Aktoren der oben beschriebenen Art können zu verschiedenen Zwecken
verwendet werden, beispielsweise zur Betätigung eines Ventilschließkörpers eines Brenn
stoffeinspritzventils, zur Betätigung von Hydraulikventilen, zum Antrieb von Mikro
pumpen, zur Betätigung von elektrischen Relais, und dergleichen. Aus dem Stand der
Technik sind bereits verschiedene solcher Anwendungsmöglichkeiten bekannt.
Aus der EP 0 361 480 B1 ist beispielsweise eine Kraftstoff-Einspritzdüse für
Verbrennungskraftmaschinen bekannt, bei der zum Öffnen und Schließen der Einspritz
düse die Ventilnadel in Hubbewegungen versetzt wird. Das Antriebselement für diese
Hubbewegungen besteht dabei aus einem Stapel piezoelektrisch anregbarer Scheiben, die
mit flächigen Elektroden versehen sind.
Ein weiteres Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzsysteme in Brennkraftmaschinen, wie
direkt einspritzende Dieselmotoren und dergleichen, ist aus der DE 35 33 085 A1 bekannt,
das ebenfalls zum Öffnen und Schließen des Ventils durch Hubbewegung bzw.
Verschieben der Ventilnadel ein piezoelektrisches Stellglied aufweist. Das piezoelektrische
Stellglied besteht auch hier aus einer Vielzahl von scheibenförmigen Piezoelementen und
ist über eine anlegbare Spannung in sehr kurzer Zeit in seiner axialen Richtung
verlängerbar bzw. verkürzbar.
Ferner ist in der DE 38 00 203 C2 ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem piezo
keramischen Ventilstellglied mit aufeinander geschichteten Piezo-Keramikplatten mit
Spannungszuführungen zu jeder Piezo-Keramikplatte offenbart. Das besondere
Kennzeichen des bei diesem Einspritzventil verwendeten piezoelektrischen Aktors ist die
Aufeinanderschichtung von gepaarten Keramikplatten entgegengesetzter Polarität, um auf
diese Weise den Stellweg des piezokeramischen Ventils zu vergrößern.
Als weitere Anwendungsmöglichkeit für piezoelektrische Aktoren ist aus der
EP 0 477 400 A1 eine Anordnung für einen Wegtransformator eines piezoelektrischen
Aktors bekannt, die eine Hubvergrößerung des piezoelektrischen Aktors schaffen soll.
In den oben beispielhaft aufgeführten Druckschriften, die jeweils eine mögliche
Anwendung für piezoelektrische Aktoren der eingangs genannten Art offenbaren, sind der
Aufbau und die Funktionsweise der verwendeten piezoelektrischen Aktoren zwar nicht im
einzelnen beschrieben, sie entsprechen aber im wesentlichen denjenigen oben anhand von
Fig. 3 beschriebenen Aktoren.
Bei den herkömmlichen piezoelektrischen Aktoren tritt die piezoelektrisch erzeugte
Dehnung wegen der Verbindung der gestapelten Piezoelemente 2 und Innenelektroden 7, 9
mit den beiden Außenelektroden 3, 4 hauptsächlich nur im mittleren Bereich auf, wo sich
die Innenelektroden 7 und 9 gegenüberstehen. In den Randzonen 13, wo sich die
Innenelektroden 7 und 9 nicht direkt gegenüberstehen, entsteht ein Bereich mit geänderter
Feldstärke und demzufolge auch Zugspannungen. Aufgrund dieser Zugspannungen kommt
es in solchen Aktoren häufig zu Rißbildungen. Die Entstehung solcher Risse wird im
folgenden anhand der Fig. 4A und B näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 4A den Aktor 1 im
neutralen Zustand, d. h. ohne angelegte Steuerspannung, und Fig. 4B zeigt den Aktor 1 im
Betrieb, d. h. mit angelegter Steuerspannung und daraus resultierender Dehnung der
Piezoelemente 2.
Die Fig. 4A und 4B zeigen den Ausschnitt IV eines konventionellen piezoelektrischen
Aktors gemäß Fig. 3 in vergrößerter Darstellung. In dem Grenzgebiet zwischen dem
Stapel aus Piezoelementen 2 und Innenelektroden 7, 9 und den Außenelektroden 3, 4 kann
man zwei Bereiche 13, 14 unterscheiden. In dem einen Bereich 13 ist die Innenelektrode 7
nicht bis zu der Außenelektrode 4 durchkontaktiert und die für das Piezoelement 2
üblicherweise verwendete Keramik ist in diesem Bereich 13 durchgesintert. In dem
anderen Bereich 14 ist die Innenelektrode 9 zu der Außenelektrode 4 durchgeführt, hat
aber keinen Kontakt zu der anderen Außenelektrode 3. Die Haftfestigkeit im zweiten
Bereich 14, d. h. zwischen Piezoelement 2 und Innenelektrode 9, ist um den Faktor 3 bis 5
kleiner als die Haftfestigkeit in dem Bereich 13 innerhalb des piezoelektrischen Materials.
Bei Anlegen einer Steuerspannung kommt es in der Mitte des Aktors 1 zu größeren
Dehnungen als im Grenzgebiet zu den Außenelektroden, wie in Fig. 4B veranschaulicht.
Durch die dadurch entstehenden großen Zugspannungen in den Bereichen 13, 14 des
Aktors 1 kommt es häufig zu Rißbildungen 15 an der Grenze zwischen den
Innenelektroden 9 und den Piezoelementen 2 im Bereich 14. Beim weiteren Betrieb des
Aktors 1 setzen sich diese Risse 15 bis in die Außenelektrode 4 fort, wodurch die
Kontaktierung der Innenelektroden 9 zumindest teilweise erheblich verschlechtert oder
sogar unterbrochen wird und somit die Gesamtdehnung des Aktors 1 verringert wird.
Der piezoelektrische Aktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß
durch den Aufbau des Aktors mit zwei Gruppen von jeweils mindestens zwei
Außenelektroden die Bereiche mit den Durchkontaktierungen der Innenelektroden zu den
Außenelektroden auf mehr Seitenflächen des Aktors verteilt werden, damit in
Stapelrichtung weiter voneinander beabstandet und gleichzeitig bei jeder Innenelektrode
drei Randzonen durchgesintert werden können. Durch diese Maßnahme können die
Zugspannungen im Aktor verringert und somit die Neigung zur Rißbildung allgemein und
insbesondere in den Randzonen deutlich vermindert werden. Ein weiterer Vorteil der
Erfindung besteht darin, daß durch die Verwendung von insgesamt vier Außenelektroden
die Wärmeableitung des Aktors deutlich verbessert wird.
Besonders vorteilhaft ist die zyklische Reihenfolge der Kontaktierungen zwischen den
Innenelektroden und den verschiedenen Außenelektroden. Hierdurch werden die Bereiche
der Durchkontaktierungen gleichmäßig bei gleichzeitig möglichst großem Abstand
voneinander auf den gesamten Aktor verteilt, wodurch bei einer evtl. Rißbildung die
Möglichkeiten einer Rißüberbrückung an den Außenelektroden deutlich erleichtert wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden für eine solche Rißüberbrückung an den
Außenflächen der Außenelektroden Wellelektroden angebracht, deren Wellenlänge das
Vierfache des Abstandes zweier aufeinanderfolgender Innenelektroden beträgt. Bei
herkömmlichen piezoelektrischen Aktoren würde die Wellenlänge nur halb so groß sein
und die Gefahr einer flächigen Verlötung der Wellelektroden mit den Außenelektroden
bestehen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen piezoelektrischen
Aktors möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines piezoelektrischen Aktors in einer
geschnittenen Darstellung entlang der Linie I-I in Fig. 2A,
Fig. 2A bis D den piezoelektrischen Aktor von Fig. 1 in den Draufsichten auf die
verschiedenen Ebenen der Innenelektroden in bzw. parallel zu der
Schnittebene II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen piezoelektrischen Aktor in einer geschnittenen Darstellung nach
dem Stand der Technik, und
Fig. 4A und B einen Ausschnitt IV des piezoelektrischen Aktors von Fig. 3 in
vergrößerter Darstellung zur Veranschaulichung der Rißbildung bei
herkömmlichen piezoelektrischen Aktoren.
In den Fig. 1 und 2 ist beispielhaft ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines
piezoelektrischen Aktors 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei zeigt Fig.
1 den piezoelektrischen Aktor 1 in geschnittener Darstellung gemäß der Linie I-I in
Fig. 2A, und die Fig. 2A bis D zeigen die Anordnung der Innenelektroden 7, 8, 9 und 10
gemäß Schnitt II-II in Fig. 1, bzw. parallel zum Schnitt II-II in Fig. 1.
Wie bei den konventionellen piezoelektrischen Aktoren besteht der piezoelektrische Aktor
1 aus einer Vielzahl von Scheiben 2 aus einem piezoelektrischen Material, deren
Polarisationsrichtung im wesentlichen senkrecht zur Scheibenebene verläuft und die in
Richtung ihrer gemeinsamen Polarisationsrichtung übereinander gestapelt sind, um einen
sogenannten Piezostapel (Piezostack) zu bilden. Als piezoelektrisches Material für die
Piezoelemente 2 kann zum Beispiel Quarz, Turmalin, Bariumtitanat (BaTiO3) oder
spezielle Piezokeramiken, wie vorzugsweise ein Bleizirkonat-Bleititanat- oder das
PZT-System (PbZrO3-PbTiO3) eingesetzt werden. Geeignet sind aber auch organische Salze,
wie NaK-Tartrat oder eine Vielzahl anderer bekannter piezoelektrischer Materialien.
Zwischen den einzelnen piezoelektrischen Scheiben 2 ist jeweils eine Innenelektrode 7, 8,
9, 10 angeordnet. An den Seitenflächen 16, 17, 18, 19 des Piezostapels ist jeweils über die
gesamte Höhe des Piezostapels eine Außenelektrode 3, 4, 5, 6 angebracht, die
beispielsweise in Form einer auf die Seitenfläche aufgebrachten Lotschicht gebildet sein
kann. Jede Innenelektrode 7, 8, 9, 10 ist mit jeweils nur einer Außenelektrode 3, 4, 5, 6
kontaktiert, d. h. die Innenelektroden 7-10 erstrecken sich in dem Piezostapel jeweils nur
zu einer Seitenflächen 16, 17, 18 oder 19 hin, während sie zu den übrigen Seitenflächen
16-19 bzw. zu den übrigen Außenelektroden 3-6 beabstandet sind, wie in den Fig. 2A bis 2D
für die in Stapelrichtung aufeinander folgenden Innenelektroden 7-10 gezeigt. In den nicht
durchkontaktierten Bereichen 13 ist die Piezokeramik 2 jeweils durchgesintert.
Um die gewünschte Wirkung des piezoelektrischen Aktors 1 zu erzielen, erfolgt die
Verschaltung der Innen- und Außenelektroden wie folgt. Die Außenelektroden 3-6 sind in
zwei Gruppen 3, 5 und 4, 6 unterteilt, welche jeweils mit einem Anschluß 12a bzw. 12b
einer Steuerspannungsquelle 11 elektrisch verbunden werden können. Die Innenelektroden
7-10 kontaktieren die Außenelektroden 3-6 derart, daß jeweils eine Innenelektrode 7, 9 mit
dem einen Anschluß 12a der Steuerspannungsquelle 11 und die in Stapelrichtung nächste
Innenelektrode 8, 10 mit dem anderen Anschluß 12b der Steuerspannungsquelle 11
elektrisch verbunden ist. Hierdurch ist jedes scheibenförmige Piezoelement 2 an seinen
beiden Scheibenoberflächen mit Elektroden 7, 9 bzw. 8, 10 verbunden, die über die
Außenelektroden 3, 5 und 4, 6 mit einer elektrischen Spannung aus der Steuer
spannungsquelle 11 beaufschlagbar sind. Wie bei den herkömmlichen piezoelektrischen
Aktoren dehnt sich bei Beaufschlagung mit der Spannung jedes der stapelartig
übereinander angeordneten Piezoelemente 2 in Richtung des zwischen den Elektroden 7, 9
und 8, 10 entstehenden elektrischen Feldes, dessen Richtung mit der Polarisationsrichtung
der piezoelektrischen Scheiben 2 zusammenfällt, aus. Durch die große Anzahl der
gestapelten Piezoelemente 2 ist ein relativ großer Hub der Gesamtanordnung erreichbar,
wobei der Hub aufgrund der festen Verbindung der gestapelten Piezoelemente 2 mit den
Außenelektroden 3-6 nur im mittleren Bereich zwischen diesen Außenelektroden 3-6
möglich ist.
Weiter sei angemerkt, daß die Verwendung von insgesamt vier Außenelektroden 3-6
gegenüber den herkömmlich verwendeten zwei Außenelektroden 3-4 auch zu einer
verbesserten Wärmeableitung des Aktors 1 führt. Die Wärmeleitfähigkeiten der
Piezokeramiken sind nämlich bekanntermaßen gering im Vergleich zu denen von Metallen.
Um gemäß der vorliegenden Erfindung die Neigung zu Rißbildungen im piezoelektrischen
Aktor 1, wie sie oben anhand der Fig. 4A und B erläutert wurde, zu verringern, erfolgen
die Kontaktierungen der Innenelektroden 7-10 mit den Außenelektroden 3-6 außerdem
nach den folgenden Vorschriften. Jeweils eine Innenelektrode 7 kontaktiert eine
Außenelektrode 3 und die in Stapelrichtung nächsten Innenelektroden 8, 9 und 10
kontaktieren die anderen Außenelektroden 4, 5 bzw. 6, wobei gleichzeitig - wie oben
beschrieben - jeweils eine Innenelektrode 7, 9 mit dem einen Anschluß 12a der
Steuerspannungsquelle 11 und die in Stapelrichtung nächste Innenelektrode 8, 10 mit dem
anderen Anschluß 12b der Steuerspannungsquelle 11 elektrisch verbunden werden muß,
um mittels des entstehenden elektrischen Feldes den Piezoeffekt in den Piezoelementen 2
zu bewirken.
Für das in den Fig. 1 und 2A-2D gezeigte Ausführungsbeispiel bedeutet dies im
einzelnen, daß eine erste Innenelektrode 7 mit einer ersten an der ersten Seitenfläche 16
des Piezostapels angebrachten Außenelektrode 3, welche mit dem ersten Anschluß 12a der
Steuerspannungsquelle 11 elektrisch verbunden ist, in Kontakt ist (Fig. 2A), die in
Stapelrichtung nächste Innenelektrode 8 mit der zweiten an der zweiten Seitenfläche 17 des
Piezostapels angebrachten Außenelektrode 4, welche mit dem zweiten Anschluß 12b der
Steuerspannungsquelle 11 elektrisch verbunden ist, in Kontakt ist (Fig. 2B), die in
Stapelrichtung nächste Innenelektrode 9 mit der dritten an der dritten Seitenfläche 18 des
Piezostapels angebrachten Außenelektrode 5, welche wiederum mit dem ersten Anschluß
12a der Steuerspannungsquelle 11 elektrisch verbunden ist, in Kontakt ist (Fig. 2C), und
die in Stapelrichtung nächste Innenelektrode 10 mit der vierten an der vierten Seitenfläche
19 des Piezostapels angebrachten Außenelektrode 6, welche wiederum mit dem zweiten
Anschluß 12b der Steuerspannungsquelle 11 elektrisch verbunden ist, in Kontakt ist (Fig.
2D). Diese Reihenfolge der Anordnung der Innenelektroden 7-10 wird in Stapelrichtung
zyklisch fortgesetzt, so daß eine über den gesamten Piezostapel gleichmäßige Verteilung
der Durchkontaktierbereiche 14 erreicht wird.
Die Reihenfolge der Kontaktierungen innerhalb einer zyklischen Periode kann innerhalb
der oben angegebenen allgemeinen Vorschriften prinzipiell beliebig gewählt werden. Auch
ist es nicht zwingend notwendig, die Außenelektroden 3, 5 und 4, 6 einer Gruppe jeweils
an gegenüberliegenden Seitenflächen 16-18 und 17-19 des Piezostacks anzubringen. Aus
Gründen der Symmetrie und der damit verbundenen gleichmäßigen Verteilung der
elektrischen Felder und der Zugspannungen in dem piezoelektrischen Aktor 1 ist es aber
vorteilhaft, die Außenelektroden 3-6 der zwei Gruppen bzw. Polaritäten entlang des
Umfanges des Piezostacks bzw. der Seitenflächen 16-19 alternierend anzuordnen.
Ferner weisen in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die piezoelektrischen
Scheiben 2 eine etwa quadratische Grundfläche auf. Die Erfindung ist jedoch nicht auf
diese Ausführungsform beschränkt, es sind vielmehr auch Grundflächen in rechteckiger,
vieleckiger oder runder Ausgestaltung möglich. Die Anzahl der Außenelektroden 3-6
sowie die Kontaktierung der Außenelektroden 3-6 mit den Innenelektroden 7-10 erfolgt
dann in analoger Weise zu dem oben näher erläuterten Ausführungsbeispiel der Fig. 1
und 2.
In Fig. 1 ist ferner beispielhaft an der Außenelektrode 3 eine Wellelektrode 20 angebracht
bzw. angelötet. In entsprechender Weise sind auch die anderen drei Außenelektroden 4-6
mit einer Wellelektrode 20 versehen.
Die Wellelektroden 20 sind jeweils in den Bereichen, die in der Mitte zwischen zwei zu
der jeweiligen Außenelektrode 3 durchkontaktierten Innenelektroden 7 liegen, mit der
Außenelektrode 3 verlötet. Bei der oben beschriebenen zyklischen Reihenfolge der
Anordnung der Innenelektroden 7-10 beträgt die Wellenlänge der Wellelektroden 20 das
Vierfache des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Innenelektroden. Im Falle
einer evtl. auftretenden Rißbildung 15 im Aktor, wie sie in Fig. 4B dargestellt ist, kann
durch die Wellelektrode 20 ein in der Außenelektrode 3-6 entstandener Riß überbrückt und
eine sichere Kontaktierung aller Innenelektroden 7-10 gewährleistet werden. Für die
Wellelektroden wird ein Blech aus elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise Messing
mit einer Stärke von 0,05 mm verwendet.
Im Falle eines herkömmlichen Aktors 1, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, würde
demgegenüber die Wellenlänge solcher Wellelektroden 20 nur das Zweifache des Abstands
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Innenelektroden 7, 9 betragen. Dadurch besteht die
Gefahr, daß die Wellelektroden 20 vollflächig mit den Außenelektroden 3, 4 verlötet
werden, so daß eine sichere Rißüberbrückung nicht gewährleistet werden kann.
Claims (6)
1. Piezoelektrischer Aktor (1) mit
- - einer Vielzahl von Scheiben (2) aus einem piezoelektrischen Material, deren Polarisationsrichtung senkrecht zur Scheibenebene verläuft und die in Richtung ihrer Polarisationsrichtung in einer Stapelrichtung übereinander gestapelt sind,
- - einer Steuerspannungsquelle (11) mit zwei Anschlüssen (12a, 12b),
- - zwei Gruppen von jeweils mindestens zwei Außenelektroden (3, 5; 4, 6), wobei die
Außenelektroden der ersten Gruppe (3, 5) mit dem einen ersten Anschluß (12a) der
Steuerspannungsquelle (11) und die Außenelektroden der zweiten Gruppe (4, 6) mit
dem zweiten Anschluß (12b) der Steuerspannungsquelle (11) elektrisch verbunden
sind und die Außenelektroden (3, 4, 5, 6) jeweils an verschiedenen Seitenflächen
(16, 17, 18, 19) des Stapels der piezoelektrischen Scheiben (2) angebracht sind,
und - - einer Vielzahl von Innenelektroden (7, 8, 9, 10), die jeweils zwischen den piezoelektrischen Scheiben (2) angeordnet sind und die Außenelektroden (3, 4, 5, 6) alternierend derart kontaktieren, daß jeweils eine Innenelektrode (7, 9) mit dem ersten Anschluß (12a) der Steuerspannungsquelle (11) und die in Stapelrichtung nächste Innenelektrode (8, 10) mit dem zweiten Anschluß (12b) der Steuerspannungsquelle (11) elektrisch verbunden ist, wobei die Innenelektroden (7-10) die Außenelektroden (3-6) in zyklischer Abfolge kontaktieren.
2. Piezoelektrischer Aktor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenelektroden (3, 4, 5, 6) der zwei Gruppen entlang des Umfanges des
Stapels alternierend angeordnet sind.
3. Piezoelektrischer Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Grundflächen der piezoelektrischen Scheiben (2) eine quadratische Form
aufweisen.
4. Piezoelektrischer Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das piezoelektrische Material ein Bleizirkonat-Bleititanat-System (PZT-System)
ist.
5. Piezoelektrischer Aktor nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den Außenflächen der Außenelektroden (3-6) jeweils eine Wellelektrode (20)
angebracht ist.
6. Piezoelektrischer Aktor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wellenlänge der Wellelektroden (20) das Vierfache des Abstandes zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Innenelektroden (7-10) beträgt, und
daß die Kontaktstellen der Wellelektroden (20) mit den Außenelektroden (3-6) jeweils
zwischen den Bereichen der zu der jeweiligen Außenelektrode (3-6)
durchkontaktierten Innenelektroden (7-10) angeordnet sind.
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19802302A DE19802302A1 (de) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | Piezoelektrischer Aktor |
US09/381,755 US6765337B1 (en) | 1998-01-22 | 1998-10-21 | Piezoelectric actuator |
CNB988034689A CN1166013C (zh) | 1998-01-22 | 1998-10-21 | 压电执行元件 |
JP53771299A JP2001516512A (ja) | 1998-01-22 | 1998-10-21 | 圧電アクチュエータ |
EP98958203A EP0978148B1 (de) | 1998-01-22 | 1998-10-21 | Piezoelektrischer aktor |
RU99122020/28A RU2223574C2 (ru) | 1998-01-22 | 1998-10-21 | Пьезоэлектрический привод |
DE59811430T DE59811430D1 (de) | 1998-01-22 | 1998-10-21 | Piezoelektrischer aktor |
PCT/DE1998/003075 WO1999038220A1 (de) | 1998-01-22 | 1998-10-21 | Piezoelektrischer aktor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19802302A DE19802302A1 (de) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | Piezoelektrischer Aktor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19802302A1 true DE19802302A1 (de) | 1999-07-29 |
Family
ID=7855338
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19802302A Withdrawn DE19802302A1 (de) | 1998-01-22 | 1998-01-22 | Piezoelektrischer Aktor |
DE59811430T Expired - Lifetime DE59811430D1 (de) | 1998-01-22 | 1998-10-21 | Piezoelektrischer aktor |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE59811430T Expired - Lifetime DE59811430D1 (de) | 1998-01-22 | 1998-10-21 | Piezoelektrischer aktor |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6765337B1 (de) |
EP (1) | EP0978148B1 (de) |
JP (1) | JP2001516512A (de) |
CN (1) | CN1166013C (de) |
DE (2) | DE19802302A1 (de) |
RU (1) | RU2223574C2 (de) |
WO (1) | WO1999038220A1 (de) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19951118A1 (de) * | 1999-10-23 | 2000-11-09 | Bosch Gmbh Robert | Piezoaktor und ein Verfahren zu seiner Herstellung |
DE19946837A1 (de) * | 1999-09-30 | 2001-05-03 | Bosch Gmbh Robert | Piezoaktor |
DE10113744A1 (de) * | 2000-11-27 | 2002-06-20 | Hans Richter | Elektrische Anschlußanordnung für einen monolithischen Vielschicht-Piezoaktor |
DE102005033858B4 (de) * | 2005-07-12 | 2008-01-31 | Siemens Ag | Schalteinrichtung |
US7358655B2 (en) | 2003-02-24 | 2008-04-15 | Epcos Ag | Electrical multilayered component and layer stack |
DE102007003280A1 (de) * | 2007-01-23 | 2008-07-24 | Epcos Ag | Piezoelektrisches Bauelement |
DE102007008266A1 (de) | 2007-02-20 | 2008-08-21 | Siemens Ag | Piezoaktor und Verfahren zum Herstellen eines Piezoaktors |
EP1970975A1 (de) * | 2007-03-14 | 2008-09-17 | Delphi Technologies, Inc. | Reduktion von Spannungsgradienten mit piezoelektrischen Aktoren |
EP2071644A1 (de) * | 2007-12-13 | 2009-06-17 | Robert Bosch Gmbh | Anordnung mit einem Piezoaktor mit mehreren Aktiv- und/oder zusätzlichen Sensorbereichen |
WO2012084957A1 (de) * | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Epcos Ag | Aktor, aktorsystem und ansteuerung eines aktors |
US9425378B2 (en) | 2010-12-22 | 2016-08-23 | Epcos Ag | Actuator, actuator system and actuation of an actuator |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11341838A (ja) * | 1998-05-20 | 1999-12-10 | Tokin Ceramics Corp | 積層型圧電アクチュエータ |
DE19928190A1 (de) * | 1999-06-19 | 2001-01-11 | Bosch Gmbh Robert | Piezoaktor |
JP2002054526A (ja) * | 2000-05-31 | 2002-02-20 | Denso Corp | インジェクタ用圧電体素子 |
DE10241992B4 (de) * | 2002-09-11 | 2005-05-04 | Siemens Ag | Piezoelektrischer Aktor |
DE10303407A1 (de) * | 2003-01-27 | 2004-08-19 | Friedrich-Schiller-Universität Jena | Verfahren und Vorrichtung zur hochgenauen Bearbeitung der Oberfläche eines Objektes, insbesondere zum Polieren und Läppen von Halbleitersubstraten |
JP2004363489A (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Ngk Insulators Ltd | 圧電/電歪素子、圧電/電歪素子の製造方法、圧電/電歪デバイス及び圧電/電歪デバイスの製造方法 |
DE10345730A1 (de) * | 2003-10-01 | 2005-04-21 | Bosch Gmbh Robert | Piezoaktor |
JP2005150167A (ja) * | 2003-11-11 | 2005-06-09 | Ibiden Co Ltd | 積層型圧電素子 |
US7385337B2 (en) * | 2004-06-18 | 2008-06-10 | Tdk Corporation | Multilayer piezoelectric element |
EP1850403B1 (de) * | 2005-02-15 | 2011-12-21 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Mehrschichtiges piezoelektrisches bauelement |
DE102006023468B3 (de) * | 2006-05-18 | 2007-09-13 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils eines Verbrennungsmotors |
WO2008072746A1 (ja) * | 2006-12-15 | 2008-06-19 | Kyocera Corporation | 積層型圧電素子、これを備えた噴射装置及び燃料噴射システム |
RU2447544C1 (ru) * | 2010-12-01 | 2012-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" | Пьезоэлектрический прибор |
WO2013028092A1 (ru) * | 2011-08-24 | 2013-02-28 | Dostiiari Nasir Nadir Ogly | Пьезоэлектрический источник электрической энергии для транспортных средств |
US11538980B2 (en) * | 2016-06-14 | 2022-12-27 | Koninklijke Philips N.V. | Electroactive polymer actuator device and driving method |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4752712A (en) * | 1985-06-10 | 1988-06-21 | Nippon Soken, Inc. | Piezoelectric laminate stack |
DE3533085A1 (de) | 1985-09-17 | 1987-03-26 | Bosch Gmbh Robert | Zumessventil zur dosierung von fluessigkeiten oder gasen |
DE3713697A1 (de) | 1987-04-24 | 1988-11-10 | Licentia Gmbh | Ultraschnelles steuerventil |
DE3800203C2 (de) | 1988-01-07 | 1997-08-14 | Atlas Fahrzeugtechnik Gmbh | Kraftstoffeinspritzventil |
DE3833093A1 (de) | 1988-09-29 | 1990-04-12 | Siemens Ag | Fuer verbrennungskraftmaschine vorgesehene kraftstoff-einspritzduese mit steuerbarer charakteristik des kraftstoffstrahls |
JP2965602B2 (ja) * | 1990-02-26 | 1999-10-18 | 日立金属株式会社 | 積層型変位素子 |
EP0477400B1 (de) | 1990-09-25 | 2000-04-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Anordnung für einen in Hubrichtung wirkenden adaptiven, mechanischen Toleranzausgleich für den Wegtransformator eines piezoelektrischen Aktors |
JPH04197086A (ja) * | 1990-11-28 | 1992-07-16 | Hitachi Ltd | 積層型圧電アクチュエータ及び製造方法 |
US5345137A (en) * | 1991-04-08 | 1994-09-06 | Olympus Optical Co., Ltd. | Two-dimensionally driving ultrasonic motor |
US5155409A (en) * | 1991-07-11 | 1992-10-13 | Caterpillar Inc. | Integral conductor for a piezoelectric actuator |
JPH0567819A (ja) * | 1991-09-10 | 1993-03-19 | Nec Corp | 圧電セラミツクトランス |
US5485437A (en) * | 1993-02-05 | 1996-01-16 | Discovision Associates | Shock-resistant, electrostatically actuated pick-up for optical recording and playback |
JP2986706B2 (ja) * | 1995-03-03 | 1999-12-06 | 日立金属株式会社 | 圧電素子及びそれを用いた圧電アクチュエータ |
JPH10126202A (ja) * | 1996-10-23 | 1998-05-15 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子およびそれを用いた電子部品 |
-
1998
- 1998-01-22 DE DE19802302A patent/DE19802302A1/de not_active Withdrawn
- 1998-10-21 WO PCT/DE1998/003075 patent/WO1999038220A1/de active IP Right Grant
- 1998-10-21 US US09/381,755 patent/US6765337B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-10-21 EP EP98958203A patent/EP0978148B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-10-21 JP JP53771299A patent/JP2001516512A/ja not_active Withdrawn
- 1998-10-21 CN CNB988034689A patent/CN1166013C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1998-10-21 DE DE59811430T patent/DE59811430D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-10-21 RU RU99122020/28A patent/RU2223574C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19946837A1 (de) * | 1999-09-30 | 2001-05-03 | Bosch Gmbh Robert | Piezoaktor |
DE19951118A1 (de) * | 1999-10-23 | 2000-11-09 | Bosch Gmbh Robert | Piezoaktor und ein Verfahren zu seiner Herstellung |
DE10113744A1 (de) * | 2000-11-27 | 2002-06-20 | Hans Richter | Elektrische Anschlußanordnung für einen monolithischen Vielschicht-Piezoaktor |
US7358655B2 (en) | 2003-02-24 | 2008-04-15 | Epcos Ag | Electrical multilayered component and layer stack |
DE102005033858B4 (de) * | 2005-07-12 | 2008-01-31 | Siemens Ag | Schalteinrichtung |
DE102007003280A1 (de) * | 2007-01-23 | 2008-07-24 | Epcos Ag | Piezoelektrisches Bauelement |
US8072119B2 (en) | 2007-01-23 | 2011-12-06 | Epcos Ag | Piezoelectric component |
US8237333B2 (en) | 2007-02-20 | 2012-08-07 | Continental Automotive Gmbh | Piezoelectric actuator and method for producing a piezoelectric actuator |
DE102007008266A1 (de) | 2007-02-20 | 2008-08-21 | Siemens Ag | Piezoaktor und Verfahren zum Herstellen eines Piezoaktors |
EP1970975A1 (de) * | 2007-03-14 | 2008-09-17 | Delphi Technologies, Inc. | Reduktion von Spannungsgradienten mit piezoelektrischen Aktoren |
EP2071644A1 (de) * | 2007-12-13 | 2009-06-17 | Robert Bosch Gmbh | Anordnung mit einem Piezoaktor mit mehreren Aktiv- und/oder zusätzlichen Sensorbereichen |
WO2012084957A1 (de) * | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Epcos Ag | Aktor, aktorsystem und ansteuerung eines aktors |
CN103262273A (zh) * | 2010-12-22 | 2013-08-21 | 埃普科斯股份有限公司 | 激励器、激励器系统和对激励器的操控 |
CN103262273B (zh) * | 2010-12-22 | 2016-01-20 | 埃普科斯股份有限公司 | 激励器、激励器系统和对激励器的操控 |
US9419199B2 (en) | 2010-12-22 | 2016-08-16 | Epcos Ag | Actuator, actuator system, and control of an actuator |
US9425378B2 (en) | 2010-12-22 | 2016-08-23 | Epcos Ag | Actuator, actuator system and actuation of an actuator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2223574C2 (ru) | 2004-02-10 |
CN1166013C (zh) | 2004-09-08 |
EP0978148A1 (de) | 2000-02-09 |
DE59811430D1 (de) | 2004-06-24 |
US6765337B1 (en) | 2004-07-20 |
EP0978148B1 (de) | 2004-05-19 |
WO1999038220A1 (de) | 1999-07-29 |
JP2001516512A (ja) | 2001-09-25 |
CN1251211A (zh) | 2000-04-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0978148B1 (de) | Piezoelektrischer aktor | |
EP1908131B1 (de) | Verfahren zum herstellen eines monolithischen piezoaktors mit teilstapeln, monolithischer piezoaktor mit teilstapeln und verwendung des piezoaktors | |
DE69025813T2 (de) | Piezoelektrischer/elektrostriktiver Antrieb | |
DE19860001C2 (de) | Piezoelektrisches Bauelement, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung eines derartigen Bauelements | |
WO2006103154A1 (de) | Monolithisches piezoelektrisches bauteil mit mechanischer entkopplungsschicht, verfahren zum herstellen des bauteils und verwendung des bauteils | |
DE10208417A1 (de) | Laminierte piezoelektrische Vorrichtung | |
DE102006035470A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Schichtelements | |
DE19945933C1 (de) | Piezoaktor mit isolationszonenfreier elektrischer Kontaktierung und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE102004031404A1 (de) | Piezoelektrisches Bauteil mit Sollbruchstelle und elektrischem Anschlusselement, Verfahren zum Herstellen des Bauteils und Verwendung des Bauteils | |
DE10147666A1 (de) | Piezoelement | |
EP1530807B1 (de) | Piezoaktor | |
DE10254450A1 (de) | Piezoelektrische Vorrichtung der Stapelart, Verfahren zum Herstellen derselben und Einspritzeinrichtung | |
EP1579513B1 (de) | Piezoaktor | |
EP2030263B1 (de) | Piezoelektrischer aktor | |
DE102008042232A1 (de) | Laminiertes piezoelektrisches Element und Verfahren, dieses herzustellen | |
DE102005002980B3 (de) | Monolithischer Vielschichtaktor und Verfahren zu seiner Herstellung | |
WO2001024286A1 (de) | Piezostapelaktor | |
EP1233462A2 (de) | Vielschichtaktor mit versetzt angeordneten Kontaktflächen gleich gepolter Innenelektroden für ihre Aussenelektrode | |
EP2149922B1 (de) | Piezoaktor mit passiven Bereichen am Kopf und/oder Fuss | |
WO2001091198A1 (de) | Piezoaktor | |
DE102005033463B3 (de) | Piezoaktor | |
WO2001089002A1 (de) | Piezoaktor | |
DE102008031641B4 (de) | Piezoaktor in Vielschichtbauweise | |
EP2071645B1 (de) | Piezoaktor mit einem Multilagenaufbau von Piezoelementen | |
EP3335252A1 (de) | Piezoelektrisches bauelement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |