DE19928191A1 - Piezoactuator for operating mechanical component e.g. valve, has multilayer structure of piezo layers and in between internal electrodes via which electrical voltage is applied - Google Patents
Piezoactuator for operating mechanical component e.g. valve, has multilayer structure of piezo layers and in between internal electrodes via which electrical voltage is appliedInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Piezoaktor, beispielsweise zur Betätigung eines mechanischen Bauteils wie ein Ventil oder dergleichen, nach den gattungsgemäßen Merkmalen des Hauptanspruchs.The invention relates to a piezo actuator, for example for actuating a mechanical component like a valve or the like, according to the generic characteristics of Main claim.
Es ist allgemein bekannt, dass unter Ausnutzung des soge nannten Piezoeffekts ein Piezoelement aus einem Material mit einer geeigneten Kristallstruktur aufgebaut werden kann. Bei Anlage einer äußeren elektrischen Spannung er folgt eine mechanische Reaktion des Piezoelements, die in Abhängigkeit von der Kristallstruktur und der Anlagebe reiche der elektrischen Spannung einen Druck oder Zug in eine vorgebbare Richtung darstellt. It is generally known that using the so-called called piezo effect a piezo element made of one material with a suitable crystal structure can. When an external electrical voltage is applied follows a mechanical reaction of the piezo element, which in Dependence on the crystal structure and the plant range of electrical tension a push or pull in represents a predeterminable direction.
Der Aufbau dieses Piezoaktors kann hier in mehreren Schichten erfolgen (Multilayer-Aktoren), wobei die In nenelektroden, über die die elektrische Spannung aufge bracht wird, jeweils zwischen den Schichten, z. B. mit ei nem Druckverfahren, aufgebracht werden. In üblicher Weise werden die bedruckten Flächen unterschiedlicher Polarität gegeneinander versetzt, damit hier eine Kontaktierung mit Außenelektroden möglich ist. Da die jeweils an einer Sei te kontaktierten Innenelektroden kammartig in den Lagen aufbau integriert sind, müssen die Innenelektroden außen derart kontaktiert werden, dass bei Anlage einer Gleich spannung zwischen Piezolagen Kapazitäten gebildet werden. Die kontaktierten Elektroden können dabei in der Regel nicht immer vollständig bis an die gegenüberliegende Sei te geführt werden, da sonst Spannungsüberschläge zur Zer störung des Piezoaktors führen können. Die Flächen können somit nicht vollständig bedruckt werden, was den Druck aufwand durch die gezielte Aussparung von Druckflächen erhöht.The structure of this piezo actuator can be divided into several Layers are made (multilayer actuators), with the In electrodes, via which the electrical voltage is applied is brought, in each case between the layers, for. B. with egg nem printing process. In the usual way are the printed areas of different polarity offset against each other, so that here a contact with External electrodes is possible. Because they are each on a screen te contacted internal electrodes like a comb in the layers built-in structure, the inner electrodes must be on the outside be contacted in such a way that when creating a match voltage between piezo layers are formed. The contacted electrodes can usually not always completely to the opposite side te, otherwise voltage flashovers to the cer can cause the piezo actuator to malfunction. The surfaces can thus not fully printing what the printing effort due to the targeted recessing of printing areas elevated.
Der eingangs beschriebene Piezoaktor, der beispielsweise zur Betätigung eines mechanischen Bauteils verwendbar sein kann, ist mit einem Mehrschichtaufbau von Piezolagen und dazwischen angeordneten Elektroden aufgebaut. In vor teilhafter Weise ist gemäß der Erfindung jeweils die Pie zolage an der Stelle, die keine zu kontaktierende Innene lektrode trägt einen vorgegebenen Bereich nach innen ver setzt. An jeder Piezolage wird wechselseitig ein Keramik bereich entfernt und somit kann die gesamte Piezolage in einem einfachen Druckverfahren vollständig bedruckt wer den. Beim Stapeln der Piezolagen entsteht dann jeweils übereinander abwechselnd eine Stelle mit Keramik und eine Stelle ohne Keramik, wodurch die elektrische Isolation bei der Außenkontaktierung gewährleistet ist.The piezo actuator described at the outset, for example can be used to actuate a mechanical component can be with a multilayer structure of piezo layers and electrodes arranged between them. In front according to the invention, the pie is in each case partial zolage at the point that no interior to be contacted electrode carries a predetermined area inwards puts. A ceramic is alternately placed on each piezo layer removed and thus the entire piezo layer in completely printed using a simple printing process the. When the piezo layers are stacked, it is created in each case alternating one place with ceramic and one Place without ceramics, causing electrical insulation external contact is guaranteed.
Die Außenelektroden können erfindungsgemäß z. B. eine Wel lelektrode aus Invar oder auch ein elektrisch leitender Metallstreifen, ein Sieb oder Netz sein, die jeweils mit den Innenelektroden auf der nicht nach innen versetzten Piezolage kontaktiert ist und den nach innen versetzten Bereich der dazwischen liegenden Piezolage überbrückt.The outer electrodes can, for. B. a wel Oil electrode from Invar or an electrically conductive one Metal strips, a sieve or net, each with the internal electrodes on the not offset Piezolage is contacted and the offset Area of the piezo layer in between bridges.
In vorteilhafter Weise sind die nach innen versetzten Be reiche und die Außenelektroden bevorzugt als Nuten an je weils einer Ecke an einer Seitenfläche des Piezoaktors angeordnet. Auch an jeweils diagonal gegenüberliegenden Ecken des Piezoaktors ist eine solche Anordnung denkbar.Advantageously, the inwardly displaced Be rich and the outer electrodes preferably as grooves on each because of a corner on a side surface of the piezo actuator arranged. Also on diagonally opposite Such an arrangement is conceivable for corners of the piezo actuator.
Weiterhin können die nach innen versetzten Bereiche und die Außenelektroden auch Nuten sein, die z. B. an jeweils gegenüberliegenden Seiten des Piezoaktors liegen. Die Nu ten sollten hierbei nicht größer als die zweifache Schichtdicke der Piezolagen sein. Zur Erhöhung der mecha nischen Stabilität können die Nuten auch nachträglich mit Isolationsmaterial (z. B. Kunststoff) versehen werden, wo durch auch auf einfache Weise vollflächige Außenelektro den auf den Piezoaktor aufgebracht und mit den Innenelek troden kontaktiert werden können.Furthermore, the areas and the outer electrodes can also be grooves which, for. B. each opposite sides of the piezo actuator. The nu This should not be larger than twice Layer thickness of the piezo layers. To increase the mecha The grooves can also provide additional stability Insulation material (e.g. plastic) can be provided where thanks to the full-surface outdoor electrical system the applied to the piezo actuator and with the inner elec troden can be contacted.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre ren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungs form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausfüh rungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. These and other features of preferred training gene of the invention go out not only from the claims the description and the drawings, the individual characteristics individually or for more ren in the form of sub-combinations in the execution form of the invention and realized in other fields his and advantageous as well as protectable execution represent representations for which protection is claimed here becomes.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Piezoaktors werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Embodiments of the piezo actuator according to the invention are explained using the drawing. Show it:
Fig. 1 eine Ansicht eines Piezoaktors mit einem Mehrschichtaufbau von Lagen aus Piezokeramik mit Ecknuten als nach innen versetzte Bereiche; Fig. 1 is a view of a piezoelectric actuator with a multilayer structure of layers of piezoelectric ceramic having as corner grooves inwardly offset regions;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf zwei ab wechselnd im Stapelaufbau übereinander liegenden Piezolagen nach der Fig. 1 und Fig. 2 is a schematic plan view of two from alternately stacked piezo layers according to FIGS . 1 and
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf zwei ab wechselnd im Stapelaufbau übereinander liegenden Piezolagen mit seitlichen Nuten. Fig. 3 is a schematic plan view of two alternately stacked piezo layers with lateral grooves.
In Fig. 1 ist ein Piezoaktor 1 gezeigt, der in an sich bekannter Weise aus Piezolagen 2 eines Keramikmaterials mit einer geeigneten Kristallstruktur aufgebaut ist, so dass unter Ausnutzung des sogenannten Piezoeffekts bei Anlage einer äußeren elektrischen Gleichspannung an In nenelektroden 3 und 4 über außen kontaktierte Elektroden 5 und 6 eine mechanische Reaktion des Piezoaktors 1 er folgt.In Fig. 1, a piezo actuator 1 is shown, which is constructed in a manner known per se from piezo layers 2 of a ceramic material with a suitable crystal structure, so that, using the so-called piezo effect when an external electrical voltage is applied to internal electrodes 3 and 4 , they make external contact Electrodes 5 and 6 follow a mechanical reaction of the piezo actuator 1 .
In der Fig. 1 sind die Innenelektroden 3 und 4 nur sche matisch angedeutet und die Außenelektroden 5 und 6 sind als Wellelektroden ausgeführt, die an Kontaktflächen 8 mit jeweils zwei, die gleiche Polarität aufweisenden In nenelektroden kontaktiert sind. Die Piezolagen 2 sind je weils abwechselnd an den Ecken in einem vorgegebenen Be reich nach innen versetzt, wodurch sich jeweils eine Nut 9 herausbildet.In Fig. 1, the inner electrodes 3 and 4 are only indicated schematically and the outer electrodes 5 and 6 are designed as corrugated electrodes, which are contacted on contact surfaces 8 with two, the same polarity In nenelektroden. The piezo layers 2 are each alternately at the corners in a predetermined loading area offset inwards, whereby a groove 9 is formed in each case.
In der Fig. 1 ist hier beispielhaft eine Piezolage 2a gekennzeichnet die eine Nut 9a an der rechten Seite trägt und anhand Fig. 2 im Detail zu erkennen ist. Eine Piezo lage 2b trägt die Nut 9b an der anderen Ecke und ist in der Fig. 2 im linken Teil gezeigt. Die Außenelektroden 5 und 6 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel Welle lektroden, die jeweils mit den Innenelektroden 3 und 4 auf der nicht nach innen versetzten Piezolage 2 an den Kontaktstellen 8 kontaktiert sind und an den Nuten 9 die dazwischen liegenden Piezolagen 2 überbrücken.In Fig. 1, a piezo layer 2 a is identified here as an example, which carries a groove 9 a on the right side and can be seen in detail in FIG. 2. A piezo layer 2 b carries the groove 9 b at the other corner and is shown in Fig. 2 in the left part. The outer electrodes 5 and 6 are wave electrodes in the illustrated embodiment, which are each contacted with the inner electrodes 3 and 4 on the non-displaced piezo layer 2 at the contact points 8 and bridge the intermediate piezo layers 2 at the grooves 9 .
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die nach innen versetzten Bereiche Nuten 10, die hier an jeweils gegenüberliegenden Seiten des Piezoaktors 1 lie gen. Die Nuten 10 sind hierbei nicht größer als die zwei fache Schichtdicke der Piezolagen 2. Auch ist die Anbrin gung eines hier nicht gezeigten Isolationsmaterial (z. B. Kunststoff) in den Nuten 9 oder 10 möglich, wodurch die mechanische Stabilität erhöht werden kann und jeweils ei ne vollflächige Außenelektrode auf den Piezoaktor 1 auf gebracht werden kann.In another exemplary embodiment according to FIG. 3, the inwardly offset regions are grooves 10 , which lie on opposite sides of the piezo actuator 1 here. The grooves 10 are not greater than twice the layer thickness of the piezo layers 2 . Also, the attachment of an insulation material (not shown here) (e.g. plastic) in the grooves 9 or 10 is possible, which can increase the mechanical stability and in each case a full-surface outer electrode can be brought onto the piezo actuator 1 .
Claims (9)
- - einem Mehrschichtaufbau von Piezolagen (2) und dazwi schen angeordneten Innenelektroden (3, 4) und mit
- - einer wechselseitigen Kontaktierung der Innenelektro den (3, 4) mit Außenelektroden (5, 6), wobei
- - jeweils die Piezolage (2), die keine zu kontaktierende Innenelektrode trägt einen vorgegebenen Bereich (9; 10) nach innen versetzt ist.
- - A multilayer structure of piezo layers ( 2 ) and intervening internal electrodes ( 3 , 4 ) and with
- - Mutual contacting of the inner electrodes ( 3 , 4 ) with outer electrodes ( 5 , 6 ), wherein
- - In each case the piezo layer ( 2 ), which does not have an inner electrode to be contacted, has a predetermined area ( 9 ; 10 ) offset inwards.
- - die Außenelektroden Wellelektroden (5, 6) sind, die mit den Innenelektroden (3, 4) auf der jeweils nicht nach innen versetzten Piezolage (2) kontaktiert ist und den nach innen versetzten Bereich (9; 10) der dazwischen liegenden Piezolage (2) überbrückt.
- - The outer electrodes are corrugated electrodes ( 5 , 6 ) which are in contact with the inner electrodes ( 3 , 4 ) on the piezo layer ( 2 ) which is not inwardly displaced and the inwardly displaced region ( 9 ; 10 ) of the piezo layer ( 2 ) bridges.
- - die nach innen versetzten Bereiche (9) und die Außene lektroden (5, 6) an jeweils einer Ecke an einer Seiten fläche des Piezoaktors (1) liegen.
- - The inwardly offset areas ( 9 ) and the outer electrodes ( 5 , 6 ) at one corner on one side surface of the piezo actuator ( 1 ).
- - die nach innen versetzten Bereiche und die Außenelek troden an jeweils diagonal gegenüberliegenden Ecken des Piezoaktors (1) liegen.
- - The inwardly offset areas and the external electrodes are located at diagonally opposite corners of the piezo actuator ( 1 ).
- - die nach innen versetzten Bereiche (10) und die Au ßenelektroden (5, 6) an jeweils gegenüberliegenden Sei ten des Piezoaktors (1) liegen.
- - The inwardly offset areas ( 10 ) and the outer electrodes ( 5 , 6 ) on opposite sides of the piezoelectric actuator ( 1 ).
- - die Außenelektroden aus einem elektrisch leitenden Me tallstreifen, einem Sieb oder Netz bestehen.
- - The outer electrodes consist of an electrically conductive metal strip, a sieve or mesh.
- - der Mehrschichtaufbau der Piezolagen (2) jeweils am Fuß- und/oder am Kopfende mit einer elektrisch isolie renden Keramikplatte (12) versehen ist.
- - The multilayer structure of the piezo layers ( 2 ) is provided at the foot and / or at the head end with an electrically insulating ceramic plate ( 12 ).
- - die nach innen versetzten Bereiche (9; 10) mit Isolati onsmaterial versehen sind und dass
- - vollflächige Außenelektroden auf den Piezoaktor (1) aufgebracht sind.
- - The inwardly displaced areas ( 9 ; 10 ) are provided with insulation material and that
- - Full-surface external electrodes are applied to the piezo actuator ( 1 ).
- - der Piezoaktor (1) zur Betätigung eines mechanischen Bauteils wie ein Ventil oder dergleichen heranziehbar ist.
- - The piezo actuator ( 1 ) can be used to actuate a mechanical component such as a valve or the like.
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| DE19928191A DE19928191A1 (en) | 1999-06-19 | 1999-06-19 | Piezoactuator for operating mechanical component e.g. valve, has multilayer structure of piezo layers and in between internal electrodes via which electrical voltage is applied |
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| DE (1) | DE19928191A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011161144A1 (en) * | 2010-06-23 | 2011-12-29 | Robert Bosch Gmbh | Piezo-electric actuator |
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