DE2434005A1

DE2434005A1 - Piezokeramischer wandler

Info

Publication number: DE2434005A1
Application number: DE2434005A
Authority: DE
Inventors: Max Dr Rer Nat Guntersdorfer; Peter Dipl Phys Kleinschmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-07-15
Filing date: 1974-07-15
Publication date: 1976-02-05

Description

Piezokeramischer Wandler Die Erfindung betifft einen poozokeramischen Biegewandler, wie er in, Oberbegriff des Patentanspruchen 1 genauer beschrieben ist.
Ein derartiger biegewandler ist in der DT-OS 2 048 899-beschrieben. Diese bekannte Vorrichtung besitzt zwei aktive Elemente, die als scheiben aus einem poezoelektrischen Haterial ausgebildet sind, und ein passives Element, das zwischen den beiden Scheiben angeordnet ist und als abstandshalter dient. Dieses Element ist kreisförmig und gewellt, wobei die Scheitelpunkte der Wellen in ForD einer Spirale oder als konzentrische Kreise verlaufen können. Bei dieser Form des passiven Elementes ist nachteilig, daß größere ringförmige, bzw. spiralförmige Bereiche entstehen, in denen die piezoelektrischen Scheiben nicht Abgestützt sind, dieser Fall tritt insbesondere dann auf, wenn das paseive Element als Abstandshlater für größere Abstände dien. Ein weiterer nachteil ist, daß flächenmäßig verhältniswäßig große ringförmige, bzw.
spiralenförmige Bereiche entetehen, in denen die piezoelektcischen Scheiben fest mit des passiven Element verbunden sind, wobei die Scheiben in diolen Rercichen in ihrer Beweglichkeit behibndert sind.
Aufgabe der Erfundung ist es, eine piezokeramischen Biegewandler anzugeben, deasen passives Element eine besonders gute und gleichmäßig Stüzwirkung besitzt, wobei die Summes der Berührungsflächen zwischen den aktiven und den passiven Element gegenüber der Gesamtfläche der aktiven Elemente klein seim soll Diese Aufgzbe wird durch einen wie im Oberbegriff des Partentanspruchen 1 beschriebenen Biegewandler gelöst, der erfindungsgewääß entsprechend dem Kennzeichen dieses Anspruches ausgebildet ist.
Im folgenden werden Ansführungsbeispiele der Erfindung enhand der figuren erläutert.
Figur 1 zeigt eine Gesamtansicht des passiven Elementes des Biegewandlers.
Die Figuren 2 und 3 zeigen Schmittbilder des Bigewandlers.
Gemäß Figur 1 besitzt das passive Element 1 kuppenförmige Brhebungen 2. Dieses Element kann durch Prägen einer Blech£olie hergestellt worden sein. Dabei sind sowohl Aufühungsbrmen mit geschlossenen als auch ausfühungsformen mit durchstochenen Erhebungen möglich.
Figur 2 zeigt ein Schnittbild durch einen Biegewandler, der ein aktives Element, eine Scheibe aus Piezokeramik, und das In der Figur 1 dargestellte passive Element enthält. Das aktive Element 3 besitzt Metallisierungen 31 und 92 zum Anschluß an eine nicht dargestellten wechselspannungsquelle. Damit kann dieses Elemente zu Schwingungen erregt werden. Die kuppenförmigen Erhobungen des passiven Elementes können bit dem aktiven Element durch Klebung oder durch Lötung verbunden sein. Die Berührungsflächen sind dabei ringförmig bzw. eben ausgebildet, Je nachdem ob die Erhebungen an ihren Spitzen durchstochen oder geschlossen sind.
Abbildung 3 zeigt ein Schnittbild durch einen Biegewandler, der zwei aktive Elemente und ein passives Element, welches als Abstandehalter für die zwei aktiver Element dient, enthält. Hier -besitzt das passive Element 20 beidseitig Erhebungen. Die aktiven Elemente 30 und 300 besitzen wiederum Metellisierungen 301, 302 303 und 304 zum anschluß an eine Wechselspannungsquelle. Um zu erreichen, daß die einander zugewandten Metallisierungen der aktiven Elemente an den gleichen Pol der Spannungsquelle angeschlossen werden können, besitzen die beiden aktiben Elemente eine zueinander antiparallele Polarisierung des Piezoleramischeen Materials. Deinentarrechend worden dann die einander ahgewandten Metallisierungen der aktiven Eloment an den anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen.
Für krensförmige Biegewandler haben sich die folgenden Abmessungen für das passive Element als besonders vorteilhaft herausgestellt: Die Blechfolie, aus der das passive Element hergestellt ist, soll eine Dicke haben, die kleiner als 1/4 der Dicke eines aktiven Elementes ist. Der Abstand der kuppenförmigen Erhebungen voneinander soll kleiner als 1/5 des Durchmessers des Biegewandlers betragen, und größer sein als der Durchmesser der Erhebungen.
Die Erfindung besitzt insbesondere die Vorteile einer sehr hohen Robustheit und eines hohen elektromechanischen Kopplu.ngsfaktors. Zu bemerken ist, daß dieser hohe Kopplungsfaktor auch dazal erreicht wird, wenn die aktiven Elemente ohne mechanische yorspannung mit dem passiven Element verbunden sind.
5 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e . Piezoelektrischer Biegewandler zum Umwandeln mechanischer Energie in elektrische Energie und umgekehrt, der mindestens ein aktives, piezeelektrisches, insbesondere piezekeramisches Element und ein passives Element enthält, wobei die aktiven Elemente scheibenförmig ausgebildet sind, und wobei das passive Element aus einem reliefartig geformten Blech besteht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das passive Element (1) aus einem Blech mit kuppenförmigen Erhebungen (2) gebildet ist.
2. Biegewandler nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die kuppenförmigen Erhebungen in das Blech des passiven Elementes eingeprägt sind.
3. Biegewandler nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c .} h n e e t , daß das Blech des passiven Elementes eine Dicke aufweist, die gerißger als 1/4 der Diecke des aktiven Elementes (3, 30, 300) ist, und daß d.ie Erhebungen Vonionander einen astand haben, der kleiner als 1/5 es Durchmessers des kreisförmig ausgebildeten Wandlers und größer als der Durchmesser der kupppenförmigen $Erhebungen ist.
4. Biegewandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die aktiven Elemente Metallisierungen (31, 32, 301, 302, 30 304-) besitzen und mi.; dem passiven Element durch Löten verbunden sind.
5. Biegewandler nach einem der ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n Z e i. c L n e t j daß dic aktiven Elemente mit dem passiven Element durch kleben verbunden sind