DE2444646A1 - Piezoelectric transducer has piezo ceramic wafers - with transverse ridges decreasing in height and fixed to support plate - Google Patents

Piezoelectric transducer has piezo ceramic wafers - with transverse ridges decreasing in height and fixed to support plate

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    • H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end

Abstract

The piezoelectric transducer has a passive and one or more active elements of piezo-ceramic. The active element is constructed of piezo-ceramic wafers with transverse ridges (20, 30) across their longitudinal axes and parallel to a given bending axis. The height of the transverse ridges decreases continuously in passing from the fixed end to the free end. The wafer ridges are mounted onto a support plate. The advantage of this structure lies in its giving a very efficient piezoelectric transducer which is also highly robust.

Description

Piezoelektrischer 3iegewandler Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Biegewandler, wie er im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.Piezoelectric 3-position transducer The invention relates to a piezoelectric Bending transducer as indicated in the preamble of claim 1.

Alls der DT-OS 2 048 899 kennt man einen Biegewandler, der als aktive Elemente Lamellen aus Piezokeramik besitzt, die auf ein passives Element, welches durch eine Mittellamelle gebildaLwird, auflaminiert sind. Die Dicke der Mittellamelle nimmt zu einem Ende hin ab. Dieser Biegewandler ist an der dicken Seite der #iittellamelle#neine Halterung eingespanat, das andere Ende die Biegewautdlers ist frei beweglich. Durch die keilförmige Nittellamelle wird bei dieser bekannten Kontruktion erreicht, daß die Biegespannung der aktiven Elemente beim Betrieb auf der gesamten länge der aktiven Elemente nahezu konstant ist. Jeoch können nur verhältnismäßig kleine Auslenkungen des freien Endes des Biegewandlers erreicht werden, da die Mittellamelle sehr steif ist. Die piezoelektrisch erzeugten Kräfte dienen zu einem großen Teil nur dazu, die elastischen Rückstellkräfte des Biegewandlers zu überwinden.All of the DT-OS 2 048 899 know a bending transducer that is used as an active Elements has lamellae made of piezoceramic, which on a passive element, which is formed by a central lamella, are laminated on. The thickness of the middle lamella decreases towards one end. This bending transducer is on the thick side of the # iittellamelle # neine The holder is chiped in, the other end of the flexural coil can be moved freely. By the wedge-shaped central lamella is achieved in this known construction that the bending stress of the active elements during operation over the entire length of the active Elements is almost constant. However, only relatively small deflections can occur of the free end of the bending transducer can be achieved because the central lamella is very stiff is. The piezoelectrically generated forces mainly serve only to to overcome the elastic restoring forces of the bending transducer.

In der gleichen Druckschrift ist auch ein Biegewandler beschrieben, bei dem zwischen zwei aktiven Lamellen aus Piezokeramik ein Abstandshalter angeordnet ist, der aus einem gewellten Blech besteht. Dieser Abstandshalter besitzt zwar keine großen elastischen Rückstellkräfte, jedoch ist er bezüglich seiner mechanischen Festigkeit begrenzt.A bending transducer is also described in the same publication, in which a spacer is arranged between two active lamellae made of piezoceramic which consists of a corrugated sheet metal. This spacer does not have any large elastic restoring forces, but it is with regard to its mechanical Limited strength.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Biegewandler mit hoher mechanischer Festigkeit und großen erreichbaren Auslenkungen ansugeben. Diese Aufgabe wird durch einen Biegewandler, wie er im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist, gelöst, wobei dieser Biegewgldler erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichen dieses Anspruches ausgebildet ist.The object of the invention is to provide a bending transducer with high mechanical Specify strength and large achievable deflections. This task is carried out by a bending transducer as specified in the preamble of claim 1, solved, with this Biegewgldler according to the invention according to the Characteristic of this claim is formed.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutert.The invention is explained below with reference to the figures.

Bei einem Ausführungsbeispiol gemäß der Figur 1 ist ein Trägerblech 1, welches das passive Element darstellt, beidseitig mit aktiven Elementen aus Piezokeramik verbunden, die als lamellen 2, 3 mit Querstegen 20, 30 ausgebildet sind. Die lamellen sind mit den Querstegen mit dem Q1rägerblech verbunden.In an exemplary embodiment according to FIG. 1, there is a carrier plate 1, which represents the passive element, with active elements made of piezoceramic on both sides connected, which are designed as lamellae 2, 3 with transverse webs 20, 30. The slats are connected to the Q1 carrier plate with the crossbars.

Mit einem Ende ist der Biegewandler in eine Halterung 100 eingespannt. Im Bereich dieser Einspannung weisen die Querstege eine maximale Höhe auf, zum freien Ende des Biegewandlers hin nimmt die Höhe der Querstege ab.The bending transducer is clamped in a holder 100 at one end. In the area of this restraint, the transverse webs have a maximum height to the free At the end of the bending transducer, the height of the transverse webs decreases.

Der Biegewandler kann auch an beiden Enden in Halterungen eingespannt sein, in diesem Fall weisen die Querstege in einem Bereich zwischen den Halterungen ihre größte Höhe auf. Nan kann auch ein aktives Element weglassen, so daß das Trägerblech nur einseitig mit einem aktiven Element verbunden ist.The bending transducer can also be clamped in brackets at both ends In this case, the crosspieces point in an area between the brackets their greatest height. Nan can also omit an active element, so that the carrier plate is only connected to an active element on one side.

Die aktiven Elemente weisen Metallisierungen 21, 22, 31, 52 auf.The active elements have metallizations 21, 22, 31, 52.

Diese dienen zum Anlegen der Betriebsspannung an die aktiven Elemente. Die piezokeramischen Lamellen 2, 3 sind in Dickenrichtung polarisiert, dies ist durch die Pfeile 23, 33 angedeutet. Man erkennt, daß die P0lari5ati0fl#Srichtungen der aktiven Elemente zueinander parallel und gleichgerichtet sind. Dadurch ist es möglich, die augen liegenden Metallisierungen 21, 31 an den gleichen Pol einer Betriegsspannungsquelle anzuschließen, und ebenso die innen liegenden Metallisierungen 22, 32. Die aktiven Elemente können mit den Stegen an das Trägerblech angelötet sein, herstellungsmäßig vorteilhaft ist jedoch eine Klebeverbindung.These are used to apply the operating voltage to the active elements. The piezoceramic lamellae 2, 3 are polarized in the thickness direction, this is indicated by the arrows 23, 33. One recognizes that the P0lari5ati0fl # directions of the active elements are parallel to each other and in the same direction. This is how it is possible, the metal coatings 21, 31 lying close to the eye to the same pole of an operating voltage source to be connected, and also the internal metallizations 22, 32. The active Elements can be soldered to the carrier plate with the webs, in terms of manufacture however, an adhesive connection is advantageous.

Dazu wird auf das Trägerblech ein Kleber 11, 12 aufgetragen, dann werden die aktiven Elemente mit den Stegen aufgedrückt.For this purpose, an adhesive 11, 12 is applied to the carrier plate, then the active elements are pressed on with the bars.

überschüssiger Kleber kann dabei in die von den Stegen und liamelen gebildeten Hohlräume ausweichen.Excess glue can get into the bars and liamelen evade cavities formed.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sollen die Stege eine Breite b haben, die etwa der jeweiligen Höhe h der Stege entspricht. Der Abstand der Stege voneinander soll größer als die Breite b sein. Der maximale Wert der Höhe der Stege soll etwa so groß sein wie die Dicke d2 der Keramiklamelle. Die Dicke des Trägerbleches d1 soll geringer als die Dicke d2 der Keramiklamelle sein. Das Trägerblech soll aus einem Material hoher Zugfestigkeit, z.B. Stahl, bestehen.According to a preferred embodiment, the webs should be a broad b, which corresponds approximately to the respective height h of the webs. The distance between the bars from each other should be greater than the width b. The maximum value of the height of the ridges should be about as large as the thickness d2 of the ceramic lamella. The thickness of the carrier plate d1 should be less than the thickness d2 of the ceramic lamella. The carrier plate should consist of a material with high tensile strength, e.g. steel.

Um eine Depolarisierung der aktiven Elemente sicher zu vermeiden, werden an die Metallisierungen der aktiven Elemente bevorzugt Spannungen mit einer solchen Polung angelegt, wie sie bei der Herstellung der Polarisation benutzt wurde. Beim Betrieb des Biegwandlers können an den aktiven Lamellen Spannu-ngen in ;polarisationsunterstützender Richtung liegen, die eine Yeldstärke zwischen 0 bis 2400 V/cm innerhalb der aktiven Elemente erzeugen. Dabei ist sicher gewährleistet, daß die Polarisationsstärke auch im Dauerbetrieb nicht abnimmt, sondern immer wieder regeneriert wird.To safely avoid depolarization of the active elements, voltages with one are preferred to the metallizations of the active elements such polarization is applied as it was used in the production of the polarization. When operating the bending transducer, voltages in; polarization-supporting Direction lie that a Yeld strength between 0 to 2400 V / cm within the active Create elements. It is safely guaranteed that the polarization strength also does not decrease in continuous operation, but is regenerated again and again.

In der Figur ist die Höhendifferenz der Stege proportional zum Abstand der Stege voneinander. Das ergibt aktive Elemente, die in einfacher Weise hergestellt und polarisiert werden können.In the figure, the difference in height of the webs is proportional to the distance the webs from each other. This results in active elements that are easily manufactured and can be polarized.

Nan kann auch aktive Elemente herstellen, bei denen die Höhe der Stege entsprechend einem Wurzelgesetz zu- bzw. abnimmt.Nan can also manufacture active elements in which the height of the webs increases or decreases according to a law of the roots.

Dadurch kann erreicht werden, daß die Biegespannung in der Lamelle auf deren gesamter ~länge exakt konstant ist, vgl. z.B.It can thereby be achieved that the bending stress in the lamella the entire length of which is exactly constant, see e.g.

Hütte: Des Ingenieurs Taschenbuch 7 Bd. I. Berlin 1955, S. 902, Tafel 3,1. Damit erhält man für den Biegewandler einen maximalen Wirkungsgrad.Hut: Des Ingenieurs Taschenbuch 7 vol. I. Berlin 1955, p. 902, plate 3.1. This gives the bending transducer maximum efficiency.

Die Biegewandler der Erfindung können z.B. als Motoren, z Antrieb eines elektrischen Rasierers, oder zur Betätigung von elektrischen Schaltern dienen.The bending transducers of the invention can be used, for example, as motors, e.g. drives an electric razor, or to operate electric switches.

4 Patentansprüche 2 Figuren4 claims 2 figures

Claims (4)

Patentansprüche Plezoelekrischer Biegewandler mit einem passiven und mindestens einem aktiven Element aus Piezokeramik, dadurch g e k e iin n z e i c h n e t , daß das aktive Element eine piezokeramische Lamelle (2, 3) mit quer zur Längsachse der Lamelle und parallel zu einer vorgegebenen Biegeaohse verlaufenden Querstegen (20, 30) ist, deren Höhe, von einem Steg maximaler Höhe beginnend, fortlaufend abnimmt, und daß diese Lamelle mit den Stegen mit einem Tragerblech (1) verbunden ist. Claims Plezoelectric bending transducer with a passive one and at least one active element made of piezoceramic, thereby g e k e iin n z e i c h n e t that the active element is a piezoceramic lamella (2, 3) with transverse to the longitudinal axis of the lamella and parallel to a predetermined bending axis Cross webs (20, 30), the height of which, starting from a web of maximum height, is continuous decreases, and that this lamella is connected to the webs with a support plate (1) is. 2. Biegewandler nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das aktive Element einstückig hergestellt is, 2. Bending transducer according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the active element is made in one piece, 3. Biegewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Trägerblech (1) mit den Stege durch einen Kleber (11, 12) verbunden ist.3. Bending transducer after a of claims 1 to 2, characterized in that the carrier plate (1) is connected to the webs by an adhesive (11, 12). 4. Biegewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z ei ohne t , daß die Stege eine Breite (b) aufweisen, die etwa gleich groß ist wie die Höhe (h) des jeweiligen Steges, daß die piezokeramische Lamelle (2, 3) eine Dicke (d2) aufweist, die etwa der Höhe des höchsten Steges entspricht, und daß das Trägerblech eine Dicke (d1) aufweist, die geringer ist, als die Dicke (d2) der Lamelle.4. Bending transducer according to one of claims 1 to 3, characterized g e k e n n z ei without t that the webs have a width (b) which is approximately the same is like the height (h) of the respective web that the piezoceramic lamella (2, 3) has a thickness (d2) which corresponds approximately to the height of the highest web, and that the carrier plate has a thickness (d1) which is less than the thickness (d2) the lamella.
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