DE2444647C3 - Piezoelectric bending transducer - Google Patents
Piezoelectric bending transducerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Biegewandler, wie er im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben istThe invention relates to a piezoelectric bending transducer as described in the preamble of claim 1 is specified
Solch ein Biegewandler ist aus der DE-OS 20 48 899 bekannt In Rg. 3 dieser Druckschrift ist ein Biegewandler abgebildet, der als aktive Elemente Lamellen aus Piezokeramik besitzt, und dessen passives Element durch eine Mittellamelle gebildet wird, deren Dicke zu einem Ende hin abnimmt. Dieser Biegewandler ist mit der dicken Seite der Mittellamelle in eine Halterung eingespannt Bei dieser bekannten Konstruktion eines Biegewandlers können nur verhältnismäßig kleine Auslenkungen des freien Endes des Biegewandlers erreicht werden, da die Mittellameil; außerordentlich steif ist. Die piezoelektrisch erzeugten Kräfte dienen zu einem großen Teil nur dazu, die elastischen Riickstellkräfte der Mittellamelle zu überwinden.Such a bending transducer is known from DE-OS 20 48 899. In Rg. 3 of this document is a bending transducer shown, which has piezoceramic lamellae as active elements, and its passive element is formed by a central lamella, the thickness of which increases decreases towards one end. This bending transducer is in a holder with the thick side of the central lamella clamped In this known construction of a bending transducer, only relatively small Deflections of the free end of the bending transducer can be achieved because the central lamella; extraordinary is stiff. The piezoelectrically generated forces serve to a large extent only to reduce the elastic restoring forces to overcome the central lamella.
In der gleichen Druckschrift ist auch ein Biegewandler beschrieben, der zwei aktive Lamellen aus Piezokeramik besitzt, zwischen denen ein Abstandshal- 4" ter angeordnet ist, der aus einem gewellten Blech besteht. In diesem Fall besitzt der Abstandshalter zwar keine großen elastischen Rückstellkräfte, jedoch ist der Abstandshalter bezüglich seiner mechanischen Festigkeit begrenztA bending transducer is also in the same document described, which has two active lamellae made of piezoceramic, between which a spacer 4 " ter is arranged, which consists of a corrugated sheet metal. In this case, the spacer has no large elastic restoring forces, but the spacer is in terms of its mechanical strength limited
Aus dem weiteren einschlägigen Stand der Technik ist aus der US-PS 25 40 412 ein Biegewandler bekannt, der die Form eines Streifens mit konisch zulaufender Form, jedoch gleichbleibender Gesamtdicke hat. Dieser Streifen besteht aus zwei entgegengesetzt zueinander, jeweils in Richtung parallel zur Schichtoberfläche, d. h. parallel zur Oberfläche des Biegewandlers, polarisierten Schichten. Aus der US-PS 29 00 536 ist u. a. mit Fig. 9 ein Biegewandler eines Tonabnehmers bekannt, der eine konisch zulaufende Formgebung hat, wobei, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, der den Biegewandler bildende relativ flache Streifen zu Biegebewegungen gezwungen wird. Das Mittelteil ist ähnlich wie beim Gegenstand der oben erwähnten DE-OS 20 48 899 massiv und besteht z. B. aus Messing, so daß das ganze <» Gebilde ebenfalls außerordentlich steif ist Aus der GB-PS 1083477 geht ein Abregungswandler eines Lautsprechers hervor, der die schon vorangehend beschriebene keil- oder konusförmige Querschnittsform haben kann, der aber als Längenschwinger arbeitet und *>5 bei dem diese Formgebung durch die damit zu erfüllende Funktion eines akustischen Transformators bestimmt ist Es ist sogar ausdrücklich darauf hingewiesen, daß als Störeffekt möglicherweise auftretende Vibrationen quer zur Länge vermieden werden sollen, und zwar ersichtlich für alle Ausführungsformen, gleichgültig ob sie keilförmig, konisch oder planparallel sind.From the other relevant prior art, a bending transducer is known from US-PS 25 40 412 , which has the shape of a strip with a conical shape, but constant overall thickness. This strip consists of two oppositely polarized layers, each in a direction parallel to the layer surface, ie parallel to the surface of the bending transducer. From US-PS 29 00 536 a bending transducer of a pickup is known, inter alia with Fig. 9, which has a tapered shape, as indicated by a double arrow, the relatively flat strip forming the bending transducer is forced to make bending movements. The middle part is similar to the subject of the above-mentioned DE-OS 20 48 899 massive and consists, for. B. made of brass, so that the whole <»structure is also extremely stiff. GB-PS 1083477 shows a de-excitation converter of a loudspeaker which can have the wedge-shaped or conical cross-sectional shape described above, but which works as a length oscillator and *> 5 in which this shape is determined by the function of an acoustic transformer to be fulfilled are plane-parallel.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Biegewandler mit hohem Wirkungsgrad und erhöhter Festigkeit anzugeben. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Biege vandler, wie er im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist, wobei dieser Biegewandler erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichen dieses Anspruches ausgebildet istThe object of the invention is to provide a bending transducer with indicate high efficiency and increased strength. This task is solved by a bending converter, as indicated in the preamble of claim 1, this bending transducer according to the invention is designed according to the characteristic of this claim
Mit der wie erfindungsgemäßen Form des Trägerbleches wird für einen Biegewandler, der möglichst viel Arbeit bzw. Leistung elektromechanisch umwandeln soll, einerseits hohe mechanische Festigkeit und damit hohe Lebensdauer erreicht und andererseits der Anteil der Kraft gering gehalten, der in bloße Rückstellkraft der Mittellamelle gehtWith the shape of the carrier plate according to the invention is for a bending transducer that converts as much work or power as possible electromechanically should, on the one hand, achieve high mechanical strength and thus a long service life and, on the other hand, the proportion the force kept low, which goes into the mere restoring force of the central lamella
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren erläutertThe invention is explained below with reference to the figures
F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem aktiven ElementF i g. 1 shows an embodiment with an active element
F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei aktiven Elementen.F i g. 2 shows an embodiment with two active elements.
Bei dem Ausführucgsbeispiel gemäß F i g. 1 besteht der Biegewandler, der einseitig in einer Halterung 100 eingespannt ist, aus dem aktiven Element 1, das aus einer Lamelle aus Piezokeramik besteht, die beidseitig mit den Metallisierungen 10, 11 versehen ist. Diese Metallisierungen können über die Anschlüsse 12,13 mit einer in der Figur nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden werden. Das passive Element besteht aus einem Trägerblech 2, welches auf seiner der piezokeramischen Lamelle zugewandten Seite Querrippen 20 besitzt. Diese Querrippen nehmen in ihrer Höhe zum freien Ende des Biegewandlers hin ab. Die Beweglichkeit des freien Endes des Biegewandlers ist durch einen Doppelpfeil angedeutet Bei diesem biegewandler ist die Biegeachse also parallel zu den Querrippen.In the embodiment according to FIG. 1 exists the bending transducer, which is clamped on one side in a holder 100, consists of the active element 1, which consists of consists of a lamella made of piezoceramic, which is provided with the metallizations 10, 11 on both sides. These Metallizations can be via the connections 12,13 with be connected to a voltage source not shown in the figure. The passive element consists of a carrier plate 2, which has transverse ribs 20 on its side facing the piezoceramic lamella owns. These transverse ribs decrease in height towards the free end of the bending transducer. The mobility the free end of the bending transducer is indicated by a double arrow the bending axis is parallel to the transverse ribs.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besaß die piezokeramische Lamelle eine Dicke von 0,25 mm, das Trägerblech hatte die gleiche Dicke, die Höhe der Querrippen nahm von 0,7 mm auf 0,1 mm zum freien Ende hin ab. Gegenüber einem Biegewandler, der nur aus einer piezokeramischen Lamelle und einem Trägerblech ohne Querrippen besteht, wird mit dieser Ausführungsform der Erfindung eine Leistungszunahme von ca. 70 bis 80% erreicht.In a preferred embodiment, the piezoceramic lamella had a thickness of 0.25 mm, the carrier plate had the same thickness, the height of the transverse ribs increased from 0.7 mm to 0.1 mm to the free End down. Compared to a bending transducer, which only consists of a piezoceramic lamella and a There is a carrier plate without transverse ribs, there is an increase in performance with this embodiment of the invention achieved by approx. 70 to 80%.
Diese Leistungszunahme ist noch größer, ca. 100%, wenn die Höhe der Querrippen nach einem Wurzelgesetz abfällt, vgl. z. B. Hütte: Des Ingenieurs Taschenbuch, Bd. I, Berlin 1955, S. 902, Tafel 3,1.This increase in performance is even greater, approx. 100%, if the height of the transverse ribs is according to a square root law falls off, cf. B. Hütte: Des Ingenieurs Taschenbuch, vol. I, Berlin 1955, p. 902, plate 3.1.
F i g. 2 zeigt einen Biegewandler mit zwei piezokeramischen Lamellen 101,102 und einem Trägerblech 200, welches zwischen diesen Lamellen angeordnet ist. Die piezokeramischen Lamellen 101, 102 weisen auf ihren Oberflächen wiederum Metallisierungen und dazu Anschlüsse zum Anschluß an eine Spannungsquelle auf. Die Metallisierungen und die Anschlüsse sind in Fig.2 der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt das Trägerblech auf beiden Seiten Querrippen 201,202. F i g. 2 shows a bending transducer with two piezoceramic lamellae 101, 102 and a carrier plate 200 which is arranged between these lamellae. The piezoceramic lamellae 101, 102 again have metallizations on their surfaces and, for this purpose, connections for connection to a voltage source. The metallizations and the connections are omitted in FIG. 2 for the sake of clarity. In this exemplary embodiment, the carrier plate has transverse ribs 201, 202 on both sides.
Ein Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 2 besaß eine Dicke der piezokeramischen Lamellen und des Trägerbleches von ebenfalls 0,25 mm. Die Höhe der Querrippen nahm ebenfalls von 0,7 mm auf 0,1 mm ab.An embodiment according to FIG. 2 had a thickness of the piezoceramic lamellae and the carrier plate of also 0.25 mm. The height of the transverse ribs also decreased from 0.7 mm to 0.1 mm.
Die piezokeramischen Lamellen sind verhältnismäßigThe piezoceramic lamellae are proportionate
dünn, so daß sie bereits mit verhältnismäßig geringen Feldstärken polarisiert werden können. Um eine Depolarisierung sicher zu vermeiden, werden an die Metallisierungen der piczokeramischen Lamellen nur Spannungen einer solchen Polung angelegt, daß die Polarisation unterstützt wird. Beim Betrieb der Biegewandler gemäß der Erfindung können also an den piezokeramischen Lamellen Spannungen in polarisationsunterstützcnder Richtung liegen, die eine Feldstärke von 0 bis 2400 V/cm in der piezokeramischen Lamelle erzeugen. Die piezokeramischen Lamellen sind in Dickenrichtung polarisiert.thin, so that they are already relatively low Field strengths can be polarized. In order to safely avoid depolarization, the Metallization of the piczoceramic lamellae only applied voltages of such a polarity that the Polarization is supported. When operating the bending transducer According to the invention, voltages in polarization support can be applied to the piezoceramic lamellae Direction lie that has a field strength of 0 to 2400 V / cm in the piezoceramic Create a lamella. The piezoceramic lamellae are polarized in the direction of the thickness.
Bei einem idealen Trägerblech ohne Biegesteifigkeit, aber mit unendlich großer Druck- und Schersteifigkeit wären die gemäß der Erfindung vorgesehenen Querrippen nicht erforderlich; es würde genügen, wenn das Trägerblech keilförmig ausgebildet wäre. Für reelle Bleche ergibt sich ein maximaler Wirkungsgrad für den Fall, daß das Trägerblech die gleiche Dicke wie die piezokeramische Lamelle besitzt Dies-; Forderung wird durch die Querrippen, die gemäß der Krl'indung vorgesehen sind, besonders gut erfüllt. Dadurch wird ein Trägerblech erreicht, dessen Biegesteifigkeit bei hoherWith an ideal carrier plate without flexural rigidity, but with infinitely high compressive and shear rigidity the transverse ribs provided according to the invention would not be required; it would be enough if that Support plate would be wedge-shaped. For real sheet metal there is a maximum efficiency for the Case that the carrier plate has the same thickness as the piezoceramic lamella Dies-; Demand becomes through the transverse ribs, which are shaped according to the curvature are provided, met particularly well. As a result, a carrier plate is achieved whose flexural rigidity is high
Drucksteifigkeit sehr gering ist.
Durch die in ihrer Höhe abnehmenden QuerrippenCompressive rigidity is very low.
Due to the transverse ribs, which decrease in height
wird erreicht, daß die piezokeramische Lamelle auf .-> ihrer gesamten Länge einer nahezu konstanten Biegespannung ausgesetzt ist Das gleiche gilt für das Trägerblech.it is achieved that the piezoceramic lamella is on .-> is subjected to an almost constant bending stress along its entire length. The same applies to the Carrier plate.
Da die piezokeramischen Lamellen eine konstanteSince the piezoceramic lamellae have a constant
Dicke besitzen, ist es besonders leicht, innerhalb der ίο Lamellen eine konstante elektrische Feldstärke zuHaving a thickness, it is particularly easy to maintain a constant electrical field strength within the ίο slats
erzeugen.produce.
In den Figuren ist der Biegewandler mit einem EndeIn the figures the bending transducer is with one end
in eine Halterung eingespannt Man kann ihn auch mit beiden Enden einspannen; in diesem Fall besitzt eine Querrippe zwischen den Halterungen, vorzugsweise die mittlere Querrippe, die maximale Höhe, und die Höhe der Querrippen nimmt zu den Enden des Biegewandlers hin ab. Die Abnahme der mechanischen Energie erfolgtclamped in a holder You can also clamp it with both ends; in this case owns a Cross rib between the brackets, preferably the middle cross rib, the maximum height, and the height the transverse ribs decrease towards the ends of the bending transducer. The decrease in mechanical energy takes place
in der Mitte des Wandlers.
ίο Die Biegewandler der Erfindung -Können z. B. als
Motoren für Elektrorasierer oder zur Betätigung elektrischer Schalter dienen.in the middle of the transducer.
ίο The bending transducers of the invention -can z. B. serve as motors for electric shavers or to operate electrical switches.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (2)
Priority Applications (1)
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| DE2444647A DE2444647C3 (en) | 1974-09-18 | 1974-09-18 | Piezoelectric bending transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2444647A DE2444647C3 (en) | 1974-09-18 | 1974-09-18 | Piezoelectric bending transducer |
Publications (3)
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|---|---|
| DE2444647A1 DE2444647A1 (en) | 1976-04-08 |
| DE2444647B2 DE2444647B2 (en) | 1977-08-04 |
| DE2444647C3 true DE2444647C3 (en) | 1978-04-06 |
Family
ID=5926125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2444647A Expired DE2444647C3 (en) | 1974-09-18 | 1974-09-18 | Piezoelectric bending transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE2444647C3 (en) |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
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| DE3447587A1 (en) * | 1984-12-28 | 1986-07-10 | Foton Production Automation GmbH Präzisionsmaschinenbau, 8000 München | MACHINE FOR FASTENING THE CONNECTING WIRE AT THE CONNECTION SITES OF A SEMICONDUCTOR COMPONENT AND THE SEMICONDUCTOR COMPONENT HOUSING |
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| DE102013205626A1 (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Bending transducer with piezoelectric bending element, cooling device and electronic module |
-
1974
- 1974-09-18 DE DE2444647A patent/DE2444647C3/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE2444647B2 (en) | 1977-08-04 |
| DE2444647A1 (en) | 1976-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |