DE2757099B2 - Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung - Google Patents
Hochmolekulare, piezoelektrische AnordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine ho- hmolekulare, piezo- )■>
elektrische Anordnung zur Umwandlung mechanischer in elektrische Energie, die aus einer Einheit aus zwei
elastischen Lagen und einem dazwischenliegenden, hochmolekularen, piezoelektrischen Film, dessen beide
Oberflächen mit Elektroden und von den Elektroden ausgehenden Zuleitungsdrähten versehen sind, besteht.
Es ist bekannt, dall polarisiertes Polyfluorvinyliden und Polyfluorvi.iyl piezoelektrische Eigenschaften anweisen.
Das geht beispielsweise aus der DE-OS 2147 892 hervor, die sich mit einem Verfahren zur
Herstellung derartiger polymerer Folien befaßt.
Fs gibt bereits die verschiedensten eleklroakustischen
Wandler oder Tastenfelder mit derartigen hochmolekularen, piezoelektrischen Filmen. Die meisten elektroakustischen
Wandler und Tastenfelder mit hochmolcku- w laren, piezoelektrischen Filmen nutzen die Eigenschaft
dieser Filme aus, wegen ihrer geringen Dicke und Flexibilität bereits durch Applikation einer sehr
geringen Belastung ohne weiseres deformiert oder zum Schwingen gebracht zu werden. v.
Gerade diese Eigenschaften verhindern aber, daß der jeweilige dünne hochmolekulare Film freistehend ist.
Darüber hinaus kann die durch die Applikation einer Belastung verursachte Schwingung des Films eine
(Lärm-) Störung in dem entstehenden elektrischen Signal hervorrufen, Folglich ist die Eigenschaft des
dünnen hochmolekularen Films, frei schwingen zu können, nicht immer von Vorteil, d. h. sie kann von Fall
zu Fall sogar von Nachteil sein. Wenn man die Dicke des Films erhöht, lassen sich die »Freisteheigenschaften«
verbessern. Ein piezoelektrisches, hochmolekulares Material besitzt jedoch in der Regel eine hohe
Kristallinität und einen relativ hohen Young'schen
Elastizitätsmodul. Wenn man also die Dicke oder Stärke des piezoelektrischen, hochmolekularen Materials erhöht,
nimmt die Biegsamkeit einer einen solchen Film enthaltenden piezoelektrischen Anordnung ab. Darüber
hinaus erhöht sich auch die Schwingung bei Applikation einer Belastung.
Die in dem DE-GM 19 51 219 beschriebene piezoelektrische
Anordnung, die als Relais verwendet wird, zeigt ebenfalls die oben genannten Nachteile. Diese
werden auch nicht in dem angestrebten Ausmaße durch eine hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung der
eingangs beschriebenen Art behoben, deren Besonderheit in einer Einheit aus zwei elastischen Lagen und
einem dazwischenliegenden, hochmolekularen, piezoelektrischen Film besteht. Eine solche Anordnung geht
aus der DE-OS 21 59 861 hervor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile üblicher
bekannter hochmolekularer Anordnungen eine freistehende und starke Schläge aushaltende hochmolekulare,
piezoelektrische Anordnung zu schaffen.
EiTindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß der Young'sche Elastizitätsmodul der elastischen Lagen geringer ist als der Young'sche Elastizitätsmodul
des hochmolekularen piezoelektrischen Films und daß die Dicke der elastischen Lagen die Dicke des
hochmolekularen piezoelektrischen Fiims übersteigt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnung
gemäß der Erfindung;
F i g. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung, die als
Tasibereich in einem elektronischen Musikinstrument Verwendung finden kann;
Fig. 3a eine schemalische Darstellung einer erfindungsgemäßen hochmolekularen, piezoelektrischen
Anordnung, die als Zähler oiler Wähler zum Einsat/ gebracht werden kann, und
Fig. 3b eine schemalische Darstellung einer erfindungsgemäßen hochmolekularen, piezoelektrischen
Anordnung, die als Steuerschaltcreinheit benutzt werden kann.
Die in Fig. I als eine Ausführungsform einer hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnung gemäß
der Erfindung dargcstellle Anordnung enthält einen Polyfluorvinylidenfilm 1, dem durch Polarisation piezoelektrische
Eigenschaften verliehen worden sind. Durch Vakuumbedampfen, Aufplattieren oder Beschichten
sind auf beide Seiten des Films I Elektroden 2 und 2' aus beispielsweise Aluminium, Gold, Silber, Nickel oder
Chrom aufgebracht worden. Auf den Elektroden 2 und 2' befinden sich (unter Bildung einer Einheit) relativ
dicke elastische Lagen 3 und 3' aus beispielsweise Kautschuk oder einem Polyurethanschaumstoff eines
Young'schen Elastizitätsmoduls, der geringer ist als der Young'sche Elastizitätsmodul des piezoelektrischen
Films. Von den Elektroden 2 und 2' gehen drahtförmige
Zufuhrleitungen 4 und 4' aus. Die elastischen Lagen sind an dem piezoelektrischen Film üblicherweise mittels
eines Klebstoffs befestigt. Wenn jedoch die Elektroden auf dem piezoelektrischen Film mittels eines elektrisch
leitenden Anstrichs oder Klebstoffs ausgebildet sind, können die elastischen Lagen auch über die Haftwirkung
dieser Elektroden an dem piezoelektrischen Film »befestigt« werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die
elastischen Lagen aus Kautschuk, z. B. natürlich vorkommendem oder synthetischem Kautschuk, einem
Silikonkautschuk, einem Fluorkautschuk, einem Äthylen/Propylen-Kautschuk,
einem Polyurethanschaumstoff, einem aufgeschäumten Kautschuk oder einem aufgeschäumten Kunststoff niedrigen Young'schen
Elastizitätsmoduls hergestellt. Darüber hinaus ist es erforderlich, daß die Dicke oder Stärke der elastischen
Lage(n) größer ist als die Dicke des hochmolukuluren,
piezoelektrischen Films. Nach einer weiteren Ausgestal- iu
tung der Erfindung sollte jedoch die Dicke so gewählt werden, daß die Elastitzität, errechnet aus dem Produkt
des Young'schen Elastizitätsmoduls und der Dicke, größer als die Elastizität des hochmolekularen, piezoelektrischen
Films ist. Dadurch werden dessen Selbsttrageeigenschaften verbessert. Es braucht an sich nicht
eigens erwähnt zu werden, daß man die Dicke oder Stärke der elastischen Lage(n) je nach dem Gebrauchszweck
in geeigneter Weise wählen kann. Es ist jedoch auch möglich, die beiden elastischen Lagen aus
unterschiedlichen Materialien und in unterschiedlicher Dicke herzustellen.
Die beiden Oberflächen der piezoelektrischen Anordnung gemäß der Erfindung sind mit den Lagen eines
niedrigen Young'schen Elastizitätsmoduls bedeckt. 2ί
Wenn folglich die Anordnung Λ auf eine flache Unterlage 0gelegt wird (Fi g. 2) und auf das Ganze ein
Druck P, wie er beim Drücken einer Klaviertaste ausgeübt wird, einwirken gelassen wird, wird der
piezoelektrische Film I etwas deformiert, da die einen niedrigen Young'schen Modul aufweisende Lage eine
kaulschukarlige Elastizität aufweist. Dabei entsteht zwischen den auf den beiden Seilen des Films I
vorgesehenen Elektroden 2 und 2' eine l'ic/i»elektrizität.
Wenn folglich an die Elektroden 2 und 2' « Zufuhrdrähte 4 und 4' angeschlossen sind, erhält man
entsprechend der Größe des auf den Film appli/icrtcn Drucks ein elektrisches Signal. Somit kann also eine
crfindimgsgeniäßc Anordnung entsprechend dem beschriebenen
Prinzip als faster in einem elektronischen Musikinstrument zum Hinsatz gelangen. Wenn in einem
solchen Falle auf die Anordnung A oder den faster eine starke Schlagwirkung ausgeübt wird, wird der Schlagton
durch die Lagen J und V absorbiert. Infolgedessen entstehen kaum auf eine solche Schlageinwirkung
zurückzuführende Lärmstörungen. Da schließlich der piezoelektrische Film durch die elastischen Lagen
verstärkt ist, wird er selbst bei wiederholter Einwirkung starker Schläge kaum bzw. nie beschädigt.
Infolge Mitverwendung der elastischen Lagen sind die Freisteheigenschaften und die elastischen Erholungseigenschaften
einer erfindungsgemäßen Anordnung verbessert. Dies gestattet die Verwendung der Anordnung beispielsweise in F'ällen, in denen ein oberes
Ende der piezoelektrischen Anordnung A starr an einem Halter C derart befestigt ist, daß ein von einem
Förderband D fortbewegter fester Körper Emit einem unteren Ende der Anordnung A in Berührung gebracht
wird (vgl. Fig. Ja). Bei einer solchen Vorrichtung kann die Anzahl der Zeitpunkte, in denen die piezoelektrische
Anordnung abgelenkt wird, oder das Ausmaß der Verstellung der Anordnung A ermittelt bzw. bestimmt
werden. Folglich eignet sich also eine Anordnung gemäß der Erfindung in der zuletzt geschilderten
Ausführungsform als Zähler zum ZS1 :en der Anzahl von Gegenständen oder als Wuhlvumch.irig zm Auswahl
von Gegenständen aufgrund ihrer Abmessungen.
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist in Fig. Jb dargestellt. Hierbei
wird cn Pulver F in gegebener Dicke mittels eines Förderbandes fortbewegt. Über dem Forderband sind in
i-.wei verschiedenen Abständen zwei piezoelektrische Anordnungen A\ und Λ>
derart vorgesehen, daß eine der piezoelektrischen Anordnungen A\ 'jiid \_>
mit dem Pulver Fin Berührung steht, die andere jedoch mit dem Puiver nicht in Berührung gelangen kann. Bei dieser
Vorrichtung können die piezoelektrischen Anordnungen als Steuerschaltereinheit zur Steuerung der
Pulverdicke dienen.
Der Polsterungseffekt der auf beiden Seilen des Films
befindlichen elastischen Lagen und die verbesserten Freisteheigenschaften und Elastizitälserholungseigenschaften
ermöglichen bei hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnungen gemäß der Erfindung eine
bessere Ausnutzung hochmolekularer, piezoelektrischer FiI.iie. Zusätzlich zeichnen sich die piezoelektrischen
Anordnungen gemäß der Erfindung durch eine verbesserte Abriebfcsligkeit aus.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung zur Umwandlung mechanischer in elektrische
Energie, die aus einer Einheit aus zwei elastischen Lugen und einem dazwischenliegenden, hochmolekularen,
piezoelektrischen Film, dessen beide Oberflächen mit Elektroden und von den Elektroden
ausgehenden Zuleitungsdrähten versehen sind, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der
Young'sche Elastizitätsmodul der elastischen Lagen (3,3') geringer ist als der Young'sche Elastizitätsmodul
des hochmolekularen piezoelektrischen Films (1) und daß die Dicke der elastischen Lagen (3, 3') die
Dicke des hochmolekularen piezoelektrischen Films ü (1) übersteigt.
2. Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elastizität der elastischen Lagen (3, 3'), definiert durch das Produkt aus Young'schem Elastizitätsmodul
und I Scke, größer ist als die Elastizität des hochmolekularen, piezoelektrischen Films(I).
J. Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die elastischen Lagen (3,3') aus Naturkautschuk, künstlichem Kautschuk, Silikonkautschuk, Fluorkautschuk,
einem Älhyle.D.'Propylen-Kautschuk, einem Polyurethanschaumstoff, einem aufgeschäumten
Kautschuk und/oder einem aufgeschäumten Kunststoff bestehen. w
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